TỔNG QUAN
Dẫn nhập
Trong bối cảnh khoa học kỹ thuật phát triển, đời sống con người ngày càng được cải thiện cả về vật chất lẫn tinh thần, nhu cầu sử dụng phương tiện giao thông cũng tăng cao Tuy nhiên, tai nạn giao thông đang gia tăng, đặt ra yêu cầu cấp thiết về an toàn cho người tham gia giao thông Do đó, các nhà kỹ thuật ô tô cần chú trọng đến vấn đề này Ổn định ngang của thùng xe ô tô chủ yếu phụ thuộc vào tính ổn định của hệ thống treo và hệ thống động lực học chuyển động của xe.
Việc nghiên cứu nhằm nâng cao tính ổn định của toàn thân xe, đặc biệt là ổn định ngang của thùng xe ô tô, luôn là một vấn đề quan trọng được nhiều nhà khoa học và kỹ thuật viên trên toàn thế giới chú trọng.
Để nâng cao tính an toàn và hiệu quả kinh tế trong việc sử dụng ô tô, các nhà quản lý và tổ chức cần trang bị kiến thức về tính ổn định ngang trong chuyển động của phương tiện Việc này không chỉ giúp cải thiện lượng công việc mà còn tối ưu hóa việc khai thác các phương tiện vận tải.
Đặt vấn đề
Khi nghiên cứu góc nghiêng ngang của thùng xe ô tô, việc xác định ảnh hưởng của góc này đến động lực học chuyển động của xe là rất quan trọng.
Góc nghiêng ngang thùng xe là một khái niệm quan trọng trong thiết kế ô tô, phản ánh sự ổn định và khả năng vận hành của xe Góc nghiêng ngang hình thành do sự phân bố trọng lực và lực ly tâm khi xe di chuyển, ảnh hưởng đến sự cân bằng và an toàn trong quá trình lái xe Cấu tạo của ô tô chủ yếu gồm hai phần chính, ảnh hưởng trực tiếp đến góc nghiêng ngang, đó là khung xe và hệ thống treo.
- Phần thứ nhất là thùng xe nơi đó có gắn động cơ và có người ngồi Thùng xe rất nặng vì trên đó có hành khách và hàng hóa
Bánh xe và cầu xe tiếp xúc với mặt đường, trong khi thùng xe được hỗ trợ bởi hệ thống treo Hệ thống treo là một kết cấu đàn hồi kết nối thùng xe với bánh xe Trong quá trình di chuyển, nhiều yếu tố ngoại lực sẽ tác động, dẫn đến sự biến dạng của hệ thống treo và tạo ra góc nghiêng ngang cho thùng xe.
Vậy góc nghiêng ngang thùng xe là góc nghiêng của thùng xe so với phần bánh xe và cầu xe do hệ thống treo bị biến dạng
Thùng xe có khả năng nghiêng, xoay và nhún nhảy trong mặt phẳng thẳng đứng (trục z), đồng thời có thể xoay dọc (trục x) và ngang (trục y) Nó có thể nghiêng về phía trước, phía sau, bên trái hoặc bên phải Tóm lại, thùng xe được xem như một khối lượng treo trên hệ thống treo.
Dưới tác động của các lực, thùng xe có khả năng di chuyển theo nhiều hướng và xoay quanh ba trục tọa độ Sự xoay, nghiêng và chuyển động của thùng xe ảnh hưởng đến hai vấn đề quan trọng.
- Thứ nhất nó ảnh hưởng tới con người ngồi trên xe, gây khó chịu cho con người vì nó gây ra sự dao động bên trong thùng xe
- Thứ hai nó gây ảnh hưởng đến sự chuyển động của ô tô khi ô tô di chuyển trên đường
Chính vì vậy, nhóm chúng em chọn đề tài Nghiên cứu tính ổn định ngang của thùng xe ô tô.
Nội dung nghiên cứu
Tập trung chủ yếu đề tài ở hai vấn đề:
Khi thùng xe bị nghiêng ngang do tác động của ngoại lực, biến dạng của hệ thống treo sẽ ảnh hưởng đến sự nghiêng ngang và thay đổi tải trọng pháp tuyến bên trái và bên phải Việc xác định sự thay đổi tải trọng này là quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến động lực học chuyển động của ô tô Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến sẽ tác động đến hai vấn đề chính trong việc điều khiển và ổn định của xe.
Khi tải trọng pháp tuyến bên trái và bên phải không đồng đều, điều này sẽ ảnh hưởng đến việc phân bố lực kéo và lực phanh Lực kéo và lực phanh cần được phân bổ cho các bánh xe theo tỷ lệ với trọng lượng của chúng Do đó, khi trọng lượng thay đổi, cần xem xét liệu lực kéo và lực phanh có thể điều chỉnh để đáp ứng sự thay đổi tải trọng này hay không.
Để xác định xem một chiếc xe ô tô có hiện đại hay không, cần xem xét khả năng đáp ứng các yêu cầu về tải trọng Nếu không đáp ứng được, xe sẽ bị ảnh hưởng đến hiệu suất Nghiên cứu sự thay đổi tải trọng ảnh hưởng đến lực kéo và lực phanh là rất quan trọng Quá trình phanh liên quan đến việc phân bố lực phanh cho các bánh xe, trong khi quá trình kéo liên quan đến hoạt động của vi sai trong cầu chủ động.
Khi xe quay vòng, tải trọng pháp tuyến đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng bám của bánh xe với mặt đường Đặc biệt, tại cầu trước, nơi có hệ thống lái, sự nghiêng của thùng xe và biến dạng của hệ thống treo sẽ ảnh hưởng đến góc lệch hướng của bánh lái, từ đó tác động đến quỹ đạo chuyển động của xe.
Nghiên cứu về góc nghiêng ngang cho thấy sự nghiêng này chủ yếu do lực quán tính ly tâm khi xe quay vòng Khi lực ngang tác động tại trọng tâm, nó làm cho hệ thống treo biến dạng không đồng đều giữa hai bên, dẫn đến hiện tượng thùng xe bị nghiêng Sự nghiêng này thay đổi phản lực pháp tuyến bên trái và bên phải, ảnh hưởng đến động lực học chuyển động Đặc biệt, lực kéo phân bố không đều giữa hai bánh xe liên quan đến vi sai và tác động đến phanh, gây ra sự khác biệt về lực phanh giữa bên trái và bên phải, tạo ra nguy cơ mất ổn định khi phanh.
- Phần thứ hai là nghiên cứu lực tác dụng của xe khi quay vòng và phân bố tải trọng.
Phương pháp nghiên cứu
Dựa trên việc nghiên cứu tài liệu và thu thập thông tin liên quan, bài viết phân tích các yếu tố chính ảnh hưởng đến tính ổn định ngang của thùng xe ô tô Qua việc kết hợp kiến thức từ giảng viên và thực tiễn, chúng tôi sẽ làm nổi bật mức độ ảnh hưởng của các yếu tố này và đề xuất phương án nghiên cứu phù hợp để cải thiện tính ổn định của ô tô.
Giới hạn đề tài
Vấn đề góc nghiêng là vấn đề rất rộng nên đề tài chỉ hạn chế ở nghiêng ngang thùng xe
Nghiêng ngang thùng xe đôi khi là sự bồng bềnh của thùng xe trong mặt phẳng ngang Gây ra hai ảnh hưởng:
Ảnh hưởng đến sinh lý con người và sức khỏe của người ngồi trên xe là một vấn đề quan trọng, đặc biệt là do gia tốc góc nghiêng ngang của thùng xe gây ra cảm giác khó chịu.
Khi ô tô nghiêng, tải trọng pháp tuyến giữa bánh trái và bánh phải sẽ bị ảnh hưởng, dẫn đến sự thay đổi trong phân bố tải trọng Điều này có tác động lớn đến động lực học của chuyển động ô tô.
Nghiên cứu này tập trung vào tác động của góc nghiêng ngang đến động lực học chuyển động của ô tô, mà không xem xét ảnh hưởng của sự nghiêng ngang đối với sức khỏe con người.
LỰC TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI QUAY VÒNG, PHÂN BỐ TẢI TRỌNG PHÁP TUYẾN
Động học quay vòng ô tô
Nhằm quay vòng ô tô, chúng ta có thể sử dụng các biện pháp sau:
Quay vòng các bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc quay vòng tất cả các bánh xe dẫn hướng
Truyền các mômen quay khác nhau đến bánh xe dẫn hướng bên phải và trái, đồng thời sử dụng phanh để hãm bánh xe phía trong so với tâm quay vòng.
Trong nghiên cứu động học quay vòng của xe, chúng ta sẽ bỏ qua biến dạng ngang của các bánh xe do độ đàn hồi của lốp Khi không tính đến độ biên dạng ngang của lốp, véc tơ vận tốc chuyên động của bánh xe sẽ trùng với mặt phẳng quay (mặt phẳng đối xứng) của bánh xe.
Hình 2.1 minh họa động học quay vòng của ô tô với hai bánh dẫn hướng ở cầu trước, bỏ qua biến dạng ngang của lốp Trong sơ đồ, A và B là vị trí của hai trụ đứng, E là điểm giữa của AB, và α1, α2 là góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với tâm quay vòng O.
Góc α đại diện cho góc quay của bánh xe dẫn hướng ở cầu trước, trong khi đó, các đoạn AC và BD song song với trục dọc của ô tô.
Hình 2.1 Sơ đồ động học quay vòng của ô tô khi bỏ qua biến dạng ngang
Khi xe thực hiện quay vòng, để tránh tình trạng trượt lết hoặc trượt quay của các bánh xe, đường vuông góc với các véctơ vận tốc của bánh xe cần phải giao nhau tại một điểm duy nhất, gọi là tâm quay vòng tức thời của xe (điểm O).
Theo sơ đồ, chúng ta có thể chứng minh mối quan hệ giữa các góc quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng Điều này đảm bảo rằng hai bánh xe không bị trượt khi xe thực hiện các vòng quay.
Từ hình vẽ, suy ra quan hệ các góc quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng để cho chúng không bị trượt là:
L (2.1) b - Khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng tại vị trí đặt các cam quay của các bánh xe dẫn hướng
L - Chiều dài cơ sở của xe
Dựa vào biểu thức (2.1), chúng ta có thể xây dựng đường cong thể hiện mối quan hệ lý thuyết giữa các góc α1 và α2, với α1 = f(α2) trong trường hợp xe quay vòng mà không xảy ra hiện tượng trượt ở bánh xe (hình 2.2).
Để đảm bảo rằng các bánh xe dẫn hướng lăn mà không bị trượt khi quay vòng, mối quan hệ giữa các góc quay vòng α1 và α2 cần phải luôn thỏa mãn biểu thức (2.1).
Hình 2.2 Đồ thị lý thuyết và thực tế về mối quan hệ giữa các góc quay vòng của hai bánh xe dẫn hướng
Để duy trì mối quan hệ hiệu quả, người ta thường sử dụng hình thang lái, một cơ cấu bao gồm nhiều đòn được kết nối với nhau qua các khớp.
Hình thang lái đơn giản có kết cấu dễ dàng nhưng không đảm bảo mối quan hệ chính xác giữa các góc quay vòng α1 và α2, như đã chỉ ra trong biểu thức (2.1) Để so sánh sự khác biệt giữa mối quan hệ lý thuyết và thực tế của các góc này, ta đã xây dựng thêm đường cong biểu thị mối quan hệ thực tế α1 = f(α2) trên hình 2.2 Độ sai lệch tối đa giữa các góc quay vòng thực tế và lý thuyết không được vượt quá 1,5°.
Trong phần này, chúng ta sẽ xác định các thông số động học của ô tô khi thực hiện quay vòng theo sơ đồ động học ở Hình 2.3 Sơ đồ này thể hiện rõ các ký hiệu và ý nghĩa liên quan đến quá trình quay vòng của ô tô có hai bánh dẫn hướng phía trước.
R - Bán kính quay vòng của xe α - Góc quay vòng của các bánh xe dẫn hướng
Trọng tâm của xe (T) là điểm quan trọng trong việc xác định vận tốc chuyển động của tâm cầu sau (v) và bán kính quay vòng (ρ) Khi xe quay vòng quanh điểm O, vận tốc góc (ω) và gia tốc góc (ε) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và ổn định xe.
Khoảng cách giữa hai lò xo và giảm chấn được ký hiệu là 9c, trong khi khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau được ký hiệu là e Góc giữa OT và OF, với F là tâm cầu sau, được ký hiệu là β Gia tốc hướng tâm của trọng tâm T được ký hiệu là jh, trong khi gia tốc tiếp tuyến của trọng tâm T là jt Gia tốc theo trục dọc xe của trọng tâm T được ký hiệu là jx, và gia tốc theo trục ngang xe của trọng tâm T được ký hiệu là jy.
Từ hình 2.3 ta tính được bán kính quay vòng R của xe Bán kính quay vòng là khoảng cách từ tâm quay vòng đến trục dọc của xe:
Vận tốc góc của xe khi quay vòng được xác định theo biểu thức: v v ω= = tgα
R L (2.3) v: vận tốc tịnh tiến của tâm trục sau xe
Gia tốc góc của xe được xác định như sau: tgα dv v 1 dα
Thay các giá trị (2.5) và (2.2) vào (2.4), ta được:
Hai thành phần gia tốc của trọng tâm T khi xe quay vòng j x và j y được xác định như sau:
Chiếu J J h , t lên trục dọc và trục ngang của xe, sau đó tổng hợp các vectơ gia tốc thành phần lại, ta có:
Mặt khác, theo hình 2.3 ta lại có:
Thay (2.3), (2.6) và (2.10) vào (2.8) và (2.9) ta nhận được:
Động lực học quay vòng ô tô
Chúng ta sẽ xét động lực học quay vòng của ô tô khi bỏ qua biến dạng ngang của các bánh xe theo sơ đồ ở hình 2.4
Xe có hai cầu chủ động đang quay vòng trên đường dốc với góc nghiêng α không bằng 0 và vận tốc j không hằng số Các ký hiệu trong hình 2.4 có ý nghĩa cụ thể liên quan đến tình huống này.
F jl - Lực quán tính ly tâm tác dụng tại trọng tâm T của xe jlx jly
F , F - Hai thành phần của lực F jl theo trục dọc và trục ngang của xe
Y bi - Các phản lực ngang tác dụng dưới các bánh xe
F ki - Các lực kéo ở các bánh xe
F fi - Các lực cản lăn
F - Lực cản của không khí
J z - Mômen quán tính tác dụng lên xe xung quanh trục đứng T z
Để ô tô hai bánh xe dẫn hướng phía trước quay vòng ổn định và không bị trượt ra khỏi quỹ đạo cong, cần đảm bảo rằng tổng lực tác dụng theo chiều trục T x và T y bằng không, đồng thời tổng mômen tác dụng quanh trục đứng T z đi qua trọng tâm cũng phải bằng không.
Phương trình cân bằng lực theo chiều trục T x :
Phương trình cân bằng lực theo chiều trục T y:
Phương trình cân bằng mômen xung quanh trục thẳng đứng T z:
Dựa vào các lực và mômen tác dụng lên xe ở hình 2.4, chúng ta sẽ viết được dạng khai triển các phương trình (2.12), (2.13) và (2.14)
Khi xe quay vòng, lực quán tính ly tâm đóng vai trò quan trọng trong việc gây ra sự không ổn định của xe, dẫn đến hiện tượng nghiêng ngang của thùng xe và có thể làm lật xe Do đó, việc tính toán cụ thể độ lớn của lực này là rất cần thiết.
F mj b v gR dt LR dt
Trong trường hợp ô tô di chuyển với vận tốc không đổi trên một quỹ đạo đường tròn, góc quay của các bánh xe dẫn hướng sẽ giữ nguyên và không thay đổi.
Khi xe quay vòng, lực F jl chịu ảnh hưởng bởi khối lượng xe, bán kính quay vòng và vận tốc di chuyển Để giảm lực này, cần giảm vận tốc xe và khối lượng (tránh chở quá tải), đồng thời tăng bán kính quay vòng.
Trong hai thành phần của lực F jl, lực ngang F jly là yếu tố chính gây ra sự chuyển động không ổn định của xe, dẫn đến hiện tượng nghiêng ngang và có thể làm xe lật Do đó, việc giảm thiểu giá trị của F jly khi ô tô quay vòng là rất cần thiết để đảm bảo an toàn.
Hình 2.5 Sơ đồ động học quay vòng của ô tô khi lốp bị biến dạng ngang Ý nghĩa của các ký hiệu như sau:
Bán kính quay vòng của xe bị ảnh hưởng bởi lốp biến dạng ngang, với vận tốc chuyển động tịnh tiến của tâm cầu trước là v1 và tâm cầu sau là v2 Góc quay vòng của các bánh xe ở cầu trước được ký hiệu là α, trong khi góc lệch hưởng của các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước là δ1 và góc lệch hưởng của các bánh xe ở cầu sau là δ2.
Y b1 - Phản lực ngang tác dụng ở bánh trước
Y b2 - Phản lực ngang tác dụng ở bánh sau
Khi quay vòng, tại trọng tâm T xuất hiện lực quán tính ly tâm F jl Dưới tác dụng của
F jly là thành phần ngang của F ji, nơi mà tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường xuất hiện các phản lực ngang Y bi Các phản lực này tạo ra các góc lệch hướng δ1 và δ2 ở các bánh xe Do đó, véctơ chuyển động v2 của tâm cầu sau sẽ lệch so với trục dọc của xe một góc bằng δ2 Ở cầu trước, nếu các bánh xe không biến dạng ngang, véctơ chuyển động của tâm cầu trước v1 sẽ tạo với trục dọc của xe một góc α Tuy nhiên, do sự biến dạng ngang của bánh xe, véctơ v1 sẽ tạo với trục dọc của xe một góc bằng (α - δ1) Để xác định tâm quay vòng O1, ta thực hiện các bước cần thiết.
Để xác định bán kính quay vòng của xe, ta cần tìm điểm O1, nơi hai đường thẳng vuông góc với các vectơ v1 và v2 cắt nhau Từ O1, kẻ một đường vuông góc đến trục dọc của xe, cắt trục này tại điểm H Đoạn HO1 chính là bán kính quay vòng R1 mà chúng ta cần tìm.
Bán kính quay vòng của xe khi sử dụng lốp đàn hồi:
(2.20) Nếu những góc trên có giá trị nhỏ thì ta có thể viết:
Còn đối với xe sử dụng lốp cứng thì bán kính quay vòng là:
15 Đặc tính quay vòng thiếu, thừa và trung tính:
Trường hợp δ 1 = δ 2 : xe có tình năng quay vòng trung tính
Khi lực ngang tác động lên trọng tâm xe, xe sẽ chuyển hướng theo vận tốc v với một góc lệch δ1 so với hướng ban đầu Để duy trì chuyển động thẳng trong trường hợp có lực bên tác dụng, người lái cần điều chỉnh vành tay lái để xe lệch khỏi trục đường một góc δ, với δ = δ1 = δ2.
Hình 2.6 Sơ đồ chuyển động của ô tô có tính năng quay vòng trung tính
Trường hợp δ 1 > δ 2 : xe có tính năng quay vòng thiếu
Khi có lực ngang tác động lên thân xe tại trọng tâm, xe sẽ chuyển hướng theo vectơ vận tốc v, lệch sang trái so với hướng di chuyển ban đầu Để quay vòng với bán kính không đổi, xe cần quay các bánh xe với một góc lớn hơn Khi xe di chuyển thẳng và nhận lực ngang ngẫu nhiên, nó bắt đầu quay quanh tâm O1 Quá trình này tạo ra lực ly tâm, với thành phần Pjy có chiều ngược lại với lực ngang ngẫu nhiên, dẫn đến sự thay đổi trong chuyển động của xe.
16 lăn lệch của bánh xe giảm đi, vì thế xe có tính chất quay vòng thiếu sẽ giữ được ổn định khi chuyển động thẳng
Hình 2.7 Sơ đồ chuyển động của ô tô có tính năng quay vòng thiếu
Trường hợp δ 1 < δ 2 : xe có tính năng quay vòng thừa
Khi lực ngang tác dụng lên xe tại trọng tâm, xe sẽ chuyển hướng theo vector vận tốc v lệch sang phải so với hướng ban đầu do tâm quay vòng tức thời O1 Để quay vòng với bán kính giống nhau, xe cần quay bánh xe với góc lớn hơn Trong tình huống này, chiều của lực ly tâm trùng với lực ngang, làm tăng độ lệch của bánh xe và giảm khả năng ổn định của xe Sự gia tăng lực ly tâm có thể dẫn đến việc xe chuyển động theo đường cong với bán kính giảm liên tục, gây ra nguy cơ trượt ngang hoặc lật đổ nếu người lái không kịp thời điều chỉnh bánh xe.
Hình 2.8 Sơ đồ chuyển động của ô tô có tính năng quay vòng thừa
Phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe quay vòng
Hình 2.9 Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên ô tô khi quay vòng
Ta xem xe đang chuyển động quay với vận tốc không đổi quanh sườn đồi
Giả thuyết ô tô được xem như một khối lượng, trong đó bỏ qua ảnh hưởng của hệ thống treo Vết bánh xe trước và sau trùng nhau, đồng thời trọng tâm của xe nằm trong mặt phẳng đối xứng dọc Các lực và momen tác động lên ô tô được phân tích trong bối cảnh này.
G- Trọng lượng toàn bộ ô tô
Z t1 , Z t2 , Z p1 , Z p2 - Các phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và sau Z t Z t1 Z t 2 và Z p Z p1 Z p2
Y t1 , Y t2 , Y p1, Y p2 - Các phản lực ngang của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và cầu sau b – Chiều rộng cơ sở của ô tô
R- Bán kính quay vòng của ô tô h g - Khoảng cách từ mặt đường đến trọng tâm xe
Để xác định trị số các phản lực bên trái, ta cần sử dụng phương trình cân bằng momen đối với đường thẳng đi qua hai điểm tiếp xúc của các bánh xe bên phải với mặt đường, trong đó g là gia tốc trọng trường và v là vận tốc chuyển động của xe.
Để xác định trị số các phản lực bên phải, chúng ta cần lập phương trình cân bằng momen cho đường thẳng đi qua hai điểm tiếp xúc của bánh xe bên trái với mặt đường.
Khi thay đổi lực ly tâm F lt và khoảng cách h g, phản lực bên trái và bên phải cũng sẽ thay đổi Cụ thể, việc tăng F lt sẽ dẫn đến sự giảm của Z t.
2.3.2 Bài toán hai khối lượng:
Trong bài toán này, ô tô được chia thành hai phần khối lượng: phần khối lượng treo (KLĐT), bao gồm thùng xe, lò xo, phần tử đàn hồi và giảm chấn; và phần khối lượng không treo (KLKĐT), bao gồm cầu và bánh xe.
Hình 2.10 Sơ đồ lực và momen tác dụng khi xe quay vòng G- Trọng lượng toàn bộ ô tô
Flt - Lực li tâm phần khối lượng được treo ( bỏ qua lực ly tâm của cầu xe ) t1 t 2 p1 p2
Z , Z , Z , Z - Các phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và sau Z t Z t1 Z t 2 và Z p Z p1 Z p2 t1 t 2 p1 p2
Y , Y , Y , Y - Các phản lực ngang của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và cầu sau Y s Y t 2 Y p2 và Y tr Y t1 Y p1 b – Chiều rộng cơ sở của ô tô
R- Bán kính quay vòng của ô tô
M jn là mô men của các lực quán tính tiếp tuyến tác động lên các phần quay của động cơ và hệ thống truyền lực trong mặt phẳng ngang khi xe di chuyển không ổn định Khoảng cách giữa hai lò xo - giảm chấn cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định chuyển động của xe.
C t và C p là độ cứng của lò xo đàn hồi bên trái và bên phải hg - Khoảng cách từ mặt đường đến trọng tâm xe
Trường hợp ô tô chuyển động ổn định:
Giả định rằng xe di chuyển ổn định với vận tốc không đổi (v = const) và độ cứng của lò xo giữ nguyên (C = const), phần tử đàn hồi được coi là tuyến tính Trong trường hợp này, xe không bị trượt ngang và sự dịch chuyển của tâm bánh xe tương đương với biến dạng của lò xo, đồng thời bỏ qua momen quán tính của khối lượng Mj.
Ô tô hoạt động trong nhiều điều kiện khác nhau, phụ thuộc vào tình trạng đường xá và cách lái của người điều khiển Điều này dẫn đến sự biến đổi của các phản lực thẳng góc từ mặt đường tác động lên các bánh xe Tuy nhiên, tổng hợp lực Z t và Z p luôn duy trì bằng trọng lượng của xe.
Ta tách ra làm hai khối lượng:
- Phần thứ nhất: khối lượng được treo (KLĐT)
Hình 2.11 Sơ đồ khối lượng phần được treo
G - Trọng lượng toàn bộ phần được treo t
F - Lực li tâm phần khối lượng được treo lt lxt lxp
F , F - là các lực của lo xo tác dụng lên phần khối lượng được treo bên trái và bên phải t1 t 2 p1 p2
Y , Y , Y , Y - Các phản lực ngang của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và cầu sau Y s Y t 2 Y p2 và Y tr Y t1 Y p1
R- Bán kính quay vòng của ô tô
Mô men quán tính của các phần quay trong động cơ và hệ thống truyền lực ảnh hưởng đến chuyển động của xe trong mặt phẳng ngang khi xe không ổn định Khoảng cách giữa hai lò xo - giảm chấn cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định chuyển động này.
C t và C p - Độ cứng của lò xo đàn hồi bên trái và bên phải h 1 - Khoảng cách từ mặt đường đến trọng tâm xe
Phương trình cân bằng moment tại A:
Phương trình cân bằng moment tại B:
Từ hai phương trình trên ta tính được giá trị đàn hồi của lò xo bên trái và bên phải của xe
- Phần thứ hai: khối lượng không được treo (KLKĐT)
Hình 2.12 Sơ đồ khối lượng phần không được treo
G n - Trọng lượng toàn bộ phần được treo
F lxt và F lxp - Các lực của lo xo tác dụng lên phần khối lượng không được treo bên trái và bên phải
Y t1 , Y t2 , Y p1, Y p2 - Các phản lực ngang của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và cầu sau Y s Y t 2 Y p2 và Y t Y t1 Y p1
R- Bán kính quay vòng của ô tô
Mô men của các lực quán tính tiếp tuyến từ các phần quay của động cơ và hệ thống truyền lực ảnh hưởng đến mặt phẳng ngang khi xe di chuyển không ổn định Chiều rộng cơ sở của ô tô và khoảng cách giữa hai lò xo - giảm chấn cũng đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định xe.
Để xác định các phản lực bên phải, cần lập phương trình cân bằng momen cho lò xo đàn hồi bên trái và bên phải, trong đó r là bán kính bánh xe Phương trình này được thiết lập dựa trên đường thẳng đi qua hai điểm tiếp xúc của bánh xe bên trái với mặt đường.
Phương trình cân bằng moment tại A:
Thay (2.26) và (2.27) vào phương trình trên ta được: p n t lt 1 t lt 1
(2.29) Phương trình cân bằng moment tại B:
Thay (2.26) và (2.27) vào phương trình trên ta được: t n t lt 1 t lt 1
Khi xe bắt đầu quay vòng, lực ly tâm xuất hiện khiến xe nghiêng sang một bên với góc nghiêng φ, do sự khác biệt về lực đàn hồi của hai lò xo bên trái và bên phải.
Hình 2.13 Sơ đồ lực tác dụng khi xe quay vòng với góc nghiêng
G- Trọng lượng toàn bộ ô tô
Z t1 , Z t2 , Z p1 , Z p2 - Các phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và sau Z t Z t1 Z t2 và Z p Z p1 Z p2
Các phản lực ngang tác động lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và cầu sau được ký hiệu là Y t1, Y t2, Y p1, Y p2 Tổng hợp các phản lực này, ta có Ys = Yt2 + Yp2 và Ytr = Yt1 + Yp1 Ngoài ra, chiều rộng cơ sở của ô tô cũng là yếu tố quan trọng cần xem xét.
R - Bán kính quay vòng của ô tô c - Khoảng cách giữa hai lò xo - giảm chấn
Khi xe quay vòng bên trái, lực đàn hồi của lò xo bên trái và bên phải sẽ bị nén, nhưng lò xo bên phải bị nén nhiều hơn, dẫn đến khung xe nghiêng sang bên phải một góc nhất định.
Theo giả thiết ban đầu, độ cứng của lò xo bên trái và bên phải là bằng nhau, và khoảng cách trọng tâm của thùng xe trước và sau khi nghiêng là rất nhỏ, do đó có thể bỏ qua Trong tình huống này, khoảng dịch chuyển t và p của lò xo bên trái và bên phải cũng sẽ tương đương.
- Độ dịch chuyển lò xo bên trái: lxt t t lt 1
- Độ dịch chuyển lò xo bên phải: lxp p t lt 1
Theo hình vẽ, góc nghiêng ngang thùng xe được tính: tg p c / 2
Lấy tg do góc nghiêng ngang thùng xe rất nhỏ (dưới 10˚)
Bài toán không ổn định: Giả thiết vận tốc xe thay đổi theo thời gian v= v(t)
- Nếu xem (t), nghĩa là góc nghiêng ngang sẽ biến thiên theo thời gian, tức là có φ̇ (tốc độ)
Theo bài toán động học, nếu như có φ̇ thì z ( biến dạng lò xo) cũng sẽ biến thiên theo thời gian là z (t), tức là có ∆ 𝑧 ̇
ĐỘNG HỌC CƠ CẤU HƯỚNG HỆ THỐNG TREO
Giới thiệu chung về hệ thống treo
Hệ thống treo là một liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe, đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thụ chấn động và duy trì sự ổn định cho xe Mối liên kết treo này có tính đàn hồi, giúp cải thiện khả năng điều khiển và tăng cường sự thoải mái cho hành khách trong suốt quá trình di chuyển.
Bánh xe được thiết kế để di chuyển theo phương thẳng đứng so với khung xe hoặc vỏ xe, nhằm đạt được sự dao động “êm dịu” Điều này giúp hạn chế tối đa các chuyển động không mong muốn như lắc ngang và lắc dọc, đảm bảo sự ổn định và thoải mái khi di chuyển.
Truyền lực giữa khung xe và bánh xe bao gồm ba loại lực chính: lực thẳng đứng như tải trọng và phản lực, lực dọc bao gồm lực kéo, lực phanh và lực đẩy, cùng với lực bên như lực gió bên, lực li tâm và phản lực bên.
Hệ thống treo được chia làm các loại sau:
Hệ thống treo phụ thuộc là loại hệ thống mà các bánh xe được gắn trên một dầm cầu cứng, điều này có nghĩa là khi một bánh xe di chuyển, nó sẽ ảnh hưởng đến bánh xe đối diện Bộ phận đàn hồi thường sử dụng trong hệ thống này là nhíp lá hoặc lò xo xoắn.
Hệ thống treo độc lập cho phép các bánh xe trên một dầm cầu rời dao động một cách độc lập, mang lại hiệu suất tối ưu cho xe Dựa vào đặc tính động học và các điểm cấu trúc, hệ thống này có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau, nhằm cải thiện khả năng vận hành và độ ổn định của phương tiện.
Dạng treo kiểu đòn dọc
Dạng treo kiểu đòn dọc có thanh liên kết
Trên hệ thống treo, mối liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần phải đảm bảo độ mềm mại nhưng vẫn đủ khả năng truyền lực hiệu quả Sự cân bằng này được thể hiện qua các yêu cầu chính trong thiết kế.
Hệ thống treo của xe cần được thiết kế phù hợp với điều kiện sử dụng và tính năng kỹ thuật, nhằm đảm bảo hiệu suất tối ưu khi xe di chuyển trên các loại đường khác nhau, từ đường tốt đến những bề mặt khó khăn.
- Có tần số dao động riêng thích hợp với từng loại ô tô để đảm bảo độ êm dịu cần thiết
- Có độ võng động đủ để không sinh ra va đập lên các ụ đỡ
- Có hệ số cản thích hợp để dập tắt dao động giữa vỏ xe và cầu xe
- Khi quay vòng hoặc khi phanh thì vỏ ô tô không bị nghiêng quá giới hạn cho phép
Quan hệ động học của bánh xe cần được thiết lập hợp lý để đảm bảo hệ thống treo thực hiện chức năng làm mềm theo phương thẳng đứng, đồng thời không làm ảnh hưởng đến các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe.
Mặc dù có nhiều chi tiết, nhưng cấu tạo chung của hệ thống treo được quy thành ba bộ phận chính sau:
Bộ phận dẫn hướng là thiết bị quan trọng trong ô tô, giúp xác định động học và tính chất dịch chuyển tương đối giữa các bánh xe và khung hoặc vỏ xe Nó có chức năng truyền tải các lực dọc, lực ngang và các momen từ bánh xe lên khung hoặc vỏ ô tô, đảm bảo sự ổn định và an toàn khi vận hành.
Bộ phận đàn hồi có vai trò quan trọng trong việc truyền tải lực thẳng đứng và giảm tải trọng động khi ô tô di chuyển trên bề mặt không bằng phẳng, từ đó đảm bảo sự êm ái và thoải mái cho hành khách.
- Bộ phận giảm chấn: Cùng với ma sát ở hệ thống treo sinh ra lực cản để dập tắt dao động của ô tô.
Động học cơ cấu hướng hệ thống treo
3.2.1 Khái niệm: Động học hệ thống treo nghiên cứu mối quan hệ động học giữa bánh xe với khung xe khi bánh xe thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng
Các thông số chính trong động học hệ thống treo bao gồm sự dịch chuyển của bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổi theo phương thẳng đứng Những dịch chuyển này có ảnh hưởng lớn đến khả năng truyền lực và momen theo ba trục khi bánh xe ở các vị trí khác nhau.
Trong hệ thống treo, khi xe dịch chuyển tương đối với khung xe hoặc thân xe nghiêng một góc γ, sẽ xảy ra sự dịch chuyển bên của vết bánh xe ∆y, cùng với góc tự điều khiển bánh xe β và sự thay đổi của tâm quay tức thời bánh xe Những mối quan hệ này được gọi là quan hệ động học của hệ thống treo.
Các kết cấu hiện nay có sự đa dạng về kích thước, hình dáng và vị trí của các đòn treo, dẫn đến sự khác biệt rõ rệt trong quan hệ động học của chúng.
Sự dịch chuyển bên ∆y của bánh xe dẫn đến mòn lốp và giảm khả năng truyền lực bên, ảnh hưởng đến ổn định của xe Do đó, giá trị lệch bên ∆y cần được kiểm soát để giữ ở mức tối thiểu.
3.2.2 Nhiệm vụ, yêu cầu và cơ sở động học của hệ thống treo:
Bánh xe ô tô cần được liên kết với thùng xe một cách đàn hồi, gần như vuông góc với mặt đường, nhằm tối ưu hóa sự dịch chuyển của bánh xe và đảm bảo cân bằng các lực thẳng đứng tĩnh và động Điều này không chỉ giúp cải thiện tính êm dịu khi di chuyển trên bề mặt đường không bằng phẳng mà còn giữ cho sự dịch chuyển của bánh xe cứng chắc trong các hướng còn lại, ngăn chặn các hiện tượng như quay vòng, nghiêng hay dịch chuyển không mong muốn do các lực từ mặt đường Để đáp ứng các yêu cầu này, bánh xe được kết nối với thùng xe thông qua một cơ cấu gọi là giá treo trong Hệ thống treo.
Cơ cấu treo độc lập theo quan điểm động học chỉ có một bậc tự do trong dịch chuyển tương đối với thùng xe, trong khi cơ cấu treo phụ thuộc của một cầu có hai bậc tự do nằm trong mặt phẳng ngang thẳng đứng của xe Chuyển động theo các bậc tự do này dẫn đến các chuyển động khác xung quanh các trục Cơ cấu giá treo không cứng tuyệt đối, do đó, tác động của ngoại lực từ mặt đường luôn liên quan đến các dịch chuyển và sự quay của các bánh xe theo những hướng không nằm trong các hướng bậc tự do động học lý thuyết.
Các yêu cầu cơ bản về kết cấu của giá treo bao gồm các đặc tính động học và đàn hồi, ảnh hưởng đến các thông số động lực học, nhằm đảm bảo sự phù hợp với chuyển động của xe.
Cơ sở động học của hệ thống treo xe bao gồm các bánh xe độc lập và cặp bánh xe, được kết nối với khung thông qua một cơ cấu không gian phức tạp với nhiều khâu khớp Khi xem xét một cơ cấu cụ thể mà không chịu tác động của ngoại lực, ta có thể xác định vị trí của bất kỳ điểm nào trong hệ thống bằng các quan hệ động học.
Giá treo thường liên quan đến các phần tử đàn hồi và giảm chấn, trong đó phần tử đàn hồi có thể đóng vai trò quan trọng trong hệ thống Do đó, cần thiết phải sử dụng một cơ cấu thay thế, xem xét các đặc tính động học của phần tử đàn hồi để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
3.2.3 Động học hệ thống treo:
Bộ phận đàn hồi, hay còn gọi là lò xo, cùng với giảm chấn trong hệ động học xe, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra sự liên kết giữa hai khối lượng Sự liên kết này thường không diễn ra trực tiếp mà thông qua một dẫn động xác định, hay còn gọi là cơ cấu hướng Một ví dụ điển hình cho điều này là hệ thống treo độc lập.
Hình 3.1 Động học dẫn động hệ thống treo
Bài toán đơn giản: Các phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe cho ô tô có hệ thống treo độc lập
Hình 3.2 Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống treo độc lập
G - Trọng lượng toàn bộ ô tô
Z , Z , Z , Z - Các phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và sau Z t Z t1 Z t 2 và Z p Z p1 Z p2 t1 t 2 p1 p2
Y , Y , Y , Y - Các phản lực ngang của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và cầu sau Y s Y t 2 Y p2 và Y t Y t1 Y p1 b – Chiều rộng cơ sở của ô tô
R- Bán kính quay vòng của ô tô c- Khoảng cách giữa hai lò xo - giảm chấn
Ct và C p - Độ cứng của lò xo đàn hồi bên trái và bên phải
33 h1 - Khoảng cách từ mặt đường đến trọng tâm xe h2 - Khoảng cách từ mặt đường đến đầu trên của lò xo - giảm chấn
Trường hợp ô tô chuyển động ổn định:
Giả định rằng xe di chuyển ổn định với vận tốc không đổi (v = const) và độ cứng của lò xo không thay đổi (C = const), trong khi phần tử đàn hồi được coi là tuyến tính Đồng thời, xe không bị trượt ngang và bỏ qua mô men quán tính của khối lượng Mj.
Ô tô hoạt động trong nhiều điều kiện khác nhau, phụ thuộc vào tình trạng đường xá và kỹ năng của người lái Điều này dẫn đến sự biến đổi của các phản lực thẳng góc từ mặt đường tác động lên các bánh xe Dù vậy, tổng hợp lực Z t và Z p luôn giữ nguyên bằng trọng lượng của xe.
Ta tách ra làm hai khối lượng:
Thứ nhất: phần khối lượng được treo
Hình 3.3 Sơ đồ khối lượng phần được treo
G t - Trọng lượng phần khối lượng được treo
F lt- Lực li tâm phần khối lượng được treo
R- Bán kính quay vòng của ô tô
Khoảng cách phía trên và phía dưới của hai đầu lò xo - giảm chấn là những yếu tố quan trọng trong thiết kế hệ thống treo Khoảng cách từ mặt đường đến trọng tâm xe ảnh hưởng đến khả năng vận hành và ổn định của xe Góc nghiêng của lò xo - giảm chấn cũng đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh độ cứng và độ nhún của hệ thống.
F , F là các lực của lo xo tác dụng lên phần khối lượng được treo bên trái và bên phải
Phương trình cân bằng moment tại A:
Phương trình cân bằng moment tại B:
Từ hai phương trình trên ta tính được giá trị đàn hồi bên trái và bên phải của xe
Thứ hai: phần khối lượng không được treo
Hình 3.4 Sơ đồ khối lượng phần không được treo lxt lxp
F , F là các lực của lo xo tác dụng lên phần khối lượng không được treo bên trái và bên phải t1 t 2 p1 p2
Y , Y , Y , Y - Các phản lực ngang của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và cầu sau Y s Y t 2 Y p2 và Y t Y t1 Y p1
R- Bán kính quay vòng của ô tô b – Chiều rộng cơ sở của ô tô c - Khoảng cách giữa hai lò xo - giảm chấn d - Khoảng cách phía dưới của hai đầu lò xo - giảm chấn h2 - Khoảng cách từ mặt đường đến đầu trên của lò xo – giảm chấn α- Góc nghiêng của lò xo-giảm chấn Để xác định trị số các phản lực bên phải, ta lập phương trình cân bằng momen đối với đường thẳng đi qua hai điểm tiếp xúc của các bánh xe bên trái với mặt đường, ta có:
Phương trình cân bằng moment tại A:
Thay (3.1) vào phương trình trên ta được: t lt 1 t lt 1 t lt 1 t lt 1
Phương trình cân bằng moment tại B:
MB 0 lxp lxt 2 lxt lxp 2 t b c b c
Thay (3.2) vào phương trình trên ta được: t lt 1 t lt 1 t lt 1 t lt 1 t 2 2
Hệ thống treo khí điều khiển điện tử
Hình 4.1 Các chi tiết trong hệ thống treo
1: Giảm xóc khí nén tự động điều chỉnh độ giảm chấn; 2: cảm biến gia tốc của xe; 3:
ECU là hộp điều khiển điện tử của hệ thống treo, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh độ cao của xe thông qua cảm biến độ cao Hệ thống này bao gồm cụm van phân phối và cảm biến áp suất khí nén, giúp điều phối áp lực khí một cách hiệu quả Máy nén khí và bình chứa khí nén là những thành phần thiết yếu, cung cấp nguồn khí nén cho hệ thống, trong khi đường dẫn khí đảm bảo sự lưu thông khí mượt mà giữa các bộ phận.
Hệ thống treo khí nén - điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý đàn hồi của không khí khi bị nén, mang lại hiệu quả giảm chấn vượt trội so với lò xo kim loại Hệ thống này có khả năng hấp thụ rung động nhỏ, tạo ra chuyển động êm ái hơn và dễ dàng điều chỉnh độ cao sàn xe cũng như độ cứng của lò xo giảm chấn Máy nén cung cấp khí cho từng xi lanh thông qua các đường dẫn riêng, giúp điều chỉnh độ cao xe tương ứng với lượng khí nạp vào Khi không khí được xả ra ngoài qua các van, độ cao xe sẽ giảm Mỗi xi lanh được trang bị van điều khiển hoạt động theo chế độ bật - tắt, cho phép nạp hoặc xả khí theo lệnh của ECU Nhờ vào sự điều khiển của ECU, độ cứng và độ đàn hồi của giảm chấn trên các bánh xe tự động thay đổi theo điều kiện mặt đường, đảm bảo ổn định chiều cao xe và mang lại sự êm dịu tối ưu trong quá trình di chuyển.
40 hoạt động Ví dụ: Bạn chọn chế độ "Comfort" thì ECU sẽ điều khiển lực giảm chấn là
Ở chế độ "Sport", xe cần cải thiện tính ổn định khi vận hành ở tốc độ cao và khi vào cua Để đạt được điều này, lực giảm chấn được điều chỉnh ở mức "trung bình", độ cứng lò xo tăng lên thành "cứng" và chiều cao xe hạ xuống "thấp".
Hình 4.2 Giảm xóc khí nén được sử dụng trên xe
Mỗi xi lanh trong hệ thống được trang bị một giảm chấn với ba chế độ điều chỉnh lực giảm chấn (mềm, trung bình, cứng) và hai buồng khí (chính và phụ) để thay đổi độ cứng lò xo theo hai chế độ (mềm, cứng) Hệ thống cũng bao gồm một màng điều chỉnh độ cao xe với hai hoặc ba chế độ (bình thường, cao hoặc thấp, bình thường, cao) Lượng khí vào buồng chính của bốn xi lanh khí được kiểm soát thông qua van điều khiển độ cao, có nhiệm vụ cấp và xả khí nén vào và ra khỏi các xi lanh (bao gồm phía trước bên phải và trái, phía sau bên phải và trái) Nguồn khí nén cho hệ thống được cung cấp bởi máy nén khí.
Cảm biến độ cao xe là thiết bị quan trọng giúp theo dõi khoảng cách giữa thân xe và các đòn treo, từ đó xác định độ cao gầm xe Cảm biến điều khiển độ cao trước được gắn vào thân xe và kết nối với giá đỡ dưới của giảm chấn, trong khi các cảm biến ở hệ thống treo sau cũng gắn vào thân xe và nối với đòn treo dưới Những cảm biến này hoạt động liên tục để điều chỉnh lượng khí trong từng xi lanh khí, đảm bảo xe luôn ở độ cao tối ưu.
Cảm biến tốc độ: Cảm biến này gắn trong công tơ mét, nó ghi nhận và gửi tín hiệu tốc độ xe đến ECU hệ thống treo
ECU hệ thống treo đóng vai trò quan trọng trong việc nhận tín hiệu từ các cảm biến, giúp điều chỉnh lực giảm chấn, độ cứng của lò xo và độ cao của xe Điều này được thực hiện dựa trên các điều kiện hoạt động của xe, đảm bảo hiệu suất và sự ổn định khi di chuyển.
Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo, được đặt ở đỉnh mỗi xi lanh khí, điều chỉnh đồng thời van quay của giảm chấn và van khí của xi lanh khí nén, giúp thay đổi lực giảm chấn và độ cứng của hệ thống treo Hệ thống này sử dụng bộ chấp hành điều khiển điện tử, phản ứng nhanh chóng với sự thay đổi liên tục của điều kiện hoạt động xe Những ưu điểm của hệ thống treo khí nén - điện tử bao gồm khả năng cải thiện hiệu suất lái xe và tăng cường sự thoải mái cho hành khách.
Hệ thống treo khí nén - điện tử được đánh giá là "thông minh" và "linh hoạt" nhờ khả năng điều chỉnh độ cứng của từng xi lanh khí Điều này cho phép hệ thống phản ứng linh hoạt với độ nghiêng khung xe, tốc độ khi vào cua, cũng như góc cua và góc quay vô lăng của người lái Khi xe di chuyển, độ cứng của các ống giảm xóc sẽ tự động thay đổi để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống treo cho từng hành trình Chẳng hạn, khi phanh, độ nhún của bánh trước sẽ cứng hơn bánh sau, trong khi khi tăng tốc, độ cứng sẽ đảo ngược.
Hệ thống treo khí nén - điện tử tự động điều chỉnh theo tải trọng của xe và thay đổi độ cao gầm xe để phù hợp với điều kiện hành trình Khi xe đạt vận tốc 80 km/h, độ cao bình thường sẽ được thiết lập tự động Nếu tốc độ vượt qua 140 km/h, hệ thống sẽ tự động hạ gầm xe xuống 15mm so với tiêu chuẩn.
Hệ thống treo sử dụng túi khí cao su thay vì lò xo xoắn giúp giảm trọng lượng xe, cho phép lốp xe chịu tải tốt hơn trên mặt đường không bằng phẳng Sự giảm khối lượng này không chỉ cải thiện độ ổn định của xe mà còn mang lại cảm giác lái nhẹ nhàng và dễ chịu hơn.
Với hệ thống treo khí nén điện tử, những chỗ mấp mô hay ổ gà trên mặt đường hầu như không ảnh hưởng nhiều đến người ngồi trong xe
Tác dụng giảm xóc của lốp là yếu tố quan trọng đối với mọi loại hệ thống treo, bao gồm cả hệ thống phụ thuộc và độc lập Kiểu dáng và áp suất của lốp luôn hỗ trợ hiệu quả giảm xóc, góp phần nâng cao hiệu suất của hệ thống treo.
Hệ thống treo khí điều khiển điện tử cho phép điều chỉnh lực giảm chấn, độ cứng lò xo và chiều cao của xe, đồng thời tích hợp chức năng dự phòng và chuẩn đoán Hệ thống này mang lại khả năng tối ưu hóa hiệu suất vận hành và cải thiện trải nghiệm lái xe.
42 treo khí khí điều khiển điện tử được sử dụng lần đầu tiên vào năm 1989 trên xe LEXUS LS400
Bảng 4.1 Các chế độ điều khiển lực giảm chấn
Lực giảm chấn 3 giai đoạn
Mềm Trung bình Cứng Độ cứng lò xo 2 chế độ
Chiều cao xe 2 chế độ
Hệ thống treo khí điều khiển điện tử điều chỉnh lực giảm chấn, chiều cao lò xo và độ cao gầm xe dựa trên các điều kiện di chuyển khác nhau, nhằm mang lại sự êm ái khi di chuyển và cải thiện tính ổn định khi lái xe.
Hình 4.3 Hệ thống sử dụng treo khí
Hình 4.4 Loại sử dụng lò xo kim loại
Hình 4.5 Xi lanh khí Thay đổi chế độ:
Lực giảm chấn và độ cứng của lò xo được điều chỉnh thông qua các chế độ chọn từ công tắc LRC, trong khi độ cao gầm xe được điều khiển để phù hợp với các chế độ được chọn từ công tắc điều khiển chiều cao, giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của xe.
Công tắc LRC có hai chế độ: NORM (bình thường) và SPORT (thể thao) Chế độ NORM tập trung vào sự êm ái trong chuyển động, thường được sử dụng khi xe hoạt động ở chế độ bình thường Trong khi đó, chế độ SPORT giúp cải thiện tính ổn định của xe khi vào cua Lực giảm chấn và độ cứng lò xo tương ứng với mỗi vị trí của công tắc LRC được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 4.2 Chế độ làm việc của 2 công tắc NORM và SPORT
VỊ TRÍ CÔNG TẮC LỰC GIẢM CHẤN ĐỘ CỨNG LÒ XO
Công tắc điều khiển độ cao:
Công tắc điều khiển độ cao cho phép lựa chọn 2 vị trí NORM (bình thường) và HIGH (cao)
Nghiên cứu hệ thống treo khí điện tử trên xe TOYOTA
Hiện nay, lò xo kim loại như lò xo trụ, thanh xoắn và nhíp được sử dụng phổ biến trong hệ thống treo của các xe du lịch Tuy nhiên, hệ thống treo khí lại nổi bật với khả năng giảm chấn hiệu quả nhờ vào khí nén, giúp hấp thụ rung động tốt hơn và mang lại trải nghiệm di chuyển êm ái hơn so với lò xo kim loại Một số ưu điểm của hệ thống treo khí bao gồm khả năng điều chỉnh độ cao và độ cứng của lò xo, đồng thời hạ thấp trọng tâm cho xe, cải thiện tính ổn định và an toàn khi lái.
4.2.2 Điều khiển lực giảm chấn và độ cứng lò xo:
Lực giảm chấn và độ cứng của lò xo được điều chỉnh điện tử nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến chuyển động của xe, từ đó đảm bảo sự êm ái trong quá trình di chuyển và nâng cao khả năng điều khiển.
Bảng 4.4 Điều khiển lực giảm chấn và độ cao lò xo Điều khiển Chức năng
Thay đổi lực giảm chấn và độ cứng của lò xo giúp xe đạt chế độ cứng, từ đó ngăn chặn hiện tượng chúi đuôi khi tăng tốc Điều này giúp giảm thiểu sự thay đổi trạng thái của thân xe, mang lại sự ổn định và an toàn hơn khi lái.
Thay đổi lực giảm chấn và độ cứng của lò xo giúp tối ưu hóa chế độ cứng, từ đó hạn chế sự nghiêng ngang và giảm thiểu sự thay đổi trạng thái của thân xe, cải thiện đáng kể khả năng điều khiển.
Thay đổi lực giảm chấn và độ cứng của lò xo giúp cải thiện chế độ cứng, từ đó hạn chế hiện tượng chúi mũi xe khi phanh và giảm thiểu sự thay đổi trạng thái của thân xe Điều này đặc biệt quan trọng khi điều khiển xe ở tốc độ cao.
Thay đổi lực giảm chấn và độ cứng của lò xo đến chế độ trung bình và cứng giúp cải thiện tính chuyển động và khả năng lái xe Khi điều chỉnh lực giảm chấn và độ cứng lò xo, hiện tượng lắc dọc và nhún khi xe chạy trên đường không bằng phẳng được hạn chế, từ đó nâng cao tính êm dịu trong chuyển động.
4.2.3 Điều khiển độ cao gầm xe: Độ cao gầm xe được điều khiển bằng điện tử để ổn định trạng thái thân xe khi chạy ở tốc độ cao và để bù lại sự thay đổi trong việc phân bố tải trọng
Các chức năng điều khiển như bảng dưới
Bảng 4.5 Bảng điều khiển lực giảm chấn và độ cứng lò xo Điều khiển Chức năng
Tự động điều khiển độ cao
Duy trì độ cao ổn định, không thay đổi bất kể khối lượng hành khách và hành lý Độ cao tiêu chuẩn được xác định thông qua công tắc điều khiển, cho phép điều chỉnh tốc độ một cách linh hoạt.
Khi công tắc điều khiển độ cao ở vị trí HIGH, gầm xe sẽ hạ xuống mức NORMAL khi đạt tốc độ cao, cải thiện tính động học và ổn định Đối với các loại xe dành cho thị trường Mỹ, gầm xe sẽ hạ xuống mức LOW khi công tắc ở vị trí NORM Tính năng này giúp tối ưu hóa hiệu suất lái xe khi tắt khóa điện.
Hạ thấp độ cao của xe về giá trị tiêu chuẩn khi khối lượng hành khách và hành lý giảm sau khi tắt khoá điện Điều này giúp cải thiện trạng thái của xe khi đỗ.
4.2.4 Vị chí và các bộ phận:
Hình 4.7 Vị trí và các bộ phận Các chi tiết chức năng:
Bảng 4.6 Bảng điều khiển độ cao gầm xe
Công tắc LRC cho phép người lái chọn giữa hai chế độ NORM và SPORT, giúp điều chỉnh lực giảm chấn và độ cứng của lò xo Bên cạnh đó, cảm biến lái có khả năng phát hiện hướng và góc quay của vô lăng, nâng cao trải nghiệm lái xe.
Cản biến vị trí bướm ga, ECU động cơ và hộp số
Phát hiện góc mở bướm ga và gửi tín hiệu đến ECU hệ thống treo qua ECU động cơ và hộp số
Cảm biến tốc độ NO.1 và bảng động hồ
Gửi tín hiệu tốc độ xe đến ECU hệ thống treo qua bảng đồng hồ
Cảm biến điều khiển độ cao Phát hiện độ cao gầm xe qua vị trí của đòn treo dưới
Công tắc điều khiển độ cao Có 2 vị trí NORM và HIGH để ngưới lái có thể chọn độ cao xe mong muốn
Công tắc điều khiển ON/OFF Cho phép hay không cho phép hoạt động điều khiển
48 điều khiển độ cao độ cao xe
Công tắc cửa Phát hiện vị trí cửa( mở hay đóng)
Tiết chế IC( trong máy phát) Phát hiện động cơ hoạt động hay không?
ECU hệ thống treo Điều khiển lực giảm chấn và độ cứng lò xo, độ cao xe theo điều kiện hoạt động của xe
Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo
Thay đổi lực giảm chấn và độ cứng lò xo trên cơ sở các tín hiệu từ ECU treo
Mỗi xi lanh được trang bị một giảm chấn với khả năng điều chỉnh lực giảm chấn theo ba chế độ khác nhau Ngoài ra, hệ thống còn bao gồm một luồng khí chính và một luồng khí phụ để thay đổi độ cứng của lò xo theo hai chế độ Một màng cũng được tích hợp để điều chỉnh độ cao của xe theo hai chế độ Đèn báo chế độ LRC sẽ sáng khi lực giảm chấn và độ cứng lò xo đang hoạt động ở chế độ SPORT, được lựa chọn thông qua công tắc LRC.
Rơle điều khiển độ cao số 2 Cấp điện đến 4 cảm biến điều khiển độ cao và cho
Rơle điều khiển độ cao số 1 cung cấp điện cho môtơ máy nén, giúp điều chỉnh độ cao của xe Máy nén này cung cấp khí nén để nâng cao xe một cách hiệu quả.
Bộ hút ẩm khí điều khiển độ cao và van xả
Bộ hút ẩm không khí giúp kiểm soát độ cao bằng cách loại bỏ hoàn toàn hơi nước khỏi khí nén Van xả khí nén sẽ thải khí ra ngoài, giúp hạ thấp xe hiệu quả.
Van điều khiển độ cao NO.1 và
Cấp và xả khí nén vào buồng cháy của 4 xi lanh khí nén (bao gồm phía trước bên phải, phía trước bên trái, phía sau bên phải và phía sau bên trái) được thực hiện một cách hiệu quả Hệ thống cũng được trang bị đèn báo để điều khiển độ cao, giúp theo dõi và điều chỉnh hoạt động dễ dàng hơn.
