TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ
Công dụng của hệ thống treo
Hệ thống treo là bộ phận quan trọng của ô tô, ảnh hưởng trực tiếp đến cảm giác lái, giúp xe êm ái hoặc xóc nảy Nó đóng vai trò quyết định trong chuyển động của thân xe, đặc biệt khi di chuyển trên những cung đường không bằng phẳng.
Hình 1.1: Tổng quan về hệ thống treo
Khi xe quay vòng, thân xe có xu hướng xoay quanh trục song song với chiều thân xe, điều này có thể dẫn đến nguy cơ lật ngang, gây nguy hiểm cho hành khách Ngoài ra, khi xe tăng tốc từ vị trí đứng yên hoặc phanh đột ngột, lực quán tính tác động lên thân xe có thể làm cho xe bị lật về phía trước hoặc sau, khiến bánh xe mất khả năng bám đường.
Hệ thống treo, kết hợp với hệ thống lái và phanh, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định cho xe khi di chuyển Góc king-pin và caster được thiết lập thông qua khâu khớp của hệ thống treo, cho phép vô lăng điều khiển một cách mượt mà các bánh xe dẫn hướng.
Hệ thống treo giúp bánh xe di chuyển theo phương thẳng đứng một cách êm ái, đồng thời giảm thiểu tối đa các chuyển động không mong muốn như lắc dọc và lắc ngang.
Dập tắt các dao động thẳng đứng của khung vỏ sinh ra do mặt đường không bằng phẳng.
Phân loại hệ thống treo
Theo kết cấu thì hệ thống treo sẽ bao gồm:
Hệ thống treo độc lập cho phép hai bánh xe và cầu xe di chuyển độc lập, không có sự chuyển động tương đối giữa chúng Điều này có nghĩa là mỗi bánh xe được kết nối với khung xe một cách độc lập Khi xe di chuyển qua bề mặt gồ ghề, dao động của một bánh xe sẽ không ảnh hưởng đến các bánh xe còn lại, đảm bảo sự ổn định và thoải mái khi lái xe.
Hệ thống treo phụ thuộc là loại hệ thống mà các bánh xe phía trước hoặc sau được liên kết bằng một dầm cầu đồng nhất Khi xe di chuyển qua bề mặt gồ ghề, sự dao động của một bên bánh xe sẽ ảnh hưởng đến chuyển động của bên còn lại, tạo ra sự tương tác giữa các bánh xe.
Hệ thống treo bán độc lập cho phép hai bánh xe di chuyển tương đối độc lập, nhưng vẫn có sự ảnh hưởng lẫn nhau trong quá trình vận hành Cấu hình này thường được sử dụng phổ biến với thanh xoắn kết hợp cùng thanh điều hướng, mang lại hiệu suất ổn định cho xe.
Phân loại theo loại đặc tính nối mềm: Bằng phần tử đàn hồi kìm loại,bằng khí nén, bằng thủy lực,….
Yêu cầu đối với hệ thống treo
Để đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống, cần sử dụng nối mềm phù hợp với tính êm dịu trong chuyển động, với tần số dao động riêng nằm trong khoảng từ 60 đến 1200 lần/phút.
+ Giảm tối thiểu va đập cứng, hạn chế xung lực tác dụng từ bánh xe lên khung
+ Đảm bảo hệ số bám trung bình của các bánh xe với nền đường
+ Dập tắt nhanh dao động của thân xe khi đi trên đường
+ Trọng lượng phân không treo phải nhỏ
Để đảm bảo tính điều khiển của ôtô, cần hạn chế tối đa các chuyển động không mong muốn, đặc biệt là ở các bánh xe dẫn hướng Ngoài ra, ôtô cũng cần có độ bền cao để đáp ứng nhu cầu sử dụng lâu dài.
Quan hệ động học của bánh xe cần được thiết lập hợp lý để đảm bảo hệ thống treo hoạt động hiệu quả, giúp làm mềm theo phương thẳng đứng mà không làm ảnh hưởng đến các yếu tố động lực học và động học của chuyển động bánh xe.
+ Tại các vị trí liên kết với khung vỏ không gây nên tải trọng lớn đảm bảo tuổi thọ của các liên kết
+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kĩ thuật của xe như chạy được trên nhiều địa hình khác nhau,
+ Bánh xe có khả năng chuyển dịch trong một giới hạn không gian hạn chế.
Cấu tạo và các bộ phận chính trên hệ thống treo
Về cơ bản, một hệ thống treo thông thường được cấu thành từ ba bộ phận chính: bộ phận đàn hồi, bộ phần giảm chấn và cơ cấu hướng
Hình 1.2: Cấu tạo cơ bản hệ thống treo
Bộ phận đàn hồi đóng vai trò quan trọng trong hệ thống treo, giúp hấp thụ các tác động từ điều kiện mặt đường, chuyển đổi chúng thành dao động và lưu trữ năng lượng trong phần tử đàn hồi.
Bộ phận đàn hồi là một thành phần quan trọng kết nối giữa bánh xe và thùng xe, giúp điều chỉnh tần số dao động để phù hợp với cơ thể con người, thường dao động từ 60 đến 80 lần mỗi phút Với khả năng bố trí linh hoạt trên xe, bộ phận này cho phép bánh xe di chuyển theo phương thẳng đứng, nâng cao sự thoải mái và ổn định khi di chuyển.
Trên xe hiện nay thì bộ phận đàn hồi thường gặp sẽ là các loại như: Nhíp lá, lò xo trụ, lò xo côn, thanh xoắn,…
1.4.1.1 Hệ thống treo loại lá nhíp
Hình 1.3: Cấu tạo chung của hệ thống treo loại nhíp
Bộ nhíp lá là thành phần phổ biến trên nhiều loại ô tô tải và xe khách du lịch, đặc biệt là những xe có dầm cầu liền Nhíp được chế tạo từ các lá thép cong, được sắp xếp từ ngắn đến dài và kết nối với nhau bằng bulong trung tâm.
Bộ nhíp được kết nối với nhau bằng bulong hình chữ U, liên kết với khung xe thông qua chốt nhíp ở phần treo trước và quang treo hoặc quang tì ở phần treo sau Các bộ phận treo trước và sau được gắn chặt với khung xe bằng đinh tán hoặc bulong.
Nhíp dài thường có độ mềm mại cao hơn, trong khi nhíp có nhiều lá sẽ chịu tải tốt hơn nhưng lại cứng hơn, dẫn đến khả năng hấp thụ chấn động kém hơn Nhíp chính đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng giữa độ cứng và độ êm dịu của chuyển động.
Hình 1.4: Kết cấu nhíp chính
Hai đầu của nhíp chính được uốn cong thành hai tai, giúp gắn nhíp vào khung hoặc dầm thông qua mõ nhíp và chốt nhíp Độ cong của mỗi lá nhíp, hay còn gọi là độ võng, thường lớn hơn ở những lá nhíp ngắn so với lá nhíp dài Bên cạnh đó, nhíp phụ cũng đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc này.
Nhíp phụ được sử dụng trên xe tải và một số loại xe khác để thích ứng với sự thay đổi lớn về tải trọng, nhằm đảm bảo tính êm dịu và độ bền Khi xe không tải hoặc tải nhẹ, chỉ có nhíp chính hoạt động, giúp tăng độ êm ái Tuy nhiên, khi xe đạt đủ tải, nhíp phụ sẽ cùng nhíp chính làm việc, giảm áp lực lên từng lá nhíp và đảm bảo độ bền tối ưu cho hệ thống nhíp.
Hình 1.5: Vị trí của nhíp chính và phụ c, Đặc điểm của nhíp
Nhíp có độ cứng vững đủ để giữ cầu xe ở vị trí xác định, do đó không cần thiết phải sử dụng các thanh nối, đồng thời đảm nhận luôn chức năng của bộ phận hướng.
Do ma sát trong nhíp lớn, khả năng hấp thụ dao động nhỏ từ mặt đường của nhíp bị hạn chế Chính vì vậy, nhíp thường được sử dụng cho ôtô thương mại lớn, có tải trọng nặng và yêu cầu độ bền cao.
1.4.1.2 Lò xo a, Lò xo thường
Lò xo được chế tạo từ dây thép lò xo, một loại thép đặc biệt, được quấn thành hình ống Khi chịu tải, dây lò xo sẽ xoắn lại do ống lò xo bị nén, giúp dự trữ năng lượng ngoại lực và giảm thiểu va đập.
Hình 1.6: Lò xo thường b, Lò xo cải tiến
Khi lò xo được chế tạo từ dây thép có đường kính đồng nhất, biến dạng của lò xo sẽ tỷ lệ thuận với lực tác động Điều này có nghĩa là lò xo mềm không đủ khả năng chịu tải lớn, trong khi lò xo cứng có thể gây giảm tính êm dịu trong chuyển động khi tải nhỏ.
Để khắc phục nhược điểm của lò xo truyền thống, có thể sản xuất các loại lò xo cải tiến Chẳng hạn, với lò xo có đường kính dây nhỏ ở hai đầu, độ cứng tại hai đầu sẽ thấp hơn so với phần giữa Điều này cho phép hai đầu lò xo bị nén lại khi tải nhẹ, giúp hấp thụ năng lượng va đập, trong khi phần giữa có độ cứng lớn hơn đủ khả năng chịu tải lớn.
Các lò xo bước không đều hoặc lò xo côn cũng có hiệu quả tương tự c, Đặc điểm lò xo
- Mức độ hấp thụ năng lượng trên một đơn vị khối lượng là lớn hơn so với nhíp;
- Do không có nội ma sát như trong nhíp nên lò xo thường phải bố trí giảm chấn kèm theo để dập tắt nhanh dao động;
- Do không có khả năng chịu lực ngang nên cần phải có các thanh liên kết (đòn treo, thanh ngang, thanh giằng, ) để đỡ cầu xe
Hình 1.8 : Thanh xoắn và vị trí
Thanh xoắn là một thanh thép lò xo, có chức năng cản lại sự xoắn nhờ vào tính đàn hồi của nó Một đầu của thanh xoắn được gắn chặt vào khung hoặc dầm của ôtô, trong khi đầu còn lại kết nối với cấu trúc chịu tải xoắn của hệ thống treo Các đặc điểm nổi bật của thanh xoắn bao gồm khả năng giảm thiểu xoắn và nâng cao độ ổn định cho xe.
Hệ thống treo loại thanh xoắn có cấu trúc nhỏ gọn do khả năng hấp thụ năng lượng trên một đơn vị khối lượng lớn hơn so với nhíp và lò xo.
- Cách bố trí hệ thống treo đơn giản, thuận tiện;
- Thanh xoắn cũng không có nội ma sát nên cũng thường phải lắp kèm giảm chấn để dập tắt nhanh dao động
Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí hoạt động dựa trên nguyên tắc tính đàn hồi của không khí khi bị nén Trong hệ thống treo, đệm khí thường được kết hợp với giảm chấn thủy lực để tạo ra một cấu trúc hiệu quả.
Nghiên cứu 1 số loại hệ thống treo phổ biến hiện tại
1.5.1 Hệ thống treo dầm xoắn
Hệ thống treo dầm xoắn là một thiết kế đơn giản, trong đó các đòn kéo bên phải và bên trái được kết nối với dầm ngang Dầm ngang này được gắn với thân xe thông qua bộ lò xo chịu lực theo phương thẳng đứng Với chi phí sản xuất thấp, hệ thống treo dầm xoắn thường được sử dụng cho hệ thống treo sau ở các dòng xe giá rẻ.
1.5.2 Hệ thống treo lò xo lá
Hình 1.13: Hệ thống treo lò xo lá
Hệ thống treo lò xo lá có ưu điểm về độ chắc chắn, bền bỉ
Cầu xe được gắn với thân xe thông qua bộ lò xo lá (nhíp) lắp song song và dọc theo thân xe Lực tác dụng lên cầu xe được truyền đến thân xe qua các lò xo, tạo nên hệ thống treo hiệu quả Hệ thống treo lò xo lá thường được sử dụng chủ yếu trên các xe tải chở hàng.
Hệ thống treo MacPherson là một loại hệ thống treo độc lập, được cấu tạo bởi một lò xo cuộn nằm trên thanh giảm chấn, giúp hấp thụ lực va chạm hiệu quả.
Với cấu tạo đơn giản và chiếm ít diện tích, hệ thống treo độc lập này là lựa chọn lý tưởng cho các loại xe dẫn động cầu trước có kích thước nhỏ, đồng thời là một trong những hệ thống treo phổ biến nhất hiện nay trên thị trường.
1.5.4 Hệ thống treo tay đòn kép
Hình 1.15: Hệ thống treo tay đòn kép
Hệ thống treo này, như tên gọi, bao gồm hai tay đòn trên và dưới, kết nối giữa thân xe và bánh xe Các tay đòn này được thiết kế tương tự như tay đòn trong hệ thống treo MacPherson, giúp xe có khả năng chịu lực hiệu quả cả theo phương dọc và ngang.
Khi xe vào góc cua, hệ thống treo tay đòn kép giúp giữ cho bánh xe vuông góc với mặt đường, ngay cả khi thân xe nghiêng Điều này không chỉ tăng cường hiệu suất bám đường mà còn cải thiện khả năng xử lý của xe.
1.5.5 Hệ thống treo đa liên kết
Hình 1.16: Hệ thống treo đa liên kết
Hệ thống treo đa liên kết, với ít nhất bốn tay đòn kết nối theo nhiều hướng khác nhau, mang lại khả năng di chuyển linh hoạt hơn so với hệ thống treo thông thường sử dụng hai tay đòn Mặc dù có cấu trúc phức tạp và chi phí cao, nhưng ưu điểm lớn nhất của hệ thống treo đa liên kết là khả năng giúp xe vượt qua nhiều loại địa hình gập ghềnh một cách hiệu quả.
Những chiếc xe hiện đại ngày nay, thường được trang bị hệ thống treo MacPherson phía trước và hệ thống treo đa liên kết ở phía sau
1.5.6 Hệ thống treo khí nén
Hình 1.17: Hệ thống treo khí nén
Hệ thống treo khí nén sử dụng đệm khí thay vì lò xo và dầu thủy lực để hấp thụ lực xung động Lượng hơi trong đệm khí được điều chỉnh bởi máy nén khí dưới sự kiểm soát của thiết bị cân bằng điện tử hoặc theo thiết lập của người lái Đây là một hệ thống treo cao cấp, thường thấy trên các mẫu xe hạng sang, mang lại khả năng hấp thụ xung lực tốt và giúp xe vận hành êm ái.
Kết luận chương 1
Hệ thống treo là bộ phận kết nối đàn hồi giữa khung hoặc vỏ ô tô và các cầu, giúp xe di chuyển êm ái trên các bề mặt đường không bằng phẳng Nhiệm vụ chính của hệ thống treo là truyền lực và mômen từ bánh xe lên khung hoặc vỏ xe, đảm bảo động học bánh xe chính xác Để thực hiện chức năng này, hệ thống treo bao gồm ba thành phần cơ bản: bộ phận đàn hồi, bộ phận giảm chấn và bộ phận dẫn hướng.
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG TREO TRÊN
Giới thiệu chung về xe Toyota vios 2014
Toyota Vios là mẫu sedan hạng B, ra mắt lần đầu vào năm 2002 tại Thái Lan với mong muốn khẳng định vị thế và hướng tới vinh quang Tên gọi Vios được chọn để thể hiện sự phát triển không ngừng của dòng xe này Qua nhiều giai đoạn cải tiến, Vios hiện nay đã trở thành một trong những dòng xe được ưa chuộng nhất của Toyota.
Và đã trải qua các thế hệ:
Thế hệ đầu tiên của xe Vios (2002-2007) được trang bị động cơ 1.5L 1NZ-FE VVT-i tại Thái Lan, Indonesia, Singapore, Malaysia, Đài Loan và Brunei Ở Philippines, xe được cung cấp động cơ 1.3L 2NZ-FE, trong khi tại Trung Quốc, Vios sử dụng động cơ 1.3L 8A-FE và 1.5L 5A-FE.
Xe Toyota Vios với các phiên bản J, E, S, và G, trong khi 4 phiên bản DLX, GL, GLX, và GLXI được cung cấp tại Trung Quốc
Toyota Vios từ 2017 đến nay đã được nâng cấp đáng kể với nhiều tính năng vượt trội nhằm cạnh tranh trong phân khúc hạng B Các tính năng nổi bật bao gồm hệ thống chống bó cứng phanh ABS, hệ thống phân bổ lực phanh điện tử EBS và hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp BA Vios hiện có ba phiên bản: 1.5G CVT, 1.5E CVT và 1.5E MT, tất cả đều trang bị động cơ 4 xylanh thẳng hàng, 16 van DOHC, Dual VVT-i.
Chỉ sau 17 năm phát triển, Toyota Vios đã khẳng định chất lượng và độ tin cậy qua nhiều khảo sát về mức độ hài lòng của người tiêu dùng Xe được trang bị động cơ mạnh mẽ cùng công nghệ tiên tiến, không chỉ tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường mà còn duy trì khả năng tăng tốc, tốc độ tối đa và mức tiêu hao nhiên liệu ấn tượng.
Tại Việt Nam, Toyota Việt Nam phân phối mẫu xe Toyota Vios 2014 với
4 mẫu là 1.5G (số tự động), và các phiên bản 1.5E, 1.3J và Limo số sàn
Dưới đây là 1 số thông số cơ bản của xe Toyota vios 2014
Hình 2.1: Thông số xe Toyota vios 2014
Các cụm, hệ thống chính của xe Toyota Vios
2.2.1 Động cơ Động cơ phiên bản 1.5G của Toyota Vios là loại 1NZ-FE 4 xy lanh thẳng hàng, DOHC, Dual-VVT-i, tức là sẽ có 2 trục cam điều khiển thời điểm đóng mở van nạp, xả riêng biệt Có thể thấy logo VVT-i ở trên nắp máy Với công nghệ Dual-VVT-i, động cơ mới có cơ chế tác động thông minh thời điểm đóng mở cả xupap nạp và xupap xả, giúp tăng công suất, đồng thời thải khí xả sạch hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn Mức tiêu thụ nhiên liệu cho 100km của khối động cơ này là 6,5 lít
Hệ thống truyền lực của xe đảm nhiệm việc truyền, ngắt và biến đổi momen xoắn từ động cơ đến các bánh xe chủ động, nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoạt động trước các lực cản bên ngoài Các thành phần chính của hệ thống này bao gồm ly hợp, hộp số, truyền lực chính, vi sai và các đăng.
Loại 1 đĩa ma sát khô, thường đóng, có lò xo ép hình đĩa, dẫn động cơ khí kiểu cáp Ở loại ly hợp này sử dụng lò xo dạng đĩa hình côn từ đó có thể tận dụng kết cấu này để đóng mở ly hợp mà không cần phải có đòn mở riêng Mặt đáy của lò xo được tì trực tiếp vào đĩa ép, phần giữa của lò xo được liên kết với vỏ Mặt đỉnh của lò xo sẽ được sử dụng để mở ly hợp khi bạc mở ép lên nó
Xe sử dụng các đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa và Tripot để truyền lực cho bánh xe chủ động ở cầu trước (cầu chủ động dẫn hướng)
2.2.5 Hệ thống điều khiển a Hệ thống lái
Hệ thống lái của xe Toyota Vios có chức năng thay đổi hướng di chuyển và giữ hướng đi của xe, sử dụng cơ cấu lái cơ khí kết hợp với tay lái trợ lực thủy lực Điều này giúp tay lái trở nên nhẹ nhàng hơn khi xe di chuyển ở tốc độ thấp, trong khi trở lại mức bình thường khi xe chạy ở tốc độ cao.
Hệ thống phanh xe Toyota Vios bao gồm hệ thống phanh chân và phanh dừng
Hệ thống phanh chân sử dụng phanh thuỷ lực trợ lực chân không với hai dòng chéo nhau và cơ cấu phanh đĩa ở cả bánh trước và bánh sau Bộ trợ lực phanh và xi lanh chính được kết hợp thành một khối Khi người lái đạp phanh, ty đẩy của bàn đạp phanh tác động vào pittông trong xi lanh chính thông qua van phân phối của bộ cường hoá, tạo ra lực phanh tổng hợp từ cả người lái và bộ trợ lực.
Xe Toyota Vios được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh ABS và hệ thống phân bố lực phanh điện tử EBD, giúp duy trì sự ổn định của bánh xe ngay cả khi phanh gấp trên các bề mặt trơn trượt Hệ thống treo của xe cũng hỗ trợ tối ưu trong việc kiểm soát và giảm chấn, mang lại trải nghiệm lái an toàn và thoải mái.
Hệ thống treo của xe Toyota vios là cơ cấu nối giữa khung xe với bánh xe
Hệ thống treo gồm có treo trước và treo sau:
Hệ thống treo trước của Toyota Vios sử dụng treo độc lập kiểu Mac Pherson, bao gồm một đòn ngang dưới với cơ cấu điều chỉnh, giảm chấn theo phương đứng, cùng với đầu giảm chấn gối trên khớp cầu ngoài và đầu bắt với khung xe.
Hệ thống đèn chiếu sáng và đèn báo hiệu trên xe bao gồm nhiều loại đèn quan trọng như đèn pha, đèn xi nhan, đèn phanh, đèn sương mù, đèn soi biển số, đèn trần trong xe, cùng với các đèn báo áp suất dầu, báo nạp ác quy và báo mức xăng thấp Những phụ kiện này đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo an toàn và tiện nghi khi lái xe.
- Các thiết bị đo đạc hiển thị như: đồng hồ nhiên liệu, đồng hồ nhiệt độ nước làm mát, đồng hồ tốc độ, đồng hồ công tơ mét…
Ghế sau của Toyota Vios 1.5G được trang bị tính năng ngả lưng điều khiển bằng điện, với nút điều khiển dễ dàng sử dụng cho hành khách ngồi phía sau Người dùng có thể thuận tiện điều chỉnh ghế ngả hoặc đứng lên theo ý muốn, mang lại sự thoải mái tối đa trong suốt hành trình.
Hệ thống treo trên xe Toyota vios
Hệ thống treo trên xe ô tô Toyota Vios sử dụng kiểu độc lập Macpherson ở phía trước, phía sau là phụ thuộc kiểu dầm xoắn
2.3.1 Hệ thống treo trước độc lập Macpherson
Hệ thống treo MacPherson ngày càng phổ biến nhờ vào cấu trúc khung xe liên khối Giảm xóc mới đã thay thế thanh đòn bằng lò xo và ống nhún, kết nối với khung xe qua đệm cao su Thay vì sử dụng thanh ống ngang, thiết kế mới áp dụng thanh đòn hình tam giác với hai điểm tỳ Lò xo được đặt lệch so với ống nhún và nghiêng vào phía trong, trong khi cao su giảm chấn ở khớp tiếp xúc với khung vẫn được giữ nguyên Những cải tiến này giúp giảm ma sát và độ mài mòn trong ống một cách đáng kể.
Có kết cấu 3 phần tử chính như những hệ thống treo khác đó là phần tử dẫn hướng, phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn
Hình 2.2: Hệ thống treo trước
Hệ thống treo Macpherson có cấu trúc đơn giản với càng chữ A gắn vào sắt xi xe qua gối đỡ cao su Phía trên là rô tuyn đứng và moay ơ kết nối trực tiếp với hệ thống treo Đầu trên của giảm chấn ống thuỷ lực liên kết với gối tựa trên khung hoặc vỏ ôtô Lò xo đàn hồi có một đầu tì vào tấm chặn trên vỏ giảm chấn và đầu còn lại vào gối tựa Trục bánh xe được cố định với trụ xoay đứng Ưu điểm của hệ thống treo độc lập kiểu Macpherson là khả năng cải thiện độ ổn định và sự thoải mái khi lái xe.
Hệ thống treo mới đã giảm thiểu số điểm lắp với thân xe từ 4 điểm xuống chỉ còn 2 điểm, nhờ vào việc sử dụng 2 thanh đòn hình tam giác song song và chỉ 1 thanh dẫn hướng nằm phía dưới, tạo nên cấu trúc gọn nhẹ và hiệu quả hơn.
- Cải thiện được tính năng lắp ráp
- Giúp hệ thống treo đơn giản, giá thành rẻ
Hệ thống treo MacPherson giúp tiết kiệm không gian trong khoang động cơ của xe dẫn động cầu trước, nhưng vẫn còn tồn tại nhược điểm như hiện tượng lắc ngang của bánh xe so với mặt đường và góc chụm không ổn định, dẫn đến tính năng ổn định thân xe chưa đạt yêu cầu cao.
Tuy nhiên hệ thống cũng có một số nhược điểm như độ bám kém khi ôm cua lốp xe hay bị mòn không đều
2.3.2 Hệ thống treo sau kiểu dầm xoắn
Kết cấu của treo bao gồm hai bên bánh xe với mỗi bên có một tay đòn, được hàn cố định với tay đòn ở giữa Trong quá trình vận hành, khi một bánh xe bị tác động, bánh còn lại cũng sẽ bị ảnh hưởng Tuy nhiên, thực tế không phải lúc nào cũng như vậy, vì khi hai bánh dập dềnh liên tục, thanh xoắn trung gian sẽ bị vặn xoắn liên tục.
✓ Thiết kế đơn giản, rẻ tiền
✓ Chi phí bảo dưỡng, sửa chữa thấp
✓ Không cần căn chỉnh góc đặt bánh xe định kỳ
✓ Cân bằng thân xe ở tốc độ thấp và trung bình
✓ Thiếu sự linh hoạt trên đường xấu
✓ Xe bị lắc và thiếu linh hoạt trên đường xấu
Hình 2.3: Hệ thống treo sau
Cấu tạo, kết cấu các bộ phận chính của hệ thống treo trên Toyota
Toyota Vios sử dụng hệ thống dẫn hướng với cơ cấu tay đòn được thiết kế theo kiểu MacPherson, nổi bật với cấu trúc đơn giản, dễ sửa chữa và có độ bền cao.
Thanh ổn định có cấu tạo hình chữ U, hoạt động tương tự như một thanh xoắn đàn hồi Hai đầu của thanh chữ U được kết nối với bánh xe (dầm cầu), trong khi phần thân của thanh ổn định được gắn với thân xe thông qua các ổ đỡ bằng cao su.
Khi xe quay vòng, lực ly tâm khiến nó nghiêng ra ngoài Thanh ổn định giúp điều khiển hiện tượng này bằng cách sử dụng lực xoắn từ lò xo, giữ cho lốp xe bám chặt xuống mặt đường.
Nó cũng hoạt động nếu các lốp xe ở một bên chạy qua những bề mặt có độ cao khác nhau
Khi xe bị nghiêng và lốp xe chìm xuống một bên, thanh ổn định hoạt động như một lò xo, nâng lốp xe ở phía bị chìm lên Tuy nhiên, nếu cả hai lốp xe đều chìm xuống bằng nhau, thanh ổn định sẽ không phát huy tác dụng như lò xo vì không bị xoắn.
Lò xo ta dùng ở đây là loại lò xo trụ
Lò xo trụ được chế tạo từ dây thép lò xo đặc biệt, có hình dạng ống Khi chịu tải, dây lò xo sẽ xoắn lại do lực nén tác động, giúp lưu trữ năng lượng ngoại lực và giảm thiểu va chạm.
Hình 2.5: Lò xo trụ a, Ưu điểm:
Lò xo trụ là bộ phận đàn hồi quan trọng trong hệ thống treo độc lập của xe du lịch, được chế tạo từ thép với tiết diện vuông hoặc tròn.
- Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò xo trụ có khối lượng nhỏ hơn nhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp;
- Khi làm việc ở giữa các vòng lò xo không có ma sát như nhíp;
- Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn;
- Không phảu bảo dưỡng và chăm sóc như nhíp b, Nhược điểm:
Khi làm việc, lò xo không có nội ma sát như nhíp, do đó cần bố trí thêm giảm chấn để kiểm soát dao động Lò xo chỉ đảm nhiệm chức năng đàn hồi, trong khi bộ phận dẫn hướng và giảm chấn được thực hiện bởi các bộ phận khác Điều này làm cho hệ thống treo với lò xo trụ có cấu trúc phức tạp hơn, yêu cầu thêm hệ thống đòn dẫn hướng để dẫn hướng bánh xe và truyền tải lực kéo hoặc lực phanh.
Hình 2.6: số dạng thanh xoắn a, b và e Thanh xoắn tiết diện tròn loại đơn; d Thanh xoắn tiết diện tròn ghép chum; c Thanh xoắn dạng tấm dẹt ghép chùm
Hình 2.7: Moomen tác động lên thanh xoắn
Nó là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó cản lại
“sự lắc” của xe Một đầu thanh xoắn được cố định vào khung, đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn
Thanh xoắn cũng có thể được dùng làm thanh ổn định a, Ưu điểm:
- Chiếm ít không gian, ít phải chăm sóc;
- Đơn giản, gọn, dễ chế tạo;
- Có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe;
- Mức độ hấp thụ năng lượng lớn so với phần tử đàn hồi khác nên hệ thống treo có thể làm nhẹ hơn, bố trí đơn giản hơn;
- Trên xe con bộ phận đàn hồi thanh xoắn được sử dụng phổ biến chỉ sau lò xo xoắn ốc b, Nhược điểm:
Không có khả năng kiểm soát được dao động vì vậy cần có giảm chấn kèm theo
Bộ phận giảm chấn được sử dụng trên xe là giảm chấn loại ống dơn
Nó được nạp khí nitơ áp suất cao (20 – 30 kgf/cm2) Đặc tính:
Toả nhiệt tốt vì ống đơn tiếp xúc trực tiếp với không khí
Một đầu ống được nạp khí áp suất cao và hoàn toàn cách ly với chất lỏng nhờ pittông tự do, giúp ngăn chặn sự xuất hiện của lỗ xâm thực và bọt khí trong quá trình vận hành Kết cấu này đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả.
Giảm tiếng ồn rất nhiều
Hình 2.8: Cấu tạo giảm chấn đơn
2.4.3.2.Nguyên lý hoạt động a, Qúa trình nén:
Trong quá trình nén, pittông di chuyển xuống tạo ra áp suất cao hơn trong buồng dưới so với buồng trên Kết quả là, chất lỏng trong buồng dưới được ép lên buồng trên thông qua van pittông Lúc này, lực giảm chấn được sinh ra do sức cản của dòng chảy qua van.
Hình 2.9: Quá trình nén của giảm chấn
Khí cao áp tạo ra áp lực lớn lên chất lỏng trong buồng dưới, buộc chất lỏng chảy nhanh và êm vào buồng trên trong quá trình nén, giúp duy trì ổn định lực giảm chấn.
Trong quá trình giãn, pittông di chuyển lên, tạo ra áp suất cao hơn trong buồng trên so với buồng dưới Điều này khiến chất lỏng trong buồng trên bị ép xuống buồng dưới qua van pittông, với sức cản của dòng chảy qua van đóng vai trò như một lực giảm chấn.
Khi pittông chuyển động lên, một phần của nó cần dịch chuyển ra khỏi xi lanh, tạo ra khoảng trống Để bù đắp cho khoảng trống này, pittông tự do được đẩy lên nhờ khí cao áp ở dưới, với khoảng cách tương đương với thể tích thiếu hụt.
Hình 2.10: Quá trình giãn của giảm chấn Ưu điểm
Giảm xóc đơn, với thiết kế nhỏ gọn, là lựa chọn hàng đầu cho các loại xe tập trung vào tốc độ Đối với xe máy điện, hệ thống giảm xóc đơn mang lại khả năng vận hành nhanh chóng, mượt mà và êm ái, đặc biệt khi thực hiện các thao tác phanh và vào cua.
- Khả năng hấp thụ lực tốt, tản nhiệt hiệu quả, dễ dàng lắp đặt cho nhiều loại xe
- Không gây nên tình trạng có bong bóng trong giảm xóc khi đang hoạt động
- Lực giảm xóc ổn định, được tạo ra liên tục
- Cấu tạo của giảm xóc đơn cho phép không giới hạn trong góc cài đặt
- Khi nhiệt độ tăng, dầu giải phóng nhiệt dễ hơn
Giảm xóc đơn thường được lắp đặt ở bánh trước của xe và được thiết kế cho một người ngồi, do đó chịu áp lực thấp hơn so với các loại giảm xóc khác.
- Xi lanh mỏng, dễ hư hỏng, áp suất khí cao
- Chỉ làm việc tốt ở những đoạn đường trơn tru, ở đoạn đường gồ ghề thường làm cảm giác khó lái
Trên xe con, vấu cao su thường được tích hợp trong vỏ của giảm chấn, giúp tăng cứng và hạn chế hành trình của bánh xe Chúng không chỉ giảm thiểu hành trình làm việc của bánh xe mà còn hấp thụ dao động nhờ vào nội ma sát sinh ra khi vấu cao su bị biến dạng dưới tác động của ngoại lực.
- Có độ bền cao, không có tiếng ồn, không cần bôi trơn, bảo dưỡng;
- Đường đặc tính của cao su là phi tuyến tính nên dễ thích hợp với đường đặc tính mà ta mong muốn
Kết luận chương 2
Hệ thống treo trên xe ô tô Toyota Vios sử dụng kiểu độc lập Macpherson ở phía trước, phía sau là phụ thuộc kiểu dầm xoắn
Treo trước có kết cấu 3 phần tử chính như những hệ thống treo khác đó là phần tử dẫn hướng, phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn
Treo sau là hệ thống gồm hai bên bánh xe, mỗi bên có hai tay đòn được hàn cố định với một tay đòn ở giữa Trong quá trình vận hành, khi một bánh xe bị tác động, bánh còn lại cũng sẽ bị ảnh hưởng Tuy nhiên, thực tế không phải lúc nào cũng như vậy, vì đôi khi hai bánh có thể dập dềnh liên tục, dẫn đến việc thanh xoắn trung gian bị vặn xoắn liên tục.
CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Khái quát các thông số đầu vào
Các thông số đầu vào cơ bản được liệt kê trong bảng dưới đây
Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Chú thích
Chiều dài cơ sở L 0 2550 mm
Chiều rộng cơ sở B 0 1470/1460 mm
Chiều dài tổng thể L 4410 mm
Chiều rộng tổng thể B 1700 mm
Chiều cao tổng thể h 1475 mm
Bảng 3-1: Bảng thông số đầu vào
Tính bán kính lốp xe
Ta có thông số lốp 185 /60 R15
Lốp xe có độ rộng 185 mm và tỷ lệ tương quan giữa độ cao và độ rộng là 60%, nghĩa là độ cao của bề mặt lốp tương đương 60% độ rộng của nó.
+, R15 đường kính mâm bằng 15 inch
Ta có công thức tính đường kính: Đường kính trong ( R?? x 25.4) + cho 2 lần chiều cao lốp ( 2x( 185x 0.6 ) Vậy d = (15x25.4) + 2x(185x0.6) = 603 mm
Xác định độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước và sau
Đặc tính đàn hồi mô tả mối quan hệ giữa phản lực pháp tuyến (Z) tác động lên bánh xe và độ biến dạng của hệ thống treo (f) tại trục bánh xe, thể hiện qua hàm Z = g(f) Đặc tính này thường được xây dựng dựa trên một số giả thiết nhất định.
Bỏ qua ma sát và khối lượng của phần không được treo, nếu có số liệu về khối lượng này, có thể trừ đi khi tính phản lực Z Đặc tính được xem như có dạng tuyến tính.
- Đặc tính đàn hồi yêu cầu của hệ thống treo phải đi qua hai điểm: A(ft ,
Zt), B(fđ , Zđ), trong đó:
Z t : tải trọng tĩnh tác dụng tại bánh xe gây ra biến dạng f t f t : biến dạng tĩnh của hệ thống treo đo tại trục bánh xe
Z đ : tải trọng động tác dụng lên bánh xe gây ra biến dạng f đ f đ : biến dạng thêm của hệ thống treo dưới tác dụng của tải trọng động
Để xây dựng đặc tính đàn hồi cho hệ thống treo, trước tiên cần xác định hai điểm quan trọng: điểm A (ft, Zt) và điểm B (fđ, Zđ) Hình 3.1 minh họa đồ thị đặc tính đàn hồi của hệ thống treo, với tải trọng tác dụng lên hệ thống treo phía trước.
Xác định Ztt, ta có:
Tải trọng tác dụng ôtô đầy tải : G = Gat - Gkt [Kg]
Gat: trọng lượng toàn bộ phân bố lên cầu trước,Gat = 800[Kg]
Gkt: trọng lượng phần không được treo ở cầu trước [Kg]
Với: Gkt= Gct+ 2.Gbx [Kg]
Gct: trọng lượng của cầu trước [Kg]
Gbx: trọng lượng của bánh xe [Kg]
Do đó ta được: G = Gat - (Gct+ 2.Gbx)
Z tt = G/2r0/2= 360 (Kg) b) Tải trọng tác dụng lên hệ thống treo sau
Xác định Zts, ta có:
Tải trọng tác dụng ôtô đầy tải : G = Gat - Gkt [Kg]
Gas: trọng lượng toàn bộ phân bố lên cầu trước,Gas = 700[Kg]
Gks: trọng lượng phần không được treo ở cầu trước [Kg]
Với: Gks= Gcs+ 2.Gbx [Kg]
Gcs: trọng lượng của cầu sau [Kg]
Gbx: trọng lượng của bánh xe [Kg]
Do đó ta được: G = Gas - (Gcs + 2.Gbx)
Zts= G/2Y0/2= 295 (Kg) c, Xác định độ biến dạng
Biến dạng tĩnh của hệ thống treo đo tại trục bánh xe f t được xác định trên cơ sở tiêu chuẩn về độ êm dịu, đối với xe con : f t = 1525 cm
Mặt khác ta có: f t = (300/n) 2 n - số dao động trong 1 phút với f t (cm)
Xe con có tần số dao động n từ 60 đến 90 lần/phút, chọn n = 70 Từ đó, ta tính được f tt ≈ 180 mm Để xác định Z đt, tải trọng động của xe tác động lên hệ thống treo được xác định.
Hệ số tải trọng động (k đ) có giá trị từ 1,75 đến 2,5 Đối với xe chở khách, k đ thường nằm ở giới hạn thấp, trong khi đối với xe tải, k đ lại nằm ở giới hạn cao Vì vậy, chúng ta chọn k đ = 1,75.
Xác định lực f đt trong hệ thống treo là rất quan trọng để đảm bảo thùng xe không va đập liên tục vào ụ hạn chế Lực f đ cần đủ lớn để duy trì sự ổn định của ôtô, nhưng không quá lớn để tránh làm giảm tính ổn định, gây phức tạp cho việc truyền động lái và tăng yêu cầu cho bộ phận hướng Ngoài ra, lực này cũng ảnh hưởng đến khoảng sáng gầm xe trong hệ thống treo độc lập.
Sử dụng ụ cao su hạn chế hành trình f đ , cao su có đặc tính đàn hồi gần tuyến tính Bộ phận đàn hồi chạm vào ụ cao su khi Z = Z max
Xác định f cs : Xe du lịch có: f cs = (0,350,4).f đ [mm] f cs - biến dạng của cao su [mm]
Ta có : f cst = (0,350,4).f đt = (0,350,4).144 P,457.6 (mm) Chọn f cst = 50 (mm) Ụ cao su có chiều cao h cs , ta có:ℎ 𝑐𝑠 ≥ 3
Tính toán động học hệ thống treo trước Mc Pherson
3.4.1 Kiểm tra sơ đồ động học:
Tên Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Góc nghiêng ngang trụ đứng δ0 13 0 Độ
Góc nghiêng ngang bánh trước γ0 0 Độ
Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng là 30 mm, với độ võng tĩnh đạt 180 mm và độ võng động là 144 mm Hệ thống treo khi không tải có độ võng tĩnh là 146 mm.
Khoảng cách từ tâm quay bánh xe đến đòn dưới
Khoảng cách từ mặt đường tới tâm quay trụ đứng h02 900 mm
Bảng 3-2: Bảng thông số hình học
* Xây dựng họa đồ động học hệ thống treo Mc.Pherson:
- Kẻ đường nằm ngang dd để biểu diễn mặt phẳng đường
- Vẽ đường trục đối xứng của xe A 0 m, A 0 m vuông góc với dd tại A 0
Trong các đoạn trên thì chiều các đoạn lấy hướng lên trên, còn đoạn A3A4 mang dấu âm nên hướng xuống dưới
- Trên mặt phẳng đường A0d đặt: 𝐴 0 𝐵 0 = 𝐵
Với B0 là điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường
- Tại B0 dựng Boz vuông góc với dd
- Trên đường A0Bo lấy ra phía trong đoạn A0B0 một đoạn: 𝐵 0 𝐶 0 |𝑟 0 | = 30𝑚𝑚
- Tại C0 dựng đường C0n tạo với phương thẳng đứng một góc: δ0= 13 0
- Trên đường C0n tìm điểm O2 là điểm liên kết giảm chấn với tai xe, O2 cách mặt đường một đoạn là 900 mm
- Tại B dựng đường vuông góc với B0z, cắt C0n tại điểm C2
Vậy C2 là điểm nối cứng của trục bánh xe với trụ xoay đứng
- Trên C0n từ điểm C2 đặt phía dưới một đoạn: 𝐶 2 𝐶 1 = 𝐾 𝑟
C1C2 là khoảng cách từ tâm trục bánh xe tới khớp quay ngoài đòn ngang
C1 là vị trí khớp quay ngoài của đòn ngang ở vị trí không tải
Tại vị trí này tâm quay của đòn ngang phải cao hơn hoặc ngang bằng vị trí A4 trên đường A0m
Để xác định vị trí khớp trong của đòn ngang ở trạng thái đầy tải, ta cần xem xét khi hệ thống treo bị biến dạng lớn nhất Trong trường hợp này, nếu thùng xe được giữ cố định, bánh xe sẽ di chuyển tịnh tiến đến điểm B1.
Nếu coi khoảng cách giữa hai vết bánh xe ở trạng thái này là không đổi so với trạng thái khi không tải
- Nối D0 với O2 thì D0O2 là đường tâm quay trụ xoay đứng khi ở trạng thái đầy tải (hệ thống treo biến dạng lớn nhất)
Trong quá trình bánh xe dịch chuyển khoảng cách C0C1 là không thay đổi
Do đó trên đường D0O2 ta lấy đoạn: 𝐷 0 𝐷 1 = 𝐶 𝑜 𝐶 1
D1 chính là vị trí khớp cầu ngoài của đòn ngang ở chế độ đầy tải
Như vậy C1 và D1 sẽ cùng có tâm là khớp trụ trong O1 của đòn ngang, bán kính là chiều dài đòn ngang lđ (chưa biết)
Tâm khớp trụ trong O1 phải nằm trên đường trung trực của đoạn C1D1
- Xác định tâm O1 bằng cách:
+ Kẻ đường kk là đường trung trực của đoạn C1D1
+ Từ A4 kẻ đường thẳng tt // dd
+ tt cắt đường thẳng kk tại O1
- Xác định tâm quay tức thời P của bánh xe:
+ Từ O2 kẻ đường vuông góc với O2C0
+ Hai đường thẳng trên cắt nhau tại đâu thì chính là tâm P
- Xác định tâm quay tức thời S của cầu xe cũng như thùng xe trong mặt phẳng ngang cầu xe
+PBo giao với Aom tại S
⇒ Đo khoảng cách C1O1 rồi nhân tỷ lệ ra thì ta được độ dài càng chữ A
Hình 3.2: Họa đồ động học hệ thống treo Mc.Pherson
* Xây dựng họa đồ kiểm tra động học hệ thống treo Mc.Pherson:
Khi xác định độ dài đòn ngang Lđ, chúng ta có thể xây dựng họa đồ thể hiện sự thay đổi góc nghiêng của giảm chấn và đòn ngang khi độ võng của thân xe hoặc độ đi lên của bánh xe thay đổi.
Hình 3.3: Họa đồ kiểm tra động học hệ thống treo Mc.Pherson
3.4.2 Các chế độ tải trọng:
3.4.2.1 Trường hợp chỉ chịu tải trọng động (chỉ có lực Z, không có lực X và Y)
Trong đó: kđ: hệ số tải trọng động (kđ = 1,8-2,5)
Ztt: tải trọng thẳng đứng tính cho một bên bánh xe
Hình 3.4: Sơ đồ lực trong trường hợp chịu tải trọng động
- Phản lực Z đặt tại bánh xe gây nên đối với trục đứng AB:
ZAB cân bằng với Zlx: Zlx = 6750.cos13 = 6577 (N)
- Tại đầu A lực dọc theo phương giảm chấn tác dụng:
- Lực Z gây ra lực ngang ZY và MZ:
Z- Tải trọng động thẳng đứng tác dụng lên một bánh xe ro- Bán kính quay bánh xe quanh trụ đứng (ro=0,03 m)
ZAB- Lực dọc theo phương trụ đứng
ZY- Lực ngang tác dụng lên bánh xe δ- Góc nghiêng ngang trụ đứng (δ= 13 o )
- Mz tạo nên 2 phản lực ở A và B là: AMz và BMz
- ZY gây nên hai phản lực là AZY và BZY:
3.4.2.2 Trường hợp chỉ chịu lực phanh cực đại (chỉ có lực X và Z, không có lực Y)
Ztt: tải trọng thẳng đứng tính cho một bên bánh xe mp: hệ số phân bố tải trọng khi phanh gấp
Xmax: lực dọc lớn nhất tác dụng tại điểm tiếp xúc của bánh với mặt đường φ: hệ số bám dọc (φ= 0,75)
Hình 3.5: Sơ đồ lực trong trường hợp chịu lực phanh cực đại
- Phân tích tác dụng của lực Z và các phản lực tác dụng như phần trên
- Phản lực X đặt tại bánh xe gây nên đối với trụ đứng AB như hình vẽ trên
- Lực dọc X chuyển về tâm trục bánh xe được 2 thành phần Xo và Mx:
+ Lực X0 gây nên các phản lực tại A và B là Ax và Bx:]
Do mô men Mx gây nên tại A và B
- Lực X gây nên đòn ngang lái đặt tại điểm S là SY tạo nên các phản lực:
Trong đó: ls là chiều dài đòn ngang lái
Chọn: s= m; t= n; và tỷ số truyền ro/ls0/40=0,75
Trong đó: s,t: là kích thước để lắp đòn ngang
Như vậy các lực tác dụng lên trụ đứng: Ở đầu A:
CX gây nên các thành phần phản lực tại gối D và E
CY gây nên các phản lực tại gối D và E:
Tại D có: DX; DY; DYX
Tại E có: EX; EY; EYX
3.4.2.3 Trường hợp chỉ chịu lực bên cực đại (chỉ có lực Y và Z, không có lực X)
B- Chiều rộng vết bánh xe (B= 1,54 mm) hg: chiều cao trọng tâm xe (hg= 0,5 m) φy: hệ số bám ngang (φy= 1)
Hình 3.6: Sơ đồ lực trong trường hợp chịu lực bên cực đại
- Tác dụng của thành phần lực Z và các phản lực khác tương tự như ở trên
- Tác dụng của thành phần lực ngang Y như hình vẽ trên
- Lực ngang Y gây nên đối với trụ đứng AB các phản lực AY và BY
- Các lực tác dụng lên trụ đứng:
- Các lực tác dụng lên đòn ngang:
Kết luận chương 3
250 = 75 [mm] chọn hcst= 75 (mm) Trường hợp chỉ chịu tải trọng động (chỉ có lực Z, không có lực X và Y)
Z= Zttkđ = 3375.2g50( N) Trường hợp chỉ chịu lực phanh cực đại (chỉ có lực X và Z, không lực Y)
Z= Ztt mp = 3375.1,2 = 4050 (N) Trường hợp chỉ chịu lực bên cực đại (chỉ có lực Y và Z, không có lực X)
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO TOYOTA VIOS 2014 BẰNG PHẦN MỀM CARSIM
Giới thiệu phần mềm Carsim
CarSim là sản phẩm phần mềm của Tập đoàn Mechanical Simulation (USA) – một công ty phần mềm chuyên về động lực học xe được thành lập năm
Năm 1996, Mechanical Simulation (USA) được hình thành từ Trường Đại học của Viện Nghiên cứu Giao thông Vận tải Michigan (UMTRI) Đến nay, công ty đã tích lũy hơn 30 năm kinh nghiệm trong việc phát triển phần mềm mô phỏng động lực học xe.
CarSim là phần mềm mô phỏng động lực học xe tiên tiến, được phát triển liên tục từ năm 1990, dựa trên công nghệ VehicleSim (VS) và tập trung vào tính năng.
Dùng mô hình toán học dạng tham số để tái tạo hành vi động lực học cấp độ hệ thống.
Giao diện người dùng đồ họa (GUI) dễ sử dụng, công cụ VS Visualizer cho phép xem mô phỏng với đồ thị và hình ảnh động thực tế
Hình 4.1: Màn hình giao diện Carsim
Dữ liệu đầu vào dạng đồ họa:
Bài viết đề cập đến các thành phần quan trọng trong mô phỏng xe, bao gồm cơ sở dữ liệu mô hình xe và cơ sở dữ liệu đầu vào kiểm soát như tốc độ, lái, phanh, van ga, mô hình lái xe và thông tin bề mặt đường Ngoài ra, các thiết lập mô phỏng như thời gian bắt đầu, khoảng cách và tần suất mô phỏng cũng được nhấn mạnh để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình mô phỏng.
- Cơ sở dữ liệu được tổ chức với hơn 175 nhóm dữ liệu dạng màn hình đồ họa.
- Mỗi màn hình truy cập một thư viện các bộ dữ liệu.
- Điều hướng như một trình duyệt web.
- Dùng thực đơn kéo xuống để chọn bộ dữ liệu từ thư viện.
- Màn hình hiển thị dữ liệu trong ngữ cảnh.
- Trợ giúp trực tuyến cho tất cả điều khiển.
- Dễ dàng sao chép các bộ dữ liệu hiện có và thực hiện thay đổi.
- Các lần chạy quá khứ là một phần của cơ sở dữ liệu CarSim.
Bộ giải mô hình toán học của xe được thiết kế để giải các phương trình vi phân mô tả động lực học của xe dựa trên các biến trạng thái đầu vào Từ năm 1990, Trường Đại học của Viện nghiên cứu giao thông vận tải Michigan (UMTRI) đã nghiên cứu và phát triển bộ giải này liên tục Nó cung cấp các mô hình toán học chính xác cao, hỗ trợ tính toán song song hiệu quả, giảm thiểu sai số, nâng cao độ tin cậy của phần mềm và tăng tốc độ tính toán.
Hình 4.2: Bộ giải mô hình toán học
Bộ hiển thị kết quả chạy mô phỏng
Hiển thị kết quả bằng hình ảnh động 3D trực quan và đồ thị.
Người dùng có thể tạo đồ thị dựa trên các biến tùy chọn với hơn 500 bộ biến khác nhau Hệ thống cũng hỗ trợ xuất dữ liệu sang các phần mềm như MatLab và Excel.
Các lĩnh vực ứng dụng của CarSim
- Kiểm soát ổn định điện tử
- Kiểm soát hành trình thích ứng
- Hệ thống treo chủ động
- Hệ thống lái trợ lực điện tử
- Kéo rơ moóc chống lắc
- Bộ mô phỏng lái xe
- Công nghệ trợ giúp lái xe tiên tiến (ADAS)
- Công nghệ tương tác Xe-Xe (Vehicle-to-Vehicle V2V)
- Công nghệ tương tác Xe-Hạ tầng (Vehicle-to-Infrastructure V2I)
- Nghiên cứu tiết kiệm nhiên liệu
Các khả năng của CarSim
- Dự đoán chuyển động tổng thể của xe đối với:
- Tương tác với nền đường và không khí
- Rất chính xác đối với các thử nghiệm mức độ hệ thống cho:
- Phanh, thiết bị lái, gia tốc, độ ổn định
- Các thử nghiệm liên quan đến hệ thống xe
- Rất dễ học và sử dụng
- Nhanh, hỗ trợ phần cứng trong vòng lặp (HIL) thời gian thực.
- Làm việc tốt với các phần mềm thứ ba: MatLab, Simulink….
Mô phỏng trên phần mềm Carsim
4.2.1 Nhập dữ liệu vào phần mềm a, Dữ liệu đầu vào
Hình 4.3: Dữ Liệu đầu vào của xe Toyota Visos 2014 b, Nhập dữ liệu đầu vào
Mở trình duyệt Carsim và truy cập vào datasets để bắt đầu phần thử nghiệm hệ thống treo Để phù hợp với Toyota Vios, hãy chọn loại xe sedan D-class Giữ nguyên các thông số mặc định của Carsim như hệ thống lái, phanh và hộp số, chỉ điều chỉnh các thông số cần thiết cho thử nghiệm.
Hình 4.4: Giao diện của phần mềm thay đỏi model xe
Để thay đổi thông số cho xe, bạn hãy nhấp vào "Vehicle configuration" và lựa chọn các tùy chọn phù hợp Cụ thể, hãy chọn treo trước là loại độc lập và treo sau là dầm xoắn.
Hình 4.5: Giao diện thông số xe Toyota Vios 2014 Ở phần Sprung mass ta cài đặt số liệu như hình dưới đây:
Hình 4.6: Thông số cơ bản của xe
Cài đặt hệ thống treo trước:
Hình 4.7: Thông số hệ thống treo trước
Hình 4.8: Giao diện tùy chỉnh hệ thống treo trước
Cài đặt hệ thống treo sau:
Hình 4.9: Thông số hệ thống treo sau
Hình 4.10: Giao diện tùy chỉnh hệ thống treo sau Ở giao diện điều kiện mô phỏng ta có:
Không đánh lái và phanh khi xe đang chạy Địa hình mô phỏng ta mô phỏng:
Hình 4.11: Giao diện địa hình Đồ thị ta chọn các đồ thị như hình dưới:
➢ Đồ thị biểu diễn gia tốc dịch chuyển dọc của tâm khối lượng được treo
➢ Đồ thị biểu diễn gia tốc dịch chuyển ngang của tâm khối lượng được treo
➢ Đồ thị biểu diễn gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của tâm khối lượng được treo
➢ Lực giảm chấn của hệ thống treo theo thời gian
➢ Đồ thị thể hiện biên độ dịch chuyển thẳng đứng của cầu trước
➢ Đồ thị thể hiện biên độ dịch chuyển thẳng đứng của cầu sau
Hình 4.12: Các đồ thị hiển thị
4.2.2 Xuất dữ liệu phần mềm a, Cách xuất dữ liệu
Nhấn vào “Chạy mô hình toán” để phần mềm thực hiện tính toán và chạy chương trình Tiếp theo, nhấn vào “Animate” để theo dõi quá trình thử nghiệm xe trên mặt đường đã được chỉ định Cuối cùng, nhấn “Plot” để xuất đồ thị.
Hình 4.13: Cách xuất video và đồ thị b, Kết quả xuất đồ thị và video
Video mô phỏng cho thấy sự khác biệt trong ảnh hưởng lên hai bánh xe trái và phải khi một bên chịu lực, đặc biệt trong hệ thống treo trước kiểu Macpherson và treo sau dạng dầm xoắn.
Hình 4.14: Mô phỏng sự khác nhau giữa hai hệ thống treo
• Mô phỏng sự ảnh hưởng của tốc độ lên sự ổn định của xe
Hình 4.15: Mô phỏng xe chạy với vận tốc 60km/h
Với vận tốc 60km/h xe di chuyển trên đường được mô phỏng khá ổn định, không thấy sự chao đảo của xe
Hình 4.16: Mô phỏng xe chạy với vận tốc 120km/h
Với vận tốc 120km/h xe di chuyển trên đường được mô phỏng không được ổn định, xe có sự rung lắc mạnh và lệch lái
Hình 4.17: Xuất đồ thị khi xe ở vận tốc 60km/h
Hình 4.18: Xuất đồ thị khi xe ở vận tốc 120km/h
- Ảnh hưởng giữa hai bánh xe ở hệ thống treo Macpherson là ít hơn hệ thống treo dầm xoắn đúng với định nghĩa của 2 hệ thống treo
- Giá trị biên độ các thông số giao động đạt cực đại tại vùng tần số cộng hưởng
- Để tránh sự rung lắc và ổn định lái của xe phải giảm tốc khi đi trên đường xấu
Khi ô tô di chuyển trên địa hình gồ ghề, xe sẽ chịu tác động của các dao động từ mặt đường, điều này không chỉ ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ của xe mà còn đến hàng hóa bên trong Do đó, việc đảm bảo độ êm ái trong xe là vô cùng quan trọng để bảo vệ cả phương tiện và hàng hóa.
Hệ thống treo của Toyota Vios 2014 hiệu quả trong việc giảm thiểu giao động khi di chuyển trên địa hình gồ ghề, đồng thời hạn chế lực va đập tác động lên xe Nhờ đó, xe di chuyển ổn định với tốc độ phù hợp.
