Dịch chuyển của tâm bánh xe sẽ thay đổi trong biên độ từ 0 đến 80mm tại điểm biến dạng 40mm dịch chuyển ngang của điểm yer sẽ lớn nhất 10mm, nếu tiếp tục biến dạng yer sẽ giảm đi. Còn khi dịch chuyển ngang dịch chuyển theo chiều ngược lại với biên dạng tối đa là 40mm thì hệ thống treo biến dạng đoạn 80mm. Như vậy dịch chuyển ngang cũng ảnh hưởng lớn đến biến dạng hệ thống treo. Khi độ dịch chuyển bên thay đổi, đặc biệt là quá lớn sẽ khiến cho việc ổn định về vị trí trung gian ban đầu của bánh xe mất nhiều thời gian gây ảnh hưởng xấu đến ổn định chuyển động thẳng của hệ thống lái.
3.4.6 Góc quay vô lăng ϕv và góc quay bánh xe ϕL
Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc của góc quay bánh xe vào góc quay vô lăng. Khi quay vô lăng 0 đến 7200 thì góc quay bánh xe thay đổi khoảng 400 nhưng khi quay vô lăng ngược lại từ 0 đến -7200 thì góc quay bánh xe chỉ vào khoảng 300
nên suy ra góc quay bánh xe sang phải và trái khác nhau.
Góc quay vô lăng sẽ ảnh hưởng đến góc quay bánh xe và ngược lại góc quay bánh xe lại ảnh hưởng lên động học của hệ thống lái thông qua công thức quay vòng. Như vậy góc quay vô lăng sẽ ảnh hưởng lớn đến việc quay vòng, khi vô lăng quay sang trái hoặc sang phải thì động học quay vòng trong hai trường hợp khác nhau nhưng sẽ hợp lí nhờ kết cấu phù hợp của hình thang lái.
3.4.7 Góc nghiêng bánh xe ϑ và ϕL
Ta thấy khi góc quay bánh xe tăng từ 0 đến khoảng 400 thì góc nghiêng bánh xe cũng tăng một khoảng từ 0 đến khoảng 50. Nhưng khi góc quay bánh xe giảm từ 0 đến 400 thì góc quay bánh xe thay đổi chỉ khoảng 30. Như phân thích thì khi bánh xe quay sang trái hoặc sang phải thì góc nghiêng bánh xe cũng thay đổi một lượng khác nhau.
Góc nghiêng ϑ sẽ làm cho cánh tay đòn của phản lực pháp tuyến đối với trục trụ quay đứng thay đổi tỉ lệ thuận theo, nếu góc càng lớn thì lực tác dụng lên dẫn động lái và vành tay lái phải càng lớn.
Sự thay đổi của góc quay ngoài và góc quay trong sẽ ảnh hưởng đến công thức quay vòng của bánh xe đã được chứng minh. Khi sự thay đổi này không tạo ra mối liên hệ đúng như công thức thì động học quay vòng của hệ thống lái sẽ bị xấu đi.
Như vậy, khi góc quay bánh xe thay đổi, thì góc nghiêng bánh xe cũng bị thay đổi làm cho lực tác dụng lên vành tay lái và dẫn động lái cũng thay đổi theo. Hay có thể nói lực tác dụng lên tay lái làm thay đổi góc quay vô lăng sẽ khiến cho góc quay bánh xe thay đổi kéo theo sự thay đổi của góc nghiêng bánh xe gây ảnh hưởng đến ổn định chuyển động thẳng và cả động học quay vòng. Các yếu tố này có liên hệ chặt chẽ với nhau nên khi tính toán thiết kế cần đảm bảo yêu cầu các góc đúng như đã quy định để hệ thống lái làm việc tốt nhất.
3.5 Kết luận
Mỗi hệ loại hệ thống treo sẽ gây ra những ảnh hưởng rất khác nhau đến các yêu cầu của hệ thống lái, như là:
Ảnh hưởng đến góc lệch bánh xe dẫn hướng khi đánh lái quay vòng.
Ảnh hưởng đến ổn định chuyển động thẳng của xe phụ thuộc bởi các góc đặt bánh xe, mà các góc đặt bánh xe sẽ thay đổi khi hệ thống treo biến dạng. Ảnh hưởng đến độ dịch chuyển của tâm bánh xe khi hệ thống treo biến dạng. Từ sự khác biệt của những ảnh hưởng này chúng ta sẽ tiếp tục so sánh để đưa ra phương án lựa chọn hệ thống treo tốt nhất đáp ứng các yêu cầu của hệ thống lái.
CHƯƠNG 4
KẾT QUẢ SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ 2 HỆ THỐNG TREO 4.1 Góc nghiên β của trụ quay đứng
Sau khi đánh giá những ảnh hưởng của 2 loại hệ thống treo ở chương 3, ta sẽ so sánh những đánh giá này để thấy rằng việc thay thế hệ thống treo bằng hệ thống treo độc lập sẽ giải quyết tốt hơn những vấn đề về treo và lái ở hệ thống treo phụ thuộc cũ.
Ở hình 4.1 chúng ta sẽ so sánh góc ngiêng của trụ quay thẳng đứng của 2 loại hệ thống treo khi bánh dẫn hướng quay vòng
Ở giá treo phụ góc nghiêng của trụ quay đứng chính là góc nghiêng của cầu do kết cấu dầm cầu liền. Khi hệ thống treo biến dạng thì giá trị góc β ở hệ thống treo dao động từ -20 đến khoảng 30, còn ở hệ thống treo độc lập khoảng 3.90 đến 60. Với tác dụng là giúp cho bánh xe dẫn hướng quay về đúng vị trí khi bị lệch góc β dao động tốt từ 0 đến 80. Như vậy, hệ thống treo độc lập thỏa mãn yêu cầu này.
4.2 Góc nghiêng bánh xe ϑ
Hình 4.2 so sánh đánh giá, ảnh hưởng của 2 loại hệ thống treo đã làm rõ ở chương 3 đến góc đặt bánh xe và ảnh hưởng đến việc dẫn động lái
Hình 4.2: Đồ thị so sánh góc nghiêng ngang bánh xe
Khi hệ thống treo phụ thuộc biến dạng, góc nghiêng bánh xe thay đổi từ -80 đến khoảng 60. Đối với hệ thống treo độc lập thì ϑ thay đổi từ 1.80 đến khoảng 0.70. Góc nghiêng bánh xe giúp cho xe không bị nghiêng theo chiều không mong muốn khi quay vòng và dẫn đúng hướng. Nhưng khi góc nghiêng quá lớn sẽ làm
mòn lốp, lệch quỹ đạo chuyển động và tăng cánh tay đòn từ tâm bánh xe đến trụ cam quay làm tăng lực tác động lên dẫn động lái và vành lái. Vì vậy, góc ϑ nên dao động trong khoảng nhỏ như ở hệ thống treo độc lập.
4.3 Dịch chuyển dọc của tâm bánh xe
Hình 4.3 so sánh độ dịch chuyển dọc của bánh xe ở 2 loại hệ thống treo mà ta đã nhận xét ở chương 3 khi chúng biến dạng do làm việc, để xem hệ thống nào gây ra dịch chuyển nhỏ nhất
Hình 4.3: Đồ thị so sánh dịch chuyển dọc
Khi hệ thống treo biến dạng, dịch chuyển dọc của tâm bánh xe ở hệ thống treo phụ thuộc là gần 10mm và ở hệ thống treo độc lập là khoảng 2.5mm. Như vậy để giảm dao động khi bánh xe vào mấp mô và lệch hướng ta nên ưu tiên chọn hệ
4.4 Dịch chuyển bên của tâm bánh xe
Tương tự hình 4.4 ta so sánh độ dịch chuyển bên ở 2 loại hệ thống treo để xem loại nào tạo ra ảnh hưởng tốt nhất đến yêu cầu động học của hệ thống lái
Hình 4.4: So sánh dịch chuyển bên
So sánh tương tự như dịch chuyển dọc ta thấy ở hệ thống treo phụ thuộc khi hệ thống treo biến dạng biên độ dịch chuyển sẽ khoảng gần 30mm trong khi đó biên độ dịch chuyển ngang ở hệ thống treo độc lập có lúc rất ổn định (về 0) có lúc đến 40mm. Đó là do kết nối dầm cầu liền ở hệ thống treo phụ thuộc tạo nên sự biến động đều của dịch chuyển bên. Nhưng xét về khoảng dịch chuyển thì hệ thống treo độc lập vẫn nhỏ hơn nghĩa là ổn định và ít biến dạng hơn sẽ ít ảnh
hưởng đến kết cấu động học của hệ thống lái giúp cho việc quay vòng được diễn ra thuận lợi.
4.5 Góc chụm bánh xe χ
Ở hệ thống treo phụ thuộc do việc kết nối hai bánh xe dẫn hướng bằng dầm cầu liền nên chúng gần như song song với nhau trong mặt phẳng dọc của bánh xe, khoảng cách trước và sau của 2 bánh dẫn hướng không đáng kể nên không kể đến góc chụm. Vì vậy, để thỏa mãn việc điều chỉnh góc chụm cho bánh dẫn hướng chỉ có thể sử dụng hệ thống treo độc lập.
4.6 Góc quay của bánh xe dẫn hướng
Góc quay của bánh xe dẫn hướng ở hệ thống treo phụ thuộc sẽ có ảnh hưởng lẫn nhau do chúng được kết nối liền với nhau. Ngoài ra nó còn ảnh hưởng bởi góc quay vô lăng và góc nghiêng bánh xe.
Tương tự, ở hệ thống treo độc lập góc nghiêng bánh xe cũng ảnh hưởng đến góc quay bánh dẫn hướng nó dao động khoảng 400 và đối với góc quay vô lăng cũng tương tự. Ngoài ra, lực tác dụng lên bánh xe này sẽ không ảnh hưởng đến bánh xe kia trong hệ thống treo độc lập vì kết cấu cầu cắt.
Xét về mặt động học quay vòng, góc quay bánh dẫn hướng sẽ ảnh hưởng đến việc quay vòng có tốt hay không. Như đã phân tích các góc đặt bánh xe của hệ thống treo độc lập tốt hơn phụ thuộc nên nó cũng khiến cho liên kết góc quay của bánh xe dẫn hướng phía ngoài và phía trong được tốt hơn có thể thỏa mãn công thức quay vòng.
4.7 Kết luận
Sau khi so sánh và đánh giá ta thấy hệ thống treo độc lập sẽ không ảnh hưởng và có thể giúp làm tốt hơn về quay vòng của hệ thống lái cụ thể là:
Giúp cho các góc đặt bánh xe đạt giá trị tốt hơn, phù hợp hơn cho việc ổn định chuyển động thẳng sau khi quay vòng.
Giảm thiểu độ dịch chuyển của bánh xe khi hệ thống treo biến dạng giúp xe ổn định khi quay vòng
Giúp góc quay của bánh xe dẫn hướng liên kết chặt chẽ thỏa mãn công thức quay vòng.
Từ những kết luận trên ta thấy hệ thống treo độc lập sẽ giúp mang lại những hiệu quả hữu ích cho việc quay vòng của ô tô nhưng làm thế nào để áp dụng lên xe ta sẽ cùng tìm hiểu ở chương tiếp theo.
CHƯƠNG 5
PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CẢI TIẾN 5.1 Lựa chọn thông số xe
5.1.1 Điều kiện lựa chọn
Ở đây chúng ta không hoàn toàn thiết kế mà là thay thế cải tiến để thỏa mãn tốt hơn những yêu cầu của hệ thống lái đã được phân tích ở trên. Vì vậy, chỉ xem xét cải tiến về mặt động học và bỏ qua tính toán sức bền và ứng suất của hệ thống treo
Để cải tiến hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp vốn có nhiều nhược điểm như đã phân tích gây ảnh hưởng đến quay vòng của hệ thống lái chúng ta thay thế bằng hệ thống treo độc lập Mc.Person.
Những tính toán dưới đây không ứng với một xe ô tô cụ thể, chính vì vậy nó chỉ mang tính chất phương pháp sử dụng khi nghiên cứu cải tiến. Những số liệu sử dụng trong phần này được trích dẫn từ tài liệu đã nghiên cứu chứng minh ( [2] Hoàng Duy Nam (2017),“ Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc xe tải ” và [4] Trần Hùng Anh, Nguyễn Anh Ngọc (2015), “ Thiết kế hệ thống treo độc lập cho xe 8 chỗ ngồi ” ) để từ đó tính toán và đánh giá cho loại xe tải nhỏ 1.5 tấn. Một số thông số cấu tạo sẽ sử dụng thông số của xe Veam VT150.
5.1.2 Các thông số kĩ thuật của xe Veam VT 150
Chiều dài cơ sở 2565 mm Chiều dài tổng thể 4970 mm Chiều cao tổng thể 2500 mm Chiều rộng tổng thể 1650 mm Trọng lượng đầy tải 33000 N Trọng lượng xe 16800 N Phân bố trọng lượng xe toàn phần (đủ
tải)
lên cầu trước lên cầu sau
10000 N 23000 N Trọng lượng bản thân
phân ra cầu trước phân ra cầu sau
6800 N 10000N
Hình 5.1: Thông số kĩ thuật ô tô cần cải tiến
5.2.1 Phân tích các thông số hệ thống treo cũ
Đối với hệ thống treo phụ thuộc lá nhíp khi dịch chuyển sẽ xuất hiện nội ma sát giữa các lá nhíp và tạo nên tâm cong trong dịch chuyển của lò xo gây nên những biến dạng của hệ thống treo ảnh hưởng đếm dao dộng của các góc dặt bánh xe và tay lái.
Hệ thống treo là đối xứng hai bên, vì vậy khi tính toán hệ thống treo ta chỉ cần tính toán cho một bên. Tải trọng tác dụng lên một bên của hệ thống treo trước: Áp dụng công thức tính toán hệ thống treo nhíp phụ thuộc cầu trước ( [2] Hoàng Duy Nam (2017),“ Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc xe tải ”, chương 3) ta tính được các thông số của xe như sau:
Trọng lượng không được treo (Got): Got = 1500/2 = 750 (N) Trọng lượng được treo (Gdt): Gdt = (10000 – 750)/2 = 4625 (N)
Áp dụng công thức tính toán hệ thống treo nhíp phụ thuộc cầu trước ( [2] Hoàng Duy Nam (2017),“ Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc xe tải ”, chương 3), ta tính được tần số dao dộng của xe:
Tần số dao động của xe: nf = 60120 (lần/phút). Với số lần như vậy thì người khoẻ mạnh có thể chịu được đồng thời hệ thống treo đủ cứng vững.
Ta có: nf = 30/ trong đó ft: độ võng tĩnh của hệ thống treo (m)
Nếu nf < 60 (lần/phút) thì càng tốt đối với sức khoẻ con người nhưng độ võng tĩnh của hệ thống treo rất lớn nên khi kiểm nghiệm thì lại không đủ cứng vững. Nếu nf > 120 (lần/phút) không phù hợp với hệ thần kinh của con người dẫn đến mệt mỏi, ảnh hưởng đến sức khoẻ và an toàn khi lái xe.
Độ võng tĩnh (ft) : 2 2 30 30 0,141( ) 80 t tr f m n
Cũng áp dụng công thức tính toán dùng cho hệ thống treo nhíp phụ thuộc cầu trước ( [2] Hoàng Duy Nam (2017),“ Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc xe tải ”, chương 3), ta tính cũng tính được động võng động của xe:
Độ võng động fđ của hệ thống treo phụ thuộc vào đường đặc tính của hệ thống treo và độ võng tĩnh ft. Giá trị độ võng động fđ chính xác bằng bao nhiêu hiện nay chưa định được nhưng khi thiết kế thường lấy:
Độ võng động fđ : fđ = (0,61,0)ft=(0,61,0). Chọn fđ=90 (mm) Độ cứng của hệ thống treo: C = Gdt / = 3300 / 0.141 = 23404 (N/m)
Hình 5.2: Bố trí hệ thống tro kiểu cũ
Áp dụng công thức tính toán hệ thống treo nhíp phụ thuộc cầu trước ( [2] Hoàng Duy Nam (2017),“ Thiết kế hệ thống treo phụ thuộc xe tải ”, chương 3), tính số là nhíp của xe:
Với kiểu bố trí này số lá nhíp L=(0,260,35)Lx =(0,260,35)2565 = 750 , Lx là chiều dài cơ sở của xe
Do đặc điểm kết cấu của hệ thống treo phụ thuộc như vậy nên chúng có khối lượng không được treo rất lớn. Trên cầu bị động bao gồm cả dẫn hướng khối lượng này bao gồm khối lượng dầm thép, khối lượng cụm bánh xe, một phần nhíp, giảm và thêm cả khối lượng các đòn kéo ngang, đòn kéo dọc của hệ thống lái. Khối lượng không được treo lớn sẽ làm cho độ êm dịu chuyển động không được cao và khi di chuyển trên các đoạn đường gồ ghề sẽ sinh ra các va đập lớn làm khả năng bám của bánh xe kém đi.
Kết cấu của hệ treo phụ thuộc khá cồng kềnh, lớn và chiếm chỗ dưới gầm xe. Có hai bánh xe được lắp trên dầm cầu cứng nên khi dao động thì cả hệ dầm cầu cũng dao động theo cho nên dưới gầm xe phải có khoảng không gian đủ lớn. Do đó thùng xe cần phải nâng cao lên, làm cho trọng tâm xe nâng lên, điều này không có lợi cho sự ổn định chuyển động của ô tô.
Về mặt động học, hệ treo phụ thuộc còn gây ra một bất lợi khác là khi một bên bánh xe dao động thì bánh bên kia cũng dao động theo, chuyển dịch của bánh bên này phụ thuộc bánh bên kia và ngược lại. Điều đó gây mất ổn định khi xe quay vòng.
Nhưng khi áp hệ thống treo kiểu mới phải đảm bảo các thông số của nó phải giống hoặc gần giống với hệ thống treo kiểu cũ để thỏa mãn các yêu cầu về kết cấu của xe đã được quy định lúc sản xuất.
5.2.2 Phân tích và đánh giá hệ thống treo độc lập cải tiến
Sơ đồ cấu tạo của hệ thống treo Mc.Person hình 4.3 bao gồm: Đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo phương thẳng đứng làm nhiệm vụ của trụ xoay đứng có một đầu được bắt khớp cầu với đầu ngoài của đòn ngang tại B, đầu còn lại được bắt vào khung xe. Bánh xe được nối cứng với vỏ giảm chấn. Lò xo được đặt lồng giữa vỏ giảm chấn và trục giảm chấn.
Hình 5.3: Sơ đồ cấu tạo hệ thống Mc.Person