Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Dao Động Liên Kết Giữa Hệ Thống Truyền Lực Và Hệ Thống Treo Đến Độ Êm Dịu Chuyển Động Của Ô Tô Tô.doc

Tải tài liệu tại sividoc.com
Viết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------------------------
HOÀNG ANH THÁI
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG LIÊN KẾT GIỮA HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU
CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TÔ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Thái Nguyên - Năm 2018

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
HOÀNG ANH THÁI
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG LIÊN KẾT GIỮA HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU
CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TÔ
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ
KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 80520116
KHOA CHUYÊN MÔN
TRƯỞNG KHOA
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
KHOA HỌC
PGS.TS. Lê Văn Quỳnh TS. Dương Thế Hùng
PHÒNG ĐÀO TẠO
Thái Nguyên - 2018

i
LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên: Hoàng Anh Thái
Học viên: Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-
Đại học Thái Nguyên.
Nơi công tác: Trường cao đẳng Lào Cai
Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên
kết giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động
của ô tô tô
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Mã số: 80520116
Sau gần hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa chọn
thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động
liên kết giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển
động của ô tô tô. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.
Dương Thế Hùng và sự nổ lực của bản thân, đề tài 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 2018
HỌC VIÊN
Hoàng Anh Thái

ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã
tiếp nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý
thầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể 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 thầy giáo TS. Dương Thế Hùng
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
Hoàng Anh Thái

iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...............................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................ii
MỤC LỤC........................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ..................................................v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT......................................ix
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................................1
CHƯƠNG 1 - NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN .................................................3
1.1.Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ô tô và các chỉ tiêu đánh giá 3
1.1.1.Khái niệm độ êm dịu chuyển động của ô tô ......................................3
1.1.2.Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động............4
1.1.2.1. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động...............4
1.1.2.2. Chỉ tiêu cường độ dao động...........................................................5
1.1.2.3 Chỉ tiêu về tải trọng động ...............................................................6
1.2.Tổng quan về các công bốkhoa học liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu . 7
1.3.Kết luận chương 1..................................................................................12
1.3.1.Mục tiêu của đề tài...........................................................................12
1.3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................12
1.3.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................12
CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO
ĐỘNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM
DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ................................................................14
2.1. Đặt vấn đề .............................................................................................14
2.1.1 Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân
liên kết giữa các vật trong hệ ....................................................................16
2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết.........17

iv
2.2. Phương pháp xây dựng mô hình tính toán nghiên cứu ảnh hưởng củadao
động hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô
tô...................................................................................................................18
2.2.1 Xây dựng mô hình dao động hệ thống truyền lực ...........................18
2.2.2. Xây dựng mô hình dao động ô tô ...................................................31
2.2.3. Xây dựng mô hình dao động nghiên cứu ảnh hưởng của dao động hệ
thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô .. 34
2.3 Mô hình toán học mô phỏng ảnh hưởng của dao động hệ thống truyền lực
và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô.................................36
2.4. Kết luận chương 2.................................................................................38
CHƯƠNG 3 - MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ
HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ........40
3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng ...............................................................40
3.1.1 Xác định nguồn kích thích từ động cơ đốt trong .............................41
3.1.2. Xác định kích thích từ mặt đường ..................................................43
3.2. Mô phỏng và phân tích kết quả.............................................................44
3.2.1. Ảnh hưởng của dao động xoắn động cơ và hệ thống truyền lực....45
3.2.2. Ảnh hưởng của dao động hệ thống treo..........................................53
3.3. Kết luận chương 3.................................................................................59
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.........................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................61

v
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Sơ đồ các phương pháp mô phỏng..................................................15
Hình 2.2 – Mô hình cơ học và sơ đồ động lực học tương ứng .......................22
Hình 2.3 - Chuyển đổi từ mô hình cơ học sang mô hình động lực học..........23
Hình 2.4 - Các bước đơn giản hoá hệ thống động lực ....................................29
Hình 2.5 - Sơ đồ hóa khối lượng được treo ....................................................32
Hình 2.6 - Sơ đồ hóa khối lượng không được treo .........................................32
Hình 2.7 Mô hình hóa hệ thống treo ...............................................................33
Hình 2.8 - Sơ đồ dao động tương đương của ô tô [] .......................................33
Hình 2.9 - Mô hìnhnghiêncứuảnhhưởngcủadao độnghệthốngtruyềnlựcvà hệ
thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô .............................................36
Hình 3.1 - Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng dao động liên kết giữa động cơ
và hệ thống truyền lực.....................................................................................40
Hình 3.2 - Mô hình Simulink - Simscape mô phỏng động cơ đốt trong.........41
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của mô men động cơ theo thời gian khi động cơ có số
xilanh khác nhau..............................................................................................42
Hình 3.4 - Quan hệ giữa mô men, tốc độ động cơ 4 xilanh theo thời gian ở mức
ga khác nhau....................................................................................................43
Hình 3.5 - Kết quả mô phỏng mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO - loại C
44
Hình 3.6 - Sự thay đổi của mô men trên bán trục M23 khi chịu kích thích từ
đường và động cơ............................................................................................46
Hình 3.7 - Sự thay đổi của mô men trên bán trục M23 ...................................46
khi chịu kích thích động cơ.............................................................................46
Hình 3.8- So sánh sự thay đổi của mô men trên bán trục M23 .......................47
khi chịu và không chịu kích thích động cơ .....................................................47

vi
Hình 3.9 - Sự thay đổi của mô men trên bán trục M23 khi chịu kích thích từ
đường và động cơ............................................................................................47
Hình 3.10 - Kết quả tính toán mô men xoắn trên khâu M35...........................48
khi ô tô sử dụng động cơ có số xilanh khác nhau ...........................................48
Hình 3.11. Giá trị gia tốc dao động theo phương thẳng đứng (a) và bình phương
trung bình của gia tốc (b) khi ô tô di chuyển trên đường ISO C class [14]....49
Hình 3.12. Quan hệ giữa az, arms và số xilanh động cơ khi ô tô chưa chuyển
động và động cơ vận hành ở chế độ bướm ga mở cực đại..............................50
Hình 3.13 Sự thay đổi của gia tốc dao động theo phương thẳng đứng và giá trị
bình phương trung bình của nó khi ô tô chưa chuyển động, động cơ vận hành ở
các chế độ mở bướm ga khác nhau. ................................................................51
Hình 3.14 - Gia tốc dao động của ô tô khi xe đứng yên và chỉ chịu tác động của
dao động của ĐCĐT........................................................................................52
Hình 3.15 - Sự thay đổi của gia tốc ô tô theo phương thẳng đứng khi chịu và
không chịu tác động của đường ......................................................................52
Hình 3.16 - Sự thay đổi của gia tốc dao động cầu trước theo thời gian khi có kể
đến và không kể đến tác động từ động cơ.......................................................53
Hình 3.17 - Sự thay đổi của gia tốc dao động cầu trước và cầu sau theo thời
gian khi có kể đến tác động từ động cơ...........................................................54
Hình 3.18 - Sự thay đổi của giá trị lực từ cầu trước tác dụng lên khung xe khi
có kể đến và không kể đến tác động từ động cơ .............................................55
Hình 3.19- Sự thay đổi của giá trị lực từ các cầu xe tác dụng lên khung xe khi
có kể đến và không kể đến tác động từ động cơ .............................................55
Hình 3.20 - Sự phụ thuộc của awz vào độ cứng của hệ thống treo trước và sau
khi xe chỉ chịu kích thích dao động từ động cơ ..............................................56
khi xe chỉ chịu kích thích dao động từ động cơ và mấp mô mặt đường.........56

vii
khi xe chỉ chịu kích thích từ mấp mô mặt đường............................................57
Hình 3.23- Sự phụ thuộc của awz vào hệ số cản của hệ thống treo trước và sau
khi xe chỉ chịu kích thích từ mấp mô mặt đường............................................57
Hình 3.24 - Sự phụ thuộc của awz vào hệ số cản của hệ thống treo trước và sau
khi xe chỉ chịu kích thích dao động từ động cơ và mấp mô mặt đường.........58

viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631 - 1...............4

ix
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa
x ,y ,z Chuyển động góc theo ba phương x,y,z
B m Bề rộng cơ sở của xe
L m Chiều dài cơ sở của xe
a,b m Tọa độ trọng tâm của xe
m kg Khối lượng
HTTL Hệ thống truyền lực
ĐLH Động lực học
ĐCĐT Động cơ đốt trong
4WD Hệ thống truyền lực 4 bánh chủ động

1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp thì ngành
công nghiệp ôtô cũng đã và đang từng bước phát triền. Trong số các ngành công
nghiệp sản xuất dân dụng, ngành ôtô có liên kết đầu vào và đầu ra rộng nhất và
sự phối hợp công nghệ cao nhất. Do vậy ngành này có ảnh hưởng lớn đến quá
trình công nghiệp hóa của nền kinh tế quốc dân, chính bởi lý do đó việc thúc đẩy
ngành công nghiệp ôtô thành công trở nên rất quan trong.
Hệ thống treo có một vai trò quan trọng nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển
động của xe cũng như giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông. Nghiên
cứu độ em dịu chuyển động đã và đang nhiều nhà nghiên cứu quan tâm cải tiến
thiết kế theo hướng nâng cao hiệu quả sử dụng của nó. Xuất phát từ ý tưởng
nghiên cứu em đã chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết
giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô
tô tô” dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo TS. Dương Thế Hùng.
Mục tiêu của đề tài
Xây dựng được phương pháp nghiên cứu cho phép đánh giá ảnh hưởng
của dao động hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động
của ô tô
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực
và hệ thống treo ô tô 2 cầu, 4 bánh chủ động.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng lý thuyết với sự trợ giúp của
phần mềm Matlab-Simulink 2015.
Nội dung chính của đề tài
Chương 1 - Nghiên cứu tổng quan

2
Chương 2 - Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của dao động hệ thống
truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô
Chương 3 - Mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến
độ êm dịu chuyển động của ô tô
Kết luận
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
Hoàng Anh Thái

3
CHƯƠNG 1 - NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ô tô và các chỉ tiêu đánh giá
1.1.1.Khái niệm độ êm dịu chuyển động của ô tô
Trong quá trình khai thác ô tô chúng ta thấy rằng các yếu tố về mặt kết
cấu của xe và các yếu tố từ bên ngoài như chất lượng bề mặt đường, sự vận
hành của người lái có tác động rất lớn đến độ êm dịu chuyển động của xe.
Những dao động này thông thường có ảnh hưởng xấu đến hiệu quả làm việc
của ô tô.
Thứ nhất, những dao động không mong muốn này ảnh hưởng xấu đến
hàng hóa, tuổi thọ của các cụm chi tết trên xe và đặc biệt là ảnh hưởng xấu tới
sức khỏe của hành khách ở trên xe.
Thứ hai, qua nghiên cứu thấy rằng đối với ô tô vận tải khi khai thác ở
chất lượng bề mặt đường xấu thì vận tốc trung bình giảm 40% đến 50%,
quãng đường khai thác giữa hai kì đại tu giảm 35% đến 40%, suất tiêu hao
nhiên liệu tăng 50%-70%... điều này kéo theo năng suất vận chuyển giảm
35% đến 40% và giá thành vận chuyển tăng 50% đến 60% .
Thứ ba, đối với những người làm nghề lái xe, trong trường hợp họ phải
làm việc một thời gian dài dưới điều kiện lao động rung xóc, dao động nhiều sẽ
gây ra mỏi mệt cơ thể, ức chế thần kinh dẫn đến nguy hiểm trong khi vận hành
xe. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy con người nếu phải chịu đựng lâu trong môi
trường dao động của ô tô sẽ mắc chứng bệnh về hệ thần kinh, não bộ .
Như vậy, độ êm dịu chuyển động của ô tô là một trong những chỉ tiêu
quan trọng khi đánh giá chất lượng của một chiếc xe. Độ êm dịu chuyển động
của ô tô phụ thuộc vào kết cấu của xe và đặc điểu của nguồn kích động, cuối
cùng là phụ thuộc vào kỹ thuật của người lái xe.

4
1.1.2.Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động
1.1.2.1. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động
* Theo tiêu chuẩn ISO 2631 - 1 [21] đã đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm
dịu chuyển động ô tô thông qua các giá trị của gia tốc bình phương trung bình
theo phương thẳng đứng dựa vào các công trình nghiên cứu của thế giới. Giá
trị của gia tốc bình phương trung bìnhtheo phương thẳng đứng được xác định
theo công thức sau đây:
1 T 2 1/ 2
a
WZ
 a
z (t)dt (1-1)

T
0 
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 biến thiên gia tốc quân
phương theo phương thẳng đứng theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 [21] được đánh
giá bằng cách so sánh với giá trị trong Bảng 1.1
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
Thỏa 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 thỏa mái
1.25 m.s-2
- 2.5 m.s-2
Rất khó chịu
>2 m.s-2
Cực kỳ khó chịu
* Ưu điểm của tiêu chuẩn VBI - 2057 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
hình dao động vật lý và toán học của toàn bộ xe hoặc các phần mền chuyên

5
dùng như ADAMS, LMS hoàn toàn xác định đượ giá trị biến thiên của gia tốc
dao động theo miền thời hoặc miền tần số. Trong thời gian gần đây phương
pháp này đã được các nhà khoa học trên khắp thế giới áp dụng và sử dụng tiêu
chuẩn ISO 2631 - 1 để phân tích, đánh giá độ êm dịu chuyển động của các
phương tiện giao thông.
1.1.2.2. Chỉ tiêu cường độ dao động
*Theo tiêu chuẩn VBI - 2057 của Đức đã đưa ra hệ số KB để đánh giá độ
dao động[9,19].Trong tiêu chuẩn này, có ba mức độ được được sử dụng để
đánh giá dao động của ô tô:
- KB = 20 giới hạn êm dịu;
- KB = 50 giới hạn điều khiển;
- KB = 125 giới hạn gây bệnh lý;
Cường độ dao động KB là một hàm số của gia tốc, phương tác dụng, thời
gian và tần số tác dụng. Như vậy, để xác định KB đối với xe tải ta phải xác định
..
được gia tốc của Cabin, trong công thức tính toán sau này là Z1 , gia tốc tại
trọng tâm khối lượng được treo phía trước.
..
Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá: chỉ tiêu về an toàn hàng hoá hiện nay chỉ
có Hiệp hội Đóng gói Đức BFSV [3] nêu ra vấn đề. Dựa vào đó, với nghiên
cứu ảnh hưởng của dao động với đường, Mitschke đề ra ngưỡng cho an toàn
hàng hoá như sau [19]:
- Z..
2 max = 3m/s2
giới hạn cảnh báo.
- Z..
2 max = 5 m/s2
giới hạn can thiệp.
..
Trong đó: Z 2 là gia tốc theo phương thẳng đứng của thùng xe, khối lượng
được treo.

6
Giới hạn cảnh báo, theo Mitschke [20], là ở đó hệ thống treo hoặc đường
đã hỏng đến mức phải có kế hoạch sửa chữa.
1.1.2.3 Chỉ tiêu về tải trọng động
Tải trọng động cực đại (Fzdyn, max ) ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ các chi
tiết, gây ra tổn hại cho đường. Hệ số tải trọng động Kdyn, maxđược sử dụng để
đánh giá mức độ ảnh hưởng đến chi tiết, hệ số áp lực đường W đánh giá 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 xác định theo công thức sau:
Kdyn,max=1+ max( Fzdyn ) 1,5 (1-2)
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 nhiên max (Fz,dyn) được xác định như sau:
 F  1 T (F (t) F )2
dt (1-3)
T 
Fz Z ,RMS z z,st
và: kdy max = 1,64 FZ ,RMS 1 (1-4)
F
z ,st
b. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường
Từ những năm 1990 đến nay, nhóm xe ôtô vận tải ngày càng được phát
triển theo hướng nâng cao được tải trọng và đã đạt được kết quả đáng ghi nhận.
Tỉ trọng kinh tế của cầu và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh
giá cao. Các nhà khoa học của các quốc gia như Anh, Mỹ đã đặt vấn đề nghiên
cứu ảnh hưởng của dao động ôtô đối với cầu và đường. Đã chứng minh được
rằng mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô đến cầu và đường có tỷ lệ với số mũ

7
bậc bốn của áp lực bánh xe tới bề mặt đường. Họ đã đưa ra khái niệm “Road
stress Coefficient” tạm dịch là hệ số áp lực đường W- là hệ số có thể đánh giá
mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô tới cầu và đường. Trong một số tài liệu
còn có tên tiếng anh là Dynamic wear factor. Theo đó, Wilkinson [20,22] đã
đưa ra công thức xác định hệ số áp lực đường W như sau:
W=1+62
+44
(1-5)
=
max( f z,dyn )
(1-6)
F
z ,st
Khi xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là:
w(i).Fz ,st (i)i

W= 1 (1-7)
F
z ,st
(i)

 1i
1.2.Tổng quan về các công bốkhoa học liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu
*Hệ thống treo và các phần tử của hệ thống
Ngành công nghiệp ô tô có mối liên hệ chặt chẽ với các ngành khoa học
kỹ thuật khác như: cơ khí chế tạo, công nghệ vật liệu, điều khiển tự động…
ngày nay, với sự phát triển của các ngành công nghiệp phụ trợ đã góp phần
không nhỏ để ngành công nghiệp ô tô đã có những bước tiến vượt bậc. Công
nghệ kỹ thuật hiện đại được sự dụng trên ô tô ngày càng nhiều. Các hệ thống
trên ô tô, trong đó hệ thống treo và các phần tử của hệ thống treo đã được cải
tiến đáng kể theo hướng nâng cao chất lượng của độ êm dịu chuyển động của
ôtô.
Năm 1974 phần tử giảm chấn có điều khiển đầu tiên được đưa vào sử dụng
trong hệ thống treo đã đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lịch sử nghiên
cứu phát triển và hoàn thiện hệ thống treo. Kể từ đó,một số công trình nghiên
cứu về lĩnh vực này đã được triển khai: có thể kể đến công trình [26] đã nghiên
cứu tối ưu hệ thống treo tích cực và bán tích cực dựa trên mô hình 1/4 với kích
thích ngẫu nhiên từ bề mặt đường. Các tác giả Ahmadian và Marjoram [26]

8
bằng việc sử dụng mô hình treo bán tích cực (semi active suspension) 1/4 xe
với các phần tử điều khiển là giảm chấn dạng ON-OFF đã khảo sát đặc tính
tần số - biên độ của gia tốc khối lượng phần được treo, dịch chuyển của hệ
thống treo và của lốp xe với tác động đầu vào có vận tốc dịch chuyển theo
phương thẳng đứng ngẫu nhiên. Trong những năm gần đây việc ứng dụng kỹ
thuật điều khiển để điều khiển giảm chấn được nghiên cứu khá tỉmỉ trong các
công bố [26].
Cùng với sự phát triển của hệ thống treo bán tích cực (semi active
suspension) thì hệ thống treo tích cực (active suspension) cũng phát triển song
song.Hệ thống treo tích cực đó là hệ thống treo có thể điều khiển được hai
thông số: điều khiển phần tử giảm chấn và điều khiển phần tử đàn hồi.
* Nghiên cứu nguồn gây dao động:
Trong quá trình chuyển động của ô tô, dao động của ôtô được sinh ra đó là
dạng dao động cưỡng bức. Một trong những nguồn gây kích thích dao động đó
làbiên dạng mấp mô của bề mặt đường. Trong lịch sử, các quốc gia phát triển
trên thế giới như: Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nga... đã có nhiều công trình nghiên cứu
về công nghệ, thiết bị đo và đánh giá chất lượng của bề mặt đường. Các nhà
khoa học đã xây dựng các quy trình đo đạc, đánh giá chất lượng đường ôtô thông
qua chỉ tiêu độ mấp mô bề mặt đường. Vấn đề nghiên cứu phương pháp đo và sử
lý các số số liệu đo để có thểxác định được các quy luật của mấp mô bề mặt
đường là một vấn đề rộng lớn được nhiều tác giả trên thế giới quan tâm với các
hướng nghiên cứu như sau: Mô hình hoá mấp mô bề mặt đường (thực hiện việc
mô hình hoá, các tác giả phải khảo sát các loại mặt đường, từ đó phân chia
đường ra từng loại). Trong đó,các tác giả đã phân loại các biên dạng mấp mô mặt
đường. Phương pháp thực nghiệm (đo đạc trực tiếp trên mặt đường bằng các
thiết bị đặc biệt), quy luật của các mấp mô bề mặt đường sẽ được biểu diễn dưới
dạng số. Kết quả số này rất thuận tiện cho việc xử lý bằng máy tính để từ đó xây
dựng các hàm toán học mô tả mấp mô của bề mặt đường

9
với sai số có thể chấp nhận được hoặc bằng các phép toán xác suất thống kê
đối với đại lượng ngẫu nhiên, rời rạc.
Các nghiên cứu về mặt đường ngẫu nhiên còn được trình bày trong các
công trình [7,23,24]
Các nhà thiết kế đường giao thông trên thế giới đã đưa ra tiêu chuẩn ISO
8068(1995) về cách phân loại mặt đường quốc lộ và được phân cấp thành 8
cấp[25] và hiện nay đã được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng là kích thích ngẫu
nhiên đầu vào cho bài toán dao động ô tô.
* Nghiên cứu về biên dạng bề mặt đường
- Công trình nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng mặt đường đến tải
trọng tác dụng lên ô tô khảo sát trên Quốc lộ 1A. Trong công trình này tác giả
đã đo đạc và thu thập được số liệu mấp mô biên dạng mặt 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 [9].
- Công trình nghiên cứu về mấp mô đường và chế tạo thiết bị đo xóc kiểu
phản ứng của MDX-73 của GS. Nguyễn Xuân Đào và đã được thử nghiệm
trên các tuyến đường chính của Việt Nam, từ đó ban hành quy trình của ngành
(TCVN-1015/QĐKT4).
* Nghiên cứu về dao động ô tô
- Công trình của tác giả PGS.TS Dư Quốc Thịnh - chủ nhiệm đề tài
mang mã số: B91-03, T16/90-CK, T18/91-CK đã có nghiên cứu mang tính
chất lý thuyết và định hướng về vấn đề dao động.
- Công trình “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 thích ngẫu nhiên.

10
- Công trình của tác giả Triệu Quốc Lộc 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
vận hành máy kéo.
- 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[8].
- Công trình “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 ô tô. Trong luận án này các tác giả tập
trung nghiên cứu hệ thống treo bán tự động với các mô hình ¼ và ½ .
- Công trình “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 với mô hình không gian và giải quyết bài
toán dao động bằng phương pháp giải tích và lập trình bằng ngôn ngữ Pascal
[8].
- 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 [9]..
* Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô:
Để nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của dao động đến sức khoẻ con người
và tìm ra các vùng thông số đặc trưng của dao động như: tần số, vận tốc, gia

11
tốc, biên độ dao động… mà các dao động trong khu vực đó có ảnh hưởng đến
sức khoẻ con người cần sự phối hợp nghiên cứu của các chuyên gia thuộc nhiều
lĩnh vực khác nhau: công nghệ ôtô; an toàn lao động, y tế… tập trung chủ yếu
ở các vấn đề ảnh hưởng của các biên độ và tần số rung động đối với cơ thể
con nguời được đề cập đến trong nhiều tài liệu khác nhau [19, 21]. Việc đưa
ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của chuyển động của các ôtô phụ thuộc vào
sự phát triển của khoa học của từng nước, phụ thuộc vào tâm sinh lý hành
khách của mỗi nước và các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác nhau.
* Nghiên cứu về dao động hệ thống truyền lực và dao động tương hỗ
giữa hệ thống truyền lực với hệ thống treo
Các nghiên cứu về hệ thống truyền lực được đề cập đến trong nhiều
công bố. Điển hình trong [6] tác giả đánh giá tải trọng trong hệ thống truyền
lực bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, đối tượng nghiên cứu là xe
tải. Trong [1] các tác giả đã đưa ra phương pháp nghiên cứu tải trọng trong hệ
thống truyền lực, xây dựng mô hình động lực học của các hệ thống truyền lực
ô tô với kiểu truyền lực cơ khí và thủy lực. Trong các tài liệu [13,14,33] các
tác giả nghiên cứu về các loại hệ thống truyền lực trên ô tô, chế độ tải trọng
trong các sơ đồ truyền lực khác nhau...
Việc nghiên cứu dao động liên kết giữa hệ thống treo và hệ thống
truyền lực được đề cập đến trong công bố [30], ở đây tác giả đề cập đến mô
hình dao động liên kết một cách sơ lược và nghiên cứu ảnh hưởng của dao
động liên kết trong trường hợp khởi hành ô tô tại chỗ. Trong [10], các tác giả
đã xây dựng mô hình dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực và hệ thống
treo của ô tô với công thức bánh xe 4x4, sử dụng mô hình để nghiên cứu đánh
giá ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến độ êm dịu chuyển động của ô tô.
Hệ thống treo trên xe được thiết kế nhằm giảm tác động từ mặt đường
không bằng phẳng tới hành khách, hàng hoá chuyên chở. Tương ứng với điều
kiện hoạt động khác nhau ( điều kiện đường xá, mức độ quá tải…) yêu cầu đối
với hệ thống treo có thể thay đổi. Khi ô tô chuyển động trên đường không bằng

12
phẳng có thể cùng xảy ra sự dao động không những ở khối lượng được treo và
không được treo của ô tô mà còn xuất hiện dao động ở các chi tiết của hệ
thống truyền lực dẫn tới tăng tải trọng động [10] và giảm độ tin cậy của các
chi tiết trên ô tô cũng như gây lên sự tổn hao công suất của động cơ do phải
tiêu tốn năng lượng cho các dao động này.
1.3.Kết luận chương 1
Từ việc phân tích các tài liệu cho thấy, cho đến nay đã có rất nhiều công
trình công bố liên quan đến dao động và độ êm dịu chuyển động của ô tô. Tuy
nhiên các công trình này thường tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của đường
và kết cấu hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô, ngược lại có những
nghiên cứu về dao động của hệ thống truyền lực lại thường bỏ qua ảnh hưởng
của dao động hệ thống treo. Chính vì vậy, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu
ảnh hưởng của dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo
đến độ êm dịu chuyển động của ô tô” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của
mình. Khi nghiên cứu, tiêu chí đánh giá ảnh hưởng của các hệ thống này đến
độ êm dịu chuyển động của ô tô là giá trị gia tốc bình phương trung bình theo
thời gian tác động awz.
1.3.1.Mục tiêu của đề tài
Xây dựng được phương pháp nghiên cứu cho phép đánh giá ảnh hưởng
của dao động hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động
của ô tô
1.3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực
và hệ thống treo ô tô 2 cầu, 4 bánh chủ động.
1.3.3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng lý thuyết với sự trợ giúp của
phần mềm Matlab-Simulink 2015.
1.3.4. Nội dung chính của đề tài

13
Chương 1 - Nghiên cứu tổng quan
Chương 2 - Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của dao động hệ thống
truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô
Chương 3 - Mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến
độ êm dịu chuyển động của ô tô
Kết luận

14
CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA
DAO ĐỘNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN
ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ
2.1. Đặt vấn đề
Để nghiên cứu động lực học ô tô nói chung và nghiên cứu ảnh hưởng
của hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô nói riêng,
người ta có thể sử dụng 2 phương pháp chính:
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên xe thực
- Phương pháp mô phỏng
Đối với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ta có thể tiến hành
nghiên cứu trong phòng thí nghiệm hoặc trên đường. Ưu điểm của phương
pháp này là đảm bảo tính chính xác cao do việc lựa chọn điều kiện thí nghiệm
đúng với thực tế khai thác cần nghiên cứu, tuy nhiên phương pháp này có
nhược điểm lớn là chi phí nghiên cứu cao do phải tiến hành trên xe thực và
thời gian nghiên cứu kéo dài.
Ngày nay, nhờ sự trợ giúp của các phần mềm mô phỏng mạnh việc
nghiên cứu động lực học của các cơ hệ thường được sử dụng thông qua
phương pháp mô phỏng. So với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
phương pháp này có ưu điểm là giảm được chi phí nghiên cứu do không phải
tiến hành trên mô hình thực, đồng thời phương pháp này cũng cho phép
nghiên cứu một cách chi tiết ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến đối
tượng nghiên cứu một cách nhanh chóng.
Mô phỏng có thể hiểu theo nghĩa là phương pháp mô hình hóa dựa trên
việc xây dựng mô hình số và dùng phương pháp số để tìm các lời giải. Đây là
phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu đối tượng, nhận biết các quá trình, các quy
luật trong tự nhiên cũng như trong kỹ thuật. Ngày nay, với sự trợ giúp đắc lực
của khoa học máy tính người ta đã phát triển các mô hình hóa cho phép xây

15
dựng các mô hình ngày càng gần với đối tượng nghiên cứu. Đồng thời, việc
thu nhận, xử lý thông tin về mô hình rất thuận tiện, nhanh chóng và chính xác.
Chính vì vậy phương pháp mô phỏng các vấn đề trong kỹ thuật đã phát triển
và đang được áp dụng trong nhiều lĩnh vực hoạt động công nghiệp. Việc mô
phỏng tốt giúp ta nắm rõ bản chất của vấn đề, thể hiện được các khả năng có
thể xảy ra trong thực tế.
Khi mô phỏng động lực học của ô tô có thể xem ô tô là một hệ cơ học
nhiều vật bao gồm nhiều khối lượng như: thân xe, bánh xe, động cơ, hệ thống
truyền lực... giữa chúng có mối liên hệ rất phức tạp với nhau thông qua các
phần tử đàn hồi và giảm chấn. Tùy theo mục đích nghiên cứu có thể sử dụng
hai phương pháp mô phỏng sau đây để nghiên cứu dao động ô tô [4,6,10, 13]
- Mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân liên kết giữa
các vật trong hệ;
- Mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết.
Sơ đồ hai phương pháp này trình bày trên hình 2.1
a) b)
Hình 2.1. Sơ đồ các phương pháp mô phỏng
a. Mô phỏng thông qua xây dựng hệ phương trình vi phân
b. Mô phỏng thông qua mô tả vật và liên kết

16
2.1.1 Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân
liên kết giữa các vật trong hệ
Đây là cách thức truyền thống đã được sử dụng trong nhiều năm qua,
khi mô phỏng theo phương pháp này trước tiên ta phải phân tích mô hình
thành cơ hệ nhiều vật và xây dựng các hệ phương trình vi phân cân bằng cho
từng vật. Phương pháp này tuy mất nhiều thời gian hơn nhưng lại giúp chúng
ta kiểm soát mô hình một cách cụ thể rõ ràng hơn. Trình tự của phương pháp
này thực hiện như sau:
+Xây dựng mô hình tính toán: Để xây dựng được mô hình tính toán
trước tiên cần xây dựng mô hình cơ học từ hệ thống thực, xây dựng mô hình
động lực học và đơn giản hóa mô hình này để nhận được mô hình tính toán.
+ Xây dựng mô hình toán học: Mô hình toán học là hệ các phương
trình toán học biểu diễn hoạt động của hệ thống theo mô hình tính toán. Mô
hình toán học có thể nhận được bằng nhiều phương pháp khác nhau [2,4,5]
như phương pháp Newton, Lagrange II, D’alambe, nguyên lý Jodan...
+ Giải mô hình toán học bằng phần mềm chuyên dùng: Khi có được
mô hình tính toán ta có thể nghiên cứu dao động của hệ bằng các phần mềm
chuyên dụng. Khảo sát dao động của hệ trên miền thời gian và miền tần sốxác
định các thông số “ra”, khi thay đổi các thông số “vào” và các thông số kết
cấu. Các phần mềm chuyên dùng để giải quyết các mô hình toán có thể kể tới
như: MatrixX (từ các hệ tích hợp), EASY5 (của hãng Boeing) và Matlab với
công cụ Simulink (của Mathworks. Inc). Các phần mềm này đều có các khả
năng tương đương, tùy thuộc vào mục tiêu bài toán mà ta lựa chọn phần mềm
phù hợp.
Để thực hiện việc mô phỏng thì việc rất quan trọng đó là xác định các
thông số trên mô hình, tín hiệu đầu vào, tín hiệu đầu ra, các thông số điều
khiển quá trình mô phỏng
- Xác định các thông số trên mô hình:
Các thông số của mô hình liên quan tới các giá trị mà thông thường không
bị thay đổi trong trong quá trình mô phỏng. Các thông số cơ bản của các hệ cơ

17
khí là khối lượng và độ cứng của các khâu đàn hồi. Trong thực tế các thông số
của mô hình cũng có thể thay đổi theo thời gian, nhưng thông thường chúng
thay đổi chậm hơn nhiều so với các biến động lực được tính toán trong quá
trình mô phỏng.
- Tín hiệu đầu vào:
Thông thường các hệ thống phản ứng với một hoặc nhiều tín hiệu đầu
vào, việc mô phỏng cũng cần có yêu cầu như vậy.
- Xác định kết quả xuất ra:
Mô phỏng thường không chỉ định các kết quả xuất ra. Kết quả xuất ra
thường là các quá trình phụ thuộc vào thời gian của các biến vật lý của hệ thống.
- Xác định các thông số điều khiển quá trình mô phỏng:
Các thông số điều khiển quá trình mô phỏng là các giá trị tùy chọn. Các
giá trị này sẽ chỉ ra cách thực hiện các phương pháp số trong quá trình mô
phỏng. Thông thường đó là bước thời gian, khoảng tích phân, sai số cho phép
và việc lựa chọn thuật toán tích phân.
+ Phân tích kết quả:
Đây là bước cuối cùng của việc mô phỏng, dựa trên việc phân tích kết
quả sẽ cung cấp thêm các thông tin để giải quyết mục tiêu ban đầu mà bài
toán đặt ra.
2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết
Mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kếtlà một cách thức mô
phỏng thông qua các vật chuẩn và các liên kết chuẩn có sẵn trong một số phần
mềm chuyên dụng. Để thực hiện cách này, sau khi nghiên cứu hệ thống sẽ
chia hệ thống thành các vật và các liên kết giữa chúng mà không cần quan tâm
đến việc thiết lập các hệ phương trình. Hiện nay có các phần mềm chuyên
dụng để mô phỏng dạng này như Alaska, Adam, Modelica, Universal ...
Ưu điểm của phương pháp mô phỏng thông qua mô tả vật và liên kết là
không mất thời gian để thiết lập hệ phương trình cân bằng cho các vật của cơ

18
hệ nhờ sử dụng các modul chuẩn có sẵn trong các phần mềm. Do đó, thời gian
thiết lập mô hình và lập trình trên máy tính sẽ được rút ngắn.
Tuy nhiên, cách thức mô phỏng theo phương pháp này có một số nhược
điểm. Nhược điểm thứ nhất đó là các phần mềm chuyên dụng dạng này mặc
dù đã xuất hiện ở thị trường Việt Nam nhưng chi phí cho việc mua các phần
mềm này còn quá cao và hiện tại chỉ là các bản demo nên độ tin cậy thấp.
Nhược điểm thứ hai là khó nghiên cứu rõ bản chất của các quá trình diễn ra
trong các modul chuẩn và chưa thể can thiệp vào chúng, vì thế sẽ hạn chế khả
năng nghiên cứu mở rộng cũng như việc kiểm soát quá trình tính toán và kết
quả chưa rõ ràng.
Như vậy, trong hai phương pháp mô phỏng kể trên, mỗi phương pháp
có ưu nhược điểm riêng. Trong luận văn này tác giả sử dụng phương pháp mô
phỏngthông qua thiết lập hệ phương trình vi phân liên kết giữa các vật trong
hệ để nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố động cơ và hệ thống truyền lực và
kích thích từ mặt đường đến độ êm dịu chuyển động của ô tô.
2.2. Phương pháp xây dựng mô hình tính toán nghiên cứu ảnh hưởng
củadao động hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển
động của ô tô
2.2.1 Xây dựng mô hình dao động hệ thống truyền lực
Để xây dựng mô hình tính toán dao động hệ thống truyền lực, trong luận
văn này tác giả phương pháp xây dựng mô hình dao động xoắn, theo []
phương pháp này gồm các bước sau:
-Xây dựng mô hình cơ học.
-Xây dựng sơ đồ động lực từ mô hình cơ học đã có.
- Xây dựng sơ đồ tính toán bằng cách đơn giản hoá mô hình động học.
a. Mô hình cơ học:
Mô hình cơ học của hệ thống chính là sơ đồ động học của nó, trong đó
thể hiện các phần tử dưới dạng sơ đồ hoá. Các sơ đồ động học có hai dạng: sơ

19
đồ với các thông số tập trung và sơ đồ với các thông số phân bố. Để cho đơn
giản người ta thường gọi chúng là sơ phân bố (liên tục) và sơ đồ tập trung (rời
rạc). Trong các sơ đồ phân bố, mỗi phần tử được đặc trưng bằng hai tính chất:
tính quán tính và tính đàn hồi .
Tất cả các hệ thống thực đều là hệ thống phân bố, nhưng để đơn giản,
trong quá trình phân tích người ta thường tìm cách quy chúng về dạng tập
trung bằng cách bỏ qua các tính chất ít quan trọng hơn của các phần tử.
Hệ thống truyền lực của ôtô là hệ thống dạng phân bố nhưng khi sơ đồ
hoá nó người ta thường thể hiện dưới dạng sơ đồ dao động tập trung. Việc quy
đổi từ dạng phân bố về tập trung (còn gọi là rời rạc hoá ) được thực hiện dựa trên
cơ sở sau: các dao động xoắn trong HTTL có phổ không liên tục với tần số riêng
nằm trong miền dưới 300Hz, vì vậy có thể sử dụng các sơ đồ dạng tập trung để
tính toán các quá trình dao động xoắn trong miền tần số trên.
Trong các hệ thống được quy về dạng tập trung, các khối lượng được
coi là tập trung và chỉ có tính quán tính. Các chi tiết trong hệ thống có nhiệm
vụ nối các khối lượng với nhau có dạng phần tử đàn hồi được đăc trưng bởi
một độ cứng nhất định. Trong qúa trình nghiên cứu dao động xoắn người ta
coi các phần tử có kích thước dọc theo trục quay không vượt quá hai lần
đường kính là các phần tử tập trung. Khối lượng phân bố của các phần tử này
được tính đến một cách tương đối chính xác bằng cách quy chúng về khối
lượng tập trung. Việc lập sơ đồ tập trung của hệ thông truyền lực được thực
hiện trên cơ sở nghiên cứu kỹ cấu tạo của các cụm trong hệ thống để từ đó
phân các chi tiết thành hai loại: loại chỉ có tính quán tính (khối lượng tập
trung) và loại chỉ có tính đàn hồi (phần tử nối).
Những phần tử chỉ có tính quán tính trong hệ thống truyền lực thường là:
bánh răng, các đĩa của ly hợp, bánh đà, các mặt bích, các chi tiết của ổ bi, các

20
chi tiết vỏ. Các chi tiết chỉ có tính đàn hồi thường là các trục và một số chi tiết
đàn hồi chuyên dụng trong hệ thống truyền lực.
Trong quá trình lập sơ đồ tính toán, việc phân loại và xác định các
thông số của các phần tử một cách chính xác đóng vai trò quyết định và ảnh
hưởng trực tiếp đến kết quả tính toán. Chẳng hạn, các bánh răng có độ đàn hồi
rất nhỏ nên thường được coi là khối lượng tập trung, nhưng khi nghiên cứu
những dao động tần số cao thì độ đàn hồi của nó cần được tính đến. Lốp xe là
những phần tử đặc biệt, chúng vừa có độ đàn hồi cao lại vừa có trọng lượng
lớn nên khi sơ đồ hoá chúng thường được thể hiện bằng một khối lượng tập
trung nối với một phần tử đàn hồi. Nếu xét một cách tổng quát, ôtô được sơ
đồ hoá như một hệ dao động bao gồm tập hợp các khối lượng tập trung được
nối với nhau bằng các khâu đàn hồi không quán tính. Trên sơ đồ này thể hiện
tất cả những mối liên hệ động học giữa các trục và các bộ phận thực hiện bởi
các bánh răng và các cơ cấu truyền động. Ngoài ra trên sơ đồ còn thể hiện các
lực và momen tác dụng lên các phần tử của hệ thống, trong đó có lực ma sát là
thành phần tiêu thụ năng lượng dao động.
Trong mô hình cơ học ngoài các phần tử đàn hồi, khối lượng tập trung còn
có các khối lượng liên kết phản lực. Khối lượng liên kết phản lực là các phần tử
vỏ nối với khung và do đó tham gia vào quá trình dao động của hệ thống truyền
lực. Các khối lượng liên kết phản lực được thể hiện trên sơ đồ dưới dạng lò so
xoắn, một đầu nối với vỏ của cơ cấu đầu kia nối với khung của ôtô được xem là
cố định. Các thông số cơ bản của mô hình cơ học là mômen quán tính của các
khối lượng quán tính Ii tính theo trục quay và độ đàn hồi ei của các phần tử đàn
hồi. Độ đàn hồi của các phần tử đàn hồi là đại lượng nghịch đảo của độ cứng và
được tính bằng góc quay (rad) của một trong những mặt cắt của trục khi nó phải
chịu momen xoắn bằng 1Nm đặt vào một đầu trục trong khi đầu kia bị ngàm
cứng. Độ đàn hồi của trục và momen quán tính của các khối lượng được xác định
bằng thực nghiệm hoặc tính theo các bản vẽ cấu tạo.

21
Ngày nay các phần mềm máy tính chuyên dụng cho phép tính toán một cách
chính xác momen quán tính của các chi tiết dựa trên hình vẽ của nó.
Trong trường hợp các trục nối tiếp với nhau thì độ đàn hồi chung là
tổng của các độ đàn hồi thành phần, còn nếu các trục song song thì độ cứng
chung là tổng củacác độ cứng thành phần. Trong trường hợp này độ đàn hồi
tổng được tính như sau:
e 
e1e2 (2-1)
e1  e2
Độ đàn hồi của các mối ghép then và then hoa được tính như sau :
e
T 
k
T (2-2)
d 2
lhz
Trong đó:
kt :là hệ số tuỳ thuộc vào loại then trong mối ghép.
d: đường kính mối ghép then.
l- Chiều dài mối ghép then.
h - Chiều cao hiệu dụng của then.
z - Số then.
Độ đàn hồi của các khớp cácđăng được tính:
e 5.109 (2-3)
cd
d3
Trong đó d- là đường kính các trục nối.
Độ đàn hồi của nhíp, của cầu chủ động theo phương dọc xe (độ đàn hồi liên
kết):
en
4 (2-4)
cL
Trong đó
c - Độ cứng của nhíp. L
- Chiều dài của nhíp.

22
Độ đàn hồi riêng của bánh răng quy về 1 trong hai trục:
e
br 
k
br (2-5)
bR2
cos2

Trong đó:
b - bề rộng làm việc của bánh răng
α: góc ăn khớp.
R :Bán kính vòng chia của bánh răng trên trục quy dẫn
kbr : Hệ số
Hình 2.2 – Mô hình cơ học và sơ đồ động lực học tương ứng

23
Khi nghiên cứu những quá trình quá độ xảy ra trong thời gian rất ngắn
người ta thường bỏ qua sự thất thoát năng lượng.Nhưng khi nghiên cứu tới
các quá trình liên quan đến dao động ổn định thì ảnh hưởng của việc thất thoát
năng lượng trở nên đáng kể.Vì vậy, trong những trường hợp này cần phải tính
đến các phần tử tiêu thụ năng lượng.
Trong quá trình dao động, năng lượng dao động bị mất mát trong bản
thân các chi tiết, trong các mối ghép then, then hoa, trong các ổ đỡ trục, trong
các vết ăn khớp bánh răng, trong các phớt làm kín, và trong các cơ cấu giảm
chấn ...
a. Xây dựng sơ đồ động lực học:
Để chuyển đổi sơ đồ cơ học thành sơ đồ động lực người ta quy các
thông số của sơ đồ cơ học về một hoặc vài trục và thể hiện hệ thống bằng các
quy ước[30].
Thực chất, việc quy đổi trên ứng với việc chuyển đổi hệ toạ độ của mô
hình cơ học với điều kiện cơ bản là bảo toàn động năng, thế năng và hàm thất
thoát năng lượng của các phần tử trước và sau chuyển đổi.
Trên hình 2.3 là một ví dụ về việc chuyển đổi từ mô hình cơ học sang
sơ đồ động lực. Giả sử các khối lượng 1 và 2 bị xoắn đi các góc tương ứng
là1 và2 so với vị trí ban đầu (khi mômen xoắn bằng 0) thì động năng của
hệ thống được tính bằng tổng động năng của các khối lượng:
E  E  E  1 I''2
1 I ''2 (2-6)
2 2
k k1 k 2 11 2 2
Thế năng của hệ thống bằng tổng thế năng của hai phần tử:
Hình 2.3 - Chuyển đổi từ mô hình cơ học sang mô hình động lực học

24
2 2 (2-7)
E p
 E
p1 E
p 2  1
 2
2e2
2e1
Trong đó :1,2 là biến dạng góc của các trục 1 và 2.
Các mômen gây lên xoắn các trục được tính như sau:
M11
;M2 

2 (2-8)
e1 e2
Nếu gọi tỉ số truyền của cặp bánh răng là i, thì: M2=1.M1. Khi đó:
iM 

2
; M 

2
;

1


2
;  i
e
2 (2-9)
1 e
2
1 ie e1 ie 2 1 e
2 2 1
Mặt khác, nếu ký hiệu các góc quay của các bánh răng là1 và2, thì :
 
1
(2-10)
2
i
111;222 ;1 i21 i2
. Vậy ta có biểu thức thu được là:
 e
1 i2 ; ie1 i2 ; E 1 (1  i 2
)
(2-11)
2
1 1 e i 2
e
2
2 2 e i 2
e
2
p 2 e i 2
e
2
1 1 1
Nếu thay các toạ độ1 và2 bằng các toạ độ tương ứng là1 và2với
điều kiện là :1=1;2=i2, và gọi độ đàn hồi tổng của các chi tiết
e12=e1+i2
e2 thì biểu thức thế năng được đơn giản hoá như sau:

1 (1 2)2
(2-12)
E p ;
2
e
12
Tronghệtoạ độmớibiểuthứctính độngnăngcó dạng:
E  1 I'2
1 I '2  2 1 I 2
1 I 2
(2-13)
k 2 1 1 2 i2 1 2 1 2 2 2 2
Trong đó:
(2-14)
I I' ;I  I '1
1 2
1 i 2
1

25
Các công thức thu gọn trên đây cũng đúng với các dạng sơ đồ cơ học
khác. Trong trường hợp tổng quát, các thông số của sơ đồ động lực được tính
từ các thông số của mô hình cơ học theo các công thức như sau :
I 'i
(2-15)
I  ; e e'
i 2
i
ii
2 i i i
Trong đó:
I’i ,e’i – các thông số của mô hình cơ học.
Ii , ei – các thông số của sơ đồ động lực của hệ thống.
Trong hệ thống truyền lực có một số bộ phận có khả năng phân chia dòng
công suất, chẳng hạn như các hộp số hành tinh, bộ vi sai trong các cầu chủ động
... (số 11 và 13 trongbảng p1). Đặc điểm của các cơ cấu này là dòng công suất
có thể được truyền theo nhiều đường khác nhau, nhưng trong mọi trường hợp
tất cả các trục của cơ cấu đều phải chịu tải. Do vậy ở đây người ta dùng tới
khái niệm độ đàn hồi chung của hệ thống. Trong trường hợp tổng quát độ đàn
hồi chung của hệ thống được xác định theo công thức sau:
n (2-16)
e
1,2,...,n
i
i
2 e
i
i
Trong đó :
ei : Độ đàn hồi của trục nói với khối lượng thứ i ;
ii : Tỉ số truyền của cơ cấu tính từ khối lượng quy dẫn tới khối lượng
thứ i trong điều kiện tất cả các khối lượng khác đều đứng yên.
Mômen quán tính của các chi tiết trong các cơ cấu có phân chia dòng
công suất cũng được tính theo công thức.
Các dao động xoắn trong hệ thống truyền lực có mối liên hệ chặt chẽ với
chuyển động tịnh tiến của khối lượng treo và khối lượng không được treo.Vì
vậy, trong quá trình nghiên cứu chế độ tải trọng trong hệ thống truyền lực cần

26
phải tính đến các khối lượng chuyển động tịnh tiến.Thông thường, các khối
lượng chuyển động tịnh tiến được thể hiện trên sơ đồ tính toán bằng một bánh
đà tương đương, với điều kiện là động năng của bánh đà này bằng động năng
của các khối lượng chuyển động tịnh tiến. Nếu gọi ma là khối lượng chuyển
động tịnh tiến của ôtô; Ia là momen quán tính của bánh đà tương đương trên
sơ đồ tính toán: v là vận tốc của khối lượng chuyển động tịnh tiến và là vận
tốc góc của bánh đà tương đương, ta có:
ma v 2
I a 2
 v2
(2-17)
 ; I  m 
2 2 a
a

Đối với chuyển động tịnh tiến của ôtô v = r0. Trong đó r0 là bán kính
lăn của bánh xe trong điều kiện lăn không trượt. Khi đó:
Ia=ma.ra
2
(2-18) Bánh đà tương đương với khối
lượng chuyển động tịnh tiến của xe được nối với bánh xe bằng khâu đàn hồi
là lốp, có độ đàn hồi là eL. Việc truyền
mômen từ bánh xe tới các khối lượng chuyển động tịnh tiến được thực hiện nhờ
thành phần phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe theo phương dọc.
Thành phần lực này bị hạn chế bởi khả năng bám của bánh xe lên mặt đường.
Trên các sơ đồ tính toán bánh xe và các khối lượng chuyển động tịnh
tiến được thể hiện bằng hai bánh đà nối với nhau bởi khâu đàn hồi tương ứng
với độ đàn hồi tiếp tuyến của lốp. Trong khâu nối này có bộ truyền ma sát với
nhiệm vụ hạn chế momen truyền không quá momen bám của bánh xe đối với
mặt đường.
MRz r0
(2-19)
Trong đó:
 là hệ số bám của bánh xe đối với mặt đường.
Rz thành phần phản lực thẳng đứng của mặt đường tác dụng lên bánh xe.

27
Nếu trong quá trình tính toán có kể đến thất thoát năng lượng do biến
dạng theo phương tiếp tuyến của lốp thì phải đưa vào sơ đồ bộ giảm chấn như
thể hiện trongbảng p1số 10.
Các momen xoắn quy đổi tác dụng lên các phần tử của hệ thống động
lực của ôtô được xác định từ điều kiện cân bằng công thực hiện bởi các
momen trong mô hình cơ học và các mômen tương ứng trong sơ đồ quy dẫn
và tính theo công thức:
M M ' (2-20)
i
Nếu cần tính tới các lực cản từ bánh xe thì mômen cản phải được đặt
vào bánh đà tương đương của bánh xe. Mô men cản mô phỏng sức cản của
không khí và lực cản lên dốc được đặt vào bánh đà tương đương của khối
lượng chuyển động tịnh tiến của ôtô. Các hệ số cản không đàn hồi của hệ
thống được xác định băng cách cân bằng các hàm phân tán năng lượng trong
mô hình cơ học và trọng hệ thống quy dẫn:
k2  k'' 2 (2-21)
;
2 2
' 1
vì 
i
nên k=k’i2
b. Đơn giản hoá sơ đồ động lực thành sơ đồ tính toán:
Sơ đồ quy dẫn của ôtô thường có rất nhiều các khối lượng và các khâu
đàn hồi.Việc xác định các đặc tính động lực của hệ thống như vậy thường gặp
khó khăn nhất định. Hơn nữa, việc tính toán theo các sơ đồ đơn giản hoá
không gây nên những sai số lớn. Do vậy, trong thực tế người ta thường đơn
giản hoá các sơ đồ tính toán bằng cách ghép các khối lượng quán tính và các
khâu đàn hồi. Mức độ đơn giản hoá có thể khác nhau tuỳ theo tính chất của
bài toán và quan trọng hơn cả miền tần số quan tâm.

28
Lý thuyết dao động đã khẳng định, sai số tính toán không vượt quá 5%
nếu tần số cao nhất của dao động riêng của hệ thống quy dẫn lớn hơn so với
tần số cao nhất của các dao động đang xét không qua bốn lần.
Có nhiều phương pháp đơn giản hoá hệ thống động lực. Thông dụng
hơn cả là phương pháp hệ thống thành phần, nó cho phép có được sơ đồ tính
toán một cách tương đối đơn giản với độ chính xác mong muốn.
Để đơn giản hoá sơ đồ động lực của hệ thống, người ta chia nó thành
các hệ thống tối giản (còn gọi là các hệ thống thành phần) gồm một hoặc hai
khối lượng như thể hiện trên hình 2.4. Mỗi hệ thống thành phần được đặc
trưng bởi một tần số dao động riêng. Bình phương của tần số dao động riêng
của hệ thống tối giản thứ k được xác định theo công thức:

29
I1 I2 I3 I4 I5 I6
e12 e23 e34 e45 e56 e60
a
I2 I3 I4 I5
e23 e45
b I1 I2 I3 I4 I5 I6
e12 e34 e56
e23
I3
e34 e45
I5
e56
c I2 I4 I6
e23 e34 e34 e45 e56 e60
I1+I2
d
I3 I5
I1+I2
e
Hình 2.4 - Các bước đơn giản hoá hệ thống động lực
a) Hệ thống ban đầu; b) phân tích hệ thống ban đầu thành hệ thành phần hai khối lượng
c) Phân tích hệ thống ban đầu thành các hệ thành phần một khối lượng;
d) Biến đổi các hệ thành phần tần số cao ; e ) Hệ thống động lực đã đơn giản hoá.

30
k
2

1 (2-22)
e
qk
I
qk
Nếu hệ thống được phân chia thành các hệ thống thành phần một khối
lượng, thì độ đàn hồi và momen quán tính được xác định theo công thức:
e
k1
e
k ,k1 (2-23)
e
qk  ; I qk I k
e
k1,k
 e
k ,k1
Đối với hệ thống thành phần hai khối lượng :
e
qk  ek ; I qk 
I
k
I
k ,k1 (2-24)
I k
 I
k ,k1
Các hệ thống thành phần có tần số dao động riêng cao hơn nhiều so với
giá trị cực đại của miền tần số đang xét được thay bằng các hệ thống tương
đương bằng cách chia đôi một khối khối lượng và hợp nhất các khâu đàn hồi bên
trái và bên phải (xem hình 2.8 - c).Một hệ hai khối lượng có thể chuyển thành hệ
một khối lượng tương đương bằng cách ghép hai khối lượng với nhau và tách
khâu đàn hồi.Trên hình 2.8 còn thể hiện các công thức tính các thông số của hệ
thống tương đương.Những hệ thống thành phần ban đầu trong sơ đồ động lực
được thay bằng các hệ tương dương.Nếu các hệ tương đương là hệ hai khối
lượng thì các khối lượng của nó được kết hợp với khối lượng của các hệ thống
lân cận (bên phải và bên trái sơ đồ).Nếu hệ tương đương là một khối lượng thì
các khâu đàn hồi sẽ được liên kết lại. Khi thay hệ thống thành phần bằng một hệ
tương đương ta giảm được một bậc tự do. Để có được một hệ thống với số bậc tự
do theo ý muốn có thể phải tiến hành theo nhiều bước. Vì vậy, để nghiên cứu
miền dao động của hệ cơ học gồm n tần số dao động riêng thì hệ thống động lực
cần phải có không dưới (n+1) tần số dao động tự do.
Trong quá trình thiết lập mô hình cơ học và sơ đồ động lực của hệ thống,
mỗi phần tử quán tính hoặc đàn hồi ứng với một hoặc một nhóm chi tiết của hệ

31
thống truyền lực. Nhưng khi đơn giản hoá thì quan hệ đó không còn đúng nữa.
Sơ đồ tính toán động lực học của hệ thống chỉ tương đương với hệ thống thực
ở chỗ là quá trình dao động của sơ đồ tính toán mô phỏng lại quá trình dao
động của hệ thống thực với độ chính xác nhất định.
Kinh nghiệm xây dựng các sơ đồ động lực cho thấy, khi tính toán các
dao động với tần số dưới 250Hz thì mômen quán tính của các khối lượng
chuyển động trong động cơ có thể thay thể bằng momen tổng.
Nếu coi tải trọng được phân bố đều lên các bánh xe, hệ số bám giữa bánh
xe với mặt đường là như nhau và ma sát trong vi sai là không đáng kể thì hệ
thống động lực của bộ phận cầu chủ động được coi là đối xứng. Do vậy, việc
đơn giản hoá ở đây được thực hiện bằng cách ghép các nhánh song song và kết
quả thu được là sơ đồ động lực của hệ thống với các mômen quán tính và độ
cứng của trục bằng tổng các thông số tương ứng của các nhánh song song.
Trong hộp số ôtô ta có thể coi các khối lượng ở các nhánh không làm
việc được nối cứng với các nhánh làm việc.Khi nghiên cứu các liên kết phản
lực cần phải xét đến mức độ tương quan giữa các dao động của các khối
lượng của ôtô và của hệ thống truyền lực thông qua mạch liên kết phản hồi và
ảnh hưởng của các phần tử liên kết phản lực của các cầu chủ động là đủ. Nếu
các góc xoay của các vỏ cầu của các cầu chủ động bị hạn chế bởi các thanh
giằng thì khối lượng phản lực của các cầu này có thể bỏ qua.
2.2.2. Xây dựng mô hình dao động ô tô
a. Khối lượng được treo và không được treo
Để xây dựng mô hình hệ thống treo và dao động tương đương của ô tô
người ta chia khối lượng lượng ô tô thành các khối lượng được treo và không
khối lượng được treo.

32
Hình 2.5 - Sơ đồ hóa khối lượng được treo
- Khối lượng được treo M là khối lượng của những cụm, những chi tiết
mà trọng lượng của chúng tác dụng lên hệ thống treo như khung xe, thùng xe,
ca bin, động cơ và các chi tiết khác gắn liền với chúng. Trong hệ dao động
tương đương thì khối lượng được treo có thể xem như vật thể cứng đồng nhất,
biểu diễn như một thanh cứng AB đồng nhất có khối lượng M tập trung tại
trọng tâm T [5,31,32,33]. Các điểm A, B ứng với vị trí cầu trước và cầu sau,
tại các vị trí này có các khối lượng M1 và M2, toạ độ trọng tâm của phần được
treo được xác định bằng các kích thước a, b.
- Khối lượng không được treo m bao gồm khối lượng của những cụm, những
chi tiết máy mà trọng lượng của chúng không tác dụng lên hệ thống treo,
chúng bao gồm các cầu, hệ thống chuyển động, một phần hệ thống các đăng.
Hình 2.6 - Sơ đồ hóa khối lượng không được treo

33
Nếu bỏ qua ảnh hưởng của các biến dạng riêng của các cụm và mối nối
đàn hồi giữa chúng thì có thể coi phần không được treo là vật thể đồng nhất
hoàn toàn và có khối lượng là m đặt tập trung vào tâm bánh xe. Độ đàn hồi
của lốp biến dạng đàn hồi của lốp được đặc trưng bằng hệ số cứng Cl, thành
phần cản được đặc trưng bởi hệ số cản Kl
b. Sơ đồ hoá hệ thống treo.
Trong sơ đồ dao động tương đương ở ô tô thì bộ phận đàn hồi của hệ
thống treo được biểu diễn như là một lò xo có hệ số cứng là C1 và các hệ
thống cản trong bộ phận giảm chấn (ống giảm chấn) với đại lượng đặc trưng
là hệ số cản K. Hệ thống treo được sơ đồ hoá như hình vẽ.
Hình 2.7 Mô hình hóa hệ thống treo
c. Sơ đồ dao động tương đương của ô tô
Ta có thể mô hình hoá hệ thống dao động của ô tô hai cầu như hình vẽ 2.8.
Hình 2.8 - Sơ đồ dao động tương đương của ô tô []

34
M - khối lượng được treo của toàn xe.
M1 , M2 - khối lượng được treo phân ra ở cầu trước và cầu sau.
m1 , m2 - khối lượng không được treo phân ra ở cầu trước và cầu sau.
C1 , C2 - hệ số cứng của thành phần đàn hồi của hệ thống treo trước và sau.
K1 , K2 - hệ số cản của thành phần cản trong hệ thống treo trước và sau.
C'1 , C'2 - hệ số cứng của lốp trước và lốp sau.
a , b - toạ độ trọng tâm các phần khối lượng được treo.
L - chiều dài cơ sở của xe.
2.2.3. Xây dựng mô hình dao động nghiên cứu ảnh hưởng của dao động hệ
thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô
Dựa trên phương pháp xây dựng mô hình dao động độc lập của các hệ
thống truyền lực và hệ thống dao động tương đương của ô tô, tiến hành ghép
nối các sơ đồ này ta được sơ đồ tổng thể dùng cho nghiên cứu ảnh hưởng của
dao động hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của
ô tô.
Khi thiết lập mô hình toán hệ dao động ô tô chúng ta nên chọn mô hình
động lực học gần giống với mô hình thực tế nhưng đơn giản và thuận tiện khi
tính toán để được kết quả có độ chính xác cao. Khi thiết lập mô hình toán hệ
dao động ô tô có thể sử dụng nguyên lý ĐaLămbe hoặc phương trình Lagrăng
loại hai
Dựa trên nguyên lý Đalămbe chuyển bài toán động lực học về bài toán
tĩnh học bằng cách đưa các lực quán tính vào cơ hệ, khi đó phương trình
chuyển động sẽ được thiết lập trên cơ sở lấy tổng đại số các lực tác dụng, các
phản lực và lực quán tính tác dụng lên hệ khảo sát.
Sử dụng phương trình Lagrăng loại hai khi nghiên cứu các mô hình dao
động phức tạp khi mà tác dụng tương hỗ giữa các khối lượng riêng biệt không
đủ rõ ràng trên cơ sở khai thác các năng lượng của cơ hệ. Phương trình
Lagrăng loại hai có dạng tổng quát sau:

35
Công thức:
d 
Ek
 Ek En
E
p
     F
q
dt q q q i
 i i i i
Trong đó : i = 1 n
n - Số toạ độ suy rộng ( số bậc tự do)
qi - toạ độ suy rộng thứ i
qi - đạo hàm của toạ độ suy rộng thứ i
Ek - động năng của hệ
En - Thế năng của hệ
Ep- Năng lượng khuyết tán của hệ
Fi - Lực suy rộng tác dụng theo hướng toạ độ qi
Ek
1
2 Mqi
2
En
1
2 Cqi
2
Ep
1
2 Cqi
2
ở đây: C - độ cứng của phần tử đàn
hồi K - Hệ số cản giảm chấn
M - khối lượng
Phương trình Lagrang loại 2 có thể viết dưới dạng ma trận.
MqKqCq Q
trong đó:
q- véc tơ toạ độ suy rộng;
[M] - ma trận khối lượng ;
[K] - ma trận hệ số cản;
[C] - ma trận độ cứng ;
Q - véc tơ lực kích thích suy rộng.
(2-25)
(2-26)
(2-27)
(2-28)
(2-29)

36
2.3 Mô hình toán học mô phỏng ảnh hưởng của dao động hệ thống truyền
lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô
Dựa trên phương pháp trình bày trong mục 2.2 có thể xây dựng được mô
hình tính toán dao động liên kết của ô tô với sơ đồ truyền lực khác nhau. Trong
luận văn này, tác giả tiến hành xây dựng mô hình động lực học dùng để ảnh
hưởng của dao động hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển
động của ô tô 2 cầu dẫn động 4 bánh (4WD) như trình bày trên hình 2.9
L
z1
l 1 z0 l 2 z2
m1 I 8, m8 m2
cs1 ks1
k12
I 5 k12
cs2 ks2
k45
k35
c45
1 mu1 c35 T2 mu2 2
I 4
I 3
T1
q1
c24 q
cw1 kw1
I 6
cw2 kw2 2
c23
k23 k24 I 7
I2
k12
c12
l1 Te
Hình 2.9 - Mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của dao động hệ thống truyền
lựcvà hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô
Trong đó:
- ms1 và ms2 là các khối lượng được treo;
- mu1, mu2 :các khối lượng không được treo của ô tô;
- kw1, kw2 hệ số độ cứng của lốp trước và lốp sau;
- ks1, ks2 độ cứng của hệ thống treo;
- cw1, cw2 : hệ số cản của lốp;
- cs1, cs2 -hệ số cản của hệ thống treo;
L : chiều dài cơ sở;

37
l1 và l2 tọa độ trọng tâm của ô tô;
I1 moomen quán tính của các khối lượng chuyển động quay của động cơ
và hộp số;
I2 - mô men quán tính của hộp phân phối;
I3, I4 mô men quán tính của các bánh xe cầu trước và cầu sau;
I5 mô men quán tính của bánh đà tương đương với khối lượng chuyển động
tịnh tiến của ô tô;
I6 và I7 mô men quán tính của cầu trước và sau;
I8 mô men quán tính của thân xe quanh trục nằm ngang;
z0, z1, z2, ζ1, ζ2 các dịch chuyển của khối lượng được treo và không được
treo; φi dịch chuyển góc của các khối lượng Ii;
cij và kij hệ số cản và độ cứng của các khâu trong hệ thống truyền lực (i,
j=1-8).
Để thiết lập mô hình tính toán dao động ô tô, trong trường hợp này tác giả
sử dụng phương trình Lagorang loại II. Sau khi biến đổi hệ phương trình dao
động của ô tô trên hình 2.9 có dạng sau:
Te M12/ I1; (2-30)
1
 M12 M23 M24/ I2;

2
 M23 M35T1/ I3;
3
 M24 M45T2/ I4;


4

M45 M35/ I3;

5
M23 M68/ I6;
6
 M24 M78/ I7;

7
 M 68 M 78 l1Fs1 l2 Fs 2/ I8 ;
8
z F  F / m;
 0 s1 s 2
 F  F / m ;
 1 s1 w1 u1
 Fs 2 Fw2/ mu 2 ;


2
z1 z0 l18 ; z2 z0 l28

38
Trong đó, mô men trên các khâu của hệ thống truyền lực Mij, lực tác dụng
từ hệ thống treo lên khung xe và các cầu xe Fs1, Fs2 lực tác dụng từ bánh xe
tác dụng lên cầu xe và mặt đường Fw1, Fw2 được xác định như sau:
- Mô men ở các khâu đàn hồi Mij của hệ thống truyền lực:
M12 c121 2 k121 2;
(2-31)
M
23 c
23 6 k23236
2 3
M
24 c
24 2 4 7 k24247;
M
35 c
35 3 5 k3535
M
68 k
68 68 ;
M
78 k
78 78 
- Lực tác dụng từ hệ thống treo:
Fs1 cs1z11 ks1z11;
Fs 2 cs 2z2 2 ks 2z2 2
- Lực tác dụng từ bánh xe:
Fw1 cw11 q1 kw11 q1
Fw2 cw2 2 q2 kw2 2 q2
(2-32)
(2-33)
Giải hệ phương trình (3.9) cho phép xác định ảnh hưởng của các yếu tố
kích thích từ động cơ, hệ thống truyền lực và mặt đường đến độ êm dịu
chuyển động của ô tô
2.4. Kết luận chương 2
Để nghiên cứu ảnh hưởng của dao động của động cơ, hệ thống truyền lực
và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể sử dụng phương
pháp mô phỏng thông qua việc thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả chuyển
động của hệ hoặc mô phỏng thông qua mô tả vật và liên kết. Trong chương này,
tác giả lựa chọn phương pháp thứ nhất và sử dụng phương trình Lagorang loại
II để thiết lập hệ phương trình mô tả chuyển động của hệ. Để có được mô hình
tính toán, tác giả dựa trên việc xây dựng mô hình dao động của các hệ thống
độc lập của hệ thống truyền lực, hệ thống treo để xây dựng mô hình tính toán

39
dao động liên kết của ô tô. Nội dung của chương tiếp theo sẽ tiến hành mô phỏng
tính toán để đánh giá ảnh hưởng của dao động động cơ và hệ thống treo đến độ
êm dịu chuyển động của ô tô nhờ sự trợ giúp của phần mềm Matlab.

40
CHƯƠNG 3 - MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ
3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng
Như đã trình bày trong chương 2, có nhiều phương pháp khác nhau để
nghiên cứu động lực học của ô tô nói chung vào dao động liên kết giữa hệ thống
truyền lực và hệ thống treo ô tô nói riêng. Trong chương này tác giả sử dụng
phương pháp mô phỏng hệ thống thông qua xây dựng mô hình toán học và giải
mô hình này nhờ sự trợ giúp của phần mềm Matlab 2018. Để xây dựng mô hình
nghiên cứu dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo, tác giả
dựa trên hệ phương trình vi phân mô tả dao động của hệ (phương trình 2.6), sử
dụng công cụ mô phỏng Simulink để xây dựng các mô hình hệ thống con
(subsystem) mô tả hoạt động của từng hệ thống trong hệ dao động, đồng thời kết
hợp sử dụng công cụ Simscape để xây dựng mô hình động cơ đốt trong.
Hình 3.1 - Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng dao động liên kết giữa động
cơ và hệ thống truyền lực

41
Trên hình 3.1 trình bày sơ đồ cấu trúc Simulink dùng cho nghiên cứu ảnh
hưởng của dao động liên kết ô tô 2 cầu. Sơ đồ mô phỏng được tạo thành các
khối chức năng:
- Khối hệ thống truyền lực: cho phép xác định các thông số liên quan đến
góc xoay của các khối lượng, mô men trên các khâu của hệ thống truyền lực
- Khối thân xe: cho phép xác định được chuyển vị, vận tốc, gia tốc chuyển
động theo phương thẳng đứng tại các vị trí tương ứng với cầu trước, cầu sau
và trọng tâm ô tô.
- Khối hệ thống treo: cho phép xác định lực tác dụng lên hệ thống treo,
chuyển vị, vận tốc, gia tốc của các khối lượng không được treo ở cầu trước và
cầu sau.
- Khối ngoại lực: mô tả các ngoại lực tác động lên hệ gồm: tác động từ
động cơ đốt trong, các mô men cản chuyển động..
- Khối đường: mô tả profin của đường theo tiêu chuẩn ISO
3.1.1 Xác định nguồn kích thích từ động cơ đốt trong
Hình 3.2 - Mô hình Simulink - Simscape mô phỏng động cơ đốt trong

42
Để xác định mô men xoắn của động cơ đốt trong có nhiều phương pháp
khác nhau như phương pháp phân tích điều hòa, phương pháp sử dụng công
thức thực nghiệm, phương pháp đồ thị, phương pháp mô phỏng bằng phần
mềm chuyên dụng… Trong luận văn này các tác giả sử dụng phương pháp mô
phỏng với sự trợ giúp của công cụ Simcape-Simulink trong Matlab. Trên hình
2 trình bày sơ đồ khối mô phỏng xác định mô men xoắn của động cơ gồm:
khối xi lanh với các thông số đầu vào gồm số kỳ, số xilanh động cơ, đường
kính xi lanh, hành trình piston... thông số điều khiển là độ mở bướm ga Th.
Các biến đầu ra là tốc độ động cơ we và mô men xoắn của động cơ Te.
Với mô hình mô phỏng động cơ trên hình 3.2 cho phép xác định được mô
men xoắn của động cơ ứng với số xilanh và độ mở bướm ga khác nhau
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của mô men động cơ theo thời gian khi động cơ
có số xilanh khác nhau

43
Trên hình 3.3 là minh họa kết quả mô phỏng tính toán bằng mô hình
trên giá trị mô men xoắn trên trục động cơ với số lượng xilanh khác nhau ở
mức mở bướm ga 40%. Còn trên hình 3.4 là đồ thị biểu diễn sự thay đỏi của
mô men xoắn và tốc độ của động cơ 4 xilanh theo thời gian ứng với độ mở
bướm ga là 50% và 100%.
Hình 3.4 - Quan hệ giữa mô men, tốc độ động cơ 4 xilanh
theo thời gian ở mức ga khác nhau.
Các kết quả mô phỏng động cơ giúp chúng ta nghiên cứu ảnh hưởng
của động cơ đến dao động của ô tô một cách dễ dàng, nhanh chóng.
3.1.2. Xác định kích thích từ mặt đường
Hình 3.4 - Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng kích thích từ mặt đường theo
tiêu chuẩn ISO

44
Hình 3.5 - Kết quả mô phỏng mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO -
loại C
3.2. Mô phỏng và phân tích kết quả
Để nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết đến độ êm dịu chuyển
động của ô tô, tác giả tiến hành tính toán mô phỏng đối với ô tô 2 cầu chủ
động với các thông số cho trong bảng 3.1 và bảng 3.2 [10].
Bảng 3.1. Thông số của động cơ và hệ thống truyền lực [10]
Số
Thông số No.1 No.2 No.3 No.4 No.5
I1(kg.m2
) 0.11530 0.11530 0.11530 0.11530 0.11530
I2(kg.m2
) 0.01114 0.01429 0.02079 0.03030 0.04039
I3(kg.m2
) 0.02010 0.06138 0.14635 0.27069 0.40258
I4(kg.m2
) 0.02073 0.06332 0.15098 0.27925 0.41530
I5(kg.m2
) 5.60347 17.114 40.8048 75.4726 112.244
I6(kg.m2
) 0.00055 0.00168 0.00402 0.00743 0.01105
I7(kg.m2
) 0.00053 0.00162 0.00387 0.00715 0.01064
k12(N.m.rad-1
) 440.277 572.182 606.884 636.148 612.964

45
k23(N.m.rad-1
) 231.397 706.727 1 685.05 3 116.67 4 635.14
k24(N.m.rad-1
) 231.397 706.727 1 685.05 3 116.67 4 635.14
k35(N.m.rad-1
) 45.946 140.326 334.578 618.836 920.340
k45(N.m.rad-1
) 30.285 92.494 220.534 407.901 606.634
kb1(N.m.rad-1
) 190.270 581.119 1 385.56 2 562.73 3 811.32
kb2(N.m.rad-1
) 190.270 581.119 1 385.56 2 562.73 3 811.32
Bảng 3.2. Thông số của hệ thống treo và thông số ô tô [10]
Thông số Giá trị Thông số Giá trị
Ib(kg.m2
) 868.7 k1t(N.m-1
) 57300
mb(kg) 1200 k2t(N.m-1
) 63600
c1(N.s.m-1
) 4359 m1t(kg) 60
c2(N.s.m-1
) 4350 m2t(kg) 50
ct1 (N.s.m-1
) 1250 m1(kg) 686
ct2 (N.s.m-1
) 1250 m2(kg) 514
k1 (N.m-1
) 450000 l1(m) 0.9
k2 (N.m-1
) 450000 l1(m) 1.2
rw(m) 0.28 f 0.002
Một số kết quả thu được trình bày trên hình 3.6 đến 3.
3.2.1. Ảnh hưởng của dao động xoắn động cơ và hệ thống truyền lực
Trên các hình 3.6 - 3.8 trình bày kết quả tính toán mô men trên bán trục
trước M23 tương ứng với các trường hợp chỉ chịu kích thích từ mặt đường (hình
3.6), chỉ chịu kích thích từ động cơ (hình 3.7) và đồ thị so sánh giá trị mô men
trên bán trục M23 trong hai trường hợp này. Trên đồ thị hình 3.9 là kết quả tính
toán mô men M23 khi chịu cả kích thích từ động cơ và mặt đường mấp mô. Phân
tích các đồ thị kể trên cho thấy, yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến mô men

46
trên bán trục là kích thích từ động cơ, còn ảnh hưởng của đường tác dụng
không đáng kể đến dao động mô men xoắn trên bán trục.
Hình 3.6 - Sự thay đổi của mô men trên bán trục M23 khi chịu kích thích
từ đường
Hình 3.7 - Sự thay đổi của mô men trên bán trục M23
khi chịu kích thích động cơ

47
Hình 3.8- So sánh sự thay đổi của mô men trên bán trục M23
khi chịu và không chịu kích thích động cơ
Hình 3.9 - Sự thay đổi của mô men trên bán trục M23 khi chịu kích thích
từ đường và động cơ

48
Trên hình 3.10 là kết quả tính toán mô men trên khâu 35 của hệ thống
truyền lực có kể đến tác động kích thích từ động cơ và mặt đường mấp mô
trong hai trường hợp: khi sử dụng động cơ 4 xilanh và khi sử dụng động cơ 6
xilanh. Đồ thị tính toán cho thấy, trên ô tô trang bị động cơ 6 xilanh sẽ giúp
giảm dao động mô men xoắn trên khâu M23 tốt hơn so với động cơ 4 xilanh.
Hình 3.10 - Kết quả tính toán mô men xoắn trên khâu M35
khi ô tô sử dụng động cơ có số xilanh khác nhau

49
a) b)
Hình 3.11. Giá trị gia tốc dao động theo phương thẳng đứng (a) và bình
phương trung bình của gia tốc (b) khi ô tô di chuyển trên đường ISO C
class [14]
Trên hình 3.11 trình bày kết quả tính toán gia tốc dao động theo phương
thẳng đứng của ô tô 4WD trang bị động cơ 6 xilanh khi di chuyển trên đường
ISO chất lượng C, hộp số ở vị trí số 5 ở tốc độ 20km/h. Rõ ràng khi có kể đến
ảnh hưởng của mô men xoắn động cơ, sẽ làm cho gia tốc dao động của xe
tăng lên, tuy nhiên có thể thấy rằng yếu tố chính ảnh hưởng đến giá trị gia tốc
của ô tô theo phương thẳng đứng là kích động từ mấp mô mặt đường. Tính
toán cho thấy sai lệch của gia tốc bình phương trung bình trong hai trường
hợp này khoảng 9,13% (hình b).

Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Dao Động Liên Kết Giữa Hệ Thống Truyền Lực Và Hệ Thống Treo Đến Độ Êm Dịu Chuyển Động Của Ô Tô Tô.doc

Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Dao Động Liên Kết Giữa Hệ Thống Truyền Lực Và Hệ Thống Treo Đến Độ Êm Dịu Chuyển Động Của Ô Tô Tô.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Dao Động Liên Kết Giữa Hệ Thống Truyền Lực Và Hệ Thống Treo Đến Độ Êm Dịu Chuyển Động Của Ô Tô Tô.doc

Similar to Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Dao Động Liên Kết Giữa Hệ Thống Truyền Lực Và Hệ Thống Treo Đến Độ Êm Dịu Chuyển Động Của Ô Tô Tô.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)

Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Dao Động Liên Kết Giữa Hệ Thống Truyền Lực Và Hệ Thống Treo Đến Độ Êm Dịu Chuyển Động Của Ô Tô Tô.doc