Mô phỏng hệ thống treo chủ động bằng Matlab

MỤC LỤC
I. Cơ sở lí thuyết....................................................................................................2
1. Giới thiệu.........................................................................................................2
2. Cấu tạo hệ thống treo trên ô tô.........................................................................2
2.1. Bộ phận đàn hồi.........................................................................................2
2.2. Bộ phận giảm chấn....................................................................................3
3. Các loại hệ thống treo cơ bản trên ô tô............................................................4
3.1. Hệ thống treo phụ thuộc............................................................................4
3.2. Hệ thống treo độc lập.................................................................................4
3.3. Hệ thống treo bán độc lập..........................................................................5
4. Hệ thống treo khí nén - điện tử........................................................................5
5. Các chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động của ô tô............................................10
II.

Phương pháp mơ phỏng..............................................................................13

1. Mơ hình hóa khối lượng được treo................................................................14
2. Mơ hình hóa khối lượng khơng được treo.....................................................14
3. Mơ hình hóa hệ thống treo.............................................................................14
4. Mơ hình hóa mặt đường.................................................................................14
5. ứng dụng Matlab- simscape để mô phỏng hệ thống treo...............................15
III. Kết quả mô phỏng........................................................................................18
1. Trường hợp 1..................................................................................................18
2. Trường hợp 2..................................................................................................21
3. Trường hơp 3..................................................................................................24
4. Trường hợp 4:.................................................................................................27
5. Nhận xét và giải thích:...................................................................................30
IV.

Kết luận.........................................................................................................30

Tài liệu tham khảo:..................................................................................................31

1


MƠ PHỎNG HỆ THỐNG TREO CHỦ ĐỘNG BẰNG MƠ HÌNH ¼ XE
I.
Cơ sở lí thuyết
1. Giới thiệu
Khi ơ tơ chuyển động trên đường không bằng phẳng, xe thường chịu tải trọng dao
động do bề mặt đường mấp mô sinh ra. Những dao động này ảnh hưởng xấu tới
tuổi thọ của xe và đặc biệt là gây cảm giác không thoải mái đối với người ngồi
trong xe.
Vì vậy tính êm dịu trong chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan
trọng của xe. Tính năng này phụ thuộc vào khá nhiều yếu tố trong đó hệ thống treo
đóng vai trị quyết định. Hệ thống treo của xe con ngày nay thường sử dụng hai
kiểu chính: hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập. Hai hệ thống treo này
tuy khác nhau về cấu tạo nhưng mục đích chính cũng đều là làm giảm xóc khi xe
vận hành trên đường không bằng phẳng, tạo điều kiện cho bánh xe dao động theo
phương thẳng đứng, tránh dao động lắc ngang hay lắc dọc đồng thời đảm bảo
truyền lực và mômen ổn định. Với hệ giảm chấn quá mềm hệ thống treo sẽ tạo ra
nhiều rung động đàn hồi khi làm việc, ngược lại với hệ quá cứng sẽ làm cho xe bị
xóc mạnh.
Hệ thống treo dùng để kết nối đàn hồi khung hoặc vỏ ô tô với các cầu.
Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống treo là giúp ô tô chuyển động êm dịu khi đi qua
các mặt đường không bằng phẳng. Ngồi ra hệ thống treo cịn dùng để truyền các
lực và mômen từ bánh xe lên khung hoặc vỏ xe, đảm bảo đúng động học bánh xe
2. Cấu tạo hệ thống treo trên ơ tơ
Hệ thống treo cần có 3 thành phần cơ bản sau: bộ phận đàn hồi, bộ phận
giảm chấn và bộ phận dẫn hướng

2.1.

Bộ phận đàn hồi

Giúp hấp thụ dao động từ mặt đường, giảm nhẹ tải trọng động lên khung xe, tạo
điều kiện cho bánh xe dao động, đảm bào độ êm dịu cho xe. Hiện nay, bộ phận đàn
hồi có các kiểu chính sau:
- Nhíp: đóng vai trị của cả ba bộ phận trong hệ thống treo, có khả năng chịu tải cao
nhưng độ êm dịu thấp (sử dụng chủ yếu trên xe tải).
- Lị xo: cơng nghệ chế tạo đơn giản, độ êm dịu tốt nhưng khó bố trí (thường sử
dụng phổ biến trên hầu hết các dòng xe con như Hyundai Grand i10, Honda
Civic, Toyota Camry,…).

2


- Thanh xoắn: công nghệ chế tạo phức tạp nhưng dễ bố trí (vẫn sử dụng trên nhiều
dịng xe).
- Khí nén: dùng cho những dòng xe cần tải lớn và độ êm dịu cao như xe khách trên
29 chỗ, xe bus,.. Bên cạnh đó, hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử còn được
ứng dụng trên những dòng xe sang đầu bảng như Mercedes S-Class, BMW 7series,…)..
2.2.

Bộ phận giảm chấn

Có tác dụng dập tắt nhanh dao động của bánh xe và thân xe để đảm bảo cho
bánh xe bám đường tốt hơn,tăng tính êm dịu và độ ổn định trong q trình vận
hành.
Có hai loại giảm chấn là giảm chấn thủy lực và giảm chấn dùng ma sát.
- Giảm chấn thủy lực: Lợi dụng ma sát giữa các lớp chất lỏng (dầu) để dập tắt dao

động.
Có hai loại giảm chấn thủy lực là giảm chấn dạng ống (dẫn động trực tiếp,
được sử dụng phổ biến) và giảm chấn dạng đòn (dẫn động gián tiếp qua hệ thống
đòn nên phức tạp và vì thế ít dung cho ơ tơ hiện nay).
- Giảm chấn ma sát: nhíp cũng đóng vai trị giảm chấn cho xe thông qua ma sát
giữa các lá nhíp.
2.3.

Bộ phận dẫn hướng

Đây là bộ phận có phần trừu tượng và khó hình dung với nhiều người do khi
nhắc đến hệ thống treo, chúng ta thường chỉ nghĩ ngay đến lò xo và các ống giảm
chấn. Tuy nhiên, bộ phận dẫn hướng lại đóng một vai trị rất quan trọng. Đúng như
tên gọi, bộ phận này giúp dẫn hướng, đảm bảo đúng động học bánh xe, hướng cho
xe chỉ dao động trong mặt phẳng thẳng đứng. Bên cạnh đó, bộ phận dẫn hướng còn
tiếp nhận và truyền lực, moment giữa bánh xe với phần khung vỏ của xe.
3


Có hai kiểu dẫn hướng chính là dùng nhíp (đối với xe tải) và dùng các cơ
cấu tay đòn (xe con). Cũng chính việc bố trí và sắp xếp các tay địn này mà nhà
thiết kế có thể tạo ra những kiểu hệ thống treo khác nhau như hệ thống treo
MacPherson, hệ thống treo tay đòn kép (double wishbone), hệ thống treo đa liên
kết (multi-link),…
3. Các loại hệ thống treo cơ bản trên ơ tơ
Có thể dựa vào các yếu tố về thành phần cấu tạo để phân loại các hệ thống
treo khác nhau. Tuy nhiên, trong bài viết này, DanhgiaXe sẽ đề cập đến cách
phân loại cơ bản và tổng quát nhất đó là phân loại theo bộ phận dẫn hướng. Xét
theo bộ phận dẫn hướng thì hệ thống treo có thể được chia thành hai loại chính
là hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập.

3.1.

Hệ thống treo phụ thuộc

Ở hệ thống này, các bánh xe được nối trên 1 dầm cầu liền, các chi tiết hệ
thống treo sẽ nối dầm cầu với thân xe. Cái tên “phụ thuộc” cũng xuất phát từ
đó, vì ở hệ thống này, dao động của hai bánh xe ảnh hưởng và phụ thuộc lẫn
nhau. Các kiểu hệ thống treo phụ thuộc có thể kể đến là treo liên kết Satchell,
liên kết Watt, nhíp lá,…So với hệ thống treo độc lập thì các chi tiết ở hệ thống
treo phụ thuộc ít và đơn giản hơn, độ bền cao, chịu tải tốt và đặc biệt phù hợp
với các loại ô tô tải cũng như ô tô con sử dụng kết cấu khung vỏ rời (body-onframe). Tuy nhiên, do khối lượng phần không được treo lớn nên hệ thống này
kém êm dịu và ổn định, xe dễ bị rung động,…
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,…
3.2.

Hệ thống treo độc lập

4


Khác với hệ thống treo phụ thuộc, ở hệ thống này, các bánh xe được gắn với
thân xe một cách “độc lập” với nhau. Qua đó, hai đầu bánh xe có thể chuyển động
riêng lẻ, dịch chuyển tự do mà không gây ảnh hưởng lẫn nhau. Nhờ vậy, các dao
động từ mặt đường lên khung vỏ xe có thể được kiểm soát tốt hơn. Các kiểu hệ
thống treo độc lập tiêu biểu là hệ thống treo MacPherson, hệ thống treo tay đòn kép
(double wishbone), hệ thống treo đa liên kết (multi-link),…
So với hệ thống treo phụ thuộc, phần không được treo nhỏ nên khả năng bám

đường của bánh xe cao, tính êm dịu chuyển động cao. Do khơng có dầm cầu liền
nối thân xe nên có thể bố trị trọng tâm xe thấp đi, nhưng ngược lại hệ thống treo
độc lập có cấu trúc và thành phần phức tạp hơn,…
Hệ thống treo độc lập được sử dụng rất rộng rãi và phổ biến 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 kết multi-link), Mercedes Cclass (đa liên kết trước sau), Mercedes GLE-class (treo trước tay đòn kép/treo sau
đa liên kết),…
3.3.

Hệ thống treo bán độc lập

Đúng như tên gọi của mình, cấu hình hệ thống treo này vẫn cho phép hai bánh
xe chuyển động tương đối với nhau, tuy nhiên chuyển động của chúng vẫn có ảnh
hưởng đến nhau. Ngày nay, hệ thống treo này xuất hiện phổ biến nhất dưới dạng
thanh xoắn (torsion beam) kết hợp với thanh cân bằng (stablizer bar). Hệ thống này
thường được sử dụng ở cầu sau một số mẫu xe như Toyota Corolla Altis, Toyota
Vios.
4. Hệ thống treo khí nén - điện tử
Áp dụng những thành tựu khoa học tiên tiến, các kỹ thuật cơ – điện tử, các
nhà thiết kế ô tô đã cho ra đời hệ thống treo với nhiều tính năng vượt trội trong
việc giảm độ rung, xóc cho xe và đó chính là hệ thống treo khí nén - điện tử EAS
( Electronic Air Suspension ).

5


Mơ phỏng hệ thống treo khí nén-điện tử EAS
Thơng qua công tắc điều khiển lựa chọn chế độ Comfort hay Sport mà người
điều khiển thoải mái lựa chọn, điều chỉnh độ đàn hồi thích hợp với chế độ vận hành
của xe. Mang đến sự êm ái một cách tuyệt đối cho người ngồi trên xe khi lựa chọn

ở chế độ "Comfort" còn chế độ "Sport" tăng độ ổn định và an toàn khi xe chạy ở
tốc độ cao.
4.1 Hệ thống treo khí nén-điện tử là gì:
Hệ thống treo sử dụng nhíp lá, lị xo xoắn… ra đời từ rất sớm nhưng chưa
thể đáp ứng đòi hỏi cao về độ êm dịu của xe con, hệ thống treo khí nén cũng khơng
phải là một phát minh mới, nó xuất hiện từ những năm 1950 cùng với hệ thống treo
Mac Pherson. Ở hệ thống treo khí nén người ta sử dụng những gối cao su chứa khí
nén thay vì dùng lị xo xoắn, nhíp lá hay thanh xoắn. Nhưng ở thời kỳ này ngành
công nghệ vật liệu chưa đáp ứng được độ bền cũng như yêu cầu kĩ thuật cho các
chi tiết trong hệ thống treo khí nén nên người ta vẫn phải dùng lị xo xoắn, nhíp lá,
thanh xoắn làm cơ cấu giảm chấn.
Ngày nay các nhà thiết kế ôtô đã ứng dụng nhiều thành tựu mới của công
nghệ vật liệu, kỹ thuật cơ - điện tử để cho ra đời hệ thống treo có tính năng kỹ
thuật tiên tiến, đó là hệ thống treo khí nén - điện tử EAS hiện đang dùng cho dòng
xe cao cấp như Audi, BMW, Lexus, Mercedes,… Với hệ thống treo này người lái
có thể lựa chọn , điều chỉnh độ đàn hồi cho thích hợp với chế độ vận hành của xe
trên đường thông qua công tắc điều khiển lựa chọn chế độ Comfort hay Sport. Chế
độ "Comfort": tạo sự êm dịu tối đa cho người ngồi trên xe còn chế độ "Sport" tăng
độ ổn định và an toàn khi xe chạy ở tốc độ cao.
4.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống treo khí nén-điện tử:
Sơ đồ bố trí của hệ thống:

6


Các chi tiết trong hệ thống treo: 1: Giảm xóc khí nén tự động điều chỉnh độ giảm
chấn; 2: cảm biến gia tốc của xe; 3: ECU (hộp điều khiển điện tử của hệ thống
treo); 4: Cảm biến độ cao của xe; 5: Cụm van phân phối và cảm biến áp suất khí
nén; 6: Máy nén khí; 7: bình chứa khí nén; 8: dường dẫn khí.
Khi động cơ chưa làm việc, bình chứa khí nén có áp suất thấp cấp khí nén

dự trữ đảm bảo chế độ làm việc tối thiểu của hệ thống treo. Khi động cơ làm việc
khí nén cung cấp cho khoang khí qua các van điện từ. Trong quá trình chuyển
động, khi tải trọng ở các bánh xe thay đổi làm thay đổi chiều cao xe, các van cảm
biến phát tín hiệu để ECU điều khiển van điện từ, để tăng hoặc giảm áp suất
khoang khí nén, ổn định chiều cao thân xe. Hệ thống tự động điều khiển kiểu ba
kênh đảm bảo khả năng quay vòng xe ở tốc độ cao và nâng cao thân xe khi cần
thiết.
Hệ thống treo khí nén - điện tử hoạt động dựa trên ngun lý khơng khí có
tính đàn hồi khi bị nén. Với những ưu điểm và hiệu quả giảm chấn của khí nén, nó
có thể hấp thụ những rung động nhỏ do đó tạo tính êm dịu chuyển động tốt hơn so
với lò xo kim loại, dễ dàng điều khiển được độ cao sàn xe và độ cứng lò xo giảm
chấn.
Khi hoạt động máy nén cung cấp khí tới mỗi xi lanh khí theo các đường dẫn
riêng, do đó độ cao của xe sẽ tăng lên tương ứng tại mỗi xi lanh tuỳ theo lượng khí
được cấp vào. Ngược lại độ cao của xe giảm xuống khi khơng khí trong các xi lanh
được giải phóng ra ngồi thơng qua các van. Ở mỗi xi lanh khí nén có một van điều
khiển hoạt động ở theo hai chế độ bật - tắt (on - off) để nạp hoặc xả khí theo lệnh
7


của ECU. Với sự điều khiển của ECU, độ cứng, độ đàn hồi của từng giảm chấn
trên các bánh xe tự động thay đổi theo độ nhấp nhô của mặt đường và do đó hồn
tồn có thể khống chế chiều cao ổn định của xe.
Tổ hợp các chế độ của của "giảm chấn, độ cứng lò xo, chiều cao xe" sẽ tạo ra sự
êm dịu tối ưu nhất khi xe hoạt động. Ví dụ: Bạn chọn chế độ "Comfort" thì ECU sẽ
điều khiển lực giảm chấn là "mềm", độ cứng lị xo là "mềm" và chiều cao xe là
"trung bình". Nhưng ở chế độ "Sport" cần cải thiện tính ổn định của xe khi chạy ở
vận tốc cao, quay vòng ngoặt… thì lực giảm chấn là "trung bình", độ cứng lị xo
"cứng", chiều cao xe "thấp".
4.3 Các bộ phận chính của hệ thống treo khí nén-điện tử:

a) Giảm xóc khí nén
Trong mỗi xi lanh, có một giảm chấn có chức năng để thay đổi lực giảm
chấn theo 3 chế độ (mềm, trung bình, cứng), có một buồng khí chính và một buồng
khí phụ để thay đổi độ cứng lị xo theo 2 chế độ (mềm, cứng). Sở hữu một màng
cao su để thay đổi độ cao xe theo 2 chế độ (bình thường, cao) hoặc 3 chế độ (thấp,
bình thường, cao). Lượng khí vào buồng chính của 4 xi lanh khí thơng qua van
điều khiển độ cao. Van này có nhiệm vụ cấp và xả khí nén vào và ra khỏi buồng
chính trong 4 xi lanh khí nén (phía trước bên phải và trái, phía sau bên phải và
trái). Khí nén trong hệ thống được cung cấp bởi máy nén khí.
b) Cảm biến độ cao xe
Với hệ thống cảm biến điều khiển độ cao trước được trang bị vào thân xe,
còn phần đầu thanh điều khiển được nối với giá đỡ dưới của giảm chấn. Đối hệ
thống treo sau thì các cảm biến lại được gắn vào thân xe còn đầu thanh điều khiển
được nối với đòn treo dưới. Liên tục theo dõi khoảng cách giữa các thân xe và địn
treo nên hệ thống sẽ tạo ra tính năng hiệu quả trong việc phát hiện độ cao gầm xe
để quyết định sự thay đổi lượng khí trong xi lanh.
Ví dụ: Độ cao bình thường được tự động xác lập khi vận tốc xe đạt 80 km/h. Nếu
các cảm biến tốc độ ghi nhận được rằng kim đồng hồ tốc độ đã vượt qua mức 140
km/h thì hệ thống tự động hạ gầm xe xuống 15mm so với tiêu chuẩn.
c) Cảm biến tốc độ: có chức năng ghi nhận và gửi tín hiệu tốc độ xe đến ECU của
hệ thống treo, cảm biến tốc độ mang đến những ưu điểm nổi bật để giúp người điều
khiển nắm bắt được tình hình tốc độ khi di chuyển.

8


ECU của hệ thống treo:
d) bộ chấp hành
Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo được trang bị ở mỗi đỉnh của mỗi xi
lanh khí, có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ tất cả các cảm biến để điều khiển lực của

giảm chấn và độ cứng của lò xo, độ cao xe theo điều kiện hoạt động của xe thông
qua bộ chấp hành điều khiển hệ thống.
Bên cạnh đó, hệ thống sẽ dẫn động van quay của giảm chấn, van khí của xi
lanh khí nén để thay đổi lực giảm chấn và độ cứng của hệ thống treo tạo sự phản
ứng chính xác với sự thay đổi liên tục về điều kiện hoạt động của xe
Hoạt động của bộ chấp hành: Bộ chấp hành được dẫn động bằng điện từ để có thể
phản ứng chính xác với sự thay đổi liên tục về điều kiện hoạt động của xe. Nam
châm điện bao gồm 4 lõi stator để quay nam châm vĩnh cửu nối với cần điều khiển
van khí. ECU thay đổi sự phân cực của lõi stator từ cực N thành S hay ngược lại,
để lõi ở trạng thái không phân cực. Nam châm vĩnh cửu quay bởi lực hút điện từ do
các cuộn stator sinh ra.
Bộ chấp hành được chia làm 2 nhóm: Một nhóm cho phía trước và một
nhóm cho phía sau.
- Khi cần thay đổi từ vị trí trung bình hay cứng sang mềm, dịng điện từ cực
FS- đến cực FS+ của ECU qua bộ chấp hành.
- Khi cần thay đổi từ vị trí cứng hay mềm sang trung bình, dịng điện chạy từ
cực FCH của ECU đến bộ chấp hành.
- Khi cần thay đổi từ vị trí mềm hay trung bình sang cứng, dịng điện từ cực
FS+ đến cực FS- của ECU qua bộ chấp hành.
4.4 Ưu điểm của hệ thống treo khí nén-điện tử:

9


Hệ thống khí nén – điện tử với sự "thơng minh" và "linh hoạt" có khả năng
điều chỉnh độ cứng của từng xi lanh khí nén, đáp ứng với độ nghiêng khung xe và
tốc độ xe khi vào cua, góc cua và góc quay vơ lăng của người lái.
Vì vậy, khi xe di chuyển thì độ cứng các ống giảm xóc có thể tự động thay
đổi sao cho cơ chế hoạt động của hệ thống treo được thích hợp và hiệu quả nhất
đối với từng hành trình.

Tự động thích nghi với tải trọng của xe, tạo sự thay đổi độ cao của gầm xe
phù hợp vời điều kiện hành trình. Đặc biệt, hệ thống khí nén – điện tử giảm bớt
một phần trọng lượng của xe nhờ các túi khí cao su được thay thế các lò xo xoắn.
Khi khối lượng được giảm bớt đi sẽ tạo khả năng cho lốp xe chịu tải cách tốt nhất,
mang đến sự nhẹ nhàng, dễ chịu cho người điều khiển. Khi xe đã được trang bị hệ
thống treo khí nén – điện tử thì dù xe có đi ở những địa hình khó khăn, nhấp nhô
vẫn không làm hảnh hưởng đến người ngồi trong xe.
Tuy nhiên, đối với bất cứ loại hệ thống treo nào, tác dụng giảm xóc của lốp
cũng rất quan trọng. Kiểu dáng lốp và áp xuất lốp ln có vai trị hỗ trợ tác dụng
giảm xóc của bất kỳ loại hệ thống treo độc lập hay phụ thuộc.
5. Các chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động của ô tô
Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng thường chịu những dao
động do bề mặt đường mấp mô sinh ra. Những dao động này ảnh hưởng xấu đến
hàng hố, tuổi thọ của xe và nhất là ảnh hưởng tới hành khách.
Như vậy độ êm dịu chuyển động của ôtô là khả năng xe chuyển động trên
đường ở những tốc độ xác định mà không xảy ra va đập cứng, có thể ảnh hưởng tới
sức khỏe của người, của lái xe, hàng hố và các chi tiết của xe.
Do hệ thống treo đàn hồi nên thùng xe dao động trong q trình xe chuyển
động. Dao động ln thay đổi sẽ ảnh hưởng đến sức khoẻ của con người và ở
những điều kiện cụ thể có thể gây nên các căn bệnh thần kinh và não cho con
người. Ngồi ra bản thân các thông số đặc trưng cho dao động cũng có thể vượt qua
giới hạn cho phép.
Mặt khác do độ đàn hồi, hệ thống treo có thể khơng đủ để tiếp nhận các xung va
đập tác động lên các bánh xe khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng
hoặc tác dụng lên thùng xe khi ôtô chuyển động không đều. Khi đó sẽ xảy ra va
đập cứng giữa các chi tiết của phần không được treo với các chi tiết của phần được
treo.
Va đập cứng xảy ra do tốc độ chuyển động của xe tăng. Để tránh xảy ra va đập
cứng phải giảm tốc độ chuyển động của xe, nếu lựa chọn các thông số của hệ thống
10

treo khơng đúng có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng ở một số vùng tốc độ, điều
đó sẽ làm tăng dao động của thùng xe.
Để tránh va đập buộc lái xe phải giảm tốc độ khi đi trên đường xấu. Điều đó
làm giảm tốc độ trung bình của xe, giảm cả khả năng chất tải và sẽ làm tăng lượng
nhiên liệu tiêu thụ. Ngồi ra nhiên liệu cũng bị tiêu tốn cho việc hấp thụ các tải
trọng động và dập tắt các dao động. Tải trọng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng ln
bị thay đổi khi có dao động sẽ có ảnh hưởng xấu đến điều kiện chuyển động ổn
định và tính dẫn hướng của xe.
Vì vậy, độ êm dịu chuyển động của ôtô là một chỉ tiêu rất quan trọng của xe.
Tính êm dịu chuyển động phụ thuộc vào kết cấu của xe và hệ thống treo, phụ
thuộc vào đặc điểm và cường độ lực kích động từ mặt đường và cuối cùng là phụ
thuộc vào kỹ thuật lái xe. Dao động của ôtô thường được đặc trưng bằng các thông
số như: chu kỳ hay tần số dao động, biên độ dao động, gia tốc và tốc độ tăng
trưởng gia tốc. Vì vậy các thơng số kể trên được sử dụng làm chỉ tiêu đánh giá độ
êm dịu chuyển động của ôtô.
Tác động của từng thông số (chỉ tiêu) riêng biệt đến cảm giác con người rất
khác nhau, vì vậy cho đến nay vẫn chưa xác định chỉ tiêu duy nhất nào để đánh giá
chính xác độ êm dịu chuyển động mà thường phải dùng vài chỉ tiêu trong các chỉ
tiêu nói trên để đánh giá chính xác độ êm dịu chuyển động của ôtô. Sau đây là một
số thông số thường được dùng để đánh giá tính êm dịu chuyển động của ơtơ.
5.1. Tần số dao động thích hợp:
Con người ngay từ nhỏ đã quen với nhịp điệu của bước đi. Ở mỗi người do
thói quen và vóc dáng thì việc thực hiện bước đi có khác nhau: có người có bước đi
dài nhưng chậm, có người có bước đi vừa phải, khoan thai. Vì vậy trong một đơn
vị thời gian số bước chân của mỗi người có sự khác nhau, trung bình cứ một phút
con người thực hiện được 60 85 bước đi. Người ta quan niệm rằng khi thực hiện
một bước đi là con người thực hiện một dao động, như vậy có thể nói rằng con
người có thói quen với tần số dao động 60 85 lần/ phút. Ơtơ có chuyển động êm

dịu là khi xe chạy trên mọi địa hình thì dao động phát sinh có tần số nằm trong
khoảng 60  85 lần/phút. Trong thực tế khi tiến hành thiết kế hệ thống treo người
188 ta thường lấy giá trị tần số dao động thích hợp là 60  85 lần/phút đối với xe
du lịch và 85  120 dao động/phút đối với xe tải.
5.2. Gia tốc thích hợp:
11


Chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu chuyển động dựa vào giá trị gia tốc thẳng đứng
và số lần va đập do độ không bằng phẳng của bề mặt đường gây ra trên một km
đường chạy. Muốn xác định được xe có tính êm dịu chuyển động hay khơng người
ta cho ô tô chạy trên một đoạn đường nhất định rồi dùng dụng cụ đo ghi lại số lần
va đập i tính trung bình trên một km đường và gia tốc thẳng đứng của xe. Dựa vào
hai thông số này, người ta so sánh với đồ thị chuẩn xem xe thí nghiệm đạt được độ
êm dịu chuyển động ở thang bậc nào. Ví dụ cho xe chạy trên một loại đường nào
đó ta đo được i = 10 lần va đập/ km và j = 2 m/s2 , ở đồ thị ta xác định được điểm
A. Từ đó ta có kết luận xe thử nghiệm có độ êm dịu tốt trên loại đường đó.
5.3. Chỉ tiêu tính êm dịu chuyển động dựa vào gia tốc dao động và thời gian tác
động của chúng:
Khi ngồi lâu trên ôtô, dao động làm cho người mệt mỏi dẫn đến giảm năng
suất làm việc hoặc ảnh hưởng lâu dài đến sức khoẻ. Các thí nghiệm cho thấy khi
thí nghiệm trong 8 giờ liền thì nhạy cảm hơn cả đối với người là dải tần số từ 4
8Hz. Trong dải tần số này các giá trị cho phép của tồn phương gia tốc như sau:
Dễ chịu : 0,1 m/s2
Gây mệt mỏi: 0,315 m/s2
Gây ảnh hưởng đến sức khỏe: 0,63 m/s2
6. Tiêu chuẩn Việt Nam và quốc tế về dao động của ô tô
Trên cơ sở tiêu chuẩn Quốc tế hiện hành là ISO 2631-1:1997, nhà nước cũng ban
hành bộ tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001 hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn ISO
2631-1:1997.

Mục đích của tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001 là xác định các phương pháp đánh
giá dao động tồn thân có liên quan đến:
- Sức khỏe và độ tiện nghi của con người chịu dao động.
- Khả năng cảm nhận dao động.
- Gây chóng mặt, buồn nơn do dao động.
Phương pháp đánh giá cơ bản dựa vào giá trị gia tốc (r.m.s) hay còn gọi là giá
trị gia tốc trung bình bình phương (r.m.s). Trọng số gia tốc (r.m.s) tính bằng (m/s 2)
đối với dao động tịnh tiến và (rad/s2) đối với dao động quay.
Trọng số gia tốc r.m.s được tính theo cơng thức:
Trong đó: T: khoảng thời gian chịu dao động (s)
12


aw(t): gia tốc dao động tịnh tiến hoặc quay, tính bằng m/s2 hay rad/s2.
Đánh giá dao động được dựa vào đồ thị sau: các đường gạch - gạch chỉ ra các
vùng cần chú ý với mục đích chỉ dẫn đối với sức khỏe.

Bảng 2.2:Phản ứng của cơ thể đối với những mức dao động khác nhau (TCVN 6964)
Nhỏ hơn 0,315 m/s2

Khơng có cảm giá khó chịu

Từ 0,315 đến 0,63 Có cảm giác chút ít về sự khơng thoải
m/s2
mái

II.

Từ 0,5 đến 1 m/s2

Có cảm giác rõ rệt về sự khơng thoải
mái

Từ 0,8 đến 1,6 m/s2

Không thoải mái

Từ 1,25 đến 2,5 m/s2

Rất không thoải mái

Lớn hơn 2 m/s2

Cực kỳ không thoải mái

Phương pháp mơ phỏng

Ứng dụng mơ hình ¼ xe để mơ phỏng dao động của hệ thống treo trên ô tô
trong các điều khiện mặt đường khác nhau và trong hai trường hợp:
- Giảm chấn không được điều khiển
13


- Giảm chấn được điều khiển
Mô phỏng hệ dao động với các thông số:
Coefficient of suspension 16667N/m
spring k
Mass of the vehicle body M
430kg
Coefficient of tire material kt

Intergral gain factor Ki

Constant damping coefficient
of the dampers c
Mass of the tire and
suspension m
Proportional gain factor Kp
Derivative gain factor Kd

150000N/m
5000

900Ns/m
55kg
1000
4000

1. Mơ hình hóa khối lượng được treo
Khối lượng được treo M gồm những cụm, những chi tiết mà trọng lượng của
chúng tác động lên hệ thống treo như: khung, cabin, động cơ và một số chi tiết
gắn liền với chúng. Trong hệ dao động tương đương, khối kượng được treo
được xem như là một vật thể đồng chất, cứng hồn tồn, được biểu diễn như một
khối có khối lượng M tập trung vào trọng tâm.
2. Mơ hình hóa khối lượng khơng được treo
Khối lượng không được treo m gồm những cụm và chi tiết mà trọng lượng
của chúng không tác dụng lên hệ thống treo. Chúng ta coi phần không được treo
là một vật thể đồng nhất cứng hồn tồn và có khối lượng m tập trung vào tâm
bánh xe.
3. Mơ hình hóa hệ thống treo
Hệ thống treo bao gồm 1 giảm chấn có hệ số giảm chấn c và 1 lị xo có độ

cứng k.
4. Mơ hình hóa mặt đường
Chọn 2 trong số các profile mặt đương phổ biến để mô tả mặt đường của xe
chuyển động qua.
Bảng 2.3 Liệt kê một số hàm biểu diễn các profile mặt đường phổ biến:
Loại
profile
Bước
nhảy

Hình vẽ
q0

Hàm biểu diễn q(t)
(hàm số gốc)
0 khi t  0
q0 khi t >0

14

Hàm số ảnh Q(P) (qua
phép biến đổi Laplace)


Hình
thang

khi 0 < t <
q0 khi < t <
khi < t <

q0
S1
S2
S0

Nửa
hình sin

0 khi t < 0; 0 khi t > 0
q0(1-cos) khi 0 < t <

2q0
S0

Chữ
nhật

q0

q0 khi 0 < t <
0 khi t > ;

S0

Dạng
xung đơn
vị

1

q0
S0

5. ứng dụng Matlab- simscape để mô phỏng hệ thống treo
a) Trường hợp 1: Mơ hình hệ thống treo có giảm chấn khơng được điều khiển
và mơ hình mặt đường loại bước nhảy.

15


b) Trường hợp 2: mơ hình hệ thống treo có giảm chấn được điều khiển và mơ
hình mặt đường loại bước nhảy:

c) Trường hơp 3 : mơ hình hệ thống treo có giảm chấn khơng được điều khiển
và mơ hình mặt đường dạng hình chữ nhật

16


d) Trường hợp 4: mơ hình hệ thống treo có giảm chấn được điều khiển và mơ
hình mặt đường dạng hình chữ nhật.

17


III. Kết quả mơ phỏng
1. Trường hợp 1: Mơ hình hệ thống treo có giảm chấn khơng được điều khiển
và mơ hình mặt đường loại bước nhảy( qo=0.1)
- Khối lương được treo M

Biểu đồ 1: Lực và vận tốc cảu khối lượng được treo M
- Giảm chấn C
18


Biểu đồ 2: Lực và vận tốc của giảm chấn
19


- Lị xo có độ cứng k:

Biểu đồ 3: Lực, vận tốc và dịch chuyển của lò xo k

20


2. Trường hợp 2: mơ hình hệ thống treo có giảm chấn được điều khiển và mơ
hình mặt đường loại bước nhảy(q0=0.1):
- Khối lượng được treo M

Biểu đồ 4: Lực và vận tốc cảu khối lượng được treo M

21


- Giảm chấn c:

Biểu đồ 5: Lực và vận tốc của giảm chấn c

22


- Lò xo k

Biểu đồ 6: Lực, vận tốc và dịch chuyển của lò xo k

23


3. Trường hơp 3 : mơ hình hệ thống treo có giảm chấn khơng được điều khiển
và mơ hình mặt đường dạng hình chữ nhật (q0=0.1, S0=4).
- Khối lượng được treo M

Biểu đồ 7: Lực và vận tốc của khối lượng được treo M

24


- Giảm chấn c

Biểu đồ 8: Lực và vận tốc của giảm chấn c

25