ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ ĐẮC THỊNH

ĐỀ TÀI

ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO HAI ĐỊN NGANG
(DOUBLE A ARM) BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG

Chun ngành: Kỹ thuật ô tô – máy kéo
Mã số: 605235

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: VÕ ĐẮC THỊNH

MSHV: 10130467

Ngày, tháng, năm sinh: 16/ 01/1979

Nơi sinh: Tp. HỒ CHÍ MINH

Chun ngành: Kỹ thuật Ơtơ – Máy kéo

Mã số: 605235

I. TÊN ĐỀ TÀI:

“ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO HAI ĐÒN NGANG
(DOUBLE A ARM) BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG”
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Phân tích các thơng số cơ sở (k,c,m) của hệ thống treo hai đòn ngang.
2. Xây dựng mơ hình tốn học để tính tốn
+ Dao động (tần số, biên độ) của hệ thống treo hai đòn ngang;
+ Động học và động lực học các cơ cấu trong hệ thống treo.
3. Tính tốn, mơ phỏng hệ thống treo.
4. Phân tích, đánh giá kết quả.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN HỮU NHÂN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Tp. HCM, ngày…..tháng…….năm 2012
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. TRẦN HỮU NHÂN
TRƯỞNG KHOA



Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN HỮU NHÂN
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. NGUYỄN HỮU HƯỜNG
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. NGUYỄN BÁ HẢI
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
Ngày 24 tháng 12 năm 2012
Thành phần Hội đồng đanh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ...............................................................................................
2. ...............................................................................................
3. ...............................................................................................
4. ...............................................................................................
5. ...............................................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi nhận luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Thầy Cô Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM
và các Thầy Cơ thuộc Bộ mơn Kỹ thuật Ơtơ – Máy kéo đã tận tình giảng dạy Tơi trong
suốt q trình theo học tại Trường.
Tôi xin cảm ơn TS. Trần Hữu Nhân đã hướng dẫn và cho Tơi hướng nghiên cứu
hữu ích cùng những lời góp ý rất chân thành để hồn thành luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân đã tạo điều kiện cho Tơi học tập và
nghiên cứu đến nay.
Xin cảm ơn quý Thầy, Cô, Ban Giám Hiệu Trường CĐKT Lý Tự Trọng đã tạo điều

kiện về thời gian, cung cấp tài liệu cho Tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.
Mặc dù đã hồn thành nhưng Tơi tin chắc khơng tránh khỏi những thiếu sót, hạn
chế trong luận văn nên Tơi mong có được những lời nhận xét góp ý từ phía các Thầy Cơ
Bộ mơn và các bạn cùng khóa để luận văn hoàn thiện hơn.
Học viên: VÕ ĐẮC THỊNH


TĨM TẮT
Nghiên cứu thiết kế hệ thống treo có vai trị rất quan trọng trong q trình thiết kế
ơtơ. Nhiều tài liệu và cơng trình nghiên cứu về hệ thống treo đã được công bố đặc biệt
là trong thời gian gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của việc ứng dụng cơng nghệ
thơng tin hỗ trợ tích cực trong tính tốn, mơ phỏng. Tuy nhiên, việc nghiên cứu thiết
kế, mơ phỏng và phân tích hệ thống treo vẫn cịn tồn đọng rất nhiều vấn đề cần phải
giải quyết, điều này đòi hỏi sự tổng hợp nhiều lĩnh vực chuyên môn lại với nhau như:
động học, động lực học, cơ học kết cấu, dao động, nhân trắc học, thống kê….
Việc nghiên cứu ứng dụng máy tính nói chung hay Matlab/Simulink nói riêng trong
q trình tính tốn mơ phỏng hệ thống treo là thực sự cần thiết góp phần giải quyết
nhanh chóng và hiệu quả q trình thiết kế. Với tính cấp thiết này tác giả chọn đề tài:
“ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO HAI ĐÕN NGANG (DOUBLE A ARM) BẰNG
PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG”.

Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm có các phần:
Chương 1 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống treo hai địn ngang trên xe ơ tơ.
Chương 2 Nghiên cứu về các góc đặt bánh xe, tính tốn động học, động lực học,
phương pháp tối ưu hóa tính tốn hệ thống treo dạng hai đòn ngang và xây dựng mơ
hình Matlab/Simulink để tính tốn.
Chương 3 Trong chương này tác giả bằng phương pháp thực nghiệm xác định độ
cứng của bộ phận đàn hồi, dùng phần mềm Acad, Inventor xác định khối lượng,
moment quán tính khối lượng, tọa độ trọng tâm của từng phần tử trong hệ thống treo.
Chương 4 Tính tốn, phân tích các kết quả từ mơ hình động học và động lực học

của hệ thống treo hai đòn ngang trên xe Toyota corona bằng Matlab/Simulink.
Chương 5 Kết luận và phát triển đề tài.


LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: VÕ ĐẮC THỊNH
Ngày, tháng, năm sinh: 16/01/1979

Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh

Địa chỉ liên lạc: khoa Động lực trƣờng CĐKT Lý Tự Trọng
Tôi xin cam đoan Luận văn “ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO HAI ĐÒN NGANG
(DOUBLE A ARM) BẰNG PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG” là do tôi thực hiện, không
sao chép của ngƣời khác. Nếu sai sự thật, tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng
và pháp luật.
Học viên


MỤC LỤC
Trang
Chương 1 Tổng quan .....................................................................................................1
1.1 Tổng quan .............................................................................................................. 1
1.1.1 Đặt vấn đề ............................................................................................................1
1.1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................1
1.1.3 Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................................2
1.1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................2
1.1.5 Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................2
1.2 Tổng quan nội dung ................................................................................................3
1.2.1 Công dụng của hệ thống treo .............................................................................3

1.2.2 Yêu cầu của hệ thống treo ..................................................................................3
1.2.3 Phân tích kết cấu hệ thống treo dạng hai địn ngang........................................ 4
1.2.4 Các thơng số kỹ thuật của hệ thống treo hai đòn ngang ....................................4
1.2.4.1 Bộ phận đàn hồi...............................................................................................4
1.2.4.2 Bộ phận giảm chấn ...........................................................................................9
1.2.4.3 Bộ phận dẫn hướng ........................................................................................10
Chương 2 Cơ sở lý thuyết mô phỏng ...........................................................................13
2.1 Tâm quay tức thời .................................................................................................13
2.2 Tâm quay và trục quay ..........................................................................................13
2.2.1 Trục quay của hệ thống treo hai đòn ngang.......................................................13
2.2.2 Tâm quay tức thời của hệ thống treo hai đòn ngang .........................................15
2.3 Góc đặt bánh xe ....................................................................................................16
2.3.1 Độ chụm – dỗng..............................................................................................16
2.3.2 Góc nghiêng dọc của trục lái (Caster) ............................................................19
2.3.3 Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber)......................................................20
2.3.4 Góc quay cầu xe (Trust angle) .........................................................................21
2.4 Tính tốn động học ...............................................................................................21
2.5 Tính tốn động lực học .........................................................................................24
2.6 Phương pháp tính tốn tối ưu hóa hệ thống treo ..................................................27
2.6.1 Đáp ứng tần số .................................................................................................27


2.6.2 Tối ưu hóa .........................................................................................................27

2.7 Kết luận ........................................................................................................ 32
Chương 3 Thực nghiệm ..................................................................................... 33
3.1 Phương pháp thực nghiệm ....................................................................................33
3.2 Xác định giá trị độ cứng bộ phận đàn hồi (lò xo) .................................................36
3.2.1 Thiết bị xác định độ cứng lò xo ........................................................................36
3.2.2 Trình tự thí nghiệm ...........................................................................................41

3.3 Xác định hệ số giảm chấn của bộ phận giảm chấn (theo phương pháp lý thuyết tối
ưu) .........................................................................................................................43
3.4 Mơ hình mơ phỏng hình học (3D) ........................................................................44
3.4.1 Khối lượng, tọa độ, momen quán tính khối lượng đòn treo dưới ......................44
3.4.2 Khối lượng, tọa độ, momen quán tính khối lượng trụ quay ..............................45
3.4.3 Khối lượng, tọa độ, momen qn tính khối lượng địn treo trên .......................46
3.5 Kết luận..................................................................................................................46
Chương 4 Tính tốn và phân tích kết quả mô phỏng ..................................................48
4.1 Động học ...............................................................................................................48
4.2 Động lực học .........................................................................................................51
4.3 Thơng số theo phương pháp tối ưu hóa ................................................................54
4.4 Kết luận..................................................................................................................58
Chương 5 Kết luận và phát triển đề tài .......................................................................59
5.1 Kết luận..................................................................................................................59
5.2 Hướng phát triển đề tài .........................................................................................60
Tài liệu tham khảo
Phụ lục


DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1 Hệ thống treo dạng hai địn ngang .................................................................. 4
Hình 1.2 Hệ thống treo dạng hai địn ngang trên xe Toyota corona .............................. 4
Hình 1.3 Các dạng đường đặc tính của hệ thống treo .................................................... 5
Hình 1.4 Đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo ...................................................... 6
Hình 1.5 Quan hệ của tần số dao động riêng của phần được treo h với độ võng hiệu
dụng f ............................................................................................................... 7
Hình 1.6 Ống giảm chấn ................................................................................................. 9
Hình 1.7 Cấu tạo giảm chấn ......................................................................................... 10
Hình 1.8 Sơ đồ động học hệ thống treo hai đòn ngang của bánh xe với cơ cấu hướng

hai địn hình bình hành .................................................................................. 12
Hình 2.1 Tâm quay tức thời của I cho một khối cứng khi di chuyển ............................ 13
Hình 2.2 Hệ thống treo trước dạng hai địn ngang điển hình ...................................... 14
Hình 2.3 Cơ cấu động học cho phần hệ thống treo trước dạng hai địn ngang ........... 14
Hình 2.4 Tâm quay

là giao điểm của hai đường

và

............................ 14

Hình 2.5 Mơ hình động học hệ thống treo bánh xe trước bên trái .............................. 15
Hình 2.6 Tâm quay của hệ thống treo so với bề mặt đường ......................................... 16
Hình 2.7. Độ chụm - dỗng của bánh xe trước ............................................................. 17
Hình 2.8 Thể hiện góc nghiêng dọc của trục lái âm, dương của bánh xe trước của xe 19
Hình 2.9 Thể hiện góc nghiêng ngang âm, dương của bánh xe trước của xe ............. 20
Hình 2.10 Thể hiện góc lệch cầu .................................................................................. 21
Hình 2.11 Một cơ cấu bốn khâu MNAB và một điểm liên kết tại C .............................. 21
Hình 2.12 Cơ cấu hệ thống treo hai địn ngang và động học cơ cấu bốn thanh tương
đương ........................................................................................................... 23
Hình 2.13 Mơ hình động học chuyển động trong phạm vi nhỏ..................................... 23
Hình 2.14 Mơ hình động lực học hệ thống treo dạng hai đòn ngang ........................... 24


Hình 2.15 Mơ hình hệ lị xo nghiêng và độ cứng lị xo tương đương ........................... 24
Hình 2.16 Mơ hình ôtô chuyển động trên mặt đường mấp mô ngẫu nhiên với vận tốc v .
....................................................................................................................................... 25
Hình 2.17 Mơ hình cấu trúc chương trình mơ tả động lực học hệ thống treo .............. 26
Hình 2.18 Mơ hình Matlab/Simulink ............................................................................. 26

Hình 2.19 Sơ đồ thiết kế các thông số của hệ thống treo tối ưu ................................... 28
Hình 2.20 Ứng dụng sơ đồ thiết kế tối ưu hóa hệ thống treo cho tập hợp
trị tối ưu được xác định
Hình 2.21 Mối quan hệ giữa

với

= 0,4 ,
khi

=1, các giá

= 10Hz ............................................... 29
và

thay đổi ......................................... 29

Hình 2.22 Độ cứng đàn hồi k tối ưu theo khối lượng cho một xe có tần số dao động tự
nhiên

= 1 Hz. ........................................................................................... 31

Hình 2.23 Hệ số giảm chấn c tối ưu theo khối lượng cho một xe có tần số dao động tự
nhiên

= 1 Hz. ........................................................................................... 31

Hình 3.1 Tín hiệu dao động của hệ thống một bậc tự do .............................................. 33
Hình 3.2 Phương pháp biến dạng tĩnh của hệ thống và tần số dao động riêng .......... 34
Hình 3.3 Mơ hình hệ thống treo xe du lịch Toyota corona 1995 .................................. 34

Hình 3.4 Mơ hình động học hệ thống treo hai địn ngang xe Toyota ........................... 35
Hình 3.5 Khung mơ hình đo độ cứng lị xo .................................................................. 37
Hình 3.6 Lị xo thí nghiệm ............................................................................................. 37
Hình 3.7 Ngun lý hoạt động của lị xo và đường đặc tính ......................................... 38
Hình 3.8 Giá đỡ lị xo .................................................................................................... 38
Hình 3.9 Mơ hình thực nghiệm xác định độ cứng lị xo trụ .......................................... 39
Hình 3.10 Bố trí chung mơ hình .................................................................................... 40
Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn đường đặc tính đàn hồi lị xo ............................................ 42
Hình 3.12 Mơ hình mơ phỏng hình học tổng thể hệ thống treo dạng hai đòn ngang ... 44
Hình 3.13 Mơ hình mơ phỏng hình học địn treo dưới.................................................. 44
Hình 3.14 Mơ hình mơ phỏng hình học trụ quay .......................................................... 45


Hình 3.15 Mơ hình mơ phỏng hình học địn treo trên................................................... 46
Hình 4.1 Mơ hình động học hệ thống treo hai địn ngang xe Toyota ........................... 48
Hình 4.2. Quỹ đạo chuyển động của tâm bánh xe (C) trong khoảng làm việc của hệ
thống treo ...................................................................................................... 48
Hình 4.3 Mơ hình vật lý hệ thống treo được xây dựng bằng Matlab/Simulink ............ 49
Hình 4.4 Mơ hình vật lý hệ thống treo hai địn ngang dưới dạng hình học.................. 49
Hình 4.5 Xác định quỹ đạo chuyển động của điểm C bằng Matlab/Simulink .............. 50
Hình 4.6 Quỹ đạo chuyển động của điểm C được tính theo hệ tọa độ OXY ................. 50
Hình 4.7 Biến thiên của chuyển vị x theo thời gian ứng với v = 70 (km/h) .................. 51
Hình 4.8 Biến thiên của chuyển vị x theo thời gian ứng với v = 70 (km/h) .................. 51
Hình 4.9. Giá trị của X theo tần số f ............................................................................. 52
Hình 4.10. Mơ hình ơtơ chuyển động trên mặt đường biên dạng thay đổi đột ngột, vận
tốc v ............................................................................................................................... 52
Hình 4.11. Biến thiên của chuyển vị x theo thời gian ứng với v = 70 (km/h) ............... 53
Hình 4.12. Biến thiên của lực F theo thời gian ứng với v = 70 (km/h) ........................ 53
Hình 4.13 Mơ hình ¼ xe ơ tơ chuyển động với vận tốc v trên đường mấp mơ ............. 54
Hình 4.14. Mơ hình mơ phỏng Matlab/Simulink ........................................................... 55

Hình 4.15 Đáp ứng dao động theo thời gian cho ba hệ thống treo ............................. 56
Hình 4.16. Gia tốc tuyệt đối theo thời gian cho ba hệ thống treo ................................ 56
Hình 4.17 Biên độ dao động theo tần số ....................................................................... 57
Hình 4.18 Gia tốc tuyệt đối theo tần số ........................................................................ 57


DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 3.1 Bảng tọa độ các điểm trên mơ hình động học ............................................... 35
Bảng 3.2 Bảng thơng số thực nghiệm mơ hình động học ............................................. 36
Bảng 3.3 Thơng số làm việc của thiết bị đo độ cứng lò xo ........................................... 40
Bảng 3.4. Thống kê số liệu trung bình của lị xo .......................................................... 42
Bảng 3.5 Bảng các thơng số của địn treo dưới ............................................................ 44
Bảng 3.6 Bảng các thơng số của trụ quay .................................................................... 45
Bảng 3.7 Bảng các thông số của địn treo trên ............................................................. 46
Bảng 4.1 Các thơng số của ba hệ thống treo khác nhau .............................................. 55


Trang 1

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan
1.1.1 Đặt vấn đề
Nghiên cứu thiết kế hệ thống treo có vai trị rất quan trọng trong q trình thiết
kế ơtơ. Nhiều tài liệu và cơng trình nghiên cứu về hệ thống treo đã được công bố
đặc biệt là trong thời gian gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của việc ứng dụng
công nghệ thơng tin hỗ trợ tích cực trong tính tốn, mơ phỏng. Tuy nhiên, việc
nghiên cứu thiết kế, mô phỏng và phân tích hệ thống treo vẫn cịn tồn đọng rất
nhiều vấn đề cần phải giải quyết, điều này đòi hỏi sự tổng hợp nhiều lĩnh vực

chuyên môn lại với nhau như: động học, động lực học, cơ học kết cấu, dao động,
nhân trắc học, thống kê….
Nội dung các cơng trình, tài liệu nghiên cứu, giáo trình, bài giảng về lĩnh vực
kết cấu cũng như tính tốn mơ phỏng đối với hệ thống treo trên ơtơ ở nước ta cịn
rất nhiều hạn chế. Chủ yếu là nghiên cứu về cấu tạo và chưa đi sâu vào nhiều vấn
đề tính tốn chun sâu, đặc biệt là các mơ hình tốn được xây dựng phức tạp.
Việc nghiên cứu ứng dụng máy tính nói chung hay Matlab/Simulink nói riêng
trong q trình tính tốn mơ phỏng hệ thống treo là thực sự cần thiết góp phần giải
quyết nhanh chóng và hiệu quả q trình thiết kế. Với tính cấp thiết này tác giả chọn
đề tài: “ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO HAI ĐÒN NGANG (DOUBLE A
ARM) BẰNG PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG”.
1.1 .2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Hệ thống treo trước của xe Toyota Corona là dạng hệ thống treo hai đòn
ngang. Đề tài tập trung triển khai ứng dụng Matlab/Simulink để giải các mô hình
tốn học về động học, động lực học của hệ thống treo. Các thông số cần thiết sử
dụng trong quá trình tính tốn mơ phỏng được xác định bằng thực nghiệm trên hệ
thống treo dạng hai đòn ngang (double A-arm) đang được sử dụng cho xe du lịch.
Các mơ hình số được xây dựng và kết quả tính tốn mơ phỏng có thể sử dụng cho


Trang 2

quá trình thiết kế hệ thống treo cùng loại cũng như làm cơ sở đánh giá hiệu quả của
quá trình thiết kế.
1.1.3 Mục tiêu nghiên cứu
 Phân tích các thông số cơ sở (k,c,m) của hệ thống treo hai địn ngang;
 Xây dựng mơ hình tốn học để tính toán;
+ Dao động (tần số, biên độ) của hệ thống treo hai đòn ngang;
+ Động học và động lực học các cơ cấu trong hệ thống treo.
 Tính tốn, mơ phỏng hệ thống treo;

 Phân tích, đánh giá kết quả.
1.1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đề tài nghiên cứu sự ảnh hưởng, thay đổi của các thông số động học, động lực
học hệ thống treo trước của xe Toyota Corona trong khi xe hoạt động trên các loại
đường không bằng phẳng. Tối ưu các thông số tính tốn để đề xuất phương án thiết
kế tối ưu.
1.1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu
 Phương pháp nghiên cứu của đề tài là lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
 Nghiên cứu lý thuyết kết cấu của hệ thống treo hai địn ngang và đánh giá các
thơng số động học, động lực học trên phần mềm Matlab, Inventor, Acad.
 Về thực tế: Đo đạc các thông số của hệ thống treo trên xe Toyota corona, từ đó
so sánh kết quả tính toán giữa lý thuyết và thực nghiệm.


Trang 3

1.2 Tổng quan nội dung
1.2.1 Công dụng của hệ thống treo
Các bộ phận của hệ thống treo dùng để nối khung hay thân xe với các cầu (bánh
xe) ô tô và từng bộ phận thực hiện các nhiệm vụ sau đây:
- Bộ phận đàn hồi làm giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên
khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển và truyền lực, mômen từ đường
lên khung xe.
- Bộ phận dẫn hướng để truyền lực dọc, ngang và mômen từ đường lên khung xe.
Động học của bộ phận dẫn hướng xác định tính chất dịch chuyển tương đối của
bánh xe đối với khung.
- Bộ phận giảm chấn để dập tắt các dao động của phần được treo và không được
treo của ô tô.
1.2.2 Yêu cầu của hệ thống treo
- Độ võng tĩnh ft (độ võng sinh ra do tác dụng của tải trọng tĩnh) phải nằm trong

giới hạn đủ đảm bảo được các tần số dao động riêng của vỏ xe và độ võng động fđ
(độ võng sinh ra khi ô tô chuyển động) phải đủ để đảm bảo vận tốc chuyển động
của ô tô trên đường xấu nằm trong giới hạn cho phép. Ở giới hạn này khơng có sự
va đập lên bộ phận hạn chế.
- Động học của các bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn hướng
dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng (nghĩa là khoảng cách hai vết bánh trước
và các góc đặt trụ đứng và bánh dẫn hướng không thay đổi).
- Dập tắt nhanh các dao động của vỏ và các bánh xe.
- Giảm tải trọng động khi ô tô qua những đường gồ ghề.


Trang 4

1.2.3 Phân tích kết cấu hệ thống treo dạng hai địn ngang

Hình 1.1 Hệ thống treo dạng hai địn ngang
1. Đòn trên; 2. Ụ cao su hạn chế hành trình dao động;
3. Địn dưới; 4. Dầm cầu dẫn hướng;
Trên hình 1.1 là kết cấu hệ thống treo độc lập thường được sử dụng trên xe du
lịch. Ở hệ thống treo này bộ phận dẫn hướng gồm đòn trên 1 và đòn dưới 3, chúng
kết nối với đòn đứng và dầm cầu dẫn hướng 4 bằng các khớp quay. Trong trường
hợp này lò xo là bộ phận đàn hồi còn giảm chấn ống được gắn vào bên trong lò xo
nên kết cấu rất gọn. Do các địn có hình chữ A, nên lực tác dụng lên khớp quay khi
có lực ngang và mơmen của bản thân lực ngang sẽ giảm.

Hình 1.2 Hệ thống treo dạng hai đòn ngang trên xe Toyota corona
1.2.4 Các thông số kỹ thuật của hệ thống treo hai đòn ngang
1.2.4.1 Bộ phận đàn hồi
 Đƣờng đặc tính đàn hồi của hệ thống treo
Nhờ đường đặc tính đàn hồi ta đánh giá được cơ cấu đàn hồi của hệ thống treo.



Trang 5

Đường đặc tính đàn hồi biểu thị quan hệ giữa lực Z thẳng đứng tác dụng lên bánh
xe và độ biến dạng của hệ thống treo f đo ngay trên trục bánh xe.

Hình 1.3 Các dạng đường đặc tính của hệ thống treo
Trên hình 1.3 trình bày hai loại đường đặc tính của hệ thống treo: đường thẳng 1
ứng với hệ thống treo có độ cứng khơng đổi cịn đường cong 2 ứng với loại hệ
thống treo có độ cứng thay đổi. Trục hoành biểu diễn độ võng f, trục tung biểu diễn
lực Z thẳng đứng tác dụng lên bánh xe. Muốn có độ võng ft của một điểm bất kỳ
trên đường cong (ví dụ ở điểm D) ta vẽ đường tiếp tuyến tại điễm đó (điểm D) và hạ
đường thẳng góc với trục hồnh.
Hồnh độ AB là độ võng tĩnh ft của hệ thống treo có độ cứng thay đổi (đường
cong 2) và hoành độ OB sẽ là độ võng tĩnh của hệ thống treo có độ cứng không đổi
(đường thẳng 1).
Tần số dao động riêng ở các biên độ bé được xác định bằng độ võng hiệu dụng
(hay độ võng tĩnh) ứng với tải trọng tĩnh Zt = G. Tuy cùng một độ võng tổng quát
OC nhưng hệ thống treo có độ cứng thay đổi có độ võng hiệu dụng AB lớn hơn độ
võng hiệu dụng của hệ thống treo có độ cứng khơng thay đổi (đoạn OB).
Thể tích động năng gọi tắt là thể động nghĩa là thế năng lớn nhất của hệ thống
treo khi ô tô qua chỗ lồi lõm được biểu thị bằng diện tích có gạch EKD ứng với hệ
thống treo có độ cứng thay đổi và biểu thị bằng diện tích HKD ứng với hệ thống
treo có độ cứng khơng đổi. Với những độ võng hạn chế thể động cần thiết của hệ


Trang 6

thống treo có đường đặc tính phi tuyến có thể thể hiện bằng hệ số động

mà ta sẽ khảo sát sau đây.

Hình 1.4 Đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo
Trên hình 1.4 là dạng đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo khi chất tải và khi
giảm tải. Trên trục hồnh ta có điểm O là điểm tựa của bộ phận hạn chế dưới, điểm
C là điểm tựa của bộ phận hạn chế trên, nên ta gọi BO là giá trị của độ võng động
dưới fđd, BC là giá trị của độ võng động trên f đt. Ngồi ra ta cịn có điểm L là điểm
tựa của vấu cao su phía dưới, điểm M là điểm tựa của vấu cao su phía trên và tương
ứng với hai điểm L, M ta có độ võng f1, f2 . Khi chất tải và giảm tải các thông số của
bộ phận đàn hồi là độ võng tĩnh ft, độ võng động trên fđt và độ võng động dưới fđd
ứng với hành trình động đến giới hạn của bộ phận hạn chế phía trên và bộ phận hạn
chế phía dưới, độ cứng Ct của hệ thống treo, hệ số động Kđ và lực ma sát 2F. Đường
cong chất tải và giảm tải không trùng nhau do ma sát trong hệ thống treo. Người ta
qui ước lấy đường đặc tính đàn hồi của nhíp là đường trung bình (đường nét đứt)
(nghĩa là có tính đến lực ma sát 2F) .
Khi tính độ êm dịu chuyển động (các dao động) tần số dao động riêng cần thiết n
phải đo độ võng tĩnh hiệu dụng ft quyết định. Quan hệ giữa ft và n theo công thức
tần số dao động riêng của hệ thống treo

và thể hiện trên giản đồ (hình 1.4).

Như vậy có thể xác định độ võng tĩnh theo tần số dao động riêng n của hệ thống
treo.
Độ võng tĩnh ft về giá trị khác với độ võng động fđd.


Trang 7

Nói chung ft khơng nên ít hơn 150÷300 (mm) đối với ơtơ du lịch và ft khơng bé
hơn 100÷200(mm) đối với ơtơ bt.

Cả hai loại này có tần số dao động riêng n = 60÷85 (lần/ph). Trong ơtơ tải ft
khơng nên bé hơn 60÷120 (mm) ứng với tần số dao động riêng n = 80÷100 (lần/ph).
Để đảm bảo độ êm dịu chuyển động thì tỉ số độ võng tĩnh fts của hệ thống treo
sau và độ võng tĩnh ftt của hệ thống treo trước phải nằm trong các giới hạn sau:


Trong ô tô du lịch :



Trong ô tô tải và ô tô buýt

= 0.8 -0.9
= 1.0 – 1.2

Độ cứng Ct của hệ thống treo bằng tang góc nghiêng của tiếp tuyến của đường
trung bình (đường nét đứt) Ct= tg. Trường hợp tổng quát đường đặc tính của hệ
thống treo không phải là đường thẳng và độ cứng Ctt hay đổi.
=

(1.1)

Để đánh giá sơ bộ người ta thường tính độ cứng hệ thống treo chịu tải trọng tĩnh:
= =

(1.2)

Từ đây ta thấy độ cứng và độ võng tĩnh là các đại lượng có quan hệ với nhau,
nhưng độ võng tĩnh cho ta hình dung đầy đủ về hệ thống treo hơn là độ cứng vì nó
nói lên tải trọng tĩnh Zt= G tác dụng lên hệ thống treo.


Hình 1.5 Quan hệ của tần số dao động riêng của phần được treo h
với độ võng hiệu dụng f


Trang 8

Hệ số động lực học gọi tắt là hệ số động là tỷ số giữa tải trọng lớn nhất Zmax có
thể truyền qua hệ thống treo với tải trọng tĩnh.
(1.3)
Khi Kđ bé thì sẽ có sự va đập liên tục lên bộ phận hạn chế, làm cho địn treo bị
“gõ”. Khi Kđ quá lớn, trong trường hợp dao động với biên độ lớn và giới hạn giá trị
fđ, hệ thống treo sẽ rất cứng. Thực tế chứng tỏ rằng chọn Kđ thích hợp thì khi ơtơ
chuyển động trên đường không bằng phẳng, tải trọng động truyền qua hệ thống treo
sẽ gâyva đập rất ít lên bộ phận hạn chế. Khi tính hệ thống treo có thể chọn K đ=
1,7÷1,8. Ở CHLB Nga với các ơ tơ có khả năng thơng qua thấp chọn Kđ = 2÷3 và ở
ơtơ có khả năng thơng qua cao chọn Kđ = 3÷4.
Độ võng động fđ của hệ thống treo (gồm cả độ biến dạng của các vú cao su) phụ
thuộc vào đường đặc tính của hệ thống treo và vào độ võng tĩnh ft.
 Trong ơ tơ du lịch fđ= (0,5÷0,6).ft
Độ võng động fđ quan hệ chặt chẽ với hệ số động Kđ. Độ võng động fđ càng lớn
thì độ êm dịu chuyển động tăng và dễ phối hợp với hệ số động Kđ lớn, đảm bảo sự
tiếp xúc của lốp với mặt đường tốt. Tuy nhiên lúc ấy độ dịch chuyển tương đối của
thùng xe với lốp lại lớn làm cho tính ổn định kém, và yêu cầu đối với bộ phận
hướng của hệ thống treo có chất lượng cao hơn, làm phức tạp thêm dẫn động lái các
bánh trước, và tăng giới hạn khoảng sáng gầm xe trong hệ thống treo độc lập.
Đường càng mấp mô và vận tốc càng lớn thì hành trình động của hệ thống treo
càng phải lớn. Đối với ơ tơ có khả năng thơng qua thấp thì độ cứng của hệ thống
treo thay đổi ít fđt = 70÷140 (mm). Đối với ơ tơ có khả năng thơng qua cao fđt=
120÷160 (mm).



Trang 9

1.2.4.2 Bộ phận giảm chấn
Ống giảm chấn

Hình 1.6 Ống giảm chấn
 Công dụng
Bản chất của việc giảm chấn là quá trình tiêu hao động năng (biến động năng
thành nhiệt năng). Quá trình này xảy ra ngay cả với ma sát của các khớp quay, khớp
trượt các ổ kim loại, ổ cao su, nhưng quá trình tiêu hao động năng địi hỏi phải
nhanh và khống chế được q trình đó nên giảm chấn đặt trên các bánh xe sẽ thực
hiện chủ yếu các chức năng này:
+ Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung xe khi bánh xe lăn trên nền đường
không bằng phẳng nhằm bảo vệ các bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho
người sử dụng;
+ Đảm bảo dao động của phần không treo là nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếp xúc
của bánh xe với mặt đường;
+ Nâng cao các tính chất truyền 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 ô tô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thủy lực có tác dụng hai
chiều ở cấu trúc hai lớp.


Trang 10

 Cấu tạo


Hình 1.7 Cấu tạo giảm chấn
 Nguyên lý làm việc
Một đầu của giảm chấn gắn vào đòn treo dưới, đầu còn lại gắn vào dầm cầu. Khi
bánh xe chạy lên đường nhơ cao, lị xo giữa hai đòn treo sẽ bị nén lại, piston sẽ nén
dầu chạy lỗ nhỏ và lỗ lớn (do van được mở), khi lò xo bung ra, piston bị kéo ra, dầu
sẽ bị ép ngược lại nhưng lúc này van đóng nên piston sẽ di chuyển chậm, làm hạn
chế sự bung ra của lị xo.
1.2.4.3 Bộ phận dẫn hƣớng
 Cơng dụng
Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo có cơng dụng: xác định tích chất chuyển
động (động học) của bánh xe đối với mặt tựa và vỏ xe, đồng thời góp phần vào việc
truyền lực và mômen giữa bánh xe và vỏ (lốp).
Trong hệ thống treo độc lập hai bánh xe trái và phải khơng có quan hệ trực tiếp
với nhau. Vì vậy trong khi dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang, bánh
xe kia vẫn đứng nguyên. Do đó động học của bánh xe dẫn hướng giữ đúng hơn.
Nhưng không phải ở tất cả các loại hệ thống treo độc lập động học của bánh xe dẫn
hướng đều đúng.
 Yêu cầu
+ Giữ nguyên động học của các bánh xe khi ô tơ chuyển động. Điều này có nghĩa
là khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng các góc đặt bánh xe, các chiều rộng, chiều
dài cơ sở phải giữ nguyên. Dịch chuyển bánh xe theo chiều ngang Ybx (thay đổi
chiều rộng cơ sở) sẽ làm lốp mòn nhanh và tăng sức cản chuyển động ô tô trên các


Trang 11

loại đất mềm. Dịch chuyển bánh xe theo chiều dọc Xbx tuy có giá trị thứ yếu nhưng
cũng gây nên sự thay đổi động học của truyền động lái. Thay đổi góc nghiêng
ngang của bánh xe dẫn hướng là điều nên tránh nhất vì nó kèm theo hiện tượng

mơmen do hiệu ứng con quay làm cho lốp bị “vẫy” (lắc qua lắc lại nhanh). Ngoài ra
khi bánh xe lăn với góc nghiêng lớn sẽ làm mịn lốp, sinh ra phản lực ngang Y lớn
và làm ơ tơ khó bám với đường.
+ Đối với các bánh dẫn hướng nên tránh sự thay đổi góc nghiêng, vì thay đổi là
làm trụ đứng nghiêng về phía sau nên độ ổn định của ô tô sẽ kém đi. Khi bánh xe
dịch chuyển thẳng đứng cũng làm thay đổi độ chụm A-B (thay đổi góc). Góc thay
đổi sẽ làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của ô tô làm cho ô tô không “bám” đúng
đường.
+ Đảm bảo truyền các lực X, Y và các mômen My, Mz từ bánh xe lên khung mà
không gây nên biến dạng rõ rệt, hay không làm dịchchuyển các chi tiết của hệ thống
treo.
+ Giữ được đúng động học của truyền động lái. Động học của truyền động lái
được giữ đúng nếu sự dịch chuyển thẳng đứng và sự quay quanh trụ đứng của bánh
xe không phụ thuộc vào nhau.
+ Độ nghiêng của thùng xe trong mặt phẳng ngang phải bé. Bộ phận hướng có ảnh
hưởng đến khoảng cách giữa các phần tử đàn hồi (gọi tắt là khoảng cách nhíp). Do
bộ phận hướng ta có khoảng cách này lớn hay bé. Bộ phận hướng còn ảnh hưởng
đến vị trí tâm của độ nghiêng bên.
+ Bộ phận hướng phải đảm bảo bố trí hệ thống treo trên ơtơ thuận tiện và không
ngăn cản việc dịch chuyển động cơ về phía trước. Như thế có thể sử dụng khoảng
khơng gian trong khung xe. Bộ phận hướng có thể tăng độ êm dịu chuyển động nếu
bố trí lại các phần được treo một cách hợp lí thì làm tăng mơmen qn tính đối với
trục ngang đi qua trọng tâm phần được treo. Loại bộ phận hướng cũng ảnh hưởng
đến sự dịch chuyển trục các đăng chính đối với sàn ơ tơ và chiều rộng của sàn giữa
các vành chắn bùn.


Trang 12

+ Bộ phận hướng phải có kết cấu đơn giản và dễ sử dụng. Điều này phụ thuộc

nhiều ở số khớp, số điểm phải bôi trơn của hệ thống treo và số cácđăng (đối với
bánh chủ động).
+ Trọng lượng bộ phận hướng và đặc biệt là phần không được treo phải nhỏ.
 Cấu tạo
Sơ đồ cơ cấu hướng của hệ thống treo độc lập có hai địn ngang có chiều dài
bằng nhau (cơ cấu hướng hình bình hành), có hai địn ngang có chiều dài khác nhau
(cơ cấu hướng hình thang) được trình bày trên hình 1.8 a,b.

Hình 1.8 Sơ đồ động học hệ thống treo hai đòn ngang của bánh xe với cơ cấu
hướng hai địn hình bình hành
Khi sử dụng loại cơ cấu hướng hình bình hành, lúc ta nâng hay hạ bánh xe một
đoạn h thì mặt phẳng quay của bánh xe sẽ chuyển dịch nhưng ln song song với
nhau (do tính chất của hình bình hành). Do đó khắc phục hồn tồn sự phát sinh
mơmen hiệu ứng con quay và triệt tiêu được sự rung của bánh xe đối với trục đứng
của hệ thống lái. Trường hợp này có thể hồn tồn khắc phục được sự thayđổi độ
nghiêng mặt phẳng quay của bánh xe, nhưng sự thay đổi ∆B tương đối lớn. Do đó
lốp chống mòn và độ ổn định ngang của bánh xe sẽ kém đi.
Theo các kết cấu hiện có hệ thống treo độc lập có cơ cấu hướng hình thang, khi
nâng, hạ bánh xe một đoạn h góc quay của bánh xe sẽ giới hạn trong khoảng 5 - 60
(hình 1.8b).


Trang 13

CHƢƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG
2.1 Tâm quay tức thời
Trong một mặt phẳng của một vật rắn, tại một thời điểm nhất định cho trước,
các giá trị vận tốc tại nhiều điểm khác nhau trên vật đó có thể được thể hiện như là
một chuyển động quay xung quanh một trục vng góc với mặt phẳng. Trục này cắt

mặt phẳng tại một điểm gọi là tâm quay tức thời của vật thể đó.
Nếu hướng của hai vận tốc đối với hai vật thể khác nhau A và B đã biết, thì tâm
quay tức thời I là giao điểm của hai đường thẳng của vec tơ vận tốc

và

như

thể hiện trên hình 2.1a.

Hình 2.1 Tâm quay tức thời của I cho một khối cứng khi di chuyển
Nếu các vec tơ vận tốc

và

vng góc với đường thẳng AB và nếu độ lớn

của chúng đã biết thì tâm quay tức thời I là giao điểm của đường thẳng AB với
đường thẳng nối liền hai đầu của vec tơ vận tốc được thể hiện ở hình 2.1b.
2.2 Tâm quay và trục quay
2.2.1 Trục quay của hệ thống treo hai đòn ngang
Trục quay là một đường thẳng tức thời tạo bởi sự quay của thân xe ô tô.
Trục quay được xác định bằng cách nối tâm quay của hệ thống treo trước và sau
của ô tô. Giả sử rằng ta cắt ngang một xe ô tô để tách biệt một nửa trước và sau của
xe. Tâm xoay của hệ thống treo trước và hệ thống treo sau là tâm tức thời của sự
quay thân xe so với mặt đường (hình 2.2).