MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Hệ thống treo trên xe là một bộ phận quan trọng trong thiết kế cơ học của xe. Nó đóng vai trò chủ chốt trong việc đảm bảo chuyển động của toàn bộ kết cấu xe, quyết định đến cảm giác lái và sự thoải mái của người ngồi trên xe. Từ trước đến nay, hệ thống treo đã được áp dụng rộng rãi cho các loại xe, từ xe ngựa kéo với các nhíp cố định ở bốn góc, đến ô tô hiện đại với các thuật toán điều khiển phức tạp.
Việc thiết kế hệ thống treo cho phương tiện giao thông đường bộ phải đảm bảo hai yêu cầu là giảm thiểu tối đa sự tác động của bề mặt địa hình lên phần thân trên của xe nhằm đảm bảo sự thoải mái cho người bên trong khoang lái và duy trì sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Theo quan điểm thiết kế hệ thống, có hai loại dao động chính trên xe, đó là mặt đường không bằng phẳng và sự thay đổi của tải trọng khi tăng tốc, phanh hoặc vào cua. Vì vậy, một thiết kế hệ thống treo tốt có khả năng loại bỏ dao động một cách tối ưu. Việc loại bỏ những dao động xấu gây ra sẽ tăng tuổi thọ của xe, giảm suất tiêu hao nhiên liệu và cũng không ảnh hưởng xấu đến hàng hóa, hành khách trên xe.
Ngày nay, gần như tất cả các xe du lịch và xe tải nhẹ đều sử dụng hệ thống treo độc lập, vì khả năng chống dao động tốt hơn. Và với việc công nghệ phát triển thì các hệ thống điện tử cũng được áp dụng vào hệ thống treo để hai hệ thống phối hợp nhịp nhàng tăng hiệu quả làm việc, từ đó mang lại sự êm dịu tối ưu cho xe khi chuyển động, tạo cảm giác thoải mái cho lái xe và hành khách, cũng như đảm bảo độ nguyên vẹn của hàng hóa. Nhận thấy sự quan trọng và tính thú vị của hệ thống treo điều khiển điện tử với nhiều cơ cấu điều khiển khác nhau được thiết kế với những ưu điểm vượt trội sử dụng chủ yếu ở các dòng xe đời mới, từ đó nhóm sinh viên chọn đề tài tốt nghiệp là tìm hiểu hệ thống treo điều khiển điện tử. Mục tiêu nghiên cứu Phân loại được các hệ thống treo điều khiển điện tử.
Hiểu được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của từng loại hệ thống treo điều khiển điện tử. Phương pháp nghiên cứu Tìm kiếm và đọc hiểu các tài liệu tham khảo, video tiếng Anh về cấu tạo và hoạt động của hệ thống treo điều khiển điện tử. 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ 2. Tổng quát về hệ thống treo điều khiển điện tử Khi ô tô chuyển động trên đường không bằng phẳng, xe thường chịu tải trọng dao động do bề mặt đường mấp mô sinh ra.
Những dao động này ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ của xe và đặc biệt là gây cảm giác không thoải mái đối với người ngồi trong xe. Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng dao động của ôtô đối với cơ thể con người đều đi tới kết luận là nếu con người phải chịu đựng lâu trong môi trường dao động của ô tô sẽ gây ra cảm giác khó chịu. Vì vậy tính êm dịu trong chuyển động là một trong những tiêu chí quan trọng của xe. Tính năng này phụ thuộc vào khá nhiều yếu tố trong đó hệ thống treo đóng vai trò quyết định.
Hệ thống treo của ô tô thường sử dụng được phân loại theo kết cấu có hai kiểu chính: hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập; phân loại theo nguyên lý hoạt động điều khiển gồm có: hệ thống treo bị động, hệ thống treo bán chủ động và hệ thống treo chủ động. Mục đích chính của hệ thống treo là làm giảm rung xóc khi xe vận hành trên đường không bằng phẳng, tạo điều kiện cho bánh xe dao động theo phương thẳng đứng, tránh dao động lắc ngang hay lắc dọc đồng thời đảm bảo truyền lực và mô men ổn định. Với hệ giảm chấn quá mềm hệ thống treo sẽ tạo ra nhiều rung động đàn hồi khi làm việc, ngược lại với hệ giảm chấn quá cứng sẽ làm cho xe bị xóc mạnh. Sự dung hoà giữa hai đặc điểm trên chính là ý tưởng để các nhà thiết kế nghiên cứu ra hệ thống treo điều khiển điện tử hiện đại.
Hệ thống treo điều khiển điện tử trên ô tô có khả năng tự động điều chỉnh độ cứng, cơ chế hoạt động để đáp ứng với độ nghiêng khung xe và tốc độ xe khi vào cua, độ nhấp nhô của mặt đường, giữ thăng bằng khi phanh, mục đích đem lại cho xe có một hệ thống treo thích hợp và hiệu quả nhất. Ưu nhược điểm hệ thống treo điều khiển điện tử Hệ thống treo điều khiển điện tử là một loại hệ thống trên treo ô tô, nó sử dụng một ECU để chủ động điều khiển chuyển động thẳng đứng của bánh xe so với 3 khung xe hoặc thân xe chứ không phải là hệ thống treo thụ động sử dụng lò xo, nhíp, thanh xoắn,… nơi dao động được xác định hoàn toàn bởi mặt đường. Hệ thống treo điều khiển điện tử được chia thành hai loại: Hệ thống treo điều khiển điện tử chủ động và bán chủ động. Trong khi hệ thống treo tích cực chỉ thay đổi độ cứng của bộ giảm xóc để phù hợp với điều kiện đường xá hoặc điều kiện động học, hệ thống treo chủ động sử dụng một số loại cơ cấu truyền động để nâng và hạ khung xe một cách độc lập ở mỗi bánh xe.
Ưu điểm: So với những hệ thống treo thông thường thì hệ thống treo điều khiển điện tử giúp chiếc xe trở nên ổn định và êm ái hơn khi di chuyển trên mọi địa hình. Với khả năng hoạt động linh hoạt và thông minh hơn hệ thống treo lò xo truyền thống, giúp đáp ứng được yêu cầu về độ nghiêng của khung gầm và tốc độ xe khi vào cua. Hệ thống điều khiển điện tử phát hiện chuyển động của thân xe từ các cảm biến trên khắp xe và sử dụng dữ liệu đó, điều khiển hoạt động của hệ thống treo chủ động và bán chủ động. Hệ thống này hầu như loại bỏ sự thay đổi độ cuộn của thân xe và cao độ của thân xe trong nhiều tình huống lái xe bao gồm quay vòng, tăng tốc và phanh.
Ngoài ra, khả năng vượt địa hình (off-road) trở nên vượt trội vì hệ thống treo điều khiển điện tử có thể điều chỉnh khoảng sáng gầm, góc tới và góc thoát của xe, tránh tình trạng kẹt gầm gây ảnh hưởng đến các bộ phận khác. 1: Ưu điểm hệ thống treo điều khiển điện tử [1] Nhược điểm: Với các công nghệ hiện đại thì đương nhiên xe sử dụng hệ thống treo điều khiển điện tử sẽ có giá thành và chi phí bảo dưỡng cao hơn so với mặt bằng chung. Một số bộ phận trong hệ thống sẽ dễ bị hư hỏng nếu sử dụng không đúng cách. Vì vậy người dùng cần nắm rõ nguyên lý của hệ thống và cần phải kiểm tra bảo dưỡng hệ thống thường xuyên.
Nguyên lý điều khiển hệ thống treo điều khiển điện tử Nguyên lý: Lý thuyết Skyhook cho rằng hệ thống treo lý tưởng sẽ cho phép chiếc xe duy trì tư thế ổn định như thể được treo bởi một cái móc tưởng tượng trên không trung, không bị ảnh hưởng bởi điều kiện đường xá. Vì Skyhook không thực tế, các hệ thống treo chủ động thực sự dựa trên 5 hoạt động của cơ cấu truyền động. Đường tưởng tượng (của gia tốc thẳng đứng bằng không) được tính toán dựa trên giá trị được cung cấp bởi một cảm biến gia tốc được lắp trên thân xe. Các phần tử động chỉ gồm lò xo tuyến tính và van điều tiết tuyến tính; do đó, không cần tính toán phức tạp.
2: Sơ đồ dao động tương đương của ôtô theo lý thuyết Skyhook [2] Trong đó: M – Khối lượng được treo toàn bộ của ôtô M1, M2 – Khối lượng được treo được phân ra cầu trước và cầu sau m1, m2 – Khối lượng không được treo của cầu trước và cầu sau C1, C2 – Hệ số cứng của thành phần đàn hồi của hệ thống treo trước và sau C11, C12 – Hệ số cứng của lốp trước và sau K1, K2 – Hệ số cản của thành phần cản của hệ thống treo trước và sau Hoạt động: Hệ thống treo chủ động sử dụng các bộ truyền động riêng biệt có thể tác động một lực độc lập lên hệ thống treo để cải thiện các đặc tính lái. Hạn chế của 6 thiết kế này là chi phí cao, phức tạp hơn và khối lượng của toàn hệ thống, và cần phải bảo trì thường xuyên đối với một số thiết bị. Việc bảo trì có thể yêu cầu các công cụ chuyên dụng và một số vấn đề có thể khó chẩn đoán. Hệ thống treo thủy lực điều khiển điện tử được kiểm soát bằng việc sử dụng thủy lực.
Áp suất thủy lực được cung cấp bởi một bơm thủy lực piston hướng tâm áp suất cao. Các cảm biến liên tục theo dõi chuyển động của thân xe và mức độ cao xe của xe, qua đó liên tục cung cấp dữ liệu mới cho bộ chỉnh độ cao thủy lực. Trong một vài giây, hệ thống treo tạo ra các lực ngược để nâng hoặc hạ thân xe. Trong các thao tác lái xe, ni-tơ áp suất cao, mang lại khả năng nén gấp sáu lần so với lò xo thép được sử dụng bởi các phương tiện đến thời điểm này.
Trong thực tế, hệ thống luôn kết hợp hệ thống treo tự cân bằng và hệ thống treo có thể điều chỉnh độ cao, với tính năng sau này được gắn với tốc độ của xe để cải thiện hiệu suất khí động học khi xe tự hạ thấp ở tốc độ cao. Hệ thống này hoạt động rất tốt khi lái xe thẳng về phía trước, kể cả trên các bề mặt không bằng phẳng, nhưng có rất ít khả năng kiểm soát độ cứng cuộn. 7 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ 3. Giới thiệu chung hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử Hệ thống treo khí nén điều khiển bằng điện tử là hệ thống treo trong đó sự thoải mái và tiện nghi đã được cải thiện đáng kể thông qua việc tích hợp hệ thống điều chỉnh chiều cao xe và hệ thống kiểm soát lực giảm chấn.
Hệ thống điều chỉnh chiều cao xe cải thiện khả năng ra và vào xe của hành khách bằng cách nhanh chóng hạ thấp chiều cao xe chỉ bằng một nút bấm. Hơn nữa, bằng cách thay đổi chiều cao của xe có thể giảm thiểu sự cản trở đường trên những con đường không bằng phẳng.