Ứng dụng Matlab Simulink khảo sát và đánh giá dao động trên ô tô khách

MỤC LỤC

1


DANH SÁCH BẢNG BIỂU

2


DANH SÁCH HÌNH VẼ

3


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp
đỡ, chỉ bảo và đóng góp ý kiến chân thành từ thầy, cô, gia đình và bạn bè.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS. Phạm Hoàng
Vương, giảng viên Bộ môn Kỹ Thuật Máy-Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
Hà Nội, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo em trong quá trình hoàn
thành đồ án.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo tr ường Đại
Học Giao Thông Vận Tải Hà Nội nói chung và các thầy cô giáo B ộ môn Kỹ Thu ật
Máy nói riêng đã truyền thụ cho em các ki ến thức kỹ thu ật đ ại c ương, cũng nh ư
chuyên ngành để em có thể nắm được lý thuyết, đó n ền tảng đ ể em có th ể hoàn
thành tốt các nhiệm vụ học tập suốt 4 năm học tại trường.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo đi ều
kiện, quan tâm giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và làm đồ án.
Hà Nội, ngày 24 tháng 05 năm 2019
Sinh viên thực hiện

Đỗ Đức Vinh

4


LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô là phương tiện vận tải có vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế
quốc dân, có tính cơ động cao, được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực dân sự
cugx như quốc phòng. Cùng với sự phát triển mạn mẽ của khoa học công nghệ, nền
công nghiệp ô tô trên thế giới phát triển ngày càng cao, cho ra đời nhiều loại xe hiện
đại và tiện nghi, đáp ứng nhu cầu và mục đích sử dụng của con người. Nghiên cứu
nhằm cải thiện chất lương ô tô là cần thiết. Trong đó nghiên cứu về dao động và ảnh
hưởng của dao động đến chất lượng dịch vụ vận tải, độ bền của các chi tiết và kết cấu
ô tô ngày càng được quan tâm.
Dao động ô tô là một vấn đề hiện đang rất cần được quan tâm nghiên cứu để
nâng cao chất lượng khai thác ô tô. Hiện nay có nhiều công cụ giúp đơn giản hóa công
việc đó mà phổ biến nhất là Matlab và đặc biệt là Simulink cho phép giải quyết nhanh
các bài toán kĩ thuật bằng cách lập trình, xử lí số và đồ họa mô phỏng, phân tích một
hệ thống động học, giải các bài toán vi, tích phân và phương trình nhiều biến bậc
cao… một cách trực quan, dễ hiểu.
Xuất phát từ những phân tích trên, cùng với sự gợi ý và hướng dẫn của th ầy
giáo TS. Phạm Hoàng Vương, em đã lựa chọn thực hiện đề tài: “Ứng dụng
Matlab Simulink khảo sát đánh giá dao động trên ô tô khách”.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Phạm Hoàng Vương cùng các thầy,
cô giáo trong bộ môn Kỹ Thuật Máy, Khoa Cơ khí, trường Đại Học Giao thông Vận
tải Hà Nội đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ cho em trong quá trình thực hiện và hoàn
thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!.

5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

DAO

ĐỘNG Ô TÔ
Ô tô là một hệ dao động tương đối phức tạp gồm nhiều bộ phận liên kết với nhau,
mỗi bộ phận có khối lượng và đặc tính dao động riêng. Khi ô tô chuyển động trên
đường có nhiều yếu tố gây ra dao động ( mấp mô mặt đường, quá trình phanh, quay
vòng tăng tốc,…). Trong các yếu tố trên mấp mô mặt đường được coi là nguồn kích
thích chính. Dưới sự kích thích động học của mấp mô bề mặt đường cùng với kích
thích động lực học của động cơ làm ô tô dao động. Dao động này sẽ làm phát sinh tải
trọng động lớn tác dụng đến các chi tiết của ô tô ảnh hưởng đến độ bền của chúng và
gây ảnh hưởng đến khả năng truyền lực, điều khiển hướng chuyển động của xe. Ngoài
ra, dao động của ô tô còn tác động lớn đến sức khỏe con người, độ an toàn của hàng
hóa chuyên chở và ảnh hưởng đến tuổi thọ của mặt đường.
Nghiên cứu hệ thống treo trên xe ô tô được thông qua việc nghiên cứu đặc tính
dao động của ô tô, xác định ảnh hưởng của các yếu tố dao động đến tính êm dịu và an
toàn chuyển động của ô tô. Từ đó đưa ra giải pháp về kết cấu để nâng cao thông số
cũng như vật liệu chế tạo của hệ thống treo, làm giảm các ảnh hưởng xấu do dao động
tác động đến con người cũng như hàng hóa trên xe.
Trong chương 1 sẽ trình bày sơ lược về tình hình nghiên cứu dao động trên xe ô
tô của các tác giả và công trình ở trong nước cũng như trên thế giới. Ngoài ra chương
này cũng sẽ tìm hiểu tổng quan về cấu tạo, chức năng và phân loại của hệ thống treo.
1.1. NHỮNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ Ở TRONG VÀ
NGOÀI NƯỚC.
1.1.1. Các nghiên cứu trên thế giới
Trên thế giới đã có nhiều tổ chức, tác giả, nhiều đề tài và công trình
nghiên cứu lý thuyết cũng như thí nghiệm đ ể khảo sát, đánh giá dao đ ộng trên ô

tô cũng như ảnh hưởng của dao động tới con người. Các nghiên cứu được ti ến
hành theo các hướng sau:

6


a.

Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô

Để nghiên cứu mức độ ảnh hưởng dao động đến sức khỏe con người và tìm ra
các vùng thông số đặc trưng của dao động như: Tần số, vận tốc, gia tốc, biên độ dao
động ,… mà các dao động trong khu vực đó có ảnh hưởng đến sức khỏe con người cần
sự phối hợp nghiên cứu của các chuyên gia thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau như: Công
nghệ ô tô; bảo hộ lao động, y tế. Trong đó tập trung chủ yếu ở các vấn đề ảnh hưởng
của biên độ và tần số rung động đối với cơ thể con người. Điều đó được đề cập đến
trong nhiều công trình nghiên cứu khác nhau. Có hai công trình nghiên cứu nổi tiếng
của M.V.Vinogradov và Andreva Ganania. Công trình nghiên cứu của Vinogradov
nghiên cứu ảnh hưởng của rung động của toa xe đối vứi cơ thể hành khách và đưa ra
các chỉ số xác định mức độ ảnh hưởng rung động đối với con người theo tần số và biên
độ. Andreva Ganania cũng nghiên cứu ảnh hưởng của rung động đến các loại bệnh tật
của con người.
Việc đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô phụ thuộc vào sự
phát triển khoa học của từng nước, phụ thuộc vào tâm sinh lý hành khách của mỗi
nước và các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác nhau.
b.

Nghiên cứu các hệ thống treo và các phần tử hệ thống treo nhằm nâng cao độ êm dịu
chuyển động của ô tô
Với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, đặc biệt là các ngành công nghệ thông

tin, điều khiển tự động, công nghệ vật liệu,… đã góp phần không nhỏ để phát triển
công nghiệp ô tô. Các hệ thống ô tô, trong đó hệ thống treo và phần tử hệ thống treo
được cải thiện theo hướng nâng cao chất lượng độ êm dịu chuyển động của ô tô. Năm
1974 phần tử giảm chấn được điều khiển đầu tiên được áp dụng cho hệ thống treo đã
đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong nghiên cứu hoàn thiện hệ thống treo. Từ đó một
loạt các công trình ra đời như: Hai tác giả Kqrrnop Crosby và Harwood sử dụng giảm
chấn có điều khiển dạng ON-OFF trên mô hình ¼ với hệ một bậc tự do để nghiên cứu,
mô tả thành công đặc tính tần số, biên độ của gia tốc, vận tốc và dịch chuyển của phần
khối lượng được treo với các kích thước đơn giản. Các tác giả Ahmadian và Marjoram
bằng việc sử dụng mô hình treo bán tích cực ¼ xe với các phần tử là giảm chấn dạng
ON-OFF đã khảo sát đặc tính tần số- biên độ của gia tốc khối lượng phần được treo,
7


dịch chuyển của hệ thống treo và của lốp xe với tác động đầu vào có vận tốc dịch
chuyển theo phương thẳng đứng ngẫu nhiên.
Cùng với sự phát triển của hệ thống treo bán tích cực thì hệ thống treo tích cực
cũng phát triển song song có nghĩa là hệ thống treo điều khiển hai thông số là điều
khiển phần tử giảm chấn và điều khiển phần tử đàn hồi của các hệ thống treo.
Nghiên cứu về nguồn gây dao động:
Dao động của ô tô khi chuyển động không phỉ là dao động tự do mà là dao động

c.

cưỡng bức, trong đó nguồn gây kích thích xuất phát từ mấp mô đường. Từ thập kỷ 50
các nước phát triển trên thế giới như : Anh, Pháp, Mỹ,… đã có nhiều công trình nghiên
cứu về công nghệ, thiết bị, và đã ban hành các quy trình đo đạc, đánh giá chất lương
đường ô tô thông qua chỉ tiêu mấp mô. Nghiên cứu phương pháp đo đạc và xử lí các số
liệu để tìm ra các quy luật của mấp mô đường là một vấn đề rộng lớn được nhiều tác
giả trên thế giới quan tâm với các hướng nghiên cứu như sau: Mô hình mấp mô mặt

đường (thực hiện việc mô hình hóa, các tác giả phải khảo sát các loại mặt đường, từ đó
phân chia ra từng loại. Trong đó tác giả Yasenko và Prutrikop trong các công trình
nghiên cứu của mình đã phân chia các dạng mấp mô). Phương pháp thực nghiệm (đo
đạc trực tiếp mặt đường bằng các thiết bị đặc biệt) để tìm ra quy luật của các mấp mô
sẽ được biểu diễn dưới dạng số, kết quả này rất thuận tiện cho việc xử lí bằng máy tính
thành các hàm toán học mô tả mấp mô của đường với sai số có thể chấp nhận được
hoặc bằng các phép toán xác suất thống kê đối với đại lượng ngẫu nhiên, rời rạc.
 Nhận xét:
Các kết quả nghiên cứu của các tác giả nước ngoài đã tương đối hoàn thiện về
lĩnh vực khảo sát dao động trên ô tô
+ Về nguồn gây kích thích là mấp mô mặt đường các tác giả đã đưa ra phương
pháp xác định các dạng hàm biểu thị quy luật mấp mô của các loại đường khác nhau.
+ Các công trình cũng đưa ra được các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động
của xe cũng như ảnh hưởng của dao động đến sức khỏe con người. Tùy theo điều kiện
của mỗi quốc gia có thể lựa chọn các chỉ tiêu khác nhau.

8


1.1.2. Các nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây nghành công nghiệp ô tô nước ta đã có bước phát triển
đáng kể. Do vậy hàng loạt các công trình nghiên cứu về vấn đề dao động ô tô đã được
tiến hành. Trong đó có một số hướng nghiên cứu tiêu biểu:
a. Nghiên cứu về biên dạng mặt đường
Công trình nghiên cứu về mấp mô mặt đường và chế tạo thiết bị đo độ xóc kiểu
phản ứng của MXD-73 của GS.Nguyễn Xuân Đào và được thử nghiệm trên các tuyến
đường chính của Việt Nam, từ đó ban hành quy trình của nghành (TCVN1015/QDDKT4).
Công trình nghiên cứu ảnh hưởng các biến dạng mặt đường của mặt đường đến
tải trọng tác dụng ô tô tại quốc lộ 1A. Trong công trình này tác giả đo đạc và thu nhập
được số liệu mấp mô và biến dạng mặt đường trên tuyến đường 1A Hà Nội- Lạng Sơn,

xử lí số liệu và đưa vào bài toán dao động để xác định tải trọng tác dụng nên ô tô, và
kết quả bộ số liệu mấp mô biến dạng đường được sử dụng nguồn kích động dao động
trong luận án.
b.

Nghiên cứu về dao động của ô tô
Hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu về dao động xe ô tô, có thể kể ra một

số nghiên cứu về dao động ô tô trong và ngoài nước như sau:
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ êm dịu chuyển động của ô tô
khách được đóng mới ở Việt Nam – Luận án tiến sĩ kỹ thuật của tác giả Đặng Việt Hà
năm 2010 (Đại học Giao thông Vận tải).
Mô phỏng khảo sát dao động ô tô vận tải hành khách bằng Matlab – Simulink –
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật của tác giả Nguyễn Hữu Thảo (Đại học Đà Nẵng).
Công trình của PGS.TS Dư Quốc Thịnh chủ nhiệm đề tài mang mã số B9103,T16/90 CK, T18-91 CK đã có nghiên cứu mang tihs chất lý thuyết và định hướng
về vấn đề dao động.
Công trình “Nguyễn Thái Bạch Liên Aplikace matematikecho Modelu pri Reseni
perovani Soupravy Silnicnich Vozidel, luận án tiến sỹ, Brno 1979” khảo sát dao động

9


của xe tải hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường. Trong luận án tác giả xây
dựng mô hình không gian của ô tô hai cầu với tác động ngẫu nhiên.
Công trình “Trịnh Minh Hoàng, khảo sát dao động ô tô dưới kích động mặt
đường ngẫu nhiên, luận án Thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2002” nghiên
cứu ảnh hưởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ô tô đến độ êm dịu
chuyển động. Trong luận án tác giả giải bài toán dao động 7 bậc tự do có kích động
mặt đường là hàm Iasenko.
Công trình “Võ Văn Hường, Nghiên cứu hoàn thiên mô hình khảo sát dao động

ô tô tải nhiều cầu, Luận án Tiến sỹ LA 111/05, 2004. ĐHBK Hà Nội” nghiên cứu khá
hoàn chỉnh dao động của ô tô nhiều cầu. Trong luận án tác giả đã nghiên cứu đặc tính
phi tuyến của phần tử đàn hồi của hệ thống treo, lốp xe với mô hình không gian và giải
quyết bài toán dao động bằng phương pháp Matlab Simulink.
Nghiên cứu về sức chịu dao động của con người

c.

Công trình cấp nhà nước mang mã số 58A-02-04 thuộc chương trình nhà nước
58A02 nghiên cứu về rung động trong bảo hộ lao động và các tác giả đã đưa ra một số
kết quả về vấn đề này, đó là: Việc nghiên cứu cảm giác của con người trên ô tô và đưa
ra các chỉ tiêu đánh giá sức chịu dao động cho từng nhóm người, từng lứa tuổi là rất
quan trọng. Ngoài ra, phải nghiên cứu sự phản ứng của các bộ phận, cơ quan trên cơ
thể con người liên quan mật thiết đến việc điều khiển xe, tạo cơ sở cho công việc tuyển
chọn lái xe.
Nhận xét:



Qua phân tích các kết quả nghiên cứu về dao động và hệ thống treo của các tác
giả trong nước đã đạt được, có thể thấy:
+ Các nghiên cứu đã xây dựng mô hình dao động và ứng dụng phần mềm máy
tính để mô phỏng dao động.
+ Đã đánh giá các thông số thiết kế của hệ thống treo chủ yếu giải quyết với kích
thích dao động là các hàm toán học đơn giản.
+ Đối tượng nghiên cứu trong các công trình nghiên cứu hầu hết là xe khách và
xe tải.
10

+ Hệ thống treo nghiên cứu chủ yếu là hệ thống treo phụ thuộc và bộ phận đàn
hồi là nhíp.
Như vậy, sau khi tìm hiểu các hướng nghiên cứu của các tác giả, công trình ở
trong và ngoài nước, có thể thấy việc khảo sát dao động và đánh giá, lựa chọn các
thông số của hệ thống treo trên xe ô tô có ý nghĩa quan trọng và cấp thiết để đảm bảo
chất lượng phục vụ vận chuyển.
1.2. HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ
Hệ thống treo là một bộ phận quan trọng trong thiết kế cơ học của ô tô. Nó
là một hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe với khung xe hoặc v ỏ xe.. H ệ th ống
treo thường bao gồm ba phần cơ bản: cơ cấu liên kết đàn hồi khung v ỏ xe v ới
các cầu xe, đảm bảo khi xe chuy ển động cầu xe không va chạm v ới khung v ỏ; c ơ
cấu truyền lực bao gồm các chốt, trục, thanh đòn, dầm c ầu… liên k ết v ới bánh xe
để truyền lực đẩy từ bánh xe và phản lực của mặt đường lên khung v ỏ; c ơ c ấu
này đảm bảo xe có thể chuyển động với tốc độ cao mà không bị xô lệch khung
vỏ xe; cơ cấu giảm chấn để dập tắt dao động của bánh xe khi di chuy ển, nh ất là
khi di chuyển ở mặt đường gồ ghề.
Hệ thống treo đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi xe chạy v ới tốc đ ộ cao,
đảmbảo các bánh luôn tiếp xúc với mặt đường, nhất là khi hai bánh d ẫn hướng
của cầu trước.
1.2.1. Chức năng và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống treo
-

Hệ thống treo bao gồm các chức năng sau đây:
Tiếp nhận và dập tắt dao động đảm bảo tính êm dịu trong chuyển động của xe.
Truyền lực và momen giữa bánh xe và khung xe.
Đỡ thân xe tạo điều kiện cho xe chuy ển động theo phương th ẳng đứng, h ạn ch ế
những chuyển động không mong muốn như lắc theo phương ngang,phương dọc.
Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống treo:

-

Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thu ật c ủa
xe (xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau, hay đường

-

đồi núi, xe du lịch hay chở hàng, chở vật liệu…).
Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định.
11


-

Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của h ệ
thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá h ỏng các

-

quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe.
Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc v ỏ.
Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường.
Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn.
Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ xe tốt.
Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc độ cao, ô tô
điều khiển nhẹ nhàng.
1.2.2. Các bộ phận chính của hệ thống treo
Hệ thống treo được cấu tạo từ 3 bộ phận chính: bộ phận đàn h ồi, b ộ ph ận
dẫn hướng và bộ phận giảm chấn.

Hình 1.1: Các bộ phận của hệ thống treo [1].

12


1.2.2.1. Bộ phận đàn hồi

Hình 1.2: Hệ thống treo đơn giản [10]
a-

Giảm chấn; b- lò xo; c- thanh xoắn

Bộ phận đàn hồi là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, làm giảm
nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu cần
thiết khi di chuyển nhằm biến đổi tần số dao động cho phù h ợp v ới cơ th ể con
người (khoảng 60 – 80 lần/ph). Bộ phận đàn hồi có th ể b ố trí khác nhau trên xe
nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng.
Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là:
a.

Nhíp lá:
Nhíp lá là bộ phận nối giữa bánh xe và khung xe có tác dụng làm giảm tải

trọng động tác dụng từ bánh xe lên thùng xe đảm bảo đ ộ êm d ịu khi chuy ển
động. Nhíp có khả năng chịu tải cao nên được sử dụng chủ yếu trên xe tải.
Cấu tạo: Gồm các lá thép có chiều dài khác nhau, được s ắp x ếp theo th ứ t ự
từ ngắn đến dài. Các lá thép được gắp với nhau nhờ kẹp (3) và bu long (2). Hai
đầu của bó nhíp có mắt lắp (5) và quang treo (4) để lắp với khung xe.

13

Hình 1.3: Nhíp lá [10]
1-bó nhíp; 2-bu lông; 3-kẹp;
4-quang treo; 5-mắt lắp với thân xe.
Bó nhíp được làm từ các lá thép cong, gọi là lá nhíp, sắp x ếp l ại v ới nhau
theo thứ tự từ ngắn đến dài . Nhíp càng dài thì càng mềm, số lá nhíp càng nhi ều
thì nhíp càng cứng, chịu được tải trọng lớn hơn . Đặc tính làm việc của nhíp là khi
tải trọng tác dụng lên nhíp tăng thì bi ến dạng của nhíp cũng tăng theo quy lu ật
tuyến tính. Trong hệ thống treo nó không chỉ có nhiệm vụ làm êm dịu chuy ển
động mà còn đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và ma sát gi ữa các
lá nhíp góp phần làm tắt dao động.
Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản rẻ ti ền, dễ
chăm sóc bảo dưỡng nhưng lại có nhược đi ểm là khối lượng lớn, thùng xe ở trên
cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽ lớn ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe
chuyển động, mặt khác vết bánh sẽ thay đổi khi một bánh b ị nâng lên làm phát
sinh lực ngang và tính chất bám đường kém và dễ bị trượt ngang.
b.

Lò xo:
Lò xo thường được sử dụng hầu hết đối với ô tô con (Hyundai Grand

i10, Honda Civic, Toyota Camry…) do nó có kích thước nhỏ gọn có thể lồng vào
trong giảm chấn.

14


Các lò xo được làm bằng thanh thép lò xo đặc biệt. Khi đặt tải tr ọng lên m ột
lò xo, toàn bộ thanh thép bị xoắn khi lò xo co l ại. Nh ờ v ậy năng l ượng c ủa ngo ại
lực được tích lại, và chấn động được giảm bớt. Độ biến dạng của lò xo tỉ l ệ

thuận với lực tác dụng.

Hình 1.4: Cấu tạo một số loại lò xo [2].
Lò xo có kết cấu đơn giản, có tuổi thọ cao hơn nhíp lá do không có ma sát
khi làm việc, ít phải bảo dưỡng sửa chữa. Tuy nhiên vì không có nội ma sát như
nhíp nên hệ thống treo có lò xo thường phải đi cùng với giảm chấn và các đòn
dẫn hướng để dập tắt nhanh dao động nên thường có kết cấu phức tạp.
c.

Thanh xoắn:
Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó đ ể

cản lại sự dao động. Một đầu thanh xoắn được ngàm vào khung hay m ột d ầm
nào đó của xe, đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo. Trên m ột
số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động người ta dùng thanh
xoắn thường được gây tải trước (có ứng suất dư) do đó nó chỉ thích hợp cho một
chiều làm việc. Trên các thanh xoắn ở hai phía đều phải đánh d ấu đ ể tránh
nhầm lẫn khi lắp ráp.
Sử dụng thanh xoắn có các đặc điểm sau:
+ Chiếm ít không gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe.
+ Trọng lượng nhỏ, đơn giản, gọn, giá thành rẻ và dễ chế tạo.
+ Thanh xoắn không có nội ma sát nên thường phải l ắp kèm gi ảm ch ấn đ ể
dập tắt nhanh dao động.
Trên xe con và xe minibus bộ phận đàn hồi là thanh xoắn được s ử dụng ph ổ
biến chỉ sau lò xo.
15


1.2.2.2. Bộ phận giảm chấn
Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích sau:

+ Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên n ền
đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính ti ện
nghi cho người sử dụng.
+ Đảm bảo dao động của phần không treo (unsprung) ở m ức đ ộ nh ỏ nh ất,
nhằm làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường đảm bảo tính năng lái và
tăng tốc cũng như chuyển động an toàn.
+ Nâng cao các tính chất chuy ển động của xe nh ư kh ả năng tăng t ốc, kh ả
năng an toàn khi chuyển động.
Để dập tắt các dao động của xe khi chuy ển động giảm chấn sẽ bi ến đổi c ơ
năng thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van ti ết lưu.
Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác d ụng
hai chiều ở cấu trúc hai lớp.
Giảm chấn 2 lớp vỏ:
Giảm chấn hai lớp vỏ ra đời vào năm 1938, đây là một loại gi ảm chấn quen

a.

thuộc và được dùng phổ biến cho đến ngày nay. Có cấu tạo như sau:

Hình 1.5: Giảm chấn 2 lớp vỏ [2]
1- Khoang vỏ trong: 2- Phớt làm kín; 3- Bạc dẫn hướng; 4- V ỏ ch ắn b ụi;
5- Cần píton; 6- Piston; 7- Van cố định; 8- Vỏ ngoài.

16


Khi nén bánh xe tiến lại gần khung xe, lúc đó ta có th ể tích bu ồng B gi ảm
nên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang khoang C
ép không khí ở buồng bù lại.
Ở hành trình trả lại bánh xe đi xa khung xe, thể tích buồng B tăng do áp su ất

giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra đẩy ch ất
lỏng nhanh chóng điền đầy vào khoang B.
Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng thì bao gi ờ cũng
có các lỗ van lưu thông thường xuyên. Cấu trúc của nó tùy thu ộc vào k ết c ấu c ụ
thể. Van trả, van nén của hai cụm van nằm ở piston và xylanh trong cụm van bù
có kết cấu mở theo hai chế độ, hoặc các lỗ van riêng biệt để tạo lên l ực c ản
giảm chấn tương ứng khi nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ.
Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo lên lực ma sát làm
cho giảm chấn nóng lên. Nhiệt sinh ra truyền qua v ỏ 8 và truy ền vào không khí
để cân bằng năng lượng.
Ưu điểm của giảm chấn hai lớp có độ bền cao, giá thành h ạ làm vi ệc tin
cậy ở cả hai hành trình, trọng lượng nhẹ.
Nhược điểm là khi làm việc ở tần số cao có thể xảy ra hi ện tượng không
khí lẫn vào chất lỏng làm giảm hiệu quả của giảm chấn. Hơn nữa việc lắp đòi
hỏi chính xác, tản nhiệt chậm hơn…
b.

Giảm chấn 1 lớp vỏ:

Hình 1.6: Giảm chấn 1 lớp vỏ [2].
17


1,7-van một chiều; 2-piston; 3-cụm làm khí;4-xy lanh;
5-buồng chứa dầu;6-pis ton; 8-khoảng chúa khí
Khi piston dịch chuyển xuống dưới tạo lên sự chênh áp, d ẫn đ ến m ở van 1,
chất lỏng chảy lên phía trên của piston. Khi piston đi lên m ở van ch ất l ỏng ch ảy
xuống phía dưới piston, áp suất của piston sẽ thay đổi không l ớn và dao đ ộng
xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh n ạp ban đầu nh ờ vậy mà tránh
được hiện tượng tạo bọt khí, là một hiện tượng không an toàn cho sự làm vi ệc

của giảm chấn. Trong quá trình làm việc piston ngăn cách 4 di chuy ển đ ể tạo
nên sự cân bằng giữa chất lỏng và chất khí đó áp suất không bị h ạ xu ống dưới
giá trị nguy hiểm.
Giảm chấn này có độ nhạy cao kể cả khi piston dịch chuy ển r ất nh ỏ, tránh
được hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho áp suất
thay đổi.
Trong một giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay th ế ch ức
năng của nó là buồng 8 chứa khí nén có P = 2-3 kG/cm 2 đây là sự khác nhau giữa
giảm chấn một lớp vỏ và hai lớp vỏ.
c.

Giảm chấn Vario:

Giảm chấn Vario có kết cấu tương tự như loại giảm chấn hai ống. Loại
giảm chấn Vario có một đặc điểm nổi bật đó là có khả năng thích nghi đ ược v ới
điều kiện đường có rung xóc thay đổi.

18


Hình 1.7: Giảm chấn Vario [2]
Khi xe có tải trọng nhẹ, vị trí của piston nằm ở vùng trên của ống d ầu (a), ở
đó có những khe nhỏ để tạo điều kiện cho dầu di chuy ển xu ống vùng dưới m ột
cách dễ dàng hơn vì vậy áp lực lên piston nhỏ từ đó hiệu ứng gi ảm ch ấn cũng
giảm nhỏ.
Khi xe có tải trọng lớn, vị trí cân bằng của piston sẽ b ị đ ẩy xu ống th ấp h ơn
(b), do dưới này không có những khe nhỏ lên dầu từ ngăn trên chảy xu ống dưới
sẽ khó khăn hơn vì vậy dầu sẽ chảy qua van ti ết l ưu trên piston t ừ đó áp l ực tác
dụng lên thân piston sẽ lớn làm tăng khả năng dập t ắt dao đ ộng c ủa gi ảm ch ấn,
phần dầu dư do áp lực cao cũng được dẫn qua van dưới đáy để vào khoang bù

dầu như đối với trường hợp giảm chấn ống kép.
d.

Giảm chấn hơi:

Đây là sự kết hợp về cấu tạo và hoạt động của lò xo khí nén và b ộ gi ảm
chấn kép với hơi áp lực.

Hình 1.8: Giảm chấn hơi [2].
1-ống khí nén; 2-dầu; 3-trục ống nhún; 4-vỏ lò xo khí .
Ở phần dưới của giảm chấn là một bộ giảm chấn kép v ới h ơi áp l ực thông
thường, ở phần trên là một ống kín với hơi áp lực điều khi ển được tạo ra s ự chủ
động trong việc thay đổi khoảng làm việc cũng như hiệu quả tốt nhất cho cả b ộ
giảm xóc.

19


Hệ thống này chỉ làm việc khi động cơ đã nổ (có cung cấp khí nén vào lò xo
khí), còn khi máy tắt giảm chấn không hoạt động vì vậy cần chú ý khi s ử d ụng
bộ giảm chấn này nếu xe đỗ ở chỗ có gờ cao thì xe dễ bị chạm gầm gây h ư h ỏng
vỏ xe, do đó người ta phải lắp thêm bộ phận cảnh báo khi mở và tắt máy.

e.

Giảm chấn khí – thủy lực:

Hình 1.9: Giảm chấn khí – thủy lực [2].
Đây là tổng hợp của lò xo đàn hồi có gi ảm chấn cùng v ới lò xo khí th ủy l ực,
trong hệ thống này, Piston của phần đàn hồi cũng như trục của nó đồng th ời là

trục của bộ giảm chấn. Phần lò xo khí nằm trong m ột khối cầu bao b ọc b ởi m ột
màng cao su đặc biệt. Phần tích trữ khí cùng v ới không gian m ặt trên c ủa Piston
được nối với nhau bởi 1 đường ống thủy lực.
Khi ống nhún và lò xo bị đè xuống, dầu bị ép ch ạy theo ống n ối ch ạy sang
buồng khí nén, khí bị nén mạnh, tăng áp suất làm tăng thêm sức đàn hồi của lò xo
khí, lò xo này cùng với lò xo kim loại tác động trực ti ếp lên khung xe, t ạo s ức đàn
hồi tổng hợp thay đổi được theo tải trọng. Không những thế, trên đường ống
dẫn dầu và khí về để ép túi khí, người ta còn bố trí thêm van đi ều khi ển nh ằm
chủ động thay đổi mức tác động của dầu và khí nén lên túi khí, đưa đến vi ệc thay
đổi độ cứng đàn hồi tổng hợp của cả hệ thống nhún. Cũng nhờ c ơ chế h ồi ti ếp
như vậy, mà khỏang cách giữa trục bánh xe và khung xe gần nh ư được gi ữ
nguyên bất chấp tải trọng, khi xe nặng dầu ép mạnh làm túi khí đ ội lên m ạnh
hơn, khi xe nhẹ áp lực dầu giảm túi khí mềm đi giảm bớt tác động lên khung xe.
20


Tài xế có thể tự điều chỉnh van điều khiển cho phù hợp tình trạng tải tr ọng và
đường xá.
Loại ống nhún giảm chấn trên đây giá thành cao, vận hành phức tạp, l ại
thêm hệ thống nén khí cao áp rất đắt đỏ, nên hầu như không được phổ biến.

1.2.2.3. Bộ phận dẫn hướng và thanh ổn định:

Hình 1.10: Các thanh liên kết trong hệ thống treo [2]
1-Bộ phận dẫn hướng; 2-Thanh ổn định; 3-Giảm chấn; 4-Lò xo.
Trên các loại xe con ngày nay thanh ổn định hầu như đều có. Thanh ổn đ ịnh
(2) dùng để liên kết giữa các bánh xe trên cùng một cầu, nó được b ố trí trên m ặt
phẳng ngang thân xe nhằm tăng khả năng ổn định ngang của xe. Khi xe quay
vòng nó nghiêng ra ngoài do lực ly tâm. Thanh ổn đ ịnh đi ều khi ển vi ệc này b ằng
lực xoắn của lò xo và giữ cho lốp bám xuống mặt đường. Thanh ổn đ ịnh cũng

hoạt động khi lốp xe ở một bên chạy qua những bề mặt có độ cao khác nhau. Khi
xe bị nghiêng và lốp xe bị chìm xuống một phía, thanh ổn định bị xoắn lại và có
tác dụng như một lò xo nó nâng lốp xe cùng toàn thân xe ở bên b ị chìm xu ống lên
phía trên.
21


Bộ phận dẫn hướng (1) có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và các
mômen từ bánh xe lên khung hoặc thân xe. Nó có th ể có nh ững chi ti ết khác nhau
tùy thuộc hệ thống treo phụ thuộc hay độc lập, phần tử đàn hồi là nhíp, lò xo hay
thanh xoắn.
1.2.3. Phân loại hệ thống treo
Có nhiều cách phân loại hệ thông treo như:
+ Phân loại theo bộ phận đàn hồi chia ra: Loại sử dụng bộ phận đàn hồi bằng
kim loại (nhíp lá, lò xo xoắn…); loại khí; loại thủy lực; cao su…
+ Phân loại theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng chia ra: Cơ cấu treo phụ thuộc với
cầu liền; loại độc lập với cầu cắt.
+ Phân loại theo phương pháp điều khi ển: Hệ thống treo chủ đ ộng, bị động và
bán chủ động.
+ Phân loại theo phương pháp dập tắt chấn động: Loại dùng giảm chấn thủy
lực; loại giảm chấn nhờ ma sát cơ (ma sát trong bộ ph ận đàn h ồi hoặc b ộ ph ận
dẫn hướng).
1.2.3.1. Hệ thống treo phụ thuộc
Trong hệ thống treo phụ thuộc hình 1.1 1 các bánh xe được đặt trên một
dầm cầu liền, bộ phận giảm chấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và d ầm c ầu li ền
đó. Do đó sự dịch chuyển của một bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ gây nên
chuyển vị nào đó của bánh xe phía bên kia.

22

Hình 1.11: Hệ thống treo phụ thuộc [2].
1-Thân xe; 2-Bộ phận đàn hồi; 3-Bộ phận giảm chấn; 4-Dầm .
Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một d ầm
cầu cứng. Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép đ ịnh
hình, còn trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một
phần của hệ thống truyền lực.


Ưu điểm:

+ Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được c ố định do v ậy không x ảy
ra hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập.
+ Khi xe vào đường vòng cua thì thân xe cũng ít b ị nghiêng t ạo cho xe s ự ổn
định chắc chắn.
+ Có khả năng tải lớn, tăng độ cứng vững cao cho xe và phù h ợp v ới đ ịa hình
xấu, cho xe tải, xe việt dã…
+ Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành hạ.


Nhược điểm:

+ Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động nên khi
xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải tr ọng động sinh ra sẽ gây nên va đ ập
mạnh giữa phần không được treo và phần được treo làm giảm độ êm dịu chuy ển
động.
+ Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu
có thể thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm lớn.
+ Khi một bánh bị nâng lên, vết bánh thay đổi làm phát sinh l ực ngang làm
tính chất bám đường kém đi, dễ bị trượt ngang, xe bị nghiêng…

Ứng dụng:
Đối với xe con, hệ thống treo phụ thuộc thường được sử dụng ở cầu sau


của các mẫu SUV quen thuộc như Toyota Fortuner, Chevrolet Trailblazer, Ford
Everest, Ford Explorer,… và những chiếc bán tải sử dụng chung khung gầm
như Toyota Hilux, Chevrolet Colorado hay Ford Ranger,…

23


1.2.3.2. Hệ thống treo độc lập
Đặc điểm của hệ thống treo này là:
- Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà là lắp trên loại cầu r ời, s ự
chuyển dịch của 2 bánh xe độc lập tương đối với nhau.
- Khối lượng phần không được treo nhỏ nên mô men quán tính nhỏ, do đó
xe chuyển động êm dịu, khả năng bám đường cao.
- Hệ treo này không cần dầm ngang nên khoảng không gian cho nó d ịch
chuyển chủ yếu là khoảng không gian 2 bên sườn xe như vậy sẽ hạ th ấp đ ược
trọng tâm của xe và sẽ nâng cao được vận tốc của xe.

Hình 1.12: Hệ thống treo độc lập [2].
1-Thân xe; 2-Đòn liên kết; 3-Phần tử giảm chấn; 4-Phần t ử đàn h ồi.
Hệ thống treo độc lập được sử dụng rất rộng rãi và phổ bi ến trên ô tô.
Những mẫu xe tiêu biểu có thể kể đến như Honda Civic, Honda CR-V, Toyota
Camry (đều dùng cấu hình treo trước MacPherson/treo sau đa liên k ết multilink), Mercedes C-class (đa liên kết trước sau), Mercedes GLE-class (treo tr ước
tay đòn kép/treo sau đa liên kết),…
Hệ thống treo độc lập được chia làm 3 loại: Kiểu Mc Pherson, ki ểu đa liên
kết, kiểu khí nén điện tử.
a.

Kiểu McPherson:
24


Hình 1.13:Hệ thống treo kiểu McPherson [8].
1-Lò xo; 2-Thanh chống; 3-Khung; 4-Bộ phận kiểm soát dưới.
Hệ thống treo Mc.Pherson có kết cấu ít chi tiết hơn, ít điểm lắp ghép với
thân xe không chiếm nhiều khoảng không và có thể giảm nhẹ được trọng lượng
kết cấu. Nhưng nhược điểm chủ yếu của hệ treo Mc.Pherson là do gi ảm chấn
vừa phải làm chức năng của giảm chấn lại vừa làm nhi ệm vụ của tr ụ đứng c ơ
cấu lái nên trục giảm chấn chịu tải lớn nên giảm chấn cần phải có độ cứng v ững
và độ bền cao hơn do đó kết cấu của giảm chấn phải có những thay đổi cần
thiết và cần thêm đòn dẫn hướng.
b.

Kiểu đa liên kết:
Hệ thống treo đa liên kết sử dụng ít nhất ba cần bên và m ột c ần d ọc.

Những loại cần này không nhất thiết phải dài bằng nhau và có th ể xoay theo góc
khác từ hướng ban đầu.

Hình 1.14: Hệ thống treo đa liên kết [8].
25