Nghiên cứu, tính toán thiết kế và kiểm nghiệm trên máy tính hệ thống treo xe city car

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của
TS. Hoàng Thăng Bình. Đề tài đƣợc thực hiện tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội
và Trƣờng Cao Đẳng Nghề GTVT TW3. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận
văn là độc lập, hoàn toàn trung thực và chƣa từng công bố trong bất kỳ công trình
nghiên cứu nào.

TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 9 năm 2013
Tác giả
Nguyễn Minh Đức

1


MỤC LỤC

MỤC LỤC ........................................................................................................................ 2
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. 5
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................... 6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................................... 9
Chƣơng 1. TỔNG QUAN .............................................................................................. 11
1.1. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN XE CITY CAR TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM.
........................................................................................................................................ 11
1.1.1. SMART FOR TWO .......................................................................................... 12
1.1.2. FIAT 500........................................................................................................... 13
1.1.3. TOYOTA SCION IQ ........................................................................................ 14
1.1.4. ASTON MARTIN CYGNET ........................................................................... 15
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................................... 16
1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ........................................................ 17
1.4. PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ NGHIÊN CỨU ................................................. 17
1.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................... 17

Chƣơng 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO ....................................................... 18
2.1. Cấu tạo chung của hệ thống treo ............................................................................. 18
2.2. Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống treo. ......................................................... 20
2.2.1. Công dụng. ........................................................................................................ 20
2.2.2. Yêu cầu. ............................................................................................................ 21
2.2.3. Phân loại. .......................................................................................................... 21
2.2.3.1. Hệ thống treo phụ thuộc ............................................................................. 21
2.2.3.2 Hệ thống treo độc lập. ................................................................................. 23
2.3. Lựa chọn phƣơng án thiết kế ................................................................................... 35
2.3.1. Hệ thống treo trƣớc ........................................................................................... 35
2


2.3.2. Hệ thống treo sau .............................................................................................. 37
CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ 3D VÀ KIỂM NGHIỆM ............................... 38
3.1 TÍNH TOÁN ............................................................................................................ 38
3.1.1. Các thông số tính toán: ..................................................................................... 38
3.1.2 Tính toán phần tử đàn hồi .......................................................................... 41
3.1.3 Tính toán phần tử giảm chấn ...................................................................... 46
.......................................................................................... 58
3.1.4 Kiểm tra bền chi tiết
3 1 4 1 i m tr
3 1 4 2 Cá

đồ động h : ............................................................................ 58

h độ t i tr ng: ................................................................................... 62

3 1 4 3 i m tr

n á

ụm hi ti t: .................................................................... 68

3.2. THIẾT KẾ 3D ......................................................................................................... 74
3.2.1. Phần mềm thiết kế ............................................................................................ 74
3.2.2 Thiết kế 3D lò xo giảm chấn.............................................................................. 77
3.2.3 Thiết kế 3D ống giảm chấn ................................................................................ 81
3.2.5 Ghép các chi tiết thành bộ giảm chấn ................................................................ 84
3.2.6. Thiết kế 3D thanh đòn ngang chữ A ................................................................. 86
3.3 Kiểm nghiệm bền trên máy tính ............................................................................... 89
3.3.1 Trình tự kiểm nghiệm bền trên phần mềm 3D .................................................. 89
3.3.2 Kiểm nghiệm bền và kết quả của thanh đòn ngang chữ A ................................ 89
Chƣơng 4. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO TÍNH NĂNG ............. 93
DỄ CHẾ TẠO HẠ GIÁ THÀNH SẢN XUẤT ............................................................. 93
4.1 Trình độ công nghệ gia công ở Việt Nam ................................................................ 93
4.1.1 Công nghệ gia công tại Việt Nam...................................................................... 93
4.1.2 Các công nghệ chế tạo trong gia công áp lực ................................................... 94
4.1.2.1 Chế tạo các chi tiết dạng tấm vỏ ................................................................ 94
4.1.2.2 Chế tạo chi tiết dạng khối ........................................................................... 96

3


4.1.2.3. Chế tạo chi tiết dạng ống ............................................................................ 97
4.1.2.4. Công nghệ uốn tấm..................................................................................... 99
4.2. Đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao tính dễ chế tạo............................................. 100
4.2.1. Chính sách Nhà nƣớc ...................................................................................... 100
4.2.2.Thị hiếu, tập quán. ........................................................................................... 101
4.2.3 Giải pháp chế tạo. ............................................................................................ 101

4.2.3.1 Giải pháp chế tạo càng chữ A. .................................................................. 101
4.2.3.2 Chế tạo ty đẩy. ........................................................................................... 103
4.2.3.3 Giải pháp chế tạo lò xo đàn hồi. ................................................................ 104
4.2.3.4. Giải pháp chế tạo ống giảm chấn ............................................................. 106
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 107

4


DANH MỤC BẢNG BIỂU
B ng 3- 1. Th ng ố tính toán ........................................................................................ 38
B ng 3- 2. Các thông số

n đầu của hệ thống treo trước:.......................................... 42

B ng 3- 3. Các thông số

n đầu của hệ thống treo sau: ............................................. 44

B ng 3- 4 Th ng ố h nh h

........................................................................................ 59

5


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: H nh dáng ên ngoài ủ xe SMART FOR TWO ......................................... 12
Hình 1. 2: H nh dáng ên ngoài ủ xe FIAT 500 ......................................................... 13
Hình 1. 3: H nh dáng ên ngoài ủ xe TOYOTA SCION IQ ....................................... 15

Hình 1. 4: H nh dáng ên ngoài ủ xe ASTON MARTIN CYGNET ............................ 16

Hình 2. 1: Cấu tạo hệ thống treo xe du lịch. .................................................................. 18
Hình 2. 2: Treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc ................................................................ 22
Hình 2. 3: Các ki u hệ thống treo phụ thuộc ................................................................. 23
Hình 2. 4: S đồ nguyên lý của hệ treo 2 đòn ng ng ..................................................... 24
Hình 2. 5: Các ki u hệ thống treo độc lập ..................................................................... 24
Hình 2. 6: Một số dạng lò xo đặc biệt ............................................................................ 26
Hình 2. 7: S đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson ...................................................................... 28
Hình 2. 8: Mối quan hệ động h c của hệ treo Mc.Pherson .......................................... 29
Hình 2. 9: S đồ nguyên lý hệ treo h i đòn d c............................................................ 30
Hình 2. 10: Sự th y đổi góc nghiêng trục cầu sau khi thân xe nghiêng ....................... 30
Hình 2. 11: S đồ nguyên lý hệ treo đòn d c có thanh ngang liên k t ......................... 32
Hình 2. 12: S đồ vị trí tâm quay bánh xe O, tâm nghiêng .......................................... 34
Hình 2. 13: S đồ hệ treo đòn héo .............................................................................. 34
Hình 2. 14: S đồ hệ thống treo khí .............................................................................. 35
Hình 3. 1: Đặ tính đàn hồi của hệ thống treo .............................................................. 39
H nh 3 2: Đặc tính gi m chấn của hệ thống treo.......................................................... 48
Hình 3. 3: Các thông số của gi m chấn ......................................................................... 50
Hình 3. 4: Đặc tính gi m chấn của hệ thống treo trước ................................................ 52
H nh 3 5: H

đồ động h

hệ thống treo Mc.Pherson ................................................ 59

H nh 3 6: H

đồ i m tr động h

hệ thống treo M Pher on .................................. 62
6


H nh 3 7: S đồ lự trong trư ng h p hị t i tr ng động .......................................... 63
H nh 3 8: S đồ lự trong trư ng h p hị lự ph nh ự đại .................................... 64
H nh 3 9: S đồ lự trong trư ng h p hị lự

ên ự đại ......................................... 67

H nh 3 10: S đồ lự tá dụng lên đòn ng ng hi hị t i tr ng động ........................ 69
H nh 3 11: S đồ lự tá dụng lên đòn ng ng hi hị lự
H nh 3 12: S đồ hị lự đòn ng ng hi hị lự

éo, ph nh ự đại ........... 70

ên ự đại .................................... 73

Hình 3. 13: Logo phần m m Solidworks ........................................................................ 75
Hình 3. 14: Hộp thoại SolidWorks ................................................................................. 77
Hình 3. 15: Cửa sổ mới .................................................................................................. 78
H nh 3 16: Đư ng xoắn tâm lò xo................................................................................. 79
Hình 3. 17: Lò xo ........................................................................................................... 79
H nh 3 18: ò xo hoàn h nh......................................................................................... 80
Hình 3. 19: Cửa sổ

ống gi m hấn ............................................................................ 81

H nh 3 20: Đư ng nét 2D ống gi m chấn..................................................................... 81
H nh 3 21: H nh 3D

H nh 3 22:

ống gi m chấn ......................................................................... 82

ống gi m chấn hoàn h nh .................................................................... 83

H nh 3 23: Ty đẩy

n .............................................................................................. 83

H nh 3 24: Ty đẩy hoàn h nh ....................................................................................... 84
Hình 3. 25: Giao diện Assembly .................................................................................... 85
Hình 3. 26: Bộ gi m chấn .............................................................................................. 86
Hình 3. 27: Khối

n ................................................................................................. 87

Hình 3. 28: Biên dạng của càng..................................................................................... 87
H nh 3 29: Càng

n ................................................................................................ 88

Hình 3. 30: Càng chữ A hoàn ch nh .............................................................................. 88
Hình 3. 31: Mô hình 3D càng chữ A .............................................................................. 89
H nh 3 32: S đồ đặt lự trong trư ng h p chịu lực phanh cự đại ............................ 90
Hình 3. 33: Hình nh hi lưới ...................................................................................... 90
7


Hình 3. 34: K t qu ki m nghiệm càng chữ A trư ng h p chịu lực phanh cự đại ...... 91

Hình 3. 35: K t qu ki m nghiệm trong trư ng h p chịu lực chịu lực ngang lớn nhất 92

Hình 4. 1: Các cụm chi ti t chính trong ô tô con .......................................................... 93
Hình 4. 2: Chi ti t dạng tấm và công nghệ dập vuốt ..................................................... 95
Hình 4. 3: Dập vuốt thủy

ứng dụng chất l ng........................................................... 96

Hình 4. 4: Chi ti t dạng khối và công nghệ ................................................................... 96
Hình 4. 5: Quy trình công nghệ và khuôn dập khối ...................................................... 97
Hình 4. 6: Nguyên lí dập chi ti t ống chữ T ................................................................... 98
Hình 4. 7: Các dạng s n phẩm ứng dụng IHU .............................................................. 99
Hình 4. 8: Công nghệ uốn tấm đi n hình ....................................................................... 99
Hình 4. 9: Công nghệ uốn tấm đi n hình ..................................................................... 100
Hình 4. 10: Biên dạng đ càng chữ A .......................................................................... 101
H nh 4 11: Đ càng chữ A hoàn ch nh. ....................................................................... 102
Hình 4. 12: Vi n bao bên ngoài càng chữ A. ............................................................... 102
Hình 4. 13: Càng chữ A

n ................................................................................... 103

Hình 4. 14: Càng chữ A hoàn ch nh. ........................................................................... 103
Hình 4. 15: Phôi thép trụ. ............................................................................................ 104
H nh 4 16: Ty đẩy hoàn ch nh. .................................................................................... 104

8


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Zt: tải trọng tĩnh tác dụng tại bánh xe gây ra biến dạng ft.

ft: biến dạng tĩnh của hệ thống treo đo tại trục bánh xe.
Zđ: tải trọng động tác dụng lên bánh xe gây ra biến dạng fđ.
fđ: biến dạng thêm của hệ thống treo dƣới tác dụng của tải trọng động.
Gat: trọng lƣợng toàn bộ phân bố lên cầu trƣớc, Gat = 415 [kg].
Gkt: trọng lƣợng phần không đƣợc treo ở cầu trƣớc [kg].
Gct: trọng lƣợng của cầu trƣớc [kg].
Gbx: trọng lƣợng của bánh xe [kg].
fcs - biến dạng của cao su [mm].
fts: độ võng tĩnh của hệ thống treo sau [mm].
ftt: độ võng tĩnh của hệ thống treo trƣớc [mm].
Zlx: Lực tác dụng lên lò xo.
K: Hệ số tính đến sự tăng ứng suất ở bề mặt trong của lò xo.
G: Mô đun đàn hồi xoắn.
t : Bƣớc xoắn của lò xo.
Kgn, Kgt: hệ số cản giảm chấn ở hành trình nén và trả.
Vg: vận tốc của piston giảm chấn.
z : Độ dịch chuyển của piston giảm chấn.
C: độ cứng của hệ thống treo.
M: Khối lƣợng phần đƣợc treo tác dụng lên hệ thống treo.

9


Go: Trọng lƣợng phần đƣợc treo.
ft: Độ võng tĩnh của hệ thống treo.
Vgmax là tốc độ của piston giảm chấn khi van giảm tải mở.
v: hệ số lƣu lƣợng.
 : trọng lƣợng riêng của chất lỏng.
g: gia tốc trọng trƣờng.
Fp: diện tích ép chất lỏng của piston giảm chấn [m2].

Kg: hệ số cản của giảm chấn ở hành trình trả.
Pt : áp suất khoang giảm chấn ở hành trình trả.
pn : áp suất trong khoang giảm chấn ở hành trình nén.
Nt : Công suất tiêu thụ của giảm chấn.
Kgn, Kgt: hệ số cản giảm chấn ở hành trình nén và trả.
z : Độ dịch chuyển của piston giảm chấn.
m: số mũ có giá trị phụ thuộc kích thƣớc lỗ tiết lƣu.
t: Hệ số truyền nhiệt của giảm chấn ra không khí.
Sg: Diện tích ngoài cuả giảm chấn. Sg đƣợc tính nhƣ sau:
tm : Nhiệt độ môi trƣờng.
 - Hệ số quy dẫn hệ số cản của giảm chấn về trục bánh xe.
ZC: Lực cản dao động của hệ thống treo.
VC:Tốc độ dao động tƣơng đối giữa khung và vỏ.
Pg: Lực cản tác dụng lên Piston giảm chấn.
Vg: Tốc độ dịch chuyển tƣơng đối của piston đối với xilanh.
t: Chiều dày thành giảm chấn.

10


Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1. TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN XE CITY CAR TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT
NAM.
Hiện nay, rất nhiều tập đoàn ô tô lớn trên thế giới đã và đang tập trung nghiên
cứu phát triển các dòng xe nhỏ, gọn và sử dụng nhiều nguồn năng lƣợng mới, thân
thiện với môi trƣờng. Châu Âu mới cho ra đời chiếc xe 1 Ero (1 Ero đi đƣợc 100 km)
nhỏ gọn, tiện lợi và có thể sử dụng 2 nguồn năng lƣợng khác nhau (xăng hoặc điện),
nhiều hãng xe ở Bắc Mỹ, Châu Á cũng đang nghiên cứu và phát triển dòng xe tiện ích
và nhỏ gọn. Những chiếc xe này có tên gọi là city car hay smart car. Tại sao hiện nay
nhiều nƣớc trên thế giới lại phải nghiên cứu và phát triển những dòng xe nhỏ nhƣ vậy?

Hệ thống treo của dòng xe này có cấu tạo nhƣ thế nào, nguyên lý hoạt động của chúng
có khác gì so với hệ thống treo của những dòng xe bình thƣờng hay không? Liệu chúng
ta có thể nghiên cứu, thiết kế tạo ra những sản phẩm tƣơng tự có giá thành hạ, phù hợp
với điều kiện giao thông ở Việt Nam đƣợc không? Đây là một bài toán tƣơng đối khó
đặt ra cho những kỹ sƣ thiết kế ô tô ở nƣớc ta hiện nay.
Trong sự phát triển đó việc tìm hiểu rõ các vấn đề về hệ thống treo của loại xe
này là rất cần thiết nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho việc thiết kế, chế tạo, sử dụng, sửa
chữa bảo dƣỡng và cải tiến hệ thống treo. Với mục đích đó trong giới hạn thời gian, đề
tài này chỉ giới hạn trong việc “Nghiên cứu, tính toán thiết kế và kiểm nghiệm trên
máy tính hệ thống treo xe city car” thông qua việc tìm hiểu, học hỏi về dòng xe mới
và vận dụng các kiến thức đã học. Việc kiểm nghiệm trên máy tính sẽ giúp cho việc
thiết kế hệ thống treo trên ôtô trực quan, ít tốn chi phí và hiệu quả kinh tế cao hơn.
Những chiếc xe đầu tiên của dòng xe city car ra đời tại Nhật Bản dƣới bàn tay
của các kỹ sƣ và các nhà thiết kế ngƣời Nhật. Phần lớn các mẫu xe city car tại các quốc
gia Châu Á trong đó có Việt Nam đƣợc trang bị động cơ có dung tích xilanh từ 0.6 đến
1.5 lít. Nhỏ gọn để dễ dàng xoay chuyển trong những không gian chật hẹp của đô thị,
11


động cơ nhỏ gọn tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời vẫn đảm bảo sự tiện nghi và an toàn
của một chiếc xe hơi so với xe máy… đó là những lý do để những chiếc city cars ngày
càng trở nên phổ biến trên đƣờng phố. Với việc xuất hiện ngày càng nhiều những đô
thị lớn với mật độ dân cƣ đông đúc, thì thị trƣờng của city cars cũng ngày càng có
nhiều những thƣơng hiệu xe hơi tham gia, từ những hiệu xe phổ thông cho đến những
thƣơng hiệu chuyên sản xuất xe sang trọng cũng muốn giành thị phần trong phân khúc
của những chiếc xe hơi siêu nhỏ này.
1.1.1. SMART FOR TWO
Ra đời cách đây hơn 10 năm, mẫu xe thoạt trông nhƣ đồ chơi này là một đại
diện tiêu biểu nhất cho dòng xe đô thị, cực kỳ thích hợp khi cần di chuyển những
khoảng cách ngắn trong thành phố, dễ dàng luồn lách trên đƣờng và ở các bãi đậu xe

chật chội với chiều dài trục cơ sở chỉ vào khoảng 1.8m. Tuy ngắn hơn gần 1m so với
chiếc Mini Cooper và chỉ có thể chở 2 ngƣời, không gian của cabin không gây cảm
giác tù túng, đặc biệt là khoảng không trên đầu khá thoải mái đƣợc đánh giá cao hơn
một đối thủ khác là chiếc Fiat 500. Với kích thƣớc hạn chế, Smart For Two hầu nhƣ
không có không gian cho hành lý, nhƣng vẫn có thể mang đƣợc những vật dụng, túi
xách nhỏ cho sinh hoạt hàng ngày.

Hình 1. 1: H nh dáng ên ngoài ủ xe SMART FOR TWO

12


Mức tiêu thụ nhiên liệu cũng là một ƣu điểm khác của Smart For Two, động cơ
3 xy lanh 70 mã lực chỉ tiêu thụ khoảng 7 lít nhiên liệu cho 100km. Khung xe bằng
thép dập liền khối đảm bảo sự cứng chắc cho chiếc xe trông có vẻ mong manh này khi
xảy ra va chạm... Ngoài ra, Smart For Two còn có rất nhiều phiên bản khác nhƣ mui
trần, động cơ điện và cả phiên bản độ Brabus công suất cao. Tuy nhiên, vì kích thƣớc
khá nhỏ, nên ở bản mui trần khi xếp mui sẽ hạn chế tầm quan sát phía sau. Với mục
đích thiết kế là một phƣơng tiện di chuyển những quãng ngắn trong thành phố nên một
số tiện nghi là trang bị tiêu chuẩn thông thƣờng trên các dòng xe khác thì với Smart
For Two đều đƣợc tối giản đáng kể, chẳng hạn nhƣ điều hòa nhiệt độ và radio đều là
tùy chọn.
1.1.2. FIAT 500
Fiat 500 là sản phẩm đánh dấu sự trở lại của nhà sản xuất xe hơi Ý sau 2 thập
niên vắng bóng trên thị trƣờng Bắc Mỹ, và ngay lập tức đƣợc yêu thích, với vẻ ngoài
gồm các đƣờng nét bo tròn mềm mại theo phong cách retro hoài cổ và đậm chất Ý, lấy
cảm hứng từ phiên bản Fiat 500 vào năm 1957, khiến chiếc hatchback 3 cửa, 4 chỗ này
đƣợc xem là chiếc xe đẹp nhất trong dòng xe city car.

Hình 1. 2: H nh dáng ên ngoài ủ xe FIAT 500

13


Nội thất theo phong cách tối giản và cũng mang phong cách retro ăn ý với vẻ
ngoài, cùng vóc dáng nhỏ gọn có nhiều điểm tƣơng đồng với chiếc Mini Cooper khiến
Fiat 500 trở thành đối thủ cạnh tranh trực tiếp với Mini.
Hàng ghế trƣớc thật sự thoải mái kể cả cho ngƣời có chiều cao trên 1,8m. Và
nếu không trang bị tùy chọn nóc xe bằng kính thì khoảng thông phía trên đầu sẽ đƣợc
nâng cao hơn. Tuy vậy, không gian của hàng ghế sau thích hợp cho các túi mua sắm
hơn là để chở ngƣời. Tay lái của 500 nhẹ nhàng và linh hoạt. Là một chiếc city car
nhƣng 500 còn có cả chức năng lái “Sport”. Không thể so sánh tính năng lái thể thao
của 500 với một chiếc Porsche hay Lotus, nhƣng cũng rất thú vị và thoải mái với một
chiếc xe nhỏ. Vẻ ngoài của Fiat 500 còn trở nên sành điệu hơn nữa với phiên bản mui
xếp mềm Fiat 500C, hay càng tăng thêm tính thời trang khi kết hợp với thƣơng hiệu
Gucci để cho ra phiên bản Fiat 500C by Gucci. Bên cạnh đó là các phiên bản Sport và
Abarth tăng thêm sức mạnh cho động cơ và phiên bản động cơ điện Fiat 500BEV.
1.1.3. TOYOTA SCION IQ
Với chiều dài trục cơ sở chƣa đến 2m, Scion iQ là một chiếc xe đô thị đƣợc xếp
vào hàng nhỏ nhất. Trên thực tế, iQ là chiếc xe 4 chỗ ngắn nhất thế giới, và đƣợc xem
là đối thủ trực tiếp của chiếc Smart For Two, nhƣng ƣu điểm của iQ so với Smart là nó
có hàng ghế thứ hai, với cấu trúc 3+1 có thể chở đƣợc 4 hành khách, gồm 2 ngƣời lớn
phía trƣớc và 2 trẻ em phía sau. iQ còn có giải pháp không gian thông minh khá ấn
tƣợng, khi dashboard và ghế phụ phía trƣớc có thể thụt sát hơn về phía kính chắn gió,
giúp tăng không gian cho ghế sau để một ngƣời lớn có thể ngồi vừa.

14


Hình 1. 3: H nh dáng ên ngoài ủ xe TOYOTA SCION IQ

Trên thực tế, kích thƣớc của iQ là xấp xỉ Smart For Two, nên hàng ghế sau chỉ
có thể vừa một ngƣời lớn phía ghế phụ, trong khi không gian phía sau ghế lái thậm chí
còn khó khăn cho cả trẻ em. Động cơ 1.0L, 67 mã lực và 1.3L, 90 mã lực cùng vóc
dáng vô cùng nhỏ gọn khiến iQ rất linh hoạt trong nội đô, tuy nhiên việc tăng tốc là
một vấn đề đối với công suất động cơ nhỏ nhƣ vậy. Cầm lái iQ rất nhẹ nhàng, và với
chiều dài cơ sở ngắn nên vòng cua của iQ cực kỳ nhỏ, nhƣng lại có nhƣợc điểm là thân
xe bị bồng bềnh. Trọng lƣợng nhẹ cũng khiến chiếc xe thiếu ổn định ở vận tốc cao.
Tuy là chiếc xe rất nhỏ nhƣng iQ có đến 10 túi khí là trang bị tiêu chuẩn, và chất lƣợng
nội thất đƣợc xem là phiên bản thu nhỏ của một chiếc Lexus.
1.1.4. ASTON MARTIN CYGNET
Mercedes có A-Class, Audi có A1, BMW sau 1-series đã cho ra mắt cocept city
car chạy điện i3. Thế nhƣng đến nay, thƣơng hiệu xe hơi hạng sang cao nhất tham gia
vào dòng xe này chính là Aston Martin, với chiếc Cygnet. Có thể dễ dàng nhận thấy
ngoại hình của Cygnet khá giống với iQ. Đó là vì chiếc Aston Martin này đƣợc phát
triển dựa trên khung sƣờn của chiếc Toyota, nhƣng tất cả những phần còn lại đều đạt
tiêu chuẩn đẳng cấp và mang dấu ấn của Aston Martin, nhƣ khe tản nhiệt và hốc hút
gió bên hông phía trƣớc cửa đặc trƣng của thƣơng hiệu xe sang Anh.

15


Hình 1. 4: H nh dáng ên ngoài ủ xe ASTON MARTIN CYGNET
Khá nhiều các chi tiết đƣợc làm bằng tay, nên cần đến 150 giờ công để hoàn
thiện một chiếc xe nhỏ nhƣ Cygnet, không kém là bao so với 200 giờ để hoàn thành
một chiếc DB9, đủ để thấy đẳng cấp của Cygnet nhƣ thế nào trong thế giới city car.
Nội thất chính là phần thể hiện rõ nhất sự sang trọng, với bảng điều khiển và ghế ngồi
đều bọc da khâu tay, trong khi trần xe bọc da lộn Alcantara. Về vận hành, có một chút
thất vọng khi Cygnet chạy trên đƣờng không khác gì chiếc iQ, khi động cơ vẫn giữ
nguyên và thay đổi duy nhất là bộ mâm bánh xe. Dĩ nhiên, một chiếc city car thì không
cần phô diễn quá nhiều sức mạnh động cơ, và Cygnet thì đủ khiến ngƣời lái tự hào khi

ngồi trên một chiếc xe đẹp nhƣ một biểu tƣợng thời trang cao cấp.
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Từ những vấn đề đặt ra nhƣ trên mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế tính
toán và kiểm nghiệm trên máy tính hệ thống treo trên xe city car. Từ đó đƣa ra phƣơng
án thiết kế, tính toán và kiểm nghiệm trên máy tính hệ thống treo xe city car để mang
lại hiệu quả kinh tế cho việc sản xuất ôtô sau này, giảm đƣợc chi phí sản xuất, thời gian
thử nghiệm, giảm giá thành cho ngành chế tạo ôtô.

16


1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là hệ thống treo lắp lên xe city car bốn chổ
ngồi, động cơ đặt sau, hộp số năm cấp và hệ thống treo độc lập kiểu MacPherSon.
1.4. PHƢƠNG PHÁP TIẾP CẬN VÀ NGHIÊN CỨU
Với đối tƣợng nghiên cứu là hệ thống treo lắp trên xe city car, tác giả lựa chọn
phƣơng pháp nghiên cứu là tiếp cận, tìm hiểu, nghiên cứu các mẫu xe city car của các
nƣớc trên thế giới nhƣ Ấn Độ, Hàn Quốc, Mỹ, Đức, Nhật Bản, Malaysia…từ đó lựa
chọn cho mình phƣơng án thiết kế. Áp dụng các công cụ tính toán mô phỏng hiện đại
trong 3D để kiểm nghiệm.
1.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu một số mẫu xe city car điển hình của các nƣớc trên thế giới;
- Phân tích, lựa chọn phƣơng án thiết kế hệ thống treo;
- Tính toán, thiết kế 3D và kiểm nghiệm hệ thống treo;
- Đề xuất giải pháp kỹ thuật nâng cao tính dễ chế tạo, hạ giá thành sản xuất.

17


Chƣơng 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO

2.1. Cấu tạo chung của hệ thống treo

Hình 2. 1: Cấu tạo hệ thống treo xe du lịch.
Hệ thống treo xe con gồm các bộ phận chính sau đây :
- Bộ phận đàn hồi: là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, nhằm biến
đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con ngƣời (60-80 lần/ph). Bộ phận đàn hồi
có thể bố trí khác nhau trên xe nhƣng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo
phƣơng thẳng đứng.
Trên xe con bộ phận đàn hồi thƣờng gặp là loại:
- Nhíp lá
- Lò xo trụ
- Lò xo côn hoặc lò xo xếp
18


- Thanh xoắn
- Khí nén
- Thuỷ lực
Hiện nay bộ phận đàn hồi đƣợc làm có xu hƣớng “mềm mại” hơn nhằm tạo điều
kiện cho bánh xe lăn “êm” trên mặt đƣờng.
Hiện nay ngƣời ta dùng các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi độ cứng trong
một giới hạn rộng. Khi xe chạy ít tải, độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, khi tăng tải thì độ
cứng cần phải có giá trị lớn. Chính vì vậy mà cần phải có thêm các bộ phận đàn hồi
phụ nhƣ: nhíp phụ, vấu tỳ bằng cao su biến dạng, đặc biệt là các bộ phận đàn hồi có
khả năng thay đổi tự động độ cứng theo tải trọng kết hợp với các bộ phận thay đổi
chiều cao trọng tâm của xe.
- Bộ phận dẫn hƣớng: cho phép các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng ở mỗi vị
trí của nó so với khung vỏ, bánh xe phải đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ. Bộ
phận dẫn hƣớng phải thực hiện tốt chức năng này. Trên mỗi hệ thống treo thì bộ phận

dẫn hƣớng có cấu tạo khác nhau. Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay đổi vị trí
theo phƣơng thẳng đứng đƣợc gọi là quan hệ động học. Khả năng truyền lực ở mỗi vị
trí đƣợc gọi là quan hệ động lực học của hệ treo. Trong mối quan hệ động học các
thông số chính đƣợc xem xét là : sự dịch chuyển (chuyển vị) của các bánh xe trong
không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổi theo phƣơng thẳng đứng (z). Mối quan
hệ động lực học đƣợc biểu thị qua khả năng truyền các lực và các mô men khi bánh xe
ở các vị trí khác nhau.
- Bộ phận giảm chấn: đây là bộ phận hấp thụ năng lƣợng dao động cơ học giữa
bánh xe và thân xe. Bộ phận giảm chấn có ảnh hƣởng tới biên độ dao động. Trên các
xe hiện đại chỉ dùng loại giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều trả và nén.
Trong hành trình trả (bánh xe đi xa khung và vỏ) giảm chấn có nhiệm vụ giảm bớt
xung lực va đập truyền từ bánh xe lên khung.

19


- Thanh ổn định: trên xe con thanh ổn định hầu nhƣ đều có. Trong trƣờng hợp
xe chạy trên nền đƣờng không bằng phẳng hoặc quay vòng, dƣới tác dụng của lực li
tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng độ
nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt
đƣờng. Thanh ổn định có tác dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt
lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu chịu tải ít
hơn. Cấu tạo chung của nó có dạng chữ U. Các đầu chữ U nối với bánh xe còn thân nối
với vỏ nhờ các ổ đỡ cao su.
- Các vấu cao su tăng cứng và hạn chế hành trình: trên xe con các vấu cao su
thƣờng đƣợc đặt kết hợp trong vỏ của giảm chấn. Vấu cao su vừa tăng cứng vừa hạn
chế hành trình của bánh xe nhằm hạn chế hành trình làm việc của bánh xe.
- Các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe :
Hệ thống treo đảm nhận mối liên kết giữa bánh xe và thùng vỏ, do vậy trên hệ
thống treo có thêm các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe. Các cơ cấu

này rất đa dạng nên ở mỗi loại xe lại có cách bố trí khác nhau, các loại khác nhau.
2.2. Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống treo.
2.2.1. Công dụng.
Khái niệm hệ thống treo ở đây đƣợc hiểu là hệ thống liên kết giữa bánh
xe và khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi nó có
chức năng chính sau đây:
- Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tƣơng đối theo phƣơng
thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạn chế tới
mức có thể chấp nhận đƣợc những chuyển động không muốn có khác của bánh xe (nhƣ
lắc ngang, lắc dọc).
- Truyền lực và mô men giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng
(tải trọng, phản lực), lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực kéo với

20


khung, vỏ), lực bên (lực li tâm, lực gió bên, phản lực bên ), mô men chủ động, mô
men phanh.
2.2.2. Yêu cầu.
a) Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của
xe (xe chạy trên đƣờng tốt hay xe chạy trên các loại đƣờng khác nhau).
b) Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định.
c) Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ
thống treo là làm mềm theo phƣơng thẳng đứng nhƣng không phá hỏng các quan hệ
động học và động lực học của chuyển động bánh xe.
d) Không gây nên tải trọng tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ.
e) Có độ bền cao.
f) Có độ tin cậy lớn, không gặp hƣ hỏng bất thƣờng.
2.2.3. Phân loại.
2.2.3.1. Hệ thống treo phụ thuộc

Đặc trƣng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm
cầu cứng. Trong trƣờng hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định hình,
còn trƣờng hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần của hệ
thống truyền lực.
Đối với hệ treo này thì bộ phận đàn hồi có thể là nhíp lá hoặc lò xo xoắn
ốc, bộ phận dập tắt dao động là giảm chấn. Nếu bộ phận đàn hồi là nhíp lá thì ngƣời ta
sử dụng cả bộ nhíp gồm nhiều là nhíp ghép lại với nhau bằng những quang nhỏ và
đƣợc bắt chặt với dầm cầu ở giữa nhíp. Hai đầu nhíp đƣợc uốn tròn lại để một đầu bắt
với thùng hoặc khung xe bằng khớp trụ còn đầu kia bắt với thùng hoặc khung xe bằng
quang treo để cho nhíp dễ dàng dao động và đảm bảo có khả năng truyền lực dọc và
ngang.
Nếu nhƣ bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn thì phải dùng thêm hai đòn dọc
dƣới và một hoặc hai đòn dọc trên. Đòn dọc dƣới đƣợc nối với cầu, đòn dọc trên đƣợc
21


nối với khớp trụ (hình 2.1). Để đảm bảo truyền đƣợc lực ngang và ổn định vị trí thùng
xe so với cầu ngƣời ta cũng phải dùng thêm “đòn Panhada”.

2

1

3

4
5

6

Hình 2. 2: Treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc
1.Dầm cầu 2.Lò xo xoắn ốc 3. Gi m chấn 4 Đòn d

dưới

5 Đòn d c trên 6. Thanh giằng “P nh d ”
Lò xo xoắn ốc trong trƣờng hợp này có thể đặt trên đòn dọc hoặc đặt ngay trên
cầu. Giảm chấn thƣờng đƣợc đặt trong lòng lò xo xoắn ốc để chiếm ít không gian.
* Hệ thống treo phụ thuộc trên xe con có thể gặp các dạng sau đây :
- Treo phụ thuộc có bộ phận đàn hồi nhíp lá.
- Treo phụ thuộc có lò xo xoắn ốc và nhiều đòn liên kết (treo nhiều khâu).
- Treo phụ thuộc có cấu trúc dạng đòn dọc.

22


Hình 2. 3: Các ki u hệ thống treo phụ thuộc
2.2.3.2 Hệ thống treo độc lập.
* Đặc điểm :
- Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà là lắp trên loại cầu rời, sự
chuyển dịch của 2 bánh xe không phụ thuộc vào nhau (nếu nhƣ coi thùng xe đứng yên).
- Mỗi bên bánh xe đƣợc liên kết bởi các đòn ngang nhƣ vậy sẽ làm cho khối
lƣợng phần không đƣợc treo nhỏ nhƣ vậy mô men quán tính nhỏ do đó xe chuyển động
êm dịu.
- Hệ treo này không cần dầm ngang nên khoảng không gian cho nó dịch chuyển
chủ yếu là khoảng không gian 2 bên sƣờn xe nhƣ vậy sẽ hạ thấp đƣợc trọng tâm của xe
và sẽ nâng cao đƣợc vận tốc của xe.
Trong hệ thống treo độc lập còn đƣợc phân ra các loại sau :
a. Dạng treo 2 đòn ngang
b. Dạng treo M.Pherson

c. Dạng treo kiểu đòn dọc

23


d. Dạng treo kiểu đòn dọc có thanh ngang liên kết.
e. Dạng treo đòn chéo
Đặc điểm kết cấu của các dạng treo :

1
2

3
4

3. Lò so– 4 Đòn trên

1. Bánh xe 2. Gi m chấn

5

6

5 Đòn dưới - 6 Đòn đứng

Hình 2. 4: S đồ nguyên lý của hệ treo 2 đòn ng ng

Hình 2. 5: Các ki u hệ thống treo độc lập
24

a) Dạng treo 2 đòn ngang.
*Đặc điểm :
Hệ treo trên 2 đòn ngang (Hình 2.5) đƣợc sử dụng nhiều trong các giai
đoạn trƣớc đây nhƣng hiện nay hệ treo này đang có xu hƣớng ít dần do kết cấu phức
tạp, chiếm khoảng không gian quá lớn.
Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, một đòn ngang
dƣới. Các đầu trong đƣợc liên kết với khung, vỏ bằng khớp trụ. Các đầu ngoài đƣợc
liên kết bằng khớp cầu với đòn đứng. Đòn đứng đƣợc nối cứng với trục bánh xe. Bộ
phận đàn hồi có thể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dƣới. Giảm chấn cũng đặt
giữa khung với đòn trên hoặc đòn dƣới. Hai bên bánh xe đếu dùng hệ treo này và đƣợc
đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa xe.
* Phần tử đàn hồi trên hệ treo 2 đòn ngang.
+ Nhíp.
Trên xe Fiat nhíp đƣợc đặt nằm ngang, 2 đầu nhíp đóng vai trò nhƣ đòn nhƣng
đƣợc bắt chặt vào khung vỏ tại 2 điểm ở khoảng giữa nhíp nhƣ vậy nhíp sẽ có độ cứng
nhỏ do đó xe sẽ chuyển động êm dịu.
Trên xe Autobiantri nhíp có thể thay thế cho đòn ngang trên của hệ thống treo.
Ƣu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản rẻ tiền nhƣng lại có
nhƣợc điểm là thùng xe ở trên cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽ lớn ảnh hƣởng đến tốc
độ và sự ổn định khi xe chuyển động.
+ Lò xo :
Lò xo xoắn ốc
- Ƣu điểm:
+ Có khối lƣợng nhỏ.
+ Lắp ráp đơn giản.
+ Chiếm ít không gian của xe.

25