ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG CHO XE Ô TÔ SỬ DỤNG MÔ HÌNH ¼ XE. LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
………… o0o ………….

PHẠM VĂN NGUYÊN

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG
CHO XE Ơ TƠ SỬ DỤNG MƠ HÌNH ¼ XE

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Đà Nẵng – Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
….…..… o0o …...……

PHẠM VĂN NGUYÊN

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG
CHO XE Ơ TƠ SỬ DỤNG MƠ HÌNH ¼ XE

Chun ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Mãsố: 8520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. NGUYỄN LÊ HÒA

Đà Nẵng – Năm 2018



MỤC LỤC

Nội dung
MỞ ĐẦU

Trang
1

1. Tính cấp thiết của đề tài …………………………..……....................

1

2. Mục đích nghiên cứu ……………………………..…………………..

1

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ……………………..……….……

1

4. Phương pháp nghiên cứu ………………………………..…….……..

2

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ………………..…..………

2

6. Cấu trúc của luận văn …………….……………………………..……..

2

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO CỦA XE Ô TÔ……

4

1.1. KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG TREO …………………………...…….

4

1.2. CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG TREO …..………..…

9

1.3. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO ………………….………………….

9

1.4. GIẢM CHẤN TÍCH CỰC ………………………………………….….

12

1.4.1. Giảm chấn thủy lực có van tiết liêu thay đổi ……………………

13

1.4.2. Giảm chấn từ hóa MR .……………………………………………

16

1.4.3. Giảm chấn ma sát tích cực ……..………………….……….……

18

1.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG I……………………………………….………

19

CHƯƠNG II. MƠ HÌNH CỦA HỆ THỐNG TREO………..………..……

20

2.1. KHÁI NIỆM VÀ CÁC GIẢ THIẾT KHI XÂY DỰNG MƠ HÌNH ….

20

2.1.1. Khái niệm ……………..……………………………….…..……..

20

2.1.2. Các giả thiết khi xây dựng mơ hình.………………………………

20

2.2. XÂY DỰNG MƠ HÌNH CỦA HỆ THỐNG TREO ....

21

2.2.1. Mụ hỡnh ẳ xe. .

21

2.2.2. Mụ hỡnh ẵ xe. ……………………………………….……..……

24

2.2.3. Mơ hình tồn bộ xe ……………………………...………………

27

2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG II……………………………………..………

29

CHƯƠNG III. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG TREO
BÁN CHỦ ĐỘNG SỬ DỤNG MƠ HÌNH ¼ XE…………………….….….

30

3.1. CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TREO ………..

30

3.1.1. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động …………………...……

30

3.1.2. Chỉ tiêu đánh giá an toàn chuyển động …………………………...

31


3.2. BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN…………………………………..…………

31

3.2.1. Lý do phải điều khiển ………………………………..……………

31

3.2.2. Phát biểu bài toán …… …………………………………………..

32

3.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ……………………….......……

33

3.3.1. Phương pháp điều khiển Skyhook ……………………...…………

33

3.3.2. Phương pháp điều khiển Groundhook…………………….………

39

3.3.3. Phương pháp điều khiển Skyhook hiệu chỉnh

40

.…………………

3.4. THƠNG SỐ THIẾT KẾ TỪ MƠ HÌNH ¼ XE

42

* Thông số hệ thống treo thụ động…………………………………….…

42

* Thông số hệ thống treo bán chủ động dùng bộ điều khiển Skyhook….

42

* Thông số hệ thống treo bán chủ động dùng bộ điều khiển Skyhook
hiệu chỉnh ……………………………………………………………….…….

42

3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG III………………………………………..……

43

CHƯƠNG IV. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT
LUẬN…………………………………………………………………………..

44

4.1. GIỚI THIỆU …………………………………...………………………

44

4.2. MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ………………..…..............……………

44

4.2.1. Mơ phỏng hệ treo thụ động………………………………………

44

4.2.2. Mô phỏng hệ treo bán chủ động dùng bộ điều khiển Skyhook ..…

47

4.2.3. Mô phỏng hệ treo bán chủ động dùng bộ điều khiển Skyhookhiệu
chỉnh …………………………………………………………………………..

50

4.2.4. So sánh, đánh giá giữa hai hệ: Hệ treo bán chủ động cho Skyhook
hiệu chỉnh và hệ treo thụ động ……………………………………………….

53

4.2.5. So sánh, đánh giá giữa ba hệ: Hệ treo bán chủ động cho Skyhook;

Skyhook hiệu chỉnh và hệ treo thụ động……………………………………..

55

4.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG IV ……………………………………………

58

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

59


TÓM TẮT LUẬN VĂN
ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG
CHO XE Ơ TƠ SỬ DỤNG MƠ HÌNH ¼ XE
Học viên: Phạm Văn Nguyên
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển & Tự động hóa
Mã số: 8520216; Khóa: 33; Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt: Khi ơ tơ chuyển động có rất nhiều yếu tố gây ra dao động làm mất độ êm dịu (sự
thoải mái cho người ngồi trên xe) và độ an toàn cho xe (khả năng bám đường của bánh xe).
Đây là hai chỉ tiêu động lực học quan trọng, không thể tách rời nhưng lại mâu thuẫn với nhau
trong quá trình chuyển động, được quyết định chủ yếu bởi chất lượng của hệ thống treo. Tuy
nhiên, trong hầu hết các thiết kế mới và nghiên cứu cải thiện hệ thống treo xeô tô ở nước ta
hiện nay thường tập trung chủ yếu vào chỉ tiêu độ êm dịu mà chưa nghiên cứu sâu về độ an
toàn cho xe. Trên cơ sở lý thuyết điều khiển, bài tốn thiết kế bộ điều khiển hệ thống treo x
tơ với hai mục tiêu đồng thời là độ êm dịu và độ an tồn cho xe có thể được giải quyết nhanh
chóng nhờ các phần mềm tiên tiến.Tác giả đã tóm tắt các kết quả đạt được của việc thiết kế bộ
điều khiển cho hệ thống treo và đưa ra các phương hướng phát triển tiếp theo.
Từ khóa: Độ êm dịu; Độ an tồn; Hệ thống treo ơ tơ; Bài toán điều khiển; Thiết kế bộ

điều khiển.

MOUNTED CONTROL SYSTEM FOR ACTIVE SALES USED CAR MODEL CAR
PART INVESTMENT
Abstracts: When the car is moving, there are a number of factors that cause the vibration
to melt (comfort for the driver) and the safety of the vehicle (the ability to grip the wheel).
These are two important dynamical indicators, inseparable but contradictory in motion,
determined primarily by the quality of the suspension. However, in most of the new designs
and researches to improve the suspension of cars in our country now usually focus on the
mellow index but not in-depth study on the safety of the car. Based on control theory, the
problem of designing a car suspension controller with two goals and the same level of comfort
and safety of the car can be solved quickly thanks to the advanced software. . The authors
summarize the results of the design of the suspension controller and provide further
development directions.
Key word: Softness; Safety; Car suspension; Control problem; Controller design.


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CÁC KÝ HIỆU:
ms - Khối lượng phần được treo [kg];
mu - Khối lượng phần không được treo [kg];
Zs - Độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng của ms [m];
Zu - Độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng của mu [m];
Zr - Độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng của bánh xe [m];
𝑍̇𝑠 - Vận tốc của ms [m/s];
𝑍̇𝑢 - Vận tốc của mu [m/s];
𝑍̈𝑠 - Gia tốc của ms [m/s2];
𝑍̈𝑢 - Gia tốc của mu [m/s2];
ks - Độ cứng của lò xo;

kt - Độ cứng của lốp xe;
Cs - Hệ số của giảm chấn thụ động;
Cv - Hệ số của giảm chấn bán chủ động;
Csky - Hệ số của giảm chấn Skyhook;
Cgnd - Hệ số của giảm chấn Groundhook;
F - Lực tác động lên bộ giảm chấn [N];
u - Biến điều khiển;
Alpha (𝛼) - Biến tác động;
CÁC CHỮ VIẾT TẮT:
MR: Giảm chấn từ hóa;
ER: Giảm chấn điện hóa;
RMS: Giá trị trung bình của gia tốc dao động;


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số hiệu bảng
3.1

Tên bảng
Trị số gia tốc tác động dao động đến con người.

Trang
31


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Số hiệu

Tên hình vẽ

hình vẽ

Trang

1.1

Lá nhíp xe ơ tơ thường sử dụng trên các mẫu xe tải hoặc bán tải có
khả năng chịu tải trọng lớn.

5

1.2

Bộ phận giảm chấn hệ thống treo xe ô tơ (pit-tơng màu vàng) và bộ
phận đàn hồi (lị xo màu đen).

5

1.3

Hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc.

6

1.4

Hệ thống treo phụ thuộc thường được đặt ở trục cầu sau của xe ô tô.

7

1.5

Hệ thống treo độc lập thường ở trục cầu trước của xe ô tô.

8

1.6

Mô hình hệ thống treo thụ động

10

1.7

Mơ hình hệ thống treo bán chủ động

11

1.8

Mơ hình hệ thống treo chủ động

12

1.9

Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục kiểu “on-off”

13

1.10

Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục

14

1.11

Kết cấu van tiết lưu

15

1.12

Đường đặc tính của giảm chấn

15

1.13

Giảm chấn từ hóa MR

16

1.14

Nguyên lý động lực học giảm chấn MR

17

1.15

Đường đặc tính giảm chấn MR

17

1.16

Giảm chấn ma sát tích cực

18

2.1

Mơ hình ¼ xe thụ động

20

2.2

Mơ hình ¼ xe bán chủ động

21

2.3

Mơ hình ¼ xe chủ động

22

2.4

Mơ hình dao động dọc ½ xe

23

2.5

Mơ hình dao động ngang ½ xe

25

2.6

Mơ hình dao động khơng gian của tồn bộ xe

27

3.1

Mơ hình điều khiển hệ thống treo bán chủ động ¼ xe

31

3.2

Đặc tính chỉ tiêu chất lượng độ êm dịu và độ an toàn

32

3.3

Điều khiển Skyhook lý tưởng (a) và thực tế (b)

33

3.4

Hệ số giảm chấn cSA.

35

3.5

Biểu diễn giá trị của FSA theo ż s và (ż s − ż u ) với điều khiển liên tục

36

Skyhook.


3.6

Biểu diễn giá trị của FSA theo ż s và (ż s − ż u ) với điều khiển

37

Skyhook “On – Off”.

3.7

Quan hệ giữa các biến vận tốc và trạng thái giảm chấn

38

3.8

Điều khiển Groundhook, lý tưởng (a) và thực tế (b)

39

3.9

Điều khiển Skyhook (a) Skyhook hiệu chỉnh (b)

40

4.1

Sơ đồ mơ phỏng Simulink với hệ treo thụ động

44

4.2

Tín hiệu mặt đường

44

4.3

Kết quả mô phỏng đánh giá độ êm dịu với hệ treo thụ động

45

4.4

Kết quả mô phỏng đánh giá độ an tồn với hệ treo thụ động

46

4.5

Sơ đồ mơ phỏng Simulink với hệ treo bán chủ động cho Skyhook.

47

4.6

Kết quả mô phỏng đánh giá độ êm dịu với hệ treo bán chủ động cho

48

Skyhook.
4.7

Kết quả mô phỏng đánh giá độ an tồnvới hệ treo bán chủ động cho

49

Skyhook.
4.8

Sơ đồ mơ phỏng Simulink với hệ treo bán chủ động cho Skyhook
hiệu chỉnh

50

4.9

Kết quả mô phỏng đánh giá độ êm dịu với hệ treo bán chủ động cho
Skyhookhiệu chỉnh

51

4.10

Kết quả mô phỏng đánh giá độ an toàn với hệ treo bán chủ động cho
Skyhook hiệu chỉnh

52

4.11

Sơ đồ mô phỏng giữa Skyhook hiệu chỉnh và hệ thụ động.

53

4.12

Kết quả mô phỏng đánh giá độ êm dịu giữa Skyhook hiệu chỉnh và
hệ thụ động.

54

4.13

Kết quả mơ phỏng đánh giá độ an tồn giữa Skyhook hiệu chỉnh và
hệ thụ động.

54

4.14

Sơ đồ mô phỏng giữa Skyhook hiệu chỉnh; Skyhook và hệ thụ động.

56

4.15

Kết quả mô phỏng đánh giá độ êm dịu giữa Skyhook hiệu chỉnh;
Skyhook và hệ thụ động.

57

4.16

Kết quả mô phỏng đánh giá độ an toàn giữa Skyhook hiệu chỉnh;
Skyhook và hệ thụ động.

57


1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Để đánh giá về một chiếc xe ơ tơ thì người ta có thể dựa trên việc đánh giá các hệ
thống cấu thành lên nó như hệ thống an tồn, hệ thống động cơ, hệ thống tiện ích trên
xe và đặc biệt là hệ thống treo. Hệ thống treo là một hệ thống có nhiệm vụ cách ly và
triệt tiêu các ảnh hưởng của dao động mặt đường đến khung xe, là bộ phận chịu tải
trọng của xe nhằm đảm bảo độ êm dịu (tạo sự thoải mái cho người ngồi trên xe) và độ
an toàn (độ bám đường của bánh xe lên mặt đường) khi xe di chuyển trên các điều
kiện địa hình khác nhau.
Do vai trị quan trọng của hệ thống treo trên xe ơ tơ, vậy nên đã có rất nhiều đề
tài, luận văn, luận án, bài báo nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống treo trên
xe ôtô nhằm đạt được chỉ tiêu về độ êm dịu và độ an toàn khi xe di chuyển trên các
điều kiện mặt đường khác nhau. Tuy nhiên hai chỉ tiêu độ êm dịu và độ an toànlại mâu
thuẫn với nhau, khi ta thiết kế bộ điều khiển hệ thống treo để nâng cao độ an tồn thì
độ êm dịu lại bị hạn chế và ngược lại khi bộ điều khiển nâng cao độ êm dịu thì độ an
tồn lại bị hạn chế. Vì vậy việc thiết kế một bộ điều khiển nhằm nâng cao đồng thời độ
êm dịu và độ an toàn cho xe là vấn đề trọng tâm cần phải nghiên cứu.
Xuất phát từ những thực trạng trên, đề tài “ Điều khiển hệ thống treo bán chủ
động cho xe ơ tơ sử dụng mơ hình ¼ xe ” nhằm nghiên cứu và kiểm chứng bộ điều
khiển đã được đề xuất trong luận văn này.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Khảo sát chức năng, nhiệm vụ và nguyên lý làm việc của hệ thống treo trên xe ô
tô. Trên cơ sở mơ hình tốn học của hệ thống, bộ điều khiển cho hệ thống treo bán chủ
động sẽ được thiết kế nhằm nâng cao độ êm dịu (cách ly tối đa các dao động từ mặt

đường tác động lên xe) và độ bám đường (khả năng tiếp xúc tốt với mặt đường) cho xe
ô tô.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
-

Mơ hình hệ thống treo bán chủ động cho xe ơ tơ sử dụng mơ hình ¼ xe.

-

Phương trình chuyển động và các thơng số thiết kế.

-

Phần mềm mô phỏng Matlab – Simulink.


2

Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu là chỉ tập trung vào một số vấn đề sau:
-

Tìm hiểu về hệ thống treo

-

Lập mơ hìnhhệ thống treo, phương trình chuyển động của hệ

-

Các luật điều khiển và thực hiện mô phỏng kiểm chứng.

Chỉ thực hiện dựa vào mô phỏng trên Matlab - Simulink, không thực hiện với thiết
bị thực tế.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống treo trên xe ô tô
- Sử dụng phần mềm Matlab – Simulink để mô phỏng, đánh giá và rút ra kết
luận.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
- Ý nghĩa khoa học.
Thông qua việc nghiên cứu lý thuyết điều khiển, luận văn góp phần hồn thiện
phương pháp thiết kế bộ điều khiển và mô phỏng hệ thống treo nhằm nâng cao kết hợp
cả về độ êm dịu và độ an toàn cho xe.
- Thực tiễn của đề tài.
Bên cạnh những đóng góp giá trị về mặt lý thuyết, kết quả nghiên cứu của luận
văn cịn có thể được ứng dụng trong việc thiết kế các bộ điều khiển khác để tạo cho xe
có một hệ thống treo thích hợp và hiệu quả hơn.
6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN.
Ngoài phần mở đầu và kết luận chung, cấu trúc của luậnvănbao gồm bốn chương
và nội dung của các chương có thể được vắn tắt như sau:
Chương 1 trình bày tổng quan về hệ thống treo của xe ô tô, nội dung của chương
đề cập tới khái niệm, chức năng nhiệm vụ, phân loại về hệ thống treo và giới thiệu một
số bộ giảm chấn mà có thể điều khiển được hệ số giảm chấn.
Chương 2 giới thiệu về một số mơ hình của hệ thống treo, như: Mơ hình hệ thống
treo ¼ xe(mơ hình ¼ xe), mơ hình hệ thống treo ½ xe (mơ hình ½ xe) và mơ hình tổng
thể hệ thống treo (mơ hình tồn bộ xe; mơ hình khơng gian hay mơ hình đầy đủ).
Trong đó , mơ hình ¼ xe được nghiên cứu để thiết kế bộ điều khiển hệ thống treo của
luận văn này.

3

Chương 3 về thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống treo bán chủ động sử dụng mơ
hình ¼ xe, nội dung của chương gồm có: Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ thống
treo, bài toán điều khiển, các phương pháp điều khiển và các thông số thiết kế từ mơ
hình ¼ xe.
Chương 4 là lập sơ đồ mơ phỏng hệ thống treo, tiến hành mô phỏng và kiểm
chứng giữa các hệ treo thụ động, hệ treo bán chủ động dùng bộ điều khiển Skyhook và
hệ dùng Skyhook hiệu chỉnh.


4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO CỦA XE Ô TÔ
1.1. KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG TREO
Hệ thống treo của xe ô tô là bộ phận kết nối giữa hệ thống khung gầm sắt-xi với
cầu trục liên kết các bánh xe, chúng thường sử dụng bộ phận đàn hồi bằng lị xo, lá
nhíp hoặc đệm hơi...v..v...
1.1.1. Tác dụng của hệ thống treo xe ơ tơ
• Nhờ hệ thống treo xe ô tô cùng với lốp xe hấp thụ lực sẽ nhanh chóng dập tắt
các dao động thẳng đứng sinh ra do ảnh hưởng từ mặt đường xấu mấp mô không bằng
phẳng, giúp xe ổn định khi di chuyển và hơn hết là làm cho hành khách một sự êm ái
cần thiết.
• Hệ thống treo xe ơ tơ cịn giúp xác định chuyển động của bánh xe, truyền lực
kéo và lực phanh sinh ra do ma sát giữa mặt đường và bánh xe cũng như truyền lực
bên và các mô-men phản lực tới gầm, thân xe.
• Trên một số dịng xe cao cấp sử dụng hệ thống treo khí nén cịn có thể điều
chỉnh độ cao/thấp của gầm xe làmtăng khả năng vượt địa hình cũng như hạ thấp trọng

tâm, giúp chiếc xe vận hành ổn định hơn ở tốc độ cao.
1.1.2. Cấu tạo hệ thống treo xe ô tô [1], [6], [7], [8]
Hệ thống treo xe ô tô được tạo thành bởi 3 bộ phận chính: bộ phận đàn hồi, bộ
phận giảm chấn và bộ phận dẫn hướng (trong đó bộ phận đàn hồi có tính quyết định
nhất đến sự êm ái của chiếc xe).
a) Bộ phận đàn hồi
Bộ phận đàn hồi có tác dụng biến dao động tần số cao của mấp mô mặt đường về
tần số thấp của dao động thân xe, đảm bảo độ êm dịu khi xe di chuyển trên các loại
đường khác nhau. Bộ phận này sẽ có tính chất đàn hồi cao hoặc thấp phù hợp với từng
nhu cầu sử dụng xe khác nhau. Bộ phận đàn hồi có thể là:
- Nhíp lá (nhíp lá thường được sử dụng trên các xe tải và bán tải)
- Lò xo (chủ yếu trên xe con)
- Thanh xoắn (trên xe con)
- Đệm hơi, khí nén (trên các dòng xe cao cấp)


5

- Cao su (một số xe nhỏ).

Hình 1.1: Lá nhíp xe ô tô thường sử dụng trên các mẫu xe tải
hoặc bán tải có khả năng chịu tải trọng lớn.
b) Bộ phận giảm chấn
Bộ phận giảm chấn có tác dụng nhanh chóng dập tắt dao động của bánh xe và
thân xe để đảm bảo khả năng bám đường tốt hơn, cũng đồng thời tăng tính êm dịu và
ổn định cho người ngồi bên trong. Có 2 loại giảm chấn thường được sử dụng là:
- Giảm chấn thủy lực (đa số các xe ô tô hiện nay đều sử dụng loại này)
- Ma sát cơ (chính các lá nhíp trên hệ thống treo cũng đóng 1 phần trong vai trị
giảm chấn nhờ ma sát giữa các lá nhíp)

Hình 1.2: Bộ phận giảm chấn hệ thống treo xe ô tô (pit - tơng màu vàng)
và bộ phận đàn hồi (lị xo màu đen).


6

c) Bộ phận dẫn hướng
Bộ phận dẫn hướng có chức năng tiếp nhận, truyền lực và mô-men giữa bánh xe
và khung gầm xe, căn cứ theo điều này, hệ thống treo xe ơ tơ thường được chia làm 2
loại chính là hệ thống treo độc lập và treo phụ thuộc như Hình 1.3.

Hình 1.3: Hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc.
Nếu chỉ xét trong phạm vi cấu tạo thì hệ thống treo xe ơ tơ mang tính quyết định
đến sự êm ái hay khả năng chịu tải của chiếc xe. Nhưng mỗi phân khúc xe khác nhau
thì chiều dài cơ sở của chúng cũng khác nhau, và điều này có ảnh hưởng khơng nhỏ
đến sự êm dịu của chiếc xe, ví dụ như: Toyota Vios thuộc phân khúc hạng B cỡ nhỏ sẽ
có chiều dài cơ sở ngắn hơn so với Toyota Camry ở phân khúc hạng D cỡ lớn, nên
Camry sẽ êm ái hơn rất nhiều dù cùng chung cấu tạo hệ thống treo như Vios.


7

- Hệ thống treo phụ thuộc

Hình 1.4: Hệ thống treo phụ thuộc thường được đặt ở trục cầu sau của xe ô tô.
Cấu tạo hệ thống treo phụ thuộc khá đơn giản, cả hai bánh xe được đỡ bằng một
hộp cầu xe hoặc dầm cầu nối liền 2 bánh này lại, các chi tiết hệ thống treo sẽ nối dầm
cầu với thân xe.
+ Ưu điểm hệ thống treo phụ thuộc:
• Cấu tạo hệ thống khá đơn giản, ít chi tiết vì thế dễ bảo trì bảo dưỡng.

• Hệ thống treo phụ thuộc có độ cứng vững để chịu được tải nặng thích hợp
cho các dịng xe tải hoặc bán tải.
• Khi xe vào cua thì thân xe cũng ít bị nghiêng giúp người ngồi cảm giác ổn
định, chắc chắn hơn.
• Định vị của các bánh xe ít thay đổi do chuyển động lên xuống của chúng nhờ
thế lốp xe ít bị bào mịn.
• Về cơ bản hệ thống treo phụ thuộc thích hợp cho các dịng xe tải chở hàng
nặng hoặc có thể lắp cho trục bánh sau ở các dịng xe phổ thơng, xe con.
+ Nhược điểm hệ thống treo phụ thuộc:
• Phần khối lượng khơng được treo lớn và hệ thống treo phụ thuộc có đặc thù
cứng nhắc, khơng có độ linh hoạt cho mỗi bánh nên độ êm dịu của xe rất kém.
• Giữa bánh xe phải và trái mỗi khi chuyển động có ảnh hưởng qua lại lẫn
nhau thông qua hệ thống dầm cầu nên chúng dễ bị ảnh hưởng dao động và rung lắc
qua lại lẫn nhau.


8

• Khi vào đoạn đường cua, xe dễ bị trượt bánh nếu đi với tốc độ cao, nhất là
trong điều kiện mặt đường trơn trượt. Điều này có thể dễ nhận thấy nhất trên các dịng
xe bán tải hay có hiện tượng văng đít như Toyota Hilux hay Ford Ranger.
- Hệ thống treo độc lập

Hình 1.5: Hệ thống treo độc lập thường ở trục cầu trước của xe ô tô.
Cấu tạo hệ thống treo độc lập là mỗi bánh xe được lắp trên một tay đỡ riêng gắn
vào thân xe tạo ra sự linh hoạt chủ động cho mỗi bánh. Vì vậy bánh xe bên trái và bên
phải chuyển động độc lập với nhau.
+ Ưu điểm hệ thống treo độc lập:
• Khối lượng khơng được treo nhỏ nên khả năng bám đường của bánh xe cao,
tính êm dịu cũng tốt hơn.

• Các lị xo khơng liên quan đến việc định vị bánh xe, vì thế có thể sử dụng các
lị xo mềm.
• Do khơng có dầm cầu liền nối thân, cố định 2 bánh xe nên có thể bố trí sàn
xe và động cơ thấp nhằm hạ thấp trọng tâm, giúp xe vận hành ổn định ở tốc độ cao.
+ Nhược điểm hệ thống treo độc lập:
• Cấu tạo khá phức tạp, việc bảo trì - bảo dưỡng cũng nhiều khó khăn.
• Khoảng cách và định vị của bánh xe bị thay đổi cùng với chuyển động lên
xuống của bánh xe, nên nhiều xe có trang bị thêm thanh ổn định để giảm hiện tượng
xoay đứng khi xe quay vòng và tăng độ êm ái cho chiếc xe.


9

Ngoài ra, dựa theo cấu trúc bộ phận đàn hồi và giảm chấn mà các hệ thống treo
độc lập còn có nhiều loại khác nhau như: hệ thống treo độc lập 2 địn ngang, hệ thống
treo khí nén, hệ thống treo MacPherson... chúng đều hoạt động dựa trên nguyên tắc cơ
bản ở trên nhưng với công nghệ và độ phức tạp cao hơn mang lại sự thoải mái, tính êm
dịu cho người dùng.

1.2. CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG TREO
Tùy vào công nghệ được sử dụng mà hệ thống treo có thể có thiết kế các bộ phận
khác nhau. Tuy nhiên, dù là với cơng nghệ nào thì hệ thống treo cũng được thiết kế để
đáp ứng những chức năng, nhiệm vụ chính sau:
- Mang được sức nặng của xe trong mọi điều kiện địa hình.
- Đảm bảo sự tiếp xúc của 4 bánh xe với mặt đường trong hầu hết trường hợp
(tăng khả năng kiểm soát).
- Đảm bảo sự ổn định và sự linh hoạt của xe trong khi chuyển hướng, vào cua,
tăng tốc, giảm tốc (tạo cảm giác lái chân thật và độ an toàn).
- 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 (giảm xóc).

- Đảm bảo các điều kiện an toàn tối thiểu trong va chạm.

1.3. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO
Hệ thống treo được phân thành nhiều loại khác nhau dựa trên đặc điểm kết cấu
và sự hoạt động của hệ thống treo.
- Theo đặc điểm dao động của bánh xe: có hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống
treo độc lập.
- Theo đặc điểm cấu tạo của các phần tử đàn hồi: có hệ thống treo dùng phần tử
đàn hồi kim loại, phần tử đàn hồi khí, thủy lực, thủy khí, phần tử đàn hồi bằng cao su.
- Theo phương pháp dập tắt dao động: có giảm chấn thủy lực và giảm chấn ma
sát. Trên ô tô hiện nay sử dụng cả hệ thống treo độc lập và phụ thuộc, phổ biến là các
hệ thống treo có phần tử đàn hồi kim loại, sử dụng các loại giảm chấn thủy lực và ma
sát.
- Theo phương pháp điều khiển: có hệ thống treo thụ động, hệ thống treo bán chủ
động và hệ thống treo chủ động.


10

Trong luận văn này, tác giả sẽ phân tích sâu hơn về các loại hệ thống treo dựa
trên phương pháp điều khiển.
a) Hệ thống treo thụ động (bị động)
Hệ thống treo thụ động thì khơng có bộ điều khiển do đó đặc tính động học, khả
năng làm việc của hệ thống này là cố định, nó chỉ có khả năng đảm bảo tính êm dịu, độ
an tồn ở những điều kiện mặt đường cố định. Hệ thống này ngày nay hầu như khơng
cịn được sử dụng trong thực tế, chúng chỉ còn được sử dụng trong nghiên cứu để làm
cơ sở đánh giá, thiết kế các bộ điều khiển trong các hệ thống treo chủ động và bán chủ
động. Mô hình hệ thống treo thụ động như Hình 1.6

Hình 1.6: Mơ hình hệ thống treo thụ động

Trong đó:
Sprung mass: Khối lượng được treo
Unsprung mass: Khối lượng khơng được treo
Spring: Lị xo
Damper: Bộ giảm chấn.
Ưu nhược điểm của hệ thống treo thụ động:
- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp.
- Không tiêu hao năng lượng, vì khơng điều khiển được.
- Chất lượng hệ thống thấp, vì hệ cố định.
b) Hệ thống treo bán chủ động
Hệ thống treo bản chủ động (Hình 1.7) được đề xuất bởi hai nhà khoa học
Karnopp, Crosby (1973, 1974) và được phát triển bởi nhiều nhà khoa học khác. Cho
đến nay nó vẫn đang dành được nhiều sự quan tâm của các hãng sản xuất xe, các viện
nghiên cứu và các trường đại học trên toàn thế giới. Về cơ bản các yếu tố có thể thay
đổi của một hệ thống bán chủ động là hệ số giảm chấn, độ cứng của bộ phận đàn hồi.


11

Trong đó yếu tố hệ số giảm chấn được quan tâm xử lý và trở thành hướng trọng tâm
của bài tốn cân bằng ơ tơ. Vấn đề đặt ra là điều khiển hệ số giảm chấn như thế nào để
đạt hiệu quả cân bằng, dập tắt nhanh dao động mới là mục đích chính của bài tốn.

Hình 1.7: Mơ hình hệ thống treo bán chủ động
Trong đó:
Variable Damper: Bộ giảm chấn biến thiên
Ưu nhược điểm của hệ thống treo bán chủ động:
- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp
- Tiêu hao năng lượng thấp
- Có khả năng điều khiển được.

c) Hệ thống treo chủ động
Đối với hệ thống treo chủ động (Hình 1.8) thì ưu điểm nổi bật của hệ thống treo
chủ động là thông minh, linh hoạt. Khả năng điều chỉnh độ cứng của từng xi lanh khí
cho phép đáp ứng với độ nghiêng khung xe và tốc độ xe khi vào khúc cua, góc cua và
góc quay vơ lăng của người lái. Như vậy khi xe chạy độ cứng của các giảm xóc có thể
tự động thay đổi sao cho cơ chế hoạt động của hệ thống treo thích hợp và hiệu quả
nhất đối với từng hành trình. Hệ thống treo tự động thích nghi với sự thay đổi tải trọng
của xe, thay đổi độ cao gầm xe cho phù hợp với điều kiện hành trình. Giảm được trọng
lượng chung của xe do hệ thống các lò xo xoắn được thay thế bằng các túi khí cao su
nhờ đó làm cho các lốp xe chịu tải tốt hơn trên các điều kiện mặt đường không bằng
phẳng mà vẫn đảm bảo được chỉ tiêu êm dịu và an toàn. Tuy nhiên hệ thống treo chủ
động lại tốn kém chi phí, giá thành cao và tiêu tốn năng lượng. Việc giá thành cao và
tiêu tốn nhiều năng lượng nên việc áp dụng hệ thống treo chủ động còn hạn chế so với


12

hệ thống treo bán chủ động. Nó cũng khơng có hệ thống lị xo mà chỉ có một cơ cấu
chấp hành chung.

Hình 1.8: Mơ hình hệ thống treo chủ động
Trong đó:
Actuator: Bộ truyền động
Ưu nhược điểm của hệ thống treo chủ động:
- Cấu tạo phức tạp, giá thành cao
- Tiêu thụ năng lượng lớn
- Khả năng điều khiển rất linh hoạt.

1.4. GIẢM CHẤN TÍCH CỰC.
Giảm chấn trong hệ thống treo có tác dụng dập tắt dao động của khối lượng được

treo và khối lượng khơng được treo.
Có hai loại giảm chấn là giảm chấn tích cực và giảm chấn bị động. Với loại giảm
chấn tích cực (hệ số cản của giảm chấn có thể thay đổi được), lực giảm chấn được thay
đổi tùy theo điều kiện làm việc của xe.
Về đặc tính, giảm chấn tích cực được chia thành hai loại cơ bản: loại hệ số cản
của giảm chấn có thể thay đổi liên tục và loại hệ số cản của giảm chấn thay đổi kiểu
“On - Off”.
Về mặt kết cấu giảm chấn tích cực được chia thành 4 loại: giảm chấn thủy lực có
van tiết lưu thay đổi; giảm chấn điện hóa; giảm chấn từ hóa và loại giảm chấn ma sát
tích cực.


13

1.4.1. Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi
* Giảm thủy lực có van tiết lưu thay đổi kiểu “On - Off”
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi
kiểu “On - Off” về cơ bản giống như giảm chấn bị động, chỉ khác ở chỗ lực giảm chấn
có thể điều chỉnh được bằng cách đóng mở các lỗ tiết lưu phụ. Trên Hình 1.9a là kết
cấu giảm chấn tích cực của hãng TOYOTA. Giảm chấn có ba cặp lỗ tiết lưu trong van
quay, các van này gắn liền với cần điều khiển và nó được dẫn động bởi bộ chấp hành
điều khiển giảm chấn, cần piston cũng có ba lỗ.Van quay quay bên trong cần piston và
đóng mở các lỗ làm thay đổi lượng dầu đi qua. Cần Piston và van quay (chúng quay
cùng một cụm với cần điều khiển) có các lỗ tiết lưu ở ba trạng thái (Hình 1.9b). Khi
van quay quay, các lỗ tiết lưu được mở hoặc đóng. Đường đặc tính của giảm chấn ở 3
chế độ: cứng, trung bình và mềm thể hiện trên Hình 1.9c.


14

Hình 1.9: Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục kiểu “on - off”
a) kết cấu ; b) các chế độ giảm chấn; c) đường đặc tính;
1- nắp; 2,3- vịng chắn dầu; 4- lị xo; 5- ống dẫn hướng; 6- vỏ ngoài; 7- xi
lanh; 8- cần điều khiển; 9- cần piston; 10- van quay; 11- piston; 12,13,14- lỗ tiết lưu;
16- đế van; 17- lò xo; 19- van giảm tải; 20- tai nối; 21- van nạp;
* Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục
Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi thường được sử dụng trên các ơ tơ có
tải trọng lớn.Kết cấu gần giống như giảm chấn bị động thông thường, sự khác biệt
chính của giảm chấn này là diện tích lỗ van tiết lưu có thể thay đổi để thay đổi hệ số
cản. Giảm chấn này có ưu điểm là hệ số cản thay đổi với đáp ứng nhanh, chính xác,


15

van tiết lưu có thể hoạt động với tần số đóng mở từ 0÷100Hz. Trên Hình 1.10 thể hiện
kết cấu của giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục.

(b)

(a)
Hình 1.10: Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục

a) sơ đồ thủy lực; b) mặt cắt ngang giảm chấn (bình điều áp, lọc dầu, và van một
chiều không thể hiện ); 1- van trượt; 2- nam châm điện; 3- bộ biến đổi vị trí; 4- piston
van một chiều
Kết cấu van tiết lưu (Hình 1.11) bao gồm bốn thành phần chủ yếu: bộ khuyếch
đại năng lượng; nam châm điện; van trượt và bộ biến đổi vị trí.
Bộ khuyếch đại năng lượng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển thành dịng điện
cảm ứng.Nam châm điện dùng để tạo ra lực điện từ từ dòng cảm ứng tác động lên
thanh trượt của van. Bộ biến đổi vị trí được xem như khâu tuyến tính khơng trễ trong

khoảng tần số 0 ÷100Hz.