Tính toán, mô phỏng hệ thống treo trên xe 5 chỗ và nghiên cứu hệ thống treo tích cực

Quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầuchính như sau: - Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý và thoả mãn mục đích chính của hệthống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng phải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC

SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT Ô TÔ

TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO TRÊN XE

5 CHỖ VÀ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC

GVHD: TS DƯƠNG TUẤN TÙNG SVTH: LÊ HOÀNG HUY

NGUYỄN PHƯỚC VINH

SKL009580

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍMINH KHOA

ĐÀO TẠO CHẤT LƯƠNG̣ CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO TRÊN XE 5 CHỖ VÀ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TREO

TÍCH CỰC

Nguyễn Phước Vinh

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍMINH KHOA

ĐÀO TẠO CHẤT LƯƠNG̣ CAO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO TRÊN XE 5 CHỖ VÀ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TREO

TÍCH CỰC

Nguyễn Phước Vinh

Tp Hồ Chí Minh, Tháng 12 năm 2022

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 12 năm 2022

Họ tên sinh viên: Lê Hoàng Huy MSSV: 18145127

(Email: 18145127@student.hcmute.edu.vn Điện thoại: 0937502613)

Nguyễn Phước Vinh MSSV: 18145287

(E-mail: 18145287@student.hcmute.edu.vn Điện thoại: 0833090339)

Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Khóa: 2018 Lớp: 18145CL7B

Giảng viên hướng dẫn : TS.Dương Tuấn Tùng

thống treo tích cực

- Tìm hiểu khái niệm, nguyên lý hoạt động của hệ thống treo

- Ưu điểm và nhược điểm của từng loại hệ thống

- Tính toán bền của các chi tiết

- Mô phỏng hệ thống treo trước và sau trên Matlab/Simulink

- Tìm hiểu lý thuyết và mô phỏng treo tích cực

1 quyển tài liệu thuyết minh + upload các ấn phẩm lên google drive

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh

Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: Lê Hoàng Huy

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Phước Vinh

Ngành: CNKT Ô Tô

MSSV: 18145127 MSSV: 18145287

Tên đề tài: Tính toán, mô phỏng hệ thống treo trên xe 5 chỗ và nghiên cứu hệ thống treo tích cực

Họ và tên GVHD: TS.Dương Tuấn Tùng

NHẬN XÉT

1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm: ………… (bằng chữ: ………)

TP.HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2022

Giảng viên hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh

Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Họ và tên sinh viên: Lê Hoàng Huy MSSV: 18145127

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Phước Vinh MSSV: 18145287

Tên đề tài: Tính toán, mô phỏng hệ thống treo trên xe 5 chỗ và nghiên cứu hệ thống treo tích cực

Họ và tên GVPB: TS.Huỳnh Phước Sơn

NHẬN XÉT

1 Về nội dụng đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm: (bằng chữ): )

TP.HCM, ngày 15 tháng 12 năm 2022

Giáo viên phản biện

(Ký, ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cám ơn thầy TS.Dương Tuấn Tùng đã luôn giúp đỡ vàcung cấp cho tụi em nhiều nguồn tài liệu bổ ích cho tụi em và luôn truyền cảm hứnghọc tập mới mẻ trong suốt học kỳ này Cám ơn thầy đã hết mình giúp đỡ và góp ý chotụi em hoàn thành đề tài được giao một cách hoàn thiện và chỉnh chu nhất sau thời gianthực hiện để nghiên cứu đề tài này Và được thầy dẫn dắt trong suốt quá trình học cũngnhư thực hiện đồ án là may mắn của tụi em

Trong thời gian nỗ lực nghiên cứu cùng với sự giúp đỡ tận tình và trực tiếphướng dẫn của thầy Dương Tuấn Tùng trong suốt thời gian vừa qua đã giúp nhóm hoànthành đề tài của mình

Tuy nhiên do thời gian nghiên cứu có hạn cùng với vốn kiến thức còn hạn chế,trong đề tài không tránh khỏi những thiếu sót và nhiều chỗ còn chưa chính xác, nhóm

em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô trường Đại học Sư Phạm

Kỹ Thuật TP HCM xem xét và góp ý để đề tài nghiên cứu của nhóm em được hoànthiện hơn Lời cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô nhiều sức khỏe, thành công vàhạnh phúc

Sinh viên thực hiện

Lê Hoàng Huy Nguyễn Phước Vinh

- Tiếp cận thông qua việc đọc sách giáo trình.

- Tiếp cận thông qua các bài báo nghiên cứu khoa học

 Các phương pháp giả

- Tìm kiếm thông tin trên các trang web trực tuyến của hãng

- Xác định vấn đề cần thực hiện trong đồ án

- Nghiên cứu, chọn lọc thông tin liên quan đến vấn đề

- Tổng hợp và đưa vào thực nghiệm để kiểm tra

- Kết hợp sửa chữa và liên tục sửa chữa nội dung, điều chỉnh cho phù hợp

 Các k

- Hoàn thành tốt các chỉ tiêu đặt ra ban đầu

- Làm rõ được kiến thức cũng như đáp ứng được khối lượng kiến thức được yêu cầu

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv

LỜI CẢM ƠN vi

TÓM TẮT ĐỀ TÀI vii

MỤC LỤC viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH xi

DANH MỤC CÁC BẢNG xv

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xvi

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO 1

1.1 Lý do chọn đề tài 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.3 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài 2

1.3.1 Tính khoa học 2

1.3.2 Tính thực tiễn 2

1.4 Phương pháp thực hiện 2

1.5 Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo 2

1.6 Các bộ phận chính của hệ thống treo 3

1.6.1 Bộ phận đàn hồi 3

1.6.2 Bộ phận giảm chấn 10

1.6.3 Bộ phận dẫn hướng 16

1.6.4 Thanh ổn định 17

1.6.5 Các vấu cao su tăng cứng để hạn chế hành trình 17

1.7 Phân loại hệ thống treo 18

1.7.1 Hệ thống treo phụ thuộc 18

1.7.2 Hệ thống treo độc lập 20

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO TRƯỚC 27

2.1 Giới thiệu chung về xe Hyundai Creta 2016 27

2.2 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo 28

2.2.1 Các thông số ban đầu 28

2.2.2 Các thông số cơ bản của hệ thống treo 29

2.3 Động lực học hệ treo MacPherson 32

2.3.1 Trường hợp xe chỉ chịu tải trọng theo phương thẳng đứng: 33

2.3.2 Trường hợp chỉ có lực kéo hay lực phanh cực đại: 35

2.3.3 Trường hợp phải chịu lực ngang cực đại: 36

2.4 Đòn ngang 39

2.5 Rôtuyn 43

2.5.1 Tính theo bền cắt: 43

2.5.2 Tính theo ứng suất uốn: 44

2.5.3 Tính theo chèn dập: 44

2.6 Phần tử lò xo 45

2.7 Phần tử giảm chấn 49

2.8 Thanh ổn định 53

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO SAU HAI ĐÒN NGANG 58

3.1 Các thông số cơ bản của hệ thống treo sau 58

3.2 Động lực học của hệ treo hai đòn ngang 61

3.2.1 Trường hợp chịu tải trọng động 61

3.2.2 Trường hợp lực kéo hoặc lực phanh cực đại: 61

3.2.3 Trường hợp lực ngang cực đại 61

3.2 Phần tử lò xo 67

3.3 Phần tử giảm chấn 71

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO BẰNG MATLAB/SIMULINK 76

4.1 Tìm hiểu ứng dụng Matlab/Simulink 76

4.2 Các khối sử dụng trong Simulink 77

4.3 Xây dựng mô hình hóa của xe trên mặt phẳng dọc 80

4.4 Mô phỏng hệ thống treo 81

CHƯƠNG V: HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC 84

5.1 Tổng quan hệ thống treo tích cực 84

5.1.1 Giới thiệu chung 84

5.1.2 Công dụng 85

5.1.3 Đặt vấn đề 85

5.1.4 Đối tượng nghiên cứu 85

5.1.5 Phạm vi nghiên cứu 85

5.1.6 Nội dung nghiên cứu 85

5.1.7 Phương pháp nghiên cứu 86

5.1.8 Phân loại hệ thống treo tích cực 86

5.2 Hệ thống treo bán tích cực (Semi-Active Suspension) 86

5.2.1 Phân loại giảm chấn của hệ thống treo bán tích cực 87

5.2.2 Chất từ hóa dùng trong giảm chấn của hệ thống treo bán tích cực 90

5.2.3 Mô hình hóa của hệ thống treo bán tích cực 91

5.2.4 Tính toán xác định hệ số ma sát nhớt cho từng trường hợp cụ thể: 93

5.2.5 Phần mềm Mathcad 95

5.2.6 Kết quả mô phỏng giảm chấn của treo bán tích cực 97

5.2.7 Xây dựng đặc tính biên độ tần số của hệ thống treo cho mô hình ¼ xe 101

5.3 Hệ thống treo tích cực hoàn toàn (Active Suspension) 104

5.3.1 Hệ thống điều khiển của hệ thống treo tích cực hoàn toàn 105

5.3.2 Xây dựng mô hình hóa ¼ xe 108

5.3.3 Sử dụng các khối Simscape trong Simulink 110

5.3.4 Sử dụng mô hình Simscape trong Simulink 114

5.3.5 So sánh giữa treo bị động và treo tích cực 120

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 122

6.1 Kết luận 122

6.2 Hướng phát triển đề tài 123

TÀI LIỆU THAM KHẢO 124

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Bộ phận đàn hồi 4

Hình 1.2: Nhíp lá 4

Hình 1.3: Nhíp đơn 5

Hình 1 4: Nhíp kép 5

Hình 1.5: Bộ phận đàn hồi bằng lò xo 6

Hình 1.6: Một số dạng lò xo 7

Hình 1.7: Thanh xoắn 8

Hình 1.8: Hệ thống treo có phần tử đàn hồi loại khí 9

Hình 1.9: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn ống thủy lực một lớp vỏ 11

Hình 1.10: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ 12

Hình 1.11: Giảm chấn khí – thủy lực 15

Hình 1.12: Giảm chấn hơi 15

Hình 1.13: Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo 16

Hình 1.14: Thanh ổn định của hệ thống treo 17

Hình 1.15: Sơ đồ hệ treo phụ thuộc 18

Hình 1.16: Treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc 19

Hình 1.17: Sự thay đổi vị trí của bánh xe và của xe khi xe trèo lên mô đất 19

Hình 1.18: Sơ đồ hệ treo độc lập 21

Hình 1.19: Sơ đồ cấu tạo hệ treo MacPherson 22

Hình 1.20: Mối quan hệ động học của hệ treo MacPherson 23

Hình 1 21: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống treo 2 đòn ngang 24

Hình 1.22: Sơ đồ nguyên lý hệ thống treo hai đòn dọc 25

Hình 1.23: Sơ đồ vị trí tâm quay bánh xe O, tâm nghiêng cầu xe S của hệ treo có đòn liên kết 26

Hình 1.24: Sơ đồ hệ treo đòn chéo 26

CHƯƠNG II: Hình 2.1: Xe Hyundai Creta 2016 27

Hình 2.2: Khoang nội thất của xe Hyundai Creta 2016 28

Hình 2.3: Hành trình động của xe 32

Hình 2.4: Sơ đồ lực 33

Hình 2.5: Sơ đồ lực ở trường hợp chịu tải động 34

Hình 2.6: Sơ đồ lực trong trường hợp có lực phanh cực đại 35

Hình 2.7: Sơ đồ lực trong trường hợp chịu lực ngang cực đại 37

Hình 2.8: Phân tích lực đòn ngang khi chỉ có lực Z và Y 39

Hình 2.9: Tiết diện đòn ngang 40

Hình 2.10: Phân tích lực đòn ngang khi chỉ có lực Z và X 41

Hình 2.11: Cấu tạo rôtuyn 43

Hình 2.12: Khoảng đặt lò xo 46

Hình 2.13: Đường đặc tính của giảm chấn 51

Hình 2.14: Thanh ổn định ngang 56

CHƯƠNG III: Hình 3.1: Hành trình động của xe 60

Hình 3.2: Chỉ có lực Z vắng X và Y 63

Hình 3.3: Chỉ có lực Z và X 64

Hình 3.4: Chỉ có lực Z và Y 66

Hình 3.5: Đường đặc tính của giảm chấn 73

CHƯƠNG IV: Hình 4.1: Logo phần mềm Matlab/Simulink 76

Hình 4.2: Giao diện của Simulink 76

Hình 4.3: Giao diện của Simulink 77

Hình 4.4: Khối In1 77

Hình 4.5: Khối Out1 77

Hình 4.6: Khối Scope 78

Hình 4.7: Khối Sum 78

Hình 4.8: Khối Derivative 78

Hình 4.9: Khối Integrator 79

Hình 4.10: Khối Step 79

Hình 4.11: Khối Subsystem 79

Hình 4.12: Khối Gain 79

Hình 4.13: Sơ đồ vật thể tự do của mô hình xe 80

Hình 4.14: Mô hình Simulink của xe trong mặt phẳng dọc 81

Hình 4.15: Mô hình dao động cầu trước 81

Hình 4.16: Mô hình dao động cầu sau 82

Hình 4.17: Đồ thị lực tác dụng của cầu chủ động lên thân xe 82`

Hình 4.18: Đồ thị tốc độ dịch chuyển của xe theo phương đứng 82

Hình 4.19: Đồ thị vận tốc góc của trọng tâm thân xe 83

Hình 4.20: Đồ thị biểu diễn chiều cao mặt đường 83

Hình 4.21: Đồ thị mô men xoay gây ra bởi gia tốc góc của trọng tâm thân xe 83

CHƯƠNG V: Hình 5.1: Hệ thống treo tích cực 84

Hình 5.2: Hệ thống treo bán tích cực 86

Hình 5.3: Giảm chấn có tiết diện van thay đổi 87

Hình 5.4: Giảm chấn từ hóa 88

Hình 5.5: Quá trình điều khiển 89

Hình 5.6: Giảm chấn ma sát tích cực 89

Hình 5.7: Tác động của từ trường đến chất lỏng MR 91

Hình 5.8: Mô hình 1/4 của hệ thống treo bán tích cực 92

Hình 5.9: Đồ thị biên dạng đường kiểu hình sin 94

Hình 5.10: Sơ đồ chuyển động của xe lúc lên dốc 94

Hình 5.11: Giao diện ứng dụng Mathcad 97

Hình 5.12: Hệ số độ nhớt Cp(t) thay đổi trong cả chu kỳ 97

Hình 5.13: Hệ số độ nhớt Cp(t) thay đổi theo bước sóng λ=0,5 98

Hình 5.14: Hệ số độ nhớt Cp(t) thay đổi theo bước sóng λ=1 98

Hình 5.15: Hệ số độ nhớt Cp(t) thay đổi theo bước sóng λ=2 99

Hình 5.16: Hệ số độ nhớt Cp(t) thay đổi theo vận tốc v = 20 km/h = 5,5 m/s 99

Hình 5.17: Hệ số độ nhớt Cp(t) thay đổi theo vận tốc v = 40 km/h = 11,1 m/s 100

Hình 5.18: Hệ số độ nhớt Cp(t) và Cp2(t) thay đổi theo sự thay đổi của tải trọng 100

Hình 5.19: Sơ đồ của hệ thống treo 101

Hình 5.20: Sơ đồ với hệ số nhớt Cp = 1000 (Ns/m2) 103

Hình 5.21: Sơ đồ với hệ số nhớt Cp = 2000 (Ns/m2) 103

Hình 5.22: Sơ đồ với hệ số nhớt Cp = 3000 (Ns/m2) 103

Hình 5.23: Sơ đồ với hệ số nhớt Cp = 4000 (Ns/m2) 104

Hình 5.24: Hệ thống treo tích cực 105

Hình 5.25: Hệ thống treo BOSE 107

Hình 5.26: Giảm chấn trong hệ thống treo tích cực 107

Hình 5.27: Mô hình dao động ¼ xe 108

Hình 5.28: Sơ đồ phân tích lực 108

Hình 5.29: Khối Translational Spring 110

Hình 5.30: Khối Transational Damper 110

Hình 5.31: Khối Mass 111

Hình 5.32: Khối Mechanical Translational Reference 111

Hình 5.33: Khối Ideal Translational Motion Sensor 111

Hình 5.34: Khối Ideal Translational Velocity Source 112

Hình 5.35: Khối Ideal Force Source 112

Hình 5.36: Khối Ideal Force Sensor 113

Hình 5.37: Khối PS-Simulink Converter: 113

Hình 5.38: Khối Simulink-PS Converter 113

Hình 5.39: Sơ đồ ¼ xe 114

Hình 5.40: Khối Road Bump 114

Hình 5.41: Khối Quarter Car Model 115

Hình 5.42: Đáp ứng của hệ thống treo khi thay đổi tải trọng 116

Hình 5.43: Gia tốc thân xe khi thay đổi tải trọng theo phương ngang 117

Hình 5.44: Lực điều khiển khi thay đổi tải trọng 118

Hình 5.45: Độ dịch chuyển thân xe theo phương đứng khi thay đổi tải trọng 119

Hình 5.46: Độ dịch chuyển thân xe của treo bị động 120

Hình 5.47: Độ dịch chuyển thân xe của treo tích cực 120

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: Kết quả tính toán phần động lực học 38

Bảng 2: Kết quả tính toán phần động lực học 67

Electronic Control Unit/Bộ điều khiển điện tử.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO 1.1 Lý do chọn đề tài

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế nước nhà thì nhu cầu của người dân nóichung và nhu cầu đi lại nói riêng được tăng lên một cách rõ rệt Khi sử dụng một phươngtiện giao thông ngoài những yêu cầu về khả năng thuận lợi trong lưu thông thì một phươngtiện gọi là tốt còn phải đảm bảo an toàn trong chuyển động, tính thẩm mỹ cao và độ êm dịucao trong quá trình sử dụng để bảo sức khỏe cho người tham gia giao thông

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang có những bước đi ban đầu về thiết kế,chế tạo ô tô Song do điều kiện đường xá kém chất lượng, ở các xe này chưa đáp ứngđược một số các yêu cầu đòi hỏi về độ êm dịu chuyển động, tính tiện nghi, tính an toànchuyển động, Một trong những nguyên nhân là do chất lượng đường của chúng ta cònhạn chế Chính vì vậy, việc quan tâm đến độ êm dịu cho một chiếc xe khi tham gia giaothông là một quan trọng trong quá trình chế tạo một phương tiện giao thông nói chung

và ô tô nói riêng

Trong đồ án tốt nghiệp này em xin trình bày về phương pháp nghiên cứu vềđộng lực học hệ thống treo trên xe ô tô 5 chỗ Em xin đề xuất đề tài: “Tính toán môphỏng hệ thống treo trên xe 5 chỗ và nghiên cứu hệ thống treo tích cực” để làm đồ ánbảo vệ tốt nghiệp cho mình

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay các ngành khoa học công nghệ ngày càng phát triển, mục tiêu là tăngnăng suất, giải phóng sức của con người Ngành công nghệ ô tô là một trong những ngànhcông nghiệp phát triển ưu tiên đứng đầu ở nước ta Khi ô tô ngày càng hoàn thiện thì tiêuchí đánh giá của các kết cấu ngày càng được quan tâm đúng mức Nghiên cứu hoàn thiệncác kết cấu của ô tô nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động, an toàn chuyển động và thânthiện với môi trường là một nhu cầu cần thiết Trong đó đánh giá đúng về yêu cầu chấtlượng động học hệ thống treo là một vấn đề quan trọng, nhất là với điều kiện đường ở ViệtNam Hệ thống treo là một trong các hệ thống rất quan trọng trên ô tô, nó góp phần tạo nên

độ êm dịu khi lái xe, ổn định và tính tiện nghi của ô tô giúp người ngồi có cảm giác thoảimái dễ chịu Ở Việt Nam hiện nay đã có rất nhiều hãng và nhiều loại ô tô Cùng với sựphát triển của khoa học, kỹ thuật thì nghành công nghiệp ô tô đã có sự phát triển vượt bậcnhằm đáp ứng những yêu cầu của con người Những chiếc ô tô

ngày càng trở nên xịn hơn, nhanh hơn, an toàn hơn, tiện nghi hơn… để theo kịp với xu thế thời đại.

1.3 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài

Mở ra một hướng nghiên cứu mới về việc chuyển đổi từ hệ thống treo ô tô thôngthường sang hệ thống treo tích cực cho công nghệ xe điện tương lai

1.4 Phương pháp thực hiện

- Nghiên cứu thông qua việc tìm hiểu các bài báo nghiên cứu khoa học về các cập nhật của công nghệ hiện đại trong hệ thống treo tích cực Active Suspension

- Chọn lọc và phân tích nội dung nghiên cứu phù hợp

- Tổng hợp tài liệu và tính toán sơ bộ về hệ thống

1.5 Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo

Hệ thống treo là hệ thống có liên kết giữa bánh xe và khung xe Mối liên kết hệthống treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng chính sau:

Truyền lực và mô men giữa bánh xe và khung xe gồm lực thẳng đứng (tải trọng,phản lực), có lực dọc (lực kéo, lực phanh, lực đẩy và lực kéo với khung vỏ), có cả lựcbên (lực li tâm, lực gió bên, phản lực bên) mô men chủ động, mô men phanh của xe

Tạo điều kiện cho xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối vớikhung và vỏ xe theo yêu cầu dao động êm dịu hạn chế tới mức có thể chấp nhận đượcnhững chuyển động không muốn có của bánh xe như là lắc ngang, lắc dọc.

Trong hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung xe cần thiết phải mềmnhưng vẫn phải đủ khả năng để truyền lực Quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầuchính như sau:

- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý và thoả mãn mục đích chính của hệthống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng phải đảm bảo các quan hệ động học

và động lực học của chuyển động bánh xe

- Bánh xe chỉ dịch chuyển trong một giới hạn nhất định

- Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung và vỏ

- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo kỹ thuật của xe (xe chạy trên đường tốt hoặc xe chạy trên các loại đường khác nhau)

- Có độ tin cậy lớn nhất là không gặp hư hỏng bất thường

- Đối với xe ô tô con chúng ta cần phải quan tâm đến các yêu cầu như sau:

- Giá thành phải thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn

- Có khả năng chống rung, chống ồn truyền từ bánh xe lên thùng và vỏ tốt

- Đảm bảo tính ổn định, tính điều khiển chuyển động của ô tô ở những khoảng tốc

độ cao, ô tô phải điều khiển nhẹ nhàng

Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là:

1: Bộ phận đàn hồi nhíp lá2: Bộ phận đàn hồi lò xo trụ3: Bộ phận đàn hồi thanh xoắn

Nhíp đơn:

Hình 1.3: Nhíp đơn

1.Đinh tán; 2 Chốt nhíp; 3 Bu lông tai nhíp; 4 Lá nhíp số 1; 5 Lá nhíp số 2; 6 Sát xi;

7 Lá nhíp số 3; 8 Quang treo; 9 Bu lông quang nhíp; 10 Đệm cầu; 11 Vấu hạn chế;

12 Bu lông treo giảm chấn; 13 Giảm chấn; 14 Quang treo; 15 Bích che tai nhíp; 16

Đinh tán

Nhíp kép:

Nhíp kép được chế tạo bằng cách ghép cả hai tấm nhíp có chiều dài khác nhaulại với nhau, trong quá trình hoạt động lò xo nhíp bị nén lại và hấp thụ dao động củamặt đường, lò xo nhíp có thể bị uốn cong và bị trượt trong quá trình hoạt động

Hình 1 4: Nhíp kép

1.Sát xi; 2 Giá đỡ nhíp bên trái; 3 Bu lông; 4 Nhíp chính lắp ghép; 5 Giá đỡ nhípphụ; 6 Quang nhíp chính; 7 Lá nhíp chính của nhíp phụ; 8 Lá nhíp thứ hai của nhípchính; 9 Lá nhíp phụ số 5; 10 Lá nhíp phụ số 6; 11 Bu lông quang nhíp; 12 Vỏ cầu;

phụ; 18 Đinh tán; 19 Giá đỡ nhíp chính bên phải; 20 Đinh tán; 21 Tai nhíp; 22

Bạc chốt nhíp; 23 Chốt nhíp; 24 Vú mỡ; 25 Bu lông giữ các nhíp phụ; 26 Bu lông

giữ các nhíp chính; 27 Bạc của bu lông quang nhíp; 28 Vít

Hình 1.5: Bộ phận đàn hồi bằng lò xo

 Ưu điểm:

- Kết cấu gọn gàng

- Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò xo trụ có khối lượng nhỏ hơn nhíp

và tuồi thọ cao hơn nhíp, kết cấu gọn nên tiết kiệm không gian và cho phép hạ thấp trọngtâm xe nhằm nâng cao tốc độ

Lò xo trụ được sử dụng nhiều ở hệ thống treo kiểu MacPherson của những loại ô

tô hiện đại Chúng có thể bố trí ở cầu trước hoặc cầu sau tùy thuộc vào cấu tạo từng xe

 Ưu điểm:

- Khi làm việc ở giữa các vòng lò xo không có ma sát như nhíp

- Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn

- Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò xo trụ có khối lượng nhỏ hơn nhíp

và tuổi thọ cao hơn nhíp

- Dùng ở xe con có hệ thống treo độc lập, lò xo trụ có nhiệm vụ là bộ phận đàn hồi Lò xo trụ được chế tạo từ thép có tiết diện vuông hoặc tròn

 Nhược điểm:

Do lò xo chỉ làm nhiệm vụ đàn hồi còn bộ phận dẫn hướng và giảm chấn do các

bộ phận khác đảm nhận nên hệ thống treo với lò xo trụ có kết cấu phức tạp hơn vì còn phải làm thêm hệ thống đòn dẫn hướng để dẫn hướng cho bánh xe và truyền lực đẩy

Hình 1.6: Một số dạng lò xo

 Ưu điểm:

- Có khối lượng nhỏ

- Lắp ráp đơn giản

- Chiếm ít không gian của xe

- Không chịu ảnh hưởng do ma sát nên không phải chăm sóc

- Do mức độ hấp thụ năng lượng trên một đơn vị khối lượng lớn hơn so với nhíp

và lò xo nên hệ thống treo loại thanh xoắn có kết cấu nhỏ gọn

- Chiếm ít không gian nên có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe

Hình 1.8: Hệ thống treo có phần tử đàn hồi loại khí

Loại này có thể tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi

áp suất không khí ở bên trong phần tử đàn hồi Giảm độ cứng của hệ thống treo khí sẽlàm cho độ êm dịu chuyển động tốt hơn

Khi xe chạy ít tải, độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, khi tăng tải thì độ cứng cần phải

có giá trị lớn Chính vì vậy mà cần phải có thêm các bộ phận đàn hồi phụ như: nhíp

phụ, vấu tỳ bằng cao su biến dạng, đặc biệt là các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi

tự động độ cứng theo tải trọng kết hợp với các bộ phận thay đổi chiều cao trọng tâmcủa xe

1.6.2 Bộ phận giảm chấn

Là bộ phận hấp thụ năng lượng dao động cơ học của bánh xe và thân xe Bộ phậngiảm chấn có ảnh hưởng tới biên độ dao động Trên các xe hiện đại chỉ dùng loại giảmchấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều trả và nén Ở hành trình trả (bánh xe đi xa khung

và vỏ) giảm chấn có nhiệm vụ giảm bớt xung lực va đập truyền từ bánh xe lên khung xe

Trên xe ô tô giảm chấn được sử dụng với mục đích sau:

- Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đườngkhông bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sửdụng

- Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

- Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khả năng an toàn khi chuyển động

Hiện nay để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động người ta dùng giảm chấnthủy lực Giảm chấn thuỷ lực biến cơ năng các dao động thành nhiệt năng và việc thựchiện của nó là nhờ ma sát giữa các chất lỏng và lỗ tiết lưu là ma sát chủ yếu để dập tắt cácdao động Giảm chấn phải đảm bảo dập tắt nhanh các dao động nếu tần số dao động lớnnhằm mục đích tránh cho thùng xe lắc khi đường mấp mô và phải dập tắt chậm các daođộng nếu ô tô chạy trên đường ít mấp mô để cho ô tô chuyển động êm dịu

Trên ô tô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng haichiều ở cấu trúc hai lớp

7, chất lỏng chảy xuống khoang piston ở dưới, áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổikhông lớn và dao động xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu,nhờ vậy mà tránh được hiện tượng tạo bọt khí, là một trạng thái không an toàn cho sựlàm việc của giảm chấn Trong quá trình làm việc do áp lực dầu chỉ có thể nén lên khí

mà piston ngăn cách 4 di chuyển để tạo nên sự cân bằng giữa chất lỏng và chất khí do

đó áp suất không bị hạ xuống dưới giá trị nguy hiểm Giảm chấn này có độ nhạy cao kể

cả khi piston dịch chuyển rất nhỏ, tránh được hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt

độ thay đổi sẽ làm cho áp suất thay đổi

- Khi có cùng đường kính ngoài, đường kính của cần piston có thể làm lớn hơn

mà sự biến động tương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn

- Giảm chấn có piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí nào.Nhờ các ưu điểm này mà giảm chấn một lớp vỏ được sử dụng rộng rãi trên hệ treoMacPherson và hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

 Nhược điểm:

- Làm việc kém tin cậy, có thể bị bó kẹt trong hành trình nén hoặc trả mạnh

- Có tính công nghệ thấp, bao kín không tốt

- Tuổi thọ của phớt và độ mòn của piston với ống dẫn hướng cao

Hình 1.10: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ

Trong giảm chấn, piston di chuyển ở trong xi lanh, chia không gian trong thànhbuồng A và B Ở đuôi của xi lanh thuỷ lực có cụm van bù Bên ngoài vỏ trong là mộtlớp vỏ ngoài, không gian giữa hai lớp vỏ là buồng bù thể tích của chất lỏng và liên hệvới B qua các cụm van một chiều (III, IV) Buồng C được gọi là buồng bù chất lỏng,trong C chỉ điền đầy một nửa, không gian còn lại chứa không khí có áp suất khí quyển

Nguyên lý làm việc:

suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A rồi đi sang khoang C ép không khí ởbuồng bù lại Thường trên nắp của giảm chấn phải có phớt che bụi, phớt chắn dầu và các lỗngang để bôi trơn cho trục giảm chấn trong quá trình giảm chấn làm việc Ở hành trình trả bánh

xe đi xa khung xe, thể tích buồng B tăng do đó áp suất giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B,không khí ở buồng bù giãn nở ra, đẩy nhanh chất lỏng chóng điền đầy vào khoang B Để tránh

bó cứng trong quá trình làm việc của giảm chấn bao giờ cũng có các lỗ van lưu thông thườngxuyên Cấu trúc của nó phụ thuộc vào kết cấu Phần van trả và van nén của hai cụm van nằm ởpiston, xi lanh trong cụm van bù có kết cấu mở theo hai chế độ, hay là các lỗ van riêng biệt đểtạo nên lực cản giảm chấn tương thích khi nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ Khi chất lỏng

đi qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo nên lực ma sát làm cho nóng giảm chấn lên Nhiệt sinh ratruyền qua vỏ ngoài

(8) và được giải nhiệt bằng không khí để cân bằng năng lượng

kín và đường kính, hành trình làm việc Chỉ bố trí trên xe cho phép nghiêng tối

đa là 450 so với phương thẳng đứng

So sánh giữa hai loại giảm chấn:

So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ và giảm chấn một lớp vỏ có ưu, nhược điểm

- Ở nhiệt độ thấp (vùng băng giá) giảm chấn không bị bó kẹt ở những hành trình đầu tiên.

- Loại giảm chấn sử dụng piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng

và bố trí nào Thấy được các ưu điểm này nên giảm chấn một lớp một lớp được sử dụngrộng rãi trên hệ treo MacPherson và hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

- Dẫn hướng cần piston hỏng trước phớt bao kín

- Ở giảm chấn một lớp vỏ: phớt bao kín hỏng trước ống dẫn hướng của cần piston

Đây là tổng hợp của lò xo đàn hồi có giảm chấn cùng với lò xo khí thủy lực.Trong hệ thống này, piston của phần đàn hồi cũng như trục của nó đồng thời là trục của

bộ giảm chấn Phần lò xo khí nằm trong khối cầu bao bọc bởi 1 màng cao su rất đặcbiệt Phần tích trữ khí cùng với không gian mặt trên (theo quy ước trên dưới khi giảmchấn thẳng đứng) của piston được nối với nhau bởi một đường ống thủy lực

Khi giảm chấn và lò xo đi xuống, dầu bị ép chạy theo đường đó chạy sangbuồng khí nén, khi giảm chấn bị nén mạnh,làm áp suất tăng, sức đàn hồi của lò xo khítăng thêm, lò xo này và lò xo kim loại tác động trực tiếp lên khung xe, gây nên sức đànhồi tổng hợp thay đổi được theo phần tải trọng Thêm nữa, trên đường ống dẫn khí vàdầu về để ép túi khí, còn được bố trí thêm van điều khiển để mà chủ động thay đổi mứctác động của khí và dầu nén lên túi khí,dẫn đến việc thay đổi độ cứng phần tử đàn hồitổng hợp của cả hệ thống giảm chấn Cũng nhờ cơ chế hồi tiếp mà khoảng cách giữatrục bánh xe và khung xe gần như được giữ nguyên khi thay đổi tải trọng Khi xe có tảitrọng nặng, dầu ép mạnh làm túi khí nâng lên mạnh hơn Khi xe có tải trọng nhẹ, áp lựcdầu giảm, túi khí mềm đi, giảm bớt tác động lên khung xe

14

ở phần trên là một ống kín với hơi áp lực điều khiển được tạo ra sự chủ động trong việcđổi khoảng làm việc cũng như hiệu quả tốt nhất cho bộ giảm xóc.

Hệ thống chỉ làm việc khi động cơ đã khởi động (đã cấp khí nén vào lò xo khí),còn khi máy tắt giảm chấn không hoạt động vì vậy cần chú ý khi sử dụng bộ giảm chấnnày nếu xe đỗ ở chỗ có gờ cao thì xe dễ bị chạm gầm gây hư hỏng.

1.6.3 Bộ phận dẫn hướng

Cho phép bánh xe dịch chuyển thẳng đứng ở vị trí của nó so với khung xe nhưngbánh xe phải đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ Bộ phận dẫn hướng phải có chứcnăng thực hiện tốt Trên mỗi hệ thống treo thì bộ phận dẫn hướng có nhiều cấu tạo khácnhau

Hình 1.13: Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo

Quan hệ của bánh xe với khung là khi thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng thìđược gọi là quan hệ động học Khả năng truyền lực ở mỗi vị trí thì được gọi là quan hệđộng lực học của hệ treo

Trong mối quan hệ động học các thông số chính được xem xét là: sự dịchchuyển (chuyển vị) của các bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thayđổi theo phương thẳng đứng (∆z) Mối quan hệ động lực học được biểu thị qua khảnăng truyền lực và các mô men khi bánh xe ở các vị trí khác nhau

1.6.4 Thanh ổn định

Trên các loại xe con ngày nay đa số là đều có thanh ổn định Trong trường hợp

xe đang chạy trên nền đường gồ ghề hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực ly tâmphản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng độ nghiêngthùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt đường

Hình 1.14: Thanh ổn định của hệ thống treo

Thanh ổn định có tác dụng lúc xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặtlên bánh xe nhằm giảm bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên phía cầu chịutải ít hơn

Hình dạng của nó có dạng chữ U, một đầu chữ U thì nối với phần không đượctreo, còn đâu kia được nối với thân vỏ xe, các đầu nối này có các ổ đỡ bằng cao su

1.6.5 Các vấu cao su tăng cứng để hạn chế hành trình

Trên xe những vấu cao su thường được đặt kết hợp trong vỏ của bộ phận giảmchấn vừa có tác dụng tăng cứng vừa hạn chế hành trình của piston nhằm để hạn chếhành trình làm việc của bánh xe Ngoài ra nó còn có đệm cao su cũng có tác dụng giảmchấn Những ưu điểm của vấu cao su:

- Có thể thấy được nhiều hình dạng khác nhau

- Đảm bảo không phát tiếng ồn khi làm việc, không cẩn bôi trơn

1.7 Phân loại hệ thống treo

Hiện nay ở trên xe con hệ thống treo bao gồm 2 hệ thống chính chính:

đó của bánh xe bên kia

Hình 1.15: Sơ đồ hệ treo phụ thuộc

1: Thùng xe; 2: Bộ phận đàn hồi; 3: Bộ phận giảm chấn; 4: Dầm cầu

Đặc điểm của hệ thống treo này là các bánh xe được lắp trên một dầm cầu nốicứng Trong trường hợp cầu xe là phần bị động thì dầm đó là một thanh thép định hình,còn trường hợp nó là cầu chủ động thì phần dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần

là của hệ thống truyền lực

Đối với hệ thống treo này thì bộ phận đàn hồi có thể là nhíp và lò xo xoắn ốc, còn

bộ phận dập tắt dao động là giảm chấn Nếu bộ phận đàn hồi là nhíp thì người ta sử dụng

cả bộ nhíp gồm nhiều lá nhíp ghép lại với nhau bằng những quang nhỏ, được bắt chặt vớidầm cầu ở giữa của nhíp Hai đầu của nhíp được uốn tròn lại để một đầu nối với thùnghoặc khung xe bằng khớp trụ còn đầu kia nối với thùng hoặc khung bằng quang treo đểnhíp dễ dàng dao động và đảm bảo rằng nó có khả năng truyền lực dọc và ngang

Nếu như bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn ốc thì phải dùng thêm hai đòn dọc dưới

và một hoặc hai đòn dọc phía trên Đòn dọc phía dưới được nối với cầu, đòn dọc phíatrên được nối với khớp trụ Phải đảm bảo truyền được lực ngang và phải ổn định vị tríthùng xe so với cầu, người ta cũng có thể dùng thêm đòn Panhada

Hình 1.16: Treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc

- Lò xo xoắn ốc trong trường hợp này có thể được đặt trên đòn dọc hoặc đặt ngay trên cầu xe

- Giảm chấn thường sẽ được đặt bên trong của lò xo xoắn ốc để chiếm ít không gian hơn

Hình 1.17: Sự thay đổi vị trí của bánh xe và của xe khi xe trèo lên mô đất

 Ưu điểm:

- Giá thành thấp

- Dễ chế tạo cũng như tháo lắp và sửa chữa

- Trong quá trình chuyển động vết bánh xe thì được cố định do vậy không thể xảy

ra hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập nêu ở trên

- Khi phải chịu lực bên (lực ly tâm, lực gió, độ nghiêng của đường), 2 bánh xe được liên kết cứng vì vậy hạn chế hiện tượng trượt bên bánh xe

 Nhược điểm:

- Sự nối cứng của bánh xe 2 bên dầm liên kết tạo ra hiện tượng xuất hiện chuyển

vị phụ khi xe đang chuyển động

- Khoảng sáng gầm xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu có thể thay đổi được vịtrí, do đó chỉ có thể lựa chọn là chiều cao trọng tâm phải lớn hoặc là giảm thể tích chứa hàngsau xe

đường gồ ghề, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên những va đập mạnh giữa phần không treo vàphần được treo làm giảm độ êm dịu của xe Mặt khác lực của bánh xe tác động mạnh trên nềnđường sẽ làm giảm sự tiếp xúc của bánh xe với đường



- Dạng treo phụ thuộc có bộ phận đàn hồi là nhíp lá

- Dạng treo phụ thuộc có lò xo xoắn ốc hoặc nhiều đòn liên kết

- Dạng treo phụ thuộc có cấu trúc đòn dọc



Do yêu cầu thực tế và do trình độ phát triển của kỹ thuật càng phát triển nên tốc độcủa ô tô ngày càng được nâng cao Khi tốc độ ô tô ngày càng cao thì yêu cầu về kỹ thuậtcủa ô tô ngày càng quan trọng: trọng tâm của ô tô nên cần phải được hạ thấp khi ở tốc độcao Vấn đề ổn định tay lái phải tốt, khối lượng phần không được treo phải nhỏ để tăng sự

êm dịu khi chuyển động của xe Vì những lí do như vậy mà hệ thống treo phụ thuộc khôngđược sử dụng trên xe hoạt động có vận tốc cao, chỉ được sử dụng ở những xe có tốc độtrung bình trở xuống và những xe có tính năng thích nghi với đồi núi cao

1.7.2 Hệ thống treo độc lập

Trong hệ thống treo độc lập có các bánh xe trên một dầm cầu dao động một cáchđộc lập với nhau Các bánh xe dịch chuyển độc lập tương đối với khung xe Thực tếchuyển động của xe chỉ đúng khi chúng ta coi thùng hoặc vỏ xe đứng yên

Hình 1.18: Sơ đồ hệ treo độc lập

1: Thùng xe; 2: Bộ phận đàn hồi; 3: Bộ phận giảm chấn;

Đối với hệ treo độc lập, dựa vào đặc tính động học và kết cấu người ta chia làm những loại sau:

- Treo hai đòn ngang

không được treo nhỏ nên mô men quán tính nhỏ do đó xe sẽ chuyển động êm dịu

- Hệ treo này không cần có dầm ngang nên khoảng không gian cho nó dịchchuyển chủ yếu là khoảng cách 2 bên sườn xe như vậy sẽ hạ thấp được trọng tâm xe và sẽnâng cao được vận tốc của xe

Đặc điểm:

Hệ treo MacPherson là biến dạng của hệ treo 2 đòn ngang nếu như ta coi đòn ngang phía trên có chiều dài bằng 0 và đòn ngang phía dưới có chiều dài khác 0 Nhờ