MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay ngành công nghiệp ô tô ở nước ta đang phát triển mạnh mẽ và ngày
càng khẳng định vai trò to lớn của mình trong các ngành công nghiệp trọng
điểm của quốc gia. Nhận thấy tiềm năng của công nghiệp ô tô nên nước ta đã
chủ động mở cửa cho các nhà đầu tư nước ngoài xây dựng các nhà máy lắp
ráp cũng như sản xuất linh kiện ô tô trong nước góp phần giải quyết vấn đề
nhân lực cũng như thúc đẩy kinh tế, đóng góp không nhỏ vào nguồn thu của
chính phủ. Với tốc độ phát triển mạnh mẽ như vậy càng đòi hỏi nguồn nhân
lực trong ngành công nghiệp ô tô cần phải có trình độ và chuyên môn cao.
Điều đó đang được thể hiện bằng việc ra đời rất nhiều trung tâm chuyên
nghiên cứu phát triển công nghệ, thiết kế tính toán, mô phỏng lắp ráp ô tô…
Trong các trường đại học việc khuyến khích sinh viên nghiên cứu các công
nghệ mới trên ô tô hiện đại cũng đang được sinh viên nhiệt tình tham gia.
Một trong những hệ thống đặc biệt quan trọng của ô tô là hệ thống lái. Hệ
thống này có chức năng điều khiển hướng chuyển động của ô tô, nó đảm bảo
tính năng ổn định chuyển động thẳng cũng như quay vòng của bánh xe dẫn
hướng. Trong quá trình chuyển động hệ thống lái có ảnh hưởng trực tiếp đến
an toàn của người sử dụng, đặc biệt với các loại xe hiện đại có tốc độ cao. Do
đó người ta không ngừng cải tiên hệ thống lái để nâng cao tính năng của nó.
Là sinh viên trường Đại học Bách khoa Hà Nội, trường đại học hàng đầu của
cả nước, việc tìm hiểu ứng dụng các công nghệ tiên tiến trên thế giới để áp
dụng vào thực tế nước ta cần phải được chú trọng đặc biệt. Bởi vậy chúng em
1
đã được giao nhiệm vụ “Thiết kế tính toán hệ thống lái xe tải 3 tấn”. Với
hệ thống lái có trợ lực cải tiến quá trình điều khiển làm tăng tính năng an toàn
chuyển động và giúp cho người lái giảm mệt mỏi.
Tuy nhiên, với một đề tài khá rộng đề cập đến nhiều vấn đề còn khá mới mẻ
đòi hỏi phải có thời gian dài nghiên cứu tìm hiểu. Mặc dù đã có nhiều cố gắng
nhưng với hiểu biết cũng như thời gian tìm hiểu hạn chế nên đồ án của em
không tránh khỏi sai sót cũng như còn nhiều vấn đề chưa được đề cập tới. Em

Sự chuyển động và thay đổi hướng chuyển động của xe trên đường là quá
trình phức tạp. Khi xe chuyển động trên đường vòng với tốc độ thấp thì ứng
với mỗi vị trí góc quay của vành tay lái nhất định θ
vl
xe sẽ quay vòng với một
bán kính quay vòng R
0
tương ứng. Đây có thể coi là trạng thái quay vòng tĩnh
(quay vòng đủ).
3
Trong thực tế xe thường chuyển động ở tốc độ lớn, do vậy quá trình quay
vòng là động, trạng thái quay vòng đủ ít xảy ra mà thường gặp là trạng thái
quay vòng thiếu và quay vòng thừa xảy ra trên cơ sở của việc thay đổi tốc độ
chuyển động, sự đàn hồi của lốp và hệ thống treo.
Khi quay vòng thiếu, để thực hiện quay vòng xe theo bán kính R
0
người lái
phải tăng góc quay vành lái một lượng θ
vl
. Khi quay vòng thừa, để thực hiện
quay vòng xe theo bán kính R
0
người lái phải giảm góc quay vành lái một
lượng θ
vl
.
Quay vòng thừa và quay vòng thiếu là những trạng thái quay vòng nguy hiểm,
làm mất tính ổn định và tính điều khiển của xe vì chúng gia tăng lực ly tâm
(vận tốc quay vòng của xe tăng kéo theo lực ly tâm khi quay vòng tăng). Ở
những trạng thái này yêu cầu người lái phải có kinh nghiệm xử lý tốt. Vấn đề

+ Bố trí vành lái bên trái (theo luật đi đường bên phải).
+ Bố trí vành lái bên phải (theo luật đi đường bên trái).
1.4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô
Một trong các hệ thống quyết định đến tính an toàn và ổn định chuyển động
của ôtô là hệ thống lái. Theo đó hệ thống lái cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay
vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất
bé.
- Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với
người lái.
- Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt
lết khi quay vòng.
- 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.
5
- 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 thụân tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.
2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô.
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. Các cơ cấu dẫn động
2.1. Vành lái.
Vành lái có dạng vành tròn. Lực của người lái tác dụng lên vành lái tạo ra mô

loại trục lái không thay đổi được góc nghiêng.
Ngoài cơ cấu hấp thụ va đập ở trục lái chính còn 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 vô 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.
2.3. Cơ cấu lái.
Cơ cấu lái là bộ giảm tốc đảm bảo tăng mô men tác động của người lái đến
các bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái thường bằng 18 đến 20
đối với xe con và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải.
2.3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái.
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.
7
- 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 không gian và dễ dàng tháo lắp.
Sự đàn hồi của hệ thống lái có ảnh hưởng tới sự truyền các va đập từ măt
đường lên vô lăng. Độ đàn hồi càng lớn thì sự va đập truyền lên vô 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 đòn
dẫn động …

540
720
5
10
15
20
25
Hình 1.2: Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái
Vấn đề chọn tỷ số truyền của cơ cấu lái trên cơ sở ứng với 1 đến 2 vòng quay
của vô lăng thì bánh xe phải quay được tối đa từ 35
0
đến 45
0
từ vị trí trung
gian trở đi. Quy luật thay đổi tỷ số truyền thích hợp nhất được thể hiện trên
giản đồ bên dưới
Trong phạm vi góc quay θ ≤ π/2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực
đại đảm bảo chính xác cao trong khi lái ôtô trên đường thẳng với tốc độ cao
và giúp lái nhẹ nhàng vì đa số thời gian lái là quay vành lái một góc nhỏ
quanh vị trí trung gian. Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay
đổi theo qui luật như thế sẽ giảm ảnh hưởng của những va đập từ bánh dẫn
hướng lên vành lái.
Khi θ > π/2 thì i
c
giảm rất nhanh, ở hai rìa của đồ thị thì ic hầu như không
thay đổi. ở đoạn này khi quay vành lái một góc nhỏ thì bánh dẫn hướng quay
một góc lớn giúp khả năng quay vòng của ôtô tốt hơn.
2.3.3. Tỷ số truyền của dẫn động lái i
d
Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn.

r - bán kính vành tay lái.
Như vậy ta có:
.
c
l
l
M r
i
c M
=
Bán kính vành tay lái ở đa số ôtô hiện nay là 200 ÷ 250mm và tỷ số truyền
góc i
g
không vượt quá 25 vì vậy i
l
không được lớn quá, i
l
hiện nay chọn trong
khoảng từ 10 ÷ 30.
10
2.3.5. Hiệu suất thuận
Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu
suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải
hiệu suất thuận cao.
2.3.6. Hiệu suất nghịch
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trục
lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống
chuyển động của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái được vì chúng bị triệt tiêu
bởi ma sát trong cơ cấu lái. Nhưng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp
quá vì khi đó bánh lái sẽ không tự trả lại được về vị trí ban đầu dưới tác dụng

8
3
2
1 7
6
5
4
Loại cơ cấu lái này được sử dụng rộng rãi nhất. Cơ cấu lái gồm trục vít
glôbôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba tầng 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.
c. Cơ cấu lái trục vít -êcu bi - thanh răng - cung răng.

Hình 1.5: Cơ cấu lái kiểu bi tuần hoàn
1. Vỏ cơ cấu lái 5. Ổ bi trên 8. Đai ốc hãm
2. Ổ bi dưới 6. Phớt 9. Bánh răng rẻ quạt
3.Trục vít 7. Đai ốc điều chỉnh 10. Bi
4. Êcu bi
Gồm một trục vít có hai đầu được đỡ bằng ổ bi đỡ chặn. Trục vít và êcu có
rãnh tròn 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.
13
Cơ cấu lái kiểu trục vít - êcu bi – cung răng có ưu điểm lực cản nhỏ, ma sát
giữa trục vít và trục rẻ quạt nhỏ (ma sát lăn).
2.4. Dẫn động lái.
Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của

theo biểu thức sau:

B
cotg cotg
L
β α
− =
Trong đó :
L: chiều dài cơ sở của xe.
B: khoảng cách của hai đường tâm trụ quay đứng trong mặt
phẳng đi qua tâm trục bánh xe và song song với mặt đường.
α, β: Góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong và phía ngoài
15
Để đảm bảo điểu kiện trên, trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi là
hình thang lái Đantô. Hình thang lái Đantô 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 đòn 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
0
30
’
đến 1
0
khi bánh xe dẫn hướng ở vùng quay vòng gấp.
Đối với dầm cầu liền, hệ thống treo phụ thuộc thì cấu tạo của hình thanh lái
Đantô như sau:
Dầm cầu đứng đóng vai trò 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).

2.5.1.Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber).
Hình 1.10: Góc 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.
18
Góc Camber ngăn ngừa khả năng 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 vòng, các bánh xe ngoài 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.
2.5.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng
Caster).
Góc nghiêng dọc của trụ đứng đo bằng độ, xác định bằng góc giữa trụ xoay
đứng và phương thẳng đứng khi nhìn từ cạnh xe. 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.
19
Hình 1.11: Caster và khoảng 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 Y
b
.
Khi trụ quay đứng được đặt nghiêng về phía sau một góc nào đó so với chiều

lái. Do vậy giá trị của r
0
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 (tạo góc
KingPin).
Cải thiện tính ổn định khi chạy thẳng: Góc KingPin sẽ làm cho các bánh xe tự
động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có mômen phản lực (gọi
21
là mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe. Giá trị của mômen
ngược phụ thuộc vào độ lớn của góc KingPin.
2.5.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng)
Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trước của các bánh xe gần nhau hơn phía sau
thì gọi là độ chụm. Nếu bố trí ngược lại là độ mở.
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 có
ảnh hưởng lớn tới sự mài mòn của lốp và ổn định của vành lái.
Hình 1.13: Độ chụm
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 R
0
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

23
- Hệ thống lái trợ lực kiểu van cánh.
Dựa vào vị trí của van phân phối và xy lanh lực:
- Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt chung trong cơ
cấu lái.
- Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực đặt riêng .
- Hệ thống lái trợ lực kiểu van phân phối, xy lanh lực kết hợp trong đòn
kéo.
Hiện nay dạng bố trí thông dụng nhất trên hệ thống lái của xe là van phân
phối, xy lanh lực và cơ cấu lái đặt chung. Còn nguồn năng lượng là một bơm
cánh gạt được dẫn động từ động cơ của xe nhờ dây đai.
2.6.3. Nguyên lý trợ lực lái
Trợ lực lái là một thiết bị thuỷ lực sử dụng công suất của động cơ để giảm nhẹ
lực lái. Động cơ dẫn động bơm tạo ra dầu cao áp tác dụng lên piston nằm
trong xy lanh lực. Piston trợ giúp cho việc chuyển động của thanh răng. Mức
độ trợ giúp phụ thuộc vào độ lớn của áp suất dầu tác dụng lên piston. Vì vậy
nếu cần trợ lực lớn hơn thì phải tăng áp suất dầu.
a. Vị trí trung gian (khi xe chuyển động thẳng)
Dầu từ bơm được đẩy lên van điều khiển. Nếu van ở vị trí trung gian, tất cả
dầu sẽ chảy qua van vào cửa xả và hồi về bơm. Vì áp suất dầu bên trái và bên
phải piston là như nhau nên piston không chuyển động về hướng nào.
24
Bơm
Khối van điều khiển
Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái ở vị trí trung gian
Xylanh lực
b. Khi quay vòng
Khi trục lái chính quay theo bất kỳ hướng nào, giả sử quay sang phải thì van
điều khiển cung di chuyển làm đóng một phần cửa dầu, còn cửa kia mở rộng
hơn. Vì vậy làm thay đổi lượng dầu vào các cửa, cùng lúc đó áp suất dầu