Tổng quan Hệ thống lái

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 θvl. 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 θvl.

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

chất tải, độ đàn hồi của lốp cũng có ảnh hưởng tới tính năng quay vòng và



Ro



Rqv



Ro



Tr¹ng th¸i quay vßng

thiªu: Rqv>Ro



Rqv



tính an toàn chuyển động của xe, đặc biệt là những xe có vận tốc lớn.



Tr¹ng th¸i quay vßng

thõa: Rqv


O1



O

O1



O



Hình 1.1: Các trạng thái quay vòng của xe.



1.3. Phân loại hệ thống lái

Có nhiều cách để phân loại hệ thống lái ôtô:

4



1.3.1. Phân loại theo phương pháp chuyển hướng

+ Chuyển hướng hai bánh xe ở cầu trước (2WS).

+ Chuyển hướng tất cả các bánh xe (4WS).

1.3.2. Phân loại hệ thống lái theo đặc tính truyền lực

+ Hệ thống lái cơ khí.

+ Hệ thống lái cơ khí có trợ lực bằng thuỷ lực hoặc bằng khí nén.

1.3.3. Phân loại theo kết cấu của cơ cấu lái.

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít glôbôit - con lăn.

+ Cơ cấu lái kiểu trục vít - răng rẻ quạt và trục vít - êcu bi.

+ Cơ cấu lái kiểu bánh răng - thanh răng.

1.3.4. 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).



1.4. 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



4. Khung xe



2. Trục lái



5. Các cơ cấu dẫn động



3. Cơ cấu lái



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.

Mvl=Pl.rvl

Trong đó:

Mvl : Là mô men vành lái



6



Pl : Là lực mà người lái tạo ra trên vành lái

rvl : Là bán kính vành lái

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

0



được vượt quá 8 .



2.2. Trục lái.

Trục lái có nhiệm truyền mô 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 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 …

2.3.2. Tỉ số truyền của cơ cấu lái

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

đòn quay đứng.



ic =



dθ ωθ

=

d Ω ωΩ



ωθ : góc quay bánh lái

ωΩ : góc quay đòn quay đứng

Tỷ số truyền của cơ cấu lái đảm bảo tăng mô men từ vành lái đến các bánh xe

dẫn hướng. Tỷ số truyền lớn sẽ giảm lực đánh lái nhưng người lái phải quay

vô lăng nhiều hơn khi quay vòng.



8



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 450 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



25

20

15

10

5



720



540



360



180



180



360 540 720



Hình 1.2: Quy luật thay đổi tỷ số truyền ic của cơ cấu lái



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 ic 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 id

Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn.

Trong quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ

9



thay đổi. Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm: id = 0,9 ÷

1,2

2.3.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il

Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực

đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng.



il =



pc

pl



pc =



Mc

c



pl =



Ml

r



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.

Ml - mômen lái đặt trên vành lái.

r - bán kính vành tay lái.



Như vậy ta có:



il =



Mc r

.

c Ml



Bán kính vành tay lái ở đa số ôtô hiện nay là 200 ÷ 250mm và tỷ số truyền

góc ig 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

của mômen ổn định. Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã

quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ đường tác dụng lên hệ

thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái được thiết kế với một hiệu

suất nghịch nhất định.

2.3.7. Một số loại cơ cấu lái thường dùng:

a. Cơ cấu lái trục vít chốt quay



Hình 1.3: Cơ cấu lái trục vít chốt quay



Cơ cấu lái loại này gồm hai loại:

-



Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay.



-



Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay.



11



Ưu điểm:

Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho

trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ

cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành

lái ra khỏi vị trí trung gian. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn

của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi.

b. Cơ cấu lái trục vít con lăn

A-A



31



11



21



B

Nh×n theo B



A



A



Hình 1.4: Cơ cấu lái trục vít con lăn



12



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.

1



2



1000



3



4



5



6



7



8



9

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

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.

-



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.



- Phần tử cơ bản của dẫn động lái là hình thang lái tạo bởi cầu trước, đòn

kéo ngang và đòn kéo bên. Nhờ hình thang lái nên khi quay vô lăng

một góc thì các bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc nhất định. Hình

thang lái có thể bố trí trước hoặc sau cầu dẫn hướng tùy theo bố trí

chung.

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

dẫn hướng quanh trục đứng với giả thiết tâm quay tức thời của xe nằm trên

đường kéo dài của tâm trục cầu sau.



14