3.8.1. Yêu cầu hệ thống treo xe chuyên dụng
Hệ thống treo xe nhiều cầu địa hình (off-road) cần có các yêu cầu cơ bản sau: + Hành trình động lớn: h> 500 mm; hệ số tải trọng k=2,5 – 3. Việc chọn các thông số đó bảo đảm cho xe chuyển động trên đường mấp mô lớn không va đập cứng và không tách bánh. Như vậy tần số dao động riêng của khối lượng không được treo sẽ là 10 – 12 rad/s; tần số lắc dọc 6,3 - 9,5 rad/s với biên độ 4-5 độ. Gia tốc phương thẳng đứng không lớn hơn 1,5 g. Các thông số đó phải được bảo đảm khi xe chuyển động 30 – 40 km/h trên đường đất và 15 – 20 km/h trên đường phức tạp.
+ Hệ thống treo bảm đảm truyền lực dọc, ngang, mô men giữa bánh xe và khung và có động học phù hợp tương tương trong miền dao động của bánh xe.
+ Khối lượng không được treo bé.
+ Hệ thống treo phải bảo đảm ít thay đổi động học khi bánh xe chuyển động lớn phương thẳng đứng, bảo đảm ít trượt ngang và ổn định chuyển động.
+ Hệ thống treo phải bảo đảm cho tất cả các bánh xe luôn bám đường (các bánh xe không bị treo) và it thay đổi khoảng sáng gầm xe.
Với các yêu cầu như trên, ta phải thiết kế hệ thống treo theo hai trục:
1. Ở phương ngang, tức là hệ thống treo cho một cầu xe, phải được thiết kế độc lập hoặc độc lập theo từng cụm.
2. Ở phương dọc, với xe có nhiều hơn 4 cầu ta phải thiết cân bằng cho từng cụm.
3.8.2. Đặc điểm hệ thống treo xe chuyên dụng
Hệ thống treo xe nhiều cầu địa hình là hệ treo độc lập, thường có ba dạng là cơ cấu dạng nến, cơ cấu đòn và nến, cơ cấu hai đòn ngang (hình 3.32). Khi thiết kế hệ thống treo người ta căn cứ vào không gian treo; chế độ tải trọng của treo, loại truyền lực, kiểu quay vòng để chọn kiểu treo. Sau đây là một số thiết kế điển hình.
90
Hình 3.32 Các dạng sơ đồ treo xe nhiều cầu
Hình 3.33 Hệ thống treo hai đòn ngang thanh xoắn
1 Bánh xe; 2 Trụ bánh xe; 3 Giảm chấn; 4 Vấu hạn chế hành trình; 5 Giá treo với khung; 6 Giá treo; 7 Khung; 8,10 Thanh xoắn; 9 Cầu xe; 11 Bán trục;
12,13 Đòn treo
Hệ thống treo như hình 3.33 đặc trưng cho xe truyền lực cơ khí thông thường. Trong hệ treo này ngươì ta thiết kế hai thanh xoắn 8 và 10; giảm chấn 3. Đây là cơ cấu treo hai đòn ngang thông thường cho bánh dẫn hướng và chủ động. Hệ thống treo trong hình 3.34 cũng có kết cấu tương tự, chỉ khác là thay các thanh xoắn và giảm chấn bằng cụm treo thủy khí 3. Với các xe có bánh chủ động truyền động điện (truyền lực độc lập), hệ thống treo có thể bố trí như trong hình 3.35. Ở đây trụ treo thủy khí 3 có thể nối với đòn dưới nhằm tăng hành trình động hệ thống treo.
91
Hình 3.34. Hệ treo thủy khí truyền lực cơ khí
1 Bánh xe; 2 Trụ bánh xe; 3 Trụ treo thủy khí; 4,8 Giá treo;5 Vấu hạn chế hành trình; 6, 7. Khung; 10,12 Đòn
ngang; 9 Cầu xe; 11 Bán trục
Hình 3.35. Hệ thống treo truyền động độc lập
1 Bánh xe; 2 Động cơ điện-Bánh xe;3. Trụ treo thủy khí; 4,8 Gia liên kết; 5 Vấu hạn chế; 6,7 Khung; 9,10 Đòn
ngang trên và dưới
Hình 3.36 Hệ thống treo độc lập cần bằng ngang
1 Bánh xe; 2 Khung; 3 Giá cân bằng; 4 Đòn cân bằng; 5 Trụ treo thủy khí; 6 Xy lanh thủ lực ổn định ngang; 7 Đòn dẫn của xy lanh ổn định 6; 8,10 Thanh xoắn; 9
Đòn quay của cơ cấu ổn định thủy lực 6; 11,12 Đòn treo
Hình 3.36 là sơ đồ một hệ treo cân bằng ngang, thích hợp cho các xe địa hình. Với kết cấu này khối lượng được treo có thể được giữ cân bằng phương ngang, dao động các cầu ít ảnh hưởng lẫn nhau. Với các xe địa hình nhiều cầu, nhiều bánh xe
92
trên một cầu, ngươi ta thiết kế các bánh xe độc lập truyền lực kéo và phanh, lái độc lập các bánh. Do đó hệ treo của nó hoàn toàn độc lập. Điều đó bảo đảm cho các xe địa hình không bị treo bánh khi đi qua các vùng mấp mô có biên độ lớn (hình 3.37,38).
Hình 3.37 Hệ thống treo bánh xe độc lập và quay vòng độc lập
a: 1 Khung xe; 2 Mân xoay quay vòng; 3 Khung hệ treo; 4 Bánh xe; 5 Cầu; 6 Trục liên kết; 7,8 Đòn treo; 9 Trụ treo thủy khí; 10 Cửa cấp khí ( Hãng Cometter) b: 1 Khung xe; 2Đệm; 4 Trụ xoay quay vòng; 3 Ổ trụ xoay; 5 Trụ treo; 5 Cầu; 6 Cầu; 7,8 Bánh xe và phanh; 9 Đòn treo; 10 Vú mỡ; 11 càng quay bánh xe; 12 Cửa
93
Hình 3.38 Hệ thống treo bánh xe độc lập và quay vòng độc lập ( c của Hãng Nicolas, d,e của Hãng Cometter)
3.8.3. Nguyên lý trụ treo
Với hệ treo khí, thủy khí hoặc thủy lực hoặc cơ khi thủy lực, cơ khí khí nén thường các phần tử đàn hồi, cản đều được thiết kế trong một cụm, gọi tắt là trụ treo. Sau đây là một số sơ đồ cơ bản.
94
Hình.3.39 Trụ treo thủy khí Hình. 3.40 Trụ treo thủy lực 1 Xy lanh trụ treo; 2 Khí
nén trong ba lông khí; 3 Khoang dầu dưới; 4 Van
1 Xy lanh; 2 Giá trụ treo; 3 Nắp xy lanh và phớt dầu; 4 Piston ( gắn với bánh xe ); 6,8 Buồng dự trữ; 5,9 Van điều khiền mức dầu; 7 Nắp dưới và phớt dầu của xy lanh
Trụ treo thủy khí: Trong sơ đồ hình 3.39 ta có hai buồng khí trơ W, Wq giữ vai trò là phần tử đàn hồi; lượng khí không thay đổi. Biến dạng của khi tương ứng với hành trình treo. Các van thủy lực và dầu giữ vai trò giảm chấn thủy lực. Với các hệ treo có điều khiển, lượng dầu được thay đổi để điều khiển mức (độ cao: hành trình tĩnh và hành trình động).
Trụ treo thủy lực: Kết cấu của trụ treo như hình 3.40. Trụ treo này phù hợp cho hệ thống treo có điều khiển. Việc chọn trụ treo cho phù hợp sẽ căn cứ vào kiểu treo.
3.9. Các hệ thống treo điều khiển ở xe chuyên dụng
Hệ thống treo khí điều khiển cơ khí: Cấu tạo cơ bản của hệ treo này là các ba lông khí nén 2 và van điều khiển khí nén 9. Tùy thuộc chuyển vị tương đối giữa bánh xe và thân xe, lò xo 5 với vai trò tín hiệu điều khiển, làm quay vành 6 để di
95
trượt con trượt 8 đóng mở van 9 nhằm cấp khí thêm hoặc thóat khí ra khí quyền nhằm ổn định độ cao treo. Xem hình 3.41.
Hệ thống treo thủy khí điều khiển cơ khí: Hình 6.34 trình bày hệ thống treo thủy khí điều khiển cơ khí. Thành phần chính của hệ này là ba lông thủy khí, chứa khí trơ 2 và dầu. Mức dầu trong trụ treo được thay đổi nhờ hệ thống bơm dầu 10 cấp và điều khiển lưu lượng qua van 8. Tín hiệu điều khiển là dịch chuyển tương đối giữa bánh xe và thân xe. Hệ thống treo loại này sẽ trở thành hệ thống treo điện tử khi ta đưa vào một hệ xử lý tín hiệu, nhận tín hiệu chuyển vị tương đối bánh xe- khung xe để điều khiển một van điện từ (thay cho van số 8). Trong hệ treo này, khí giữ vai trò đàn hồi còn dầu giữ vai trò thay đổi mức.
Hệ thống treo cơ khí – thủy lực điều khiển cơ khí: Hình 3.41 trình bày hệ thống treo Cơ khi- Thủy lực điều khiển cơ khí. Vai trò đàn hồi do hai lò xo phụ 2 và chính 3 đảm nhiệm. Hệ thống thủy lực gồm bơm cấp 4 và van điều khiển 5. Điêu khiển đóng mở van 5 do tín hiệu điều khiển xác định từ vấu trượt 24. Hai vít 25 và 26 để điều chỉnh vị trí van trượt ban đầu. Tùy theo tải trọng động xuất hiện mà dầu sẽ được cấp cho buồng A hay B. Buồng C là buồng ổn định, được xác lập bởi các van 11, 12.
Hình 3.41 Hê thống treo khí tích cực điều khiển hành trình tĩnh và động 1 Khung; 2 Ba lông khí ( phần tử đàn hồi ); 3 Trục bánh xe; 4 Đòn dọc; 5 Lò xo điều khiển tải; 6 Vành điều khiển van; 7 Thân van; 8 chốt van; 9 Van; 10 Van ổn
96
Hình 3.42 Hệ thống treo thủy khí điều khiển cơ khí
1 Khung; 2 Ba long thủy khí; 3 Đòn treo; 4 Cầu xe; 5 Lò xo điều khiển mức dầu; 6 Đòn liên kết; 7 Piston điều khiển; 8 Thân van điều khiển; 9 Ống cân bằng;
10 Bơm dầu; 11 Thanh liên kết
Hình 3.43 Hệ thống treo Cơ khi- Thủy lực điều khiển cơ khí
1 Vỏ van; 2 Lò xo phụ; 3 Lò xo chính; 4 Bơm dầu; 5 Con trượt van điều khiển; 6 Xy lanh lực điều khiển; 7 Piston lực điều khiển; 8 Bánh xe; 9 Mặt đường; !0 Van điều hòa; 11,12 Lỗ van điều hòa; 13,14 Lỗ tiết lưu van an toàn; 15,15 Lò xo van an toàn; 17,18 Ống dẫn; 19,20 Đầu nối; 21 Van hạn chế áp suất; 22 Lọc dầu; 23 Thùng dầu; 24 Cơ cấu điều khiển; 25 Ốc điều chỉnh van; 26 Ốc điều chỉnh mức
97
Hệ thống treo cơ khí–thủy lực điều khiển điện tử: Hình 3.44 trình bày hệ thống treo Cơ khí-thủy lực điều khiển điện tử. Phần tử đàn hồi là chi tiết 2; thường là lò xo trụ hoặc thanh xoắn. Xy lanh- Pistong 4-5 giữ vai trò thay đổi lực cản nhờ hệ thống thủy lực có điều khiển điện tử. Các cảm biến gia tốc 21, 22 được xử lý và khuyếch đại qua 23,24 để điều khiển van điện từ 25, làm 20 chuyển động lên xuống đóng mở các van 18, 19. Hai van này tạo ra các tín hiệu áp suất để điều khiển con trượt trong van điều khiển 4/3. Van này có cửa cấp dầu từ bơm dầu. Nếu con trượt đi lên, cửa cấp thông với ngăn dưới của 4, đẩy piston 5 đi lên. Nếu con trượt đi xuống, dầu được cấp cho ngăn trên của 4.
Hình 3.44 Hệ thống treo tích cực lò xo-thủy lực điều khiển điện tử
1 Khung; 2 Lò xo; 3 Bánh xe; 4 Xy lanh lực; 5 Piston lực; 6,7 Ống cấp dầu cho xy lanh lực; 8 Lò xo cân bằng van điều khiển; 9,10 Van hồi; 11 Thùng dầu; 12 Bơm dầu; 13 Van bảo vệ; 14,15 Van tiết lưu; 16,17 Cửa cấp cho van điều khiển; 18,19 Van một chiều điều khiển 16,17; 20 Ngưỡng điều khiển; 25 Van điện từ; 21,22 Cảm
98
Hình 3.45 Hệ thống treo thủy khí điều khiển tích cực
Hệ thống treo thủy khí điều khiển điện tử: Hình 3.45 trình bày hệ thống treo thủy khí điều khiển điện tử. Trong hệ này người ta bố trí trụ treo 2, có dạng như trụ treo trong hình 6.31 . Sơ đồ này chỉ khác hệ treo 3.44 ở chỗ áp suất không cấp trực tiếp mà thông qua piston 14. Phần cấp dầu và van 4/3 cũng theo nguyên lý đã trình trong các hệ treo trên đây. Để nâng cao chất lượng treo, người ta sử dụng hai cảm biến gia tốc 39, 40 và chuyển vị tương đối là thông số điều khiển. Trong hệ thống treo này, độ cao hệ thống treo được điều khiển qua piston 22; dầu của 12 sẽ ra vào khoang 10 là thay đổi độ cao điều khiển. Việc xác định mực điều khiển do hai cảm biển độ cao 39,40, cấp tín hiệu và được xử lý nhở hệ thống điện tử 41,42,43,44,45,46,để điều khiển van điện từ 47 như trong sơ đồ hình 3.44. Bơm dầu 33 cũng được điều khiển mức cấp dầu. Van ¾ 28 điều khiển xy lanh lực 22 để điều khiển độ cao hệ thống treo. Như vậy, trong hệ thống treo này, dầu là yếu tố điều
1 Thân xe; 2 Trụ treo; 3 Đòn ngang; 4 Bánh xe; 5 Mặt đường; 6 Piston; 7 Ống nối; 8
Khoang trong; 9 Khoang
ngoài; 10 Khoang piston; 11 Ống dẫn dầu vào 10; 12 Khoang dầu xy lanh lực; 13 Xy lanh lực; 14 Piston của xy lanh lực; 14, 15 Piston xy lanh lực; 16 Khoang khí nén;19 Ba long khí; 18 dầu; 20 Màng ngăn;21 Khí nén; 22,23,24,25 Cụm xy lanh sinh lực; 26,27 Khoang cấp dầu; 28 Van điều khiển ( Van 4/3); 29,30 cửa cấp cho van 28; 31,32 Van tiết lưu không điều chỉnh; 33 Bơm dầu có điều khiển; 34, 35 Van cấp tín hiệu điều khiển cho 28; 36 Thanh điều khiển; 37 Thùng dầu; 38 Van hồi; 39,40 Cảm biến mức; 41,42,43,44,45,46 Hệ thống xử lý tín hiệu để điều khiển van điện trường 47
99
khiển mức, khí trong 8 giữ vai trò đàn hồi cục bộ. Ba lon khí 19 có vai trò ổn định hệ thống.
Hình 3.46 Bố trí chung hệ treo tích cực
Bố trí chung hệ thống treo có điều khiển: Hình 3.46 trình bày bố trí chung hệ treo có điều khiển lắc dọc và lắc ngang. Chi tiết 1-8 là 8 trụ treo, có cấu trúc như trong hình 3.39. Động cơ 18, qua bộ giảm tốc 17 cấp mô men cho các bơm 15, 16, 20, trong đó bơm 15, 20 là bơm biến tốc. Dầu được bơm 16 bơm từ thùng 22 cấp cho các bơm 15-20 nhờ van điều khiển 14 mà lưu lương cấp được thay đổi. Cảm biến 12 cấp tín hiệu điều khiển cho van 14. Dầu thừa của 16 có thể trở về thùng 22. Các bơm lưu lượng 15 một phần cấp dầu cho buồng cao áp của các trụ treo 3-6 và một phần lên van 4/3 (10); còn bơm 20 cấp dầu cho khoang trên của các trụ treo 1, 8, 2, 7và vào van 4/3 (10). Cảm biến 12 xác định mực điều khiển phương thẳng đứng (mức trung bình) còn van 10 và 21 điều khiển thay đổi tải giữa cầu trước và sau (góc lắc dọc).
1-8 Trụ treo thủy khí; 9,22 Thùng dầu; 10,21 Van trượt điều khiển; 11 Van cân bằng; 12 Cảm biến ; 13 Khuyếch đại; 14 Van điều khiển ổn định lưu lượng cho 15 và 20; 15,16,20 Bơm thủy lực; 17 Hộp giảm tốc cơ khí; 18 Động cơ đốt trong; 19 Van ngưỡng
100
KẾT LUẬN
Nội dung các phần trên đã phân tích các yếu tố gây dao động ô tô và chỉ tiêu đánhn giá dao động theo quan điểm hiện thời. Nguồn gây dao động không chỉ mấp mô mà còn gió dọc gió ngang và các lực quán tính khi phanh. Đánh ảnh hưởng dao động theo quan niệm hiện nay ngoài độ êm dịu cần chú ý yếu tố ảnh hưởng đến mức độ phá đường và an toàn động lực học ô tô.
Các đặc tính vừa nếu trên thể hiện tính chất treo khí so với treo kim loại. Các đại lượng như gia tốc thân xe, nội lực hệ thống treo, phản lực đường lên bánh xe, tải trọng động bánh xe đều lơn hơn một ít ở hệ treo khi. Riêng về dịch chuyển treo thì treo khí thấp hơn. Như vậy, hệ treo khí có lợi trong khía cạnh ít thay đổi tần số và không gian treo bé hơn, bảo đảm êm dịu và ổn định hơn (ít lắc ngang và lắc dọc). Một ưu điểm có thể suy ra gián tiếp là với xe tải khi thay đổi tải trọng, các thuộc tính vừa nếu sẽ tốt hơn do đặc tính đàn hối phi tuyến tăng.
Hệ thống treo truyền thống thông thường là những hệ thống treo thụ động mà nó bị những mặt hạn chế của nó. Đề tài chỉ làm rõ tính năng mâu thuẫn ở hệ thống treo thụ động ở hai khía cạnh chủ yếu là tính êm dịu và khả năng kéo của xe. Việc giải quyết vấn đề trên dựa theo mô hình 1/4 xe. Từ việc mô hình hóa, ta có thể nhận thấy rằng ở đây vấn đề êm dịu dịu giải quyết trên dao động thẳng đứng là chính yếu và khả năng kéo của xe được giải quyết dựa trên thông số động học trong quá trình tính tóan và thiết kế xe, ngòai ra còn xem xét vấn đề cộng hưởng của cầu xe mà nó gây cho sự nảy bánh xe trong quá trình chuyển động.
Những vấn đề phân tích đã cho phép ta kết luận việc tự động điều khiển hệ