Chương i Tổng quan vấn đề nghiên cứu I. Vai trò của hệ thống treo Hệ thống treo làm nhiệm vụ nối đàn hồi giữa thùng xe và các bánh xe nhằm đảm bảo độ êm dịu và giảm các chấn động tác dụng lên hành khách, hàng hoá trong quá trình xe chuyển động. Ôtô là một hệ dao động phức tạp, bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau, mỗi bộ phận có khối lượng và đặc tính dao động đặc trưng riêng. Sự nhấp nhô không đều có tính ngẫu nhiên của bề mặt đường được coi như nguồn kích thích chính, tác động lên bánh xe qua hệ thống treo và gây dao động thân xe.
Lực cản không khí sẽ tác động gây lên dao động vỏ xe. Rung động của động cơ và hệ thống truyền lực thông qua các mối ghép, giá đỡ truyền dao động lên khung xe. Dao động của các khối lượng không cân bằng như kích thước, độ cứng khác nhau của bánh xe và lốp được truyền qua hệ thống treo lên thân xe Rung động của xe trong quá trình chuyển động gây ảnh hưởng đến cảm giác thoải mái, tiện nghi đối với hành khách. Các rung động với biên độ, tần số lớn tác dụng trong thời gian dài sẽ làm cho hành khách bị mệt mỏi, không có khả năng duy trì các hoạt động thần kinh hoặc sinh lý gây nôn mửa, chóng mặt, nhức đầu.
Các rung động cũng ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn của hàng hoá được chuyên chở trên xe. Khi xe chuyển động trên đường mấp mô, các dao động của thùng xe (phần khối lượng được treo) với biên độ lớn sẽ làm va đập lên các ụ hạn chế, ảnh hưởng đến độ bền của khung vỏ cũng như các chi tiết của hệ thống treo. Dao động của bánh xe với gia tốc lớn sẽ gây tác dụng lên mặt đường tạo nên tải trọng "phá đường". Các phân tích trên cho thấy sự làm việc của hệ thống treo không chỉ ảnh hưởng đến tính chất êm dịu chuyển động của xe, đến tính tiện nghi và thoải mái của hành khách 4 ngồi trên xe mà còn liên quan đến độ bền các chi tiết cũng như tác dụng lực va đập lên mặt đường.
Dặc tính dao động của hệ thống treo được đánh giá bằng các chỉ tiêu liên quan đến các tính êm dịu chuyển động, không gian làm việc của hệ thống và tính bám đường.2 các chỉ tiêu đánh giá dao động I.1 chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động Chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động nhằm mục tiêu kiểm soát các rung động của ôtô sao cho cảm giác mà hành khách trên xe cảm nhận được không vượt quá một giới hạn nhất định. Tuy nhiên do sự nhạy cảm của mỗi người đối với rung động là khác nhau nên giới hạn đánh giá độ êm dịu rất khó xác định chung, phù hợp cho mọi người. Phương pháp chung để xây dựng các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động là nghiên cứu phản ứng của con người với dao động kích thích hình sin nhằm nhận dạng các vùng cảm giác về sự dễ chịu (hoặc khó chịu) của con người ứng với các giá trị biên độ, tốc độ hoặc gia tốc của dao động tác dụng theo một hướng nhất định (từ chân đến đầu, từ bên này sang bên kia hoặc từ sau ra trước) ứng với dải tần số nhất định. Tiêu chuẩn êm dịu chuyển động j6a của sae dùng cho dao động thẳng đứng được trình bày trên hình i.1 phân chia dải tần số dao động ra 3 vùng, mỗi một vùng có các chỉ tiêu đánh giá êm dịu khác nhau.
Trong khoảng tần số từ 1 6 hz, giá trị đỉnh đặc tính dao động được xác định bằng tích của biên độ và lập phương của tần số góc dao động không được vượt quá 12,6 m/s3. Ví dụ tại tần số là 1 hz (2 rad/s), giới hạn biên độ cho phép là 12,6 m. Trong khoảng tần số từ 6 20 hz, giá trị lớn nhất của gia tốc được tính bằng tích của biên độ với bình phương tần số dao động, giá trị này phải nhỏ hơn 0,33 m/s 2 (0,33 in/s2). Trong 5 khoảng tần số 20 60 hz, giá trị lớn nhất của vận tốc được tính bằng tích của biên độ với tần số dao động không lớn hơn 2,7 mm/s (0,105 in/s).
Tiêu chuẩn iso-2631 sử dụng để đánh giá êm dịu chuyển động đối với xe ôtô vận tải cũng như trong lĩnh vực công nghiệp. Tiêu chuẩn này phân chia 3 giới hạn chịu đựng khác nhau đối với dao động của thân người trong dải tần từ 1 đến 80 hz.2 trình bày tiêu chuẩn của iso để đánh giá cảm giác về dao động theo thời gian tác động của dao động lên hành khách trên xe. Khi ngồi trên ôtô trong khoảng thời gian dài, dao động sẽ làm cho cơ thể người mệt mỏi, ảnh hưởng đến lao động hoặc sức khoẻ. Ví dụ ở tần số khoảng 10 20 hz, nếu gia tốc thẳng đứng của thùng xe là 2,5 m/s2 thì người ngồi trên xe chỉ chịu được nhiều nhất là trong khoảng thời gian 8h.
Còn cũng trong dải tần số ấy nếu gia tốc tăng lên khoảng 30 m/s2 thì thời gian chịu đựng được là 1 phút.1: giới hạn biên độ dao động Hình i.2: giới hạn gia tốc đối với thời gian chịu đựng được 6 Viện nghiên cứu kỹ thuật và bảo hộ lao động việt nam, kết hợp tham khảo các tiêu chuẩn iso/dis 2631 đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động theo tần số dao động và gia tốc dao động cụ thể như sau: - theo tần số dao động : đối với xe chở khách và xe du lịch tần số dao động là: f = 11,5 hz. - chỉ tiêu về gia tốc dao động : là các trị số bình phương trung bình giới hạn của gia tốc theo các phương dọc x, phương ngang y, và phương thẳng đứng z của xe, cụ thể là : .2 chỉ tiêu về tính cách ly dao động Chỉ tiêu này đánh giá đáp ứng của khối lượng được treo với sự kích thích dao động của mặt đường và được xác định bằng tỷ số giữa chuyển vị (hành trình dao động) của khối lượng được treo so với chiều cao mấp mô mặt đường xác định qua biểu thức (zs / zr). Tính cách ly dao động có ý nghĩa đánh giá mức độ lan truyền kích thích từ mặt đường thông qua hệ thống treo tới khung xe. Tính cách ly dao động tốt khi tỷ số đánh giá <1.
Tính cách ly dao động kém khi trị số của tỷ số đánh giá >1, khi đó chuyển vị của thùng xe sẽ lớn hơn cả chiều cao mấp mô mặt đường. Tại các tần số dao động gần với tần số dao động riêng của khối lượng đựơc treo tính cách ly dao động của hệ là kém nhất, khi đó chuyển vị của thùng xe có thể lớn hơn nhiều so với biên độ của mấp mô mặt đường. Chỉ tiêu về hành trình làm việc của hệ thống treo. Chỉ tiêu này đặc trưng cho chuyển vị tương đối giữa khối lượng phần treo và phần không được treo, được tính bằng hiệu số cực đại giữa biên độ dao động phần được treo và không được treo ( max(z u - zs)).
Hiệu số các 7 chuyển vị của khối lượng được treo và không được treo chính là không gian cần thiết cho hệ thống treo hoạt động không xảy ra va đập lên các ụ hạn chế. Chỉ tiêu đánh giá khả năng bám đường Khi xe chuyển động trên đường, lực pháp tuyến tác dụng giữa bánh xe và mặt đường luôn thay đổi. Do các trị số giới hạn của các lực ngang, lực kéo, lực phanh phát huy tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường liên quan mật thiết đến tải trọng thẳng nên dao động thẳng đứng của bánh xe sẽ ảnh hưởng đến khả năng bám đường, tính điều khiển cũng như tới tải trọng tác dụng lên mặt đường. Chỉ tiêu này được xác định bằng hiệu số chuyển vị giữa phần khối lượng không được treo với chiều cao mấp mô của mặt đường (max(zu - zr)).
Trong thực tế, chỉ tiêu này được đánh giá thông qua biến dạng động của bánh xe. Trị số biến dạng động càng nhỏ thì lực tác dụng lên mặt đường càng nhỏ (tính bảo vệ đường tốt), ngược lại nếu trị số này lớn thì lực tác dụng của bánh xe lên mặt đường sẽ lớn. Những nghiên cứu đối với hệ thống treo Các nghiên cứu động học và động lực học hệ thống treo cho thấy các thông số kết cấu của các phần tử trong hệ thống treo như khối lượng phần được treo m1, khối lượng không được treo m2 và tỷ số giữa khối lượng phần không được treo so với phần được treo (dm = m2/m1), các thông số thiết kế như độ cứng của phần tử đàn hồi k1, của lốp k2, tỷ số giữa các độ cứng k2 và k1 (dk = k2/k1), hệ số tắt chấn của hệ treo ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu đánh giá trên. Trong trường hợp cụ thể, ứng với các trị số m1, m2 đã cho thì các trị số k1, k2, và tỷ lệ giá trị giữa chúng có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng động lực học của hệ thống treo.
Các chỉ tiêu đánh giá hệ thống treo nêu trên trong nhiều trường hợp lại tác động trái ngược nhau. Ví dụ việc giảm độ cứng của phần tử đàn hồi (nhíp 8 mềm) sẽ làm tăng độ êm dịu chuyển động, tuy nhiên nhíp càng mềm thì hành trình làm việc của hệ thống treo lại càng tăng lên, hành trình động của bánh xe càng lớn. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Cho đến những năm gần đây (1995) trong các tài liệu nghiên cứu về hệ thống treo được công bố, các sách giáo khoa [2] thường hướng dẫn phương pháp tính các thông số thiết kế của hệ thống treo trên cơ sở đảm bảo chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động. Xuất phát từ việc chọn tần số dao động riêng của khối lượng được treo và không được treo để tính toán xác định các thông số độ cứng phần tử đàn hồi, hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo.
Các hệ thống treo được tính toán như trên có độ cứng của phần tử đàn hồi, hệ số cản giảm chấn không đổi. Tuy nhiên trong quá trình chuyển động tải trọng thẳng đứng tác dụng lên hệ thống treo lại thay đổi (ví dụ các chế độ phanh, tăng tốc.) Cho nên muốn đảm bảo cho tần số dao động riêng của khối lượng không được treo là không đổi thì đặc tính đàn hồi của hệ treo phải là phi tuyến [3], giáo sư lykin p.