2.5.1 Hệ thống treo trước của Mazda CX-5 2018
2.5.1.1 Kết cấu
Hình 2.4 Hệ thống treo trước của Mazda-CX5 2018
1- Lò xo; 2- Thanh liên kết ổn định trước; 3- Thanh cân bằng; 4- Tay đòn dưới; 5- Dầm trước; 6- Phuộc giảm chấn
Hệ thống treo trước của xe là hệ thống treo Macphexon giúp giảm trọng lượng và không gian của hệ thống treo.
Hệ thống treo MacPherson phát triển mạnh khi cấu trúc liên khung được sử dụng rộng rãi hơn. Giảm xóc mới loại bỏ thanh trên được thay bằng lị xo và phuộc, gắn vào khung xe qua đệm cao su. Thay vì thanh ống ngang, người ta quay lại sử dụng thanh tam giác có hai điểm tựa. Lị xo lệch khỏi lò xo và nghiêng vào trong, đồng thời giữ nguyên bộ giảm chấn ở các khớp tiếp xúc với khung. Những thay đổi này làm giảm đáng kể ma sát và mài mịn trong ống.
Có cấu tạo 3 bộ phận chính giống như các hệ thống treo khác là bộ phận dẫn hướng, bộ phận đàn hồi, bộ phận giảm chấn.
2.5.1.2 Bộ phận dẫn hướng
Bộ phận hướng hệ thống treo trước Mazda CX-5 2018 là loại đòn ống hay Macpherxon, đây là một kết cấu biến thể của loại hai đòn chiều dài khác nhau với chiều dài địn ống trên bằng khơng, thanh nối hai địn được làm dưới dạng ống lồng thay đổi được độ dài để đảm bảo động học của xe.
- Khi xe quay vịng khi vào cua, nó bị nghiêng ra ngoài do lực ly tâm. Thanh ổn định có thể điều khiển sự nghiêng này bằng lực xoắn của lò xo và giữ cho phần lốp bám với mặt đường. Nó cũng hoạt động nếu các lốp xe ở một phía chạy lên những bề mặt gồ ghề.
- Khi xe bị nghiêng ơm cua và lốp xe bị chìm xuống một bên, thanh ổn định bị xoắn lại tác dụng như một lị xo cản mo men, nó nâng lốp xe (thân xe) ở phía bị chìm lên phía trên. Trong trường hợp các lốp xe bị chìm cả hai bên bằng nhau thì thanh cân bằng khơng hoạt động như chức năng của lị xo vì nó khơng bị xoắn
Hình 2.5 Càng chữ A hệ thống treo trước xe ô tô Mazda CX-5 2018 1- Thân càng A; 2- Điểm liên kết với đòn xoay đứng; 3,4- Các điểm liên 1- Thân càng A; 2- Điểm liên kết với đòn xoay đứng; 3,4- Các điểm liên kết khung xe
Hình 2.6 Mặt cắt giảm chấn và lị xo hệ thống treo trước trên xe ô tô Mazda CX-5 2018. 1- Bulong bắt với thân xe; 2- Lò xo trụ; 3-Phuộc Mazda CX-5 2018. 1- Bulong bắt với thân xe; 2- Lò xo trụ; 3-Phuộc
giảm chấn 4- Giá đỡ lò xo; 5- Vòng chắn bụi; 6- Ụ cao su
Một chi tiết khác là thanh cân bằng giúp thân xe ổn định và ít bị vặn xoắn hơn khi xe đi qua các hố mấp mô trên mặt đường.
Hình 2.7 Thanh cân bằng trước trên xe ô tô Mazda CX-5 2018
1- Thân thanh cân bằng; 2- Điểm liên kết với thanh kéo dọc 2.5.1.3 Bộ phận đàn hồi
Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo trên xe Mazda CX-5 2018 là loại lị xo trụ có bước xoắn khơng 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.
Lò xo ta dùng ở đây là loại lò xo trụ. Lò xo trụ được làm từ dây thép lò xo đặc biệt, quấn thành hình dạng ống. Khi đặt tải lên lị xo, dây lò xo sẽ bị xoắn lại do bị nén. Lúc này, năng lượng ngoại lực được dự trữ ở lò xo và va đập bị giảm đi.
Ưu điểm:
- Dùng trên xe du lịch có hệ thống treo độc lập, lị xo trụ có nhiệm vụ là bộ 1 phận đàn hồi. Lò xo trụ được chế tạo từ thép khơng gỉ có tiết diện vng hoặc trịn.
- Nếu cùng độ cứng và bền với nhíp thì lị xo trụ có cân nặng nhỏ hơn nhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp
- Khơng có ma sát khi làm việc như nhíp.
- Kết cấu gọn gàng nhất là khi nó được bố trí lồng vào giảm chấn. - Không cần phải bảo dưỡng và chăm sóc như loại nhíp.
- Khi làm việc các lị xo khơng có nội ma sát như nhíp nên thường phải bố trí thêm giảm chấn kèm theo để dập tắt dao động. Do lò xo chỉ làm nhiệm vụ đàn hồi còn bộ phận dẫn hướng và giảm chấn do các bộ phận khác đảm nhận nên hệ thống treo với lị xo trụ có kết cấu phức tạp hơn về kết cấu sử dụng, do đó cịn phải làm thêm hệ thống địn dẫn hướng để dẫn hướng cho bánh xe và truyền lực kéo hay lực phanh.
2.5.1.4 Bộ phận giảm chấn
Bộ phận giảm chấn hệ thống treo trước trên xe Mazda CX-5 2018 sử dụng loại giảm chấn một ống, khi giảm chấn làm việc thể tích buồng bù chứa khí sẽ thay đổi tương ứng để bù cho sự chênh lệch thể tích giữa khoang trên và khoang dưới piston.
Hình 2.8 Giảm chấn của hệ thống treo trước
Nguyên lý hoạt động: - Quá trình nén
Trong hành trình nén, cần pittơng 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 dịng chảy của van.
Hình 2.9 Q trình nén
Khí cao áp tạo ra một sức ép rất lớn lên chất lỏng trong buồng dưới và buộc nó phải chảy nhanh và êm lên buồng trên trong hành trình nén. Điều này đảm bảo duy trì ổn định lực giảm chấn.
- Quá trình giãn
Trong hành trình giãn, cần pittơng chuyển động lên làm cho áp suất trong buồng trên cao hơn áp suất trong buồng dưới. Vì vậy chất lỏng trong buồng trên bị ép xuống buồng dưới qua van pittông, và sức cản dịng chảy của van có tác dụng như lực giảm chấn.
Vì cần pittơng chuyển động lên, một phần cần dịch chuyển ra khỏi xi lanh nên nó để lại một khoảng trống. Để bù cho khoảng hụt này, pittơng tự do được đẩy lên (nhờ có khí cao áp ở dưới nó) một khoảng tương đương với phần hụt thể tích.
* Vấu cao su
Trên xe con các vấu cao su thường được đặt kết hợp trong vỏ của giảm chấn. Vấu cao su vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình của bánh xe nhằm hạn chế hành trình làm việc của bánh xe. Vấu cao su hấp thụ dao động nhờ sinh ra nội ma sát khi nó bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.
Ưu điểm
- Có độ bền cao, khơng có tiếng ồn, khơng cần bơi trơn, bảo dưỡng; - Đường đặc tính của cao su là phi tuyến tính nên dễ thích hợp với đường đặc tính mà ta mong muốn.
Nhược điểm
- Xuất hiện dưới dạng thừa, dưới tác dụng của tải trọng kém nhất là tải trọng thay đổi. Thay đổi tính chất đàn hồi khi nhiệt độ thay đổi, đặc biệt là độ cứng của cao su sẽ tăng lên khi làm việc ở nhiệt độ thấp. Cần thiết phải đặt giảm chấn và bộ phận dẫn hướng.
2.5.2 Cơ cấu treo sau
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 lị xo trụ có bước xoắn khơng 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 ngồi) có một xi lanh (ống nén), và trong xi lanh có một pittơng chuyển động lên xuống. Đầu dưới của cần pittơng 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 cịn lại thì nạp khơng 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 khơng sử dụng van đáy và lực hỗn xung được tạo ra nhờ van pittơng 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 dịng chảy của van
Hình 2.13 Q 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 pittơng (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 pittơng rất thấp thì van một chiều của van pittơng và van lá của van đáy sẽ khơng mở vì áp suất trong buồng A nhỏ.Tuy nhiên, vì có các lỗ nhỏ trong van pittơng 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 dịng chảy đóng vai trị lực giảm chấn. Vì cần pittơng chuyển động lên, một phần cần thốt ra khỏi xy-lanh nên thể tích chốn 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 pittơng 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 địn dọc.
Hình 2.15 Các thanh địn 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 mơ, 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 đồn Mechanical Simulation (USA) – một cơng 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 mơ hình tốn 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 mơ phỏng với đồ thị và hình ảnh động thực tế.
Dữ liệu đầu vào dạng đồ họa:
- Bao gồm cơ sở dữ liệu mơ hình xe, cơ sở dữ liệu đầu vào điều khiển (tốc độ, hệ thống lái, phanh, van tiết lưu, mơ 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 mơ hình tốn học của xe:
- Chịu trách nhiệm giải các phương trình vi phân mơ 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 mơ hình tốn 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 tốn.
Bộ hiển thị kết quả chạy mơ 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 sốt 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 khơng khí