Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí: Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô tải hạng nặng đến mặt đường quèc lé

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HOÀNG ĐỨC THỊ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TREO Ô TÔ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN MẶT ĐƯỜNG QUèC Lé

LUẬN VĂN THẠC SỸ: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Thái Nguyên – 2016

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HOÀNG ĐỨC THỊ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TREO Ô TÔ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN MẶT ĐƯỜNG QUèC Lé

Chuyên ngành Mã số

: KỸ THUẬT CƠ KHÍ : 60520103

LUẬN VĂN THẠC SỸ: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

KHOA CHUYÊN MÔN TRƯỞNG KHOA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHÓA HỌC

PGS.TS. Nguyễn Văn Dự

TS. Lê Văn Quỳnh

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên – 2016

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

i

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: Hoàng Đức Thị

Học viên: Lớp cao học K16 Trường Đại học Kỷ thuật công nghiệp Thái

Nguyên.

Nơi công tác: Trường Trung cấp nghề Hà Tĩnh.

Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô

tải hạng nặng đến mặt đường quèc lé.

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số:

Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa chọn

thực hiện đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô

tải hạng nặng đến mặt đường quèc lé. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn

tận tình của thầy giáo TS. Lê Văn Quỳnh và sự nổ lực của bản thân, đề tài đã

được hoàn thành đáp được nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí.

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số

liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong

bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả.

Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2016

HỌC VIÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hoàng Đức Thị

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã

tiếp nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý

thầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể sư phạm

nhà trường, khoa Cơ khí và khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, quý thầy cô giáo

trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình và các

đồng nghiệp.

Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường, Tổ đào tạo

sau đại học -Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình

hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này.

Em cũng xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Lê Văn Quỳnh và

tập thể cán bộ giáo viên khoa Cơ khí và khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, hội đồng

bảo vệ đề cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế

hoạch và nội dung đề ra.

Trong quá trình, thời gian thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng song do

kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên chắc chắn luận văn

còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và

các bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn được

hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn !

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

HỌC VIÊN

iii

MỤC LỤC

Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................. vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ........................................................................ ix

LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 1

CHƯƠNG 1 ...................................................................................................... 3

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .................................................. 3 1.1. Tổng quan về tình hình phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam .................. 3

1.1.1. Nhu cầu về ôtô và định hướng của chính phủ ......................................... 3 1.1.2. Thực trạng các cơ sở lắp ráp ôtô ở Việt Nam ......................................... 5

1.2. Ảnh hưởng của các phương tiện giao thông đến mặt đường quốc lộ Việt Nam ................................................................................................................... 7

1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng dao động trong ô tô đến mặt đường quốc lộ ....... 8

1.4. Hệ thống treo ............................................................................................ 10

1.4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại của hệ thống treo ................................... 10

1.4. 2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải ..................................... 12 1.5. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe .................................................... 20

1.5.1.Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng tới độ bền chi tiết ............................ 20

1.5.2. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường .............................................. 21

1.6.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn. ........................ 22

1.6.1. Mục tiêu nghiên cứu .............................................................................. 22

1.6.2. Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu ..................................... 23 1.6.3. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 23

1.6.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 23

1.7. Kết luận chương ....................................................................................... 23

CHƯƠNG 2. ................................................................................................... 25

XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI HẠNG NẶNG ................ 25 2.1. Các phương pháp xây dựng mô hình dao động ....................................... 25 2.2. Xây dựng mô hình dao động tương đương của ô tô ................................ 27

2.2.1. Các khái niệm tương đương .................................................................. 27

2.2.2. Các loại mô hình dao động nghiên cứu................................................. 28

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

2.3. Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng ........................................ 31

iv

2.3.1. Các giả thiết mô hình dao động ............................................................ 31

2.3.2. Mô hình dao động xe tải hạng nặng ...................................................... 32 2.3.3 Thiết lập phương trình vi phân miêu tả dao động ô tô tải hạng nặng .... 33

2.4. Phân tích và lựa chọn hàm kích thích dao động ...................................... 44

2.4.1. Mấp mô mặt đường hình sin ................................................................. 44

2.4.2. Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên xác định bằng thực tế ......................... 46

2.4.3. Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ISO ............................................ 49

2.5. Kết luận chương 2 .................................................................................... 52

CHƯƠNG 3 .................................................................................................... 53

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ HỆ THỐNG TREO .............................................................................................. 53 3.1 Mô phỏng dao động của ô tô ..................................................................... 53

3.2 Chọn thông số xe mô phỏng ..................................................................... 54

3.3 Kết quả mô phỏng ..................................................................................... 55

3.4. Ảnh hưởng của độ cứng của hệ thống treo .............................................. 58 3.5. Ảnh hưởng của hệ số cản hệ thống treo ................................................... 60

3.6. Lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống treo ............................................ 62

3.6.1. Giới thiệu phương pháp tối ưu thông số thiết kế hệ thống treo ............ 62

3.6.2. Lựa chọn bộ thông số tối ưu cho hệ thông treo .................................... 64

2.7. Kết luận chương 3 .................................................................................... 69

KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ ...................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 72

PHU LỤC 1 .................................................................................................... 76

CHƯƠNG TRÌNH MIÊU TẢ MẤP MÔ MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ THEO TIÊU CHUẨN ISO 8068 .................................................................. 76

PHU LỤC 2 .................................................................................................... 77

CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG BÌNH PHƯƠNG TRUNG BÌNH FT, RMS VÀ HỆ SỐ DLC ..................................................... 77

PHỤ LỤC 3 .................................................................................................... 78

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB .......... 78 PHU LỤC 4 .................................................................................................... 83

v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ TẠI KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC CƠ HỌC VẬT RẮN BIẾN DẠNG LẦN THỨ 12 -2015 ĐẠI HỌC DUY TÂN –ĐÀ NẴNG ..................................... 83

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa

Khối lượng được treo

kg

mb

Khối lượng treo cầu trước

kg

ma1

Khối lượng treo cầu thứ 2

kg

ma2

Khối lượng treo thứ 3

kg

ma3

Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước

m

l1

Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm của hai cầu sau

m

l2

Khoảng cách từ tâm của hai cầu sau đến tâm bánh xe cầu thứ 2

m

l3

Khoảng cách từ tâm của hai cầu sau đến tâm bánh xe cầu thứ 3

m

l4

Khoảng cách tâm bánh xe bên trái và bên phải cầu xe thứ 1

m

b1

Khoảng cách tâm hệ thống treo bên trái và bên phải cầu xe thứ 1

m

b2

Khoảng cách tâm bánh xe bên trái và bên phải cầu xe thứ 2&3

b3

Khoảng cách tâm hệ thống treo bên trái và bên phải cầu xe thứ

b4

2&3

HTT

Hệ thống treo

Độ cứng của HTT cầu xe trước bên phải

N/m

K1r

Độ cứng của HTT cầu xe trước bên trái

N/m

K1l

Độ cứng của HTT cầu xe thứ 2 bên phải

N/m

K2r

Độ cứng của HTT cầu xe thứ 2 bên trái

N/m

K2l

Độ cứng của HTT cầu xe thứ 3 bên phải

N/m

K3r

Độ cứng của HTT cầu xe thứ 3 bên trái

N/m

K3l

Độ cứng của lốp xe cầu xe trước bên phải

N/m

KT1r

Độ cứng của lốp cầu xe trước bên trái

N/m

KT1l

Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 2 bên phải

N/m

KT2r

Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 2 bên trái

N/m

KT2l

Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 3 bên phải

N/m

KT3r

Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 3 bên trái

N/m

KT3l

N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe trước bên phải

C1r

N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe trước bên trái

C1l

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 2 bên phải

C2r

N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 2 bên trái

C2l

N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 3 bên phải

C3r

N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 3 bên trái

C3l

N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe trước bên phải

CT1r

N.s/m Hệ số cản của lốp cầu xe trước bên trái

CT1l

N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe thứ 2 bên phải

CT2r

N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe thứ 2 bên trái

CT2l

N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe thứ 3 bên phải

CT3r

N

Véc tơ lực quán tính tác dụng lên vật

N

Véc tơ lực ngoại lực

m

Chuyển vị theo phương thẳng đứng cầu trước

za1

m

Chuyển vị theo phương thẳng đứng cầu trước

za2

m

Chuyển vị theo phương thẳng đứng cầu trước

za3

rad

Chuyển vị góc cầu trước quanh trục Y

a1

rad

Chuyển vị góc cầu thứ 2 quanh trục Y

a2

rad

Chuyển vị góc cầu thứ 3 quanh trục Y

a3

m

Chuyển vị theo phương đứng của thân xe

Zb

rad

Chuyển vị góc thân xe quanh trục X

b

rad

Chuyển vị góc thân xe quanh trục Y

b

m

Mấp mô mặt đường bánh xe cầu trước bên phải

m

Mấp mô mặt đường bánh xe cầu trước bên trái

m

Mấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 2 bên phải

m

Mấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 2 bên trái

m

Mấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 3 bên phải

m

Mấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 3 bên trái

m/s2

Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng

awz

T

s

Thời gian khảo sát

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

vii

Hệ số tải trong động cực đại

-

Kdyn,max

Tải trọng động bánh xe

N

Kz,dyn

Tải trọng tĩnh bánh xe

N

Kz,st

Tải trọng bánh xe bình phương trung bình

N

FT,RMS

Tải trọng tĩnh tác dụng lên bánh xe

N

Ft

Hệ số tải trọng động

DLC

Tần số sóng mặt đường

Hz

Chiều dài sóng mặt đường

m

S

Vận tốc xe

m/s

v

Chu

Tấn số sóng mặt đường

n

kỳ/m

Chu

Tần số mẫu

kỳ/m

/chu

Mật độ phổ chiều cao mấp mô mặt đường

kỳ

Rad

Hệ số tần số được miêu tả tần số mật độ phổ của mặt đường

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

viii

ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Kết cấu mõ nhíp .............................................................................. 12

Hình 1.2. Một số kết cấu đầu bắt nhíp ............................................................ 13

Hình 1.3. Một số kết cấu đầu quang nhíp ....................................................... 13

Hình 1.4. Một số kết cấu nhíp có độ cứng thay đổi theo tải trọng .................. 14

Hình 1.5. (b), (c), (e). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem ............... 15

Hình 1.5. (f), (g), (h). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem ............... 16

Hình 1.5. (i), (k). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem ...................... 16

Hình 1.6. Kết cấu hệ thống treo bộ phận đàn hồi cao su ................................ 17

Hình 1.7. Sơ đồ bộ trí chung hệ thống treo khí xe tải ..................................... 18

Hình 1.8. Kết cấu Balon khí ............................................................................ 18

Hình 1.9. Các đặc tính đàn hồi balon khí ........................................................ 19

Hình 1.10 (a). Hệ thống treo cân bằng không thường trực ............................. 19

Hình 1.10 (b). Hệ thống treo cân bằng không thường trực ............................. 20

Hình 1.11. Sơ đồ kết cấu hệ thống treo và xe chọn nghiên cứu ..................... 20

Hình 2.1. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương pháp 1

......................................................................................................................... 25

Hình 2.2. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương pháp 2

......................................................................................................................... 26

Hình 2.3. Mô hình dao động không gian xe khách đóng tại Việt Nam[10] ... 29

Hình 2.4. Mô hình dao động ô tô 1/4điều khiển tích cực hệ thống treo[24] .. 29

Hình 2.5. Mô hình dao động 1/2 sử dụng nghiên cứu dao động ghế ngồi [25]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

......................................................................................................................... 30

x

Hình 2.6. Mô hình dao động 1/2 sử dụng nghiên cứu điều khiển hệ thống treo

chủ động [26] .................................................................................................. 30

Hình 2.7 Mô hình dao động không gian xe tải hạng nặng .............................. 32

Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu trước .................................. 34

Hình 2.9. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thứ 2 .................................. 41

Hình 2.10. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thứ 3 ................................ 41

Hình 2.11. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe ................................... 42

Hình 2.12. Hàm điều hoà của mấp mô ............................................................ 45

Hình 2.13. Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[6] ................... 47

Hình 2.14. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -

Lạng Sơn (đoạn 1) ........................................................................................... 48

Hình 2.15. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -

Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1) ...................................................................... 48

Hình 2.16. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -

Lạng Sơn (đoạn 2) ........................................................................................... 48

Hình 2.17. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -

Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2) ...................................................................... 49

Hình 2.18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường

có chất lượng rất tốt) ....................................................................................... 51

Hình 2.19. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường

có chất lượng trung bình) ................................................................................ 51

Hình 2.20. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường

có chất lượng rất xấu) ...................................................................................... 52

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04 .... 53

xi

Hình 3.2 Tải trọng động của các bánh xe tác dụng xuống mặt đường theo

phương thằng đứng khi xe chuyển động ở các điều kiện mặt đường khác nhau

và với vận tốc v=72km/h ................................................................................. 58

Hình 3.3. Ảnh hưởng của độ cứng hệ thống treo đến hệ số tải trọng của bánh

xe bên phải của cầu thứ 3 ................................................................................ 59

Hình 3.4. Ảnh hưởng của độ cứng hệ thống treo đến hệ số tải trọng của bánh

xe bên phải của cầu thứ 3. ............................................................................... 61

Hình 3.5.Tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 trước và sau khi tối ưu

thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại B và

vận tốc v=72km/h ............................................................................................ 67

Hình 3.6.Tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 trước và sau khi tối ưu

thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại C và

vận tốc v=72km/h ............................................................................................ 67

Hình 3.7.Tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 trước và sau khi tối ưu

thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại D và

vận tốc v=72km/h ............................................................................................ 68

Hình 3.8. So sánh hiệu quả giữa thông số thiết kế hệ thống treo sau tối ưu và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

xe nguyên bản khi ô tô chuyển động trên mặt đường đường khác nhau. ....... 68

xii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỀU

Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15]

......................................................................................................................... 50

Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe tải 3 cầu[23] ..................................... 54

Bảng 3.2 Tải trọng động bình phương trung bình tác dụng lên mặt đường và

hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe cầu thứ 3 .............................. 60

Bảng 3.3 Tải trọng động bình phương trung bình bánh xe cầu thứ 3 tác dụng

lên mặt đường và hệ số tải trọng động bánh xe DLC ..................................... 62

Bảng 3.4. Giá trị DLC khi phối hợp K và C của hệ thống treo. ...................... 66

Bảng 3.5. Quan hệ thông số hệ thống tối ưu với chuyển vị đương đối giữa

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

khối lượng được treo và không được treo. ...................................................... 66

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, chúng ta biết rằng cầu và đường có vai trò rất quan trọng

trong hệ thống giao thông của mỗi quốc gia trên thế giới, nghiên cứu thiết kế

hệ thống cầu và đường đã được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm ngay

từ khi hình thành. Tuy nhiên đến năm 1960 hiệp hội quan chức giao thông và

quốc lộ Mỹ AASHO (American Association of State Highway and

Transportation Officials) mới ban hành tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông,

sau đó các nhà làm đường giao thông thế giới dựa vào tiêu chuẩn này ban

hành tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế đường giao thông .

Thống kê của Bộ giao thông vận tải, Nhà nước ta chi rất nhiều kinh phí

để sửa chữa và nâng cấp mặt đường giao thông. Mặt đường giao thông xuống

cấp có nhiều nguyên nhân gây ra, nhưng nguyên nhân chính vẫn do tải trọng

động của bánh xe các phương tiện giao thông đường bộ gây ra. Nghiên cứu

thiết kế thiết tối ưu các kết cấu hệ thống ô tô nhằm nâng cao độ êm dịu và

giảm tác động xấu đến mặt đường đã và đang được nhà nghiên cứu trong

nước và nước ngoài quan tâm nghiên cứu. Trong đó hệ thống treo ô tô là hệ

thống động học góp vai trò quan trọng làm giảm tác động xấu đến mặt đường

quốc lộ cũng như nâng cao độ êm dịu chuyển động ô tô. Xuất phát từ ý tưởng

nghiên cứu em đã chọn đề tài ‘Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô

tô tải hạng nặng đến mặt đường quèc lé’ dưới sự hướng dẫn khoa học

thầy giáo TS. Lê Văn Quỳnh.

Mục tiêu nghiên cứu: Phân tích ảnh hưởng của các thông số thiết kế

hệ thống treo đến mặt đường quốc lộ. Hệ số tải trọng động bánh xe được chọn

là hàm mục tiêu. Phân tích ảnh hưởng thông số hệ thống treo như độ cứng và

hệ số cản đến hệ số tải trọng động bánh xe. Dựa trên điều kiện ràng buộc thiết

kế đề xuất bộ thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo nhằm giảm các tác

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

động xấu đến mặt đường giao thông.

2

Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động không gian tuyến

tính để nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hệ thống treo xe tải hạng nặng

như độ cứng và hệ số cản đến mặt đường giao thông dựa trên chỉ tiêu hệ số tải

trọng động bánh xe DLC (Dynamic Load Coefficient). Dựa trên điều kiện

ràng buộc thiết kế đề xuất bộ thống số hệ thống treo tối ưu nhằm giảm các tác

động xấu đến mặt đường giao thông.

Đối tượng: xe ô tô tải 3 cầu với hệ thống treo trước kiểu phụ thuộc và 2

hệ thống treo sau phụ thuộc dạng tay đòn kéo

Phương pháp nghiên cứu:Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần

mềm Matlab simulink 7.0 để phần tích ảnh hưởng và lựa chọn tối ưu các bộ

thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả

năng thân thiên với mặt đường giao thông.

Nội dung nghiên cứu:

Nội dung chính của luận văn như sau:

Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Chương 2. Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng;

Chương 3. Mô phỏng dao động và đánh giá ảnh hưởng các thông số hệ

thống treo đến mặt đường giao thông;

Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình dao

động xe tải hạng nặng; Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của

xe ô tô tải hạng nặng; Mô phỏng và phân tích đánh giá ảnh hưởng của dao

động đến mặt đường giao thông; Lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống treo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiện mặt đường giao thông.

3

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Mục đích chương này là đưa ra được các lập luận khoa học để làm sáng

tỏ các vấn đề nghiên cứu như sau: tình hình phát triển ô tô Việt nam, đưa

nguyên nhân ảnh hưởng đến mặt đường giao thông do phương tiện giao

thông gây ra, tổng quan nghiên cứu dao động ô tô trong và ngoài nước và các

chỉ tiêu đánh giá chúng. Từ đó đưa ra mục đích, phương pháp và nội dung

nghiên cứu của luận văn.

1.1. Tổng quan về tình hình phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam

1.1.1. Nhu cầu về ôtô và định hướng của chính phủ

Theo Quyết định số 177/2004/QĐ-TTG ngày 5 tháng 10 năm 2004 của

Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành công

nghiệp ôtô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến 2020. Trong Quy hoạch

tình bày Quan điểm và mục tiêu phát triển như sau:

- Quan điểm phát triển: Công nghiệp ô tô là ngành công nghiệp rất

quan trọng cần được ưu tiên phát triển để góp phần phục vụ có hiệu quả quá

trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá và xây dựng tiềm lực an ninh, quốc phòng

của đất nước; trên cơ sở thị trường và hội nhập với nền kinh tế thế giới; lựa

chọn các bước phát triển thích hợp, khuyến khích chuyên môn hoá - hợp tác

hoá nhằm phát huy lợi thế, tiềm năng của đất nước; trên cơ sở tiếp thu công

nghệ tiên tiến của thế giới, kết hợp với việc đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu -

phát triển trong nước và tận dụng có hiệu quả cơ sở vật chất, trang thiết bị

hiện có, nhằm nhanh chóng đáp ứng nhu cầu trong nước về các loại xe thông

dụng với giá cả cạnh tranh, tạo động lực thúc đẩy các ngành công nghiệp hỗ

trợ trong nước phát triển nhằm đẩy nhanh quá trình sản xuất linh kiện, phụ

tùng trong nước; phải phù hợp với chính sách tiêu dùng của đất nước và phải

bảo đảm đồng bộ với việc phát triển hệ thống hạ tầng giao thông; các yêu cầu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

về bảo vệ và cải thiện môi trường.

4

Định hướng đầu tư: Giao các doanh nghiệp nhà nước như: Tổng công

ty Công nghiệp ô tô Việt Nam, Tổng công ty Máy động lực và Máy nông

nghiệp, Tổng công ty Than Việt Nam, Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải

Sài Gòn đảm nhiệm vai trò nòng cốt trong ngành công nghiệp ô tô Việt Nam,

xây dựng và triển khai các dự án đầu tư sản xuất, lắp ráp ô tô và phụ tùng theo

hướng:

+ Tổng công ty Công nghiệp ô tô Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp

xe khách, xe tải cỡ trung và nhỏ, xe con, động cơ, hộp số, cụm truyền động.

+ Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp: tập trung sản xuất,

lắp ráp xe khách, xe tải trung và nhỏ, động cơ, hộp số, cụm truyền động.

+ Tổng công ty Than Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp xe tải hạng

trung và nặng, xe chuyên dùng và các thiết bị công tác kèm theo.

+ Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải Sài Gòn: tập trung lắp ráp,

sản xuất xe khách, xe chuyên dùng và một số loại phụ tùng ô tô.

Trong những năm gần đây với sự phát triển của cơ sở hạ tầng, mặng

lưới đường xuyên quốc gia và liên tỉnh phát triển, kể cả các đường làm mới và

nâng cấp dựa trên các dự án xây dựng và nâng cấp đường quốc gia được Tổ

chức Ngân hàng Thế giới và các dự án khác, do vậy đã có nhiều tuyến đường

có chất lượng cao đảm bảo cho xe ôtô chạy với tốc độ cao và an toàn. Giải

pháp nâng cấp hạ tầng giao thông được cải thiện, từ đó nhu cầu về sử dụng xe

ôtô ngày càng lớn, các xe có chất lượng cao ra đời để đáp ứng như cầu sử

dụng của của những khách hàng khó tính. Cùng đó, việc ban hành nghị định

số 23/2004/NĐ-CP của Chính phủ ngày 13/1/2004 quy định niên hạn sử dụng

ôtô đã loại bỏ hàng ngàn ôtô chở khách quá hạn sử dụng. Trên cả nước sẽ có

trên 31.000 xe ôtô quá hạn sử dụng phải loại bỏ, hơn 55.000 xe vận chuyển

nông thôn phải thay thế vì vậy nhu cầu về xe ôtô là rất lớn. Riêng Thành phố

Hồ Chí Minh có nhu cầu thay thế hàng ngàn xe buýt loại: 45-50 chỗ ngồi và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

7.000 xe lam cần được thay thế bằng xe 6-8 chỗ ngồi.

5

Theo số liệu của Bộ Công nghiệp (nay là bộ Công Thương), hiện cả

nước có trên 200 doanh nghiệp tham gia sản xuất, lắp ráp, sửa chữa ôtô và chế

tạo phụ tùng ôtô, trong đó có khoảng 90 cơ sở sản xuất, lắp ráp ôtô. Tuy

nhiên, chưa có nhà máy nào đầu tư hoàn chỉnh vào chế tạo các bộ phận quan

trọng của xe như động cơ, hộp số và hệ thống truyền động. Trong khi theo

một số nhận định, khi sản xuất được động cơ xe có nghĩa là đã có nền công

nghiệp ôtô phát triển tốt.

Quy hoạch này cũng đã phân tích đánh giá năng lực của các cơ sở sản

xuất hiện nay và đề ra nhu cầu bổ sung sản lượng sản xuất ôtô đến năm 2020.

Vì vậy từng bước nâng cao tỷ lệ nội địa hoá sản phẩm và trong tương lai

không xa chúng ta có thể sản xuất những xe ôtô mang thương hiệu Việt Nam.

Với chủ trương như vậy, nhiều nhà máy đã được đầu tư nâng cấp và đầu tư

mới đáp ững nhu cầu phát triển chung của ngành công nghiệp ôtô Việt Nam.

1.1.2. Thực trạng các cơ sở lắp ráp ôtô ở Việt Nam

Đến thời điểm hiện nay trên cả nước đã có các cơ sở lắp ráp ôtô có

thương hiệu như: Vinamotor; Cơ khí ôtô Đà Nẵng; Trường Hải; Samco;

Daewoo; Hino; Mercedes-Benz, Kamaz,…

- Các sản phẩm của Vinamotor (Công ty cơ khí ôtô 1-5, công ty ôtô 3-

2, ...) thuộc Tổng công ty công nghiệp ôtô Việt Nam rất đa dạng, các cơ sở

này đã sản xuất và lắp ráp các chủng loại ôtô khách từ 24 – 80 ghề ngồi dựa

trên dây truyền lắp ráp của Hàn Quốc, đã đáp ứng được hàng nghìn xe khách

mỗi năm, phục vụ đắc lực cho yêu cầu vận tải hành khách (xe khách công

cộng) ở các thành phố.

- Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp: tập trung sản xuất,

lắp ráp xe khách, xe tải trung và nhỏ, động cơ, hộp số, cụm truyền động.

- Tổng công ty Than Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp xe tải hạng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

trung và nặng, xe chuyên dùng và các thiết bị công tác kèm theo. Số lượng lắp

6

giáp xe hàng năm đạt 1.500 chiếc/năm tập trung là các loại xe hạng trung và

nặng như xe Kamaz 6520, 65115,6517, xe Scania.

- Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải Sài Gòn: tập trung lắp ráp, sản

xuất xe khách, xe chuyên dùng và một số loại phụ tùng ô tô.

- Các công ty Ôtô Đà Nẵng, Trường Hải, Vinaxuki đã sản xuất và lắp

ráp các loại ôtô tải cỡ nhẹ và cỡ trung, xe chở khách từ 24-45 chỗ với sản

lượng bán ra hàng năm từ 500-1.000 xe các loại trên mỗi đơn vị. Đó là những

cơ sở sản xuất có uy tín và phù hợp với nhu cầu sử dụng của người Việt Nam.

- Tổng công ty SAMCO – Sài Gòn sản xuất và lắp ráp các loại ôtô

khách cỡ 24-45 chỗ ngồi. Các xe do SAMCO sản xuất, lắp ráp có tính năng

kỹ thuật khá cao và đều có nguồn gốc cơ bản của hãng Isuzu (Nhật Bản) nên

có sức cạnh tranh lớn, đặc biệt là ở thị trường phía Nam.

- Hai hãng liên doanh là Daewoo và Mercedes-Benz đều sản xuất các

loại xe chở khách tiên tiến, rất được ưa chuộng ở các thành phố lớn như Hà

Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đã Nẵng. Đó là những xe có chất

lượng cao, có sức cạnh tranh lớn về chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.

Tất cả các cơ sở sản xuất, lắp ráp ôtô trên đây thực chất là các cơ sở lắp

ráp xe trên cơ sở các phụ từng nhập khẩu. Phần công việc chính thực hiện

trong nước là sản xuất khung, vỏ, các chi tiết phụ trợ bằng công nghệ hàn,

sơn, lắp ráp nội thất, gia cơ khí các chi tiết phụ trợ. Với mức đầu tư trang thiết

bị còn khiêm tốn, chất lượng của các sản phẩm lắp ráp trong nước còn ở mức

hạn chế. Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ôtô chở khách chủ yếu cho thị

trường trong nước hiện nay nhờ có ưu thế về giá thành.

Nền công nghiệp chế tạo ô tô trên thế giới ngày càng phát triển mạnh mẽ

trong những thập niên vừa qua. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam là ngành

sinh sau đẻ muộn, ra đời sau các nước trong khu vực từ 40-50 năm.

Tuy nhiên, Nhà nước Việt Nam, với mục đích thu hút đầu tư và xây

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

dựng một ngành công nghiệp ô tô để theo kịp các nước trong khu vực, cho

7

nên gần 23 năm qua, kể từ khi ra đời vào năm 1992 đến nay, ngành công

nghiệp ô tô của Việt Nam được coi là ngành trọng điểm và là ngành luôn luôn

được ưu đãi nhất trong số các ngành công nghiệp. Chính có sự ưu ái đó thì

trong những năm vừa qua đã đạt được nhiều kết quả khả quan.

Vào ngày 24/9/2004 Tổng công ty Công nghiệp Ô tô Việt Nam đã ký

hợp đồng xuất khẩu lô hàng đầu tiên 50 xe khách loại 46 chỗ sang châu Mỹ.

Lô hàng này được sản xuất tại nhà máy của Công ty Cổ phần Cơ khí xây

dựng giao thông (Tracomeco). Nhà máy này được xây dựng tại quận Thủ Đức

(TP.HCM). Đây là nhà máy sản xuất ô tô đầu tiên ở phía Nam, có công suất

2.000 chiếc xe buýt và xe khách/năm[35]. Bên cạnh đó, năm 2013-2014

ngành công nhiệp ô tô cũng đã xuất khẩu xe cỡ nhỏ và các bộ phận, phụ tùng

ô tô sang các nước Đông nam Á như Myanmar, Malaysia và Campuchia[36].

Đó là những thắng lợi đầu tiên của nền công nhiệp ô tô non trẻ của ta. Đây là

xu thế mà các nhà nghiên cứu và sản xuất ô tô trong nước cần quan tâm. Để

đạt được những mục tiêu này chúng ta cần quan tâm nghiên cứu sâu hơn về

các cụm chi tiết, các hệ thống cũng như các điều kiện làm việc của ô tô để có

những giải pháp và can thiệp sâu hơn vào các cụm, hệ thống nhằm phát huy

được các thuộc tính tối ưu nhất.

1.2. Ảnh hưởng của các phương tiện giao thông đến mặt đường quốc lộ

Việt Nam

Cùng với sự phát triển nhanh của nền kinh tế, nhu cầu vận chuyển hàng

hóa với khối lượng lớn tăng không ngừng trên hầu hết các tuyến đường chính

quốc lộ… đều có tải trọng nặng, thậm chí có cả các xe siêu trường siêu trọng

lưu thông, dẫn đến chất lượng mặt đường xuống cấp đặc biệt là hiện tượng

hằn lún vệt bánh xe trên đường bê tông, đường nhựa, nhất là các phương tiện

giao thông có tải trọng và tốc độ chuyển động lớn trên các làn quốc lộ gây lên

hiện tượng mấp mô mặt đường và điều đó có tác động xấu đến độ êm dịu và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

mất an toàn khi ô tô lưu hành trên mặt đường đó.

8

Hiện nay trong tiêu chuẩn của Việt Nam ảnh hưởng của tải trọng và tốc

độ xe đến trị số độ lún vệt bánh xe mặt đường chưa được xem xét đầy đủ, dẫn

đến việc tổ chức giao thông và thiết kế kết cấu áo đường chưa hợp lý. Ảnh

hưởng tốc độ và tải trọng của ô tô đến mặt đường đóng vai trò hết sức quan

trọng trong việc tính toán nghiên cứu nhằm đưa ra chỉ số tối ưu nhất hệ thống

treo, đó là dập tắt dao động tác động xuống mặt đường sao cho giá trị nhỏ

nhất. Số lượng xe tải tham gia các tuyến đường giao thông nước ta trong

những năm gần đây tăng nhanh về số lượng và tải trọng. Đây là nguyên nhân

chính gây ra phá hủy mặt đường ở các tuyết quốc lộ trọng điểm như quốc lộ

1A, quốc lộ 3, và tuyết quốc lộ liên tỉnh.

1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng dao động trong ô tô đến mặt đường quốc lộ

Ngày nay, chúng ta biết rằng cầu và đường có vai trò rất quan trọng

trong hệ thống giao thông của mỗi quốc gia trên thế giới, nghiên cứu thiết kế

hệ thống cầu và đường đã được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm ngay

từ khi hình thành. Tuy nhiên đến năm 1960 hiệp hội quan chức giao thông và

quốc lộ Mỹ AASHO (American Association of State Highway and

Transportation Officials) mới ban hành tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông,

sau đó các nhà làm đường giao thông thế giới dựa vào tiêu chuẩn này ban

hành tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế đường giao thông. Một trong những vấn

đề quan trọng nhất trong tiêu chuẩn này là kết cấu và tải trọng tác dụng lên

mặt đường và về thiết kế mặt đường giao thông dưới tác dụng tải trọng động

của các phương tiện giao thông.

a) Đối với nhà nghiên cứu trên thế giới

Nâng cao tải trọng và vận tốc chuyển động là xu hướng thiết kế các

phương tiện giao thông ngày nay, theo số liệu thống kê thì hai yếu tố này là

nguyên nhân chủ yếu gây ra phá hủy kết cấu và đường trong đó đặc biệt là

mặt cầu và đường. Do đó, nghiên cứu tối ưu thiết kế các hệ thống động lực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

học của ô tô cũng như nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của nó đã và đang

9

được nhà khoa học trên khắp thế giới quan tâm nghiên cứu theo hướng giảm

tác động xấu lên con người, hàng hóa và măt đường giao thông.

Những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô

tô đến mặt đường quốc lộ được nhiều khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm

nghiên cứu, X. M. Shi and C. S. Cai (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của động

lực học ô tô đến mặt đường giao thông trong đó thông số kết cấu của các hệ

thống như hệ thống treo, ngoài ra lốp xe, tải trọng,.. cũng được xem xét

nghiên cứu[17]; Yongjie Lu, Shaopu Yang, et al (2010) đã tiến hành phân tích

ảnh hưởng của thông số kết cấu của xe như hệ thống treo, lốp xe,… và thông

số khai thác đến hệ số tải trọng động bánh xe DLC (Dynamic Load

Coefficient) dưa vào mô hình dao động không gian toàn xe ảo của xe tải[18];

Le Van Quynh, Zhang Jianrun et al (2011) đưa ra mô hình dao động không

gian phi tuyến của xe tải nặng 5 cầu, từ đó phân tích tương tác qua lại giữa xe

và mặt đường. Từ kết quả nghiên cứu đề xuất nhà quản lý giao thông điều

kiện mặt đường can thiệt và sửa chữa[12].

Nghiên cứu thiết kế tối ưu các hệ thống treo cho ô tô theo hướng thân

thiện đường giao thông cũng được các nhà khoa học thế giới quan tâm nghiên

cứu từ rất sớm, Yi K and Hedrick J K (1989) đề xuất lý thuyết điều khiển tích

cực và bán tích cực cho hệ thống treo xe tải nhằm giảm tác hại xấu cho mặt

đường mặt đường giao thông[19]; Guglielmino E., Sireteanu T., Stammers

C.W., Ghita G. and Giudea M (2008) xuất bản ấn phẩm dưới dạng sách trong

đó tập hợp nhiều kết quả nghiên cứu về hệ thống treo điều khiển bán tự động

nhằm nâng cao khả năng thân thiện với đường giao thông và độ êm chuyển

động của xe [20]; Lu Sun (2002) đưa ra phương pháp thiết kế tối ưu thông số

hệ treo xe tải nhằm nâng cao đô thân thận với đường[21]; M.J.

Mahmoodabadi, A. Adljooy Safaie, A. Bagheri, N. Nariman-zadeh(2013) đưa

ra phương pháp tối ưu thông số thiết kế của các hệ thống động học của ô tô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

trong đó có hệ thống treo sử dụng thuật toán di truyền[22]

10

b) Đối với nhà nghiên cứu Việt Nam

Thống kê của Bộ giao thông vận tải, Nhà nước ta chi rất nhiều kinh phí

để sửa chữa và nâng cấp mặt đường giao thông. Mặt đường giao thông xuống

cấp có nhiều nguyên nhân gây ra, nhưng nguyên nhân chính vẫn do tải trọng

động của bánh xe các phương tiện giao thông đường bộ gây ra.

Những năm gần đây cũng có nhiều nhà khoa trong nước quan tâm

nghiên cứu ảnh hưởng thông số xe tải và điều kiện khai thác đến mặt đường

giao thông, Đào Mạnh Hùng (2005) đưa ra mô hình dao động xe tải 1/2 với

kích thích dao động từ kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn Hà

Nội-Lạng Sơn để nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của thông số kết cấu xe và

điều kiện khai thác khác nhau trong đó có hệ thống treo, tải trọng và vận tốc

chuyển động của xe đến hệ số tải trọng động bánh xe[6]; Lê Văn Quỳnh,

Nguyễn Khắc Tuân, Nguyễn Văn Liêm (2012)nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng

dao động xe tải đến mặt đường giao thông sử dụng mô hình dao động 1/2 với

kích thích ngẫu nhiên mặt đường[11]. Tuy nhiên số lượng ấn phẩm khoa học

công bố trong lĩnh vực này vẫn hạn chế.

Qua các kết quả nghiên cứu phân tích phần trên chúng ta thấy hệ thống

treo có vai trò quyết định đến khả năng thân thiện với mặt đường giao thông

cũng như êm dịu chuyển động của ô tô. Nghiên cứu ảnh hưởng thông số hệ

thống treo đến mặt đường vẫn đang là đề tài mở cho các nhà nghiên cứu. Các

dạng kết cấu hệ thống treo ô tô tải sẽ tiếp tục giới thiệu dưới đây :

1.4. Hệ thống treo

1.4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại của hệ thống treo

a) Nhiệm vụ:

Hệ thống là giảm các va đập làm cho ô tô chuyển động êm dịu khi ô tô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

chuyển động trên các mặt đường không bằng phẳng. Mặt khác, hệ thống treo

11

là bộ phận truyền lực và mômen giữa bánh xe và vỏ xe bao gồm: lực kéo, lực

bên, mômen chủ động và mômen phanh khi phanh.

b)Yêu cầu:

Sự liên kết giữa bánh xe và vỏ không những phải đảm bảo được độ êm dịu của xe mà còn phải đủ khả năng để truyền lực. Để đảm bảo được các vấn này hệ thống treo có các yêu cầu chính như sau:

- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ

thuật của xe khi xe chạy trên đường xấu hay đường tốt;

- Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định;

- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ thống treo là giảm dao động theo phương thẳng đứng, nhưng không phá hỏng quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe;

- Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với vỏ;

- Hệ thống treo phải đảm độ bền cao và độ tin cậy lớn, không gặp

những hư hỏng bất thường.

- Giảm được tiếng ồn bên trong và bên ngoài thùng xe;

- Hệ thống treo phải đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động với các tốc độ khác nhau và đặc biệt là khi ô tô chuyển động ở tốc độ cao;

- Giá thành hệ thống rẻ, dễ thay thế và sửa chữa.

c)Phân loại

Tuỳ theo các yếu tố căn cứ để phân loại, phân loại như sau:

-Theo mối liên hệ giữa bánh xe bên trái và bên phải:

+ Hệ thống treo phụ thuộc;

+Hệ thống treo độc lập.

-Theo phần tử đàn hồi:

- Hệ thống treo loại nhíp;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Hệ thống treo loại lò xo;

12

- Hệ thống treo loại thanh xoắn;

- Hệ thống treo loại khí;

- Hệ thống treo loại thuỷ khí kết hợp.

1.4. 2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải

Hệ thống treo xe tải chủ yếu là hệ thống treo phụ thuộc. Kết cấu chung

của hệ thống treo phụ thuộc được chia ba bộ phận chính sau:

- Bộ phận hướng: dùng để xác định động học và tính chất dịch chuyển

tương đối của các bánh xe với khung hay vỏ ôtô. Bộ phận hướng dùng để

truyền các lực dọc, lực ngang cũng như các mômen từ bánh xe lên khung hay

vỏ ôtô.

- Bộ phận đàn hồi: dùng để truyền các lực thẳng đứng và giảm tải

trọng động khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng nhằm đảm bảo

độ êm dịu cần thiết.

- Bộ phận giảm chấn: cùng với ma sát ở hệ thống treo (gồm ma sát

giữa các lá nhíp và các khớp nối) sinh ra lực cản để dập tắt dao động của ôtô.

a) Bộ phận đàn hồi là Nhíp[7]

Ở hệ treo xe tải, nhíp chịu hai loại tải cơ bản là tải trọng tĩnh và động

phương thẳng đứng; mô men xoắn khi hai bánh xe chuyển động khác pha.

Ngoài ra khi phanh và tăng tốc, nhíp còn chịu mô men uốn và chèn dập ở tai

nhíp. Khi tính toán nhíp ta cần đề cập 4 loại lực sau: Lực tác dụng thẳng

đứng; lực dọc do phanh/tăng tốc gây ra; lực ngang do lực ly tâm, đường

nghiêng, gió ngang gây ra.

Hình 1.1. Kết cấu mõ nhíp

Mõ nhíp chịu cường độ lớn do tải trọng thẳng đứng, lực phanh và lực

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ngang. Với các xe nhỏ, nhíp có một lá chính và cuốn một lá; nếu hai lá chính

13

cuốn lá đầu còn lá sau cuốn nửa vòng; các xe tải nặng thường hai lá chính,

cuốn lá thứ nhất và cuốn vòng to lá thứ hai như hình 1.1.

Một số kết cấu đầu bắt nhíp, quang nhíp

Để giảm tải trọng uốn và xoắn cho nhíp, có thể sử dụng các kết cấu như

(a)

(b)

(c)

hình 1.2. Quang nhíp bắt với cầu có thể kết cấu như trong hình 1.3.

(e) (d)

Hình 1.2. Một số kết cấu đầu bắt nhíp

Nhíp có độ cứng thay đổi

Ở các xe tải, tải trọng thường xuyên thay đổi là thay đổi tần số của khối

lượng được treo. Để giảm bớt sự thay đổi đó, người ta thường thiết kế nhíp

phụ hình 1.4(a), nhíp có chiều dài hiệu dụng thay đổi 1.4.(b), nhíp có bán kính

cong khác nhau 1.4 (c), nhíp một lá thiết diện thay đổi và nhíp phụ thiết diện

thay đổi 1.4 (d), dầu nhíp đặc biệt thay đổi chiều dài hiệu dụng 1.4 (e,f) trong

(b)

(c)

(a)

hình 1.4.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 1.3. Một số kết cấu đầu quang nhíp

(a)

(b)

(d)

(c)

(f)

(e)

14

Hình 1.4. Một số kết cấu nhíp có độ cứng thay đổi theo tải trọng

Cầu kép

Để giảm tải cho cầu và giảm áp suất nền, các xe tải nặng thường có cầu

sau là kép (tandem). Theo đó hệ treo cũng có kết cấu đặc biệt để các cầu tự

(a)

cân bằng. Các hình sau là phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem 1.5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 1.5. (a). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem

(b)

(c)

(d)

(e)

15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 1.5. (b), (c), (e). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem

(f)

(g)

(h)

16

(i)

(k)

Hình 1.5. (f), (g), (h). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem

Hình 1.5. (i), (k). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Bộ phận đàn hồi cao su

17

Hệ thống treo có phần tử đàn hồi là cao su phù hợp cho các cầu bị động

tandem xe moóc, cầu chủ động tandem xe kéo, xe téc. Bố trí chung có dạng

(a)

(b)

như hình 1.6.

Hình 1.6. Kết cấu hệ thống treo bộ phận đàn hồi cao su

Hệ thống treo khí

Hình 1.7 là sơ đồ bố trí hệ treo khí xe tải ba cầu. Máy nén khí (C) được

lai bởi động cơ đốt trong, đi qua van không tải, bộ điều chỉnh áp suất (PR),

bình chứa (RT) và bộ lọc (F) đến các Balon khí (AS). Hệ thống cung cấp khí

nén là chung cho cả hệ thống phanh. Van không tải ngắt động lực máy nén

khi áp suất đạt 8-8,5 bar; áp suất cấp cho bình nén khí là 7,25 bar. Nhu cầu

khí cho hệ thống phanh nhiều hơn nhiều so với hệ thống treo. Hệ thống treo

làm việc với áp suất 5,5 bar. Hình 1.7 là dạng treo khí điển hình, là sơ đồ treo

khí có điều khiền áp suất từ 5,5 bar ứng với đầy tải, 2,5 bar ứng với không tải.

Chuyển động tương đối giữa khối lượng được treo và không treo là tín hiệu

điều khiển. Hệ thống có các cụm cơ bản sau: Bình chứa khí (RT), balon khí

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(AS), van điều khiển độ cao (LV), van chia (IV).

18

Hình 1.7. Sơ đồ bộ trí chung hệ thống treo khí xe tải

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 1.8. Kết cấu Balon khí

19

Các đặc tính đàn hồi balon khí thể hiện trên các hình 1.9

Hình 1.9. Các đặc tính đàn hồi balon khí

Hệ thống treo cân bằng không thường trực: với xe nhiều cầu, khi

(a)

không tải cần treo một cầu ở các hệ cầu tandem.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 1.10 (a). Hệ thống treo cân bằng không thường trực

(b)

20

Hình 1.10 (b). Hệ thống treo cân bằng không thường trực

Trong nghiên cứu này, để đánh giá ảnh hưởng của thông số hệ thống treo

cabin mặt đường quốc lộ, tác giả chọn ô tô tải 3 cầu hạng nặng với hệ thống

treo trước kiểu phụ thuộc và 2 hệ thống treo sau phụ thuộc dạng tay đòn kéo

như hình 1.11[23].

Hình 1.11. Sơ đồ kết cấu hệ thống treo và xe chọn nghiên cứu

1.5. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

1.5.1.Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng tới độ bền chi tiết

21

Tải trọng động cực đại (Fzdyn, max ) làm giảm tuổi thọ chi tiết, gây tổn hại

cho đường. Hệ số tải trọng động Kdyn, max đánh giá mức độ ảnh hưởng đến chi

tiết và nó hệ số tải trọng động cực đại, được định nghĩa như sau:

(1-1) Kdyn,max=1+

trong đó:

Kdyn, max : Hệ số tải trọng động cực đại

Fz,dyn : Tải trọng động bánh xe

Fz,st : Tải trọng tĩnh bánh xe

Với kích động ngẫu nhiên max (Fz,dyn) được xác định như sau:

(1-2)

(1-3) và: kdy max =

1.5.2. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường

Sau những năm 1990, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế

của cầu và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh giá cao. Các

nhà nghiên cứu của Anh, Mỹ,…đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của dao

động ôtô đối với cầu và đường. Khi ô tô chuyển động trên các mặt đường và

cầu, tải trọng động bánh xe sẽ dẫn đến sức căng và biến dạng bền mặt. Sự tích

lũy lâu dài của biến dạng dẻo bề mặt sẽ nguyên nhân gây ra phá hủy bề mặt

như các vết nứt, lún,.. Để đánh giá ảnh hưởng của tải trọng động của bánh xe

đến khả năng thân thiện mặt đường, nhiều công trình nghiên cứu đưa ra hệ số

tải trọng động bánh xe DLC - Dynamic Load Coefficient[6,12,21]. Hệ số

DLC được định nghĩa bởi công thức (6).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(1-4)

22

trong đó: Fs- tải trọng tĩnh của bánh xe; FT,RMS- tải trọng động bánh xe tác

dụng lên mặt đường bình phương trung bình và nó được định nghĩa bởi công

thức (1-5 ).

(1-5)

Trong đó:

FT - Tải trọng động của bánh xe tác dụng lên mặt đường;N

T - Thời gian khảo sát(s).

Hệ số tải trọng bánh xe DLC phụ thuộc rất nhiêu yếu tố như thống số hệ

thống treo, lốp xe, tải trọng xe, vận tốc chuyển động, điều kiện mặt

đường...Trong nghiên cứu này, hệ số tải trọng động bánh xe được chọn để

phân tích ảnh hưởng của hệ thống treo đến khả năng thân thiện với mặt đường

giao thông và sẽ được trình bày ở phần sau và chương trình tính toán được

trình bày phụ lục 2.

1.6.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn.

1.6.1. Mục tiêu nghiên cứu

Phân tích ảnh hưởng của các thông số thiết kế hệ thống treo đến mặt

đường quốc lộ và hệ số tải trọng động bánh xe được chọn là hàm mục tiêu.

Dựa trên điều kiện ràng buộc thiết kế đề xuất bộ thống số hệ thống treo tối ưu

nhằm giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông.

Trong khuôn khổ một luận văn Thạc sĩ khoa học tác giả tập trung cứu

một số vấn đề sau:

- Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng;

- Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động;

- Mô phỏng và phân tích đánh giá ảnh hưởng;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống treo xe tải hạng nặng.

23

1.6.2. Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động không gian tuyến

tính để nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hệ thống treo xe tải hạng nặng

như độ cứng và hệ số cản đến mặt đường giao thông dựa trên chỉ tiêu hệ số tải

trọng động bánh xe DLC (Dynamic Load Coefficient). Dựa trên điều kiện

ràng buộc thiết kế đề xuất bộ thống số hệ thống treo tối ưu nhằm giảm các tác

động xấu đến mặt đường giao thông.

Đối tượng: xe ô tô tải 3 cầu với hệ thống treo trước kiểu phụ thuộc và

2 hệ thống treo sau phụ thuộc dạng tay đòn kéo

1.6.3. Phương pháp nghiên cứu

Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần mềm Matlab simulink 7.0 để

phần tích ảnh hưởng và lựa chọn tối ưu các thông số thiết kế của hệ thống treo

của xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiên với mặt đường giao

thông.

1.6.4. Nội dung nghiên cứu

Nội dung chính của luận văn như sau:

Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Chương 2. Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng;

Chương 3. Mô phỏng dao động và đánh giá ảnh hưởng các thông số hệ

thống treo đến mặt đường;

Kết luận và những kiến nghị.

1.7. Kết luận chương

Kết quả phân tích trong chương này đã đưa được các lập luận về cơ sở lý

thuyết cho vấn đề cần nghiên cứu. Trong luận văn này, để đánh giá hiệu quả

hệ thống treo đến khả năng thân thiện mặt đường, một ô tô tải hạng nặng 3

cầu với hệ thống treo trước dạng phụ thuộc và 2 hệ thống treo sau phụ thuộc

dạng tay đòn kéo được chọn là đối tượng nghiên cứu. Hệ số tải trọng bánh xe

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

DLC chọn hàm mục tiêu. Mô hình dao động không gian của xe tải hạng nặng

24

với 9 bậc tự do với kích thích mặt đường ngẫu nhiên. Phần mềm Matlab-

Simulink được sử dụng để mô phỏng và tính toán hàm mục tiêu, các thông số

của hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượt được phân tích ảnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

hưởng đến mặt đường sẽ được thực hiện trong ở chương 3.

25

CHƯƠNG 2

XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI HẠNG NẶNG

Mục đích của chương này, dựa vào đối tượng và mục tiêu nghiên cứu

của luận văn, một mô hình dao động không gian của ô tô tải hạng nặng 9 bậc

tự do với kích mặt đường ngẫu nhiên được thiết lập. Ứng dụng nguyên lý

D’Alambe kết hợp cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật để thiết lập hệ phương trình vi

phân miêu tả dao động của ô tô tải hạng nặng để làm cơ sở cho chương sau

mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo xe tải hạng nặng đến mặt

đường quốc lộ.

2.1. Các phương pháp xây dựng mô hình dao động

Theo thống kê các công trình khoa học về lĩnh vực thiết lập mô hình và

phân tích dao động dao động được công bố trên tạp chí, kỷ yếu hội nghị khoa

học, chúng ta thấy có 3 phương pháp xây dựng dưới đây:

* Phương pháp 1: Căn cứ mô hình thực tế chúng ta tiến hành xây dựng mô

hình vật lý dựa trên cơ sở các giả thiết, sau đó chúng ta dựa vào các phương

pháp như phương pháp như phương trình Lagrange II, Newton-Euler, nguyên

lý D’alambe kết hợp nguyên lý hệ nhiều vật để tiến hành thiết lập mô hình

toán học về dao động các phương tiện giao thông. Cuối cùng phân tích số

hoặc sử dụng các phần mềm máy tính tiến hành mô phỏng và tối ưu các thông

số dao động theo sơ đồ hình 2.1.

Hình 2.1. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

pháp 1

26

Phương pháp 1 có ưu điểm dễ dàng phân tích ảnh hưởng các yếu tố phi

tuyến của hệ thống. Tuy nhiên, nhược điểm là khó định dạng các thông số của

mô hình (các thông số mô phỏng hầu hết các nhà sản xuất bảo mật) và phải

làm thí nghiệm để xác định lại.

* Phương pháp 2: Căn cứ mô hình thực tế chúng ta tiến hành xây dựng mô

hình 2D hoặc 3D dựa trên các phần mềm thiết kế như Autocad, Pro-E,

Solidworks,… Sau đó chúng ta chuyển sang các phần mềm phân tích thiết kế

như Ansys, Adams,…. Cuối cùng đặt các điều kiện biên tiến hành mô phỏng

và phân tích tối ưu các thông số dao động theo sơ đồ hình 2.2.

Hình 2.2. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương

pháp 2

Phương pháp 2 có ưu điểm là dễ dàng xác định các thông số mô hình

và thay đổi kết cấu của mô hình. Tuy nhiên nhược điểm phân tích ảnh hưởng

các yếu tố phi tuyến của hệ thống rất phức tạp.

*Phương pháp 3: Kết hợp hai phương pháp trên nhằm tận dụng các ưu điểm

của nó. Đó là khi xem xét các yếu tố phi tuyến của cơ hệ thì các nhà khoa học

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

xây dựng các chương trình con dựa vào phương trình toán học miêu tả đặc

27

tính phi tuyến sau đó liên kết với các phần mềm phân tích như Ansys,

Adams,…. Để tiến hành mô phỏng và phân tích thông số dao động.

Trong luận văn này em chọn phương pháp 1 để tiến hành xây dựng mô

hình dao động, mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của các thông số thiết kế hệ

thống treo đến khả năng thân thiện với đường giao thông.

2.2. Xây dựng mô hình dao động tương đương của ô tô

2.2.1. Các khái niệm tương đương

Ô tô là một cơ hệ hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau.

Mỗi bộ phận được đặc trưng khối lượng và thông số đặc trưng. Bộ phận có

tác dụng giảm các chấn động từ mặt đường lên khung vỏ là hệ thống treo. Hệ

thống treo là đối tượng chính khi nghiên cứu dao động.

Để nghiên cứu dao động xe ôtô một cách thuận lợi chúng ta cần phải

thiết lập dao động tương đương. Trong đó mô hình dao động ô tô cần có đầy

đủ các thông số liên quan đến dao động của ôtô.

Trước khi thiết lập mô hình dao động tương đương cần thống nhất một

số khái niệm sau:

a. Khối lượng được treo mb

Khối lượng được treo mb gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng của

chúng tác dụng lên hệ thống treo. Đó là khung, thùng, hàng hoá và một số chi

tiết khác. Giữa chúng thực ra được nối với nhau một cách đàn hồi nhờ các

đệm đàn hồi, ổ tựa đàn hồi bằng cao su, dạ, nỉ, giấy công nghiệp, ... Hơn nữa

bản thân các bộ phận này cũng không phải cứng tuyệt đối, cho nên khối lượng

treo thực ra là một nhóm các khối lượng được liên kết đàn hồi thành một hệ

thống. Tuỳ nhiên dựa cách bố trí cụ thể của ôtô, mà có thể chia khối lượng

được treo thành 2 hoặc nhiều khối lượng, giữa các khối lượng liên kết với

nhau bằng các phần tử đàn hồi và giảm chấn. Tuy nhiên các mối đàn hồi giữa

các thành phần của khối lượng được treo có biến dạng rất nhỏ so với biến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

dạng của hệ thống treo và lốp. Cho nên trong trường hợp đơn giản có thể coi

28

rằng khối lượng được treo mb là một khối lượng đồng nhất ở dạng phẳng hoặc

dạng không gian theo mục đích của các nhà nghiên cứu.

b. Khối lượng không được treo ma

Khối lượng không được treo gồm những cụm mà trọng lượng của

chúng không tác dụng trực tiếp lên hệ thống treo mà chỉ tác dụng lên lốp bánh

xe. Đó là: bán trục, dầm cầu, bánh xe, một phần chi tiết của hệ thống treo,

truyền động lái, nhíp, giảm chấn, một phần của trục các đăng.

Coi khối lượng không được treo là một vật thể đồng nhất, cứng tuyệt

đối và có khối lượng ma tập trung vào tâm bánh xe. Bánh xe ngoài tác dụng là

hệ thống di chuyển và đỡ toàn bộ trọng lượng của xe còn có tác dụng làm

giảm các chấn động từ mặt đường lên xe, tăng độ êm dịu cho xe. Bánh xe là

hình ảnh thu nhỏ của hệ thống treo, có nghĩa là cũng bao gồm một thành phần

đàn hồi và một thành phần giảm chấn.

c. Hệ thống treo

Hệ thống treo trong ôtô có nhiệm vụ nối phần được treo mb và phần

khối lượng không được treo ma một cách đàn hồi. Hệ thống treo cùng với lốp

làm giảm những chấn động gây nên do sự mấp mô mặt đường khi xe chuyển

động. Hệ thống treo gồm những bộ phận sau:

- Bộ phận đàn hồi: Lò xo, nhíp, thanh xoắn, bình khí ... Nó được biểu

diễn bằng một lò xo có độ cứng K.

- Bộ phận giảm chấn: có nhiệm vụ dập tắt các chấn động. Nó được đặc

trưng bằng hệ số cản giảm chấn C.

- Bộ phận dẫn hướng: gồm có các thành đòn và có nhiệm vụ truyền lực

và mô men theo các phương phương.

2.2.2. Các loại mô hình dao động nghiên cứu

Theo thống kê các công trình khoa học đã công bố trên các tạp chí, kỷ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

yếu tạp chí khoa học trong và ngoài nước, chúng ta thấy rằng mô hình dao

29

động ô tô được thiết lập để nghiên cứu hệ thống treo theo phương pháp 1 gồm

có: các mô hình dưới đây:

a. Mô hình không gian

Mô hình dao động ô tô không gian là hệ nhiều vật phức tạp, bao gồm

nhiều khối lượng liên kết qua các phần tử đàn hồi như hình 2.3.

Hình 2.3. Mô hình dao động không gian xe khách đóng tại Việt Nam[10]

Mô hình hình 2.3, các nhà khoa học chủ yếu áp dụng để mô phỏng và

phân tích ảnh hưởng của thông số của hệ thống treo đến độ êm dịu của người

điều khiển và hành khách theo 3 phương. Ưu điểm của các loại mô hình này

xem xét ảnh hưởng được toàn diện ảnh hưởng của hệ thống treo đến độ êm

dịu cũng như khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ. Tuy nhiên mô hình toán

phức tạp.

b. Mô hình 1/4

Mô hình dao động ô tô 1/4: gồm khối lượng được treo ms, khối lượng

không được treo mu như hình vẽ 2.4.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 2.4. Mô hình dao động ô tô 1/4điều khiển tích cực hệ thống treo[24]

(a) Hệ thống treo thụ động; (b) và (c) hệ thống treo điều khiển hệ số cản

30

Mô hình hình 2.4, các nhà khoa học chủ yếu áp dụng để mô phỏng và điều

khiển hệ thống treo tích cực nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe

cũng như nâng cao khả năng thân thiện với mặt đường quốc lộ.

c. Mô hình 1/2

Mô hình dao động phần 1/2: gồm vật khối lượng của bộ phận người

điều khiển, khối lượng ghế ngồi, khối lượng thân xe và các khối lượng cầu xe

được thể hiện trên hình vẽ 2.5.

Hình 2.5. Mô hình dao động 1/2 sử dụng nghiên cứu dao động ghế ngồi

[25]

Mô hình dao động 1/2 của ô tô thể hiện trên hình 2.6 gồm có khối lượng

được treo Ms và các khối lượng không được treo mu.

Hình 2.6. Mô hình dao động 1/2 sử dụng nghiên cứu điều khiển hệ thống

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

treo chủ động [26]

31

Mô hình hình 2.5 và hình 2.6, các nhà khoa học chủ yếu áp dụng để

nghiên cứu ảnh hưởng của các hệ thống treo đến đến độ êm dịu chuyển động

của xe cũng như khả năng thân thiện với mặt đường quốc lộ.

Trong luận văn này em xây dựng mô hình dao động không gian xe tải

hạng nặng để mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của hệ thống treo xe tải hạng

nặng. Xây dựng mô hình dao động không gian xe tải hạng nặng sẽ tiếp tục

trình bày phần duới đây.

2.3. Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng

2.3.1. Các giả thiết mô hình dao động

Dựa mục tiêu nghiên cứu của luận văn như giới thiệu phần 1.4, một mô

hình dao động không gian với 9 bậc tự do được thiết lập với giả thiết dưới

đây:

- Chuyển động của ô tô là chuyển động đều, khoảng cách từ trọng tâm

đến các cầu không thay đổi trong quá trình xe chuyển động;

-Trọng tâm của xe nằm trên mặt phẳng đối xứng dọc xe;

- Coi khối lượng được treo (mb) của xe là tấm phẳng tuyệt đối cứng đặt

tại trọng tâm và các mô men quán tính Ix, Iy. Chuyển động tại vị trí trọng tâm

được đặc trưng bởi 3 chuyển động động: chuyển động tịnh tiến theo phương

Z đi qua trọng tâm; chuyển động quay quanh trục ngang Y và chuyển động

quay quanh trục dọc X.

- Coi khối lượng phần không được treo ở mỗi cầu là thanh phẳng tuyệt

đối cứng đặc trưng bằng khối lượng ma và mô men quan tính Ix. Chuyển

động của phần khối lượng không được treo tập hợp 2 chuyển động: chuyển

động tịnh tiến và chuyển động quay quanh trục X.

- Các đặc tính của các thành phần đàn hồi và hệ số cản của hệ thống

treo và bánh xe coi như tuyến tính và được đặc trưng bởi độ cứng K và hệ số

cản C;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Sự tiếp xúc của bánh xe với đường là tiếp xúc điểm.

32

- Bỏ qua sự trượt của bánh xe với mặt đường.

Đặc điểm cơ bản của xe là tất cả các ngoại lực tác động lên xe là phản

lực và trọng lực, các phản lực xuất hiện do sự tác động tương hỗ giữa bánh xe

với nền đường. Trong trường hợp tổng quát các phản lực này có thể phân ra

thành các thành phần lực thẳng đứng và thành phần lực nằm ngang (theo

phương chuyển động của xe). Với giả thiết chuyển động của xe là chuyển

động thẳng đều, nên thành phần lực lằm ngang phải bằng không, do đó các

dao động của thân xe trong mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với hướng

chuyển động của thân xe là do các thành thần lực thẳng đứng truyền từ bánh

xe lên.

2.3.2. Mô hình dao động xe tải hạng nặng

Với các giả thiết trên chúng ta có mô hình dao động không gian của xe

(a) Miêu tả một phần dao động

(b) Mô hình dao động tương đương

cabin của xe tải hạng nặng

du lịch với 9 bậc tự do như hình 2.7.

Hình 2.7 Mô hình dao động không gian xe tải hạng nặng

Giải thích các ký hiệu trên hình 2.7:

Các ký hiệu trên hình 1, Kij và KTij lần lượt là độ cứng của hệ thống treo

của xe và lốp xe; Cij và CTij là hệ số cản của hệ thống treo của xe và lốp xe;

mai lần lượt là khối lượng không được treo các cầu xe và mb là khối lượng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

được treo; Iai và Ibx, Iby lần lượt mô men quán tính của cầu xe và thân xe; lk và

33

bm lần lượt là các kích thước dài và rộng của các tọa độ trọng tâm đến các hệ

thống treo và lốp; zai, và zb lần lượt là các chuyển vị theo phương đứng cầu xe

và thân xe; ai, b và b là các chuyển vị của cầu xe và thân xe (i=1÷3,

j=r,l,k=1÷4, m=1÷4).

2.3.3 Thiết lập phương trình vi phân miêu tả dao động ô tô tải hạng nặng

Dựa vào mô hình dao động để các phương trình vi phân mô tả dao động

của cơ hệ để khảo sát và lựa chọn các thông số thiết kế của hệ thống treo.

Hiện nay có rất nhiều phương pháp để thiết lập phương trình vi phân miêu tả

chuyển động của cơ hệ như: phương trình Lagrange loại II, nguyên lý

D’Alambe, nguyên lý Jourdain kết hợp phương trình Newton – Euler. Tuy

nhiên để thuận lợi cho mô phỏng bằng máy tính em sử dụng nguyên lý

D’Alambe kết hợp cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật để thiết lập hệ phương trình vi

phân mô tả dao động của xe.

Dựa vào cơ sở hệ nhiều vật tách các vật ra khỏi cơ hệ và thay vào đó là

các phản lực liên kết. Sau đó sử dụng nguyên lý D’Alambe để thiết lập hệ

phương trình cân bằng cho từng vật của cơ hệ sau đó liên kết chúng lại với

nhau bằng quan hệ lực và momen.

Theo nguyên lý D’Alambe:

(2-1)

trong đó:

: là tổng các ngoại lực tác dụng lên vật.

: là tổng các lực quán tính tác dụng lên vật.

Mô hình dao động hình 2.7 gồm 5 vật: khối lượng được treo, khối

lượng không được treo của các cầu xe và mặt đường.

Mô hình xây dựng gồm 5 vật:

-Vật 1: Thân xe (phần khối lượng được treo) là 1 tấm phẳng tuyệt đối

cứng có khối lượng mb đặt tại trọng tâm T và các momen quán tính: Ibx, Iby.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Chuyển động của thân xe là hợp của ba chuyển động:

34

+ Chuyển động tịnh tiến theo phương Z ứng với toạ độ suy rộng Z.

+ Chuyển động quay quanh trục Y tương ứng toạ độ suy rộng .

+ Chuyển động quay quanh trục X tương ứng toạ độ suy rộng .

-Vật 2,3,4: Các khối lượng không được treo của cầu trước, cầu 2, cầu

sau của xe. Khối lượng không được treo là thanh tuyệt đối cứng có khối lượng

lần lượt ma1, ma2, ma3 lần lượt đặt tại vị trí trọng tâm T1, T2, T3 và các momen

quán tính lần lượt là Ia1, Ia2, Ia3. Chuyển động của khối lượng không được treo

là hợp của hai chuyển động:

+ Chuyển động tịnh tiến theo phương z ứng với toạ độ suy rộng của các

cầu lần lượt là za1, za2, za3.

+ Chuyển động quay quanh trục X tương ứng toạ độ suy rộng của các

cầu lần lượt là a1, a2, a3.

Vật 5:

Mấp mô mặt đường: là nguồn kích thích ô tô dao động và được miêu tả

mặt đường là các hàm toán học. Trong luận văn này em chọn kích thích mặt

đường quốc lộ là các hàm ngẫu nhiên trên toàn bộ chiều dài của nó và miêu tả

nó sẽ được tục giới thiệu phần 2.4.

a) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu trước

Theo lý thuyết hệ nhiều vật chúng ta tách liên kết của vật 2 ra khỏi cơ

hệ và thay vào đó các phản lực liên kết, sơ đồ lực tác dụng lên cầu trước được

thể hiện hình 2.8.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu trước

35

*) Phương trình cân bằng lực

(2-2)

trong đó:

-Lực quán tính

(2-3)

-Lực truyền từ đường truyên qua lốp xe tác dụng lên cầu trước

+ Lực đàn hồi của lốp bên trái cầu trước:

(2-4)

+ Lực giảm chấn của lốp bên trái cầu trước:

(2-5)

+ Lực đàn hồi của lốp bên phải cầu trước:

(2-6)

+ Lực giảm chấn của lốp bên phải cầu trước:

(2-7)

trong đó:

za1l, za1r là chuyển vị hai bên đầu mút bên trái và bên phải. Các chuyển

theo phương thẳng đứng za1l, za1r có liên hệ với chuyển vị tại trọng tâm cầu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

trước za1 và chuyển vị góc a1.

36

(2-8)

Vì chuyển vị góc a1 quá nhỏ do vậy tga1a1. Khi đó (2-8) trở thành:

(2-9)

Thay (2-9) vào (2-4), (2-5), (2-6), (2-7) ta có:

(2-10)

(2-11)

(2-12)

(2-13)

-Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo tác dụng lên câu trước:

+ Lực đàn hồi của hệ thống treo bên trái cầu trước:

(2-14)

+ Lực giảm chấn của hệ thống treo bên trái cầu trước:

(2-15)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

+ Lực đàn hồi của hệ thống treo bên phải cầu trước:

37

(2-16)

+ Lực giảm chấn của hệ thống treo bên phải cầu trước:

(2-17)

trong đó:

z1l, z1r là chuyển vị hai bên đầu mút bên trái và bên phải ở phía cầu

trước của thân xe. Các chuyển theo phương thẳng đứng z1l, z1r có liên hệ với

chuyển theo phương thẳng đứng vị tại trọng tâm T của thân xe zb, chuyển vị

góc b và chuyển vị góc b như sau:

(2-18)

Vì chuyển vị góc b và b quá nhỏ do vậy tgbb và tgb b. Khi đó

(2-18) trở thành:

(2-19)

Thay (2-19) và (2-9)vào (2-14), (2-15), (2-16), (2-17) ta có:

(2-20)

(2-21)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(2-22)

38

(2-23)

Thay công thức (2-10), (2-11), (2-12), (2-13), (2-20), (2-21), (2-22), (2-

23) vào phương trình (2-2) ta có phương trình cân bằng lực:

(2-24)

*)Phương trình cân bằng mô men

(2-25)

(2-26)

trong đó:

- Mô men quán tính:

(2-27)

-Mô men do các lực đàn hồi và lực cản của các bánh xe gây ra đối với

cầu trước:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

+ Mô men do lực đàn hồi của lốp xe bên trái gây ra đối với cấu trước

39

(2-28)

+ Mô men do lực cản của lốp xe bên trái gây ra đối với cấu trước

(2-29)

+ Mô men do lực đàn hồi của lốp xe bên phải gây ra đối với cấu trước

(2-30)

+ Mô men do lực cản của lốp xe bên phải gây ra đối với cấu trước

(2-31)

-Mô men do lực đàn hồi và lực cản của hệ thống treo gây ra đối với cầu

trước:

+ Mô men do lực đàn hồi của hệ thống treo xe bên trái gây ra đối với

cấu trước:

(2-32)

+ Mô men do lực cản của hệ thống treo xe bên trái gây ra đốivới cấu

trước:

(2-33)

+ Mô men do lực đàn hồi của hệ thống treo xe bên phải gây ra đối với

cấu trước:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(2-34)

40

+ Mô men do lực cản của hệ thống treo xe bên phải gây ra đốivới cấu

trước:

(2-35)

Thay các công thức (2-28), (2-29), (2-30), (2-31), (2-32), (2-33), (2-

34), (3-35) vào công thức (2-26) ta có:

(2-

36)

b) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 2

Hình 2.9 thể hiện sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu xe thứ 2. Thiết

lập phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên cầu xe tương tự như

cầu trước, ta có:

Phương trình cân bằng lực tác dụng lên cầu thứ 2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(2-37)

41

Hình 2.9. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thứ 2

Phương trình cân bằng mô men:

(2-38)

Phương trình (2-37) và (2-38) khai triển cho các tọa độ suy rộng, tương

tự như cầu trước.

c) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 3

Hình 2.10 thể hiện sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu xe thứ 3.

Thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên cầu xe tương tự

như cầu trước, ta có:

Phương trình cân bằng lực tác dụng lên cầu thứ 3

(2-39)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 2.10. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thứ 3

42

Phương trình cân bằng mô men:

(2-40)

Phương trình (2-39) và (2-40) khai triển cho các tọa độ suy rộng, tương

tự như cầu trước.

d) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động thân xe

Tương tự như phần trên chúng ta tách liên kết của vật trong cơ hệ và

thay vào đó là các phản lực liên kết. Hình 2.11 thể hiện sơ đồ lực và mô men

tác dụng lên thân xe:

Hình 2.11. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe

Thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên thân xe

tương tự như cầu trước, ta có:

Phương trình cân bằng lực tác dụng lên cầu thứ 3

(2-41)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Phương trình cân bằng mô men theo trục ngang của thân xe:

43

(2-42)

Phương trình cân bằng mô men theo trục dọc của thân xe:

(2-43)

Kết hợp các phương trình (2-2),(2-26),(2-37), (2-38), (2-39), (2-40),(2-

41), (2-42), (2-43) ta có hệ phương trình vi phân bậc 2 tổng quát miêu tả mô

hình dao động không gian của xe tải 3 cầu hạng nặng với 9 bậc tự do.

(2-44)

trong đó:

Fi là lực tác dụng theo phương thẳng đứng của các hệ thống treo và nó

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

được xác định theo công thức sau:

44

(2-45)

FTi là phản lực theo phương thẳng đứng của lốp xe tác dụng lên các cầu

xe và nó được xác định theo công thức sau:

(2-46)

trong đó:

; m1=1,3; m2=2,4.

Hệ phương trình vi phân (2-44) sẽ được mô phỏng bằng phần mềm

Matlab-Simukink ở phần sau.

2.4. Phân tích và lựa chọn hàm kích thích dao động

Khi ô tô chuyển động trên đường, các nguồn kích thích dao động của ô

tô là nguồn kích thích từ động cơ, hệ thống truyền lực, gió, ...và đặc biệt là

kích thích từ mặt đường không bằng phẳng có tần số kích thích thấp và biên

độ dao động lớn. Trong luận văn này em chọn hàm kích thích dao động cơ hệ

là mấp mô mặt đường. Theo thống kế các kết quả nghiên cứu đã công bố trên

các tạp chí khoa học, thì mấp mô mặt đường được miêu tả bằng các dạng hàm

toán học dưới đây:

2.4.1. Mấp mô mặt đường hình sin

Việc miêu tả mấp mô biên dạng của đường bằng các hàm điều hoà

thường là các hàm số dạng sin hoặc cosin. Trên đường bê tông át phan thường

gặp mấp mô dạng sóng điều hòa (chiều cao từ mm, chiều dài từ

m). Dạng mấp mô này thường gây ra dao động cưỡng bức. Do đó phương

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

pháp này đã được nhiều tác giả áp dụng trong các bài toán như: đánh giá các

45

thông số kết cấu của ô tô, kết cấu của hệ thống treo, kết cấu của lốp xe (hầu

như các nghiên cứu trước năm 1990) ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động

của ô tô trên miền tần số. và còn hiện nay mấp mô mặt được được áp dụng

vào mô hình dao động để đánh giá hiệu quả hệ thống treo điều khiển chủ

động.

Hàm mấp mô mặt đường dạng điều hòa có dạng:

(2-47)

Trong đó là chiều cao mấp mô, là tần số và chu kì kích thích dao

động.

Ta có phương trình hàm kích động theo quãng đường x:

(2-48)

Trong đó:

là tần số sóng mặt đường;

S là chiều dài sóng mặt đường.

q

q

qo

qo

t

x

T =2/

S =2/

Khi ô tô chuyển động đều, ta có nên ở thời điểm t ta có:

a) Phụ thuộc thời gian t b) Phụ thuộc vào quãng đường x

Hình 2.12. Hàm điều hoà của mấp mô

; ; (2-49)

Vậy hàm điều hòa dao động sẽ là:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(2-50)

46

Độ mấp mô mặt đường ở các bánh xe cầu trước, cầu sau liên hệ

với nhau thông qua biểu thức về thời gian:

với (2-51)

trong đó 1 là thời gian mà ô tô dịch chuyển được quãng đường L với vận tốc v.

Vậy ta có các hàm kích động lần lượt là:

(2-52)

Kết luận: Hàm miêu tả mấp mô mặt đường đơn giản thuận lợi cho

phân tích hiện tượng cộng hưởng khi tần số dao động kích thích trùng với tần

số dao động riêng. Tuy nhiên hàm kích dao động không sát với thực tế.

2.4.2. Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên xác định bằng thực tế

Hiện nay, với sự phát triển nhanh về khoa học công nghệ và đặc biệt là

các thiết bị đo như thiết bị trắc địa, thiết bị đo mấp mô mặt đường theo

phương pháp tham chiếu tương đối của hãng General Motor, thiết bị đo

ARRB LASER PROFILER….. Do vậy thiết bị đo mấp mô mặt đường có rất

nhiều chủng loại khác nhau do nhiều hãng sản xuất các nhau, luận văn này tác

giả giới thiệu thiết bị đo ARRB LASER PROFILER và kết quả đo mấp mô

mặt đường thực tế trên đoạn quốc lộ 1A Hà nội Lạng Sơn của tác giả Đào

Mạnh Hùng trong tài liệu[6].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Dưới đây là sơ đồ thiết bị đo:

47

Hình 2.13. Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[6]

Dưới kết quả đo và xử lý mấp mô mặt đường đoạn đường quốc lộ 1A

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hà Nội - Lạng Sơn dưới dạng đồ thị[6] dưới đây:

48

Hình 2.14. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà

Nội - Lạng Sơn (đoạn 1)

Hình 2.15. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà

Nội - Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1)

Hình 2.16. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Nội - Lạng Sơn (đoạn 2)

49

Hình 2.17. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà

Nội - Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2)

Kết luận: phản ánh được chính xác tình trạng mặt đường cần khảo sát,

tuy nhiên chi phí cao.

2.4.3. Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ISO

Để khắc phục các nhược điểm trên trong luận văn này, tác giả giới thiệu

kích thích ngẫu nhiên mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8068[15] và cách xây

dựng hàm ngẫu nhiên.

Các nhà thiết kế đường thiết kế đường trên thế giới đã đưa ra tiêu chuẩn

ISO/TC108/SC2N67 đánh giá và phâ loại các mặt đường quốc lộ (bảng 2-1)

thiết kế. Nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới đã sử dụng tiêu chuẩn này để xây

dựng hàm kích thích dao động ngẫu nhiên khi khảo sát dao động của các

phương tiện giao thông và được nhiều quốc gia tham khảo xây dựng tiêu

chuẩn riêng cho mình như Trung Quốc dựa vào cơ sở tiêu chuẩn đã đưa ra

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

tiêu chuẩn GB7031(1986)[32] về cách phân loại mặt đường và là tín hiệu kích

50

thích đầu vào cho bài toán phân tích dao động ô tô. Luận văn nay dựa vào

cách phân loại này để xây dựng hàm kích thích ngẫu nhiên.

Qua các công trình khảo sát mấp mô mặt đường được xem là phân bố

Gauss. Theo tiêu chuẩn ISO mấp mô của mặt đường có mật độ phổ Sq(n0) và

được định nghĩa bằng công thức thực nghiệm:

(2-53)

trong đó: n là tần số sóng của mặt đường (chu kỳ/m), n0 là tần số mẫu (chu

kỳ/m), Sq(n) là mật độ phổ chiều cao của mấp mô mặt đường (m3/chu kỳ),

là hệ số tần số được miêu tả tần số Sq(n0) là mật độ phổ tại n0 (m3/chu kỳ),

mật độ phổ của mặt đường (thường ).

Mấp mô mặt đường được giả định là quá trình ngẫu nhiên Gauss và nó

được tạo ra thông qua biến ngẫu nhiên Fourier ngược:

(2-54)

trong đó với i=1,2,3…n, là pha ngẫu nhiên phân bố

.

Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15]

Cấp A B C D E F G

Tốt Xấu Tồi Tình trạng mặt đường Rất tốt Bình thường Rất xấu Quá tồi

16 64 256 1024 4096 16384 65535 Sq(n0)

Căn cứ số liệu bảng 2.1 các loại đường được phân cấp theo tiêu chuẩn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ISO với , em đã tiến hành

51

lập chương trình toán bằng phần mềm Matlab 7.04 để mô phỏng các mấp mô

ngẫu nhiên của mặt đường thể hiện phụ lục 1. Một số kết quả mấp mô mặt

đường dạng đồ thị

Hình 2.18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt

đường có chất lượng rất tốt)

Hình 2.19. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

đường có chất lượng trung bình)

52

Hình 2.20. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt

đường có chất lượng rất xấu)

2.5. Kết luận chương 2

Kết quả của chương này (1) đã xây dựng mô hình dao động không gian

tuyến tính 9 bậc tự do; (2) đã thiết lập được hệ phương trình vi phân mô tả

dao động cơ hệ dựa vào nguyên lý D'Alembert's kết hợp nguyên lý cơ hệ

nhiều vật ; và (3) đã phân tích được các dạng miêu tả kích thích mặt đường và

chọn hàm kích thích dao động mặt đường ngẫu nhiên. Kết quả là cơ sở lý

thuyết cho mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo xe tải hạng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

nặng đến mặt đường giao thông sẽ được trình bày phần chương 3.

53

CHƯƠNG 3

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ HỆ

THỐNG TREO

Trên cơ sở hệ phương trình miêu tả mô hình dao động không gian của xe

tải hạng nặng 3 cầu với 9 bậc tự do đã được trình bày trong chương 2, mục

đích của chương này luận văn sử dụng phần mền Matlab-Simulink 7.04 để mô

phỏng và đánh giá ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo đến hệ số tải

trọng động của bánh xe DLC (Dynamic Load Coefficient). Đề xuất bộ thông

số tối ưu cho hệ thống treo nhằm giảm tác động xấu đến mặt đường quốc lộ.

3.1 Mô phỏng dao động của ô tô

Để giải hệ phương trình (2-44) mô tả dao động ô tô tải 3 cầu hạng nặng,

phần mềm Matlab-Simulink 7.04 được sử dụng mô phỏng và tính toán hàm

mục tiêu. Hình 3.1 thể hiện sơ đồ mô phỏng tổng thể để mô phỏng dao động

của ô tô tải 3 cầu hạng nặng. Phần khai triển các khối được trình phần trong

phần phụ mục.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04

54

3.2 Chọn thông số xe mô phỏng

Trong khuôn khổ luận văn thạc sỹ tác giả không có điều kiện thí nghiệm

để xác định thông số mô phỏng mà sử dụng thông số kỹ thuật tài liệu tham

khảo[23] làm số liệu phục vụ cho mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của

thông số hệ thống treo đến mặt đường quốc lộ.

Ký

TT Thông số

Giá trị

Đơn vị

hiệu

1 Khối lượng được treo

19000

kg

mb

2 Khối lượng không được treo cầu trước

450

kg

ma1

3 Khối lượng không được treo cầu thứ 2

1025

kg

ma2

4 Khối lượng không được treo cầu thứ 3

1025

kg

ma3

Khoảng cách tâm hai bánh xe trái và phải

5

2.0

m

b1

cầu trước

Khoảng cách tâm hai HTT xe trái và phải

6

1.2

m

b2

cầu trước

Khoảng cách tâm hai bánh xe trái và phải

7

1.7

m

b3

cầu thứ 2 và cầu thứ 3

Khoảng cách tâm hai HTT xe trái và phải

8

1.7

m

b4

cầu thứ 2 và cầu thứ 3

Khoảng cách từ tâm bánh xe cầu trước đến

9

6.78

m

l1

trọng tâm thân xe T

Khoảng cách từ trọng tâm thân xe T đến

10

0.62

m

l2

tâm bánh xe cầu thứ 2

Khoảng cách từ trọng tâm hai cầu xe đến

11

0.675

m

l3

tâm bánh xe cầu thứ 2

Khoảng cách từ trọng tâm hai cầu xe đến

12

0.675

m

l4

tâm bánh xe cầu thứ 3

13 Độ cứng của HTT cầu trước trái

102000

N/m

K1l

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe tải 3 cầu[23]

14 Độ cứng của HTT cầu trước phải

102000

N/m

K1r

15 Độ cứng của HTT cầu thứ 2 trái

545400

N/m

K2l

16 Độ cứng của HTT cầu thứ 2 phải

545400

N/m

K2r

17 Độ cứng của HTT cầu thứ 3 trái

545400

N/m

K3l

18 Độ cứng của HTT cầu thứ 3 phải

545400

N/m

K3r

19 Độ cứng của lốp xe cầu trước trái

690000

N/m

KT1l

20 Độ cứng của lốp xe cầu trước phải

690000

N/m

KT1r

21 Độ cứng của lốp xe cầu thứ 2 trái

690000

N/m

KT2l

22 Độ cứng của lốp xe cầu thứ 2 phải

1380000 N/m

KT2r

23 Độ cứng của lốp xe cầu thứ 3 trái

1380000 N/m

KT3l

24 Độ cứng của lốp xe cầu thứ 3 phải

1380000 N/m

KT3r

25 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu trước trái

7029

N.s/m

C1l

26 Hệ số cản giảm chấn HTTcầu trước phải

7029

N.s/m

C1r

27 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu thứ 2 trái

24090

N.s/m

C2l

28 Hệ số cản giảm chấn HTTcầu thứ 2 phải

24090

N.s/m

C2r

29 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu thứ 3 trái

24090

N.s/m

C3l

30 Hệ số cản giảm chấn HTTcầu thứ 3 phải

24090

N.s/m

C3r

31 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu trước trái

1500

N.s/m

CT1l

32 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu trước phải

1500

N.s/m

CT1r

33 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ 2 trái

3000

N.s/m

CT1l

34 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ 2 phải

3000

N.s/m

CT2r

35 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ 3 trái

3000

N.s/m

CT2l

36 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ 3 phải

3000

N.s/m

CT3r

55

3.3 Kết quả mô phỏng

Chạy sơ đồ mô phỏng tổng thể ở phần 3.1 với thông số mô phỏng bảng

3.1 khi xe đầy tải chuyển động ở các điều kiện mặt đường khác nhau và xe

chuyển động với vận tốc v=72km/h. Hình 3.2 thể hiện tải trọng động của các

bánh xe tác dụng xuống mặt đường từ các câu xe. Từ kết quả hình 3.2 chúng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ta có thể xác định các giá trị tải trọng động bánh xe bình phương trung bình

56

theo phương thẳng đứng tác dụng xuống mặt đường và hệ số tải trọng động

bánh xe lần lượt FT3r,RMS=7.7 kN và DLC=0.158 (ở điều kiện mặt đường ISO

B), FT3r,RMS=13.8 kN và DLC=0.317 (ở điều kiện mặt đường ISO C),

FT3r,RMS=24.7 kN và DLC =0.568 (ở điều kiện mặt đường ISO D), từ đó kết

quả này cho thấy rằng giá trị FT,RMS và khi xe đầy tải chuyển động điều kiện

mặt đường ISO-D và với vận tốc v=72km/h, giá trị DLC tăng nhanh khi chất

lượng mặt đường xuống cấp và theo kết quả nghiên cứu[23] giá trị DLC>0.45

(a) Tải trọng động của các bánh xe bên phải các cầu tác dụng xuống mặt đường

khi xe chuyển động ở điều kiện mặt đường ISO- cấp B

(b) Tải trọng động của các bánh xe bên trái trên các cầu tác dụng xuống mặt

đường khi xe chuyển động ở điều kiện mặt đường ISO- cấp B

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

không thỏa mãn điều kiện thân thiện mặt đường.

(c)Tải trọng động của các bánh xe bên phải trên các cầu tác dụng xuống mặt

đường khi xe chuyển động ở điều kiện mặt đường ISO- cấp C

(d)Tải trọng động của các bánh xe bên trái trên các cầu tác dụng xuống mặt

đường khi xe chuyển động ở điều kiện mặt đường ISO- cấp C

(e)Tải trọng động của các bánh xe bên phải trên các cầu tác dụng xuống mặt đường

khi xe chuyển động ở điều kiện mặt đường ISO- cấp D

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

57

(f)Tải trọng động của các bánh xe bên trái trên các cầu tác dụng xuống mặt đường

khi xe chuyển động ở điều kiện mặt đường ISO- cấp D

58

Hình 3.2 Tải trọng động của các bánh xe tác dụng xuống mặt đường theo

phương thằng đứng khi xe chuyển động ở các điều kiện mặt đường khác

nhau và với vận tốc v=72km/h

Nhiều kết quả nghiên cứu đã công bố chỉ ra rằng khi mặt đường quốc lộ

xuống cấp ISO-cấp D thì nhà quản lý phải can thiệp và sửa chữa mặt

đường[12,21]. Từ kết quả hình 3.2 tải trọng động của bánh xe bên phải cầu 3

theo phương thẳng đứng tác dụng xuống mặt đường có giá trị lớn nhất. Dựa

vào hệ số tải trọng động DLC của bánh xe bên phải cầu 3, các thông số hệ

thống treo như độ cứng và hệ số cản ảnh hưởng đến giá trí DLC sẽ được tiếp

tục phân tích ở các phần dưới.

3.4. Ảnh hưởng của độ cứng của hệ thống treo

Khi ô tô chuyên động trên các mặt đường không bằng phẳng, độ cứng

của hệ thống treo không chỉ ảnh hưởng đến tải trọng động tác dụng lên mặt

đường mà còn ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động của ô tô. Để đánh giá

ảnh hưởng của độ cứng của hệ thống treo đến khả năng thân thiện mặt đường

giao thông, các giá trị độ cứng hệ thống treo K=[0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

1.8 2 2.2 2.4 2.6]xK0 trong đó K0=[K1r, K1l, K2r, K2l, K3r, K3l]T ứng với 3 giá

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

trị hệ số giảm chấn C=[0.5 1 1.5]xC0 trong đó C0=[C1r, C1l, C2r, C2l, C3r, C3l]T

59

được chọn để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến hệ số tải trọng động DLC

khi xe đầy tải chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp B với vận tốc

chuyển động v=72km/h và giả thiết các thông số khác của xe không thay đổi.

Hình 3.3 thể hiện ảnh hưởng của độ cứng hệ thống treo đến hệ số tải trọng của

bánh xe bên phải cầu thứ 3. Từ hình 4 chúng ta có thể thấy rằng khi cùng tăng

độ cứng hệ thống treo lên, thì hệ số tải trọng động của các bánh xe đều tăng

lên điều này dẫn đến ảnh hưởng xấu đến mặt đường giao thông. Khi các giá

trị K≤0.8K0, giá trị hệ số DLC đạt giá trị nhỏ nhất, đồng nghĩa mức độ thân

thiện mặt đường giao thông đạt giá trị tốt nhất, tuy nhiên giá trị độ cứng của

các hệ thống treo ô tô tải nhỏ quá cũng là nguyên nhân chính dẫn lắc dọc và

ngang thân xe khi xe chuyển động[13]. Do vậy, độ cứng hệ thống treo thường

chọn giá trị lớn để giảm lắc dọc và ngang thân xe và để nâng cao động êm dịu

chuyển động ô tô, thì các nhà thiết kế nên chọn thiết kế giá trị hệ số cản phù

hợp yêu cầu thiết kế đặt ra.

Hình 3.3. Ảnh hưởng của độ cứng hệ thống treo đến hệ số tải trọng của

bánh xe bên phải của cầu thứ 3

Các giá trị tải trọng động bình phương trung bình tác dụng lên mặt

đường và hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe bên phải cầu thứ 3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

khi giá trị độ cứng của hệ thống treo thay đổi được thể hiện trên bảng 3.2.

60

Từ kết quả bảng 3.2 chúng ta thấy khi giá trị độ cứng hệ thống treo tăng

100% lần thì tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 bình phương trung

bình tác dụng xuống mặt đường và hệ số tải động DLC của bánh xe bên phải

cầu thứ 3 lần lượt tăng 39.36% và 37.05% điều đó có nghĩa rằng ảnh hưởng

xấu đến mặt đường quốc lộ tăng lên khi ô tô chuyển động trên đường B với

vận tốc v=72km/h. Mặt khác khi giá trị độ cứng của hệ thống treo giảm xuống

40% lần thì tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 bình phương trung bình

tác dụng xuống mặt đường và hệ số tải động DLC của bánh xe bên phải cầu

thứ 3 lần lượt giảm 25.97% và 19.7% điều đó có nghĩa rằng giảm xuống tác

động xấu đến mặt đường quốc lộ.

Bảng 3.2 Tải trọng động bình phương trung bình tác dụng lên mặt đường và

hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe cầu thứ 3

Giá trị độ cứng hệ thống treo FT3r,RMS/kN DLC

5.7 0.132 K1=0.6xK0/(N/m)

7.7 0.158 K2=1xK0/(N/m)

10.9 0.251 K3=2.0xK0//(N/m)

Ảnh hưởng của hệ số cản hệ thống treo xe tải hạng nặng sẽ được tiếp

tục thảo luận phần dưới.

3.5. Ảnh hưởng của hệ số cản hệ thống treo

Hệ số cản của hệ thống treo xe tải hạng nặng có vai trò quan trọng

nhằm nâng cao khả năng thân thiên mặt đường của bánh xe khi ô tô chuyên

động. Để đánh giá ảnh hưởng của nó, các giá trị hệ số cản của giảm chấn

C=[0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6]xC0 trong đó C0=[C1r, C1l,

C2r, C2l, C3r, C3l]T với 3 giá trị độ cứng của hệ thống treo K=[0.5 1 1.5]xK0

trong đó K0=[K1r, K1l, K2r, K2l, K3r, K3l]T được chọn để đánh giá ảnh hưởng

của chúng đến hệ số tải trọng động bánh xe khi xe đầy tải chuyển động trên

mặt đường quốc lộ ISO cấp B với vận tốc chuyển động v=72km/h và giả thiết

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

các thông số khác của xe không thay đổi. Hình 3.4 thể hiện kết quả khảo sát

61

ảnh hưởng của độ cứng hệ thống treo đến hệ số tải trọng của bánh xe bên phải

của cầu thứ 3.

Từ hình 3.4 chỉ ra rằng khi vùng giá trị hệ số cản hệ thống treo 1.0C0

≤C≤1.8C0, thì giá trị hệ số tải trọng bánh xe bên phải cầu 3 đạt giá trị nhỏ

nhất điều này cũng nghĩa mức độ thân thiện mặt đường giao thông là tốt nhất.

Kết quả hình 3.4 chúng ta cũng thấy rằng sự phối hợp giá trị hệ số cản và độ

cứng hệ thống treo có vai trò quan trọng nhằm giảm tải trọng động của của

bánh xe tác dụng xuống mặt đường giao thông.

Hình 3.4. Ảnh hưởng của hệ số cản hệ thống treo đến hệ số tải trọng của

bánh xe bên phải của cầu thứ 3.

Các giá trị tải trọng động bình phương trung bình của bánh xe bên phải

cầu thứ 3 tác dụng lên mặt đường và hệ số tải trọng động của bánh xe bên

phải cầu thứ 3 khi giá trị hệ số cản của hệ thống treo thay đổi được thể hiện

trên bảng 3.3.

Từ kết quả bảng 3.3 chúng ta thấy khi giá trị hệ số cản hệ thống treo

tăng 20% lần thì tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 bình phương trung

bình tác dụng xuống mặt đường và hệ số tải động DLC của bánh xe bên phải

cầu thứ 3 lần lượt giảm 12.7% và 5.06% điều đó có nghĩa rằng ảnh hưởng xấu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

đến mặt đường quốc lộ giảm xuống lên khi ô tô chuyển động trên đường B

62

với vận tốc v=72km/h. Mặt khác khi giá trị hệ số cản của hệ thống treo giảm

xuống 20% và tăng 80% lần thì tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3

bình phương trung bình tác dụng xuống mặt đường và hệ số tải động DLC

của bánh xe bên phải cầu thứ 3 lần lượt tăng 13.12%, 26.58% và 8,96%, 22,5%

điều đó có nghĩa rằng tác động xấu đến mặt đường quốc lộ tăng lên.

Bảng 3.3 Tải trọng động bình phương trung bình bánh xe cầu thứ 3 tác dụng

lên mặt đường và hệ số tải trọng động bánh xe DLC

Giá trị hệ số cản hệ thống treo FT3r,RMS/kN DLC

8.71 0.200 C1=0.8xC0/(N.s/m)

7.70 0.158 C2=1xC0/(N.s/m)

6.74 0.150 C3=1.2xC0//(N.s/m)

8.39 0.193 C4=2.0xC0//(N.s/m)

Thông qua kết quả phân tích ảnh hưởng của độ cứng và hệ số cản hệ

thống treo tải hạng nặng đến hệ số tải trọng động bánh xe, chúng ta thấy rằng

sự phối hợp giữa độ cứng và hệ số cản hệ thống treo có vai trò quan trọng đối

với nhà thiết kế nhằm nâng cao khả năng thân thiện mặt đường cũng như nâng

cao độ êm dịu chuyển động của xe. Sự phối hợp hai thông số này sẽ được tiếp

tục trình bày phần dưới đây:

3.6. Lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống treo

3.6.1. Giới thiệu phương pháp tối ưu thông số thiết kế hệ thống treo

a) Phương pháp tối ưu một hàm mục tiêu

Tối ưu hàm mục tiêu là phương pháp tối ưu 1 hay nhiều biến thiết kể

sao cho một hàm mục tiêu đạt được nhỏ nhất hoặc lớn nhất và dưới đây là mô

hình toán:

Hàm mục tiêu:

(3-1)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Điều khiện ràng buộc:

63

or (3-2)

trong đó: , là giới hạn dưới và trên của điều kiện dàng buộc,

x={x1,x2,...xk } là các biến tối ưu.

Áp dụng mô hình toán tối ưu một hàm mục tiêu để tối ưu các thông số

thiết kế của hệ thống treo nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động ô tô (Ride

comfort) hoặc đảm khả năng thân thiện mặt đường giao thông ('Road-Friendly

Suspension) và dưới dây 1 số nghiên cưu điển hình:

Nghiên cứu[21] áp dụng tối ưu 1 hàm mục tiêu để tối ưu các thông số

của hệ thống treo cân bẳng sao tải trọng động tác dụng lên mặt đường giao

thông đạt giá trị nhỏ nhất bởi mô hình dao động 3 bậc tự do. Nghiên cứu sử

dụng mô hình toán tối ưu dưới đây:

Hàm mục tiêu:

(3-3)

Điều kiện ràng buộc:

(3-4)

, trong đó: là giới hạn dưới và trên của điều kiện dàng buộc, x={C1, C2,

K1, K2} là các biến tối ưu

b) Phương pháp tối ưu nhiều hàm mục tiêu

Tối ưu nhiêu hàm mục tiêu hàm mục tiêu là phương pháp tối ưu hai hay

nhiều biến thiết kể sao cho hai hay nhiều hàm mục tiêu đạt được nhỏ nhất

hoặc lớn nhất và dưới đây là mô hình toán tối ưu:

Hàm mục tiêu:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

(3-5)

64

Điều kiện ràng buộc:

or (3-6)

Trong đó: , là giới hạn dưới và trên của điều kiện ràng buộc,

x={x1,x2,...xk } là các biến tối ưu.

Các phương pháp tối ưu hai hoặc nhiều hàm mục tiêu như: Phương

pháp ràng buộc; phương pháp tổng số; phương pháp tổng trọng số chấp nhận

được đối với bài toán tối ưu 2 mục tiêu; phương pháp tổng trọng số chấp nhận

được cho bài toán tối ưu đa mục tiêu; thuật toán di truyền tối ưu nhiều mục

tiêu (Multi-Objective Genetic Algorithm) và sư dụng kỹ thuật pareto trên cơ

sở thuật đoán di truyền di truyền (PGA).

Áp dụng phương pháp và thuật thuật toán tối ưu nhiều hàm mục tiêu để

tối ưu các thông số thiết kế của hệ thống treo nhằm nâng hiệu quả làm việc

của chúng như nghiên cứu [22] các giả áp dụng tối ưu Pareto dựa trên thuật

toán di truyền để tối ưu các thông số thiết kế hệ thống treo với mô hình dao

động ½ với 5 bậc tự do và kích thích dao động là hàm toán học đơn giản.

3.6.2. Lựa chọn bộ thông số tối ưu cho hệ thông treo

Lựa chọn bộ thông số tối ưu cho hệ thông treo nhằm giảm tải trọng

động tác dụng lên mặt đường cũng như nâng cao độ êm dịu chuyên động của

xe có ý nghĩa quan trọng đối với các nhà thiết kế. Tuy nhiên tối ưu thông số

thiết kế hệ thống treo là một lĩnh vực khoa học rộng, trong khuôn khổ mục

tiêu luận văn đặt ra là nghiên cứu ảnh hưởng thông số hệ thống treo đến mặt

đường quốc lộ, luận văn chỉ dừng lại phối hợp độ cứng và hệ số cản của hệ

thống treo sao cho hệ số tải trọng động của bánh DLC đạt giá trị nhỏ nhất dựa

vào điều kiện ràng buộc các thông số thiết kế hệ thống treo đã phân tích ảnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

hưởng ở phần trên.

65

Hàm mục tiêu:

F=DLCmin (3-7)

Điều kiện ràng buộc:

(3-8)

trong đó: , là giới hạn dưới và trên của điều kiện dàng buộc, x={ K1l,

K1r, K2l, K2r, K3l, K3r, C1l, C1r, C2l, C2r, C3l, C3r } là các biến tối ưu.

Dựa vào kết quả khảo sát ảnh hưởng của độ cứng và hệ số cản hệ thống

treo ở phần 4.4 và phần 4.5 và dựa vào lý thuyết thiết kế hệ thống treo, em

đưa ra các điều kiện ràng buộc như sau:

-Điều kiện ràng buộc khảo sát tối ưu thông số độ cứng của hệ thống

treo như sau:

0.4K0K1.2K0 (N/m) (3-9)

-Điều kiện ràng buộc khảo sát tối ưu thông số hệ số cản của hệ thống

treo như sau:

1.0C0 ≤C≤1.8C0 (3-10)

-Điều kiện ràng buộc về chuyển vị đương đối giữa khối lượng được

treo và không được treo tham khảo tài liệu[16]:

0.05zb-za0.120 (m) (3-11)

Dựa vào các giá trị ràng buộc độ cứng độ và hệ số cản của hệ thống

treo xe tải hạng nặng theo công thức (3-9) và công thức 3-10, tiến hành xem

xét ảnh hưởng của sự phối hợp hai thông số này đến hệ số tải trọng động bánh

xe bên phải cầu thứ 3 khi xe đầy tải chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO

cấp B với vận tốc chuyển động v=72km/h và giả thiết các thông số khác của

xe không thay đổi. Giá trị hệ số tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 khi

phối hợp giá trị K và C của hệ thống treo được trình bày bảng 3.4. Từ bảng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

3.4 chúng ta lựa chọn ra 5 bộ thông số tối ưu cho các hệ thống treo: K=0.4K0,

66

C=1.2C0; K=0.6K0, C=1.2C0; K=0.8K0, C=1.2C0; K=1K0, C=1.2C0 và

K=1.2K0, C=1.4C0. Bộ số liệu này chúng ta thấy rằng bộ thông số hệ thống

treo K=0.4K0, C=1.2C0 cho giá trị DLC nhỏ nhất, có nghĩa giảm nhỏ nhất các

tác xấu đến mặt đường giao thông. Tuy nhiên nhiều kết quả nghiên cứu chỉ

rằng nếu độ cứng hệ thống treo nhỏ thì chuyển vị đương đối giữa khối lượng

được treo và không được treo sẽ tăng, điều đó dẫn đến dễ độ va đập với khung

xe và các chi tiết gầm xe, ngoài ra nó tăng lắc thân xe ảnh hưởng không nhỏ

đến độ êm dịu chuyển động của ô tô.

Bảng 3.4. Giá trị DLC khi phối hợp K và C của hệ thống treo.

TT

C/

DLC

(N.s/m)

K=0,4.K0

K=0,6.K0

K=0,8.K0

K=1,0.K0 K=1,2.K0

(N/m)

(N/m)

(N/m)

(N/m)

(N/m)

0.104

0.119

0.137

1 C =1,0.C0

2 C =1,2.C0

0.158 0.196

0.098

0.113

0.139

0.104

0.120

0.148

3 C =1.4.C0

0.187 0.150

0.112

0.129

0.153

4 C=1.6.C0

0.161 0.184

0.124

0.142

0.163

5 C =1,8.C0

0.177 0.187

0.190 0.193

Bảng 3.5. Quan hệ thông số hệ thống tối ưu với chuyển vị đương đối giữa

khối lượng được treo và không được treo.

TT

Bộ thông số tối ưu theo

DLC

(zb3r-za3r)/(m)

K/ (N/m) và C/(N.s/m)

K=0.4K0, C=1.2C0

1

0.098

0.148

K=0.6K0, C=1.2C0

2

0.113

0.121

K=0.8K0, C=1.2C0

3

0.139

0.102

K=1.0K0, C=1.2C0

4

0.150

0.09

K=1.2K0, C=1.2C0

5

0.184

0.08

Do đó khi lựa chọn thông số chúng ta kiểm tra điều kiện ràng buộc về

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

chuyển vị đương đối giữa khối lượng được treo và không được treo theo công

67

công thức (3.11). Bảng 3.5 thể hiện quan hệ thông số hệ thống tối ưu với

chuyển vị đương đối giữa khối lượng được treo và không được treo bên phải

cầu xe thứ 3. Từ kết quả bảng 3.5 chúng ta chọn được bộ thông số tối ưu

K=0.8K0, C=1.2C0 thỏa mãn các điều kiện ràng buộc phần trên.

Hệ số tải trọng động bánh xe bên phải cầu xe thứ 3 trước và sau khi tối

ưu thông số hệ thống treo được thể hiện trên hình 3.5, hình 3.6 và hình 3.7.

Hình 3.5.Tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 trước và sau khi tối

ưu thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại

B và vận tốc v=72km/h

Hình 3.6.Tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 trước và sau khi tối

ưu thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

C và vận tốc v=72km/h

68

Hình 3.7.Tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 trước và sau khi tối

ưu thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại

D và vận tốc v=72km/h

Hình 3.8. So sánh hiệu quả giữa thông số thiết kế hệ thống treo sau tối ưu

và xe nguyên bản khi ô tô chuyển động trên mặt đường đường khác nhau.

So sánh hiệu quả giữa thông số thiết kế hệ thống treo sau tối ưu và xe

nguyên bản khi ô tô chuyển động trên mặt đường đường khác nhau được thể

hiện trên hình 3.9. Từ hình 3.9 chúng ta thầy rằng khi xe lần lượt chuyển động

trên các mặt đường ISO cấp B, ISO cấp C, ISO cấp D và vận tốc v=72km/h,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

hệ số tải trọng động bánh xe DLC giảm lần lượt là 12,03%, 13,31%, 14.52%.

69

Điều đó có nghĩa là hiệu quả hệ thống treo sau khi tối ưu giảm tác động xấu

mặt đường quốc lộ một cách đáng kể.

2.7. Kết luận chương 3

Kết quả của chương này (1) đã mô phỏng được hệ phương trình vi phân

mô tả dao động ô tô tải hạng nặng 9 bậc tự do; (2) phân tích được ảnh hưởng

của các loại mặt đường quốc lộ đến hệ số tải trọng động bánh xe; (3) đã phân

tích được ảnh hưởng các thông số hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản đến

hệ số tải trọng động của bánh xe. Dựa vào các điều kiện ràng buộc các biến

thiết kế hệ thống treo, đề xuất bộ thống số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo xe

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

tải 3 cầu hạng nặng.

70

KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ

Sau một thời gian nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân được sự hướng

dẫn tận tình của thầy giáo TS. Lê Văn Quỳnh cùng với sự giúp đỡ của các

thầy trong Bộ môn Kỹ thuật Ô tô– Khoa Kỹ thuật Ô tô – Máy Động lực,

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên cùng với sự

động viên kích lệ của bạn bè, đồng nghiệp, em đã hoàn thành cơ bản nội dung

của luận văn thạc sĩ của mình. Luận văn đã đạt được một số kết quả sau đây:

- Phân tích và chỉ ra được tính cấp thiết của để tài;

- Đưa ra chỉ tiêu đánh giá hệ số tải trọng bánh xe, làm chỉ tiêu đánh giá

mức độ thân thiện mặt đường quốc lộ khi ô tô chuyển động;

- Xây dựng được mô hình dao động không gian tuyến tính của xe tải hạng

nặng 3 cầu với 9 bậc tự do;

- Ứng dụng thành công các dạng mấp mô mặt đường ngầu nhiên theo

tiêu chuẩn ISO 8068 bài toán phân tích ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ

thống treo đến mặt đường quốc lộ;

- Kết quả đánh giá ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo như

độ cứng và hệ số cản đến hệ số tải trọng động bánh xe như sau:

+ Giá trị hệ số cản hệ thống treo1.0C0 ≤C≤1.8C0, thì giá trị hệ số tải

trọng bánh xe bên phải cầu 3 đạt giá trị nhỏ nhất điều này cũng nghĩa mức độ

thân thiện mặt đường giao thông là tốt nhất.

+ Giá trị K≤0.8K0, giá trị hệ số DLC đạt giá trị nhỏ nhất, đồng nghĩa

mức độ thân thiện mặt đường giao thông đạt giá trị tốt nhất

+ Giá trị độ cứng hệ thống treo tăng 100% lần thì tải trọng động bánh

xe bên phải cầu thứ 3 bình phương trung bình tác dụng xuống mặt đường và

hệ số tải động DLC của bánh xe bên phải cầu thứ 3 lần lượt tăng 39.36% và

37.05% điều đó có nghĩa rằng ảnh hưởng xấu đến mặt đường quốc lộ tăng lên

khi ô tô chuyển động trên đường B với vận tốc v=72km/h. Mặt khác khi giá

trị độ cứng của hệ thống treo giảm xuống 40% lần thì tải trọng động bánh xe

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

bên phải cầu thứ 3 bình phương trung bình tác dụng xuống mặt đường và hệ

71

số tải động DLC của bánh xe bên phải cầu thứ 3 lần lượt giảm 25.97% và

19.7% điều đó có nghĩa rằng tác động xấu đến mặt đường quốc lộ giảm xuống.

+ Giá trị hệ số cản hệ thống treo tăng 20% lần thì thì tải trọng động

bánh xe bên phải cầu thứ 3 bình phương trung bình tác dụng xuống mặt

đường và hệ số tải động DLC của bánh xe bên phải cầu thứ 3 lần lượt giảm

12.7% và 5.06% điều đó có nghĩa rằng ảnh hưởng xấu đến mặt đường quốc

lộ giảm xuống lên khi ô tô chuyển động trên đường B với vận tốc v=72km/h.

Mặt khác khi giá trị hệ số cản của hệ thống treo giảm xuống 20% và tăng 80%

lần thì tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 bình phương trung bình tác

dụng xuống mặt đường và hệ số tải động DLC của bánh xe bên phải cầu thứ

3 lần lượt tăng 13.12%, 26.58% và 8,96%, 22,5% điều đó có nghĩa rằng tác

động xấu đến mặt đường quốc lộ tăng lên.

- Lựa chọn được bộ thông số tối ưu cho hệ thống treo là K=0.8K0 và

C=1.2C0, thì khi xe lần lượt chuyển động trên các mặt đường ISO cấp B, ISO

cấp C, ISO cấp D và vận tốc v=72km/h, hệ số tải trọng động bánh xe DLC

giảm lần lượt là 12,03%, 13,31%, 14.52%. Điều đó có nghĩa là hiệu quả hệ

thống treo sau khi tối ưu giảm tác động xấu mặt đường quốc lộ một cách đáng

kể.

Tuy nhiên luân văn còn một số hạn chế, hy vọng trong tương lai sẽ

hoàn thiện theo các hướng sau đây:

- Phân tích ảnh hưởng của đặc tính phi tuyến hệ thống treo đến hiệu quả

làm việc của chúng.

- Phân tích các đặc tính phi tuyến của lốp xe và hiện tượng tách bánh.

- Áp dụng thuật toán tối ưu một hay nhiều hàm mục tiêu để tối ưu các

thông số hệ thống treo.

- Áp dụng lý thuyết điều khiển để điều khiển các thông số của hệ thống

treo nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của chúng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

- Thí nghiệm thực tế để so sánh với kết quả mô phỏng.

72

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh( 2010), Lý thuyết ô tô, NXBKHKT.

2. Đào Mạnh Hùng , Dao động ô tô – máy kéo, Trường ĐH GTVT Hà Nội.

3. Đức Lập (1994), Dao động ôtô, Học viện kỹ thuật quân sự, Hà Nội.

4. Vũ Đức Lập (2001), Ứng dụng máy tính trong tính toán xe quân sự , Học

viện kỹ thuật quân sự, Hà Nội.

5. Đặng Việt Hà(2010), Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến độ

êm dịu chuyển động của ô tô khách được đóng mới ở Việt Nam, Luận án tiến

sĩ kỹ thuật, Trường ĐHGTVT Hà Nội, Hà Nội.

6. Đào Mạnh Hùng(2005), Nghiên cứu ảnh hưởng của biên dạng mặt đường

đến tải trọng tác dụng lên ô tô tại quốc lộ 1A đoạn đường Hà nội- Lạng sơn,

đề tài cấp bộ, Đại học giao thông vận tải Hà nội

7. Võ Văn Hường (2008), Bài giảng kết cấu Ô tô, Trường ĐHBK Hà Nội.

8. Trịnh Minh Hoàng(2002), Khảo sát dao động xe tải hai cầu dưới kích

động ngẫu nhiên của mặt đường, Luận án thạc sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà

Nội.

9. Lưu Văn Tuấn (1994), Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình trên cơ sở đề

xuất các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyên động, Luận án tiến sỹ kỹ

thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội.

10. Lê Văn Quỳnh (2006), Nghiên cứu dao động ghế ngồi xe khách sản xuất

tại Việt Nam, Luận án thạc sĩ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội.

11. Lê Văn Quỳnh, Nguyễn Khắc Tuân, Nguyễn Văn Liêm (2012). Research

on the influence of heavy truck vibration on highway road surface, Hội nghị

cơ học toàn quốc năm, Hà Nội.

12. Le Van Quynh, Jianrun Zhang, Xiaobo Liu and Wang yuan (2011),

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Nonlinear dynamics model and analysis of interaction between vehicle and

73

road surfaces for 5-axle heavy truck, Journal of Southeast University (Natural

Science Edition), Vol 27(4):452-457.

13. Lê Văn Quỳnh, Zhang Jianrun, Wang Yuan, Sun Xiaojun, Nguyen Van

Liem(2013). Influence of Heavy Truck Dynamic Parameters on Ride Comfort

Using a 3D Dynamic Model, Journal of Southeast University (Natural

Science Edition), Vol.43(4), pp. 763-770.

15. ISO 8068(1995). Mechanical vibration-Road surface profiles-reporting of

measured data, International Organization for Standardization.

16.Sun Lijun (2010), Structural Behavior Study for Asphalt Pavements, China

Communications Press, Beijing, China.

17. X. M. Shi and C. S. Cai (2009), Simulation of Dynamic Effects of

Vehicles on Pavement Using a 3D Interaction Model, Journal of

Transportation Engineering, 2009, Vol. 135(10), pp. 736-744.

18. Lu Yongjie, Yang Shaopu, Li Shaohua, et al(2010). Numerical and

experimental investigation on stochastic dynamic load of a heavy duty

vehicle. Applied Mathematical Modeling, Vol 34(1),pp.2698-2710.

19 Yi K, Hedrick J K (1989). Active and semi-active heavy truck suspensions

to reduce pavement damage. SAE Technical, Vol. 43(3), pp. 397-384.

20. Guglielmino E., Sireteanu T., Stammers C.W., Ghita G. and Giudea M

(2008). Semi-active Suspension Control Improved Vehicle ride and Road

Friendliness, New York: Springer Publishing Company.

21. Lu Sun (2002). Optimum design of “road-friendly” vehicle suspension

systems subjected to rough pavement surfaces. Applied Mathematical

Modelling, Vol 26, pp. 635–652.

22. M.J. Mahmoodabadi, A. Adljooy Safaie, A. Bagheri, N. Nariman-zadeh

(2013), A novel combination of particle swarm optimization and genetic

algorithm for pareto optimal design of a five-degree of freedom vehicle

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

vibration model, Applied Soft Computing, Vol 13(5), pp 2577-2591.

74

23. Bohao Li (2006), 3-D dyanamic modeling and simulation of a multi-

degree of freedom 3-axle rigid, Matster thesis, University of Wollongong.

24. Esteban Chávez Conde, Francisco Beltrán Carbaja….(2014). Generalized

PI Control of Active Vehicle Suspension Systems with MATLAB. Vibration

Analysis and Control.

25. Wael Abbas, Ashraf Emam, Saeed Badran (2013). Optimal Seat and

Suspension Design for a Half-Car with Driver Model Using Genetic

Algorithm. Intelligent Control and Automation. Vol.4 No.2(2013), Article

ID:31745,7 pages.

26. John E. D. EKORU, Jimoh O. PEDRO (2015). Proportional-integral-

derivative control of nonlinear half-car electro-hydraulic suspension systems.

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics &

Engineering), ISSN 1673-565X (Print); ISSN 1862-1775 (Online)

27. Dodds C J, and Robson, J D(1973)The description of road surface

roughness. Journal of Sound and Vibration, 31(2), 175–183.

28. ISO 2631-1 (1997). Mechanical vibration and shock-Evanluation of

human exposure to whole-body vibration, Part I: General requirements, The

International Organization for Standardization.

29. Guglielmino E., Sireteanu T., Stammers C.W., Ghita G. and Giudea

M.(2008). Semi-active Suspension Control Improved Vehicle ride and Road

Friendliness. New York: Springer Publishing Company.

30. Hohl GH. Ride comfort of off-road vehicles[C]. In: Proceedings of the 8th

international conference of the ISTVS, vol.I of III, Cambridge, England,

August 5-11; 1984.

31. Mitschke M(1986)． Effect of road roughness on vehicle vibration． IFF

Report， 33( 1) : 165-198．

32. GB7031(1986): Pavement roughness made input the vehicle vibration (in

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Chinese).

75

33. G Bonin, G Cantisani, G Loprencipe, M Sbroll (2007). Ride quality

evaluation: 8 dof vehicle model calibration. 4th International SIIV Congress-

Palermo (Italy).

34. M.J. Mahmoodabadi, A. Adljooy Safaie, A. Bagheri, N. Nariman-zadeh

(2012). A novel combination of Particle Swarm Optimization and Genetic

Algorithm for Pareto optimal design of a five-degree of freedom vehicle

vibration model. Applied Soft Computing, www.elsevier.com/locate/asoc

Nguồn internet:

[35]. http://vietbao.vn/kinhte

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

[36]. http://vietnamnet.vn/kinhte

76

PHU LỤC 1

CHƯƠNG TRÌNH MIÊU TẢ MẤP MÔ MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ

fl=0.4 ;

fh=30;

fn=200;

n0=0.1;

Gqn0=256e-6;

w=2;

roadtime=50;

timestep=0.01;

eventime=0;

v=72/3.6;

f=linspace(fl,fh,fn);

Gqn=(Gqn0*n0^2*v)./(f.^2);

Gqn=Gqn0*(n0./f).^w*v;

phi=rand(fn-1,1)*2*pi;

for j=1:(fn-1)

phi(j)=rand*2*pi

end

roadpoint=roadtime/timestep+1;

zg(1:roadpoint)=0

a=0

for i=1:roadpoint

for j=1:fn-1

a=sqrt(2*Gqn(j))*(f(j+1)-f(j))*sin(2*pi*f(j)*i*timestep+phi(j));

zg(i)=zg(i)+a;

end

end

zg(1:eventime/timestep)=0;

time=0:timestep:roadtime;

plot(time,zg)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

THEO TIÊU CHUẨN ISO 8068

77

PHU LỤC 2

CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG BÌNH PHƯƠNG

TRUNG BÌNH FT, RMS VÀ HỆ SỐ DLC

A=simout91(:,2); %lUC DONG BANH XE;

[n,m]=size(A);

total=0;

for i=1:n

total=A(i)^2+total;

end

a0=total/n;

F=sqrt(a0);

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

DLC=F*2/87.0441

78

PHỤ LỤC 3

KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB

Khối lực lốp xe cầu trước

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Khối lực lốp xe cầu thứ 2

79

Khối lực lốp xe cầu thứ 3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Khối mô phỏng chuyển vị cầu trước:

80

Khối mô phỏng chuyển vị cầu thứ 2:

Khối mô phỏng chuyển vị cầu thứ 3:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Khối lực hệ thống treo cầu trước:

81

Khối lực hệ thống treo cầu thứ 2:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Khối lực hệ thống treo cầu thứ 3:

82

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

Khối mô phỏng chuyển vị thân xe:

83

PHU LỤC 4

CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ TẠI KỶ YẾU HỘI NGHỊ

KHOA HỌC TOÀN QUỐC CƠ HỌC VẬT RẮN BIẾN DẠNG LẦN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

THỨ 12 -2015 ĐẠI HỌC DUY TÂN –ĐÀ NẴNG