CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại hệ thống treo hiện nay. Nhiệm vụ Hệ thống treo là một hệ thống liên kết giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe, liên kết ở đây là liên kết đàn hồi. Hệ thống treo có những chức năng chính sau: Đỡ thân xe lên cầu xe, cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng với vỏ xe hoặc khung xe.
Hạn chế những chuyển động không mong muốn khác của bánh xe như: chuyển động lắc ngang hay lắc dọc của bánh xe. Những bộ phận của hệ thống treo làm nhiệm vụ hấp thụ và dập tắt những dao động, rung động, va đập từ mặt đường truyền lên đảm bảo tính êm dịu trong chuyển động của bánh xe. Hệ thống treo còn có nhiệm vụ truyền lực và mômen giữa bánh xe và khung xe: bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng xe, phản lực từ trường), lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực đẩy với khung vỏ) lực ngang (lực ly tâm, lực gió bên hoặc phản lực ngang …), mômen chủ động hoặc mômen phanh. Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe (xe chạy trên đường tốt hay các loại đường khác nhau).
Bánh xe có thể dịch chuyển trong một giới hạn nhất định. Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe. Không gây tải trọng tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ. Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường.
Yêu cầu Hệ thống treo phải đảm bảo phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe như trên đường tốt hoặc có thể chạy trên nhiều địa hình khác nhau. Bánh xe phải đảm bảo khả năng linh hoạt trong một phạm vi giới hạn. Quan hệ động học bánh xe phải hợp lý đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của hệ thống treo làm mềm dịch chuyển theo phương thẳng đứng nhưng không ảnh hưởng đến quan hệ động học và động lực học của bánh xe theo phương dịch chuyển. Không gây các tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung vỏ xe.
Hệ thống treo phải có độ bền cao, độ tin cậy sử dụng lớn, trong điều kiện sử dụng phù hợp với tính năng kỹ thuật không gây ra những hư hỏng bất thường. Đảm bảo giá thành thấp, mức độ phức tạp liên kết không quá lớn. Có khả năng chống rung, chống ồn từ bánh xe lên thùng xe, vỏ xe tốt, nâng cao tiện nghi cho xe. 11 Đảm bảo tính điều khiển và tính chuyển động của xe tốt ngay cả khi ở tốc độ cao.
Phân loại Một số hệ thống treo thường gặp hiện nay a. Hệ thống treo phụ thuộc 1 2 4 3 Hình 1. Hệ thống treo phụ thuộc 1: bộ phận giảm chấn; 2: lò xo dàn hồi; 3: khung dầm; 4: cụm bánh xe Trong hệ thống treo phụ thuộc các bánh xe được đặt trên một dầm cầu liền số 3, trong bộ phận giảm chấn số 1 và bộ phận đàn hồi số 2 đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền đó. Do đó sự dịch chuyển của bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ gây nên chuyển vị nào đó của bánh xe bên kia.
Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầu cứng. Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định hình, còn trong trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần là hệ thống truyền lực. Trong hệ thống treo phụ thuộc có các phần tử đàn hồi là nhíp thì nó vừa là phần tử đàn hồi đồng thời làm luôn bộ phận dẫn hướng. Vì nhíp làm bộ phận dẫn hướng nên trong hệ thống treo này không cần đến các thanh giằng để truyền lực dọc hay lực ngang nữa.
Hệ thống treo phụ thuộc cho phép hai bánh xe chuyển động tương đối với nhau, tuy nhiên chuyển động của chúng vẫn có ảnh hưởng đến nhau. Ngày nay, hệ 12 thống treo này xuất hiện phổ biến nhất dưới dạng hệ thống treo thanh xoắn ô tô (Torsion beam) kết hợp với thanh cân bằng (Stabilizer bar). Hệ thống này thường được sử dụng ở xe tải hoặc bán tải, hầu hết các mẫu SUV khung xe rời (Body on frame) và bán tải tại Việt Nam đều sử dụng hệ thống treo dạng này. Hệ thống treo độc lập Hình 1.
Hệ thống treo độc lập Khác với hệ thống treo phụ thuộc, ở hệ thống này, các bánh xe được gắn với thân xe một cách “độc lập” với nhau. Qua đó, hai đầu bánh xe có thể chuyển động riêng lẻ, dịch chuyển tự do mà không gây ảnh hưởng lẫn nhau. Nhờ vậy, các dao động từ mặt đường lên khung vỏ xe có thể được kiểm soát tốt hơn. So với hệ thống treo xe Lexus phụ thuộc, phần không được treo nhỏ nên khả năng bám đường của bánh xe cao, tính êm dịu chuyển động cao.
Tương 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 như hệ thống treo MacPherson, hệ thống treo tay đòn kép (Double wishbone), hệ thống treo đa liên kết (Multi-link), … Hệ thống treo độc lập được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến trên ô tô. Các kiểu hệ thống treo độc lập tiêu biểu là hệ thống treo MacPherson, hệ thống treo tay đòn kép (Double wishbone), hệ thống treo đa liên kết (Multi-link), … b. Hệ thống treo MacPherson (1 càng chữ A) 1: Bộ phận điều hướng; 2: Bộ phận lò xo; 3: Bộ phận giảm chấn 13 Hình 1. Hệ thống treo MacPherson (1 càng chữ A) Thiết kế đơn giản, ít chi tiết, giúp đẩy nhanh quá trình lắp ráp, hạ giá thành sản xuất, giảm nhẹ và tạo thêm không gian cho khoang động cơ vốn rất chật hẹp của xe dẫn động cầu trước, đồng thời giúp cho việc sửa chữa, bảo dưỡng đơn giản và tiết kiệm hơn.
Vì vậy đây loại hệ thống treo phổ biến nhất trên các xe ô tô. Treo tay đòn kép (2 càng chữ A) 3 1 4 14 Hình 1. Treo tay đòn kép (2 càng chữ A) Hệ thống treo tay đòn kép lần đầu tiên xuất hiện vào những năm 30 của thế kỷ trước. Hãng xe Citroen nước Pháp là nơi đầu tiên sử dụng hệ thống treo này trên chiếc Rosalie 1934 và trên mẫu Traction Avant.
Còn tại Mỹ, Packard giới thiệu hệ thống treo tay đòn kép trên chiếc One-Twenty 1935 và quảng cáo nó như là một tính năng an toàn của xe. Cấu tạo của hệ thống treo này vẫn bao gồm ba bộ phận lò xo, giảm xóc giảm chấn và bộ phận điều hướng. Điểm khác biệt so với hệ thống treo MacPherson là bộ phận điều hướng bao gồm hai thanh dẫn hướng trong đó thanh ở trên thường có chiều dài ngắn hơn. Chính vì vậy, hệ thống treo này có tên gọi là tay đòn kép.
Kiểu này được dùng phổ biến ở hệ thống treo trước của xe tải nhỏ, hệ thống treo trước và treo sau ở các xe du lịch. Lý do của việc tay đòn trên ngắn hơn là khi xe di chuyển, góc nghiêng giữa bánh xe so với phương thẳng đứng (góc camber) sẽ thay đổi còn khoảng cách bánh xe không đổi khi xe nhún. Camber dương tức bánh xe có xu hướng ngửa ra ngoài, trong khi Camber âm ngược lại, úp vào trong. Khi xe vào cua, bánh sẽ lăn theo đường cong đồng thời nhún dao động.
Vì tay đòn trên ngắn hơn nên bánh sẽ không bị ngửa ra ngoài, giúp việc quay vòng ổn định. Hệ thống treo đa liên kết Hệ thống treo đa liên kết là một sự cải tiến của hệ thống treo tay đòn kép. Hệ thống này không chỉ sử dụng một thanh điều hướng như trên MacPherson hay hai thanh điều hướng trên tay đòn kép. Treo đa liên kết dùng tới ba, bốn thậm chí năm thanh điều hướng khác nhau hoặc kết hợp với càng chữ A.
Hệ thống treo đa liên kết 15 Hình 1. Hệ thống treo đa liên kết Hiện nay, mỗi hãng xe lại sản xuất ra một cơ cấu hệ thống treo đa liên kết khác nhau. BMW sản xuất một số loại hình chữ Z hoặc treo 4 thanh thể thao. Trên xe Honda lại giống đòn chữ A đôi và thêm một cần điều khiển thứ năm.
Còn Audi trang bị hệ thống treo trước bốn thanh và có kiểu dáng tương tự loại đòn chữ A đôi. Trong khi đó, Hyundai Genesis sở hữu hệ thống treo trước và sau dạng năm thanh thể thao. Với việc trang bị nhiều thanh điều hướng, việc di chuyển của xe sẽ tốt hơn. Khi vào cua, khi đi đường gồ ghề, đường xấu, hệ thống treo này tỏ rõ sự hiệu quả của mình.
Chính vì vậy, đây được xem là giải pháp mà các nhà sản xuất sử dụng trên những chiếc xe dành riêng cho off-road kiểu như G-Class. Ngoài ra, kiểu treo này cũng giúp cho việc can thiệp thay đổi một tham số trong hệ thống treo mà không ảnh hưởng đến toàn bộ tổ hợp. Đây là một sự khác biệt lớn so với hệ thống treo tay đòn kép. Hệ thống treo khí điều khiển điện tử 16 Hình 1.
Các chi tiết trong hệ thống treo Hình 1. Các chi tiết trong hệ thống treo 1: Giảm xóc khí nén tự động điều chỉnh độ giảm chấn; 2: cảm biến gia tốc của xe; 3: ECU (hộp điều khiển điện tử của hệ thống treo); 4: Cảm biến độ cao của xe; 5: Cụm van phân phối và cảm biến áp suất khí nén; 6: Máy nén khí; 7: bình chứa khí nén; 8: Đường dẫn khí. Hệ thống treo khí nén - điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý không khí có tính đàn hồi khi bị nén. Với những ưu điểm và hiệu quả giảm chấn của khí nén, nó có thể hấp thụ những rung động nhỏ do đó tạo tính êm dịu chuyển động tốt hơn so với lò xo kim loại, dễ dàng điều khiển được độ cao sàn xe và độ cứng lò xo giảm chấn.
Khi hoạt động máy nén cung cấp khí tới mỗi xi lanh khí theo các đường dẫn riêng, do đó độ cao của xe sẽ tăng lên tương ứng tại mỗi xi lanh tuỳ theo lượng khí được cấp vào. Ngược lại độ cao của xe giảm xuống khi không khí trong các xi lanh được giải phóng ra ngoài thông qua các van. Ở mỗi xi lanh khí nén có một van điều khiển hoạt động ở theo hai chế độ bật - tắt (on - off) để nạp hoặc xả khí theo lệnh của ECU.