NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN :
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2013
Giáo viên hướng dẫn
Vũ Xuân Trường
1
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN :
………………………………………………………………………………………

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 5
LỜI NÓI ĐẦU 7
Phần I: MỞ ĐẦU 8
Tính cấp thiết của đề tài 8
Ý nghĩa của đề tài 8
Mục tiêu của đề tài 8
Nội dung nghiên cứu 8
Phương pháp nghiên cứu và cải tiến 9
Phần II: NỘI DUNG 10
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 11
1.1 Mô tả chung hệ thống lái 11
1.1.1. Tổng quan hệ thống lái 11
1.1.2. Các trạng thái quay vòng của xe. 11
1.1.3. Phân loại hệ thống lái 12
1.1.4. Yêu cầu của hệ thống lái ôtô 12
1.2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ô tô 13
1.2.1. Vành lái. 13
1.2.2. Trục lái. 14
1.2.3. Cơ cấu lái 15
1.2.4. Dẫn động lái 18
1.2.5. Các góc đặt bánh xe 21
1.2.6. Hệ thống lái có trợ lực 26
Chương 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE SINH THÁI 29
2.1. Lựa chọn góc đặt bánh xe 29
2.1.1. Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber) 29
2.1.2. Góc nghiêng dọc trụ đứng và chế độ lệch dọc (Caster và khoảng Caster) 29
2.1.3. Góc nghiêng ngang trụ đứng (Kingpin) 29
2.1.4. Độ chụm và độ mở (góc doãng) 29
2.2. Tính toán thiết kế hệ thống lái trên xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu 31
2.2.1 . Các thông số trên xe thiết kế. 31

4
DANH MỤC BẢNG, BIỂU
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
5
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển không ngừng nghỉ của nền công nghiệp thế giới, đã làm
cho lượng khoáng sản hóa thạch ngày càng cạn kiệt. Đi cùng với đó, lượng nhiên liệu
cung cấp cho các ngành công nghiệp, đặc biệt là nhiên liệu cung cấp cho ngành ô tô-
xe máy đang giảm đi trông thấy. Điều đó khiến cho giá cả của nhiên liệu mỗi lúc một
leo thang không chỉ ở trên thế giới nói chung, còn ở Việt Nam nói riêng. Với tình
hình đó đã đặt ra một bài toán,làm thế nào để giảm tối đa lượng nhiên liệu cần thiết
cho quá trình sử dụng.
Từ đó Honda đã tổ chức “Cuộc thi Lái xe sinh thái Tiết kiệm nhiên liệu” là sân
chơi nơi những người tham gia sử dụng những ý tưởng và kỹ thuật cho động cơ xe
máy Honda nhằm cạnh tranh về hiệu suất tiêu hao nhiên liệu với thử thách “Bạn có
thể đi được bao nhiêu km chỉ với 1 lít xăng ?”
Cuộc thi đã tạo ra cơ hội quý báu cho các bạn trẻ tư duy sáng tạo về kỹ thuật,
công nghệ, đưa các ý tưởng này vào thực tế, và góp một phần không nhỏ vào việc đẩy
mạnh phong trào tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường sống, qua đó thể hiện sự
quan tâm của Honda vào quá trình phát triển các giá trị bền vững cho thế hệ tương lai.
Thông qua đó, em đã được khoa giao cho đồ án tốt nghiệp:
“Nghiên cứu, thiết kế Hệ thống lái trên xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu”
Trong quá trình thực hiện đồ án do trình độ và hiểu biết còn hạn chế nhưng được
sự chỉ bảo của các thầy cô trong khoa cùng sự giúp đỡ của bạn bè cùng lớp và đặc
biệt là thầy hướng dẫn Vũ Xuân Trường đến nay đồ án của em đã hoàn thành. Trong
quá trình làm còn nhiều thiếu xót mong các thầy cô trong khoa chỉ bảo thêm để đồ án
của em được hoàn thiện hơn .
Em xin chân thành cảm ơn !
Hưng Yên , ngày tháng năm 2013
Sinh viên thực hiện

duy, nghiên cứu vận dụng vào thực tế.
• Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu hệ thống lái cho xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu
- Đưa ra những phương án thiết kế lái cho xe tự chế đảm tính ổn định khi xe
chuyển động và đáp ứng yêu cầu cuộc thi.
- Làm tài liệu phục vụ nghiên cứu sau này
• Nội dung nghiên cứu
7
- Phân tích đặc điểm, kết cấu, điều kiện chịu lực của hệ thống lái cho xe sinh thái
tiết kiệm nhiên liệu
• Phương pháp nghiên cứu và cải tiến
- Phương pháp nghiên cứu và cải tiến thực tiễn
* Trong phương pháp này chúng ta phải có các bước sau :
+ Bước 1: Quan sát, tìm hiểu các thông số kết cấu của hệ thống lái cho xe tự
chế tiết kiệm nhiên liệu
+ Bước 2: Đưa ra các phương án cải tiến và thử nghiệm
+ Bước 3: Từ kết quả thử nghiệm chọn được các phương án tối ưu nhất để cải
tiến sử dụng trên xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu.
- Phương pháp nghiên cứu và cải tiến dựa trên tài liệu
+ Phương pháp được thực hiện khi chúng ta đã thu thập một số lượng tài liệu
tham khảo cũng như những đề tài có liên quan và được thực hiện trước đó.
* Mục đích : Nghiên cứu, tham khảo, tìm hiểu các thông tin khoa học trên cơ sở
nghiên cứu các văn bản, tài liệu, sách báo đã có sẵn bằng tư duy logic để rút ra kết
luận cần thiết .
* Phân loại tài liệu nghiên cứu:
- Tài liệu sơ cấp: Là tài liệu mà người nghiên cứu thu thập, phỏng vấn trực
tiếp, thu thập số liệu và tài liệu nghiên cứu chưa qua phân tích, thảo luận .
- Tài liệu thứ cấp: Là tài liệu có nguồn gốc từ tài liệu sơ cấp đã được phân tích,
thảo luận và diễn giải như: Sách giáo khoa, báo chí và các giáo trình… Các tài liệu
này đã được giải thích và phân tích dựa trên thực tiễn và lý thuyết qua những lần thi

tiếp nhận lực tác động của người lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền mômen
từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng mômen truyền từ vành lái tới các thanh dẫn
động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn
hướng. Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe.
Để quay vòng được thì người lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực. Đồng
thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đường lên mặt vuông góc với bánh xe. Để
quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay tức thời
khi quay vòng.
1.1.2. Các trạng thái quay vòng của xe
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).
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

 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
 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.
11
1.2. Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ô tô
Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống lái.
1. Vành lái 6. Hình thang lái
2. Trục lái 7. Đòn quay ngang
3. Cơ cấu lái 8. Trụ xoay đứng
4. Đòn quay đứng 9. Bánh xe
5. Đòn kéo dọc
1.2.1. Vành lái
Vành lái có dạng vành tròn. Lực của người lái tác dụng 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.
M
vl
=P
l
.r
vl
(1.1)

Trong đó:

và bằng từ 21 đến 25 đối với xe tải .
1.2.3.1. Các yêu cầu của cơ cấu lái
Cơ cấu lái cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
+ Có thể quayđược 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 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 …
13
1.2.3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái
Tỷ số truyền cơ cấu lái là tỷ số giữa
góc quay của bánh lái và góc quay của đòn
quay đứng.
ω
θ
: góc quay bánh lái

ω
Ω
: góc quay đòn quay đứng
Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mômen từ vành lái đến các bánh xe dẫn

720 180 360
540
720
5
10
15
20
25
Hình 1.2: Quy luật thay đổi tỷ số
truyền i
c
của cơ cấu lái
c
d
i
d
θ
ωθ
ω
Ω
= =
Ω
(1.2)
, (1.3)
Trong đó:
Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe.
c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đường
trục đứng kéo dài.
- mômen lái đặt trên vành lái.
r - bán kính vành tay lái.

quay thì chốt được đặt trong ổ bi.
b) Cơ cấu lái trục vít con lăn
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.
Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít con lăn
16
c) Cơ cấu lái 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
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.
Hình 1.5- Cơ cấu lái kiểu trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng.
1. Vỏ cơ cấu lái 6. Phớt
2. ổ bi dưới 7. Đai ốc điều chỉnh
3.Trục vít 8. Đai ôc hãm
4. Êcu bi 9. Bánh răng rẻ quạt
5. Ổ bi trên 10.Bi
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).
1.2.4. Dẫn động lái
Dẫn động lái gồm những chi tiết truyền lực từ cơ cấu lái đến ngõng quay của
bánh xe. Dẫn động lái phải đảm bảo các chức năng sau:
+ Nhận chuyển động từ cơ cấu lái tới các bánh xe dẫn hướng.
17
10

Trong đó :
L : chiều dài cơ sở của xe.
B
0
: 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
Để đảm bảo điểu kiện (1), 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
18
B
L
O α
β
β
4 khâu với quan hệ hình học ACKERMAN chỉ nằm ở góc quay bánh xe dẫn hướng

b. Đòn ngang nối nằm trước dầm cầu.
19
Trong các kết cấu hiện nay, tỷ số truyền dẫn động lái thường nằm trong
khoảng từ 0,85 đến 1,1.
1.2.5. Các góc đặt bánh xe.
Để tránh trường hợp người lái vẫn phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe ở
trạng thái chạy thẳng, hoặc người lái phải tác dụng một lực lớn để quay vòng xe, các bánh
xe được lắp vào thân xe với các góc nhất. Những góc này được gọi chung là góc đặt bánh
xe. Nếu các góc đặt bánh xe không 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 (mòn nhanh).
1.2.5.1. 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.
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.
a) Camber dương
Camber dương có các tác dụng như sau:
- Giảm tải theo phương thẳng đứng (hình 1.10)
Nếu camber bằng 0, phản lực tác dụng lên trục sẽ đặt vào giao điểm giữa đường
tâm lốp và trục, ký hiệu lực F' trên hình vẽ. Nó dễ làm trục hay cam quay bị cong.
20
c
θ
Hình 1.9 - Góc Camber

1.2.5.2.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 c.
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 tiến
của xe (Caster dương) thì phản lực bên Y
b
của đường sẽ tạo với tâm tiếp xúc một mô
men ổn định, mô men đó được xác định bằng công thức sau:
M=Y
b
.c
22
Hình 1.12 – Caster và khoảng Caster.
Mômen 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 vòng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục
mô men này. Vì vậy, góc Caster thường không lớn. Mômen này phụ thuộc vào góc
quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Đối với các xe hiện đại thì trị số của góc Caster
bằng khoảng từ 0
0
đến 3
0
.

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 là
mômen ngược) tác dụng từ mặt đường lên bánh xe. Giá trị của mômen ngược phụ
thuộc vào độ lớn của góc KingPin.
1.2.5.4. 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.
24
Hình 1.15: Độ chụm của 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 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
∆
= 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 1.16 - Lực cản lăn và vị trí đặt của nó.