PROPOSAL MÔN AN TOÀN TIN NGHI ĐỀ TÀI: H THỐNG TREO CH ĐỘNG

Các phuộc giảm chấn và lò xo giảm xóc được tích hợp trong hệ thống treo để hấp thụ rung động do mặt đường gây ra và dập tắt nhanh dao động đó, giúp cho chiếc xe trở nên ổn định, bám

ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ MÔN ĐỘNG CƠ

֍֍֍

PROPOSAL

MÔN AN TOÀN TIỆN NGHI

ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TREO CHỦ ĐỘNG

GV: Th.s NGUYỄN TRUNG HIẾU Lớp: Thứ 2 Tiết 11-12

SVTH:

Võ Minh Lưu 16145441 Huỳnh Đức Thắng 16145605 Đặng Ngọc Đại 16145585 Đào Minh Duy 16145343 Trần Thế Vinh 16145612

TP Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019

1 HỆ THỐNG TREO TRUYỀN THỐNG?

1.1 Tại sao phải cần hệ thống treo trên xe?

Một chiếc ô tô luôn phải chịu tác động của các lực khác nhau khi xe vận hành trên đường làm cho thân xe luôn bị dao động theo các phương khác nhau, người ngồi trên xe do đó cũng chịu tác động theo và dẫn tới các tình trạng không tốt cho người ngồi trên xe

Yêu cầu đặt ra là phải có một liên kết linh động giữa thân xe và bánh xe để đáp ứng tất cả các điều kiện động lực học khi xe di chuyển trên đường, nó cho phép các chuyển động tương đối giữa chúng mà không gây ra bất kỳ sự biến dạng nào cho thân xe hay bất kỳ các chi tiết liên quan nào

Hệ thống treo trên xe là một hệ thống cần thiết để nâng đỡ cho khối lượng toàn bộ của cả xe, bao gồm tự trọng của xe và khối lượng của người ngồi trên xe và đồ vật kèm theo

Một chiếc xe cần một hệ thống treo để duy trì sự tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường Khi xe quay vòng, thân xe luôn có xu hướng lắc ngang, khi điều này xảy ra có thể làm cho chiếc xe bị mất ổn định, bị trượt ngang hay thậm chí lật ngang gây nguy hiểm cho người ngồi trong xe Khi xe tăng tốc từ hay phanh đột ngột khi đang di chuyển, thân xe có xu hướng bị lắc dọc do lực quán tính tác động lên thân xe làm cho bánh xe mất khả năng bám đường

Hệ thống treo hoạt động đồng thời cùng với hệ thống lái và hệ thống phanh để tạo

sự ổn định khi xe di chuyển trên đường Các phuộc giảm chấn và lò xo giảm xóc được tích hợp trong hệ thống treo để hấp thụ rung động do mặt đường gây ra và dập tắt nhanh dao động đó, giúp cho chiếc xe trở nên ổn định, bám đường tốt, đồng thời giúp thân xe dao động êm dịu và người ngồi trên xe cũng cảm thấy thoái mái

https://thanhphongauto.com/he-thong-treo-nhun/

1.2 Phân loại hệ thống treo:

Căn cứ vào bộ phận dẫn hướng của hệ thống mà hệ thống treo ô tô được chia làm hai loại riêng biệt

Hệ thống treo phụ thuộc: Hệ thống này có các bánh xe được thiết kế nối trên một

dầm cầu liền trong khi đó, các bộ phận của hệ thế treo sẽ được nối với thân xe bởi dầm cầu Ở hệ thống trên phụ thuộc này, bánh xe dao động sẽ phụ thuộc và ảnh hưởng lẫn nhau

Hệ thống treo độc lập (Independent axle)

Đặc điểm của hệ thống treo này chính là các bánh xe được thiết kế tách biệt với thân

xe Do đó mà bánh xe cho khả năng di chuyển tự do mà không ảnh hưởng đến nhau cho khả năng kiểm soát được tốt hơn

Hệ thống treo độc lập có cấu tạo phức tạp hơn nhiều so với hệ thống phụ thuộc Các

hệ thống treo độc lập tiêu biểu hiện nay chính là MacPherson, hệ thống treo tay đòn kép và hệ thống treo đa liên kết

1.3 Cấu tạo của hệ thống treo

Hệ thống treo có cấu tạo gồm 3 bộ phận chính:

1.3.1 Bộ phận đàn hồi: Đây được coi là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống

này Chúng có tác dụng làm giảm tần số dao động của xe ô tô, đảm bảo độ

êm ái khi xe di chuyển qua những bề mặt đường không bằng phẳng Ở xe con, bộ đàn hồi này thường là lò xo, khí nén, hoặc thanh xoắn Còn xe tải thường sử dụng bộ đàn hồi là nhíp

1.3.2 Bộ phận giảm chấn: bộ phận này có nhiệm vụ loại bỏ dao động của bánh

xe và thân ô tô, tăng khả năng bám đường cho bánh xe từ đó giảm thiểu tình trạng rung lắc mạnh Bộ phận giảm chấn thường có hai loại:

Giảm chấn thủy lực: chính là tận dụng lực ma sát của các lớp dầu với nhau từ đó giảm thiểu sự dao động

Giảm chấn ma sát: chính là tận dụng lực ma sát giữa các lá nhíp để giảm thiểu sự dao động

1.3.3 Cơ cấu hướng:

Hệ thống treo giúp kết nối phần khối lượng được treo (thân xe) với phần khối lượng không được treo (cầu xe, bánh xe), đồng thời phải đảm bảo chuyển động tương đối của thân xe với các bánh xe Lò xo giảm xóc và phuộc giảm chấn là các cơ cấu chỉ chịu lực thẳng đứng theo phương vuông góc mặt đường, do đó cần phải có một cơ cấu hướng để đảm bảo lực kéo, lực phanh tác dụng từ các bánh xe lên thân xe làm cho thân xe và bánh xe di chuyển đồng thời với nhau Bộ dẫn hướng lại có hai kiểu khác nhau đó chính là dùng nhíp (đối với xe tải) và cơ cấu tay đòn (xe con)

https://thanhphongauto.com/he-thong-treo-nhun/

Ưu điểm: Cơ cấu đơn giản, dễ sửa chữa

Nhược điểm: Cơ cấu cơ khí, độ ổn định thấp (lắc ngang, lắc dọc) khi vào cua, tăng tốc hoặc khi phanh, độ êm dịu không cao

2 HỆ THỐNG TREO CHỦ ĐỘNG LÀ GÌ ?

Hệ thống treo chủ động là một loại hệ thống treo ô tô điều khiển chuyển động thẳng đứng của bánh xe so với khung xe hoặc thân xe bằng hệ thống trên xe, thay vì hệ thống treo thụ động trong đó chuyển động được xác định hoàn toàn bởi mặt đường

Về hoạt động của hệ thống treo nói chung có thể được chia thành hai loại: chủ động hoàn toàn và bán chủ động Mặc dù hệ thống treo bán chủ động chỉ thay đổi độ cứng của giảm xóc để phù hợp với việc thay đổi đường hoặc điều kiện chuyển động của

xe, nhưng hệ thống treo chủ động sử dụng một số loại thiết bị truyền động để nâng và hạ khung gầm một cách độc lập ở mỗi bánh xe

Những công nghệ này cho phép các nhà sản xuất ô tô đạt được mức độ cao hơn về chất lượng xe và xử lý xe bằng cách giữ cho lốp vuông góc với đường ở các góc, cho phép kiểm soát lực kéo và điều khiển tốt hơn Một máy tính trên xe phát hiện

chuyển động thân xe từ các cảm biến trên xe và sử dụng dữ liệu đó, kiểm soát hoạt động của hệ thống treo chủ động và bán chủ động Hệ thống này hầu như loại bỏ sự lắc ngang và dọc trong nhiều tình huống lái xe bao gồm vào cua, tăng tốc và phanh

https://en.wikipedia.org/wiki/Active_suspension

2.1 Cấu tạo của hệ thống treo chủ động;

2.1.1 Bộ Điều Khiển

Cấu tạo:

+ 1 cảm biến Vị trí thân xe

+1 camera quét mặt đường

+ Hệ thống treo khí nén kết hợp với 4 motor điện được lắp ở trục của 4 bánh + Vận hành trên mạng điện 48V

+ 1 Bộ dây đai bánh răng hyponic (khuếch đại Moment xoắn động cơ lên 200 lần)

+ 1 thanh titan (có thể xoắn được)

Nguyên lý làm việc:

2.1.2 Cơ Cấu Bộ Chấp Hành

- Cấu tạo

- Nguyên lý hoạt động

2.2 Các Chế Độ Điều Khiển

2.2.1 Cải Thiện Sự Thoải Mái Bằng Hệ Thống Treo Chủ Động

Độ êm ái và thoải mái là một trong những yếu tô được quan tâm hàng đầu của nhiều khách hàng khi chọn mua ô tô Có nhiều tác nhân và thành phần ảnh hưởng đến độ thoải mái của một chiếc xe, trong đó tác nhân đầu tiên và quan trọng nhất chính là

hệ thống treo của xe Những nhà sản xuất ô tô luôn mong muốn hệ thống treo của xe đáp ứng được hai yêu cầu là tiện nghi (tính êm dịu) và an toàn (dễ điều khiển)

Ở phần này ta sẽ nói về sự thoải mái và an toàn của hệ thống treo sử dụng trí tuệ nhân tạo (Audi AI Suspension) của Audi

Tương tự với đối thủ đồng hương Mercedes với Magic Body Control (MBC), Audi cũng có riêng cho mình hệ thống treo khí nén tiên đoán chủ động (Predictive active suspension) được trang bị trên hai dòng cao cấp nhất là Audi A8 và Audi S8

Đây là một hệ thống treo khí nén nhưng được trang bị thêm bốn motor điện trên mỗi bánh xe và vận hành trên mạng điện 48V Nó có thể nâng lên hoặc đè xuống mỗi bánh xe độc lập từ đó có thể kiểm soát vị trí thân xe trong mọi tình huống

Một bộ dây đai và bánh răng Hamonic giúp khuếch đại moment xoắn của motor lên tới 200 lần, và đạt mức 1100Nm Lực xoay của motor sẽ được truyền tới một thanh bằng titan tuy cứng nhưng có thể xoắn được tối đa 200 Thông qua đòn bẫy và một thanh khớp nối lực sẽ tác động lên thanh chống của giảm chấn khí nén ở trục trước hoặc thanh liên kết ngang ở trục sau Nhờ vậy mà motor điện có thể đẩy các bánh lên các thân xe hoặc kéo các bánh giản khỏi thân xe ngay lập tức

Một bộ điều khiển sẽ thu thập dữ liệu từ các cảm biến, sau khi tính toán nó sẽ liên tục gửi tính hiệu đến hệ thống treo 200 lần mỗi giây

Hệ thống treo trên sẽ cân bằng những dao động theo trục ngang của thân xe Ví dụ khi xe tăng tốc hai bánh phía trước sẽ nâng lên hai bánh phía sau sẽ hạ xuống để loại

bỏ hiện tượng bênh đầu

Tương tự với trường hợp phanh sẽ có hiện tượng chúi đầu nên bộ điều khiển sẽ điều khiển cho 2 bánh sau thấp xuống và 2 bánh đầu cao lên để triệt tiêu hiện tượng chúi đầu gây ra cho hành khách

Tiếp theo là khả năng cân bằng những dao động theo trục dọc của thân xe Ví dụ khi

xe vào cua lực lí tâm sẽ khiến chiếc xe bị nghiêng về phía bên ngoài góc cua Lúc này motor sẽ đẩy hai bánh phía ngoài ra xa thân xe trong khi hai bánh phía trong được kéo lại sát với thân Nhờ vậy mà thân xe sẽ nghiệng ngược lại vào bên trong góc trong của góc cua lên tới 30 giúp giảm lực đẩy ngang tác động lên các hành khách

Lực màu trắng là do lực li tâm khi xe mô cua tác dụng lên dụng lên các bánh xe Còn lực màu vàng là lực do bộ điều khiển tác động lên các bánh xe nhằm giảm bớt tác dụng của lực li tâm lên xe và cả hành khách trên xe

Audi cho biết tính năng này đặc biệt hiệu quả trong dãy vận tốc 80-130km/h với lực gia tốc ngang lên tới 0,4g

Một camera trên kính chắn gió sẽ liên tục quét mặt đường 18 lần/s trong phạm vi 15m phía trước, nhằm phát hiện các bề mặt nhấp nhô như ổ gà, gờ giảm tốc… Sau khi dữ liệu được xử lí bởi máy tính, các motor điện sẽ xoay với hành trình được dự đoán chính xác thân xe sẽ tự động nâng lên 50mm và chủ động điều chỉnh lại các giảm chấn để chiếc xe vướt qua chúng một cách êm ái nhất

Thậm chí chiều cao của thân xe cũng có thể thay đổi khi đứng yên, nó sẽ tự động nâng lên cao 50mm khi cửa được mở giúp cho hành khách bước vào bên trong dễ dàng hơn, khi cửa đã đóng chiều cao của thân xe sẽ tự động hạ xuống bằng chiều cao ban đầu

Nếu va chạm có thể xảy ra từ bên hông với vận tốc lớn hơn 25km/h, hệ thống treo

sẽ tự động nâng thân xe phía bên va chạm lên 80mm chỉ trong 0,5s Kết quả là điểm

va chạm được dịch chuyển đến các khu vực cứng hơn của thân xe như ngưỡng cửa hoặc cấu trúc sàn, đồng thời lực tác động lên hành khách cũng được giảm lên tới 50% so với khi hông xe không được nâng lên

Ưu điểm:

-Êm ái và thoải mái tối đa cho người ngồi trong xe

-Giảm bớt nguy hiểm khi có va chạm xảy ra

Nhược điểm:

-Giá thành cao nên chỉ áp dụng cho các dòng xe cao cấp của Audi như Audi A8 và Audi S8

*Tài liệu tham khảo:

https://www.youtube.com/watch?v=3N3WbWil9f4

https://www.danhgiaxe.com/tim-hieu-he-thong-treo-khi-nen-su-dung-tri-tue-nhan-tao-cua-audi-27777

2.2.2 Cải thiện độ bám đường và điều khiển lắc chủ động:

Một trong những chức năng vốn có của hệ thống treo là giúp bánh xe luôn kết nối với mặt đường Khả năng duy trì lực kéo tốt cũng như phân phối trọng lượng tương đương hoặc các lực khác nhau tác dụng lên xe là một dẫn chứng cụ thể về khả năng giúp xe bám đường của hệ thống treo

Mặc dù là lốp xe trực tiếp tiếp xúc với mặt đường, trục và bánh xe được kết nối với

hệ thống treo của xe Các cú va chạm, rung và tất cả các dạng biên dạng mặt đường đều được lốp xe hấp thụ và đồng thời truyền qua bộ giảm chấn của xe , điều này giúp

làm giảm tác động của các lực va chạm và rung tác động lên thân xe Về mặt kỹ thuật, lò xo là một phần của hệ thống treo, nó tác dụng lực đẩy lên các bánh xe vì thế mà chúng luôn tựa vào mặt đất Khi tăng tốc xe, hệ thống treo sau xe sẽ ngăn không cho xe chuyển trọng lượng về phía sau xe (việc trọng lượng bị thay đổi như trong trường hợp này sẽ tạo ra lực lắc dọc cho xe) làm cho phần sau xe không nảy lên không trung giống như một số tàu cao tốc trên đường chạy thử Tương tự cho lúc thắng xe, hệ thống treo trước xe sẽ ngăn không cho cho xe chuyển trọng lượng về phía trước xe (tạo ra lực lắc dọc) làm cho phần đầu xe có thể bị hụp xuống mặt đường Ngoài việc giúp phần sau xe được ổn định thì nó còn giúp cho phần trước của xe không bị lao đầu xuống mặt đường

Ngoài ra sự bám đường ổn định khi xe đánh lái hay tại các góc cua ở tốc độ cao là một trong những yêu cầu về hệ thống treo tốt Theo định luật II Newton đề cập đến

sự cân bằng giữa lực tác động và phản lực của vật đang chuyển động Đối với trường hợp của ô tô, thì lực tác động ở dạng gió, độ nghiêng trên đường hay lực vào cua của lốp xe tạo ra cũng sẽ có sự cân bằng giữa lực tác dụng khi vào cua và phản lực khi vào cua ( cụ thể hơn là sự cân bằng giữa lực quán tính của xe và lực vào cua của lốp xe) Độ lớn và vectơ của lực quán tính được thiết lập bởi trọng lượng và cân bằng của xe Gia tốc góc dẫn đến một lực tập trung tại trọng tâm xe và tác dụng theo hướng ra khỏi tâm quay( lực lắc ngang) Việc thắng các lực này và tạo ra sự ổn định và kiểm soát phụ thuộc vào các đặc điểm bố trí các thành phần của hệ thống treo và lốp xe Nhiệm vụ của hệ thống treo lúc này là hỗ trợ, xoay, nghiêng và quản lí lốp

xe và giữ mối liên hệ giữa nó với xe và mặt đất theo cách phát huy tối đa khả năng của chúng

Sau đây là một vài vấn đề về lực kéo ảnh hưởng tới độ bám đường được cho là do

sự sắp xếp các bộ phận của hệ thống treo của xe:

 Oversteer: là hiện tượng phần đuôi xe có xu hướng di chuyển lên phía trước và các bánh bánh sau bị mất lực kéo dẫn đến xe bị quay vòng khó kiểm soát Góc đặt bánh xe ở phần sau cũng là một phần quan trọng ảnh hưởng đến vấn

đề này, nếu góc đặt làm bánh xe không tiếp xúc tối ưu với mặt đường cũng sẽ gây ra hiện tượng đánh lái thừa

 Understeer: trái ngược với sự đánh lái thừa thì sự đánh lái thiếu là hiện tượng khi xe muốn đánh lái sang một trong hai hướng thì bánh trước bị mất độ bám với mặt đất và làm xe bị lệch ra bên ngoài hướng mong muốn Cũng có thể nói rõ hơn là đánh lái thiếu là sự báo hiệu mất lực kéo của bánh trước, điều này vô cùng nguy hiểm đến sự an toàn khi lái xe đối với người sử dụng

 Bẻ lái: là hiện tượng khi xe đang di chuyển trên mặt đường bất chợt va chạm với một vật cản hay biên dạng xấu của mặt đường khiến cho xe bị mất cân bằng ( có thể trượt sang phải hoặc trượt sang trái trong khi bạn không hề tác động đến vô lăng) Đây là dấu hiệu cho thấy sự liên kết kém giữa các thành phần của hệ thống treo

Thông qua các vấn đề trên có thể thấy hệ thống treo có ảnh hưởng rất lớn đến độ bám đường của xe nói riêng và về sự an toàn, êm dịu , thoải mái khi sử dụng xe lưu thông trên đường nói chung Chính vì thế mà các hãng xe lớn trên thế giới đã đưa ra nhiều công nghệ và giải pháp để tối ưu cả hai vấn đề trên một cách có hiệu quả nhất

Cụ thể có thể lấy ví dụ về hãng xe Audi trên dòng Audi A8 sử dụng hệ thống treo chủ động:

Audi đang tung ra một hệ thống treo tinh vi hơn cho dòng sedan hàng đầu của mình là Audi A8 Các hệ thống treo thích ứng, có thể tự động điều chỉnh các cài đặt dựa trên điều kiện đường xá hoặc tùy chọn của người lái Nó có thể nâng hoặc hạ thân

xe lên tới 3,3 inch ( ≈ 83,82 mm) để đáp ứng các điều kiện của đường xá Hệ thống treo này phụ thuộc vào hệ thống điện 48V của xe, nhằm cung cấp năng lượng cho các động cơ điện được gắn ở mỗi góc của thân máy Mỗi động cơ được kết nối với một phần của hệ thống treo Tốc độ phản ứng của chúng trong vòng từ 5 – 10 s Việc nâng và hạ xe này có thể cho phép xe duy trì hành trình trang nghiêm và thoải mái của một dòng xe sang trọng trong khi đang xử lí di chuyển như một chiếc xe thể thao