NGHIÊN CỨU CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ỨNG DỤNG CỦA THƯỚC LÁI TRONG HỆ THỐNG LÁI Ô TÔ

Thứ hai, 14/07/2025, 11:18 (GMT+7)

Hệ thống lái là một trong những hệ thống cơ bản và quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng điều khiển và độ an toàn khi vận hành ô tô. Trong đó, thước lái giữ vai trò là cơ cấu truyền lực và chuyển động từ vô lăng đến các bánh xe dẫn hướng. Bài báo này trình bày một cách tổng quan về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và phân loại thước lái, tập trung vào hai loại phổ biến là thước lái thanh răng – bánh răng và thước lái trục vít – đai ốc. Đồng thời, bài viết cũng phân tích xu hướng ứng dụng hiện đại, đặc biệt là sự phát triển của thước lái trợ lực điện trong các dòng xe hiện nay. Kết quả nghiên cứu nhằm cung cấp tài liệu tham khảo cho công tác giảng dạy, sửa chữa, bảo dưỡng và thiết kế hệ thống lái trong bối cảnh công nghệ ô tô ngày càng phát triển.

             Thước lái, hệ thống lái ô tô, thanh răng – bánh răng, trục vít – đai ốc, trợ lực điện

1. Giới thiệu

            Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng trên ô tô, giúp người lái điều khiển hướng chuyển động của xe theo ý muốn. Trong hệ thống này, thước lái đóng vai trò truyền và biến đổi chuyển động từ vô lăng thành chuyển động dẫn hướng của các bánh xe trước. Hiện nay, cùng với xu hướng hiện đại hóa và tự động hóa trong ngành công nghiệp ô tô, việc nghiên cứu chuyên sâu về cấu tạo và ứng dụng của thước lái đang được quan tâm nhằm phục vụ tốt hơn cho công tác đào tạo kỹ thuật, thiết kế xe và bảo dưỡng hệ thống lái.

Hình 1: Thước lái ô tô

2. Cấu tạo và phân loại thước lái

2.1. Cấu tạo chung

            Thước lái là một cụm cơ cấu gồm nhiều chi tiết cơ khí có chức năng biến đổi chuyển động quay từ trục lái thành chuyển động tịnh tiến của thanh kéo lái. Các chi tiết chính bao gồm:

• Thanh răng hoặc trục vít
• Bánh răng hoặc đai ốc tuần hoàn bi
• Vỏ thước lái
• Trục vào và trục ra
• Các khớp nối và thanh kéo lái

            Cấu tạo cụ thể của thước lái phụ thuộc vào loại thước được sử dụng trên từng loại xe.

Hình 2: Cấu tạo chi tiết của thước lái

2.2. Phân loại thước lái

• Thước lái thanh răng – bánh răng (Rack and Pinion):

            Được sử dụng rộng rãi trên các xe du lịch và xe hạng nhẹ nhờ thiết kế gọn, nhẹ, phản ứng nhanh và giá thành thấp.

Hình 3: Thước lái thanh răng – bánh răng

• Thước lái trục vít – đai ốc (Recirculating Ball):

            Chủ yếu dùng trên xe tải và SUV, có khả năng chịu tải lớn, bền bỉ nhưng cấu tạo phức tạp hơn và phản hồi chậm hơn.

Hình 4: Trục vít – đai ốc

3. Nguyên lý hoạt động

3.1. Cơ chế hoạt động cơ bản

            Khi người lái xoay vô lăng, chuyển động quay được truyền qua trục lái đến bánh răng hoặc trục vít của thước lái. Chuyển động quay này sau đó được biến đổi thành chuyển động tịnh tiến thông qua thanh răng hoặc đai ốc, điều khiển chuyển động của các bánh xe dẫn hướng.

3.2. Hệ thống trợ lực

• Trợ lực thủy lực (Hydraulic Power Steering – HPS):

            Dùng bơm dầu thủy lực, van phân phối và xi lanh để tăng cường lực điều khiển, phù hợp với xe có tải trọng lớn.

Hình 5: Trợ lực thuỷ lực

• Trợ lực điện (Electric Power Steering – EPS):

            Sử dụng mô-tơ điện điều khiển bởi tín hiệu cảm biến mô-men xoắn và vận tốc xe, giúp tăng hiệu suất, tiết kiệm nhiên liệu và dễ dàng tích hợp với hệ thống lái thông minh.

Hình 6: Trợ lực điện

4. Ứng dụng và xu hướng phát triển

4.1. Ứng dụng thực tế

            Tùy vào mục đích sử dụng và loại xe, các nhà sản xuất lựa chọn loại thước lái phù hợp.

• Xe du lịch: ưu tiên sử dụng thước thanh răng – bánh răng và trợ lực điện.
• Xe tải, SUV: sử dụng thước trục vít – đai ốc kết hợp trợ lực thủy lực.

4.2. Xu hướng hiện đại hóa

            Xu hướng chuyển sang hệ thống lái điện tử (steer-by-wire) đang được nghiên cứu và áp dụng trên một số dòng xe cao cấp. Hệ thống này loại bỏ kết nối cơ khí giữa vô lăng và thước lái, sử dụng tín hiệu điện tử để điều khiển hướng đi, giúp nâng cao độ chính xác, tiết kiệm không gian và phù hợp với xe tự lái trong tương lai.

5. Kết luận

            Thước lái là bộ phận cốt lõi trong hệ thống lái, ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn và khả năng vận hành của xe. Việc hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và xu hướng phát triển của thước lái sẽ hỗ trợ hiệu quả trong công tác đào tạo, bảo dưỡng và nghiên cứu cải tiến hệ thống lái. Trong bối cảnh công nghệ ô tô không ngừng phát triển, thước lái cũng đang từng bước được hiện đại hóa để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất, độ an toàn và khả năng tích hợp với hệ thống điều khiển thông minh.