Đề tài Hệ thống treo tự động (automotive suspension system)

CHÀO THẦY VÀ CÁC BẠNĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TREO TỰ ĐỘNG ( AUTOMOTIVE SUSPENSION SYSTEM )GVHD: VŨ ĐÌNH HUẤNSVTH : LÊ VĂN TÍN PHAN THÀNH HỒ XUÂN TOÀN NGUYỄN TUẤN KHANH GIỚI THIỆUHệ thống treo gồm lò xo, giảm chấn nối giữa khối lượng được treo và khối lượng không được treo. Công dụng:Hệ thống treo tạo điều kiện cho bánh xe dao động theo phương thẳng đứng với thân xe một cách êm dịu. Giảm cái cảm giác "cưỡi ngựa" khi đi trên ô tô. Do đó cần có độ cứng thích hợp để xe chuyển động êm dịu và có khả năng có thể dập tắt nhanh dao động đặc biệt là những dao động có biên độ dao động lớn. Tính năng hệ thống treo của mỗi loại xe bao giờ cũng là kết quả dung hoà giữa hai lựa chọn: độ an toàn và độ êm dịu.Phân loại theo:Bộ phận đàn hồi. Bộ phận dẫn hướng.Bộ phận giảm chấn. Có hai loại hệ thống treo: 1. Hệ thống treo phụ thuộcCấu tạo hệ thống treo phụ thuộc khá đơn giản với cả hai bánh xe được đỡ bằng một hộp cầu xe hoặc dầm cầu xe nối liền 2 bánh và ở hệ thống treo phụ thuộc có hai loại phần tử đàn hồi là phần tử đàn hồi là nhíp hoặc phần tử đàn hồi lò xo trụ.Ưu điểm: - Cấu tạo hệ thống khá đơn giản, ít chi tiết vì thế dễ bảo trì bảo dưỡng. - Hệ thống treo phụ thuộc có độ cứng vững để chịu được tải nặng thích hợp cho các dòng xe bán tải như xe bán tải colorado. - Khi xe vào đường vòng cua thì thân xe cũng ít bị nghiêng tạo cho xe sự ổn định chắc chắn. - Định vị của các bánh xe ít thay đổi do chuyển động lên xuống của chúng nhờ thế lốp xe ít bị bào mòn. - Về cơ bản hệ thống treo phụ thuộc thích hợp cho các dòng xe tải chở hàng nặng hoặc có thể lắp cho trục bánh sau ở các dòng xe phổ thông, xe con.Nhược điểm: - Phần khối lượng không được treo lớn và hệ thống treo phụ thuộc có đặc thù cứng nhắc không có độ linh hoạt cho mỗi bánh nên độ êm của xe kém. - Giữa bánh xe phải và trái mỗi khi chuyển động có ảnh hưởng qua lại lẫn nhau thông qua dầm cầu xe nên dễ bị ảnh hưởng dao động và rung lắc lẫn nhau. - Nguy hiểm khi vào đoạn đường cua có thể trượt bánh nếu đi với tốc độ cao nhất là trong điều kiện mặt đường nước trơn trượt ở những cung đường cong cua tay áo.2. Hệ thống treo độc lập:Cấu tạo hệ thống treo độc lập là mỗi bánh xe được lắp trên một tay đỡ riêng gắn vào thân xe tạo ra sự linh hoạt chủ động cho mỗi bánh. Vì vậy bánh xe bên trái và bên phải chuyển động độc lập với nhau. Trong đó hệ thống treo độc lập có 5 dạng phần tử đàn hồi là: phần tử đàn hồi lò xo trụ - đòn treo dọc, phần tử đàn hồi lò xo, hai đòn ngang, phần tử đàn hồi lò xo - đòn chéo, phần tử đàn hồi thanh xoắn, phần tử đàn hồi lò xo loại Macpherson.Ưu điểm: - Khối lượng không được treo nhỏ nên xe chạy êm hơn. - Các lò xo không liên quan đến việc định vị bánh xe, vì thế có thể sử dụng các lò xo mềm. - Vì không có trục nối giữa các bánh xe bên phải và bên trái nên sàn xe và động cơ có thể hạ thấp xuống. Điều này có nghĩa là trọng tâm của xe sẽ thấp hơn.Nhược điểm: - Cấu tạo khá phức tạp. - Khoảng cách và định vị của bánh xe bị thay đổi cùng với chuyển động lên xuống của bánh xe. - Nhiều kiểu xe có trang bị thanh ổn định để giảm hiện tượng xoay đứng khi xe quay vòng và tăng độ êm của xe.Kết luận: - Sự ra đời của hệ thống treo tự động là để khắc phục những nhược điểm mà hệ thống treo thường mắc phải. Nhằm nâng cao tính êm dịu của xe. - Phản ứng rất nhanh với các cú “xóc” của xe và tạo ra sự thoải mái cho người ngồi trong xe, giảm dao động giảm tiếng ồn. - Ngoài ra nó còn có chức năng dự phòng và chuẩn đoán.A. Hệ thống treo thủy khí điều khiển bằng điện tử.- Hệ thống treo thuỷ khí có ưu điểm cơ bản là có khả năng điều chỉnh độ cứng của hệ thống treo, điều chỉnh độ cao thân xe, kết cấu gọn. Bởi vậy chúng ta thường gặp hệ thống treo thuỷ khí trên các xe có yêu cầu cao về chất lượng chuyển động.A.1. Cấu tạo: - Phần tử đàn hồi chính là khí nén và phần tử giảm chấn dạng thuỷ lực được đặt chung trong một khối. - Hệ thống khí nén gồm có máy nén khí, bình chứa khí có áp suất thấp ( bình dự trữ ), bình chứa khí áp suất cao, van an toàn của hệ thống, các cụm van điện từ điều khiển dòng cung cấp khí nén. Hệ thống điều khiển gồm ba cảm biến chiều cao thân xe, các rơle điện từ đóng mở van và khối điều khiển ECM.CÁC HỆ THỐNG TREO ĐIỆN TỬ1; 2; 3. Các cảm biến chiều cao. 4. Giá quay của treo sau, thanh ổn định của treo trước.5. Máy nén khí. 6. Bình chứa khí nén có áp suất thấp . 7. Bình chứa khí nén có áp suất cao. 8. Van an toàn khí nén.A.2 Nguyên lý làm việc: - Khi xe không làm việc, bình chứa khí nén có áp suất thấp cấp khí nén dự trữ đảm bảo chế độ làm việc tối thiểu của hệ thống treo. Khi động cơ làm việc khí nén cung cấp cho khoang khí qua các van điện từ. Trong quá trình chuyển động, khi tải trọng ở các bánh xe thay đổi làm thay đổi chiều cao xe, các van cảm biến phát tín hiệu để ECM điều khiển van điện từ, để tăng hoặc giảm áp suất khoang khí nén, ổn định chiều cao thân xe. Hệ thống tự động điều khiển kiểu ba kênh đảm bảo khả năng quay vòng xe ở tốc độ cao và nâng cao thân xe khi cần thiết. - Mỗi phần tử treo thuỷ khí gồm hai khoang, một khoang chứa khí nén, một khoang chứa chất lỏng. Giữa hai khoang có màng cao su ngăn cách. Trong khoang chất lỏng có xi lanh, piston, cụm van của bộ phận giảm chấn.Hệ thống treo khí nén - điện tử EAS: - Hệ thống treo khí cho phép điều khiển lực giảm chấn cũng như độ cứng của lò xo và độ cao xe, ngoài ra nó còn có chức năng dự phòng và chuẩn đoán. Hệ thống này được gọi là “ hệ thống treo khí điện tử” (EAS).I.1. Cấu tạo: 1: Giảm xóc khí nén tự động điều chỉnh độ giảm chấn.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 khí7: Bình chứa khí nén.8: Đường dẫn khí. Hệ thống treo khí nén - điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý không khí có tính đàn hồi khi bị nén. Với những ưu điểm và hiệu quả giảm chấn của khí nén, nó có thể hấp thụ những rung động nhỏ do đó tạo tính êm dịu chuyển động tốt hơn so với lò xo kim loại, dễ dàng điều khiển được độ cao sàn xe và độ cứng lò xo giảm chấn. Khi hoạt động máy nén cung cấp khí tới mỗi xi lanh khí theo các đường dẫn riêng, do đó độ cao của xe sẽ tăng lên tương ứng tại mỗi xi lanh tuỳ theo lượng khí được cấp vào. Ngược lại độ cao của xe giảm xuống khi không khí trong các xi lanh được giải phóng ra ngoài thông qua các van. Ở mỗi xi lanh khí nén có một van điều khiển hoạt động ở theo hai chế độ on - off để nạp hoặc xả khí theo lệnh của ECU. Với sự điều khiển của ECU, độ cứng, độ đàn hồi của từng giảm chấn trên các bánh xe tự động thay đổi theo độ nhấp nhô của mặt đường và do đó hoàn toàn có thể khống chế chiều cao ổn định của xe. Tổ hợp các chế độ của của "giảm chấn, độ cứng lò xo, chiều cao xe" sẽ tạo ra sự êm dịu tối ưu nhất khi xe hoạt động. Ví dụ: Bạn chọn chế độ "Comfort" thì ECU sẽ điều khiển lực giảm chấn là "mềm", độ cứng lò xo là "mềm" và chiều cao xe là "trung bình". Nhưng ở chế độ "Sport" cần cải thiện tính ổn định của xe khi chạy ở vận tốc cao, quay vòng ngoặt thì lực giảm chấn là "trung bình", độ cứng lò xo "cứng", chiều cao xe "thấp".I.2. Nguyên lý hoạt động:I.3.Các bộ phận chính của hệ thống treo EAS:I.3.1. Giảm xóc khí nén:Trong mỗi xi lanh, có một giảm chấn để thay đổi lực giảm chấn theo 3 chế độ (mềm, trung bình, cứng), một buồng khí chính và một buồng khí phụ để thay đổi độ cứng lò xo theo 2 chế độ (mềm, cứng). Cũng có một màng để thay đổi độ cao xe theo 2 chế độ (bình thường, cao) hoặc 3 chế độ (thấp, bình thường, cao). Lượng khí vào buồng chính của 4 xi lanh khí thông qua van điều khiển độ cao. Van này có nhiệm vụ cấp và xả khí nén vào và ra khỏi buồng chính trong 4 xi lanh khí nén. Khí nén trong hệ thống được cung cấp bởi máy nén khí.- Hoạt động của bộ chấp hành: Bộ chấp hành được dẫn động bằng điện từ để có thể phản ứng chính xác với sự thay đổi liên tục về điều kiện hoạt động của xe. Nam châm điện bao gồm 4 lõi stator để quay nam châm vĩnh cửu nối với cần điều khiển van khí. ECU thay đổi sự phân cực của lõi stator từ cực N thành S hay ngược lại, để lõi ở trạng thái không phân cực. Nam châm vĩnh cửu quay bởi lực hút điện từ do các cuộn stator sinh ra.- Bộ chấp hành được chia làm 2 nhóm: một nhóm cho phía trước và một nhóm cho phía sau.- Mô tả dưới đây là hoạt động của một bộ chấp hành phía trước :- Khi vị trí cần thay đổi từ vị trí trung bình hay cứng sang mềm, dòng điện từ cực FS-đến cực FS+ của ECU qua bộ chấp hành.- Khi vị trí cần thay đổi từ vị trí cứng hay mềm sang trung bình, dòng điện chạy từ cực FCH của ECU đến bộ chấp hành.- Khi vị trí cần thay đổi từ vị trí mềm hay trung bình sang cứng, dòng điện từ cực FS+ đến cực FS-của ECU qua bộ chấp hành. - Hoạt động Xy lanh khí nén:Mỗi xylanh khí bao gồm một giảm chấn thay đổi có chứa khí nitơ ở áp suất thấp và dầu, một buồng khí chính và một buồng khí phụ có chứa khí nén.Cấu tạo của giảm chấn: có hai cặp lỗ tiết lưu trong van quay, các van này gắn liền với cần điều khiển và nó được dẫn động bởi bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo. Cần piston cũng có 2 lỗ. Van quay, quay bên trong cần trong cần piston và đóng mở các lỗ, nó thay đổi lượng dầu đi qua các lỗ này, lực giảm chấn được đặt ở một trong ba chế độ. - Ba chế độ hoạt động:Lưc giảm chấn mềm: tất cả các lỗ đều mở, đường dầu như hình vẽ:Lưc giảm chấn trung bình: lỗ B mở, lỗ A đóng.Lực giảm chấn cứng: tất cả các lỗ đều đóng.Cảm biến độ cao xe: Cảm biến điều khiển độ cao trước được gắn vào thân xe còn đầu thanh điều khiển được nối với giá đỡ dưới của giảm chấn. Với hệ thống treo sau, các cảm biến được gắn vào thân xe và đầu thanh điều khiển được nối với đòn treo dưới. Những cảm biến này liên tục theo dõi khoảng cách giữa thân xe và các đòn treo để phát hiện độ cao gầm xe do đó quyết định  thay đổi lượng khí trong mỗi xi lanh khí. Ví dụ: Độ cao bình thường được tự động xác lập khi vận tốc xe đạt 80 km/h. Nếu các cảm biến tốc độ ghi nhận được rằng kim đồng hồ tốc độ đã vượt qua mức 140 km/h thì hệ thống tự động hạ gầm xe xuống 15mm so với tiêu chuẩn. - Cấu tạo: Mỗi cảm biến bao gồm một đĩa đục lỗ và 4 cặp công tắc quang học.Đĩa đục lỗ quay giữa đèn LED và transitor quang của mỗi công tắc quang học theo chuyển động của thanh điều khiển.ECU hệ thống treo: Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ tất cả các cảm biến để điều khiển lực của giảm chấn và độ cứng của lò xo, độ cao xe theo điều kiện hoạt động của xe thông qua bộ chấp hành điều khiển hệ thống. Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo được đặt ở mỗi đỉnh của mỗi xi lanh khí. Nó đồng thời dẫn động van quay của giảm chấn và van khí của xi lanh khí nén để thay đổi lực giảm chấn và độ cứng hệ thống treo. Bộ chấp hành điều khiển điện tử phản ứng chính xác với sự thay đổi liên tục về điều kiện hoạt động của xe.- Hoạt động Cách thay đổi về độ cao của xe làm cảm biến nâng hạ trong khoảng L. Nó làm đĩa đục lỗ quay, mở hay che ánh sáng giữa 4 cặp đ èn led transitor quang.Độ cao xe phân biệt theo 16 bước nhờ vào sự kết hợp của các tín hiệu ON, OFF từ 4 transitor quang..Điều chỉnh độ cao xeĐộ cao xe được điều khiển bằng cách thay đổi thể tích khí nén trong xylanh khí. Độ cao tăng hay giảm khi thể tích khí nén tăng hay giảm. Cảm biến tốc độ: Cảm biến này gắn trong công tơ mét, nó ghi nhận và gửi tín hiệu tốc độ xe đến ECU hệ thống treo.II. HỆ THỐNG TREO BẰNG ĐIỆN TỬ CỦA BOSCH.II.1. Cấu tạo:- BOSCH Coporation đã giới thiệu hệ thống treo mới được điều khiển điện tử gồm có một motơ điện từ thẳng đứng, thiết bị khuếch đại công suất ở mỗi bánh xe cùng với một bộ điều khiển.II.2. Nguyên lý hoạt động của từng bộ phận:- Mô tơ điện từ thẳng đứng được lắp đặt ở mỗi bánh xe, đóng vai trò kết nối giữa bánh xe và khung xe. Bên trong mô tơ là nam châm điện và lõi của cuộn dây, khi năng lượng điện được cấp vào cuộn dây mô tơ sẽ co ngắn lại hoặc giãn dài ra để tạo ra chuyển động giữa bánh xe và thân xe.- Ưu điểm sử dụng mô tơ điện từ là tốc độ. Mô tơ điện này sẽ phản ứng rất nhanh với các cú “xóc” của xe và tạo ra sự thoải mái cho người ngồi trong xe. Thêm vào đó, mô tơ được thiết kế có khả năng kéo dài khá lớn, có thể sinh ra lực đủ để ngăn cản chiếc xe không bị xoay hay lật khi gặp phải những tác động lớn của đường vào hệ thống treo.II.2.1 Mô tơ điện từ:II.2.2 Bộ khuếch đại công suất. - Bộ khuếch đại công suất đóng vai trò phân phối công suất điện tới mô tơ khi nhận được tín hiệu từ bộ điều khiển. - Bộ khuếch đại công suất có thể thực hiện phân phối dòng công suất tới các mô tơ điện nhưng đồng thời cũng cho phép nạp lại công suất từ mô tơ. Ví dụ: khi xe gặp các chỗ xóc, công suất này sẽ được sử dụng để mô tơ kéo căng ra và giúp cho những người trong xe không có cảm giác bị xóc, còn khi đi ra ngoài những chỗ xóc mô tơ sẽ vận hnàh như một máy phát và sinh ra công suất trở lại qua bộ khuếch đại.II.2.3. Bộ điều khiển:- Hệ thống treo trước: bộ điều khiển này được vận hành nhờ cảm biến để cung cấp thông tin xung quanh chiếc xe và gửi yêu cầu tới bộ khuếch đại công suất. Mục tiêu của bộ điều khiển là phân tích tính toán và điều khiển bộ khuếch đại tác động vào mô tơ điện từ giúp xe đạt được độ êm dịu cao khi đi vào những những đoạn đường xấu.- Hệ thống treo sau: Hệ thống treo của BOSCH bố trí phía trước sử dụng kiểu Macpherson và phía sau sử dụng loại treo độc lập với hai thanh liên kết. Mô tơ điện từ sẽ đóng vai trò liên kết giữa bánh xe và thân xe, lò xo xoắn sẽ hỗ trợ tải trọng của xe, thêm vào đó hệ thống treo của BOSCH còn có giảm chấn ở mỗi bánh xe. Nhờ vậy sẽ ngăn cản tác động trở lại thân xe từ bánh xe và tạo cảm giác thoải mái cho những người ngồi bên trong.III. MagneRide hệ thống treo bán chủ động của delphi.- Hệ thống này hoạt động dựa vào những thông tin phản hồi từ mặt đường và tình trạng chuyển động của xe (nhanh,chậm) để điều chỉnh độ cứng ống giảm chấn và độ cao của xe thông qua từ tính (giống S_class, C_class). III.1. Cấu tạo:III.2 Nguyên lý hoạt động: - Magneride hoạt động bằng cách thay đổi dòng điện trong một cuộn dây điện chạy xung quanh thân giảm xóc điện trường thay đổi làm thay đổi trạng thái lỏng của dầu giảm giảm xóc chất lỏng MR-magneto-rheological ( dầu hydrocacbon tổng hợp cơ bản, chất lỏng polymer, dầu khoáng hoặc chất lỏng silicon ). - Khi chưa có dòng điện các hạt kích thước micro chuyển động tự do. - Khi có dòng điện chạy qua các hạt có tính từ sẽ xếp theo cấu trúc dạng sợi (gọi là hiệu ứng magnetoviscous) thông qua các đoạn cùng hướng với từ trường. Để làm tăng độ nhớt của chất lỏng. Nguồn câu hỏi hệ thống treo độc lập có thể làm cầu chủ động không: https://www.youtube.com/watch?v=FeHc4eX7jBkTrả lời cho câu hỏi tại sao lại dùng khí nito N2 trong giảm chấn: Khí N2 không độc hại,dập cháy và ngăn ngừa cháy nỗ,triệt tiêu gây nổ.làm giảm ô xy để làm chậm quá trình ô xy hoá.không ngưng tụ hơi nước Ni tơ là loại khí thay thế không khí trong các thiết bị chạy bằng khí nén, thời gian sử dụng của các thiết bị này phụ thuộc rất nhiều vào độ khô của khí nén. Do N2 có độ khô rất lớn (>60C) so với khí nén. Vì vậy thiết bị sử dụng khí N2 có tuổi thọ rất cao.Nguồn cho câu hỏi thời gian phản hồi của hệ thống treo điện từ nhanh tới mức nào: âu hỏi nếu hư 1 trong các cảm biến hệ thống treo điện tử có hoạt động bình thường không: ECU trang bị chức năng dự phòng cho phép ECU hoạt động bình thường ngay cả khi bộ chấp hành không bình thường. Nguồn: sách TEAM và hệ thống treo khí tài liệu đào tạo của toyota