Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
……………………………….


NGUYỄN THÀNH CÔNG



NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ
THỐNG TREO XE FORMULA STUDENT



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ






Thái Nguyên - 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

…………………………….


NGUYỄN THÀNH CÔNG



NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ
THỐNG TREO XE FORMULA STUDENT

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 62520103
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC



TS. NGUYỄN KHẮC TUÂN
P. QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC


Thái Nguyên - 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3

LỜI CAM ĐOAN
Đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn của thầy giáo TS.

Nguyễn Khắc Tuân. Trong quá trình làm luận văn tôi có sử dụng tài liệu tham
khảo là một số đề tài nghiên cứu về ôtô và thừa kế một số kết quả nghiên cứu của
các đề tài đã được ứng dụng để làm cơ sở cho luận văn.
Tôi cam đoan các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực chưa từng
được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày 28 tháng 3 năm 2014
Học viên


Nguyễn Thành Công














Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4

MỤC LỤC


Trang
I Lời cam đoan 1
II Mục lục 2
III Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 3
IV Danh mục các hình vẽ và bảng biểu 6
Chƣơng 1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu 11
1.1 Giới thiệu về xe Formula Student 11
1.2 Tổng quan về hệ thống treo và các chỉ tiêu đánh giá 13
1.2.1 Vai trò của hệ thống treo 13
1.2.2 Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống treo 13
1.2.3 Giới thiệu một số loại hệ thống treo 14
1.3 Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động 21
1.3.1 Cường độ dao động 21
1.3.2 Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động 22
1.3.3 Chỉ tiêu về tải trọng động 23
1.4 Tổng quan các nghiên cứu về lĩnh vực dao động của ô tô và hệ thống treo 24
1.4.1 Ở trong nước 24
1.4.2 Trên thế giới 26
1.5 Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn 29
1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu 29
1.5.2 Phạm vi nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu 30
1.5.3 Phương pháp nghiên cứu 30
1.5.4 Nội dung nghiên cứu 31
Chƣơng 2 Thiết kế hệ thống treo xe Formula Student 32
2.1 Phân tích, lựa chọn phương án thiết kế hệ thống treo 32
2.2 Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo 33
2.2.1 Các thông số kỹ thuật của xe F-SAE 33
2.2.2 Xác định hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn của hệ thống treo 34
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


5
2.3 Tính toán,thiết kế hệ thống treo 37
2.3.1 Cấu tạo hệ thống treo xe F-SAE 37
2.3.2 Động học hệ thống treo Mc.Pheson 38
Chƣơng 3 Xây dựng mô hình dao động xe Formula Student 41
3.1 Mô hình dao động của xe F-SAE 41
3.1.1 Các phương pháp xây dựng mô hình dao động 41
3.1.2 Xây dựng mô hình vật lý 43
3.2 Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động 46
3.3 Phân tích nguồn kích thích dao động 51
3.3.1 Kích thích hàm toán học đơn giản 51
3.3.2 Kích thích mặt đường ngẫu nhiên 53
Chƣơng 4 Mô phỏng dao động và lựa chon thông số hệ thống treo xe Formula
Student 55
4.1. Phương pháp mô phỏng 56
4.2. Mô phỏng dao động 57
4.2.1 Các thông số mô phỏng 57
4.2.2 Mô phỏng dao động của xe F-SAE 58
4.2.3 Kết quả mô phỏng dao động xe F-SAE 59
4.2.4 Phân tích, đánh giá ảnh hưởng thông số thiết kế HTT đến độ êm dịu chuyển động 60
4.2.5 Lựa chọn tối ưu một số thông số chính cho HTT 65
Chƣơng 5 Chế tạo hệ thống treo xe Formual Student 69
5.1 Chế tạo hệ thống treo 69
Tài liệu tham khảo…………………………………………………… 72




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Đơn vị
Giải nghĩa
M

kg
Khối lượng được treo
m
1t

kg
Khối lượng treo trước trái
m
1p
kg
Khối lượng treo trước phải
m
2t
kg

Khối lượng treo sau trái
m
2p
kg

Khối lượng treo sau phải
a
m

Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước
b
m
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau
B
t
m
Vết bánh xe trước
B
s
m
Vết bánh xe sau
K
1t
N/m
Độ cứng của HTT trước trái
K
1p
N/m
Độ cứng của HTT trước phải
K
2t
N/m
Độ cứng của HTT sau trái
K
2p
N/m
Độ cứng của HTT sau phải
K
l1t

N/m
Độ cứng của lốp xe trước trái
K
l1p
N/m
Độ cứng của lốp xe trước phải
K
l2t
N/m
Độ cứng của lốp xe trước trái
K
l2p
N/m
Độ cứng của lốp xe trước sau
C
1t

N.s/m
Hệ số cản giảm chấn trước trái
C
1p

N.s/m
Hệ số cản giảm chấn trước phải
C
2t

N.s/m
Hệ số cản giảm chấn sau trái
C

2p

N.s/m
Hệ số cản giảm chấn sau phải
C
l1t
N.s/m
Hệ số cản của lốp xe trước trái
C
l1p
N.s/m
Hệ số cản của lốp xe trước phải
C
l2t
N.s/m
Hệ số cản của lốp xe sau trái
C
l2p
N.s/m
Hệ số cản của lốp xe sau phải
J
x
Nm.s
2
Mô men quán tính khối lượng treo với trục X
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
J
y

Nm.s
2
Mô men quán tính khối lượng treo với trục Y
v
km/h
Vận tốc xe khi khảo sát
F


N
Tổng các ngoại lực tác dụng lên vật
qt
F


N
Tổng các lực quán tính tác dụng lên vật


Rad
Chuyển động quanh trục X


Rad
Chuyển động quanh trục Y
1T
q

m
Toạ độ suy rộng khối lượng không được treo phía trước

bên trái
1P
q

m
Toạ độ suy rộng khối lượng không được treo phía trước
bên phải
2T
q

m
Toạ độ suy rộng khối lượng không được treo phía sau
bên trái
2P
q

m
Toạ độ suy rộng khối lượng không được treo phía sau
bên phải
1T
F

N
Lực tác dụng lên thân xe của HTT phía trước bên trái
1P
F

N
Lực tác dụng lên thân xe của HTT phía trước bên phải
2T

F

N
Lực tác dụng lên thân xe của HTT phía sau bên trái
2P
F

N
Lực tác dụng lên thân xe của HTT phía trước bên phải
KB
-
Cường độ dao động
a
wz

m/s
2

Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng
đứng
T
s
Thời gian khảo sát
K
dyn,max

-
Hệ số tải trong động cực đại
K
z,dyn


N
Tải trọng động bánh xe
K
z,st

N
Tải trọng tĩnh bánh xe
L
mm
Chiều dài cơ sỏ xe F-SAE
r
bx

mm
Bán kính bánh xe
F
Hz
Tần số dao động riêng của HHT
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8


-
Hệ số dập tắt dao động của đệm đàn hồi
A
-
Hệ số kinh nghiệm đối với hầu hết các ôtô
0



Độ
Góc nghiêng ngang trụ đứng
0


Độ
Góc nghiêng ngang bánh trước
0
r

mm
Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng
t
f

mm
Độ võng tĩnh
f
đ

mm
Độ võng động
c
k

mm
Khoảng cách từ tâm quay bánh xe tới đòn dưới
02

h

mm
Khoảng cách từ mặt đường tới tâm quay trụ đứng
K


N/m
Hệ số độ cứng tương đương
L
K

N/m
Hệ số độ cứng lốp
C


N.s/m
Hệ số giảm chấn tương đương
L
C

N.s/m
Hệ số giảm chấn lốp xe


Hz
Tần số sóng mặt đường
S
m

Chiều dài sóng mặt đường
V
m/s
Vận tốc xe
n
Chu kỳ/m
Tấn số sóng mặt đường
0
n

Chu kỳ/m
Tần số mẫu
()
q
Sn

3
m
/chu kỳ
Mật độ phổ chiều cao mấp mô mặt đường


Rad
Hệ số tần số được miêu tả tần số mật độ phổ của mặt
đường
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1.1: Xe Formula Student 11
Hình 1.2: Hệ treo phụ thuộc loại lò xo trụ 15
Hình 1.3: Hệ thống treo hai đòn ngang 17
Hình 1.4: Hệ thống treo Mc.Pherson 17

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
Hình 1.5: Hệ thống treo khí điều khiển bằng điện tử 18
Hình 1.6: Hệ thống treo đa liên kết 19
Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson 22
Hình 2.2: Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson 23
Hình 2.3: Hoạ đồ động học hệ thống treo Mc.Pherson 40
Hình 3.1: Phương pháp xây dựng mô hình dao động 1 42
Hình 3.2: Phương pháp xây dựng mô hình dao động 2 43
Hình 3.3: Mô hình hệ thống treo tương đương 44
Hình 3.4: Mô hình xe F-SAE thực tế 45
Hình 3.5: Mô hình xe F-SAE kể đến khối lượng M 45
Hình 3.6: Mô hình xe F-SAE kể đến khối lượng M , Jx, Jy 45
Hình 3.7: Sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên thân xe 47
Hình 3.8: Hàm điều hoà của mấp mô mặt đường 52
Hình 3.9: Mặt đường đua xe F-SAE 53
Hình 3.10: Mấp mô mặt đường theo ISO câp độ B 54
Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink7.04 58
Hình 4.2: Gia tốc tại vị trí trọng tâm thân xe khi xe chạy trên mặt đường ISOB 59
Hình 4.3: Các gia tốc bình phương trung bình khi K thay đổi 62
Hình 4.4: Các gia tốc bình phương trung bình khi C thay đổi 65
Hình 4.5: Khảo sát ảnh hưởng C và K đến độ êm dịu chuyển động ô tô sau khi tối ưu 67
Hình 4.6: Kết quả so sánh a
wz
của Bộ số liệu mới với Bộ số liệu cũ 69
Hình 4.7: Kết quả so sánh a
w



của Bộ số liệu mới với Bộ số liệu cũ 69
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

10
Hình 4.8: Kết quả so sánh a
w

của Bộ số liệu mới với Bộ số liệu cũ 69
Hình 5.1 Hệ thống treo cầu sau xe F-SAE 70
Hình 5.2 Lắp ráp các bộ phận trên xe F-SAE 70
Hình 5.3 Xe F-SAE sau khi được chế tạo 71
Bảng 1.1: Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1 22
Bảng 2.1: Tần số dao động riêng của một số loại xe 34
Bảng 3.1: Các loại mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068 54
Bảng 4.1: Các thông số kỹ thuật của xe F-SAE 57
Bảng 4.2: Gia tốc bình phương trung bình tại vị trí trọng tâm thân xe 59
Bảng 4.3: Các gia tốc bình phương trung bình khi K thay đổi 60
Bảng 4.4: Các gia tốc bình phương trung bình khi C thay đổi 63
Bảng 4.5: Khảo sát sự thay đổi a
wz
khi tối ưu C

và K 66
Bảng 4.6: Bộ số liệu mới được tối ưu 68















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô đua sinh viên F-SAE là cuộc thi được tổ chức bởi Hiệp hội kỹ sư ngành
ô tô SAE (Society of Automotive Engineers). Đây là sân chơi bổ ích dành cho sinh
viên tất cả các trường đại học cao đẳng có chuyên ngành ô tô của các quốc gia trên
thế giới. Hàng năm, cuộc thi này quy tụ hàng trăm đội đua đến từ các quốc gia
khác nhau, từ những quốc gia phát triển mạnh về công nghệ, công nghiệp ô tô đến
các nước đang phát triển muốn khẳng định vị thế quốc gia mình trên trường quốc
tế. Ở Việt Nam, thiết kế xe đua sinh viên vẫn còn là vấn đề mới mẻ đối với sinh viên
các trường đại học, năm 2013 nhóm nghiên cứu của trường Đại học Kỹ thuật Công
nghiệp-Đại học Thái Nguyên đã thiết kế và chế tạo thành công xe đua sinh viên thế
hệ thứ nhất. Hiện nay sản phẩm này đang được kế hoàn thiện, tối ưu thiết kế các
cụm, hệ thống nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của xe đáp ứng các tiêu chuẩn của
SAE nhằm đưa xe tham dự các cuộc thi quốc tế. Các thông số thiết kế hệ thống treo
có ảnh hưởng trực tiếp đến độ êm dịu và ổn định hướng của xe. Do vậy, nó đã và
đang được nhiều nhà thiết kế xe đua F-SAE thế giới đặc biệt quan tâm. Trong số
các công trình đã công bố, nhiều tài liệu đã tính toán, thiết kế các thông số hình học
hệ thống treo xe đua F-SAE để nâng cao ổn định hướng của xe, tập trung nghiên
cứu ảnh hưởng thông số thiết kế thống treo đến độ êm dịu của xe đua F-SAE. Tuy
nhiên các nghiên cứu này chỉ dừng lại khảo sát mô hình dao động 1/2 của xe và

kích thích dao động là các hàm toán học đơn giản.
Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống treo
cho xe Formula Student’’ làm luận văn thạc sỹ dưới sự hướng dẫn của thầy giáo
TS. Nguyễn Khắc Tuân. Trong luận văn này, tác giả sử dụng mô hình dao động
không gian và tiêu chuẩn về độ êm dịu ISO2631-1 để nghiên cứu ảnh hưởng của
các thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của xe. Kết quả
nghiên cứu đã đưa ra được bộ thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo xe F-SAE
nhằm nâng cao độ êm dịu cho người lái.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
Nội dung đề tài nghiên cứu các vấn đề sau:
- Tổng quan về nghiên cứu dao động và các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển
động của ô tô.
- Xây dựng mô hình dao động xe F-SAE.
- Tính toán thiết kế hệ thống treo cho xe F-SAE.
- Giải hệ phương trình vi phân dao động bằng Matlab-Simulink7.04 và tính toán
các thông số ảnh hưởng đến dao động của xe.
- Nghiên cứu ảnh hưởng và đề xuất bộ thông số kết cấu tối ưu cho hệ thống treo
theo chỉ tiêu êm dịu (gia tốc bình phương trung bình).
- Chế tạo hệ thống treo cầu trước và cầu sau xe F-SAE.















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
Hình 1.1. Xe Formula Student
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Mục đích chương này là: giới thiệu về xe đua F-SAE, tổng quan về hệ thống
treo của ôtô, phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô và các chỉ tiêu đánh giá độ êm
dịu chuyển động. Phân tích các công trình nghiên cứu đã công bố về dao động ô tô
trong và ngoài nước từ đó đưa ra mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu
của luận văn.
1.1. Giới thiệu xe Formula Student (F-SAE):
Formula Student là cuộc thi thiết kế xe đua
của sinh viên được tổ chức bởi SAE
International[2], SAE được gọi là Hiệp hội kĩ sư ô
tô (Society of Automotive Engineers). Cuộc thi này
lần đầu tiên tổ chức vào năm 1978 tại trường đại
học University of Houston ở Mỹ.
Một số công ty sản xuất đã giúp đỡ những đội
sinh viên để phát triển một mẫu xe đua Formual cỡ nhỏ. Mẫu xe này tham gia vào
những cuộc đua không chuyên nghiệp với mục đích kích thích khả năng nghiên cứu,
chế tạo, thực hành của sinh viên và là cơ hội quảng bá thương hiệu cho các nhà đầu
tư. Mỗi đội sinh viên phải thiết kế, xây dựng mô hình và kiểm nghiệm một mẫu xe
dựa trên những chỉ tiêu kĩ thuật của loại xe này[2].
Các nhà tài trợ sẽ trao những học bổng cho những thiết kế vượt trội, ví dụ

như xe sử dụng xăng E-85, cải tiến sử dụng điện tử, tái sử dụng, sử dụng phương
pháp phân tích để thiết kế, nâng cao hiệu suất động học. Trước khi bắt đầu cuộc thi
xe Formula SAE phải được kiểm tra theo yêu cầu kỹ thuật Technical Inspection
(khả năng phanh, sự ổn định và tiếng ồn).
Xe Formula SAE bao gồm các khía cạnh như: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo,
kiểm tra, phát triển, quảng cáo và đầu tư. Những công ty lớn như General Mortors,
Ford và Chrysler đã cử các nhân viên kỹ thuật làm việc với hơn 1000 sinh viên tạo
thành các nhóm để cải thiện khả năng chế tạo ra những chiếc xe nguyên mẫu.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14
Ngày nay có rất nhiều cuộc thi được tổ chức với quy mô lớn như Formula
Student ở UK cũng như Formula SAE Australasia (Formula SAE-A) ở Austrasia,
A-Formula SAE West ở California, Verein Deutscher Ingenieure (VDI) tổ chức
cuộc thi Formula Student Germany ở Hockenheimring vv…
Những nội quy[2] được ban tổ chức áp dụng cho cộc thi Formula có nhiều
giới hạn, mỗi đội sinh viên phải tự thực hiện toàn bộ các quá trình kể cả lái xe, nơi
làm việc phải cố định, giới hạn giờ làm việc. Sinh viên được phép nhận các lời tư
vấn từ những chuyên gia, nhưng tất cả những mẫu thiết kế phải do chính tay sinh
viên làm. Dưới đây là một và tiêu chuẩn kỹ thuật chính cua xe Fomula tham gia vao
cuộc thi:
Động cơ: Phải là động cơ bốn chu kỳ, dung tích xilanh không lớn hơn 600cc,
công suất động cơ được khống chế dưới 100hp, động cơ có thể là động cơ chữ V
hay động cơ một xilanh.
Hệ thống treo: Có thể sử dụng các loại hệ thống treo khác nhau, nhưng
thông thường các đội chọn hệ thống treo độc lập, hay hệ thống treo thanh giằng kép
(double – wishbone).
Động lực học: Hầu hết các đội không xây dựng gói động lực học riêng cho
xe bời vì tốc độ của các xe Formula hiếm khi vượt qua 97km/h, những thiết kế được
tiến hành theo những chỉ tiêu động học đã được sử dụng và kiểm tra, thường từ

kiểm tra khí động lực (wind tunnel) hoặc phân tích thuỷ động học (computational
fluid dynamics).
Khối lƣợng: Không có giới hạn về khối lượng của xe, nhưng khối lượng
trung bình của xe thường ít hơn 230kg, sự giảm khối lượng xe là mục tiêu được đề
ra như là sử dụng vật liệu composite hay công nghệ tạo mẫu nhanh.
Về độ an toàn: Phần lớn những quy tắc của xe đều liên quan đến sự an toàn,
các thiết kế phải có hai ống hút gió (roll hoop) bằng thép đúng qui định để đảm bảo
an toàn cho người điều khiển xe, bộ phận này đặt trên khung xe. Phải có một bộ
phận giảm va đập (impact attenuator) đặt ở mũi xe để giảm va đập với không khí.
Xe cũng phải có hai hệ thống phanh thủy lực, dây an toàn, ghế ngồi phải có vị trí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15
thuận tiện cho người điều khiển xe, kiểm tra sự nghiêng đảm bảo cho nguyên liệu
không bị tràn ra khi vào góc cua.
1.2. Tổng quan về hệ thống treo và các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu trong
chuyển động của ô tô.
Ôtô là một hệ thống phức tạp bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau, mỗi bộ
phận có khối lượng và thông số đặc trưng của nó. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra
dao động của ôtô như: các lực cản khí động, rung động của động cơ, hệ dẫn động và
sự không cân bằng của bánh xe và lốp, sự không đều của mấp mô mặt đường.
1.2.1. Vai trò của hệ thống treo:
Hệ thống treo là một bộ phận nối phần đuợc treo và phần không đuợc treo
một cách đàn hồi và cùng với lốp làm giảm chấn động gây nên do sự mấp mô mặt
đuờng khi xe chạy. Vì vậy nó quyết định đến đặc tính và các chỉ tiêu về dao động.
Các bộ phận chính trong hệ thống treo bao gồm:
- Bộ phận đàn hồi làm giảm nhẹ các tải trọng động tác động từ bánh xe lên
khung và đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi chuyển động.
- Bộ phận dẫn hướng để truyền lực và mô men và xác định tính chất động học
giữ bánh xe với khung vỏ xe.

- Bộ phận giảm chấn để dập tắt dao động của phần được treo và không được
treo của ô tô.
Ngoài ra hệ thống treo dập tắt được các dao động tương đối giữa các chi tiết
lắp ghép nên làm giảm va đập giữa chúng vì vậy làm tăng tuổi thọ cho các chi tiết.
1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống treo :
Để thoả mãn đuợc các chức năng của hệ thống treo đối với dao động ôtô như
đã nêu trên thì hệ thống treo phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của
xe khi xe chạy trên đường xấu hay đường tốt.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

16
- Đảm bảo động học đúng của các bánh xe dẫn hướng khi các bánh xe dịch
chuyển thẳng đứng tránh cho lốp mòn nhanh và không làm mất ổn định của bánh xe
dẫn hướng.
- Truyền được các lực đẩy dọc và ngang giữa khung ô tô với cầu xe hoặc với
các bánh xe.
- Hệ thống treo phải đảm độ bền cao và độ tin cậy cao, không gặp những hư
hỏng bất thường.
- Giảm tải trọng động sinh ra do đường không bằng phảng và đảm bảo độ êm
dịu cần thiết cho ô tô.
- Dập tắt nhanh chóng mọi dao động của ô tô và các bánh xe.
- Trọng luợng phần không treo nhỏ gọn.
1.2.3. Giới thiệu một số loại hệ thống treo.
a) Hệ thống treo phụ thuộc:
Trong hệ thống treo phụ thuộc Hình 1.2 các bánh xe được đặt trên một dầm
cầu liền, bộ phận giảm chấn và đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền đó. Do đó
sự dịch chuyển của một bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ gây nên chuyển vị nào

đó của bánh xe phía bên kia.
Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cầu
cứng. Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định hình,
còn trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần của
hệ thống truyền lực.
Trong hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi là nhíp thì nó vừa là phần
tử đàn hồi đồng thời làm luôn bộ phận dẫn hướng.
Vì nhíp làm bộ phận hướng nên trong hệ treo này sẽ không cần đến các thanh
giằng để truyền lực dọc hay lực ngang nữa.


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

17





Hình 1.2. - Hệ treo phụ thuộc loại lò xo trụ.
1- Dầm cầu; 2 - Lò xo xoắn ốc; 3- Giảm chấn; 4- Đòn dọc dưới
5- Đòn dọc trên; 6- Thanh giằng Panhada.
Đối với hệ treo có bộ phận đàn hồi là lò xo trụ không có khả năng dẫn hướng
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 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:
Nhƣợc 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 không 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.

1
4
5
3
6
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

18
Ƣu điểm:
- Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra
hiện tượng mòn 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.
b) Hệ thống treo độc lập:
 Hệ treo hai đòn ngang:
Kết cấu hệ thống treo hai đòn ngang bao gồm một đòn ngang trên và một
đòn ngang dưới, các đầu trong liên kết bằng khớp trụ với khung vỏ xe, các đầu
ngoài liên kết bằng khớp cầu với trụ đứng, đòn đứng nối cứng với trục bánh xe, ở
đây đòn đứng có chức năng như trụ đứng của hệ thống treo phụ thuộc, bánh xe có
thể quay quanh đường của hai khớp cầu ngoài và kết cấu hệ thống treo hai đòn

ngang được thể hiện trên Hình 1.3.
Bộ phận đàn hồi có thể nối giữa vỏ với đòn trên hoặc đòn dưới, giảm chấn
cũng có thể nối với đòn trên hay đòn dưới. Hai bên bánh xe này đều dùng hệ thống
treo loại này và được đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa ôtô.
Trên hình vẽ Hình 1.3a, các góc nghiêng, góc nghiêng  có quan hệ tổng
(+) không đổi, bởi vậy khi thay đổi tạo nên góc  thay đổi làm ảnh hưởng tới sự
chuyển động của ôtô.
Sự dịch chuyển bên ∆
B
của bánh xe gây nên mài mòn lốp xe và giảm khả
năng truyền lực bên của bánh xe.
Mặt khác, sự thay đổi vết bánh xe liên quan đến khả năng ổn định của ôtô, vì
vậy giá trị lệch bên ∆
B
được khống chế sao cho nhỏ nhất, hệ thống treo hai đòn
ngang có giá trị ∆
B
khá bé để bảo đảm truyền tốt lực dọc các đòn có kết cấu đòn tam
giác. Mômen phanh truyền qua các đòn trên và đòn dưới:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

19






(a) (b)
Hình 1.3. Hệ thống treo hai đòn ngang

1-bánh xe 2- đòn trên 3-vỏ xe; 4-khớp cầu trên; 5-trụ đứng; 6.khớp cầu dưới;- đòn dưới;
8-lò xo 9- ống giảm chấn;10-vỏ xe.
 Hệ thống treo Mac Pherson:
Hệ thống treo Mac Pheson Hình 1.4: là trường hợp đặc biệt của hệ thống treo
hai đòn ngang và kết cấu bao gồm một đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo phương
đứng - một đầu gối lên khối cầu A, một đầu bắt với vỏ xe, trục bánh xe được nối
cứng với vỏ giảm chấn và trục giảm chấn. Khả năng truyền lực của hệ thống: lực
dọc được truyền qua đòn ngang, lực bên truyền qua đòn dưới và khớp A. Mômen
phanh hoặc mômen kéo được truyền qua khớp A vào đòn ngang và tác dụng vào
khung xe.














Hình 1.4. Hệ thống treo Mac Pherson
1-bánh xe; 2-khớp cầu (A); 3-thanh đòn ngang dưới; 4-lò xo; 5-giảm chấn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

20

Ƣu điểm:
- Có kết cấu tương đối đơn giản hơn hệ thống treo hai đòn ngang.
- Do ít chi tiết nên nhẹ vì vậy có thể giảm khối lượng phần không được treo.
- Do hệ thống treo chiếm ít không gian nên có thể tăng không gian sử dụng của
khoang động cơ.
Nhƣợc điểm:
Do giảm chấn vừa làm chức năng giảm chấn vừa làm trục đứng nên trục giảm
chấn chịu tải lớn.
 Hệ thống treo khí điều khiển bằng điện tử - EMAS
Với các hệ thống treo thông thường, các bộ phận đàn hồi như lò xo trụ, thanh
xoắn, nhíp… đều được chế tạo từ các vật liệu kim loại. Nhưng ở hệ thống treo khí
Hình 1.5 với ưu điểm và hiệu quả giảm chấn của khí nén, nó có thể hấp thụ những
rung động nhỏ hơn do đó tạo ra độ êm dịu chuyển động tốt hơn kim loại.
Hệ thống treo khí có thể điều khiển được độ cao của xe và độ cứng của bộ
phận đàn hồi, ngoài ra còn có chức năng dự phòng và chẩn đoán.

Hình 1.5. Hệ thống treo khí điều khiển bằng điện tử
(EMAS - Electronically Modullated Air Suspension)
1-Giảm xóc khí nén tự động điều chỉnh độ giảm chấn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

21
2-Cảm biến gia tốc của xe.
3-ECU (hộp điều khiển điện tử của hệ thống treo).
4-Cảm biến độ cao của xe.
5-Cụm van phân phối và cảm biến áp suất khí nén.
6-Máy nén khí; 7-Bình chứa khí nén; 8-Đường dẫn khí.
Ƣu điểm:
- Ưu điểm nổi trội của hệ thống treo khí – điều khiển điển tử này chính là sự
linh hoạt trong việc có thể thay đổi các thông của hệ thống treo một cách phù hợp

với các chế độ làm việc khác nhau (biên dạng đường, tốc độ chuyển động…).
- Tính điều khiển chuyển động tốt.
Nhƣợc điểm:
Kết cấu phực tạp và giá thành cao; bảo dưỡng và sửa sửa đòi hỏi trình độ thợ có
kỹ thuật cao.
 Hệ thống treo đa liên kết.






Hình 1.6. Hệ thống treo đa liên kết
Về bản chất, hệ thống treo đa liên kết Hình 1.6 thuộc loại độc lập. Cải tiến từ
“đàn anh” đòn chữ A đôi, treo đa liên kết sử dụng ít nhất 3 cần bên và một cần dọc.
Những loại cần này không nhất thiết phải dài bằng nhau và có thể xoay theo một
góc khác từ hướng ban đầu.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

22
Mỗi cần đều có một khớp nối cầu hoặc ống lót cao su ở cuối, nhờ đó chúng
luôn ở trạng thái căng, nén và không bị bẻ cong. Cần được nối ở phần đầu và cuối
của trục. Khi quay để bẻ lái, trục sẽ thay đổi hình dạng của hệ thống treo bằng cách
xoắn toàn bộ cần treo. Các trục xoay của hệ thống treo được liên kết sao cho điều
này có thể xảy ra. Bố cục đa liên kết được sử dụng cho cả cầu trước và cầu sau. Tuy
nhiên, đối với treo trước cần bên được thay thế bằng thanh giằng nối khung hoặc
hộp cơ cấu lái với mayơ.
Ƣu điểm:
Hệ thống treo đa liên kết được coi là hệ thống treo độc lập lý tưởng nhất cho
một chiếc xe thành phẩm bởi nó kết hợp giữa khả năng điều khiển và tiết kiệm

không gian giữ cảm giác thoải mái và khả năng điều khiển. Hơn nữa, hệ thống treo
đa liên kết còn giúp cho xe uốn cong nhiều hơn.
Với hệ thống treo đa liên kết các nhà thiết kế có thể thay đổi một thông số
mà không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống. Đây chính là điểm khác biệt rõ ràng
nhất so với hệ thống treo đòn chữ A đôi.
Nhƣợc điểm:
Bên cạnh những ưu điểm, nhược điểm của hệ thống treo đa liên kết là giá
thành cao, quá trình thiết kế và sản xuất phức tạp. Trên thực tế, hình dáng của hệ
thống treo cần được kiểm tra bằng phần mềm phân tích thiết kế.
Tuy nhiên nhờ những thành tựu về công nghệ giá thành của hệ thống treo đa
liên kết đã được giảm đi đáng kể. Một trong những công ty chuyên sản xuất hệ
thống treo đa liên kết giá thành thấp là Magneti Marelli-nhà cung cấp cho đội F1
của Ferrari.
Qua phân tích một số kết cấu hệ thống treo tác giả chọn hệ thống treo Mac
Pherson làm đối tượng nghiên cứu, lựa chọn các thông số của hệ thống treo nhằm
nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống treo trên ôtô. Để nghiên cứu được ảnh
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

23
hưởng của các thông số hệ thống treo tác giả thiết lập mô hình dao động được của
xe để phân tích ảnh hưởng và lựa chọn các thông số tối ưu của hệ thống treo.
1.3. Các chỉ tiêu, phƣơng pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động.
1.3.1. Cƣờng độ dao động.
Tiêu chuẩn VBI2057 của Đức đưa ra hệ số KB đánh giá dao động[7,15]:
Theo đó ba ngưỡng được dùng để đánh giá:
- KB = 20 giới hạn êm dịu.
- KB = 50 giới hạn điều khiển.
- KB = 125 giới hạn gây bệnh lý.
Cường độ dao động KB là một hàm của gia tốc, phương tác dụng, thời gian
và tần số tác dụng. Như vậy để xác định KB, đối với xe tải ta phải xác định gia tốc

của Cabin, trong tính toán sau này là

1
Z
, gia tốc tại tâm khối lượng được treo
trước.
KB = f(

1
Z
,f
1
, )
Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá: Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá hiện nay mới chỉ
thấy Hiệp hội Đóng gói Đức BFSV[15] nêu vấn đề. Dựa vào đó, với nghiên cứu ảnh
hưởng của dao động với đường, Mitschke đề ra ngưỡng cho an toàn hàng hoá như
sau [15,7]:
-

2
Z
max
= 3m/s
2
giới hạn cảnh báo.
-

2
Z
max

= 5 m/s
2
giới hạn can thiệp.
Trong đó:

2
Z
là gia tốc theo phương thẳng đứng thùng xe, khối lượng được treo.
Giới hạn cảnh báo, theo Mitschke[17], là ở đó hệ thống treo hoặc đường xá
đã hỏng đến mức phải có kế hoạch sửa chữa.
1.3.2. Gia tốc bình phƣơng trung bình theo thời gian tác động.
Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1[12]: đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển
động ô tô thông qua gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng dựa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

24
theo vào các công trình nghiên cứu của thế giới. Gia tốc bình phương trung bình
theo phương thẳng đứng được xác định theo công thức dưới đây:

2/1
0
2
)(
1









T
WWZ
dtta
T
a
(1-1)
Trong đó:
- a
wz
: Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng.
- a
z
: Gia tốc theo phương thẳng đứng theo thời gian .
- T

: Thời gian khảo sát.
Điều kiện chủ quan đánh giá độ êm dịu ô tô theo độ lệch gia tốc quân
phương thẳng đứng ISO 2631-1[12] dựa vào Bảng 1.1 dưới đây:
Bảng 1.1. Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1.
a
WZ
giá trị (m
2
/s)
Cấp êm dịu
< 0.315 m.s
-2
Thoải mái

0.315m.s
-2
-0.63m.s
-2
Một chút khó chịu
0.5m.s
-2
- 1 m.s
-2

Khá khó chịu
0.8 m.s
-2
- 1.6 m.s
-2
Không thoải mái
1.25 m.s
-2
- 2.5 m.s
-2
Rất khó chịu
> 2 m.s
-2
Cực kỳ khó chịu

Ưu điểm của tiêu chuẩn VBI2057 và tiêu chuẩn ISO 2631-1 là thuận lợi cho
việc phân tích và đánh giá dao động toàn bộ của xe. Thông qua các mô hình dao
động vật lý và toán học của toàn bộ xe hoặc các phần mền chuyên dùng ADAMS,
LMS hoàn toàn xác định gia tốc dao động theo miền thời hoặc miền tần số. Hiện
nay phương pháp này đã được các nhà khoa học trên khắp thế giới áp dụng ISO

2631-1 để phân tích độ êm dịu của dao động các phương tiện dao thông.
1.3.3. Chỉ tiêu về tải trọng động.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

25
Tải trọng động cực đại (F
zdyn, max
) làm giảm tuổi thọ chi tiết, gây tổn hại cho
đường. Hệ số tải trọng động K
dyn, max
đánh giá mức độ ảnh hưởng đến chi tiết, hệ số
áp lực đường W đánh giả mức độ ảnh hưởng của dao động với đường.
a) Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng tới độ bền chi tiết.
Để khảo sát vấn đề này, tác giả sử dụng hệ số tải trọng động cực đại, được
định nghĩa như sau:
K
dyn,max
=1+
5,1
)max(
,

stz
zdyn
F
F
(1-2)
Trong đó:
- K
dyn, max

: Hệ số tải trọng động cực đại
- F
z,dyn
: Tải trọng động bánh xe
- F
z,st
: Tải trọng tĩnh bánh xe
Với kích động ngẫu nhiêm max (F
z,dyn
) được xác định như sau:



T
stzzRMSZFz
dtFtF
T
F
2
,,
))((
1

(1-3)
Và: k
dy max
=
1
64,1
,

,

stz
RMSZ
F
F
(1-4)
b) Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường.
Sau những năm 1990, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế của cầu
và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh giá cao. Các nhà nghiên cứu
của Anh, Mỹ đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ôtô đối với cầu và
đường. Người ta thấy rằng mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô đến cầu và đường
tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe với đường. Họ đã đưa ra khái niệm Road
stress Coefficient, tạm gọi là hệ số áp lực đường W, là hệ số có thể đánh giá mức độ
ảnh hưởng của dao động ôtô với cầu và đường. Trong một số tài liệu còn có tên
tiếng anh là Dynamic wear factor. Theo đó, Wilkinson[17,18,] đã nêu ra công thức
xác định hệ số áp lực đường W như sau:
W=1+6 
2
+4
4
(1-5)