Sau khi hoàn thành khoảng thời gian học tập tại trường ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH dưới sự giảng dạy và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giúp chúng em được tiếp thu thêm nhiều kiến thức cũng như nhiều kinh nghiệm bổ ích cho bản thân. Những bài học của thầy cô hôm nay sẽ là hành trang quý báu cho em sau này khi bước qua ngưỡng cửa đại học. Xin gửi đến quý thầy cô lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc của em vì đã tạo mọi điều kiện trong quá trình học tập, rèn luyện, tích luỹ kinh nghiệm, kiến thức cũng như kỹ năng để em thực hiện khoá luận này.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Lý do chọn đề tài
Hiện nay với sự phát triển vượt bậc của công nghệ kỹ thuật thì vấn đề chuyên chở hàng hóa, hành khách cũng được đề cao Để đáp ứng được vấn đề trên ô tô đã được ra đời Nhờ những ưu điểm vượt trội hơn các phương tiện khác đặt biệt là tính cơ động mà ô tô ngày càng được sử dụng rộng rãi
Hệ thống treo là một trong những bộ phận quan trọng của xe Nó là một phần quan trọng không thể thiếu trong việc chuyển động của toàn bộ kết cấu xe, ảnh hưởng đến cảm giác lái cũng như sự thoải mái của người ngồi trên xe Vấn đề thiết kế hệ thống của xe phải đáp ứng yêu cầu sau Giảm thiểu tối đa sự tác động của mặt đường lên phần thân xe nhằm đảm bảo sự thoải mái cho người ngồi trên xe và đảm bảo sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Ngày nay, gần như tất cả các xe du lịch và xe tải nhẹ đều sử dụng hệ thống treo độc lập, vì khả năng chống dao động tốt hơn Và với việc công nghệ phát triển thì các hệ thống điện tử cũng được áp dụng vào hệ thống treo để hai hệ thống phối hợp nhịp nhàng tăng hiệu quả làm việc, từ đó mang lại sự êm dịu tối ưu cho xe khi chuyển động, tạo cảm giác thoải mái cho lái xe và hành khách, cũng như đảm bảo độ nguyên vẹn của hàng hóa Hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử là một hệ thống treo hiện đại đáp ứng đầy đủ những yêu cầu trên của hệ thống treo Bên cạnh đó hệ thống phanh và hệ thống lái cũng như hệ thống quan trọng của xe Hệ thống phanh là một bộ phận an toàn chủ động của xe, nó đảm bảo cho xe được chạy an toàn ở tốc độ cao Vì vậy nó cần phải đáp ứng được các yêu cầu: bền, tin cậy, phanh êm dịu, hiệu quả phanh cao, ổn định xe khi phanh, có thể điều chỉnh lực phanh được để tăng tính an toàn cho ô tô khi vận hành Hệ thống lái là một hệ thống trên ô tô mà nó cho phép người lái thay đổi hướng chuyển động của xe hoặc giữ cho xe chuyển động theo một quỹ đạo nhất định nào đó
Nhận thấy sự quan trọng của những hệ thống trên, em quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là “Nghiên cứu hệ thống treo khí nén có điều khiển bằng điện tử Xây dựng mô hình thực tế hệ thống phanh – lái – treo trên ô tô”.
Mục tiêu đề tài
- Nêu được cơ sở lý thuyết chung về hệ thống hệ thống treo
- Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống treo
- Hiểu được cấu tạo nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử
- Xây dựng được mô hình thực tế của hệ thống phanh – lái – treo.
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu các tài liệu, giáo trình
- Tìm kiếm thêm các thông tin trên internet
- Học hỏi thêm từ các kỹ thuật viên khi đi thực tập
- Tổng hợp và đúc kết những kinh nghiệm của bản nhân.
LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ
Khái niệm về dao động, độ êm dịu và an toàn chuyển động
Độ êm dịu của chuyển động là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế những tác động xấu của dao động ô tô tác động đến hàng hóa, con người và chính bản thân của kết cấu ô tô
Khi khảo sát dao động của ô tô, người ta thường tiến hành khảo sát mối quan hệ giữa ô tô, đường và người lái (tức là nhân tố con người) Tần số dao động ứng với tần số người đi bộ vào khoảng 60 ÷ 80 lần/ phút hoặc 1 ÷ 1,42 Hz
Do đó, nếu ô tô có tần số dao động tương ứng với tần số dao động của con người khi đi bộ trên đường thì ô tô đó sẽ được coi là có tần số dao động thích hợp, có chuyển động êm dịu Trong thực tế khi thiết kế người ta thường chọn tần số đối với xe du lịch
60 ÷ 80 lần/ phút và 80 ÷ 120 lần/ phút đối với xe ô tô tải.
Mô hình hóa dao động của ô tô
Nếu ta gắn ô tô lên một hệ trục tọa độ Oxyz thì dao động của ô tô có thể được chia thành các dao động thành phần theo hệ trục Oxyz như hình:
Các dao động đó đó là:
- Sự nhún: là sự chuyển động lên xuống của toàn bộ thân xe (dao động lên xuống treo trục thẳng đứng), xuất hiện khi ô tô chuyển động trong đường không bằng phẳng
- Sự xoay đứng: là sự chuyển động xoay sang trái hoặc sang phải quanh trục thẳng đứng (trục Z) khi ô tô đang chuyển động
- Sự lắc ngang: là chuyển động lắc quanh trục dọc của ô tô (trục X) khi ô tô đi đoạn đường mà một bên xe bị rơi xuống ổ gà hoặc những đoạn đường không bằng phẳng
- Sự lắc dọc: là sự dao động của phần trước hoặc phần sau của ô tô quanh trục nằm ngang đi qua trọng tâm của xe (trục Y) Dao động này chỉ xảy ra khi đồng thời cả hai bánh xe trước hoặc sau cùng đi qua những chỗ mấp mô hoặc ổ gà
Nhưng khi phân tích kết cấu hệ thống treo và điều kiện dao động của ô tô đã rút ra kết luận Dao động thẳng đứng theo phương Oz (sự nhún), dao động quanh trục Oy (lắc dọc) và dao động quanh trục Ox (lắc ngang) là nguy hiểm nhất
Khi khảo sát dao động của ô tô, khối lượng toàn bộ của xe được tách ra làm hai thành phần là khối lượng được treo M và khối lượng không được treo m
- Khối lượng được treo: là toàn bộ khối lượng của các cụm chi tiết mà chúng được nâng đỡ bởi hệ thống treo (Khi tính toán hệ thống treo thường sử dụng giá trị này) Bao gồm khung, thùng, vỏ xe, động cơ, ly hợp, hợp số, hệ thống truyền lực…
- Khối lượng không được treo: là khối lượng của những cụm chi tiết mà trọng lượng của chúng không tác dụng lên hệ thống treo Bao gồm cầu xe, bánh xe
Hình 2.6 Khái quát hệ thống treo
- Thông thường người thiết kế mong muốn là khối lượng phần được treo phải lớn hơn khối lượng phần không treo Bởi vì như vậy thì sẽ giảm va đập và tăng độ êm dịu khi xe di chuyển qua những đoạn đường không bằng phẳng Ngược lại thì độ êm dịu của ô tô sẽ kém
Hình 2.7 Ảnh hưởng của khối lượng treo
Một số phương pháp làm giảm khối lượng phần không treo:
- Dùng nhôm rỗng cho nan hoa
- Dùng vật liệu nhôm cho những bộ phận của truyền động (liên kết, ổ quay…)
- Dùng vật liệu nhôm cho càng phanh
- Tối ưu hóa khối lượng lốp xe
- Tối ưu hóa những bộ phận truyền động (ví dụ: moayơ)
Hình 2.8 Kết cấu tối ưu cho khối lượng không treo
Trong mô hình hóa dao động của ô tô thì bộ phận đàn hồi của hệ thống treo được biểu diễn như một lò xo độ cứng Ct, độ cứng giảm chấn được đặc trưng bởi hệ số cản giảm chấn kt Độ cứng của bánh xe được biểu diễn như là một lò xo độ cứng Cl, hệ số cản giảm chấn là kl Như vậy hệ dao động ô tô hai cầu được biểu diễn như sau:
Hình 2.9 Hệ dao động ô tô hai cầu
Khảo sát dao động hệ 1/2 khối lượng
❖ Phương trình vi phân hệ 1 khối lượng M theo độ cứng tương đương C:
Hình 2.10 Hệ 1 khối lượng M theo độ cứng C
𝑀 = 0 Đặt ω là tần số dao động riêng với 𝜔 2 = 𝐶
Hình 2.11 Đồ thị dao động lò xo (đầy tải và không tải)
Nghiệm của phương trình có dạng: 𝑍 = 𝐴𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡
Như vậy, dao động của ô tô khi cầu trước và cầu sau độc lập lẫn nhau có dạng dao động hàm sin điều hòa với chu kỳ dao động T:
❖ Khi có hệ số cản giảm chấn k thì phương trình sẽ là:
Hình 2.12 Hệ khi có thêm hệ số cản giảm chấn
MZ ′′ + kZ ′ + CZ = 0 Đặt h là hệ số tắt dần dao động với 2ℎ = 𝐾
𝑀 Đặt ω là tần số dao động riêng với 𝜔 2 = 𝐶
Z ′′ + 2hZ ′ +𝜔 2 Z = 0 Để giải phương trình trên, ta sử dụng hệ số cản tương đối 𝜓
𝜓 = ℎ 𝜔 Phương trình đặc tính sẽ là:
Nghiệm của phương trình có dạng: 𝑍 = 𝐴𝑒 −ℎ𝑡 sin (𝜔 𝑜 𝑡 + 𝜑)
Chỉ số của cơ số e là -ht nên dao động của hệ là dao động tắt dần theo thời gian và dù h có giá trị nhỏ thì sự tắt dần cũng xảy ra nhanh Lực cản giảm chấn không ảnh hưởng đến dao động tự do mà chủ yếu ảnh hưởng đến biên độ dao động
Hình 2.13 Đồ thị dập tắt dao động
❖ Kết luận: Để ô tô chuyển động êm dịu (tính chất dao động tắt dần một cách từ từ) thì bộ phận đàn hồi và bộ phận giảm chấn phải thỏa mãn các yêu cầu về độ lớn của của các hệ số độ cứng C và độ cản k sau cho phù hợp với khối lượng M Nhưng trong thực tế khối lượng phần được treo của ô tô luôn thay đổi Để đảm bảo ô tô dao động được êm dịu thì độ cứng đàn hồi C phải thay đổi tương ứng để duy trì độ ổn định khi M thay đổi Như vậy đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo phải là đường không tuyến tính Tương tự như vậy độ cản giảm chấn k cũng phải thay đổi theo M Vì vậy đường đặc tính giảm chấn của hệ thống treo cũng là đường không tuyến tính.
Bộ phận đàn hồi
Các phần tử đàn hồi trong hệ thống treo sử dụng nguyên lý đàn hồi để giảm va đập từ mặt đường tác dụng lên ô tô, đảm bảo sự êm dịu cho hành khách và hàng hóa trên xe Khi chịu tải thì các phần tử này sẽ biến dạng uốn (đối với nhíp) hoặc biến dạng xoắn (đối với lò xo trụ và thanh xoắn) Năng lượng đàn hồi sẽ được giải phóng khi thôi tác dụng lực và các phần tử trở về trạng thái bình thường Khi chịu tải trọng lớn thì các phần tử sẽ biến dạng càng lớn và ngược lại Để thực hiện được nhiệm vụ của mình thì bộ phận đàn hồi phải đảm bảo được:
- Phải đủ độ cứng để chịu được tải trọng của xe
- Phải êm dịu để giảm các va đập từ mặt đường lên xe
- Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ tháo lắp sửa chữa
Nhíp là một bộ phận đàn hồi được sử dụng phổ biến nhất vì nhíp có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, không cần phải bảo dưỡng thường xuyên Nhưng nhíp vừa là bộ phận đàn hồi, bộ phận hướng và một phần giảm chấn
Nhíp được làm từ các lá thép được uốn cong và được sắp xếp từ ngắn đến dài Cụm nhíp được kẹp chặt với nhau bằng một bulong định tâm Để cố định các lá nhíp, người ta sử dụng các tấm kẹp nhíp Để cố định nhíp vào khung xe, người ta uốn cong hai đầu của lá nhíp dài nhất (nhíp chính) tạo thành tai nhíp, sau đó sử dụng chốt nhíp và quang treo để cố định nhíp lên xe
Nhíp càng dài thì càng mềm Số lượng lá nhíp càng nhiều thì càng cứng, chịu được tải trọng lớn tuy nhiên nếu nhíp quá cứng sẽ ảnh hưởng đến độ êm dịu của hệ thống treo Vì vậy, khi tính toán phải chọn chiều dài nhíp gốc sao cho phù hợp (từ 0,25÷0,35 chiều dài cơ sở đối với cầu trước xe ô tô tải và từ 0,45÷0,5 chiều dài cơ sở đối với cầu sau xe ô tô tải)
- Bản thân nhíp đã đủ độ cứng để giữ cho cầu xe ở đúng vị trí nên không cần sử dụng các liên kết khác
- Nhíp thực hiện chức năng tự khống chế dao động thông qua ma sát giữa các lá nhíp
- Nhíp có đủ sức bền để chịu tải trọng nặng
- Khó hấp thụ được những rung động nhỏ từ mặt đường do hoạt động nhờ ma sát giữa các lá nhíp Vì vậy, nhíp được dùng trên các loại xe cỡ lớn (xe tải), thường xuyên vận chuyển khối lượng lớn nên cần chú trọng độ bền
- Tác dụng của độ võng: khi nhíp bị uốn, sẽ làm cho các lá nhíp dễ cọ với nhau và làm xuất hiện giữa các lá nhíp, làm dập tắt dao động nhanh chóng Ma sát này gọi là ma sát giữa các lá nhíp Đó là một đặc tính quan trọng của nhíp Khi nhíp nẩy lên, độ võng giữ cho các lá nhíp khít lại với nhau, làm giảm khe hở giữa các lá nhíp ngăn không cho đất cát lọt vào gây mài mòn nhíp
Hình 2.15 Độ võng của nhíp
- Để giảm ma sát giữa các lá nhíp thường sử dụng một số biện pháp: đặt các tấm đệm giảm thanh vào đầu các lá nhíp để giảm ma sát khi chúng có sự chuyển động tương đối với nhau Các lá nhíp được vát hai đầu để tạo ứng suất thích hợp khi chúng tiếp xúc với nhau Trước khi lắp ghép với nhau thì người ta thường bôi mỡ chì để giảm ma sát
Hình 2.16 Cách để giảm ma sát giữa các lá nhíp Ở trạng thái không tải bình thường chỉ có nhíp chính làm việc thì lúc đó bộ nhíp có giá trị độ cứng của nhíp chính như vậy độ êm dịu sẽ tăng, nhưng khi tải trọng vượt quá một giá trị nào đó thì cả hai nhíp chính và nhíp phụ đều làm việc thì lúc đó bộ nhíp có giá trị độ cứng của cả hai nhíp Thường thì các xe tải có tải trọng lớn thường mới có nhíp phụ do tải trọng bị thay đổi lớn
Hình 2.17 Hệ thống treo có cả nhíp chính và nhíp phụ 2.4.2 Lò xo trụ
Lò xo trụ được làm từ một loại thép đặc biệt và quấn thành hình ống khi có tải tác dụng lên lò xo, dây lò xo sẽ bị xoắn do ống lò xo bị nén Lúc này năng lượng ngoại lực sẽ được lưu trữ trong lò xo và va đập được giảm bớt
Lò xo được làm như trên có một nhược điểm là biến dạng của lò xo sẽ thay đổi tỉ lệ thuận với lực tác dụng Nếu ta sử dụng lò xo mềm (có độ cứng thấp) thì khi xe chịu tải lớn lò xo sẽ không đủ độ cứng và ngược lại nếu ta sử dụng lò xo cứng thì sẽ không được êm dịu khi chịu tải nhỏ
Hiểu được điều đó người ta chế tạo ra các loại lò xo phi tuyến tính:
- Lò xo có đường kính dây khác nhau
- Lò xo có bước không đều
Hình 2.19 Lò xo phi tuyến tính a – Lò xo bước không đều b – Hình côn c – Lò xo có đường kính khác nhau Đường đặc tính của lò xo phi tuyến tính đã có sự thay đổi từ tuyến tính sang đường cong nhằm cải thiện được đặc tính của hệ thống treo
Hình 2.20 Đường đặc tính lò xo phi tuyến tính Đặc điểm của lò xo trụ:
- Tỉ lệ hấp thụ năng lượng cao hơn so với nhíp
- Do không hoạt động nhờ ma sát giống như nhíp nên phải bố trí thêm giảm chấn để dập tắt dao động
- Có thể chế tạo độ cứng tùy biến
- Không có khả năng dẫn hướng
- Không chịu được các lực nằm ngang nên thường phải bố trí các liên kết (thanh dằn, đòn treo, đòn ngang…) để đỡ cầu xe
Hệ thống treo phần tử đàn hồi bằng lò xo trụ thường được sử dụng trên ô tô con và các ô tô tải hạng nhẹ Cụ thể, nó được bố trí trên các hệ thống treo độc lập, một số trường hợp bố trí ở cầu sau phụ thuộc
Thanh xoắn là một thanh thép lò xo, dùng tính đàn hồi của thanh thép để chống lại sự xoắn Đặc tính đàn hồi của thanh xoắn là tuyến tính với góc xoắn
Hình 2.21 Nguyên lý làm việc của thanh xoắn
Thanh xoắn được bố trí một đầu của nó được cố định vào khung hay một ngàm nào đó của thân ô tô, đầu kia được gắn vào kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo Nó được sử dụng trên xe tải do kết cấu đơn giản, không phải chăm sóc bảo dưỡng và có độ bền cao
Hình 2.22 Kết cấu chung của bộ phận đàn hồi sử dụng thanh xoắn
1 – Giá xoay 4 – Đệm điều chỉnh
2 – Thanh xoắn 5 – Đai ốc điều chỉnh
3 – Giá cố định 6 – Đòn treo trên Đặc điểm của thanh xoắn:
- Do mức độ hấp thụ năng lượng trên mỗi đơn vị khối lượng lớn hơn nhíp và lò xo nên hệ thống treo thanh xoắn có kết cấu nhỏ gọn
- Cách bố trí hệ thống treo đơn giản, thuận tiện
- Thanh xoắn giống như lò xo không có nội ma sát nên cũng thường phải lắp kèm giảm chấn để dập tắt dao động
Hình 2.23 Đường đặc tính của hệ thống treo Đường đặc tính của các phần tử đàn hồi kim loại trên đều là đường thẳng tuyến tính
Bộ phận giảm chấn
Chức năng của bộ phần tử giảm chấn:
- Dập tắt nhanh các dao động từ mặt đường tác động lên khung xe trong quá trình xe chuyển động trên các đoạn đường khác nhau
- Đảm bảo sự dao động của phần không treo là nhỏ nhất
- Tăng tính êm dịu, độ ổn định và khả năng bám đường của xe
Hình 2.26 Công dụng của giảm chấn
Yêu cầu của giảm chấn:
- Dập tắt nhanh các dao động
- Giảm tải trọng động cho bộ phận đàn hồi khi xe chuyển động
- Có độ bền cao, kết cấu đơn giản dễ chăm sóc bảo dưỡng…
❖ Phân loại theo hoạt động:
- Tác động một chiều: dao động chỉ bị dập tắt ở hành trình trả (piston di chuyển từ dưới lên trên)
- Tác dụng hai chiều: dao động được dập tắt ở cả hai hành trình trả và nén
❖ Theo môi chất công tác:
Nguyên lý hoạt động của giảm chấn:
- Nguyên lý hoạt động của giảm chấn trên ô tô là tạo ra sức cản nhớt và sức cản quán tính khi môi chất công tác đi qua các lỗ tiết lưu nhỏ qua đó sẽ hấp thụ các năng lượng dao động mà bộ phận đàn hồi gây ra
Hình 2.27 Nguyên lý hoạt động của giảm chấn
- Để thực hiện nhiệm vụ trên thì cấu tạo của giảm chấn gồm một ống xi lanh hình trụ và một cần piston Trên piston có các lỗ tiết lưu nhỏ để thông giữa hai khoang với nhau Trong xi lanh có chứa dầu giảm chấn Trong hệ thống treo ô tô một đầu giảm chấn sẽ được nối với phần được treo (thân ô tô), một đầu sẽ được nối với phần không treo (cầu xe) một đầu của cần piston được nối với phần được treo (thân ô tô) Khi ô tô dao động khoảng cách giữa cầu và thân ô tô thay đổi sẽ làm cho cần piston của giảm chấn dịch chuyển Khi cần piston dịch chuyển sẽ làm nén dầu ở một khoang và dầu áp suất cao sẽ di chuyển sang khoang còn lại qua lỗ tiết lưu Vì sự cản ở lỗ tiết lưu nên sự dao động của hệ thống được giảm chấn hấp thụ và chuyển đổi thành nhiệt năng
❖ Phân tích đường đặc tính của giảm chấn:
Hình 2.28 Đường đặc tính của giảm chấn thủy lực có van giảm tải
- Bản chất của giảm chấn ống thủy lực kể cả hành trình nén và hành trình trả khi vận tốc giảm chấn tăng lực cản giảm chấn cũng tăng theo
- Đường đặc tính trong hành trình nén nghiêng nhiều về phía trục hoành nhiều hơn hành trình trả Tức là cùng một tốc độ thì lực cản giảm chấn trong hành trình trả cao hơn lực cản trong hành trình nén Do đó, quá trình tiêu tán năng lượng chủ yếu xảy ra trong hành trình trả, trong hành trình nén lực cản giảm chấn nhỏ để giảm tổng độ cứng của hệ thống treo
- Điểm số 1 và số 2 trên đường đặc tính là điểm mà tại đó van giảm tải bắt đầu mở ra để tăng tiết diện lưu thông dầu (làm giảm hệ số cản giảm chấn) để tránh lực cản giảm chấn quá lớn tác dụng lên hệ thống treo Điểm số 1 van giảm tải mở ra → tăng tiết diện lưu thông dầu → giảm hệ số cản giảm chấn → giảm lực cản giảm chấn ở cấp độ cao của piston giảm chấn nhằm làm giảm độ cứng của hệ thống treo khi va đập ở vận tốc lớn Điểm số 2 van giảm tải mở ra tăng tiết diện lưu thông dầu → giảm hệ số cản giảm chấn
→ giảm lực cản của giảm chấn trong hành trình trả, để tăng độ êm dịu cho hệ thống treo
2.5.1 Giảm chấn kiểu ống đơn
Hình 2.29 Cấu tạo giảm chấn kiểu ống đơn
Trong xi lanh, buồng khí và buồng chất lỏng được ngăn cách nhau bởi một piston tự do Piston tự do có thể di chuyển lên xuống
Hình 2.30 Hành trình nén của giảm chấn kiểu ống đơn
Hành trình nén: Trong hành trình nén, cần piston chuyển động từ trên xuống làm cho áp suất khoang bên dưới cao hơn Vì vậy, dầu ở khoang dưới được ép lên qua van piston Khi đó lực giảm chấn sẽ được sinh ra do sự cản dòng chảy của van Khí có áp suất cao ở khoang dưới tạo ra một sức ép lớn lên phần dầu ở khoang dưới buộc nó phải chảy nhanh và êm trong hành trình nén Điều này đảm bảo duy trì ổn định lực giảm chấn
Hình 2.31 Hành trình trả của giảm chấn kiểu ống đơn
Hành trình trả: Trong hành trình trả, cần piston chuyển động lên trên làm cho áp suất trong khoang trên cao hơn khoang dưới Do đó, dầu ở khoang trên sẽ bị ép xuống khoang dưới qua van, sức cản dòng chảy của van đóng vai trò là lực giảm chấn Vì cần piston dịch chuyển lên trên (một phần ra khỏi xi lanh) nên một phần thể tích bị nó chiếm chỗ trong dầu của nó giảm xuống Đề bù lại khoảng hao hụt này, piston tự do được đẩy lên trên (nhờ áp suất cao của khí nén) một khoảng tương đương với phần thể tích bị hao hụt trước đó
2.5.2 Giảm chấn kiểu ống kép
Bên trong vỏ có một xi lanh và trong xi lanh có một piston chuyển động lên xuống Đầu dưới của cần piston có một van để tạo ra lực cản ở hành trình trả Đáy xi lanh có van đáy để tạo ra lực cản ở hành trình nén Bên trong xi lanh chứa chất lỏng hấp thụ dao động Nhưng buồng chứa chỉ nạp 2/3 thể tích, phần còn lại nạp không khí với áp suất khí trời hoặc nạp khí với áp suất thấp Buồng chứa là nơi mà chất lỏng đi vào và đi ra khỏi xi lanh
Hình 2.32 Cấu tạo giảm chấn ống kép
- Khi tốc độ chuyển động của piston cao: Khi piston chuyển động từ trên xuống dưới, áp suất ở buồng A sẽ tăng Lúc đó, dầu sẽ đẩy mở van một chiều (van của piston) và chảy vào buồng B mà không có lực cản nào đáng kể (không có lực giảm chấn) Đồng thời, một lượng dầu tương đương với phần thể tích bị chiếm chỗ của cần piston (khi nó đi vào xi lanh) sẽ bị ép qua van lá (của van đáy) và đi vào buồng chứa Đây là lúc mà lực cản giảm chấn được sức cản dòng chảy tạo ra
- Khi tốc độ chuyển động của piston thấp: Ở tốc độ thấp thì van một chiều và van lá sẽ không mở do áp suất trong buồng A nhỏ Do có các lỗ nhỏ trong van piston và và đáy nên dầu vẫn được chảy vào buồng B và buồng chứa, nhưng nó chỉ tạo ra một lực cản nhỏ
Hình 2.33 Hành trình nén của giảm chấn kiểu ống kép
Khi tốc độ chuyển động của piston cao: Khi piston chuyển động lên, áp suất trong buồng B sẽ tăng Lúc này dầu sẽ đẩy van lá (của van piston) vào buồng A Lúc này, lực giảm chấn được tạo ra Khi cần piston di chuyển lên, thì sẽ có một phần thể tích dầu bị hao hụt (do piston chiếm chỗ) Để bù lại sự hao hụt này dầu từ buồng chứa sẽ đi vào buồng A
Hình 2.34 Hành trình trả của giảm chấn kiểu ống kép
Khi tốc độ chuyển động của piston thấp: Ở tốc độ thấp thì van một chiều và van lá sẽ không mở vì áp suất trong buồng B nhỏ Do có các lỗ nhỏ nên dầu vẫn được chảy từ buồng B và buồng chứa vào buồng A, nhưng nó chỉ tạo ra một lực cản nhỏ
Giảm chấn Vario có kết cấu tương tự như giảm chấn 2 ống nhưng giảm chấn Vario có đặc điểm nổi bật là có thể thay đổi đặc tính giảm chấn thích nghi với các điều kiện dao động khác nhau
Khi có tải nhẹ, piston giảm chấn sẽ nằm ở vị trí trên, ở đó sẽ thiết kế một khe hở ở bên thành xi lanh để giúp cho dầu giảm chấn được di chuyển một cách dễ dàng ở 2 khoang, lực cản ở van nhỏ, tăng độ êm dịu của xe Khi xe tải nặng, piston giảm chấn sẽ nằm ở vị trí thấp hơn Khi đó sẽ không còn khe hở nhỏ bên thành xi lanh, dầu sẽ không được lưu thông tự do giữa 2 khoang như trường hợp tải nhẹ Dầu giảm chấn chỉ có thể di chuyển qua van piston giống như giảm chấn 2 ống thông thường Do dầu giảm chấn phải di chuyển qua van tiết lưu nên lực cản giảm chấn sẽ tăng, làm tăng khả năng dập tắt dao động Quá trình bù trừ dầu giảm chấn khi cần piston chiếm chỗ ở cả hai hành trình tương tự như giảm chấn loại 2 ống
2.5.4 Giảm chấn khí – thủy lực Ở phần dưới các kết cấu không có gì đặc biệt về nguyên lý, ở phần trên chính là đặc điểm nổi bật trong cấu tạo của loại ống giảm chấn này, ở đó trong một ống kín, khí nén được dẫn vào dưới 1 áp lực điều khiển được, tùy mức độ áp lực khí nén ở trong đó mà độ đàn hồi của lò xo khí thay đổi được, tạo ra sự chủ động trong việc thay đổi khoang làm việc cũng như hiệu quả tốt nhất cho cả bộ giảm chấn – khử dao động Tuy nhiên, lò xo khí thường được kết hợp thêm 1 lò xo cơ khí khác, nhằm mục đích giới hạn việc hoạt động của lò xo khí trong phạm vi điều chỉnh độ cao gầm xe cũng như tăng giảm hệ số đàn hồi khi xe có tải trọng thay đổi lớn (ví dụ khi chở nhiều hay chở ít người, đường xấu hay đường cao tốc) chứ không đảm đương hoàn toàn tải trọng của xe Nhược điểm của loại này là chỉ hoạt động khi máy đã nổ, nếu tắt máy ở những chỗ có gờ cao thì khi xe hạ xuống sẽ làm hư vỏ, bửng hoặc những bộ phận khác
Hình 2.36 Giảm chấn khí – thủy lực
HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
Tổng quan về hệ thống treo điều khiển điện tử
3.1.1 Tổng quát về hệ thống treo điều khiển điện tử
Khi xe chuyển động trên đường chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: tải trọng, vận tốc chuyển động, lực cản chuyển động của xe Chúng khiến chuyển động của xe không ổn định, gây mệt mỏi cho người lái và hành khách, làm giảm tuổi thọ của xe và đặc biệt là gây mất an toàn cho người ngồi trên xe
Với những yêu cầu, đòi hỏi ngày càng cao về kỹ thuật cũng như về thẩm mỹ của công nghệ vận tải thì độ tiện nghi trên ô tô phải được cải thiện hơn, đặc biệt là độ êm dịu của xe để tạo cảm giác thỏa mái cho người ngồi trên xe Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, các hãng sản xuất xe trên thế giới không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm về kiểu dáng, độ bền, tính năng xe và hơn hết là sự tiện nghi mang lại sự thỏa mái, an toàn cho người sử dụng Một trong những nghiên cứu đáp ứng được những yêu cầu đó là việc nghiên cứu phát triển hệ thống treo trên ô tô
Hệ thống treo ô tô hiện nay gồm có hai loại: hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập (phân loại theo kết cấu) Theo nguyên lý hoạt động thì hệ thống treo ô tô gồm ba loại: hệ thống treo bị động, hệ thống treo bán chủ động, hệ thống treo chủ động
Hệ thống treo giúp ô tô giảm bớt những rung động khi đi trên những đoạn đường không bằng phẳng, đảm bảo cho xe được ổn định, tạo cảm giác thỏa mái cho người ngồi trên xe Để cải thiện tính năng làm việc của hệ thống và tạo cảm giác thỏa mái cho người sử dụng thì một hệ thống treo mới hiện đại hơn Đó là hệ thống treo điều khiển điện tử
Khác với những hệ thống treo kiểu cũ như nhíp, lò xo Hệ thống treo điều khiển điện tử có thể tự động điều chỉnh được độ cứng của các phần tử đàn hồi, giảm chấn, điều khiển được độ cao của xe sao cho phù hợp với từng chế độ làm việc Khi xe quay vòng hoặc khi phanh thì hệ thống treo điện tử sẽ điều khiển giữ cho xe được ổn định, làm cho quá trình trên đạt được hiệu quả tốt nhất
3.1.2 Ưu nhược điểm hệ thống treo điều khiển điện tử
Khác với những hệ thống treo thông thường, hệ thống treo điều khiển điện sử dụng bộ điều khiển điện tử ECU để điều khiển hành trình, chế độ làm việc của hệ thống treo bao gồm điều chỉnh độ cao xe, độ cứng của giảm chấn, độ cứng của lò xo còn với những hệ thống treo như nhíp, lò xo, thanh xoắn thì không có sự điều chỉnh như trên Có 2 loại hệ thống treo điều khiển điện tử: hệ thống treo điều khiển điện tử chủ động và hệ thống treo điều khiển điện tử bán chủ động Hệ thống treo bán chủ động sử dụng lò xo và bộ giảm chấn có thể thay đổi độ cứng Trong khi đó hệ thống treo chủ động, các bộ phận lò xo hoặc giảm chấn được thay thế bằng bộ truyền động Một bộ truyền động được điều khiển bằng cách sử dụng các thông tin phản hồi từ xe
Hình 3.1 Ưu điểm của hệ thống treo điều khiển điện tử
So với những hệ thống treo thông thường thì hệ thống treo điều khiển điện tử giúp chiếc xe vận hành ổn định và êm ái hơn khi di chuyển trên mọi địa hình Với khả năng hoạt động linh hoạt và thông minh hơn hệ thống treo lò xo truyền thống, giúp đáp ứng được yêu cầu về độ nghiêng của khung gầm và tốc độ xe khi vào cua Hệ thống treo điều khiển điện tử sử dụng những cảm biến để biết được tình trạng hoạt động hiện tại của xe Những tín hiệu này sẽ được gửi đến ECU điều khiển và ECU sẽ gửi tín hiệu cho bộ chấp hành Hệ thống này sẽ tạo ra một cảm giác êm ái, ổn định trong các quá trình vận hành xe như quay vòng, tăng tốc và phanh Ngoài ra, khả năng vượt địa hình (off-road) trở nên vượt trội vì hệ thống treo điều khiển điện tử có thể điều chỉnh khoảng sáng gầm, góc tới và góc thoát của xe, tránh tình trạng kẹt gầm gây ảnh hưởng đến các bộ phận khác
Với các công nghệ hiện đại thì đương nhiên xe sử dụng hệ thống treo điều khiển điện tử sẽ có giá thành và chi phí bảo dưỡng cao hơn so với mặt bằng chung Một số bộ phận trong hệ thống sẽ dễ bị hư hỏng nếu sử dụng không đúng cách Vì vậy người dùng cần nắm rõ nguyên lý của hệ thống và cần phải kiểm tra bảo dưỡng hệ thống thường xuyên
3.1.3 Nguyên lý điều khiển hệ thống treo điều khiển điện tử
Hệ thống treo chủ động sử dụng các bộ truyền động riêng biệt có thể tác động một lực độc lập lên hệ thống treo để cải thiện các đặc tính lái Hạn chế của thiết kế này là chi phí cao, phức tạp hơn và khối lượng của toàn hệ thống, và cần phải bảo trì thường xuyên đối với một số thiết bị Việc bảo trì có thể yêu cầu các công cụ chuyên dụng và một số vấn đề có thể khó chẩn đoán
Hệ thống treo điện tử là hệ thống treo hiện đại bậc nhất hiện nay và được sử dụng ở các dòng xe hạng sang như Audi, BMW, Lexus Bằng cách kết hợp giữa các cảm biến, ECU điều khiển và hệ thống chấp hành cho phép người điều khiển có thể chủ động điều chỉnh độ cao, độ đàn hồi của giảm xóc cho phù hợp với từng chế độ vận hành của xe
Thực tế, hệ thống luôn kết hợp giữa hệ thống treo tự cân bằng với hệ thống treo có thể điều khiển độ cao, với tính năng này khi xe ở tốc độ cao sẽ cải thiện tính năng khí động học cho xe đồng thời tạo cảm giác thỏa mái cho người ngồi trên xe
Hệ thống này hoạt động rất tốt khi lái xe thẳng về phía trước, kể cả trên các bề mặt không bằng phẳng, nhưng có rất ít khả năng kiểm soát độ cứng cuộn.
Giới thiệu chung về hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử
Hệ thống treo khí nén điều khiển bằng điện tử là hệ thống treo trong đó sự thoải mái và tiện nghi đã được cải thiện đáng kể thông qua việc tích hợp hệ thống điều chỉnh chiều cao xe và hệ thống kiểm soát lực giảm chấn
Hệ thống điều chỉnh chiều cao xe cải thiện khả năng ra và vào xe của hành khách bằng cách nhanh chóng hạ thấp chiều cao xe chỉ bằng một nút bấm Hơn nữa, bằng cách thay đổi chiều cao của xe có thể giảm thiểu sự cản trở đường trên những con đường không bằng phẳng Ngoài ra, bằng cách duy trì chiều cao xe không đổi, không tính đến các điều kiện tải trọng như số người ngồi hoặc trọng lượng của hàng hóa, trong điều kiện tải quy định, hành trình của hệ thống treo có thể được sử dụng một cách hiệu quả để đảm bảo xe chạy ổn định liên tục
Dựa trên lý thuyết, hệ thống kiểm soát lực giảm chấn điều khiển hệ thống treo để đạt được lực giảm chấn tối ưu phù hợp với độ mấp mô của mặt đường Hơn nữa, thông qua việc sử dụng các loại cảm biến khác nhau, hệ thống này sẽ phát hiện tình trạng vận hành của xe để có được lực giảm chấn tối ưu nhằm mang lại sự thoải mái, ổn định và khả năng kiểm soát tốt khi lái xe Với ưu điểm vượt trội của khí nén so với các loại phần tử đàn hồi kim loại thông thường thì khí nén có thể hấp thụ được những rung động nhỏ tăng độ êm dịu Ngoài ra, hệ thống treo khí nén còn có ưu điểm như điều khiển được độ cao xe và độ cứng của lò xo khí nén
Với việc sử hệ thống này, người lái xe có thể sử dụng công tắc để lựa chọn một trong hai chế độ bình thường hay thể thao Lực giảm chấn sau đó sẽ tự động điều chỉnh đến một trong ba chế độ (mềm, trung bình, cứng) nhờ bộ điều khiển điện tử ECU tùy theo điều kiện vận hành hiện tại của xe mà hệ thống sẽ điều khiển để tăng độ êm dịu và an toàn khi chuyển động
3.2.1 Bố trí chung của hệ thống treo khí nén điện tử
Trong hệ thống này, mỗi giảm xóc trước và sau có một lò xo khí được bố trí đồng trục Lực giảm xóc của bộ giảm xóc có thể thay đổi Để đạt được điều này, người ta cung cấp một hệ thống khí nén cung cấp khí nén cho các lò xo không khí và một hệ thống điều khiển điều khiển hệ thống khí nén Thông qua sự kết hợp của các hệ thống này, việc kiểm soát thân xe trở nên chủ động hơn, kiểm soát chuyển đổi lực giảm xóc và kiểm soát chiều cao của xe được thực hiện Đối với mục đích chủ động kiểm soát trạng thái của thân xe, điều kiện vận hành và mặt đường được phát hiện bằng cách sử dụng một số loại cảm biến như cảm biến góc lái, cảm biến tốc độ xe và xe cảm biến độ cao Sử dụng thông tin từ các cảm biến này, ECU điều khiển cung cấp năng lượng hoặc thu hồi năng lượng cho các van điện từ để kiểm soát áp suất bên trong của lò xo không khí sao cho trạng thái của xe sẽ luôn được duy trì song song (bằng phẳng) với mặt đường
Hình 3.2 Bố trí chung của hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử
3.2.2 Sơ đồ khối của hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử
Sơ đồ khối cho thấy tương tác đầu vào/ đầu ra của hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử Cảm biến độ cao, cảm biến góc lái và cảm biến tốc độ lần lượt dùng để phát hiện chiều cao xe, tốc độ vận hành của tay lái và gia tốc ngang của thân xe Cảm biến độ cao sử dụng một chiết áp có khả năng phân giải cao Cảm biến góc lái là cảm biến quang học không tiếp xúc Các cảm biến được sử dụng trong hệ thống áp suất không khí bao gồm công tắc áp suất cao và thấp điều khiển hoạt động của máy nén và bơm hồi lưu bằng cách phát hiện áp suất trong (các) bình dự trữ và cảm biến áp suất phía sau phát hiện áp suất bên trong của lò xo không khí
Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử
Cảm biến áp suất phía sau là loại cảm biến chiết áp Nó chuyển đổi sự thay đổi áp suất khi dịch chuyển của màng ngăn và truyền các thay đổi điện áp tương ứng với độ dịch chuyển của màng ngăn đến ECU điều khiển ECU điều khiển bao gồm bộ vi xử lý 8-bit một chip, mạch giao diện đầu vào, mạch truyền động đầu ra, mạch an toàn dự phòng và mạch cung cấp điện được điều chỉnh Chức năng tự chẩn đoán được bao gồm trong ECU điều khiển làm cho đèn cảnh báo sáng khi hệ thống xảy ra sự cố ECU điều khiển cũng cung cấp chức năng hiển thị dữ liệu dịch vụ cho phép hiển thị thông tin trong bộ nhớ và chức năng kiểm tra thiết bị truyền động cung cấp phương tiện để kiểm tra mô phỏng của từng thiết bị truyền động.
Cấu tạo và hoạt động của các phần tử
Vị trí của công tắc lựa chọn chế độ giảm chấn thường được bố trí ở gần cần số Qua đó người lái có thể điều chỉnh chế độ bình thường hay thể thao
Hình 3.4 Vị trí của công tắc lựa chọn
Khi người lái chọn chế độ thể thao thì sẽ có dòng điện 12V kích vào cực SW-S của ECU điều khiển, còn khi ở chế độ bình thường thì sẽ không có dòng kích vào cực của ECU Cụ thể ở chế độ bình thường (Norm) thì lực giảm chấn mềm, còn ở chế độ thể thao (Sport) thì lực giảm chấn sẽ cứng hơn
Hình 3.5.: Sơ đồ mạch điện của công tắc lựa chọn 3.3.2 Cảm biến điều khiển độ cao
Các cảm biến kiểm soát độ cao phát hiện độ cao của xe Ở phía trước, có 2 cảm biến kiểm soát độ cao được lắp ở 2 bên xe Một đầu được lắp vào khung xe, đầu còn lại được gắn vào các thanh treo dưới của hệ thống treo trước Các cảm biến kiểm soát độ cao phía trước có thể là loại cấu trúc tích hợp với cảm biến gia tốc
Hình 3.6 Vị trí cảm biến độ cao phía trước
Ngoài ra ở phía sau cũng có hai cảm biến kiểm soát độ cao được lắp ở hai bên xe Tương tự như ở phía trước cảm biến cũng được bố trí một đầu được lắp ở thân xe, đầu còn lại lắp ở thanh treo dưới của hệ thống treo sau Thông qua việc sử dụng trục và liên kết cảm biến điều khiển độ cao, mỗi cảm biến điều khiển độ cao chuyển đổi chuyển động của liên kết điều khiển thành chuyển động quay và kết quả được phát hiện ở dạng góc quay
Hình 3.7 Vị trí cảm biến độ cao phía sau
Cảm biến ở trên là loại cảm biến điện trở Một con chạy được tích hợp với trục quay trên một điện trở được hình thành trên bảng mạch đầu vào, do đó cho phép phát hiện góc quay dưới dạng điện áp
Hình 3.8 Cảm biến độ cao kiểu điện trở
Những cảm biến này sẽ liên tục theo dõi độ cao hiện tại của xe và gửi tín hiệu về ECU điều khiển Qua đó ECU điều khiển sẽ tính toán và điều chỉnh lượng khí nén trong mỗi lò xo khí
Ngoài ra còn có cảm biến loại quang Các cảm biến sẽ bao gồm 1 đĩa được đục lỗ và 4 cặp công tắc quang học Đĩa đục lỗ nằm giữa các transistor quang và các LED, đĩa sẽ quay theo chiều chuyển động của thanh điều khiển
Hình 3.9 Cảm biến độ cao kiểu quang
Những thay đổi độ cao xe sẽ làm thanh điều khiển của cảm biến nâng lên hoặc hạ xuống Nó sẽ làm cho đĩa đục lỗ quay đồng thời sẽ làm mở hoặc che ánh sáng giữa 4 cặp đèn LED và transistor quang Nhờ đó mà có thể dựa vào tín hiệu đóng ngắt từ các transistor quang mà ECU có thể xác định được độ cao xe
Hình 3.10 Hoạt động của cảm biến độ cao kiểu quang
Cảm biến gia tốc phát hiện gia tốc dọc của xe Cảm biến tốc độ phía trước được tích hợp với cảm biến điều khiển độ cao phía trước Cảm biến gia tốc phía sau được lắp trong khoang hành lý
Bên trong mỗi cảm biến, 2 đĩa gốm áp điện được cố định trên cả hai mặt của một màng chắn được hỗ trợ bởi tâm của nó Khi tốc độ được áp dụng cho toàn bộ cảm biến, đĩa gốm áp điện uốn cong so với trọng lượng của chúng Là một đặc tính của gốm áp điện, chúng tạo ra điện theo tỷ lệ của độ cong của chúng Thông qua một mạch điện tử, từ tốc độ tăng tốc được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp và được chuyển đến ECU hệ thống treo khí
Hình 3.11 Cấu tạo và hoạt động của cảm biến gia tốc
ECU hệ thống treo khí tính toán vận tốc thẳng đứng khối lượng treo của 4 bánh xe theo tín hiệu nhận được từ các cảm biến tốc độ Ngoài ra, bằng cách sử dụng các cảm biến kiểm soát độ cao, ECU hệ thống treo khí tính toán vận tốc tương đối giữa khối lượng treo và không treo Dựa trên các giá trị này, ECU của hệ thống treo khí sẽ điều khiển lực giảm xóc cho từng bánh xe trong 4 bánh ở mức tối ưu nhằm mang lại tư thế lái ổn định
3.3.4 Cảm biến góc xoay vô lăng
Hình 3.12 Cấu tạo cảm biến góc xoay vô lăng
Cảm biến này sẽ phát hiện góc quay và hướng quay hiện tại của vô lăng và gửi tín hiệu tới ECU Gồm một cụm cảm biến góc xoay vô lăng và một đĩa đục lỗ Cảm biến góc xoay vô lăng chỉ bao gồm hai đèn led và hai transistor quang Đĩa đục lỗ được lắp vào trục lái và được dẫn động với trục lái Đĩa được đục lỗ xung quanh chu vi ngoài của nó và nó được đặt ở giữa đèn led và transistor quang Khi người lái quay vô lăng đồng thời đĩa đục lỗ cũng được dẫn động quay Ánh sáng từ đèn led sẽ chiếu qua các lỗ của đĩa và đến các transistor quang Do cấu tạo của đĩa đục lỗ nên các transistor quang sẽ được bật tắt liên tục
Hình 3.13 Cảm biến góc xoay vô lăng kiểu quang
Theo sơ đồ mạch điện trên hình 3.13 thì các transistor 1 và 2 sẽ được dẫn nhờ hai transitor quang Cụ thể, dòng VS sẽ cấp điện cho led, ánh sáng led sẽ chiếu đến transistor quang qua đĩa đục lỗ Nếu transistor quang dẫn thì transistor 1 và 2 cũng sẽ dẫn, lúc này sẽ có dòng điện từ cực SS1 và SS2 sẽ qua transistor 1, 2 về mass Dựa vào tính hiệu điện của 2 cực SS1 và SS2, ECU sẽ tính toán và nhận biết được góc quay hiện tại của vô lăng
Hình 3.14 Xung tín hiệu của cảm biến góc xoay vô lăng 3.3.5 Công tắc đèn phanh
Công tắc đèn phanh được gắn lên giá đỡ của bàn đạp phanh Khi đạp phanh, mạch điện mạch đèn phanh sẽ được nối mass, sẽ có dòng 12V tác dụng lên cực STP của ECU Khi không đạp phanh thì tại cực STP là 0V Dựa vào tín hiệu điện này, ECU sẽ biết được hệ thống phanh có đang hoạt động không
Hình 3.15 Cấu tạo và sơ đồ mạch điện công tắc đèn phanh
Công tắc cửa được lắp gần mỗi khung cửa của xe và được điều khiển bằng cách đóng mở cửa Khi ta đóng cửa, thì mạch điện được nối mass sẽ có dòng 12V từ cực door của ECU Khi ta mở cửa, mạch điện sẽ bị hở và điện áp cực door sẽ hạ xuống 0V Dựa vào điều đó ECU sẽ nhận biết được cửa nào đang mở
Hình 3.16 Vị trí và sơ đồ công tắc cửa 3.3.7 Rơ le điều khiển độ cao số 1
Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo khí nén điện tử
Hình 3.42 Sơ đồ nguyên lý
1 – Máy nén khí 8 – Cụm van chia
2 – Lọc ẩm 9 – Cảm biến áp suất khí nén
3 – Van kiểm tra 10 – Van giảm áp
4, 5 – Van đảo chiều 11 – Van bơm hơi khí vào
6 – Bình chứa khí nén 12 - Ống hút và lọc gió
7 – Van chia khí nén 13 - Ống xả
Hệ thống treo khí nén điện tử hoạt động nhờ máy nén khí được dẫn động nhờ động cơ đưa khí nén thông qua các van điều khiển đến các bộ chấp hành (đàn hồi, giảm chấn kiểu khí nén) Từ đó có thể chủ động nâng cao hoặc hạ thấp chiều cao xe cũng như tăng hoặc giảm lực giảm chấn
❖ Mạch bơm khí nén vào hệ thống
Hình 3.43 Mạch bơm khí nén vào hệ thống
Khí nén được bơm vào hệ thống từ van bơm khí vào → bình chứa khí nén → van đảo chiều (van phân phối) → máy nén khí → van đảo chiều (van phân phối) → cụm van chia → lò xo khí
❖ Mạch khí nén điều khiển nâng độ cao xe
Hình 3.44 Mạch khí nén điều khiển nâng độ cao xe
Khí nén được bơm từ bình chứa khí nén → van đảo chiều (van phân phối) → máy nén khí → van đảo chiều (van phân phối) → cụm van chia → lò xo khí nén
❖ Mạch khí nén điều khiển hạ độ cao xe
Hình 3.45 Mạch khí nén điều khiển hạ độ cao xe
Khí nén sẽ được xả từ lò xo khí nén → van đảo chiều (van phân phối) → máy nén khí → lọc ẩm → van một chiều → van đảo chiều (van phân phối) → bình chứa khí nén
❖ Mạch bổ sung khí nén
Hình 3.46 Mạch bổ sung khí nén
Khí nén được bổ sung vào bình chứa khí nén từ cửa hút và lọc gió → máy nén khí
→ lọc ẩm → van một chiều → van đảo chiều (van phân phối) tới bình chứa khí nén
Hình 3.47 Mạch xả khí nén
Khí nén được xả ra khỏi bình chứa khí nén qua van đảo chiều (van phân phối) → van tiết lưu → lọc ẩm → van tiết lưu → van chia khí nén → ống xả
3.4.2 Sơ đồ mạch điện điều khiển
Hình 3.48 Sơ đồ mạch điện điều khiển
Sơ đồ mạch điện điều khiển của hệ thống treo khí nén điện tử, có nhiệm vụ tiếp nhận các thông tin từ các cảm biến (cảm biến gia tốc, cảm biến độ cao, cảm biến góc lái…) sau đó gửi tín hiệu về ECU điều khiển ECU sẽ tiếp nhận thông tin đồng thời gửi các tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành
Phần điều khiển điện tử này chỉ là phần mở đầu cho quá trình vận hành còn để truyền lực đến hệ thống giảm chấn là được sử dụng bằng khí nén Tức là bộ điều khiển điện tử sẽ điều khiển khí nén đi thực hiện nhiệm vụ giảm chấn cho xe
3.4.3 Điều khiển chống chúi đuôi xe
Hệ thống điều khiển điện tử sẽ gửi tín hiệu điều khiển bằng cách phát ra tín hiệu điện từ cực SOL để hạn chế sự chúi đuôi xe khi bắt đầu khởi hành hoặc khi tăng tốc đột ngột và đặt bộ chấp hành ở chế độ cứng ở các trường hợp sau:
- Tốc độ của xe nhỏ hơn 20 km/h
- Bướm ga đang mở rộng hay đang mở đột ngột
- Sau khoảng 3 giây hoặc khi tốc độ của xe đạt 50 km/h thì chức năng này sẽ dừng hoạt động Khi đó, các dòng điện S- hoặc S+ từ ECU sẽ hoạt động trở như trước khi chế độ chống chúi đuôi xe được kích hoạt và chuyển đến bộ chấp hành Bộ chấp hành lúc này sẽ chuyển đổi lực giảm chấn về giá trị ban đầu
Hình 3.49 Điều khiển chống chúi đuôi xe
3.4.4 Điều khiển chống nghiêng ngang
Hình 3.50 Điều chỉnh chóng nghiêng ngang
Hệ thống điều khiển điện tử sẽ nhận tín hiệu tốc độ và góc lái hiện tại của xe để hạn chế sự nghiêng ngang của thân xe khi xe đang quay vòng hoặc đi vào đường cong Cảm biến tốc độ sẽ gửi tín hiệu đến cực SPD của ECU, còn cảm biến lái sẽ gửi tín hiệu đến cực SS1 và SS2 của ECU Từ đó, ECU có thể nhận biết được tốc độ và góc lái hiện tại của xe Sau khi nhận được tín hiệu ECU sẽ gửi tín hiệu điện từ cực SOL đến bộ chấp hành và đặt bộ chấp hành ở chế độ cứng, vì vậy làm giảm sự nghiêng ngang của thân xe
Sau khi chức năng chống nghiêng ngang dừng hoạt động, dòng điện từ cưc SOL của ECU sẽ ngắt thay vào đó dòng điện từ cực S- hay S+ sẽ đến bộ chấp hành như lúc đầu Lực giảm chấn sẽ chuyển từ chế độ cứng sang chế độ ban đầu
Thời gian điều khiển chống nghiêng ngang sẽ kéo dài khi người lái liên tục xoay vô lăng hay trong quá trình quay vòng Trong thời gian này lực giảm chấn luôn ở chế độ cứng
3.4.5 Điều khiển chống chúi đầu xe
Hình 3.51 Điều khiển chống chúi đầu xe
Khi xe đang di chuyển ở tốc cao và đột ngột phanh thì thường có hiện tượng chúi đầu xe ECU nhận tín hiệu từ cảm biến gia tốc nếu vận tốc của xe từ 60 km/h trở lên và có tín hiệu từ công tắc đèn phanh, tương tự như trên ECU sẽ gửi tín hiệu SOL đến bộ chấp hành và đặt nó ở chế độ cứng
Sau khoảng 2 giây từ lúc khi đèn phanh tắt thì chức năng điều khiển chống chúi đầu xe sẽ dừng hoạt động Dòng điện từ cực SOL sẽ bị ngắt, thay vào đó dòng điện từ cực S- hay S+ sẽ đến bộ chấp hành như lúc đầu Lực giảm chấn sẽ được chuyển từ chế độ cứng sang chế độ ban đầu
3.4.6 Điều khiển tốc độ cao
ECU nhận tín hiệu từ cảm biến gia tốc phát hiện vận tốc của xe từ 140 km/h Khi đó ECU sẽ phát tín hiệu từ cực S+ qua bộ chấp hành tới cực S- Thay đổi lực giảm chấn từ chế độ mềm sang sang chế độ trung bình Vì thế giúp ổn định khả năng lái khi ở tốc độ cao
XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH – LÁI – TREO
Mục đích và của việc thiết kế mô hình
Việc thiết kế mô hình sẽ giúp ích rất nhiều cho việc chế tạo, lắp ráp các linh kiện dễ dàng hơn:
- Giúp chúng ta có thể tìm hiểu thực tế về hệ thống trước khi ra làm thực tế
- Giúp cho việc thực hiện một số bài thực hành trên hệ thống của ô tô một cách dễ dàng
- Giúp thực hiện các phương pháp chẩn đoán, kiểm tra, sửa chữa các cơ cấu trên ô tô
- Tiến hành thực hiện một số thực nghiệm trên mô hình, từ đó giúp sinh viên có những nhận xét, đánh giá và giải thích giúp củng cố các kiến thức lý thuyết cơ bản
- Mô hình chi tiết về hệ thống kết hợp với tài liệu giảng dạy chuyên môn là tài liệu có ích cho sinh viên trong quá trình học tập.
Các bước thiết lập khung giá mô hình
- Mua và tháo cụm hệ thống còn nguyên, chuẩn bị dụng cụ cắt, dụng cụ hàn, các thanh sắt để làm khung mô hình, các bánh xe để di chuyển mô hình
- Hệ thống phanh: bàn đạp, bầu trợ lực, xi lanh chính và con, ống dầu, đĩa phanh, má phanh, bình chứa dầu, bạc đạn…
- Hệ thống lái: Vô lăng, trục lái, cơ cấu lái, rô tuyn, càng A, thanh giằng, bot lái…
- Hệ thống treo: Bộ phận đàn hồi, giảm chấn, bộ phận hướng…
- Một số chi tiết phụ khác…
Trình tự lắp ráp Hình ảnh
Lắp cụm thước lái lên khung
Lắp bộ moay ơ bánh xe, đĩa phanh, cụm phanh
Lắp rotuyn lái trong, ngoài, rotuyn trụ đứng
Lắp lò xo, giảm chấn
Lắp bàn đạp phanh, bầu trợ lực phanh
Lắp heo chính, bình dầu phanh, đường ống dầu
Lắp bơm trợ lực lái, bình dầu lái, đường ống dầu, van phân phối
Lắp trục lái, vô lăng
Lắp bánh xe, châm dầu trợ lực phanh, xả gió
Châm dầu trợ lực lái, căng chỉnh thước lái
Vệ sinh hoàn thiện mô hình.
Nguyên lý hoạt động của mô hình
Hệ thống phanh: Khi đạp bàn đạp phanh thông qua cơ cầu dẫn động tác động lên piston di chuyển trong xi lanh phanh chính đẩy dầu vào hệ thống các đường ống dẫn và đi đến các xi lanh bánh xe dưới tác dụng của lực sinh ra do áp suất dầu phanh trong hệ thống tác động lên các piston xi lanh phanh bánh xe sẽ đẩy ra ngoài tác dụng lên cơ cấu phanh (phanh tang trống hoặc phanh đĩa) thực hiện việc giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe
Hệ thống lái: Khi người lái muốn thay đổi hướng chuyển động của xe Thông qua vô lăng và trục lái sẽ tác động đến cơ cấu lái Cơ cấu lái sẽ dẫn động các thanh đòn dẫn động lái, qua đó dẫn động cam lái và cuối cùng dẫn động đến bánh xe dẫn hướng Để giảm được lực đánh lái cho người lái, ta trang bị hệ thống trợ lực lái Ở vị trí thẳng vô lăng, thì đường dầu cấp thông với đường dầu hồi về bơm Khi đánh lái sang trái, đường dầu cấp qua van phân phối đi vào khoang trái của xi lanh lực và đẩy piston sang phải, thông qua dẫn động lái làm bánh xe quay sang trái và ngược lại khi đánh sang phải
Hệ thống treo: Hệ thống treo hấp thụ các dao động trên ô tô thông qua lò xo và xi lanh giảm chấn Lò xo có nhiệm vụ dự trữ và hấp thụ dao động, giảm chấn dập tắt dao động.
Ý nghĩa mô hình
- Mô hình chính là sản phẩm phản chiếu hệ thống phanh, lái, treo trên thực tế
- Mô hình chính là sản phẩm để giáo viên đánh giá tay nghề, trình độ và khả năng của sinh viên
- Mô hình là công cụ dùng để giảng dạy giúp cho các sinh viên, học viên dễ dàng tham khảo tìm hiểu hệ thống
- Đối với sinh viên xây dựng mô hình có được khả năng tư duy, đáp ứng được nhu cầu công việc sau khi ra trường
- Các chi tiết trên mô hình đều có trên thị trường hiện nay nên cũng giúp được sinh viên thực hiện hình dung được hệ thống phanh, lái, treo trên các dòng xe phổ thông hiện nay
- Giúp sinh viên có được kinh nghiệm thực tế sau khi ra trường
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu hệ thống treo khí nén có điều khiển điện tử” dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Phạm Văn Thức, đến nay đã hoàn thành nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp được giao
Trong đề tài này, tìm hiểu về tổng quan hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử, phân tích được những ưu nhược điểm của hệ thống treo khí nén điện tử với các hệ thống treo truyền thống (nhíp, lò xo, thanh xoắn) Phần trọng tâm của đồ án chủ yếu nghiên cứu hệ thống treo khí nén điện tử, trong đó trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống, tìm hiểu chức năng và cấu tạo của các loại cảm biến trong hệ thống Hệ thống treo khí nén điện tử là một hệ thống treo mang lại cảm giác thỏa mái cho người lái và hành khách ngồi trên xe Việc loại bỏ những dao động xấu từ mặt đường tác dụng lên xe cũng sẽ giúp tăng tuổi thọ của xe, giảm tiêu hao nhiên liệu
Qua việc thực hiện khóa luận này đã giúp em củng cố lại những kiến thức trong quá trình học tập tại trường và giúp em hiểu hơn được các hệ thống trong ô tô cũng như cách vận hành Qua thời gian làm luận văn tốt nghiệp đã trao dồi thêm cho em nhiều kinh nghiệm mới, nhiều kiến thức mới, cũng nâng cao được những kỹ năng về công nghệ thông tin: Word, Power point, cách tìm kiếm và chọn lọc thông tin, tìm được nhiều nguồn tài liệu chuyên ngành phục vụ công tác sau này
Với việc tìm hiểu, nghiên cứu hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử em thấy việc thực hiện đề tài này là thực sự cần thiết Chính vì thế, chúng em cũng mong nhà trường tạo điều kiện, hỗ trợ các bạn về tài liệu tham khảo cũng như trang thiết bị để các bạn có cơ hội học tập để hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao
Qua đề tài này, em cũng mong các bạn sinh viên có cái nhìn khách quan hơn trong việc thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình sau này để có những ý tưởng mới phát triển đề tài của mình tốt hơn, để đạt được những thành tích cao trong học tập và làm việc của mình sao này.