TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT
CƠ SỞ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN

BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT Ô TÔ
CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ

GIẢNG VIÊN: VŨ THẾ TRUYỀN


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
NỘI DUNG
5.1. Động học và động lực học quay vòng của ô tô
5.2. Ảnh hưởng của độ đàn hồi của lốp tới tính năng quay
vòng của ô tô
5.3. Tính ổn định của bánh xe dẫn hướng
5.4. Sự dao động của bánh xe dẫn hướng


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
5.1. Động học và động lực học quay vòng của ô tô
5.1.1. Quỹ đạo chuyển động của ô tô.
Trên hình chỉ ra quỹ đạo chuyển động của ôtô là một đường cong xác định bởi các vị trí liên tiếp
của trọng tâm ôtô T. Vận tốc tức thời của ôtô là v đặt tại trọng tâm ôtô. Hệ tọa độ cố định (hệ tọa độ
mặt đường) ký hiệu là Oxoyozo , hệ tọa độ di động (hệ tọa độ gắn với trọng tâm ô tô) ký hiệu là Txyz.
Như vậy vận tốc v tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động và nghiêng đi với trục dọc ô tô là α (góc này
được gọi tên là góc lệch hướng chuyển động của ô tô). Góc quay tương đối giữa hai hệ tọa độ là ε,
và cũng là góc quay của trục dọc ô tô khi chuyển động.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
5.1. Động học và động lực học quay vòng của ô tô

5.1.1. Quỹ đạo chuyển động của ô tô.

Hình 5-1. Quan hệ động học của ô tô trong mô hình phẳng tổng quát.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
5.1. Động học và động lực học quay vòng của ô tô
5.1.1. Quỹ đạo chuyển động của ô tô.
- Chiếu vận tốc v lên hai trục Oxo và Oyo ta có ;
vxo = v.cos(α+ε)
vyo = v.sin(α+ε)
Vị trí của ô tô ở thời điểm nào đó (sau khoảng thời gian từ 0 đến t) được xác
định nhờ hình. Vị trí tọa độ trọng tâm được tính bằng tích phân sau ;
t

t

0

0

t

t

0

0

x0 = ∫ vx 0 dt = ∫ v.cos(α + ε )dt

y0 = ∫ v y 0 dt = ∫ v.sin(α + ε )dt
Như vậy nếu có hệ tọa độ mặt đường, biết xo, yo, các góc α và ε hoàn toàn có thể
xác định được vị trí của ô tô trên đường tại một thời điểm nhất định.
Mục tiêu của bài toán này là xác định các góc α và ε, tọa độ xo, yo nhằm xác
định quỹ đạo chuyển động của ô tô.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ

Hình 5-2. Xác định vị trí trọng tâm của ô tô tại một thởi điểm nhất định.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
5.2. Động học và động lực học quay vòng của ô tô.
a. Các phương pháp quay vòng.
Các xe bánh hơi hiện nay có thể quay vòng bằng ba phương pháp: Phương
pháp thay đổi phương chuyển động của bánh xe dẫn hướng, phương pháp quay
vòng theo kiểu xe xích và phương pháp quay vòng nhờ sự quay vòng các phần
khác nhau của xe.
Trên hình 4-4 mô tả sơ đồ
quay vòng của xe hai cầu có
một cầu dẫn hướng (hình 4-4a)
và hai cầu dẫn hướng (hình 44b).
Với cùng góc quay vòng
như nhau thì xe bố trí theo sơ
đồ hình 4-4b sẽ có bán kính
quay vòng R nhỏ hơn và tính
Hình 4-4. Sơ đồ quay vòng của xe hai cầu.
linh hoạt của xe cao hơn so với
a. Có một cầu dẫn hướng b. Có hai cầu dẫn hướng.

sơ đồ hình 4-4a.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
Trên ôtô, số lượng cầu dẫn hướng càng tăng thì tính linh hoạt của xe càng
tốt và càng giảm sự mài mòn lốp. Tuy nhiên, tăng số lượng cầu dẫn hướng sẽ
làm cho kết cầu dẫn động điều khiển phức tạp lên, đặc biệt khi sử dụng cầu sau
là cầu dẫn hướng.
Vì vậy, số lượng các bánh xe dẫn hướng cần được chọn cho thích hợp để
vừa đảm bảo tính linh hoạt, vừa ít ảnh hưởng đến các yêu cầu khác của xe.
Khi xe vào đường vòng để đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt
thì đường vuông góc của các véc tơ vận tốc phải gặp nhau tại điểm (O) gọi là tâm
quay tức thời.
Từ hình (4-5) ta thấy mối quan hệ các góc quay α1 và α2:
B
B
R+
R−
2 và cot gα =
2
cot gα1 =
2
L
L
Suy ra:

cot gα1 − cot gα 2 =

R
L


(4.7)


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ

Hình 4-7. Sơ đồ quay vòng của ô tô có
bốn bánh dẫn hướng

Hình 4-5. Sơ đồ động lực học quay vòng
của ô tô có hai bánh dẫn hướng phía
trước.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
Từ sơ đồ hình (4-5) ta xác định được mối quan hệ giữa bán kính quay vòng
R, và chiều dài cơ sở của xe L và góc quay vòng α.
L
R=
(4.8)
tgα
Trường hợp tất cả các bánh xe dẫn hướng như hình (4-7) thì ứng với một
góc quay α, bán kính quay vòng của xe sẽ giảm đi một nửa :
L
R=
(4.9)
2tgα
Vận tốc của xe khi quay vòng là :
v v
ω = = tgα

(4.10)
R L
Gia tốc trọng tâm của xe gồm có gia tốc tác dụng dọc trục của ô tô J x và
vuông góc với nó Jy ;
dv
to
dA
− bω 2
+ Hướng theo trục dọc của xe : J x = J A − J C =
(4.15)
dt

dω
do
tA
2
J
=
J
−
J
=
R
ω
+
b
+ Hướng vuông góc với trụ dọc của y xe : A
C
dt
(4.16)



CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
Lực quán tính tác dụng dọc theo trục của ô tô Pjx và vuông góc với trục Pjy :
2
G dv
G
dv
v
Pjx = mJ x = ( − bω 2 ) = ( − b 2 )
g dt
g dt
R

(4.17)

2
2

G 
  dv v( L + R ) dα 
2
Pjy = mJ y =
.
 +
b+v 
gR 
LR
dt 


  dt


Trường hợp ô tô chuyển động đều theo quỹ đạo tròn ( tức là dv/dt=0 và
α=const) ta có :
G bv 2
Pjx = −
g R2
Gv 2
(4.18)
Pjy =
gR
Trường hợp ô tô chuyển động ổn định theo quỹ đạo tròn (R=const) ; ngoài
khối lượng các lực ly tâm đặt tại trọng tâm của xe phụ thuộc rất nhiều vào vận
tốc tịnh tiến của xe trên đường.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
Để ôtô quay vòng không bị trượt bên (lệch bên) thì các đường thẳng đi qua
tâm trục các bánh xe phải cắt nhau tại một điểm. Điểm này được gọi là tâm quay
vòng của ôtô. Chỉ có như vậy thì vận tốc của các bánh xe mới nằm trong mặt
phẳng lăn của chúng khi xe quay vòng.
Đối với xe hai cầu có cầu trước là cầu dẫn hướng, để các bánh xe lăn hoàn
toàn (không trượt bên hoặc lệch bên) thì tâm quay vòng của ôtô phải nằm trên
đường thẳng đi qua trục các bánh xe cầu sau (hình 4-9).

Hình 4-9. Quay vòng của ôtô
hai cầu (a) và ôtô ba cầu (b).



CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
4.3. Quay vòng lý tưởng, quay vòng thiếu, quay vòng thừa.

Hình 4-10. Sơ đồ chuyển động quay vòng của ô tô khi lốp bị biến dạng bên


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
Từ hình (4-10) ta có thể xác định được :
L
R=
tgδ 2 + tg (α − δ1 )

(4.19)

Với giá trị các góc nhỏ ta có :

R=

L
δ 2 + (α − δ1 )

(4.20)

4.3.1. Quay vòng lý tưởng, (quay vòng định mức).
Trong trường hợp này ta có :δ1 = δ 2, xe có tính năng quay vòng định mức. Ở
trường hợp này để giữ cho xe chuyển động thẳng khi có lực bên tác động thì
người lái cần quay vòng tay lái như thế nào đó để xe lệch khỏi trục đường một
góc là:
δ = δ1 = δ 2



CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
4.3.2. Quay vòng thiếu. δ1 > δ 2

Trong trường hợp này: xe
có tính năng quay vòng thiếu
ở trường họp này xe có khả
năng tự giữ được hướng
chuyển động thẳng nhở lực ly
tâm Pjy có chiều ngược chiều
tác động của lực Y.

Hình 4-11. Sơ đồ chuyển động của ô tô có
tính năng quay vòng thiếu.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
4.3.3. Quay vòng thừa. δ1 < δ 2
Ở trường hợp này: xe có
tính năng quay vòng thừa.
Trong trường hợp này xe mất
khả năng chuyển động thẳng ổn
định vì chiều của lực ly tâm Pjy
trùng với chiều của lực tác động
Y. Sự mất ổn định càng lớn khi
vận tốc của xe càng cao, vì lực
ly tâm tỷ lệ bậc hai với vận tốc.
Để tránh lật đỏ xe trong những
trường hợp này, người lái xe
phải nhanh chóng đánh tay lái

ngược trở lại với chiều xe bị
lệch để mở rộng bán kính quay
vòng.

Hình 4-12. Sơ đồ chuyển động của ô tô có
tính năng quay vòng thừa.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
4.4. Các nhân tố ảnh hưởng đến tính năng dẫn hướng của ô tô.
4.4.1. Các góc đặt của bánh xe dẫn hướng.
Hình 4-13. Các
góc đặt bánh xe
Góc đặt bánh xe bao
gồm:
+ Góc camber
+ Góc Caster
+ Góc nghiêng của
trụ xoay đứng
(góc Kingpin)
+ Góc chụm các
bánh xe
+ Góc quay vòng


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
a. Góc camber.

Hình 4-15. Góc Camber âm.
 


Hình 4-14. Góc Camber.
Hình 4-16. Góc Camber
bằng không, góc Camber
dương.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
- Với góc camber âm: Trường hợp này nếu xe có góc camber âm thì bánh xe sẽ
được giữ không bị nghiêng khi chạy vào đường vòng và duy trì lực quay vòng thích
hợp.
- Với góc camber bằng không: nó giúp cho lốp xe mòn đều. Nếu bánh xe có camber
dương hoặc âm thì góc nghiêng của bánh xe so với mặt đường sẽ làm cho bán kính
quay vòng của phần phía trong và phía ngoài khác nhau, và lốp xe sẽ mòn không
đều. Camber bằng không giúp ngăn ngừa hiện tượng này.
- So với góc Camber âm thì góc Camber dương có ưu điểm sau:
+ Thứ nhất; nó giúp giảm tải trọng thẳng đứng. trong trường hợp góc Camber bằng
không, tảu trọng tác dụng lên trục bánh xe theo hướng F’. Khi có góc Camber
dương tải trọng này chuyển thành lực lái F tác dụng the hướng cam lái. Nhờ thế mà
mômen tác dụng lên trục bánh xe và cam lái giảm xuống.
+ Thứ hai; Ngăn ngừa tuột bánh xe ra khỏi trục, tải trọng F tác dụng lên bánh xe
có thể chia ra thành hai thành phần F1 và F2. F2 là lực theo chiều trục có xu
hướng đẩy bánh xe vào phía trong, giữ cho bánh xe không bị tuột ra khỏi trục.
+ Thứ ba; ngăn ngừa phát sinh Camber âm ngoài ý muốn do tải trọng, giữ cho phía
trên của bánh xe không bị nghiêng về phía trong do sự biến dạng của các bộ phận
của hệ thống treo và bạc lót gây ra bởi trọng lượng của hàng hóa hay hành khác.
+ Thứ tư; giảm lực lái


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ

b. Góc caster.

Hình 4-17. Góc Caster và khoảng Caster.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
Góc caster có ảnh hưởng đến độ ổn định khi xe chạy trên đường thẳng, còn
khoảng caster thì ảnh hưởng đến tính năng hồi vị bánh xe sau khi chạy xe trên
đường vòng.
Đối với những xe có góc caster, độ ổn định khi chạy trên đường thẳng sẽ
tăng. Vì khi trục xoay đứng quay để xe chạy vào đường vòng, nếu các bánh xe có
góc caster thì lốp sẽ bị nghiêng đi so với mặt đường và tạo ra mômen “kích”, có
xu hướng nâng thân xe lên. Mômen kích này đóng vai trò như một lực hồi vị
bánh xe, có xu hướng đưa thân xe trở về vị trí nằm ngang và duy trì độ ổn định
trên đường thẳng của xe.
c. Góc Kingpin (Góc nghiêng của trụ xoay đứng)
Góc lệch được tạo thành giữa trục xoay đứng và đường thẳng đứng gọi là
góc kingpin hay góc nghiêng của trục lái. Trục xoay đứng là trục mà trên đó
bánh xe có thể xoay về phía phải hoặc trái. Trục này được xác định bằng cách
vạch một đường thẳng tưởng tượng đi qua tâm của ổ bi đỡ trên của bộ giảm chấn
và khớp cầu của đòn treo dưới (đối với trường hợp hệ thống treo kiểu thanh
giằng). Nhìn từ phía trước xe, đường thẳng này nghiêng về phía trong.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ

Hình 4-18. Góc Kingpin


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ

Khoảng cách L từ giao điểm giữa trục xoay đứng và mặt đường đến giao điểm giữa
đường tâm bánh xe và mặt đường được gọi là “độ lệch hay độ lệch kingpin”.
Vai trò của góc kingpin là làm giảm lực đánh lái. Một tác dụng khác của góc
kingpin là làm giảm lực phản hồi và lực kéo lệch sang một bên. Nếu khoảng lệch
quá lớn, lực dẫn động (lực đẩy xe) hoặc lực hãm sẽ tạo ra một mômen quay quanh
trục xoay đứng lớn, tỷ lệ thuận với khoảng lệch. Mặt khác, mọi chấn động tác
dụng lên bánh xe sẽ làm cho vô lăng bị dật lại hoặc phản hồi. Những hiện tượng
này có thể được cải thiện bằng cách giảm khoảng lệch. Nếu góc nghiêng của các
trục xoay đứng bên phải và bên trái khác nhau thì xe sẽ bị kéo lệch về phía có góc
nghiêng nhỏ hơn (có khoảng lệch lớn hơn). Trong các xe FF có động cơ đặt trước
và bánh trước chủ động, khoảng lệch thường là nhỏ (bằng không hoặc âm) để
ngăn ngừa hiện tượng truyền chấn động từ lốp xe (do phanh hoặc chạy qua vật
cản) lên vô lăng, và giảm thiểu mômen quay quanh trục xoay đứng do động lực tạo
ra khi khởi động nhanh hoặc tăng tốc.
d. Góc chụm (độ chụm)
Khi phần phía trước của các bánh xe gần nhau hơn so với phần phía sau thì được
gọi là “độ chụm”, và nếu ngược lại thì được gọi là “độ choãi”.


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ

Hình 4-20. Góc chụm


CHƯƠNG 5. TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ
Thông thường, mục đích ban đầu của góc chụm là khử bỏ lực đẩy ngang do góc
camber tạo ra. Vì vậy, góc chụm ngăn ngừa bánh xe mở ra hai bên khi có camber
dương. Tuy nhiên, mục đích chính của góc chụm là đảm bảo độ ổn định chạy trên
đường thẳng. Khi xe chạy trên đường nghiêng, thân xe nghiêng về một bên. Khi đó
xe có khuynh hướng quay về phía nghiêng. Nếu phần phía trước của mỗi bánh xe

chụm vào trong (Độ chụm), thì xe có khuynh hướng chạy theo hướng ngược lại
hướng nghiêng. Vì vậy độ ổn định khi chạy trên đường thẳng được duy trì.
Tuy nhiên nếu độ chụm vào quá lớn, độ trượt bên sẽ làm cho lốp xe mòn không
đều. Nếu độ choãi ra quá lớn thì khó đảm bảo độ ổn định chạy đường thẳng.
e. Góc quay vòng.
Hình (4-21) Bán kính quay vòng, góc quay vòng của bánh xe phía trước bên trái
và bên phải khi chạy trên đường vòng. Với góc quay của bánh xe trước bên trái và
bên phải giống nhau lốp xe bên trong hoặc ngoài sẽ bị trượt về một bên và không
thể quay xe một cách nhẹ nhàng. Điều này cũng làm cho lốp xe mòn không đều.
Với góc quay của các bánh xe bên phải và bên trái khác nhau, phù hợp với tâm
quay của cả bốn bánh xe thì độ ổn định của xe chạy trên đường vòng sẽ tăng lên.