2.5.2.1 Bộ phận đàn hồi
Phần tử đàn hồi của hệ thống treo sau xe Mazda CX-5 tương tự phần tử đàn hồi của hệ thống treo trước, nó là loại lò xo trụ có bước xoắn không thay đổi được lắp bản lề 1 đầu giúp momen uốn sẽ bị triệt tiêu, lò xo được định tâm trong các gối đỡ bằng bề mặt trong.
Hình 2.11 Bộ phận đàn hồi hệ thống treo sau xe ô tô Mazda CX-5 2018
1- Ngàm trên, 2- Lò xo trụ, 3- Gối đỡ 2.5.2.2 Bộ phận giảm chấn treo sau
Bộ phận giảm chấn hệ thống treo trước trên xe Mazda CX-5 2018 sử dụng giảm chấn ống loại ống kép.
a, Cấu tạo
Bên trong vỏ (ống ngoài) có một xi lanh (ống nén), và trong xi lanh có một pittông chuyển động lên xuống. Đầu dưới của cần pittông có một van để tạo ra lực cản khi bộ giảm chấn giãn ra. Đáy xy-lanh có van đáy để tạo ra lực cản khi bộ giảm chấn bị nén lại.
Bên trong xi lanh được nạp chất lỏng hấp thụ chấn động, nhưng buồng chứa chỉ được nạp đầy đến 2/3 thể tích, phần còn lại thì nạp không khí với áp suất khí quyển hoặc nạp khí áp suất thấp. Buồng chứa là nơi chứa chất lỏng đi vào và đi ra khỏi xy lanh. Trong kiểu buồng khí áp suất thấp, khí được nạp với áp suất thấp (3 – 6 kgf/cm2).
Làm như thế để chống phát sinh tiếng ồn do hiện tượng tạo bọt và xâm thực, thường xảy ra trong các bộ giảm chấn chỉ sử dụng chất lỏng đó chính là kiểu nạp khí. Nạp khí giúp giảm thiểu hiện tượng xâm thực và tạo bọt còn giúp tạo ra lực cản ổn định, nhờ thế mà tăng độ êm và vận hành ổn định của xe.
Trong một số bộ giảm chấn kiểu nạp khí áp suất thấp, người ta không sử dụng van đáy và lực hoãn xung được tạo ra nhờ van pittông trong cả hai hành trình nén và giãn.
Hình 2.12 Cấu tạo giảm chấn kép b, Nguyên lý hoạt động
Qúa trình nén:
Trong hành trình nén, cần pittông chuyển động xuống làm cho áp suất trong buồng dưới cao hơn áp suất trong buồng trên. Vì vậy chất lỏng trong buồng dưới bị ép lên buồng trên qua van pittông. Lúc này lực giảm chấn được sinh ra do sức cản dòng chảy của van
Hình 2.13 Quá trình nén của giảm chấn
- Tốc độ chuyển động của cần pittông cao: Khi pittông chuyển động xuống, áp suất trong buồng A (dưới pittông) sẽ tăng cao. Dầu sẽ đẩy mở van một chiều (của van pittông) và chảy vào buồng B mà không bị sức cản nào đáng kể (không phát sinh lực giảm chấn). Đồng thời, một lượng dầu tương đương với thể tích mất đi của cần pittông (khi nó đi vào trong xi lanh) sẽ bị ép qua van lá của van đáy và chảy vào buồng chứa. Đây là lúc mà lực giảm chấn được sức cản dòng chảy tạo ra.
- Tốc độ chuyển động của cần pittông thấp: Nếu tốc độ của cần pittông rất thấp thì van một chiều của van pittông và van lá của van đáy sẽ không mở vì áp suất trong buồng A nhỏ.Tuy nhiên, vì có các lỗ nhỏ trong van pittông và van đáy nên dầu vẫn chảy vào buồng B và buồng chứa, vì vậy chỉ tạo ra một lực cản nhỏ.
- Tốc độ chuyển động của cần pittông cao: Khi pittông chuyển động lên, áp suất trong buồng B (trên pittông) sẽ tăng cao. Dầu sẽ đẩy mở van lá (của van pittông) và chảy vào buồng A.
Vào lúc này, sức cản dòng chảy đóng vai trò lực giảm chấn. Vì cần pittông chuyển động lên, một phần cần thoát ra khỏi xy-lanh nên thể tích choán chỗ của nó giảm xuống. Để bù vào khoảng hụt này dầu từ buồng chứa sẽ chảy qua van một chiều và vào buồng A mà không bị sức cản đáng kể.
- Tốc độ chuyển động của cần pittông thấp: Khi cán pittông chuyển động với tốc độ thấp, cả van lá và van một chiều đều vẫn đóng vì áp suất trong buồng B ở trên pittông thấp. Vì vậy, dầu trong buồng B chảy qua các lỗ nhỏ trong van pittông vào buồng A. Dầu trong buồng chứa cũng chảy qua lỗ nhỏ trong van đáy vào buồng A, vì vậy chỉ tạo ra một lực cản nhỏ.
Hình 2.14 Quá trình giãn của giảm chấn
2.5.2.3 Bộ phận dẫn hướng
Hệ thống treo độc lập liên kết đa điểm là một hệ thống treo cải tiến của hệ thống tay đòn kép sử dụng 1 càng chữ A và 2, 3 hay 4 thanh liên kết để dẫn
hướng chuyển động và điều chỉnh các góc đặt bánh xe với khớp nối cầu hoặc ống lót cao su ở cuối, luôn trong trạng thái căng, nén và không bị bẻ cong. Cần được nối ở phần đầu và cuối của trục. Hệ thống treo đa liên kết của xe Mazda CX-5 sử dụng 4 thanh liên kết, bao gồm 1 đòn chữ A trên, đòn dưới, đòn ngang và 1 đòn dọc.
Hình 2.15 Các thanh đòn hệ thống treo sau xe ô tô Mazda CX-5 2018
1- Đòn trên; 2- Thanh đỡ dưới; 3- Thanh dọc; 4- Đòn dưới
Cũng giống hệ thống treo trước, hệ thống treo sau cũng sử dụng thanh cân bằng giúp thân xe hoạt động ổn định và ít bị xoắn hơn khi xe vận hành trên những mặt đướng có bề mặt mấp mô, hố gà…
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO MAZDA-CX5 2018 BẰNG PHẦN MỀM CARSIM
3.1 Giới thiệu phần mềm Carsim[7]
CarSim là sản phẩm phần mềm của Tập đoàn Mechanical Simulation (USA) – một công ty phần mềm chuyên về động lực học xe được thành lập năm 1996. Tiền thân của tập đoàn là Trường Đại học của Viện nghiên cứu giao thông vận tải Michigan (UMTRI). Cho đến nay Mechanical Simulation (USA) đã có hơn 30 năm kinh nghiệm xây dựng và phát triển các phần mềm để mô phỏng động lực học xe
CarSim là phần mềm mô phỏng động lực học xe dựa trên định hướng tính năng, dùng công nghệ VehicleSim (VS) với những đặc điểm sau:
- Được phát triển liên tục kể từ năm 1990.
- Dùng mô hình toán học dạng tham số để tái tạo hành vi động lực học cấp độ hệ thống.
- Giao diện người dùng đồ họa (GUI) dễ sử dụng, công cụ VS Visualizer cho phép xem mô phỏng với đồ thị và hình ảnh động thực tế.
Dữ liệu đầu vào dạng đồ họa:
- Bao gồm cơ sở dữ liệu mô hình xe, cơ sở dữ liệu đầu vào điều khiển (tốc độ, hệ thống lái, phanh, van tiết lưu, mô hình lái xe, thông tin mặt đường ...), cài đặt mô phỏng (thời gian bắt đầu, quãng đường và tần suất mô phỏng).
- Cơ sở dữ liệu được tổ chức với hơn 175 nhóm dữ liệu dưới dạng màn hình đồ họa.
- Mỗi màn hình truy cập một thư viện các bộ dữ liệu. - Điều hướng giống như một trình duyệt web.
- Sử dụng menu kéo xuống để chọn bộ dữ liệu từ thư viện. - Hiển thị dữ liệu theo ngữ cảnh.
- Trợ giúp trực tuyến cho tất cả các điều khiển.
- Dễ dàng sao chép các bộ dữ liệu hiện có và thực hiện các thay đổi. - Các lần chạy trước đây là một phần của cơ sở dữ liệu CarSim.
Bộ giải mô hình toán học của xe:
- Chịu trách nhiệm giải các phương trình vi phân mô tả các trạng thái động học của xe theo các biến trạng thái đầu vào. Được Viện Nghiên cứu Giao thông vận tải Đại học Michigan (UMTRI) nghiên cứu và phát triển liên tục từ năm 1990 đến nay. Nó hỗ trợ các mô hình toán học có độ chính xác cao, có hiệu suất song song cao, giảm lỗi, cải thiện độ tin cậy của phần mềm và cải thiện tốc độ tính toán.
Bộ hiển thị kết quả chạy mô phỏng
- Hiển thị kết quả với hình ảnh động và đồ thị 3D trực quan.
- Có thể vẽ đồ thị theo các biến tùy chọn. Có hơn 500 bộ biến. Khả năng xuất dữ liệu sang các phần mềm khác, ví dụ như MatLab, Excel ...
Các lĩnh vực ứng dụng của CarSim
- Phanh ABS - Kiểm soát ổn định điện tử - Kiểm soát hành trình thích ứng
- Hệ thống treo chủ động - Hệ thống lái trợ lực điện tử - Lái xe tự động - Rơ mooc kéo chống rung
- Phát hiện xe qua lại
- Hệ thống truyền động hybrid - Mô phỏng lái xe
- Công nghệ hỗ trợ lái xe tiên tiến (ADAS) - Kỹ thuật đường bộ
- Công nghệ tương tác giữa Xe với Xe V2V - Công nghệ tương tác xe
- Cơ sở hạ tầng (Phương tiện đến Cơ sở hạ tầng V2I) - Nghiên cứu về tiết kiệm nhiên liệu
Các khả năng của CarSim
- Dự đoán chuyển động tổng thể của xe đối với:
- Kiểm soát lái xe - Tương tác với nền đường và không khí - Rất chính xác đối với các thử nghiệm mức độ hệ thống cho: - Phanh, thiết bị lái, gia tốc, độ ổn định
- Các thử nghiệm liên quan đến hệ thống xe - Rất dễ học và sử dụng
- Nhanh, hỗ trợ phần cứng trong vòng lặp (HIL) thời gian thực. - Làm việc tốt với các phần mềm thứ ba: MatLab, Simulink…
3.2 Hệ thống treo trên phần mềm Carsim
3.2.1 Các mô hình của phần tử đàn hồi dùng trong Carsim.[5]
Màn hình Spring điều chỉnh các thông số ảnh hưởng của lò xo hệ thống treo.
Hình 3.1 Đường đặc tính đàn hồi có tải và không tải
Có bốn phương pháp để mô tả các lực tác dụng lên lò xo được mô tả trong thanh thả (1) dựa trên:
• Độ cứng của lò xo và lực ma sát. • Nội suy tuyến tính và ngoại suy. • Các đường cong nội và ngoại suy. • 2D nội suy và ngoại suy.
Các đường cong (2) và (3) thể hiện 2 trạng thái của lò xo khi nén có tải và không tải. Các giá trị tương ứng được hiển thị trong bảng (2) và (3) ở phía bên phải của màn hình. Quy mô của chuỗi tương ứng với mỗi đường cong có thể được thay đổi trong hộp nhập liệu (4).
Trong các tính toán cho hệ thống treo, đôi khi cần phải tính đến khả năng đàn hồi của lốp xe ảnh hưởng như thế nào đến rung động của xe. Màn hình Tỷ
lệ đi xe hiển thị hoạt động của chất đàn hồi khi tính đến ảnh hưởng của lốp xe.
Hình 3.2 Đường đặc tính đàn hồi có tính đến ảnh hưởng lốp xe
Các thông số hiển thị:
(1) Lực tác dụng của mặt đường khi chịu tải trọng, tức là phộ phận đàn hồi đang bị nén.
(2) Lực tác dụng của mặt đường khi không chịu tải trọng, hay bộ phận đàn hồi ở trạng thái nảy lên.
(3) Tỷ xích cho 2 đường đặc tính nén và nảy lên của hệ thống. (4) Độ cứng đàn hồi của lốp.
(5) Tổng khối lượng không được treo. Ở màn hình này, điểm khác biệt lớn so với màn hình Spring là có 4 đường cong đặc trưng khác nhau. Hai đường màu đen và nâu thể hiện đặc tính của chất đàn hồi có tính đến ảnh hưởng của vỏ xe. Hai đường màu xanh đỏ thể hiện đặc điểm khi chưa chịu tác động của lốp.
3.2.2 Hệ thống treo độc lập
Hình 3.3 Lựa chọn hệ thống treo
Với lựa chọn Indepedent, sử dụng hai màn hình cung cấp các thông số động học: Suspension: Independent System Kinematics và Suspension: Independent Compliance, Spring, and Dampers
Với lựa chọn Independent (simple), chỉ một màn hình Suspension: Independent System được sử dụng để mô tả các thông số bánh xe, lò xo và giảm chấm của hệ thống treo.
a) Independent System Kinematics Động học của hệ thống treo có tính đến các tác động ngang và dọc của chuyển động bánh xe khi hệ thống treo chịu các dao động và ứng suất dọc. Các thông số ảnh hưởng bao gồm vị trí tâm quay của bánh xe, góc của bánh xe Camber, Caster ...
Các Thông số hiển thị
(1) Tổng khối lượng không được treo : bao gồm khối lượng bánh xe, lốp, phanh và tất cả các phần tử chuyển động thẳng đứng cùng với bánh khi có tác động lên hệ thống treo.
Hệ số đối với 1 bộ phận của hệ thống lái: 1 bộ phận của khối lượng không được treo sẽ quay do góc của trục quay thay đổi khi bánh xe dẫn hướng quay, hệ số này thường vào khoảng 0,8, nếu để trống hộp dữ liệu, hệ thống sẽ có giá trị mặc định là 1.
(2) Moment quay quán tính: moment quay quán tính của cả 2 bánh xe trái phải, là tổng moment tính cho cả lốp và được xác định ở màn hình Tire.
(3) Chiều rộng cơ sở .
(4) Chiều cao tâm quay bánh xe.
(5) Độ dịch chuyển tâm của hệ thống treo theo phương ngang. (6) Góc Camber tĩnh.
(7) Góc Toe tĩnh.
(8) Lựa chọn độ nén khi chịu tải:
a. Độ nén tương ứng với độ nén của lò xo khi chịu tải. Với sự lựa chọn này, các giá trị của các đặc tính Camber, Toe và lò xo không thay đổi, khi các đặc tính của phần được treo bị thay đổi.
b. Nén mỗi bên dưới tải. Với lựa chọn này, các giá trị của góc Camber, Toe và các đặc tính của phần được treo không thay đổi khi thay đổi đặc tính lò xo
(9) Độ nén theo 2 phía trái, phải khi chịu tải.
(10) Đường dẫn đến bảng Dive Angle: thể hiện góc quay của hệ thống treo quanh trục bên nhìn từ 2 phía trái và phải. Góc Dive nhận giá trị dương khi chiều quay ngược chiều kim đồng hồ.
(11) Đường dẫn đến bảng Logitudinal Position: thể hiện sự dịch chuyển của tâm bánh xe theo phương dọc trục khi hệ thống treo chịu nén. Nhận giá trị dương khi sự dịch chuyển về phía trước.
(12) Đường dẫn đến bảng Camber Angle: thể hiện sự thay đổi góc Camber khi hệ thống treo bị nén.
(13) Đường dẫn đến bảng Lateral Position: thể hiện sự thay đổi của tâm bánh xe theo phương ngang khi hẹ thống treo chịu nén. Nhận giá trị dương khi sự dịch chuyển vào bên trong.
(14) Đường dẫn đến bảng Toe Angle: thể hiện sự thay đổi góc Toe khi hệ thống treo chịu nén.
b) Suspension: Independent Compliance, Spring, and Dampers
Hình 3.5 Suspension: Independent Compliance, Spring, and Dampers
Các thống số hiển thị:
(1) Lựa chọn thông số đặc tính đàn hồi: a. Internal springs only:
(2). lựa chọn này đưa đường dẫn đến bảng Suspension: Ride Rate ( Spring + Tire) hoặc Suspension : Spring, trong đó:
(3). Điều chỉnh bộ phận đàn hồi ghế ngồi: hầu hết các xe hiện nay đều có bộ phận điều chỉnh ghế nâng cao lên hoặc hạ xuống. Tham số này nhận giá trị dương khi ghế được điều chỉnh nâng lên, và âm khi ngược lại.
b. Internal + external springs: lựa chọn này cho phép bổ sung thông số về lực ban đầu tác dụng lên bộ phận đàn hồi ngoài.
Hình 3.6 Internal + external springs
c. External springs only: lựa chọn này khác Internal + external springs là lực tác dụng lên bộ phận đàn hồi ngoài là lực nén ban đầu.
Hình 3.7 External springs only
(2) Đường dẫn đến bảng Suspension: Ride Rate ( Spring + Tire) hoặc Suspension : Spring.
(3) Điều chỉnh bộ phận đàn hồi ghế ngồi.
(4) Đường dẫn đến bảng Suspension: Shock Absorber.
(5) Đường dẫn đến bảng Suspension: Jounce and Rebound Stops.
(6) Tỷ số dịch chuyển khi nén bộ phận đàn hồi so với giá trị đo được tại tâm bánh xe. Giá trị này trong khoảng 0.5 đến 1 .
(7) Tỷ số dịch chuyển bộ phận giảm chấn so với giá trị đo được tại tâm bánh xe. Giá trị này trong khoảng 0.5 đến 1.
(8) Tỷ số dịch chuyển khi nén của cao su giảm chấn so với giá trị đo được tại tâm bánh xe.
(9) Tỷ số dịch chuyển khi nảy lên của cao su giảm chấn so với giá trị đo được tại tâm bánh xe.
(10) Đường dẫn đến bảng Suspension: Auxiliary Roll Moment hoặc Suspension: Measured Total Roll Stiffness.
(11) Tham số giảm chấn của thanh ổn định. Ô tham số này thể hiện tỷ số giữa tổng moment quay giảm chấn và moment giảm chấn của một ống giảm chấn.
(12) Hệ số thay đổi góc Toe khi lực dọc tác dụng lên lốp thay đổi. Lực dọc khi xe chạy thẳng có xu hướng đẩy hệ thống treo về phía trước, và đẩy bánh lái vào trong làm thay đổi góc Toe. Ô tham số này nhận giá trị dương tương đối nhỏ.