Hệ thống treo trên là hệ thống trung gian liên kết giữa khối lượng được treo [người lái, hành khách, khung xe, ghế ngồi…] và khối lượng không được treo [bánh xe, cầu xe…]. Khi chuyển động trên đường, do tình trạng mặt đường và trạng thái ô tô thay đổi liên tục tạo ra dao động không mong muốn dẫn đến cảm giác khó chịu cho người sử dụng. Hệ thống treo đóng vai trò kiểm soát các dao động không mong muốn khi ô tô di chuyển trên đường giúp người sử dụng cảm giác thoải mái và nâng cao sự ổn định giúp đảm bảo an toàn khi chuyển động các trạng thái khác nhau. Một cách tổng hợp, hệ thống treo bao gồm các kết cấu gồm 04 nhóm kết cấu: bộ phận dẫn hướng, bộ phận đàn hồi, bộ phận giảm chấn, bộ phận điều khiển [Hình 1].
Bộ phận dẫn hướng: Đóng vai trò chính liên kết bộ phận được treo và bộ phận không được treo, quyết định quỹ đạo chuyển động của bánh xe so với khung xe. Dựa vào dẫn hướng có thể phân loại thành hệ thống treo có của hai bánh xe trên cùng một cầu chuyển động độc lập hoặc hai bánh xe chuyển động phụ thuộc nhau. Các thiết kế đầu tiên trên ô tô chủ yếu là dạng hệ thống treo có dẫn hướng dạng phụ thuộc như Hình 2.
Hình 2. Thống treo có dẫn hướng dạng phụ thuộcBộ phận đàn hồi:Đóng vai trò chuyển các
giao động tức thời thành các giao động điều hòa, có tần số. Bộ phận đàn hồi có thể là lò xo, nhíp, cao su, đệm hơi
Bộ phận giảm chấn: làm việc đồng bộ với bộ phận đàn hồi có chức năng chính là dập tắt các dao động điều hòa
Bộ phận điều khiển: Đóng vai trò chính thay đổi giá trị độ cứng của bộ phận đàn hồi, hệ số giảm chấn của bộ phận giảm chấn theo sự thay đổi tải trọng trong quá trình chuyển động ô tô trên đường.
Cho đến nay bộ phận điều khiển hệ thống treo phát triển chia thành năm kiểu điều khiển hệ thống treo: kiểu thụ động không có điều khiển [hệ số đàn hồi và giảm chấn bằng hằng số], kiểu thích ứng [hệ số giảm chấn và hệ số đàn hồi được chia thành nhiều cấp thay đổi theo các dải tải trọng], kiểu bán tích cực [hệ số giảm chấn thay đổi liên tục trong quá trình chuyển động ở dải tần số từ 0-40Hz], kiểu hệ thống treo tích cực [có hệ số dàn hồi và giảm chấn thay đổi ở cả hai quá trình nén và trả của giảm chấn]. Loại treo tích cực chậm hoạt động ở dải tần số 0-5Hz, kiểu hệ thống treo tích cực hoạt động ở dải tần số cao từ 5-30Hz.
Hình 3. Các bộ phận bố trí trên hệ thống treo
- Hệ thống treo thông dụng [Passive suspension]
- Hệ thống treo bán tích cực
- Hệ
thống treo tích cực
- Tài liệu tham khảo:
Hệ thống treo thông dụng [Passive suspension]
Đây là hệ thống treo sử dụng cho các dòng xe thông dụng phân khúc bình dân. Một hệ thống treo thụ động, bao gồm các thành phần cơ bản là bộ phận dẫn hướng, giảm chấn và đàn hồi [lò xo] như Hình 4. Khi ô tô chuyển động có trên mặt đường không bằng phảng các dao động tức thời tác dụng lên lốp được chuyển hóa thành dao động có tần số nhờ vào khả năng đàn hồi của lò xo. Dao động này được giảm chấn triệt tiêu thành nhờ vào kết cấu của giảm chấn. Bên trong giảm chấn chứa cụm dầu giảm chấn, cụm piston có gắn các van dầu cho phép dầu lưu thông khi bị nén hoặc khi nhả. Các phần tử dầu giảm chấn khi lưu thông qua các van giúp chuyển đổi động năng thành nhiệt năng và một phần tổn hao do ma sát.
Hình 4. Kết cấu hệ thống treo thông dụngHệ thống treo này sử dụng bộ phận dẫn hướng dạng Macpherson, dang hai đòn treo, nhíp hoặc cầu xe kết hợp với các thanh giằng như Hình 5.
a] Bố trí cầu trước | b] Bố trí cầu sau |
Hình 5: Các kiểu hệ thống treo thông dụng
Các hệ thống treo này nếu được bố trì thêm các ụ cao su hoặc cơ cấu thay đổi độ cứng bộ phận đàn hồi hoặc van điệu điều khiển tiết diện lưu thông lượng dầu giảm chấn hoặc thay đổi hệ số giảm chấn hình thành lên các hệ thống treo dạng thích nghi.
Hệ thống treo bán tích cực được bố trí trên các dòng xe cao cấp vào đầu những năm 2000 cho đến nay [Hình 6]. Điểm đặc biệt hệ thống treo này là quan tâm đến các thay đổi tải trọng giữa cầu trước và cầu sau khi tăng tốc hoặc khi phanh, thay đổi tải trọng bên phải và bên trái khi quay vòng. Đây là một trong các hệ thống cơ điện tử dạng phối hợp giữa hệ thống phanh, hệ thống treo, hệ thống lái và điều khiển truyền lực. Trong đó, hệ thống treo nhận các tín hiệu thay đổi gia tốc của thân xe qua cảm biến tăng tốc, cảm biến góc quay vô lăng, cảm biến góc quay thân xe làm tín hiệu đầu vào quyết định giá trị hệ số giảm chấn trong bộ phận giảm chấn.
Hình 6. Hệ thống treo bán tích cựcĐể thay đổi hệ số giảm chấn tùy theo tải trọng, bộ phận giảm chấn được thiết kế cơ cấu van có khả năng thay đối tiết diện qua đó kiểm soát được lưu lượng dầu giảm chấn lưu thông. Nếu tiết diện van mở lớn khả năng giảm chấn nhỏ và ngược lại. Kết cấu bộ phận giảm chấn [giảm xóc] bán tích cực có tiết diện van thay đổi như Hình 7.
Hình 7. Giảm chấn có tiết diện van thay đổiDầu giảm chấn được thay bằng chất lỏng từ tính là hợp chất các bon và sắt, bên ngoài xylanh giảm chấn được bố trí các cuộn dây tạo từ trường. Khi được cấp điện các cuộn dây tạo xa từ trường làm cho các hạt từ chứa trộn trong dầu giảm chấn liên kết với nhau dẫn đến khả năng lưu thông dầu giảm chấn qua các van bị hạn chế. Tùy theo cường độ dòng điện cấp vào cuộn dây làm cho các khả năng liên kết của chất lỏng từ tính thay đổi theo điều này làm hệ số cản của bộ phận giảm chấn thay đổi [Hình 8]
Hình 8. Bộ phận giảm chấn hệ thống treo bán tích cựcHệ thống treo tích cực
Đây là hệ thống treo trang bị trên các dòng xe cao cấp giúp ô tô chuyển động êm dịu ở nhiều cung đường khác nhau, dải vận tốc khác nhau. Đối với hệ thống treo bán tích cực điều khiển trực tiếp hệ số giảm chấn thích nghi với các trạng thái chuyển động của ô tô và kích thích từ mặt đường tuy nhiên lực cản tác động lên hệ thống giới hạn ở phạm vi nhỏ. Hệ thống treo tích cực điều khiển cả hệ số đàn hồi của hệ thống và hệ số giảm chấn. Phổ biến hiện nay trên các dòng xe cao cấp là các hệ thống treo khí nén có khả thay đổi hệ số đàn hồi dựa vào áp suất khí nén cung cấp đến bầu hơi. Để điều khiển độ cứng các của bộ phận đàn hồi [bầu hơi] cảm biến độ cao được bố trí trên mỗi cụm bánh xe để xác định vị trí khung xe so với mặt đường, các cảm biến gia tốc, góc đánh lái, góc nghiêng thân xe và camera xác định biên dạng mặt đường được lắp đặt trên xe. Từ các thông tin nhận được sẽ quyết định độ cứng của bầu hơi bằng cách tăng hoặc giảm áp suất cung cấp đến bầu hơi. Kết cấu các bộ phận hệ thống treo này như Hình 9
Thời gian gần đây, các hãng xe của Đức còn phát triển thêm hệ thống treo tích cực mới có tên gọi hệ thống treo BOSE. Có thể nói đây là một trong những hệ thống treo mới và hiện đại nhất hiện nay. Kết cấu của hệ thống treo này chia thành 02 phần chính: Bộ phận giảm chấn bố trí trên cụm bánh xe có khả năng triệt tiêu các dao động phát sinh trong quá trình tăng tốc, phanh; bộ phận giảm chấn điện tử có khả năng triệt tiêu các dao động thẳng đứng. Kết cấu đặc biệt ở bộ phận giảm chấn điện tử gồm mô tơ điện từ [LEM], cuộn dây điện từ tạo từ trường, bộ phận khuếch đại điện áp và lõi từ. Để triệt tiêu dao động thẳng đứng từ cường độ dòng điện được điều khiển để tạo ra từ trường điều khiển chuyển động của lõi từ trượt theo chuyển động của bánh xe với mục tiêu luôn giữ cho xe ở trạng thái thăng bằng. Kết cấu hệ thống treo này như Hình 10.
Hình 10: Hệ thống treo BoseTài liệu tham khảo:
//www.youtube.com/watch?v=mZzfIFBXx5Q
//www.youtube.com/watch?v=DKql4Is8Pas
//metize.us/working-principle-of-suspension-system/
//www.youtube.com/watch?v=LGXp1Re4gZo
//hamstercagethemovie.com/stunning-car-suspension-system-diagram-photo-inspirations/truck-air-brakes-diagram-desert-truck-supply-brake-and-7/