XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO

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

Trang 1

Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp sau năm năm học tập tại trường Đại học Giao thông vận tải đánh dấu một mốc quan trọng trong cuộc đời học tập nghiên cứu của cá nhân em Mặc dù tại thời điểm vừa kết thúc này, mức độ thành công của Đồ án chưa được đánh giá nhưng quá trình thực hiện đã đem lại cho em những bài học quý giá về phương pháp tiếp cận nghiên cứu một vấn đề khoa học.

Để hoàn thành Đồ án, em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các thầy cô giáo và bạn bè Nếu thiếu sự giúp đỡ của họ, nhiệm vụ của em chắc chắn

sẽ khó khăn hơn rất nhiều.

Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s Phạm Thế Minh giáo

viên hướng dẫn trực tiếp đồ án tốt nghiệp của em Thầy đã dành nhiều thời gian giúp em lựa chọn đề tài và giới hạn phạm vi đồ án, đọc và cho ý kiến nhận xét về bản đề cương và các bản nháp trong suốt quá trình thực hiện Xin cảm ơn Thầy rất nhiều về những góp ý sâu sắc và sự chỉ bảo tận tình.

Em xin dành lời cảm ơn đặc biệt tới tất cả các thầy giáo, cô giáo, cán bộ trường Đại học Giao thông vận tải vì những kiến thức khoa học và cuộc sống, những sự giúp đỡ hỗ trợ tận tình mà em nhận được trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường.

Mục lục

Tô Anh Cường - 1 - Lớp - Cơ Điện tử k46

Trang 2

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ 6

1.1 Công dụng, yêu cầu kĩ thuật và phân loại 6

1.1.1 Công dụng 6

1.1.2 Yêu cầu kĩ thuật của hệ thống treo 6

1.1.3 Phân loại 8

1.2 Cấu tạo hệ thống treo 12

1.2.1 Bộ phận đàn hồi 13

1.2.2.1 Chức năng của bộ phận đàn hồi 13

1.2.3.2 Cấu tạo bộ phận đàn hồi 13

1.2.2 Bộ phận giảm chấn 21

1.2.3 Chức năng giảm chấn 22

1.2.4 Yêu cầu của giảm chấn 22

1.2.3 Bộ phận ổn định và thanh dẫn hướng 29

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO 31

2.1 Mô hình không gian cả xe 31

2.2 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng dọc 34

2.3 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng ngang 40

2.4 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng ngang 40

2.5 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho toàn bộ xe trong không gian… 42

Trang 3

CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO BẰNG PHẦN MỀM ADAMS/CAR 53

3.1 Giới thiệu chung về phần mềm Adams/car 53

3.2 Xây dựng một hệ thống treo từ thư viện của chương trình và chạy mô phỏng hệ thống treo 56

3.2.1 Tạo một Front Suspension Subsystem 57

3.2.2 Xây dựng một Suspension Assembly 60

3.2.3 Lựa chọn các chương trình phân tích 62

3.2.4 Chạy mô phỏng hệ thống và in kết quả dưới dạng đồ thị các tham số của hệ thống 66

3.3 Đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống khi thay đổi thông số cho hệ thống treo… …74

3.3.1 Đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống khi thay đổi độ cứng của bộ phận đàn hồi 77

3.3.2 Đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống khi thay đổi hệ số giảm chấn của bộ phận giảm chấn 84

KẾT LUẬN 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 93

PHỤ LỤC 96

Trang 4

LỜI NÓI ĐẦU

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

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

Trong nội dung của đề tài này được chia làm các chương sau:

Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ

Chương này bao gồm trình bày về công dụng, phân loại, cấu tạo và nguyên lý làmviệc của từng bộ phận cũng như toàn hệ thống treo trên ô tô con

Chương 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO

Trong chương này trình bày về mô hình vật lý của hệ thống treo trong không gian,tính toán động lực học cho hệ thống treo trên xe con gồm hệ thống treo trước vàsau là hệ thống treo độc lập Việc tính toán sẽ thực hiện cho mặt phẳng dọc xe,ngang xe và cho toàn hệ thống treo trong không gian

Chương 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO BẰNG PHẦN MỀM ADAMS/CARTrong chương này sẽ đi xây dựng một hệ thống treo độc lập từ thư viện của phần mềm Adams/car, thay đổi các thông số cho hệ thống treo rồi tiến hành mô phỏng

hệ thống treo Từ đó lấy các thông số đầu ra dưới dạng đồ thị theo thời gian Lần lượt hai thông số đầu vào là độ cứng bộ phận đàn hồi và hệ số giảm chấn rồi đánh

Trang 5

giá sự thay đổi các thông số đầu ra cho từng trường hợp theo một số tiêu chuẩn đánh giá về gia tốc.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ

1.1 Công dụng, yêu cầu kĩ thuật và phân loại

1.1.1 Công dụng

Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung hoặc vỏ ô tô với hệ thống truyền động

Trang 6

Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống treo là giảm các va đập sinh ra trong quá trìnhchuyển động và làm cho ô tô chuyển động êm dịu khi gặp phải mặt đường gồ ghềkhông bằng phẳng.

 Hệ thống treo có nhiệm vụ truyền lực và momen giữa bánh xe và khung xe:Bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng xe, phản lực từ đường), lực dọc (lực kéohoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực đẩy với khung vỏ), lực ngang (lực ly tâm,lực gió bên hoặc phản lực ngang, ), momen chủ động hoặc momen phanh

 Đỡ thân xe lên trên cầu xe, cho phép bánh xe chuyển động tương đối theophương thẳng đứng với vỏ xe hoặc khung xe Hạn chế những chuyển độngkhông mong muốn khác của bánh xe như: chuyển động lắc ngang hay lắcdọc của bánh xe

 Những bộ phận của hệ thống treo làm nhiệm vụ hấp thụ và dập tắt nhữngdao động, rung động, va đập từ mặt đường truyền lên đảm bảo tính êm dịutrong chuyển động của xe

1.1.2 Yêu cầu kĩ thuật của hệ thống treo

Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳngđứng với khung xe hoặc vỏ xe , theo yêu cầu dao động êm ái hạn chế tới mức cóthể chấp nhận được những chuyển động không muốn khác của bánh xe (như lắcngang, lắc dọc ) Vì vậy hệ thống treo phải có những yêu cầu cơ bản sau :

 Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹthuật của xe như chạy trên nền đường tốt hoặc xe có khả năng chạytrên mọi địa hình khác nhau

 Bánh xe có chuyển động không mong muốn hạn chế

 Có độ bền cao

 Không gây tải trọng lớn tại các mối liên kết khung và vỏ

 Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thỏa mãn mục đích chínhcủa hệ thống treo, làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không

Trang 7

phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển độngbánh xe

 Ngoài các yêu cầu nêu trên, hệ thống treo phải đảm bảo các yêu cầuđặc biệt sau đây:

 Có tần số dao động riêng của vỏ thích hợp, tần số dao động này được xác định bằng độ võng tĩnh (ft)

 Có độ võng động (fđ) đủ để cho không sinh ra va đập lên các ụ

- Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá;

- Hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc;

- Hệ thống treo phụ thuộc loại đàn hồi khí nén

Trang 8

Hình 1.1: Cấu tạo hệ thống treo phụ thuộc cầu sau Nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc:

- Khối lượng phần không được treo là rất lớn, đặc biệt ở trên cầu chủ động.Khi ôtô di chuyển trên những con đường không bằng phẳng, tải trọng sinh ra

sẽ gây nên va đập mạnh giữa phần không được treo với phần được treo, sẽlàm giảm độ êm dịu trong khi chuyển động Mặt khác bánh xe va đập mạnhtrên nền đường làm xấu đi sự tiếp xúc các bánh xe với mặt đường

- Khoảng không gian phía dưới sàn ôtô phải lớn để đủ bảo đảm cho dầm cầuthay đổi vị trí, cho nên chiều cao trọng tâm của ôtô sẽ lớn và sẽ làm giảm đithể tích chứa hàng hóa sau ôtô

- Sự nối cứng giữa hai bánh xe nhờ vào dầm cầu liền gây nên các trạng tháiđiển hình về động học Nếu bố trí hệ thống treo này cho cầu trước dẫnhướng sẽ làm xấu đi tính ổn định trong khi chuyển động trên đường khôngbằng phẳng

Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc:

- Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định, do vậy độ mòn lốp

xe ít

- Khi chịu lực bên (ly tâm, đường ngang, gió bên) hai bánh xe liên kết cứnglàm hạn chế hiện tượng trượt bên của bánh xe

Trang 9

- Công nghệ chế tạo đơn giản, số lượng các chi tiết ít, dễ tháo lắp và sửachữa và bảo dưỡng, giá thành thấp.

Hình 1.2: Cấu tạo hệ thống treo độc lập cầu trước

Ưu điểm của hệ thống treo độc lập:

- Khối lượng phần không được treo là nhỏ, đặc tính bám đường của bánh xe

là tốt, vì vậy sẽ êm dịu trong khi di chuyển và có tính ổn định tốt

- Nhiều kiểu ô tô được trang bị thanh ổn định để giảm sự lắc ngang khi ô tôchuyển động quay vòng, cải thiện được tính ổn định và các tính năng khác

- Do không có sự nối cứng giữa bánh xe phía trái phải nên có thể hạ thấp sàn

ô tô và vị trí lắp động cơ, do đó có thể hạ thấp được trọng tâm của ô tô

- Các lò xo trong hệ thống treo độc lập chỉ làm nhiệm vụ đỡ thân ô tô màkhông có tác dụng định vị các bánh xe (đó là chức năng của các thanh liênkết), do đó có thể sử dụng lò xo mềm hơn

Trang 10

Nhược điểm của hệ thống treo độc lập:

- Do hai bánh xe liên kết với nhau là liên kết mềm nên trong quá trìnhchuyển động vết bánh xe thay đổi và xảy ra sự trượt bên;

- Số chi tiết là khá nhiều so với hệ thống treo phụ thuộc nên khó khăn trongchế tạo và giá thành chế tạo tăng;

- Khoảng cách các xe và vị trí đặt bánh xe thay đổi cùng với sự dịch chuyểnlên xuống của bánh xe;

- Kết cấu của hệ thống treo phức tạp hơn

Dựa theo bộ phận đàn hồi ta có thể chia ra:

- Treo nhíp lò xo;

- Treo có nhíp thanh xoán;

- Treo loại cao su;

- Treo loại hơi;

- Treo loại thủy lực;

- Treo loại liên hợp

Dựa vào phương pháp dập tắt dao động (giảm chấn) ta chia ra:

- Giảm chấn thủy lực: có loại tác động một chiều và hai chiều;

- Giảm chấn ma sát cơ: có thể là ma sát trong bộ phận đàn hồi hoặc trong bộphận dẫn hướng

Dựa vào phương pháp điều khiển ta có thể chia ra:

- Hệ thống treo bị động (không có điều khiển) – passive suspension;

- Hệ thống treo chủ động (có điều khiển được) – active suspension;

- Hệ thống treo bán chủ động (sự kết hợp của hai loại trên) – semi activesuspension

Trang 11

1.2 Cấu tạo hệ thống treo

Hình 1.3: Cấu tạo chung hệ thống treo

( http://images.gdc.vn)

Trong ôtô thông thường sử dụng chủ yếu hai hệ thống treo phụ thuộc và độc lập,hầu hết ở các hệ thống treo phụ thuộc đầu trước nhíp nối với khung bằng khớp cốđịnh, nhíp đặt dọc thường làm bộ phận dẫn hướng truyền lực đẩy hoặc lực phanhlên khung Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng rộng rãi ở các ôtô vận tải, hànhkhách và một số ôtô du lịch Còn hệ thống treo độc lập sử dụng khá nhiều ở ôtô dulịch và một số loạ ôtô vận tải đời mới

Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc là đơn giản về kết cấu, trong khi đó vẫn đảmbảo được yêu cầu êm dịu cần thiết của ôtô nhất là những ôtô có tốc độ chuyểnđộng không lớn Còn hệ thống treo độc lập có ưu điểm chủ yếu là tăng được khánhiều tính êm dịu của ôtô khi chuyển động ở các điều kiện đường xá khác nhau,nhưng nó có kết cấu phức tạp nên gía thành cao nó được áp dụng cho các loại xe

có vận tốc lớn, hiện đại

Ở hệ treo phụ thuộc các bánh xe đặt trên dầm liền bộ phận giảm chấn và đàn hồiđặt giữa thung xe và dầm cầu liền Qua cấu tạo hệ thống treo phụ thuộc sự dịch

Trang 12

chuyển của một bên bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ gây nên chuyển vị nào đócủa bánh xe bên kia nên chúng phụ thuộc lẫn nhau.

Ở trên hệ thống treo độc lập các bánh xe gắn (độc lập) với khung vỏ thông qua cácđòn, bộ phận giảm chấn, đàn hồi Các bánh xe độc lập dịch chuyển tương đối vớikhung vỏ Trong thực tế chuyển động của xe, điều này chỉ đúng khi ta coi thùng

1.2.1.1 Chức năng của bộ phận đàn hồi

 Với công dụng để truyền chủ yếu các lực thẳng đứng và để giảm tải trọngđộng khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng, cũng như để đảmbảo độ êm dịu chuyển động cần thiết

 Tạo ra các đường đặc tính đàn hồi phù hợp với các chế độ hoạt động của xe

 Ở bộ phận đàn hồi có thể dùng loại nhíp, lò xo, thanh xoắn, cao su, loại hơithuỷ lực va liên hợp

1.2.1.2 Cấu tạo bộ phận đàn hồi

Phần tử đàn hồi trong hệ thống treo được chế tạo có thể từ kim loại như lò xo nhíp,

lò xo trụ, thanh xoắn Hoặc có thể từ cao su, sử dụng khí nén, thủy lực,

Trang 13

sinh ra sự ma sát làm giảm các dao động khi ôtô chuyển động Trong trường hợptải trọng tác dụng lên cầu có thể thay đổi đột ngột như cầu sau của ôtô tải, người ta

bố trí nhíp đôi gồm một nhíp chính và một nhíp phụ Nhíp phụ có thể đặt trên hoặcdưới nhíp chính tuỳ thuộc vào vị trí giữa cầu và khung, kích thước của nhíp vàbiến dạng yêu cầu của nhíp Có hai loại nhíp đơn và nhíp kép

Nhíp đơn

Nhíp đơn bao gồm những lá nhíp có chiều dài khác nhau ghép lại, để tránh xê dịchgiữa các lá nhíp người ta dùng bu lông giữa và 4 đai nhíp để cố định những lá nhíp

Hình 1.4: Nhíp đơn (Nguồn http://images.gdc.vn)

1 Đinh tán; 2 Chốt nhíp; 3 Bu lông tai nhíp; 4 Lá nhíp số 1; 5 Lá nhíp số 2; 6 Sát xi; 7 Lá nhíp số 3; 8 Quang treo; 9 Bu lông quang nhíp; 10 Đệm cầu; 11 Ụ hạn chế; 12 Bu lông treo giảm chấn; 13 Giảm chấn; 14 Quang treo; 15 Bích che tai nhíp; 16 Đinh tán.

Nhíp kép

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

Trang 14

Hình 1.5: Nhíp kép ( http://images.gdc.vn)

1 Sát xi; 2 Giá đỡ nhíp bên trái; 3 Bu lông; 4 Nhíp chính lắp ghép; 5 Giá đỡ nhíp phụ; 6 Quang nhíp chính; 7 Lá nhíp chính của nhíp phụ; 8 Lá nhíp thứ hai của nhíp chính; 9 Lá nhíp phụ số 5; 10 Lá nhíp phụ số 6; 11 Bu lông quang nhíp; 12 Vỏ cầu; 13 Bán trục; 14 Đệm vênh; 15 Tấm đệm nhíp; 16 Bu lông quang nhíp; 17 Quang nhíp phụ; 18 Đinh tán; 19 Giá đỡ nhíp chính bên phải;

20 Đinh tán; 21 Tai nhíp; 22 Bạc chốt nhíp; 23 Chốt nhíp; 24 Vú mỡ; 25 Bu lông giữ các nhíp phụ; 26 Bu lông giữ các nhíp chính; 27 Bạc của bu lông quang nhíp; 28 Vít.

Nhíp lá có những ưu điểm đó là độ cứng lớn, có thể làm thay nhiệm vụ cho cảgiảm chấn và thanh dẫn hướng, đặc tính đàn hồi của nhíp lá là tuyến tính, đườngđặc tính ít thay đổi dưới tác dụng của trọng lực Tuy nhiên nhíp lá cũng có một sốnhược điểm đó là kích thước cồng kềnh, tốn kim loại, độ cứng lớn nên không tạođược độ êm dịu cao

Lò xo trụ

Lò xo trụ được sử dụng rộng rãi trên ô tô con và xe tải hạng nhẹ Đòi hỏi sự êm dịucao khi chuyển động Độ cứng của lò xo trụ được quyết định bởi chất liệu, đườngkính và chiều dài của dây kim loại chế tạo lò xo Đường kính dây thép càng lớn thì

độ cứng lò xo càng cao ngược lại chiều dài dây càng lớn thì độ cứng lò xo càngthấp, tính đàn hồi của lò xo càng cao

Trang 15

Lò xo trụ áp dụng đối với hệ treo độc lập Lò xo trụ trong hệ thống treo chỉ làmnhiệm vụ đàn hồi mà không làm nhiệm vụ đẩy hoặc nhiệm vụ hướng bánh xe.

Hình 1.6: Lò xo trụ (http://t1.gstatic.com)

xe thay đổi một van điều chỉnh lượng khí trong xi lanh được mở để cung cấp hoặc

xả bớt khí trong xi lanh

Trang 16

( theo [4])

Bộ phận quan trọng nhất của lò xo có dạng ống hình sóng có vỏ là cao su đàn hồi 3hình gợn sóng liên kết trên cốt vải tổng hợp (ni lông hoặc captôn) Nó được phânluồng nhờ vòng kim loại 2

Thể tích đàn hồi của không khí được đóng nhờ các nắp trên 1 và nắp dưới 5 Biếndạng của phần tử đàn hồi khí nén được hạn chế nhờ vấu cao su 4 Vấu hạn chếhành trình được đặt trên dầm cầu khung để ngăn ngừa các phần tử đàn hồi khí nén

bị giật đứt các mặt lắp phép Vấu hạn chế hành trình phía trên được bắt chặt trênống đặt trong vỏ 3, có đủ độ đàn hồi và được xác định kích thước để đảm bảo khảnăng chuyển động cưỡng bức khi các phần tử đàn hồi khí nén bị hư hỏng

Trang 17

Thể tích làm việc của không khí được tạo bởi thể tích bên trong của vỏ 3 và thểtích của bình chứa phụ bố trí gần lò xo khí nén Khi thay đổi tải bên ngoài, vỏ đànhồi 3 sẽ biến dạng Độ cứng của nó hướng theo biên dạng của lò xo thường được

bỏ qua vì nó không đáng kể so với độ cứng được tạo ra bởi sự thay đổi áp suất khínén bên trong vỏ Hình dạng vỏ, thể tích trong vỏ và áp suất trong đó cũng thayđổi

1

2 3 4 5

Hình 1.9: Lò xo khí nén dạng ống trụ 1.Nắp trên; 2.Vòng kim loại; 3.Vỏ;4.Vấu cao su; 5.Nắp dưới.

( theo [4])

Hình 1.9 đưa ra cấu tạo của lò xo khí nén dạng ống trụ làm bằng vật liệu sợi tổnghợp bọc cao su ở phía nắp trên và nắp dưới được tăng cường bằng các đế và đượcbắt chặt nhờ các vít và vòng thép Vấu cao su hạn chế hành trình phía trên cũngđược bắt trên ống thép đặt trong vỏ Khi biến dạng, vỏ sẽ lăn trên đế phía dưới vàthay đổi hình dạng của mình theo hình dạng của đế Diện tích hiệu quả sẽ thay đổituỳ theo hình dạng của đế phía dưới và có thể tăng chậm hoặc không đổi, hoặcgiảm đi Hình dạng của đế phía dưới được thiết kế để tạo ra không gian bên trongnhằm đạt được thể tích cần thiết không khí trong lò xo Khi chọn các kích thước cơbản và hình dạng đế hợp lý sẽ nhận được dáng điệu độ cứng thay đổi phi tuyến

1

3

2

4

Trang 18

Hình 1.10: Lò xo khí nén dạng liên hợp 1.Nắp trên; 2.Vòng kim loại; 3.Vỏ;4.Đế hình trụ; 5.Nắp dưới.

(theo [4])

Trên hình 1.10 đưa ra cấu tạo của lò xo khí nén dạng liên hợp Nó kết hợp ưu điểmcủa hai loại lò xo khí nén ở trên Phần trên gồm vỏ có dạng hình sóng còn phầndưới có dạng hình trụ Cùng với hạn chế đảm bảo không cho piston chuyển dịchquá lớn và sự mở rộng thể tích bên trong của phần tử Lò xo dạng liên hợp có đặctính thay đổi nhỏ ở gần giá trị tải trọng tĩnh, khi tăng tải trọng cho đến piston tiếnđến gần bộ hạn chế thì độ cứng thay đổi với tốc độ lớn hơn

Hình 1.11: Cách bố trí chung hệ thống treo khí nén 1.Lò xo; 2.Cầu xe; 3.Khung xe; 4.Bình khí nén phụ; 5.đường ống dẫn;

6 Thanh kéo; 7.Đòn; 8.Van điều chỉnh; 9.Bầu lọc khí; 10.Bình chứa khí nén;

11.Điều chỉnh áp suất; 12.Bộ xả nước và dầu; 13.Máy nén khí.

H 0 - Chiều cao của lò xo khí nén ở dạng tĩnh.

(theo [4]) Nguyên lý làm việc của lò xo khí :

Lò xo khí nén hình sóng 1 được bố trí giữa cầu xe 2 và khung xe 3 Lò xo đượcghép nối với hệ thống khí nén qua bình khí nén 4, đường ống 5, van điều chỉnh 8

để điều chỉnh chiều cao không đổi ở trạng thái tĩnh H0

Trang 19

Khí nén được máy nén khí 13 cung cấp qua bộ xả nước và dầu 12, điều chỉnh ápsuất 11 và bình chứa 10, qua bầu lọc 9 rồi van điều chỉnh 8 Van điều chỉnh 8 đượcbắt cố định trên phần treo (khung, vỏ xe) và liên hệ động học với phần không treo(cầu xe) qua đòn 7 và thanh kéo 6 Nhiệm vụ của van điều chỉnh 8 là tự động giữchiều cao không đổi của của lò xo khí nén tuỳ theo sự thay đổi của tải trọng tĩnh.Trong trường hợp khi tăng tải trọng, lò xo khí nén bị ép, thông qua thanh 6 và đòn

7 sẽ làm dịch chuyển piston trong van điều chỉnh xuống dưới, sau đó sẽ mở thôngcho khí nén từ bình chứa 10 cung cấp cho bình phụ 4 và vào lò xo khí nén Áp suấtkhí nén trong lò xo sẽ được tăng lên và khắc phục được sự tăng của tải trọng đưakhung hoặc vỏ xe lên cao cho đến khi piston ở van điểu chỉnh trở về vị trí giữa đểđóng cửa cung cấp khí, nhờ vậy giữ được chiều cao không đổi của lò xo

Ưu điểm của hệ thống treo dùng lò xo khí:

Có khả năng tự điều chỉnh độ cứng của lò xo nhờ việc điều chỉnh lượng khí néntrong xi lanh

 Không có ma sát trong phần tử đàn hồi, kích thước và khối lượngphần tử đàn hồi nhỏ, việc truyền rung động và tiếng ồn từ bánh xe lênthân xe là nhỏ

 Đặc tính thay đổi đảm bảo tần số dao động riêng không đổi trong toàn

bộ khoảng thay đổi của tải trọng ô tô

 Đảm bảo chiều cao của thân xe với mặt đường không thay đổi, khôngphụ thuộc vào sự thay đổi tải trọng

 Độ nghiêng ngang và dọc thân xe không thay đổi ngay cả khi xếp tảikhông đều

Nhược điểm:

 Không có khả năng tự dẫn hướng do độ cứng ngang là nhỏ

 Hệ thống điều khiển phức tạp, cần phải có hệ thống cung cấp khí nénnhư máy nén khí, bình chứa,

Trang 20

 Thường xuyên phải kiểm tra độ kín khít của hệ thống khí nén, không

để dầu mỡ văng vào túi cao su của lò xo khí nén

1.2.2 Bộ phận giảm chấn

Khi xe dao động khi chịu kích thích từ lực của mặt đường thì bộ phận đàn hồi của

hệ thống treo thực hiện chức năng nối mềm giữa thân xe và nền đường tạo cảmgiác dễ chịu cho người ngồi trên xe Tuy nhiên nếu cứ dao động mãi thì sẽ gây cảmgiác khó chịu cho con người và ta cần dập tắt nhanh dao động đó Do đó hệ thốngtreo cần một bộ phận làm triệt tiêu năng lượng được tích trữ trong lò xo một cáchnhanh nhất Giảm chấn là một bộ phận dùng để triệt tiêu năng lượng tích trữ này từ

đó ta có thể kiểm soát được dao động của thân xe

Bộ phận giảm chấn có hai loại Ngoài ra còn chia bộ phận giảm chấn ra hai loại tácdụng một chiều và tác dụng hai chiều ở giảm chấn tác dụng một chiều dao độngđược dập tắt ở hành trình trả, nghĩa là khi bánh xe đi ra khỏi khung, còn ở giảmchấn tác dụng hai chiều dao động được dập tắt ở hai hành trình trả và nén Ngàynay, ở các hệ thống treo thường dùng giảm chấn tác dụng hai chiều để dập tắt daođộng nhanh hơn

1.2.2.1 Chức năng giảm chấn

Thực tế mặt đường không bao giờ hoàn toàn bằng phảng cùng với sự chuyểnhướng của xe trong quá trình di chuyển luôn luôn hình thành các dao động tácđộng lên bánh xe, và qua đó truyền tới thân xe và người lái lò xo nhằm giảmxung lực tác động, song bản thân nó lại bị dao động theo nhừng xung va đập từmặt đường dội tới và khối lượng xe đè bên trên Dao động của hệ thân xe và lo xò

sẽ kéo dài rất lâu nếu như nó không bị triệt tiêu đi, chiếc xe sau một lần dằn xóc sẽ

bị bồng bềnh như 1 chiếc thuyền trong suốt thời gian dài sau đó và mang đến nhiềunguy hiềm tiềm tàng trong giao thông Nhiệm vụ của giảm chấn là dập tắt daođộng tự đo này

Trang 21

Đảm bảo dao động của phần không được treo nhỏ nhất, đảm bảo sự tiếp xúc củabánh xe trên mặt đường, nâng cao khả năng bám đường và an toàn trong quá trìnhchuyển động.

1.2.2.2 Yêu cầu của giảm chấn

 Đảm bảo giảm trị số và sự thay đổi đường đặc tính của các dao động nhưdập tắt càng nhanh các dao động nếu tần số dao động càng lớn mục đích là

để thùng Xe khỏi bị lắc qua lắc lại khi qua đường mấp mô, dập tắt chậm cácdao động nếu ôtô chạy trên đường ít mấp mô Hạn chế lực truyền qua giảmchấn lên thùng xe

 Làm việc ổn định khi ôtô chuyển động trong các địa hình thay đổi

 Có tuổi thọ làm việc cao

 Trọng lượng kích thước nhỏ gọn giá thành hạ

Cấu tạo giảm chấn

Giảm chấn có chức năng dập tắt những dao động của xe sinh ra trong suốt quátrình chuyển động của xe Cấu tạo của giảm chấn gồm những thành phần chính:

Hình 1.12: Cấu tạo giảm chấn (http://www.otosaigon.com) Phân loại giảm chấn

Tùy theo cấu tạo, nguyên lý hoạt động và môi chất làm việc của giảm chấn ta cóthể phân loại giảm chấn gồm một số loại chính sau:

Trang 22

Hình 1.13: Giảm chấn loại ống đơn (http://www.otosaigon.com)

 Giảm chấn loại ống đơn

Giảm chấn loại này bên dưới có một buồng hơi làm chức năng bù trừ dầu trongquá trình làm việc của giảm chấn Giữa buồng dầu và hơi được ngăn cách bởi mộtpiston chuyển động tự do và kín khít, cả dầu và hơi đều chịu một áp lực khoảng 20– 30 bar khi xe chuyển động và gặp rung xóc

Hoạt động của giảm chấn ống đơn:

Khi xe nhún xuống (khi nén), trục piston chính ép sâu xuống buồng dầu, áp lựcdầu ép mở van một chiều để cho dầu chuyển động lên khoang phía trên của piston.Khi xe gặp rung xóc lớn, piston chính chuyển động xuống dưới với gia tốc lớn,dầu không kịp chuyển động qua các lỗ tiết lưu khi đó áp lực dầu ở khoang dướităng cao đẩy piston tự do chuyển động xuống dưới nén khối hơi phía dưới lại, khi

đó áp lực của nền đường được hấp thụ

Tương tự khi xe chuyển động lên trên, lượng khí trong khoang chứa bên dưới giúpquá trình rung xóc được giảm thiểu bằng cách bù trừ lượng dầu thiếu trong khoangchứa dầu

 Giảm chấn loại ống kép

Đây là loại giảm chấn được dùng phổ biến trong các xe con Giảm chấn bao gồmmột ống bên trong chứa đầy dầu cùng với một piston chuyển động bên trong và

 Giảm chấn loại một ống (ống đơn)

 Giảm chấn loại hai ống (ống kép)

 Giảm chấn hơi áp lực loại ống kép

 Giảm chấn với lò xo hơi

 Giảm chấn thủy lực

 Giảm chấn Vario

Trang 23

một ống bao bên ngoài Giữa hai ống hình thành một không gian nhỏ để cân bằnglượng dầu do piston tác động từ trong buồng dầu Trên thân piston và nền củakhoang chứa dầu có những van tiết lưu Bên ngoài là một ống bảo vệ chung ngăndầu chảy ra ngoài.

Hình 1.14: Giảm chấn loại ống kép (http://www.otosaigon.com)

Trục của piston được nối vào thân xe, đầu kia của giảm chấn được nối vào giá treobánh xe

Khi xe nhún xuống, lực đẩy của Piston ép dầu chạy qua van trên mặt piston tràn vềphía trên của buồng dầu, cùng với sự xâm nhập của trục Piston, dầu bị ép mạnhhơn nữa, bắt buộc phải thoát ra van ở dưới nền của ống chứa dầu, và tràn ra bênngoài không gian giữa 2 ống như đã mô tả ở trên Như vậy, nhiệm vụ chủ yếu củaphần không gian giữa 2 ống là để bù trừ lượng dầu chênh lệch do quá trình nhúnxuống và bung lên của Piston vì sự xuất hiện của trục Piston trong không gianbuồng dầu (Không được lọt khí ) Khi giảm chấn bung lên quá trình diễn ra ngượclại, dầu từ buồng trên chạy qua van nghịch dồn xuống dưới, đồng thời với việc dầu

từ buồng ngoài chạy trở lại thông qua một van thứ 2 dưới đáy buồng dầu

Loại giảm chấn này có tuổi thọ khá dài, giảm dao động tốt Tuy nhiên có nhượcđiểm đó là khả năng dễ bị rò rỉ dầu qua các khe chuyển động, khi lắp ráp yêu cầuchính xác, chỉ được chuyển hướng theo một phương ngiêng vì vậy nếu xe thườngxuyên đi trên địa hình rung lắc ngang (sườn núi, dốc ngiêng, ) loại ống nhún nàyrất nhanh chóng bị hỏng

Trang 24

 Giảm chấn kép với hơi áp lực

Hình 1.15: Giảm chấn kép với hơi áp lực

xe hoạt động ở địa hình xấu, rung xóc ở tần số cao, mạnh và đột ngột

Yêu cầu chế tạo loại giảm chấn này rất cao về chính xác, đòi hỏi việc kiểm tra bảodưỡng thường xuyên, gắt gao vì vậy loại này ít được sử dụng rộng rãi

 Giảm chấn Vario

Trang 25

Hình 1.16: Giảm chấn Vario (http://www.otosaigon.com)

Giảm chấn Vario có kết cấu tương tự như loại giảm chấn hai ống Loại giảm chấnVario có một đặc điểm nổi bật đó là có khả năng thích nghi được với điều kiệnđường có rung xóc thay đổi

Khi xe có tải trọng nhẹ, vị trí của piston nằm ở vùng trên của ống dầu (trên hìnhvẽ), ở đó được thiết kế những khe nhỏ để tạo điều kiện cho dầu di chuyển xuốngvùng dưới một cách dễ dàng hơn vì vậy áp lực lên piston nhỏ từ đó hiệu ứng giảmchấn cũng giảm nhỏ

Khi xe có tải trọng lớn, vị trí cân bằng của piston sẽ bị đẩy xuống thấp hơn (hìnhvẽ), do dưới này không có những khe nhỏ lên dầu từ ngăn trên chảy xuống dưới sẽkhó khăn hơn vì vậy dầu sẽ chảy qua van tiết lưu trên piston từ đó áp lực tác dụnglên thân piston sẽ lớn làm tăng khả năng dập tắt dao động của giảm chấn, phần dầu

dư do áp lực cao cũng được dẫn qua van dưới đáy để vào khoang bù dầu như đốivới trường hợp giảm chấn ống kép

 Giảm chấn hơi

Trang 26

Hình 1.17: Giảm chấn hơi (http://www.otosaigon.com)

Đây là sự kết hợp về cấu tạo và hoạt động của lò xo khí nén (như đã trình bày ởtrên) và bộ giảm chấn kép với hơi áp lực

Ở phần dưới của giảm chấn là một bộ giảm chấn kép với hơi áp lực thông thường,

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

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

 Giảm chấn khí – thủy lực

Hình 1.18: Giảm chấn khí – thủy lực (http://www.otosaigon.com)

Đây là tổng hợp của lò xo đàn hồi có giảm chấn cùng với lò xo khí thủy lực Trong

hệ thống này, piston của phần đàn hồi cũng như trục của nó đồng thời là trục của

bộ giảm chấn Phần lò xo khí nằm trong một khối cầu bao bọc bởi 1 màng cao su

Trang 27

đặc biệt Phần tích trữ khí cùng với không gian mặt trên (theo quy ước trên dướikhi giảm chấn thẳng đứng) của piston được nối với nhau bởi một đường ống thủylực Khi giảm chấn và lò xo bị đè xuống, dầu bị ép chạy theo ống đó chạy sangbuồng khí nén, khi xe bị nén mạnh, tăng áp suất, làm tăng thêm sức đàn hồi của lò

xo khí, lò xo này cùng với lò xo kim loại tác động trực tiếp lên khung xe, tạo sứcđàn hồi tổng hợp thay đổi được theo tải trọng Không những thế, trên đường ốngdẫn dầu và khí về để ép túi khí, người ta còn bố trí thêm van điều khiển nhằm chủđộng thay đổi mức tác động của dầu và khí nén lên túi khí, đưa đến việc thay đổi

độ cứng đàn hồi tổng hợp của cả hệ thống giảm chấn Cũng nhờ cơ chế hồi tiếpnhư vậy mà khoảng cách giữa trục bánh xe và khung xe gần như được giữ nguyênkhi thay đổi tải trọng Khi xe nặng, dầu ép mạnh làm túi khí đội lên mạnh hơn Khi

xe nhẹ, áp lực dầu giảm, túi khí mềm đi, giảm bớt tác động lên khung xe

1.2.3 Bộ phận ổn định và thanh dẫn hướng

Hình 1.19: Thanh ổn định ngang (http://www.otosaigon.com)

Thanh ổn định (hình 1.19) dùng để liên kết giữa các bánh xe trên cùng một cầu, nóđược bố trí trên mặt phẳng ngang thân xe nhằm tăng khả năng ổn định ngang của

xe Khi xe quay vòng nó nghiêng ra ngoài do lực ly tâm Thanh ổn định điều khiểnviệc này bằng lực xoắn của lò xo và giữ cho lốp bám xuống mặt đường Thanh ổnđịnh cũng hoạt động khi lốp xe ở một bên chạy qua những bề mặt có độ cao khácnhau Khi xe bị nghiêng và lốp xe bị chìm xuống một phía, thanh ổn định bị xoắn

Trang 28

lại và có tác dụng như một lò xo nó nâng lốp xe cùng toàn thân xe ở bên bị chìmxuống lên phía trên Tất nhiên trong trường hợp các lốp xe ở hai bên đều bị chìmxuống như nhau thì thanh ổn định sẽ không làm việc.

Trang 29

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống treo

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO

2.1 Mô hình không gian cả xe

Ô tô là một hệ cơ học, bao gồm nhiều khối lượng như: thân vỏ, bánh xe, trục, động

cơ, hệ thống truyền lực, Giữa chúng có mối liên hệ rất phức tạp với nhau thôngqua các phần tử đàn hồi và giảm chấn khối lượng của ô tô được chia thành khốilượng được treo và khối lượng không được treo

Số bậc tự do của mỗi khối lượng là số toạ độ đủ để xác định vị trí của nó ở từngthời điểm trong không gian

Tuỳ từng mục đích nghiên cứu có thể xây dựng mô hình dao động trong mặt phẳngdọc, mặt phẳng ngang Trong mặt phẳng dọc, dao động thẳng đứng và quay củakhối lượng được treo ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động Trong mặt phẳngngang, dao động của chúng ảnh hưởng đến tính dẫn hướng và độ ổn định chuyểnđộng của ô tô Các kết quả nghiên cứu cho thấy, ô tô có phân bố khối lượng đốixứng qua mặt phẳng dọc thì dao động trong mặt phẳng dọc, mặt phẳng ngang độclập với nhau

Mô hình dao động ô tô được xây dựng phải thoả mãn yêu cầu sát với thực tế, đơngiản, thuân tiện trong tính toán và kết quả thu được chính xác nhất

Mục đích của việc xây dựng mô hình hệ thống treo:

 Hiểu thêm cách xây dựng mô hình hệ thống treo của phần mềm

 Xác định các tham số đầu ra cần thiết theo phương trình, từ đó đánh giá mức

độ chính xác của phần mềm khi mô phỏng hệ thống treo

Nghiên cứu dao động ô tô thường được tiến hành như sau:

 Thay thế ô tô bằng hệ dao động tương đương (mô hình vật lý) phù hợp quanđiểm và mục đích nghiên cứu

 Thiết lập phương trình chuyển động (mô hình toán học) của hệ

Trang 30

 Khảo sát mô hình toán học trên miền thời gian và miền tần số Xác định cácthông số “ra”, khi thay đổi các thông số “vào” và các thông số kết cấu

 Thí nghiệm kiểm chứng độ chính xác của phương pháp tính

Mô vật lý trong không gian cho toàn xe

Hình 2.1: Mô hình không gian hệ thống treo xe cầu trước và sau độc lập Thông số chủ yếu của hệ thống

k1, k2,k3,k4: độ cứng của các phần tử đàn hồi

c1, c2,c3,c4: hệ số cản giảm chấn của các giảm chấn thủy lực

c11 ,cl2,c11 ,cl2: hệ số cản của các lốp (thông thường thì hệ số giảm chấn của các lốpbằng không )

k11 ,kl2,k11 ,kl2: độ cứng của các lốp

a: khoảng cánh từ trục trước tới trọng tâm

b: khoảng cách từ trục sau tới trọng tâm

21t: khoảng cách tâm hai lốp trước

2ls: khoảng cách tâm hai lốp sau

M: Khối lượng được treo của thân xe

m1,m2,m3,m4: khối lượng không được treo tương ứng các lốp 1,2,3,4

Trang 31

Ju,Jv: là mô mem quán tính quay quanh các trục 0u và 0v

Trong đó k1, k2, c1, c2, cl1, cl2, k11, kl2 thuộc hệ thống treo trước và k3, k4, c3, c4,

cl3 ,cl4, c13, cl4 là thuộc hệ thống treo sau

Những giả thiết

Khi thiết lập mô hình dao động ô tô cần một số giả thiết Những giả thiết này nhằmlàm cho quá trình nghiên cứu, tính toán đơn giản hơn, song không làm mất đi tínhtổng quát của bài toán, đảm bảo độ chính xác cần thiết Các giả thiết căn bản khixây dựng mô hình như sau:

 Khối lượng ô tô phân bố đối xứng qua mặt phẳng dọc;

 Phần khối lượng được treo coi như cứng tuyệt đối có khối lượng là M và mômen quán tính khối lượng phần treo đối với trục ngang đi qua trọng tâmphần treo Ju mô men quán tính với trục dọc đi qua trọng tâm Jv;

 Phần khối lượng không được treo được coi là cứng tuyệt đối có khối lượngtương ứng là m1, m2,m3, m4 và mô men quán tính với các trục bằng không

 Bỏ qua các nguồn kích thích dao động khác trên xe, coi lực kích thích từ mặtđường là nguồn kích thích dao động duy nhất;

 Mặt đường được coi là cứng tuyệt đối;

 Tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường là tiếp xúc điểm, trong các mô hình phituyến cho phép bánh xe tách khỏi mặt đường

Chọn hệ trục tọa độ

 Hệ trục tọa độ cố định:

Gốc tọa độ trùng với hình chiếu của trọng tâm khối lượng được treo xuốngnền đường, các trục tọa độ x dọc theo thân xe và trục z vuông góc với nềnđường

 Hệ tọa độ suy rộng:

Hệ tọa độ có gốc tại trọng tâm của các khối lượng trong hệ

Trang 32

2.2 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng dọc

Hình 2.2: Mô hình vật lý hệ thống treo độc lập trong mặt phẳng dọc

Trong đó :

M: khối lượng được treo;

m1,m4: khối lượng không được treo;

Jv: mô men quán tính với trục 0v;

z ,φv: tọa độ suy rộng cảu khối lượng được treo M;

z1,z4: tọa độ suy rộng của các khối lượng không được treo m1,m4;

a,b: khoảng cách từ tâm xe tới tâm hai lốp 1 và 4

Sơ đồ phân tích lực:

Hình 2.3: Sơ đồ phân tích lực cho hệ thống treo độc lập trong mặt phẳng dọc

Trang 33

Áp dụng nguyên lý Dalambe ta có :

1 1

Áp dụng định luật 2 Newton với từng khối ta có các phương trình cân bằng lực:

Với khối lượng được treo M ta có hai phương trinh là phương trình tịnh tiến vàquay:

Phương trình chuyển động tịnh tiến:

Trang 34

Trong đó :

 q là véc tơ tọa độ suy rộng:

Trang 35

  1

4

z z q z

Trang 36

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống treoGiả sử biên dạng mặt đường có dạng hình sin, trong đó độ lệch pha giữa hai bên xebăng không thì ta có:

Trang 37

Đây chính là phương trình trạng thái của hệ thống treo trong mặt phẳng dọc

2.3 Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng ngang

Mô hình vật lý cho hệ thống treo trong mặt phẳng ngang:

Trang 38

Hình 2.4: Mô hình vật lý cho hệ thống treo trong mặt phẳng ngang

Mô hình phân tích lực :

Hình 2.5: Mô hình phân tích lực cho hệ thống treo trong mặt phẳng ngang

Về cơ bản phương pháp xây dựng mô hình này hoàn toàn giống xây dựng mô hìnhcho một phần hai xe theo mặt phẳng dọc xe, áp dụng kết quả trên cho trường hợpxây dựng mô hình xe trong mặt phẳng ngang

Phương trình vi phân chuyển động của hệ thống treo theo mặt phẳng ngang:

Trang 39

 F là véc tơ lực kích thích mặt đường trong mặt phẳng dọc:

Trang 40

Mô hình vật lý cho toàn xe:

Hình 2.6: Mô hình vật lý cho hệ thống treo toàn xe

Trong đó:

z, φu, φv là tọa độ suy rộng của khối lượng được treo M

z1, z2, z3, z4 là tọa độ suy rộng của các khối lượng không được treo

M, Ju, Jv là khối lượng, mô men quán tính với trục 0u, 0v của khối lượng được treo

m1, m2,m3, m4 là các khối lượng không được treo

k1, k2, k3, k4 là độ cứng của các lò xo hệ thống treo