Bài toán hai khối lượng:

Với bài toán này, ta xem ô tô gồm hai phần khối lượng. Phần khối lượng được treo( KLĐT) gồm thùng xe, lò xo, phần tử đàn hồi và giảm chấn. Phần khối lượng không được treo ( KLKĐT) gồm cầu, bánh xe.

Hình 2.10. Sơ đồ lực và momen tác dụng khi xe quay vòng G- Trọng lượng toàn bộ ô tô.

F - Lực li tâm phần khối lượng được treo ( bỏ qua lực ly tâm của cầu xe ).

t1 t 2 p1 p2

Z , Z , Z , Z - Các phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trái và

phải ở cầu trước và sau. Zt Zt1Zt 2 và Zp Zp1Zp2

t1 t 2 p1 p2

Y , Y , Y , Y - Các phản lực ngang của đường tác dụng lên bánh xe trái và

phải ở cầu trước và cầu sau. Ys Yt 2 Yp2 và Ytr Yt1Yp1

R- Bán kính quay vòng của ô tô.

Mjn - Mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các phần quay của động cơ và của hệ thống truyền lực tác dụng trong mặt phẳng ngang khi xe chuyển động không ổn định.

c- Khoảng cách giữa hai lò xo - giảm chấn.

Ct và Cp là độ cứng của lò xo đàn hồi bên trái và bên phải.

h - Khoảng cách từ mặt đường đến trọng tâm xe.

 Trường hợp ô tô chuyển động ổn định:

Giả thiết rằng, xe chuyển động ổn định (v = const), độ cứng lò xo không thay đổi (C = const) phần tử đàn hồi tuyến tính, xe không bị trượt ngang, dịch chuyển của tâm bánh xe đúng bằng biến dạng của lò xo và bỏ qua momen quán tính khối lượng Mj.

Trong thực tế, ô tô làm việc ở những điều kiện khác nhau tùy thuộc vào điều kiện đường xá và người lái. Do đó trị số các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên các bánh xe cũng bị thay đổi theo. Tuy nhiên, các hợp lực Zt Zp vẫn luôn bằng trọng lượng của xe.

Ta tách ra làm hai khối lượng:

- Phần thứ nhất: khối lượng được treo (KLĐT)

G - Trọng lượng toàn bộ phần được treo.

F - Lực li tâm phần khối lượng được treo .

lxt lxp

F , F - là các lực của lo xo tác dụng lên phần khối lượng được treo bên trái và bên phải

t1 t 2 p1 p2

Y , Y , Y , Y - Các phản lực ngang của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và cầu sau. Ys Yt 2Yp2 và Ytr Yt1Yp1

R- Bán kính quay vòng của ô tô.

M - Mô men của các lực quán tính tiếp tuyến của các phần quay của động cơ và của hệ thống truyền lực tác dụng trong mặt phẳng ngang khi xe chuyển động không ổn định.

c- Khoảng cách giữa hai lò xo - giảm chấn.

Ct và Cp- Độ cứng của lò xo đàn hồi bên trái và bên phải.

h1 - Khoảng cách từ mặt đường đến trọng tâm xe. Phương trình cân bằng moment tại A:

A M  0 t lt 1 lxp c G . F .h F .c 0 2     lxp t lt 1 1 c F G . F .h c 2          (2.26)

Phương trình cân bằng moment tại B:

B M 0 t lt 1 lxt c G . F .h F .c 0 2      lxt t lt 1 1 c F G . F .h c 2          (2.27)

Từ hai phương trình trên ta tính được giá trị đàn hồi của lò xo bên trái và bên phải của xe.

- Phần thứ hai: khối lượng không được treo (KLKĐT)

Hình 2.12. Sơ đồ khối lượng phần không được treo

Gn - Trọng lượng toàn bộ phần được treo.

Flxt và Flxp - Các lực của lo xo tác dụng lên phần khối lượng không được treo bên trái và bên phải.

Yt1, Yt2, Yp1, Yp2 - Các phản lực ngang của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và cầu sau. Ys Yt 2Yp2 và Yt Yt1Yp1

R- Bán kính quay vòng của ô tô.

b - Chiều rộng cơ sở của ô tô.

c - Khoảng cách giữa hai lò xo - giảm chấn.

Ct và Cp Độ cứng của lò xo đàn hồi bên trái và bên phải.

r - Bán kính bánh xe.

Để xác định trị số các phản lực bên phải, ta lập phương trình cân bằng momen đối với đường thẳng đi qua hai điểm tiếp xúc của các bánh xe bên trái với mặt đường, ta có:

Phương trình cân bằng moment tại A:

A M 0 n lxt lxp p b b c b c G . F . F . Z .b 0 2 2 2                  p n lxt lxp 1 b b c b c Z G . F . F . b 2 2 2                      (2.28)

Thay (2.26) và (2.27) vào phương trình trên ta được:

p n t lt 1 t lt 1 1 b 1 c b c 1 c b c Z G . G . F .h . G . F .h . b 2 c 2 2 c 2 2                                   (2.29)

Phương trình cân bằng moment tại B:

B M 0 n lxt lxp p b b c b c G . F . F . Z .b 0 2 2 2                   t n lxt lxp 1 b b c b c Z G . F . F . b 2 2 2                      (2.30)

Thay (2.26) và (2.27) vào phương trình trên ta được:

t n t lt 1 t lt 1 1 b 1 c b c 1 c b c Z G . G . F .h . G . F .h . b 2 c 2 2 c 2 2                                   (2.31)

Khi xe bắt đầu quay vòng, lực li tâm sẽ xuất hiện lúc này xe có hiện tượng nghiêng ngang sang một bên và nghiêng một góc φ do lực đàn hồi của hai lò xo trái phải khác nhau( đã được tính ở trên). Lúc này xe đang trong tình trạng như sau:

Hình 2.13. Sơ đồ lực tác dụng khi xe quay vòng với góc nghiêng G- Trọng lượng toàn bộ ô tô.

Flt - Lực li tâm.

Zt1, Zt2, Zp1, Zp2 - Các phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và sau. Zt Zt1Zt2 và Zp Zp1Zp2

Yt1, Yt2, Yp1, Yp2 - Các phản lực ngang của đường tác dụng lên bánh xe trái và phải ở cầu trước và cầu sau. Ys Yt2Yp2 và Ytr Yt1Yp1

b – Chiều rộng cơ sở của ô tô. R - Bán kính quay vòng của ô tô.

c - Khoảng cách giữa hai lò xo - giảm chấn.

Khi xe quay vòng bên trái, lực đàn hồi lo xo trái và phải sẽ bị nén lại, nhưng lúc này lò xo bên phải bị nén nhiều hơn lò xo bên trái (Flxp Flxt), do đó làm khung xe nghiêng sang bên phải một góc .

Theo giả thiết ban đầu, độ cứng lò xo trái phải bằng nhau và khoảng cách trọng tâm của thùng xe trước và sau khi nghiêng là rất nhỏ (nên bỏ qua). Lúc này, khoảng dịch chuyển t và p của hai bên lò xo trái phải:

- Độ dịch chuyển lò xo bên trái:

lxt t t lt 1 F 1 c G . F .h C c.C 2          

- Độ dịch chuyển lò xo bên phải:

lxp p t lt 1 F 1 c G . F .h C c.C 2          

Theo hình vẽ, góc nghiêng ngang thùng xe được tính:

c / 2

    

Lấy tg   do góc nghiêng ngang thùng xe rất nhỏ (dưới 10˚).

Bài toán không ổn định: Giả thiết vận tốc xe thay đổi theo thời gian v= v(t)

- Nếu xem   (t), nghĩa là góc nghiêng ngang  sẽ biến thiên theo thời gian, tức là có φ̇ (tốc độ).

Theo bài toán động học, nếu như có φ̇ thì z( biến dạng lò xo) cũng sẽ biến thiên theo thời gian là z(t), tức là có ∆𝑧̇ .

- Nếu như coi trong thời gian, φ nó thay đổi từ 0 đến φ thì sẽ đạt một tốc độ, ta có: lực giảm chấn Ft = f(∆𝑧̇ ). lúc bây giờ mới có lực giảm chấn.

- Trong thời gian φ(t) thay đổi, φ(t) càng lớn và tăng thì lực giảm chấn Ft sẽ tăng lên, bởi vì đặc tính đàn hồi là tuyến tính.

26  Quan hệ giữa φ và zlà quan hệ hình học.

Từ hình vẽ ô tô bị nghiêng ngang một góc φ, ta có thể hình dung như sau:

Hình 2.14. Mối quan hệ giữa độ dịch chuyển zvà góc nghiêng φ

Ta có mối quan hệ như sau:  z h .sin1 

Với: z z 1 0 0 90 h            

Vi phân phương trình trên ta được: ∆ż = h1.sinφ̇

Theo cấu tạo bộ phận đàn hồi giảm chấn gồm một lò xo và một giảm chấn.

Nếu theo trạng thái xe không ổn định thì ta có: Ft K. z



 

K: độ cứng của ống giảm chấn.

Vì vậy, để điều khiển được lực giảm chấn Ft, ta phải có z



 , mà z



 lại phụ thuộc vào φ.

 Yếu tố thời gian ảnh hưởng như thế nào đến góc nghiêng ngang φ.

Khi xe quay vòng ở trạng thái không ổn định, lực ly tâm sẽ bị biến đổi theo thời gian và sẽ có hai yếu tố ảnh hưởng đến lực này:

+ Thứ nhất: đó là vận tốc, vận tốc sẽ bị biến thiên theo thời gian (t), có ý nghĩa là

khi xe quay vòng R= const, nên v lúc này là v(t) cho nên

2 lt v F m f (t) R  

+ Thứ hai: là bán kính quay vòng, có nghĩa là v=const nhưng R biến thiên theo t. Ta không xét đến trường hợp này.

CHƯƠNG 3: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU HƯỚNG HỆ THỐNG TREO 3.1. Giới thiệu chung về hệ thống treo:

3.1.1. Công dụng:

Hệ thống treo là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe với khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng:

 Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “ êm dịu”, hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn có khác của bánh xe (lắc ngang, dọc).

 Truyền lực giữa khung xe và bánh xe bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng, phản

lực), lực dọc (lực kéo, lực phanh, lực đẩy hoặc lực kéo với khung, vỏ), lực bên (lực gió bên, lực li tâm, phản lực bên).

3.1.2. Phân loại:

Hệ thống treo được chia làm các loại sau:

- Hệ thống treo phụ thuộc: Các bánh xe được đặt trên một dầm cầu cứng, khi bánh

xe bên này dao động sẽ gây nên một chuyển vị nào đó ở bánh xe bên kia. Bộ phận đàn hồi của hệ treo này thường là nhíp lá hoặc lò xo xoắn.

- Hệ thống treo độc lập: Các bánh xe đặt trên một dầm cầu rời dao động độc lập

với nhau. Dựa trên đặc tính động học và đặt điểm kết cấu người ta còn phân ra:

 Dạng treo đòn ngang

 Dạng treo Mc. Pherson

 Dạng treo kiểu đòn dọc

 Dạng treo kiểu đòn dọc có thanh liên kết

 Dạng treo đòn chéo

3.1.3. Yêu cầu:

Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực. Quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầu chính sau:

- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe (xe chạy trên đường tốt hay chạy trên các loại đường khác nhau).

- Có tần số dao động riêng thích hợp với từng loại ô tô để đảm bảo độ êm dịu

cần thiết.

- Có độ võng động đủ để không sinh ra va đập lên các ụ đỡ.

- Có hệ số cản thích hợp để dập tắt dao động giữa vỏ xe và cầu xe.

- Khi quay vòng hoặc khi phanh thì vỏ ô tô không bị nghiêng quá giới hạn cho

phép.

Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thỏa mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe.

3.1.4. Cấu tạo chung:

Mặc dù có nhiều chi tiết, nhưng cấu tạo chung của hệ thống treo được quy thành ba bộ phận chính sau:

- Bộ phận dẫn hướng: Dùng để xác định động học và tính chất dịch chuyển

tương đối của các bánh xe với khung hay vỏ ô tô. Bộ phận dẫn hướng dung để truyền các lực dọc, lực ngang cũng như các momen từ bánh xe lên khung hay vỏ ô tô.

- Bộ phận đàn hồi: Dùng để truyền các lực thẳng đứng và giảm tải trọng động khi ô tô chuyển động không bằng phẳng nhằm đảm bảo độ êm dịu cần thiết.

- Bộ phận giảm chấn: Cùng với ma sát ở hệ thống treo sinh ra lực cản để dập

tắt dao động của ô tô.

3.2. Động học cơ cấu hướng hệ thống treo: 3.2.1. Khái niệm: 3.2.1. Khái niệm:

Động học hệ thống treo nghiên cứu mối quan hệ động học giữa bánh xe với khung xe khi bánh xe thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng.

Các thông số chính được xem xét trong động học hệ thống treo là: Sự dịch chuyển (chuyển vị) của bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổi theo phương thẳng đứng. Các dịch chuyển này ảnh hưởng đáng kể đến khả năng truyền các lực (ba chiều) và các momen (theo ba trục) khi bánh xe ở các vị trí khác nhau. Nếu bánh

xe dịch chuyển tương đối với khung xe, hoặc thân xe nghiêng đi một góc γ, dịch bên vết bánh xe ∆y, góc tự điều khiển bánh xe β, và thay đổi tâm quay tức thời bánh xe. Các mối quan hệ này gọi là quan hệ động học của hệ thống treo.

Các kết cấu hiện nay rất da dạng về kích thước, hình dáng và vị trí bố trí các đòn treo, bởi vậy quan hệ động học của chúng rất khác nhau.

Sự dịch bên ∆y của bánh xe gây nên mòn lốp và làm giảm khả năng truyền lực bên của bánh xe. Mặc khác sự thay đổi vết lốp liên quan đến khả năng ổn định của xe, do vậy giá trị lệch bên ∆y đã khống chế sao cho nhỏ nhất.

3.2.2. Nhiệm vụ, yêu cầu và cơ sở động học của hệ thống treo:

 Nhiệm vụ: Các bánh xe ô tô phải được liên kết với thùng xe một cách đàn hồi theo hướng gần như vuông góc với mặt phẳng cơ sở của mặt đường sao cho dịch chuyển của bánh xe so với thùng xe càng theo hướng này càng tốt. Lý do ở đây một mặt làm cân bằng các lực thẳng đứng tĩnh và động giữa bánh xe và mặt đường, một mặt là làm tốt hơn tính êm dịu khi chuyển động trên đường không bằng phẳng. Ngược lại với điều này thì trong tất cả các hướng còn lại động học dịch chuyển của bánh xe so với thùng xe lại phải cứng để cho các lực từ mặt đường (các lực ngẫu nhiên, lực kéo, lực phanh, lực lái…) không gây ra một cách đáng kể những hiện tượng như quay vòng, nghiêng, dịch chuyển dọc ngang… Để đảm bảo các yêu cầu trên bánh xe được nối với thùng xe bằng một cơ cấu phù hợp, gọi là giá treo (cơ cấu hướng trong Hệ thống treo).

 Yêu cầu: Cơ cấu treo độc lập theo quan điểm động học chỉ có một bậc tự do trong dịch chuyển tương đối đối với thùng xe, đối với cơ cấu treo phụ thuộc của một cầu thì phải có hai bậc tự do (cả hai đều nằm trong mặt phẳng ngang thẳng đứng của xe). Chuyển động theo hướng các bậc tự do như vậy lại làm phát sinh đồng thời các chuyển động khác theo các hướng còn lại xung quanh chúng (xoay quanh các trục). Cơ cấu giá treo không được cứng tuyệt đối và vì thế tác dụng

Động học cơ cấu hướng hệ thống treo:

Hệ thống treo khí điều khiển điện tử: