2.2.1. Cấu tạo hệ thống treo MacPherson trên xe TOYOTA CAMRY 2019
Hình 2. 3 Cấu tạo hệ thống treo Macpherson
1. Đòn nối; 2. Khớp trụ nối đòn dƣới với khung xe; 3. Đòn cân bằng; 4. Ống giảm chấn; 5. Khung liên kết với các đòn của hệ thống treo; 6. Đòn dƣới; 7. Lò xo; 8. Mặt bích đê lắp với khung xe; 9. Khớp nối cố định giữa đòn dƣới của hệ thống treo;10. Khớp B.
Bao gồm một đòn ngang dƣới, giảm chấn đặt theo phƣơng đứng: một đầu bắt với khung ôtô, một đầu gối lên khối cầu B, vỏ giảm chấn đƣợc nối cứng với trục bánh xe; [6]
Thiết kế giảm xóc kiểu mới này đã bỏ thanh đòn trên trong thiết kế cũ, thay bằng lò xo cùng ống nhún, gắn với khung xe qua đệm cao su. Nhiều chi tiết khác cũng đƣợc loại bỏ khiến hệ thống treo đơn giản hơn và nó đƣợc các nhà sản xuất hoan nghênh. Thiết kế này gây nhiều khó khăn khi lắp ráp hàng loạt, vì vậy MacPherson đƣa ra ý tƣởng gắn hệ thống này chỉ trên 2 điểm,
không kể thanh giằng ổn định. Trong sơ đồ mới, ống nhún là phần dẫn hƣớng của hệ thống, chỉ còn một thanh đòn ngang dƣới gắn với trục 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 thƣờng xuyên chịu tải. Tuy nhiên, khi giảm chấn dao động theo chiều thẳng đứng, đầu tay đòn dƣới chuyển động theo hình cung, khiến điểm tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đƣờng liên tục dao động sang hai bên, cả góc chụm của bánh xe cũng thay đổi, làm cho quỹ đạo chuyển động của xe không ổn định. Với cơ cấu dẫn động cầu trƣớc thì hợp lí nhất là động cơ đặt ngang, bố cục này rất cần sự hỗ trợ hiệu quả của giảm xóc Macpherson. Thay cho thanh đòn ngang, ngƣời ta sử dụng thanh đòn hình tam giác có hai điểm tỳ. Lò xo đƣợc đặt lệch đi so với ống nhún và nghiêng vào phía trong còn những cao su giảm chấn ở khớp tiếp xúc với khung đƣợc giữ nguyên. Những thay đổi này đã làm giảm đáng kể độ mài mòn và ma sát trong ống nhún. Macpherson là một kỹ sƣ ôtô ngƣời gốc Scotland của hãng Ford, phát minh mang tính đột phá của ông bắt đầu từ ý tƣởng đơn giản hóa dây chuyền sản xuất ôtô lắp ráp hệ thống treo độc lập của bánh trƣớc. Hệ thống treo kiểu mới này xuất hiện lần đầu tiên cùng với mẫu xe Ford Consul và Ford Zefir đƣợc giới thiệu năm 1950 ở Anh. Nó ảnh hƣởng tới độ cân bằng của bánh xe, chóng mòn, rung và ồn. Tuy nhiên, thiết kế này vẫn đƣợc áp dụng và phát triển vì nó tạo thêm không gian cho khoang động cơ của xe dẫn động cầu trƣớc.
2.2.2. Nguyên lí hoạt động của hệ thống treo Macpherson trên xe TOYOTA CAMRY 2019
Hệ thống treo macpherson sử dụng xƣơng đòn hoặc một liên kết nén đáng kể đƣợc ổn định bằng liên kết thứ cấp. Cung cấp một điểm gắn cho bộ phận vận chuyển trung tâm hoặc trục của bánh xe. Hệ thống tay dƣới này cung cấp cả vị trí bên và dọc của bánh xe.
Phần trên giá đỡ trung tâm đƣợc cố định chắc chắn; vào phần dƣới cùng của phần bên ngoài của hệ thống treo một cách thích hợp. Phần này trƣợt lên và xuống phần bên trong của nó. Phần này kéo dài lên trên trực tiếp để lắp vào thân vỏ của xe.
Đƣờng từ giá đỡ trên cùng của thanh chống; đến khớp bi dƣới cùng trên tay điều khiển tạo cho trục lái có độ nghiêng. Trục của thanh chống có thể nghiêng vào trong so với trục lái ở phía dƣới.
Hệ thống treo MacPherson yêu cầu giới thiệu cấu trúc đơn nhất. Vì nó cần một không gian thẳng đứng đáng kể và một giá đỡ chắc chắn. Mà các đơn thể có thể cung cấp. Đồng thời mang lại lợi ích cho chúng bằng cách phân phối ứng suất.
Hệ thống treo cũng có thể có tay lái đƣợc tích hợp vào phần bên ngoài thấp hơn. Toàn bộ lắp ráp rất đơn giản và có thể đƣợc lắp ráp trƣớc thành một đơn vị. Cũng bằng cách loại bỏ cánh tay điều khiển trên; nó cho phép có thêm chiều rộng trong khoang động cơ. Điều này rất hữu ích cho những chiếc xe nhỏ hơn; đặc biệt với động cơ đặt bánh ngang nhƣ hầu hết các loại xe dẫn động cầu trƣớc đều có.
Nó có thể đƣợc đơn giản hóa hơn nữa; nếu cần, bằng cách thay thế một thanh chống lật ( thanh xoắn ) cho tay bán kính. Vì những lý do đó, nó đã trở nên gần nhƣ phổ biến với các nhà sản xuất chi phí thấp. Hơn nữa, nó cung cấp một phƣơng pháp dễ dàng để thiết lập hình học hệ thống treo.
Nhiều thiết bị hiện đại thay thế tay điều khiển dƣới bằng xƣơng đòn. Một thanh chống lật là tùy chọn; và nếu có thì đƣợc gắn bằng một thanh có khớp bi vào bộ giảm chấn lò xo; hoặc bằng bi hoặc thanh có khớp đàn hồi với xƣơng đòn.
2.3. Hệ thống treo MacPherson trên xe TOYOTA CAMRY 2019 2.3.1. Cấu tạo hệ thống treo tay đòn kép trên xe TOYOTA 2.3.1. Cấu tạo hệ thống treo tay đòn kép trên xe TOYOTA CAMRY 2019
Cấu tạo của hệ thống treo này vẫn bao gồm ba bộ phận lò xo, giảm xóc giảm chấn và bộ phận điều hƣớng. Điểm khác biệt so với hệ thống treo MacPherson là bộ phận điều hƣớng bao gồm hai thanh dẫn hƣớng trong đó thanh ở trên thƣờng có chiều dài ngắn hơn. Chính vì vậy, hệ thống treo này có tên gọi là tay đòn kép.
Bảng 2. 4 Treo tay đòn kép
Toyota trang bị cho Camry 2019 cấu hình treo sau là loại Tay đòn kép - Double Wishbone. Hiếm có mẫu xe nào trong phân khúc của Camry có cấu hình treo Tay đòn kép. Thƣờng đa số những mẫu xe trên thị trƣờng có cấu hình treo Tay đòn kép ở trƣớc hoặc cả trƣớc lẫn sau. Còn Camry là trƣờng hợp số ít có cấu hình treo Tay đòn kép phía sau và phía trƣớc thì vẫn là loại MacPherson phổ thông.
Trong các cấu hình treo trên xe hơi thì Tay đòn kép đƣợc mệnh danh là cấu hình đáng mơ ƣớc nhất. Ƣu điểm của hệ thống treo Tay đòn kép là nó duy trì độ bám đƣờng của các lốp xe ở điều kiện tối ƣu nhất và ít thay đổi các góc
đặt bánh xe (nhất là góc Camber) trong những trƣờng hợp xe vào cua ở tốc độ cao. Kết quả là xe sẽ có khả năng chặt cua bén hơn và đồng thời thân xe cũng ít bị nghiêng hơn khi chuyển hƣớng. Ngoài ra, nhờ cấu hình treo Tay đòn kép làm thân xe ít bị nghiêng nên Toyota có thể tinh chỉnh phuộc mềm để giữ cảm giác thoải mái cho ngƣời ngồi trong xe khi qua những cung đƣờng xấu.
2.3.2. Nguyên lí hoạt động của hệ thống treo tay đòn kép trên xe TOYOTA CAMRY 2019 TOYOTA CAMRY 2019
Hệ thống treo xƣơng đòn kép cho phép mỗi bánh xe hoạt động và phản ứng độc lập với các bánh xe khác. Nó đạt đƣợc điều này nhờ vào hai tay đòn hình xƣơng đòn (còn gọi là tay điều khiển hoặc tay chữ A kép) nằm giữa khớp tay trên cụm bánh xe và khung gầm của ô tô.
Tay điều khiển trên và dƣới có khớp bi ở hai đầu để cho phép di chuyển theo nhiều hƣớng. Chuyển động thẳng đứng đƣợc điều khiển thông qua bộ giảm xóc và lò xo cuộn đƣợc gắn trên xƣơng đòn.
Bằng cách điều chỉnh cẩn thận mối quan hệ giữa chiều dài của tay điều khiển trên và dƣới và góc tƣơng đối, một kỹ thuật viên có thể sửa đổi hành trình và xử lý của ô tô . Điều này bao gồm việc kiểm soát chuyển động của bánh xe, thông qua các thông số nhƣ góc camber, góc bánh xe, kiểu ngón chân, chiều cao tâm cuộn, bán kính chà và vết xƣớc.
2.4. đặc điểm của hệ thống treo trên xe TOYOTA CAMRY 2019 2.4.1. Bộ phận giảm chấn 2.4.1. Bộ phận giảm chấn
Hình 2. 5 phuộc giảm chấn
Giảm chấn có tác dụng dập tắt dao động của bánh xe và thân xe để đảm bảo cho bánh xe bám đƣờng tốt hơn, giúp tránh không bị rung lắc mạnh, tăng tính êm dịu và ổn định.
Khi va, hay nén cần piston và piston di chuyển vào trong, khi nẩy lại hay dãn ra cần piston và piston di chuyển theo hƣớng ra ngoài. Để giảm chấn hiệu quả cần có kháng lực theo cả 2 hƣớng, điều này đƣợc thực hiện thông qua dầu và các van đĩa gắn với piston và đế của ống bên trong. Dầu tràn vào trong ống trong, bao quanh mặt ngoài của ống ở mức nào đó phía trên là khoảng tự do nằm giữa ống trong và ống ngoài.
Khi va hay nén piston và cần piston chuyển động xuống phía dƣới tạo ra sự sụt áp trong khoang A phía trên piston. Đồng thời, thể tích của khoang B phía dƣới piston giảm làm tăng áp lực chất lỏng. Vì vậy van nạp của piston chuyển động chất lỏng tràn qua đƣờng dẫn trong piston vào khoang A. Tuy nhiên cần piston lúc này di chuyển vào khoang A chiếm chỗ của chất lỏng
bằng với thể tích của cần do đó dầu trong khoang B không thể chảy hết sang khoang A. Chất lỏng bị chiếm chỗ sẽ chảy qua van đáy của khoang C.
Khi nảy lại hay dãn piston và cần piston chuyển động lên trên khiến thể tích khoang A giảm. Khoang A tăng áp suất, và dầu chảy qua van trên piston vào khoang B. Tuy nhiên rút piston ra khỏi khoang B khiến khoang này tăng thể tích đáng kể và chất lỏng chảy từ khoang A vào không đủ để chiếm hết thể tích. Áp lực trong khoang B xuống thấp hơn vùng ngoài khiến van ở đế mở. Dầu chảy từ vùng ngoài về khoang B và tràn đầy ống trong. Các van giúp điều khiển lực cần thiết để đẩy chất lỏng qua chúng tại một vận tốc piston nào đó. Chúng có thể đƣợc chế tạo để mở theo các kỳ dựa trên áp lực chất lỏng. Điều này cho phép tạo kháng lực thấp khi piston di chuyển chậm và kháng lực cao khi vận tốc piston lớn.
Chuyển động mạnh của piston liên tục đẩy dầu qua lại các van khiến nó nóng lên vì dầu hấp thụ năng lƣợng từ chuyển động của lò xo và chuyển thành nhiệt. Nhiệt lƣợng đƣợc truyền qua ống ngoài ra ngoài. Tuy nhiên dầu càng nóng thì nó càng có khuynh hƣớng ngậm khí. Sự sục khí xảy ra vì tốc độ cao của dầu khi di chuyển qua các đƣờng dẫn trong van. Khi vận tốc đủ lớn, không khí sẽ bị trộn lẫn trong dầu bay ra ngoài dƣới dạng bong bóng nhỏ và tạo thành bọt. Dầu lẫn bọt nén đƣợc nên không thể tạo ra lực giảm chấn nhƣ ở trạng thái không lẫn khí. Hiệu suất của giảm chấn do đó sẽ giảm đáng kể.
2.4.2. Bộ phận dẫn hƣớng
Hình 2. 6 bộ phận dẫn hướng trên xe
Bộ phận dẫn hƣớng của hệ thống treo còn có tên gọi khác là thanh ổn định. Đúng nhƣ tên gọi, vai trò của bộ phận dẫn hƣớng vô cùng quan trọng, ảnh hƣởng đến chức năng hoạt động của hệ thống treo trên xe ô tô.
Bộ phận dẫn hƣớng có vai trò tiếp nhận, truyền lực và mô-men giữa bánh và khung xe, giúp cho xe di chuyển ổn định, đầm chắc và êm mƣợt. Có 2 kiểu dẫn hƣớng chính là dùng nhíp (đối với xe tải) và dùng các cơ cấu tay đòn (xe con). Và tƣơng ứng với việc bố trí và sắp xếp các tay đòn mà hãng sản xuất sẽ tạo ra những kiểu hệ thống treo khác nhau nhƣ hệ thống treo MacPherson, hệ thống treo tay đòn kép (double wishbone), hệ thống treo đa liên kết (multi-link),…
Hình 2. 7 Bộ phận đàn hồi
Vai trò của bộ phận đàn hồi giúp giảm thiểu sức nặng tác động lên khung xe để bánh xe dao động mƣợt hơn, tạo sự êm dịu cho xe khi di chuyển. Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo đƣợc thiết kế với các kiểu cơ bản sau:
Nhíp là đƣợc dùng nhiều trên hệ thống treo xe tải loại nhỏ và trung bình. Nhíp lá có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, dễ lắp ráp, giá thành rẻ thích hợp cho các loại xe có giá thành rẻ và đòi hỏi độ êm dịu không cao.
Hình 2. 8 bộ nhíp lá
Hình trên thể hiện một bộ nhíp lá đƣợc dùng trên hệ thống treo ô tô và đã đƣợc lắp ghép hoàn chỉnh. Bó nhíp trên có 5 lá nhíp là những thanh kim
loại cong, đàn hồi có tiết diện chữ nhật và có chiều dài khác nhau, bao gồm lá nhíp cái và 4 lá khác. Lá nhíp cái có chiều dài lớn nhất, các lá còn lại có chiều dài nhỏ dần, lá cuối cùng có chiều dài nhỏ nhất. Các lá nhíp có chiều rộng giống nhau.
Về chiều dày, có thể có 1-3 nhóm (hay gặp là 1 hoặc 2 nhóm). Nếu chỉ có một nhóm thì chiều dày tất cả các lá giống nhau. Nếu có 2 nhóm thì sẽ là nhóm lá nhíp cái và nhóm lá còn lại. Nhóm nhíp cái có thể có 1, 2 hoặc 3 lá. Nếu 1 lá thì chiều dày của lá nhíp cái lớn hơn chiều dày các lá còn lại. Nếu nhóm nhíp cái có từ 2 lá trở lên thì chiều dày của các lá nhíp cái giống nhau và nhỏ hơn chiều dày các lá còn lại.
Thông thƣờng nếu chƣa lắp ghép, bán kính cong của các lá nhíp không bằng nhau: các lá nhíp cái có bán kính cong lớn nhất, các lá còn lại có bán kính cong nhỏ dần.
Với cách bố trí nhƣ vậy khi ghép lại với nhau, các lá nhíp ôm khít vào nhau. Mặt khác các lá nhíp phía trên sẽ chịu ứng suất lắp ghép ngƣợc với ứng suất khi chịu tải (trọng lƣợng xe) và vị vậy ứng suất sẽ giảm. Tuy vậy tác dụng này không nhiều.
Lò xo xoắn
Lò xo xoắn có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, có trọng lƣợng nhỏ hơn nhiều so với nhíp. Nhƣợc điểm của lò xo xoắn là chỉ chịu đƣợc lực thẳng đứng, không chịu đƣợc lực ngang, lực dọc. Vì vậy lò xo xoắn dùng trên hệ thống treo ô tô chỉ làm đƣợc nhiệm vụ bộ phận đàn hồi và hệ thống treo phải có bộ phận hƣớng riêng biệt.
Hình 2. 9 lò xo xoắn
Bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn cũng có đƣờng đặc tính tuyến tính. Do đó nếu giảm độ cứng để tăng êm dịu thì biến dạng sẽ tăng và ảnh hƣởng đến không gian treo của xe. Đƣờng đặc tính tuyến tính là đặc điểm chung của bộ phận đàn hồi kim loại.
Bộ phận đàn hồi khí nén
Khí là một chất nén đƣợc do đó có thể làm lò xo. Lò xo khí nén đƣợc dùng trên hệ thống treo với chức năng là bộ phận đàn hồi. Hệ thống treo dùng lò xo khí làm bộ phận đàn hồi đƣợc gọi là hệ thống treo khí. Hệ thống treo khí đã xuất hiện trên ô tô từ đầu thế kỷ 20. Lò xo khí nén dùng làm bộ phận đàn hồi trên ô tô là một ba lông khí có vỏ làm bằng vải cao su có độ bền cao (sợi tổng hợp hoặc ni lông), vành kim loại tạo hình dáng cho ba lông
Hình 2. 10 Bộ phận đàn hồi khí nén
Bộ phận đàn hồi khí nén có ƣu điểm:
Đƣờng đặc tính đàn hồi có dạng phi tuyến, đặc tính này có thể làm giảm không gian treo của xe.
Độ cứng của bộ phận đàn hồi phụ thuộc vào áp suất khí nén. Do vậy có thể thay đổi độ cứng của bộ phận đàn hồi bằng cách thay đổi áp suất. Đây là một ƣu điểm nổi bật, cho phép điều chỉnh độ cứng khi điều kiện vận hành thay đổi (ví dụ thay đổi tải trọng).
Đây là một ƣu điểm vƣợt trội so với lò xo kim loại. Do ô tô đặc biệt là ô tô tải có tải trọng thay đổi trong một khoảng rộng nên bộ phận đàn hồi kim loại khó đáp ứng yêu cầu về độ êm dịu cũng nhƣ các yêu cầu khác trong các chế độ vận hành khác nhau. Trong lúc đó bộ phận đàn hồi khí nén có thể đáp ứng nhu cầu này. Khi tải trọng thay đổi, độ cứng của bộ phận đàn hồi có thể thay đổi theo bằng cách thay đổi áp suất trong bộ phận đàn hồi.
Phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là độ nhạy kém. Ngƣời ta đã chế tạo