CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Nội dung của chương này đề cập đến các vấn đề chung hệ thống treo ô tô và hệ thống treo cabin cũng như các phương pháp điều khiển; phân tích các chỉ tiêu đánh giá dao động; phân tích kết quả các công trình nghiên cứu trong nước và thế giới liên quan đến đối tượng nghiên cứu trong luận văn. Từ đó đưa ra mục tiêu, nội dung cũng như phương pháp nghiên cứu các chương tiếp theo. Hệ thống treo ô tô và hệ thống treo cabin Nhiệm vụ của hệ thống treo trên ô tô là nối đàn hồi giữa khối lượng không được treo với không được treo. Kết cấu hệ thống treo gồm: Phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi và phần tử dẫn hướng, nhiệm vụ cụ thể: - Phần tử đàn hồi có tác dụng làm giảm nhẹ dao động; - Phần tử giảm chấn có tác dụng dập tắt dao động; - Phần tử dẫn hướng có nhiệm vụ truyền lực dọc và lực ngang từ bánh xe lên thân xe.
Kết cấu hệ thống treo trên xe ô tô đầu kéo Hình 1. thể hiện cho hệ thống treo thụ động với bộ phần đàn hồi là các lá nhíp. Phần tử đàn hồi bộ nhíp lá được cấu tạo từ các lá thép đàn hồi được bó lại với nhau, có chiều dày và cứng lớn, liên kết với khung xe qua các tai nhíp do vậy đảm bảo khả năng truyền lực hay đóng vai trò của bộ phận dẫn hướng trong khi bánh xe dịch chuyển.2 hệ thống treo có phần tử đàn hồi là khí nén. Hệ thống treo khí nén dùng trên ôtô được hình thành trên cơ sở khả năng điều chỉnh độ cứng của buồng đàn hồi khí nén (ballon) theo chuyển dịch của thân xe.
Bộ phận đàn hồi khí nén với đường đặc tính đàn hồi phi tuyến, kết cấu và việc lắp đặt khá đơn giản, được sử dụng trên các loại xe có chất lượng tốt: xe con, xe buýt chất lượng cao, xe tải có trọng tải lớn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc. Hệ thống treo phẩn từ đàn hồi lá nhíp Hình 1.2 Hệ thống treo bộ phận đàn hồi khí nén Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 6 Hệ thống treo với phần tử đàn hồi khí nén thường đi kèm với nó phần tử giảm chấn thủy lực vì hệ số cản của các lớp khí nén của phần tử đàn hồi khí nén nhỏ. Hệ thống treo có kết hợp khí nén và giản chấm thủy lực được thể hiện trên Hình 1.3 Hệ thống treo có kết hợp khí nén và giản chấm thủy lực b). Kết cấu hệ thống treo cabin Hình 1.4 Mộ số hệ thống treo cabin Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 7 Nhiệm vụ của hệ thống treo cabin nối đàn hồi thân xe và cabin.
Bộ phận đàn hồi gồm lò xo, khí nén, điện từ,. và phần tử giảm chấn thủy lực hoặc điện điện từ. Bộ giảm chấn có tác dụng dập tắt các dao động lan truyền đến cabin người điều khiển. Hệ thống treo cabin thông thường gồm có hệ thống treo phận đàn hồi là lò xo và giảm chấn thủy lực; hệ thông có bộ phận đàn hồi là khí nén và giảm chấn thủy lực (Hình 1.4) và hệ thống treo điện điện từ.
Hệ thống treo bán tích cực và hệ thống treo tích cực Trong quá trình chuyển động của ô tô các mấp mấp mô mặt đường tác động lên ô tô một cách ngẫu nhiên chính vì vậy đối với hệ thống treo thụ động khó có thể đáp ứng được vấn đề êm dịu chuyển động và giảm thiểu các tác động từ phương tiện xuống mặt đường. Chính vì vậy đòi hỏi hệ thống treo phải thay đổi được đặc tính một cách linh hoạt sao cho phù hợp với các điều kiện khai thác. Trên cơ sở đó thì đã có các kết cấu mới, và ứng dụng công nghệ điều khiển tự động cho cho hệ thống treo được thể hiện dưới đây. Hệ thống treo bị động Hình 1.5 mô hình hoác cho các hệ thống treo, với các dịch chuyển theo phương thẳng đứng của khối lượng được treo và khối lượng không được treo lần lượt là Zb và Za là dịch chuyển khối lượng không được treo; K là độ cứng của phần tử đàn hồi; C là hệ số cản của giảm chấn; Cs là hệ số cản giảm chấn bán tích cực; Kt là độ cứng của lốp; Fa là lực sinh ra của hệ thống treo tích cực.
Hệ thống treo bị động được thể hiện trong (Hình 1. Đối với hệ thống treo này chỉ phù hợp trong điều kiện khai thác ở chế độ ổn định với mấp mô mặt đường nhất định. Do đặc tính của bộ phận giảm chấn và bộ phần đàn hồi chỉ hoạt động trong giới hạn đã được tính toán nhất định. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 8 Khối lượng được treo zb Khối lượng được treo zb Khối lượng được treo zb K C K Cs Fa Khối lượng không za Khối lượng không được treo za Khối lượng không được treo za được treo Kt Ct Kt Ct Kt Ct q q q (a) (b) (c) Hình 1.
Mô hình các hệ thống treo a) Hệ thống treo bị động; b) Hệ thống treo bán tích cực; c) Hệ thống treo tích cực Ưu điểm của hệ thống treo này là giá thành rẻ, tốn rất ít nhiên liệu cho hệ thống treo. Song nhược điểm lại là độ êm dịu chuyển động kém, chỉ đáp ứng được cho một số loại đường, độ an toàn chuyển động không cao. Do vậy, để đáp ứng các chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động trên tất cả các loại đường khác nhau thì các đặc tính của hệ thống treo cần phải thay đổi trong quá trình ô tô chuyển động phù hợp với các đặc tính của đường và vị trí khung vỏ xe được điều khiển nhờ hệ thống điều khiển tự động. Tùy thuộc vào khả năng điều khiển các thông số của hệ thống treo có điều khiển, người ta phân thành hai loại: Hệ thống treo bán tích cực (hệ thống treo chỉ có thông số của giảm chấn được điều khiển) và hệ thống treo tích cực hoàn toàn (hệ thống treo tích cực).
Trong hai loại trên, hệ thống treo tích cực đang được Hệ thống treo bán chủ động (bán tích cực) Hệ thống bán chủ động (Hình 1.5b) chỉ có thể thay đổi độ nhớt của bộ giảm chấn, và không làm tăng độ cứng cho bộ phận đàn hồi. Mặc dù bị hạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 9 chế trong việc can thiệp vào hệ thống treo, nhưng hệ thống treo bán chủ động tốn kém ít chi phí và tiêu thụ năng lượng ít. Trong thời gian gần đây, nghiên cứu về hệ thống treo bán chủ động được liên tục phát triển để tạo ra hiệu quả cao nhất, thu hẹp khoảng cách giữa các hệ thống treo bán chủ động và hoàn toàn chủ động. Dẫn động bằng van điện từ (solenoid): Loại này là loại cơ bản nhất của hệ thống treo bán chủ động và có giá thành thấp nhất.
Chúng bao gồm một van điện từ làm thay đổi lưu lượng của dòng nhớt bên trong giảm chấn, do đó thay đổi độ giảm chấn của hệ thống treo. Các van điện từ được nối với máy tính, tại đó sẽ được gửi đi các lệnh phụ thuộc vào thuật toán điều khiển (thường được gọi là kỹ thuật "Sky- Hook"). Bộ giảm chấn dùng lưu chất biến từ: Một phương pháp khác được phát triển gần đây là dùng một bộ giảm chấn có chứa chất lưu biến từ, trong hệ thống mang tên Magne Ride. Trong hệ thống đã được phát triển trong vòng 25 năm này, dòng chất lỏng giảm chấn được chứa các hạt kim loại (vì vậy gọi là lưu chất biến từ).
Thông qua các máy tính, đặc tính của giảm chấn được điều khiển bởi một nam châm điện. Về cơ bản, việc tăng lưu lượng lưu chất vào giảm chấn sẽ làm tăng độ nén, phục hồi của lò xo, và việc giảm lưu lượng sẽ làm giảm hiệu quả hoạt động của giảm chấn.Thông tin từ các cảm biến bánh xe (cảm biến về độ co giãn của lò xo), cảm biến vô lăng, cảm biến gia tốc và một số cảm biến khác sẽ được sử dụng để tính toán độ cứng tối ưu. Phản ứng nhanh chóng của toàn hệ thống cho phép, ví dụ như, có thể làm một bánh xe di chuyển một cách nhẹ nhàng êm ái qua một ổ gà hoặc một tảng đá trên đường. Hệ thống treo chủ động (tích cực): Hệ thống treo tích cực (Hình 1.5c) sử dụng các bộ chấp hành riêng biệt để tạo ra các lực đến từng bộ phận đàn hồi 1 cách độc lập ở mỗi bánh xe để Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 10 cải thiện tính năng vận hành.
Nhược điểm của thiết kế này là chi phí cao, làm tăng thêm sự phức tạp cũng như tăng khối lượng cho toàn hệ thống, và phải bảo dưỡng khá thường xuyên và sửa chữa khi cần phải cài đặt. Việc bảo dưỡng cũng là một vấn đề, vì chỉ có các đại lý ủy quyền của hãng mới có dụng cụ và kĩ thuật viên đủ khả năng sửa chữa cũng như chẩn đoán hư hỏng 1 cách chính xác. Thủy lực: Hệ thống treo thủy lực được điều khiển bằng một cơ cấu servo thủy lực. Các áp lực thủy lực cho servo được cung cấp bởi một bơm thủy lực áp suất cao dùng các piston hướng kính.
Các cảm biến liên tục giám sát độ dịch chuyển của thân xe và chế độ lái, để từ đó liên tục cung cấp dữ kiện cho máy tính. Hệ thống treo tích cực hoàn toàn Sau khi máy tính nhận và xử lý dữ liệu, nó tác động đến các servo thủy lực (được gắn bên cạnh mỗi bánh xe). Gần như ngay lập tức, hệ thống treo được điều chỉnh bởi servo để tạo ra các lực chống lại sự nghiêng ngang của thân xe, sự chúi đầu hay chúi đuôi trong các chế độ lái xe khác nhau. Trong thực tế, hệ thống này luôn kết hợp chức năng tự động điều chỉnh độ cứng của bộ phận đàn hồi và chức năng điều chỉnh độ cao gầm xe, và các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 11 phiên bản sau này, nó liên quan với tốc độ xe trong mục đích cải thiện tính năng khí động học, ví dụ như làm giảm độ cao gầm xe khi chạy ở tốc độ cao.
Thu hồi điện từ.
