khảo sát về hệ thống treo của xe kia morning 2013 tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, mô phỏng trên matlab và thông số trên xe tìm hiểu chuyên sâu hơn về hệ thống treo của xe kia morning 2013 ahdóahidấdáoidsjiodaoidaoídaoịdaoịđịaoiá
TỔNG QUAN VỀ DAO ĐỘNG VÀ ÊM DỊU TRÊN Ô TÔ
Dao động và độ êm dịu của ô tô
Hệ thống treo trên ô tô làm nhiệm vụ dập tắt nhanh dao động của mặt đường tác động lên thân xe, qua đó giảm được rung xóc cho xe và tạo được cảm giác thoải mái cho người ngồi khi ô tô chuyển động trên đường không bằng phẳng Tính êm dịu chuyển động là một trong số những chỉ tiêu quan trọng của xe, mà trước hết nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống treo.
Xét với đề tài làm về hệ thống treo, cần nắm bắt được các vấn đề quan trọng sau:
Chuyển vị của khối lượng được treo z có liên quan đến sinh lý của người ngồi trên xe;
Gia tốc chuyển vị lớn nhất của khối lượng được treo amax quyết định đến cảm giác thoải mái hay không thoải mái cho người ngồi trên xe;
Không gian làm việc: z – ξ cần càng nhỏ càng tốt, hệ treo càng tối ưu. Phản lực mặt đường Fz liên quan đến cường độ làm việc của hệ thống treo và mức độ chịu tải trọng làm việc của khối lượng không được treo.
Ngoài việc kiểm nghiệm yêu cầu làm việc của xe về mặt kỹ thuật thì việc sử dụng các phần mềm và chương trình để mô phỏng các mô hình động học của xe, để qua đó từ các kết quả mô phỏng thu được ta có thể đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống treo từ các thông số cơ bản của xe nói chung và của hệ thống treo nói riêng Cao hơn nữa, ta cũng có thể tối ưu hóa, lựa chọn các thông số kết cấu để được một hệ thống treo có khả năng làm việc hiệu quả hơn
1.1.1 Tác động của dao động ô tô Ô tô và các phương tiện vận tải nói chung khi chuyển động sẽ sinh ra các dao động do tác động của điều kiện bên ngoài (mặt đường, gió ) bên trong (kết cấu hệ thống treo) Các dao động này tác động trực tiếp lên người ngồi trên đó Những dao động này dưới dạng sóng cơ học được truyền trực tiếp lên cơ thể con người làm cho cả cơ thể hoặc từng bộ phận cơ thể dao động theo Đối với sức khoẻ của người đặc biệt là của lái xe, dao động của xe có thể gây mệt mỏi, căng thẳng cho lái xe ảnh hưởng đến hoạt động lái xe, đặc biệt là phản xạ để xử lý tình huống Đối với hàng hoá, dao động của xe có thể làm hư hỏng hàng hoá như dập nát, gãy, vỡ hoặc thay đổi tính chất của hàng hoá Đối với đường: khi xe chạy trên đường, dao động của ô tô gây ra tải trọng động cùng với tải trọng tĩnh của xe làm hư hỏng đường và cầu cống Đối với ô tô, tác động từ mặt đường lên xe gây ra dao động làm va đập và gây ra tải trọng thay đổi đối với các chi tiết ô tô ảnh hưởng đến độ bền lâu của chi tiết (xuất hiện các dạng hỏng mỏi chi tiết) Ngoài ra dao động ô tô cũng ảnh hưởng đến khả năng truyền lực cũng như tính điều khiển hướng chuyển động của ô tô Thật vậy, dao động ô tô tạo lên các tải trọng động theo phương thẳng đứng trên các bánh xe làm thay đổi lực bám đường của bánh xe và tạo ra các gia tốc lắc làm ảnh hưởng đến chuyển động của xe Chuyển động tương đối giữa thân xe và cầu xe liên quan đến việc bố trí không gian cho hệ treo khi thiết kế ô tô Tác động của dao động cơ học lên cơ thể phụ thuộc vào: tần số dao động, cường độ dao động, thời gian tác động, hướng tác động Nhiều thí nghiệm đã cho thấy:
Dao động với tần số từ 3 đến 5Hz gây rối loạn sự lưu thông máu làm bị choáng;
Dao động với tần số từ 5 đến 11Hz gây rối loạn đường tải trọng, ảnh hưởng đến dạ dày, ruột
Dao động với tần số từ 11 đến 45Hz làm giảm thị lực, buồn nôn…
Tuy nhiên giới hạn tác động này đối với từng người là khác nhau và thay đổi với khoảng rộng Dao động của ôtô bao gồm một dải tần số rộng, nên có thể phân ra dao động của khối lượng được treo ở tần số thấp và dao động của khối lượng không được treo ở tần số cao.
Hình 1.1 Mô hình cơ thể con người như một hệ dao động
Dao động với tần số từ 15 đến 18Hz con người cảm nhận được và gây ra cảm xúc khó chịu trong thời gian ngắn;
Rung động có tần số từ 15 đến 1500Hz con người ít cảm nhận rõ có thể gây ra tổn hại đến sức khỏe khi chịu tác động trong thời gian dài;
Tình trạng dao động kéo dài sẽ gây tổn thương cho cơ thể con người. Mức độ tổn thương tùy thuộc vào biên độ dao động, sự phân bố chuyển động bên trong cơ thể, chiều chuyển động và thời gian chuyển động.
Dao động ôtô gây ra các tác hại đến cơ thể người như sau:
Bệnh về cột sống: khi chịu dao động trong vùng tần số từ 4 đến 12 Hz Bệnh về tiêu hóa: đối với những người chịu dao động trong thời gian dài Những người chịu dao động đến tần số 20 Hz và kéo dài thì nhịp tim và nhịp thở tăng lên gây rối loạn cho cơ thể.
Dao động ở những tần số khoảng 0.1 Hz hoặc thấp hơn gây ra say sóng do chuyển động lắc ngang, quay vòng.
Một số dao động có thể không làm nguy hại đến sức khỏe con người nhưng làm giảm khả năng nhạy bén, giảm khả năng thu thập và xử lý thông tin Điều này rất có hại đến các tài xế chạy xe đường dài.
1.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
Cơ sở lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ôtô được dựa trên tác động dao động của con người khi đi, chạy bộ… một dạng dao động quen thuộc với đầy đủ các đặc trưng về tần số, gia tốc dao động Nếu chỉ số dao động của con người ngồi trên xe khi chuyển động, không vượt quá các giá trị của các chỉ số dao động khi đi bộ, chạy thì độ êm dịu của xe chấp nhận được Trong quá trình nghiên cứu về dao động ôtô thì việc lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu là rất quan trọng Tuy nhiên việc lựa chọn các chỉ tiêu phụ thuộc vào sự phát triển của nền kinh tế, khoa học kỹ thuật, dụng cụ đo, trình độ thí nghiệm, trình độ sản xuất chế tạo, lắp ráp ôtô Do đó các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu ở các nước là khác nhau, nhưng có hai chỉ tiêu chung là tần số và gia tốc dao động Sau đây là một số chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe.
Ngày nay, dao động của ôtô được đánh giá các tiêu chí chính :
Chỉ tiêu về độ êm dịu.
Chỉ tiêu đối với con người
Chỉ tiêu đối với hàng hoá
Chỉ tiêu về tải trọng động
Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường.
Chỉ tiêu về độ bền chi tiết.
Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường.
Chỉ tiêu về an toàn động lực
Chỉ tiêu về không gian bố trí treo
Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động Độ êm dịu chuyển động là ảnh hưởng của dao động ôtô đến con người và hàng hoá khi xe chuyển động trên đường Việc đánh giá độ êm dịu chuyển động là rất khó khăn do phụ thuộc nhiều vào sự cảm nhận chủ quan và sức chịu đựng dao động của con người Độ êm dịu chuyển động của ôtô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động ảnh hưởng xấu của dao động tới con người, hàng hoá, đến các kết cấu của ô tô. Với khái niệm về độ êm dịu chuyển động ở trên, ta thấy: Một ôtô đảm bảo độ êm dịu chuyển động có nghĩa là các thông số đánh giá độ êm dịu chuyển động của nó nằm trong giới hạn cho phép, theo tiêu chuẩn đánh giá Để đánh giá độ êm dịu chuyển động, các tổ chức khác nhau trên thế giới đã đưa ra rất nhiều chỉ tiêu, tiêu chuẩn khác nhau.
Một số tiêu chuẩn về dao động của ô tô
Để đánh giá ảnh hưởng của dao động lên con người, nhiều tiêu chuẩn đã được đặt ra:
Tiêu chuẩn này đánh giá tính êm dịu chuyển động theo gia tốc thẳng đứng, đưa ra các giới hạn cho phép đối với các giá trị hiệu dụng của gia tốc thẳng đứng của thùng xe, trên thanh đo loga, người ta định nghĩa hiệu các mức cường độ hiệu dụng của gia tốc bởi biểu thức:
Hình 2.2 Các giới hạn của gia tốc thẳng đứng trong các khoảng thời gian tác dụng cho phép theo và hệ trục tọa độ quy định trong ISO 2631
Z hd : Giá trị hiệu dụng của gia tốc, [m/s 2 ], được xác định bằng công thức:
Z oc : 10 -6 , [m/s 2 ] là gia tốc chuẩn. Đơn vị tính của
Lz dùng để đánh giá cường độ của gia tốc hiệu dụng
Theo tiêu chuẩn này, các giới hạn của gia tốc thẳng đứng cho bởi hình dưới đây, trên đó các đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu các mức cường độ L
Z của gia tốc thùng xe với các tần số trung bình của giao động thùng xe, đo trên giải tần 1/3 octava (tức hệ trục tọa độ chia theo thang logarit thập phân)
1.2.2 Tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam
Tiêu chuẩn TCVN 6964: xác định các phương pháp đánh giá rung động toàn thân liên quan đến sức khỏe và độ tiện nghi của con người, khả năng cảm nhận rung động, gây chóng mặt buồn nôn Cách đánh giá rung động theo chuẩn này bao gồm phép đo giá trị gia tốc trung bình bình phương (r.m.s).
Trọng số gia tốc r.m.s tính bằng m/s 2 cho dao động tịnh tiến và bằng rad/ s 2 cho dao động quay Gia tốc r.m.s được tính theo công thức sau :
Trong đó: aw (t): gia tốc rung động của chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay, là hàm số theo thời gian, đơn vị là m/s2 hoặc rad/s2
T: khoảng thời gian đo tính bằng giây
Giả thiết các phản hồi liên quan với năng lượng, hai giá trị rung động tiếp xúc hàng ngày khác nhau được coi là tương đương khi:
Trong đó: aw1, aw2: các giá trị gia tốc r.m.s theo tần số đối với lần tiếp xúc thứ nhất và thứ hai T1, T2: khoảng thời gian cho lần tiếp xúc thứ nhất và thứ hai
Giá trị rung động dự đoán e (VDV) được sử dụng trong một vài nghiên cứu: e(VDV) = 1,4aw T ẳ Trong đó : aw: là gia tốc r.m.s theo tần số
T: là khoảng thời gian tiếp xúc tính bằng giây Đánh giá rung động dựa vào đồ thị sau: các đường gạch gạch chỉ các vùng cần chú ý với mục đích chỉ dẫn sức khỏe Đối với các tiếp xúc bên dưới vùng trên, ảnh hưởng đến sức khỏe không có minh chứng bằng tài liệu rõ ràng hoặc quan sát khách quan: trong vùng đó cần thận trọng với các tiềm ẩn về rủi ro sức khỏe và bên trên vùng đó, các rủi ro với sức khỏe có khả năng xảy ra Sự khuyến cáo này là cơ sở chính về sự tiếp xúc trong khoảng thời gian từ 4h đến 8h, được chỉ ra trong vùng gạch chéo ở hình dưới Với thời gian tiếp xúc ngắn hơn cần có những nghiên cứu thận trọng Các nghiên cứu khác nói lên sự độc lập của thời gian qua mối tương quan sau :
Chỉ dẫn đối với sức khỏe trong vùng này là các đường chấm chấm trên hình dưới:
Hình 3.3 Vùng chỉ dẫn sức khỏe của TCVN 6964
Bảng 1.1: Sự phản ứng của cơ thể đối với những mức rung động khác nhau (TCVN 6964)
Nhỏ hơn 0,315 m/s 2 Không có cảm giác, không thoải mái
Từ 0,315 đến 0,63 m/s 2 Có cảm giác chút ít về sự không thoải mái
Từ 0,5 đến 1 m/s 2 Có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái
Từ 0,8 đến 1,6 m/s 2 Không thoải mái
Từ 1,25 đến 2,5 m/s 2 Rất không thoải mái Lớn hơn 2 m/s 2 Cực kỳ không thoải mái
- Đối với con người: Người ta định nghĩa cường độ dao động KB là một hàm của gia tốc bình phương trung bình, tần số dao động và thời gian tác dụng được tính toán phụ thuộc vào phương tác dụng:
KB = f ( z, f , t) Theo tiêu chuẩn ISO 2631:
Cường độ dao động theo phương thẳng đứng Kz được xác định như sau:
Kz = 20az với 1 ≤ f ≤ 4 Hz với 4 ≤ f ≤ 8 H Tiêu chuẩn ISO- 2631 đưa ra các ngưỡng Kz như sau:
Kz < 0,2 Không cảm nhận được dao động
0,2 ≤ Kz ≤0,4Có thể cảm nhận được dao động
0,4 ≤ Kz ≤ 1,6 Cảm nhận tốt dao động
1,6 ≤ Kz ≤ 6,3 Giới hạn thoải mái với t < 24h
12,5 ≤ Kz ≤ 100 Cảm giác rất mạnh f
Kz = 112 Cảm giác như bị chấn động không chịu được nhiều hơn 1 phút, gây ảnh hưởng sức khỏe.
Tần số kích động (Hz)
Hình 4.4 Sự phụ thuộc của gia tốc bình phương trung bình theo tần số
Hình 5.5 Quan hệ cường độ êm dịu với thời gian
G ia tố c bì nh p hư ơn g tr un g bì nh th eo p hư ơn g z ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ t < 1phút
Cảm giác rất mạnh Cảm nhận mạnh
Giới hạn thoải mái, t < 1 phút
Có thể cảm nhận được Không cảm nhận được Đồ thị 1.6 biểu thị quan hệ giữa gia tốc bình phương trung bình với tần số và các ngưỡng độ êm dịu theo ISO-2631 Khi thời gian kéo dài giới hạn này sẽ giảm dần, xem hình 1.7.
- Đối với hàng hoá: Theo Hiệp hội đóng gói Đức BFSV, ngưỡng an toàn cho hàng hoá như sau: amax= 0,3g giới hạn cảnh báo amax= 0,5g giới hạn can thiệp (g – gia tốc trọng trường) Định nghĩa giới hạn cảnh báo và can thiệp:
+ Giới hạn cảnh báo: Hệ thống treo của ô tô hoặc đường xá đã hỏng đến mức cần có kế hoạch sửa chữa.
+ Giới hạn can thiệp: đường đã hỏng nặng, cần sửa chữa ngay.
Theo thống kê, hiện nay độ êm dịu được đưa ra trong (hình 1.6) cho từng loại xe.
Hình 6.6 Phân bố độ êm dịu các loại xe
CỞ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TREO
Công dụng, yêu cầu, phân loại
Hệ thống treo là tập hợp tất cả các cơ cấu để nối đàn hồi khung hoặc vỏ ô tô với các cầu hay hệ thống chuyển động.
Hệ thống treo nói chung bao gồm ba bộ phận chính: bộ phận đàn hồi, bộ phận dẫn hướng, bộ phận giảm chấn Mỗi bộ phận đảm nhận nhiệm vụ và chức năng riêng biệt.
Bộ phận đàn hồi: Dùng để tiếp nhận và truyền các tải trọng thẳng đứng giảm va đập và tải trọng tác động lên khung vỏ và hệ thống chuyển động, đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho ô tô khi chuyển động.
Bộ phận dẫn hướng: Dùng để tiếp nhận và truyền lên khung các lực dọc, lực ngang cũng như các momen phản lực, momen phanh tác dụng lên xe Động học của bộ phận dẫn hướng xác định đặc tính dịch chuyển tương đối của bánh xe đối với khung và vỏ.
Bộ phận giảm chấn: Cùng với ma sát trong hệ thống treo, có nhiệm vụ tạo lực cản, dập tắt dao động của phần được treo và không được treo, biến cơ năng thành nhiệt năng tiêu tán ra môi trường xung quanh.
Ngoài ba bộ phận chính trên trong hệ thống treo của các ô tô du lịch còn có thêm bộ phận phụ nữa là bộ phận ổn định ngang Bộ phận này có tác dụng làm giảm độ nghiêng và các dao động góc ngang của thùng xe.
Hệ thống treo phải đảm bảo được các yêu cầu cơ bản sau: Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo (đặc trưng bởi độ võng tĩnh ft và hành trình động fđ) phải đảm bảo cho xe có độ êm dịu cần thiết khi chạy trên đường tốt và không bị va đập liên tục lên các ụ hạn chế khi chạy trên đường xấu không bằng phẳng với tốc độ cho phép, khi xe quay vòng tăng tốc hoặc phanh thì vỏ xe không bị nghiêng, ngửa hay chúc đầu. Đặc tính động học, quyết định bởi bộ phận dẫn hướng phải đảm bảo cho xe chuyển động ổn định và có tính điều kiện cao cụ thể là: Đảm bảo cho chiều rộng cơ sở và góc đặt các trục quay đứng của bánh xe dẫn hướng không đổi hoặc thay đổi không đáng kể. Đảm bảo sự tương ứng động học giữa các bánh xe và truyền động lái, để tránh gây ra hiện tượng tự quay vòng hoặc dao động của các bánh xe dẫn hướng xung quanh trụ quay của nó.
Giảm chấn phải có hệ số dập tắt dao động thích hợp để dập tắt dao động hiệu quả và êm dịu.
Có khối lượng nhỏ, đặc biệt là phần không được treo.
Kết cấu đơn giản để bố trí, làm việc bền vững tin cậy.
Hiện nay có nhiều loại hệ thống treo khác nhau Nếu phân loại theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng thì hệ thống treo được chia ra làm hai loại: hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc.
Hệ thống treo độc lập
Hệ thống treo độc lập là hệ thống treo được đặc trưng cho dầm cầu cắt (không liền) cho phép các bánh xe dịch chuyển độc lập. Ưu điểm:
Nó cho phép tăng độ võng tĩnh, độ võng động, do đó tăng độ êm dịu chuyển động của xe.
Nó cho phép giảm dao động các bánh xe dẫn hướng do hiệu ứng moment con quay.
Tăng khả năng bám đường, cho nên tăng được tính ổn định ngang và điều khiển.
Nhược điểm: Có kết cấu phức tạp, đắt tiền đặc biệt với cầu chủ động.
Hình 7.1 Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang
Hệ thống treo phụ thuộc
Là hệ thống đặc trưng dùng với dầm cầu liền Bởi vậy, dịch chuyển của các bánh xe trên một cầu phụ thuộc lẫn nhau Việc truyền lực và momen từ bánh xe lên khung có thể thực hiện trực tiếp qua các phần tử đàn hồi dạng nhíp hay nhờ các thanh đòn. Ưu điểm:
Cấu tạo đơn giản, giá thành hạ trong khi đảm bảo hầu hết các yêu cầu của hệ thống treo khi tốc độ không lớn.
Khi tốc độ lớn không đảm bảo tính ổn định và điều khiển so với hệ thống treo độc lập.
Hình 8.2: Hệ thống treo phụ thuộc lá nhíp.
Ngoài ra hệ thống treo còn phân loại theo phần tử đàn hồi và theo phương pháp dập tắt dao động.
Theo loại phần tử đàn hồi, chia ra:
Loại kim loại, gồm: nhíp lá, lò xo xoắn, thanh xoắn.
Loại cao su: chịu nén hoặc chịu xoắn.
Loại khí nén và thủy khí.
Theo phương pháp dập tắt dao động:
Loại giảm chấn thủy lực: Tác dụng một chiều và hai chiều.
Loại giảm chấn bằng ma sát cơ: Ma sát trong bộ phận đàn hồi và trong bộ phận dẫn hướng.
Hệ thống treo khí nén
Hệ thống treo khí nén, thủy lực-khí nén được sử dụng như một khả năng hoàn thiện kết cấu ô tô Tuy vậy với các loại ô tô khác nhau: ô tô con, ô tô tải, ô tô buýt cũng được ứng dụng với những mức độ khác nhau Phổ biến nhất trong các kết cấu là áp dụng cho ô tô buýt tiên tiến Với hệ thống treo này cho phép giữ chiều cao thân xe ổn định so với mặt đường với các chế độ tải trọng khác nhau.
Hệ thống treo khí nén dùng trên ô tô được hình thành trên cơ sở khả năng điều chỉnh độ cứng của buồng đàn hồi khí nén (ballon) theo chuyển dịch của thân xe Sơ đồ nguyên lý kết cấu của một hệ thống đơn giản được trình bày trên hình 1-3.
Sự hình thành bộ tự động điều chỉnh áp suất theo nguyên lý van trượt cơ khí. Các ballon khí nén được bố trí nằm giữa thân xe và bánh xe thông qua giá đỡ bánh xe Trên thân xe bố trí bộ van trượt cơ khí Van trượt gắn liền với bộ chia khí nén (block) Khí nén được cung cấp từ hệ thống cung cấp khí nén tới block và cấp khí nén vào các ballon.
Khi tải trọng tăng lên, các ballon khí nén bị ép lại, dẫn tới thay đổi khoảng cách giữa thân xe và bánh xe Van trượt cơ khí thông qua đòn nối dịch chuyển vị trí các con trượt chia khí trong block Khí nén từ hệ thống cung cấp đi tới các ballon và cấp thêm khí nén Hiện tượng cấp thêm khí nén kéo dài cho tới khi chiều cao thân xe với bánh xe trở về vị trí ban đầu.
Khi giảm tải trọng hiện tượng này xảy ra tương tự và quá trình van trượt tạo nên sự thoát bớt khí nén ra khỏi ballon Bộ tự động điều chỉnh áp suất nhờ hệ thống điện tử (hình 1-3b) bao gồm: cảm biến xác định vị trí thân xe và bánh xe 6, bộ vi xử lý 7, block khí nén 8 Nguyên lý hoạt động cũng gần giống với bộ điều chỉnh bằng van trượt cơ khí Cảm biến điện từ 6 đóng vai trò xác định vị trí của thân xe và bánh xe (hay giá đỡ bánh xe) bằng tín hiệu điện (thông số đầu vào) Tín hiệu được chuyển về bộ vi xử lý 7 Các chương trình trong bộ vi xử lý làm việc và thiết lập yêu cầu điều chỉnh bằng tín hiệu điện (thông số đầu ra).
Các tín hiệu đầu ra được chuyển tới các van điện từ trong block chia khí nén, tiến hành điều chỉnh lượng khí nén cho tới lúc hệ thống trở lại vị trí ban đầu.
Hình 9.3 Sơ đồ nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén.
Hệ thống treo tích cực
Các bộ phận đàn hồi truyền thống: nhíp lá, lò xo xoắn ốc, thanh xoắn, giảm chấn thủy lực có đặc tính và được coi là hệ thống đàn hồi “thụ động” Xuất phát từ các yêu cầu hoàn thiện hệ thống treo ngày nay đã và đang hình thành các loại hệ thống treo có chất lượng tốt hơn Hệ thống treo tích cực gồm hai loại: hệ thống treo bán tích cực, hệ thống treo tích cực.
Cấu tạo chung của hệ thống treo
Bộ phận đàn hồi nằm giữa thân xe và bánh xe (nằm giữa phần được treo và không được treo) Với phương pháp bố trí như vậy, khi bánh xe chuyển động trên đường mấp mô, hạn chế được các lực động lớn tác dụng lên thân xe và giảm được tải trọng động tác dụng từ thân xe xuống mặt đường.
Bộ phận đàn hồi có thể là loại nhíp lá, lò xo, thanh xoắn, buồng khí nén, buồng thủy lực Đặc trưng cho bộ phận đàn hồi là độ cứng, độ cứng liên quan chặt chẽ với tần số dao động riêng (một thông số có tính quyết định đến độ êm dịu). Muốn có tần số dao động riêng phù hợp với sức khỏe con người và an toàn của hàng hóa cần có độ cứng của hệ thống treo biến đổi theo tải trọng Khi xe chạy ít tải độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, còn khi tăng tải cần phải có độ cứng lớn Do vậy có thể có thêm các bộ phận đàn hồi phụ như: nhíp phụ, vấu tỳ bằng cao su biến dạng
Trên ô tô tải, ô tô buýt, rơ mooc và bán rơ mooc phần tử đàn hồi nhíp lá thường được sử dụng.
Nếu coi bộ nhíp như là một dầm đàn hồi chịu tải ở giữa và tự lên hai đầu, khi tác dụng tải trọng thẳng đứng lên bộ nhíp cả bộ nhíp sẽ biến dạng Một số các lá nhíp có xu hướng bị căng ra, một số lá nhíp khác có xu hướng bị ép lại Nhờ sự biến dạng của các lá nhíp cho phép các lá có thể trượt tương đối với nhau và toàn bộ nhíp biến dạng đàn hồi.
Tháo rời bộ nhíp lá này, nhận thấy bán kính cong của chúng có quy luật phổ biến: các lá dài có bán kính cong lớn hơn các lá ngắn Khi liên kết chúng lại với nhau bằng bulong xiết trung tâm, hay bó lại bằng quang nhíp một số lá nhíp bị ép lại còn một số lá khác bị căng ra để tạo thành một bộ nhíp có bán kính cong gần đồng nhất Điều này thực cháy là đã làm cho các lá nhíp chịu tải ban đầu (được gọi là tạo ứng suất dư ban đầu cho các lá nhíp), cho phép giảm được ứng suất lớn nhất tác dụng lên các lá nhíp riêng rẽ và thu nhỏ kích thước bộ nhíp trên ô tô Như vậy tính chất chịu tải và độ bền của lá nhíp được tối ưu theo xu hướng chịu tải của ô tô.
Hình 10.4 Kết cấu bộ nhíp.
(1 - Vòng kẹp; 2 - Bulong trung tâm; 3 - Lá nhíp; 4 - Tai nhíp)
Một số bộ nhíp trên ô tô tải nhỏ có một số lá phía dưới có bán kính cong lớn hơn các lá trên Kết cấu như vậy thực chất là tạo cho bộ nhíp hai phân khúc làm việc Khi chịu tải nhỏ chỉ có một số lá trên chịu tải (giống như bộ nhíp chính) Khi bộ nhíp chính có bán kính cong bằng với các lá nhíp dưới thì toàn thể hai phần cùng chịu tải và độ cứng tăng lên Như thế có thể coi các lá nhíp phía dưới có bán kính cong lớn hơn là bộ nhíp phụ cho các lá nhíp trên có bán kính cong nhỏ hơn.
Trên các xe có tải trọng tác dụng lên cầu thay đổi trong giới hạn lớn và đột ngột, thì để cho xe chạy êm dịu khi không hay non tải và nhíp đủ cứng khi đầy tải, người ra dùng nhíp kép gồm: một nhíp chính và một nhíp phụ Khi xe không và non tải chỉ có một mình nhíp chính làm việc Khi tải tăng đến một giá trị quy định thì nhíp phụ bắt đầu tham gia chịu tải cùng nhíp chính, làm tăng độ cứng của hệ thống treo cho phù hợp với tải.
Nhíp phụ có thể đặt trên hay dưới nhíp chính, tùy theo vị trí giữa cầu và khung cũng như kích thước và biến dạng yêu cầu của nhíp.
Khi nhíp phụ đặt dưới thì độ cứng của hệ thống treo thay đổi êm dịu hơn, vì nhíp phụ tham gia từ từ vào quá trình chịu tải, không đột ngột như khi đặt trên nhíp chính.
Hình 11.5 Các phương án bố trí nhíp phụ.
(a - Phía trên nhíp chính; b - Phía dưới nhíp chính;
1, 12 - Giá treo; 2 - Vòng kẹp; 3, 11 - Giá đỡ nhíp phụ; 4 - Quang nhíp; 5, 8 - Nhíp chính; 6, 9 - Nhíp phụ; 10 - Khung xe; 13 - Tai nhíp.)
Nhíp là loại phần tử đàn hồi được dùng phổ biến nhất, nó có các ưu-nhược điểm:
Kết cấu và chế tạo đơn giản.
Sửa chữa bảo dưỡng dễ dàng.
Có thể đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và một phần nhiệm vụ của bộ phận giảm chấn.
Trọng lượng lớn, tốn nhiều kim loại hơn tất cả các cơ cấu đàn hồi khác, do thế năng biến dạng đàn hồi riêng (của một đơn vị thể tích) nhỏ (nhỏ hơn của thanh xoắn 4 lần khi có cùng một giá trị ứng suất: σ=τ) Theo thống kê, trọng lượng của nhíp cộng giảm chấn thường chiếm từ (5,5 ÷ 8) % trọng lượng bản thân của ô tô.
Thời hạn phục vụ ngắn: do ma sát giữa các lá nhíp lớn và trạng thái ứng suất phức tạp (nhíp vừa chịu các tải trọng thẳng đứng vừa chịu moment cũng như các lực dọc và ngang khác) Khi chạy trên đường tốt tuổi thọ của nhíp đạt khoảng (10 ÷ 15) vạn Km Trên đường xấu nhiều ổ gà, tuổi thọ của nhíp giảm từ (10÷50) lần.
Lò xo trụ là loại được dùng nhiều ở ô tô du lịch với cả hệ thống treo độc lập và phụ thuộc So với nhíp lá, phần tử đàn hồi dạng lò xo trụ có những ưu-nhược điểm sau: Ưu điểm
Kết cấu và chế tạo đơn giản.
Kích thước gọn, nhất là khi bố trí giảm chấn và bộ phận hạn chế hành trình ngay bên trong lò xo.
Nhược điểm: phần tử đàn hồi loại lò xo là chỉ tiếp nhận được tải trọng thẳng đứng mà không truyền được các lực dọc ngang và dẫn hướng bánh xe nên phải đặt them bộ phận hướng riêng.
Phần tử đàn hồi lò xo chủ yếu là loại lò xo trụ làm việc chịu nén với đặc tính tuyến tính Có thể chế tạo lò xo với bước thay đổi, dạng côn hay parabol để nhận được đặc tính đàn hồi phi tuyến Tuy vậy, do công nghệ chế tạo phức tạp, giá thành cao nên ít dung.
Có ba phương án lắp đặt lò xo lên ô tô là:
+ Lắp bản lề một đầu.
+ Lắp bản lề hai đầu.
Hình 12.6 Các sơ đồ lắp đặt lò xo trong hệ thống treo.
Không có bản lề; b) Bản lề một đầu; c) Bản lề hai đầu.
(1 và 4 - Thanh đòn; 2 và 5 - Lò xo; 3 và 6 - Bản lề.)
Khi lắp không bản lề, lò xo sẽ bị cong khi biến dạng làm xuất hiện các lực bên và moment uốn tác dụng lên lò xo, khi lắp bản lề một đầu thì moment uốn sẽ triệt tiêu, khi lắp bản lề hai đầu thì cả moment uốn và lực bên đều bằng không.
Vì thế trong hai trường hợp đầu, lò xo phải lắp đặt thế nào để ở trạng thái cân bằng tĩnh momen uốn và lực bên đều bằng không Khi lò xo bị biến dạng cực đại, lực bên và moment uốn sẽ làm tăng ứng suất lên khoảng 20% so với khi lò xo chỉ chịu lực nén cực đại.
Lò xo được định tâm trong các gối đỡ bằng bề mặt trong Giữa lò xo và bộ phận định tâm cần có khe hở khoảng (0,02÷0,025) đường kính định tâm để bù cho sai số do chế tạo không chính xác. Để tránh tăng ma sát giữa các vòng lò xo và vành định tâm, chiều cao của nó cần phải lấy bằng 1 ÷ 1,5 đường kính sợ dây lò xo và các vòng lò xo không được chạm nhau ở tải trọng bất kỳ.
Phần tử đàn hồi loại khí nén Được dung trên một số xe du lịch cao cấp hoặc trên ô tô khách, tải cỡ lớn. Ưu điểm:
+ Có thể tự động điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất khí.
+ Cho phép điều chỉnh vị trí của thùng xe đối với mặt đường.
+ Khối lượng nhỏ, làm việc êm dịu.
+ Không có ma sát trong phần tử đàn hồi.
+ Kết cấu phức tạp, đắt tiền.
+ Phải dùng bộ phận dẫn hướng và giảm chấn độc lập.
KHẢO SÁT HỆ THỐNG TREO XE KIA MORNING 2013
Đặc điểm cấu trúc các trường hợp khảo sát đánh giá
3.1.1 Đặc điểm cấu trúc xe KIA MORNING 2013 sản xuất tại Việt Nam
Do xe KIA MORNING là một hệ kết cấu phức tạp, gồm nhiều khối lương không đồng nhất liên kết với nhau Dao động ô tô là dao động biên độ lớn (0…0,5 m) và tần số thấp (f=1…50 Hz) Khi lập mô hình chúng ta cần căn cứ vào mục tiêu và khả năng tính toán.
Về cấu trúc khung vỏ.
+ Vỏ chịu lực: khối lượng được treo được coi là một vật cứng không biến dạng; đầu trên hệ thống treo tác động trực tiếp vào vỏ Các bánh xe liên kết với đầu dưới của hệ thống treo Hai dầm dọc có độ cứng góc đặc trưng, còn khối lượng tính vào khối lượng được treo Hệ thống treo xe KIA MORNING là hệ thống treo độc lập kiểu MacPherson
Về phương thức liên kết:
Liên kết khối lượng không được treo bánh xe ,cầu xe với khối lượng được treo thông qua hệ thống treo, do hệ thống treo của xe con KIA Morning là độc lập nên có dạng liên kết động học, chuyển động tương quan giữa khối lượng được treo và không được treo là xác định thông qua hệ đòn và các góc hình học.
Các yếu tố phi tuyến: Dao động ô tô là chuyển động tương đối giữa các khối lượng với nhau Tại các điểm liên kết là các lực liên kết Các lực này phần lớn là phi tuyến Có hai dạng phi tuyến là phi tuyến hình học do các yếu tố lượng giác gây ra và phi tuyết vật lý do kết cấu hệ thống và thuộc tính vật lý gây ra ví dụ đặc tính đàn hồi khí nén, lực cản giảm chấn.
Mô hình hóa là lý tưởng hóa và khái quát hóa một hay nhiều đối tượng Với ô tô con Kia Morning ta chuyển đối tượng ôtô thành các sơ đồ gồm các vật liên kết bởi các phần tử đàn hồi, cản với nhau, và mô tả dưới dạng hệ phương trình vi phân dao động
Sử dụng phần mềm máy tính để giải hệ phương trình vi phân trên và đánh giá các chỉ tiêu làm việc cơ bản của hệ dao động với các thông số của xe Kia Morning
2013 lắp ráp tại Việt Nam như sau:
Bảng 3.2: Bảng thông số kĩ thuật của xe Kia Morning
TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Khối lượng toàn bộ M kg 1340
2 Khối lượng được treo m kg 911
3 Khối lượng không được treo bánh xe trước m A1,2 kg 69
4 Khối lượng không được treo bánh xe sau m A3,4 kg 96
5 Độ cứng của hệ thống treo trước C 1 ,C 2 N/m 27160
6 Độ cứng của hệ thống treo trước C 3 ,C 4 N/m 29420
7 Hệ số cản của giảm chấn trước K 1 ,K 2 Ns/m 4000
8 Hệ số cản của giảm chấn sau K 3 ,K 4 Ns/m 2500
9 Bán kính tự do của lốp r m 0,3
10 Độ cứng hướng kính lốp C L N/m 229000
3.1.2 Các trường hợp khảo sát và đánh giá
Nhằm đánh giá quá trình làm việc của hệ thống treo trên xe KIA MORNING
2013, tác giả lựa chọn một số trường hợp khảo sát cơ bản như sau:
- Trường hợp đi thẳng với các mấp mô có chiều cao khác nhau;
- Trường hợp đi thẳng với mấp mô một bên;
- Trường hợp mặt đường có kích động tuần hoàn.
Trong các trường hợp phanh và quay vòng đã xét đến tính chất mặt đường dao động hình SIN. Đối với hệ thống treo thì có nhiều chỉ tiêu để đánh giá Trong nghiên cứu này tác giả đánh giá qua một số chỉ tiêu, tiêu chuẩn về dao động Và một số thông số làm việc của hệ thống treo như lực đàn hồi và giảm chấn của hệ thống treo.
Kết quả khảo sát và đánh giá
3.2.1 Trường hợp đi thẳng với các biên dạng đường khác nhau
Hình 1.1 Biên dạng mặt đường theo thời gian
Hình 2.2 Đồ thị dao động bánh xe
Hình 3.3 Đồ thị dao động phần thân xe
Với điều kiện khảo sát là vận tốc không đổi v` (km/h) và dạng đường mấp mô như hình 3.1 ở các chiều cao khác nhau ta nhận thấy:
- Khi bánh xe cầu trước bắt đầu tiếp xúc với mấp mô thì bánh xe dịch chuyển theo mấp mô đến mức 0,0125 và 0,03 (m) sau đó thì giảm và dao động quanh giá trị 0 khi hết kích động mặt đường (Hình 3.2).
- Đối với bánh xe cầu sau thì trước khi tăng lên theo kích động mặt đường thì có giảm một chút nhỏ, điều này là do tại thời điểm bánh xe cầu trước tiếp xúc với mấp mô sẽ truyền lực liên kết hệ thống treo làm thân xe lắc dọc và truyền xuống bánh xe sau Sau đó cùng với kích động mặt đường làm cho bánh xe cầu sau dao động theo mấp mô và dao động quanh giá trị 0 khi hết kích động.
- Khi giá trị kích động càng lớn thì độ dịch chuyển càng tăng và thời gian để ổn định khi hết kích động lâu hơn so với giá trị kích động nhỏ. Đối với dịch chuyển của phần được treo tường ứng với các bánh xe cũng có quy luật tương tự với các bánh xe là do tính chất truyền lực liên kết qua hệ thống treo Tuy nhiên do có thành phần đàn hồi và giảm chấn nên giá trị lớn nhất của hai dao động này nhỏ hơn so với dao động bánh xe (Hình 3.3)
Hình 4.4 Đồ thị lực cản giảm chấn Đối với lực cản giảm chấn của hệ thống treo, ta nhận thấy:
- Khi bắt đầu chịu kích động thì bánh xe trước có vận tốc dao động tăng nên khi đó xuất hiện lực cản giảm chấn, cùng với lực đàn hồi tăng, sau đó thì có giảm về âm vì khi đó phần được treo cũng đã dao động với vận tốc lớn hơn (Hình 3.4) Còn đối với lực đàn hồi thì tăng lên theo kích động mặt đường, sau đó có giảm về âm do khi đó đã hết kích động mặt đường làm cho dịch chuyển bánh xe trở về 0 (Hình 3.5)
- Đối với các lực liên kết phía sau thì có quy luật tương tự nhưng ở thời điểm chậm hơn Khi hết kích động thì cả lực đàn hồi và cản giảm chấn đều có một khoảng thời gian dao động quanh một giá trị ổn định sau đó mới trở lại trạng thái như ban đầu.
- Các lực liên kết vẫn nằm trong vùng tuyến tính khi hiệu độ dịch chuyển giữa phần được treo và bánh xe vẫn nằm trong vùng hạn chế hành trình nén trả.
Hình 5.5 Đồ thị lực đàn hồi hệ thống treo
Hình 6.6 Đồ thị gia tốc dao động thân xe
Hình 7.7 Đồ thị dao động thân xe Đối với chuyển động của thân xe ta có nhận xét như sau:
- Tác động của mặt đường càng lớn thì thân xe càng dao động nhiều;
- Gia tốc dao dộng thân xe có thể đạt đến mức 2,5 (m/s 2 ) ứng với giá trị kích động 0.025 m và 1,1 (m/s 2 ) ứng với kích động 0.01 m. Đối với các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô ta có một số nhận xét như sau: Khi xe chuyển động trên đường, dao động ô tô tạo nên tải trọng động tác động lên đường và phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe Tải trọng động là một nguyên nhân làm hỏng đường và giảm tuổi thọ các chi tiết và ảnh hưởng đến an toàn động học của xe. Các kết quả nhận được cho thấy hệ số tải trọng động ở cầu trước kdyn,max1 = 2,38