Cấu tạo nguyên lý góc đặt bánh xe trên ô tô

 Các bánh xe trước được lắp với phía trên nghiêng vào trong hoặc ra ngoài. Góc này được gọi là “góc camber”, và được xác định bằng góc nghiêng so với phương thẳng đứng. Khi phần trên của bánh xe nghiêng ra phía ngoài thì gọi là “Camber dương”. Ngược lại, khi bánh xe nghiêng vào trong thì gọi là “Camber âm”.

Trong các kiểu xe trước đây, các bánh xe thường có Camber dương để tăng độ bền của trục trước, và để cho lốp xe tiếp xúc thẳng góc với mặt đường nhằm ngăn ngừa hiện tượng mòn không đều vì phần tâm đường thường cao hơn phần rìa đường.

Trong các kiểu xe hiện đại, hệ thống treo và trục có độ bền cao hơn trước đây, và mặt đường lại bằng phẳng nên bánh xe không cần nghiêng dương nhiều như trước nữa. Vì vậy góc camber được giảm xuống gần đến “không” (một số xe có góc camber bằng không). Trên thực tế, bánh xe có Camber âm đang được áp dụng phổ biến ở các xe du lịch để tăng tính năng chạy đường vòng của xe.

GỢI Ý KHI SỬA CHỮA:

Nếu bánh xe có Camber dương hoặc âm quá lớn thì sẽ làm cho lốp xe mòn không đều.

Nếu bánh xe có độ Camber âm quá lớn thì phần phía trong của lốp xe bị mòn nhanh, còn nếu bánh xe có độ Camber dương quá lớn thì phần phía ngoài của lốp xe bị mòn nhanh.

Camber âm

 Khi tải trọng thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe nghiêng thì sẽ sinh ra một lực theo phương nằm ngang. Lực này được gọi là “lực đẩy ngang”, Nó tác động theo chiều vào trong khi bánh xe có Camber âm, và theo chiều ra ngoài xe khi bánh xe có camber dương.

Khi xe chạy trên đường vòng, vì xe có xu hướng nghiêng ra phía ngoài, nên camber của lốp xe trở nên dương hơn, và “lực đẩy ngang” về phía trong xe cũng giảm xuống, lực quay vòng cũng bị giảm xuống.

Góc camber âm của bánh xe giữ cho bánh xe không bị nghiêng dương khi chạy vào đường vòng và duy trì lực quay vòng thích hợp.

Camber xe quay vòng

 Khi xe chạy vào đường vòng, lực đẩy ngang ở các lốp xe phía ngoài sẽ có tác dụng làm giảm lực quay vòng. Lực ly tâm làm cho xe nghiêng đi vì tác động của các lò xo của hệ thống treo, làm thay đổi góc camber.

GỢI Ý:

Khi xe chạy trên đường vòng, lực ly tâm luôn luôn xuất hiện và có xu hướng buộc xe phải chạy theo cung tròn có bán kính lớn hơn cung theo ý định của lái xe, trừ phi xe có khả năng tạo ra đối lực (lực hướng tâm) cân bằng với lực ly tâm. Lực ly tâm được tạo ra nhờ sự biến dạng và trượt của hoa lốp, do ma-sát giữa mặt đường và lốp xe. Lực này được gọi là lực quay vòng.

Camber bằng không và Camber dương

Camber bằng không 

Lý do chính để chấp nhận camber bằng không là 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.

Camber dương

 Camber dương có các tác dụng sau đây: 

 Giảm tải trọng thẳng đứng

Trong trường hợp góc camber bằng không, tải trọng tác dụng lên trục bánh xe theo hướng F’.

Khi có Camber dương, tải trọng F’ này chuyển thành lực F tác dụng theo hướng cam lái.

Nhờ thế, mômen tác dụng lên trục bánh xe và cam lái giảm xuống.

 Ngăn ngừa tuột bánh xe ra khỏi trục

Tải trọng F tác dụng lên bánh xe có thể phân chia thành hai thành phầnF1 và F2.

F2 là lực theo chiều trục và có xu hướng đẩy bánh xe vào phía trong, giữ cho bánh xe không bị trượt ra khỏi trục.

 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 hàng và hành khách.

 Giảm lực lái

Điều này sẽ được giải thích chi tiết trong phần góc kingpin. 

Mô tả

 Góc Caster là góc nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay đứng. Góc caster được xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đường thẳng đứng, nhìn từ cạnh xe.

Khi trục xoay đứng nghiêng về phía sau thì được gọi là “góc caster dương”, còn trục nghiêng về phía trước thì được gọi là “góc caster âm”.

Khoảng cách từ giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng và mặt đường đến tâm điểm tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường được gọi là “khoảng caster” của trục quay đứng.

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.

GỢI Ý KHI SỬA CHỮA:

Nếu các bánh xe có góc caster dương lớn thì độ ổn định trên đường thẳng tăng lên, nhưng lại khó chạy trên đường vòng. 

Độ ổn định chạy thẳng và hồi vị bánh xe

 Độ ổn định trên đường thẳng nhờ có góc caster

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 (xem minhhoạ).

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.

 Hồi vị bánh xe nhờ có khoảng caster

Nếu bánh xe có góc caster thì giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng với mặt đường sẽ nằm phía trước tâm điển 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 theo đường thẳng.

Khi bánh xe được chuyển hướng sang một bên (do lái hoặc do trở ngại khi chạy trên đường thẳng) thì sẽ phát sinh các lực bên F2 và F’2. Những lực bên này có tác dụng làm quay trục xoay đứng (nhờ có khoảng caster) và có xu hướng hồi vị bánh xe về vị trí ban đầu của nó (lực hồivị).

Vào lúc này, với cùng một lực bên như nhau, nếu khoảng caster lớn, lực hồi vị bánh xe cũng lớn. Vì vậy, khoảng caster càng lớn thì độ ổn định trên đường thẳng và lực hồi vị càng lớn. 

Dạng hình học Nachlauf và Vorlauf

 Nói chung, muốn tăng khoảng caster thì phải tăng góc caster. Tuy nhiên, với một góc caster không đổi vẫn có thể thay đổi khoảng caster bằng cách đặt lệch trục xoay đứng lên phía trước hoặc lùi về phía sau tâm bánh xe.

Dạng hình học Nachlauf cho phép tăng khoảng caster bằng cách đặt lệch trục xoay đứng dịch lên phía trước tâm bánh xe.

Dạng hình học Vorlauf cho phép giảm khoảng caster bằng cách đặt lệch trục xoay đứng lùi về phía sau tâm bánh xe.

Trên thực tế, các dạng hình học Nachlauf và Vorlauf được áp dụng để đặt khoảng caster phù hợp với đặc tính của xe.

Góc nghiêng trục lái/Góc Kingpin

Mô tả

 Trục mà trên đó bánh xe xoay về phía phải hoặc trái được gọi là “trục xoay đứng”. Trục này được xác định bằng cách vạch một đường thăng 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 thanhgiằng).

Nhìn từ phía trước xe, đường thẳng này nghiêng về phía trong; góc nghiêng này được gọi là “góc kingpin”, và được đo bằng độ.

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, độ lệch kingpin”.

Vai trò của góc kingpin

1. Giảm lực đánh lái

Vì rằng bánh xe quay sang phải hoặc sang trái, với tâm quay là trục xoay đứng còn bán kính quay là khoảng lệch, nên khoảng lệch càng lớn thì mômen cản quay càng lớn (do sức cản quay của lốp xe), vì vậy lực lái cũng tăng lên.

 Có thể giảm khoảng lệch để giảm lực đánh lái.

 Có thể áp dụng một trong hai phương pháp sau đây để giảm khoảng lệch: 

(1) Lốp có góc camber dương

(2) Làm nghiêng trục xoay đứng. 

2. 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 lệc lớn hơn). 

3. Tăng độ ổn định chạy trên đường thẳng

Góc nghiêng của trục lái giúp cho bánh xe tự động quay trở về vị trí chạy đường thẳng, sau khi đã chạy vòng.

GỢI Ý:

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.

Góc chụm (độ chụm, Độ choãi)

Độ chụm là độ lệch của phần trước và phần sau bánh xe khi nhìn từ trên xuống. Góc lệch của bánh xe được gọi là góc 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”.

Vai trò của góc chụm 

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, trong những năm gần đây, do áp dụng Camber âm và do hiệu quả của hệ thống treo và lốp tăng lên nên nhu cầu khử bỏ lực đẩy ngang không còn nữa. Do vậy, mục đích của góc chụm đã chuyển thành đảm bảo độ ổn định chạy trên đường thẳng. Khi xe chạy trên đường nghiêng, thân xe 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 đường thẳng được duy trì.

GỢI Ý KHI SỬA CHỮA:

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.

GỢI Ý:

Độ trượt bên là tổng số khoảng cách mà các lốp xe bên phải và bên trái trượt trên mặt bên khi xe chạy.

Trong các trường hợp có độ chụm vào và có Camber âm, thì sự trượt xuất hiện ở phía bên ngoài.

Bán kính quay vòng là góc quay của bánh xe phía trước bên trái và bên phải khi chạy trên đường vòng. 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.

Ví dụ, đối với loại hệ thống lái có thanh nối đặt phía sau trục lái, nếu các đòn cam lái được đặt song song với đường tâm xe, thì góc lái của bánh xe bên phải và bên trái bằng nhau (a = b). và mỗi bánh xe sẽ quay quanh một tâm quay khác nhau (O1 và O2), mặc dù chúng có bán kính quay bằng nhau (r1 = r2), Vì vậy, sẽ xuất hiện sự trượt bên ở một trong hai bánh xe.

Tuy nhiên, nếu đòn cam lái nghiêng đi so với đường tâm xe, các bánh xe bên phải và bên trái sẽ có góc quay khác nhau (a < b), nên chúng có thể điều chỉnh để có bán kính quay khác nhau (r1 > r2) để quay quanh cùng một tâm (O), nhờ thế mà có được góc lái đúng.

GỢI Ý KHI SỬA CHỮA:

Nếu bán kính quay không đúng, 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.