Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP DƯƠNG ĐỨC MINH MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO CAO SU CỦA Ô TÔ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN KHẢ NĂNG THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG LUẬN V

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

DƯƠNG ĐỨC MINH

MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO

CAO SU CỦA Ô TÔ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN

KHẢ NĂNG THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Thái Nguyên – 2018

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: Dương Đức Minh

Học viên: Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công Đại học Thái Nguyên

nghiệp-Nơi công tác: Công ty cổ phần đăng kiểm xe cơ giới giao thông Lào

Cai - 2401D

Tên đề tài luận văn thạc sĩ: Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường.

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Mã số: 60520116

Sau gần hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa

chọn thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng và phân tích hiệu quả

hệ thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường.

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy giáo PGS.TS LêVăn Quỳnh, ThS Lê Xuân Long, ThS Bùi Văn Cường và sự nổ lực của bảnthân, đề tài đã được hoàn thành đáp được nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơkhí động lực

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em Các

số liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bốtrong bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả

Thái Nguyên, ngày… tháng… năm 2018

HỌC VIÊN

Dương Đức Minh

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đãtiếp nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quýthầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể giảng viênNhà trường, khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, quý thầy cô giáo trường Đại học Kỹthuật 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 tạoSau đại học -Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tìnhhướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này

Em cũng xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến các thầy giáo PGS.TS Lê VănQuỳnh, ThS Lê Xuân Long, ThS Bùi Văn Cường và tập thể cán bộ giáo viênkhoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, hội đồng bảo vệ đề cương đã hướng dẫn cho emhoàn 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 dokiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên chắc chắn luận văncòn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô vàcác bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn đượchoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

HỌC VIÊN

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ

vii LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3

1.1.Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải 3

1.1.1 Hệ thống treo 3

1.1.2 Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải[5,6] 4

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài 11

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 11

1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài 15

1.3 Các chỉ tiêu đánh giá khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ 16

1.3.1 Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe 16

1.3.2 Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức[34,35] 17

1.4.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn 18

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 18

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu 19

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu 19

1.4.4 Nội dung nghiên cứu 19

1.5 Kết luận chương 19

CHƯƠNG 2 20

XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI 20

2.1 Các phương pháp xây dựng và mô phỏng dao động 20

2.2 Xây dựng mô hình dao động của xe tải 21

2.2.1 Các giả thiết mô hình dao động tương đương 21

2.2.2 Mô hình dao động xe tải hạng nặng 23

2.2.3 Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động 24

2.2.4 Mô hình và xác định lực của hệ thống treo 36

2.2.5 Phân tích và lựa chọn kích thích dao động 39

2.3 Kết luận: 46

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO CAO SU 47

3.1 Mô phỏng 47

3.1.1 Mô phỏng dao động của ô tô 47

3.1.2 Chọn thông số xe mô phỏng 48

3.1.3 Mô phỏng 50

3.2 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su 53

3.2.1 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau 53

3.2.2 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với vận tốc chuyển động thay đổi 54

3.2.3 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với tải trọng thay đổi thay đổi 56

3.3 Kết luận 57

KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

PHỤ LỤC 1 64

CHƯƠNG TRÌNH MIÊU TẢ MẤP MÔ MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ THEO TIÊU CHUẨN ISO 8068 64

PHỤ LỤC 2 66

KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB 66

PHỤC LỤC 3 72

BÀI BÁO QUỐC GIA 72

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

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

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1-1 Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá 4

Hình 1-2 Sơ đồ nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén 7

Hình 1-3 Hệ thống treo khí nén đơn 7

Hình 1-4 Hệ thống treo khí nén kép 8

Hình 1-5 Hệ thống treo khí nén ba cầu sau 8

Hình 1-6 Hình dáng bề ngoài của xe tải AD250 của Trung Quốc 9

Hình 1-7 Hệ thống treo cao su 9

Hình 1-8 Hệ thống treo kết hợp giữa khí nén và nhíp 10

Hình 1-9 Túi hơi đạt trên nhíp và chính giữa 10

Hình 1-10 Túi hơi đạt trên nhíp và lệch qua một bên 10

Hình 1-11 Túi hơi không đặt trên nhíp 11

Hình 2-1 Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động phương pháp 1 20

Hình 2-2 Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động phương pháp 2 21

Hình 2-3 Mô hình dao động của ô tô tải hạng nặng 3 cầu 24

Hình 2-4 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cabin 25

Hình 2-5 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe 28

Hình 2-6 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 1 32

Hình 2-7 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 2 33

Hình 2-8 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 3 35

Hình 2-9 Mô hình hệ thống treo khí nén 36

Hình 2-10 Mô hình hệ thống treo khí nén mới 38

Hình 2-11 Hàm điều hoà của mấp mô 40

Hình 2-12 Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[15] 41

Hình 213 Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -Lạng Sơn (đoạn 1) 42

Hình 214 Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1) 42

Hình 215 Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 2) 43Hình 2-16 Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội -Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2) 43Hình 2-17 Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường

-có chất lượng rất tốt) 45Hình 2-18 Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường

có chất lượng trung bình) 46Hình 2-19 Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường

có chất lượng rất xấu) 46Hình 3-1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04 48Hình 3-2 So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treokhi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp B với vận tốc v=40 km/h 51

Hình 3-3 So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treokhi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp C với vận tốc v=40 km/h .51

Hình 3-4 So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treokhi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp D với vận tốc v=40 km/h 52

Hình 3-5 So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treokhi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp E với vận tốc v=40 km/h 52Hình 3-6 So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phần tửđàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau với vận tốcv=60 km/h 53Hình 3-7 So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phần tửđàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau với vận tốcv=60 km/h 54Hình 3-8 So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tửđàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C vớicác vận tốc chuyển động khác nhau 55

Hình 3-9 So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tửđàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp E vớicác vận tốc chuyển động khác nhau 55Hình 3-10 So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tửđàn hồi khí nén khi xe chuyển động với vận tốc v=40km/h trên mặt đườngquốc lộ ISO cấp C với các tải trọng khác nhau 56Hình 3-11 So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tửđàn hồi khí nén khi xe chuyển động với vận tốc v=60km/h trên mặt đườngquốc lộ ISO cấp C với các tải trọng khác nhau 57

LỜI NÓI ĐẦU

Hiệu quả hệ thống treo của ô tô phụ thuộc vào lựa chọn tối ưu cácthông số hệ thống treo đặc biệt là sự phối hợp lý độ cứng và hệ số cản của hệthống treo Chọn tối ưu các thông số đó nhằm nâng cao tuổi thọ hệ thống treo,lốp và giảm sự phá huỷ đường Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo cao suđược sử dụng phổ biến ngày từ khi hệ thống treo hình thành cho đến nay, hiệnđược ứng dụng làm đệm cách dao động động cơ đốt trong, đệm cách daođộng cabin xe công trình với hiệu quả tốt giảm kích thích dao động ở tần sốlớn Trong luận văn này đặc tính hệ thống treo cao su trang bị xe tải hạngnặng được đề cấp nghiên cứu và phân tích hiệu quả hệ thống cao su trang bịtrên các xe tải hạng nặng Xuất phát từ ý tưởng nghiên cứu em đã chọn đề tài

“Phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường” dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo PGS.TS Lê

Văn Quỳnh

Mục tiêu nghiên cứu: mục tiêu xây dựng mô hình dao động không

gian phi tuyến xe tải hạng nặng 3 cầu với 15 bậc tự do Phần mềmMatlab/Simulink được ứng dụng để mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thốngtreo cao su theo hướng giảm các tác động xấu đến mặt đường Hệ số tải trọngđộng bánh xe DLC được chọn hàm mục tiêu để phân tích đánh giá hiệu quả

hệ thống treo cao su so với hệ thống treo thủy khí

Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động không gian với 15

bậc tự do với kích thích ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ để phân tích hiệuquả hệ thống treo cao su theo hướng thân thiện với mặt đường quốc lộ

Đối tượng: xe tải và hệ thống treo thống treo cao su.

Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng, phân tích và

đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su theo hướng thân thiện với mặt đườngquốc lộ

Nội dung nghiên cứu:

Nội dung chính của luận văn như sau:

Chương 1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu;

Chương 2 Xây dựng và mô phỏng mô hình dao động xe tải hạng nặng; Chương 3 Phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su.

Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình toán

hệ thống treo cao su và mô hình dao động xe tải hạng năng với 15 bậc tự do;Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe ô tô tải hạng nặng;

Mô phỏng, phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su xe tải hạng nặng dựa vào

hệ số tải trọng động bánh xe DLC

Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến các thầygiáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh người hướng dẫn khoa học trực tiếp tôi trongsuốt thời gian làm luận văn Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới thầy ThS LêXuân Long, ThS Bùi Văn Cường và các thầy trong khoa Kỹ thuật Ô tô-MĐL,Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái Nguyên

Do điều kiện vừa nghiên cứu vừa công tác cũng như hạn chế về mặtthời gian cũng như mặt kiến thức chắc chắn luận văn không tránh khỏi sựthiếu xót, rất mong được sự đóng góp ý bổ sung thêm của quý thầy, cô giáo

và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2018

HỌC VIÊN Dương Đức Minh

Hệ thống treo là bộ phận đàn hồi để liên kết bánh xe và khung xe hoặc

vỏ xe Do vậy, nó có nhiệm vụ, yêu cầu phân loại dưới đây:

a Nhiệm vụ: chủ yếu của hệ thống là giảm các va đạp làm cho ô tô chuyển

động êm dịu khi ô tô chuyển động trên các mặt đường không bằng phẳng.Mặt khác hệ thống treo là bộ phận truyền lực và momen giữa bánh xe và vỏ

xe bao gồm lực kéo, lực bên, momen chủ động và momen phanh khi phanh

b.Yêu cầu: sự liên kết giữa bánh xe và vỏ không những phải đảm bảo được

độ êm dịu của xe mà còn phải đủ khả năng để truyền lực Để đảm bảo đượccác 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 kỹthuật 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 chínhcủa hệ thống treo là giảm dao động theo phương thẳng đứng, nhưng khôngphá 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 gặpnhững 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 chuyểnđộng với các tốc độ khác nhau và đặc biệt là khi ô tô chuyển động ở tốc độcao;

- Giá thành hệ thống rẻ, dễ thay thế và sửa chữa

c, Phân loại: hệ thống treo được phân loại chính như sau:

- Phân loại theo bộ phận dập tắt dao động: ma sát, thủy lực, điện từ.

- Phân loại điều khiển: điều khiển bán chủ động và điều khiển chủđộng

1.1.2 Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải[5,6]

a) Hệ thống treo bộ phận đàn hồi nhíp

Cấu tạo hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp lá bao gồm: dầm cầu, nhíp

lá, giảm chấn, thanh ổn định Trong hệ thống treo này có dầm cầu liền nốigiữa hai bánh xe Hai đầu nhíp lá nối với khung xe thông qua khớp quay vàquang treo, tạo điều kiện cho sự biến dạng của nhíp lá ở các tải trọng khácnhau Phần giữa nhíp lá gắn với cầu xe Nhíp lá vừa tạo khả năng nối mềmvới thân xe vừa có khả năng cố định vị trí của cầu với thân xe Như vậy, nhíp

lá vừa là bộ phận đàn hồi và vừa là bộ phận dẫn hướng

8 7 6 5

Hình 1-1 Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá.

1- Nhíp lá; 2- Vòng kẹp; 3- Chốt nhíp; 4- Quang treo; 5- Giá đỡ; 6- Giảm chấn; 7- Ụ tỳ; 8- Khung xe; 9- Quang nhíp; 10- Dầm cầu.

Dầm cầu 10 được nối với nhíp nhờ các quang nhíp Nhíp lá 1 bao gồm các lá nhíp ghép lại, lá nhíp chính được cuốn tròn ở hai đầu tạo nên các ổ

quay khớp trụ Đầu trước của nhíp lá cố định trên khung xe và có thể quaytương đối nhờ các ổ cao su, đồng thời có thể truyền lực dọc từ bánh xe lênkhung và ngược lại Đầu sau là khớp trụ di động theo kết cấu quang treo 4.Quang treo bố trí giữa khung xe và đầu sau của bộ nhíp Các lực bên có thểtruyền từ khung xe qua khớp trụ, nhíp lá, quang nhíp, dầm cầu tới bánh xe.Giảm chấn 6 bắt giữa dầm cầu và khung xe được đặt nghiêng theo chiều dọcthân xe Hệ thống treo không sử dụng thanh ổn định ngang.

Ưu, nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc:

- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ trong khi vẫn đảm bảo được các yêucầu cần thiết, nhất là đối với những xe có tốc độ chuyển động không lớn

- Khi tổng ngoại lực theo phương ngang tác dụng lên ôtô lớn hơn tổngkhả năng bám bên của cả hai bánh xe, sẽ xảy ra hiện tượng trượt ngang Nếudầm cầu liền, khi chịu lực bên (ly tâm, đường nghiêng, gió bên) hai bánh xeđược liên kết cứng sẽ hạn chế được hiện tượng trượt bên bánh xe

- Dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành thấp

- Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt trên cầu chủ động Khi

xe đi trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên va đậpmạnh giữa phần không treo và phần treo (thùng xe), làm giảm độ êm dịuchuyển động của ôtô Mặt khác, bánh xe va đập mạnh trên nền đường làm xấu

sự tiếp xúc bánh xe với đường

- Khoảng không gian phía dưới gầm xe phải lớn, đủ đảm bảo cho dầmcầu thay đổi vị trí, do vậy: hoặc chiều cao trọng tâm phải lớn, hoặc phải giảmbớt thể tích khoang chứa hàng của xe

Với các ưu, nhược điểm trên, hệ thống treo phụ thuộc được dùng nhiềucho ôtô tải và ôtô buýt

b) Hệ thống treo khí nén:

Hệ thống treo khí nén, thuỷ lực – khí nén được sử dụng như một khảnăng hoàn thiện kết cấu ôtô Tuy vậy với các loại ôtô khác nhau: ôtô con, ôtô

tải, ôtô buýt cũng được ứng dụng với những mức độ khác nhau Phổ biến nhấttrong các kết cấu là áp dụng cho ôtô buýt tiên tiến Với hệ thống treo này chophép giữ chiều cao thân xe ổn định so với mặt đường với các chế độ tải trọngkhác nhau.

Hệ thống treo khí nén dùng trên ôtô được hình thành trên cơ sở khảnăng điều chỉnh độ cứng của buồng đàn hồi khí nén (ballon) theo chuyển dịchcủa thân xe Sơ đồ nguyên lý kết cấu của một hệ thống đơn giản được trìnhbày trên hình 1-2

Sự hình thành bộ tự động điều chỉnh áp suất theo nguyên lý van trượt

cơ khí Các ballon khí nén 2 được bố trí nằm giữa thân xe 3 và bánh xe 1thông qua giá đỡ bánh xe 4 Trên thân xe bố trí bộ van trượt cơ khí 5 Vantrượt gắn liền với bộ chia khí nén (block) Khí nén được cung cấp từ hệ thốngcung cấp khí nén tới block và cấp khí nén vào các ballon

Khi tải trọng tăng lên, các ballon khí nén bị ép lại, dẫn tới thay đổikhoảng cách giữa thân xe và bánh xe Van trượt cơ khí thông qua đòn nối dịchchuyển vị trí các con trượt chia khí trong block Khí nén từ hệ thống cung cấp

đi tới các ballon và cấp thêm khí nén Hiện tượng cấp thêm khí nén kéo dàicho tới khi chiều cao thân xe với bánh xe trở về vị trí ban đầu

Khi giảm tải trọng hiện tượng này xảy ra tương tự, và quá trình vantrượt tạo nên sự thoát bớt khí nén ra khỏi ballon

Bộ tự động điều chỉnh áp suất nhờ hệ thống điện tử (hình 1.3) bao gồm:cảm biến xác định vị trí thân xe và bánh xe 6, bộ vi xử lý 7, block khí nén 8.Nguyên lý hoạt động cũng gần giống với bộ điều chỉnh bằng van trượt cơ khí.Cảm biến điện tử 6 đóng vai trò xác định vị trí của thân xe và bánh xe (haygiá đỡ bánh xe) bằng tín hiệu điện (thông số đầu vào) Tín hiệu được chuyển

về bộ vi xử lý 7 Các chương trình trong bộ vi xử lý làm việc và thiết lập yêucầu điều chỉnh bằng tín hiệu điện (thông số đầu ra) Các tín hiệu đầu ra được

chuyển tới các van điện từ trong block chia khí nén, tiến hành điều chỉnhlượng cấp khí nén cho tới lúc hệ thống trở lại vị trí ban đầu.

nén.

Hình 1-2 Sơ đồ nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén.

1- Bánh xe; 2- Ballon khí; 3- Thân xe; 4- Giá đỡ; 5- Van trượt cơ khí; 6- Cảm biến vị trí; 7- Bộ vi xử lý; 8- Bộ chia khí nén; 9- Bình chứa khí

*) Các phương pháp bố trí hệ thống treo khí nén

Hệ thống treo khí nén đơn:

Hình 1-3 Hệ thống treo khí nén đơn

Hệ thống treo khí nén đơn được sử dụng trên các xe Bus cao cấp, hoặc

Hình 1-5 Hệ thống treo khí nén ba cầu sau.

Hệ thống treo sử dụng trên xe co 3 cầu sau, tải trọng lớn và rất lơn,trên đầu kéo hay các xe vận chuyển siêu trường siêu trọng

Ta co thể sử dụng phương pháp bố trí nay để lắp trên các xe có 4 cầu sau hoặc nhiều hơn, các xe có tải trọng cực lớn

c) Hệ thống treo cao su[38, 39]

Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi cao su được trang bị trên các loại xetải hạng nặng Kết cấu treo trước hình 1-7(a) và kết cấu treo hình 1-7(b)

Hình 1-6 Hình dáng bề ngoài của xe tải AD250 của Trung Quốc

(a) Hệ thống treo cầu trước

(b) Hệ thống treo cầu sau

Hình 1-7 Hệ thống treo cao su

Hệ thống treo cao su động lực học theo phương đứng có độ cứng vữngcao, hệ số cứng của hệ thống treo có thể tạo ra lớn Tuy nhiên độ êm dịu theophương đứng cũng tăng do vậy hệ thống treo kết hợp giảm chấn thủy lực đểtạo hệ số cản lớn giảm dao động phương đứng hiệu quả.

d).Sự kết hợp giữa hệ thông treo khí nén với hệ thống treo khác

Hình 1-9 Túi hơi đạt trên nhíp và chính giữa

Hình 1-10 Túi hơi đạt trên nhíp và lệch qua một bên

Hình 1-11 Túi hơi không đặt trên nhíp.

Trong nghiên cứu này, tác giả chọn đối tượng hệ thống treo cao su hình1-7 là đối tượng nghiên cứu

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ôtô nước ta đã có bướcphát triển đáng kể và đã được Nhà nước đặc biệt quan tâm như đã trình bàyphần trên Do vậy một loạt các công trình nghiên cứu về vấn đề dao động ôtô

đã được ra đời Sau đâu là một số công trình tiêu biểu:

- Công trình cấp nhà nước mạng mã số: 58A-02-04 thuộc chương trìnhnhà nước, 58A-02 cũng đã nghiên cứu về rung động trong bảo hộ lao động vàcác tác giả đã đưa ra một số kết quả về vấn đề này[7,8]

- Công trình của tác giả Triệu Quốc Lộc, cũng có công trình nghiên cứu

về ghế của máy kéo và đã có thiết kế dùng cho máy kéo Việt Nam và bao taydùng cho công nhân lái máy kéo[7,9]

- Công trình của tác giả và PGS.TS Dư Quốc Thịnh chủ nhiệm đề tàimang mã số: B91-03, T16/90-CK, T18/91-CK đã có nghiên cứu mạng tínhchất lý thuyết và định hướng về vấn đề dao động[8]

- Công trình [12] “Nguyễn Thanh Hải, khảo sát ôtô nhiều cầu, luận án

thạc sỹ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật Quân sự HN, 2000” nghiên cứu ảnh

hưởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịuchuyển động Trong luận án tác giả giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự dovới kích động mặt đường là hàm phổ của Iasenko.

- Công trình [12] “Phạm Đình Vi, Zvysovani kvality odpruzeni vozidel,DIS, 1992, BRONO” nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo có điều khiển đểnâng cao chất lượng độ êm dịu chuyển động của ôtô Trong luận án này cáctác giả tập trung nghiên cứu hệ thống treo bán tự động với các mô hình ¼ và

½ với kích động mặt đường ngẫu nhiên với các phổ được đo với các đường ởViệt Nam

- Công trình [11] “Lưu Văn Tuấn, Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình, trên cơ sở đó để tính các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động, Luận án

Tiến sỹ MS 02-01-39, 1993 ĐHBK Hà Nội” nghiên cứu khá hoàn chỉnh daođộng của ôtô nhiều cầu Trong luận án tác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyếncủa phần tử đàn hồi của hệ thống treo, lốp xe và giải quyết bài toán dao độngbằng phương pháp Matlab Simulink 5.0

- Công trình [12] “Nguyễn Thái Bạch Liên Aplikace matematikechoModelu pri Reseni perovani Soupravy Silnicnich Vozidel, luận án Tiến sỹ,Brno 1979” khảo sát dao động của xe tải hai cầu dưới tác động ngẫu nhiêncủa mặt đường Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao độngcủa ôtô hai cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao độngbằng phương pháp Matlab Simulink 6.0

- Công trình [15] nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng mặt đường đếntải trọng tác dụng lên ôtô tại Quốc lộ 1A Trong công trình này tác giả đo đạc

và thu thập được số liệu mấp mô biến dạng đường trên tuyến đường 1A HàNội- Lạng Sơn, xử lý số liệu và đưa vào bài toán dao động để xác định tảitrọng tác dụng lên ôtô kết quả bộ số liệu mấp mô biến dạng đường được sửdụng nguồn kích động dao động trong luận án

- Công trình “Trịnh Minh Hoàng, khảo sát dao động ô tô dưới kích động mặt đường ngẫu nhiên, luận án thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà nội,

2002” nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việc củaôtô đến độ êm dịu chuyển động Trong luận án tác giả giải quyết bài toán daođộng 7 bậc tự do với kích động mặt đường là hàm phổ của Iasenko[10]

- Công trình “Võ Văn Hường, Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu, Luận án Tiến sỹ LA 111/05, 2004 ĐHBK Hà

Nội” nghiên cứu khá hoàn chỉnh dao động của ôtô nhiều cầu Trong luận ántác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi của hệ thống treo,lốp xe với mô hình không gian và giải quyết bài toán dao động bằng phươngpháp Matlab Simulink[13]

Công trình “ Đào Mạnh Hùng, báo cáo đề tài cấp bộ, năm 2005 đơn vịchủ trì Trường Đại học Giao thông Vận tải” đã xây dựng mô hình dao động

xe tải ½ với kích thích ngẫu nhiên mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đo đượclàm tín hiệu đầu vào Trong báo cáo đánh giá được ảnh hưởng của thông sốthiết kế hệ thống treo, tải trọng đến mặt đường quốc lộ dựa vào hệ số tài trọngđộng bành xe DLC[9]

Công trình “Lê Văn Quỳnh và công sự trong bài báo khoa học của mình,2012” nghiên cứu và đánh giá dao động của lớp xe tải 2 cầu, 3 cầu, 4 cầu và 5cầu đến mức độ thân thiện mặt đường Kết quả bài báo đã xây dựng mô hìnhdao động ½ lớp xe tải hạng nặng dưới kích thích ngẫu nhiên của mặt đườngquốc lộ Các ảnh hưởng của các thông số động lực học của lớp xe lần lượtđược phân tích dựa vào hệ số tải trọng động bánh xe DLC[15]

- Công trình [8] “Hoàng Đức Thị luận án thạc sĩ kỹ thuật Trường Đạihọc Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên 2016” nghiên cứu ảnhhưởng thông số hệ thống treo xe tải đến khả năng thân thiện mặt đường quốc

lộ Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao động của ôtô bacầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động bằng phương

pháp Matlab/Simulink Từ hàm mục tiêu là hệ số tải trọng động bánh xe DLC,các thông số thiết kế hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượt đượcphân tích.

- Công trình [9] “Đặng Ngọc Minh Tuấn luận án thạc sĩ kỹ thuậtTrường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên 2017” tối ưu hệthống treo khí xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiện mặtđường quốc lộ Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao độngcủa ôtô 5 cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động bằngphương pháp Matlab/Simulink Từ hàm mục tiêu là hệ số tải trọng động bánh

xe DLC, các thông số thiết kế hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượtđược tối ưu thiết kế

Đối với Nước ta theo thống kê của Bộ giao thông vận tải, Nhà nước tachi rất nhiều kinh phí để sửa chữa và nâng cấp mặt đường giao thông Mặtđường giao thông xuống cấp có nhiều nguyên nhân gây ra, nhưng nguyênnhân chính vẫn do tải trọng động của bánh xe các phương tiện giao thông gây

ra Lê Văn Quỳnh, Nguyên Khắc Tuân, Nguyễn Văn Liêm (2012) nghiên cứuđánh giá ảnh hưởng dao động xe tải đến mặt đường giao thông sử dụng môhình dao động 1/2 với kích thích ngẫu nhiên mặt đường[14] Lê Văn Quỳnh(2017) đưa ra mô hình không gian xe sơ mi-rơ mooc để phân tích hiệu quả hệthống treo đến khả năng thân thiện mặt đường[9]

-Công trình“Nhóm tác giả với bài báo khoa học nghiên cứu ảnh hưởngthông số thiết kế hệ thống treo cabin đến độ êm dịu chuyển động của xe,2018” đã xây dựng mô hình dao động không gian phí tuyến với 15 bậc tự do

và kích thích ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ và đánh giá ảnh hưởng củathông số thiết kế hệ thống treo cabin như độ cứng và hệ số cản đến độ êm dịuchuyển động của xe phần phụ lục

Tuy nhiên, chủ đề “Phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su của ô tô tải hạngnặng đến khả năng thân thiện mặt đường” vẫn là vấn đề mở cho nhà nghiên cứutrong nước quan tâp nghiên cứu.

1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài

Hệ thống treo có vai trò quan trọng không chỉ nâng cao độ êm dịuchuyển động, mà còn giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông.Chính vì, hệ thống treo không ngừng được các nhà khoa học quốc tế tiến hànhcải tiến thiết kế hoàn thiện kết cấu hệ thống treo ô tô theo hướng thân thiệnmặt đường và nâng cao độ êm dịu chuyển động

Lu Yongjie và cộng sự (2010) đưa ra mô hình dao động không gian sửdựng phần mềm ADAMS để phân tích ảnh hưởng hệ thống treo đến độ êmdịu chuyển động của xe Từ đó đề xuất bộ thông thiết kế tối ưu cho hệ thốngtreo xe tải hạng nặng Đối với chủ đề về nghiên cứu hệ thống treo đến khảnăng thân thiện mặt đường quốc lộ[20]

Lu Sun (2002) đưa ra phương pháp thiết kế tối ưu thông số hệ treo xetải nhằm nâng cao độ thân thận với đường, trong bài báo này tác giả sử dụng

mô hình mô hình dao động ¼ của xe với kích thích hàm toán học đơn gián

Hệ số tải trọng động bánh xe DLC được chọn là hàm mục tiêu để tối ưu hệthống treo nhằm nâng cao mức độ thân thiện mặt đường[23]

Sun beibei và các công sự (2006)[38] đã đưa ra mô hình dao khônggian xe tải hạng nặng với 15 bậc tự do và kích thích mấp mô mặt đường quốc

lộ Gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi và các góc lắc cabin đượcchọn là hàm mục tiêu để phân tích hiệu quả hệ thống treo đến độ êm dịuchuyển động của ô tô

Công trình [39] Xu Jinghua trong bài báo khoa học công bố năm 2009

đã đưa ra mô hình động lực ảo bằng phần mềm ADAMS để khảo sát hiệu quả

hệ thống treo cao su của xe tải hạng nặng theo hướng nâng cao độ êm dịuchuyển động của xe Gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi và các góc

lắc cabin được chọn là hàm mục tiêu để phân tích hiệu quả hệ thống treo đến

độ êm dịu chuyển động của ô tô Cuối cùng một thí nghiệm đo dao động toàn

xe trên bệ thử dao động được thiết lập và kết quả đo được kiểm chứng tínhđúng đắn của mô hình Từ đó thông số hệ thống treo được tối ưu theo giảithuật di truyền

1.3 Các chỉ tiêu đánh giá khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ

1.3.1 Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe

Sau những năm 1990, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tếcủa cầu và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh giá cao Cácnhà nghiên cứu của Anh, Mỹ,…đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của daođộng ôtô đối với cầu và đường Khi ô tô chuyển động trên các mặt đường vàcầu, tải trọng động bánh xe sẽ dẫn đến sức căng và biến dạng bền mặt Sự tíchlũy lâu dài của biến dạng dẻo bề mặt sẽ nguyên nhân gây ra phá hủy bề mặtnhư các vết nứt, lún, Để đánh giá ảnh hưởng của tải trọng động của bánh xeđến khả năng thân thiện mặt đường, nhiều công trình nghiên cứu đưa ra hệ sốtải trọng động bánh xe DLC - Dynamic Load Coefficient [16,19-21] Hệ sốDLC được định nghĩa bởi công thức (1-1)

DLC  F T R M S

trong đó: Fs- tải trọng tĩnh của bánh xe; FT,RMS- tải trọng động bánh xe tác

dụng lên mặt đường bình phương trung bình và nó được định nghĩa bởi côngthức (1-2 )

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 hệthống treo, lốp xe, tải trọng xe, vận tốc chuyển động, điều kiện mặtđường Trong nghiên cứu này, hệ số tải trọng động bánh xe được chọn đểphân tích ảnh hưởng của hệ thống treo đến khả năng thân thiện với mặt đườnggiao thông và sẽ được trình bày ở phần sau và chương trình tính toán đượctrình bày phụ lục

1.3.2 Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức[34,35]

Tải trọng động cực đại (Fzdyn, max ) làm giảm tuổi thọ chi tiết, gây tổn hạicho đường Hệ số tải trọng động Kdyn, max đánh giá mức độ ảnh hưởng đến chitiết, hệ số áp lực đường W đánh giả mức độ ảnh hưởng của dao động vớiđường

a Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng tới độ bền chi tiết.

Để khảo sát vấn đề này, tác giả sử dụng hệ số tải trọng động cực đại,được định nghĩa như sau:

F z ,st

(1-5)

b Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường

Sau những năm 1990, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế củacầu và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh giá cao Các nhà

nghiên cứu của Anh, Mỹ QII đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của daođộng ôtô đối với cầu và đường Người ta thấy rằng mức độ ảnh hưởng củadao động ôtô đến cầu và đường tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe vớiđường Họ đã đưa ra khái niệm Road stress Coefficient, tạm gọi là hệ số áplực đường W, là hệ số có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động ôtôvới cầu và đường Trong một số tài liệu còn có tên tiếng anh là Dynamic wearfactor Theo đó, Wilkinson [34,35,] đã nêu ra công thức xác định hệ số áp lựcđường w như sau:

1.4.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu

Để phân phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su xe tải hạng nặng, môhình toán hệ thống treo cao su và mô hình dao động toàn xe với 15 bậc tự dođược thiết lập dưới kích thích mấp mô mặt đường quốc lộ Hệ số tải trọngbánh xe DLC được chọn làm mục tiêu để đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao

su Phần mềm Matlab/Simulink được áp dụng mô phỏng và đánh giá hiệu quả

hệ thống theo cao su theo hướng thân thiện mặt đường

Trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ khoa học tác giả tập trung cứumột số vấn đề sau:

- Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng 3 cầu;

- Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động;

- Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống cao su

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình toán hệ thống treo cao su và

mô hình dao động không gian phi tuyến toàn xe tải hạng nặng

Đối tượng: Một mô hình dao động toàn xe tải với 15 bậc tự do và hệ

thống treo cao su được xem xét đánh giá trong luận văn này

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu

Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần mềm Matlab simulink 7.0 đểphân tích hiệu quả của hệ thống treo cao su theo hướng thân thiện mặt đường

1.4.4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung chính của luận văn như sau:

Chương 1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Chương 2 Xây dựng mô hình và mô phỏng dao động xe tải hạng nặng; Chương 3 Phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su.

Kết luận và những kiến nghị.

1.5 Kết luận chương

Kết quả chương này đã đưa ra được các lập luận khoa học để làm sáng tỏcác vấn đề nghiên cứu như sau: hệ thống treo và hiệu quả làm việc của chúngtrên xe, tổng quan nghiên cứu dao động ô tô trong và ngoài nước và các chỉtiêu đánh giá chúng, từ đó đưa ra mục đích, phương pháp và nội dung nghiêncứu của luận văn

* 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 phươngpháp 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 hìnhtoán học về dao động các phương tiện giao thông Cuối cùng phân tích sốhoặc sử dụng các phần mềm máy tính tiến hành mô phỏng và tối ưu các thông

số dao động theo sơ đồ hình 2.1

Hình 2-1 Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động phương pháp 1

Phương pháp 1 có ưu điểm dễ dàng phân tích ảnh hưởng các yếu tố phituyến 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 phảilàm 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 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 hưởngcác 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 họcxây dựng các chương trình con dựa vào phương trình toán học miêu tả đặctính 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 môhình dao động, mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của điều kiện khai thác đến

độ êm dịu chuyển động

2.2 Xây dựng mô hình dao động của xe tải

2.2.1 Các giả thiết mô hình dao động tương đương

Ô tô là một cơ hệ hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau.Mỗi bộ phận được đặc trưng khối lượng và thông số đặc trưng Bộ phận có

tác dụng giảm các dao động từ mặt đường lên khung vỏ là hệ thống treo Hệthống treo là đối tượng chính khi nghiên cứu dao động.

Để nghiên cứu dao động xe ôtô một cách thuận lợi chúng ta cần phảithiết lập dao động tương đương Trong đó mô hình dao động ô tô cần có đầy

đủ các thông số liên quan đến dao động của ôtô

Trước khi thiết lập mô hình dao động tương đương cần thống nhất một

số khái niệm sau:

a Khối lượng được treo m

Khối lượng được treo m gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng củachúng tác dụng lên hệ thống treo Đó là khung, thùng, hàng hoá, cabin và một

số chi tiết khác Giữa chúng thực ra được nối với nhau một cách đàn hồi nhờcác đệm đàn hồi, ổ tựa đàn hồi bằng cao su, dạ, nỉ, giấy công nghiệp, Hơnnữa bản thân các bộ phận này cũng không phải cứng tuyệt đối, cho nên khốilượng treo thực ra là một nhóm các khối lượng được liên kết đàn hồi thànhmột hệ thống Tuỳ nhiên dựa cách bố trí cụ thể của ôtô, mà có thể chia khốilượng được treo thành 2 hoặc nhiều khối lượng, giữa các khối lượng liên kếtvới nhau bằng các phần tử đàn hồi và giảm chấn Tuy nhiên các mối đàn hồigiữa các thành phần của khối lượng được treo có biến dạng rất nhỏ so vớibiến dạng của hệ thống treo và lốp Cho nên trong trường hợp đơn giản có thểcoi rằng khối lượng được treo m là một khối lượng đồng nhất ở dạng khônggian với 3 bậc tự do

b Khối lượng không được treo m

Khối lượng không được treo gồm những cụm mà trọng lượng củachúng 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 tuyệtđối và có khối lượng m tập trung vào tâm bánh xe

c Hệ thống treo

Hệ thống treo trong ô tô có nhiệm vụ nối phần được treo M và phầnkhối lượng không được treo m một cách đàn hồi Hệ thống treo cùng với lốplàm giảm những chấn động gây nên do sự mấp mô mặt đường khi xe chuyểnđộng Hệ thống treo gồm những bộ phận sau:

- Bộ phận đàn hồi: Lò xo, nhíp, thanh xoắn, bình khí Nó được biểudiễn bằng một lò xo có độ cứng kij

- Bộ phận giảm chấn: có nhiệm vụ dập tắt các chấn động Nó được đặctrưng bằng hệ số cản giảm chấn cij

- Bộ phận dẫn hướng: gồm có các thành đòn và có nhiệm vụ truyền lực

và mô men theo các phương phương

d Bánh xe

Bánh xe ngoài tác dụng là hệ thống di chuyển và đỡ toàn bộ trọnglượng 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, cónghĩa là cũng bao gồm một thành phần đàn hồi và một thành phần giảm chấn,đặc trưng bởi hai thông số độ cứng k và c

2.2.2 Mô hình dao động xe tải hạng nặng

Để mô phỏng và đánh giá hiệu quả của hệ thống treo cao su so với hệthống treo phần tử đàn hồi khí nén, một ô tô tải 3 cầu hạng nặng với hệ thốngtreo dạng hình 1.7 chọn để xây mô hình dao động Mô hình dao động đượcthể hiện trên Hình 2.3

Giải thích các ký hiệu trên hình 2.3: ki, k41, k42, k51, k52, k61, k62, k7, k8lần lượt là độ cứng đặc trưng của lốp, hệ thống treo và hệ thống treo cabin ; ci,

c41, c42, c51, c52, c61, c62, c7, c8 là hệ số cản đặc trưng cho lốp xe, hệ thống treo,

hệ thống treo cabin; l01, l04, l42, l43,… là các khoảng cách tương ứng; m1, m3,

m5,… là các khối lượng không được treo; I và I2, I4, I6, I11, I12, là các momen

00 11 12

Hình 2-3 Mô hình dao động của ô tô tải hạng nặng 3 cầu

2.2.3 Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động

Dựa vào mô hình dao động để các phương trình vi phân mô tả dao độngcủa 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 tảchuyển động của cơ hệ như: phương trình Lagrange loại II, nguyên lýD’Alambe, nguyên lý Jourdain kết hợp phương trình Newton – Euler Tuynhiên để thuận lợi cho mô phỏng bằng máy tính em sử dụng nguyên lýD’Alambe kết hợp cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật để thiết lập hệ phương trình viphân mô tả dao động của xe

Dựa vào cơ sở hệ nhiều vật tách các vật ra khỏi cơ hệ và thay vào đó làcác phản lực liên kết Sau đó sử dụng nguyên lý D’Alambe để thiết lập hệphương trình cân bằng cho từng vật của cơ hệ sau đó liên kết chúng lại vớinhau bằng quan hệ lực và momen

Theo nguyên lý D’Alambe:

a) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động CABIN

Theo lý thuyết hệ nhiều vật chúng ta tách liên kết của vật 1 ra khỏi cơ

hệ và thay vào đó các phản lực liên kết Hình 2.4 thể hiện sơ đồ lực và mômen tác dụng lên đầu xe:

Hình 2-4 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cabin

Thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên thân xetương tự như cầu trước, ta có:

Phương trình cân bằng lực tác dụng lên cabin

m13 F06  F07  F08  F09 ) (2-2)

(2-9)

b) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động thân xe

Hình 2.5 thể hiện sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thân xe Thiếtlập phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên cầu xe ,ta có:

*) Phương trình cân bằng lực theo phương thẳng đứng

 F52  F53  F06  F07  F08  F09

Hình 2-5 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe

*) Phương trình cân bằng momen