THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI XE CON 7 CHỖ

MỤC LỤC

LỜI NĨI ĐẦU
Ơ tơ là phương tiện vận tải có vai trị hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc
dân, được sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực dân sự cũng như quốc phịng vì nó
có những ưu điểm như thơng dụng, đơn giản, dễ sử dụng và có tính cơ động cao.
Những năm gần đây, lượng xe du lịch có xu hướng tăng lên, đặc biệt là các loại
xe 7 chỗ với ưu điểm về khả năng cơ động, tính kinh tế và thích hợp với nhiều mục
đích sử dụng khác nhau.
Với ơtơ nói chung và xe du lịch nói riêng, an tồn chuyển động là chỉ tiêu hàng
đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng của phương tiện. Một trong các
hệ thống quyết định đến tính an tồn và ổn định chuyển động là hệ thống lái đặc biệt là
ở tốc độ cao. Để đảm bảo tính tiện nghi, an tồn cho người sử dụng thì việc thiết kế
một hệ thống lái đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra là một điều rất cần thiết trong xã
hội hiện đại. Một hệ thống lái phải đảm bảo tính quay vòng đúng của các bánh xe dẫn
hướng, điều khiển dễ dàng, dễ chăm sóc sửa chữa, bảo dưỡng và phù hợp với phần lớn
đối tượng sử dụng. Chính vì vậy việc tính tốn và cải tiến về thiết kế chế tạo cũng như
sử dụng hệ thống lái ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ hơn.

-1-


Qua tìm hiểu và nghiên cứu, cùng với yêu cầu nhiệm vụ của đồ án tốt nghiệp
em được giao nhiệm vụ: ‘‘Tính tốn thiết kế hệ thống lái cho ơtơ con, loại 7 chỗ
ngồi ”.
Sau hơn ba tháng, được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Trọng Hoan và sự
giúp đỡ của các bạn cùng lớp, em đã cơ bản hồn thành đồ án tốt nghiệp. Trong q
trình thực hiện, chắc chắn em khơng tránh khỏi những thiếu sót. Do đó, em rất mong
nhận được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện

Trần Quốc Hoài

PHẦN I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI
1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
1.1. Công dụng của hệ thống lái
Hệ thống lái giữ vai trị điều khiển hướng chuyển động của ơ tơ (thay đổi hay duy
trì) theo tác động của người lái. Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống điều khiển
khác thực hiện điều khiển ơ tơ và đóng góp vai trị quan trọng trong việc đảm bảo an
tồn giao thơng khi ô tô chuyển động. Hệ thống lái bao gồm các cụm và chi tiết từ cơ
cấu điều khiển (vành lái) tới các cơ cấu điều khiển hướng chuyển động tồn xe.
1.2. Phân loại hệ thống lái
•

Phân loại theo phương pháp chuyển hướng
- Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS)
-

•

Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS)

Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực
-

Hệ thống lái cơ khí
-2-

•

•

Hệ thống lái có trợ lực bằng thuỷ lực, bằng khí nén, kết hợp…

Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái
-

Cơ cấu lái kiểu trục vít globoit – con lăn

-

Cơ cấu lái kiểu trục vít – răng rẻ quạt và trục vít – êcu bi

-

Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng

Phân loại theo cách bố trí vành lái
Bố trí vành lái bên trái (theo luật đi đường bên phải)
-

Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái)

1.3. Yêu cầu của hệ thống lái
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an tồn và ổn định chuyển động của
ôtô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
 Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái.
 Đảm bảo tính năng vận hành cao của ơtơ có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh

và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé.
 Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe khơng bị trượt lết khi
quay vịng.
 Hệ thống trợ lực phải có tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự
tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
 Tránh va đập truyền ngược từ bánh xe lên vành lái
 Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không
ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái.
 Giữ chuyển động thẳng ổn định.
 Hệ thống lái phải bố trí thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.
2. Kết cấu hệ thống lái

-3-


Hình 1.1. Sơ đồ kết cấu hệ thống lái đơn giản
1. Vành lái; 2. Trục lái; 3. Cơ cấu lái; 4. Khung xe; 5. Đòn dẫn động

2.1. Vành lái
Vành lái là cơ cấu có dạng vành trịn. Người lái tác dụng lực lên vành lái tạo ra
mô men quay để hệ thống lái làm việc.
Mô men tạo ra trên vành lái là tích số của lực người lái trên vành tay lái với bán kính
của vành lái:
Mvl=Pl.rvl
Trong đó:

Mvl : Là mô men vành lái
Pl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái
rvl : Là bán kính vành lái

Vành lái của bất kỳ loại ơtơ nào cũng có độ dơ nhất định, với xe con không được
0

vượt quá 8 .
2.2. Trục lái
Trục lái có nhiệm truyền mơ men lái xuống cơ cấu lái. Trục lái gồm có trục lái
chính có thể chuyển động truyền chuyển động quay của vô lăng xuống cơ cấu lái và
ống truc lái để cố định trục lái vào thân xe. Trục lái kết hợp với một cơ cấu hấp thụ va
đập. Cơ cấu này hấp thụ lực dọc trục tác dụng lên người lái khi có va đập mạnh hoặc
khi tai nạn xảy ra.
Trục lái thường có hai loại: Loại trục lái có thể thay đổi được góc nghiêng và loại
trục lái khơng thay đổi được góc nghiêng.
Ngồi cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính cịn có thể có thêm một số cơ cấu
điều khiển như: cơ cấu khoá lái để khoá cứng trục lái, cơ cấu nghiêng trục lái để có thể
điều chỉnh vị trí vơ lăng theo phương thẳng đứng phù hợp với người lái, hệ thống trượt
trục lái để có thể điều chỉnh được chiều dài của trục lái và đạt được vị trí ngồi lái tốt
nhất cho người lái.

-4-


2.3. Cơ cấu lái
Cơ cấu lái là bộ phận cơ bản trong hệ thống lái, nó có nhiệm vụ biến chuyển
động quay vịng của trục lái thành chuyển động góc của đòn quay đứng và đảm bảo tỉ
số truyền theo yêu cầu.
Về bản chất, cơ cấu lái là hộp giảm tốc và có nhiệm vụ tăng mơmen truyền từ vơ
lăng tới các bánh xe dẫn hướng. Các thông số đặc trưng cho cơ cấu lái gồm tỷ số
truyền, hiệu suất thuận, hiệu suất nghịch.
2.3.1. Tỷ số truyền cơ cấu lái

Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay của bánh lái và góc quay của
địn quay đứng:

ic =

ω1
ω2

Trong đó:

ω1 : là góc quay của vơ lăng

ω 2 : là góc quay của trục địn quay đứng

Tỷ số truyền cơ cấu lái có thể khơng đổi hoặc thay đổi. Quy luật thay đổi tỷ số
truyền thích hợp nhất được thể hiện trên giản đồ sau:












Hình 1.2. Giản đồ thể hiện quan hệ giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái
và góc quay của vành tay lái

* iω = góc quay của vơ lăng / góc quay của bánh dẫn hướng (đối với cơ cấu lái trục
răng - thanh răng ).
* Phân tích đồ thị:
Với quy luật thay đổi như trên, khi ô tô chuyển động trên đường thẳng với vận
tốc cao, người lái chỉ phải đánh lái với các góc rất nhỏ xung quanh vị trí trung gian,

-5-


nên tỷ số truyền lớn ở đây giúp cho người lái điều khiển ô tô nhẹ nhàng. Hơn nữa tỷ số
truyền lớn có tác dụng làm giảm va đập truyền ngược từ đường lên vơ lăng.
Ở các góc đánh lái lớn thì tỷ số truyền nhỏ giúp cho việc điều khiển linh hoạt
hơn, cho phép ơ tơ có thể quay vịng trong những chỗ hẹp, bán kính quay vịng nhỏ.
Tuy nhiên cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi thường phức tạp, đắt tiền. Vì vậy với hệ
thống lái có trang bị trợ lực thì nên sử dụng cơ cấu lái có tỷ số truyền khơng đổi.
2.3.2. Hiệu suất cơ cấu lái
Trong cơ cấu lái người ta phân biệt 2 hiệu suất thuận và nghịch:
* Hiệu suất thuận: là hiệu suất tính theo lực truyền từ vơ lăng tới bánh xe. Hiệu suất
này càng lớn thì tổn hao năng lượng điều khiển càng nhỏ, nghĩa là lái càng nhẹ hơn
* Hiệu suất nghịch: là hiệu suất tính theo lực truyền từ bánh xe lên vơ lăng, vì
vậy khi thiết kế cơ cấu lái nên chọn hiệu suất nghịch nhỏ để giảm bớt lực truyền từ mặt
đường lên vô lăng.
Như vậy, với hiệu suất nghịch nhỏ, các lực va đập từ mặt đường truyền ngược
lên vô lăng giảm đi đáng kể. Đây là một ưu điểm của cơ cấu lái cần được tận dụng tối
đa. Tuy nhiên, nếu chọn hiệu suất nghịch q bé thì vơ lăng sẽ mất khả năng tự trở về
vị trí trung gian nhờ các mơ men ổn định. Bởi vậy trong khi thiết kế nên chọn hiệu
suất nghịch ở mức độ hợp lý.
2.3.3. Các yêu cầu của cơ cấu lái
Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo. Vì vậy cơ cấu
lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

+ Có thể quay được cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết của xe.

+ Có hiệu suất cao để lái nhẹ, trong đó cần có hiệu suất thuận lớn hơn hiệu suất
nghịch để các va đập từ mặt đường được giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái.
+ Đảm bảo thay đổi trị số của tỷ số truyền khi cần thiết.
+ Đơn giản trong việc điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái.
+ Độ dơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất.
+ Đảm bảo kết cấu đơn giản nhất, giá thành thấp và tuổi thọ cao.
+ Chiếm ít khơng gian và dễ dàng tháo lắp.

Lực dùng để quay vô lăng được gọi là lực lái, giá trị của lực này đạt giá trị max
khi xe đứng yên tại chỗ, và giảm dần khi tốc độ của xe tăng lên và đạt nhỏ nhất khi tốc
độ của xe lớn nhất.
-6-


Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ mặt đường
lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vơ lăng càng ít, nhưng nếu độ
đàn hồi lớn quá sẽ ảnh hưởng đến khả năng chuyển động của xe. Độ đàn hồi của hệ
thống lái được xác định bằng tỷ số góc quay đàn hồi tính trên vành lái vô lăng và mô
men đặt trên vành lái. Độ đàn hồi của hệ thống lái phụ thuộc vào độ đàn hồi của các
phần tử như cơ cấu lái, các địn dẫn động.
2.3.4. Các dạng cơ cấu lái thơng dụng
* Cơ cấu lái bánh răng – thanh răng
Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng gồm bánh răng ở phía dưới trục lái chính
ăn khớp với thanh răng, trục bánh răng được lắp trên các ổ bi. Điều chỉnh các ổ này
dùng êcu lớn ép chặt ổ bi, trên vỏ êcu đó có phớt che bụi đảm bảo trục răng quay nhẹ
nhàng.
Thanh răng có cấu tạo dạng răng nghiêng, phần cắt răng của thanh răng nằm ở
phía giữa, phần thanh cịn lại có tiết diện trịn. Khi vơ lăng quay, bánh răng quay làm

thanh răng chuyển động tịnh tiến sang phải hoặc sang trái trên hai bạc trượt. Sự dịch
chuyển của thanh răng được truyền tới đòn bên qua các đầu thanh răng, sau đó làm
quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ xoay đứng.
3

1

2

4
5
7

6

8

1. Trục lái

7. Đai ốc

2. Chụp nhựa

8. Đai ốc đ/c

3. Đai ốc điều chỉnh. 9. Lò xo
4. Ổ bi trên

10. Thanh răng

5. Vỏ cơ cấu lái

11. trục răng

6. Dẫn hướng

12. Ổ bi dưới

9
10

122

11

Hình 1.3. Cơ cấu lái kiểu bánh răng – thanh răng
Cơ cấu lái đặt trên vỏ xe để tạo góc ăn khớp lớn cho bộ truyền răng nghiêng,
trục răng đặt nghiêng ngược chiều với chiều nghiêng của thanh răng, nhờ vậy sự ăn
khớp của bộ truyền lớn, do đó làm việc êm và phù hợp với việc bố trí vành lái trên xe.
• Ưu điểm:
-7-


+ Cơ cấu lái đơn giản gọn nhẹ. Do cơ cấu lái nhỏ và bản thân thanh răng tác
dụng như thanh dẫn động lái nên khơng cần các địn kéo ngang như các cơ cấu lái
khác.
+ Có độ nhạy cao vì ăn khớp giữa các răng là trực tiếp, tự động triệt tiêu khe
hở tại chỗ ăn khớp.
+ Sức cản trượt, cản lăn nhỏ và truyền mô men rất tốt nên tay lái nhẹ.

• Nhược điểm:
+ Kích thước chiều dài cơ cấu lớn
+ Thanh răng chế tạo từ thép chất lượng cao, kích thước nhỏ tuy nhiên dễ bị
cong trong q trình sử dụng.
* Cơ cấu lái trục vít con lăn
Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất. Trên phần lớn các ôtô
Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này.
Cơ cấu lái gồm trục vít globoit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên các
ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn
có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái.
A-A

3

2

1

B
Nh×
n theo B

A

A

Hình 1.4. Cơ cấu lái trục vít – con lăn
1. Trục vít; 2. Con lăn; 3. Trục địn quay đứng
•

Ưu điểm:

-8-


+ Nhờ trục vít có dạng glơ-bơ-it cho nên tuy chiều dài trục vít khơng lớn nhưng
sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được
áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn.
+ Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm
con lăn có hai đến bốn vịng ren.
+ Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn.
+ Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng. Đường trục của
con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn ∆ = 5 ÷ 7mm, điều này cho phép
triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong q trình sử dụng.

• Nhược điểm: Trong sử dụng độ rơ do ăn khớp giữa ren trục vít và răng con lăn sẽ
tăng dần lên do mịn, do vậy độ rơ cơ cấu lái sẽ ngày càng lớn. Khi độ rơ quá lớn
hiệu quả điều khiển hai chiều của cơ cấu lái sẽ kém, dẫn tới giảm độ nhạy của hệ
thống lái.
* Cơ cấu lái loại trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng:
Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu có rãnh
trịn có chứa các viên bi lăn trong rãnh. Khi đến cuối rãnh thì các viên bi theo đường
hồi bi quay trở lại vị trí ban đầu.
Khi trục vít quay (phần chủ động), êcu bi chạy dọc trục vít, chuyển động này
làm quay răng rẻ quạt. Trục của bánh răng rẻ quạt là trục đòn quay đứng. Khi bánh
răng rẻ quạt quay làm cho đòn quay đứng quay, qua các đòn dẫn động làm quay bánh
xe dẫn hướng.
1

1000

2

3

4

5

6

7

8

9

Hình 1.5. Cơ cấu lái trục vít – ê cu bi – thanh răng – cung răng
1. Vỏ cơ cấu lái; 2. Ổ bi dưới; 3. Trục vít; 4. Ê cu; 5. Ổ bi trên; 6. Phớt
-9-


7. Đai ốc điều chỉnh; 8. Đai ốc hãm; 9. Bánh răng rẻ quạt; 10. Bi

• Ưu điểm:
+ Ma sát giữa trục vít và ê cu là ma sát lăn thông qua các viên bi, bởi vậy hiệu
suất truyền lực cao, giảm được sự mòn trong cơ cấu lái.
+ Răng của thanh răng và răng của bánh giẻ quạt có tiết diện thay đổi, cho phép
điều chỉnh được khe hở giữa chúng khi bị mòn.
+ Cơ cấu lái loại này cho phép dễ dàng kết hợp với trợ lực lái thủy lực và được

dùng phổ biến trên ô tô tải va ơ tơ bt ngày nay.

• Nhược điểm:
+ Khi tăng tỷ số truyền của cơ cấu lái sẽ làm giảm độ nhạy của hệ thống lái.
3. Các góc đặt bánh xe
Việc bố trí các bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới tính điều khiển xe,
tính ổn định chuyển động của ơtơ. Các u cầu chính của việc bố trí là điều khiển
chuyển động nhẹ nhàng, chính xác đảm bảo ổn định khi đi thẳng cũng như khi quay
vòng, kể cả khi có sự cố ở các hệ thống khác. Đối với xe du lịch yêu cầu này ngày
càng được quan tâm và được nâng cao hơn vì vận tốc của xe khơng ngừng được nâng
lên.
Ơ tơ có thể chuyển động mọi hướng bằng sự tác động của người lái quanh vô lăng.
Tuy nhiên, nếu ôtô ở trạng thái đi thẳng mà người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô
lăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hay người lái phải tác dụng một lực lớn để quay
vịng xe thì sẽ gây sự mệt mỏi và căng thẳng về cả cơ bắp lẫn tinh thần khi điều khiển xe.
Vì vậy để khắc phục được các vấn đề nêu trên thì các bánh xe được lắp vào thân xe với
các góc nhất định tuỳ theo yêu cầu nhất định đối với từng loại xe và tính năng sử dụng của
từng loại. Những góc này được gọi chung là góc đặt bánh xe.
Việc điều khiển xe sẽ trở lên dễ dàng hơn nếu các bánh xe được đặt theo một
góc chính xác theo u cầu thiết kế. Nếu như các góc đặt bánh xe khơng đúng thì có
thể dẫn đến các hiện tượng sau:
+ Khó lái.
+ Tính ổn định lái kém.
+ Trả lái trên đường vòng kém.
+ Tuổi thọ lốp giảm (mịn nhanh).
•

Góc đặt bánh xe gồm các yếu tố sau :
- 10 -

(+)

+ Góc nghiêng ngang của bánh xe (Góc Camber)
+ Góc nghiêng dọc của trụ đứng (Góc Caster và khoảng Caster)
+ Góc nghiêng ngang trụ đứng (Góc Kingpin)
(-)

+ Góc dỗng (Độ chụm và độ mở)
+ Bán kính quay vịng (Góc bánh xe, bán kính quay vịng).
3.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)
Góc tạo bởi đường tâm của bánh xe dẫn hướng ở vị trí thẳng đứng với đường tâm
của bánh xe ở vị trí nghiêng được gọi là góc camber, và đo bằng độ. Khi bánh xe dẫn
Góc Camber
hướng
nghiêng ra ngồi thì gọi là góc “camber dương”, và ngược lại gọi là góc

“camber âm”. Bánh xe khơng nghiêng thì camber bằng khơng (bánh xe thẳng đứng ).

Hình 1.8. Góc Camber
* Chức năng của góc camber:
Những năm về trước bánh xe được đặt với góc camber dương để cải thiện độ
bền của cầu trước và để các lốp tiếp xúc vuông góc với mặt đường (do trọng lượng
của xe ) nhằm ngăn ngừa sự mịn khơng đều của lốp trên đường, do có phần giữa cao
hơn hai mép.
Ở những xe hiện nay, hệ thống treo và cầu xe cứng vững hơn những xe trước
kia và mặt đường thì phẳng, vì vậy ít cần camber dương, kết quả là các bánh xe được
điều chỉnh đến camber gần bằng 0 (ở một số xe camber bằng 0). Khi góc camber bằng

- 11 -

0 hoặc gần bằng 0 có ưu điểm là khi đi trên đường vịng bánh xe nằm trong vùng có
khả năng truyền lực dọc và lực bên tốt nhất.
90
Góc camber ngăn ngừa khả năng
0 bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại dưới

tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục
trước và hệ thống treo trước. Đồng thời giảm cánh tay đòn của phản lực tiếp tuyến với
trục trụ đứng, để làm giảm mômen tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay
lái. Khi chuyển động trên đường vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe nghiêng
theo hướng quay vịng, các bánh xe ngồi nghiêng vào trong, các bánh xe trong
nghiêng ra ngoài so với thân xe. Để các bánh xe lăn gần vuông góc với mặt đường để
tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc độ cao, hệ treo độc lập thì góc camber thường
âm.
3.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng (Caster)
Góc nghiêng dọc của trụ đứng là sự nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụ
đứng. Nó được đo bằng độ và được xác định bằng góc giữa trụ xoay đứng và phương
thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. Nếu trụ xoay đứng nghiêng về phía sau thì gọi là
caster dương, nghiêng về phía trước thì gọi là caster âm.
Khoảng cách từ giao điểm của đường tâm trục đứng với mặt đất đến đường tâm
vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường được gọi là khoảng caster.
Góc caster và khoảng caster được thể hiện ở hình sau:
(-)

(+)

Góc Caster
V

c

Hình 1.9. Caster và khoảng Caster
* Chức năng của góc caster :
Hồi vị bánh xe do khoảng Caster: Dưới tác dụng của lực ly tâm khi bánh xe vào
đường vòng hoặc lực do gió bên hoặc thành phần của trọng lượng xe khi xe đi vào
đường nghiêng, ở khu vực tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản
lực bên Yb.
- 12 -


Góc Kingpin

Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều
tiến của xe (caster dương) thì phản lực bên Y b của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc một
mô men ổn định, mơ men đó được xác định bằng cơng thức sau:
M = Yb.c
Mơmen này có xu hướng làm bánh xe trở lại vị trí trung gian ban đầu khi nó bị
lệch khỏi vị trí này. Nhưng khi quay vịng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục
mô men này. Vì vậy, góc caster thường khơng lớn. Mơmen này phụ thuộc vào góc
quay vịng của bánh xe dẫn hướng. Đối với các xe hiện đại thì trị số của góc caster
bằng khoảng từ 00 đến 30.
Tính ổn định chạy thẳng: Nếu bánh xe có khoảng caster thì giao điểm giữa
đường tâm trục xoay đứng với mặt đường sẽ nằm phía trước điểm tiếp xúc giữa lốp xe
với mặt đường. Vì lốp xe được kéo về phía trước nên lực kéo này sẽ lấn át các lực có
xu hướng làm cho bánh xe mất ổn định, giữ cho bánh xe chạy ổn định trên đường
thẳng.
3.3. Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin)
Góc nghiêng ngang của trụ đứng được xác định trên mặt cắt ngang của xe. Góc

kingpin được tạo nên bởi hình chiếu của đường tâm trụ đứng trên mặt cắt ngang đó và
phương thẳng đứng .

Hình 1.10. Góc Kingpin
* Chức năng của góc kingpin:
Giảm lực đánh lái: Khi bánh xe quay sang phải hoặc quay quanh trụ đứng
với khoảng lệch tâm là bán kính r0, r0 là bán kính quay của bánh xe quay quanh
trụ đứng, nó là khoảng cách đo trên bề mặt của đường cong mặt phẳng nằm
- 13 -


(+)
ngang của bánh xe giữa đường kéo dài đường tâm trụ quay đứng với tâm của vết
tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Nếu r 0 lớn sẽ sinh ra mô men lớn quanh trụ
quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh lái. Do vậy giá trị của
r0 có thể được giảm để giảm lực đánh lái, phương pháp để giảm r 0 là tạo camber
dương và làm nghiêng trụ quay đứng tức là tạo góc kingpin .
Giảm sự đẩy ngược và kéo lệch sang một phía: Nếu khoảng cách lệch r 0
quá lớn, phản lực tác dụng lên các bánh xe khi chuyển động thẳng hay khi phanh
(-)
sẽ sinh ra một mômen quay quanh trụ đứng, do vậy sẽ làm các bánh xe bị kéo
sang một phía có phản lực lớn hơn. Các va đập từ mặt đường tác dụng lên các
bánh xe làm cho vô lăng dao động mạnh và bị đẩy ngược. Mô men này tỷ lệ với
độ lớn của khoảng lệch. Khi khoảng lệch gần bằng 0, mô men nhỏ hơn sẽ sinh ra
quanh trục xoay đứng khi tác dụng lực lên bánh xe và vô lăng sẽ chịu ảnh hưởng
ít hơn bởi lực phanh hay va đập từ mặt đường.
Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc kingpin sẽ làm cho các bánh xe
tự động trả về vị trí chạy thẳng sau khi quay vịng. Vấn đề trở về vị trí thẳng sau
khi quay vịng là do có mơmen phản lực (gọi là mơmen ngược) tác dụng từ mặt
đường lên bánh xe. Giá trị của mômen ngược phụ thuộc vào độ lớn của góc

kingpin.
3.4. Độ chụm và độ mở (Góc dỗng)
Khi phía trước của các bánh xe gần nhau hơn phía sau ( khi nhìn từ trên
xuống ) thì gọi là “ độ chụm ”, sự bố trí ngược lại gọi là “ độ mở ”.
Thơng thường độ chụm được biểu diễn bằng khoảng cách B-A. Kích thước
B, A được đo ở mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi thẳng. Độ
chụm là dương nếu B-A>0, là âm nếu B-A<0.
Độ chụm có ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành tay
lái. Sự mài mòn lốp xảy ra là nhỏ nhất trong trường hợp hai bánh xe lăn phẳng
hoàn toàn.

- 14 -


Hình 1.11. Độ chụm bánh xe
Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn P f ngược
chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Lực P f này
đặt cách trụ quay đứng một đoạn R0 và tạo nên một mômen quay với tâm trụ quay
đứng . Mômen này tác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau. Để
lăn phẳng thì các bánh xe đặt với độ chụm ∆ = B-A dương. Với góc ∆ như thế
thì tạo lên sự ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định vành tay lái.

Hình 1.12. Lực cản lăn Pf
Ở cầu dẫn hướng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe
về phía trước. Bởi vậy góc ∆ giảm. Trong trường hợp này, để giảm ảnh hưởng
của lực cản lăn và lực phanh và đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột (phanh
bằng động cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt ∆ có giá trị nhỏ hơn hoặc bằng
khơng.
3.5. Bán kính quay vịng (Góc bánh xe, bán kính quay vòng)

O

- 15 -

O'

90
°


Hình 1.13. Sự trượt bên khi quay vịng
Khi vào đường cong, đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết
hoặc trượt quay thì đường vng góc với véctơ vận tốc chuyển động của tất cả
các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, điểm đó gọi là tâm quay tức thời của xe.
Để đạt được góc lái chính xác của bánh dẫn hướng bên phải và bên trái thì
các thanh dẫn động lái thực hiện chức năng này cũng đồng thời đạt được bán
kính quay vịng mong muốn.

O

Hình 1.14. Sơ đồ quay vòng
Sự quay vòng của xe kèm theo lực ly tâm, lực này có xu hướng bắt xe quay với
bán kính lớn hơn bán kính dự định của người lái trừ khi xe có thể sinh ra một lực
ngược lại đủ lớn để cân bằng với lực ly tâm. Lực này là lực hướng tâm. Lực hướng
tâm sinh ra bởi sự biến dạng và sự trượt bên của lốp do ma sát giữa lốp và mặt đường,
lực này là lực quay vòng và làm ổn định xe khi quay vòng.
4. Dẫn động lái
Dẫn động lái bao gồm tất cả những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng
quay của bánh xe. Vì vậy dẫn động lái trên xe phải đảm bảo các chức năng sau:
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.

+ Đảm bảo quay vòng của các bánh xe dẫn hướng sao cho không xảy ra hiện
tượng trượt bên lớn ở tất cả các bánh xe, đồng thời tạo liên kết giữa các bánh xe dẫn
hướng.
- 16 -


α

+ Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, địn kéo
ngang và địn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vơ lăng một góc thì các bánh
xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định.
β
•

Quan hệ hình học của ACKERMAN
Quan hệ hình học của ACKERMAN là biểu thị quan hệ góc quay của các bánh

xe dẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay vòng tức thời của xe nằm trên
đường kéo dài của tâm trục cầu sau.

Hình 1.14. Quan hệ hình học của ACKERMAN
Để thực hiện quay vịng đúng thì các bánh xe dẫn hướng (trên cùng một cầu)
phải quay theo các góc α, β khác nhau và quan hệ hình học được xác định theo biểu
thức sau :
cotg α - cotg β =B0 /L (1)
Trong đó :

- L : chiều dài cơ sở của xe
- B0 : khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng
- α, β: Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía ngoài và trong

Để đảm bảo điểu kiện (1), trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi là
hình thang lái Đantơ. Hình thang lái Đantơ chỉ áp dụng gần đúng điều kiện trên, song
do kết cấu đơn giản nên được dùng rất phổ biến. Mỗi một chủng loại xe, có kích thước
và vị trí địn của cơ cấu 4 khâu sao cho sai lệch trong quan hệ hình học của cơ cấu lái
4 khâu với quan hệ hình học Ackerman chỉ nằm ở góc quay bánh xe dẫn hướng lớn.
Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0 030’ đến 10 khi bánh xe dẫn hướng ở vùng quay
vịng gấp.
* Có hai phương pháp bố trí dẫn động lái điển hình:
- 17 -


- Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái
Đantơ như sau:
Dầm cầu đứng đóng vai trị là một khâu cố định, hai đòn bên dẫn động các bánh
xe, đòn ngang liên kết với các đòn bên bằng những khớp cầu (rotuyl lái). Các đòn bên
quay quanh đường tâm trụ đứng.
Phương pháp bố trí được trình bày như hình dưới đây:

Hình 1.15. Cơ cấu 4 khâu khi có dầm cầu liền
a. Địn kéo ngang khi có dầm cầu liền
b. Địn kéo ngang nằm trước dầm cầu

- Trên hệ thống treo độc lập, số lượng các đòn và khớp tăng lên nhằm đảm bảo
các bánh xe dịch chuyển độc lập với nhau.
Số lượng các đòn tăng lên tuỳ thuộc vào kết cấu của cơ cấu lái, vị trí bố trí cơ
cấu lái, dẫn động lái và hệ thống treo, nhưng vẫn đảm bảo quan hệ hình học
Ackerman, tức gần đúng với hình thang lái Đantô.
Hiện nay trên xe con thông dụng là hệ thống treo độc lập, do vậy dẫn động lái
có rất nhiều đòn và khớp.

- 18 -


Hình 1.16. Cơ cấu địn ngang nối liên kết với hệ thống treo độc lập
a. Đòn ngang nối nằm sau dầm cầu
b. Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu
Trên xe tải thông dụng là hệ thống treo phụ thuộc, do vậy sử dụng hình
thang lái Đantơ. Trên một số xe tải hạng nặng, xe siêu trường, xe siêu trọng dẫn
động lái hai cầu trước tức 4 bánh dẫn hướng và hai hình thang lái 4 khâu Đantơ
( như xe Huyndai 18 tấn ).

Hình 1.17. Bố trí hai cầu trước dẫn hướng
Tỷ số truyền của dẫn động lái phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các
cánh tay địn. Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền của các dẫn động lái
thường nằm trong khoảng từ 0,85 đến 1,1.
* Cấu tạo các khớp, đòn, giảm chấn của dẫn động lái
- Khớp cầu: Khớp cầu dùng trong hệ thống lái có 2 dạng:
Khớp cầu bơi trơn thường xun và khớp cầu bôi trơn một lần. Ngày nay khớp cầu
dùng cho xe con là loại không cần bảo dưỡng (bôi trơn một lần ). Khớp cầu dùng cho xe tải
- 19 -


là khớp cầu bôi trơn thường xuyên. Khớp cầu bôi trơn 1 lần bao gồm các loại sau: loại có
bạc kim loại, loại bạc nhựa và loại bạc cao su.
Ở các hệ thống lái có địn quay, các địn phụ chỉ đảm nhận mối quan hệ dịch
chuyển hình học, lực tác dụng nên khớp nhỏ do vậy dùng loại khớp cầu có bạc cao su.
Khớp cầu có bạc nhựa liền khối, có biến dạng rất nhỏ và chịu ma sát tốt, giá
thành không cao loại này được sử dụng rộng rãi trên các xe con hiện nay.
Khớp cầu có bạc kim loại chỉ dùng trên các xe thể thao vì yêu cầu độ bền cao.

- Các đòn dẫn động lái: Thơng thường các địn dẫn động lái có hai dạng là dạng
có kích thước cố định (hình thang lái) và loại có thể thay đổi được chiều dài (địn kéo
dọc). Hình dạng của các địn tuỳ thuộc vào vị trí, kết cấu và khoảng không gian cho
phép khi dịch chuyển nhưng phần lớn các địn có tiết diện trịn và rỗng. Trên các đòn
kéo dọc (điều chỉnh độ chụm của bánh xe), thì hai đầu là khớp cầu, trên thân hai đầu
là ren ngược chiều nhau để khi điều chỉnh chỉ phải xoay đòn kéo. Thân khớp cầu bắt
với các đòn qua các bề mặt, còn hãm bằng chốt chẻ.
- Giảm chấn của hệ thống lái:
Để nâng cao chất lượng của xe, trên một số loại xe có dùng giảm chấn
trong hệ thống lái. Trong hệ thống lái có cường hố thì cường hố đóng vai trị
như một giảm chấn.
Tác dụng của giảm chấn là dập tắt các dao động từ mặt đường lên vành tay lái,
ổn định vành lái khi đi trên đường xấu.
5. Trợ lực lái
5.1. Tổng quan về trợ lực lái
Ta thấy lực cản quay vòng tỉ lệ thuận với trọng lượng xe phân lên cầu trước dẫn
hướng, do vậy những xe có trọng tải càng lớn thì lực cản quay vịng càng lớn. Lực cản
quay vịng tăng tới một giới hạn nào đó thì người lái khơng điều khiển vơ lăng được
nữa. Trong trường hợp đó cần có một bộ phận hỗ trợ cho người lái khi quay vịng xe.
Người ta gọi bộ phận đó là trợ lực lái.
Do trợ lực lái phải có nguồn năng lượng, các van điều khiển, bộ phận sinh lực,…
đòi hỏi chế tạo có độ chính xác cao nên bộ phận trợ lực đắt tiền và chỉ được dùng trên
các xe tải lớn và rất lớn. Tuy nhiên do sự tiến bộ của kỹ thuật, công nghệ làm hạ giá
thành các chi tiết cộng với sự đòi hỏi ngày càng cao tính tiện nghi cho người lái cho
nên trợ lực lái ngày nay được áp dụng cả trên xe tải nhỏ và xe du lịch.

- 20 -


Nguồn năng lượng cung cấp cho trợ lực lái có thể là chất lỏng áp suất cao, khí

nén, điện,…tương ứng sẽ có các loại trợ lực thủy điện, trợ lực khí nén, trợ lực điện,…
do đó ta có các loại trợ lực lái sau:
- Trợ lực thủy lực được dùng nhiều hơn cả vì kết cấu gọn, dễ bố trí.
- Trợ lực khí nén về nguyên tắc giống trợ lực thủy lực, nhưng do áp suất khí nén
nên kết cấu trợ lực khí nén cồng kềnh và do đó ít được sử dụng.
- Trợ lực điện cũng gọn nhưng bộ phận sinh lực thường là động cơ điện nên đảo
chiều khó khăn do rơ to có mơ men qn tính nhất định. Do vậy trợ lực điện cũng ít
được sử dụng.
* Trợ lực lái phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Khi bộ phận trợ lực lái hỏng, hệ thống lái vẫn làm việc được. Lúc này lực người
lái cần sinh sinh ra để điều khiển vô lăng lớn hơn, tuy vậy người lái vẫn có thể đưa xe
về nơi sửa chữa được.
- Phải đảm bảo cảm giác cho người lái khi lái xe:
+ Bộ cường hóa chỉ bắt đầu hoạt động khi lực tác dụng lên vô lăng đạt được
một giá trị nhất định ( khoảng 20N ).
+ Lực trên vô lăng tỷ lệ thuận với lực cản quay vịng.
Để lái thuận tiện trung bình lực trên vơ lăng khoảng 40 – 70 N, cực đại khoảng 100 –
150 N.
5.2. Kết cấu trợ lực lái
Một số sơ đồ hệ thống lái có trợ lực:
7

8
1

3

2
5

4

6

- 21 -


Sơ đồ 1. Cơ cấu lái, van phân phối và xi lanh lực được bố trí riêng rẽ
1. Nguồn cung cấp chất lỏng; 2. Xi lanh lực; 3. Cơ cấu lái;
4. Van phân phối; 5,6,7,8. Đường dầu

Sơ đồ 2. Cơ cấu lái và van phân phối được bố trí trên cùng một khối

6

5
7
8

Sơ đồ 3. Van phân phối và xi lanh lực được bố trí trên cùng một khối

- 22 -


Sơ đồ 4. Bố trí trợ lực lái cùng với địn kéo ngang
Van phân phối được điều khiển bởi tín hiệu từ vơ lăng tức theo góc quay và lực
tác dụng lên vô lăng. Cũng như các bộ trợ lực của các hệ thống lái khác, van phân phối
đảm bảo tính chép hình cho hệ thống, cụ thể là đảm bảo tỉ lệ thuận giữa lực điều khiển
trên vô lăng với áp suất chất lỏng đi đến xi lanh lực.
Nguyên lý:

Khi quay vòng sang phải, van phân phối nối đường dầu 6 với đường dầu 8 và
đường dầu 5 với đường dầu 7. Chất lỏng từ bơm đi đến khoang dưới của xi lanh lực
đẩy piston đi lên, đẩy bánh dẫn hướng quay sang phải. Dầu ở khoang trên xi lanh lực
sẽ theo đường 6 về đường 8 và hồi về bơm.
Nguồn cung cấp trong đó chủ yếu là bơm thủy lực, được kéo bởi động cơ ô tô,
cung cấp chất lỏng áp suất cao cho hệ thống, bộ phận sinh lực là một xi lanh lực, chất
lỏng dùng trong hệ thống là dầu thủy lực.
5.2.1. Nguồn cung cấp
Nguồn cung cấp bao gồm bơm thủy lực, bình chứa dầu, các van an toàn, ắc quy
thủy lực. Bơm thủy lực thường dùng là bơm cánh gạt, bơm bánh răng, áp suất chất
lỏng có thể đạt 0,4 – 0,6 MN/m2.
- Nguyên lý làm việc của bơm cánh gạt :
Bơm cánh gạt gồm các bộ phận sau: vịng cam, rơ to, cánh và van điều khiển lưu
lượng. Khi rơ to quay trong vịng cam, vịng cam bắt chặt với vỏ bơm. Trong rơ to có
các rãnh các cánh gạt đặt trong các rãnh đó. Vịng ngồi của rơ to dạng hình trịn, mặt
- 23 -


trong của vịng cam là hình ơvan nên tạo khe hở giữa rơto và vịng cam. Các rãnh gạt
chia các khe hở này thành các buồng dẫn.

Hình 1.18. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm cánh gạt
Các cánh gạt tỳ lên nhau trong vịng cam nhờ có lực ly tâm lẫn áp suất dầu tác
dụng tác dụng lên cạnh trong của cánh nên làm kín rất tốt, do vậy khi bơm hoạt động
sinh ra dầu có áp suất cao mà khơng bị rị rỉ tại phần tiếp xúc giữa cánh gạt và vịng
cam. Thể tích tại buồng dầu tăng tại cửa hút nên dầu trong bình chứa được hút vào
buồng dầu từ cửa hút. Thể tích buồng dầu giảm ở phía bơm do vậy dầu hút vào bị đẩy
ra ngồi theo cửa bơm. Bơm có hai cửa hút và hai cửa bơm. Vì vậy mỗi vịng quay của
rơto thì dầu được hút và đẩy hai lần.
5.2.2. Bộ phận sinh lực

Bộ phận sinh lực bao gồm xi lanh, pittông và cần pittơng. Có thể gọi bộ phận này
là xi lanh lực, nó là bộ phận biến đổi áp suất chất lỏng thành lực tác dụng vào dẫn
động lái để làm quay bánh xe khi quay vịng. Xi lanh lực có thể bố trí độc lập, có thể
bố trí chung với van phân phối, cũng có thể bố trí chung với van phân phối và cơ cấu
lái.
5.2.3. Van phân phối
Van phân phối hay là van điều khiển, có nhiệm vụ điều khiển dòng chất lỏng đi
đến xi lanh lực phù hợp với trạng thái quay vòng (sang trái, sang phải, hoặc đi thẳng).
Van phân phối có một yêu cầu quan trọng là đảm bảo tính chép hình cho hệ thống lái
nghĩa là góc quay vịng của bánh xe dẫn hướng phải tương ứng với góc quay của vơ
lăng và lực trên vơ lăng phải tương ứng với lực cản quay vịng.
Van phân phối trên trợ lực lái thường có 2 loại: loại van trượt và loại van xoay.
- 24 -


• Kiểu van xoay
Van điều khiển kiểu xoay trong cơ cấu lái quyết định dầu từ bơm sẽ đi đến buồng
nào. Trục van điều khiển (mômen từ vô lăng tác dụng lên ) và trục răng được nối
với nhau bằng một thanh xoắn. Van xoay và trục răng được nối với nhau bằng một
chốt và quay cùng nhau. Nếu có áp suất dầu, thanh xoắn sẽ bị xoắn hết cỡ, trục van
điều khiển và trục răng sẽ tiếp xúc với nhau ở vấu chặn nên mômen từ trục van
điều khiển sẽ truyền thẳng đến trục răng.

Hình 1.19. Van điều khiển kiểu xoay
Một sức cản trong mạch dầu được tạo ra bởi chuyển dộng quay của trục
van điều khiển so với van quay. Khi vô lăng quay sang phải, áp suất bị cản lại tại cửa
X và Y, khi quay sang trái, nó bị cản lại tại X' và Y'.

- 25 -