Khi mọi người nghĩ đến hiệu suất của ô tô, họ thường nghĩ đến mã lực, mô-men xoắn và khả năng tăng tốc từ 0 đến -60. Nhưng tất cả công suất do động cơ piston tạo ra đều vô dụng nếu người lái không thể điều khiển xe. Đó là lý do tại sao các kỹ sư ô tô chuyển sự chú ý của họ sang hệ thống treo ngay sau khi họ thành thạo động cơ đốt trong bốn thì.
Nhiệm vụ của hệ thống treo ô tô là tối đa hóa ma sát giữa lốp xe và mặt đường, cung cấp sự ổn định khi lái với khả năng xử lý tốt và đảm bảo sự thoải mái cho hành khách. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách hệ thống treo ô tô hoạt động, cách chúng phát triển qua nhiều năm và hướng thiết kế hệ thống treo trong tương lai.
Nếu một con đường hoàn toàn bằng phẳng, không có bất thường, hệ thống treo sẽ không cần thiết. Nhưng đường sá không hề bằng phẳng. Ngay cả những xa lộ mới trải nhựa cũng có những khiếm khuyết tinh tế có thể tương tác với bánh xe ô tô. Chính những khiếm khuyết này tác động lực lên bánh xe. Theo Định luật chuyển động của Newton, tất cả các lực đều có cảkích cỡVàphương hướng. Một gờ trên đường khiến bánh xe di chuyển lên xuống vuông góc với mặt đường. Tất nhiên, độ lớn phụ thuộc vào việc bánh xe đang va vào một gờ lớn hay một hạt nhỏ. Dù bằng cách nào, bánh xe ô tô cũng sẽ trải quagia tốc theo chiều dọckhi nó đi qua một khuyết điểm.
Hệ thống treo trên xe của bạn tối đa hóa ma sát giữa lốp xe và mặt đường và mang lại sự ổn định khi lái.
Nếu không có cấu trúc trung gian, toàn bộ năng lượng theo phương thẳng đứng của bánh xe sẽ được truyền đến khung, khung sẽ chuyển động theo cùng một hướng. Trong tình huống như vậy, lốp xe có thể mất hoàn toàn tiếp xúc với mặt đường. Sau đó, dưới lực hấp dẫn hướng xuống, lốp xe có thể đập trở lại mặt đường. Những gì bạn cần là một hệ thống có thể hấp thụ năng lượng của bánh xe tăng tốc theo phương thẳng đứng, cho phép khung và thân xe di chuyển mà không bị xáo trộn trong khi lốp xe đi theo các gờ trên đường.
Nghiên cứu về các lực tác dụng lên một chiếc ô tô đang chuyển động được gọi làđộng lực học của xevà bạn cần hiểu một số khái niệm này để hiểu được lý do tại sao hệ thống treo là cần thiết ngay từ đầu. Hầu hết các kỹ sư ô tô đều xem xét động lực học của một chiếc ô tô đang chuyển động theo hai góc độ:
Lái: khả năng của một chiếc xe làm phẳng một con đường gập ghềnh
Xử lý: khả năng tăng tốc, phanh và vào cua an toàn của ô tô
Hai đặc điểm này có thể được mô tả thêm trong ba nguyên tắc quan trọng -cách ly đường bộ, giữ đườngVàvào cuaBảng dưới đây mô tả các nguyên tắc này và cách các kỹ sư cố gắng giải quyết những thách thức riêng của từng nguyên tắc.
Hệ thống treo của ô tô, với nhiều bộ phận khác nhau, cung cấp tất cả các giải pháp được mô tả.
Chúng ta hãy cùng xem xét các bộ phận của một hệ thống treo thông thường, bắt đầu từ khung gầm cho đến từng thành phần riêng lẻ tạo nên hệ thống treo thích hợp.
Nội dung
Phụ tùng hệ thống treo ô tô
Bộ giảm chấn: Bộ giảm xóc
Bộ giảm chấn: Thanh chống và thanh cân bằng
Kiểu treo: Phía trước
Kiểu treo: Phía sau
Hệ thống treo chuyên dụng: Baja Bug
Hệ thống treo chuyên dụng: Xe đua Công thức 1
Hệ thống treo chuyên dụng: Hot Rods
Phụ tùng hệ thống treo ô tô
Hệ thống treo của ô tô thực chất là một phần của khung gầm, bao gồm tất cả các hệ thống quan trọng nằm bên dưới thân xe. Các hệ thống này bao gồm:
Cáckhung: thành phần chịu tải, kết cấu hỗ trợ động cơ và thân xe, sau đó được hệ thống treo hỗ trợ
Cáchệ thống treo: thiết lập hỗ trợ trọng lượng, hấp thụ và làm giảm sốc và giúp duy trì tiếp xúc của lốp xe
Cáchệ thống lái: cơ chế cho phép người lái xe điều khiển và chỉ đạo phương tiện
Cáclốp xe và bánh xe: các thành phần giúp xe có thể chuyển động thông qua lực bám và/hoặc ma sát với mặt đường
Vì vậy, hệ thống treo chỉ là một trong những hệ thống chính của bất kỳ loại xe nào.
Với cái nhìn tổng quan này, đã đến lúc xem xét ba thành phần cơ bản của bất kỳ hệ thống treo nào: lò xo, bộ giảm chấn và thanh cân bằng.
Hệ thống lò xo ngày nay dựa trên một trong bốn thiết kế cơ bản sau:
Lò xo cuộnlà loại lò xo phổ biến nhất và về bản chất là thanh xoắn chịu lực nặng được quấn quanh một trục. Lò xo cuộn nén và giãn ra để hấp thụ chuyển động của bánh xe.
Lò xo lábao gồm nhiều lớp kim loại (gọi là "lá") liên kết với nhau để hoạt động như một khối thống nhất. Lò xo lá lần đầu tiên được sử dụng trên xe ngựa kéo và được tìm thấy trên hầu hết các ô tô của Mỹ cho đến năm 1985. Chúng vẫn được sử dụng cho đến ngày nay trên hầu hết các xe tải và xe hạng nặng.
Thanh xoắnsử dụng các đặc tính xoắn của thanh thép để cung cấp hiệu suất giống như lò xo cuộn. Đây là cách chúng hoạt động: Một đầu của thanh được neo vào khung xe. Đầu kia được gắn vào xương đòn, hoạt động giống như đòn bẩy di chuyển vuông góc với thanh xoắn. Khi bánh xe va vào gờ, chuyển động theo phương thẳng đứng được truyền đến xương đòn và sau đó, thông qua tác động đòn bẩy, đến thanh xoắn. Sau đó, thanh xoắn xoắn dọc theo trục của nó để cung cấp lực lò xo. Các nhà sản xuất ô tô châu Âu đã sử dụng hệ thống này rộng rãi, cũng như Packard và Chrysler ở Hoa Kỳ, trong suốt những năm 1950 và 1960.
lò xo khíbao gồm một khoang hình trụ chứa không khí nằm giữa bánh xe và thân xe, và sử dụng đặc tính nén của không khí để hấp thụ rung động của bánh xe. Công nghệ này được sử dụng trong nhiều loại xe sang trọng ngày nay, nhưng khái niệm này thực sự đã có từ hơn một thế kỷ trước và có thể được tìm thấy trên xe ngựa kéo. Lò xo khí từ thời đại này được làm từ màng chắn bằng da chứa đầy không khí, giống như ống thổi; chúng đã được thay thế bằng lò xo khí bằng cao su đúc vào những năm 1930.
Dựa trên vị trí của lò xo trên ô tô - tức là, giữa bánh xe và khung - các kỹ sư thường thấy thuận tiện khi nói vềkhối lượng lò xovàkhối lượng không treo.
Cáckhối lượng lò xolà khối lượng của xe được hỗ trợ trên lò xo, trong khikhối lượng không treođược định nghĩa một cách lỏng lẻo là khối lượng giữa mặt đường và lò xo treo. Độ cứng của lò xo ảnh hưởng đến cách khối lượng lò xo phản ứng trong khi xe đang được lái. Những chiếc xe có lò xo lỏng lẻo, chẳng hạn như xe sang trọng (hãy nghĩ đến Mercedes-Benz C-Class), có thể hấp thụ các ổ gà và mang lại một chuyến đi cực kỳ êm ái; tuy nhiên, một chiếc xe như vậy dễ bị chúi xuống và chồm xuống trong quá trình phanh và tăng tốc và có xu hướng bị lắc hoặc lật thân xe khi vào cua. Những chiếc xe có lò xo chặt chẽ, chẳng hạn như xe thể thao (hãy nghĩ đến Mazda Miata MX-5), ít dễ tha thứ hơn trên những con đường gập ghềnh, nhưng chúng giảm thiểu chuyển động của thân xe tốt, điều đó có nghĩa là chúng có thể được lái một cách hung hăng, ngay cả khi vào cua.
Vì vậy, trong khi bản thân lò xo có vẻ như là những thiết bị đơn giản, thì việc thiết kế và lắp đặt chúng trên xe để cân bằng sự thoải mái của hành khách với khả năng xử lý là một nhiệm vụ phức tạp. Và để làm cho vấn đề phức tạp hơn, chỉ riêng lò xo không thể mang lại một chuyến đi hoàn toàn êm ái. Tại sao? Bởi vì lò xo rất tuyệt vời trong việc hấp thụ năng lượng, nhưng không tốt lắm trong việctiêu tannó. Các cấu trúc khác, được gọi làbộ giảm chấn, được yêu cầu thực hiện việc này.
