Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Hệ Thống Treo Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Mặt Đường Quèc Lé.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 ĐỨC THỊ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TREO Ô TÔ TẢI
HẠNG NẶNG ĐẾN MẶT ĐƯỜNG QUèC Lé
LUẬN VĂN THẠC SỸ: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Thái Nguyên – 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
HOÀNG ĐỨC THỊ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TREO Ô TÔ TẢI
HẠNG NẶNG ĐẾN MẶT ĐƯỜNG QUèC Lé
Chuyên ngành
Mã số
: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
: 60520103
LUẬN VĂN THẠC SỸ: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHÓA HỌC
TRƯỞNG KHOA
PGS.TS. Nguyễn Văn Dự TS. Lê Văn Quỳnh
PHÒNG ĐÀO TẠO
Thái Nguyên – 2016

i
LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên: Hoàng Đức Thị
Học viên: Lớp cao học K16 Trường Đại học Kỷ thuật công nghiệp Thái
Nguyên.
Nơi công tác: Trường Trung cấp nghề Hà Tĩnh.
Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô
tải hạng nặng đến mặt đường quèc lé.
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số:
Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa chọn
thực hiện đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô
tải hạng nặng đến mặt đường quèc lé. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn
tận tình của thầy giáo TS. Lê Văn Quỳnh và sự nổ lực của bản thân, đề tài đã
được hoàn thành đáp được nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí.
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số
liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong
bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả.
Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2016
HỌC VIÊN
Hoàng Đức Thị

ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã
tiếp nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý
thầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể sư phạm
nhà trường, khoa Cơ khí và khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, quý thầy cô giáo
trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình và các
đồng nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường, Tổ đào tạo
sau đại học -Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình
hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Lê Văn Quỳnh và
tập thể cán bộ giáo viên khoa Cơ khí và khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, hội đồng
bảo vệ đề cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế
hoạch và nội dung đề ra.
Trong quá trình, thời gian thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng song do
kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên chắc chắn luận văn
còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và
các bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn được
hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn !
HỌC VIÊN

iii
MỤC LỤC
Trang
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ........................................................................ix
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................1
CHƯƠNG 1......................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU..................................................3
1.1. Tổng quan về tình hình phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam ..................3
1.1.1. Nhu cầu về ôtô và định hướng của chính phủ.........................................3
1.1.2. Thực trạng các cơ sở lắp ráp ôtô ở Việt Nam .........................................5
1.2. Ảnh hưởng của các phương tiện giao thông đến mặt đường quốc lộ Việt
Nam ...................................................................................................................7
1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng dao động trong ô tô đến mặt đường quốc lộ .......8
1.4. Hệ thống treo............................................................................................10
1.4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại của hệ thống treo...................................10
1.4. 2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải .....................................12
1.5. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe....................................................20
1.5.1.Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng tới độ bền chi tiết ............................20
1.5.2. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường..............................................21
1.6.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn. ........................22
1.6.1. Mục tiêu nghiên cứu..............................................................................22
1.6.2. Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu......................................23
1.6.3. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................23
1.6.4. Nội dung nghiên cứu.............................................................................23
1.7. Kết luận chương .......................................................................................23
CHƯƠNG 2....................................................................................................25
XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI HẠNG NẶNG................25
2.1. Các phương pháp xây dựng mô hình dao động .......................................25
2.2. Xây dựng mô hình dao động tương đương của ô tô ................................27
2.2.1. Các khái niệm tương đương..................................................................27
2.2.2. Các loại mô hình dao động nghiên cứu.................................................28
2.3. Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng ........................................31

iv
2.3.1. Các giả thiết mô hình dao động.............................................................31
2.3.2. Mô hình dao động xe tải hạng nặng......................................................32
2.3.3 Thiết lập phương trình vi phân miêu tả dao động ô tô tải hạng nặng ....33
2.4. Phân tích và lựa chọn hàm kích thích dao động ......................................44
2.4.1. Mấp mô mặt đường hình sin .................................................................44
2.4.2. Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên xác định bằng thực tế.........................46
2.4.3. Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ISO............................................49
2.5. Kết luận chương 2 ....................................................................................52
CHƯƠNG 3....................................................................................................53
MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ HỆ
THỐNG TREO..............................................................................................53
3.1 Mô phỏng dao động của ô tô.....................................................................53
3.2 Chọn thông số xe mô phỏng......................................................................54
3.3 Kết quả mô phỏng .....................................................................................55
3.4. Ảnh hưởng của độ cứng của hệ thống treo ..............................................58
3.5. Ảnh hưởng của hệ số cản hệ thống treo...................................................60
3.6. Lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống treo.............................................62
3.6.1. Giới thiệu phương pháp tối ưu thông số thiết kế hệ thống treo ............62
3.6.2. Lựa chọn bộ thông số tối ưu cho hệ thông treo ....................................64
2.7. Kết luận chương 3 ....................................................................................69
KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ......................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................72
PHU LỤC 1....................................................................................................76
CHƯƠNG TRÌNH MIÊU TẢ MẤP MÔ MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ
THEO TIÊU CHUẨN ISO 8068..................................................................76
PHU LỤC 2....................................................................................................77
CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG BÌNH PHƯƠNG
TRUNG BÌNH FT, RMS VÀ HỆ SỐ DLC......................................................77
PHỤ LỤC 3....................................................................................................78
KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB..........78
PHU LỤC 4....................................................................................................83

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

vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa
mb kg Khối lượng được treo
ma1 kg Khối lượng treo cầu trước
ma2 kg Khối lượng treo cầu thứ 2
ma3 kg Khối lượng treo thứ 3
l1 m Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước
l2 m Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm của hai cầu sau
l3 m Khoảng cách từ tâm của hai cầu sau đến tâm bánh xe cầu thứ 2
l4 m Khoảng cách từ tâm của hai cầu sau đến tâm bánh xe cầu thứ 3
b1 m Khoảng cách tâm bánh xe bên trái và bên phải cầu xe thứ 1
b2 m Khoảng cách tâm hệ thống treo bên trái và bên phải cầu xe thứ 1
b3 Khoảng cách tâm bánh xe bên trái và bên phải cầu xe thứ 2&3
b4
Khoảng cách tâm hệ thống treo bên trái và bên phải cầu xe thứ
2&3
HTT Hệ thống treo
K1r N/m Độ cứng của HTT cầu xe trước bên phải
K1l N/m Độ cứng của HTT cầu xe trước bên trái
K2r N/m Độ cứng của HTT cầu xe thứ 2 bên phải
K2l N/m Độ cứng của HTT cầu xe thứ 2 bên trái
K3r N/m Độ cứng của HTT cầu xe thứ 3 bên phải
K3l N/m Độ cứng của HTT cầu xe thứ 3 bên trái
KT1r N/m Độ cứng của lốp xe cầu xe trước bên phải
KT1l N/m Độ cứng của lốp cầu xe trước bên trái
KT2r N/m Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 2 bên phải
KT2l N/m Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 2 bên trái
KT3r N/m Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 3 bên phải
KT3l N/m Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 3 bên trái
C1r N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe trước bên phải
C1l N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe trước bên trái

vii
C2r
C2l
C3r
C3l
CT1r
CT1l
CT2r
CT2l
CT3r
F
qt
F
za1
za2
za3

a1



a2



a3

Zb

b

 b
q
1r
q
1l
q
2r
q
2l
q
3r
q
3l
awz
T
N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 2 bên phải
N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 2 bên trái
N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 3 bên phải
N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 3 bên trái
N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe trước bên phải
N.s/m Hệ số cản của lốp cầu xe trước bên trái
N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe thứ 2 bên phải
N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe thứ 2 bên trái
N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe thứ 3 bên phải
N Véc tơ lực quán tính tác dụng lên vật
N Véc tơ lực ngoại lực
m Chuyển vị theo phương thẳng đứng cầu trước
mChuyển vị theo phương thẳng đứng cầu trước
mChuyển vị theo phương thẳng đứng cầu trước
rad Chuyển vị góc cầu trước quanh trục Y
rad Chuyển vị góc cầu thứ 2 quanh trục Y
rad Chuyển vị góc cầu thứ 3 quanh trục Y
m Chuyển vị theo phương đứng của thân xe
rad Chuyển vị góc thân xe quanh trục X
rad Chuyển vị góc thân xe quanh trục Y
m Mấp mô mặt đường bánh xe cầu trước bên phải
mMấp mô mặt đường bánh xe cầu trước bên trái
mMấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 2 bên phải
mMấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 2 bên trái
mMấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 3 bên phải
m Mấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 3 bên trái
m/s2
Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng
s Thời gian khảo sát

viii
Kdyn,max - Hệ số tải trong động cực đại
Kz,dyn N Tải trọng động bánh xe
Kz,st N Tải trọng tĩnh bánh xe
FT,RMS N Tải trọng bánh xe bình phương trung bình
Ft N Tải trọng tĩnh tác dụng lên bánh xe
DLC Hệ số tải trọng động
 Hz Tần số sóng mặt đường
S m Chiều dài sóng mặt đường
v m/s Vận tốc xe
n
Chu
Tấn số sóng mặt đường
kỳ/m
n0
Chu
Tần số mẫu
kỳ/m
S q ( n)
m3
/chu
Mật độ phổ chiều cao mấp mô mặt đường
kỳ
 Rad Hệ số tần số được miêu tả tần số mật độ phổ của mặt đường

ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Kết cấu mõ nhíp ..............................................................................12
Hình 1.2. Một số kết cấu đầu bắt nhíp ............................................................13
Hình 1.3. Một số kết cấu đầu quang nhíp .......................................................13
Hình 1.4. Một số kết cấu nhíp có độ cứng thay đổi theo tải trọng..................14
Hình 1.5. (b), (c), (e). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem ...............15
Hình 1.5. (f), (g), (h). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem ...............16
Hình 1.5. (i), (k). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem ......................16
Hình 1.6. Kết cấu hệ thống treo bộ phận đàn hồi cao su ................................17
Hình 1.7. Sơ đồ bộ trí chung hệ thống treo khí xe tải.....................................18
Hình 1.8. Kết cấu Balon khí............................................................................18
Hình 1.9. Các đặc tính đàn hồi balon khí........................................................19
Hình 1.10 (a). Hệ thống treo cân bằng không thường trực.............................19
Hình 1.10 (b). Hệ thống treo cân bằng không thường trực.............................20
Hình 1.11. Sơ đồ kết cấu hệ thống treo và xe chọn nghiên cứu .....................20
Hình 2.1. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương pháp 1
25
Hình 2.2. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương pháp 2
26
Hình 2.3. Mô hình dao động không gian xe khách đóng tại Việt Nam[10] ...29
Hình 2.4. Mô hình dao động ô tô 1/4điều khiển tích cực hệ thống treo[24] .. 29
Hình 2.5. Mô hình dao động 1/2 sử dụng nghiên cứu dao động ghế ngồi [25]
30

x
Hình 2.6. Mô hình dao động 1/2 sử dụng nghiên cứu điều khiển hệ thống treo
chủ động [26] ..................................................................................................30
Hình 2.7 Mô hình dao động không gian xe tải hạng nặng..............................32
Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu trước..................................34
Hình 2.9. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thứ 2..................................41
Hình 2.10. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thứ 3................................41
Hình 2.11. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe ...................................42
Hình 2.12. Hàm điều hoà của mấp mô............................................................45
Hình 2.13. Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[6] ...................47
Hình 2.14. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -
Lạng Sơn (đoạn 1)...........................................................................................48
Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1)......................................................................48
Lạng Sơn (đoạn 2)...........................................................................................48
Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2)......................................................................49
Hình 2.18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường
có chất lượng rất tốt) .......................................................................................51
Hình 2.19. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường
có chất lượng trung bình) ................................................................................51
Hình 2.20. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường
có chất lượng rất xấu)......................................................................................52
Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04....53

xi
Hình 3.2 Tải trọng động của các bánh xe tác dụng xuống mặt đường theo
phương thằng đứng khi xe chuyển động ở các điều kiện mặt đường khác nhau
và với vận tốc v=72km/h.................................................................................58
Hình 3.3. Ảnh hưởng của độ cứng hệ thống treo đến hệ số tải trọng của bánh
xe bên phải của cầu thứ 3................................................................................59
Hình 3.4. Ảnh hưởng của độ cứng hệ thống treo đến hệ số tải trọng của bánh
xe bên phải của cầu thứ 3................................................................................61
Hình 3.5.Tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 trước và sau khi tối ưu
thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại B và
vận tốc v=72km/h............................................................................................67
thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại C và
vận tốc v=72km/h............................................................................................67
thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại D và
vận tốc v=72km/h............................................................................................68
Hình 3.8. So sánh hiệu quả giữa thông số thiết kế hệ thống treo sau tối ưu và
xe nguyên bản khi ô tô chuyển động trên mặt đường đường khác nhau. .......68

xii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỀU
Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15]
50
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe tải 3 cầu[23].....................................54
Bảng 3.2 Tải trọng động bình phương trung bình tác dụng lên mặt đường và
hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe cầu thứ 3 ..............................60
Bảng 3.3 Tải trọng động bình phương trung bình bánh xe cầu thứ 3 tác dụng
lên mặt đường và hệ số tải trọng động bánh xe DLC .....................................62
Bảng 3.4. Giá trị DLC khi phối hợp K và C của hệ thống treo. .....................66
Bảng 3.5. Quan hệ thông số hệ thống tối ưu với chuyển vị đương đối giữa
khối lượng được treo và không được treo.......................................................66

1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, chúng ta biết rằng cầu và đường có vai trò rất quan trọng
trong hệ thống giao thông của mỗi quốc gia trên thế giới, nghiên cứu thiết kế
hệ thống cầu và đường đã được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm ngay
từ khi hình thành. Tuy nhiên đến năm 1960 hiệp hội quan chức giao thông và
quốc lộ Mỹ AASHO (American Association of State Highway and
Transportation Officials) mới ban hành tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông,
sau đó các nhà làm đường giao thông thế giới dựa vào tiêu chuẩn này ban
hành tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế đường giao thông .
Thống kê của Bộ giao thông vận tải, Nhà nước ta chi rất nhiều kinh phí
để sửa chữa và nâng cấp mặt đường giao thông. Mặt đường giao thông xuống
cấp có nhiều nguyên nhân gây ra, nhưng nguyên nhân chính vẫn do tải trọng
động của bánh xe các phương tiện giao thông đường bộ gây ra. Nghiên cứu
thiết kế thiết tối ưu các kết cấu hệ thống ô tô nhằm nâng cao độ êm dịu và
giảm tác động xấu đến mặt đường đã và đang được nhà nghiên cứu trong
nước và nước ngoài quan tâm nghiên cứu. Trong đó hệ thống treo ô tô là hệ
thống động học góp vai trò quan trọng làm giảm tác động xấu đến mặt đường
quốc lộ cũng như nâng cao độ êm dịu chuyển động ô tô. Xuất phát từ ý tưởng
nghiên cứu em đã chọn đề tài ‘Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô
tô tải hạng nặng đến mặt đường quèc lé’ dưới sự hướng dẫn khoa học
thầy giáo TS. Lê Văn Quỳnh.
Mục tiêu nghiên cứu: Phân tích ảnh hưởng của các thông số thiết kế hệ
thống treo đến mặt đường quốc lộ. Hệ số tải trọng động bánh xe được chọn là
hàm mục tiêu. Phân tích ảnh hưởng thông số hệ thống treo như độ cứng và hệ
số cản đến hệ số tải trọng động bánh xe. Dựa trên điều kiện ràng buộc thiết kế
đề xuất bộ thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo nhằm giảm các tác động
xấu đến mặt đường giao thông.

2
Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động không gian tuyến
tính để nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hệ thống treo xe tải hạng nặng như
độ cứng và hệ số cản đến mặt đường giao thông dựa trên chỉ tiêu hệ số tải
trọng động bánh xe DLC (Dynamic Load Coefficient). Dựa trên điều kiện
ràng buộc thiết kế đề xuất bộ thống số hệ thống treo tối ưu nhằm giảm các tác
động xấu đến mặt đường giao thông.
Đối tượng: xe ô tô tải 3 cầu với hệ thống treo trước kiểu phụ thuộc và 2
hệ thống treo sau phụ thuộc dạng tay đòn kéo
Phương pháp nghiên cứu:Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần
mềm Matlab simulink 7.0 để phần tích ảnh hưởng và lựa chọn tối ưu các bộ
thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả
năng thân thiên với mặt đường giao thông.
Nội dung nghiên cứu:
Nội dung chính của luận văn như sau:
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu
Chương 2. Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng;
Chương 3. Mô phỏng dao động và đánh giá ảnh hưởng các thông số hệ
thống treo đến mặt đường giao thông;
Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình dao
động xe tải hạng nặng; Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của
xe ô tô tải hạng nặng; Mô phỏng và phân tích đánh giá ảnh hưởng của dao
động đến mặt đường giao thông; Lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống treo
xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiện mặt đường giao thông.

3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Mục đích chương này là đưa ra được các lập luận khoa học để làm sáng
tỏ các vấn đề nghiên cứu như sau: tình hình phát triển ô tô Việt nam, đưa
nguyên nhân ảnh hưởng đến mặt đường giao thông do phương tiện giao
thông gây ra, tổng quan nghiên cứu dao động ô tô trong và ngoài nước và các
chỉ tiêu đánh giá chúng. Từ đó đưa ra mục đích, phương pháp và nội dung
nghiên cứu của luận văn.
1.1. Tổng quan về tình hình phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam
1.1.1. Nhu cầu về ôtô và định hướng của chính phủ
Theo Quyết định số 177/2004/QĐ-TTG ngày 5 tháng 10 năm 2004 của
Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành công
nghiệp ôtô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến 2020. Trong Quy hoạch
tình bày Quan điểm và mục tiêu phát triển như sau:
- Quan điểm phát triển: Công nghiệp ô tô là ngành công nghiệp rất
quan trọng cần được ưu tiên phát triển để góp phần phục vụ có hiệu quả quá
trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá và xây dựng tiềm lực an ninh, quốc phòng
của đất nước; trên cơ sở thị trường và hội nhập với nền kinh tế thế giới; lựa
chọn các bước phát triển thích hợp, khuyến khích chuyên môn hoá - hợp tác
hoá nhằm phát huy lợi thế, tiềm năng của đất nước; trên cơ sở tiếp thu công
nghệ tiên tiến của thế giới, kết hợp với việc đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu -
phát triển trong nước và tận dụng có hiệu quả cơ sở vật chất, trang thiết bị
hiện có, nhằm nhanh chóng đáp ứng nhu cầu trong nước về các loại xe thông
dụng với giá cả cạnh tranh, tạo động lực thúc đẩy các ngành công nghiệp hỗ
trợ trong nước phát triển nhằm đẩy nhanh quá trình sản xuất linh kiện, phụ
tùng trong nước; phải phù hợp với chính sách tiêu dùng của đất nước và phải
bảo đảm đồng bộ với việc phát triển hệ thống hạ tầng giao thông; các yêu cầu
về bảo vệ và cải thiện môi trường.

4
Định hướng đầu tư: Giao các doanh nghiệp nhà nước như: Tổng công
ty Công nghiệp ô tô Việt Nam, Tổng công ty Máy động lực và Máy nông
nghiệp, Tổng công ty Than Việt Nam, Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải
Sài Gòn đảm nhiệm vai trò nòng cốt trong ngành công nghiệp ô tô Việt Nam,
xây dựng và triển khai các dự án đầu tư sản xuất, lắp ráp ô tô và phụ tùng theo
hướng:
+ Tổng công ty Công nghiệp ô tô Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp
xe khách, xe tải cỡ trung và nhỏ, xe con, động cơ, hộp số, cụm truyền động.
+ Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp: tập trung sản xuất,
lắp ráp xe khách, xe tải trung và nhỏ, động cơ, hộp số, cụm truyền động.
+ Tổng công ty Than Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp xe tải hạng
trung và nặng, xe chuyên dùng và các thiết bị công tác kèm theo.
+ Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải Sài Gòn: tập trung lắp ráp,
sản xuất xe khách, xe chuyên dùng và một số loại phụ tùng ô tô.
Trong những năm gần đây với sự phát triển của cơ sở hạ tầng, mặng
lưới đường xuyên quốc gia và liên tỉnh phát triển, kể cả các đường làm mới và
nâng cấp dựa trên các dự án xây dựng và nâng cấp đường quốc gia được Tổ
chức Ngân hàng Thế giới và các dự án khác, do vậy đã có nhiều tuyến đường
có chất lượng cao đảm bảo cho xe ôtô chạy với tốc độ cao và an toàn. Giải
pháp nâng cấp hạ tầng giao thông được cải thiện, từ đó nhu cầu về sử dụng xe
ôtô ngày càng lớn, các xe có chất lượng cao ra đời để đáp ứng như cầu sử
dụng của của những khách hàng khó tính. Cùng đó, việc ban hành nghị định
số 23/2004/NĐ-CP của Chính phủ ngày 13/1/2004 quy định niên hạn sử dụng
ôtô đã loại bỏ hàng ngàn ôtô chở khách quá hạn sử dụng. Trên cả nước sẽ có
trên 31.000 xe ôtô quá hạn sử dụng phải loại bỏ, hơn 55.000 xe vận chuyển
nông thôn phải thay thế vì vậy nhu cầu về xe ôtô là rất lớn. Riêng Thành phố
Hồ Chí Minh có nhu cầu thay thế hàng ngàn xe buýt loại: 45-50 chỗ ngồi và
7.000 xe lam cần được thay thế bằng xe 6-8 chỗ ngồi.

5
Theo số liệu của Bộ Công nghiệp (nay là bộ Công Thương), hiện cả
nước có trên 200 doanh nghiệp tham gia sản xuất, lắp ráp, sửa chữa ôtô và chế
tạo phụ tùng ôtô, trong đó có khoảng 90 cơ sở sản xuất, lắp ráp ôtô. Tuy
nhiên, chưa có nhà máy nào đầu tư hoàn chỉnh vào chế tạo các bộ phận quan
trọng của xe như động cơ, hộp số và hệ thống truyền động. Trong khi theo
một số nhận định, khi sản xuất được động cơ xe có nghĩa là đã có nền công
nghiệp ôtô phát triển tốt.
Quy hoạch này cũng đã phân tích đánh giá năng lực của các cơ sở sản
xuất hiện nay và đề ra nhu cầu bổ sung sản lượng sản xuất ôtô đến năm 2020.
Vì vậy từng bước nâng cao tỷ lệ nội địa hoá sản phẩm và trong tương lai
không xa chúng ta có thể sản xuất những xe ôtô mang thương hiệu Việt Nam.
Với chủ trương như vậy, nhiều nhà máy đã được đầu tư nâng cấp và đầu tư
mới đáp ững nhu cầu phát triển chung của ngành công nghiệp ôtô Việt Nam.
1.1.2. Thực trạng các cơ sở lắp ráp ôtô ở Việt Nam
Đến thời điểm hiện nay trên cả nước đã có các cơ sở lắp ráp ôtô có
thương hiệu như: Vinamotor; Cơ khí ôtô Đà Nẵng; Trường Hải; Samco;
Daewoo; Hino; Mercedes-Benz, Kamaz,…
- Các sản phẩm của Vinamotor (Công ty cơ khí ôtô 1-5, công ty ôtô 3-
2, ...) thuộc Tổng công ty công nghiệp ôtô Việt Nam rất đa dạng, các cơ sở
này đã sản xuất và lắp ráp các chủng loại ôtô khách từ 24 – 80 ghề ngồi dựa
trên dây truyền lắp ráp của Hàn Quốc, đã đáp ứng được hàng nghìn xe khách
mỗi năm, phục vụ đắc lực cho yêu cầu vận tải hành khách (xe khách công
cộng) ở các thành phố.
- Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp: tập trung sản xuất,
lắp ráp xe khách, xe tải trung và nhỏ, động cơ, hộp số, cụm truyền động.
- Tổng công ty Than Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp xe tải hạng
trung và nặng, xe chuyên dùng và các thiết bị công tác kèm theo. Số lượng lắp

6
giáp xe hàng năm đạt 1.500 chiếc/năm tập trung là các loại xe hạng trung và
nặng như xe Kamaz 6520, 65115,6517, xe Scania.
- Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải Sài Gòn: tập trung lắp ráp, sản
xuất xe khách, xe chuyên dùng và một số loại phụ tùng ô tô.
- Các công ty Ôtô Đà Nẵng, Trường Hải, Vinaxuki đã sản xuất và lắp
ráp các loại ôtô tải cỡ nhẹ và cỡ trung, xe chở khách từ 24-45 chỗ với sản
lượng bán ra hàng năm từ 500-1.000 xe các loại trên mỗi đơn vị. Đó là những
cơ sở sản xuất có uy tín và phù hợp với nhu cầu sử dụng của người Việt Nam.
- Tổng công ty SAMCO – Sài Gòn sản xuất và lắp ráp các loại ôtô
khách cỡ 24-45 chỗ ngồi. Các xe do SAMCO sản xuất, lắp ráp có tính năng
kỹ thuật khá cao và đều có nguồn gốc cơ bản của hãng Isuzu (Nhật Bản) nên
có sức cạnh tranh lớn, đặc biệt là ở thị trường phía Nam.
- Hai hãng liên doanh là Daewoo và Mercedes-Benz đều sản xuất các
loại xe chở khách tiên tiến, rất được ưa chuộng ở các thành phố lớn như Hà
Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đã Nẵng. Đó là những xe có chất
lượng cao, có sức cạnh tranh lớn về chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
Tất cả các cơ sở sản xuất, lắp ráp ôtô trên đây thực chất là các cơ sở lắp
ráp xe trên cơ sở các phụ từng nhập khẩu. Phần công việc chính thực hiện
trong nước là sản xuất khung, vỏ, các chi tiết phụ trợ bằng công nghệ hàn,
sơn, lắp ráp nội thất, gia cơ khí các chi tiết phụ trợ. Với mức đầu tư trang thiết
bị còn khiêm tốn, chất lượng của các sản phẩm lắp ráp trong nước còn ở mức
hạn chế. Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ôtô chở khách chủ yếu cho thị
trường trong nước hiện nay nhờ có ưu thế về giá thành.
Nền công nghiệp chế tạo ô tô trên thế giới ngày càng phát triển mạnh mẽ
trong những thập niên vừa qua. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam là ngành
sinh sau đẻ muộn, ra đời sau các nước trong khu vực từ 40-50 năm.
Tuy nhiên, Nhà nước Việt Nam, với mục đích thu hút đầu tư và xây
dựng một ngành công nghiệp ô tô để theo kịp các nước trong khu vực, cho

7
nên gần 23 năm qua, kể từ khi ra đời vào năm 1992 đến nay, ngành công
nghiệp ô tô của Việt Nam được coi là ngành trọng điểm và là ngành luôn luôn
được ưu đãi nhất trong số các ngành công nghiệp. Chính có sự ưu ái đó thì
trong những năm vừa qua đã đạt được nhiều kết quả khả quan.
Vào ngày 24/9/2004 Tổng công ty Công nghiệp Ô tô Việt Nam đã ký
hợp đồng xuất khẩu lô hàng đầu tiên 50 xe khách loại 46 chỗ sang châu Mỹ.
Lô hàng này được sản xuất tại nhà máy của Công ty Cổ phần Cơ khí xây dựng
giao thông (Tracomeco). Nhà máy này được xây dựng tại quận Thủ Đức
(TP.HCM). Đây là nhà máy sản xuất ô tô đầu tiên ở phía Nam, có công suất
2.000 chiếc xe buýt và xe khách/năm[35]. Bên cạnh đó, năm 2013-2014
ngành công nhiệp ô tô cũng đã xuất khẩu xe cỡ nhỏ và các bộ phận, phụ tùng
ô tô sang các nước Đông nam Á như Myanmar, Malaysia và Campuchia[36].
Đó là những thắng lợi đầu tiên của nền công nhiệp ô tô non trẻ của ta. Đây là
xu thế mà các nhà nghiên cứu và sản xuất ô tô trong nước cần quan tâm. Để
đạt được những mục tiêu này chúng ta cần quan tâm nghiên cứu sâu hơn về
các cụm chi tiết, các hệ thống cũng như các điều kiện làm việc của ô tô để có
những giải pháp và can thiệp sâu hơn vào các cụm, hệ thống nhằm phát huy
được các thuộc tính tối ưu nhất.
1.2. Ảnh hưởng của các phương tiện giao thông đến mặt đường quốc lộ
Việt Nam
Cùng với sự phát triển nhanh của nền kinh tế, nhu cầu vận chuyển hàng
hóa với khối lượng lớn tăng không ngừng trên hầu hết các tuyến đường chính
quốc lộ… đều có tải trọng nặng, thậm chí có cả các xe siêu trường siêu trọng
lưu thông, dẫn đến chất lượng mặt đường xuống cấp đặc biệt là hiện tượng
hằn lún vệt bánh xe trên đường bê tông, đường nhựa, nhất là các phương tiện
giao thông có tải trọng và tốc độ chuyển động lớn trên các làn quốc lộ gây lên
hiện tượng mấp mô mặt đường và điều đó có tác động xấu đến độ êm dịu và
mất an toàn khi ô tô lưu hành trên mặt đường đó.

8
Hiện nay trong tiêu chuẩn của Việt Nam ảnh hưởng của tải trọng và tốc
độ xe đến trị số độ lún vệt bánh xe mặt đường chưa được xem xét đầy đủ, dẫn
đến việc tổ chức giao thông và thiết kế kết cấu áo đường chưa hợp lý. Ảnh
hưởng tốc độ và tải trọng của ô tô đến mặt đường đóng vai trò hết sức quan
trọng trong việc tính toán nghiên cứu nhằm đưa ra chỉ số tối ưu nhất hệ thống
treo, đó là dập tắt dao động tác động xuống mặt đường sao cho giá trị nhỏ
nhất. Số lượng xe tải tham gia các tuyến đường giao thông nước ta trong
những năm gần đây tăng nhanh về số lượng và tải trọng. Đây là nguyên nhân
chính gây ra phá hủy mặt đường ở các tuyết quốc lộ trọng điểm như quốc lộ
1A, quốc lộ 3, và tuyết quốc lộ liên tỉnh.
1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng dao động trong ô tô đến mặt đường quốc lộ
Ngày nay, chúng ta biết rằng cầu và đường có vai trò rất quan trọng
trong hệ thống giao thông của mỗi quốc gia trên thế giới, nghiên cứu thiết kế
hệ thống cầu và đường đã được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm ngay
từ khi hình thành. Tuy nhiên đến năm 1960 hiệp hội quan chức giao thông và
quốc lộ Mỹ AASHO (American Association of State Highway and
Transportation Officials) mới ban hành tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông,
sau đó các nhà làm đường giao thông thế giới dựa vào tiêu chuẩn này ban
hành tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế đường giao thông. Một trong những vấn
đề quan trọng nhất trong tiêu chuẩn này là kết cấu và tải trọng tác dụng lên
mặt đường và về thiết kế mặt đường giao thông dưới tác dụng tải trọng động
của các phương tiện giao thông.
a) Đối với nhà nghiên cứu trên thế giới
Nâng cao tải trọng và vận tốc chuyển động là xu hướng thiết kế các
phương tiện giao thông ngày nay, theo số liệu thống kê thì hai yếu tố này là
nguyên nhân chủ yếu gây ra phá hủy kết cấu và đường trong đó đặc biệt là
mặt cầu và đường. Do đó, nghiên cứu tối ưu thiết kế các hệ thống động lực
học của ô tô cũng như nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của nó đã và đang

9
được nhà khoa học trên khắp thế giới quan tâm nghiên cứu theo hướng giảm
tác động xấu lên con người, hàng hóa và măt đường giao thông.
Những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô
tô đến mặt đường quốc lộ được nhiều khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm
nghiên cứu, X. M. Shi and C. S. Cai (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của động
lực học ô tô đến mặt đường giao thông trong đó thông số kết cấu của các hệ
thống như hệ thống treo, ngoài ra lốp xe, tải trọng,.. cũng được xem xét
nghiên cứu[17]; Yongjie Lu, Shaopu Yang, et al (2010) đã tiến hành phân tích
ảnh hưởng của thông số kết cấu của xe như hệ thống treo, lốp xe,… và thông
số khai thác đến hệ số tải trọng động bánh xe DLC (Dynamic Load
Coefficient) dưa vào mô hình dao động không gian toàn xe ảo của xe tải[18];
Le Van Quynh, Zhang Jianrun et al (2011) đưa ra mô hình dao động không
gian phi tuyến của xe tải nặng 5 cầu, từ đó phân tích tương tác qua lại giữa xe
và mặt đường. Từ kết quả nghiên cứu đề xuất nhà quản lý giao thông điều
kiện mặt đường can thiệt và sửa chữa[12].
Nghiên cứu thiết kế tối ưu các hệ thống treo cho ô tô theo hướng thân
thiện đường giao thông cũng được các nhà khoa học thế giới quan tâm nghiên
cứu từ rất sớm, Yi K and Hedrick J K (1989) đề xuất lý thuyết điều khiển tích
cực và bán tích cực cho hệ thống treo xe tải nhằm giảm tác hại xấu cho mặt
đường mặt đường giao thông[19]; Guglielmino E., Sireteanu T., Stammers
C.W., Ghita G. and Giudea M (2008) xuất bản ấn phẩm dưới dạng sách trong
đó tập hợp nhiều kết quả nghiên cứu về hệ thống treo điều khiển bán tự động
nhằm nâng cao khả năng thân thiện với đường giao thông và độ êm chuyển
động của xe [20]; Lu Sun (2002) đưa ra phương pháp thiết kế tối ưu thông số
hệ treo xe tải nhằm nâng cao đô thân thận với đường[21]; M.J.
Mahmoodabadi, A. Adljooy Safaie, A. Bagheri, N. Nariman-zadeh(2013) đưa
ra phương pháp tối ưu thông số thiết kế của các hệ thống động học của ô tô
trong đó có hệ thống treo sử dụng thuật toán di truyền[22]

10
b) Đối với nhà nghiên cứu Việt Nam
Thống kê của Bộ giao thông vận tải, Nhà nước ta chi rất nhiều kinh phí
để sửa chữa và nâng cấp mặt đường giao thông. Mặt đường giao thông xuống
cấp có nhiều nguyên nhân gây ra, nhưng nguyên nhân chính vẫn do tải trọng
động của bánh xe các phương tiện giao thông đường bộ gây ra.
Những năm gần đây cũng có nhiều nhà khoa trong nước quan tâm
nghiên cứu ảnh hưởng thông số xe tải và điều kiện khai thác đến mặt đường
giao thông, Đào Mạnh Hùng (2005) đưa ra mô hình dao động xe tải 1/2 với
kích thích dao động từ kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn Hà
Nội-Lạng Sơn để nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của thông số kết cấu xe và
điều kiện khai thác khác nhau trong đó có hệ thống treo, tải trọng và vận tốc
chuyển động của xe đến hệ số tải trọng động bánh xe[6]; Lê Văn Quỳnh,
Nguyễn Khắc Tuân, Nguyễn Văn Liêm (2012)nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng
dao động xe tải đến mặt đường giao thông sử dụng mô hình dao động 1/2 với
kích thích ngẫu nhiên mặt đường[11]. Tuy nhiên số lượng ấn phẩm khoa học
công bố trong lĩnh vực này vẫn hạn chế.
Qua các kết quả nghiên cứu phân tích phần trên chúng ta thấy hệ thống
treo có vai trò quyết định đến khả năng thân thiện với mặt đường giao thông
cũng như êm dịu chuyển động của ô tô. Nghiên cứu ảnh hưởng thông số hệ
thống treo đến mặt đường vẫn đang là đề tài mở cho các nhà nghiên cứu. Các
dạng kết cấu hệ thống treo ô tô tải sẽ tiếp tục giới thiệu dưới đây :
1.4. Hệ thống treo
1.4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại của hệ thống treo
a) Nhiệm vụ:
Hệ thống là giảm các va đập làm cho ô tô chuyển động êm dịu khi ô tô
chuyển động trên các mặt đường không bằng phẳng. Mặt khác, hệ thống treo

11
là bộ phận truyền lực và mômen giữa bánh xe và vỏ xe bao gồm: lực kéo, lực
bên, mômen chủ động và mômen phanh khi phanh.
b)Yêu cầu:
Sự liên kết giữa bánh xe và vỏ không những phải đảm bảo được độ êm
dịu của xe mà còn phải đủ khả năng để truyền lực. Để đảm bảo được các vấn
này hệ thống treo có các yêu cầu chính như sau:
- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ
thuật của xe khi xe chạy trên đường xấu hay đường tốt;
- Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định;
- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính
của hệ thống treo là giảm dao động theo phương thẳng đứng, nhưng không
phá hỏng quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe;
- Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với vỏ;
- Hệ thống treo phải đảm độ bền cao và độ tin cậy lớn, không gặp
những hư hỏng bất thường.
- Giảm được tiếng ồn bên trong và bên ngoài thùng xe;
- Hệ thống treo phải đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển
động với các tốc độ khác nhau và đặc biệt là khi ô tô chuyển động ở tốc độ
cao;
- Giá thành hệ thống rẻ, dễ thay thế và sửa chữa.
c)Phân loại
Tuỳ theo các yếu tố căn cứ để phân loại, phân loại như sau:
-Theo mối liên hệ giữa bánh xe bên trái và bên phải:
+ Hệ thống treo phụ thuộc;
+Hệ thống treo độc lập.
-Theo phần tử đàn hồi:
- Hệ thống treo loại nhíp;
- Hệ thống treo loại lò xo;

12
- Hệ thống treo loại thanh xoắn;
- Hệ thống treo loại khí;
- Hệ thống treo loại thuỷ khí kết hợp.
1.4. 2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải
Hệ thống treo xe tải chủ yếu là hệ thống treo phụ thuộc. Kết cấu chung
của hệ thống treo phụ thuộc được chia ba bộ phận chính sau:
- Bộ phận hướng: dùng để xác định động học và tính chất dịch chuyển
tương đối của các bánh xe với khung hay vỏ ôtô. Bộ phận hướng dùng để
truyền các lực dọc, lực ngang cũng như các mômen từ bánh xe lên khung hay
vỏ ôtô.
- Bộ phận đàn hồi: dùng để truyền các lực thẳng đứng và giảm tải
trọng động khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng nhằm đảm bảo
độ êm dịu cần thiết.
- Bộ phận giảm chấn: cùng với ma sát ở hệ thống treo (gồm ma sát
giữa các lá nhíp và các khớp nối) sinh ra lực cản để dập tắt dao động của ôtô.
a) Bộ phận đàn hồi là Nhíp[7]
Ở hệ treo xe tải, nhíp chịu hai loại tải cơ bản là tải trọng tĩnh và động
phương thẳng đứng; mô men xoắn khi hai bánh xe chuyển động khác pha.
Ngoài ra khi phanh và tăng tốc, nhíp còn chịu mô men uốn và chèn dập ở tai
nhíp. Khi tính toán nhíp ta cần đề cập 4 loại lực sau: Lực tác dụng thẳng
đứng; lực dọc do phanh/tăng tốc gây ra; lực ngang do lực ly tâm, đường
nghiêng, gió ngang gây ra.
Hình 1.1. Kết cấu mõ nhíp
Mõ nhíp chịu cường độ lớn do tải trọng thẳng đứng, lực phanh và lực
ngang. Với các xe nhỏ, nhíp có một lá chính và cuốn một lá; nếu hai lá chính

13
cuốn lá đầu còn lá sau cuốn nửa vòng; các xe tải nặng thường hai lá chính,
cuốn lá thứ nhất và cuốn vòng to lá thứ hai như hình 1.1.
Một số kết cấu đầu bắt nhíp, quang nhíp
Để giảm tải trọng uốn và xoắn cho nhíp, có thể sử dụng các kết cấu như
hình 1.2. Quang nhíp bắt với cầu có thể kết cấu như trong hình 1.3.
(a) (b) (c)
(d) (e)
Hình 1.2. Một số kết cấu đầu bắt nhíp
Nhíp có độ cứng thay đổi
Ở các xe tải, tải trọng thường xuyên thay đổi là thay đổi tần số của khối
lượng được treo. Để giảm bớt sự thay đổi đó, người ta thường thiết kế nhíp
phụ hình 1.4(a), nhíp có chiều dài hiệu dụng thay đổi 1.4.(b), nhíp có bán kính
cong khác nhau 1.4 (c), nhíp một lá thiết diện thay đổi và nhíp phụ thiết diện
thay đổi 1.4 (d), dầu nhíp đặc biệt thay đổi chiều dài hiệu dụng 1.4 (e,f) trong
hình 1.4.
(a)
(b) (c)
Hình 1.3. Một số kết cấu đầu quang nhíp

14
(a)
(b)
(c) (d)
(e)
(f)
Hình 1.4. Một số kết cấu nhíp có độ cứng thay đổi theo tải trọng
Cầu kép
Để giảm tải cho cầu và giảm áp suất nền, các xe tải nặng thường có cầu
sau là kép (tandem). Theo đó hệ treo cũng có kết cấu đặc biệt để các cầu tự
cân bằng. Các hình sau là phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem 1.5
(a)
Hình 1.5. (a). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem

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

16
(f)
(g)
(h)
Hình 1.5. (f), (g), (h). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem
(i)
(k)
Hình 1.5. (i), (k). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem
Bộ phận đàn hồi cao su

17
Hệ thống treo có phần tử đàn hồi là cao su phù hợp cho các cầu bị động
tandem xe moóc, cầu chủ động tandem xe kéo, xe téc. Bố trí chung có dạng
như hình 1.6.
(a) (b)
Hình 1.6. Kết cấu hệ thống treo bộ phận đàn hồi cao su
Hệ thống treo khí
Hình 1.7 là sơ đồ bố trí hệ treo khí xe tải ba cầu. Máy nén khí (C) được
lai bởi động cơ đốt trong, đi qua van không tải, bộ điều chỉnh áp suất (PR),
bình chứa (RT) và bộ lọc (F) đến các Balon khí (AS). Hệ thống cung cấp khí
nén là chung cho cả hệ thống phanh. Van không tải ngắt động lực máy nén
khi áp suất đạt 8-8,5 bar; áp suất cấp cho bình nén khí là 7,25 bar. Nhu cầu
khí cho hệ thống phanh nhiều hơn nhiều so với hệ thống treo. Hệ thống treo
làm việc với áp suất 5,5 bar. Hình 1.7 là dạng treo khí điển hình, là sơ đồ treo
khí có điều khiền áp suất từ 5,5 bar ứng với đầy tải, 2,5 bar ứng với không tải.
Chuyển động tương đối giữa khối lượng được treo và không treo là tín hiệu
điều khiển. Hệ thống có các cụm cơ bản sau: Bình chứa khí (RT), balon khí
(AS), van điều khiển độ cao (LV), van chia (IV).

18
Hình 1.7. Sơ đồ bộ trí chung hệ thống treo khí xe tải
Hình 1.8. Kết cấu Balon khí

19
Các đặc tính đàn hồi balon khí thể hiện trên các hình 1.9
Hình 1.9. Các đặc tính đàn hồi balon khí
Hệ thống treo cân bằng không thường trực: với xe nhiều cầu, khi
không tải cần treo một cầu ở các hệ cầu tandem.
(a)
Hình 1.10 (a). Hệ thống treo cân bằng không thường trực

20
(b)
Hình 1.10 (b). Hệ thống treo cân bằng không thường trực
Trong nghiên cứu này, để đánh giá ảnh hưởng của thông số hệ thống treo
cabin mặt đường quốc lộ, tác giả chọn ô tô tải 3 cầu hạng nặng với hệ thống
treo trước kiểu phụ thuộc và 2 hệ thống treo sau phụ thuộc dạng tay đòn kéo
như hình 1.11[23].
Hình 1.11. Sơ đồ kết cấu hệ thống treo và xe chọn nghiên cứu
1.5. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe
1.5.1.Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng tới độ bền chi tiết

21
Tải trọng động cực đại (Fzdyn, max ) làm giảm tuổi thọ chi tiết, gây tổn
hại cho đường. Hệ số tải trọng động Kdyn, max đánh giá mức độ ảnh hưởng
đến chi tiết và nó hệ số tải trọng động cực đại, được định nghĩa như sau:
Kdyn,max=1+ max( Fzdyn ) 1,5 (1-1)
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 (1-2)
T 
Fz Z ,RMS z z ,st
và: kdy max = 1,64FZ ,RMS 1 (1-3)
F
z ,st
1.5.2. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường
Sau những năm 1990, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế
của cầu và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh giá cao. Các
nhà nghiên cứu của Anh, Mỹ,…đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của dao
động ôtô đối với cầu và đường. Khi ô tô chuyển động trên các mặt đường và
cầu, tải trọng động bánh xe sẽ dẫn đến sức căng và biến dạng bền mặt. Sự tích
lũy lâu dài của biến dạng dẻo bề mặt sẽ nguyên nhân gây ra phá hủy bề mặt
như các vết nứt, lún,.. Để đánh giá ảnh hưởng của tải trọng động của bánh xe
đến khả năng thân thiện mặt đường, nhiều công trình nghiên cứu đưa ra hệ số
tải trọng động bánh xe DLC - Dynamic Load Coefficient[6,12,21]. Hệ số
DLC được định nghĩa bởi công thức (6).
DLC
F
T .RMS
(1-4)
Fs

22
trong đó: Fs- tải trọng tĩnh của bánh xe; FT,RMS- tải trọng động bánh xe tác
dụng lên mặt đường bình phương trung bình và nó được định nghĩa bởi công
thức (1-5 ).
 
1
1 T 2
F
T , RMS  FT
2
(t)dt (1-5)

T
0 
Trong đó:
FT - Tải trọng động của bánh xe tác dụng lên mặt đường;N
T - Thời gian khảo sát(s).
Hệ số tải trọng bánh xe DLC phụ thuộc rất nhiêu yếu tố như thống số hệ
thống treo, lốp xe, tải trọng xe, vận tốc chuyển động, điều kiện mặt
đường...Trong nghiên cứu này, hệ số tải trọng động bánh xe được chọn để
phân tích ảnh hưởng của hệ thống treo đến khả năng thân thiện với mặt đường
giao thông và sẽ được trình bày ở phần sau và chương trình tính toán được
trình bày phụ lục 2.
1.6.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn.
1.6.1. Mục tiêu nghiên cứu
Phân tích ảnh hưởng của các thông số thiết kế hệ thống treo đến mặt
đường quốc lộ và hệ số tải trọng động bánh xe được chọn là hàm mục tiêu.
Dựa trên điều kiện ràng buộc thiết kế đề xuất bộ thống số hệ thống treo tối ưu
nhằm giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông.
Trong khuôn khổ một luận văn Thạc sĩ khoa học tác giả tập trung cứu
một số vấn đề sau:
- Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng;
- Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động;
- Mô phỏng và phân tích đánh giá ảnh hưởng;
- Lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống treo xe tải hạng nặng.

23
1.6.2. Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động không gian tuyến
tính để nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hệ thống treo xe tải hạng nặng như
độ cứng và hệ số cản đến mặt đường giao thông dựa trên chỉ tiêu hệ số tải
trọng động bánh xe DLC (Dynamic Load Coefficient). Dựa trên điều kiện
ràng buộc thiết kế đề xuất bộ thống số hệ thống treo tối ưu nhằm giảm các tác
động xấu đến mặt đường giao thông.
Đối tượng: xe ô tô tải 3 cầu với hệ thống treo trước kiểu phụ thuộc và
2 hệ thống treo sau phụ thuộc dạng tay đòn kéo
1.6.3. Phương pháp nghiên cứu
Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần mềm Matlab simulink 7.0 để
phần tích ảnh hưởng và lựa chọn tối ưu các thông số thiết kế của hệ thống treo
của xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiên với mặt đường giao
thông.
1.6.4. Nội dung nghiên cứu
Nội dung chính của luận văn như sau:
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu
Chương 2. Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng;
Chương 3. Mô phỏng dao động và đánh giá ảnh hưởng các thông số hệ
thống treo đến mặt đường;
Kết luận và những kiến nghị.
1.7. Kết luận chương
Kết quả phân tích trong chương này đã đưa được các lập luận về cơ sở lý
thuyết cho vấn đề cần nghiên cứu. Trong luận văn này, để đánh giá hiệu quả
hệ thống treo đến khả năng thân thiện mặt đường, một ô tô tải hạng nặng 3
cầu với hệ thống treo trước dạng phụ thuộc và 2 hệ thống treo sau phụ thuộc
dạng tay đòn kéo được chọn là đối tượng nghiên cứu. Hệ số tải trọng bánh xe
DLC chọn hàm mục tiêu. Mô hình dao động không gian của xe tải hạng nặng

24
với 9 bậc tự do với kích thích mặt đường ngẫu nhiên. Phần mềm Matlab-
Simulink được sử dụng để mô phỏng và tính toán hàm mục tiêu, các thông số
của hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượt được phân tích ảnh hưởng
đến mặt đường sẽ được thực hiện trong ở chương 3.

25
CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI HẠNG NẶNG
Mục đích của chương này, dựa vào đối tượng và mục tiêu nghiên cứu
của luận văn, một mô hình dao động không gian của ô tô tải hạng nặng 9 bậc
tự do với kích mặt đường ngẫu nhiên được thiết lập. Ứng dụng nguyên lý
D’Alambe kết hợp cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật để thiết lập hệ phương trình vi
phân miêu tả dao động của ô tô tải hạng nặng để làm cơ sở cho chương sau
mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo xe tải hạng nặng đến mặt
đường quốc lộ.
2.1. Các phương pháp xây dựng mô hình dao động
Theo thống kê các công trình khoa học về lĩnh vực thiết lập mô hình và
phân tích dao động dao động được công bố trên tạp chí, kỷ yếu hội nghị khoa
học, chúng ta thấy có 3 phương pháp xây dựng dưới đây:
* Phương pháp 1: Căn cứ mô hình thực tế chúng ta tiến hành xây dựng mô
hình vật lý dựa trên cơ sở các giả thiết, sau đó chúng ta dựa vào các phương
pháp như phương pháp như phương trình Lagrange II, Newton-Euler, nguyên
lý D’alambe kết hợp nguyên lý hệ nhiều vật để tiến hành thiết lập mô hình
toán học về dao động các phương tiện giao thông. Cuối cùng phân tích số
hoặc sử dụng các phần mềm máy tính tiến hành mô phỏng và tối ưu các thông
số dao động theo sơ đồ hình 2.1.
Hình 2.1. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương
pháp 1

26
Phương pháp 1 có ưu điểm dễ dàng phân tích ảnh hưởng các yếu tố phi
tuyến của hệ thống. Tuy nhiên, nhược điểm là khó định dạng các thông số của
mô hình (các thông số mô phỏng hầu hết các nhà sản xuất bảo mật) và phải
làm thí nghiệm để xác định lại.
* Phương pháp 2: Căn cứ mô hình thực tế chúng ta tiến hành xây dựng mô
hình 2D hoặc 3D dựa trên các phần mềm thiết kế như Autocad, Pro-E,
Solidworks,… Sau đó chúng ta chuyển sang các phần mềm phân tích thiết kế
như Ansys, Adams,…. Cuối cùng đặt các điều kiện biên tiến hành mô phỏng
và phân tích tối ưu các thông số dao động theo sơ đồ hình 2.2.
Hình 2.2. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương
pháp 2
Phương pháp 2 có ưu điểm là dễ dàng xác định các thông số mô hình
và thay đổi kết cấu của mô hình. Tuy nhiên nhược điểm phân tích ảnh hưởng
các yếu tố phi tuyến của hệ thống rất phức tạp.
*Phương pháp 3: Kết hợp hai phương pháp trên nhằm tận dụng các ưu điểm
của nó. Đó là khi xem xét các yếu tố phi tuyến của cơ hệ thì các nhà khoa học
xây dựng các chương trình con dựa vào phương trình toán học miêu tả đặc

27
tính phi tuyến sau đó liên kết với các phần mềm phân tích như Ansys,
Adams,…. Để tiến hành mô phỏng và phân tích thông số dao động.
Trong luận văn này em chọn phương pháp 1 để tiến hành xây dựng mô
hình dao động, mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của các thông số thiết kế hệ
thống treo đến khả năng thân thiện với đường giao thông.
2.2. Xây dựng mô hình dao động tương đương của ô tô
2.2.1. Các khái niệm tương đương
Ô tô là một cơ hệ hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau.
Mỗi bộ phận được đặc trưng khối lượng và thông số đặc trưng. Bộ phận có tác
dụng giảm các chấn động từ mặt đường lên khung vỏ là hệ thống treo. Hệ
thống treo là đối tượng chính khi nghiên cứu dao động.
Để nghiên cứu dao động xe ôtô một cách thuận lợi chúng ta cần phải
thiết lập dao động tương đương. Trong đó mô hình dao động ô tô cần có đầy
đủ các thông số liên quan đến dao động của ôtô.
Trước khi thiết lập mô hình dao động tương đương cần thống nhất một
số khái niệm sau:
a. Khối lượng được treo mb
Khối lượng được treo mb gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng của
chúng tác dụng lên hệ thống treo. Đó là khung, thùng, hàng hoá và một số chi
tiết khác. Giữa chúng thực ra được nối với nhau một cách đàn hồi nhờ các
đệm đàn hồi, ổ tựa đàn hồi bằng cao su, dạ, nỉ, giấy công nghiệp, ... Hơn nữa
bản thân các bộ phận này cũng không phải cứng tuyệt đối, cho nên khối lượng
treo thực ra là một nhóm các khối lượng được liên kết đàn hồi thành một hệ
thống. Tuỳ nhiên dựa cách bố trí cụ thể của ôtô, mà có thể chia khối lượng
được treo thành 2 hoặc nhiều khối lượng, giữa các khối lượng liên kết với
nhau bằng các phần tử đàn hồi và giảm chấn. Tuy nhiên các mối đàn hồi giữa
các thành phần của khối lượng được treo có biến dạng rất nhỏ so với biến
dạng của hệ thống treo và lốp. Cho nên trong trường hợp đơn giản có thể coi

28
rằng khối lượng được treo mb là một khối lượng đồng nhất ở dạng phẳng hoặc
dạng không gian theo mục đích của các nhà nghiên cứu.
b. Khối lượng không được treo ma
Khối lượng không được treo gồm những cụm mà trọng lượng của
chúng không tác dụng trực tiếp lên hệ thống treo mà chỉ tác dụng lên lốp bánh
xe. Đó là: bán trục, dầm cầu, bánh xe, một phần chi tiết của hệ thống treo,
truyền động lái, nhíp, giảm chấn, một phần của trục các đăng.
Coi khối lượng không được treo là một vật thể đồng nhất, cứng tuyệt
đối và có khối lượng ma tập trung vào tâm bánh xe. Bánh xe ngoài tác dụng là
hệ thống di chuyển và đỡ toàn bộ trọng lượng của xe còn có tác dụng làm
giảm các chấn động từ mặt đường lên xe, tăng độ êm dịu cho xe. Bánh xe là
hình ảnh thu nhỏ của hệ thống treo, có nghĩa là cũng bao gồm một thành phần
đàn hồi và một thành phần giảm chấn.
c. Hệ thống treo
Hệ thống treo trong ôtô có nhiệm vụ nối phần được treo mb và phần
khối lượng không được treo ma một cách đàn hồi. Hệ thống treo cùng với lốp
làm giảm những chấn động gây nên do sự mấp mô mặt đường khi xe chuyển
động. Hệ thống treo gồm những bộ phận sau:
- Bộ phận đàn hồi: Lò xo, nhíp, thanh xoắn, bình khí ... Nó được biểu
diễn bằng một lò xo có độ cứng K.
- Bộ phận giảm chấn: có nhiệm vụ dập tắt các chấn động. Nó được đặc
trưng bằng hệ số cản giảm chấn C.
- Bộ phận dẫn hướng: gồm có các thành đòn và có nhiệm vụ truyền lực
và mô men theo các phương phương.
2.2.2. Các loại mô hình dao động nghiên cứu
Theo thống kê các công trình khoa học đã công bố trên các tạp chí, kỷ
yếu tạp chí khoa học trong và ngoài nước, chúng ta thấy rằng mô hình dao

29
động ô tô được thiết lập để nghiên cứu hệ thống treo theo phương pháp 1 gồm
có: các mô hình dưới đây:
a. Mô hình không gian
Mô hình dao động ô tô không gian là hệ nhiều vật phức tạp, bao gồm
nhiều khối lượng liên kết qua các phần tử đàn hồi như hình 2.3.
Z
z
1t T z
K z
1t
1t z1 
q2t
K2p
2p
2t
1t
C2t
C1t
Cg0 C2p
X
1
K
g0

z
30
V
K
L1t
K
1p

2p
T
1
z
1p Y KL2p
q
1t
C
L2p
CL1t1p
C1p
x11 q
2p

1p
K
L1p b
B C
L1p
t
a L
q
1p
B
s
Hình 2.3. Mô hình dao động không gian xe khách đóng tại Việt Nam[10]
Mô hình hình 2.3, các nhà khoa học chủ yếu áp dụng để mô phỏng và
phân tích ảnh hưởng của thông số của hệ thống treo đến độ êm dịu của người
điều khiển và hành khách theo 3 phương. Ưu điểm của các loại mô hình này
xem xét ảnh hưởng được toàn diện ảnh hưởng của hệ thống treo đến độ êm
dịu cũng như khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ. Tuy nhiên mô hình toán
phức tạp.
b. Mô hình 1/4
Mô hình dao động ô tô 1/4: gồm khối lượng được treo ms, khối lượng
không được treo mu như hình vẽ 2.4.
Hình 2.4. Mô hình dao động ô tô 1/4điều khiển tích cực hệ thống treo[24]

30
(a) Hệ thống treo thụ động; (b) và (c) hệ thống treo điều khiển hệ số cản
Mô hình hình 2.4, các nhà khoa học chủ yếu áp dụng để mô phỏng và điều
khiển hệ thống treo tích cực nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe
cũng như nâng cao khả năng thân thiện với mặt đường quốc lộ.
c. Mô hình 1/2
Mô hình dao động phần 1/2: gồm vật khối lượng của bộ phận người
điều khiển, khối lượng ghế ngồi, khối lượng thân xe và các khối lượng cầu xe
được thể hiện trên hình vẽ 2.5.
Hình 2.5. Mô hình dao động 1/2 sử dụng nghiên cứu dao động ghế ngồi
[25]
Mô hình dao động 1/2 của ô tô thể hiện trên hình 2.6 gồm có khối lượng
được treo Ms và các khối lượng không được treo mu.
Hình 2.6. Mô hình dao động 1/2 sử dụng nghiên cứu điều khiển hệ thống
treo chủ động [26]

31
Mô hình hình 2.5 và hình 2.6, các nhà khoa học chủ yếu áp dụng để
nghiên cứu ảnh hưởng của các hệ thống treo đến đến độ êm dịu chuyển động
của xe cũng như khả năng thân thiện với mặt đường quốc lộ.
Trong luận văn này em xây dựng mô hình dao động không gian xe tải
hạng nặng để mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của hệ thống treo xe tải hạng
nặng. Xây dựng mô hình dao động không gian xe tải hạng nặng sẽ tiếp tục
trình bày phần duới đây.
2.3. Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng
2.3.1. Các giả thiết mô hình dao động
Dựa mục tiêu nghiên cứu của luận văn như giới thiệu phần 1.4, một mô
hình dao động không gian với 9 bậc tự do được thiết lập với giả thiết dưới
đây:
- Chuyển động của ô tô là chuyển động đều, khoảng cách từ trọng tâm
đến các cầu không thay đổi trong quá trình xe chuyển động;
-Trọng tâm của xe nằm trên mặt phẳng đối xứng dọc xe;
- Coi khối lượng được treo (mb) của xe là tấm phẳng tuyệt đối cứng đặt tại
trọng tâm và các mô men quán tính Ix, Iy. Chuyển động tại vị trí trọng tâm
được đặc trưng bởi 3 chuyển động động: chuyển động tịnh tiến theo phương
Z đi qua trọng tâm; chuyển động quay quanh trục ngang Y và chuyển động
quay quanh trục dọc X.
- Coi khối lượng phần không được treo ở mỗi cầu là thanh phẳng tuyệt
đối cứng đặc trưng bằng khối lượng ma và mô men quan tính Ix. Chuyển
động của phần khối lượng không được treo tập hợp 2 chuyển động: chuyển
động tịnh tiến và chuyển động quay quanh trục X.
- Các đặc tính của các thành phần đàn hồi và hệ số cản của hệ thống
treo và bánh xe coi như tuyến tính và được đặc trưng bởi độ cứng K và hệ số
cản C;
- Sự tiếp xúc của bánh xe với đường là tiếp xúc điểm.

32
- Bỏ qua sự trượt của bánh xe với mặt đường.
Đặc điểm cơ bản của xe là tất cả các ngoại lực tác động lên xe là phản
lực và trọng lực, các phản lực xuất hiện do sự tác động tương hỗ giữa bánh xe
với nền đường. Trong trường hợp tổng quát các phản lực này có thể phân ra
thành các thành phần lực thẳng đứng và thành phần lực nằm ngang (theo
phương chuyển động của xe). Với giả thiết chuyển động của xe là chuyển
động thẳng đều, nên thành phần lực lằm ngang phải bằng không, do đó các
dao động của thân xe trong mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với hướng
chuyển động của thân xe là do các thành thần lực thẳng đứng truyền từ bánh
xe lên.
2.3.2. Mô hình dao động xe tải hạng nặng
Với các giả thiết trên chúng ta có mô hình dao động không gian của xe
du lịch với 9 bậc tự do như hình 2.7.
b zb
Xb mb
K1r
C
1r K2r
K
3r C3r
za1
ma1
za2 C2r za3
q
K
T1r q ma2 K ma3 q
CT1r
KT2r L3r 3r
1r 2r CT2r CT3r
l1 l2 l3 l4
l
Yb
Xb
4
3
mb
b
b
K1r
a1
C
z
1r
a2
K1l C1l
K
ma1 q
1l
q KL1l
L1r
CT1r
CT1l
1r b2
b1
(a) Miêu tả một phần dao động
cabin của xe tải hạng nặng
(b) Mô hình dao động tương đương
Hình 2.7 Mô hình dao động không gian xe tải hạng nặng
Giải thích các ký hiệu trên hình 2.7:
Các ký hiệu trên hình 1, Kij và KTij lần lượt là độ cứng của hệ thống treo của
xe và lốp xe; Cij và CTij là hệ số cản của hệ thống treo của xe và lốp xe; mai lần
lượt là khối lượng không được treo các cầu xe và mb là khối lượng được treo; Iai
và Ibx, Iby lần lượt mô men quán tính của cầu xe và thân xe; lk và

33
bm lần lượt là các kích thước dài và rộng của các tọa độ trọng tâm đến các hệ
thống treo và lốp; zai, và zb lần lượt là các chuyển vị theo phương đứng cầu xe
và thân xe;ai,b vàb là các chuyển vị của cầu xe và thân xe (i=1÷3,
j=r,l,k=1÷4, m=1÷4).
2.3.3 Thiết lập phương trình vi phân miêu tả dao động ô tô tải hạng nặng
Dựa vào mô hình dao động để các phương trình vi phân mô tả dao động
của cơ hệ để khảo sát và lựa chọn các thông số thiết kế của hệ thống treo.
Hiện nay có rất nhiều phương pháp để thiết lập phương trình vi phân miêu tả
chuyển động của cơ hệ như: phương trình Lagrange loại II, nguyên lý
D’Alambe, nguyên lý Jourdain kết hợp phương trình Newton – Euler. Tuy
nhiên để thuận lợi cho mô phỏng bằng máy tính em sử dụng nguyên lý
D’Alambe kết hợp cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật để thiết lập hệ phương trình vi
phân mô tả dao động của xe.
Dựa vào cơ sở hệ nhiều vật tách các vật ra khỏi cơ hệ và thay vào đó là
các phản lực liên kết. Sau đó sử dụng nguyên lý D’Alambe để thiết lập hệ
phương trình cân bằng cho từng vật của cơ hệ sau đó liên kết chúng lại với
nhau bằng quan hệ lực và momen.
Theo nguyên lý D’Alambe:
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 2.7 gồm 5 vật: khối lượng được treo, khối
lượng không được treo của các cầu xe và mặt đường.
Mô hình xây dựng gồm 5 vật:
-Vật 1: Thân xe (phần khối lượng được treo) là 1 tấm phẳng tuyệt đối
cứng có khối lượng mb đặt tại trọng tâm T và các momen quán tính: Ibx, Iby.
Chuyển động của thân xe là hợp của ba chuyển động:

34
+ Chuyển động tịnh tiến theo phương Z ứng với toạ độ suy rộng Z.
+ Chuyển động quay quanh trục Y tương ứng toạ độ suy rộng.
+ Chuyển động quay quanh trục X tương ứng toạ độ suy rộng.
-Vật 2,3,4: Các khối lượng không được treo của cầu trước, cầu 2, cầu
sau của xe. Khối lượng không được treo là thanh tuyệt đối cứng có khối lượng
lần lượt ma1, ma2, ma3 lần lượt đặt tại vị trí trọng tâm T1, T2, T3 và các
momen quán tính lần lượt là Ia1, Ia2, Ia3. Chuyển động của khối lượng không
được treo là hợp của hai chuyển động:
+ Chuyển động tịnh tiến theo phương z ứng với toạ độ suy rộng của các
cầu lần lượt là za1, za2, za3.
+ Chuyển động quay quanh trục X tương ứng toạ độ suy rộng của các
cầu lần lượt làa1,a2,a3.
Vật 5:
Mấp mô mặt đường: là nguồn kích thích ô tô dao động và được miêu tả
mặt đường là các hàm toán học. Trong luận văn này em chọn kích thích mặt
đường quốc lộ là các hàm ngẫu nhiên trên toàn bộ chiều dài của nó và miêu tả
nó sẽ được tục giới thiệu phần 2.4.
a) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu trước
Theo lý thuyết hệ nhiều vật chúng ta tách liên kết của vật 2 ra khỏi cơ
hệ và thay vào đó các phản lực liên kết, sơ đồ lực tác dụng lên cầu trước được
thể hiện hình 2.8.
Z1
F
C1r
F
K1r
za1
M aqt1
F
K1l

a1
Y 1
1
F
aqt1
F
CT1r
F
KT1r
F
KT1l
F
C1l
F
CT1l
Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu trước

35
*) Phương trình cân bằng lực
ma1 za1 FC1r FK 1r FC1l FK 1l FCT 1r FKT 1r FCT 1l FKT 1l
(2-2)
trong đó:
-Lực quán tính
F
aqt 1 m
a1
z
a1
(2-3)
-Lực truyền từ đường truyên qua lốp xe tác dụng lên cầu trước
+ Lực đàn hồi của lốp bên trái cầu trước:
FKT 1l KT 1lza1l q1l
(2-4)
+ Lực giảm chấn của lốp bên trái cầu trước:
FCT 1l CT 1lza1l q1l
(2-5)
+ Lực đàn hồi của lốp bên phải cầu trước:
FKT 1r KT 1rza1r q1r
(2-6)
+ Lực giảm chấn của lốp bên phải cầu trước:
FCT 1r CT 1rza1r q1r
(2-7)
trong đó:
za1l, za1r là chuyển vị hai bên đầu mút bên trái và bên phải. Các chuyển
theo phương thẳng đứng za1l, za1r có liên hệ với chuyển vị tại trọng tâm cầu
trước za1 và chuyển vị góca1.

36

z a1l z a1
b
21
tga1



z
a1r z
a1 b
21 tga1
(2-8)
Vì chuyển vị góca1 quá nhỏ do vậy tga1a1. Khi đó (2-8) trở thành:

za1l
 z
a1
b1
a1
2


b1
(2-9)
  z
a1  
a1

z a1r
2

Thay (2-9) vào (2-4), (2-5), (2-6), (2-7) ta có:
 b 
F
KT 1l
 K
T 1l
z
a1  1 
a1
 q
1l (2-10)
2
 
 b 
F
CT 1l
 C
T 1l
z
a1  1
a1
 q
1l (2-11)
2
 
 b 
F
KT 1r
 K
T 1r
z
a1  1
a1
 q
1r (2-12)
2
 
 b 
F
CT 1r
 C
T 1r
z
a1  1 
a1
 q
1r
2
 
(2-13)
-Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo tác dụng lên câu trước:
+ Lực đàn hồi của hệ thống treo bên trái cầu trước:
FK 1l K1lz1l za1l
(2-14)
+ Lực giảm chấn của hệ thống treo bên trái cầu trước:
FC1l CT 1lz1l za1l
(2-15)
+ Lực đàn hồi của hệ thống treo bên phải cầu trước:

37
FK 1r K1rz1r za1r
(2-16)
+ Lực giảm chấn của hệ thống treo bên phải cầu trước:
FCT 1r CT 1rz1r za1r
(2-17)
trong đó:
z1l, z1r là chuyển vị hai bên đầu mút bên trái và bên phải ở phía cầu
trước của thân xe. Các chuyển theo phương thẳng đứng z1l, z1r có liên hệ với
chuyển theo phương thẳng đứng vị tại trọng tâm T của thân xe zb, chuyển vị
gócb và chuyển vị gócb như sau:


z
1l



z
1r
 zb l1tg b
b
22
tgb

 zb l1tg b
b
22
tgb
(2-18)
Vì chuyển vị gócb vàb quá nhỏ do vậy tgbb và tgbb. Khi đó
(2-18) trở thành:

z1l zb l1 b
b
22
b


z1r zb l1 b
b
22
b
Thay (2-19) và (2-9)vào (2-14), (2-15), (2-16), (2-17) ta có:
 b b 
F
K 1l
 K
1l
z
b  l1 b
2
 b  z a1
1
a1
2 2
 
 b b 
F
C 1l
 C
1l
z
b  l1 b
2
 b  za1
1 
a1
2 2
 
 b b 
F
K 1r
 K
1r
z
b  l1 b
2
 b  z a1
1 
a1
2 2
 
(2-19)
(2-20)
(2-21)
(2-22)

38
 b b 
F
K 1r
 K
1r
z
b  l1 b
2
 b  z a1
1

a1
2 2
 
(2-23)
Thay công thức (2-10), (2-11), (2-12), (2-13), (2-20), (2-21), (2-22), (2-
23) vào phương trình (2-2) ta có phương trình cân bằng lực:
  b b   b b 
m
a1
z
a1 
K
1l
z
b  l1 b  2
 b z a1  1 
a1
 C
1l
z
b  l1 b  2 
b  z a1  1 
a1  
2 2 2
  2   
 b b   b b 
 K1r zb l1 b
2

b z
a1 
1

a1 C
1r
z
b l
1

b 2
 b  z a1
1

a1 
2 2 2
 2   
  b   b  (2-24)

 K
T 1l
z
a1 1 
a1
 q
1l C
T 1l 
z
a1 1 
a1 q1l 
2 2
    
 b   b 
 K
T 1r
z
a1  1

a1 q
1r C
T 1r
z
a1  1

a1 q
1r 
2 2
   
*)Phương trình cân bằng mô men
M
aqt 1
 M
KT 1r
 M
CT 1r
M
KT 1l
 M 

CT 1l
 M
K 1l
 M
C 1l


M
K 1r
 M 


C1r
I   F  F



F  F b1 
a1 a1  KT 1r CT 1r KT 1l CT 1l 2
F  F  F  F b1

K 1l C 1l  K 1r C1r 2
trong đó:
- Mô men quán tính:
(2-25)
(2-26)
M
aqt 1
-Mô men do các lực đàn
cầu trước:
+ Mô men do lực đàn hồi
 Ia1 (2-27)
hồi và lực cản của các bánh xe gây ra đối với
của lốp xe bên trái gây ra đối với cấu trước

39
b  b  b
M
KT 1l F
KT 1l
1  K
T 1l
z
a1  1 
a1
 q
1l
1
(2-28)
2 2
  2
+ Mô men do lực cản của lốp xe bên trái gây ra đối với cấu trước
b  b  b
M
CT 1l F
CT 1l
1  C
T 1l
z
a1  1 
a1
 q
1l
1
(2-29)
2 2
  2
+ Mô men do lực đàn hồi của lốp xe bên phải gây ra đối với cấu trước
b  b b
M
KT 1r F
KT 1r
1  K
T 1r
z
a1  1 
a1 q
1r
1
(2-30)
2 2
  2
+ Mô men do lực cản của lốp xe bên phải gây ra đối với cấu trước
b  b  b
M
CT 1r F
CT 1r
1  C
T 1r
z
a1  1 
a1  q1r  1
2 2
  2
(2-31)
-Mô men do lực đàn hồi và lực cản của hệ thống treo gây ra đối với cầu
trước:
+ Mô men do lực đàn hồi của hệ thống treo xe bên trái gây ra đối với
cấu trước:
b  b b  b
M
K 1l F
K 1l
2  K
1l
z
b  l1b
2
 b  za1
1 
a1
2
(2-32)
2 2 2
  2
+ Mô men do lực cản của hệ thống treo xe bên trái gây ra đốivới cấu
trước:
b  b b  b
M
C 1l F
C 1l
2  C
1l
z
b  l1 b
2
 b  za1
1 
a1
2
(2-33)
2 2 2
  2
+ Mô men do lực đàn hồi của hệ thống treo xe bên phải gây ra đối với
cấu trước:
b  b b  b
M
K 1r F
K 1r
2  K
1r
z
b  l1 b
2
 b  za1
1 
a1
2
(2-34)
2 2 2
  2

40
+ Mô men do lực cản của hệ thống treo xe bên phải gây ra đốivới cấu
trước:
b  b b  b
M
C 1r F
C 1r
2  C
1r
z
b  l1 b
2
 b  za1
1 
a1
2
2 2 2
  2
(2-35)
Thay các công thức (2-28), (2-29), (2-30), (2-31), (2-32), (2-33), (2-34),
(3-35) vào công thức (2-26) ta có:
  b   b 
I
a1

a1

K
T 1r
z
a1  1 
a1 q
1r
 C
T 1r
z
a1  1 
a1
 q
1r
2
    2 
 b   b  b
 K
T 1l
z
a1  1 
a1
 q
1l C
T 1l
z
a1 1 
a1 q
1l  1

2 2
 2   
K

z l
b
2
b
 za1

b
1


C  zb
 l
b
2
b
 z a1

b
1
  (2-
 1l  b 1 b
2 2
a1 1l  1 b
2 2
a1
    
 b b   b b  b
 K
1r
z
b l
1
 b  2
 b
 z
a1  1
a1 C
1r
z
b l
1
 b 2
 b z a1  1
a1
2
2 2 2 2 2
   
36)
b) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 2
Hình 2.9 thể hiện sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu xe thứ 2. Thiết
lập phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên cầu xe tương tự như
cầu trước, ta có:
Phương trình cân bằng lực tác dụng lên cầu thứ 2
ma 2 za 2 FC 2r FK 2r FC 2 l FK 2 l FCT 2r FKT 2r FCT 2 l FKT 2l (2-37)

41
Z2
F
C2r
F
K2r
za2
Maqt2
F
K2l

a2
Y 2
2
F
aqt2
F
CT2r
F
KT2r
F
KT2l
F
C2l
F
CT2l
Hình 2.9. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thứ 2
Phương trình cân bằng mô men:
I   F  F
 F  F b3 
a 2 a 2  KT 2r CT 2r KT 2 l CT 2l
2
(2-38)
  F   F b4
F F

K 2 l C 2 l K 2r C 2r 2
Phương trình (2-37) và (2-38) khai triển cho các tọa độ suy rộng, tương
tự như cầu trước.
c) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 3
Hình 2.10 thể hiện sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu xe thứ 3.
Thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên cầu xe tương tự
như cầu trước, ta có:
ma 3 za 3 FC 3r FK 3r FC 3l FK 3l FCT 3r FKT 3r FCT 3l FKT 3l
(2-39)
Z
3
F
C3r
F
K3r
za3
Maqt3
F
K3l

a3
Y3

3
F
aqt3
F
CT3r
F
KT3r
F
KT3l
F
C3l
F
CT3l
Hình 2.10. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thứ 3

42
Phương trình cân bằng mô men:
I   F  F
 F  F 
b
3

a 3 a 3 
KT 3r CT 3r KT 3 l CT 3l
2
(2-40)
  F   F 
b4
F F
 K 3 l C 3 l K 3r C 3r 2
Phương trình (2-39) và (2-40) khai triển cho các tọa độ suy rộng, tương
tự như cầu trước.
d) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động thân xe
Tương tự như phần trên chúng ta tách liên kết của vật trong cơ hệ và
thay vào đó là các phản lực liên kết. Hình 2.11 thể hiện sơ đồ lực và mô men
tác dụng lên thân xe:
F
C1r
X
F
C3r
Z
F
K3r
Z
b F
F
K2r
.. C2r
I
yb  .. F
K3l
b bI
b
T
x F
C3l
F
C2l
F
K1r F
F
K2l
bqtY
F
K1l
F
C1l
Hình 2.11. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe
Thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên thân xe
tương tự như cầu trước, ta có:
mb zb FC 1r FK 1r FC 1l FK 1l FC 2r FK 2r FC 2 l FK 2l
 FC 3r FK 3r FC 3 l FK 3l
(2-41)
Phương trình cân bằng mô men theo trục ngang của thân xe:

Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Hệ Thống Treo Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Mặt Đường Quèc Lé.doc

Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Hệ Thống Treo Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Mặt Đường Quèc Lé.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Hệ Thống Treo Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Mặt Đường Quèc Lé.doc

Similar to Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Hệ Thống Treo Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Mặt Đường Quèc Lé.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 Hệ Thống Treo Ô Tô Tải Hạng Nặng Đến Mặt Đường Quèc Lé.doc