Hệ thống treo tích cực, với khả năng tự điều chỉnh và tối ưu hóa sự êm dịu và ổn định của xe trong các điều kiện đường xá khác nhau, đang trở thành một tiêu chuẩn mới cho các dòng xe hiệ
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây, nền kinh tế thế giới và Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc, đời sống người dân được nâng cao đáng kể Chính phủ Việt Nam cũng đang đầu tư mạnh mẽ vào quy hoạch và xây dựng hệ thống giao thông vận tải, khiến ô tô trở thành phương tiện đi lại phổ biến và được nhiều người quan tâm Không giống như các nước phát triển, ô tô tại Việt Nam vẫn là một chủ đề tương đối mới mẻ, đặc biệt là các ứng dụng công nghệ tiên tiến trên xe.Với yêu cầu ngày càng cao của công nghệ vận tải về kỹ thuật và tính thẩm mỹ, các nhà sản xuất xe hơi đang không ngừng hoàn thiện tính an toàn và tiện nghi của ô tô Đặc biệt, việc cải thiện độ êm dịu trong chuyển động của xe nhằm mang lại cảm giác thoải mái cho hành khách trở thành một ưu tiên hàng đầu.Các nhà sản xuất ô tô hàng đầu thế giới đang liên tục nâng cao chất lượng sản phẩm của mình, không chỉ về kiểu dáng và độ bền mà còn về tiện nghi và an toàn cho người sử dụng Điều này phản ánh một xu hướng phát triển không ngừng trong ngành công nghiệp ô tô, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng về một phương tiện vừa hiện đại, tiện nghi, vừa đảm bảo an toàn Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng và cạnh tranh với các đối thủ trong cùng lĩnh vực, các nhà sản xuất xe hàng đầu thế giới không ngừng nghiên cứu và cải tiến các hệ thống trên xe, đồng thời trang bị thêm những công nghệ hiện đại mới nhằm tối ưu hóa vận hành Một trong những hệ thống có tác động trực tiếp đến trải nghiệm của người lái và hành khách là hệ thống treo Hệ thống treo có hai nhiệm vụ chính là tăng độ ổn định và độ êm dịu Tuy nhiên, các hệ thống treo truyền thống như cơ khí, thủy lực và khí nén chỉ đáp ứng được yêu cầu này trong một phạm vi hẹp, mỗi loại có thế mạnh riêng Để mở rộng phạm vi đáp ứng và đạt được hiệu quả tối ưu trong các điều kiện không thuận lợi, các nhà sản xuất đã can thiệp vào hoạt động của hệ thống treo trong suốt quá trình vận hành xe, điều chỉnh theo tình trạng mặt đường khác nhau Việc này giúp tối ưu hóa độ êm dịu và sự ổn định chuyển động của xe, nâng cao trải nghiệm lái xe và đảm bảo an toàn hơn cho người sử dụng
Lý do chúng em chọn đề tài “Nghiên cứu hệ thống treo tích cực trên ô tô ” xuất phát từ nhu cầu ngày càng cao của thị trường và xu hướng phát triển của ngành công nghiệp ô tô
Hệ thống treo tích cực, với khả năng tự điều chỉnh và tối ưu hóa sự êm dịu và ổn định của xe trong các điều kiện đường xá khác nhau, đang trở thành một tiêu chuẩn mới cho các dòng xe hiện đại, đặc biệt là các dòng xe hạng sang Việc nghiên cứu và hiểu rõ về hệ thống này không chỉ giúp chúng em nâng cao kiến thức chuyên môn mà còn đáp ứng được nhu cầu thực tiễn trong việc cải thiện chất lượng và tính năng của ô tô.
Mục đích và mục tiêu nghiên cứu
1.2.1 Mục đích của đề tài
Nhằm cung cấp cho sinh viên và những người quan tâm đến kỹ thuật ô tô một kiến thức sâu rộng về hệ thống treo tích cực, từ nguyên lý hoạt động đến các công nghệ tiên tiến được áp dụng trong hệ thống này Đề tài hướng tới việc cải thiện trải nghiệm lái xe bằng cách nghiên cứu các cơ chế và công nghệ giúp tối ưu hóa sự êm dịu và độ ổn định của xe, nâng cao sự thoải mái cho hành khách trong các điều kiện đường xá khác nhau Ngoài ra, đề tài còn khám phá và đánh giá các công nghệ mới nhất tích hợp trong hệ thống treo tích cực, từ đó đề xuất các giải pháp cải tiến và ứng dụng thực tiễn cho ngành công nghiệp ô tô Mục đích khác là tạo ra một nguồn tài liệu chất lượng cao, có giá trị tham khảo cho sinh viên, kỹ sư và những người làm việc trong lĩnh vực ô tô, giúp họ nắm bắt các xu hướng công nghệ mới và áp dụng vào công việc
1.2.2 Mục tiêu thực hiện đề tài
• Hiểu rõ nguyên lý hoạt động nắm bắt và giải thích chi tiết về nguyên lý hoạt động của hệ thống treo tích cực, bao gồm các thành phần cấu thành và cách chúng tương tác để tối ưu hóa hiệu suất của xe
• Phân tích ưu và nhược điểm đánh giá các ưu và nhược điểm của hệ thống treo tích cực so với các loại hệ thống treo truyền thống, từ đó xác định các lợi ích và hạn chế khi áp dụng vào thực tế
• Khám phá công nghệ tiên tiến tìm hiểu và cập nhật các công nghệ mới nhất đang được sử dụng trong hệ thống treo tích cực, bao gồm các cảm biến, bộ điều khiển điện tử và các vật liệu tiên tiến
• Phát triển kỹ năng nghiên cứu tăng cường kỹ năng nghiên cứu khoa học, phân tích và giải quyết vấn đề cho sinh viên, thông qua quá trình thực hiện đề tài.
Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu về hệ thống treo bán tích cực và tích cực sử dụng trên ô tô du lịch, những công nghệ giảm chấn sử dụng trong hệ thống treo bán tích cực, nghiên cứu hai hệ thống treo tích cực điều khiển điển tử trên các dòng xe toyota.
Nội dung nghiên cứu
• Tìm hiểu về hệ thống treo bán tích cực, một số loại giảm được sử dụng hiện nay
• Tìm hiểu về hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử và hệ thống treo thủy lực điều khiển điện tử.
Phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết
• Nghiên cứu sơ bộ tài liệu và đề tài, viết đề cương sơ bộ thông qua sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn
• Tìm kiếm và đọc hiểu các tài liệu tham khảo, video tiếng Anh về cấu tạo và hoạt động của hệ thống treo điều khiển điện tử
CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC
Tổng quan về hệ thống treo
2.1.1 Đặc điểm hệ thống treo
Khi một chiếc xe di chuyển trên các bề mặt đường không đều, các lực va chạm được truyền đến bánh xe Những lực này đi qua hệ thống treo để đến thân xe Mục đích của hệ thống treo xe là để hấp thụ và giảm các lực này
Khi lái xe, việc duy trì tiếp xúc của bánh xe với bề mặt đường là điều cần thiết để phanh và lái xe an toàn Hệ thống treo giảm thiểu cảm giác căng thẳng không thoải mái cho hành khách và nguy cơ hư hỏng đối với các tải trọng dễ vỡ, đồng thời bảo vệ các thành phần của xe khỏi tác động quá mức, tăng cường an toàn vận hành
Trong quá trình vận hành, thân xe không chỉ chịu các lực gây ra sự chuyển động lên và xuống của xe, mà còn các chuyển động và rung động theo hướng của ba trục không gian Bên cạnh động học trục, hệ thống treo của xe cũng có ảnh hưởng đáng kể đối với những chuyển động và rung động này Việc kết hợp đúng đắn giữa các lò xo và hệ thống giảm chấn rung động là vô cùng quan trọng
Hình 2.1 Đặc điểm của hệ thống treo
Hình 2.2 Mô hình không gian xe
Hệ thống treo là bộ phận liên kết đàn hồi, bao gồm lò xo và giảm chấn Thân xe được nâng đỡ bởi các lò xo, và các chi tiết cũng như cụm chi tiết nằm trên các lò xo được gọi là khối lượng được treo (KLĐT) Ngược lại, bánh xe, cầu xe và những chi tiết khác không được nâng đỡ bởi lò xo được gọi là khối lượng không được treo (KLKĐT)
Hình 2.3 Vị trí hệ thống treo trên xe ô tô
❖ Hệ thống treo ô tô gồm ba bộ phận chính:
Cơ cấu hướng: Là một liên kết động học giữa thùng xe và bánh xe, với nhiệm vụ chính là xác định quỹ đạo di chuyển của tâm bánh xe so với thùng xe Quỹ đạo này ảnh hưởng đến dao động và động học chuyển động của ô tô, đặc biệt là khi quay vòng Hệ thống treo được phân loại là độc lập hoặc phụ thuộc dựa trên cấu trúc của liên kết này
Phần tử đàn hồi: Là một liên kết đàn hồi giữa thùng xe và bánh xe, thường được mô tả như một lò xo có độ cứng C Nó tạo ra các chuyển động nén và giãn, và sau một số chu kỳ nhất định, đủ để tiêu hao năng lượng dao động do tác động kích thích từ mặt đường Đặc tính đàn hồi của bộ phận này có ảnh hưởng quan trọng đến dao động của ô tô
Phần tử giảm chấn là bộ phận tiêu hao năng lượng dao động, giúp nhanh chóng làm tắt dao động Đặc tính hoạt động của bộ phận này ảnh hưởng lớn đến dao động của ô tô, bao gồm độ êm ái và lực động giữa bánh xe và mặt đường
2.1.2 Tần số dao động của hệ thống treo
Trong hệ thống treo, khi một khối lượng trên lò xo bị lệch khỏi vị trí nghỉ của nó bởi một lực, một lực phục hồi sẽ phát triển trong lò xo, cho phép khối lượng bật trở lại Khối lượng sẽ dao động vượt quá vị trí nghỉ ban đầu của nó, dẫn đến một lực phục hồi khác được tạo ra Quá trình này lặp đi lặp lại cho đến khi sức cản của không khí và ma sát bên trong của lò xo làm cho dao động dừng lại hoàn toàn Đây là cơ chế cơ bản của sự dao động tự nhiên trong hệ thống treo, và nó quan trọng để hiểu cách các yếu tố như tần số tự nhiên và độ giảm chấn ảnh hưởng đến hiệu suất và sự thoải mái khi lái xe
Tần số tự nhiên của thân xe là một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong quá trình điều chỉnh hệ thống treo Các rung động của xe được xác định bởi biên độ và tần số của chúng Đối với các bộ phận không có lò xo của một chiếc xe có kích thước trung bình, tần số tự nhiên thường dao động từ 10 Hz đến 16 Hz
Hình 2.4 Sự dao động của lò xo
Tuy nhiên, để đảm bảo sự thoải mái và an toàn khi lái xe, hệ thống treo cần được điều chỉnh sao cho tần số tự nhiên của thân xe, hay còn gọi là khối lượng có lò xo, giảm xuống trong khoảng từ 1 Hz đến 1,5 Hz Điều này giúp giảm thiểu các rung động không mong muốn, mang lại sự ổn định và êm ái hơn cho người lái và hành khách
Tần số tự nhiên của thân xe chủ yếu được xác định bởi đặc tính của lò xo (hệ số lò xo) và khối lượng có lò xo Khối lượng lớn hơn hoặc lò xo mềm hơn sẽ tạo ra tần số tự nhiên của thân xe thấp hơn và biên độ dao động lớn hơn Ngược lại, khối lượng nhỏ hơn hoặc lò xo cứng hơn sẽ tạo ra tần số tự nhiên của thân xe cao hơn và biên độ dao động nhỏ hơn Tùy thuộc vào độ nhạy cảm của mỗi người, tần số tự nhiên của thân xe dưới 1 Hz có thể gây buồn nôn Các tần số trên 1,5 Hz sẽ làm giảm sự thoải mái khi lái xe và được cảm nhận như sự rung lắc khi vượt quá khoảng 5 Hz Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc điều chỉnh đúng hệ thống treo để duy trì sự thoải mái và an toàn cho người lái xe và hành khách
2.1.3 Các giá trị đặc trưng của lò xo Để thu được đường cong đặc tính của một lò xo, chúng ta thường tạo ra một biểu đồ lực so với dịch chuyển của lò xo Hệ số lò xo là tỉ lệ giữa lực mà lò xo tạo ra và khoảng cách mà lò xo đã bị nén hoặc giãn Đơn vị đo cho hệ số lò xo thường là Newton trên mỗi milimét (N/mm) Hệ số lò xo cung cấp thông tin về độ cứng hoặc độ mềm của lò xo: một lò xo có hệ số lò xo cao hơn sẽ cung cấp nhiều lực hơn cho cùng một khoảng cách di chuyển so với một
8 lò xo có hệ số lò xo thấp hơn Nếu hệ số lò xo duy trì không đổi qua toàn bộ khoảng cách di chuyển của lò xo, thì lò xo có đường cong đặc tính tuyến tính, ngược lại, nếu hệ số lò xo thay đổi theo dạng cong, thì đường cong đặc tính của lò xo sẽ không tuyến tính
Một lò xo mềm có đường cong đặc tính phẳng trong khi một lò xo cứng có đường cong đặc tính dốc Điều này có nghĩa là lò xo mềm tạo ra một lực tương đối đồng đều dù có mức nén hay giãn lớn, trong khi lò xo cứng tạo ra một sức đề khá mạnh ngay từ khi bắt đầu biến dạng
Hình 2.5 Đường đặc tính của lò xo
Có nhiều lợi ích khi sử dụng đường cong đặc tính tiến bộ của lò xo:
• Phù hợp tốt hơn của hệ thống treo: Đường cong tiến bộ giúp hệ thống treo phù hợp tốt hơn từ tải trọng bình thường đến tải trọng đầy đủ Điều này đảm bảo rằng xe vận hành ổn định và thoải mái ở mọi tải trọng
Tổng quan về hệ thống treo tích cực
2.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống treo tích cực
Hệ thống treo tích cực, hay còn gọi là treo thích ứng, điều khiển chuyển động thẳng đứng của bánh xe thông qua hệ thống vi mạch, thay vì để chuyển động của bánh xe hoàn toàn phụ thuộc vào mặt đường Do đó, hệ thống này hầu như loại bỏ được hiện tượng nghiêng ngang, sự chúi đầu hoặc đuôi xe trong các trường hợp vào cua, phanh hoặc tăng tốc
Hệ thống treo tích cực trên ô tô có khả năng tự động điều chỉnh độ cứng và hoạt động linh hoạt để đáp ứng với độ nghiêng của khung xe và tốc độ khi vào cua, cũng như độ gồ ghề của mặt đường, giúp duy trì thăng bằng khi phanh, nhằm mục đích mang lại một hệ thống treo tối ưu và hiệu quả nhất cho xe
Công nghệ này giúp xe đạt được độ êm dịu và tính năng lái cao hơn bằng cách giữ cho bánh xe luôn vuông góc với mặt đường khi vào cua, nhờ đó tăng cường độ bám và khả năng điều khiển Hệ thống treo chủ động là một phần quan trọng của ô tô, giúp giảm rung lắc, cải thiện sự ổn định và tăng khả năng kiểm soát xe trên nhiều loại địa hình khác nhau
Vi mạch điều khiển sẽ phát hiện chuyển động của thân xe từ các cảm biến gắn trên xe và dùng các dữ liệu được tính toán bởi thuật toán điều khiển, từ đó sẽ điều khiển hoạt động của hệ thống treo Hệ thống treo tích cực có thể điều chỉnh được để phù hợp với điều kiện đường đi khác nhau hoặc để tối ưu hóa cảm giác lái Nhiều xe hơi hiện đại sử dụng các công nghệ tiên tiến như điều khiển điện tử để điều chỉnh tự động hệ thống treo dựa trên các
10 điều kiện lái xe và ứng dụng
Hệ thống treo tích cực có thể được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của từng loại xe và điều kiện đường đi Nó cũng có thể được điều chỉnh để cung cấp một trải nghiệm lái tốt nhất cho người lái, bao gồm cả khả năng kiểm soát và cảm giác lái chính xác
2.2.2 Ưu nhược điểm của hệ thống treo tích cực
Hệ thống treo tích cực đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất lái và sự thoải mái của xe ô tô Ưu Điểm:
Hình 2.6 Ưu điểm của hệ thống treo tích cực
Một trong những ưu điểm lớn nhất của hệ thống treo tích cực là khả năng cải thiện sự ổn định và cảm giác lái của xe, điều này thực sự rất quan trọng đối với mỗi chuyến đi Với việc sử dụng lò xo và giảm chấn hiệu quả, hệ thống này giúp giảm rung lắc và hấp thụ sốc từ các bề mặt đường không bằng phẳng, giúp thân xe luôn ổn định nhất có thể, cung cấp một trải nghiệm lái êm ái và thoải mái hơn cho người lái và hành khách Khi lái xe trên địa hình gồ ghề hoặc qua các vết gờ, các thành phần của hệ thống treo tích cực làm việc cùng nhau để giảm bớt rung động không mong muốn, giúp xe vận hành một cách mạnh mẽ và ổn định
11 hơn Điều này không chỉ làm tăng sự thoải mái cho hành khách mà còn giúp tăng cường sự an toàn trong mọi chuyến đi Hơn nữa, một điểm đáng chú ý là khả năng tự điều chỉnh của hệ thống treo tích cực Các cảm biến và hệ thống điều khiển tự động có thể phát hiện và phản ứng với các biến đổi trong điều kiện mặt đường, điều này giúp người lái có cảm giác lái êm ái và mượt mà ngay cả khi di chuyển qua các điều kiện đường xấu hoặc thay đổi nhanh chóng
Những công nghệ này cho phép các nhà sản xuất xe hơi cải thiện chất lượng và khả năng xử lý của xe bằng cách giữ cho lốp xe luôn vuông góc với mặt đường khi xe vào cua, giúp kiểm soát và bám đường tốt hơn Hệ thống treo tích cực sử dụng các cảm biến trên khắp xe để phát hiện chuyển động của thân xe và từ đó điều khiển hệ thống treo chủ động và bán chủ động Nhờ vậy, hệ thống này gần như loại bỏ sự thay đổi về độ nghiêng và độ cao của thân xe trong nhiều tình huống lái, bao gồm quay vòng, tăng tốc và phanh
Tuy nhiên, hệ thống treo tích cực cũng có một số nhược điểm Một trong những điểm đáng lưu ý nhất là độ phức tạp của hệ thống này Với nhiều thành phần và chi tiết phức tạp, việc bảo dưỡng và sửa chữa có thể trở nên khó khăn và đắt đỏ Điều này đặc biệt đúng khi cần thay thế các bộ phận cụ thể hoặc khi gặp phải sự cố kỹ thuật Chi phí cũng là một vấn đề đối với hệ thống treo tích cực So với các hệ thống treo cơ bản, hệ thống này thường có giá thành cao hơn do sử dụng công nghệ và vật liệu cao cấp Điều này có thể tạo ra một rào cản tài chính cho một số người tiêu dùng khi mua xe mới hoặc khi sửa chữa hệ thống treo Ngoài ra, khả năng hỏng hóc cũng là một nhược điểm tiềm ẩn của hệ thống treo tích cực Với số lượng lớn các bộ phận và chi tiết, việc duy trì và bảo dưỡng hệ thống này có thể đòi hỏi nhiều công sức và thời gian, đặc biệt khi hoạt động trong môi trường lái xe khắc nghiệt Thiết kế này có chi phí cao, làm tăng thêm sự phức tạp và khối lượng cho toàn hệ thống Hệ thống yêu cầu bảo dưỡng thường xuyên và sửa chữa khi cần thiết Việc bảo dưỡng cũng là một vấn đề, vì chỉ có các đại lý ủy quyền của hãng mới có đủ dụng cụ và kỹ thuật viên đủ khả năng để sửa chữa và chẩn đoán hư hỏng một cách chính xác
2.2.3 Phân loại hệ thống treo tích cực
Hình 2.7 Sự khác nhau giữ các hệ thống treo
Hệ thống treo thụ động:
Là loại hệ thống treo truyền thống và phổ biến nhất, được trang bị trên hầu hết các xe hơi đời cũ Trong hệ thống này, độ giảm chấn và tốc độ lò xo (spring rate) được thiết lập cố định và không thay đổi theo điều kiện lái xe hoặc mặt đường Các bộ phận chính của hệ thống treo thụ động bao gồm lò xo và giảm chấn (shock absorbers) Lò xo giúp hấp thụ các va chạm và giữ cho xe ổn định, trong khi giảm chấn làm nhiệm vụ kiểm soát độ dao động của lò xo, đảm bảo xe không dao động quá mức khi gặp các chướng ngại vật Tuy nhiên, do tính chất cố định, hệ thống treo thụ động không thể điều chỉnh theo thời gian thực để đáp ứng các điều kiện đường xá khác nhau, dẫn đến hiệu suất lái xe và sự thoải mái không tối ưu trong mọi tình huống
Hệ thống treo bán tích cực (Semi – active suspension):
Hệ thống treo bán tích cực là một bước tiến so với hệ thống thụ động, cho phép điều chỉnh một số yếu tố của hệ thống treo dựa trên điều kiện đường xá Một ví dụ điển hình là hệ thống sử dụng chất lỏng từ tính (MR - Magneto-Rheological fluid), trong đó các chất lỏng
13 này có thể thay đổi độ nhớt khi có từ trường tác động Hệ thống treo bán tích cực có khả năng thay đổi hệ số giảm chấn Các loại giảm chấn này, được gọi là giảm chấn tích cực, có lực cản thay đổi tùy theo điều kiện làm việc của xe Điều này cho phép hệ thống điều chỉnh độ giảm chấn trong thời gian thực, tùy thuộc vào điều kiện mặt đường và phong cách lái xe
Hệ thống treo tích cực (Active suspension):
Hệ thống treo tích cực đại diện cho công nghệ tiên tiến nhất trong các hệ thống treo hiện nay Hệ thống treo tích cực có thể phản ứng nhanh chóng với mọi thay đổi của điều kiện mặt đường, giúp xe luôn ở trạng thái ổn định nhất có thể, cải thiện an toàn và hiệu suất lái xe ở mức cao nhất
Hệ thống treo tích cực là một loại hệ thống treo mà các tham số của bộ phận đàn hồi và bộ phận giảm chấn có thể thay đổi tùy thuộc vào điều kiện bề mặt đường Hệ thống này sử dụng các bộ điều khiển độc lập để tạo ra các lực tác động riêng biệt đến mỗi bộ phận đàn hồi trên mỗi bánh xe, nhằm cải thiện hiệu suất vận hành Đây là một tiện ích tiên tiến mới được tích hợp vào các dòng xe cao cấp, giúp xe di chuyển mượt mà trên nhiều loại đường với các phạm vi tốc độ khác nhau Trong hệ thống treo bán tích cực, chỉ có hệ số giảm chấn được điều khiển trực tiếp để phản ứng với các điều kiện di chuyển của xe và các kích thích từ mặt đường, trong khi lực cản đối với hệ thống này được giới hạn ở mức thấp Trái lại, hệ thống treo tích cực điều khiển cả hệ số đàn hồi và hệ số giảm chấn Một trong những loại phổ biến nhất trong các dòng xe cao cấp hiện nay là hệ thống treo khí nén, có khả năng tự động điều chỉnh hệ số đàn hồi dựa trên áp suất của khí nén được cung cấp đến các bầu hơi
2.2.4 Nguyên lí hoạt động của hệ thống treo tích cực
Hình 2.8 Sơ đồ khối của hệ thống treo tích cực
Hệ thống treo bán tích cực (Semi – active suspension)
Hình 2.9 Sơ đồ bố trí chung của hệ thống treo bán tích cực
Hệ thống treo bán tích cực được trang bị một loạt cảm biến như cảm biến gia tốc, cảm biến áp suất, cảm biến đo khoảng cách và cảm biến góc lái Những cảm biến này liên tục theo dõi các yếu tố như tốc độ của xe, chuyển động của thân xe và điều kiện đường để thu thập thông tin chi tiết về hành vi lái của xe Cơ bản là nó dùng cái giảm chấn được điều khiển bởi một hộp điều khiển ECU
Cơ sở điều khiển lý thuyết của hệ thống treo tích cực
Cơ sở lý thuyết của hệ thống treo, sử dụng mụ hỡnh động lực học ẳ xe để hiểu cỏch hệ thống hoạt động Từ đó, chúng ta sẽ xây dựng các phương trình cho dao động chuyển vị,
17 vận tốc và gia tốc theo phương thẳng đứng Các phương trình này sẽ tạo nên cơ sở để phân tích, mô phỏng và thiết kế điều khiển cho hệ thống treo Các mô hình mà chúng ta sẽ sử dụng là những mô hình đơn giản, tập trung vào các lực tác động trực tiếp từ hệ thống treo lên tứ giác xe Trong phạm vi của đề tài này, chúng ta sẽ không xem xét các lực tác động dọc, ngang hoặc xoay quanh trục đứng của xe, bởi vì các hệ thống treo không ảnh hưởng đáng kể hoặc chỉ có ảnh hưởng phụ đối với chúng
2.3.1 Mụ hỡnh động lực học ẳ xe thụ động
Mụ hỡnh động lực học ẳ xe là mụ hỡnh thể hiện một hệ thống treo trờn một cầu Đõy là mô hình dùng để nghiên cứu hệ thống treo cổ điển, và sau đó phát triển nghiên cứu lên hệ thống treo điều khiển
Hình 2.11 Mô hình 1/4 xe bị động Trong đó:
M1: Khối lượng của bánh xe/khối lượng không được treo (kg)
M2: Khối lượng thân xe/khối lượng treo (kg) r : Trạng thái mặt đường
Ka: Độ cứng của lò xo thân xe (N/m)
Kt: Độ cứng của lốp (N/m)
Ca: Hệ số của giảm chấn (N/m)
Theo định luật II Newton ta có hệ phương trình vi phân chuyển động thẳng đứng của mụ hỡnh ẳ xe bị động:
Hệ phương trình (2.1) là mô hình tuyến tính đơn giản, mô tả động lực học của hệ thống treo Mô hình này cho phép chúng ta nghiên cứu các đặc tính chuyển động thẳng đứng của xe, làm cơ sở để thiết kế điều khiển cho hệ thống treo điều khiển, mô phỏng và phân tích hiệu suất của hệ thống treo Ta thấy các thông số chuyển động của xe chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi các thông số kỹ thuật của xe (KLĐT và KLKĐT, độ cứng của phần tử đàn hồi, hệ số cản giảm chấn, độ cứng đàn hồi của lốp xe và độ nhấp nhô của mặt đường) Trong các thông số trên một số không thay đổi giá trị do các ràn buộc kỹ thuật và được coi như hằng số thiết kế Trong đó có hai thông số thiết kế của hệ thống treo là độ cứng phần tử đàn hồi và hệ số cản giảm chấn Vậy đối với thiết kế hệ thống treo ta có thể chọn độ cứng phần tử đàn hồi và hệ số cản giảm chấn làm biến thiết kế, để đạt được khả năng đáp ứng tối ưu của hệ thống treo
2.3.2 Mụ hỡnh động lực học ẳ xe bỏn tớch cực
Mụ hỡnh ẳ xe bỏn tớch cực là mụ hỡnh động lực học mở rộng của mụ hỡnh hệ thống treo bị động (Hình 2.8)
Hình 2.12 Mô hình 1/4 xe bán tích cực Theo định luật II Newton ta có hệ phương trình vi phân chuyển động thẳng đứng của mụ hỡnh ẳ xe bỏn tớch cực:
Trong đó: C là hệ số giảm chấn thay đổi được trong suốt quá trình vận hành
2.3.3 Mụ hỡnh động lực học ẳ xe tớch cực
Hình 2.13 Mô hình 1/4 xe tích cực
Mụ hỡnh hệ thống treo tớch cực ẳ xe là mụ hỡnh phỏt từ hệ thống treo bỏn tớch cực với sự cải tiến có thêm cơ cấu tạo lực trong mô hình (Uₐ) giúp tác động lực phù hợp để điều chỉnh độ nâng của thân xe phù hợp với điều kiện đường đi
Theo định luật II Newton ta có hệ phương trình vi phân chuyển động thẳng đứng của mụ hỡnh ẳ xe tớch cực :
Trong đó: 𝑈 𝑎 là cơ cấu tạo lực (N)
HỆ THỐNG TREO BÁN TÍCH CỰC
Các bộ phận chính của hệ thống treo bán tích cực
Sơ đồ bố trí các thành phần chính, đơn giản của hệ thống treo bán tích cực trên xe được minh họa dưới Hình 3.1
Hình 3.1 Sơ đồ bố trí các thành phần chính của hệ thống treo bán tích cực
Hệ thống treo bán tích cực tiếp cận khả năng hoạt động của hệ thống treo tích cực, mặc dù nó đòi hỏi ít năng lượng hơn để hoạt động Một lò xo thông thường được sử dụng kết hợp với một bộ giảm chấn được điều khiển (có lực giảm chấn thay đổi được) thay cho bộ giảm chấn thường trong hệ thống treo thụ động Lực giảm chấn sẽ được điều chỉnh phù hợp với điều kiện vận hành hiện tại và được điều khiển theo một vòng lặp khép kín
Hệ thống treo bán tích cực bao gồm các thành phần quan trọng như bộ giảm chấn bán tích cực, cảm biến gia tốc, cảm biến chiều cao xe và bộ điều khiển Bộ giảm chấn bán chủ động chịu trách nhiệm hấp thụ sốc và điều chỉnh độ cứng mềm của hệ thống treo để cung cấp trải nghiệm lái tốt nhất Cảm biến gia tốc đo lường lượng gia tốc của xe, trong khi cảm biến chiều cao xe theo dõi và điều chỉnh chiều cao của xe để duy trì sự ổn định và thoải mái
Bộ điều khiển là bộ não của hệ thống, tiếp nhận thông tin từ các cảm biến và điều chỉnh hoạt động của hệ thống treo để tối ưu hóa hiệu suất và trải nghiệm lái của người lái
Cảm biến chiều cao xe là một phần không thể thiếu trong hệ thống treo của ô tô
21 Được gắn trên khung xe và liên kết với xương đòn hoặc cánh tay điều khiển, cảm biến này giúp theo dõi và điều chỉnh chiều cao của xe trong các tình huống khác nhau Khi xe di chuyển hoặc chở hàng nặng, hệ thống treo sẽ chuyển động và gây ra sự quay của thanh cảm biến Cảm biến chiều cao xe, còn được biết đến là cảm biến góc, tạo ra một tín hiệu điện tử tỷ lệ với góc quay của nó Tín hiệu này sau đó được chuyển đến ECU để xử lý tiếp và một trong những kết quả của việc này có thể là kích hoạt máy nén khí treo để bổ sung áp suất cho các lò xo không khí tương ứng thông qua khối van Hầu hết các cảm biến chiều cao xe đều được thiết kế không tiếp xúc, giảm thiểu ma sát và đảm bảo hoạt động mượt mà Tuy nhiên, do được gắn bên ngoài xe, chúng phải chịu ảnh hưởng của điều kiện khí hậu và thời tiết, nhưng vẫn đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống treo.
Nguyên lí điều khiển hệ thống treo bán tích cực
Hình 3.2 Sơ đồ khối tín hiệu đầu vào và ra của hệ thống treo bán tích cực
Hệ thống treo bán tích cực là một hệ thống nâng cao tính năng của hệ thống treo truyền thống bằng cách tích hợp công nghệ điện tử để điều chỉnh độ cứng của giảm xóc theo điều kiện đường và tình huống lái Nguyên lí điều khiển của hệ thống này có thể được mô tả qua ba khía cạnh chính: thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu, và phản ứng điều khiển
Các cảm biến: Được trang bị khắp xe, các cảm biến này thu thập thông tin liên tục về tình trạng của xe, bao gồm chuyển động của thân xe và bánh xe, áp suất, gia tốc, và địa hình đường xe đang di chuyển trên Đầu vào cảm biến: Thông tin này được gửi đến bộ điều khiển điện tử (ECU) để phân tích
Bộ điều khiển điện tử (ECU): Là trái tim của hệ thống, ECU phân tích dữ liệu từ các cảm biến và sử dụng các thuật toán tiên tiến để xác định mức độ cần thiết của phản ứng giảm xóc Tính toán và quyết định: ECU tính toán và xác định cách tốt nhất để điều chỉnh giảm xóc, dựa trên các yếu tố như tốc độ xe, điều kiện đường, và phong cách lái
Thực thi điều khiển: Sau khi ECU xác định phản ứng thích hợp, nó gửi tín hiệu đến giảm xóc để điều chỉnh độ cứng của chúng Điều này có thể bao gồm việc thay đổi độ nhớt của chất lỏng trong giảm xóc hoặc điều chỉnh van điều khiển để thay đổi lưu lượng dầu qua giảm xóc
• Các phương pháp điều chỉnh:
Ví dụ như giảm xóc Magneto-Rheological (MR): Sử dụng một trường từ để thay đổi độ nhớt của chất lỏng, điều chỉnh độ cứng của giảm xóc một cách nhanh chóng Van điều khiển: Điều chỉnh lượng dầu đi qua giảm xóc để thay đổi độ cứng Qua cấu trúc này, hệ thống treo bán tích cực đạt được sự cân bằng giữa sự thoải mái khi lái và khả năng xử lý xe, đồng thời nâng cao an toàn và hiệu quả khi lái xe trong mọi điều kiện đường xá.
Một số loại giảm chấn hiện nay
Trong thời gian gần đây, đã có sự phát triển đáng kể của các thiết bị giảm chấn bán tích cực Các loại giảm chấn này bao gồm giảm chấn có van tiết lưu được điều khiển, giảm chấn chất lỏng với độ nhớt có thể điều khiển, và nhiều loại khác Phần này sẽ tập trung vào cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những ưu điểm của một số loại giảm chấn mà hiện nay đã được sử dụng rộng rãi trên các phương tiện ô tô du lịch
Mục đích chung của các loại giảm chấn dưới đây đều có thể thay đổi được hệ số giảm chấn nó ảnh hưởng đến cách một hệ thống dao động phản ứng với các lực tác động bên ngoài:
• Khi hệ số giảm chấn tăng, hệ thống sẽ phản ứng theo cách khác nhau với các lực tác động bên ngoài Cụ thể, biên độ dao động sẽ giảm, tức là các dao động sẽ nhanh chóng bị tắt dần, giúp hệ thống dao động với biên độ nhỏ hơn Điều này làm tăng sự ổn định, khiến hệ thống ít bị dao động kéo dài Tuy nhiên, hệ thống có thể trở nên phản hồi chậm hơn với các thay đổi hoặc tác động, vì giảm chấn mạnh có thể làm giảm tốc độ dao động
• Ngược lại, khi hệ số giảm chấn giảm, hệ thống sẽ dao động với biên độ lớn hơn và có thể mất nhiều thời gian hơn để tắt dần, dẫn đến tăng biên độ dao động Điều này làm giảm sự ổn định, khiến hệ thống dễ bị dao động kéo dài Hệ thống có thể phản hồi nhanh hơn với các thay đổi hoặc tác động, nhưng điều này có thể dẫn đến sự dao động không kiểm soát
Một loạt các bộ giảm chấn dựa trên nhiều cơ chế tiêu tán năng lượng khác nhau (có thể là biến dạng của chất rắn dẻo, dạng tiết lưu chất lỏng, loại trượt ma sát, dòng chảy kim loại, v.v.) Sau đây là một vài loại giảm chấn phổ biến được sử dụng trong các ứng dụng kỹ thuật
Giảm chấn ER là giảm chấn mà bên trong buồng làm việc là một loại chất lỏng (chất lỏng điện hóa ERF) chứa các hạt phụ gia được giữ ở trạng thái lơ lửng trong chất lỏng điện môi không dẫn điện Chất lỏng điện môi, tức là chất lỏng mang có điện trở suất cao và có độ nhớt thấp như dầu silicon, dầu ô liu, hydrocarbon, Các hạt phụ gia được trộn trong chất lỏng mang chủ yếu là polyme, silicat alumina, oxit kim loại silica, Những hạt phụ gia này thường có kích thước hạt thấp cho phép chất lỏng mang duy trì độ nhớt thấp khi không có điện trường bên ngoài Trong chất lỏng ER, phạm vi kích thước hạt phụ gia duy trì ở mức 0,1–100 μm trong chất lỏng mang Khi không có bất kỳ điện trường bên ngoài nào, các chất lỏng này vẫn ở trạng thái lỏng ngay khi có điện trường ngoài tác dụng, chất lỏng ER chuyển từ dạng lỏng sang dạng rắn do sự thay đổi độ nhớt của chất lỏng Trong chất lỏng lưu biến điện (ER), huyền phù của các hạt có trong chất lỏng không dẫn điện Chất lỏng thường được sử dụng như dầu hydrocarbon hoặc dầu silicon để tạo huyền phù có độ nhớt thấp và có điện
24 trở suất cao Các hạt huyền phù chủ yếu là polyme, alumina, silicat, oxit kim loại, v.v Những hạt này hiện diện với nồng độ rất thấp nên độ nhớt của chất lỏng lơ lửng vẫn thấp mà không cần tác dụng của điện trường Các hạt huyền phù là chất điện môi có kích thước 0,1–
100 μm Khi không có điện trường, các hạt thể hiện tính chất giống như chất lỏng và khi có điện trường tác dụng, các hạt sẽ hành xử giống như chất rắn Những chất lỏng thay đổi tính chất vật lý như độ nhớt do ứng dụng của điện trường được gọi là chất lỏng điện điện hóa (ER) hoặc chất lỏng thông minh Một trong những chất lỏng ER dễ làm nhất là thêm bột ngô vào dầu silicon hoặc dầu thực vật Đối với đặc tính thú vị này, chất lỏng ER có nhiều nhu cầu hơn về các ứng dụng công nghệ quan trọng như cấu trúc thông minh, bộ giảm xóc, giá đỡ động cơ và giá đỡ máy Ứng suất chảy của chất lỏng ER cũng có thể thay đổi bằng cách đưa vào điện trường bên ngoài, đó là lý do tại sao nó còn được gọi là chất lỏng chức năng, hiệu ứng ER này được giới thiệu trong ô tô hiện đại
Trong chất lỏng điện hóa (ERF) có sự thay đổi lớn về tính chất lưu biến của huyền phù keo khi chịu tác dụng của điện trường bên ngoài Một đặc tính của chất lỏng ER là thời gian đáp ứng của chất lỏng ER rất nhanh đối với điện trường ứng dụng nên độ rộng dải dày Hình 1 thể hiện tác dụng của các hạt chất lỏng ER khi tác dụng của điện trường Kích thước hạt, tính chất chất lỏng mang, mật độ, nhiệt độ và chất phụ gia của chất lỏng ER đóng vai trò quan trọng đối với hầu hết các thay đổi về tính chất của chất lỏng ER
Có một giới hạn mà các hạt phân tán có thể được trộn với chất lỏng bởi vì bằng cách tăng nồng độ của phần thể tích các hạt phân tán, hiệu ứng điện lưu biến của dung dịch sẽ tăng lên, điều này cũng gây ra một số vấn đề Khi tăng nồng độ của hạt phân tán sau một giới hạn nồng độ nhất định, các hạt bắt đầu lắng xuống gây ra một vấn đề khác phát sinh là độ nhớt trường bằng 0 tăng lên Độ nhớt liên quan đến nhiệt độ, tức là độ nhớt giảm khi nhiệt độ tăng Nhiệt độ cũng làm giảm cường độ năng suất động Chủ yếu sự thay đổi cường độ chảy xảy ra do độ thấm tương đối và độ dẫn điện của hạt cũng như các thành phần hóa học của chất lỏng Lượng điện áp ít hơn khoảng Cần 1–4 KV/mm để tạo ra hiệu ứng ER trong dung dịch 10–6 đến 10–3 amp/cm2 là mật độ dòng điện cần thiết tối thiểu để tạo ra hiệu ứng ER Để tính toán mức tiêu thụ điện năng của chất lỏng ER phù hợp, cần phải đo
25 mật độ dòng điện Ứng suất năng suất động là một trong những đặc tính quan trọng của chất lỏng ER, ứng suất này là lượng ứng suất tối đa cần thiết để làm chất lỏng chảy khi có điện trường tác dụng 100 Pa đến 3 KPa là phạm vi ứng suất chảy động trong chất lỏng ER hiện tại
Hình 3.3 Ảnh hưởng của điền trường lên chất lỏng ER
Hệ thống giảm chấn ER sử dụng chất lỏng điện hóa (ERF) hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển dòng chảy của chất lỏng này trong một xi lanh qua một lỗ rất nhỏ Điện cực âm được nối ở xylanh ngoài và điện cực dương được nối ở xylanh trong, có chức năng phát sinh điện trường khi có dòng điện đi qua Khi chất lỏng ER chịu tác động của điện trường, các hạt điện môi sẽ phân cực và thẳng hàng, do đó tạo ra lực cản đối với dòng chảy chỉ trong một phần nghìn giây Điều này cho phép kiểm soát chính xác lực giảm chấn dựa trên cường độ của điện trường tạo ra bởi dòng
Hình 3.4 Cấu tạo của giảm chấn ER
Chất lỏng Magnetorheological (MR) đã nổi lên như một lựa chọn thay thế hấp dẫn cho chất lỏng Electrorheological (ER) trong các hệ thống giảm chấn So với chất lỏng ER, chất lỏng MR thể hiện sự mạnh mẽ hơn từ 20 đến 50 lần, nhờ vào cơ chế phân cực không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ Điều này khiến cho hiệu suất của các thiết bị sử dụng chất lỏng MR ít nhạy cảm hơn với biến động nhiệt độ, trong phạm vi từ -40 đến 150 độ C, với sự thay đổi ít về ứng suất chảy Cùng với đó, tính ít nhạy cảm với tạp chất và chất gây ô nhiễm giúp cho công nghệ MR trở thành một giải pháp ổn định và tin cậy trong quá trình sản xuất và sử dụng
Công nghệ MR cung cấp nhiều ưu điểm so với các giải pháp truyền thống khác Thời gian phản hồi nhanh, dưới 10 mili giây, cho phép điều chỉnh linh hoạt trong thời gian thực Kiểm soát giảm chấn liên tục và thiết kế đơn giản của thiết bị MR, ít hoặc không có bộ phận chuyển động, làm tăng tính bền bỉ của hệ thống Đặc biệt, công nghệ MR cho hiệu quả nhất quán trong mọi điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, đồng thời có khả năng tiêu tan lực cao và sử dụng điện năng tối thiểu
27 Ứng dụng của công nghệ MR đa dạng, từ ô tô đến công nghiệp xây dựng, hàng không và vũ trụ, cũng như trong lĩnh vực robot và tự động hóa Sự linh hoạt và hiệu suất cao của công nghệ này giúp nâng cao hiệu quả và độ an toàn trong các ứng dụng khác nhau
Bảng 3.1 Tính chất của MRF và ERF
Tính chất Chất lỏng MR Chất lỏng ER Ứng suất chảy cực đại 50 – 100kPa 2- 5 kPa
Cường độ điện trường tối đa ~250kA/m ~4kV/mm Độ nhớt dẻo 0.1 đến 1.0 Pa.s 0.1 đến 1.0 Pa.s
Phạm vi nhiệt độ hoạt động -40°C đến 150°C 10°C đến 90°C
Tính ổn định Không bị ảnh hướng bởi hầu hết tạp chất
Không thể chịu đựng được tạp chất
Thời gian phản hồi ms ms
Khối lượng riêng 3 - 4 g/cm3 1 - 2 g/cm3 Độ nhớt động/Ứng suất chảy 5e-11 s/Pa 5e-8 s/Pa
Mật độ năng lượng tối đa 0.1 J/cm3 0.001 J/cm3
Nguồn cấp điện (tiêu chuẩn) 2 to 25V & 1 to 2A 2000 to 5000V & 1 to 10A
HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC
Hệ thống treo thủy lực điều khiển điện tử
4.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống treo thủy lực điều khiển điện tử
Các loại phần tử đàn hồi như lò xo trụ, thanh xoắn, và nhíp lá đang được sử dụng rộng rãi trên các loại xe du lịch hiện nay Hệ thống treo thủy lực điều khiển bằng điện tử kết hợp những ưu điểm của thủy lực, có khả năng hấp thụ những rung động nhỏ hơn so với lò xo kim loại, mang lại tính êm dịu chuyển động tốt hơn Hệ thống này cũng cho phép điều chỉnh độ cao xe và độ cứng của phần tử đàn hồi Người lái có thể chọn giữa hai chế độ lực cản của giảm chấn - bình thường và thể thao - thông qua công tắc Hệ thống tự động điều chỉnh lực giảm chấn theo ba chế độ khác nhau (mềm, trung bình, cứng) tùy thuộc vào điều kiện lái xe, giúp tăng tính êm dịu và an toàn của chuyển động
Hình 4.1 Sơ đồ bố trí hệ thống treo thủy lực điều khiển điện tử
Tín hiệu đầu vào của hệ thống gồm: Cảm biến điều khiển độ cao bên phải và trái, cảm biến kiểm soát độ cao phía sau, cảm biến góc xoay vô lăng, cảm biến áp suất dầu, cảm biến nhiệt độ dầu, công tắc chọn độ cao, công tắc điều khiển độ cao và công tắc chọn chế độ giảm xóc
Tín hiệu đầu ra của hệ thống gồm có: Bơm và motor, bộ điều khiển lực giảm chấn phía trước, bộ điều khiển lực giảm chấn phía trước bên trái, bộ điều khiển lực giảm chấn phía sau,
40 bộ điều khiển lực giảm chấn phía sau bên trái, van điện từ điều khiển độ cao, van cân bằng phía trước, van xả phía trước, van cân bằng phía sau, van xả phía sau, đèn báo OFF điều khiển độ cao Trong đó bộ phận tiếp nhận tín hiệu đầu vào và điều khiển tín hiệu ra là bộ điều khiển trung tâm ECU
4.1.2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của một số cụm trên mô hình hệ thống
Hình 4.2 Mạch thủy lực hệ thống treo thủy lực điều khiển điện tử
❖ Đèn báo điều khiển độ cao
Các đèn này được sử dụng để thông báo cho người lái biết về mức độ giảm chấn hiện tại, và chúng được lắp đặt trên bảng điều khiển Bộ điều khiển điện tử (ECU) phát ra dòng điện tới các đèn từ các cực OFF, N, LO hoặc HI tùy thuộc vào mức độ giảm chấn để kích hoạt các đèn như hình 3.9 bên dưới Ngoài ra, chúng cũng được sử dụng như các đèn báo cho chức năng chẩn đoán và dự phòng
Hình 4.3 Đèn báo điều khiển tốc độ cao
❖ Công tắc điều khiển AHC
Hình 4.4 Công tắc điều khiển AHC Công tắc chọn độ cao, công tắc điều khiển độ cao và công tắc chọn chế độ giảm xóc được đặt ở phía trước cần số
Hình 4.5 Sơ đồ mạch của công tắc AHC
• Công tắc điều khiển độ cao
Khi công tắc bật đến vị trí OFF, cực NSW được nối mass, chấm dứt điều khiển độ cao gầm xe bằng ECU mục đích của điều này là để ngăn chặn việc điều khiển độ cao gầm xe khi xe đang được nâng, kéo rơmoóc hoặc đỗ trên địa hình gồ ghề Điều này được thực hiện bằng cách ngăn chặn thủy lực từ xi lanh thủy lực xả ra bên ngoài, từ đó giữ cho độ cao của xe không bị giảm
Hình 4.6 Công tắc điều khiển độ cao
• Công tắc chọn độ cao
Hình 4.7 Công tắc chọn độ cao Khi công tắc được đặt ở vị trí NORM, độ cao của xe duy trì ở mức bình thường Khi chuyển công tắc sang vị trí HIGH, điện áp của ECU tác dụng lên cực VPSW được nối đất và điện áp bằng 0V độ cao của xe tăng lên Và khi chuyển công tắc sang vị trí LOW, điện áp của ECU tác dụng lên cực VPSW được nối đất và điện áp bằng 0V độ cao của xe giảm xuống Chức năng điều khiển này sẽ không hoạt động nếu động cơ không hoạt động, trừ khi đang ở trạng thái khóa điện tắt
• Công tắc chọn chế độ giảm sốc
Hình 4.8 Công tắc chọn chế độ giảm sốc Công tắc điều khiển này cho phép người lái lựa chọn một cấp độ giảm xóc mong muốn từ 4 chế độ khác nhau Khi ở chế độ SPORT, điện áp 12V được áp dụng vào cực TSW1 và TSW2 của ECU, trong khi ở chế độ COMFORT điện áp được giảm xuống 0V
ECU sẽ dựa vào giá trị điện áp nhận được để xác định chế độ giảm chấn đã được chọn
❖ Cảm biến điều khiển độ cao
Hình 4.9 Cấu tạo của cảm biến điều khiển độ cao Cấu trúc của mỗi cảm biến bao gồm một đĩa có lỗ và bốn cặp công tắc quang học Đĩa này quay giữa đèn LED và transitor quang của mỗi cặp công tắc quang học theo chuyển động của thanh điều khiển
Hình 4.10 Sơ đồ mạch của cảm biến điều khiển độ cao Những cảm biến này liên tục theo dõi khoảng cách giữa thân xe và các đòn treo để phát hiện độ cao gầm xe do đó quyết định lượng khí trong mỗi xi lanh Các thay đổi về độ
45 cao của xe tác động lên cảm biến nâng hạ trong khoảng L Điều này khiến cho đĩa đục lỗ quay, mở hoặc che ánh sáng giữa 4 cặp đèn LED và transitor quang Từ đó, độ cao của xe được phân biệt thành 16 bước nhờ vào sự kết hợp của các tín hiệu ON và OFF từ 4 transitor quang
Hình 4.11 Hoạt động của cảm biến độ cao kiểu quang
❖ Cảm biến góc xoay vô lăng
Cảm biến này hoạt động bằng cách sử dụng sự chênh lệch điện áp để cung cấp thông tin về góc quay và hướng của nó, với điện áp tham chiếu là 5 V Khi vô lăng quay, cảm biến tạo ra tín hiệu trong khoảng từ 0 đến 5 V Khi xe di chuyển thẳng, tức là bánh xe hướng thẳng về phía trước, các cảm biến sẽ ghi nhận điện áp khoảng từ 2.8 V đến 4 V Tóm lại, điện áp sinh ra phụ thuộc vào hướng và góc quay của xe Ví dụ, hầu hết các loại xe sẽ tạo ra điện áp dương khi rẽ phải và điện áp âm khi rẽ trái
Cảm biến này truyền thông tin về góc và hướng quay của vô lăng đến TEMS ECU thông qua một loạt các tín hiệu Nó bao gồm một bộ cảm biến góc xoay vô lăng và một đĩa có rãnh Bộ cảm biến góc xoay vô lăng được gắn vào ống trục lái, với hai đèn LED và hai transistor quang tích hợp Đĩa có rãnh được gắn vào trục lái chính và quay đồng bộ với nó Đĩa này có 20 rãnh được cắt xung quanh chu vi của nó, và quay giữa hai đèn LED và hai transistor quang của bộ cảm biến góc xoay vô lăng
Hình 4.12 Cấu tạo cảm biến góc xoay vô lăng Góc và hướng quay của vô lăng được phát hiện bởi các tín hiệu bật - tắt gửi đến SS1, SS2 và SS3 của ECU, cảm biến có thể phát hiện sự thay đổi chiều quay ở một góc là 1,5 độ
❖ Hệ thống bơm và motor
Hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử
4.2.1 Giới thiệu chung về hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử
Hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử là một bước tiến vượt bậc trong ngành công nghiệp ô tô, mang lại trải nghiệm lái xe ổn định và thoải mái vượt trội Công nghệ này tích hợp cả hệ thống điều chỉnh chiều cao xe và kiểm soát lực giảm chấn, đáp ứng nhu cầu cao nhất của người dùng về tiện nghi và an toàn Hệ thống điều chỉnh chiều cao xe cho phép người lái nhanh chóng thay đổi độ cao của xe chỉ bằng một nút bấm, làm cho việc ra vào xe trở nên dễ dàng hơn và giảm thiểu sự cản trở khi di chuyển trên các bề mặt không bằng
68 phẳng Việc duy trì chiều cao xe không đổi dù trong bất kỳ điều kiện tải trọng nào cũng giúp hành trình của hệ thống treo được tối ưu hóa, qua đó duy trì sự ổn định của xe
Hình 4.36 Sơ đồ bố trí chung hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử
Về phần kiểm soát lực giảm chấn, hệ thống này sử dụng nhiều loại cảm biến để phát hiện điều kiện vận hành của xe và địa hình, từ đó điều chỉnh lực giảm chấn một cách linh hoạt Công nghệ khí nén cho phép giảm chấn hiệu quả, hấp thụ các rung động nhỏ và mang lại sự êm ái cho xe, nhờ đó người lái có thể tận hưởng một chuyến đi mượt mà hơn so với sử dụng lò xo kim loại truyền thống
Người lái có thể chọn lựa giữa hai chế độ lực cản của giảm chấn: bình thường và thể thao Tùy vào chế độ được chọn, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh lực giảm chấn ở ba mức độ khác nhau—mềm, trung bình, và cứng—phù hợp với điều kiện đường xá và phong cách lái xe Sự linh hoạt này không chỉ nâng cao độ êm dịu mà còn tăng cường an toàn cho người sử dụng Nhờ vào những ưu điểm vượt trội này, hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử đang
69 dần trở thành một lựa chọn phổ biến cho những mẫu xe cao cấp, giúp cải thiện đáng kể trải nghiệm lái và sự thoải mái cho người dùng
Hình 4.37 Sơ đồ hệ thống điều khiển
4.2.2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của một số cụm trên mô hình hệ thống
Hình 4.38 Cấu tạo cụm thanh chống treo
Cấu tạo: Lò xo khí nén, giảm xóc thủy lực, kết nối chốt xoay hai lớp kín và bộ điều khiển áp suất chất lỏng
Chức năng: Lò xo khí, được làm từ cao su hoặc nhựa tổng hợp và chứa khí nén bên trong, là phần chính của hệ thống, chịu trách nhiệm hấp thụ và giảm chấn động từ mặt đường Bên cạnh đó, giảm xóc đóng vai trò kiểm soát chuyển động của lò xo khí bằng cách hấp thụ năng lượng dao động, duy trì sự ổn định và êm ái cho xe Một thành phần quan trọng khác là kết nối chốt xoay hai lớp kín được sử dụng để kết nối lò xo khí với giảm xóc Kết nối này phải được làm sạch và bôi trơn trước khi lắp ráp để đảm bảo tính kín khí và hoạt động hiệu quả Van điều khiển áp suất đóng vai trò quan trọng trong hệ thống treo khí nén, đảm bảo rằng áp suất khí nén trong các lò xo khí được duy trì ở mức ổn định và phù hợp với điều kiện vận hành
• Nguyên lý hoạt động của giảm xóc thủy lực
Khi piston đi lên và áp suất khí nén nhỏ: Lúc này van áp suất chất lỏng mở, piston đi lên nên dầu trong buồng làm việc 1 sẽ đi qua lỗ tiết lưu đi qua van và vào buồng phụ, một phần dầu đi qua các lỗ ở piston để xuống buồng làm việc 2 Khi piston đi lên, do chênh lệch áp suất nên một lượng dầu nhỏ sẽ được hút từ buồng phụ qua van tiết lưu để đi vào buồng làm việc 2 Ở trường hợp này, dầu ở các khoang thông nhau nên lượng dầu đi qua các ống ở piston để xuống buồng làm việc 2 nhỏ dẫn đến lực giảm chấn nhỏ
Hình 4.39 Piston đi lên áp suất khí nén nhỏ
Khi piston đi lên và áp suất khí nén lớn: Cũng tương tự như trường hợp 1 nhưng lúc này do áp suất nén lớn nên van điều khiển áp suất chất lỏng đóng lại do đó dầu ở buồng làm việc 1 không thể đi qua van điều khiển áp suất để ra buồng phụ, nên piston nén lượng dầu ở buồng làm việc 1 với áp lực lớn, làm cho lượng dầu đi qua các ống ở piston xuống buồng làm việc 2 lớn, dẫn đến lực giảm chấn
Khi piston đi xuống và áp suất khí nén nhỏ: Lúc này do áp suất nén thấp nên van điều khiển áp suất chất lỏng mở nên tất cả các buồng đều thông nhau Khi piston đi xuống thì một lượng dầu ở buồng làm việc 2 sẽ đi lên buồng làm việc 1, một lượng khác sẽ đi qua van tiết lưu để ra buồng phụ Do tất cả các buồng thông nhau nên lực nén dầu trong buồng làm việc 2 nhỏ dẫn đến lực giảm chấn nhỏ
Hình 4.40 Piston đi lên và áp suất khí nén lớn
Hình 4.41 Piston đi xuống và áp suất khí nén thấp
Khi piston đi xuống và áp suất khí nén cao: Tương tự trường hợp 3 nhưng lúc này van điều khiển áp suất chất lỏng đóng nên các buồng không thông nhau, dẫn đến dầu ở buồng làm việc
2 bị nén với áp suất cao làm cho một lượng dầu qua van điều tiết để vào buồng phụ và lượng dầu đi qua các lỗ ở piston để lên buồng làm việc 1 lớn, kết quả là lực giảm chấn cao
Bốn trường hợp nêu trên là bốn trường hợp cơ bản nhất khi van điều khiển áp suất chất lỏng mở hoặc đóng Trên thực tế, van có thể mở nhỏ hay lớn tùy thuộc vào áp suất khí nén, và sẽ đóng khi áp suất khí nén đạt cực đại
• Nguyên lý hoạt động của lò xo khí nén
Hình 4.43 Cấu tạo lò xo khí nén Hình 4.42 Piston đi xuống và áp suất khí nén cao
Hệ thống treo khí nén hoạt động dựa trên việc điều chỉnh áp suất khí trong các ống thổi thông qua bộ điều khiển và các van điện từ Khi khí được bơm vào, ống thổi khí căng lên và tăng cao, từ đó nâng thân xe lên hoặc tăng độ cứng của lò xo khí Ngược lại, khi khí được xả ra, ống thổi khí co lại và giảm độ cao, giúp hạ thân xe xuống Việc điều chỉnh cao thấp của thân xe này giúp xe đạt được hiệu suất khí động học tốt nhất và duy trì sự ổn định trong mọi điều kiện di chuyển Sử dụng lò xo khí nén thay thế cho lò xo thép giúp giảm tổng trọng lượng của xe, trong khi việc bọc lò xo khí nén trong một xi lanh nhôm giúp giảm độ dày của ống thổi, cung cấp phản ứng nhạy hơn khi di chuyển trên địa hình đa dạng
❖ Cụm hệ thống khí nén
Hình 4.44 Cụm máy nén và van điện từ
Vị trí lắp đặt ở phía trước bên trái của khoang động cơ làm ngăn chặn các dao động của máy nén trong khoang hành khách Điều này không chỉ giúp làm mát hiệu quả hơn mà còn nâng cao chất lượng của hệ thống điều khiển bằng cách kéo dài thời gian máy nén hoạt động Tạo điều kiện cho việc cải thiện hiệu suất và ổn định của hệ thống Một bộ giảm tiếng ồn bổ sung trong đường hút/xả đảm bảo rằng tiếng ồn từ dòng chảy là tối thiểu, đặc biệt là trong quá trình xả Điều này làm giảm tiếng ồn không mong muốn và tăng cường trải nghiệm của hành khách
Máy nén khí hoạt động để cung cấp khí nén đến các lò xo khí và bình tích năng Trong trường hợp cần, máy nén được tắt để ngăn chặn tình trạng quá nóng, đặc biệt là khi nhiệt độ ở đầu xi lanh vượt quá mức cho phép Áp suất tối đa của hệ thống khi tĩnh là 16 bar, giúp đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định và an toàn của hệ thống
• Sơ đồ hệ thống khí nén
Hình 4.46 Cấu trúc của máy khí nén
Hình 4.47 Sơ đồ hệ thống khí nén Trong đó: 1- Bộ lọc hút; 2- Máy nén khí; 3- Van một chiều 1; 4- Mấy sấy khí; 5- Van một chiều 2; 6- Van một chiều 3; 7- Bộ lọc xả; 8- Bộ lọc xả; 9- Van xả khí nén; 10- Van xả; 11,12- Van cho thanh chống treo; 13,14- Lò xo khí nén
