Mô Phỏng Và Phân Tích Hiệu Quả Hệ Thống Treo Cao Su Của Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Khả Năng Thân Thiện Mặt Đường.doc

Tải tài liệu tại sividoc.com
Viết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
DƯƠNG ĐỨC MINH
MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO
CAO SU CỦA Ô TÔ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN KHẢ NĂNG
THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Thái Nguyên – 2018

ii
LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên: Dương Đức Minh
Học viên: Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-
Đại học Thái Nguyên.
Nơi công tác: Công ty cổ phần đăng kiểm xe cơ giới giao thông Lào
Cai - 2401D
Tên đề tài luận văn thạc sĩ: Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ
thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt
đường.
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Mã số: 60520116
Sau gần hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa
chọn thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng và phân tích hiệu quả
hệ thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt
đường.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy giáo PGS.TS. Lê
Văn Quỳnh, ThS. Lê Xuân Long, ThS. Bùi Văn Cường 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 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 2018
HỌC VIÊN
Dương Đức Minh

iii
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 giảng viên
Nhà trường, 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 các thầy giáo PGS.TS. Lê Văn
Quỳnh, ThS. Lê Xuân Long, ThS. Bùi Văn Cường 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, 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!
HỌC VIÊN

iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...............................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................iii
MỤC LỤC........................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ................................................vii
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................1
CHƯƠNG 1.......................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.....................................................3
1.1.Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải...........................................................3
1.1.1 Hệ thống treo........................................................................................3
1.1.2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải[5,6].............................4
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài...................................11
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước......................................................11
1.2.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài .....................................................15
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ ..............16
1.3.1. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe.............................................16
1.3.2. Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức[34,35]..............................17
1.4.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn .......................18
1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu..........................................................................18
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu ..................................19
1.4.3. Phương pháp nghiên cứu...................................................................19
1.4.4. Nội dung nghiên cứu.........................................................................19
1.5. Kết luận chương .....................................................................................19
CHƯƠNG 2.....................................................................................................20
XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI.............................................20
2.1. Các phương pháp xây dựng và mô phỏng dao động..............................20
2.2. Xây dựng mô hình dao động của xe tải .................................................21
2.2.1. Các giả thiết mô hình dao động tương đương...................................21

v
2.2.2. Mô hình dao động xe tải hạng nặng..................................................23
2.2.3. Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động................................24
2.2.4. Mô hình và xác định lực của hệ thống treo.......................................36
2.2.5. Phân tích và lựa chọn kích thích dao động .......................................39
2.3. Kết luận: .................................................................................................46
CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO
CAO SU ..........................................................................................................47
3.1. Mô phỏng ...............................................................................................47
3.1.1. Mô phỏng dao động của ô tô.............................................................47
3.1.2 Chọn thông số xe mô phỏng...............................................................48
3.1.3 Mô phỏng ...........................................................................................50
3.2. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su .................................................53
3.2.1. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su khi xe chuyển động trên các
mặt đường khác nhau ......................................................................................53
3.2.2. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với vận tốc chuyển động thay
đổi....................................................................................................................54
3.2.3. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với tải trọng thay đổi thay đổi
56
3.3. Kết luận ................................................................................................57
KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ.........................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................60
PHỤ LỤC 1.....................................................................................................64
CHƯƠNG TRÌNH MIÊU TẢ MẤP MÔ MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ THEO
TIÊU CHUẨN ISO 8068................................................................................64
PHỤ LỤC 2.....................................................................................................66
KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB................66
PHỤC LỤC 3 ..................................................................................................72
BÀI BÁO QUỐC GIA....................................................................................72

vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15]
45
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe tải 3 cầu[38,39]................................48
Bảng 3.2. Thông số hệ thống treo phần tử khí................................................50

vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1-1. Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá. ...............................................4
Hình 1-2. Sơ đồ nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén..........................7
Hình 1-3. Hệ thống treo khí nén đơn ................................................................7
Hình 1-4. Hệ thống treo khí nén kép.................................................................8
Hình 1-5. Hệ thống treo khí nén ba cầu sau......................................................8
Hình 1-6. Hình dáng bề ngoài của xe tải AD250 của Trung Quốc...................9
Hình 1-7. Hệ thống treo cao su .........................................................................9
Hình 1-8. Hệ thống treo kết hợp giữa khí nén và nhíp ...................................10
Hình 1-9. Túi hơi đạt trên nhíp và chính giữa.................................................10
Hình 1-10. Túi hơi đạt trên nhíp và lệch qua một bên....................................10
Hình 1-11. Túi hơi không đặt trên nhíp. .........................................................11
Hình 2-1. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động phương pháp 1 ...20
Hình 2-2. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động phương pháp 2 ...21
Hình 2-3 Mô hình dao động của ô tô tải hạng nặng 3 cầu ..............................24
Hình 2-4. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cabin........................................25
Hình 2-5. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe.....................................28
Hình 2-6. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 1........................................32
Hình 2-9. Mô hình hệ thống treo khí nén........................................................36
Hình 2-10. Mô hình hệ thống treo khí nén mới ..............................................38
Hình 2-11. Hàm điều hoà của mấp mô ...........................................................40
Hình 2-12. Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[15] .................41
Hình 2-13. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -
Lạng Sơn (đoạn 1)...........................................................................................42
Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1)......................................................................42

viii
Lạng Sơn (đoạn 2)...........................................................................................43
Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2)......................................................................43
Hình 2-17. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường
có chất lượng rất tốt) .......................................................................................45
Hình 2-18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường
có chất lượng trung bình) ................................................................................46
Hình 2-19. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường
có chất lượng rất xấu)......................................................................................46
Hình 3-1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04...48
Hình 3-2. So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo
khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp B với vận tốc v=40 km/h .. 51
khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp C với vận tốc v=40 km/h. . 51
khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp D với vận tốc v=40 km/h .. 52
khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp E với vận tốc v=40 km/h. . 52
Hình 3-6. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phần tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau với vận tốc
v=60 km/h .......................................................................................................53
Hình 3-7. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phần tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau với vận tốc
v=60 km/h .......................................................................................................54
Hình 3-8. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C với
các vận tốc chuyển động khác nhau................................................................55

ix
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp E với
các vận tốc chuyển động khác nhau................................................................55
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động với vận tốc v=40km/h trên mặt đường
quốc lộ ISO cấp C với các tải trọng khác nhau...............................................56
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động với vận tốc v=60km/h trên mặt đường
quốc lộ ISO cấp C với các tải trọng khác nhau...............................................57

x
DANH MỤC CÁC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Đơn vị Thông số
m1 kg Khối lượng không được treo cầu 1
m7 kg Khối lượng thân xe
m13 kg Khối lượng cabin
lct m Khoảng cách tâm hai bánh xe và tâm xe
l10 m
Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động
cabin theo phương x
lc1 m
Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động
cabin theo phương y
l06 m
Khoảng cách từ đệm cách dao động sau cabin
đến trọng tâm thân xe
l04 m
Khoảng cách từ tâm gối đỡ cầu 2, 3 đến trọng
tâm thân xe
l42 m
Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3
theo phương x
lr1 m
Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3
theo phương y
k41 N/m Độ cứng của HTT cầu trước
k51 N/m Độ cứng của HTT cầu thứ 2
k61 N/m Độ cứng của HTT cầu thứ 3
k7 N/m Độ cứng của đệm cách dao động cabin trước
k8 N/m Độ cứng của đệm cách dao động cabin sau
k1 N/m Độ cứng của lốp xe cầu 1

xi
c4 N.s/m Hệ số cản giảm chấn HTT cầu 1
c5 N.s/m Hệ số cản giảm chấn HTTcầu 2
c6 N.s/m Hệ số cản giảm chấn HTT cầu 3
c7 N.s/m
Hệ số cản giảm chấn đệm cách dao động cabin
trước
c8 N.s/m
Hệ số cản giảm chấn đệm cách dao động cabin
sau
c1 N.s/m Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 1
V0 m3
Thể tích bình khí
pa N/m2
Áp suất khí trời
n Hệ số đoạn nhiệt
A0 m2
Diện tích ban đầu phần tử
p0 Bar Áp suất ban đầu
F N Lực theo phương đứng
kdyn Hệ số tải trọng động
DLC Hệ số tải trọng động bánh xe
M N.m Mô men

1
LỜI NÓI ĐẦU
Hiệu quả hệ thống treo của ô tô phụ thuộc vào lựa chọn tối ưu các
thông số hệ thống treo đặc biệt là sự phối hợp lý độ cứng và hệ số cản của hệ
thống treo. Chọn tối ưu các thông số đó nhằm nâng cao tuổi thọ hệ thống treo,
lốp và giảm sự phá huỷ đường. Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo cao su
được sử dụng phổ biến ngày từ khi hệ thống treo hình thành cho đến nay, hiện
được ứng dụng làm đệm cách dao động động cơ đốt trong, đệm cách dao động
cabin xe công trình với hiệu quả tốt giảm kích thích dao động ở tần số lớn.
Trong luận văn này đặc tính hệ thống treo cao su trang bị xe tải hạng nặng
được đề cấp nghiên cứu và phân tích hiệu quả hệ thống cao su trang bị trên
các xe tải hạng nặng. Xuất phát từ ý tưởng nghiên cứu em đã chọn đề tài
“Phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng
thân thiện mặt đường” dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo PGS.TS. Lê
Văn Quỳnh.
Mục tiêu nghiên cứu: mục tiêu xây dựng mô hình dao động không
gian phi tuyến xe tải hạng nặng 3 cầu với 15 bậc tự do. Phần mềm
Matlab/Simulink được ứng dụng để mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống
treo cao su theo hướng giảm các tác động xấu đến mặt đường. Hệ số tải trọng
động bánh xe DLC được chọn hàm mục tiêu để phân tích đánh giá hiệu quả
hệ thống treo cao su so với hệ thống treo thủy khí.
Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động không gian với 15
bậc tự do với kích thích ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ để phân tích hiệu
quả hệ thống treo cao su theo hướng thân thiện với mặt đường quốc lộ.
Đối tượng: xe tải và hệ thống treo thống treo cao su.
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng, phân tích và
đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su theo hướng thân thiện với mặt đường
quốc lộ.

2
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 và mô phỏng mô hình dao động xe tải hạng nặng;
Chương 3. Phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su.
Ýnghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình toán
hệ thống treo cao su và mô hình dao động xe tải hạng năng với 15 bậc tự do;
Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe ô tô tải hạng nặng;
Mô phỏng, phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su xe tải hạng nặng dựa vào
hệ số tải trọng động bánh xe DLC.
Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến các 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 thầy ThS. Lê
Xuân Long, ThS. Bùi Văn Cường và các thầy trong khoa Kỹ thuật Ô tô-MĐL,
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái Nguyên.
Do điều kiện vừa nghiên cứu vừa công tác cũng như hạn chế về mặt
thời gian cũng như mặt kiến thức chắc chắn luận văn không 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 2018
HỌC VIÊN
Dương Đức Minh

3
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1.Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải
1.1.1 Hệ thống treo
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 momen giữa bánh xe và vỏ xe bao
gồm lực kéo, lực bên, momen chủ động và momen 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: hệ thống treo được phân loại chính như sau:

4
- Phân loại theo mối liên kết hệ bánh xe bên trái và bên phải: hệ thống
treo độ 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 chủ động và điều khiển chủ
động.
1.1.2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải[5,6]
a). Hệ thống treo bộ phận đàn hồi nhíp
Cấu tạo hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp lá bao gồm: dầm cầu, nhíp
lá, giảm chấn, thanh ổn định. Trong hệ thống treo này có dầm cầu liền nối
giữa hai bánh xe. Hai đầu nhíp lá nối với khung xe thông qua khớp quay và
quang treo, tạo điều kiện cho sự biến dạng của nhíp lá ở các tải trọng khác
nhau. Phần giữa nhíp lá gắn với cầu xe. Nhíp lá vừa tạo khả năng nối mềm
với thân xe vừa có khả năng cố định vị trí của cầu với thân xe. Như vậy, nhíp
lá vừa là bộ phận đàn hồi và vừa là bộ phận dẫn hướng.
8 7 6 5
9 10 1 2 3 4
Hình 1-1. Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá.
1- Nhíp lá; 2- Vòng kẹp; 3- Chốt nhíp; 4- Quang treo; 5- Giá đỡ;
6- Giảm chấn; 7- Ụ tỳ; 8- Khung xe; 9- Quang nhíp; 10- Dầm cầu. Dầm cầu
10 được nối với nhíp nhờ các quang nhíp. Nhíp lá 1 bao gồm các lá nhíp ghép
lại, lá nhíp chính được cuốn tròn ở hai đầu tạo nên các ổ

5
quay khớp trụ. Đầu trước của nhíp lá cố định trên khung xe và có thể quay
tương đối nhờ các ổ cao su, đồng thời có thể truyền lực dọc từ bánh xe lên
khung và ngược lại. Đầu sau là khớp trụ di động theo kết cấu quang treo 4.
Quang treo bố trí giữa khung xe và đầu sau của bộ nhíp. Các lực bên có thể
truyền từ khung xe qua khớp trụ, nhíp lá, quang nhíp, dầm cầu tới bánh xe.
Giảm chấn 6 bắt giữa dầm cầu và khung xe được đặt nghiêng theo chiều dọc
thân xe. Hệ thống treo không sử dụng thanh ổn định ngang.
Ưu, nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc:
- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ trong khi vẫn đảm bảo được các yêu
cầu cần thiết, nhất là đối với những xe có tốc độ chuyển động không lớn.
- Khi tổng ngoại lực theo phương ngang tác dụng lên ôtô lớn hơn tổng
khả năng bám bên của cả hai bánh xe, sẽ xảy ra hiện tượng trượt ngang. Nếu
dầm cầu liền, khi chịu lực bên (ly tâm, đường nghiêng, gió bên) hai bánh xe
được liên kết cứng sẽ hạn chế được hiện tượng trượt bên bánh xe.
- Dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành thấp.
- Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt trên cầu chủ động. Khi
xe đi trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên va đập
mạnh giữa phần không treo và phần treo (thùng xe), làm giảm độ êm dịu
chuyển động của ôtô. Mặt khác, bánh xe va đập mạnh trên nền đường làm xấu
sự tiếp xúc bánh xe với đường.
- Khoảng không gian phía dưới gầm xe phải lớn, đủ đảm bảo cho dầm
cầu thay đổi vị trí, do vậy: hoặc chiều cao trọng tâm phải lớn, hoặc phải giảm
bớt thể tích khoang chứa hàng của xe.
Với các ưu, nhược điểm trên, hệ thống treo phụ thuộc được dùng nhiều
cho ôtô tải và ôtô buýt.
b). Hệ thống treo khí nén:
Hệ thống treo khí nén, thuỷ lực – khí nén được sử dụng như một khả
năng hoàn thiện kết cấu ôtô. Tuy vậy với các loại ôtô khác nhau: ôtô con, ôtô

6
tải, ôtô buýt cũng được ứng dụng với những mức độ khác nhau. Phổ biến nhất
trong các kết cấu là áp dụng cho ôtô buýt tiên tiến. Với hệ thống treo này cho
phép giữ chiều cao thân xe ổn định so với mặt đường với các chế độ tải trọng
khác nhau.
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 1-2.
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
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.
Bộ tự động điều chỉnh áp suất nhờ hệ thống điện tử (hình 1.3) bao gồm:
cảm biến xác định vị trí thân xe và bánh xe 6, bộ vi xử lý 7, block khí nén 8.
Nguyên lý hoạt động cũng gần giống với bộ điều chỉnh bằng van trượt cơ khí.
Cảm biến điện tử 6 đóng vai trò xác định vị trí của thân xe và bánh xe (hay
giá đỡ bánh xe) bằng tín hiệu điện (thông số đầu vào). Tín hiệu được chuyển
về bộ vi xử lý 7. Các chương trình trong bộ vi xử lý làm việc và thiết lập yêu
cầu điều chỉnh bằng tín hiệu điện (thông số đầu ra). Các tín hiệu đầu ra được

7
chuyển tới các van điện từ trong block chia khí nén, tiến hành điều chỉnh
lượng cấp khí nén cho tới lúc hệ thống trở lại vị trí ban đầu.
Hình 1-2. Sơ đồ 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.
*) Các phương pháp bố trí hệ thống treo khí nén
Hệ thống treo khí nén đơn:
Hình 1-3. Hệ thống treo khí nén đơn

8
Hệ thống treo khí nén đơn được sử dụng trên các xe Bus cao cấp, hoặc
xe có tải trọng trung bình.
Hệ thống treo khí nén kép.
Hình 1-4. Hệ thống treo khí nén kép.
Hệ thống treo khí nén kép sử dụng trên các xe có hai cầu sau, tải trọng
lớn, xe đầu kéo.
Hệ thống treo khí nén 3 trục:
Hình 1-5. Hệ thống treo khí nén ba cầu sau.
Hệ thống treo sử dụng trên xe co 3 cầu sau, tải trọng lớn và rất lơn,
trên đầu kéo hay các xe vận chuyển siêu trường siêu trọng.
Ta co thể sử dụng phương pháp bố trí nay để lắp trên các xe có 4 cầu
sau hoặc nhiều hơn, các xe có tải trọng cực lớn.

9
c). Hệ thống treo cao su[38, 39]
Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi cao su được trang bị trên các loại xe
tải hạng nặng. Kết cấu treo trước hình 1-7(a) và kết cấu treo hình 1-7(b).
Hình 1-6. Hình dáng bề ngoài của xe tải AD250 của Trung Quốc
(a) Hệ thống treo cầu trước
(b) Hệ thống treo cầu sau
Hình 1-7. Hệ thống treo cao su

10
Hệ thống treo cao su động lực học theo phương đứng có độ cứng vững
cao, hệ số cứng của hệ thống treo có thể tạo ra lớn. Tuy nhiên độ êm dịu theo
phương đứng cũng tăng do vậy hệ thống treo kết hợp giảm chấn thủy lực để
tạo hệ số cản lớn giảm dao động phương đứng hiệu quả.
d).Sự kết hợp giữa hệ thông treo khí nén với hệ thống treo khác
*)Hệ thống treo kết hợp khí nén và nhíp:
a b Hình 1-8. Hệ thống treo kết hợp giữa
khí nén và nhíp
Hình 1-8 a túi hơi được đặt trên nhíp và lệch qua một bên, hình 1-8 b túi
hơi được đặt trên nhíp và chính giữa.
Hình 1-9. Túi hơi đạt trên nhíp và chính giữa
Hình 1-10. Túi hơi đạt trên nhíp và lệch qua một bên

11
Hình 1-11. Túi hơi không đặt trên nhíp.
Trong nghiên cứu này, tác giả chọn đối tượng hệ thống treo cao su hình
1-7 là đối tượng nghiên cứu.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ôtô nước ta đã có bước
phát triển đáng kể và đã được Nhà nước đặc biệt quan tâm như đã trình bày
phần trên. Do vậy một loạt các công trình nghiên cứu về vấn đề dao động ôtô
đã được ra đời. Sau đâu là một số công trình tiêu biểu:
- Công trình cấp nhà nước mạng mã số: 58A-02-04 thuộc chương trình
nhà nước, 58A-02 cũng đã nghiên cứu về rung động trong bảo hộ lao động và
các tác giả đã đưa ra một số kết quả về vấn đề này[7,8].
- Công trình của tác giả Triệu Quốc Lộc, cũng có công trình nghiên cứu
về ghế của máy kéo và đã có thiết kế dùng cho máy kéo Việt Nam và bao tay
dùng cho công nhân lái máy kéo[7,9].
- Công trình của tác giả và PGS.TS Dư Quốc Thịnh chủ nhiệm đề tài
mang mã số: B91-03, T16/90-CK, T18/91-CK đã có nghiên cứu mạng tính
chất lý thuyết và định hướng về vấn đề dao động[8].
- Công trình [12] “Nguyễn Thanh Hải, khảo sát ôtô nhiều cầu, luận án
thạc sỹ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật Quân sự HN, 2000” nghiên cứu ảnh

12
hưởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu
chuyển động. Trong luận án tác giả giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do
với kích động mặt đường là hàm phổ của Iasenko.
- Công trình [12] “Phạm Đình Vi, Zvysovani kvality odpruzeni vozidel,
DIS, 1992, BRONO” nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo có điều khiển để
nâng cao chất lượng độ êm dịu chuyển động của ôtô. Trong luận án này các
tác giả tập trung nghiên cứu hệ thống treo bán tự động với các mô hình ¼ và
½ với kích động mặt đường ngẫu nhiên với các phổ được đo với các đường ở
- Công trình [11] “Lưu Văn Tuấn, Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình,
trên cơ sở đó để tính các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động, Luận án
Tiến sỹ MS 02-01-39, 1993. ĐHBK Hà Nội” nghiên cứu khá hoàn chỉnh dao
động của ôtô nhiều cầu. Trong luận án tác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyến
của phần tử đàn hồi của hệ thống treo, lốp xe và giải quyết bài toán dao động
bằng phương pháp Matlab Simulink 5.0
- Công trình [12] “Nguyễn Thái Bạch Liên Aplikace matematikecho
Modelu pri Reseni perovani Soupravy Silnicnich Vozidel, luận án Tiến sỹ,
Brno 1979” khảo sát dao động của xe tải hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên
của mặt đường. Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao động
của ôtô hai cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động
bằng phương pháp Matlab Simulink 6.0.
- Công trình [15] nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng mặt đường đến
tải trọng tác dụng lên ôtô tại Quốc lộ 1A. Trong công trình này tác giả đo đạc
và thu thập được số liệu mấp mô biến dạng đường trên tuyến đường 1A Hà
Nội- Lạng Sơn, xử lý số liệu và đưa vào bài toán dao động để xác định tải
trọng tác dụng lên ôtô. kết quả bộ số liệu mấp mô biến dạng đường được sử
dụng nguồn kích động dao động trong luận án.

13
- Công trình “Trịnh Minh Hoàng, khảo sát dao động ô tô dưới kích động
mặt đường ngẫu nhiên, luận án thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà nội,
2002” nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của
ôtô đến độ êm dịu chuyển động. Trong luận án tác giả giải quyết bài toán dao
động 7 bậc tự do với kích động mặt đường là hàm phổ của Iasenko[10].
- Công trình “Võ Văn Hường, Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát
dao động ô tô tải nhiều cầu, Luận án Tiến sỹ LA 111/05, 2004. ĐHBK Hà
Nội” nghiên cứu khá hoàn chỉnh dao động của ôtô nhiều cầu. Trong luận án
tác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi của hệ thống treo,
lốp xe với mô hình không gian và giải quyết bài toán dao động bằng phương
pháp Matlab Simulink[13].
Công trình “ Đào Mạnh Hùng, báo cáo đề tài cấp bộ, năm 2005 đơn vị
chủ trì Trường Đại học Giao thông Vận tải” đã xây dựng mô hình dao động
xe tải ½ với kích thích ngẫu nhiên mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đo được
làm tín hiệu đầu vào. Trong báo cáo đánh giá được ảnh hưởng của thông số
thiết kế hệ thống treo, tải trọng đến mặt đường quốc lộ dựa vào hệ số tài trọng
động bành xe DLC[9].
Công trình “Lê Văn Quỳnh và công sự trong bài báo khoa học của mình,
2012” nghiên cứu và đánh giá dao động của lớp xe tải 2 cầu, 3 cầu, 4 cầu và 5
cầu đến mức độ thân thiện mặt đường. Kết quả bài báo đã xây dựng mô hình
dao động ½ lớp xe tải hạng nặng dưới kích thích ngẫu nhiên của mặt đường
quốc lộ. Các ảnh hưởng của các thông số động lực học của lớp xe lần lượt
được phân tích dựa vào hệ số tải trọng động bánh xe DLC[15].
- Công trình [8] “Hoàng Đức Thị luận án thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên 2016” nghiên cứu ảnh
hưởng thông số hệ thống treo xe tải đến khả năng thân thiện mặt đường quốc
lộ. Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao động của ôtô ba
cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động bằng phương

14
pháp Matlab/Simulink. Từ hàm mục tiêu là hệ số tải trọng động bánh xe DLC,
các thông số thiết kế hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượt được
phân tích.
- Công trình [9] “Đặng Ngọc Minh Tuấn luận án thạc sĩ kỹ thuật
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên 2017” tối ưu hệ
thống treo khí xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiện mặt đường
quốc lộ. Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao động của ôtô
5 cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động bằng phương
pháp Matlab/Simulink. Từ hàm mục tiêu là hệ số tải trọng động bánh xe DLC,
các thông số thiết kế hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượt được tối
ưu thiết kế.
Đối với Nước ta theo 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 gây
ra. Lê Văn Quỳnh, Nguyên 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[14]. Lê Văn Quỳnh
(2017) đưa ra mô hình không gian xe sơ mi-rơ mooc để phân tích hiệu quả hệ
thống treo đến khả năng thân thiện mặt đường[9].
-Công trình“Nhóm tác giả với bài báo khoa học nghiên cứu ảnh hưởng
thông số thiết kế hệ thống treo cabin đến độ êm dịu chuyển động của xe,
2018” đã xây dựng mô hình dao động không gian phí tuyến với 15 bậc tự do
và kích thích ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ và đánh giá ảnh hưởng của
thông số thiết kế hệ thống treo cabin như độ cứng và hệ số cản đến độ êm dịu
chuyển động của xe phần phụ lục.

15
Tuy nhiên, chủ đề “Phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su của ô tô tải hạng
nặng đến khả năng thân thiện mặt đường” vẫn là vấn đề mở cho nhà nghiên cứu
trong nước quan tâp nghiên cứu.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài
Hệ thống treo có vai trò quan trọng không chỉ nâng cao độ êm dịu
chuyển động, mà còn giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông.
Chính vì, hệ thống treo không ngừng được các nhà khoa học quốc tế tiến hành
cải tiến thiết kế hoàn thiện kết cấu hệ thống treo ô tô theo hướng thân thiện
mặt đường và nâng cao độ êm dịu chuyển động.
Lu Yongjie và cộng sự (2010) đưa ra mô hình dao động không gian sử
dựng phần mềm ADAMS để phân tích ảnh hưởng hệ thống treo đến độ êm
dịu chuyển động của xe. Từ đó đề xuất bộ thông thiết kế tối ưu cho hệ thống
treo xe tải hạng nặng. Đối với chủ đề về nghiên cứu hệ thống treo đến khả
năng thân thiện mặt đường quốc lộ[20].
Lu Sun (2002) đưa ra phương pháp thiết kế tối ưu thông số hệ treo xe
tải nhằm nâng cao độ thân thận với đường, trong bài báo này tác giả sử dụng
mô hình mô hình dao động ¼ của xe với kích thích hàm toán học đơn gián.
Hệ số tải trọng động bánh xe DLC được chọn là hàm mục tiêu để tối ưu hệ
thống treo nhằm nâng cao mức độ thân thiện mặt đường[23].
Sun beibei và các công sự (2006)[38] đã đưa ra mô hình dao không
gian xe tải hạng nặng với 15 bậc tự do và kích thích mấp mô mặt đường quốc
lộ. Gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi và các góc lắc cabin được
chọn là hàm mục tiêu để phân tích hiệu quả hệ thống treo đến độ êm dịu
chuyển động của ô tô.
Công trình [39] Xu Jinghua trong bài báo khoa học công bố năm 2009
đã đưa ra mô hình động lực ảo bằng phần mềm ADAMS để khảo sát hiệu quả
hệ thống treo cao su của xe tải hạng nặng theo hướng nâng cao độ êm dịu
chuyển động của xe. Gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi và các góc

16
lắc cabin được chọn là hàm mục tiêu để phân tích hiệu quả hệ thống treo đến
độ êm dịu chuyển động của ô tô. Cuối cùng một thí nghiệm đo dao động toàn
xe trên bệ thử dao động được thiết lập và kết quả đo được kiểm chứng tính
đúng đắn của mô hình. Từ đó thông số hệ thống treo được tối ưu theo giải
thuật di truyền.
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ
1.3.1. 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 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 [16,19-21]. Hệ số
DLC được định nghĩa bởi công thức (1-1).
DLC
F
T .RMS
(1-1)
F
s
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
1 T 2
F
T , RMS  FT
2
(t)dt (1-2)
T0 
Trong đó:
FT - Tải trọng động của bánh xe tác dụng lên mặt
đường;N T - Thời gian khảo sát(s).

17
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.
1.3.2. Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức[34,35]
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, hệ số áp lực đường W đánh giả mức độ ảnh hưởng của dao động
với đường.
a. Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng tới độ bền chi tiết.
Để khảo sát vấn đề này, tác giả sử dụng hệ số tải trọng động cực đại,
được định nghĩa như sau:
Kdyn,max=1+ max( Fzdyn ) 1,5 (1-3)
F
z ,st
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 nhiêm max (Fz,dyn) được xác định như sau:
 F  1 T (F (t) F )2
dt (1-4)
T 
Fz Z ,RMS z z,st
và: kdy max =
1,64 F
Z ,RMS
1 (1-5)
F
z ,st
b. 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

18
nghiên cứu của Anh, Mỹ QII đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của dao
động ôtô đối với cầu và đường. Người ta thấy rằng mức độ ảnh hưởng của dao
động ôtô đến cầu và đường tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe với
đường. Họ đã đưa ra khái niệm Road stress Coefficient, tạm gọi là hệ số áp
lực đường W, là hệ số có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô
với cầu và đường. Trong một số tài liệu còn có tên tiếng anh là Dynamic wear
factor. Theo đó, Wilkinson [34,35,] đã nêu ra công thức xác định hệ số áp lực
đường w như sau:
W=1+62
+44
=
max( f
z,dyn
)
F
z ,st
Khi xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là:
w(i).Fz ,st (i)i

W= 1
F
z ,st
(i)

 1
i
(1-6)
(1-7)
(1-8)
Trong luận văn này tác giả chọn hệ số tải trọng bánh xe DLC là hàm mục
tiêu để đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí.
1.4.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn
1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu
Để phân phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su xe tải hạng nặng, mô
hình toán hệ thống treo cao su và mô hình dao động toàn xe với 15 bậc tự do
được thiết lập dưới kích thích mấp mô mặt đường quốc lộ. Hệ số tải trọng
bánh xe DLC được chọn làm mục tiêu để đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao
su. Phần mềm Matlab/Simulink được áp dụng mô phỏng và đánh giá hiệu quả
hệ thống theo cao su theo hướng thân thiện mặt đường.
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 nặng 3 cầu;

19
- Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động;
- Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống cao su.
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình toán hệ thống treo cao su và
mô hình dao động không gian phi tuyến toàn xe tải hạng nặng.
Đối tượng: Một mô hình dao động toàn xe tải với 15 bậc tự do và hệ
thống treo cao su được xem xét đánh giá trong luận văn này.
1.4.3. Phương pháp nghiên cứu
Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần mềm Matlab simulink 7.0 để
phân tích hiệu quả của hệ thống treo cao su theo hướng thân thiện mặt đường.
1.4.4. 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 và mô phỏng dao động xe tải hạng nặng;
Chương 3. Phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su.
Kết luận và những kiến nghị.
1.5. Kết luận chương
Kết quả chương này đã đưa ra được các lập luận khoa học để làm sáng tỏ
các vấn đề nghiên cứu như sau: hệ thống treo và hiệu quả làm việc của chúng
trên xe, 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.

20
CHƯƠNG 2.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI
2.1. Các phương pháp xây dựng và mô phỏng 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 phương pháp 1
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

21
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 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
xây dựng các chương trình con dựa vào phương trình toán học miêu tả đặc
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 điều kiện khai thác đến
độ êm dịu chuyển động.
2.2. Xây dựng mô hình dao động của xe tải
2.2.1. Các giả thiết mô hình dao động 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

22
tác dụng giảm các dao 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 m
Khối lượng được treo m gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng của
chúng tác dụng lên hệ thống treo. Đó là khung, thùng, hàng hoá, cabin 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
dạng của hệ thống treo và lốp. Cho nên trong trường hợp đơn giản có thể coi
rằng khối lượng được treo m là một khối lượng đồng nhất ở dạng không gian
với 3 bậc tự do.
b. Khối lượng không được treo m
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 m tập trung vào tâm bánh xe.

23
c. Hệ thống treo
Hệ thống treo trong ô tô có nhiệm vụ nối phần được treo M và phần
khối lượng không được treo m 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 kij.
- Bộ phận giảm chấn: có nhiệm vụ dập tắt các chấn động. Nó được đặc
trưng bằng hệ số cản giảm chấn cij.
- Bộ phận dẫn hướng: gồm có các thành đòn và có nhiệm vụ truyền lực
và mô men theo các phương phương.
d. 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,
đặc trưng bởi hai thông số độ cứng k và c.
2.2.2. Mô hình dao động xe tải hạng nặng
Để mô phỏng và đánh giá hiệu quả của hệ thống treo cao su so với hệ
thống treo phần tử đàn hồi khí nén, một ô tô tải 3 cầu hạng nặng với hệ thống
treo dạng hình 1.7 chọn để xây mô hình dao động. Mô hình dao động được
thể hiện trên Hình 2.3
Giải thích các ký hiệu trên hình 2.3: ki, k41, k42, k51, k52, k61, k62, k7, k8
lần lượt là độ cứng đặc trưng của lốp, hệ thống treo và hệ thống treo cabin ; ci,
c41, c42, c51, c52, c61, c62, c7, c8 là hệ số cản đặc trưng cho lốp xe, hệ thống treo,
hệ thống treo cabin; l01, l04, l42, l43,… là các khoảng cách tương ứng; m1, m3,
m5,… là các khối lượng không được treo; I và I2, I4, I6, I11, I12,.. là các momen

24
quán tính tương ứng của khối lượng; zn, z11, z12, z13, z14,…là các chuyển vị
theo phương thẳng đứng.
Z
13
m
13
Z
14
I
14
11(13)
l10
10(12)
k7,c7 k ,c Z7
l06
m
l04
8 8 7
07(09) 06(08)
l07
Z8
I
8
Z11(Z12)
00 42(52) 43(53)
01
l01 l42
c ,
04(05)
k
41 c5
k
51 I ,(I ) c k
61
4
k k
52
6
k
11 12
42 62
Z
1
m1
Z3 m
3
Z5
m5
c1 k c2 k2 c3 k3
1
q
lr
q
2r
q
3r
rear body
Z
15
(I
15)
13 14
k7,c7
lc1
k ,c
09
7 7
07
front body Z9(Z10) I9(I10)
02 01
c ,
k
41 c4,
k
41
4 k
42 k
42
Z
1lu
Z
1ru
Z2(Z4,Z6) I2(I4,I6)
Z
1ld
lf1lr1
Z
1rd
c1
k
1
c
1 k1
lct
q
1l
q
lr
Hình 2-3 Mô hình dao động của ô tô tải hạng nặng 3 cầu
2.2.3. 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:

25
F  Fqt  0 (2-1)
trong đó:
F : là tổng các ngoại lực tác dụng lên vật.
Fqt : là tổng các lực quán tính tác dụng lên vật.
Mô hình dao động hình 2.3 gồm 4 vật:
+ Vật 1: Cabin
+ Vật 2 : Thân xe
+ Vật 3: Cầu trước
+ Vật 4: Cầu sau
a) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động CABIN
Theo lý thuyết hệ nhiều vật chúng ta tách liên kết của vật 1 ra khỏi cơ
hệ và thay vào đó các phản lực liên kết. Hình 2.4 thể hiện sơ đồ lực và mô
men tác dụng lên đầu xe:
Z15
F07
Z13
F
09
m13
I
14
Z14
F08
F06
Hình 2-4. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cabin
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 cabin
m13 z13( F06 F07 F08 F09 ) (2-2)

26
Các lực F6 , F7 , F8 , F9 là lực của hệ thống treo cabin
Trong đó:
Fi Fk Fc (2-3)
Lực giảm chấn:
Fc c ( z i zij ) (2-4)
Lực đàn hồi:
Fk k i ( z i zij ) (2-5)
Vậy giá trị các lực giảm chấn và đàn hồi như sau:
F06  k8 ( z 06 z 010 ) c8 ( z 06 z010 ) (2-6)

 k 7 ( z 07  z 011 ) c7 ( z 07
 z
011
)

F
07

F k ( z
08
 z 012
) c ( z 08
 z 012
)
 08 8 8

F k
7
( z
09
 z
013
) c ( z
09
 z
013
)
 09 7
Phương trình cân bằng mô men theo trục dọc của thân xe:
I
14
z
14 ( F
07 F
09 F
06 F
08
) l
10 (2-7)
Các lực F6 , F7 , F8 , F9 được tính như trên, thay vào công thức ta có
 k 7 ( z 07 z 011 ) c7 ( z 07 z011 )  (2-8)

 k 7( z 09 z 013 ) c7 ( z 09 z013 )

I
14
z
14


.l10


F06 k8 ( z 06  z 010 ) c8 ( z 06  z010 )



F08 k8 ( z 08  z 012 ) c8 ( z 08  z012 )

Phương trình cân bằng mô men theo trục ngang của thân xe:
I
14
z
14 ( F
07 F
09 F
06 F
08
) l
10 (2-9)
Tương tự ta thay các giá lực ta có

27
 k 7 ( z 07 z 011 ) c7 ( z 07 z011 )  (2-10)

( z 09 z 013 ) c7 ( z 09 z013 )

I
15
z
15
 k 7 
.l10


F06  k8 ( z 06  z 010 ) c8 ( z 06  z010 )



F08  k8 ( z 08  z 012 ) c8 ( z 08  z012 )

Z06, Z07, Z08, Z09 là chuyển vị tại các đầu mút bên trái và bên phải của
hệ thống treo cabin tương tứng. Các chuyển theo phương thẳng đứng Z06,
Z07, Z08, Z09 có liên hệ với chuyển vị tại trọng tâm cabin z13 và chuyển vị góc
z14, z15.

z
010  z13  tgz14.l10  tgz15 .lc1 (2-11)

 z13 tgz14 .l10 tgz15 .lc1

z
011

z 012
 z  tgz .l  tgz .l
 13 14 10 15 c1
z
010
 z  tgz .l  tgz .l
 13 14 10 15 c1
Vì chuyển vị góc z14 và z15 quá nhỏ do vậy tg z14 z14và tg z15 z15. Khi đó
(2-12) trở thành:

z
010  z13  z14 .l10  z15 .lc1 (2-12)
  z
13 z
14
.l
10 z
15
.l
c1

z
011
z 012
 z  z .l z .l
 13 14 10 15 c1
z
010
 z  z .l z .l
 13 14 10 15 c1
b) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động thân xe
Hình 2.5 thể hiện sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thân xe. Thiết
lập phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên cầu xe ,ta có:
*) Phương trình cân bằng lực theo phương thẳng đứng
m7 z 7 F01 F02 F42 F43 (2-13)
F52 F53 F06 F07 F08 F09

28
F F
09 08
F F
07 06
F I Z
02
10 10
F
01
z
7
m
7 F F 53
Z 52
F F
9 I 42 43
9
I Z
8 8
Hình 2-5. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe
*) Phương trình cân bằng momen
I 8 z8 ( F42 F43 F52 F53 ) l04 (2-14)
( F01 F02 )l01 ( F06 F08 )l06 ( F07 F09 )l07
I 9 z9 ( F42 F43 F52 F53 ) lr1 (2-15)
I
10
z
10 ( F
01 F
02
) l
f 1 ( F
06 F
07 F
08 F
09
) l
c1 (2-16)
I
11
z
11 ( F
43 F
42
) l
42 (2-17)
I
12
z
12 ( F
53 F
52
) l
42
Trong luận văn này tác giả khảo sát hệ thống treo là cao su dưới
tuyến và xác định bằng các công thức:
F ( k1 .z k 2 .z3
)
với:
(2-18)
dạng phi
(2-19)
F: Lực đàn hồi
k1,k2: Hệ số đàn hồi của cao su
z: Độ nén của cao su
Lực đàn hồi của nhíp khi xe ở trạng thái tĩnh: G01; G02; G42; G43; G52; G53
Trong đó:

29

G01k 41 .s4 r k 42 .s4r 3
 (2-20)


G02 k 41 .s4 l k 42 .s4l
3


 
 3
G
42 k
51 .s
5 r k
52 .s
5r

 k 61 .s5 r k 62 .s5r
3

G43

 k 51 .s5 l k 52 .s5l
3

G52



 k

G k
61
.s
62
.s 3
53 6 l 6l
Trọng lượng cabin và thân xe: G13 và G7
G7= m7.g
G13=m13.g
Ta có phương trình cân bằng khi xe ở trạng thái tĩnh, xe trên mặt phẳng nằm
ngang:
GGG GGG GG (2-21)
 01 02 42 43 52 53 7 13


G01 G02l01 G13l10 l06 G42 G43 G52 G53l04

Xe trên mặt phẳng nằm ngang nên s4r=s4l; s5r=s5l; s6r=s6l
 G01=G02; G42=G52; G43=G53
k51=k61; k52=k62 G42=G52; G43=G53
Vậy ta có giá trị các lực như sau:
F
01G
01 ( k
41
( z
01 z
1ru  s4 r ) k 42 ( z01 z1ru  s4r ) 3
) (2-22)
c ( z  z )(1 sgn( z01 z1ru )) c ..( z  z )(1 sgn( z01 z1ru ) )
01 01
4 1ru
2 4 1ru
2
FG ( k
41
( z z  s ) k
42
( z z  s ) 3
)
02 02 02 1lu 4 l 02 1lu 4l
c ( z  z )(1 sgn( z02 z1lu )) c . .( z  z )(1 sgn( z 02 z1lu ) )
02
4 02 1lu
2 4 1lu
2
FG ( k ( z
42
 z
3 ru
 s ) k ( z
42
 z  s ) 3
) c ( z
42
 z
3ru
)
42 42 51 5 r 52 3 ru 5 r 5
FG ( k
61
( z
43
 z  s ) k
62
( z
43
 z  s ) 3
) c ( z
43
 z
5ru
)
43 43 5 ru 6 r 5 ru 6 r 6
FG ( k ( z z  s ) k ( z z  s ) 3
) c ( z z )
52 52 51 52 3lu 5 l 52 52 3lu 5 l 5 52 3lu
FG ( k ( z z  s ) k ( z z  s ) 3
) c ( z z )
53 53 6153 5 lu 6 l 62 53 5 lu 6 l 6 53 5lu

30
Thay vào ta có:
m7 z 7 k 41 .s4 r k 42 .s4 r
3
 ( k 41 ( z 01 z1ru s4 r ) k 42 ( z 01 z1 ru s4r ) 3
)
 c ( z  z )(1 sgn( z 01 z1ru )) c . .( z  z )(1 sgn( z 01 z1ru ) )
01 01
4 1ru 2 4 1ru 2
  k 41.s4 l k42 .s4l
3
 ( k 41 ( z 02 z1lu s4 l ) k 42 (z 02 z1lu s4l )3
)
c (z  z )(1 sgn(z 02 z1lu )) c . .(z  z )(1 sgn( z 02 z1lu ) )
02 02
4 1lu 2 4 1lu 2
  k 51 .s5 r k52 .s5r
3
 ( k51 (z 42 z3 ru s5 r ) k 52 (z 42 z3 ru s5r )3
) c5 (z 42 z3 ru ) k 61 .s5 r k 62 .s5r
3
 ( k 61 (z 43 z 5 ru s6r )

 k 62 (z43 z5 ru s6r )3
) c6 (z43 z5ru )k 51 .s5 l k 52 .s5l
3

 ( k51 (z52 z3 lu s5 l ) k 52 (z52 z3 lu s5 l )3
) c5 (z52 z3lu )
  k61 .s6 l k 62 .s6l
3
 ( k 61 (z53 z5 lu s6 l ) k 62 (z53 z5 lu s6l )3
)
 c6 (z53 z5 lu ) k8 (z 06 z 010 ) c8 (z06 z 010 ) k 7 (z 07 z011 )
c7 (z07 z 011 ) k8 (z 08 z 012 ) c8 (z 08 z 012 ) k 7 (z 09 z013 )
 c7 (z 09 z013 )
I 8 z8 {k 51.s5 r k 52 .s5r
3
 ( k 51 ( z 42 z3 ru s5 r ) k 52 ( z 42 z3 ru s5r ) 3
)
 c5 ( z 42 z3 ru ) k 61 .s5 r k 62 .s5r
3
 ( k 61 (z 43 z5 ru s6 r )
 k 62 ( z 43 z5 ru s6 r )3
) c6 (z 43 z5 ru )k 51 .s5 l k52 .s5l
3
 ( k 51 ( z52 z3 lu s5l ) k52 ( z52 z3lu s5 l )3
) c5 (z52 z3lu )
 k 61 .s6 l k62 .s6l
3
 ( k 61 (z53 z5 lu s6 l ) k 62 (z53 z5 lu s6l )3
)
 c6 (z53 z5 lu )}l04 {k 41.s4 r k 42 .s4r
3
 ( k 41 (z 01 z1ru s4 r )
 k 42 (z 01 z1ru s4 r )3
) c4 (z 01 z1ru )(
1
 sgn(z 01
 z1ru )
)
2
 c4 . .(z01 z1ru )(
1
 sgn(z 01
 z1ru )
)k 41 .s4 l k 42 .s4l
3

2
 ( k 41 (z 02 z1lu s4 l ) k 42 (z 02 z1lu s4l )3
)
 c (z  z )(
1
 sgn(z
02 z
1lu
)
)
4 02 1lu 2
c . .(z  z )(
1
 sgn(z 02
 z1lu )
)}l
4 02 1lu 2 01
{k8 (z 06 z 010 ) c8 (z 06 z010 ) k8 ( z 08 z012 ) c8 (z 08 z 012 )}l06{k
7 (z 07 z 011 ) c7 (z 07 z 011 ) k 7 (z 09 z 013 ) c7 (z 09 z 013 )}l07
(2-23)
(2-24)

31
I 9 z9 {k 51.s5 r k 52 .s5r
3
 ( k 51 ( z 42 z3 ru s5 r ) k 52 ( z 42 z3 ru s5r ) 3
)
 c5 ( z 42 z3 ru ) k 61 .s5 r k 62 .s5r
3
 ( k 61 (z 43 z5 ru s6r )
 k 62 ( z 43 z5 ru s6 r )3
) c6 (z 43 z5ru )k 51 .s5 l k52 .s5l
3
(k 51 (z52 z3 lu s5l ) k52 (z52 z3lu s5 l )3
) c5 (z52 z3lu )
 k 61 .s6 l k 62 .s6l
3
 ( k 61 (z53 z5 lu s6 l ) k 62 (z
53 z 5 lu s6l )3
) c6 (z53 z5 lu )}lr1
I z { k
41
.s  k
42
.s 3
 ( k
41
( z
01
 z  s ) k
42
( z
01
 z  s ) 3
)
10 10  4 r 4r 1 ru 4 r 1 ru 4 r
 c ( z  z )(1 sgn( z 01 z1ru )) c . .( z  z )(1 sgn( z 01 z1ru ) )
01 01
4 1ru 2 4 1ru 2
  k 41 .s4 l k 42 .s4l
3
(k 41 (z 02 z1lu s4 l ) k 42 (z 02 z1lu s4l )3
)
c (z  z )(1 sgn(z 02 z1lu ) ) c . .(z  z )(1 sgn(z 02 z1lu ))}l
02 02 f 1
4 1lu
2 4 1lu
2
{ k8 (z 06 z 010 ) c8 (z 06 z 010 ) k 7 (z 07 z011 ) c7 (z07 z011 )
 k8 (z 08 z 012 ) c8 (z 08 z 012 ) k 7 (z 09 z 013 ) c7 (z 09 z013 )}lc1
I z { k
61
.s  k
62
.s 3 ( k
61
( z
43
 z
5 ru
 s ) k
62
( z
43
 z
5 ru
 s ) 3
)
11 11  5 r 5r 6 r 6r
 c6 ( z 43 z5 ru )k51.s5 r k52 .s5r
3
 ( k51 ( z 42 z3 ru s5r )
 k
52
(z
42
 z  s ) 3
) c ( z
42
 z
3 ru
)}l
42
3 ru 5 r 5
I z { k
61
.s  k
62
.s 3
 ( k
61
( z
53
 z
5 lu
 s ) k
62
( z
53
 z
5 lu
 s ) 3
)
12 12  6 l 6l 6 l 6l
 c6 ( z53 z5 lu )k51 .s5 l k52 .s5l
3
( k51 ( z52 z3 lu s5l )
 k ( z  z  s ) 3
) c (z  z )}l
42
52 52 3lu 5 l 5 52 3 lu
(2-25)
(2-26)
(2-27)
c) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 1
Tương tự theo lý thuyết hệ nhiều vật chúng ta tách liên kết của cầu 1 ra
khỏi cơ hệ và thay vào đó các phản lực liên kết, sơ đồ lực tác dụng lên cầu 1
được thể hiện hình 2.6.

32
F01 F02
z1
m1 z 2
F1lu Fqt1 Flru
Hình 2-6. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 1
*) Phương trình cân bằng lực
m
1
z
1 F
1ru F
1lu F
01 F
02
trong đó:
-Lực quán tính
F
qt1 m
1
z
1
-Lực truyền từ đường truyên qua lốp xe tác dụng lên cầu 1
+ Lực đàn hồi của lốp bên trái cầu trước:
F
k 1lu k
1
( z
1lu q
1l
)
+ Lực giảm chấn của lốp bên trái cầu 1:
F
c1lu c
1
( z
1lu q
1l
)
+ Lực đàn hồi của lốp bên phải cầu 1:
F
k 1ru k
1
( z
1ru q
1r
)
+ Lực giảm chấn của lốp bên phải cầu 1:
F
c1ru c
1
( z
1ru q
1r
)
Ta có giá trị lực như sau
F1ru k1 ( z1ru q1r ) c1 ( z1ru q1r )

*)Phương trình cân bằng momen
I 2 z 2 ( F1ru F1lu )lct ( F02 F01 )l f 1
Thay vào phương trình, ta có:
(2-28)
(2-29)
(2-30)
(2-31)
(2-32)
(2-33)
(2-34)
(2-35)

33
m1 z1 k1 ( z1ru q1r ) c1 ( z1ru q1r ) k1 ( z1lu q1l ) c1 ( z1lu q1l ) (2-36)
 k 41 .s4r k 42 .s4r
3
 ( k 41 ( z 01 z1ru s4 r ) k42 ( z 01 z1ru s4r ) 3
)
 c ( z  z )(1 sgn( z 01 z1ru )) c . .( z  z )(1 sgn( z 01 z1ru ) )
01 01
4 1ru 2 4 1ru 2
k41 .s4l k 42 .s4l
3
( k 41 ( z 02 z1lu s4 l ) k 42 ( z 02 z1lu s4l ) 3
)
 c ( z  z )(1 sgn( z 02 z1lu )) c . .( z  z )(1 sgn( z 02 z1lu ) )
02 02
4 1lu
2 4 1lu
2
I 2 z 2 ( k1 ( z1ru q1r ) c1 ( z1ru q1r ) k1 ( z1lu q1l ) c1 ( z1lu q1l ))lct
-{k 41 .s4 r k42 .s4r
3
 ( k 41 ( z 01 z1ru s 4 r ) k 42 ( z 01 z1ru s4r ) 3
)
 c ( z  z )(1 sgn( z 01 z1ru ) ) c . .( z  z )(1 sgn( z 01 z1ru ) )
01 01
4 1ru 2 4 1ru 2
k41 .s4 l k 42 .s4l
3
( k 41 ( z 02 z1lu s 4 l ) k 42 ( z 02 z1lu s4l ) 3
)
 c (z  z )(1 sgn( z 02 z1lu )) c . .(z  z )(1 sgn(z 02 z1lu ))}l
02 02 f 1
4 1lu
2 4 1lu
2
c) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 2
Hình 2.7 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 2, ta có
F42 F52
z 3
m3 I4
F2lu Fqt2 F2ru
:
m
3
z
3 F
2 ru F
2 lu F
42 F
52 (2-37)
trong đó:
-Lực quán tính
F
qt 2 m
3
z
3 (2-38)

34
-Lực truyền từ đường truyên qua lốp xe tác dụng lên cầu trước
+ Lực đàn hồi của lốp bên trái cầu 2:
F
k 2 lu k
2
( z
23lu q
2l
)
F
c 2 lu c
2
( z
3lu q
2l
)
+ Lực đàn hồi của lốp bên phải cầu 2c:
F
k 2 ru k
2
( z
3 ru q
2r
)
F
c 2 ru c
2
( z
3 ru q
2r
)
F2 ru k 2 ( z3 ru q2 r ) c2 ( z3 ru q2 r )

(2-39)
(2-40)
(2-41)
(2-42)
(2-43)
I 4 z4 ( F2 ru F2 lu )lct ( F42 F52 )lr1 (2-44)
Thay vào, ta có
m3 z3 k 2 ( z3 ru q2 r ) c2 ( z3 ru q2 r ) k 2 ( z3lu q2 l ) c2 ( z 3lu q2l ) (2-45)
 k51 .s5 r k 52 .s5r
3
 ( k51 ( z 42 z3 ru s5 r ) k52 ( z 42 z3 ru s5r ) 3
)
 c5 ( z 42 z3 ru ) k51 .s5l k52 .s5l
3
( k 51 ( z52 z 3lu s5 l ) k52 ( z52 z3lu s5l )3
)
c5 (z52 z3lu )
I 4 z 4 ( k 2 ( z3 ru q2 r ) c2 ( z3 ru q2 r ) k 2 ( z3 lu q2 l ) c2 ( z3 lu q2l ))lct
 (k51 .s5 r k52 .s5r
3
 ( k51 (z 42 z3 ru s5 r ) k52 (z 42 z3 ru s5 r )3
) c5 (z 42 z3ru )
  k51 .s5 l k52 .s5l
3
(k51 (z52 z3 lu s5 l ) k52 (z52 z3 lu s5 l )3
) c5 (z52 z3 lu ))lr1
d) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 3
Hình 2.8 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 2, ta có

35
F43 F53
z5
m5 I6
F3lu Fqt3 F3ru
:
m
5
z
5 F
3 ru F
3lu F
43 F
53 (2-46)
trong đó:
-Lực quán tính
F
qt 3 m
5
z
5 (2-47)
-Lực truyền từ đường truyên qua lốp xe tác dụng lên cầu 3
+ Lực đàn hồi của lốp bên trái cầu 3:
F
k 3lu k
3
( z
3lu q
3l
)
F
c 3lu c
3
( z
5 lu q
3l
)
+ Lực đàn hồi của lốp bên phải cầu 2c:
F
k 3 ru k
3
( z
5 ru q
3r
)
F
c 3 ru c
3
( z
5 ru q
3r
)
F3 ru k3 ( z5 ru q3 r ) c3 ( z5 ru q3r )

I 6 z6 ( F3 ru F3lu )lct ( F43 F53 )lr1
(2-48)
(2-49)
(2-50)
(2-51)
(2-52)
(2-53)

36
Thay vào phương trình ta có:
m5 z5 k3 ( z5 ru q3 r ) c3 ( z5 ru q3 r ) k 3 ( z 5 lu q3 l ) c3 ( z 5 lu q3l ) (2-54)
k61 .s5 r k62 .s5r
3
 ( k 61 ( z 43 z5 ru s6 r ) k62 ( z 43 z5 ru s6 r ) 3
) c6 ( z 43 z5ru )

k 61 .s6 l k 62 .s6l
3
 ( k 61 ( z53 z5 lu s6 l ) k 62 ( z53 z5 lu s6 l ) 3
) c6 (z53 z5lu )
I 6 z 6 ( k3 ( z5 ru q3 r ) c3 ( z5 ru q3 r ) k 3 ( z5 lu q3 l ) c3 ( z5 lu q3l ))lct
 (k 61 .s5 r k 62 .s5r
3
 ( k 61 ( z 43 z5 ru s6 r ) k 62 ( z 43 z 5 ru s6 r ) 3
) c6 ( z 43 z5ru )
  k 61 .s6l k62 .s6l
3
 ( k 61 (z53 z5 lu s6 l ) k 62 ( z53 z5lu s6 l ) 3
) c6 (z53 z5 lu ))lr1
2.2.4. Mô hình và xác định lực của hệ thống treo
Mô hình hệ thống treo có phần tử đàn hồi là khí nén được thiết lập như
hình 2.9.
Dựa vào mô hình 2.9 lực hệ thống treo hệ thống treo khí nén được định
nghĩa theo công thức (2-56).
F K air ( zb za ) C ( zb za ) (2-55)
Trong đó: Kair - Độ cứng bộ phần đàn hồi khí C- Hệ số cản của hệ thống
treo.
z
pe
A
e
zb
V
e
K
air
za
zb
C
za
(a)Phận tử đàn hồi khí nén (b)Mô hình hệ thống treo khí nén
Hình 2-9. Mô hình hệ thống treo khí nén
Độ cứng của bộ phận đàn hồi có thể được xác 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 2.9b, 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 (3).

37
dpe Ae dA 1 dV
K
air   pe
e
 nAe p0  pa
e
(2-57)
dz V dz
dz
e
Hiệu quả của thể tích và diện tích được định nghĩa theo công thức:
VV z
(2-58)
e 01
2
z

A
e A0
Dựa vào định luật nhiệt động lực học[23], nếu quá trình nén hoặcquá 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:
p p V n
p p V n
(2-59)
ea e 0a 0
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2 lần 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-
58) và (2-59) vào (2-57) ta có công thức tính độ cứng Kair.
Hệ thống treo khí nén mới được đề xuất bởi GENSYS[41] và mô hình
động lực học lần lượt được thể hiện trên hình 2.10 (a) và hình 2.10 (b). Lực
theo phương thẳng đứng được xác định theo công thức:
F K e ( zb z a ) K v ( zb z a  ws ) C ( zb  za ) (2-60)
Trong đó: độ cứng tĩnh và độ cứng động của phần tử đàn hồi khí nén (Ke, Kv)
và khối lượng khí nén thông qua ổng M lần lượt được xác định dưới đây:
p A2
 V Ae
V
r 0  2
Ke  0 e
, K v Ke
r 0
, và M A l   ,
V
b 0V
r 0
V
b0
s s 
As

(2-61)

V
b0V
r 0

38
Than xe zb Binh khi nen
Tui khi (Vb ,p ,Ae ) Kv
w
s
b
(Vr ,p ) Ke M
za r Cw
Cau xe
Duong ong w (As ,M,ls )
s
zb
C
za
Mo hinh phan tu khi nen cua Gensys
(a) Mô hình phần tử khí nén(b)Mô hình động lực hệ thống treo
mới
Hình 2-10. Mô hình hệ thống treo khí nén mới
Trong đó: là tỷ số đa hướng (1 < < 1.4); p0 là áp suất ban đầu của túi khí;
 là mật độ không khí; Vb0 và Vr0 lần lượt thể tích ban đầu của túi khí và
bình khí nén.
Hệ số cản của phần tử khí nén phi tuyến Cw được quan hệ vận tốc chuyển
động của dòng khí và không quan hệ vận tốc chuyển động dòng khí trong ống
tiết lưu[41]. Do vậy, lực cản của phần tử đàn hồi khí nén được xác định
F  K ( z w) Cw
w w
sign ( w ) Mw (2-62)
vz v s s s
Phương trình (2.95) được viết lại dưới đây:
Mws K v ( z ws ) C w ws
w
sign ( ws ) (2-63)
Quan hệ hệ số cản của phần tử khí nén phi tuyến Cw and hệ số cản do ma
sát chuyển động dòng khí nén trong ông thông nhau Cs là
 A V 1w
C
w C
s
e r 0
 ,
As

V
b 0V
r 0 (2-64a)
Trong đó C  1 A C 1 A (C  C  C C ),
s st fr en c
2 s
2 s b
Trong đó Cst là hệ số cản tổn thất toàn bộ, Cfr là hệ số tổn thất do ma sát, Cen
là hệ số tổn thất do sự giãn nở, Cs là hệ số tổn thất do sự co và Cb là hệ số tổn
thất do đường cong trong đường ống.

39
2.2.5. Phân tích và lựa chọn kích thích dao động
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.
2.2.5.1. 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 1012 mm, chiều dài từ 510
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:
q( t ) q sint q sin 2t (2-64a)
0 0
T
Trong đó q0 là chiều cao mấp mô,, T là tần số và chu kì kích thích dao
động.
Ta có phương trình hàm kích động theo quãng đường x:
q(x) q sinx q sin 2x (2-65)
0 0
S
Trong đó:
 là tần số sóng mặt đường;
S là chiều dài sóng mặt đường.
Khi ô tô chuyển động đều, ta có x v.t nên ở thời điểm t ta có:
q( t ) q( x ) ; t.x ;  v2v (2-66)
S

40
Vậy hàm điều hòa dao động sẽ là:
q ( x ) q sinx q sin2.v t (2-67)
0 0
S
Độ mấp mô mặt đường
với nhau thông qua biểu thức
, q2t , p ở các bánh xe cầu trước, cầu sau liên
hệ
về thời gian:
q ( t ) q ( t ) với  L (2-68)
1 1
2t ,p 1t ,p
v
q
qo
T =2/
q
t qo x
S =2/
a) Phụ thuộc thời gian t b) Phụ thuộc vào quãng đường x
Hình 2-11. Hàm điều hoà của mấp mô
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:
q ( x ) q ( x ) q sinx q sin2.v t
 1t 1 p 0 0
S

(2-69)

2.v L

q ( x ) q ( x ) q sinx q sin t
v 
 2 t 2 p 0 0  S
  
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.
2.2.5.2. 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
q
1t , p

41
mặt đường thực tế trên đoạn quốc lộ 1A Hà nội Lạng Sơn của tác giả Đào
Mạnh Hùng trong tài liệu[15].
Dưới đây là sơ đồ thiết bị đo:
Hình 2-12. Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[15]
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:

42
Lạng Sơn (đoạn 1)
Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1)

43
Lạng Sơn (đoạn 2)
Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2)

44
Kết luận: phản ánh được chính xác tình trạng mặt đường cần khảo sát,
tuy nhiên chi phí cao.
2.2.5.3. 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)[35] 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:
Sqn Sqn0
n 
(2-70)
 
 

n
0 
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), là hệ số tần số được miêu tả tần số
mật độ phổ của mặt đường (thường 2 ).
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:
N 2vn2
S ( n )
f .cos2fmid ,iti 
q( t ) 0 q 0
(2-71)
2
i1
f
mid ,i

45
trong đó fmid ,i f1
2i
2
1
f với i=1,2,3…n,i là pha
ngẫu nhiên phân bố
02 .
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
Tình trạng mặt Rất
Tốt
Bình
Xấu
Rất
Tồi
Quá
đường tốt thường xấu tồi
Sq(n0) 16 64 256 1024 4096 16384 65535
Căn cứ số liệu bảng 2.1 các loại đường được phân cấp theo tiêu chuẩn
ISO với v 20( m.s1
); f1 0.5( Hz ); f2 30( Hz ); n0 0.1( m1
) , em đã tiến
hành 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
5 x 10-3
mat
mo
(m)
0
Chieu
cao
-50 5 10 15 20 25 30
Thoi gian(s)
Hình 2-17. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường
có chất lượng rất tốt)

Mô Phỏng Và Phân Tích Hiệu Quả Hệ Thống Treo Cao Su Của Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Khả Năng Thân Thiện Mặt Đường.doc

Mô Phỏng Và Phân Tích Hiệu Quả Hệ Thống Treo Cao Su Của Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Khả Năng Thân Thiện Mặt Đường.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Mô Phỏng Và Phân Tích Hiệu Quả Hệ Thống Treo Cao Su Của Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Khả Năng Thân Thiện Mặt Đường.doc

Similar to Mô Phỏng Và Phân Tích Hiệu Quả Hệ Thống Treo Cao Su Của Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Khả Năng Thân Thiện Mặt Đường.doc (20)

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Mô Phỏng Và Phân Tích Hiệu Quả Hệ Thống Treo Cao Su Của Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Khả Năng Thân Thiện Mặt Đường.doc