Tất tần tật về hệ thống treo trên ô tô và những hư hỏng thường gặp đối với hệ thống treo trên ô tô

TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ

A. HỆ THỐNG TREO

1. Khái quát về hệ thống treo

1.1 Nhiệm vụ:

Hệ thống treo liên kết thân xe với các bánh xe và thực hiện các chức năng sau đây:

- Trong lúc xe chạy, hệ thống này cùng với các lốp xe sẽ tiếp nhận và làm tắt các dao động, rung động và chấn động do mặt đường không bằng phẳng, để bảo vệ hành khách và hàng hóa, làm cho xe chạy ổn định hơn.

- Truyền lực dẫn động và lực phanh do ma sát giữa lốp xe và mặt đường tạo ra đến khung xe và thân xe.

- Đỡ thân xe trên các cầu xe và duy trì quan hệ hình học giữa thân xe và bánh xe.

1.2 Cấu tạo chung

Hệ thống bao gồm các bộ phận chủ yếu sau đây:

- Các lò xo: Làm trung hoà các chấn động từ mặt đường.

- Bộ giảm chấn: Làm cho xe chạy êm hơn bằng cách hạn chế các dao động tự do của lò xo.

- Thanh ổn định (dầm chống lắc): Ngăn cản sự lắc ngang của xe.

- Các thanh liên kết: Định vị các bộ phận nói trên và khống chế các chuyển động theo chiều dọc và ngang của bánh xe.

Sự dao động và độ êm khi chạy xe

1.3 Khối lượng được treo và khối lượng không được treo

Thân xe được đỡ bằng các lò-xo. Khối lượng của thân xe... đặt trên lò-xo được gọi là “khối lượng được treo” . Bánh xe, các cầu xe và các bộ phận khác của xe không được lò xo đỡ thì tạo thành “khối lượng không được treo”. Nói chung với khối lượng được treo càng lớn thì xe chạy càng êm, vì với khối lượng này lớn thì khả năng thân xe bị xóc nẩy lên càng thấp. Ngược lại, nếu khối lượng không được treo càng lớn thì càng dễ làm cho thân xe xóc nẩy lên. Sự dao động và xóc nẩy của các phần được treo, đặc biệt là thân xe, gây ảnh hưởng lớn đến độ êm của xe.

1.4 Sự dao động và độ êm dịu

a. Sự dao động của khối lượng được treo

Dao động của khối lượng được treo có thể phân ra như sau:

- Sự lắc dọc: Lắc dọc là dao động lên xuống của đầu và đuôi xe so với trọng tâm của xe. Xe bị lắc dọc khi chạy qua rãnh hoặc mô hoặc trên đường mấp mô, có nhiều ổ gà. Xe có lò xo (nhíp) mềm dễ bị lắc dọc hơn xe có lò xo cứng.

- Sự lắc ngang: Khi xe chạy vòng hoặc chạy trên đường gồ ghề thì các lò xo của một bên xe giãn ra còn các lò-xo ở phía bên kia thì co lại, làm cho xe lắc lư theo chiều ngang.

- Sự nhún: Chuyển động lên xuống của toàn bộ thân xe khi xe chạy tốc độ cao trên đường gợn sóng. Xe có lò xo (nhíp) mềm dễ bị dao động hơn.

- Sự xoay đứng: Đảo hướng là chuyển động của đường tâm dọc của xe sang bên trái và phải so với trọng tâm xe. Khi xe bị lắc dọc thì cũng dễ bị đảo hướng.

b. Sự dao động của khối lượng không được treo

Dao động của khối lượng không được treo có thể phân ra như sau:

- Sự dịch đứng: Sự dịch đứng là chuyển động lên xuống của bánh xe, thường xuất hiện khi xe chạy với tốc độ trung bình và cao trên đường gợn sóng.

- Sự xoay dọc: Sự xoay dọc là dao động lên xuống theo chiều ngược nhau của bánh xe bên phải và bên trái, làm cho bánh xe nhảy lên, bỏ bám mặt đường. Hiện tượng này thường dễ xảy ra đối với xe có hệ thống treo phụ thuộc.

- Sự uốn: Là hiện tượng xảy ra khi mômen tăng tốc hoặc mômen phanh tác động lên nhíp, có xu hướng làm quay nhíp quanh trục bánh xe. Dao động uốn này có ảnh hưởng làm xe chạy không êm.

* Biện pháp ngăn ngừa hiện tượng uốn:

+ Nhíp không đối xứng: Có thể làm giảm hiện tượng uốn bằng cách đặt cầu sau hơi lệch lên phía trước so với tâm của nhíp. Cách đặt như thế cũng làm giảm chuyển động lên xuống của thân xe khi tăng, giảm tốc độ.

+ Vị trí lắp bộ giảm chấn: Có thể làm giảm sự uốn bằng cách lắp các bộ giảm chấn cách xa tâm uốn và đặt nghiêng chúng. Tức là lắp một bộ giảm chấn ở phía trước và một ở phía sau cầu xe.

2 .Phân loại hệ thống treo và đặc tính

Hệ thống treo có thể chia ra thành hai loại theo kết cấu của chúng

Hệ thống treo phụ thuộc: Cả hai bánh xe được đỡ bằng một hộp cầu xe hoặc dầm cầu xe. Vì thế cả hai bánh cùng chuyển động với nhau. Loại hệ thống treo này có những đặc tính sau:

- Cấu tạo đơn giản, ít chi tiết, vì thế dễ bảo dưỡng.

- Có độ cứng vững để chịu được tải nặng.

- Khi xe vào đường vòng, thân xe ít bị nghiêng.

- Định vị của các bánh xe ít thay đổi do chuyển động lên xuống của chúng, nhờ thế lốp xe ít bị mòn

- Do phần khối lượng không được treo lớn nên độ êm của xe kém.

- Vì chuyển động của bánh xe phải và trái có ảnh hưởng lẫn nhau nên dễ xuất hiện dao động và rung động.

 Hệ thống treo độc lập: Mỗi bánh xe được lắp trên một tay đỡ riêng, gắn vào thân xe. Vì vậy bánh xe bên trái và bên phải chuyển động độc lập với nhau. Loại hệ thống treo độc lập này có những đặc tính sau:

- 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 lòxo 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.

- 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

2.1 Phân loại hệ thống treo phụ thuộc:

Hệ thống treo phụ thuộc có nhiều loại khác nhau: Kiẻu đòn kéo có dầm xoắn, kiểu nhíp song song, kiểu đòn dẫn/đòn kéo có thanh giằng ngang, kiểu bốn thanh liên kết,…

a. Kiểu đòn kéo có dầm xoắn

Kiểu này được sử dụng chủ yếu cho hệ thống treo sau của các xe có động cơ đặt phía trước và dẫn động bằng bánh trước (FF). Kết cấu của nó bao gồm một đòn treo và một thanh ổn định được hàn với dầm chịu xoắn (một số kiểu xe không có thanh ổn định).

Nhờ có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ nên có thể giảm được khối lượng không được treo, tăng độ êm cho xe. Ngoài ra nó còn cho phép tăng khoảng không gian của khoang hành lý. Khi có hiện tượng xoay đứng do chạy vào đường vòng hoặc trên đường mấp mô, thanh ổn định sẽ bị xoắn cùng với dầm trục. Nhờ thế hiện tượng xoay đứng được giảm xuống, giúp cho xe chạy ổn định hơn.

Khi kích xe lên, không được đặt kích hoặc các bộ phận tương tự vào phần dầm xoắn.

b. Kiểu nhíp song song:

Kiểu nhíp này được dùng cho hệ thống treo trước của các xe tải, xe buýt v.v… và cho hệ thống treo sau của một số xe du lịch.

Đặc điểm:

- Cấu tạo đơn giản nhưng khá vững chắc.

- Khó sử dụng các lò xo rất mềm nên xe chạy không thật êm.

c. Kiểu đòn dẫn, đòn kéo có thanh giằng ngang:

Kiểu này được sử dụng cho hệ thống treo trước và sau của các xe Land Cruiser, xe tải, ..

Đặc tính:

- Xe chạy êm

- Độ cứng vững cao.

d. Kiểu 4 thanh liên kết:

Kiểu này thường được sử dụng cho hệ thống treo phía sau. Kiểu này giúp cho xe chạy êm nhất trong các kiểu hệ thống treo phụ thuộc.

2.2 Phân loại hệ thống treo độc lập:

Hệ thống treo độc lập cũng được chia làm nhiều loại khác nhau tuỳ thuộc vào đặc điểm kết cấu, vị trí lắp ráp và nguyên lý hoạt động của chúng: kiểu thanh giằng McPherson, kiểu hình thanh với chạc kép, kiểu chạc xiên.

a. Kiểu thanh giằng McPherson:

Đây là hệ thống treo độc lập được sử dụng rộng rãi nhất cho hệ thống treo trước của các xe cỡ nhỏ và vừa. Kiểu này cũng được sử dụng cho hệ thống treo sau của các xe FF.

Đặc điểm:

- Cấu tạo của hệ thống treo này khá đơn giản.

- Vì có ít chi tiết, nhẹ nên giảm được phần khối lượng không được treo.

- Nhờ có khoảng chiếm chỗ của hệ thống treo nhỏ nên khoảng sử dụng trong khoang động cơ tăng lên.

- Nhờ có khoảng chiếm chỗ của hệ thống treo nhỏ nên khoảng sử dụng trong khoang động cơ tăng lên.

Trong hệ thống treo kiểu thanh giằng McPherson, bộ giảm chấn có tác dụng như một bộ phận của hệ liên kết treo, chịu tải trọng thẳng đứng. Tuy vậy, vì các bộ giảm chấn phải chịu tải trọng từ các bánh xe nên chúng hơi bị uốn. Điều này làm phát sinh ứng lực ngang (A và B trên hình minh hoạ), tạo ra ma-sát giữa cần đẩy pittông và dẫn hướng cũng như giữa pittông và ống lót xylanh, làm phát sinh tiếng ồn và ảnh hưởng đến độ êm chạy xe. Những hiện tượng này có thể được giảm thiểu bằng cách đặt lệch các lò-xo khỏi đường tâm của thanh giằng hoặc bộ giảm chấn, sao cho các phản lực a và b xuất hiện theo chiều ngược lại các lực A và B.

b. Kiểu hình thanh với chạc kép

Kiểu này được sử dụng rộng rãi cho hệ thống treo trước của các xe tải cỡ nhỏ và cho hệ thống treo phía trước và phía sau của các xe du lịch.

Đặc điểm:

Trong các kiểu treo này, các bánh xe được liên kết với thân xe thông qua các đòn treo dưới và trên. Dạng hình học của hệ thống treo có thể được thiết kế tuỳ theo chiều dài của các đòn treo trên và dưới cũng như góc nghiêng của chúng.

Ví dụ, nếu các đòn treo song song với nhau và dài như nhau thì khoảng cách bánh xe và góc camber lốp-mặt đường (độ quặp của bánh xe) sẽ thay đổi. Kết quả là không thể có được tính năng quay vòng tốt. Ngoài ra, sự thay đổi khoảng cách bánh xe sẽ làm cho lốp xe chóng mòn. Để giải quyết vấn đề này người ta thường chọn một kiểu thiết kế trong đó đòn treo trên ngắn hơn đòn treo dưới sao cho khoảng cách bánh xe và độ quặp của bánh xe ít dao động.

c. Kiểu chạc xiên

Kiểu này được sử dụng cho hệ thống treo sau của một số kiểu xe.

Với kiểu hệ thống treo này, lượng thay đổi góc chụm và góc quặp của bánh xe (do chuyển động lên xuống của bánh xe) có thể được điều chỉnh trong giai đoạn thiết kế nhằm xác định đặc tính vận hành của xe.

3. Các bộ phận của hệ thống treo

Hệ thống treo được chia làm ba bộ phận chính: Bộ phận đàn hồi, bộ phận hướng và bộ phận giẩm chấn.

3.1 Bộ phận đàn hồi:

Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo sử dụng các loại lò xo. Các lò xo có thể là kim loại hoặc phi kim loại như:

- Lò xo kim loại: Nhíp lá, lò xo trụ, lò xo kiểu thanh xoắn

- Lò xo phi kim loại: Lò xo cao su, lò xo không khí

a. Đặc tính đàn hồi của lò xo:

• Nếu tác dụng một lực (tải trọng) lên một vật thể làm bằng vật liệu như cao su chẳng hạn, nó sẽ tạo ra ứng lực (biến dạng) trong vật thể đó. Khi không tác dụng lực, vật thể đó sẽ trở về hình dạng ban đầu. Ta gọi đặc tính đó là đàn hồi. Các lò xo của xe sử dụng nguyên lý đàn hồi để làm giảm chấn động từ mặt đường tác động lên thân xe và người ngồi trong xe.
• Các lò xo thép sử dụng tính đàn hồi uốn và xoắn.
• Tuy nhiên nếu lực tác dụng lên lò xo quá lớn, vượt quá giới hạn đàn hồi, làm cho nó không thể phục hồi hoàn toàn hình dạng ban đầu gây biến dang dẻo. Tính chất này được gọi là tính dẻo.

b. Độ cứng của lò xo:

Khoảng biến dạng của lò xo tuỳ thuộc vào lực (tải trọng) tác dụng lên nó. Trị số thu được bằng cách chia trị số lực (w) cho khoảng biến dạng (a) là một hằng số. Hằng số (k) này được gọi là độ cứng lò-xo hoặc “hằng số lò xo”. Lò xo có độ cứng nhỏ được gọi là “mềm”, còn lò xo có độ cứng lớn thì được gọi là “cứng”.

c. Sự dao động của lò xo:

Khi bánh xe vấp vào một cái mô cao, các lò xo của xe nhanh chóng bị nén lại. Vì mỗi lò xo đều có khuynh hướng giãn ngay trở về độ dài ban đầu của nó, để giải phóng năng lượng nén, lò xo có khuynh hướng giãn vượt quá chiều dài ban đầu. Sau đó lò xo lại có xu hướng ngược lại, hồi về chiều dài ban đầu, và lại co lại ngắn hơn chiều dài ban đầu. Quá trình này được gọi là dao động của lò xo, nó lặp lại nhiều lần cho đến khi lò xo trở về chiều dài ban đầu.

Nếu không khống chế sự dao động của lò xo, nó không những làm cho xe chạy không êm mà còn có thể ảnh hưởng đến sự ổn định hoạt động. Để ngăn ngừa hiện tượng này cần phải sử dụng bộ giảm chấn

d. Các loại lò xo:

Nhíp lá:

• Nhíp được làm bằng một số băng thép lò xo uốn cong, được gọi là “lá nhíp”, các xếp chồng lên nhau theo thứ tự từ ngắn nhất đến dài nhất. Tập lá nhíp này được ép với nhau bằng một bulông hoặc tán đinh ở giữa, và để cho các lá không bị xô lệch, chúng được kẹp giữ ở một số vị trí. Hai đầu lá dài nhất (lá nhíp chính) được uốn cong thành vòng để lắp ghép với khung xe hoặc các kết cấu khác.
• Nói chung, nhíp càng dài thì càng mềm. Số lá nhíp càng nhiều thì nhíp càng cứng, chịu được tải trọng lớn hơn. Tuy nhiên, nhíp cứng sẽ ảnh hưởng đến độ êm.

+ Đặc điểm của nhíp:

- Bản thân nhíp đã có đủ độ cứng vững để giữ cho cầu xe ở đúng vị trí nên không cần sử dụng các liên kết khác.

- Nhíp thực hiện được chức năng tự khống chế dao động thông qua ma sát giữa các lá nhíp.

- Nhíp có đủ sức bền để chịu tải trọng nặng.

- Vì có ma sát giữa các lá nhíp nên nhíp khó hấp thu các rung động nhỏ từ mặt đường. Bởi vậy nhíp thường được sử dụng cho các xe cỡ lớn, vận chuyển tải trọng nặng, nên cần chú trọng đến độ bền hơn.

- Vì có ma sát giữa các lá nhíp nên nhíp khó hấp thu các rung động nhỏ từ mặt đường. Bởi vậy nhíp thường được sử dụng cho các xe cỡ lớn, vận chuyển tải trọng nặng, nên cần chú trọng đến độ bền hơn.

+ Độ võng của nhíp:

- Tác dụng của độ võng:

Khi nhíp bị uốn, độ võng làm cho các lá nhíp cọ vào nhau, và ma sát xuất hiện giữa các lá nhíp sẽ nhanh chóng làm tắt dao động của nhíp. Ma sát này được gọi là ma sát giữa các lá nhíp. Đó là một trong những đặc tính quan trọng nhất của nhíp. Tuy nhiên, ma sát này cũng làm giảm độ chạy êm của xe, vì nó làm cho nhíp bị giảm tính chịu uốn. Vì vậy, nhíp thường được sử dụng cho các xe tải.

Khi nhíp nẩy lên, độ võng giữ cho các lá nhíp khít với nhau, ngăn không cho đất, cát... lọt vào giữa các lá nhíp và gây mài mòn.

- Biện pháp giảm ma sát giữa các lá nhíp

Đặt các miếng đệm chống ồn vào giữa các lá nhíp, ở phần đầu lá, để chúng dễ trượt lên nhau. Mỗi lá nhíp cũng được làm vát hai đầu để chúng tạo ra một áp suất thích hợp khi tiếp xúc với nhau.

+ Nhíp phụ

Các xe tải và xe chịu tải trọng thay đổi mạnh cần dùng thêm nhíp phụ. Nhíp phụ được lắp trên nhíp chính. Với tải trọng nhỏ thì chỉ nhíp chính làm việc, nhưng khi tải trọng vượt quá một trị số nào đó thì cả hai nhíp chính và phụ đều làm việc.

Lò xo trụ:

Các lò xo được làm bằng thanh thép lò xo đặc biệt. Khi đặt tải trọng lên một lò xo, toàn bộ thanh thép bị xoắn khi lò xo co lại. Nhờ vậy năng lượng của ngoại lực được tích lại, và chấn động được giảm bớt.

+ Đặc điểm của lò xo trụ:

- Tỷ lệ hấp thu năng lượng tính cho một đơn vị khối lượng cao hơn so với loại lò xo lá (nhíp).

- Có thể chế tạo các lò xo mềm.

- Vì không có ma sát giữa các lá như ở nhíp nên cũng không có khả năng tự khống chế dao động, vì vậy phải sử dụng thêm bộ giảm chấn.

- Vì không chịu được lực theo phương nằm ngang nên cần phải có các cơ cấu liên kết để đỡ trục bánh xe (đòn treo, thanh giằng ngang...)

+ Lò xo phi tuyến tính

Nếu lò xo trụ được làm từ một thanh thép có đường kính đồng đều thì toàn bộ lò xo sẽ co lại đồng đều, tỷ lệ với tải trọng. Nghĩa là, nếu sử dụng lò xo mềm thì nó không chịu được tải trọng nặng, còn nếu sử dụng lò xo cứng thì xe chạy không êm với tải trọng nhỏ.

Tuy nhiên, nếu sử dụng một thanh thép có đường kính thay đổi đều, như minh hoạ trên hình sau đây, thì hai đầu của lò xo sẽ có độ cứng thấp hơn phần giữa. Nhờ thế, khi có tải trọng nhỏ thì hai đầu lò xo sẽ co lại và hấp thu chuyển động. Mặt khác, phần giữa của lò xo lại đủ cứng để chịu được tải trọng nặng.

Các lò xo có bước không đều, lò xo hình nón ... cũng có tác dụng như vậy.

 Lò xo thanh xoắn:

Lò xo thanh xoắn (gọi tắt là thanh xoắn) là một thanh thép lò xo có tính đàn hồi xoắn. Một đầu của thanh xoắn được gắn cứng với khung hoặc các kết cấu khác của thân xe, còn đầu kia được gắn với bộ phận chịu tải trọng xoắn.

Thanh xoắn cũng được sử dụng để làm thanh ổn định.

+ Đặc điểm:

- Nhờ tỷ lệ hấp thu năng lượng trên một đơn vị khối lượng lớn hơn so với các loại lò xo khác nên hệ thống treo có thể nhẹ hơn.

- Kết cấu của hệ thống treo đơn giản.

- Cũng như lò xo cuộn, thanh xoắn không tự khống chế dao động, vì vậy phải sử dụng thêm bộ giảm chấn.

Lò xo cao su:

Các lò xo cao su hấp thu dao động thông qua nội ma sát phát sinh khi chúng bị một ngoại lực làm biến dạng.

+ Đặc điểm

- Có thể chế tạo theo hình dáng bất kỳ.

- Chúng không phát tiếng ồn khi làm việc

- Chúng không thích hợp để dùng cho tải trọng nặng.

Lò xo không khí:

Lò xo không khí sử dụng đặc tính đàn hồi của không khí khi bị nén.

+ Đặc điểm

- Những lò xo này rất mềm khi xe chưa có tải, nhưng hệ số lò xo có thể tăng lên khi tăng tải nhờ tăng áp suất trong xy lanh. Đặc tính này giúp cho xe chạy êm cả khi tải nhẹ cũng như khi đầy tải.

- Chiều cao của xe có thể giữ không đổi ngay cả khi tải trọng thay đổi, bằng cách điều chỉnh áp suất không khí.

Tuy nhiên, hệ thống treo dùng lò xo không khí cần phải có trang bị điều chỉnh áp suất không khí và máy nén khí... nên hệ thống treo sẽ phức tạp. Hiện nay, hệ thống treo khí điều biến điện tử, cũng được sử dụng trong một số kiểu xe.

3.2 Bộ phận giảm chấn

Khi xe bị xóc do mặt đường gồ ghề, các lò xo của hệ thống treo sẽ hấp thu các chấn động đó. Tuy nhiên, vì lò xo có đặc tính tiếp tục dao động, và vì phải sau một thời gian dài thì dao động này mới tắt nên xe chạy không êm.

Nhiệm vụ của bộ giảm chấn là hấp thu dao động này. Bộ giảm chấn không những cải thiện độ chạy êm của xe mà còn giúp cho lốp xe bám đường tốt hơn và điều khiển xe ổn định hơn.

Nguyên tắc dập tắt dao động

Trong các xe ôtô, các bộ giảm chấn kiểu ống lồng sử dụng một loại dầu đặc biệt làm môi chất làm việc, được gọi là dầu giảm chấn. Trong kiểu giảm chấn này, lực làm tắt dao động là sức cản thuỷ lực phát sinh do dầu bị pittông ép chảy qua một lỗ nhỏ.

Lực giảm chấn

Lực giảm chấn càng lớn thì dao động của thân xe càng được dập tắt nhanh, nhưng chấn động do hiệu ứng làm tắt gây ra lại lớn hơn. Lực giảm chấn còn thay đổi theo tốc độ của pittông. Có nhiều kiểu bộ giảm chấn khác nhau, tuỳ theo tính chất thay đổi của lực giảm chấn:

- Kiểu lực giảm chấn tỷ lệ thuận với tốc độ pittông

- Kiểu có hai mức lực giảm chấn, tuỳ theo tốc độ của pittông

- Kiểu lực giảm chấn thay đổi theo phương thức chạy xe

Hệ thống treo có các kiểu lực giảm chấn <1> và <2> được sử dụng trong hầu hết các kiểu xe. Hệ thống treo kiểu <3> được sử dụng trong xe có ESM (hệ thống treo điều biến điện tử)

 Phân loại giảm chấn

Các bộ giảm chấn được phân loại như sau

+ Phân loại theo vận hành

- Kiểu tác dụng đơn

- Kiểu đa tác dụng

+ Phân loại theo cấu tạo

- Kiểu ống đơn

- Kiểu ống kép

+ Phân loại theo môi chất làm việc

- Kiểu thuỷ lực

- Kiểu nạp khí

Các bộ giảm chấn sử dụng trong các kiểu xe hiện nay có cấu tạo ống đơn và ống kép, và là kiểu đa tác dụng. Gần đây nhất, các bộ giảm chấn nạp khí thuộc các kiểu nói trên đã được đưa vào sử dụng.

Các loại giảm chấn

Giảm chấn kiểu ống đơn

Bộ giảm chấn đơn thường được nạp khí nitơ áp suất cao (20 – 30 kgf/cm2)

a. Cấu tạo

Trong xy lanh, buồng nạp khí và buồng chất lỏng được ngăn cách bằng một “pittông tự do” (nó có thể chuyển động lên xuống tự do).

b. Đặc điểm của bộ giảm chấn kiểu đơn

- Toả nhiệt tốt vì ống đơn tiếp xúc trực tiếp với không khí.

- Một đầu ống được nạp khí áp suất cao, và hoàn toàn cách ly với chất lỏng nhờ có pittông tự do. Kết cấu này đảm bảo trong quá trình vận hành sẽ không xuất hiện lỗ xâm thực và bọt khí, nhờ vậy mà có thể làm việc ổn định.

- Giảm tiếng ồn rất nhiều.

c. Hoạt động

Hành trình ép (nén)

Trong hành trình nén, cần pittông chuyển động xuống làm cho áp suất trong buồng dưới cao hơn áp suất trong buồng trên. Vì vậy chất lỏng trong buồng dưới bị ép lên buồng trên qua van pittông. Lúc này lực giảm chấn được sinh ra do sức cản dòng chảy của van. Khí cao áp tạo ra một sức ép rất lớn lên chất lỏng trong buồng dưới và buộc nó phải chảy nhanh và êm lên buồng trên trong hành trình nén. Điều này đảm bảo duy trì ổn định lực giảm chấn.

Hành trình trả (giãn)

Trong hành trình giãn, cần pittông chuyển động lên làm cho áp suất trong buồng trên cao hơn áp suất trong buồng dưới. Vì vậy chất lỏng trong buồng trên bị ép xuống buồng dưới qua van pittông, và sức cản dòng chảy của van có tác dụng như lực giảm chấn.

Vì cần pittông chuyển động lên, một phần cần dịch chuyển ra khỏi xy-lanh nên thể tích choán chỗ trong chất lỏng của nó giảm xuống. Để bù cho khoảng hụt này, pittông tự do được đẩy lên (nhờ có khí cao áp ở dưới nó) một khoảng tương đương với phàn hụt thể tích.

Các bộ giảm chấn có cấu tạo kiểu ống đơn không cho phép ống này bị biến dạng, vì biến dạng sẽ làm cho pittông và pittông tự do không thể chuyển động tự do được. Bộ giảm chấn này thường được trang bị một vỏ bảo vệ để ngăn đá bắn vào; khi lắp ráp bộ giảm chấn phải đặt cho vỏ bảo vệ hướng về phía trước của xe.

 Giảm chấn kiểu ống kép

a. Cấu tạo

Bên trong vỏ (ống ngoài) có một xy-lanh (ống nén), và trong xy-lanh có một pittông chuyển động lên xuống. Đầu dưới của cần pittông có một van để tạo ra lực cản khi bộ giảm chấn giãn ra. Đáy xy-lanh có van đáy để tạo ra lực cản khi bộ giảm chấn bị nén lại. Bên trong xy-lanh được nạp chất lỏng hấp thu chấn động, nhưng buồng chứa chỉ được nạp đầy đến 2/3 thể tích, phần còn lại thì nạp không khí với áp suất khí quyển hoặc nạp khí áp suất thấp. Buồng chứa là nơi chứa chất lỏng đi vào và đi ra khỏi xy lanh. Trong kiểu buồng khí áp suất thấp, khí được nạp với áp suất thấp (3 – 6 kgf/cm2). Làm như thế để chống phát sinh tiếng ồn do hiện tượng tạo bọt và xâm thực, thưỡng xảy ra trong các bộ giảm chấn chỉ sử dụng chất lỏng. Giảm thiểu hiện tượng xâm thực và tạo bọt còn giúp tạo ra lực cản ổn định, nhờ thế mà tăng độ êm và vận hành ổn định của xe.

Trong một số bộ giảm chấn kiểu nạp khí áp suất thấp, người ta không sử dụng van đáy, và lực hãm xung được tạo ra nhờ van pittông trong cả hai hành trình nén và giãn.

Hiện tượng sục khí:

Khi chất lỏng chảy với tốc độ cao trong bộ giảm chấn, áp suất ở một số vùng sẽ giảm xuống, tạo nên các túi khí hoặc bọt rỗng trong chất lỏng. Hiện tượng này được gọi là xâm thực. Các bọt khí này sẽ bị vỡ khi di chuyển đến vùng áp suất cao, tạo ra áp suất va đập. Hiện tượng này phát sinh tiếng ồn, làm áp suất dao động, và có thể dẫn đến phá huỷ bộ giảm chấn.

Tạo bọt khí:

Tạo bọt là quá trình làm trộn lẫn không khí với chất lỏng trong bộ giảm chấn. Hiện tượng này tạo ra tiếng ồn, làm áp suất dao động, và gây tổn thất áp suất.

b. Hoạt động

 Hành trình nén (ép)

 Tốc độ chuyển động của cần pittông cao

Khi pittông chuyển động xuống, áp suất trong buồng A (dưới pittông) sẽ tăng cao. Dầu sẽ đẩy mở van một chiều (của van pittông) và chảy vào buồng B mà không bị sức cản nào đáng kể (không phát sinh lực giảm chấn). Đồng thời, một lượng dầu tương đương với thể tích choán chỗ của cần pittông (khi nó đi vào trong xy lanh) sẽ bị ép qua van lá của van đáy và chảy vào buồng chứa. Đây là lúc mà lực giảm chấn được sức cản dòng chảy tạo ra.

Tốc độ chuyển động của cần pittông thấp

Nếu tốc độ của cần pittông rất thấp thì van một chiều của van pittông và van lá của van đáy sẽ không mở vì áp suất trong buồng A nhỏ. Tuy nhiên, vì có các lỗ nhỏ trong van pittông và van đáy nên dầu vẫn chảy vào buồng B và buồng chứa, vì vậy chỉ tạo ra một lực cản nhỏ.

 Hành trình trả (giãn)

 Tốc độ chuyển động của cần pittông cao

Khi pittông chuyển động lên, áp suất trong buồng B (trên pittông) sẽ tăng cao. Dầu sẽ đẩy mở van lá (của van pittông) và chảy vào buồng A. Vào lúc này, sức cản dòng chảy đóng vai trò lực giảm chấn. Vì cần pittông chuyển động lên, một phần cần thoát ra khỏi xy-lanh nên thể tích choán chỗ của nó giảm xuống.

Để bù vào khoảng hụt này dầu từ buồng chứa sẽ chảy qua van một chiều và vào buồng A mà không bị sức cản đáng kể.

Tốc độ chuyển động của cần pittông thấp

Khi cán pittông chuyển động với tốc độ thấp, cả van lá và van một chiều đều vẫn đóng vì áp suất trong buồng B ở trên pittông thấp. Vì vậy, dầu trong buồng B chảy qua các lỗ nhỏ trong van pittông vào buồng A. Dầu trong buồng chứa cũng chảy qua lỗ nhỏ trong van đáy vào buồng A, vì vậy chỉ tạo ra một lực cản nhỏ.

B. HỆ THỐNG TREO ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ (EMS) VÀ HỆ THỐNG TREO KHÍ (EMAS)

1. Khái quát về EMS VÀ EMAS

Hệ thống treo nhằm cải thiện độ êm và tính năng vận hành xe. EMS (Hệ thống treo điều biến điện tử) và hệ thống treo khí điều khiển lực giảm chấn của các bộ giảm chấn và lò xo khí bằng thiết bị điện tử nhằm nâng cao độ êm và tính năng vận hành xe.

1.1 Hệ thống treo điều khiển điện tử (Hệ thống treo điều biến điện tử)

EMS là viết tắt của “Electronically-Modulated Suspension” (Hệ thống treo điều biến điện tử).

Với hệ thống treo này, kích thước của lỗ tiết lưu trong bộ giảm chấn được thay đổi, nhờ thế mà lưu lượng dầu được điều chỉnh và dẫn đến thay đổi lực giảm chấn. Lực giảm chấn được điều khiển tự động nhờ ECU của EMS tuỳ theo vị trí của công tắc chọn và điều kiện chạy xe. Vì vậy mà độ êm và độ ổn định của xe được nâng cao. Hệ thống treo này cũng có các chức năng chẩn đoán và an toàn khi có sự cố.

1.2 Hệ thống treo khí

Hệ thống treo khí dùng một ECU để điều khiển các lò xo khí tức là những đệm khí nén có tính đàn hồi. Có những kiểu phối hợp EMS với hệ thống treo khí.

Hệ thống treo khí có các đặc điểm sau đây.

- Lực giảm chấn có thể thay đổi được

- Độ cứng lò xo và chiều cao xe có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh thể tích không khí.

- Có các chức năng chẩn đoán và an toàn khi có sự cố.

1.3 Đặc tính của EMS VÀ EMAS

1.3.1 Thay đổi chế độ

a. Chọn chế độ giảm chấn

Lực giảm chấn của bộ giảm chấn có thể thay đổi từ mềm, trung bình sang cứng.

b. Điều khiển chiều cao (hệ thống treo khí)

- Chiều cao của xe có thể thay đổi từ thấp đến cao.

- Có các đèn báo chỉ trạng thái của chế độ giảm chấn cũng như điều khiển chiều cao

1.3.2 Điều khiển độ cứng lò xo và lực giảm chấn

a. Điều khiển chống “bốc đầu xe”

Chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn. Điều này giúp ngăn ngừa hiện tượng bốc đầu xe khi tăng tốc, giảm thiểu sự thay đổi tư thế của xe.

b. Điều khiển chống lắc ngang xe

Chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn. Điều này giúp ngăn ngừa hiện tượng lắc ngang xe, giảm thiểu sự thay đổi tư thế của xe, tăng cường tính năng điều khiển của xe.

c. Điều khiển chống chúi đầu xe

Chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn. Điều này giúp ngăn ngừa hiện tượng chúi đầu xe khi phanh hãm, giảm thiểu sự thay đổi tư thế của xe.

d. Điều khiển cao tốc (ở chế độ bình thường)

Chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn. Điều này giúp xe chạy rất ổn định và tính năng điều khiển tốt khi xe chạy tốc độ cao.

e. Điều khiển chống bốc đầu xe khi chuyển số (chỉ đối với xe có hộp số tự động)

Điều khiển này nhằm hạn chế hiên tượng bốc đuôi xe khi xe có hộp số tự động khởi hành. Khi hộp số dọc chuyển từ vị trí “N” hoặc “P”, lực giảm chấn được đặt ở chế độ cứng.

g. Điều khiển hoạt động bán phần

Thay đổi lực giảm chấn một cách từ từ cho phù hợp với điều kiện mặt đường hoặc điều kiện chạy xe. Nhờ thế mà đảm bảo xe chạy rất êm và tính năng tắt dao động cao.

EMS treo:

Đặt xe ở chế độ “treo-sky hook” sẽ giữ cho xe luôn luôn ở tư thế ổn định khi tình trạng mặt đường thay đổi. Với hệ thống EMS “treo” thì mọi chuyển động lên xuống của thân xe sẽ được cảm biến và máy tính sẽ điều chỉnh chuyển động của các bộ giảm chấn cho phù hợp. Hệ thống này giúp xe chạy rất êm và vận hành ổn định.

Trong các kiểu xe mới nhất, ví dụ LS430, phương pháp điều chỉnh hoạt động bán phần này đã chuyển từ Điều khiển “treo” sang Điều khiển H-phi tuyến tính để việc điều chỉnh có hiệu quả và tinh tế hơn. Kết quả là đạt được độ êm tuyệt hảo.

1.3.3 Điều khiển chiều cao xe

a. Điều khiển tự động cân bằng xe

Duy trì chiều cao xe ở mức không đổi, không phụ thuộc vào trọng lượng hành lý và hành khách. Công tắc điều khiển chiều cao sẽ chuyển chiều cao mong muốn của xe sang mức “bình thường” hoặc “cao”.

b. Điều khiển cao tốc

Điều khiển chiều cao xe xuống mức thấp hơn so với mức đã chọn (điều chỉnh sang mức “thấp” nếu trước đó đã chọn mức “bình thường”, hoặc xuống mức “bình thường” nếu đã chọn mức “cao”) khi xe chạy với tốc độ đã quy định hoặc cao hơn. Chức năng này làm cho xe có đặc tính khí động học và độ ổn định cao.

c. Điều khiển khi xe tắt động cơ

Giảm chiều cao xe xuống mức chiều cao đã đặt (khi chiều cao xe tăng lên do giảm trọng lượng hành lý và hành khách) sau khi xe tắt động cơ. Tính năng này giúp giữ tư thế của xe khi đỗ xe.

* Phương pháp huỷ điều khiển chiều cao xe:

- Trước khi kích xe lên hoặc cẩu nâng xe lên, cần kiểm tra xem đã tắt khoá điện ở vị trí OFF hay chưa.

- Nếu xe cần phải nâng xe lên khi động cơ đang nổ máy rồi tháo các cực TD và EI của giắc TDCL hoặc OPB và cực CG của DLC3 để làm cho ECU của hệ thống treo khí ngừng hoạt động điều khiển chiều cao.

- Đối với xe có công tắc đóng/ngắt điều khiển chiều cao, hãy xoay công tắc về OFF (ngắt).

2. Cấu tạo:

2.1 Vị trí các bộ phận và chức năng:

2.1.1 Các công tắc và đèn báo:

a. Công tắc chọn chế độ giảm chấn:

Công tắc này dùng để thay đổi lực giảm chấn của bộ giảm chấn. Vị trí của công tắc và chi tiết cài đặt tuỳ thuộc vào từng kiểu xe, nhưng nhìn chung, khi chuyển từ chế độ COMFORT (hay NORM) sang chế độ SPORT (thể thao) thì đều chuyển đổi lực giảm chấn từ mềm sang trung bình hoặc cứng.

b. Công tắc điều khiển chiều cao:

Công tắc này dùng để thay đổi cài đặt chiều cao xe. Vị trí của công tắc và chi tiết cài đặt tuỳ thuộc vào từng kiểu xe, nhưng chuyển từ chế độ NORM (hay LOW) sang chế độ HIGH (cao) đều làm thay đổi chiều cao xe từ thấp lên cao.

c. Đèn báo chế độ giảm chấn và đèn báo chiều cao xe:

Chế độ giảm chấn nào được chọn (bằng công tắc chọn) thì đèn báo chế độ giảm chấn đó sẽ sáng lên. Chế độ chiều cao nào được chọn (bằng công tắc chọn chiều cao) thì đèn báo chế độ chiều cao đó sẽ sáng lên. Ngoài ra, những đèn báo này sẽ nhấp nháy khi hệ thống có trục trặc. Nội dung của những đèn báo này tuỳ thuộc vào từng kiểu xe.

d. Công tắc đèn phanh

e. Công tắc cửa

2.1.2 Các cảm biến:

a. Cảm biến góc xoay vô lăng:

Cảm biến góc lái được lắp đặt trong cụm ống trục lái, để phát hiện góc và hướng quay. Cảm biến bao gồm 3 bộ ngắt quang điện với các pha, và một đĩa xẻ rãnh để ngắt ánh sáng nhằm chuyên mạch đóng ngắt (ON/OFF) tranzito-quang điện nhằm phát hiện góc và hướng lái.

b. Cảm biến điều chỉnh chiều cao:

Trong mỗi bánh xe đều có lắp một cảm biến điều chỉnh chiều cao. Cảm biến này chuyển đổi các biến động về chiều cao của xe thành những thay đổi về góc quay của thanh liên kết. Khi đó kết quả thay đổi được phát hiện dưới dạng thay đổi điện áp.

Khi xe trở nên cao hơn thì điện áp tín hiệu cũng cao hơn; khi xe trở nên thấp hơn thì điện áp tín hiệu cũng tụt xuống.

c. Cảm biến giảm tốc:

Cảm biến gia tốc phía trước được kết hợp cùng với cảm biến điều chỉnh chiều cao phía trước, còn cảm biến gia tốc phía sau thì được lắp đặt trong khoang hành lý.

Các cảm biến gia tốc có tác dụng làm chuyển đổi sự biến dạng của đĩa gốm áp điện thành tín hiệu điện, và nhờ thế mà gia tốc theo phương thẳng đứng của xe được phát hiện.

Khi gia tốc của xe hướng lên trên, nghĩa là lực hướng lên trên, thì điện áp tín hiệu tăng lên; khi lực hướng xuống dưới thì điện áp tín hiệu giảm xuống.

2.1.3 Bộ điều khiển ECU

ECU của EMS/hệ thống treo khí đóng vai trò xử lý các tín hiệu nhận được từ các cảm biến và từ công tắc chọn, chuyển đổi những tín hiệu này thành tín hiệu điều khiển các van và bộ chấp hành.

2.1.4 Bộ chấp hành:

Bộ kích hoạt điều khiển hệ thống treo được lắp trên đầu của mỗi bộ giảm chấn/ xylanh khí nén. Nó làm thay đổi lực giảm chấn bằng cách quay van xoay của bộ giảm chấn. Góc quay của van này được điều khiển bằng các tín hiệu từ ECU của EMS/ hệ thống treo khí.

2.1.5 Xi lanh khí nén cùng bộ giảm chấn:

Xy lanh khí nén bao gồm có một ống giảm chấn có lực giảm chấn thay đổi, trong đó chứa khí nitơ áp suất thấp, và một khoang chứa không khí có dung tích chứa khí nén lớn để đảm bảo độ êm tuyệt hảo. Xy lanh được trang bị một van giảm chấn cứng và một van giảm chấn mềm để chuyển đổi lực giảm chấn của bộ giảm chấn. Lực giảm chấn được điều chỉnh bằng van xoay (làm thay đổi lưu lượng dầu chảy qua van)

2.1.6 Cụm máy nén khí và thiết bị làm khô:

Cụm máy nén khí và thiết bị làm khô có cấu tạo liền một khối, trong đó máy nén và mô tơ tạo ra khí nén phục vụ cho việc nâng chiều cao của xe, còn thiết bị làm khô thì tách hơi ẩm ra khỏi khí nén, và van xả dùng để xả khí nén ra khỏi xy-lanh khí nén.

2.1.7 Van điều chỉnh chiều cao:

Van này điều chỉnh luồng khí nén đi vào và ra khỏi các xy-lanh, tuỳ theo các tín hiệu từ ECU của hệ thống treo khí. Có hai van điều chỉnh chiều cao, một van cho phần trước của xe, một van cho phần sau.

2.2 Các chức năng chẩn đoán và an toàn:

2.2.1 Chức năng chẩn đoán:

- Nếu ECU của hệ thống treo khí/EMS phát hiện ra một sự cố trong hệ thống, nó sẽ làm nhấp nháy đèn báo chế độ giảm chấn hoặc đèn báo chiều cao xe để báo động cho người lái xe biết rằng đã có sự cố. Đồng thời ECU lưu giữ các mã sự cố này.

- Đọc mã chẩn đoán hư hỏng (DTC)

ECU có thể đọc các mã hư hỏng DTC bằng cách nối máy chẩn đoán với giắc chẩn đoán DLC3 để liên hệ trực tiếp với ECU, hoặc bằng cách nối tắt giữa cực TC và cực CG của DLC3 và quan sát kiểu nhấp nháy của đèn.

- Xoá mã hư hỏng DTC

Có thể xoá các mã hư hỏng DTC bằng cách nối máy chẩn đoán với DLC3 hoặc nối tắt các cực TC và CG của giắc kiểm tra và đạp bàn đạp phanh 8 lần hoặc nhiều hơn trong vòng 5 giây.

2.2.2 Chức năng an toàn:

Nếu ECU phát hiện một sự trục trặc trong bất kỳ cảm biến hoặc bộ chấp hành nào thì nó sẽ vô hiệu hoá các tính năng điều chỉnh chiều cao xe và/hoặc điều chỉnh lực giảm chấn.

2.2.3 Kiểm tra tín hiệu đầu vào:

Kiểm tra tín hiệu đầu vào tức là kiểm tra xem các tín hiệu từ cảm biến góc xoay vô lăng, công tắc đèn phanh... có được đưa vào ECU một cách bình thường hay không.

Bằng cách nối tắt cực TS và cực CG của DLC3 bằng SST và thực hiện các thao tác theo quy định bạn có thể đọc được tín hiệu đầu vào dựa theo kiểu nhấp nháy của đèn chỉ báo. Bạn cũng có thể nối máy chẩn đoán để đọc các tín hiệu đầu vào trên đó. Điều này tuỳ thuộc vào từng kiểu xe.

2.2.4 Kiểm tra tình trạng điều khiển lực giảm chấn:

Nối cực TS và cực CG của DLC3 bằng SST, Bạn có thể kiểm tra sự thay đổi lực giảm chấn của bộ giảm chấn bằng cách sử dụng công tắc điều khiển bộ giảm chấn hoặc nhấn bàn đạp phanh. Điều này tuỳ thuộc vào từng kiểu xe.

C. CÁC HƯ HỎNG THƯỞNG GẶP CỦA HỆ THỐNG TREO

 

– Mòn bộ đội xy lanh, pittông: Pittông và xy lanh đóng vai trò dẫn hướng và cùng với vòng găng hay phớt làm nhiệm vụ bao kín các khoang dầu.

• Trong quá trình làm việc của giảm chấn, pittông và xy lanh dịch chuyển tương đối, gây mòn nhiều trên pittông, làm xấu khả năng dẫn hướng và bao kín. Khi đó, sự thay đổi thể tích các khoang dầu , ngoài việc dầu có thể lưu thông qua lỗ tiết lưu, còn chảy qua giữa khe hở của pittông với xy lanh, gây giảm lực cản trong cả hai hành trình nén và trả, mất dần tác dụng dập tắt nhanh dao động.

– Hở phớt bao kín và chảy dầu của giảm chấn: Hư hỏng này hay xảy ra đối với giảm chấn dạng ống, đặc biệt ở trên giảm chấn dạng ống một lớp vỏ.

• Do điều kiện bôi trơn của phớt bao kín và cần pittông hạn chế nên sự mòn là không thể tránh được sau thời gian dài sử dụng, dầu có thể chảy qua khe phớt làm mất dần tác dụng giảm chấn.
• Sự thiếu dầu ở giảm chấn hai lớp vỏ dẫn tới lọt không khí vào buồng bù giảm tính chất ổn định làm việc.
• Sự hở phớt bao kín dẫn tới đẩy hết dầu ra ngoài và giảm nhanh áp suất.
• Ngoài ra, sự hở phớt còn kéo theo bụi bẩn bên ngoài vào trong và tăng nhanh tốc độ mài mòn .

– Dầu bị biến chất sau một thời gian sử dụng: Thông thường dầu trong giảm chấn được pha các phụ gia đặc biệt để tăng tuổi thọ khi làm việc ở nhiệt độ và áp suất thay đổi, giữ được độ nhớ trong khoảng thời gian dài.

• Khi có nước hay các tạp chất hóa học lẫn vào dễ làm dầu bị biến chất. Các tính chất cơ lý thay đổi làm cho tác dụng của dầu giảm đi, mất đi khả năng giảm chấn, có khi làm bó kẹt giảm chấn.

– Kẹt van giảm chấn có thể xảy ra ở hai trạng thái:Luôn mở, luôn đóng.

• Nếu các van kẹt mở thì dẫn tới lực cản giảm chấn bị giảm nhỏ.
• Nếu các van giảm chấn kẹt đóng thì lực cản giảm chấn không được điều chỉnh, làm tăng lực cản giảm chấn.
• Sự kẹt van giảm chấn chỉ xảy ra khi dầu thiếu hay dầu bị bắn phớt bao kín bị hở.
• Các biểu hiện của hư hỏng này phụ thuộc vào các trạng thái kẹt của van hành trình hay van làm việc ở hành trình nén, van giảm tải…

– Thiếu dầu , hết dầu đều xuất phát từ các hư hỏng của phớt bao kín: Khi bị thiếu dầu hay hết dầu giảm chấn vẫn còn khả năng dịch chuyển, nhiệt phát sinh trên vỏ rất lớn. Tuy nhiên khi đó độ cứng của giảm chấn thay đổi, làm xấu chức năng của nó.

• Có nhiều trường hợp khi hết dầu có thể gây kẹt giảm chấn, cong trục.

– Đôi khi có sự quá tải trong làm việc: Cần pittông giảm chấn bị cong , gây kẹt hoàn toàn giảm chấn.

– Nát cao su các chỗ liên kết: Có thể phát hiện thông qua quan sát các đầu liên kết. Khi bị nát và khi ôtô chạy trên đường xấu gây nên va chạm mạnh, kèm theo tiếng ồn .