i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------------------------
DƯƠNG ĐÌNH HIỂN
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ HỆ THỐNG
TREO KHÍ NÉN XE TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU VÀ
KHẢ NĂNG THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Thái Nguyên - Năm 2020
ii
LỜI CAM ĐOAN
Sau thời gian hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường. Để
đánh giá kết quả học tập nghiên cứu của mình, em lựa chọn thực hiện đề tài
là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hệ thống treo khí nén xe tải hạng
nặng đến độ êm dịu và khả năng thân thiên mặt đường”. Dưới sự hướng dẫn
tận tình của thầy giáo PGS.TS. Lê Văn Quỳnh, các Thầy, cô giáo trong
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Máy động lực, đặc biệt là ThS. Bùi Văn Cường và sự
nỗ lực của bản thân, đề tài của em đã được hoàn thành đáp ứng được nội dung
đề tài Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ khí Động lực.
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 2020
iii
LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên và Khoa kỹ thuật Ô tô và Máy động lực đã cho phép em thực hiện
luận văn này.
Em xin chân thành biết ơn quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận
tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành chương trình học tập.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS. TS. Lê Văn
Quỳnh và tập thể cán bộ giáo viên 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 thực hiện đề tài mặc dù đã có nhiều cố gắng song do
kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên luận văn không thể
tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của
quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2020
HỌC VIÊN
iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. iii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................. vi
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................ vii
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................... ix
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .......................... 3
1.1. Phân tích hệ thống treo ô tô .................................................................... 3
1.1.1. Cấu tạo chung của hệ thống treo[5,6] ............................................... 3
1.1.2. Giới thiệu chung về hệ thống treo khí ............................................. 4
1.2. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường ... 8
[2,3] ................................................................................................................ 8
1.3. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường ... 9
1.3.1.Các nguồn gây dao động ô tô ............................................................ 9
1.3.2. Ảnh hưởng của dao động đối với ô tô, đường giao thông và cơ thể
con người .................................................................................................. 10
1.4. Phân tích các chỉ tiêu đánh giá dao động của ô tô [2,3] ....................... 14
1.4.1. Tần số và gia tốc dao động ............................................................. 15
1.4.2. Chỉ tiêu về độ êm dịu được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI ................... 16
1.4.3. Đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn ISO ....................................... 20
1.4.4. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe .......................................... 22
1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế ........................................ 23
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................... 23
1.5.2. Tình hình nghiên cứu quốc tế. ........................................................ 23
1.6. Mục địch, ý nghía, đối tượng, phương pháp nghiên cứu ...................... 25
1.7. Kết luận ................................................................................................. 26
v
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG ................................. 27
2.1. Xây dựng mô hình dao động ................................................................. 27
2.2.Các mô hình nghiên cứu động lực học hệ thống treo khí nén[9] .......... 29
2.3. Xây dựng mô hình dao động khảo sát cho xe tải hạng nặng ................ 32
2.4. Hàm mấp mô mặt đường[10] ................................................................ 36
2.4.1. Mấp mô mặt đường hình sin ........................................................... 36
2.4.2. Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên xác định bằng thực tế .................. 38
2.4.3. Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ISO ...................................... 41
2.5. Kết luận chương 2 ................................................................................. 43
Chương 3: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG
SỐ HỆ THỐNG TREO KHÍ ........................................................................ 41
3.1. Mô phỏng .............................................................................................. 41
3.1.1. Thông số đầu vào cho mô phỏng .................................................... 41
3.1.2. Sơ đồ mô phỏng trong Simulink ..................................................... 41
3.1.3. Kết quả mô phỏng và thảo luận ...................................................... 42
3.2. Ảnh hưởng điều kiện khai thác đến độ êm dịu và sự thân thiện với mặt
đường ........................................................................................................... 44
3.2.1. Ảnh hưởng của vận tốc ................................................................... 44
3.2.2. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường ............................................... 46
3.3. Phân tích ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo khí đến độ êm dịu
chuyển động và hệ số tải trọng động. .......................................................... 47
3.3.1. Ảnh hưởng của áp suất ................................................................... 47
3.3.2. Ảnh hưởng của thể tích ban đầu ..................................................... 51
3.4. Kết luận chương 3 ................................................................................. 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 57
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT Ký hiệu
Ý nghĩa ý hiệu
Đơn vị
Mb
Khối lượng được treo
1
kg
Ma
Khối lượng không được treo
2
kg
3
DLC Hệ số tải trọng bánh xe
4
N
Tải trọng tĩnh của bánh xe Fs
5
N
FT,RMS Tải trọng động bánh xe tác dụng lên mặt đường
Gia tốc bình phương trung bình
6
m/s2
aw
Áp suất bên trong lò xo khí nén
p
7
Pa
Biên độ mấp mô mặt đường
8
m
qi
Thể tích bình chứa khí nén
V
9
m3
10
Vb ,Vr Thể tích lò xo khí nén và của bình khí
m3
Chỉ số nén đa biến
n
11
Diện tích tác d ng của lò xo khí nén
12
Ae
m2
Tiết diện đường ống dẫn khí nén
13
As
m2
Lực tác dụng của hệ thống treo
F
14
N
vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Kết cấu và nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén. ................ 5 Hình 1.2. Hệ thống treo cầu trước khí nén của Mercedes–Benz ...................... 6 Hình 1.3. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động ................................................. 6 Hình 1.4. Hệ treo khí cầu treo phụ thuộc cầu chủ động.................................... 7 Hình 1.5. Hệ treo khí cầu dẫn hướng ................................................................ 7 Hình 1.6. Hệ treo khí cầu dẫn hướng ................................................................ 8 Hình 1.7. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động ................................................. 8 Hình 1.8. Hệ treo khí 4 túi khí để hạ thấp trọng tâm ........................................ 9 Hình 1.9. Mối quan hệ giữa Đường – Ô tô - Người[2,3] ................................ 11 Hình 1.10. Các vị trí tiếp xúc dao động của người điều khiển ....................... 12 Hình 1.11. Các tần số cơ thể người ................................................................. 13 Hình 1.12. Các đường cong cảm giác như nhau ở dao động điều hòa ........... 18 Hình 1.13. Sơ đồ xác định thực nghiệm hệ số độ êm dịu K ........................... 18 Hình 2.1 Mô hình dao động 1/4 ...................................................................... 27 Hình 2.2. Mô hình phẳng dao động ô tô 2 cầu ................................................ 28 Hình 2.3. Mô hình dao động không gian ........................................................ 29 Hình 2.4. Mô hình lò xo khí nén đơn giản ..................................................... 29 Hình 2.5. Mô hình NISHIMURA ................................................................... 30 Hình 2.6. Mô hình VAMPIRE ........................................................................ 30 Hình 2.7. Mô hình SIMPAC ........................................................................... 31 Hình 2.8. Mô hình lò xo khí nén GENSYS theo phương dọc ........................ 32 Hình 2.9 Mô hình dao động của xe ................................................................. 33 Hình 2.10. Mô hình hệ thống treo ................................................................... 34 Hình 2.11. Hàm điều hoà của mấp mô ............................................................ 37 Hình 2.12. Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[6] ................... 38 Hình 2.13. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội - Lạng Sơn (đoạn 1) ........................................................................................... 39 Hình 2.14. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội - Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1) ...................................................................... 39 Hình 2.15. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội - Lạng Sơn (đoạn 2) ........................................................................................... 40
viii
Hình 2.16. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội - Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2) ...................................................................... 40 Hình 2.17. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường có chất lượng rất tốt) ....................................................................................... 42 Hình 2.18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO B (mặt đường có chất lượng tốt) ............................................................................................ 42 Hình 2.19. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường có chất lượng bình thường) ............................................................................. 43 Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể mô phỏng Matlab/Simulink ................... 42 Hình 3.2. Gia tốc theo phương thẳng đứng thân xe ........................................ 43 Hình 3.3. Lực động của bánh xe tác dụng xuống mặt đường ......................... 43 Hình 3.4. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động đến gia tốc bình phương trung bình thân xe ..................................................................................................... 45 Hình 3.5. Ảnh hưởng của vận tốc đến hệ số tải trọng động của bánh xe ....... 45 Hình 3.6. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường đến gia tốc bình phương trung bình thân xe ..................................................................................................... 46 Hình 3.7. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đên hệ số tại trọng động bánh xe...... 47 Hình 3.8 Ảnh hưởng của áp suất p0 đến gia tốc bình phương trung bình thân xe ..................................................................................................................... 49 Hình 3.9 Ảnh hưởng của áp suất p0 đến giá trị lực động tại bánh xe ............. 49 Hình 3.10. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0 đến giá trị aw ................................................................................................... 50 Hình 3.11. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0 đến giá trị DLC ................................................................................................ 50 Hình 3.12. Ảnh hưởng của thể tích khí nén trạng thái ban đầu trạng trong bộ phần đàn hồi khí nén đến tính êm dịu chuyển động của ô tô .......................... 52 Hình 3.13. Ảnh hưởng của thể tích khí nén trạng thái ban đầu trạng trong bộ phần đàn hồi khí nén đến hệ số tải trọng động của bánh xe ........................... 52 Hình 3.14. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá V0 đến giá trị aw .................................................................................................... 53 Hình 3.15. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0 đến giá trị DLC ................................................................................................ 53
ix
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1............... 21
Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[17]
......................................................................................................................... 42
Bảng 3.1. Thông số mô phỏng ........................................................................ 41
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của ô tô đến aw và DLC ..... 44
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường đến aw và DLC ..................... 46
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0 đến
giá trị aw và DLC ............................................................................................ 48
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0
đến giá trị aw và DLC ..................................................................................... 51
1
LỜI NÓI ĐẦU
Dao động ô tô là lĩnh vực được nhiều nhà khoa học và các chuyên gia
quan tâm nghiên cứu nhằm thiết kế và chế tạo ra ô tô có các tính năng ưu việt
đáp nhu cầu ngày càng cao của con người. Hiện nay các phương pháp mô
phỏng số đang được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các cơ hệ, đặc biệt quá
trình mô phỏng đã thể hiện được tính ưu việt cao và nó có thể miêu tả được cả
các hệ phi tuyến khi áp dụng vào mô phỏng hệ dao động của ô tô
Ngày nay, hệ thống treo trên ô tô có phần tử đàn hồi loại khí nén ngày
càng được dùng phổ biến trên các ô tô. Với những ưu điểm vượt trội này, hệ
thống treo khí nén được ứng dụng rộng dãi trên tất cả các loại phương tiện,
cùng với đó là hệ thống điều khiển điện tử cho loại hệ thống treo này đã trở
lên phổ biến trên toàn thế giới.
Ở Việt Nam, trong vài năm trở lại đây, nền kinh tế phát triển mạnh mẽ
kéo theo nhu cầu về tính năng tiện nghi và an toàn chuyển động. Các nhà sản
xuất và lắp ráp trong nước cũng đưa ra các sản phẩm sử dụng hệ thống treo
khí nén được sử dụng nhiều trên các xe tải, ô tô khách, ô tô khách giường
nằm, xe du lịch. Do phần tử đàn hồi khí nén của hệ thống có khả năng thay
đổi được độ cứng nhờ vào đặc tính chịu được nén của không khí trong bầu
chứa khí, có thể áp dụng việc tự động điều khiển hoặc bán tự động thay đổi độ
cứng phù hợp với các điều kiện khai thác khác nhau. Thông số hình học của
túi khí ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của hệ thống treo.
Xuất phát từ những yêu cầu trên, em lựa chọn đề tài:“Nghiên cứu ảnh
hưởng của thông số hệ thống treo khí nén xe tải hạng nặng đến độ êm dịu và
khả năng thân thiên mặt đường” dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo
PGS. TS. Lê Văn Quỳnh. Mục tiêu, phạm vi, đối tượng, phương pháp
nghiên cứu,.. của luận văn dưới đây
Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá ảnh hưởng của các thông số của hệ
thống treo đặc biệt là phần tử đàn hồi khí nén nhằm giảm các tác động xấu
đến mặt đường giao thông và độ êm dịu chuyển động.
2
Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động ¼ để nghiên cứu
đánh hiệu quả và tìm thống số thiết kế tối ưu nhằm giảm các tác động xấu đến
mặt đường giao thông và người điều khiển
Đối tượng: Hệ thống treo khí và thông số thiết kế hệ thống treo khí xe
tải hạng nặng.
Phương pháp nghiên cứu: Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần
mềm Matlab/Simulink R2012b để tìm thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống
treo xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiện với mặt đường giao
thông và độ êm dịu chuyển động
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 nghiên cứu;
Chương 3. Mô phỏng và đánh giá thông số thiết kế hệ thống treo khí.
Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình dao
động để đánh giá được hiệu quả hệ thống treo khí cho xe tải hạng nặng; Thiết
lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe; Mô phỏng và phân tích
ảnh hưởng của các thông số của hệ thống treo khí; Kết quả là cơ sở góp phần
cho việc tính toán thiết kế ứng dụng cho các phương tiện giao thông.
Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo
PGS. TS. Lê Văn Quỳnh người hướng dẫn khoa học trực tiếp tôi trong suốt
thời gian làm luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy trong khoa
Kỹ thuật ô tô và Máy động lực, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại
học Thái Nguyên, đặc biệt thầy ThS. Bùi Văn Cường đã giúp đỡ em hoàn
thành luận văn này. Do hạn chế về mặt thời gian cũng như mặt kiến thức chắc
chắn luận văn này không thể tránh khỏi sự thiếu xót, rất mong được sự đóng
góp ý bổ sung thêm của quý thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn
được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn. !
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020
HỌC VIÊN
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Mục đích chương là phân tích kết cấu và đặc tính hệ thống thống treo và
phạm vị ứng dụng của hệ thống treo ô tô, phân tích tổng quan nghiên cứu dao
động, những công trình khoa học công bố trong nước và ngoài nước nổi bật
có liên quan được làm rõ hướng đề tài nghiên cứu. Qua đó phân tích các chỉ
tiêu đánh giá về độ êm dịu chuyển động và hệ số tải trọng động là hàm mục
tiêu chính trong luận văn.
1.1. Phân tích hệ thống treo ô tô
1.1.1. Cấu tạo chung của hệ thống treo[5,6]
Hệ thống treo là bộ phận đàn hồi để liên kết bánh xe và khung xe hoặc
vỏ xe. Do vậy, nó có nhiệm vụ, yêu cầu phân loại dưới đây:
a. Nhiệm vụ: Chủ yếu của hệ thống là giảm các va đạp làm cho ô tô chuyển
động êm dịu khi ô tô chuyển động trên các mặt đường không bằng phẳng.
Mặt khác hệ thống treo 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;
4
- 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: hệ thống treo được phân loại chính như sau:
- Phân loại theo mối liên kết hệ bánh xe bên trái và bên phải: hệ thống
treo độc lập và phụ thuộc.
- Phân loại phân tử đàn hồi: hệ thống treo lá nhíp, lò xo, khí, thủy khí,
điện tử, cao su.
- Phân loại theo bộ phận dập tắt dao động: ma sát, thủy lực, điện từ.
- Phân loại điều khiển: điều khiển bán tích cực và điều khiển tích cực.
1.1.2. Giới thiệu chung về hệ thống treo khí Hệ thống treo khí có ưu điểm là không có ma sát trong phần tư đàn hồi,
trọng lượng phần tử đàn hồi nhỏ và giảm được chấn động cũng như giảm
tiếng ồn từ bánh xe lên buồng lái. Bộ phận đàn hồi khí nén với đường đặc tính
đàn hồi phi tuyến, kết cấu và việc lắp đặt khá đơn giản, được sử dụng trên các
loại xe có chất lượng tốt: xe con, xe buýt chất lượng cao, xe tải có trọng tải
lớn.
Hệ thống treo khí nén dùng trên ôtô được hình thành trên cơ sở khả
năng điều chỉnh độ cứng của buồng đàn hồi khí nén (ballon) theo chuyển dịch
của thân xe. Sơ đồ nguyên lý kết cấu của một hệ thống đơn giản được trình
bày trên Hình 1.1.
Sự hình thành bộ tự động điều chỉnh áp suất theo nguyên lý van trượt
cơ khí. Các ballon khí nén 2 được bố trí nằm giữa thân xe 3 và bánh xe 1
thông qua giá đỡ bánh xe 4. Trên thân xe bố trí bộ van trượt cơ khí 5. Van
trượt gắn liền với bộ chia khí nén (block). Khí nén được cung cấp từ hệ thống
cung cấp khí nén tới block và cấp khí nén vào các ballon.
Khi tải trọng tăng lên, các ballon khí nén bị ép lại, dẫn tới thay đổi
khoảng cách giữa thân xe và bánh xe. Van trượt cơ khí thông qua đòn nối dịch
5
chuyển vị trí các con trượt chia khí trong block. Khí nén từ hệ thống cung cấp
đi tới các ballon và cấp thêm khí nén. Hiện tượng cấp thêm khí nén kéo dài
cho tới khi chiều cao thân xe với bánh xe trở về vị trí ban đầu.
Khi giảm tải trọng hiện tượng này xảy ra tương tự, và quá trình van
trượt tạo nên sự thoát bớt khí nén ra khỏi ballon.
Hình 1.1. Kết cấu và nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén.
1- Bánh xe; 2- Ballon khí; 3- Thân xe; 4- Giá đỡ; 5- Van trượt cơ khí;
6- Cảm biến vị trí; 7- Bộ vi xử lý; 8- Bộ chia khí nén; 9- Bình chứa khí
nén.
6
Một số hệ thống treo khí và ứng dụng[7]
Hình 1.2. Hệ thống treo cầu trước khí nén của Mercedes–Benz
Trong hình 1.3 là kết cấu hệ treo khí của Hãng SAF-Holland, thiết kế
cho cầu chủ động, chịu tải 7000 đến 9000 kg. Có cơ cấu chống xoay, bảo đảm
hạn chế dao động xoắn của cầu chủ động và vì vây tăng khả năng ổn định cho
xe. Cơ cấu chống xoay có thể giảm đến 85% lực xoay ngang cầu. Với kết cấu
này không nhữg nâng cao khả năng ổn định mà còn giảm rung ồn, giảm áp
lực đường. Balon khí là loại đẳng tích, không cần phải chăm sóc bảo đưỡng
nhiều. Do có độ cao thấp nên vẫn có thể sư dụng cho các xe con.
Hình 1.3. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động
7
Hình 1.4 cũng là một thiết kế cho cầu chủ động loại ngằ, tải 10500 đến
13500 kg. Cũng có cơ cấu chống xoay, giảm được dao động xoắn cho hệ
truyền lưc, giảm rung ồn, có tuổi thọ cao.
Hình 1.4. Hệ treo khí cầu treo phụ thuộc cầu chủ động
Hình 1.5. là một thiết kế cho cầu dẫn hướng bị động, động cơ đặt sau
cho xe bus. Balon khi đặt trực tiếp giữ dầm cầu và khung, có độ cứng vữg cao
và nâng cao được khả năng ổn định.
Hình 1.5. Hệ treo khí cầu dẫn hướng
Hình 1.6. là kiểu treo khí độc lập hai đòn ngang, có khả năng hạ thấp
trong tâm xe, balon khí có chiều cao thấp, hành trình động không lớn, thân xe
ít lắc ngang. Tải của loại này là 5 000...6 500 kg.
8
Hình 1.6. Hệ treo khí cầu dẫn hướng
Hinh 1.7. là hệ thống treo khí phụ thuộc, 4 balon khí, có cơ cấu chống
xoay, có thể đỡ 10500 đến 12000 kg tải. Balon khi đặt trực tiếp dưới dầm dọc
nên khả năng bánh xe tiếp đường tốt.
Hình 1.7. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động
Hình 1.8 là kiểu treo 4 balon khí, có không gian lớn, các balon khi đặt
xa nhau nên có khả năng chống xoay tốt, nâng cao khả năng ổn định, giảm
rung ồn. Hệ này có khả năng hạ thấp trọng tâm.
1.2. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường [2,3]
Ô tô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với đường có
biên dạng phức tạp. Dao động của ô tô không những ảnh hưởng đến con
người (lái xe và hành khách), hàng hóa chuyên chở, độ bền của các cụm tổng
thành, ảnh hưởng tới độ an toàn chuyển động của ô tô, mà còn ảnh hưởng tới
9
tuổi thọ của đường. Đặc biệt trong quá trình chuyển động, sự kích động động
học của mấp mô mặt đường làm cho ô tô dao động, khi ô tô dao động làm
phát sinh tải trọng động lớn tác dụng nên hệ thống chịu tải của xe (khung vỏ),
các chi tiết, cơ cấu tổng thành…ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chúng.
Hình 1.8. Hệ treo khí 4 túi khí để hạ thấp trọng tâm
1.3. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường Ô tô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với đường có
biên dạng phức tạp. Dao động của ô tô không những ảnh hưởng đến con
người (lái xe và hành khách), hàng hóa chuyên chở, độ bền của các cụm tổng
thành, ảnh hưởng tới độ an toàn chuyển động của ô tô, mà còn ảnh hưởng tới
tuổi thọ của đường. Đặc biệt trong quá trình chuyển động, sự kích động động
học của mấp mô mặt đường làm cho ô tô dao động, khi ô tô dao động làm
phát sinh tải trọng động lớn tác dụng nên hệ thống chịu tải của xe (khung vỏ),
các chi tiết, cơ cấu tổng thành…ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chúng.
1.3.1.Các nguồn gây dao động ô tô
Đối với một cơ hệ bất kỳ, nguồn kích thích dao động có hai dạng là các
kích thích động học và kích thích lực học.
Trên ôtô có nhiều nguồn gây ra dao động của ô tô:
Độ lệch tâm và hình dạng không đồng đều của bánh xe, độ không cân
bằng của các bánh xe và các chi tiết quay của động cơ, hệ thống truyển lực.
10
Các ngoại lực xuất hiện trong quá trình chuyển động của ôtô khi tăng tốc,
khi phanh, khi quay vòng.
Các mấp mô bề mặt đường
Cho đến nay mấp mô biên dạng đường vẫn được coi là nguồn chính gây
ra dao động ô tô. Các mấp mô biên dạng đường là kích động động học từ mặt
đường, có thể mô tả bằng nhiều cách:
- Mô tả bằng các hàm xác định thường là các mấp mô dạng xung hoặc
mấp mô có dạng hàm điều hoà.
- Mấp mô biên dạng đường mô tả bằng hàm ngẫu nhiên của chiều cao
nhấp nhô theo chiều dài đường.
Việc nghiên cứu dao động của ô tô bằng mô hình ở giai đoạn phát triển
mô hình thì hai nhóm kích động đơn và tuần hoàn là hợp lý vì tín hiệu vào là
tường minh cho phép quản lý tín hiệu ra của mô hình. Khi nghiên cứu dao
động ôtô dưới tác dụng của đường ở một vài loại đường, ở một vài khu vực cụ
thể, nhất thiết phải đo đạc về đường và nhất thiết phải sự dụng hàm ngẫu
nhiên.
1.3.2. Ảnh hưởng của dao động đối với ô tô, đường giao thông và cơ thể con người Phương tiện giao thông trong quá trình chuyển động sinh các dao động,
hệ thống dao động trong mối quan hệ chặt chẽ với đường - hành khách - lái xe
(hệ thống quan hệ “Đường - Ô tô - Con người”)
Qua hình 1.9 hiện nay có các hướng nghiên cứu về hệ thống quan hệ
trên: nghiên cứu về bề mặt đường; nghiên cứu dao động của ô tô; nghiên cứu
cảm giác và sức chịu đựng của con người.
Hướng nghiên cứu thứ nhất, thực hiện bằng cả thực nghiệm và lý thuyết
nhằm mục đích xác định quy luật kích thích dao động ô tô. Bằng các phương
pháp đo ghi biên dạng đường khác nhau, tiến hành xử lý các kết quả nhận
được. Dao động của ô tô khi chuyển động là dao động cưỡng bức với nguồn
kích thích là mấp mô của mặt đường. Mấp mô mặt đường thường không có
11
quy luật (mấp mô mặt đường ngẫu nhiên), để mô tả toán học biên dạng đường
dùng các đặc trưng thống kê gồm: kỳ vọng toán học, phương sai và mật độ
phổ năng lượng của chiều cao mấp mô mặt đường. Trên thế giới có nhiều
công trình nghiên cứu về việc mô tả toán học độ mấp mô bề mặt đường.
Hình 1.9. Mối quan hệ giữa Đường – Ô tô - Người[2,3]
Hướng nghiên cứu thứ hai, nghiên cứu dao động ô tô với mục đích cải
thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng, độ
ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy... Vì vậy, nghiên cứu dao động ô tô
12
là nghiên cứu mối quan hệ giữa dao động của ô tô với các chỉ tiêu của các
chất lượng khai thác kể trên.
a) Ảnh hưởng của dao động lên cơ thể con người
Khi ô tô chuyển động sinh ra các dao động tác động lên người ngồi trên ô
tô làm cho cơ thể con người vừa thực hiện dao động riêng tắt dần và dao
động cưỡng bức. Các ảnh hưởng này được đề cập đến trong khái niệm độ êm
dịu chuyển động của ôtô. Lực kích thích tác động lên cơ thể con người bằng
một trong hai đường truyền : Có thể là tác động vào phần mông (nêu ngồi
trên ghế) hoặc tác động vào bàn chân (nếu người đó đứng). Ngoài ra đối với
người lái còn bị tác động từ vô lăng vào tay người lái. Dao động phức tạp này
gây biến đổi tâm sinh lý làm cơ thể mỏi mệt giảm năng suất làm việc gây ảnh
hưởng lâu dài đến sức khoẻ. Hình 1.10 minh họa cho tác động của dao động
đến cơ thể con người.
Hình 1.10. Các vị trí tiếp xúc dao động của người điều khiển
Ảnh hưởng của dao động ô tô đối với cơ thể con người phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố : Thời gian tác động, hướng tác động, đặc tính của hàm kích dao
động(là ngẫu nghiên, liên tục, gián đoạn có chu kỳ hay không có chu
13
kỳ…)cũng như các đại lượng đặc trưng cho dao động như : Tần số, biên độ,
vận tôc, gia tốc dao động.
Hình 1.11. Các tần số cơ thể người
Các vùng tần số kích thích của cơ thể người được thể hiện trên hình…...
Rung động trong dải tần số 3-5 Hz có thể gây ra phản ứng trong đường tiền
đình và gây rối loạn lưu thông máu trong hệ thống tuần hoàn, dẫn đến
carotenoids.
Rung động trong dải tần số 5-11 Hz có thể gây ra rối loạn ở tai trong,
đồng thời tạo ra rung động cộng hưởng của cơ thể hoặc một số bộ phận khác,
chẳng hạn như đầu, dạ dày, v.v ... Rung trong dải tần số tại 11 -45 Hz có thể
gây ra rối loạn chức năng của các cơ quan nội tạng gây giảm thị lực dẫn đến
buồn nôn và ù tai.
a. Ảnh hưởng của dao động ô tô đến độ bền xe, đường giao thông và độ
an toàn - kinh tế chuyển động.
Khi ô tô dao động sẽ phát sinh các tải trọng động tác dụng lên khung vỏ
ôtô, lên các cụm, hệ thống và các chi tiết của xe cũng như bề mặt đường…
ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của ôtô và đường. Theo số liệu thống kê
người ta thấy rằng, khi ôtô vận tải chạy trên đường xấu gồ ghề, so với ôtô
cùng loại chạy trên đường tốt bằng phẳng thì vận tốc trung bình giảm khoảng
14
(4050)%, quãng đường chạy giữa hai kỳ sửa chữa lớn giảm (3540)%, suất
tiêu hao nhiên liệu tăng (5070)%, năng suất vận chuyển giảm (3540)%, giá
thành vận chuyển tăng (5060)% [6]. Đối với độ bền chi tiết ô tô thì ảnh
hưởng của của dao động được thể hiện một cách rõ rệt. Khi dao động, gia tốc
dao động gây ra các tải trọng quán tính và có thể xẩy ra hiện tượng cộng
hưởng làm cho hư hỏng các chi tiết, khung vỏ của xe …
Dao động của ôtô sẽ gây ra sự thay đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa
mặt tiếp xúc của bánh xe với bề mặt đường. Nếu giá trị phản lực pháp tuyến
giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ giảm khả năng tiếp nhận các lực
dọc (lực kéo, lực phanh) và lực ngang, còn khi giá trị phản lực này tăng lên
thì sẽ tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường.
Trong quá trình chuyển động xe có thể xảy ra hiện tượng tách bánh (bánh
bị nhấc khỏi mặt đường) làm độ an toàn chuyển động giảm vì lúc đó mất khả
năng bám của bánh xe với mặt đường. Đối với bánh xe chủ động khi có hiện
tượng tách bánh thì công của động cơ lúc này trở thành công vô ích năng
lượng của động cơ không trực tiếp đẩy ô tô chuyển động mà làm bánh xe
quay không, sau đó bánh xe lại tiếp tục tiếp xúc với mặt đường tạo ra ma mát
trượt giữa bánh xe vơí mặt đường làm mòn lốp, gây va đập trong hệ thống
truyền lực. Nếu hiện tượng này xẩy ra nhiều và liên tục sẽ làm tăng tiêu hao
nhiên liệu ảnh hưởng đến tính kinh tế của ô tô. Ngoài ra chính các lực tác
động thường xuyên xuống mặt đường phá hỏng bề mặt đường.
Dao động của ô tô chủ yếu phụ thuộc vào thông số kết cấu của hệ thống
treo. Vì vậy yêu cầu khi thiết kế chế tạo phải lựa chọn các thông số của hệ
thống treo hợp lý vừa đảm bảo độ êm dịu, độ bền, độ cứng vững, vừa tuân
theo điều kiện làm việc nhất định của hệ thống treo.
1.4. Phân tích các chỉ tiêu đánh giá dao động của ô tô [2,3]
Để đánh giá mức độ dao động thì việc lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá
đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc nghiên cứu dao động của ô tô. Do
đó, khi thiết kế ô tô, lựa chọn hay tính toán các thông số liên quan đến dao
15
động đều phải xuất phát từ mối quan hệ giữa Đường – Ô tô - Người. Tuy
nhiên việc lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá lại không phải dễ dàng. Về mặt
nguyên tắc, trước hết phải dựa vào những đặc tính nhân chủng học, các đặc
điểm tâm sinh lý của con người Việt nam (thể hiện bằng các thông số thống
kê, đo đạc và thực nghiệm). Do sự phát triển của nền kinh tế, khoa học kỹ
thuật của nước ta vẫn còn hạn chế nên việc nghiên cứu cũng như đưa ra chỉ
tiêu đánh giá vẫn vòn hạn chế. Ở các nước trên thế giới với sự phát triển mạnh
mẽ về khoa học nên việc đánh giá khá thuận lơi nhưng các nước cũng chọn
các chỉ tiêu đánh giá không hoàn toàn giống nhau. Theo các tài liệu các công
trình nghiên cứu của nước ngoài cùng với sự kết hợp kết quả nghiên cứu của
Viện khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động Việt nam, dưới đây làm một số chỉ
tiêu đánh giá.
1.4.1. Tần số và gia tốc dao động
Quá trình tham gia giao thông của người điều là một hệ dao động, mỗi
bước đi mỗi động tác là hoạt động thường xuyên của con người đã trở thành
một thói quen. Khi con người đi lại tương đương với hệ thực hiện dao động,
tuỳ thuộc vào hình dáng, trọng lượng riêng, thói quen từng người mà số lần
bước trong một phút thường trong khoảng 60-90 bước, tương ứng với tần số
dao động khoảng 1 -1,5Hz. Vậy nên từ thói quen đó con người chịu dao động
hợp lý trong khoảng tần số vừa nêu trên. Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động
của ô tô với các điều kiện mặt đường cũng như kết cấu cụ thể thì tần số dao
động của ô tô phải nằm trong giới hạn 1 -1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh
giá dao động của ô tô như sau:
+ Tần số dao động:
Tần số dao động xe con nằm trong khoảng
n =60 – 90 lần/phút đối với xe con;
n=100-120 lần/phút đối với xe vận tải;
16
+ Gia tốc dao động
Giá trị này được lấy theo tần số trung bình trung bình của gia tốc theo
các phương X,Y,Z là
Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển
động của ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Mặt khác, điều quan
trọng hơn là dao động ô tô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu
nhiên với dải tần số rộng và phức tạp cả theo hướng tác dụng. Ngoài ra theo
một số tài liệu tham khảo các tác giả còn đưa ra một số chỉ tiêu khác đánh giá
độ êm dịu chuyển động của ô tô. Ngoài ra người ta còn đưa ra số lần va đập
do độ mấp mô của mặt đường gây ra trong 1 km đường chạy để đánh giá độ
êm dịu chuyển động của xe khi đi trên đường thực tế. Khi số lần va đập này
quá lớn sẽ mất êm dịu chuyển động đồng thời ảnh hưởng tới tuổi thọ và độ
bền của các chi tiết trong hệ thống treo.
1.4.2.Chỉ tiêu về độ êm dịu được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI a,Chỉ tiêu về độ êm dịu cho con người:
Chỉ tiêu đưa ra bằng tiêu chuẩn công nghiệp Đức VDI- 2057. Độ êm
dịu chuyển động là cảm giác của người, đặc trưng bởi nhiều thông số vật lý.
Do đó, người ta đưa ra khái niệm “cường độ dao động KB” để chỉ mức độ ảnh
hưởng của dao động với người.
Cường độ dao động KB phụ thuộc:
- Gia tốc , ,
- Tần số kích động
- Thời gian tác động
Có 3 ngưỡng được dùng để đánh giá:
- KB= 20 giới hạn êm dịu
17
- KB= 50 giới hạn điều khiển
- KB= 125 giới hạn gây bệnh lý
* Cảm giác theo gia tốc và vân tốc dao động
Chỉ tiêu này đượcđưa ra đánh giá trên cơ sở cho rằng cảm giác con
người khi chịu dao động phụ thuộc vào hệ số đệm êm dịu chuyển động K. Hệ
số K phụ thuộc vào tần số dao động, gia tốc hoặc vận tốc dao động, phương
dao động(theo phương thẳng đứng và phương ngang) và thời gian tác động
của chúng lên cở thể con người.
Hệ số K được xác định theo trị số biên độ gia tốc hoặc bình phương
trung bình theo công thức sau:
( 1-1)
+Trong đó:
: tần số dao động (Hz)
: gia tốc dao động ( )
:bình phương trung bình của gia tốc( )
: hệ số hấp thụ
Nếu K= constan thì cảm giác khi dao động sẽ không thay đổi. Nếu con
người chịu dao động ở tư thế nằm thì hệ số ky giảm đi một nửa. Hệ số K càng
nhỏ thì càng dễ chịu đựng dao động và độ êm dịu của ô tô càng cao. Giá trị
K=0.1 tương ứng với ngưỡng kích thích. Khi ngồi lâu dài trên xe K = 10-25,
khi ngồi trong thời gian ngắn K=25-63.
Những công thức và số liệu đưa ra ở trên là ứng với tác động lên con
người là hàm điều hoà. Khi kích thích dao động ở trên là hàm ngẫu nhiên thì
giá trị hệ số K được xác định theo công thức sau:
18
(1-2)
+ Trong đó:
Ki- hệ số độ êm dịu của thành phần thứ i.
n- số thành phần của hàm ngẫu nhiên
Hình 1.12. Các đường cong cảm giác như nhau ở dao động điều hòa
Giá trị của K có thể xác định bằng tính toán hoặc xác định bằng thực
K
3
1
2
nghiệm.
Hình 1.13. Sơ đồ xác định thực nghiệm hệ số độ êm dịu K
- Đánh giá cảm giác theo công suất dao động.
Chỉ tiêu này dựa trên giả thiết rằng: cảm giác của con người khi dao
động phụ thuộc vào trị số của công suất dao động truyền cho con người.
Công suất trung bình truyền đến con người sẽ là:
19
(1-3)
Trong đó: p(t)- Lực tác động lên con người khi dao động.
v- Vận tốc dao động.
Số liệu thực nghiệm theo giá trị cho phép [Nc].
+ [Nc] = 0,2 0,3 (W) – tương ứng với cảm giác thoải mái.
+ [Nc] = 6 10 (W) – là giới hạn cho phép đối với ô tô có tính năng
thông qua cao.
Ư u điểm cơ bản của chỉ tiêu này là nó cho phép kể đến tác dụng đồng
thời của dao động với các tần số khác nhau và theo các hướng khác nhau.
Năng lượng tổng cộng truyền đến con người có thể xác định như sau:
(1-4)
+ Trong đó:
K(x,y, z)i : hệ số hấp thụ;
: gia tốc dao động thẳng đứng truyền qua chân.
: gia tốc dao động thẳng đứng truyền qua ghế ngồi.
: gia tốc hướng dọc.
: gia tốc theo hướng ngang.
Các số liệu nhận được phản ánh tính phức tạp của sự cảm nhận dao động
của con người. Chúng ta có thể đưa ra kết luận chung: những tác động phụ
truyền qua chân không lớn như những tác động truyền qua ghế ngồi. Bởi vì
trong tư thế đứng tác động của dao động bị yếu đi bởi các khớp xương của
chân.
Trong điều kiện Việt Nam hiện nay khó có thể tính toán đo đạc được
toàn bộ giá trị của gia tốc theo ba phương X, Y, Z. Vì vậy chỉ tiêu công suất
trên nêu ra chỉ mang tính tham khảo
20
(1-5)
b, Chỉ tiêu về độ êm dịu cho hàng hoá
Chỉ tiêu về độ an toàn cho hàng hoá hiện nay được Hiệp hội đóng gói
Đức BFSV nêu vấn đề. Dựa vào đó, với nghiên cứu ảnh hưởng của dao động
với đường, Mistchke đề ra ngưỡng cho an toàn hàng hoá như sau:
- amax=3 m/s2 giới hạn cảnh báo
- amax=5 m/s2 giới hạn can thiệp
Giới hạn cảnh báo theo Mitschke, là tại đó hệ thống treo hoặc đường đã
hỏng dến mức phải có kế hoạch sửa chữa.
Giới hạn cảnh báo theo Mitschke, là tại đó đường đã hỏng nặng đến
mức phải sửa chữa ngay.
1.4.3. Đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn ISO * Gia tốc bình phương trung bình
Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 [19,20] đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
chuyển động ô tô thông qua gia tốc bình phương trung bình theo phương
thẳng đứng dựa theo vào các công trình nghiên cứu của thế giới. Gia tốc bình
phương trung bình theo phương thẳng đứng được xác định theo công thức
dưới đây:
(1-6)
trong đó:
awz - Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng.
az - Gia tốc theo phương thẳng đứng theo thời gian .
T - Thời gian khảo sát.
Điều kiện chủ quan đánh giá độ êm dịu ô tô theo độ lệch gia tốc quân
phương theo phương thẳng đứng ISO 2631-1 [19,20] dựa vào Bảng 1.1.
* Ưu điểm của tiêu chuẩn VBI2057 và tiêu chuẩn ISO 2631-1: thuận lợi
cho việc phân tích và đánh giá dao động toàn bộ của xe. Thông qua các mô
21
hình dao động vật lý và toán học của toàn bộ xe hoặc các phần mềm chuyên
dùng MATLAB, ADAMS, LMS hoàn toàn xác định gia tốc dao động theo
miền thời hoặc miền tần số. Hiện nay phương pháp này đã được các nhà khoa
học trên khắp thế giới áp dụng ISO 2631-1 để phân tích độ êm dịu của dao
động các phương tiện dao thông.
Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1
aWZgiá trị (m2/s) Cấp êm dịu
< 0.315 m.s-2 Thoải mái
0.315m.s-2-0.63m.s-2 Một chút khó chịu
0.5m.s-2- 1 m.s-2 Khá khó chịu
0.8 m.s-2- 1.6 m.s-2 Không thoải mái
1.25 m.s-2- 2.5 m.s-2 Rất khó chịu
>2 m.s-2 Cực kỳ khó chịu
* Thời gian mệt mỏi – giảm hiệu suất làm việc
Khi người điều khiển làm việc trong một gian dài trong môi trường sẽ
cảm thấy không thoải mái, mệt mỏi, thậm chí mắc một số bệnh nghề nghiệp
do dao động và tiếng ồn gây ra dẫn đến hiệu quả làm việc kém năng suất công
việc giảm xuống. Chính vì vậy, tiêu chuẩn iso 2631-1(1997) đã đưa ra thông
số đánh giá thời gian mệt mỏi – giảm hiệu suất lao động của người điều khiển
và được xác định theo công thức sau:
v
TFDO = ( 4a1T0)/ a2
wx
TFDX = ( 4a2T0)/ a2
wy
(1-7) TFDY = ( 4a2T0)/ a2
wz
TFDZ = ( 4a1T0)/ a2
trong đó: + TFDO ,TFDO ,TFDO ,TFDO là thời gian mệt mỏi – giảm hiệu suất
lao động
+ av , awx ,awy ,awz Gia tốc bình phương trung bình của ghế
22
ngồi điều khiển theo tổng cộng các phương X,Y, Z
+ Các hệ số a1 = 2.8 m/s2 , a2 = 2 m/s2 và T0 = 0.167 giờ theo
tiêu chuẩn quy định
1.4.4. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe
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 ô tô 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 [19,20]. Hệ số DLC
được định nghĩa bởi công thức (1-8).
(1-8)
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 (1-2 ).
(1-9)
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
23
giao thông và sẽ được trình bày ở phần sau và chương trình tính toán được
trình bày phụ lục.
1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Đối với Việt Nam theo thống kê của các công bộ khoa học, vấn đề
nghiên cứu dao động đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên
cứu. Dưới đây là mộ số công trình đã công bố có liên quan đến đến đề tài nói
riêng và dao động nói chung:
Công trình nghiên cứu của tác giả Trần Văn Hoàng[8] trong luận văn
này tác giả đã Xây dựng được mô hình dao động không gian của xe khách 16
chỗ ngồi, qua đó áp dụng nguyên lý D‟Alambe đã thiết lập được hệ phương
trình vi phân mô tả dao động của xe với 7 phương trình. Các kết quả như:
chuyển vị, vận tốc, gia tốc chuyển động của thân xe, lực tác dụng từ hệ thống
treo lên thân xe, lực từ đường tác dụng lên lốp xe... Tuy luận văn còn tồn tại
một sô hạn chế mới dừng lại ở việc nghiên cứu, tính toán, lựa chọn một cách
sơ bộ một số thông số kết cấu của hệ thống treo chứ chưa giải quyết được bài
toán tối ưu hoá các thông số trong hệ thống treo khí.
Công trình nghiên cứu của tác giả Trương Mạnh Hùng[9] Luận án đã
nghiên cứu đánh giá dao động ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén thông
qua chỉ tiêu êm dịu và an toàn chuyển động phục vụ cho công tác thiết kế, chế
tạo cũng như khai thác ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén được sản
xuất, lắp ráp ở Việt Nam.
Công trình nghiên cứu Đặng Ngọc Minh Tuấn [10] Đánh so sánh hiệu
quả hệ thống treo khí. Hệ số tải trọng động bánh xe được chọn là hàm mục
tiêu và dựa trên điều kiện ràng buộc, các thông số thiết kế hệ thống treo tối ưu
được tìm được nhằm giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông.
1.5.2. Tình hình nghiên cứu quốc tế.
Massimo SORLI và Giuseppe QUAGLIA [16] đã phân tích đặc tính hệ
thống treo khí nén dùng trên ô tô, nghiên cứu đặc tính phi tuyến hệ thống treo
24
khí nén có lắp thêm bình khí phụ . Đánh giá ảnh hưởng các thông số: thể tích,
áp suất, diện tích chịu lực của lò xo khí nén trong miền tần số đến đặc tính
động lực học hệ thống treo. Tuy nhiên công trình này mới chỉ dừng lại ở mô
hình dao động 1/4 ô tô, chưa áp dụng cho một ô tô có thông số cụ thể. Để
đánh giá đầy đủ và chính xác ảnh hưởng của hệ thống treo khí nén đến dao
động cần mô phỏng cho một ô tô cụ thể.
Công trình nghiên cứu của Katsuya Toyofuku, Chuuji Yamada,
Toshiharu Kagawa, Toshinori Fujita [13] đã nghiên cứu, xây dựng và mô
phỏng đặc tính hệ thống treo khí nén trên ô tô có sử dụng bình khí phụ , đánh
giá ảnh hưởng của chiều dài đường ống nối giữa bình khí ph và lò xo khí nén
đến đặc tính động lực học trong miền tần số. Công trình mới dừng lại ở mô
hình đơn giản, để đảm bảo độ chính xác cần mô phỏng cho một ô tô cụ thể.
Công trình nghiên cứu của CHEN Ke, ZHANG Ming and TONG
Xuefeng [12] về hệ thống treo khí nén, các tác giả đã xây dựng mô hình dao
động ô tô 7 bậc tự do với phần tử đàn hồi phi tuyến, sử dụng điều khiển mờ
trong Matlab để điều khiển gia tốc dao động thân xe, tăng tính êm dịu và an
toàn chuyển động ô tô.
Công trình nghiên cứu của William Daniel Robinson [15] về hệ thống
treo khí nén ô tô, tác giả đã nghiên cứu, phân tích và xây dựng các mô hình hệ
thống treo tuyến tính, phi tuyến. Trong mô hình hệ thống treo khí nén có sử
bình khí phụ, sau khi phân tích đặc tính hệ thống treo, tác giả tiến hành xây
dựng các bộ điều khiển bán tích cực hệ thống treo, điều khiển phần tử giảm
chấn.
Công trình nghiên cứu của Malin Presthus [14] về hệ thống treo khí nén,
tác giả đã nghiên cứu, tổng hợp các công trình và đưa ra phương pháp xây
dựng mô hình dao động hệ thống treo khí nén cho đoàn tàu, mô hình xây
dựng có kể đến yếu tố phi tuyến. Tác giả đã khảo sát mô hình dao động đánh
giá ảnh hưởng của hệ thống treo khí nén đến dao động của đoàn tàu.
25
Công trình của H.Sayyaadi và N.Shokouhi [17] các tác giả đã xây dựng
mô hình động lực học và tối ưu hệ thống treo khí nén trên đoàn tàu, xây dựng
phương pháp thí nghiệm kiểm chứng để so sánh với kết quả nghiên cứu lý
thuyết.
Nghiên cứu của Nicolas Docquier [18] về hệ thống treo khí nén sử dụng
trên tàu hỏa, tác giả đã xác định được đặc tính của phần tử đàn hồi cũng như
của phần tử giảm chấn. Đường đặc tính động lực học của lò xo khí nén phụ
thuộc vào áp suất khí nén trong buồng khí và chiều dài đường ống từ bầu khí
nén đến bình khí phụ . Xây dựng được các mô hình dao động sử dụng hệ
thống treo khí nén, các thí nghiệm về hệ thống treo khí nén sử dụng trên tàu
hỏa, xác định được các thông số đầu vào của mô hình sử dụng cho việc điều
khiển hệ thống treo.
Nghiên cứu về hệ thống treo thủy khí, Dongpu Cao [14], tác giả đã xây
dựng mô hình toán học cho hệ thống treo thủy khí trên ô tô có tải trọng lớn,
khảo sát đánh giá các yếu tố về kết cấu, vị trí bố trí các buồng khí trong hệ
thống treo ảnh hưởng đến dao động. Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến các
thông số khai thác sử dụng. Nghiên cứu này chủ tập trung vào các ô tô có tải
trọng lớn.
1.6. Mục địch, ý nghía, đối tượng, phương pháp nghiên cứu Mục đích của đề tài
- Xây dựng mô hình dao động 1/4 xe;
- Phân tích mô hình động lực học hệ thống treo khí;
- Phân tích ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo khí nén.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Phân tích ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo khí nén xe tải
hạng nặng đến độ êm dịu và khả năng thân thiên mặt đường có ý nghĩa khoa
học và thực tiễn cao cho các nhà nghiên cứu và chế tạo cơ sở lý thuyết để
hoàn thiện kết cấu hệ thống treo khí.
26
Đối tượng nghiên cứu
Hệ thống treo khí
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của thông số
thiết kế hệ thống treo khí nén.
Phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi của đề tài, chỉ xem xét mô hình dao động ¼ xe.
Kết cấu của luận văn
- Tổng quan về đề tài nghiên cứu;
- Xây dựng mô hình dao động ¼ xe;
- Phân tích ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo khí nén;
1.7. Kết luận Qua nghiên cứu chương tổng quan đưa ra được một số nội dung sau:
- Đã phân tích được kết cấu các loại hệ thống treo khí;
- Phân tích được những nguồn gây ra dao động trên ô tô và phân tích
được những ảnh hưởng xấu cuả dao động đến con người và mặt đường.
- Phân tích, thống kê được tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài
nước về nghiên cứu hệ thống treo khí nén.
- Phân tích các tiêu chuẩn đánh giá dao động và lựa chọn được tiêu
chuẩn để đánh giá cho đối tượng nghiên cứu
27
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG
Nội dung dung của chương đề cập đến cơ sở lý thuyết xây dựng mô
hình dao động phục vụ cho việc nghiên cứu. Đặc biệt trong chương này cũng
đã đưa ra các mô hình nghiên cứu cho hệ thống treo khí. Hệ phương trình vi
phân được thiết lập cho cơ hệ.
2.1. Xây dựng mô hình dao động a. Mô hình ¼
Mô hình 1/4 bao gồm hai khối lượng được treo M (đặc trưng cho khối
lượng thân xe) và không được treo m (đặc trưng bởi khối lượng bánh xe, cầu
xe và các thành phần liên kết). Phần được treo và không được treo liên kết với
nhau thông qua các phần tử đàn hồi của treo và giảm chấn, có độ cứng lò xo
là K, hệ số cản giảm chấn C, hình vẽ (2.1).
Hình 2.1 Mô hình dao động 1/4
Để có thể chuyển mô hình vật lý thành mô hình động lực học hệ dao
động ô tô, cần phải có một số giả thiết nhằm đơn giản cho việc tính toán
nhưng vẫn đảm bảo tính đúng đắn của kết quả. Quá trình nghiên cứu trong
mô hình 1/4 chỉ xét dao động của một trong bốn bánh xe, dao động của hệ là
nhỏ, tuyến tính, xung quanh vị trí cân bằng tĩnh, bánh xe lăn không trượt và
luôn tiếp xúc với đường...
28
Mô hình 1/4 có thể dùng để chọn tối ưu các thông số như độ cứng lốp,
khối lượng không được treo m, độ cứng K và hệ số cản giảm chấn C theo các
hàm mục tiêu vừa nêu trên.
b, Mô hình dao động liên kết
Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô 2 cầu ở dạng
mô hình phẳng, có nghĩa là ô tô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe
và xem độ mấp mô của biên dạng đường ở dưới bánh xe trái và phải là như
nhau. Khối lượng treo được qui dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị
khối lượng M (đại diện cho khối lượng được treo là thân xe) và m1, m2 (đại
diện cho khối lượng không được treo là cầu xe) với 4 bậc tự do là Z, φ,.
Hình 2.2. Mô hình phẳng dao động ô tô 2 cầu
Mô hình này hiệu quả với bài toán bố trí chung, và là mô hình đơn giản
khi nghiên cứu về đường và phân bổ tải khi phanh.
c. Mô hình không gian xe con
Mô hình không gian xe con con có khối lượng nhỏ, nhưng lại có yếu tố
phi tuyến hình học và vật lý lớn nên không thể bỏ qua các yếu tố này khi lập
mô hình. Đặc điểm kết cấu là vỏ chịu lực, treo trước độc lập có yếu tố phi
tuyến hình học cao.
29
Hình 2.3. Mô hình dao động không gian
Trong đó a, b, L, Bt và Bs là kích thước cơ bản của xe; mij và M là khối
lượng không được treo và được treo của thân xe; Kij là độ cứng của hệ thống
treo ô tô; Cij là hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo ô tô; KTij là độ cứng
của lốp xe; CTij là hệ số cản giảm chấn của lốp xe;;
2.2.Các mô hình nghiên cứu động lực học hệ thống treo khí nén[9]
Để nghiên cứu dao động ô sử dụng hệ thống treo khí nén, cần lựa chọn và
xây dựng mô hình toán cho phần tử đàn hồi là lò xo khí nén. Hiện nay, nghiên
cứu về mô hình hệ thống treo khí nén đã có các công trình nghiên cứu và công
bố như sau:
a. Mô hình lò xo khí nén đơn giản
Hình 2.4. Mô hình lò xo khí nén đơn giản
30
Theo mô hình K1 và K2 là các hệ số độ cứng không đổi được tính theo
diện tích chịu lực và áp suất trong lò xo khí nén, C là hệ số cản của khí nén.
Trong mô hình có kể đến yếu tố phi tuyến thông qua chỉ số nén đa biến. Mô
hình này được dùng khi trong hệ thống chỉ có một buồng thể tích, không sử
dung bình khí phụ .
b.Mô hình NISHIMURA
Hình 2.5. Mô hình NISHIMURA
Theo mô hình K1, K2 là các hệ số độ cứng không đổi được tính theo diện
tích chịu lực và áp suất trong lò xo khí nén, K3 thay đổi theo diện tích chịu lực
của lò xo khí nén, C là hệ số cản của khí nén. Trong mô hình có kể đến yếu tố
phi tuyến thông qua chỉ số nén đa biến. Mô hình này được dùng cho lò xo khí
nén có hai buồng khí nén, có thêm hệ số cản, hệ số kể đến ảnh hưởng của
dòng khí chảy qua lỗ và đường ống.
c. Mô hình VAMPIRE
Hình 2.6. Mô hình VAMPIRE
31
Theo mô hình này K1 là hệ số độ cứng trong lò xo khí nén; K2 là hệ số độ
cứng trong bình khí ph ; K3 là hệ số độ cứng của vỏ lò xo khí nén; K4 là hệ số
độ cứng của cao su làm bình khí nén; C là hệ số cản của dòng khí nén chảy
qua lỗ tiết lưu. Mô hình này có độ chính xác, trong phương trình tính toán có
kể đến khối lượng không khí di chuyển trong đường ống.
d. Mô hình SIMPAC
Hình 2.7. Mô hình SIMPAC
Theo mô hình K1 là hệ số độ cứng của khối khí trong lò xo khí nén; K2 là
hệ số độ cứng trong bình khí nén ; K3 là hệ số độ cứng do có sự thay đổi diện
tích tác dung; K4 là hệ số độ cứng của vật liệu làm vỏ lò xo khí nén; C2 là hệ
số cản giảm chấn của ống dẫn; C3 và C4 là hệ số cản giảm chấn trong lò xo
khí nén và trong bình khí nén. Mô hình được dùng khi trong hệ thống có lắp
thêm bình khí phụ
e. Mô hình GENSYS
Mô hình GENSYS [27] mô tả tương đối đầy đủ các quá trình xảy ra
trong bình khí ph và lò xo khí nén: quá trình nhiệt động học, quá trình ma sát,
quá trình đàn hồi,... Mô hình động lực học này có thể áp dụng cho lò xo khí
nén làm việc ở cả phương ngang và phương dọc.
32
Hình 2.8. Mô hình lò xo khí nén GENSYS theo phương dọc
Theo mô hình ke là hệ số độ cứng trong lò xo khí nén; kv là hệ số độ cứng
trong bình khí phí và ống dẫn; Cw là hệ số cản của dòng khí trong đường ống;
M là khối lượng dòng khí trong mô hình quy đổi theo khối lượng dòng khí
theo thực tế. Mô hình này mô tả tương đối chính xác các quá trình động lực
học xảy ra trường hệ thống, áp dụng cho hệ thống treo có lắp thêm bình khí
nén. Mô hình này đã được nhiều tác giả áp dụng xây dựng mô hình dao động
trên các đoàn tàu và được đánh giá có độ chính xác cao.
2.3. Xây dựng mô hình dao động khảo sát cho xe tải hạng nặng
Căn cứ từ những giả thiết trên mô hình dao động với hệ thống treo phần
tử đàn hồi lá khí nén được chọn để xây mô hình dao động. Mô hình dao động
được thể hiện trên Hình 2.9.
33
Hình 2.9 Mô hình dao động của xe
Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động
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.
34
: là tổng các lực quán tính tác dụng lên vật.
Mô hình xây dựng gồm 2 vật:
- Vật 1: 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, ...
Đặc trưng cho 1 vật có khối lượng ms và có chuyển vị theo phương đứng đặt
tại vị trí trọng tâm.
- Vật 2: 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.
Phương trình vi phân mô tả dao động vật 1
Căn cứ vào các phân tích trên trong giới hạn luận văn tác giả chọn mô
hình hệ thống treo có phần tử đàn hồi là khí nén và hệ thống treo có phần tử
đàn hồi là lá nhíp được thiết lập như hình 2.10
- Theo lý thuyết hệ nhiều vật chúng ta tách liên kết của ghế ra khỏi cơ hệ
và thay vào đó các phản lực liên kết
(a)Phận tử đàn hồi khí nén (b)Mô hình hệ thống treo khí nén
Hình 2.10. Mô hình hệ thống treo
35
Dựa vào mô hình 2.10(b) lực hệ thống treo hệ thống treo khí nén được
định nghĩa theo công thức:
(2-2)
Trong đó: Kair - Độ cứng bộ phần đàn hồi khí C- Hệ số cản của hệ thống
treo.
Độ cứng của bộ phận đàn hồi có thể được xác định bằng phương pháp
thực nghiệm hoặc xác định bằng nhiệt động lực học. Trong nghiên cứu này,
độ cứng Kair được xác định định theo phương nhiệt động lực học theo tài
liệu[23] và nó phụ thuộc vào thể tích, tiết diện và thông số hình học của phần
tử đàn hồi khí. Trên hình 2.10b, độ cứng của phần tử đàn hồi khí được định
nghĩa lực đạo hàm của lực đàn hồi theo biến dạng theo phương đứng z= zb-
zavà được xác định theo công thức :
(2-3)
Hiệu quả của thể tích và diện tích được định nghĩa theo công thức:
(2-4)
Dựa vào định luật nhiệt động lực học[23], nếu quá trình nén hoặc quá
trình trả của phần tử khí là đủ lớn, quá trình này được xem là quả trình đoạn
nhiệt. Do đó, trạng thái khí của phần tử đàn hồi khí có thể được định nghĩa
sau:
(2-5)
Trong đó: Ve, Ae và z lần lượt là hiệu quả thể tích, diện tích và biến dạng
theo phương thẳng đứng của phần tử đàn hồi khí; V0 và A0 lần lượt là hiệu quả
ban đầu thể tích và diện tích; 1 và 2lần lượt hệ số thay đổi hiệu quả thể tích
và diện tích theo biến dạng z; p0 và pe lần lượt là áp suất trạng thái đầu và cuối
pa là áp suất khí quyển tiêu chuẩn, n là hệ số đoạn nhiệt. Thay công thức (2-3)
và (2-4) vào (2-5) ta có công thức tính độ cứng Kair.
36
Phương trình vi phân mô tả dao động vật 2
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.
(2-6)
Ta có hệ phương trình vi phân cơ hệ
(2-7)
2.4. Hàm mấp mô mặt đường[10]
Hiện nay, để miêu tả mấp mô mặt đường ngẫu nhiên có rất nhiều phương
pháp như đo trực tiếp hoặc theo phương pháp thống kê để xây dựng hàm số
thực nghiệm.
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 pháp này đã được nhiều tác giả áp dụng trong các bài toán như: đánh
giá các 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:
(2-8)
Trong đó là chiều cao mấp mô, là tần số và chu kì kích thích dao
động.
37
q
q
qo
qo
t
x
T =2/
S =2/
a) Phụ thuộc thời gian t b) Phụ thuộc vào quãng đường x
Hình 2.11. Hàm điều hoà của mấp mô
Ta có phương trình hàm kích động theo quãng đường x:
(2-9)
Trong đó:
là tần số sóng mặt đường;
S là chiều dài sóng mặt đường.
Khi ô tô chuyển động đều, ta có nên ở thời điểm t ta có:
; ; (2-10)
Vậy hàm điều hòa dao động sẽ là:
(2-11)
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 (2-12)
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:
(2-13)
38
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[11].
Dưới đây là sơ đồ thiết bị đo:
Hình 2.12. 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
Hà Nội - Lạng Sơn dưới dạng đồ thị[6] dưới đây:
39
Hình 2.13. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -
Lạng Sơn (đoạn 1)
Hình 2.14. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -
Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1)
40
Hình 2.15. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -
Lạng Sơn (đoạn 2)
Hình 2.16. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -
Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2)
41
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[18] 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 phân 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
tiêu chuẩn GB7031(1986)[18] về cách phân loại mặt đường và là tín hiệu kích
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:
(2-14)
là hệ số tần số được miêu tả tần số 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), 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:
(2-15)
trong đó với i=1,2,3…n, là pha ngẫu nhiên phân bố
.
42
Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO
8068[17]
Cấp A B C D E F G
Tình trạng mặt Rất Bình Rất Quá Tốt Xấu Tồi đường tốt thường xấu 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
ISO, một số kết quả mấp mô mặt đường dạng đồ thị.
Hình 2.17. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt
đường có chất lượng rất tốt)
Hình 2.18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO B (mặt
đường có chất lượng tốt)
43
Hình 2.19. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt
đường có chất lượng bình thường)
2.5. Kết luận chương 2 Kết quả chương này đã xây dựng được mô hình dao động với phần tử
đàn hồi là khí nén của hệ thống treo. Trên cơ sở đó xây dựng hệ phương trình
vi phân mô tả cho cơ hệ. Ngoài ra trong chương này cũng đã phân tích được
một số mô hình có phần tử đàn hồi là khí nén trong bài toán nghiên cứu dao
động. Các hàm mấp mô mặt đường được phân tích để thực hiện cho việc đánh
giá. Kết quả sẽ được làm rõ ở chương tiếp theo.
41
Chương 3: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG
SỐ HỆ THỐNG TREO KHÍ
Mục đích của chương này là tiến hành mô phỏng hệ thống treo khí nén
dưới các điều kiện khai thác. Mô phỏng và phân tích thay đổi thông số của hệ
thống treo khí để khảo sát ảnh hưởng của các thông số phần tử đàn hồi khí
nén đến độ êm dịu chuyển động ô tô và độ thân thiện với mặt đường qua hệ số
tải trọng động của bánh xe (DLC)
3.1. Mô phỏng
3.1.1. Thông số đầu vào cho mô phỏng
Để giải hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe, phần mềm
Matlab/Simulink R2012b được sử dụng mô phỏng và tính toán các hàm mục
tiêu khi xe hoạt động điều kiện khác nhau với các thông số thể hiện trong bản
3.1 dưới đây:
Bảng 3.1. Thông số mô phỏng
STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Khối lượng được treo 1554 kg Mb
2 Khối lượng không được treo 4871 kg Ma
3 Hệ số cản của hệ thống treo C 2.5539x104 N.s/m
4 Độ cứng đặc trưng cho lốp 1.7933x106 N/m Kt
5 Hệ số cản đặc trưng của lốp 2.414 x103 N.s/m Ct
7 Áp suất khí quyển pa 0.1 x106 Pa
8 Thể tích ban đầu V0 0.0333 m3
9 Diện tích tiếp xúc A0 0.0906 m2
10 Áp suất ban đầu p0 2.865 x106 Pa
11 Hệ số đoạn nhiệt n 1.4
3.1.2. Sơ đồ mô phỏng trong Simulink
Mô hình tổng thể mô phỏng sử dụng Matlab/Simulink để giải phương
trình vi phân được thể hiện trên hình 3.1 gồm các khối được treo; khối lượng
42
không được treo, hệ thống treo, khối các lực đàn hồi và cản đặc trưng cho lốp
xe , khối mô tả mấp mô mặt đường.
Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể mô phỏng Matlab/Simulink
3.1.3. Kết quả mô phỏng và thảo luận
Tiến hành chạy chương trình mô phỏng sơ đồ tổng thể ở phần 3.1 với
thông số mô phỏng bảng 3.1 khi xe đầy tải chuyển động trên mặt đường ISO
cấp B với vận tốc v=72km/h. Gia tốc theo phương thẳng đứng của thân xe và
lực động của bánh xe tác dụng xuống mặt đường được thể hiện trên Hình 3.2
và Hình 3.3.
43
Hình 3.2. Gia tốc theo phương thẳng đứng thân xe
Hình 3.3. Lực động của bánh xe tác dụng xuống mặt đường
Từ kết quả Hình 3.2 và Hình 3.3, chúng ta xác định được các giá trị gia
tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng thân xe và hệ số tải trọng
động bánh xe lần lượt là aw= 0.3723 m/s2 và giá trị DLC= 0.165. Từ các kết
quả này, căn cứ vào tiêu chuẩn ISO 2631-1 về đánh giá ảnh hưởng của dao
động đến con người và giới hạn hệ số tải trọng động bánh xe, hiệu quả hệ
thống treo của xe nguyên bản thỏa mãn điều kiện êm dịu và thân thiện với
44
mặt đường. Điều kiện khai thác và các thông số hình học của bộ phần đàn hồi
khí của hệ thống treo khí sẽ được tiếp tục nghiên cứu ở các phân tiếp theo.
3.2. Ảnh hưởng điều kiện khai thác đến độ êm dịu và sự thân thiện với mặt đường 3.2.1. Ảnh hưởng của vận tốc
Để khảo sát ảnh hưởng của các vận tốc chuyển động đến độ êm dịu của
thân xe và hệ số tải trọng động của bánh, các vận tốc chuyển động v=[40, 50,
60, 70] km/h được chọn để khảo sát khi xe đầy tải chuyển động trên mặt
đường ISO cấp B. Các giá trị gia tốc bình phương trung bình theo phương
thẳng đứng thân xe và hệ số tải trọng động của bánh xe được xác định dựa
vào công thức (1.6) và (1.8). Để thuận lợi, tác giả đã xây dựng chương trình
tính toán viết bằng chương trình trong m.flie trong môi trường của phần mềm
Matlab. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của ô tô đến độ êm dịu của thân
xe và khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ được thể hiện trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của ô tô đến aw và DLC
V=40km/h V=50km/h V=60km/h V=70km/h Vận tốc
0.2818 0.3138 0.3421 0.3675 aw/(m/s2)
0.124 0.139 0.152 0.163 DLC
Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động đến các giá trị gia tốc bình
phương trung bình (aw) và hệ số tải trọng động của bánh xe (DLC) được thể
hiện trên Hình 3.4 và hình 3.5.
45
Vận tốc(km/h)
Hình 3.4. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động đến gia tốc bình phương
trung bình thân xe
Vận tốc(km/h)
Hình 3.5. Ảnh hưởng của vận tốc đến hệ số tải trọng động của bánh xe
Từ kết quả Bảng 3.2 và Hình 3.4 và Hình 3.5, chúng ta thấy rằng khi vận
tốc chuyển động của ô tô tăng, thì giá trị aw và DLC đều tăng, điều đó có
nghĩa rằng độ êm dịu của thân xe và mức độ thân thiện mặt đường quốc lộ
giảm xuống.
46
3.2.2. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường
Trong quá trình chuyển động của ô tô, thì mặt đường là một trong những
yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến độ êm dịu. Để đánh giá ảnh hưởng
của mấp mô mặt đường đến độ êm dịu của thân xe và khản năng thân thiện
mặt đường quốc lộ, các điều kiện mặt đường ISO loại B, ISO loại C, ISO loại
D, ISO loại E và xe đầy tải chuyển với vận tốc 72km/h. Ảnh hưởng của mấp
mô mặt đường đến độ êm dịu của thân xe và khả năng thân thiện mặt đường
quốc lộ được thể hiện trong Bảng 3.3.
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường đến aw và DLC
Điều kiện đường ISO loại B ISO loại C ISO loại D ISO loại E
0.6701 1.1805 2.1356 aw/(m/s2) 0.3723
0.165 0.298 0.523 0.946 DLC
Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường đến các giá trị gia tốc bình phương
trung bình (aw) và hệ số tải trọng động của bánh xe (DLC) được thể hiện trên
Hình 3.7 và hình 3.8.
Hình 3.6. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường đến gia tốc bình phương
trung bình thân xe
47
Hình 3.7. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đên hệ số tại trọng động bánh xe
Từ kết quả Bảng 3.3 và Hình 3.6 và Hình 3.7, chúng ta thấy rằng khi tình
trạng mấp mô mặt đường biến xấu, thì giá trị aw và DLC đều tăng, điều đó có
nghĩa rằng độ êm dịu của thân xe và mức độ thân thiện mặt đường quốc lộ
giảm xuống.
Để đánh giá ảnh hưởng của thông số thiết kế ban đầu của bộ phận đàn
hồi đến độ êm dịu chuyển động ô tô và mức độ thân thiện mặt đường quốc lộ,
ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo khí đến độ êm dịu chuyển động và
hệ số tải trọng động sẽ tiếp tục được phân tích dưới đây.
3.3. Phân tích ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo khí đến độ êm dịu chuyển động và hệ số tải trọng động. 3.3.1. Ảnh hưởng của áp suất
Để khảo sát ảnh hưởng của áp suất khí nén trạng thái ban đầu trong bộ
phần đàn hồi khí nén đến tính êm dịu chuyển động của ô tô và hệ số tải trọng
động của bánh xe, thì các thông số độ cứng tương đương p=[0.2 0.4 0.6 0.8 1
1.2 1.4 1.6 1.8 2]xp0. Trong đó p0 là giá trị của xe nguyên bản, khi xe chuyển
động trên mặt đường ISO loại B với vận tốc v=72km/h. Ảnh hưởng của áp
suất khí nén trạng thái ban đầu trong bộ phần đàn hồi khí nén đến tính êm dịu
chuyển động của ô tô và hệ số tải trọng động của bánh xe được thể hiện trên
trong bảng 3.4.
48
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá
p0 đến giá trị aw và DLC
Giá trị
P(Pa) STT DLC aw
0.2115 0.153 1 p=0,2.p0
0.2416 0.151 2 p=0,4.p0
0.2820 0.153 3 p=0,6.p0
0.3257 0.158 4 p=0,8.p0
0.3723 0.165 5 p=1,0.p0
0.4189 0.175 6 p=1,2.p0
0.4621 0.185 7 p=1,4.p0
0.5128 0.199 8 p=1,6.p0
0.5775 0.22 9 p=1,8.p0
0.6480 0.243 10 p=2,0.p0
Các giá trị gia tốc bình phương trung bình của thân xe và hệ số tải trọng
của động bánh xe trong bảng 3.4 được xác định theo công thức công thức(1.6)
và (1.8) khi các giá trị áp suất ban đầu của bộ phận đàn hồi khí nén thay đổi.
Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0 đến giá trị aw
và DLC được thể hiện trên Bảng 3.4.
Từ dữ liệu kết quả bảng trên tác giả lấy 3 giá trị p=p0, p=p0 và p=2p0 sử
dụng phần mềm Matlab xuất kết quả minh họa cho đồ thị gia tốc và lực động
tại bánh xe như hình 3.8 và 3.9 dưới đây:
49
Hình 3.8 Ảnh hưởng của áp suất p0 đến gia tốc bình phương trung bình
thân xe
Hình 3.9 Ảnh hưởng của áp suất p0 đến giá trị lực động tại bánh xe
50
Nhận xét:
Nhìn Bảng 3.4 và đồ thị 3.8; 3.9 chúng ta có thể đưa ra một số nhận xét dưới
sau:
Chúng ta thấy rằng khi áp suất trạng thái ban đầu của túi khí tăng, thì giá
trị aw và DLC đều tăng, điều đó có nghĩa rằng độ êm dịu của thân xe và mức
độ thân thiện mặt đường quốc lộ giảm xuống.
Đối với gia trị p0 khi tăng lên thì các giá trị như gia tốc bình phương
trung bình và hệ số tải trọng động gần như tăng đều và tuyến tính
Hình 3.10 và 3.11 thể hiện cho sự gia tăng đó:
Hình 3.10. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá
p0 đến giá trị aw
Hình 3.11. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá
p0 đến giá trị DLC
51
3.3.2. Ảnh hưởng của thể tích ban đầu
Để khảo sát ảnh hưởng của áp suất khí nén trạng thái ban đầu trong bộ
phần đàn hồi khí nén đến tính êm dịu chuyển động của ô tô và hệ số tải trọng
động của bánh xe, thì các thông số độ cứng tương đương V=[0.2 0.4 0.6 0.8 1
1.2 1.4 1.6 1.8 2]xV0. Trong đó V0 là giá trị của xe nguyên bản, khi xe chuyển
động trên mặt đường ISO loại B với vận tốc v=72km/h. Ảnh hưởng của thể
tích trạng thái ban đầu trong bộ phần đàn hồi khí nén đến tính êm dịu chuyển
động của ô tô và hệ số tải trọng động của bánh xe được thể hiện trên trong
bảng 3.5.
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá
p0 đến giá trị aw và DLC
Giá trị
STT P(Pa) aw DLC
0.3703 0.164 1 V=0,2.V0
0.3716 0.165 2 V=0,4.V0
0.3712 0.163 3 V=0,6.V0
0.3722 0.166 4 V=0,8.V0
0.3723 0.165 5 V=1,0.V0
0.3723 0.164 6 V=1,2.V0
0.3724 0.165 7 V=1,4.V0
0.3723 0.165 8 V=1,6.V0
0.3724 0.165 9 V=1,8.V0
0.3724 0.165 10 V=2,0.V0
Các giá trị gia tốc bình phương trung bình của thân xe và hệ số tải trọng
của động bánh xe trong bảng 3.5 được xác định theo công thức công thức(1.6)
và (1.8) khi các giá trị áp suất ban đầu của bộ phận đàn hồi khí nén thay đổi.
52
Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá V0 đến giá trị aw
và DLC được thể hiện trên Bảng 3.5.
Từ dữ liệu kết quả bảng trên tác giả lấy 3 giá trị V=0.2V0, V=V0 và
V=2V0 sử dụng phần mềm Matlab xuất kết quả minh họa cho đồ thị gia tốc và
lực động tại bánh xe như hình 3.12 và 3.13 dưới đây:
Hình 3.12. Ảnh hưởng của thể tích khí nén trạng thái ban đầu trạng trong
bộ phần đàn hồi khí nén đến tính êm dịu chuyển động của ô tô
Hình 3.13. Ảnh hưởng của thể tích khí nén trạng thái ban đầu trạng trong
bộ phần đàn hồi khí nén đến hệ số tải trọng động của bánh xe
53
Nhận xét:
Từ kết quả Bảng 3.5 và Hình 3.12 và Hình 3.13, chúng ta thấy rằng khi
thì giá trị
thể tích trạng thái ban đầu của túi khí tăng trong khoảng
thì giá aw và DLC được dự đoán rằng có xu hướng tăng lên. Khi
trị nghiệm của aw và DLC là khó xác định quy luật phân bổ do bộ phận khí
nén có tính chất phi tuyến cao.
Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá V0 đến
giá trị aw và DLC được thể hiện trên Hình 3.14 và Hình 3.15.
Hình 3.14. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá
V0 đến giá trị aw
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá
p0 đến giá trị DLC
54
3.4. Kết luận chương 3
Kết quả chương này xây dựng được sơ đồ khối tổng thể để giải hệ
phương trình vi phân. Từ đó, đánh giá được ảnh hưởng của các điều kiện khai
thác như vận tốc chuyển động và mấp mô mặt đường đến độ êm dịu chuyển
động của ô tô và hệ số tải trọng động của bánh xe, kết quả cụ thể:
- Vận tốc chuyển động của ô tô tăng, thì giá trị aw và DLC đều tăng, điều
đó có nghĩa rằng độ êm dịu của thân xe và mức độ thân thiện mặt đường quốc
lộ giảm xuống.
-Tình trạng mấp mô mặt đường xấu, thì giá trị aw và DLC đều tăng, điều
đó có nghĩa rằng độ êm dịu của thân xe và mức độ thân thiện mặt đường quốc
lộ giảm xuống.
Đánh giá được ảnh thông số trạng thái ban đầu của túi khí của hệ thống
treo đến độ êm dịu của thân xe và hệ số tải trọng động của bánh xe, cụ thể:
- Thể tích trạng thái ban đầu của túi khí tăng, thì giá trị aw và DLC có
xu hướng đều tăng, điều đó có nghĩa rằng độ êm dịu của thân xe và mức độ
thân thiện mặt đường quốc lộ có phần bị hạn chế.
- Áp suất trạng thái ban đầu của túi khí tăng, thì giá trị aw và DLC đều
tăng, điều đó có nghĩa rằng độ êm dịu của thân xe và mức độ thân thiện mặt
đường quốc lộ giảm xuống.
- Trong khuôn khổ của luận văn cũng như trong chương này tác giả
chưa để cấp đến khoảng giá trị tối ưu của thông số thể tích và áp suất. Đối với
điều kiện khai thác khuyến cáo rằng nếu khai thác trong điều kiện mặt đường
xấu thì chú ý đến thời gian làm việc để hạn chế được dao động tác động lên
người điều khiển tránh giảm hiệu suất công việc. Tương tự, khai thác ở tốc độ
cao cũng cần xem xét đến thời gian làm việc.
55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Sau một thời gian nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân được sự hướng
dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Lê Văn Quỳnh và các thầy cô trong
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;
- Xây dựng được mô hình dao động để đánh giá hàm mục tiêu;
- Phân tích được các hàm kích thích dao động như mấp mô mặt đường;
- Phân tích và đưa ra được một số các công trình nghiên cứu có liên quan
đến đề tài nghiên cứu;
Phân tích hiệu được ảnh hưởng của các chế độ khai thác của ô tô ảnh
hưởng đến hàm mục tiêu, kết quả cụ thể:
- Đánh giá được ảnh hưởng của các điều kiện khai thác như vận tốc
chuyển động và mấp mô mặt đường đến độ êm dịu chuyển động của ô tô và
hệ số tải trọng động của bánh xe, kết quả cụ thể:
- Vận tốc chuyển động của ô tô tăng, thì giá trị aw và DLC đều tăng, điều
đó có nghĩa rằng độ êm dịu của thân xe và mức độ thân thiện mặt đường quốc
lộ giảm xuống.
- Tình trạng mấp mô mặt đường biến xấu, thì giá trị aw và DLC đều tăng,
điều đó có nghĩa rằng độ êm dịu của thân xe và mức độ thân thiện mặt đường
quốc lộ giảm xuống.
Đánh giá được ảnh thông số trạng thái ban đầu của túi khí của hệ thống
treo đến độ êm dịu của thân xe và hệ số tải trọng động của bánh xe, cụ thể:
- Thể tích trạng thái ban đầu của túi khí tăng, thì giá trị aw và DLC đều
tăng, điều đó có nghĩa rằng độ êm dịu của thân xe và mức độ thân thiện mặt
đường quốc lộ bị hạn chế.
56
- Áp suất trạng thái ban đầu của túi khí tăng, thì giá trị aw và DLC đều
tăng, điều đó có nghĩa rằng độ êm dịu của thân xe và mức độ thân thiện mặt
đường quốc lộ giảm xuống.
Tuy nhiên luân văn còn một số hạn chế, hy vọng trong tương lai sẽ hoàn
thiện theo các hướng sau đây:
- Luận văn mới chỉ đánh giá trên mô hình đơn giản ¼ trong nghiên cứu
tới sẽ xây dựng mô hình nhiều bậc tự do hơn để sát kết quả thực tế;
- Phân tích mô hình toán và tối ưu điều khiển hệ thống treo khí nén;
- Đưa ra được bộ thông số tối ưu cho nhà thiết kế;
- Áp dụng thuật toán tối ưu một hay nhiều hàm mục tiêu để tối ưu các
thông số thông số của túi khí;
- Thí nghiệm thực tế để so sánh với kết quả mô phỏng.
57
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
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. Võ Văn Hường (2008), Bài giảng kết cấu Ô tô, Trường ĐHBK Hà Nội.
6. Nguyễn Khắc Trai và một số tác giả khác(2009), Kết cấu ô tô, Trường
ĐHBK Hà Nội.
7. Đoàn Nguyễn Uyên Minh(2014), Nghiên cứu các giải pháp điều khiển hệ
thống treo ô tô, Luận văn thạc sĩ ,Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội.
8 . Trần Văn Hoàng(2013), Nghiên cứu hệ thống treo khí trên ô tô, Luận văn
thạc sĩ ,Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội.
9. Trương Mạnh Hùng(2017), Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử
dụng hệ thống treo khí nén, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường ĐH GTVT Hà
Nội
10. Đặng Ngọc Minh Tuấn(2017), Nghiên cứu tối ưu bộ thông số thiết kế hệ
thống treo khí cho ô tô tải hạng nặng nhằm giảm tác động xấu đến mặt đường
quốc lộ, Luận văn thạc sĩ, Trường ĐH kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái
Nguyên
11. 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
58
Tiếng anh
12. Chen Ke, ZHANG Ming and TONG Xuefeng (2012),“Vibration
Characteristic Analysis of Vehicle Air Suspension Based on Fuzzy
Control”, School of Automotive and Traffic, Shenyang Ligong University,
Shenyang 110159, China.
13. Katsuya Toyofuku, Chuuji Yamada, Toshiharu Kagawa, Toshinori
Fujita(1999), “Study on dynamic characteristic analysis of air spring with
auxiliary chamber”, Society of Automotive Engineers of Japan Inc. and
Elsevier Science B.V. All rights reserved, Japan.
14. Manlin Presthus (2002), Derivation of Air spring Model Parmeters
for Train Simulation. Master‟s thesis, Lulea University of technology,
Sweden.
15. William Daniel Robinson (2012), A pneumatic semi-active control
methodology for vibration control of air spring based suspension systems,
PhD thesis, Iowa State University, Ames, Iowa, USA.
16. Massimo SORLI and Giuseppe QUAGLIA (1999) “Analysis of
vehicular air suspensions”, Department of Mechanics-Technical University
Politecnico di Torino, Corso Duca degli Abruzzi, 24-10129 Torino-Italy
17 H. Sayyaadi and N. Shokouhi(2009), New Dynamics Model for Rail
Vehicles and Optimizing Air Suspension Parameters Using GA, School of
Mechanical Engineering, Sharif University of Tech nology, Tehran, P.O. Box
11155-9567, Iran.
18. Nicolas Docquier (2010), Multiphysics Modelling of Multibody Systems:
Application to Railway Pneumatic Suspensions, Universite catholique de
Louvain.
19. 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
20. ISO 8068(1995). Mechanical vibration-Road surface profiles - reporting
of measured data
