Đặt vấn đề Nghiên cứu thiết kế hệ thống treo có vai trò rất quan trọng trong quá trình thiết kế ôtô. Nhiều tài liệu và công trình nghiên cứu về hệ thống treo đã được công bố đặc biệt là trong thời gian gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của việc ứng dụng công nghệ thông tin hỗ trợ tích cực trong tính toán, mô phỏng. Tuy nhiên, việc nghiên cứu thiết kế, mô phỏng và phân tích hệ thống treo vẫn còn tồn đọng rất nhiều vấn đề cần phải giải quyết, điều này đòi hỏi sự tổng hợp nhiều lĩnh vực chuyên môn lại với nhau như: động học, động lực học, cơ học kết cấu, dao động, nhân trắc học, thống kê…. Nội dung các công trình, tài liệu nghiên cứu, giáo trình, bài giảng về lĩnh vực kết cấu cũng như tính toán mô phỏng đối với hệ thống treo trên ôtô ở nước ta còn rất nhiều hạn chế.
Chủ yếu là nghiên cứu về cấu tạo và chưa đi sâu vào nhiều vấn đề tính toán chuyên sâu, đặc biệt là các mô hình toán được xây dựng phức tạp. Việc nghiên cứu ứng dụng máy tính nói chung hay Matlab/Simulink nói riêng trong quá trình tính toán mô phỏng hệ thống treo là thực sự cần thiết góp phần giải quyết nhanh chóng và hiệu quả quá trình thiết kế. Với tính cấp thiết này tác giả chọn đề tài: “ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO HAI ĐÒN NGANG (DOUBLE A ARM) BẰNG PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG”.2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Hệ thống treo trước của xe Toyota Corona là dạng hệ thống treo hai đòn ngang. Đề tài tập trung triển khai ứng dụng Matlab/Simulink để giải các mô hình toán học về động học, động lực học của hệ thống treo.
Các thông số cần thiết sử dụng trong quá trình tính toán mô phỏng được xác định bằng thực nghiệm trên hệ thống treo dạng hai đòn ngang (double A-arm) đang được sử dụng cho xe du lịch. Các mô hình số được xây dựng và kết quả tính toán mô phỏng có thể sử dụng cho Trang 2 quá trình thiết kế hệ thống treo cùng loại cũng như làm cơ sở đánh giá hiệu quả của quá trình thiết kế.3 Mục tiêu nghiên cứu Phân tích các thông số cơ sở (k,c,m) của hệ thống treo hai đòn ngang; Xây dựng mô hình toán học để tính toán; + Dao động (tần số, biên độ) của hệ thống treo hai đòn ngang; + Động học và động lực học các cơ cấu trong hệ thống treo. Tính toán, mô phỏng hệ thống treo; Phân tích, đánh giá kết quả.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài nghiên cứu sự ảnh hưởng, thay đổi của các thông số động học, động lực học hệ thống treo trước của xe Toyota Corona trong khi xe hoạt động trên các loại đường không bằng phẳng. Tối ưu các thông số tính toán để đề xuất phương án thiết kế tối ưu.5 Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu của đề tài là lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
Nghiên cứu lý thuyết kết cấu của hệ thống treo hai đòn ngang và đánh giá các thông số động học, động lực học trên phần mềm Matlab, Inventor, Acad. Về thực tế: Đo đạc các thông số của hệ thống treo trên xe Toyota corona, từ đó so sánh kết quả tính toán giữa lý thuyết và thực nghiệm.2 Tổng quan nội dung 1.1 Công dụng của hệ thống treo Các bộ phận của hệ thống treo dùng để nối khung hay thân xe với các cầu (bánh xe) ô tô và từng bộ phận thực hiện các nhiệm vụ sau đây: - Bộ phận đàn hồi làm giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển và truyền lực, mômen từ đường lên khung xe. - Bộ phận dẫn hướng để truyền lực dọc, ngang và mômen từ đường lên khung xe. Động học của bộ phận dẫn hướng xác định tính chất dịch chuyển tương đối của bánh xe đối với khung.
- Bộ phận giảm chấn để dập tắt các dao động của phần được treo và không được treo của ô tô.2 Yêu cầu của hệ thống treo - Độ võng tĩnh ft (độ võng sinh ra do tác dụng của tải trọng tĩnh) phải nằm trong giới hạn đủ đảm bảo được các tần số dao động riêng của vỏ xe và độ võng động fđ (độ võng sinh ra khi ô tô chuyển động) phải đủ để đảm bảo vận tốc chuyển động của ô tô trên đường xấu nằm trong giới hạn cho phép. Ở giới hạn này không có sự va đập lên bộ phận hạn chế. - Động học của các bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn hướng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng (nghĩa là khoảng cách hai vết bánh trước và các góc đặt trụ đứng và bánh dẫn hướng không thay đổi). - Dập tắt nhanh các dao động của vỏ và các bánh xe.
- Giảm tải trọng động khi ô tô qua những đường gồ ghề.3 Phân tích kết cấu hệ thống treo dạng hai đòn ngang Hình 1.1 Hệ thống treo dạng hai đòn ngang 1. Ụ cao su hạn chế hành trình dao động; 3. Dầm cầu dẫn hướng; Trên hình 1.1 là kết cấu hệ thống treo độc lập thường được sử dụng trên xe du lịch. Ở hệ thống treo này bộ phận dẫn hướng gồm đòn trên 1 và đòn dưới 3, chúng kết nối với đòn đứng và dầm cầu dẫn hướng 4 bằng các khớp quay.
Trong trường hợp này lò xo là bộ phận đàn hồi còn giảm chấn ống được gắn vào bên trong lò xo nên kết cấu rất gọn. Do các đòn có hình chữ A, nên lực tác dụng lên khớp quay khi có lực ngang và mômen của bản thân lực ngang sẽ giảm.2 Hệ thống treo dạng hai đòn ngang trên xe Toyota corona 1.4 Các thông số kỹ thuật của hệ thống treo hai đòn ngang 1.1 Bộ phận đàn hồi Đƣờng đặc tính đàn hồi của hệ thống treo Nhờ đường đặc tính đàn hồi ta đánh giá được cơ cấu đàn hồi của hệ thống treo. Trang 5 Đường đặc tính đàn hồi biểu thị quan hệ giữa lực Z thẳng đứng tác dụng lên bánh xe và độ biến dạng của hệ thống treo f đo ngay trên trục bánh xe.3 Các dạng đường đặc tính của hệ thống treo Trên hình 1.3 trình bày hai loại đường đặc tính của hệ thống treo: đường thẳng 1 ứng với hệ thống treo có độ cứng không đổi còn đường cong 2 ứng với loại hệ thống treo có độ cứng thay đổi. Trục hoành biểu diễn độ võng f, trục tung biểu diễn lực Z thẳng đứng tác dụng lên bánh xe.
Muốn có độ võng ft của một điểm bất kỳ trên đường cong (ví dụ ở điểm D) ta vẽ đường tiếp tuyến tại điễm đó (điểm D) và hạ đường thẳng góc với trục hoành. Hoành độ AB là độ võng tĩnh ft của hệ thống treo có độ cứng thay đổi (đường cong 2) và hoành độ OB sẽ là độ võng tĩnh của hệ thống treo có độ cứng không đổi (đường thẳng 1). Tần số dao động riêng ở các biên độ bé được xác định bằng độ võng hiệu dụng (hay độ võng tĩnh) ứng với tải trọng tĩnh Zt = G. Tuy cùng một độ võng tổng quát OC nhưng hệ thống treo có độ cứng thay đổi có độ võng hiệu dụng AB lớn hơn độ võng hiệu dụng của hệ thống treo có độ cứng không thay đổi (đoạn OB).
Thể tích động năng gọi tắt là thể động nghĩa là thế năng lớn nhất của hệ thống treo khi ô tô qua chỗ lồi lõm được biểu thị bằng diện tích có gạch EKD ứng với hệ thống treo có độ cứng thay đổi và biểu thị bằng diện tích HKD ứng với hệ thống treo có độ cứng không đổi. Với những độ võng hạn chế thể động cần thiết của hệ Trang 6 thống treo có đường đặc tính phi tuyến có thể thể hiện bằng hệ số động mà ta sẽ khảo sát sau đây.4 Đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo Trên hình 1.4 là dạng đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo khi chất tải và khi giảm tải. Trên trục hoành ta có điểm O là điểm tựa của bộ phận hạn chế dưới, điểm C là điểm tựa của bộ phận hạn chế trên, nên ta gọi BO là giá trị của độ võng động dưới fđd, BC là giá trị của độ võng động trên f đt. Ngoài ra ta còn có điểm L là điểm tựa của vấu cao su phía dưới, điểm M là điểm tựa của vấu cao su phía trên và tương ứng với hai điểm L, M ta có độ võng f1, f2.
Khi chất tải và giảm tải các thông số của bộ phận đàn hồi là độ võng tĩnh ft, độ võng động trên fđt và độ võng động dưới fđd ứng với hành trình động đến giới hạn của bộ phận hạn chế phía trên và bộ phận hạn chế phía dưới, độ cứng Ct của hệ thống treo, hệ số động Kđ và lực ma sát 2F. Đường cong chất tải và giảm tải không trùng nhau do ma sát trong hệ thống treo. Người ta qui ước lấy đường đặc tính đàn hồi của nhíp là đường trung bình (đường nét đứt) (nghĩa là có tính đến lực ma sát 2F). Khi tính độ êm dịu chuyển động (các dao động) tần số dao động riêng cần thiết n phải đo độ võng tĩnh hiệu dụng ft quyết định.
Quan hệ giữa ft và n theo công thức tần số dao động riêng của hệ thống treo và thể hiện trên giản đồ (hình 1. Như vậy có thể xác định độ võng tĩnh theo tần số dao động riêng n của hệ thống treo. Độ võng tĩnh ft về giá trị khác với độ võng động fđd. Trang 7 Nói chung ft không nên ít hơn 150÷300 (mm) đối với ôtô du lịch và ft không bé hơn 100÷200(mm) đối với ôtô buýt.
Cả hai loại này có tần số dao động riêng n = 60÷85 (lần/ph). Trong ôtô tải ft không nên bé hơn 60÷120 (mm) ứng với tần số dao động riêng n = 80÷100 (lần/ph). Để đảm bảo độ êm dịu chuyển động thì tỉ số độ võng tĩnh fts của hệ thống treo sau và độ võng tĩnh ftt của hệ thống treo trước phải nằm trong các giới hạn sau: Trong ô tô du lịch : = 0.9 Trong ô tô tải và ô tô buýt = 1.2 Độ cứng Ct của hệ thống treo bằng tang góc nghiêng của tiếp tuyến của đường trung bình (đường nét đứt) Ct= tg. Trường hợp tổng quát đường đặc tính của hệ thống treo không phải là đường thẳng và độ cứng Ctt hay đổi.1) Để đánh giá sơ bộ người ta thường tính độ cứng hệ thống treo chịu tải trọng tĩnh: = = (1.
