Khi ô tô 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 trò 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.
Cơ sở lí thuyết
Giới thiệu
Khi ô tô di chuyển trên bề mặt đường không bằng phẳng, xe phải chịu tải trọng dao động từ các chỗ mấp mô Những dao động này không chỉ ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ của xe mà còn tạo ra cảm giác khó chịu cho hành khách bên trong.
Tính êm dịu trong chuyển động là một chỉ tiêu quan trọng của xe, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó hệ thống treo đóng vai trò quyết định Hiện nay, xe con thường sử dụng hai loại hệ thống treo chính: hệ thống treo phụ thuộc và hệ thống treo độc lập Mặc dù khác nhau về cấu tạo, cả hai đều nhằm mục đích giảm xóc khi xe di chuyển trên đường không bằng phẳng, cho phép bánh xe dao động theo phương thẳng đứng, tránh dao động lắc ngang và lắc dọc, đồng thời đảm bảo truyền lực và mômen ổn định Nếu hệ giảm chấn quá mềm, hệ thống treo sẽ tạo ra nhiều rung động đàn hồi, trong khi hệ quá cứng sẽ khiến xe bị xóc mạnh.
Hệ thống treo là bộ phận kết nối đàn hồi giữa khung hoặc vỏ ô tô và các cầu, có nhiệm vụ chính là giúp ô tô di chuyển êm ái trên các bề mặt đường không bằng phẳng Bên cạnh đó, hệ thống treo còn có chức năng truyền tải lực và mômen từ bánh xe lên khung hoặc vỏ xe, đảm bảo tính chính xác trong động học của bánh xe.
Cấu tạo hệ thống treo trên ô tô
Hệ thống treo cần có 3 thành phần cơ bản sau: bộ phận đàn hồi, bộ phận giảm chấn và bộ phận dẫn hướng
Bộ phận đàn hồi giúp hấp thụ dao động từ mặt đường, giảm tải trọng động lên khung xe, tạo điều kiện cho bánh xe dao động và đảm bảo độ êm dịu cho xe Hiện nay, có các kiểu chính của bộ phận đàn hồi.
Nhíp là một thành phần quan trọng trong hệ thống treo, đảm nhiệm vai trò của cả ba bộ phận Với khả năng chịu tải cao, nhíp thường được sử dụng chủ yếu trên xe tải, tuy nhiên, độ êm dịu của nó lại thấp.
Lò xo là công nghệ chế tạo đơn giản, mang lại độ êm dịu tốt nhưng lại khó bố trí Công nghệ này thường được sử dụng phổ biến trên hầu hết các dòng xe con như Hyundai Grand i10, Honda Civic, và Toyota Camry.
- Thanh xoắn: công nghệ chế tạo phức tạp nhưng dễ bố trí (vẫn sử dụng trên nhiều dòng xe).
- Khí nén: dùng cho những dòng xe cần tải lớn và độ êm dịu cao như xe khách trên
Hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử được áp dụng trên nhiều loại xe, bao gồm cả xe bus 29 chỗ và các dòng xe sang như Mercedes S-Class và BMW 7-series.
Chức năng chính của hệ thống này là giảm thiểu dao động giữa bánh xe và thân xe, từ đó cải thiện độ bám đường, tăng cường sự êm ái và ổn định trong quá 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: giảm chấn dạng ống, được dẫn động trực tiếp và sử dụng phổ biến, và giảm chấn dạng đòn, dẫn động gián tiếp qua hệ thống đòn, phức tạp hơn nên ít được sử dụng trong ô tô hiện nay.
- Giảm chấn ma sát: nhíp cũng đóng vai trò 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 trò 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.
Có hai kiểu dẫn hướng chính trong hệ thống treo xe, bao gồm nhíp cho xe tải và cơ cấu tay đòn cho xe con Việc bố trí và sắp xếp các tay đòn cho phép các nhà thiết kế phát triển nhiều kiểu hệ thống treo khác nhau, như hệ thống treo MacPherson, tay đòn kép (double wishbone) và đa liên kết (multi-link).
Các loại hệ thống treo cơ bản trên ô tô
Hệ thống treo có thể được phân loại dựa trên các yếu tố cấu tạo, nhưng bài viết này sẽ tập trung vào phân loại theo bộ phận dẫn hướng Theo cách này, hệ thống treo được chia thành hai loại chính: 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-on- frame) 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
Hệ thống treo độc lập khác với hệ thống treo phụ thuộc ở chỗ các bánh xe được gắn với thân xe một cách độc lập, cho phép chúng chuyển động riêng lẻ mà không ảnh hưởng đến nhau Điều này giúp kiểm soát tốt hơn các dao động từ mặt đường lên khung vỏ xe Một số kiểu hệ thống treo độc lập tiêu biểu bao gồm hệ thống treo MacPherson, hệ thống treo tay đòn kép (double wishbone) và hệ thống treo đa liên kết (multi-link).
Hệ thống treo độc lập mang lại khả năng bám đường tốt hơn và êm dịu hơn nhờ phần không được treo nhỏ Mặc dù không có dầm cầu liền nối thân xe, điều này cho phép hạ thấp trọng tâm xe, nhưng cấu trúc và thành phần của hệ thống treo độc lập lại phức tạp hơn.
Hệ thống treo độc lập là một công nghệ phổ biến trên ô tô, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều mẫu xe như Honda Civic, Honda CR-V và Toyota Camry với cấu hình treo trước MacPherson và treo sau đa liên kết Ngoài ra, Mercedes C-Class và GLE-Class cũng sử dụng hệ thống treo đa liên kết và tay đòn kép, mang lại hiệu suất vận hành tối ưu cho xe.
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, ToyotaVios.
Hệ thống treo khí nén - điện tử
Hệ thống treo khí nén - điện tử EAS (Electronic Air Suspension) là sản phẩm của việc áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến và kỹ thuật cơ - điện tử, giúp giảm thiểu độ rung và xóc cho xe, mang lại trải nghiệm lái xe mượt mà và thoải mái hơn.
Mô phỏng hệ thống treo khí nén-điện tử EAS
Người điều khiển có thể dễ dàng chọn chế độ "Comfort" hoặc "Sport" thông qua công tắc điều khiển, giúp điều chỉnh độ đàn hồi phù hợp với nhu cầu vận hành của xe Chế độ "Comfort" mang lại sự êm ái tuyệt đối cho hành khách, trong khi chế độ "Sport" tăng cường độ ổn định và an toàn khi xe di chuyển ở tốc độ cao.
4.1 Hệ thống treo khí nén-điện tử là gì:
Hệ thống treo xe sử dụng nhíp lá và lò xo xoắn đã xuất hiện từ lâu nhưng chưa đáp ứng được yêu cầu cao về độ êm ái cho xe con Hệ thống treo khí nén, mặc dù không phải là phát minh mới và đã có từ những năm 1950 cùng với hệ thống treo Mac Pherson, vẫn chưa thể thay thế hoàn toàn các loại lò xo truyền thống do công nghệ vật liệu thời kỳ đó chưa đủ khả năng đảm bảo độ bền và yêu cầu kỹ thuật cho các chi tiết trong hệ thống Do đó, lò xo xoắn, nhíp lá và thanh xoắn vẫn được sử dụng để làm cơ cấu giảm chấn.
Ngày nay, các nhà thiết kế ôtô đã ứng dụng công nghệ vật liệu và kỹ thuật cơ - điện tử tiên tiến để phát triển hệ thống treo khí nén - điện tử EAS, được sử dụng cho các dòng xe cao cấp như Audi, BMW, Lexus, và Mercedes Hệ thống này cho phép người lái điều chỉnh độ đàn hồi phù hợp với chế độ vận hành thông qua công tắc chọn chế độ Comfort hoặc Sport Chế độ "Comfort" mang lại sự êm dịu tối đa cho hành khách, trong khi chế độ "Sport" tăng cường độ ổn định và an toàn khi xe di chuyển 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:
Hệ thống treo của xe bao gồm nhiều chi tiết quan trọng, trong đó có giảm xóc khí nén tự động điều chỉnh độ giảm chấn, cảm biến gia tốc và ECU (hộp điều khiển điện tử) Ngoài ra, hệ thống còn có cảm biến độ cao, cụm van phân phối và cảm biến áp suất khí nén, máy nén khí, bình chứa khí nén và đường dẫn khí Những thành phần này phối hợp chặt chẽ để đảm bảo hiệu suất và sự ổn định của xe trong suốt quá trình di chuyển.
Khi động cơ chưa hoạt động, bình chứa khí nén với áp suất thấp cung cấp khí nén dự trữ cho hệ thống treo Khi động cơ hoạt động, khí nén được cấp vào khoang khí qua các van điện từ Trong quá trình di chuyển, khi tải trọng trên các bánh xe thay đổi, các van cảm biến gửi tín hiệu đến ECU để điều khiển van điện từ, từ đó điều chỉnh áp suất trong khoang khí nén và ổn định chiều cao thân xe Hệ thống tự động điều khiển 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 nguyên lý đàn hồi của không khí khi bị nén, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội Với khả năng giảm chấn hiệu quả, hệ thống này có thể hấp thụ những rung động nhỏ, tạo ra chuyển động êm ái hơn so với lò xo kim loại Bên cạnh đó, nó cho phép điều chỉnh dễ dàng độ cao sàn xe và độ cứng của lò xo giảm chấn, nâng cao trải nghiệm lái xe.
Khi máy nén hoạt động, khí được cung cấp tới từng xi lanh qua các đường dẫn riêng, làm tăng độ cao của xe tương ứng với lượng khí nạp Ngược lại, khi không khí trong các xi lanh được giải phóng qua các van, độ cao của xe sẽ giảm Mỗi xi lanh khí nén có một van điều khiển hoạt động theo chế độ bật - tắt (on - off) để nạp hoặc xả khí theo lệnh của ECU Nhờ sự điều khiển của ECU, độ cứng và độ đàn hồi của giảm chấn trên các bánh xe tự động điều chỉnh theo độ nhấp nhô của mặt đường, giúp ổn định chiều cao của xe.
Tổ hợp các chế độ "giảm chấn, độ cứng lò xo, chiều cao xe" mang lại trải nghiệm êm ái tối ưu cho xe Chẳng hạn, khi chọn chế độ "Comfort", ECU sẽ điều chỉnh lực giảm chấn và độ cứng lò xo ở mức "mềm", đồng thời thiết lập chiều cao xe phù hợp để tăng cường sự thoải mái khi di chuyển.
Ở chế độ "Sport", cần nâng cao tính ổn định của xe khi di chuyển với tốc độ cao và quay vòng Lực giảm chấn trong chế độ này được đánh giá là "trung bình", cùng với độ cứng của lò xo cũng cần được cải thiện để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
"cứng", chiều cao xe "thấp".
4.3 Các bộ phận chính của hệ thống treo khí nén-điện tử: a) Giảm xóc khí nén
Mỗi xi lanh trong hệ thống giảm chấn có khả năng điều chỉnh lực giảm chấn theo ba chế độ: mềm, trung bình và cứng Hệ thống bao gồm một buồng khí chính và một buồng khí phụ, cho phép thay đổi độ cứng lò xo theo hai chế độ: mềm và cứng Ngoài ra, hệ thống còn trang bị màng cao su để điều chỉnh độ cao xe với ba chế độ: thấp, bình thường và cao Lượng khí vào buồng chính của bốn xi lanh khí được kiểm soát thông qua van điều khiển độ cao, có nhiệm vụ cấp và xả khí nén cho các xi lanh phía trước và phía sau Nguồn khí nén cho hệ thống được cung cấp bởi máy nén khí.
Hệ thống cảm biến điều khiển độ cao trước được lắp đặt trên thân xe, với đầu thanh điều khiển kết nối với giá đỡ dưới của giảm chấn Trong khi đó, hệ thống treo sau có cảm biến gắn vào thân xe và đầu thanh điều khiển nối với đòn treo dưới Hệ thống này liên tục theo dõi khoảng cách giữa các thân xe và đòn treo, giúp phát hiện độ cao gầm xe và điều chỉnh lượng khí trong xi lanh một cách hiệu quả.
Khi xe đạt vận tốc 80 km/h, độ cao bình thường sẽ được tự động thiết lập Nếu cảm biến tốc độ ghi nhận kim đồng hồ vượt quá 140 km/h, hệ thống sẽ hạ gầm xe xuống 15mm so với tiêu chuẩn Cảm biến tốc độ có nhiệm vụ ghi nhận và truyền tín hiệu tốc độ đến ECU của hệ thống treo, mang lại lợi ích lớn cho người điều khiển trong việc theo dõi tình hình tốc độ khi di chuyển.
ECU của hệ thống treo: d) bộ chấp hành
Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo được lắp đặt tại đỉnh mỗi xi lanh khí, có chức năng nhận tín hiệu từ các cảm biến để điều chỉnh lực giảm chấn, độ cứng của lò xo và độ cao xe, tùy thuộc vào điều kiện hoạt động của xe.
Hệ thống điều khiển sẽ điều chỉnh van quay của giảm chấn và van khí của xi lanh khí nén, từ đó thay đổi lực giảm chấn và độ cứng của hệ thống treo Điều này giúp hệ thống phản ứng chính xác với những biến đổi liên tục trong điều kiện hoạt động của xe.
Các chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động của ô tô
Khi ô tô di chuyển trên các đoạn đường không bằng phẳng, nó thường phải chịu những dao động từ bề mặt đường gồ ghề Những dao động này không chỉ gây hại cho hệ thống treo và tuổi thọ của xe mà còn ảnh hưởng tiêu cực đến sự thoải mái của hành khách.
Độ êm dịu chuyển động của ôtô là khả năng xe di chuyển trên đường với tốc độ nhất định mà không gây ra va chạm cứng, điều này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của người lái, hành khách và các bộ phận của xe.
Hệ thống treo đàn hồi của xe tạo ra dao động trong quá trình di chuyển, và sự thay đổi liên tục của dao động này có thể ảnh hưởng đến sức khỏe con người Trong những điều kiện nhất định, nó có thể dẫn đến các bệnh lý về thần kinh và não Ngoài ra, các thông số đặc trưng của dao động cũng có thể vượt quá giới hạn cho phép, gây ra những tác động tiêu cực đến sức khỏe.
Hệ thống treo ô tô có thể gặp khó khăn trong việc hấp thụ các xung va đập khi di chuyển trên đường không bằng phẳng, dẫn đến va chạm cứng giữa các chi tiết của phần không được treo và phần được treo Điều này xảy ra khi độ đàn hồi không đủ để tiếp nhận tác động lên bánh xe và thùng xe khi ô tô di chuyển không đều.
Va đập cứng trên xe tăng xảy ra do tốc độ chuyển động quá nhanh, vì vậy để tránh hiện tượng này, cần giảm tốc độ khi di chuyển trên đường xấu Việc lựa chọn không đúng thông số hệ thống treo có thể dẫn đến hiện tượng cộng hưởng, làm tăng dao động của thùng xe Điều này không chỉ làm giảm tốc độ trung bình và khả năng chất tải của xe, mà còn làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu Ngoài ra, nhiên liệu cũng được tiêu tốn để hấp thụ các tải trọng động và dập tắt dao động, trong khi tải trọng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng luôn thay đổi, ảnh hưởng xấu đến tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe.
Vì vậy, độ êm dịu chuyển động của ôtô là một chỉ tiêu rất quan trọng của xe
Độ êm dịu chuyển động của xe ôtô phụ thuộc vào cấu trúc xe, hệ thống treo, cường độ lực từ mặt đường và kỹ thuật lái xe Các thông số như chu kỳ, tần số, biên độ dao động, gia tốc và tốc độ tăng trưởng gia tốc được sử dụng để đánh giá độ êm dịu của chuyển động ôtô.
Các thông số riêng biệt ảnh hưởng đến cảm giác của con người một cách khác nhau, do đó chưa có chỉ tiêu nào duy nhất để đánh giá chính xác độ êm dịu chuyển động của ôtô Để có đánh giá chính xác, thường cần sử dụng nhiều chỉ tiêu khác nhau Dưới đây là một số thông số thường được áp dụng để đánh giá tính êm dịu chuyển động của ôtô.
5.1 Tần số dao động thích hợp:
Con người từ nhỏ đã quen với nhịp điệu bước đi, và mỗi cá nhân có thói quen và vóc dáng riêng, dẫn đến sự khác biệt trong cách bước đi: có người bước dài nhưng chậm, có người bước vừa phải và khoan thai Trung bình, mỗi phút, con người thực hiện từ 60 đến 85 bước đi, tương đương với tần số dao động 60 đến 85 lần/phút Ôtô cũng cần có chuyển động êm dịu, với dao động phát sinh trong khoảng tần số tương tự khi chạy trên mọi địa hình Vì vậy, thiết kế hệ thống treo ôtô cần chú ý đến tần số dao động này để đảm bảo sự thoải mái khi di chuyển.
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
Chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu chuyển động của xe ô tô dựa vào gia tốc thẳng đứng và số lần va đập do bề mặt đường không bằng phẳng gây ra trên mỗi km Để xác định tính êm dịu, xe được cho chạy trên một đoạn đường nhất định, sau đó ghi lại số lần va đập trung bình và gia tốc thẳng đứng Dựa vào hai thông số này, so sánh với đồ thị chuẩn sẽ cho biết mức độ êm dịu của xe Ví dụ, nếu xe chạy trên một loại đường nhất định và đo được 10 lần va đập/km và gia tốc 2 m/s², ta có thể xác định được điểm tương ứng trên đồ thị.
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:
Ngồi lâu trong ôtô có thể gây mệt mỏi do dao động, ảnh hưởng đến năng suất làm việc và sức khỏe lâu dài Các nghiên cứu chỉ ra rằng sau 8 giờ liên tục, con người trở nên nhạy cảm nhất với dải tần số từ 4 Hz.
8Hz Trong dải tần số này các giá trị cho phép của tồn phương gia tốc như sau:
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 toàn 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 nôn do dao động.
Phương pháp đánh giá cơ bản dựa vào giá trị gia tốc trung bình bình phương (r.m.s) là một kỹ thuật quan trọng trong việc đo lường dao động Trọng số gia tốc r.m.s được tính bằng đơn vị (m/s²) cho dao động tịnh tiến và (rad/s²) cho dao động quay.
Trọng số gia tốc r.m.s được tính theo công thức:
Trong nghiên cứu dao động, T đại diện cho khoảng thời gian chịu dao động (s) và aw(t) là gia tốc dao động tịnh tiến hoặc quay, được đo bằng m/s² hoặc rad/s² Đánh giá dao động được thực hiện thông qua đồ thị, trong đó các đường gạch - gạch chỉ ra những vùng cần lưu ý nhằm bảo vệ 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/s 2 Không có cảm giá khó chịu
Có cảm giác chút ít về sự không thoải mái
Từ 0,5 đến 1 m/s 2 Có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái
Từ 0,8 đến 1,6 m/s 2 Không thoải mái
Từ 1,25 đến 2,5 m/s 2 Rất không thoải mái
Lớn hơn 2 m/s 2 Cực kỳ không thoải mái
Phương pháp mô phỏng
Mô hình hóa khối lượng được treo
Khối lượng được treo M bao gồm các cụm và chi tiết như khung, cabin, động cơ và các bộ phận liên quan, ảnh hưởng đến hệ thống treo Trong hệ dao động tương đương, khối lượng này được coi là một vật thể đồng chất, cứng toàn phần, và được biểu diễn như một khối có khối lượng M tập trung tại trọng tâm.
Mô hình hóa khối lượng không được treo
Khối lượng không được treo m bao gồm các cụm và chi tiết mà trọng lượng của chúng không ảnh hưởng đến hệ thống treo Phần không được treo được xem như một vật thể đồng nhất cứng, với khối lượng m tập trung tại tâm bánh xe.
Mô hình hóa hệ thống treo
Hệ thống treo bao gồm 1 giảm chấn có hệ số giảm chấn c và 1 lò xo có độ cứng k.
Mô 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 Hình vẽ Hàm biểu diễn q(t)
Hàm số ảnh Q(P) (qua phép biến đổi Laplace)
ứng dụng Matlab- simscape để mô phỏng hệ thống treo
Trong nghiên cứu về hệ thống treo, có bốn trường hợp chính được xem xét Trường hợp đầu tiên là mô hình hệ thống treo có giảm chấn không được điều khiển kết hợp với mô hình mặt đường loại bước nhảy Trường hợp thứ hai là mô hình hệ thống treo có giảm chấn được điều khiển, cũng với mô hình mặt đường loại bước nhảy Trường hợp thứ ba là mô hình hệ thống treo không điều khiển với mặt đường dạng hình chữ nhật Cuối cùng, trường hợp thứ tư là mô hình hệ thống treo có giảm chấn được điều khiển kết hợp với mặt đường hình chữ nhật.
Kết quả mô phỏng
Trường hợp
và mô hình mặt đường loại bước nhảy( qo=0.1)
Biểu đồ 1: Lực và vận tốc cảu khối lượng được treo M
Biểu đồ 2: Lực và vận tốc của giảm chấn
- Lò xo có độ cứng k:
Biểu đồ 3: Lực, vận tốc và dịch chuyển của lò xo k
Trường hợp
Biểu đồ 4: Lực và vận tốc cảu khối lượng được treo M
Biểu đồ 5: Lực và vận tốc của giảm chấn c
Biểu đồ 6: Lực, vận tốc và dịch chuyển của lò xo k
Trường hơp
và mô hình mặt đường dạng hình chữ nhật (q0=0.1, S0=4).
Biểu đồ 7: Lực và vận tốc của khối lượng được treo M
Biểu đồ 8: Lực và vận tốc của giảm chấn c
Biểu đồ 9: Lực, vận tốc và dịch chuyển của lò xo k
Trường hợp 4
Biểu đồ 10: Lực và vận tốc cảu khối lượng được treo M
Biểu đồ 11: Lực và vận tốc của giảm chấn c
Biểu đồ 12: Lực, vận tốc và dịch chuyển của lò xo k
Nhận xét và giải thích
Các đồ thị kết quả cho thấy rằng khi mặt đường biến đổi, hệ thống treo sẽ xảy ra dao động ở cả phần khối lượng được treo, bao gồm giảm chấn, lò xo và lốp xe, cũng như phần khối lượng không được treo.
+ Trong trường hợp giảm chấn không được điều khiển như trong trường hợp
Trong trường hợp 3, dao động sinh ra có xu hướng tắt dần, nhưng thời gian tắt dao động kéo dài và tần số dao động lớn Sự kéo dài của dao động này khiến người ngồi trên xe cảm thấy không thoải mái và dễ bị mệt mỏi.
Khi giảm chấn được điều khiển, như trong trường hợp 2 và 4, dao động phát sinh có tần số thấp và nhanh chóng bị dập tắt hoàn toàn, mang lại cảm giác êm dịu cho người ngồi trên xe, như thể không có sự rung lắc nào xảy ra.
Trong trường hợp 2 và 4, dao động được dập tắt nhờ bộ điều khiển phát hiện sự bất thường về độ cao, từ đó gửi tín hiệu điều chỉnh độ cứng của giảm chấn Điều này giúp hấp thụ và dập tắt dao động nhanh chóng mà không làm thay đổi độ cao của phần khối lượng treo.
