Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)

Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯƠNG MẠNH HÙNG

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHÁCH CÓ SỬ DỤNG

Chuyên ngành: KỸ THUẬT Ô TÔ – MÁY KÉO

Mã số : 62.52.01.16.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS-TS Đ o Mạnh Hùng

2.TS.Nguyễn Tuấn Anh

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

H Nội - 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Các số liệu, kết quả đưa ra trong luận án là trung thực

TÁC GIẢ LUẬN ÁN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 5

1.1 Xu hướng phát triển ô tô khách ở Việt Nam 5

1.1.1 Đặc điểm và sự phát triển mạng lưới giao thông ở Việt Nam 5

1.1.2 Hiện trạng phát triển ô tô khách ở Việt Nam 6

1.1.3 Tình hình sản xuất lắp ráp ô tô khách ở Việt Nam 8

1.2 Hệ thống treo h n n 10

1.2.1 Đặc điểm hệ thống treo khí nén 10

1.2.2 Hệ thống treo khí nén trên ô tô khách 11

1.2.3 Các mô hình nghiên cứu động lực học hệ thống treo khí nén 12

1.3 Khái quát về các công trình nghiên cứu liên quan đến nội dung đề tài 15

1.3.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến tài 18

1.3.2 Các công trình nghiên cứu dao động ô tô trong nước 20

1.4 Vấn đề còn tồn tại v hướng nghiên cứu 23

1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án 24

KẾT LUẬN CHƯƠNG I 24

Chương II THIẾT LẬP MÔ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ KHÁCH SỬ DỤNG HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN 26

2.1 Mô hình động lực học của lò xo h n n 26

2.1.1 Cơ sở lý thuyết nhiệt động học 26

2.1.2 Các thông số đặc trưng của l o h n n 28

2.1.3 Mô hình toán học của lò xo khí nén 29

2.2 Đ c t nh đ n hồi lò xo h n n 33

2.2.1 Đặc t nh đ n hồi t nh 33

2.2.2 Đặc t nh động lực học lò xo khí nén 35

2.3 Mô hình dao động ô tô h ch với hệ thống treo khí nén 38

2.3.1 C c giả thiết hi dựng ô h nh 38

2.3.2 Mô h nh dao động 1/4 ô tô với hệ thống treo khí nén 39

2.3.3 Mô h nh dao động ô tô trong không gian với hệ thống treo khí nén 42

2.4 C c ch tiêu đ nh gi dao động ô tô 54

2.4.1 Chỉ tiêu đ nh gi độ êm dịu chuyển động 54

2.4.2 Chỉ tiêu đ nh gi an to n chu ển động 55

KẾT LUẬN CHƯƠNG II 60

Chương III KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHÁCH SỬ DỤNG HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN 61

3.1 Mô phỏng mô hình nghiên cứu dao động ô tô trong Matlab Simulink 61

3.2 Ô tô khách UNIVERSE 66

3.3 Khảo s t dao động riêng của ô tô 68

3.3.1 Tần số dao động riêng của ô tô theo phương thẳng đứng 68

3.3.2 Tần số dao động riêng lắc ngang 69

3.4 Khảo s t dao động của ô tô trong miền thời gian 69

3.4.1 Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường 69

3.4.2 Ảnh hưởng của p suất trong l o h n n 74

3.4.3 Ảnh hưởng của thể tích bình khí phụ 77

3.5 Khảo s t dao động của ô tô trong miền tần số 81

3.5.1 Ảnh hưởng của áp suất trong l o h n n đến êm dịu chuyển động 82

3.5.2 Ảnh hưởng của thể tích bình khí phụ đến êm dịu chuyển động 85

3.5.3 Ảnh hưởng của thể tích bình khí phụ đến tính ổn định chuyển động 86

KẾT LUẬN CHƯƠNG III 88

Chương IV: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 89

4.1 Mục đ ch của nghiên cứu thực nghiệm 89

4.2 Thí nghiệm x c định độ cứng tĩnh lò xo h n n 89

4.2.1 Điều kiện khi thực hiện thí nghiệm 89

4.2.2 Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm 90

4.2.3 Phương ph p thực hiện thí nghiệm 91

4.2.4 Kết quả thí nghiệm 92

4.3 Thí nghiệm x c định độ cứng động lực học lò xo khí nén 94

4.3.1 Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm 94

4.3.2 Phương ph p thực hiện thí nghiệm 94

4.3.3 Kết quả thí nghiệm 97

4.4 Sử dụng kết quả thí nghiệm để chuẩn hóa mô hình lý thuyết 100

4.4.1 Sử dụng kết quả lý thuyết để chuẩn hóa đường đặc t nh t nh l o h n n 101 4.4.2 Sử dụng kết quả thí nghiệ để chuẩn hóa ô h nh dao động trong không gian ô tô khách 102

4.5 Thí nghiệm x c định tần số dao động riêng của ô tô h ch theo phương

thẳng đứng 103

4.5.1 Mục đ ch th nghiệm 103

4.5.2 Giới thiệu thiết bị thí nghiệm 104

4.5.3 Phương ph p thực hiện thí nghiệm 107

4.5.4 Kết quả thí nghiệm 110

KẾT LUẬN CHƯƠNG IV 111

KẾT LUẬN CHUNG 112

MỘT SỐ KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT 115

HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA LUẬN ÁN 115

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

PHỤ LỤC 1

PL1 THÍ NGHIỆM ĐO ĐỘ CỨNG ĐỘNG LỰC HỌC LÒ XO KHÍ NÉN 1

PL2.THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH TĨNH LÒ XO KHÍ NÉN 12

PL3 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM 22

PL5 THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE THÍ NGHIỆM 27

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

3 k , s1 k s2 Độ cứng của hệ thống treo trước và sau N/m

4 c , s1 c s2 Hệ số cản của hệ thống treo trước và sau Ns/m

9 a,b Khoảng cách t tr ng tâm tới tr c trước, tr c sau m

11 z sA , z sB Dịch chuyển thẳng đứng của thân xe và cầu xe tại vị trí liên

kết với thanh ổn định tại các điểm A và B m

17 J y Mô men quán tính khối lượng được treo quanh tr c O x kg.m 2

18 J x Mô men quán tính khối lượng được treo quanh tr c O y kg.m 2

19 J u Mô men quán tính khối lượng không được treo quanh tr c

2

20 k , e k v Đặc trưng cho độ cứng của lò xo khí nén N/m

21 l , f l r Khoảng cách t tr ng tâm ô tô đến tr c trước, tr c sau theo

24 h r Khoảng cách t tr c lắc ngang đến tr ng tâm ô tô m

25 h p Khoảng cách t tr c lắc d c đến tr ng tâm ô tô m

38 M af Mô men ổn định do thanh chống lắc sinh ra cầu trước N.m

39 M ar Mô men ổn định do thanh chống lắc sinh ra cầu sau N.m

42 β Hệ số phi tuyến của lò xo khí nén

43 ξ Hệ số kể đến tổn thất n ng lượng tổng cộng của dòng khí

chảy trong đường ống

46 l s Chiều dài đường ống nối với bình khí ph m

48 O Véc tơ không, ma trận số không

49 I Ma trận đơn vị

50 f s Véc tơ lực liên kết của hệ thống treo khí nén ở các bánh xe

51 f u Véc tơ lực liên kết giữa các bánh xe với mặt đường

52 u Véc tơ các kích thích

53 x Véc tơ trạng thái

54 y Véc tơ các thông số ra (thông số đánh giá)

55 y s Véc tơ t a độ suy rộng của khối lượng được treo

56 y u Véc tơ t a độ suy rộng của khối lượng không được treo

60 z sd Véc tơ dịch chuyển của vị trí người lái

61 z u Véc tơ dịch chuyển của cầu xe tại vị trí bánh xe

62 z uB Véc tơ dịch chuyển của cầu xe tại vị trí liên kết với thanh ổn định tại điểm B

63 z uS Véc tơ dịch chuyển của cầu xe tại vị trí đặt hệ thống treo ở

bánh xe thứ i

64 w S Véc tơ chuyển vị của khối lượng khí nén

65 q s Véc tơ các lực suy rộng tác d ng lên thân xe

74 G fs ,G vs Ma trận kích thước hình h c của ô tô

75 G s Ma trận kích thước hình h c xác định dịch chuyển thân xe

76 G sA Ma trận kích thước xác định dịch chuyển thân xe tại điểm A

77 G Ma trận kích thước hình h c xác định dịch chuyển cầu xe

điểm B

79 G uS Ma trận kích thước hình h c xác định dịch chuyển của cầu

xe tại vị trí đặt hệ thống treo ở bánh xe thứ i

80 g d Ma trận kích thước xác định vị trí người lái

81 K, K SS Ma trận độ cứng hệ thống treo

82 K e, K v , K w Ma trận độ cứng hệ thống treo khí nén

83 K u , K uu Ma trận độ cứng của bánh xe

84 M Ma trận khối lượng

85 M s Ma trận khối lượng được treo

86 M u Ma trận khối lượng không được treo

87 M w Ma trận khối lượng khối khí nén

88 Q Ma trận kích thích

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

for Standardization

Tổ chức Quốc tế về Tiêu chuẩn hóa

3 LTR Lateral load Transfer Ratio Hệ số phân bố tải tr ng

ngang

4 NHTSA National Highway Traffic

Safety Administration

Cơ quan quản trị an toàn lưu thông Đường bộ quốc gia

bình của gia tốc

DANH MỤC CÁC BẢNG

CHƯƠNG I

Bảng 1.1 Hệ thống giao thông đường bộ Việt Nam 5

CHƯƠNG III Bảng 3.1: T a độ của các điểm đặt lực 45

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô dùng treo nhíp và treo khí nén 71

Bảng 3.3: Các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô dùng treo nhíp và treo khí nén 73

Bảng 3.4: Ảnh hưởng của áp suất trong lò xo khí nén đến dao động ô tô 74

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của áp suất trong lò xo khí nén đến dao động ô tô 77

Bảng 3.6: Chỉ tiêu đánh giá dao động về an toàn và êm dịu chuyển động của ô tô 79

Bảng 3.7: Chỉ tiêu đánh giá dao động về an toàn và êm dịu chuyển động của ô tô 81

CHƯƠNG IV

Bảng 4.1 Tần số dao động riêng của ô tô theo phương thẳng đứng 110

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG I Hình 1.1 Khung gầm sắt xi ô tô cơ sở 9

Hình 1.2 Hàn khung xương vỏ ô tô khách 10

Hình 1.3 Ô tô khách được sản xuất lắp ráp tại Việt Nam 10

Hình 1.4 Hệ thống treo khí nén ô tô khách 11

Hình 1.5 Hệ thống treo khí nén ô tô tải 12

Hình 1.6 Mô hình lò xo khí nén đơn giản [29] 12

Hình 1.7 Mô hình NISHIMURA [29] 13

Hình 1.8 Mô hình VAMPIRE [66] 13

Hình 1.9 Mô hình SIMPAC [64] 14

Hình 1.10 Mô hình lò xo khí nén GENSYS theo phương d c [26] 14

CHƯƠNG II Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống treo khí nén 26

Hình 2.2 Mô hình vật lý lò xo khí nén [29],[56] 29

Hình 2.3 Mô hình toán h c lò xo khí nén GENSYS [26] 32

Hình 2.4 Đặc tính tĩnh lò xo khí nén 34

Hình 2.5 Độ cứng tĩnh lò xo khí nén 34

Hình 2.6 Đặc tính động lực h c lò xo khí nén 36

Hình 2.7 Ảnh hưởng của p0 đến đặc tính động lực h c lò xo khí nén 37

Hình 2.8 Ảnh hưởng của Vr0 đến đặc tính động lực h c lò xo khí nén 38

Hình 2.9 Mô hình 1/4 ô tô với hệ thống treo khí nén 40

Hình 2.10 Các lực tác d ng lên khối lượng được treo 40

Hình 2.11 Các lực tác d ng lên khối lượng không được treo 41

Hình 2.12: Mô hình dao động của ô tô khách trong không gian 43

Hình 2.13 Sơ đồ xác định lực và mô men ổn định 49

CHƯƠNG III Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng dao động trong không gian ô tô khách với hệ thống treo khí nén 62

Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng dao động trong không gian ô tô khách với hệ thống treo nhíp 62

Hình 3.3 Sơ đồ mô phỏng kích thích mặt đường 63

Hình 3.4 Sơ đồ mô phỏng kích thích mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO [69] 63

Hình 3.5 Sơ đồ mô phỏng dao động thân xe sử d ng hệ thống treo khí nén trong không gian 64

Hình 3.6 Sơ đồ mô phỏng động lực h c hệ thống treo khí nén 64

Hình 3.7 Sơ đồ mô phỏng các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô khách sử d ng hệ thống treo nhíp 65

Hình 3.8 Sơ đồ mô phỏng dao động trong không gian thân xe sử d ng hệ thống treo nhíp 65

Hình 3.9 Sơ đồ mô phỏng các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô khách có hệ thống treo

nhíp 66

Hình 3.10 Ô tô thí nghiệm UNIVERSE K43-2F14 66

Hình 3.11 Sơ đồ hệ thống treo khí nén trên ô tô UNIVERSE K43-2F14 67

Hình 3.12 Hệ thống treo trước 67

Hình 3.13 Hệ thống treo sau 68

Hình 3.14 Dao động riêng của ô tô theo phương thẳng đứng 68

Hình 3.15 Dao động lắc ngang tự do của thân xe 69

Hình 3.16 Các chỉ tiêu đánh giá dao động, v=60 km/h 70

Hình 3.17 Tải tr ng tại các bánh xe với kích thích mặt đường dạng xung, v=60 km/h 70

Hình 3.18 Biên độ kích thích ngẫu nhiên của mặt đường 72

Hình 3.19 Các chỉ tiêu đánh giá dao động 72

Hình 3.20 Tải tr ng tại các bánh xe với kích thích mặt đường dạng ngẫu nhiên, v=60 km/h 73

Hình 3.21 Các chỉ tiêu đánh giá dao động 75

Hình 3.22 Ảnh hưởng của áp suất khí trong lò xo khí nén đến tải tr ng tại các bánh xe 75 Hình 3.23 Các chỉ tiêu đánh giá dao động 76

Hình 3.24 Ảnh hưởng của áp suất khí trong lò xo khí nén đến tải tr ng tại các bánh xe với kích thích mặt đường dạng xung 76

Hình 3.25 Các thông số đánh giá dao động ô tô với kích thích mặt đường dạng xung 78

Hình 3.26 Tải tr ng tại các bánh xe với kích thích mặt đường dạng xung 78

Hình 3.27 Tải tr ng tại các bánh xe với kích thích mặt đường ngẫu nhiên 80

Hình 3.28 Các thông số đánh giá dao động ô tô với kích thích mặt đường ngẫu nhiên 80

Hình 3.29 Kích thích mặt đường dạng hình sin 82

Hình 3.30 Đặc tính biên độ-tần số dịch chuyển người lái 83

Hình 3.31 Đặc tính biên độ-tần số gia tốc người lái 83

Hình 3.32 Đặc tính biên độ-tần số của tải tr ng bánh xe 83

Hình 3.33 Đặc tính biên độ-tần số của dịch chuyển người lái 84

Hình 3.34 Đặc tính biên độ-tần số của gia tốc người lái 84

Hình 3.35 Đặc tính biên độ-tần số của tải tr ng bánh xe 84

Hình 3.36 Đặc tính biên độ-tần số của dịch chuyển người lái 85

Hình 3.37 Đặc tính biên độ-tần số của gia tốc người lái 85

Hình 3.38 Đặc tính biên độ-tần số của tải tr ng bánh xe 86

Hình 3.39 Đặc tính biên độ-tần số của góc lắc ngang thân xe 86

Hình 3.40 Đặc tính biên độ-tần số của gia tốc lắc ngang thân 87

CHƯƠNG IV Hình 4.1 Máy nén khí và đồng hồ đo áp suất lò xo khí nén 90

Hình 4.2 Thiết bị kéo-nén đo độ cứng tĩnh của lò xo khí nén 90

Hình 4.3 Màn hình hiển thị kết quả đo nén tĩnh lò xo khí nén 91

Hình 4.4 Lò xo khí nén 91

Hình 4.5 Bình khí ph 92

Hình 4.6 Đặc tính nén tĩnh lò xo khí nén ở các giá trị khác nhau 93

Hình 4.7 Quan hệ giữa lực và biến dạng khi lắp bình khí ph và không lắp bình khí ph 93

Hình 4.8 Kích gia tải động theo tần số 94

Hình 4.9 Lò xo khí nén thí nghiệm 95

Hình 4.10 Gá đặt thiết bị thí nghiệm 95

Hình 4.11 Thiết lập các thông số đo trên thiết bị gia tải 96

Hình 4.12 Đồ thị lực tác d ng lò xo khí nén tại tần số 1Hz 97

Hình 4.13 Độ cứng động lực h c lò xo khí nén 98

Hình 4.14 Đồ thị lực tác d ng lò xo khí nén tại tần số 1Hz 99

Hình 4.15 Đồ thị biến dạng lò xo khí nén tại tần số 1Hz 99

Hình 4.16 Độ cứng động lực h c lò xo khí nén có bình khí ph 100

Hình 4.17 Sơ đồ tính toán trị số hiệu quả tính được t lý thuyết 101

Hình 4.18 So sánh kết quả thí nghiệm với mô hình lý thuyết, n=1,3 102

Hình 4.19 Kết quả so sánh giữa mô hình lý thuyết và thí nghiệm 103

Hình 4.20 Máy tính chuyên dùng - hệ thu thập dữ liệu DEWETRON 3020 104

Hình 4.21 Cảm biến V1 105

Hình 4.22 Cảm biến đo khoảng cách H7 105

Hình 4.23 Bộ nguồn rung EA-TWI 250-12 106

Hình 4.24 Bộ chuyển đổi tín hiệu DATRON 107

Hình 4.25 Thí nghiệm xác định tần số dao động riêng theo phương thẳng đứng 107

Hình 4.26 Sơ đồ thí nghiệm đo dao động của ô tô theo phương thẳng đứng 108

Hình 4.27 Xác định kích thước cơ sở ô tô thí nghiệm 108

Hình 4.28 Xác định phân bố tải tr ng trên các cầu 108

Hình 4.29 Gắn cảm biến lên sàn ô tô tại vị trí tr ng tâm 109

Hình 4.30 Đồ thị xác định chu kỳ dao động tắt dần của ô tô 109

MỞ ĐẦU

Dao động ô tô là lĩnh vực được nhiều nhà khoa h c và các chuyên gia quan tâm nghiên cứu nhằm thiết kế và chế tạo ra ô tô có các tính n ng ưu việt đáp nhu cầu ngày càng cao của con người Hướng phát triển hiện nay được tập chung vào các ô tô thân thiện với môi trường và tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao tiện nghi và an toàn chuyển động

Ở Việt Nam, ngành công nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô đang đứng trước cơ hội phát triển mạnh khi mạng lưới giao thông không ng ng được nâng cấp và mở rộng, nhu cầu

đi lại của con người và vận chuyển hàng hóa ngày một gia t ng Sự lựa ch n của người

sử d ng hướng vào các ô tô có chất lượng cao, trong đó đặc biệt chú ý đến tính n ng an toàn cao và tiện nghi khi sử d ng của ô tô

Hệ thống treo là hệ thống quan tr ng trên ô tô, ảnh hưởng trực tiếp đến tính êm dịu,

an toàn chuyển động, đặc biệt là khi ô tô di chuyển trên loại đường có chất lượng mặt đường xấu Hệ thống treo không tốt sẽ gây ra lực động tác động xuống nền đường gây phá hủy mặt đường Trên các ô tô hiện đại thường sử d ng hệ thống treo có phần tử đàn

hồi thay đổi được độ cứng (sử dụng phần tử đ n hồi khí nén) việc kiểm soát không tốt

độ cứng sẽ gây ra dao động lắc ngang lớn, làm mất ổn định thân xe, có nguy cơ gây lật

xe Đặc biệt là các ô tô chở khách giường nằm hai tầng, xe có chiều cao tr ng tâm lớn,

sử d ng hệ thống treo khí nén khi chạy trên đường đèo

Do nhu cầu về tính tiện nghi trên các ô tô đòi hỏi ngày càng cao để đáp ứng nhu cầu

đi lại bằng phương tiện ô tô cho các tuyến đường dài mà hệ thống treo khí nén hiện nay đang được sử d ng tương đối phổi biến trên ô tô khách, ô tô buýt do có những tính n ng

ưu việt hơn so với hệ thống treo loại nhíp Trong những n m gần đây ở Việt Nam đã nhập khẩu cũng như sản xuất nhiều loại ô tô khách, ô tô buýt có sử d ng hệ thống treo khí nén Các ô tô này khi đưa vào sử d ng ở trong nước đã phát huy được tính tiện nghi khi chạy trên các tuyến đường dài Làm t ng nhu cầu về số lượng xe để thay thế dần các

ô tô cũ sử d ng hệ thống treo loại nhíp Đây là điều kiện thúc đẩy sự phát triển ngành công nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô ở trong nước

Tuy nhiên, ở Việt Nam trong mấy n m gần đây vấn đề sử d ng ô tô khách đường dài có hệ thống treo khí nén còn tồn tại một số vấn đề nhất định về tính an toàn, tính ổn định khi ô tô hoạt động trên đường đèo dốc cần phải xem xét Để sử d ng tốt hệ thống

này trên ô tô ở trong nước cần có các công trình nghiên cứu sâu hơn Nghiên cứu giải pháp để để kiểm soát, nâng cao chất lượng của hệ thống treo khí nén cũng như các bộ phận chuyển động ô tô, đáp ứng yêu cầu về êm dịu và tính an toàn chuyển động là cần

thiết Do vậy, việc đặt vấn đề “Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén ”là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn và cần thiết ở Việt

Nam hiện nay

Mục tiêu nghiên cứu của luận án

Nghiên cứu đánh giá dao động ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén thông qua chỉ tiêu êm dịu và an toàn chuyển động ph c v cho công tác thiết kế, chế tạo cũng như khai thác ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén được sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là ô tô khách có sử d ng hệ thống treo khí nén

được sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu của luận án là nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về dao động ô tô khách có sử d ng hệ thống treo khí nén được sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam

Phương ph p nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của luận án là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với thực

và êm dịu chuyển động

Sử d ng kết quả nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng tính chính xác của mô hình, hiệu chỉnh mô hình lý thuyết, đồng thời xác định các thông số đầu vào cho mô hình

Ý nghĩa hoa học

- Lựa ch n mô hình toán h c để xây dựng được mô hình nghiên cứu động lực h c

hệ thống treo khí nén và mô hình dao động ô tô khách trong không gian có kể đến yếu

tố phi tuyến của lò xo khí nén trong hệ thống treo Lựa ch n các chỉ tiêu để khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo khí nén đến dao động ô tô

- Luận án đóng góp nghiên cứu mới về một số thông số kết cấu và sử d ng hệ thống treo khí nén ảnh hưởng đến dao động ô tô khách được sản xuất và lắp ráp ở Việt Nam Thông qua việc xây dựng mô hình dao động và nghiên cứu lý thuyết, luận án góp phần hoàn thiện phương pháp đánh giá hệ thống treo khí nén nhằm nâng cao tính êm dịu và

an toàn chuyển động của ô tô khách được sản xuất lắp ráp và sử d ng trong nước

Ý nghĩa thực tiễn

- Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp phần hoàn thiện cho việc thiết kế, chế tạo

và sản xuất lắp ráp ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén

- Luận án trình bày một số đề xuất về sử d ng hệ thống treo khí nén trên các ô tô khách, giúp các nhà quản lý có cơ sở để ban hành các quy định về khai thác, sử d ng ô

tô khách có hệ thống treo khí nén một cách hiệu quả và an toàn

- Luận án có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, h c viên chuyên ngành Cơ khí ô tô

Nội dung của luận n:

Xuất phát t m c đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu, ngoài phần

mở đầu và kết luận chung, bố c c của luận án bao gồm bốn chương như sau:

Chương I: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Phân tích, đánh giá các công trình đã nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước liên quan mật thiết đến đề tài luận án; xác định những vấn đề còn tồn tại; xác định vấn đề

mà luận án cần tập trung nghiên cứu, giải quyết

Trình bày tổng quan về vấn đề sử d ng và sản xuất lắp ráp ô tô khách ở Việt Nam Giới thiệu về đặc điểm của hệ thống treo khí nén dùng trên các ô tô khách

Lựa ch n mô hình toán h c để xây dựng mô hình động lực h c hệ thống treo khí nén nghiên cứu Lựa ch n loại mô hình dao động ô tô khách để khảo sát, đánh giá ảnh hưởng của một số thông số trong hệ thống treo khí nén đến dao động ô tô

Chương II: Thiết lập mô hình dao động ô tô h ch sử dụng hệ thống treo h n n

Trình bày cơ sở lý thuyết về động lực h c Lựa ch n mô hình toán h c xây dựng mô hình động lực h c phần tử đàn hồi khí nén Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết

cấu đến đặc tính động lực h c của phần tử đàn hồi khí nén Xây mô hình dao động không gian ô tô khách có sử d ng hệ thống treo khí nén, mô hình có kể đến ảnh hưởng của các yếu tố phi tuyến

Lựa ch n các chỉ tiêu, đánh giá tính êm dịu và an toàn chuyển động ô tô khách được sản xuất lắp ráp tại Việt Nam

Chương III: Khảo s t c c yếu tố ảnh hưởng đến dao động của ô tô h ch sử dụng

hệ thống treo h n n

Khảo sát dao động ô tô khách, đánh giá ảnh hưởng của một số thông số kết cấu của

lò xo khí nén trong hệ thống treo đến dao động của ô tô Khảo sát được tiến hành trên miền thời gian và miền tần số Các chỉ tiêu về êm dịu và an toàn chuyển động được xem xét đồng thời để đánh giá kết quả khảo sát Kết quả khảo sát đánh giá được ảnh hưởng của lò xo khí nén trong hệ thống treo khí nén đến dao động của ô tô khách

Chương IV: Nghiên cứu thực nghiệm

Xác định các thông số kết cấu lò xo khí nén, bình khí ph , tiến hành các thí nghiệm xác định đặc tính của phần tử đàn hồi khí nén, xác định một số thông số đầu vào cho mô

hình hệ thống treo khí nén (độ cứng t nh độ cứng động lực học lò xo khí nén tần số dao

động riêng của ô tô ) Thí nghiệm đo tần số dao động riêng của ô tô thí nghiệm Sử

d ng kết quả nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng tính chính xác của mô hình lý thuyết, hiệu chỉnh mô hình lý thuyết, đồng thời xác định các thông số đầu vào của mô hình lý thuyết

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Ô tô là một hệ dao động tương đối phức tạp, gồm nhiều bộ phận được liên kết với nhau, mỗi bộ phận có khối lượng và đặc tính dao động riêng Khi ô tô chuyển động trên

đường có nhiều yếu tố gây ra dao động (mấp mô mặt đường, quá trình phanh, quay

v ng tăng tốc ) Trong các yếu tố trên, mấp mô mặt đường được coi là nguồn kích

thích chính Với ô tô khách có chiều cao tr ng tâm lớn, chuyển động trên đường có chất lượng mặt đường xấu hoặc đường đèo dốc, thân xe xuất hiện dao động lắc ngang có thể gây mất ổn định, góc lắc lớn có thể dẫn đến lật đổ xe Đồng thời với dao động lắc ngang

là các dao động theo phương thẳng đứng, dao động này làm ảnh hưởng xấu tới người lái, hành khách và hàng hóa trên xe Dao động với biên độ và tần số lớn, tác d ng trong thời gian dài sẽ làm cho hành khách bị mệt mỏi, giảm khả n ng duy trì các hoạt động thần kinh hoặc sinh lý Nghiên cứu về hệ thống treo của ô tô được thông qua việc nghiên cứu đặc tính của dao động ô tô, xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến dao động làm ảnh hưởng đến tính êm dịu và an toàn chuyển động ô tô T đó đưa ra các giải pháp

về kết cấu của hệ thống treo cũng như vật liệu chế tạo, để giảm các ảnh hưởng xấu do dao động tác động đến con người cũng như hàng hóa trên xe

1.1 Xu hướng phát triển ô tô khách ở Việt Nam

1.1.1 Đặc điểm và sự phát triển mạng lưới giao thông ở Việt Nam

Theo Báo cáo Điều chỉnh quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến

n m 2020 và định hướng đến 2030, hiện trạng về mạng lưới giao thông đường bộ của Việt Nam được thống kê như trong Bảng 1.1[5]

Bảng 1.1 Hệ thống giao thông đường bộ Việt Nam

Mạng lưới đường bộ Việt Nam tính đến tháng 02/2014 có khoảng 300.000km đường các loại, chia thành loại: quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện, đường xã và đường chuyên dùng

Hệ thống quốc lộ có chiều dài khoảng 19.457 km và gần 5.000 cầu đường bộ

Đường có tiêu chuẩn kỹ thuật cao và trung bình (cấp I II III) chiếm 47%, còn lại 53%

là đường cấp thấp (cấp IV chiế 32% cấp V chiế 21%) Tỷ lệ đường có chiều rộng

nền, mặt đường theo đúng cấp kỹ thuật còn thấp, chủ yếu có yếu tố hình h c về bán kính cong; chiều rộng mặt đường ≥7m có khoảng 46%, mặt đường 5÷ 6,9 m khoảng 33%, khoảng 21% còn lại là mặt đường có bề rộng dưới 5m

Theo quy hoạch đến n m 2020, Việt Nam sẽ xây dựng khoảng 20 đường cao tốc với chiều dài gần 5.900 km, vốn đầu tư trên 50 tỷ USD Trong thời gian v a qua, hàng loạt các dự án đường cao tốc lớn đã hoàn thành và đưa vào sử d ng như tuyến: Cầu Giẽ - Ninh Bình, Hà Nội - Hải Phòng, Nội Bài - Lào Cai ở các tỉnh phía Bắc, TP.Hồ Chí Minh - Trung Lương, … Các tuyến đường bộ cao tốc được sắp xếp ưu tiên đầu tư dựa

trên nguyên tắc là các tuyến có hiệu quả kinh tế cao (nhu cầu vận tải lớn): các tuyến

nằm gần các trung tâm kinh tế - xã hội như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Nha Trang, Cần Thơ…Các tuyến đường có khả n ng “kích cầu”, tạo đà cho sự phát triển kinh tế xã hội, nằm trong các vùng kinh tế tr ng điểm, các tuyến đường thuộc hai hành lang và một vành đai kinh tế Việt - Trung

Sự phát triển của mạng lưới giao thông như hiện nay là điều kiện thuận lợi cho phát triển phương tiện giao thông đường bộ, đặc biệt là phương tiện vận tải ô tô khách nội tỉnh cũng như ô tô khách đường dài, là cơ hội thuận lợi cho ngành công nghiệp sản xuất lắp ô tô ở trong nước phát triển

1.1.2 Hiện trạng phát triển ô tô khách ở Việt Nam

Ngày nay khi mạng lưới giao thông đường bộ phát triển mạnh, thuận tiện cho việc phát huy thế mạnh của ngành vận chuyển hành khách bằng phương tiện vận tải ô tô Ở Việt Nam, những n m gần đây đã xây dựng và đưa vào sử d ng một số tuyến đường có chất lượng cao, đường cao tốc nối liền các tỉnh và thành phố, đây là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển dịch v vận chuyển hành khách bằng phương tiện vận tải ô tô nội tỉnh và liên tỉnh

Ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển, các công nghệ mới ra đời và được ứng d ng tạo ra các loại ô tô có tính tiện nghi, an toàn cao, đáp ứng được nhu cầu của người sử d ng

Ngày 25-2/2013 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 356 phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến n m 2020 và định hướng đến n m 2030, trong đó sẽ kiểm soát sự phát triển của xe máy, ô tô cá nhân Đến

n m 2020, theo định hướng phát triển phương tiện vận tải gồm ô tô các loại sẽ có khoảng 3,2 - 3,5 triệu xe, trong đó xe con 57%, xe khách 14% và xe tải 29% Tỷ lệ đảm

nhận vận tải hành khách công cộng trong những n m qua chỉ đạt 10-12% (mục tiêu

chiến lược là 25-30% v o nă 2020) Cần nhanh chóng phát triển phương thức vận tải

nhanh, khối lượng lớn đối tại các đô thị lớn (trước tiên là Thủ đô H Nội và thành phố

Hồ Chí Minh); phát triển vận tải ở các đô thị theo hướng sử d ng vận tải công cộng là

chính, đảm bảo hiện đại, an toàn, tiện lợi; phát triển hệ thống giao thông tĩnh; kiểm soát

sự gia t ng phương tiện cá nhân; giải quyết ùn tắc giao thông và bảo đảm trật tự an toàn giao thông đô thị Tổng khối lượng vận chuyển hành khách toàn quốc khoảng 6.240 triệu hành khách

Xu hướng phát triển ô tô khách hiện nay chủ yếu tập trung công nghệ vào các ô tô

có số chỗ ngồi lớn, ph c cho các m c đích sau: ô tô chạy trên cung đường dài, chạy liên tỉnh, ô tô ph c v cho ngành du lịch Các công nghệ mới ra đời được áp d ng cho hệ thống điều khiển như hệ thống lái, hệ thống treo Trên các ô tô khách, ô tô buýt, đã thay thế dần phần tử đàn hồi kim loại bằng lò xo khí nén Hệ thống treo khí nén có nhiều ưu việt, đem lại tính tiện nghi nâng cao tính êm dịu chuyển động cho các ô tô Hệ thống này thích nghi tốt với việc thay đổi tải tr ng ô tô bằng việc thay đổi áp suất trong hệ thống, giảm các xung lực tác d ng lên thân xe khi ô tô đi trên các loại đường có nhiều

mấp mô Vì vậy, việc nghiên cứu “Dao động ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén” là vấn đề cần thiết và thiết thực ở Việt Nam vì hệ thống treo khí nén đang được

dùng rất phổ biến trên các ô tô khách cỡ lớn được sản xuất và lắp ráp trong nước Bên cạnh đó, ở trong nước hiện tại chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu, chưa có nhiều tài liệu kỹ thuật tiếng Việt hướng dẫn sử d ng cũng như thiết kế cho hệ thống khí nén

Ô tô khách hai tầng hiện đang được sử d ng phổ biến trên thế giới với hai phiên

bản: loại có một sàn ( e ô tô h ch giường nằm hai tầng) và loại có hai sàn Loại có một

sàn với giường nằm hai tầng được sử d ng để vận tải hành khách trên những lộ trình dài

để nâng cao tính tiện nghi trong khi vẫn đảm bảo số lượng hành khách chuyên chở mà không làm t ng diện tích sàn Loại hai sàn với ghế ngồi được sử d ng chủ yếu cho vận tải hành khách công cộng trong thành phố để nâng cao n ng lực vận chuyển hành khách, hoặc được sử d ng cho m c đích th m quan, du lịch trong các thành phố lớn

Ô tô khách hai tầng có lịch sử hình thành và phát triển rất lâu ở một số thành phố ở

Châu Âu và ở Châu Á (chủ yếu là thuộc địa của Anh), xuất hiện ở Berlin n m 1906,

Luân Đôn n m 1910 và ở Hồng Kông n m 1949 [64] Ngày nay xe ô tô khách hai tầng được sử d ng phổ biến cho vận tải hành khách nội đô ở các thành phố lớn trên thế giới Trong khu vực Đông Nam Á, loại ô tô này được sử d ng ở Singapore n m 1977, ở Surakarta-Indonesia cho m c đích du lịch

Ở Việt Nam, t cuối n m 2005 ô tô buýt hai tầng bắt đầu được sử d ng trong vận tải hành khách công cộng ở thành phố Hồ Chí Minh trên tuyến Bến xe Chợ Lớn - Thủ Đức Trong một vài n m gần đây xe ô tô khách giường nằm hai tầng được sử d ng cho việc vận tải hành khách trên những lộ trình dài xuyên tỉnh nối liền các thành phố lớn Loại xe này đã nâng cao chất lượng ph c v , tính tiện nghi, đáp ứng được nhu cầu của hành khách

1.1.3 Tình hình sản xuất lắp ráp ô tô khách ở Việt Nam

Ở Việt Nam những n m gần đây, ngành công nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô phát triển mạnh, các loại ô tô khách, ô tô buýt được sản xuất lắp ráp với số lượng lớn đang dần thay thế cho các loại ô tô nhập khẩu nguyên chiếc Đặc biệt là ô tô khách giường nằm hai tầng ph c v các tuyến đường dài

N m 2006, những chiếc ô tô khách giường nằm đầu tiên đã được công ty vận tải Hoàng Long đưa vào ph c v khách hàng trên tuyến Hà Nội - Sài Gòn, sau đó trên các tuyến đường dài trên khắp cả nước như: tuyến Hà Nội - các tỉnh miền trung, Hà Nội - Lào Cai… Trên các tuyến đường đều có xu hướng chuyển t ô tô khách ghế ngồi thông thường sang ô tô có giường nằm, đánh dấu sự thành công của dòng xe vận tải hành khách giường nằm trên thị trường

Ô tô khách giường nằm hai tầng ở Việt nam đa số được sản xuất lắp ráp trong nước, cải tạo t xe ô tô khách một tầng ghế ngồi thông thường hoặc nhập khẩu nguyên chiếc chủ yếu t Trung Quốc, Hàn Quốc Theo thống kê của C c Đ ng kiểm Việt Nam tính đến tháng 9/2014, toàn quốc hiện có khoảng 4.553 xe chở khách giường nằm hai tầng, trong đó có 859 xe được hoán cải t xe chở khách ghế ngồi thông thường, 80 xe nhập

khẩu nguyên chiếc t Trung Quốc, còn lại 3.606 xe sản xuất, lắp ráp mới Ngoài ra còn

có khoảng 80 xe chở khách giường nằm một tầng Ô tô khách giường nằm hai tầng có chiều cao toàn bộ và t a độ tr ng tâm lớn hơn so với xe ô tô khách ghế ngồi, do đó tính

ổn định lật ngang khi chuyển động của loại ô tô này kém hơn so với loại một tầng có cùng vết bánh xe và chiều dài cơ sở

Các ô tô khách sản xuất lắp ráp trong nước dựa trên cơ sở khung gầm sắt xi được nhập khẩu t Hàn Quốc, Trung Quốc như trên Hình 1.1

Hình 1.1. Khung gầm sắt xi ô tô cơ sở

Ô tô khách giường nằm hai tầng được thiết kế t khung gầm sắt xi ô tô cơ sở dùng ghế ngồi với quy chuẩn QCVN 09 Phần vỏ xe, nội thất được nội địa hóa chế tạo trong

nước Như vậy, ô tô lắp ráp có phần động cơ đến các hệ thống điều khiển (hệ thống

phanh, treo, lái) là đồng bộ theo xe cơ sở được nhập khẩu Các hệ thống này được thiết

kế cho xe khách dùng ghế ngồi, do vậy, khi đóng mới phần vỏ lên ô tô cơ sở cần phải tính toán sao cho các hệ thống trên đảm bảo được đúng công suất và đảm bảo tính bền

và an toàn Phần vỏ xe được sản xuất trong nước như trên Hình 1.3 Các nhà máy sản xuất ô tô khách giường nằm được kể đến ở Việt Nam hiện nay như: Nhà máy sản xuất

và lắp ráp ô tô Chu Lai - Trường Hải (THACO), Nhà máy ô tô 3-2,Tổng công ty cơ khí giao thông vận tải Sài Gòn-TNHH một thành viên (SAMCO), TRACOMECO, … Trước sự phát triển mạnh của các loại ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén ở trong nước như vậy cần có các công trình nghiên cứu ở trong nước về dao động ô tô khách có sử d ng hệ thống treo khí nén Nghiên cứu về hệ thống treo khí nén đang còn

là vấn đề tương đối mới ở Việt Nam, do đó việc nghiên cứu ph c v thiết kế, chế tạo cũng như nâng cao hiệu quả khai thác sử d ng là cần thiết và có ý nghĩa

Hình 1.2 H n hung ương vỏ ô tô khách

1.2 Hệ thống treo h n n

1.2.1 Đặc điểm hệ thống treo khí nén

Trong những n m gần đây, hệ thống treo trên ô tô có phần tử đàn hồi loại khí nén

(gọi l hệ thống treo h n n) ngày càng được dùng phổ biến trên các ô tô con, xe có

tính tiện nghi cao và ô tô tải và ô tô khách cỡ lớn Do có tính ưu việt về tính êm dịu chuyển động mà hệ thống treo khí nén hiện nay đã dần được thay thế hệ thống treo thông thường sử d ng phần tử đàn hồi kim loại như: nhíp, lò xo hoặc thanh xoắn… Ở Việt Nam, hệ thống treo khí nén được sử d ng nhiều trên các ô tô khách cỡ lớn và ô tô khách giường nằm hai tầng Do phần tử đàn hồi khí nén của hệ thống có khả n ng thay đổi được độ cứng nhờ vào đặc tính chịu được nén của không khí trong bầu chứa, có thể

áp d ng việc tự động điều khiển hoặc bán tự động thay đổi độ cứng ph hợp với các chế

độ chuyển động ô tô

Hệ thống treo h n n có ƣu điểm nhƣ sau:

- Hệ thống có thể thay đổi được chiều cao sàn xe khi ô tô chạy ở các chế độ tải tr ng khác nhau, bằng việc sử d ng một hệ thống điều chỉnh áp suất khí nén trong hệ thống treo

- Chống nâng đầu ô tô khi bắt đầu khởi hành với gia tốc lớn, bằng việc t ng độ cứng hệ thống treo cầu sau, chống chúi đầu khi ô tô phanh gấp bằng cách t ng độ cứng cho hệ thống treo cầu trước

- Hệ thống treo có đặc tính phi tuyến được thể hiện ở phần tử đàn hồi khí nén Tần số dao động riêng không đổi ở các chế độ tải tr ng khác nhau, có thể thay đổi, t ng độ cứng phần tử đàn hồi đảm bảo cho ô tô chạy ổn định ở vận tốc cao, cũng như khi quay vòng

- Giảm tiếng ồn và rung động truyền t mặt đường qua lốp lên khung và vỏ xe

1.2.2 Hệ thống treo khí nén trên ô tô khách

Hệ thống treo khí nén không chỉ được d ng trên ô tô con mà hiện nay còn được

d ng phổ biến trên các ô tô khách và ô tô tải cỡ lớn Hệ thống treo này đã đem lại tính

êm dịu cho các ô tô khách, hành khách ngồi trên xe được thoải mái hơn khi phải di chuyển trên các cung đường dài, khi đi du lịch Do hệ thống treo khí nén có thể thay đổi

được áp suất của phần tử đàn hồi d ng lò xo khí nén (ballon khí) ở các tải tr ng khác

nhau

Hệ thống treo khí nén dùng trên các ô tô khách được mô tả như trên Hình 1.4 và trên ô tô tải được mô tả như trên Hình 1.5 Trên các ô tô khách thường sử d ng 02 lò

xo khí nén cho hệ thống treo trước và 04 lò xo khí nén cho hệ thống treo sau, trên các cầu có sử d ng hệ thống điều chỉnh áp suất theo tải tr ng Ngoài các lò xo khí nén, hệ thống vẫn sử d ng bộ phận giảm chấn và thanh ổn định ngang giúp cho thân

xe dao động ổn định

Hình 1.5 Hệ thống treo khí nén ô tô tải

Hệ thống treo khí nén cấu tạo gồm 3 bộ phận chính: bộ phận đàn hồi sử d ng các lò

xo khí nén; bộ phận giảm chấn thường sử d ng giảm chấn thủy lực; bộ phận dẫn hướng

là các thanh đòn, được bố trí để các cầu xe chỉ dao động theo phương thẳng đứng, không

bị xô lệch theo các phương d c và ngang

1.2.3 Các mô hình nghiên cứu động lực học hệ thống treo khí nén

Để nghiên cứu dao động ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén, cần lựa ch n và xây dựng mô hình toán h c cho phần tử đàn hồi là lò xo khí nén Hiện nay, nghiên cứu

về mô hình hệ thống treo khí nén đã có các công trình nghiên cứu và công bố như sau:

a Mô hình lò xo khí nén đơn giản

Theo mô hình K 1 và K 2 là các hệ số độ cứng không đổi được tính theo diện tích chịu

lực và áp suất trong lò xo khí nén, C là hệ số cản của khí nén Trong mô hình có kể đến

yếu tố phi tuyến thông qua chỉ số nén đa biến Mô hình này được dùng khi trong hệ

thống chỉ có một buồng thể tích, không sử d ng bình khí ph

b Mô hình NISHIMURA

Hình 1.7 Mô hình NISHIMURA [30]

Theo mô hình K 1 , K 2 là các hệ số độ cứng không đổi được tính theo diện tích chịu

lực và áp suất trong lò xo khí nén, K 3 thay đổi theo diện tích chịu lực của lò xo khí nén,

C là hệ số cản của khí nén Trong mô hình có kể đến yếu tố phi tuyến thông qua chỉ số

nén đa biến Mô hình này được dùng cho lò xo khí nén có hai buồng khí nén, có thêm

hệ số cản, hệ số kể đến ảnh hưởng của dòng khí chảy qua lỗ và đường ống

c Mô hình VAMPIRE

Hình 1.8 Mô hình VAMPIRE [67]

Theo mô hình này K 1 là hệ số độ cứng trong lò xo khí nén; K 2 là hệ số độ cứng

trong bình khí ph ; K 3 là hệ số độ cứng của vỏ lò xo khí nén; K 4 là hệ số độ cứng của

cao su làm bình khí ph ; C là hệ số cản của dòng khí nén chảy qua lỗ tiết lưu Mô hình

này có độ chính xác, trong phương trình tính toán có kể đến khối lượng không khí di chuyển trong đường ống

d Mô hình SIMPAC

Hình 1.9 Mô hình SIMPAC [65]

Theo mô hình K 1 là hệ số độ cứng của khối khí trong lò xo khí nén; K 2 là hệ số độ

cứng trong bình khí ph ; K 3 là hệ số độ cứng do có sự thay đổi diện tích tác d ng; K 4 là

hệ số độ cứng của vật liệu làm vỏ lò xo khí nén; C 2 là hệ số cản giảm chấn của ống dẫn;

C 3 và C 4 là hệ số cản giảm chấn trong lò xo khí nén và trong bình khí ph Mô hình được dùng khi trong hệ thống có lắp thêm bình khí ph

e Mô hình GENSYS

Mô hình GENSYS [27] mô tả tương đối đầy đủ các quá trình xảy ra trong bình khí

ph và lò xo khí nén: quá trình nhiệt động h c, quá trình ma sát, quá trình đàn hồi, Mô hình động lực h c này có thể áp d ng cho lò xo khí nén làm việc ở cả phương ngang và phương d c [57]

Hình 1.10 Mô hình lò xo khí nén GENSYS theo phương dọc [27]

Theo mô hình k e là hệ số độ cứng trong lò xo khí nén; k v là hệ số độ cứng trong bình

khí ph và ống dẫn; C w là hệ số cản của dòng khí trong đường ống; M là khối lượng

dòng khí trong mô hình quy đổi theo khối lượng dòng khí theo thực tế Mô hình này mô

tả tương đối chính xác các quá trình động lực h c xảy ra tr ng hệ thống, áp d ng cho hệ

k

k

MC

thống treo có lắp thêm bình khí ph Mô hình này đã được nhiều tác giả áp d ng xây dựng mô hình dao động trên các đoàn tầu và được đánh giá có độ chính xác cao [60] Trong khuôn khổ luận án, NCS ch n mô hình GENSYS để xây dựng mô hình dao động ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén để khảo sát và đánh giá Mô hình này có nhiều ưu điểm như đã được phân tích ở trên, đảm bảo tính chính xác cho hệ thống treo khí nén sử d ng trên ô tô

1.3 Khái quát về các công trình nghiên cứu liên quan đến nội dung đề tài

Ô tô có thể được coi như một hệ thống dao động có quan hệ chặt chẽ với hệ thống

“Đường - tô - Con người” Nghiên cứu về dao động ô tô là xác định các đặc tính, ảnh

hưởng của dao động đến tính điều khiển, tính an toàn, ổn định chuyển động của ô tô và tác động của dao động đến con người và hàng hóa trên ô tô

T nh êm dịu chuyển động của ô tô

Khi ô tô chuyển động, nguồn kích thích t mấp mô mặt đường tác động lên bánh xe qua hệ thống treo gây ra dao động Các dao động này tác động trực tiếp lên cơ thể người

và hàng hoá trên xe Con người được xem như là một hệ cơ h c đàn hồi có tần số dao động riêng 3-30 Hz và có khả n ng hấp th những dao động có tần số tới 8000 Hz Khi chịu các lực kích thích, làm các phần của cơ thể con người chuyển động tương đối với nhau Thực nghiệm cho thấy, tần số dao động riêng của cơ thể con người là khoảng 3÷30 Hz nhưng chủ yếu nằm trong khoảng 3,5÷5 Hz Khi tần số dao động cưỡng bức của lực kích thích tr ng hoặc gần bằng với tần số dao động riêng của cơ thể thì sẽ xảy ra hiện tượng cộng hưởng, gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ con người Khi ngồi trên xe

cơ thể con người v a thực hiện dao động riêng tắt dần và dao động cưỡng bức Dao động phức tạp này gây biến đổi tâm sinh lý trong cơ thể làm mệt mỏi, giảm n ng suất làm việc, gây ảnh hưởng lâu dài đến sức khoẻ Ảnh hưởng của dao động đối với cơ thể con người ph thuộc vào rất nhiều yếu tố: thời gian tác động, vị trí tác động, đặc tính

của hàm kích động dao động (l ngẫu nhiên liên tục gi n đoạn có chu ỳ ha hông có

chu ỳ ), giá trị các đại lượng động lực h c đặc trưng cho dao động như tần số, biên độ,

vận tốc, gia tốc dao động

An to n chuyển động của ô tô

Dao động trong quá trình ô tô chuyển động không chỉ ảnh hưởng đến sức khoẻ con người mà còn ảnh hưởng đến rất nhiều yếu tố khác như:

Chất lượng hàng hoá, độ bền các chi tiết, c m máy, tổng thành trên xe (chủ ếu l

hung vỏ), an toàn chuyển động

An toàn chuyển động được đánh giá thông qua lực tương tác bánh xe với mặt đường Khi tải tr ng động tác d ng xuống đường có giá trị bằng 0, nghĩa là bánh xe tách

khỏi mặt đường hay “Hiện tượng t ch b nh” xảy ra Lúc này, bánh xe sẽ mất khả n ng

truyền lực kéo, lực phanh và lực ngang, đồng thời nếu là bánh xe dẫn hướng thì ở thời điểm đó ô tô sẽ mất tính điều khiển gây mất an toàn

Ngoài dao động theo phương thẳng đứng khi ô tô đi vào tuyến đường xấu, đường đèo dốc và khi chuyển làn với vận tốc lớn còn xuất hiện dao động lắc ngang của thân ô

tô Với dao động lớn làm ảnh hưởng đến tính ổn định của ô tô, có thể dẫn đến lật xe

C c yếu tố ảnh hưởng đến dao động ô tô

Ô tô là một hệ dao động phức tạp nhiều bậc tự do, trong quá trình hoạt động có nhiều nguồn tác động gây ảnh hưởng đến dao động Một số nguồn gây ra tác động phi tuyến ảnh hưởng đến dao động ô tô, nguồn tác động t bên ngoài ô tô như mấp mô mặt đường, gió,…nguồn do các hệ thống trên ô tô khi hoạt động gây ra như: động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống phanh, hệ thống lái, hệ thống treo…Xác định, đánh giá được các nguồn tác động gây ra dao động phi tuyến là vấn đề cần thiết Tuy nhiên, việc nghiên cứu này tương đối phức tạp và mất nhiều thời gian

Qua các nghiên cứu cho thấy, các yếu tố phi tuyến ảnh hưởng đến dao động ô tô gồm có ba nhóm yếu tố chính: một là các yếu tố hình h c gây ra giữa bánh xe với mặt đường, hai là các yếu tố động lực h c do lực d c và lực ngang tác động vào ô tô gây ra,

ba là do các yếu tố về kết cấu như hệ thống treo khí nén gây ra đặc tính phi tuyến Dao động phi tuyến thường có quy luật không giống như dao động tuyến tính Trong hệ thống treo khí nén, yếu tố phi tuyến ảnh hưởng đến dao động là ở phần tử đàn hồi khí nén

Có ba hướng nghiên cứu chính liên quan đến dao động ô tô, bao gồm: Nghiên cứu

về bề mặt đường; Nghiên cứu dao động của ô tô; Nghiên cứu cảm giác và sức chịu đựng của con người [77]

Hướng nghiên cứu thứ nhất, nghiên cứu về biên dạng mấp mô mặt đường, ảnh hưởng của mặt đường đến dao động của ô tô, xác định các lực tác động của ô tô xuống mặt đường Theo hướng này cần tìm ra các quy luật, các hàm toán h c mô tả biên dạng

ngẫu nhiên), để mô tả toán h c biên dạng mặt đường d ng các đặc trưng thống kê gồm:

kỳ v ng toán h c, phương sai và mật độ phổ n ng lượng của chiều cao mấp mô mặt đường Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về việc mô tả toán h c độ mấp

- Thay thế ô tô bằng hệ dao động tương đương theo quan điểm và m c đích nghiên cứu;

- Thiết lập phương trình dao động của hệ trên cơ sở sử d ng các phương pháp cơ h c giải tích hoặc sử d ng nguyên lý Đa-l m-be, phương trình La-gr ng Các phương trình này được giải bằng phương pháp tính phân số trên máy tính

- Phân tích các thông số đầu vào của hệ trên cơ sở các giả thiết về tính chất phi tuyến hoặc tuyến tính của các phần tử, kích thích là hàm điều hoà hoặc ngẫu nhiên

Một trong những bài toán cơ bản khi nghiên cứu dao động ô tô là làm rõ ảnh hưởng các thông số của hệ đến dao động Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thí nghiệm, có thể đưa bài toán phân tích về bài toán tối ưu các thông số của hệ thống, với kết quả nghiên cứu có thể tiến hành xây dựng các thuật toán điều khiển các thông số của hệ thống treo Hướng nghiên cứu thứ ba, nghiên cứu cảm giác của con người trên ô tô Hướng nghiên cứu này gặp nhiều khó kh n khi thực hiện Khi đi ô tô con người sẽ cảm thấy mệt mỏi, c ng thẳng về thần kinh Nghiên cứu sức chịu đựng của con người là đưa ra các chỉ tiêu đánh giá về sức chịu đựng của con người theo t ng nhóm người, t ng lứa tuổi Ngoài ra cần nghiên cứu sự phản ứng của các bộ phận, cơ quan trên cơ thể con người liên quan đến việc điều khiển ô tô

Các kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao chất lượng thiết kế chế tạo ô tô góp phần

nâng cao hiệu quả sử d ng và n ng suất vận chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân

Trong nội dung luận án tập trung phân tích các nghiên cứu về dao động ô tô, ô tô khách

sử d ng hệ thống treo khí nén, xác định vấn đề còn tồn tại để tìm hướng nghiên cứu cho luận án

1.3.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến tài

Các công trình nghiên cứu điển hình trên thế giới về dao động có liên quan như sau:

* Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo h n n đến t nh êm dịu chuyển động:

Các công trình nghiên cứu về hệ thống treo khí nén: Công trình nghiên cứu của Massimo SORLI và Giuseppe QUAGLIA [59] đã phân tích đặc tính hệ thống treo khí nén dùng trên ô tô, nghiên cứu đặc tính phi tuyến hệ thống treo khí nén có lắp thêm bình khí ph Đánh giá ảnh hưởng các thông số: thể tích, áp suất, diện tích chịu lực của lò xo khí nén trong miền tần số đến đặc tính động lực h c hệ thống treo Tuy nhiên công trình này mới chỉ d ng lại ở mô hình dao động 1/4 ô tô, chưa áp d ng cho một ô tô có thông

số c thể Để đánh giá đầy đủ và chính xác ảnh hưởng của hệ thống treo khí nén đến dao động cần mô phỏng cho một ô tô c thể

Công trình nghiên cứu của Katsuya Toyofuku, Chuuji Yamada, Toshiharu Kagawa, Toshinori Fujita [53] đã nghiên cứu, xây dựng và mô phỏng đặc tính hệ thống treo khí nén trên ô tô có sử d ng bình khí ph , đánh giá ảnh hưởng của chiều dài đường ống nối giữa bình khí ph và lò xo khí nén đến đặc tính động lực h c trong miền tần số Công trình mới d ng lại ở mô hình đơn giản, để đảm bảo độ chính xác cần mô phỏng cho một

ô tô c thể

Công trình nghiên cứu của CHEN Ke, ZHANG Ming and TONG Xuefeng [33] về

hệ thống treo khí nén, các tác giả đã xây dựng mô hình dao động ô tô 7 bậc tự do với phần tử đàn hồi phi tuyến, sử d ng điều khiển mờ trong Matlab để điều khiển gia tốc dao động thân xe, t ng tính êm dịu và an toàn chuyển động ô tô

Công trình nghiên cứu của William Daniel Robinson [68] về hệ thống treo khí nén ô

tô, tác giả đã nghiên cứu, phân tích và xây dựng các mô hình hệ thống treo tuyến tính, phi tuyến Trong mô hình hệ thống treo khí nén có sử bình khí ph , sau khi phân tích đặc tính hệ thống treo, tác giả tiến hành xây dựng các bộ điều khiển bán tích cực hệ thống treo, điều khiển phần tử giảm chấn

Công trình nghiên cứu của Malin Presthus [57] về hệ thống treo khí nén, tác giả đã nghiên cứu, tổng hợp các công trình và đưa ra phương pháp xây dựng mô hình dao động

hệ thống treo khí nén cho đoàn tàu, mô hình xây dựng có kể đến yếu tố phi tuyến Tác giả đã khảo sát mô hình dao động đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo khí nén đến dao động của đoàn tàu

Công trình của H.Sayyaadi và N.Shokouhi [46] các tác giả đã xây dựng mô hình động lực h c và tối ưu hệ thống treo khí nén trên đoàn tàu, xây dựng phương pháp thí nghiệm kiểm chứng để so sánh với kết quả nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu của Nicolas Docquier [60] về hệ thống treo khí nén sử d ng trên tàu hỏa, tác giả đã xác định được đặc tính của phần tử đàn hồi cũng như của phần tử giảm chấn Đường đặc tính động lực h c của lò xo khí nén ph thuộc vào áp suất khí nén trong buồng khí và chiều dài đường ống t bầu khí nén đến bình khí ph Xây dựng được các mô hình dao động sử d ng hệ thống treo khí nén, các thí nghiệm về hệ thống treo khí nén sử d ng trên tàu hỏa, xác định được các thông số đầu vào của mô hình sử

d ng cho việc điều khiển hệ thống treo

Nghiên cứu về hệ thống treo thủy khí, Dongpu Cao [37], tác giả đã xây dựng mô

hình toán h c cho hệ thống treo thủy khí trên ô tô có tải tr ng lớn, khảo sát đánh giá các yếu tố về kết cấu, vị trí bố trí các buồng khí trong hệ thống treo ảnh hưởng đến dao động Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến các thông số khai thác sử d ng Nghiên cứu này chủ tập trung vào các ô tô có tải tr ng lớn

Các nghiên cứu về hệ thống treo khí nén d ng trên tàu hỏa về lý thuyết cũng như thí nghiệm đã tương đối hoàn chỉnh, nhiều loại mô hình toán h c đã được các tác giả áp

d ng để xây dựng và mô phỏng mô hình dao động Các công trình này được đánh giá có tính tin cậy cao

Bên cạnh đó, còn có nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống treo khí nén trên các ô

tô, các tác giả đã sử d ng nhiều loại mô hình toán h c để mô phỏng động lực h c lò xo khí nén, tuy nhiên các công trình này thường tập trung cho mô hình dao động 1/4 ô tô Nghiên cứu điều khiển các thông số mô hình 1/4 ô tô, chưa có nhiều nghiên cứu áp d ng cho một loại ô tô c thể Qua đánh giá cho thấy, nghiên cứu mô hình dao động ô tô khách trong không gian có sử d ng hệ thống treo khí nén còn là hướng mở, có thể sử

d ng mô hình 1/4 đã được nghiên cứu và xây dựng hoàn chỉnh, tiến hành thiết lập mô hình dao động ô tô trong không gian, d ng thông số của một ô tô c thể để mô phỏng, đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo khí nén đến dao động ô tô

* Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo đến an to n chuyển động của ô tô:

Nghiên cứu của Baumann [29] là tìm ra các nguyên nhân dẫn đến lật xe Ông nhận thấy rằng nguyên nhân chính gây ra lật xe sự xuất hiện của lực ngang cực đại ở cầu

trước và cầu sau kết hợp với gia tốc quay vòng lớn (high roll-rate), tương ứng với động

n ng lớn của chuyển động quay vòng Những điều kiện này có thể xuất hiện khi quay

vòng th a (oversteering), vì khi quay vòng th a, góc trượt của cầu sau t ng nhiều và

kích thích lên thân xe theo phương ngang lớn Lực động dẫn tới gia t ng tải tr ng thẳng đứng của các bánh xe phía ngoài tâm quay vòng, làm t ng lực ngang tác d ng lên lốp Các điều kiện này cho thấy, trường hợp đánh lái gấp hoặc chuyển làn kép là những trường hợp nguy hiểm có thể dẫn đến lật đổ xe Hơn nữa, khi độ trượt ngang của cầu sau cùng với độ trượt của lốp nhiều khả n ng sẽ dẫn đến hiện tượng lật đổ

Nghiên cứu của Dahdberg [41] cho rằng hiện tượng lật xe có thể xảy ra do lực gió ngang hoặc do ô tô chuyển động trên mặt đường xấu với tốc độ không phù hợp Các nghiên cứu về lật xe dựa trên các thí nghiệm thực tế rất nguy hiểm và tốn kém do đó, một số nghiên cứu thông qua phương pháp mô phỏng Các hướng nghiên cứu này tập trung vào việc mô phỏng mô hình hóa lật xe như sau: Nghiên cứu động lực h c lật xe, phát triển các thuật toán dự đoán lật xe; Phát triển các thuật toán điều khiển hệ thống chống lật xe; Ứng d ng phần mềm dự đoán và điều khiển vào thực tế và nghiên cứu tương tác giữa người lái và bộ điều khiển chống lật xe

Các công trình nghiên cứu của các chuyên gia ngoài nước, có thể đi đến một số kết luận như sau: Các nghiên cứu đã hoàn thiện với hệ thống treo truyền thống sử d ng phần tử đàn hồi kim loại Các nghiên cứu tập trung vào tối ưu và xây dựng các thuật toán điều khiển cho hệ thống treo tích cực Một số công trình nghiên cứu đánh giá tính

ổn định của ô tô, dự đoán trước khi lật xe Với hệ thống treo khí nén tập trung nhiều cho

hệ thống treo sử d ng trên đoàn tàu Hệ thống treo khí nén trên ô tô được nghiên cứu nhiều ở mô hình dao động 1/4 ô tô Một số nghiên cứu tập trung cho việc điều khiển hệ thống treo khí nén Một số các nghiên cứu tập trung cho hệ thống treo khí nén trên các ô

tô tải, hệ thống treo khí nén trên ô tô khách và ô tô khách giường nằm hai tầng Hướng nghiên cứu về hệ thống treo khí nén trên ô tô khách cỡ lớn dùng mô hình dao động ô tô trong không gian là hướng mở có thể tiếp t c nghiên cứu

1.3.2 Các công trình nghiên cứu dao động ô tô trong nước

- Nghiên cứu đ nh gi t nh êm dịu chuyển động ô tô

Các công trình nghiên cứu ở Việt Nam về êm dịu chuyển động ô tô thường sử d ng các mô hình dao động để đánh giá:

Mô hình dao động 1/4 ô tô được tác giả Nguyễn V n Trà [18] sử d ng nghiên cứu ứng d ng hệ thống treo bán tích cực ở sơ đồ 1/4 để nâng cao độ êm dịu chuyển động của

ô tô Tác giả đã xác định được tham số tối ưu cho hệ thống treo bị động và tham số cho giảm chấn của hệ thống treo bán tích cực Ở mô hình này độ cứng của phần tử đàn hồi được tuyến tính hóa bằng một hệ số có giá trị không đổi khi tính toán và khảo sát

Mô hình dao động 1/2 ô tô trong mặt phẳng d c được d ng để khảo sát dao động liên kết của ô tô hai tr c Khi có kể đến hệ ghế và người ngồi trên sàn xe thêm vào trong

mô hình, được tác giả Đặng Việt Hà [6] sử d ng để nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số tới tính êm dịu chuyển động của ô tô khách được đóng mới ở Việt Nam Tuy nhiên, khi sử d ng mô hình này không đánh giá được sự phân bố lại tải tr ng thẳng đứng theo phương ngang, dao động lắc ngang của khối lượng được treo và không được treo Trong mô hình các hệ số đàn hồi và giảm chấn được tuyến tính hóa bằng các hệ số Tác giả Võ V n Trung [19] sử d ng mô hình 1/2 xe trong mặt phẳng d c để xây dựng mô hình dao động ngẫu nhiên của xe xích có kể đến ảnh hưởng của yếu tố phi tuyến, sử d ng phương pháp số để khảo sát mô hình dao động ngẫu nhiên Yếu tố phi tuyến được kể đến của phần tử đàn hồi trong c m hệ thống treo xe xích, sử d ng

phương pháp quy dẫn hình h c theo phương thẳng đứng của bánh tì, ứng với góc xoắn α

của thanh xoắn

Mô hình dao động ô tô trong không gian được tác giả Lê Minh Lư [14] đã sử d ng

mô hình dao động máy kéo trong không gian loại đơn giản để nghiên cứu dao động của máy kéo bánh hơi với kích động mặt đường là hàm ngẫu nhiên, xác định ảnh hưởng của đặc trưng phi tuyến của các phần tử đàn hồi trong dao động đến máy kéo và người lái, giải bài toán tổng hợp nhằm lựa ch n các thông số của hệ thống nhằm hạn chế tác động xấu của dao động

Tác giả Lưu V n Tuấn [17] đã sử d ng mô hình dao động ô tô khách trong không gian để nâng cao độ êm dịu cho xe ca Ba Đình Tác giả đã xác định được các thông số

của hệ thống treo, lốp, mặt đường…Ảnh hưởng đến tính êm dịu chuyển động ô tô

Tác giả Nguyễn V n H ng [10] đã sử d ng mô hình dao động ô tô con trong không gian để nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến dao động lắc ngang của ô tô con được sản xuất lắp ráp tại Việt Nam Đánh giá ảnh hưởng của dao động lắc ngang đến ổn định hướng chuyển động của ô tô thông qua tải tr ng động tác d ng tại các điểm tiếp

xúc của các bánh xe với mặt đường Các phần tử đàn hồi và giảm chấn trong hệ thống treo được tuyến tính hóa

Các mô hình dao động không gian, mô hình dao động 1/2 ô tô và mô hình dao động 1/4 ô tô của các tác giả trong nước đã sử d ng cho thấy, phần tử đàn hồi và giảm chấn của hệ thống treo thường được tuyến tính hóa bằng một hệ số để đơn giản cho tính toán

và khảo sát

- Nghiên cứu về an toàn chuyển động của ô tô

Đề tài của tác giả Nguyễn V n H ng [10] đã thiết lập mô hình dao động và nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố đến dao động lắc ngang của ô tô con được sản xuất lắp ráp tại Việt Nam Đánh giá ảnh hưởng của dao động lắc ngang đến ổn định hướng chuyển động của ô tô thông qua tải tr ng động tác d ng tại các điểm tiếp xúc của các bánh xe với mặt đường

Đề tài của tác giả Nguyễn Ng c Tú [20] bằng phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật, xây dựng mô hình động lực h c đoàn xe khảo sát động lực h c đoàn xe nhằm tìm

ra quy luật và giới hạn mất ổn định của ô tô kéo moóc

- Nghiên cứu về lực động giữa b nh xe v m t đường

Đề tài của tác giả Đào Mạnh H ng [8] đã trình bày khá hoàn chỉnh phương pháp xác định hàm ngẫu nhiên để xác định tải tr ng động tác d ng xuống đường và lên các chi tiết ô tô Đây là nghiên cứu đầu tiên về mối quan hệ “Bánh xe - mặt đường” ở Việt Nam, Tác giả đã xây dựng mô hình toán h c bằng phương pháp di chuyển khả dĩ, để khảo sát lực động cho ô tô tải nhiều tr c Tác giả Trần Minh Sơn [16] đã sử d ng mấp

mô dạng ngẫu nhiên để xác định khả n ng chịu tải của khung vỏ ô tô Nghiên cứu độ bền vỏ xe của xe Mekong Star thông qua việc xác định biến dạng và ứng suất trên vỏ xe khi chuyển động trên đường mấp mô là hàm ngẫu nhiên đo đạc t thực nghiệm dựa trên việc ứng d ng các phần mềm phân tích kết cấu đã có Ngoài ra còn có nhiều tác giả đã xét ảnh hưởng của mấp mô đơn, mấp mô dạng hàm điều hòa đến dao động của khối lượng được treo

Nhận xét chung:

Qua tìm hiểu về các công trình nghiên cứu trong nước cho thấy, một số tác giả đã nghiên cứu mô hình dao động có đặc tính phi tuyến dùng cho xe xích chiến đấu, máy nông nghiệp, mô hình này nếu áp d ng cho ô tô không phù hợp, cần có nghiên cứu mô

hệ thống treo khí nén, trong mô hình có kể đến yếu tố phi tuyến ở trong nước hiện đang

d ng lại ở một số nghiên cứu lý thuyết, được công bố qua các bài báo, luận v n thạc sỹ , hướng nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thí nghiệm kiểm chứng cho mô hình dao động ô tô khách có sử d ng hệ thống treo khí nén ở trong nước đang là hướng mở Đây

là hướng nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực, với xu hướng các ô tô tải và ô tô khách cỡ lớn dùng hệ thống treo khí nén đang được nhập khẩu cũng như được sản xuất và lắp ráp

ở trong nước t ng mạnh Kết quả nghiên cứu có thể sử d ng làm tài liệu tham khảo cho việc thiết kế, chế tạo và sử d ng hệ thống treo khí nén cho các ô tô khách ở trong nước Sau khi tìm hiểu các hướng nghiên cứu ở trong và ngoài nước, phân tích ưu điểm cũng như nhược điểm của các loại mô hình dao động ô tô để đánh giá dao động ô tô theo các chỉ tiêu tính êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô, NCS lựa ch n mô hình dao động ô tô khách trong không gian có sử d ng hệ thống treo khí nén, trong mô hình

có kể đến các yếu tố phi tuyến để khảo sát ảnh hưởng của hệ thống treo khí nén đến dao động ô tô thông qua các chỉ tiêu về tính êm dịu và an toàn chuyển động

1.4 Vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu

Qua tìm hiểu các công trình nghiên cứu dao động ô tô của các tác giả trong nước cho thấy, các nghiên cứu đã tập trung đánh giá về dao động và các nguồn gây dao động

ô tô Kết quả của các nghiên cứu đã đưa ra được một số giải pháp để giảm thiểu ảnh hưởng dao động đến con người ngồi trên xe, thông qua giải pháp về cải tiến kết cấu, kỹ thuật khai thác phương tiện Hướng nghiên cứu dao động hiện nay ở trong nước về hệ thống treo có phần tử đàn hồi khí nén đang còn là hướng mở, các nghiên cứu mới d ng

ở nghiên cứu lý thuyết trong một số luận v n Thạc sỹ, các bài báo, còn tồn tại về nghiên cứu thực nghiệm, nghiên cứu chuyên sâu về dao động ô tô sử d ng hệ thống treo khí nén trên các ô tô khách

Cho đến nay, các công trình nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống treo khí nén có kể đến yếu tố phi tuyến trên ô tô khách ở trong nước còn chưa nhiều Các đề tài chủ yếu tập trung theo hướng nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu, yếu tố hình h c, mấp

mô mặt đường đến dao động ô tô, trên cơ sở đó, giải quyết bài toán tối ưu dựa vào chỉ tiêu êm dịu chuyển động Một số công trình nghiên cứu đánh giá dao động ô tô tập trung vào dao động theo phương thẳng đứng Một số công trình đánh giá dao động ô tô theo tiêu chí an toàn, ổn định lắc ngang Hướng nghiên cứu sử d ng mô hình dao động ô tô

khách có kể đến các yếu tố phi tuyến đến tính êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô còn là hướng mở, có thể tiếp t c được triển khai

Qua phân tích đánh giá về hướng nghiên cứu có liên quan ở trong và ngoài nước, NCS đã xác định được m c tiêu và hướng nghiên cứu cho mình Đó là, luận án tập trung nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo khí nén đến dao động ô tô khách C thể là ảnh hưởng của lò xo khí nén đến tính êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô

1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án

Trên cơ sở phân tích tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới, cũng như

m c đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu đã xách định Nhiệm v đặt ra đối với luận án là:

- Lựa ch n mô hình toán h c mô phỏng phần tử đàn hồi khí nén hệ thống treo, xác định đặc tính tĩnh và động lực h c lò xo khí nén

- Nghiên cứu, xây dựng mô hình dao động ô tô khách có sử d ng hệ thống treo khí nén trong không gian, trong mô hình có kể đến yếu tố phi tuyến của lò xo khí nén

- Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu hệ thống treo khí nén đến dao động ô tô khách được sản xuất lắp ráp tại Việt Nam

- Đánh giá độ tin cậy các kết quả nghiên cứu lý thuyết bằng việc so sánh với kết quả thí nghiệm, qua đó chuẩn hóa lại mô hình lý thuyết đã xây dựng, xác định một số thông

số đầu vào cho mô hình

KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Với yêu cầu của thực tế về chất lượng, tính n ng của các phương tiện vận tải nói chung, đặc biệt là với phương tiện ô tô nói riêng, cần có nhiều công trình nghiên cứu chuyên sâu Kết quả của các nghiên cứu này sẽ ph c v cho việc thiết kế, chế tạo để tạo

ra các ô tô có chất lượng tốt đáp ứng được các tính n ng ngày càng cao của người sử

d ng Nghiên cứu dao động ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén khi có xem xét đến ảnh hưởng các yếu tố phi tuyến, là nghiên cứu cần thiết ph c v cho công tác thiết

kế cũng như hướng dẫn người sử d ng trong điều kiện Việt Nam hiện nay

- Các nghiên cứu ở trong nước về dao động ô tô sử d ng hệ thống treo có phần tử đàn hồi kim loại thường tuyến tính hóa bằng một hệ số độ cứng nhất định Các công

trình nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống treo khí nén, nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống treo khí nén đến dao động ô tô còn đang là hướng mở ở trong nước

- Qua phân tích tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước, NCS đã xác định được hướng nghiên cứu của mình: Xác định ảnh hưởng của lò xo khí nén trong hệ thống treo đến tính êm dịu và an toàn chuyển động ô tô, đối tượng nghiên cứu là ô tô khách sử

d ng hệ thống treo khí nén được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam

- T việc nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo khí nén đến tính n ng êm dịu và

an toàn chuyển động của ô tô, có thể khuyến cáo cho người sử d ng, người lái xe sử

d ng an toàn các ô tô khách có hệ thống treo khí nén ở Việt Nam Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ đóng góp một phần luận cứ khoa h c cho việc nghiên cứu tính êm dịu và

an toàn chuyển động của ô tô ph c v cho việc thiết kế, chế tạo và sử d ng hệ thống treo khí nén trên các ô tô khách ở Việt Nam

CHƯƠNG II THIẾT LẬP MÔ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ KHÁCH SỬ DỤNG HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN

Trong chương này, NCS trình bày cơ sở lý thuyết về chất khí Lựa ch n mô hình toán h c, xây dựng mô hình động lực h c phần tử đàn hồi khí nén Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến đặc tính động lực h c của phần tử đàn hồi khí nén Xây mô hình dao động ô tô khách trong không gian có sử d ng hệ thống treo khí nén, mô hình

có kể đến ảnh hưởng của các yếu tố phi tuyến

Lựa ch n các chỉ tiêu, đánh giá tính êm dịu và an toàn chuyển động ô tô khách được sản xuất lắp ráp tại Việt Nam

2.1 Mô hình động lực học của lò xo h n n

2.1.1 Cơ sở lý thuyết nhiệt động học

Sơ đồ hệ thống treo khí nén được thể hiện trên Hình 2.1 Cơ sở toán h c cho mô

hình động lực h c hệ thống treo khí nén là đặc tính đàn hồi của lò xo khí nén trong dải

tần số làm việc của ô tô t (0-20 Hz) [57] Đặc tính đàn hồi của lò xo khí nén tương đối

phức tạp, ph thuộc vào quá trình động lực h c và nhiệt động của chất khí Các đại lượng cơ h c đặc trưng bao gồm: áp suất, thể tích, nhiệt độ, khối lượng, mật độ và n ng

lượng của lò xo khí nén 2 cũng như bình khí ph 5 (bình khí phụ là phần tử được nối

với lò xo khí nén)

1- Cầu xe; 2- Lò xo khí nén (ballon); 3-Khung xe (chassi); 4- Đường ống

8 7 5

Hệ thống cấp khí nén gồm: Máy nén khí 7; van tải tr ng 6; bình khí nén 8 Hệ thống

cấp khí chỉ hoạt động khi xe được chất tải hoặc giảm tải thông qua van tải tr ng, không

có khả n ng đáp ứng kịp sự thay đổi của tải tr ng động nên không xem xét trong mô hình nghiên cứu Do đó, tương ứng với mỗi giá trị tải tr ng, khối lượng khí nén trong hệ thống được xem như không đổi

Đối với hệ thống treo khí nén, trong hành trình nén do giảm thể tích, động n ng của chất khí t ng, làm t ng áp suất và nhiệt độ của khí nén Áp suất khí nén cũng như độ cứng của lò xo khí nén thay đổi theo tốc độ và biên độ dịch chuyển, ph thuộc vào quá trình đẳng nhiệt, đoạn nhiệt hay đa biến

 Quá trình đẳng nhiệt

Đối với một lò xo khí nén, có thể xác định được độ cứng tối thiểu và độ cứng tối đa

trong điều kiện nén đẳng nhiệt Chỉ số nén đa biến n thay đổi giữa quá trình đẳng nhiệt

và đoạn nhiệt trong giới hạn1< n < γ Các chất khí sẽ nóng lên khi bị nén và hạ nhiệt khi

giãn nở Quá trình đẳng nhiệt xảy ra khi lò xo khí nén chuyển động nhanh sao cho nhiệt

sinh ra trong quá trình nén (hoặc bị hấp thụ khi giãn nở) là không đáng kể Khi đó quan

hệ giữa áp suất và thể tích được xác định theo công thức:

p V1 1 p V2 2 (2.1)

trong đó: p 1 -Áp suất tuyệt đối ban đầu trong lò xo khí nén (Pa),

p 2 - Áp suất tuyệt đối tức thời quá trình nén hoặc giãn nở (Pa),

V 1 - Thể t ch ban đầu (m 3 ),

V 2 -Thể tích tức thời khi nén hoặc giãn nở (m 3 )

Trong biểu thức (2.1) thể tích được xác định là tổng các thể tích Nếu lò xo khí nén được kết nối với bình khí ph có thể tích không đổi, các thể tích này phải được tính trong thể tích ban đầu và thể tích tức thời khi nén hoặc giãn nở

 Quá trình đoạn nhiệt

Trong điều kiện làm việc thực tế khó có thể xảy ra quá trình đẳng nhiệt Sau mỗi hành trình nén, nhiệt độ được t ng thêm và giảm đột ngột sau hành trình giãn nở Nếu lò

xo khí nén xảy ra quá trình nhiệt động sao cho nhiệt n ng được bảo toàn, khi đó sẽ xảy

ra quá trình đoạn nhiệt:

1 1 2 2

p V  p V = constant (2.2)

Giá trị của chỉ số nén đa biến n thay đổi theo chất khí và nhiệt dung riêng của chất

khí, đối với không khí: p 1, 4

v

C n C

 

trong đó: C p - Nhiệt dung riêng của khí ở áp suất hông đổi (J / kgK),

C V - Nhiệt dung riêng của chất khí ở thể t ch hông đổi (J /kgK)

Thực tế làm việc của hệ thống treo, lò xo khí nén làm việc giống như quá trình đa

biến, gần với quá trình đoạn nhiệt hơn là đẳng nhiệt Giá trị của chỉ số nén đa biến n thường được sử d ng n= 1,3÷1,4

2.1.2 Các thông số đặc trưng của lò xo h n n

 Diện tích làm việc của lò xo khí nén

Diện tích làm việc của lò xo khí nén là diện tích chịu lực tác d ng của lò xo khí nén tại một vị trí xác định trong hành trình, hay nói cách khác, diện tích tác d ng là tỷ số giữa tải tr ng đặt trên lò xo khí nén và áp suất tương đối bên trong lò xo khí nén, được tính theo biểu thức sau:

e

F A p

 (2.3)

trong đó:A e - Diện tích chịu lực của lò xo khí nén(m 2 ),

F - tải trọng đặt trên lò xo khí (N),

p- Áp suất tương đối trong lò xo khí nén (Pa)

Trên mỗi ô tô, diện tích A e của lò xo khí nén trong hệ thống treo sẽ khác nhau, ph

thuộc vào tải tr ng của ô tô đó

trong đó: p b - Áp suất tuyệt đối trong lò xo khí nén (Pa),

p a - Áp suất khí quyển (Pa),

p - Áp suất tương đối trong lò xo khí nén (Pa).