II. THEO BỘ PHẬN DẪN HƯỚNG:
b) Hệ thống treo thanh chống MacPherson (MacPherson strut):
- MacPherson strut là loại hệ thông treo thường được sử dụng trong nhiều loại xe cơ giới đường bộ hiện nay, điều này bao gồm cả phía trước và hệ thống treo phía sau xe, nhưng thường nằm ở mặt trước của xe. Nó cung cấp một nơi gắn trục lái và cũng là khung treo cho các bánh xe. Với khả năng hấp thụ xóc và đi kèm lò xo cuộn gắn trên thanh chống, điều này làm giảm trọng lượng của các thành phần và tết kiệm được không gian, cung cấp một hệ treo nhẹ hơn, nhỏ gọn hơn. - Hệ thống treo kiểu mới này xuất hiện lần đầu tiên cùng với mẫu xe
Ford Cosul và Ford Zephyr được giới thiệu năm 1950 ở Anh. MacPherson là tên của một kỹ sư ôtô người Scotland của hãng Ford, phát minh mang tính đột phá của ông bắt đầu từ ý tưởng đơn giản hóa công nghệ lắp ráp hệ thống treo độc lập của bánh trước, trên dây chuyền sản xuất ôtô.
(trích: http://www.car-engineer.com/mac-pherson-and-pseudo-mac- pherson-suspension/ )
Hình 2.23. Cách bố trí thanh chống điển hình.
- Hệ thống treo MacPherson là một công nghệ cho hệ thống treo phía trước và hệ thống treo sau. Nó là một loại hệ thống treo độc lập, bao gồm cả một cánh tay duy nhất treo (lò xo và giảm chấn), một thanh chống lật và một cánh tay dưới. Bên cạnh đó, nó khá nhỏ gọn và kết hợp nhiều thành phần vào một hệ, làm lý tưởng cho chiếc xe phía trước bánh lái. Mặc dù loại này của hệ thống treo có thể tìm thấy trên các ôtô giá rẻ, nhưng một số nhà sản xuất hạng sang (BMW) đã thành công với một MacPherson chỉ phía trước.
(trích:http://ask.cars.com/2007/05/independent_sus.html )
- Hệ thống treo trước độc lập MacPherson strut được sử dụng rộng rãi nhất trong hệ thống treo phía trước của ôtô du lịch nhỏ và trung bình. Ví dụ, trên Toyota Vios (Hình 3.31) trang bị hệ thống treo trước độc lập MacPherson được kết hợp từ các lò xo cuộn, giảm chấn và thanh cân bằng với khả năng hấp thụ rung động tốt mang lại cảm giác êm ái cho khoang hành khách và ổn định khi vận hành.
Hình 3.31. Hệ thống treo trước độc lập MacPherson trên Toyota Vios E 2015 - Bằng việc cải tiến nhược điểm lắp ráp của hệ thống cũ khi giảm số điểm
gắn với khung xe tại 4 điểm, gồm 2 thanh đòn hình tam giác nằm song song với nhau, liên kết qua thanh nối xuống còn 2 điểm với ống nhún là phần dẫn hướng của hệ thống chỉ có một thanh đón ngang dưới gắn với bánh xe. Thanh này không thể truyền lực (chẳng hạn khi phanh) theo chiều dọc nên MacPherson đã kết hợp thêm tay đòn của bộ phận ổn định ngang, chi tiết này không thường xuyên chịu tải. Tuy nhiên, khi bộ nhún dao động theo chiều thẳng đứng, đầu tay đòn dưới chuyển động theo hình cung, khiến điểm tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đường liên tục lắc sang hai bên, cả góc chụm của bánh xe cũng thay đổi, kết quả là quỹ đạo chuyển động của xe không ổn định.
- Hệ thống treo này là biến dạng của hệ thống treo xương đòn kép, xenm hình 3.32. Coi đòn ngang trên có chiều dài bằng 0 và đòn ngang dưới có chiều dài khác không. Chính nhờ cấu trúc này mà ta có được khoảng không gian phía trong để bố trí hệ thống truyền lực hoặc khoang hành lý.
Hình 3.32. Hệ thống treo xương đòn kép và macPherson strut - Các thanh chống được thiết kế đơn giản hơn, và do đó cần ít không gian
theo chiều ngang. Kết quả là, hành khách có thêm chỗ khoang trong xe. Một lợi thế mà làm giảm trọng lượng tổng thể của chiếc xe cũng như tăng khả năng tăng tốc của xe. Trọng lượng đặt lên xe thấp cũng làm cho chuyến đi của bạn thoải mái hơn. Một lợi thế lớn của hệ thống này là nó dễ dàng sản xuất cũng như chi phí thấp của sản xuất so với hệ thống treo độc lập khác.
- Sơ đồ cấu tạo của hệ thống treo (Hình 3.34) bao gồm: một đòn dưới, giảm chấn đặt theo phương thẳng đứng, một đầu được gối ở khớp cầu B, đầu còn lại được bắt vào khung xe. Bánh xe được nối cứng với vỏ giảm chấn. Lò xo có thể được đặt lồng giữa vỏ giảm chấn và trục giảm chấn.
- Nếu ta so sánh với hệ thống treo hai đòn ngang, thì hệ thống treo MacPherson có kết cấu ít chi tiết hơn, không chiếm nhiều khoảng không và có thể giảm nhẹ được trọng lượng kết cấu.
Hình 3.34. Sơ đồ hệ thống treo trước xe
1 – Giảm chấn; 2 – Đòn ngang dưới; 3 – Bánh xe; 4 – Lò xo trụ; 5 – Trục giảm chấn (Cần đẩy piston)
- Công nghệ ngày càng phát triển kéo theo sự thay đổi về kết cấu, thiết kế phù hợp hơn đối với từng dòng xe. Ví du, vào năm 2010 dòng xe Buick LaCrosse (Hình 3.35) cho ra đời Hiper Strut, là một hệ thống thanh chống MacPherson sữa đổi cho phép cho chiều trục dài trục ngắn hơn, do đó làm thay đổi hình dạng của các thiết lập trước đây, cho phép các lốp xe duy trì độ cong xác định khi vào cua. Cải thiện tiếp xúc giữa mặt đường và lốp khi không tải, giảm moment xoắn khi điều khiển, hỗ trợ hệ thống lái khi đi trên đường không bằng phẳng.
(trích:http://blog.caranddriver.com/2010-buick-lacrosse-cxs-gets- new-hiper-strut-front-suspension-3-0-liter-v6-dropped-from-2011- lacrosse-lineup/ )
Hình 3.35. Hệ treo trước trên Buick LaCrosse CXS
- Hệ thống treo MacPherson strut trước của Honda CR-Z, cũng là một phát triển hơn nữa của hệ thống treo hai đòn kép. Ưu điểm: hệ treo và bánh xe kết hợp thành một. Nhược điểm: khó lắp ráp, đặc điểm động học không thuận lợi. Kết cấu:
Sơ lược từng bộ phận của hình 3.36:
Lò xo cuộn được lắp trên MacPherson strut để giảm ma sát giữa pittong que 2. Pittong 2 và đế lò xo 9 được lắp cố định vào thanh, gắn vào khung xe thông qua các thanh chống và 10. Các ló xo đàn hồi 11 nằm dọ theo thanh giảm chấn. Đế lò xo 3 dùng nâng đỡ lò xo cuộn và pittong 2, được mạ Crom. Chân đế 4 và 13 được hàn trực tiếp vào 1, trên chân đế 4 có lắp thanh chống lật gắn chặt vào bên trong. Chân đế 13 có dạng chữ U, bắt chặt vào khung bánh xe nhờ các bulong, những lỗ trên chân đế có hình tròn kéo dài, có thể điều chỉnh góc bánh xe.
- Mối quan hệ động học của MacPherson:
+ Mối quan hệ giữa các chuyển vị được xem xét như ở hệ treo hai đòn ngang. Khi bánh xe dịch chuyển theo phương Z, sẽ gây nên sự thay đổi góc nghiêng bánh xe γ dịch chuyển bên ∆y, góc điều khiển β.
+ Trong hệ thống treo nói chung và hệ treo cầu dẫn hướng nói riêng các góc đặt bánh xe có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Chúng phải đảm bảo cho việc điều khiển nhẹ nhàng, chính xác, không gây lực cản lớn cũng như làm mòn lốp quá nhanh.
+ Trong quá trình chuyển động bánh xe luôn luôn dao động theo phương thẳng đứng, sự dao động này kéo theo sự thay đổi góc nghiêng ngang, độ chụm trước của bánh xe và khoảng cách giữa hai vết của bánh xe, đồng thời chúng cũng làm thay đổi góc nghiêng dọc và nghiêng ngang của trụ xoay dẫn hướng. Các quan hệ giữa các thông số phụ thuộc vào chuyển vị của các bánh xe theo phương thẳng đứng đó là mối quan hệ động học của hệ treo.
- Tuy nhiên, nhược điểm chủ yếu của hệ thống treo MacPherson là do giảm chấn vừa phải làm chức năng của giảm chấn lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứng nên trục giảm chấn phải chịu tải lớn nên giảm chấn cần phải có độ cứng vững và độ bền cao hơn do đó kết cấu của giảm chấn phải có những thay đổi cần thiết. Dưới mức độ kỹ thuật, hệ thống treo MacPherson thường có hiệu suất kém hơn so với xương đòn kép hoặc đa liên kết. Đến đây tôi xin kết thúc phần nội dung của hệ thống treo MacPherson strut, tiếp theo tôi sẽ giới thiệu một hệ thống treo cũng rất phổ biến hiện nay nữa là Lò xo trụ trên đòn dọc, nhưng hệ thống này chúng ta chỉ tìm thấy trên hệ thống treo sau của chiếc xe.