- Cỏc loại kớnh thụng dụng:
2. Các cấu trúc hệ thống treo tr−ớc ôtô buýt Mercedes-Benz
Trên hình 23. là hệ thống treo tr−ớc ôtô buýt tiêu chuẩn Mercedes-Benz.
Cấu trúc hệ thống treo phụ thuộc bao gồm: dầm cầu cứng(8), kết hợp với bộ phận đàn hồi khí nén(2), hệ thống treo sử dụng ba đòn giằng dẫn h−ớng(5), (6) truyền lực dọc, đòn Panhard(7) truyền lực bên giữa thân xe và cầu, thanh ổn định ngang giúp hạn chế góc nghiêng ngang của thân xẹ
Khoa Công nghệ ôtô - Tr−ờng trung cấp nghề 17/BQP 37
Các bầu khí nén đặt trên dầm cầu và thân xe đảm nhận truyền tải trọng đứng, áp suất khí nén đ−ợc tự động điều chỉnh.
Trên hình 24 là hệ thống treo sau ôtô buýt tiêu chuẩn Mercedes-Benz. Cấu trúc hệ thống treo theo loại phụ thuộc dầm cầu liền(3),cầu sử dụng bốn đòn giằng: hai bên trên(4) đặt thẳng, hai đòn d−ới (2) đặt nghiêng đảm bảo khả năng truyền cả lực dọc và lực ngang.
Hình 23
Khoa Công nghệ ôtô - Tr−ờng trung cấp nghề 17/BQP 38
Hệ thống treo sử dụng bốn bầu khí nén(5) và bốn giảm chấn(1), đảm bảo thuận lợi cho việc lựa chọn kích th−ớc và đặc tính bầu khí theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất khác nhaụ Việc bố trí bầu khí nén yêu cầu phải có treo(6) cứng, chế tạo từ các loại thép cứng đúc dàỵ Các giá treo bắt với dầm cầu thông qua các bộ quang dầm giống nhau nh− quang nhíp. Cầu sau chủ động liên kết với động cơ đặt phía sau xe nhằm tối −u khả năng truyền lực kéọ
Với kết cấu của ôtô buýt tiêu chuẩn, hệ thống treo của Mercedes-Benz có tính tiện nghi khá cao, phụ hợp với việc vận chuyển hành khách đ−ờng dài, liên tỉnh hay chuyên dùng du lịch.
Để phục vụ vận tải hành khách trong thành phố, ôtô buýt tiêu chuẩn trên đY đ−ợc thay đổi kết cấu hệ thống treo cầu tr−ớc sang loại hai đòn ngang. Nhờ đó, ôtô hạ thấp đáng kể chiều cao trọng tâm, chiều cao sàn xe phù hợp với việc lên xuống của hành khách.
Hệ thống treo tr−ớc và sau của ôtô buýt thành phố loại tiêu chuẩn sau thay đổi của hYng Mercedes-Benz thể hiện trên hình 25.
Đặc điểm nổi bật của xe là sử dụng hệ thống treo tr−ớc hai đòn ngang với bộ phận đàn hồi bằng khí nén. Bộ phận đàn hồi khí nén đ−ợc đặt trên giá đỡ cụm bánh xe, phía trên của bầ khí(4) đặt trực tiếp lên thân xẹ Tải trọng thẳng đứng truyền qua bầu khí xuống giá đỡ và tới bánh xe, do vậy giảm tải cho các đòng ngang trên và d−ớị Các đòn trên (1) và đòn d−ới (5) cấu tạo từ thép ống tròn đặc làm nhiệm vụ dẫn h−ớng(xác định vị trí bánh xe), do vậy cấu tạo nhỏ gọn dành không gian cho việc bố trí bầu khí và các cụm của hệ
Khoa Công nghệ ôtô - Tr−ờng trung cấp nghề 17/BQP 39
thống láị Các đòn giằng trên và d−ới đầu bố trí theo dạng chữ V thông qua các khớp cầụ Thân xe của thanh ổn định ngang(3) bắt trên khung xe, cá đầu d−ới bắt với bánh xẹ Giảm chấn bố trí trên giá bắt cụm bánh xe khá gọn. Ngoài ra, để tăng c−ờng khả năng truyền lực dọc và lực bên hệ thống treo còn bố trí thêm hai thanh đòn chéo(2). Với cấu trục nh− vậy các đòn ngang trên và d−ới đ−ợc giảm tải tối đa và trọng l−ợng kết cấu nhỏ. Hệ thống treo kết hợp với cấu trúc khung x−ơng dạng khung dàn, cho phép giảm thấp chiều cao ở phía đầu xe, trọng l−ợng bán thân ôtô nhỏ.
Tuy vậy cấu trúc hệ thống treo cầu tr−ớc của xe khá phức tạp, các khớp cầu(rôtuyn) cần th−ờng xuyên kiểm tra để tránh rơ lỏng quá mức ảnh h−ởng tới động học của hệ thống treọ
Khoa Công nghệ ôtô - Tr−ờng trung cấp nghề 17/BQP 40
Bài 2. Hệ thống treo tích cực và ứng dụng
Các bộ phận đàn hồi truyền thống: nhíp lá, lò xo xoắn ốc, thanh xoắn giảm chấn thuỷ lực có các đặc tính tuyến tính và đ−ợc coi là hệ thống đàn hồi “ Thụ động”. Xuất phát từ các yêu cầu hoàn thiện hệ thống treo ngày nay đY và đang hình thành có loại hệ thống treo có chất l−ợng cao hơn.
1. Yêu cầu
Các hệ thống treo của ôtô hiện đại cần thiết phải đáp ứng các yêu cầu: a) Tính tiện nghi trong hoạt động cao, hay cụ thể là ổn định sàn xe:
- Gia tốc dao động của thân xe nhỏ.
- Tần số dao động riêng nhỏ, không phụ thuộc vào tải trọng đặt lên. - Đặc tính giảm chấn phụ thuộc vào tải trọng và trạng thái hoạt động.
b) Tính an toàn trong chuyển động cao, cân bằng và ổn định chiều cao sàn xe: - Biến động giá trị tải trong sinh ra phải nhỏ.
- Động học của chuyển vị cầu xe không phụ thuộc và tải trọng. - Có khả năng điều chỉnh cao thân xẹ
- Chuyển vị biến dạng đàn hồi và giảm chấn phải thích hợp. - Đảm bảo khoảng sáng gầm xẹ
c) Không gian bố trí các bộ phận hệ thống treo nhỏ gọn: - Có kích th−ớc bao nhỏ gọn.
- Chiều dài kết cấu ngắn, hay có thể sử dụng truyền dẫn bằng dây điện. d) Có khả năng thay đổi chiều cao thân xe:
- Hạ thấp trọng tâm khi chuyển động ở tốc độ caọ
- Nâng cao khoảng sáng gầm xe khi chuyển động trên đ−ờng xấụ - Có khả năng điều chỉnh độ nghiêng ngang thân xẹ
- Có khả năng điều chỉnh độ nghiêng dọc thân xe giảm lực cản không khí và ổn định chuyển động.
e) Có khả năng loại trừ khả năng điều khiển sai của ng−ời lái(điều khiển thông minh) trong một số tr−ờng hợp:
- Khi kích xe thay thế bánh xe trên đ−ờng.
- Khi có sự cố bộ phận đàn hồi, giảm chấn, đ−ờng dẫn… - Khi có sự cố của hệ thống điều khiển điện tử.
Các kết cấu truyền thống không thực hiện đ−ợc các yêu cầu này, bởi vậy cần thiết phải sử dụng hệ thống treo có khả năng tự điều chỉnh.
2. Phân loại
Hiện nay các hệ thống điều chỉnh đ−ợc chia ra làm: - Theo mức độ hoàn thiện:
+ Bán tích cực. + Tích cực
- Theo dạng cung cấp năng l−ợng điều chỉnh: + Hệ thống hở.
+ Hệ thống kín.
- Theo đặc tính điều khiển của hệ thống treo tích cực: + Điều khiển nhanh.
Khoa Công nghệ ôtô - Tr−ờng trung cấp nghề 17/BQP 41 + Điều khiển quá trình(chậm).
Việc hoàn thiện hệ thống treo liên quan tới: giá thành của thiết bị, tiêu hao năng l−ợng trong quá trình điều chỉnh, không gian bố trí thiết bị…
Do vậy việc thoả mYn các yêu cầu ở mức độ khác nhaụ
Các sơ đồ và đặc tính kỹ thuật chỉ ra trên hình 26 cho phép phân biệt tổng quát giữa các hệ thống thụ động, tích cực và bán tích cực.
Ạ Hệ thống treo bán tích cực
Hệ thống treo bán tích cực là hệ thống có khả năng dập tắt nhanh dao động thẳng đứng trong khoảng làm việc rộng. Khoảng làm việc của dập tắt dao động có thể tạo lên bởi sự điều khiển thông qua núm chọn hay nhờ điều khiển điện tử.
Trên hình 26 là hệ thống treo có giảm chấn làm việc theo vị trí núm điều khiển của ôtô Porsche 959. Tính chất điều chỉnh của dao động khi xe hoạt động đ−ợc chọn theo các chế độ đ−ờng định tr−ớc theo ý đồ sử dụng của lái xe có thể là:
- Thành phố, xa lộ, liên tỉnh.
- Đ−ơng ngắn, đ−ơng tr−ờng, đ−ờng đuạ
Ba ch−ơng trình hoạt động đ−ợc thiết lập sẵn phụ thuộc và trạng thái làm việc của giảm chấn thông qua núm chọn trên bảng điều khiển của xẹ
Khoa Công nghệ ôtô - Tr−ờng trung cấp nghề 17/BQP 42
Lực cân bằng của giảm chấn sẽ tăng hay giảm phụ thuộc vào sự tăng hay giảm của tốc độ dịch chuyển của piston giảm chấn thông qua việc thay đổi các lỗ van tiết l−u để thay đổi dòng chảy của chất lỏng bên trong.
Trên xe còn sử dụng 3 chế độ điều chỉnh khoảng sáng gầm xe chọn sẵn bàng núm chọn, bộ điều khiển tử (3) duy trì các khoảng làm việc trong vùng đ−ợc thiết lập (hình 27). Mục đích của hệ thống thiết lập và điều chỉnh chiều cao thân xe nhằm đảm bảo khả năng làm việc ở tốc độ caọ
- Duy trì ổn định góc nghiêng ngang của bánh xẹ - Tối −u hệ số cản không khí tác dụng lên đầu xẹ
Dập tắt nhanh dao động nhờ giảm chấn đ−ợc điều chỉnh là giải pháp hiệu quả đối với việc hoàn thiện tính tiện nghi chuyển động của ôtô. Giải pháp này không thể hoàn thiện bằng hệ thống thiết lập sẵn đơn giản mà sau này sử dụng hệ thống tự động điều chỉnh khả năng dập tắt dao động loại bán tích cực khác trên ôtô. Hệ thống tự động bán tích cực này có tác động tực thời theo các trạng thái thực khi chuyển động, có tên là EDC của hYng BMW hay ADS của hYng Mercedes- Benz.
Sơ đồ chung của hệ thống điện tử điều khiển giảm chấn trình bày trên hình 28 thuộc loại bán tích cực.
Các cảm biến bao gồm: gia tốc chuyển dịch thân xe(1), góc quay vành tay lái(2), độ mở b−ớm gă3), áp lực dầu phanh(4), áp lực chất lỏng của môđun giảm chấn(5), tốc độ ôtô(6), ch−ơng trình lựa chọn(7).
Các cảm biến cung cấp tín hiệu và trên cơ sở đó ch−ơng trình phân tích dao động thẳng đứng, xác định các giá trị trung bình của gia tốc chuyển vị thân xe tại chỗ bố trí các môđun giảm chấn.
Hệ thống là bán tích cực vì không thực hiện hoàn thiện các chế độ tự động: - Không có cảm biến xác định lực trong giảm chấn.
Khoa Công nghệ ôtô - Tr−ờng trung cấp nghề 17/BQP 43
- Không có khả năng tự chuyển sang chế độ làm việc khác, khi tốc độ dịch chuyển của các piston giảm chấn v−ợt quá giới hạn cho phép.
- Không điều chỉnh chế độ làm việc theo các thông tin của trạng thái làm việc tức thờị Các hệ thống điều khiển điện tử không chỉ bố trí trên ôtô con mà còn bắt đầu sử dụng trên cả ôtô buýt và tảị
Hình 28
Khoa Công nghệ ôtô - Tr−ờng trung cấp nghề 17/BQP 44
Trên hình 29a là sơ đồ đàn hồi bán tích cực của ôtô buýt, bao gồm: giảm chấn có khả năng linh hoạt thay đổi đặc tính nhờ van tự động điều chỉnh. Van tự động điều chỉnh có khả năng thay đổi nhanh dòng chất lỏng chảy giữa hai khoang làm việc của giảm chấn.
Van rất nhạy cảm, d−ới tác dụng của chuyển dịch nhanh của cầu xe, tạo lên lực mở rộng hay đóng hẹp van để đảm bảo thân xe đ−ợc chuyển động êm dịụ Do lực đóng mở van chịu ảnh h−ởng trực tiếp của dao động bánh xe nên không cần nguồn năng l−ợng cung cấp.
Khả năng tự điều chỉnh cũng giống nh− trong quá trình tiếp nhận tín hiệu số, đặc biệt là khả năng xử lý nhanh sự biến đổi khoảng cách giữa cầu xe và thân xẹ
Hệ thống này không chỉ giúp cho ôto có khả năng êm dịu chuyển động mà còn có hiệu quả cho việc giảm góc nghiêng dọc và nghiêng ngang của thân xẹ Trong tr−ơng hợp đó cần trang bị thêm hệ thống điều khiển điện tử theo các yêu cầu hoàn thiện của các trạng thái ổn định. Kết quả kiểm định đo góc nghiêng ngang thân xe cho bằng đồ thị hình 29b.
- Khi v−ợt qua ch−ớng ngại vật đơn điệụ
- Với hai loại giảm chấn thụ động truyền thống và giảm chấn bán tích cực.
Sự thay đổi cứng của bộ phận đàn hồi trên ôtô cho phép hoàn thiện tính tiện nghi trong sử dụng.
Cũng cần phân biệt hai ph−ơng pháp: ảnh h−ởng của dịch chuyển thân xe do thay đổi tức thời độc cứng và sử dụng bộ phận đàn hồi mềm.
Giải pháp trên ôtô th−ờng gặp là:
- Dùng giảm chấn tự động điều chỉnh với bộ phận đàn hồi mềm.
- Dùng bộ phân đàn hồi mềm cho phép tiến hành điều chỉnh chiều cao thân xe kể cả trên cầu saụ
Dùng bộ phận đàn hồi thuỷ khí có nh−ợc điểm là giá thành cao và trọng l−ợng lớn. áp lực thuỷ lực yêu cầu tới 10Mpạ Với bộ phận đàn hồi khí nén có một vấn đề giải quyết là cố định các ballon (bầu khí) (vật liệu làm bằng chất liệu cao su hay nylon). Vấn đề này đ−ợc giải quyết tr−ớc hết là sự thay đổi kết cấu, chẳng hạn nh− bằng các bộ phận dẫn h−ớng bên cạnh bầu khí. Lúc đó lại đặt ra các vấn đề không gian cho các chi tiết của cầu xe và khung vỏ.
Hiên tại đang lựa chọn hệ thống giữa các bộ phận đàn hồi khí nén hoặc thuỷ lực hoặc dùng cả hai hệ thống này kết hợp với điều khiển điện tử trong t−ơng laị Trong tình huống đó cần trang bị: các cảm biến đo chiều cao, van điện từ, máy nén khí hay bơm thuỷ lực và bộ ECỤ
Trên bộ phận đàn hồi khí nén (hình 30) lại còn quan tâm tiếp tới trang bị hệ thống hở hay hệ thống kín cho việc cung cấp năng l−ợng. Với hệ thống hở hình 30a khi lấy từ môi tr−ờng xung quanh và nén khí bằng máy nén rồi chuyển tới bầu khí. Hệ thống yêu cầu không khí phải khô để bổ xung khí nén mất đi trong khi hạ thấp sàn xẹ Việc phân phối khí nén cần có các van cung cấp điện từ điều khiển trực tiếp cho các bầu khí. Nh− vậy hệ thống hở cần th−ờng xuyên bổ xung khí nén. Để tiết kiệm năng l−ợng cho máy nén khí với hệ thống hở, khí nén ngừng cung cấp cho bầu khí khi phanh.
Khoa Công nghệ ôtô - Tr−ờng trung cấp nghề 17/BQP 45
Sự khác biệt giữa hệ thống hở và hệ thống kín, qua sơ đồ, nhận thấy phần cung cấp khí nén cũng khác nhaụ Trên hình 30b là hệ thống của hYng bosch có áp suất trung bình, không khí sẽ đ−ợc luân chuyển từ bình chứa (7) tới bầu khí và không phải sấy khô.
áp suất trong bình chứa (7) dự trữ nằm giữa giá trị áp suất lớn nhất và áp suất nhỏ nhất làm việc của bầu khí. Sau khi hạ thấp sàn xe, máy nén khí cần chuyển khí nén từ bình chứa sang bầu khí để nâng cao sàn xẹ Trên các hệ thống nh− thế, áp suất trong bình chứa phải nhỏ hơn trong bầu khí, do vậy máy nén khí có công suất cao và bình chứa có thể tích lớn. Từ các lý do trên, ôtô mới của Mercedes- Benz dùng hệ thống treo lò xo xoắn ốc, bầu khí nén và giảm chấn đảm bảo tốt tính tiện nghi và an toàn chuyển động. Hệ thống có tên là AIRmatic gồm: bộ phận đàn hồi khí nén và giảm chấn bán tích cực ADS.
Một hệ thống mới của bộ phận đàn hồi khí nén đ−ợc tạo nên bởi một số chi tiết liên kết với truyền dẫn khí nén và thu thập dữ liệu, các bộ phận đàn hồi cho cầu tr−ớc, cầu sau, máy nén khí, van phân phối khí trung tâm, van cấp khí cho bầu khí, ECU và các cảm biến yêu cầụ Hệ thống này thuộc loại hệ thống hở và khi không tải không gây lên ép c−ỡng bức bầu khí. Việc điều chỉnh chiều cao thân xe đ−ợc tiến hành nhanh chóng theo yêu cầu bằng cách thêm hay thoát bớt khí nén ở mỗi bánh xe một cách độc lập qua việc điều khiển van điện từ.
B- Hệ thống treo tích cực
Hệ thống treo tích cực là hệ thống cần có năng l−ợng bổ sung cho các bộ phận giữa bánh xe và thân xe nhằm đáp ứng kịp các quan hệ của lực tác dụng và các thông tin bất kỳ. Các trạng thái tải trọng thẳng đứng tác dụng lên ôtô có thể chia ra thành: tải động, nghiêng dọc, nghiêng ngang. Hệ thống treo tích cực điều khiển theo từng biến động trạng thái nhấp nhô nền đ−ờng và trạng thái chiều cao thân xe bằng các cảm biến và điều khiển nhạy bén các ảnh h−ởng động xảy rạ Khi có các lực động sinh ra, thông qua các van điều chỉnh sẽ đáp ứng liên hệ nhanh(với nguồn năng l−ợng t−ơng thích) các phần tử đàn hồi tạo
Khoa Công nghệ ôtô - Tr−ờng trung cấp nghề 17/BQP 46
lên phản ứng đúng nhằm đảm bảo các chế độ nghiêng thân xe yêu cầụ Các hệ thống nh− thế đ−ợc gọi là “ Điều khiển tích cực”.
Các hệ thống treo tích cực cơ bản hiện đang sử dụng trên ôtô nh− hình 31.