BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------

NGUYỄN VĂN NGHIÊM

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT
HỆ THỐNG TREO XE CON TRONG CARSIM

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. HỒNG THĂNG BÌNH

HÀ NỘI 2014


MỤC LỤC

MỤC LỤC .................................................................................................................. 1
DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................................. 3
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................ 4
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO ........................................... 7
1.1. Tổng quan về hệ thống treo ..............................................................................7
1.1.1. Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo ...................................................7
1.1.2. Các bộ phận chính của hệ thống treo .........................................................8
1.1.3. Phân loại hệ thống treo .............................................................................15
1.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động ..................................................................22

1.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an tồn chuyển động ........................23
1.2.2. Mơ hình dao động.....................................................................................25
1.3. Tình hình nghiên cứu ......................................................................................29
1.4. Nội dung, phương pháp và ý nghĩa thực tiễn của đề tài .................................31
1.4.1. Nội dung nghiên cứu ................................................................................31
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................31
1.4.3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ......................................................................31
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CARSIM VÀ XÁC ĐỊNH THƠNG SỐ ĐẦU VÀO
CHO BÀI TỐN MƠ PHỎNG ............................................................................. 32
2.1. Giới thiệu Carsim............................................................................................32
2.1.1. Các mơ hình trong CarSim .......................................................................32
2.1.2. Mơ hình chủng loại xe sử dụng trong CarSim .........................................40
2.2. Một số ứng dụng điển hình của CarSim ........................................................43
2.2.1. Đánh giá các bộ phận cấu thành của xe bằng mô phỏng HIL kết hợp phần
mềm hiển thị thời gian thực Labview.................................................................43
2.2.2. Mô phỏng động lực học của xe ................................................................45
2.3. Hệ thống treo trong CarSim ............................................................................46
1


2.3.1. Hệ thống treo độc lập ...............................................................................47
2.3.2. Hệ thống treo phụ thuộc ...........................................................................48
2.3.3. Đặc tính của bộ phận đàn hồi ...................................................................49
2.4. Tính tốn và xây dựng các thơng số đầu vào cho bài tốn mơ phỏng ............50
2.4.1. Các thơng số ban đầu của xe tham khảo ..................................................50
2.4.2. Xác các thông số cơ bản của hệ thống treo ..............................................50
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG TREO ................................................... 55
3.1. Khi xe vận hành trên đường có biên dạng sóng hình sin, khơng thực hiện
đánh lái và phanh. ..................................................................................................55
3.1.1. Khi xe chạy với tốc độ 40 km/h ...............................................................59

3.1.2. Khi xe chạy với tốc độ 80 km/h ...............................................................61
3.2. Khi xe các vết bánh xe đi trên đường có biên dạng hình sin khác nhau ........62
3.3. Khi xe vượt chướng ngại vật ..........................................................................65
3.4. Khi xe chuyển động trên đường phẳng và thực hiện đánh lái ........................67
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 71

2


DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CarSim

Car Simulation

TruckSim

Truck Simulation

MSC

Mechanical Simulation Corporation

ABC

Active Body Control.

SUV


Sport Utility Vehicle

HIL

Hardware In the Loop

VS

Vehicle Simulation

ABS

Anti-lock braking system

ft

Độ võng tĩnh

fđ

Hành trình động

H0

Khoảng sáng gầm xe khi chịu tải tĩnh

Hmin

Khoảng sáng gầm xe tối thiểu


φx

Hệ số bám dọc

Φy

Hệ số bám ngang

D

Hệ số dập tắt dao động

Ktb

Hệ số cản giảm chấn quy về bánh xe

C

Độ cứng của bộ phận đàn hồi

a

Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước

b

Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu sau

L


Chiều dài cơ sở

hg

Chiều cao trọng tâm

mkt

Khối lượng không treo

mbx

Khối lượng bánh xe

N

Tần số dao động

G0

Tải trọng tồn xe khi khơng tải

GT

Tải trọng tồn xe khi đầy tải

3


DANH MỤC HÌNH VẼ


Hình 1. 1: Cấu tạo lị xo ..............................................................................................9
Hình 1. 2: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ...................................................12
Hình 1. 3: Cấu tạo giảm chấn 1 lớp vỏ ....................................................................13
Hình 1. 4: Sơ đồ hệ treo ............................................................................................15
Hình 1. 5: Sơ đồ nguyên lý của hệ treo 2 địn ngang ................................................17
Hình 1. 6: Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson ...................................................................18
Hình 1. 7: Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson. ......................................19
Hình 1. 8: Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai địn dọc. .......................................................19
Hình 1. 9: Sơ đồ ngun lý hệ treo địn dọc có thanh ngang liên kết. ......................20
Hình 1. 10: Sơ đồ hệ treo địn chéo. ..........................................................................21
Hình 1. 11: Mơ hình 1/4 ............................................................................................26
Hình 1. 12: Mơ hình 1/2 ............................................................................................27
Hình 1. 13: Mơ hình phẳng dao động ô tô 2 cầu. ......................................................28
Hình 1. 14: Mô hình không gian xe con ...................................................................29
Hình 2. 1: Các thơng số của mơ hình hệ thống treo ..................................................34
Hình 2. 2: Các thơng số của mơ hình hệ thống lái ....................................................35
Hình 2. 3: Các thơng số của mơ hình hệ thống phanh ..............................................36
Hình 2. 4: Các thơng số của mơ hình lốp ..................................................................37
Hình 2. 5: Các thơng số của mơ hình hệ thống động lực ..........................................38
Hình 2. 6: Các thơng số của mơ hình hệ chiếu sáng .................................................39
Hình 2. 7: Mơ hình các xe sử dụng trong CarSim (Hatch back, Sport Car) .............40
Hình 2. 8: Mơ hình xe sử dụng trong CarSim (hatchback, sedan, sportcar, SUV, GT,
minivan) ....................................................................................................................41
Hình 2. 9: Mơ hình xe sử dụng trong CarSim (tractor, wheeler, utility, axle boat
trailer, pickup, fomula, stock car) .............................................................................42
Hình 2. 10: Sơ đồ mơ phỏng HIL..............................................................................43
Hình 2. 11: Kết quả mơ phỏng hiển thị trên labview ................................................44

4



Hình 2. 12: Các bước mơ phỏng động lực học của xe ..............................................45
Hình 2. 13: Các module trong mơ hình hệ thống treo...............................................46
Hình 2. 14: Bảng thơng số mơ hình hệ thống treo độc lập .......................................47
Hình 2. 15: Bảng thơng số hệ thống treo phụ thuộc trên xe SUV ............................48
Hình 2. 16: Cách xây dựng đặc tính của bộ phận đàn hồi ........................................49
Hình 3. 1: Nhập các thơng số cho hệ thống treo .......................................................55
Hình 3. 2: Đặc tính của giảm chấn ............................................................................56
Hình 3. 3: Sự phụ thuộc góc camber đối với chuyển dịch của hệ thống treo ...........57
Hình 3. 4: Sự phụ thuộc góc Toe đối với chuyển dịch của hệ thống treo .................57
Hình 3. 5: Biên dạng đường hình sin ........................................................................58
Hình 3. 6: Phản lực từ mặt đường tác dụng lên 4 bánh xe ........................................59
Hình 3. 7: gia tốc dao động của thân xe khi xe chuyển động với vận tốc 40km/h ...60
Hình 3. 8: Gia tốc dao động của thân xe khi xe chuyển động với vận tốc 80km/h ..61
Hình 3. 9: Biên dạng mặt đường của hai vết bánh xe ...............................................62
Hình 3. 10: Áp lực từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe......................................63
Hình 3. 11: Góc dao động theo phương thẳng đứng của thân xe..............................64
Hình 3. 12: Gia tốc dao động của thân xe .................................................................64
Hình 3. 13: Biên dạng 3D đường thí nghiệm ............................................................65
Hình 3. 14: Biên dạng và độ dốc của đường thí nghiệm...........................................66
Hình 3. 15: Phản lực tác dụng lên các bánh xe .........................................................66
Hình 3. 16: Hình ảnh đường thí nghiệm ...................................................................67
Hình 3. 17: Đường thí nghiệm thu nhỏ trong khơng gian 3D ...................................68
Hình 3. 18: phản lực từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe ...................................68
Hình 3. 19: Gia tốc dao động thân xe .......................................................................69

5



LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, các hệ thống tiện nghi trên xe ngày càng được phát triển để
đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của thị trường tiêu dùng. Việc mơ
phỏng ngun lý và tính năng làm việc của hệ thống treo có vai trị quan trọng
trong khâu chế tạo và hồn thiện sản phẩm. Hiện nay có nhiều phần mềm hỗ
trợ công việc nêu trên, mức độ tác động sâu vào mơ hình u cầu nhiều kỹ
năng về xây dựng mơ hình cũng như các giả thiết để mơ hình có độ tin cậy
cao. Phần mềm mơ phỏng CarSim đơn giản, dễ sử dụng, có độ chính xác cao,
được xây dựng trên các mơ hình tốn học mơ tả chuyển động của xe…đáp
ứng được các yêu cầu nêu trên.
Hệ thống treo nhằm đảm bảo tính năng vận hành êm dịu của xe, hệ
thống theo hấp thụ phản lực từ mặt đường tác dụng lên người lái và biến năng
lượng dao động thành nhiệt năng của chất lỏng trong giảm chấn. Quá trình
dập tắt dao động diễn ra phức tạp trên nhiều địa hình khác nhau. Việc mơ
phỏng trên CarSim giúp tối ưu quá trình điều khiển trên các hệ thống treo tích
cực và bán tích cực. Trong luận văn này nghiên cứu các nội dung sau:
- Nghiên cứu tổng quan về đề tài nghiên cứu
- Nghiên cứu phần mềm mô phỏng CarSim
- Khảo sát hệ thống treo trên phần mềm CarSim
Đề tài được thực hiện tại bộ môn ô tơ và xe chun dụng, Viện Cơ khí
động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn trực tiếp của
TS. Hồng Thăng Bình. Đề tài cũng nhận được sự hỗ trợ của các thầy trong
bộ môn và các anh chị đồng nghiệp.
Hà Nội, ngày

tháng
Tác giả

6


năm 2014


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO

1.1. Tổng quan về hệ thống treo
1.1.1. Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo
Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và
khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng
chính sau đây:
+ Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương
thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạn chế
tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn khác của bánh xe
như lắc ngang, lắc dọc.
+ Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và
lực bên.
Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm
nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực, quan hệ này được thể hiện ở các yêu
cầu chính sau đây:
+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật
của xe (xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau).
+ Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định.
+ Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của
hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan
hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe.
+ Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ.
+ Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường.
Đối với xe con và xe minibus chúng ta cần phải quan tâm đến các yêu cầu
sau:

+ Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn.

7


+ Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ xe
tốt.
+ Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ơ tô ở tốc độ
cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng.
1.1.2. Các bộ phận chính của hệ thống treo
1.1.2.1. Bộ phận đàn hồi
Là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, nhằm biến đổi tần số dao
động cho phù hợp với cơ thể con người (60  80 lần/ph). Bộ phận đàn hồi có thể bố
trí khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương
thẳng đứng.
Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là:
a. Nhíp lá:
Nhíp được làm từ các lá thép cong, gọi là nhíp, sắp xếp lại với nhau theo thứ
tự từ ngắn đến dài. Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác dụng lên nhíp tăng
thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính.
Trong hệ thống treo nó khơng chỉ có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động mà
cịn đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng.
Trên xe tải trọng lớn nhíp có thể thay thế cho đòn ngang trên của hệ thống
treo. Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản rẻ tiền nhưng
lại có nhược điểm là thùng xe ở trên cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽ lớn ảnh
hưởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe chuyển động.
b. Thanh xoắn
Thanh xoắn là 1 thanh bằng thép lị xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để cản
lại sự xoắn. Một đầu thanh xoắn được ngàm vào khung hay 1 dầm nào đó của xe,
đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo.

Trên một số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động người ta
dùng thanh xoắn thường được gây tải trước (có ứng suất dư) do đó nó chỉ thích hợp

8


cho một chiều làm việc. Trên các thanh xoắn ở 2 phía đều phải đánh dấu để tránh
nhầm lẫn khi lắp ráp.
Sử dụng thanh xoắn có các đặc điểm sau:
+ Trọng lượng nhỏ.
+ Chiếm ít khơng gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe.
+ Đơn giản, gọn, giá thành rẻ và dễ chế tạo.
+ Thanh xoắn khơng có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn để
dập tắt nhanh dao động.
Trên xe con và xe minibus bộ phận đàn hồi là thanh xoắn được sử dụng phổ
biến chỉ sau lò xo.
c. Lò xo
Bao gồm các dạng là lị xo xoắn ốc, lị xo cơn và lị xo trụ. Do lị xo trụ có
đường kính vịng ngồi khơng đổi nên biến dạng của nó sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với
lực tác dụng, còn đối với lị cơn hay lị xo xoắn ốc thì khi tải nhẹ đầu lị xo sẽ bị nén

Hình 1. 1: Cấu tạo lò xo
lại và hấp thụ năng lượng va đập, cịn phần giữa lị xo có độ cứng lớn hơn sẽ đủ
cứng để chịu tải lớn.
Lị xo có các đặc điểm chính sau:
+ Ưu điểm:
- Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn.
- Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lị xo trụ có khối lượng nhỏ hơn
nhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp.


9


+ Nhược điểm:
- Khi làm việc ở giữa các vòng lị xo khơng có nội ma sát như nhíp nên
thường phải bố trí thêm giảm chấn kèm theo để dập tắt nhanh dao động.
- Do lò xo chỉ làm nhiệm vụ đàn hồi, còn nhiệm vụ dẫn hướng và giảm chấn
do các bộ phận khác đảm nhận nên với hệ thống treo dùng lị xo trụ thì có kết cấu
phức tạp hơn do nó cịn phải bố trí thêm hệ thống đòn dẫn hướng để dẫn hướng cho
bánh xe và truyền lực kéo hay lực phanh.
d. Phần tử đàn hồi loại khí
Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa trên ngun tắc khơng khí có tính đàn
hồi khi bị nén. Hệ thống treo loại khí được sử dụng tốt ở các ơtơ có trọng lượng
phần lớn được thay đổi khá lớn như ở ôtô trở khách, ô tô vận tải và đồn xe. Loại
này có thể tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất
khơng khí bên trong phần tử đàn hồi. Giảm độ cứng của hệ thống treo sẽ làm cho độ
êm dịu chuyển động tốt hơn.
Hệ thống treo khí khơng có ma sát trong phần tử đàn hồi, trọng lượng nhỏ và
giảm được chấn động cũng như giảm được tiếng ồn từ bánh xe truyền lên buồng lái
và hành khách. Nhưng hệ thống này có kết cấu phức tạp hơn vì phải có bộ phận dẫn
hướng riêng và trang thiết bị cung cấp khí, bộ điều chỉnh áp suất v.v...
Hiện nay bộ phận đàn hồi được làm có xu hướng “mềm mại” hơn nhằm tạo
điều kiện cho bánh xe lăn “êm” trên mặt đường. Đồng thời người ta dùng các bộ
phận đàn hồi có khả năng thay đổi độ cứng trong một giới hạn rộng. Khi xe chạy ít
tải, độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, khi tăng tải thì độ cứng cần phải có giá trị lớn.
Chính vì vậy mà cần phải có thêm các bộ phận đàn hồi phụ như: nhíp phụ, vấu tỳ
bằng cao su biến dạng, đặc biệt là các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi tự động
độ cứng theo tải trọng kết hợp với các bộ phận thay đổi chiều cao trọng tâm của xe.
1.1.2.2. Bộ phận dẫn hướng
Bộ phận dẫn hướng có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và các

mômen từ bánh xe lên khung hoặc thân xe. Nó có thể có những chi tiết khác nhau

10


tùy thuộc hệ thống treo phụ thuộc hay độc lập, phần tử đàn hồi là nhíp, lị xo hay
thanh xoắn.
Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay đổi vị trí theo phương thẳng
đứng được gọi là quan hệ động học. Khả năng truyền lực ở mỗi vị trí được gọi là
quan hệ động lực học của hệ treo.
1.1.2.3. Bộ phận giảm chấn
Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích sau:
+ Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền
đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi
cho người sử dụng.
+ Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt
sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
+ Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khả
năng an toàn khi chuyển động.
Để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động giảm chấn sẽ biến đổi cơ
năng thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu.
Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai
chiều ở cấu trúc hai lớp.
a. Giảm chấn hai lớp vỏ
Giảm chấn hai lớp vỏ ra đời vào năm 1938, đây là một loại giảm chấn quen
thuộc và được dùng phổ biến cho đến nay.
Trong giảm chấn, piston di chuyển trong xy lanh, chia không gian trong
thành hai buồng A và B. Ở đuôi của xy lanh thuỷ lực có một cụm van bù. Bao ngồi
vỏ trong là một lớp vỏ ngồi, khơng gian giữa hai lớp vỏ là buồng bù thể tích chất
lỏng và liên hệ với B qua các cụm van một chiều (Hình 1.2: III, IV).

Buồng C được gọi là buồng bù chất lỏng, trong C chỉ điền đầy một nửa bên
trong là chất lỏng, không gian cịn lại chứa khơng khí có áp suất bằng áp suất khí
quyển.

11


Các van (I) và (IV) lần lượt là các van nén mạnh và nén nhẹ, còn các van (II)
và (III) lần lượt là các van trả mạnh và trả nhẹ của giảm chấn.
Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như trên hình 1.2.

I,III - Van nén
II, IV - Van trả

Hình 1. 2: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ
+ Nguyên lý làm việc:
Ở hành trình nén bánh xe tiến lại gần khung xe, lúc đó ta có thể tích buồng B
giảm nên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang
khoang C ép khơng khí ở buồng bù lại. Trên nắp của giảm chấn có phớt che bụi,
phớt chắn dầu và các lỗ ngang để bôi trơn cho trục giảm chấn trong quá trình làm
việc.
Ở hành trình trả bánh xe đi xa khung xe, thể tích buồng B tăng do đó áp suất
giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B, khơng khí ở buồng bù giãn ra, đẩy chất lỏng
nhanh chóng điền đầy vào khoang B.
Trong q trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng bao giờ cũng có
các lỗ van lưu thơng thường xun. Cấu trúc của nó tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể.
Van trả, van nén của hai cụm van nằm ở piston và xylanh trong cụm van bù có kết
cấu mở theo hai chế độ, hoặc các lỗ van riêng biệt để tạo nên lực cản giảm chấn
tương ứng khi nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ.


12


Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo nên lực ma sát làm cho
nóng giảm chấn lên. Nhiệt sinh ra truyền qua vỏ ngoài (8) và truyền vào khơng khí
để cân bằng năng lượng.
+ Ưu điểm của giảm chấn hai lớp có độ bền cao, giá thành hạ làm việc tin
cậy ở cả hai hành trình, trọng lượng nhẹ.
+ Nhược điểm là khi làm việc ở tần số cao có thể xảy ra hiện tượng khơng
khí lẫn vào chất lỏng làm giảm hiệu quả của giảm chấn.
b. Giảm chấn một lớp vỏ
+ Nguyên lý làm việc:
Trong một giảm chấn một lớp vỏ khơng cịn bù dầu nữa mà thay thế chức
năng của nó là buồng 8 chứa khí nén có P = 23 kg/cm2 đây là sự khác nhau giữa
giảm chấn một lớp vỏ và hai lớp vỏ.

1- Van một chiều; 2- Cần piston; 3- Cụm làm kín; 4- Xy lanh; 5- Buồng chứa
dầu; 6- Piston; 7- Van một chiều; 8- Khoang chứa khí.
Hình 1. 3: Cấu tạo giảm chấn 1 lớp vỏ
Khi piston dịch chuyển xuống dưới tạo nên sự chênh áp, dẫn đến mở van 1,
chất lỏng chảy nên phía trên của piston. Khi piston đi lên làm mở van 7, chất lỏng
chảy xuống dưới piston. Áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi khơng lớn và dao động
xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu, nhờ vậy mà tránh
13


được hiện tượng tạo bọt khí, là một trạng thái khơng an tồn cho sự làm việc của
giảm chấn. Trong quá trình làm việc piston ngăn cách 4 di chuyển để tạo nên sự cân
bằng giữa chất lỏng và chất khí do đó áp suất khơng bị hạ xuống dưới giá trị nguy
hiểm.

Giảm chấn này có độ nhạy cao kể cả khi piston dịch chuyển rất nhỏ, tránh
được hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho áp suất thay
đổi.
So sánh giữa hai loại giảm chấn
So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có các ưu điểm
sau:
+ Khi có cùng đường kính ngồi, đường kính của cần piston có thể làm lớn
hơn mà sự biến động tương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn.
+ Điều kiện toả nhiệt tốt hơn.
+ Giảm chấn có piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí
nào.
Nhược điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ là:
+ Làm việc kém tin cậy, có thể bị bó kẹt trong các hành trình nén hoặc trả
mạnh.
+ Có tính cơng nghệ thấp, bao kín khơng tốt.
+ Tuổi thọ của phớt và độ mòn của piston với ống dẫn hướng cao
1.1.2.4. Thanh ổn định
Trên các loại xe con ngày nay thanh ổn định hầu như đều có. Trong trường
hợp xe chạy trên nền đường khơng bằng phẳng hoặc quay vịng, dưới tác dụng của
lực li tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng
độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với
mặt đường. Thanh ổn định có tác dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng
đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu
chịu tải ít hơn. Cấu tạo chung của nó có dạng chữ U, một đầu chữ U được nối với

14


phần khơng được treo, cịn đâu kia được nối với thân (vỏ) xe, các đầu nối này dùng
ổ đỡ bằng cao su.

1.1.2.5. Các vấu cao su tăng cứng và hạn chế hành trình
Trên xe con các vấu cao su thường được đặt kết hợp trong vỏ của giảm
chấn. Vấu cao su vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình của piston nhằm hạn chế
hành trình làm việc của bánh xe.
Vấu cao su có những ưu điểm sau:
+ Có thể được làm dưới mọi hình dạng khác nhau.
+ Khơng có tiếng ồn khi làm việc, không phải bôi trơn.
1.1.3. Phân loại hệ thống treo
Từ các cách bố trí các bộ phận trên theo các cách khác nhau sẽ tạo ra 2 nhóm
chính là hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc:

a) Hệ thống treo phụ thuộc;

b) Hệ thống treo độc lập.

1- Thùng xe; 2- Bộ phận đàn hồi; 3- Bộ phận giảm chấn; 4- Dầm cầu; 5 - Các địn
liên kết của hệ treo.
Hình 1. 4: Sơ đồ hệ treo
1.1.3.1. Hệ thống treo phụ thuộc
Đối với hệ treo này thì do bộ phận đàn hồi là lị xo xoắn nên phải dùng thêm
hai đòn dọc dưới và một hoặc hai đòn dọc trên. Đòn dọc dưới được nối với cầu, đòn
dọc trên được nối với khớp trụ. Để đảm bảo truyền được lực ngang và ổn định vị trí

15


thùng xe so với cầu người ta cũng phải dùng thêm “đòn Panhada”, một đầu nối với
cầu còn đầu kia nối với thùng xe.
Cấu tạo của hệ thống treo phụ thuộc có những ưu nhược điểm như sau:
+ Nhược điểm:

- Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động nên khi
xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên và đập
mạnh giữa phần không treo và phần treo làm giảm độ êm dịu chuyển động.
- Khoảng khơng gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu có
thể thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm lớn.
- Sự nối cứng bánh xe 2 bên bờ dầm liên kết gây nên hiện tượng xuất hiện
chuyển vị phụ khi xe chuyển động.
+ Ưu điểm:
- Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy khơng xảy ra
hiện tượng mịn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập.
- Khi chịu lực bên (lực li tâm, lực gió bên, đường nghiêng) 2 bánh xe liên kết
cứng bởi vậy hạn chế hiện tượng trượt bên bánh xe.
- Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa.
- Giá thành thấp.
1.1.3.2. Hệ thống treo độc lập
Đặc điểm của hệ thống treo này là:
- Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà là lắp trên loại cầu rời, sự
chuyển dịch của 2 bánh xe không phụ thuộc vào nhau (nếu như coi thùng xe đứng
yên).
- Mỗi bên bánh xe được liên kết bởi các như vậy sẽ làm cho khối lượng phần
không được treo nhỏ như vậy mơ men qn tính nhỏ do đó xe chuyển động êm dịu.
- Hệ treo này không cần dầm ngang nên khoảng khơng gian cho nó dịch
chuyển chủ yếu là khoảng không gian 2 bên sườn xe như vậy sẽ hạ thấp được trọng
tâm của xe và sẽ nâng cao được vận tốc của xe.
Trong hệ thống treo độc lập còn được phân ra các loại sau :

16


a. Dạng treo 2 đòn ngang:

Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, một địn ngang
dưới. Mỗi địn khơng phải chỉ là 1 thanh mà thường có cấu tạo hình tam giác hoặc
hình thang. Cấu tạo như vậy cho phép các đòn ngang làm được chức năng của bộ
phận hướng.

1- Bánh xe; 2- Giảm chấn; 3- Lò so; 4- Đòn trên; 5- Đòn dưới; 6- Địn đứng.
Hình 1. 5: Sơ đồ ngun lý của hệ treo 2 đòn ngang
Các đầu trong được liên kết với khung, vỏ bằng khớp trụ. Các đầu ngoài
được liên kết bằng khớp cầu với đòn đứng. Đòn đứng được nối cứng với trục bánh
xe. Bộ phận đàn hồi có thể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới. Giảm chấn
cũng đặt giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới. Hai bên bánh xe đếu dùng hệ treo
này và được đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa xe.
b. Dạng treo Mc.Pherson
Hệ treo này chính là biến dạng của hệ treo 2 địn ngang nếu coi địn ngang
trên có chiều dài bằng 0 và địn ngang dưới có chiều dài khác 0. Chính nhờ cấu trúc
này mà ta có thể có được khoảng khơng gian phía trong xe để bố trí hệ thống truyền
lực hoặc khoang hành lý. Sơ đồ cấu tạo của hệ treo trên hình 1.6 bao gồm: đòn
ngang dưới, giảm chấn đặt theo phương thẳng đứng làm nhiệm vụ của trụ xoay
đứng có một đầu được bắt khớp cầu với đầu ngồi của địn ngang tại B, đầu còn lại

17


được bắt vào khung xe. Bánh xe được nối cứng với vỏ giảm chấn. Lò xo được đặt
lồng vào giữa vỏ giảm chấn và trục giảm chấn.

1- Giảm chấn đồng thời là trụ đứng; 2- Đòn ngang dưới; 3- Bánh xe; 4- Lị xo;
5- Trục giảm trấn.
Hình 1. 6: Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson
Nếu so sánh với hệ treo 2 địn ngang thì hệ treo Mc.Pherson kết cấu ít chi tiết

hơn, khơng chiếm nhiều khoảng khơng và có thể giảm nhẹ được trọng lượng kết
cấu. Nhưng nhược điểm chủ yếu của hệ treo Mc.Pherson là do giảm chấn vừa phải
làm chức năng của giảm chấn lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứng nên trục giảm
chấn chịu tải lớn nên giảm chấn cần phải có độ cứng vững và độ bền cao hơn do đó
kết cấu của giảm chấn phải có những thay đổi cần thiết.

18


Hình 1. 7: Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson.
Trong hệ thống treo nói chung và hệ treo của cầu dẫn hướng nói riêng các
góc đặt bánh xe có một ý nghĩa vơ cùng quan trọng. Chúng phải đảm bảo cho việc
điều khiển nhẹ nhành, chính xác, khơng gây lực cản lớn cũng như làm mòn lốp quá
nhanh.
Trong q trình chuyển động bánh xe ln ln dao động theo phương thẳng
đứng, sự dao động này kéo theo sự thay đổi góc nghiêng ngang của bánh xe, trụ
xoay dẫn hướng và khoảng cách giữa hai vết bánh xe (hình 1.7-a), độ chụm trước
của bánh xe (hình 1.7-c) và góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng (hình 1.7-b). Các
quan hệ giữa các thơng số đó phụ thuộc vào sự chuyển vị của bánh xe theo phương
thẳng đứng đó là mối quan hệ động học của hệ treo.
c. Hệ treo 2 địn dọc
Hệ treo hai địn dọc (hình vẽ 1.8) là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một địn
dọc. Các địn dọc thường được bố trí song song sát hai bên bánh xe. Một đầu của
đòn dọc được gắn cố định với moayơ bánh xe, đầu còn lại liên kết bản lề với khung
hoặc dầm ơtơ. Lị xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung. Đòn dọc vừa là nơi
tiếp nhận lực ngang, lực dọc, và là bộ phận dẫn hướng. Do phải chịu tải trọng lớn
nên nó thường được làm có độ cứng vững tốt

Hình 1. 8: Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai đòn dọc.
19



Đồng thời địn dọc địi hỏi cần phải có độ cứng vững lớn, nhằm mục đích
chịu được các lực dọc, lực bên và chịu mơmen phanh lớn.
Do có kết cấu như vậy, nên hệ treo này chiếm ít khơng gian và đơn giản về
kết cấu, giá thành hạ. Hệ treo này thường được bố trí cho cầu sau bị động, khi máy
đặt ở phía trước, cầu trước là cầu chủ động.
d. Hệ treo địn dọc có thanh ngang liên kết
Hệ treo địn dọc có thanh liên kết xuất hiện trên xe con vào những năm 70
cùng với sự hoàn thiện kết cấu cho các xe có động cơ và cầu trước chủ động. Theo
cấu trúc của nó có thể phân chia thành loại treo nửa độc lập và treo nửa phụ thuộc.
Theo khả năng làm việc của hệ treo, tuỳ thuộc vào độ cứng vững của địn liên kết
mà có thể xếp là loại phụ thuộc hay độc lập. Ở đây hệ treo được phân loại là treo
độc lập tức là địn liên kết có độ cứng nhỏ hơn nhiều so với độ cứng của dầm cầu
phụ thuộc.

1- Bánh xe; 2- Khớp quay trụ;3- Đòn dọc; 4- Thùng xe;5- Lò xo; 6- Giản chấn.
Hình 1. 9: Sơ đồ nguyên lý hệ treo địn dọc có thanh ngang liên kết.
Hệ treo địn dọc có thanh ngang liên kết (hình vẽ 1.9) có đặc điểm là hai địn dọc
được nối cứng với nhau bởi một thanh ngang. Thanh ngang liên kết đóng vai trò
như một thanh ổn định như đối với các hệ treo độc lập khác. Cũng giống như các hệ
treo độc lập khác, hệ treo địn dọc có thanh liên kết bộ phận đàn hồi của nó có thể là

20


lò xo trụ xoắn. Lò xo được đặt giữa khung và địn dọc. Để tiết kiệm khơng gian, lị
xo thường được lồng vào giảm chấn.
e. Hệ treo đòn chéo
Hệ thống treo trên địn chéo là cấu trúc mang tính trung gian giữa hệ treo đòn

ngang và hệ treo đòn dọc. Bởi vậy sử dụng hệ treo này cho ta tận dụng được ưu
điển của hai hệ treo trên và khắc phục được một số nhược điểm của chúng. Đặc
điểm của hệ treo này là đòn đỡ bánh xe quay trên đường trục chéo và tạo nên đòn
chéo trên bánh xe.

1-Dầm cầu; 2- Địn chéo; 3- Các đăng.
Hình 1. 10: Sơ đồ hệ treo địn chéo.
Trong hệ treo địn chéo (hình vẽ 1.10) chi tiết đàn hồi phần lớn là lò xo xoắn
ốc. Ngoài ra đối với hệ treo này, người ta còn hay dùng thêm thanh ổn định để làm
tăng sự êm dịu trong quá trình chuyển động.
So với các hệ treo đã xét ở trên thì hệ treo địn chéo có đặc điểm nổi bật ở
chỗ: khi bánh xe dao động theo phương thẳng đứng thì cũng kéo theo sự thay đổi
khoảng cách giữa hai vết bánh xe, góc nghiêng ngang, nhưng sự thay đổi đó nhỏ
hơn các loại đã xét ở trên. Riêng độ chụm trước cửa bánh xe thì thay đổi khơng
đáng kể.

21


Hiện nay trên thị trường trong nước và thế giới đang sử dụng nhiều loại hệ
thống treo rất đa dạng và phong phú, với đủ mẫu mã và chủng loại. Nhưng đối với
ôtô con hiện đại ngày nay người ta thường hay sử dụng các loại hệ thống treo độc
lập cho hệ treo trước như: hệ thống treo hai đòn ngang, hệ thống treo Mc.Pherson,
hệ thống treo đòn dọc, đòn chéo ... là những loại có cấu tạo đơn giản, ít số chi tiết,
khối lượng phần không được treo nhỏ, giá thành hạ, dễ tháo lắp sửa chữa và bảo
dưỡng. Cịn treo sau thì đa số là dùng hệ treo phụ thuộc nhưng cũng có khơng ít xe
dùng hệ thống treo độc lập.
1.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động
Khi ô tô chuyển động trên đường dao động xuất hiện trong toàn bộ hệ thống
của xe dưới tác động kích thích của các mấp mơ biên dạng đường. Dao động của ô

tô ảnh hưởng đến bản thân người lái và hành khách, hàng hoá chuyên chở trên xe,
độ bền, tuổi thọ của các kết cấu ô tô. Nghĩa là trong q trình chuyển động ơ tơ ln
bị dao động, với thời gian kéo dài sẽ gây ra mệt mỏi với người lái và hành khách,
làm giảm hiệu suất công việc, có thể gây ra nguy cơ mắc bệnh thần kinh và não dẫn
đến mất phản ứng linh hoạt và điều khiển chính xác gây ra tai nạn giao thơng.
Vì vậy, khi nói đến dao động của ơ tơ theo quan điểm của chế độ sử dụng thì:
độ êm dịu chuyển động của ơ tơ có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn
chế các tác động của dao động có ảnh hưởng xấu tới con người, hàng hố và các kết
cấu của ơ tơ.
Theo quan điểm về an tồn chuyển động thì dao động của ơ tô gây ra sự thay
đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ làm
giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc, ngang (lực kéo, lực phanh, lực bám ngang),
dẫn đến hiện tượng tách bánh khỏi đường gây mất an toàn khi xe chuyển động,
phanh và quay vòng... còn khi giá trị phản lực này tăng thì sẽ làm tăng tải trọng
động tác dụng xuống nền đường và ngược lại với các kết cấu của xe.
Từ các khái niệm trên để có thể đánh giá chất lượng xe một cách khách quan,
chính xác cần phải nghiên cứu và phát triển lý thuyết dao động trong tất cả lĩnh vực

22


liên quan. Nghiên cứu tổng quát về dao động xe đó là giải quyết mối quan hệ
“Đường-Xe-Người”.
Q trình nghiên cứu dao động của ơ tơ là q trình xác định các thông số
của hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: phần tử đàn
hồi, phần tử giảm chấn và bộ phận dẫn hướng. Có như vậy mới tạo ra một hệ dao
động có chất lượng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao trình độ cơng
nghệ thiết kế, cải tiến ô tô, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năng suất vận
chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân.

1.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an tồn chuyển động
Các tính chất dao động của ô tô thường được đánh giá theo 2 quan điểm:
- Đánh giá theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thơng số gia tốc
dao động có tính chất quyết định vì nó tác dụng lên lái xe và hành khách.
- Theo quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền
thì giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là thơng số mang tính chất
quyết định.
a- Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động
Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ơ tơ, các nước có nền công nghiệp ô
tô phát triển hàng đầu trên thế giới đã đưa đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
khác nhau.Dựa vào các cơng trình nghiên cứu của nước ngoài và các tài liệu của
viện khoa học kĩ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đưa ra một số chỉ tiêu đặc trưng
cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau:
+ Chỉ tiêu về tần số:
Con người khi tham gia vào giao thông cũng là một hệ dao động, “đi lại” là
hoạt động thường xuyên của con người đã trở thành một thói quen. Khi con người
đi lại tương đương với hệ thực hiện dao động, tuỳ thuộc vào hình dáng, trọng lượng
riêng, thói quen từng người mà số lần bước trong một phút thường trong khoảng 6090 bước, tương ứng với tần số dao động khoảng 1-1,5Hz. Vậy nên từ thói quen đó
con người chịu dao động hợp lý trong khoảng tần số vừa nêu trên. Khi đánh giá độ
êm dịu chuyển động của ô tô với các điều kiện mặt đường cũng như kết cấu cụ thể
23


thì tần số dao động của ơ tơ phải nằm trong giới hạn 1-1,5 Hz, thường lấy chuẩn để
đánh giá dao động của ô tô như sau:
- Đối với xe con(du lịch) n = 60:90 (dđ/ph)
- Đối với xe vận tải n = 100:120 (dđ/ph).
+ Chỉ tiêu về gia tốc dao động.
Chỉ tiêu này được xác định dựa trên cơ sở trị số bình phương trung bình của
gia tốc theo các phương X, Y, Z là: X , Y, Z . Chúng có các giá trị sau:

X  1,0 ( m / s 2 )
Y  0,7 ( m / s 2 )
Z  2,5 ( m / s 2 )

Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động
của ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Mặt khác, điều quan trọng hơn là
dao động ô tô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu nhiên với dải tần số
rộng và phức tạp cả theo hướng tác dụng. Ngoài ra theo một số tài liệu tham khảo
các tác giả còn đưa ra một số chỉ tiêu khác đánh giá độ êm dịu chuyển động của ơ
tơ.
b. Chỉ tiêu về an tồn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường
Theo quan điểm về an tồn chuyển động (xét theo khía cạnh về tính điều
khiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứng
giữa bánh xe với đường cũng là thông số quan trọng để đánh giá. Lực động Fd (t )
xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ơ tô, vận tốc
chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường.
Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị số
lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của Fd (t ) để
đánh giá, nếu Fd (t ) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động tới lốp xe và các bộ
phận chi tiết của xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn. Mặt khác để
giảm sự ảnh hưởng của Fd (t ) thì trong trường hợp giảm tải trọng bánh xe so với giá
trị tải trọng tĩnh, nghĩa là làm giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến (nhất là khi
24