Mô phỏng khảo sát dao động xe tải

Mô phỏng khảo sát dao động xe tải Mô phỏng khảo sát dao động xe tải Mô phỏng khảo sát dao động xe tải luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

MÔ PH ỎNG - KHẢO SÁT DAO ĐỘNG XE TẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

BÙI VĂN SƠN

MÔ PH ỎNG - KHẢO SÁT DAO ĐỘNG XE TẢI

Chuyên ngành

Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS: LƯU VĂN TUẤN

Hà Nội – Năm 2011

………

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS TS: Lưu Văn Tuấn Đề tài được thực hiện tại Bộ môn ô tô và xe chuyên dụng, Viện cơ khí động lực, Đại học Bách khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kì công trình nào

Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2011

Tác giả

Bùi Văn Sơn

DANH M ỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT……….4

L ỜI NÓI ĐẦU……… 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN………9

1.1 Nh ững vấn đề chung……….….9

1.1.1 M ột số loại xe có tải trọng lớn ở Việt Nam………9

1.1.2.Các h ệ thống treo thông dụng trên xe tải có tải trọng lớn ……12

1.1.3.L ốp dùng trên ô tô……… 12

1.1.4.M ạng đường ô tô tại Việt Nam……….13

1.2 Tình hình nghiên c ứu dao động ô tô trên thế giới……… 15

1.2.1.Ch ỉ tiêu đánh giá dao động…… ……….…… 18

1.2.2 Mô hì nh dao động……….……… 22

1.2.3.Ngu ồn kích thích gây dao động……….… 27

1.2.4 Thí nghi ệm về dao động ô tô……….…… 28

1.3 Tình hình nghiên c ứu dao động ở Việt Nam……… 28

1.3.1.Phân tích ch ọn mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu….30 1.3.2.Tính c ấp thiết của đề tài… ……….33

K ết luận chương 1………34

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MÔ HÌNH

DAO ĐỘNG

2.1 L ực động giữa bánh xe và mặt đường……… 35

2.2 Các ch ỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng của lực động……… 37

2.2.1 Ảnh hưởng đến độ bền chi tiết ô tô……… …… 37

2.2.2 Ảnh hưởng đến an toàn chuyển động……… … 37

2.2.3 Ảnh hưởng đến sức chịu tải của đường……… ….38

2.2.4 Ảnh hưởng đến không gian bố trí hệ thống treo……… 39

2.3.Phân tích ch ọn hàm kích động……… 40

2.4.Phương pháp lập mô hình……… … 42

2.5.Phương pháp lập hệ phương trình……… …45

2.6.Y ếu tố phi tuyến trong các mô hình dao động……… … 47

2.6.1.Ch ọn phương pháp mô tả yếu tố phi tuyến………47

2.6.2.Mô hình h ệ treo……… 47

2.7 Mô hình ph ần tử bánh xe……… ……… 53

2.8 K ết hợp mô hình hệ treo và bánh xe……… ….56

2.9 Ch ọn phương pháp giải……… ….57

K ết luận chương 2……… ….60

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG……… 61

3.1: Xây d ựng mô hình động lực học ô tô……… ……61

3.1.1.Khái quát chung……….61

3.1.2.Phân tích c ấu trúc……… 62

3.1.3.Xây d ựng mô hình vật lý……… ……….63 3.1.4.Xây d ựng mô hình toán học……….66 3.1.5.Xá c định mối quan hệ động học……… 75

3.2 Ứng dụng mô hình dao động khảo sát dao động của xe tải 3,25 tấn…….78

3.2.1.Các y ếu tố ảnh hưởng đến lực động giữa bánh xe và mặt đường… 79 3.2.2.Nghiên c ứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu đến lực

động dưới tác dụng của biên dạng đường ngẫu nhiên………80

3.2.3 Ảnh hưởng của kết cấu xe đến hệ số tải trọng động lực học DLC….85

K ết luận chương 3……… ………… 87

K ẾT LUẬN……… 87 TÀI LI ỆU THAM KHẢO……….……… 91

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

D m Khoảng cách tâm hai trục liền kề

MRS Kg Khối lượng được treo

mR1 Kg Khối lượng được treo trước (ca bin)

mR2 Kg Khối lượng được treo sau (thùng xe)

mRu Kg Khối lượng không được treo

SRFd N Sai lệch bình phương trung bình của lực động

DLC Hệ số tải trọng động lực học (Dynamic Load

MRK Nm/rad Mômen xoắn dọc trục

ZR1 m Chuyển vị thẳng đứng của khối lượng được treo trước

ZR2 m Chuyển vị thẳng đứng của khối lượng được treo sau

ϕRSy rad Chuyển vị góc của MR S Rquanh trục oy

ϕRSx1/RϕSx2 rad Chuyển vị góc của khối lượng được treo trước/ sau

quanh trục ox

a m Khoảng cách từ trục trước đến trọng tâm xe

b m Khoảng cách từ trục sau đến trọng tâm xe

L m Chiều dài cơ sở của xe

2d 1 m Khoảng cách hai nhíp trước

2d 2 m Khoảng cách hai nhíp sau

2dp 1 m Khoảng cách giữa hai tâm lốp trước

2dp 2 m Khoảng cách giữa hai tâm lốp sau

GG m Khoảng cách từ trọng tâm của khối lượng được treo

chung đến tâm lắc

q 1L ,q 1R m Biên dạng đường ở trục trước bên trái và bên phải

q 2L ,q 2R m Biên dạng đường ở trục sau bên trái và bên phải

ζ1 m Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng

không được treo trước

ζ2 m Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng

không được treo sau

ζ1L , ζ1R m Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng

không được treo trước bên trái(L) và bên phải(R)

ζ2L , ζ2R m Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng

không được treo sau bên trái(L) và bên phải(R)

ϕυ1 , ϕυ2 rad Góc lắc trục trước, trục sau theo phương ox

F t N Lực thẳng đứng của bánh xe tác dụng lên hệ thống treo

và xuống mặt đường

F C N Lực đàn hồi của lốp

F K N Lực giảm chấn của lốp

treo và xuống mặt đường

treo trước bên phải và bên trái

treo sau bên phải và bên trái

F SL ,F SR N Lực của hệ thống treo bên trái và bên phải

F XL ,F XR N Thành phần lực dọc tác dụng lên khối lượng được treo

bên trái và bên phải

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô là phương tiện vận tải có vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, vì nó có những ưu điểm đặc biệt hơn hẳn các loại phương tiện vận tải khác: Thông dụng, đơn giản, dễ sử dụng, có tính cơ động cao được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực dân sự cũng như quốc phòng Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, ngành công nghiệp ô tô trên thế giới phát triển ngày càng cao, đã cho ra đời nhiều loại ô tô hiện đại phục vụ cho nhu cầu và mục đích sử dụng của con người Việc thiết kế các hệ thống, các cụm chi tiết trên ô tô, cũng như đánh giá chất lượng làm việc của chúng ngày càng được quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng của ô

tô

Khi ô tô ngày càng hoàn thiện, xã hội ngày càng phát triển về mặt văn hoá, kinh tế và

xã hội thì các tiêu chí đánh giá ảnh hưởng của dao động cũng cần phải được xem xét, đánh giá một cách nghiêm túc Đối với xe tải nói riêng, ngoài yêu cầu về độ êm dịu, ngày nay người ta buộc phải chú ý thêm đến các tiêu chí khác: an toàn hàng hoá, ảnh hưởng của tải trọng động của bánh xe đến đường và mức độ giảm tải trọng dẫn đến làm giảm khả năng truyền lực khi tăng tốc và khi phanh

Việc nghiên cứu xác định lưc động phát sinh giữa bánh xe với mắt đường của ô tô tải trong điều kiện sử dụng tại Việt Nam có ý nghĩa quan trọng và cấp thiết không chỉ với

độ bền của các chi tiết ô tô mà còn với tuổi thọ của cầu đường bộ

Để làm được điều đó, cần xây dựng được mô hình dao động phù hợp với xe tải và với các tiêu chí đánh giá

Hiện nay phương pháp mô phỏng số đang được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các cơ

hệ đặc biệt là hệ dao động của ô tô Cùng với sự phát triển của máy tính, quá trình mô phỏng đã thể hiện được tính ưu việt của nó, đặc biệt là có thể mô tả được cả các hệ phi tuyến cũng như các quá trình vật lý phức tạp

Trong thời gian vừa qua có nhiều tác giả trong và ngoài nước đã đề cập đến vấn

đề nghiên cứu dao động của ô tô, tuy nhiên do tính phức tạp của vấn đề này, phần lớn tác giả đã phải sử dụng giả thiết đơn giản hoá để chuyển hệ dao động thực tế về hệ dao động tuyến tính hoặc phi tuyến yếu

Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, đã có rất nhiều phần mềm tính toán

và có khả năng ứng dụng cao Thực tế đã cho thấy Matlab - Simulink là một trong những phần mềm có khả năng ứng dụng rất cao trong việc giải các bài toán kĩ thuật bằng các tính năng chuyên biệt như: lập trình, xử lý số, đồ hoạ để mô phỏng, phân tích một hệ thống động

Từ những phân tích trên tôi đã lựa chọn đề tài: "Nghiên cứu ảnh hưởng của

dao động ô tô chế tạo tại Việt Nam đến đường xá"

Quá trình thực hiện luận văn gặp nhiều khó khăn do trình độ hiểu biết còn hạn chế, nhưng được sự hướng dẫn tận tình của các thầy trong bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực, Đại học Bách khoa Hà Nội và đặc biệt là PGS TS Lưu Văn Tuấn, tôi đã hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Ngày nay, số lượng ô tô nhập khẩu cũng như lắp ráp, sản xuất trong nước là rất đa dạng về mẫu mã và chủng loại Với trình độ công nghệ ngày càng cao, ô tô ngày càng chạy nhanh hơn, tiện nghi hơn, số lượng ngày càng nhiều và các xe tải ngày càng có khối lượng lớn hơn Chính sự phát triển đó là nguyên nhân dẫn tới những áp lực mới cho xã hội như tai nạn giao thông, tình trạng phá huỷ đường xá ngày càng nghiêm trọng Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ô tô chế tạo tại Việt Nam nhằm nâng cao

an toàn chuyển động và giảm ảnh hưởng xấu của dao động với môi trường là một vấn

đề cấp thiết Chính vì vậy, ngoài những tiêu chuẩn chung của thế giới cần phải có những qui định riêng phù hợp với điều kiện khai thác tại Việt Nam

Ô tô là liên kết của một hệ nhiều vật, các khối lượng đó liên kết với nhau bằng các phần tử có đặc tính phi tuyến phức tạp, có mối liên hệ chặt chẽ với đường có biên dạng phức tạp Dao động của ô tô không những ảnh hưởng đến con người (lái xe và hành khách), hàng hoá chuyên chở, độ bền của các cụm tổng thành, ảnh hưởng đến độ an toàn chuyển động của ô tô mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của đường Đặc biệt trong quá trình chuyển động, sự kích động động học của mấp mô bề mặt đường làm cho ô tô dao động, khi ô tô dao động sẽ phát sinh tải trọng động tác dụng lên hệ thống chịu tải của xe (khung, vỏ), các chi tiết, cơ cấu tổng thành làm ảnh hưởng đến

độ bền và tuổi thọ của chúng

Các nghiên cứu, thiết kế cầu đường thường được dựa trên cơ sở tải trọng tĩnh của ô tô Nếu xác định được tải trọng động tác dụng lên cầu đường có thể đưa ra các qui định hợp lý về tốc độ, tải trọng của xe nhằm nâng cao tuổi thọ cho đường

1.1: Những vấn đề chung

1.1.1: Một số loại xe có tải trọng lớn ở Việt Nam

Theo số liệu thống kê của Cục đăng kiểm Việt Nam, số lượng ô tô tải nhập vào Việt Nam trong những năm gần đây là rất lớn với tổng số gần 150.000, gồm nhiều chủng

loại và mẫu mã khác nhau, do nhiều nước sản xuất như các hãng: Hyundai, Asia,

Daewoo, Man, Mercedes, Hino, Mitsubishi, Maz, Kamaz

Còn theo thống kê của hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) đã cho thấy

sự tăng trưởng khá mạnh mẽ của thị trường xe tải Trong tháng 11/2007, các thành viên hiệp hội đã tiêu thụ 4583 xe tải, Pick - up và Van, so với tháng 10/2007 tăng tới hơn

1000 xe Tháng 10 các doanh nghiệp tiêu thụ được 3404 xe tải, bán tải Năm 2007, tiêu thụ xe tải khoảng 30.000 xe Với tốc độ tăng trưởng như vậy thì thị trường xe tải sẽ có mức tăng trưởng thấp nhất cũng là 20% trong nhiều năm tới

Bảng 1.1: Số lượng ô tô nhập khẩu theo nước sản xuất (Nguồn: Bộ GT-VT)

Đặc biệt với ô tô tải có trọng lượng lớn, tải trọng cho phép không nhỏ hơn 5 tấn đang

sử dụng tại Việt Nam chủ yếu nhập khẩu từ nước ngoài và số ít sản xuất lắp ráp trong nước, điển hình là liên doanh ô tô Hino Motor Việt Nam, số lượng tiêu thụ rất lớn

Ô tô nhập vào Việt Nam đa dạng về chủng loại:

* Ô tô đơn, gồm hai loại vạn năng và tự đổ

+ Theo tải trọng cho phép: Các loại xe có tải trọng cho phép từ 5 đến 10 tấn chủ yếu là

xe 2, 3 trục, công thức bánh xe: 4 X 2, 4 X 4, 6 X 2, 6 X 4, sử dụng lốp 10-20, 11-20 Các loại xe có tải trọng cho phép trên 10 tấn thường là xe 3, 4 trục, công thức bánh xe:

Sơ mi rơ mooc, chủ yếu dùng để chở container tiêu chuẩn, loại 20 feets và 40 feets nhập khẩu từ Trung Quốc và một số cơ sở sản xuất trong nước Do những nguyên nhân khách quan nên thường nhập các cụm tổng thành chính như: Cầu, chân chống, hệ thống điện, phần còn lại thì chế tạo và lắp ráp trong nước

1.1.2 : Các hệ thống treo thông dụng trên xe tải có tải trọng lớn

Hệ thống treo thông dụng trên xe tải chủ yếu là hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi bằng nhíp hoặc khí nén, tuy nhiên hệ thống treo loại nhíp phổ biến hơn vì kết cấu

đơn giản và khả năng chịu tải cũng như độ bền cao

+ Hệ thống treo đơn được bố trí chủ yếu là trên các trục dẫn hướng

+ Hệ thống treo kép là hệ thống treo có hai trục và ba trục

+ Phần tử đàn hồi loại nhíp là dầm chịu uốn gồm một hoặc nhiều lá nhíp, năng lượng dao động tiêu hao một phần do ma sát giữa các lá nhíp

+ Phần tử đàn hồi loại khí, độ cứng thay đổi phi tuyến, không bị tiêu hao năng lượng

do ma sát gây ra, cho phép giảm khối lượng không được treo

+ Hệ thống treo kiểu dầm hai trục nối với nhau bằng dầm cứng thường được sử dụng cho các trục dẫn hướng

+ Hệ thống treo kiểu cân bằng sử dụng phổ biến cho các nhóm trục phía sau, ưu điểm phân tải đều ra các trục, dịch chuyển của trục cân bằng bằng nửa dịch chuyển của bánh

xe

+ Hệ thống treo kiểu dầm - khớp thay đổi từ hệ treo cân bằng hai phần tử đàn hồi cao

su thay cho bộ nhíp, tạo ra lực cản dao động

1.1.3: Lốp dùng trên ô tô

Lốp trên ô tô có tác dụng thu nhận, giảm bớt các va đập nhỏ khi xe chạy trên đường không bằng phẳng nhờ áp suất hơi và đàn hồi của lốp Ngày nay, kết cấu của lốp đã có nhiều thay đổi với các tính năng mới được cải thiện, nâng cao chất lượng của lốp Cấu trúc, vật liệu và độ cứng của lốp ảnh hưởng đến khả năng bám đường, tính êm dịu

và tải trọng tác dụng xuống đường Về kết cấu, xương mành bằng vải sợi bông được

thay thế bằng sợi nhân tạo hoặc sợi kim loại đan chéo kiểu lốp Bias, loại đan sợi hướng tâm kiểu lốp radial Mặt tiếp xúc với nền (hoa lốp) trên xe tải trọng lớn sử dụng loại rãnh lớn và thô Áp suất hơi trong lốp cho phép 0,5 - 0,75 N/mmP

2

P

1 1.4: Mạng đường ô tô tại Việt Nam

Theo TCVN 4054, cấp đường được phân loại theo chức năng qui định trong bảng sau, dùng cho quản lý, khai thác và sửa chữa đường:

Cấp

quản lý

Cấp kỹ thuật

Tốc độ tính toán

V tt (km/h)

Số làn xe yêu cầu

Chức năng chủ yếu của

và với đường trục ô tô hay đường cao tốc

V Cấp 40 và 20 40 và 20 2 hoặc 1 Đường nối các khu dân

cư

Bảng 1.4: Các cấp quản lý của đường ô tô

Cấp kỹ thuật Tốc độ tính toán V tt , km/h Lưu lượng thiết kế tối

thiểu, xe/ nđ

40 40 ≥ 150

Bảng 1.5: Cấp kỹ thuật của đuờng ô tô

Xác định các cấp kỹ thuật của đường căn cứ vào chức năng của mỗi con đường, địa hình của vùng đặt tuyến và lưu lượng xe thiết kế Bảng dưới trình bày phạm vi tốc độ của xe phụ thuộc từng loại đường

Chức năng của đường Địa hình

Đồng bằng Đồi núi Núi

Đường nối các trung tâm kinh tế

Đường nối các trung tâm kinh tế,

văn hoá, chính trị của địa

phương với nhau và với đường

trục ô tô hay đường cao tốc

Bảng 1.6: Bảng lựa chọn cấp kỹ thuật theo chức năng và địa hình của đường

Phân biệt địa hình dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến như sau: Vùng đồng bằng < 10%, vùng đồi từ 10% - 25%, vùng rừng núi > 25%

Cũng theo các số liệu thống kê của Bộ GT-VT, đến năm 2000 Việt Nam có khoảng

20981 km đường bộ, mật độ phân bổ trung bình của hệ thống đường bộ trên toàn lãnh thổ tính trên dân số khoảng 0,8km/1000 dân, thấp hơn so với một số nước trong khu vực (Thái Lan: 1,03 km/1000 dân, Trung Quốc 0,94 km/1000 dân) Tỷ lệ đường dải mặt của Việt Nam đạt 29,6% (không tính đường xã và đường chuyên dụng), ở mức thấp so với các nước trong khu vực (trên thế giới con số này còn lớn hơn 50%) Hiện nay, nhiều nước châu Á đã có đường bộ cao tốc như: Singapore, Malaysia, Hàn Quốc, Trung Quốc, trong số đó tỷ lệ chiều dài đường cao tốc so với chiều dài toàn mạng đường bộ tương đối cao: Singapore 4,4%, Hàn Quốc 2,5%, trong khi Việt Nam vẫn

chưa có đường cao tốc mà chỉ đang có dự án đường cao tốc Bắc - Nam Mặt đường bê tông - xi măng và mặt đường bê tông - nhựa chiếm 9,37% tổng số chiều dài đường bộ, mặt đường đá răm thấm nhựa chiếm 6,4%, mặt đường trải đá, cấp phối và đường đát chiếm trên 80% Từ năm 2000, ngành xây dựng công trình phát triển mạnh đã cải tạo, nâng cấp và xây dựng mới được nhiều tuyến đường như QL1, đường Hồ Chí Minh, đường xuyên Á Tuy nhiên chất lượng mặt đường không cao

Ngoài một số tuyến đường mới được xây dựng, nhìn chung chất lượng mặt đường chưa cao, không được duy trì, bảo dưỡng và nâng cấp, việc sửa chữa cải tạo không đồng bộ, tiêu chuẩn kỹ thuật thấp

Tỷ lệ mặt đường trải nhựa còn thấp (15,5% cho toàn bộ hệ thống; 59,5% với hệ thống quốc lộ)

Khổ đường hẹp (mặt đường rộng từ hai làn xe trở lên trên hệ thống quốc lộ chỉ đạt 26,2%)

Giao thông đô thị yếu kém, thiếu hệ thống giao thông tĩnh thường xuyên ùn tắc, hệ thống vận chuyển công cộng kém phát triển

Khu vực miền Bắc, mạng lưới giao thông đường bộ theo hình dẻ quạt, được xuất phát

từ Hà Nội toả đi các tỉnh và vùng phụ cận, các quốc lộ 1A, 1B, QL 2, QL 5 có mật độ phương tiện tham gia giao thông lớn, các xe có tải trọng lớn thường xuyên quá tải Khu vực miền Nam mạng lưới giao thông phát triển xung quanh thành phố Hồ Chí Minh và các vùng phụ cận, ngoại thành cũng trong tình trạng tương tự

1.2: Tì nh hình nghiên cứu dao động ô tô trên thế giới

Việc nghiên cứu dao động ôtô bắt đầu rất sớm, ngay cả khi ôtô còn rất đơn giản Một

số tác giả kinh điển có thể kể đến là Mitschke, Schiehlen Lần đầu tiên vào năm 1970 Mitschke đã tập trung vào tác phẩm nổi tiếng " Dynamikder Kraftfahrzeuge" tập hợp tất cả các công trình nghiên cứu trước đó, bao gồm 20 trích dẫn Nội dung chính trong quyển B là dao động xe con, mô hình là mô hình 1/4 và được xem xét ở các yếu tố kết cấu có ảnh hưởng đến dao động và tối ưu hệ treo Sau đó, tác giả đề cập chỉ tiêu đánh

giá dao động ô tô, cách tiếp cận mang tính cổ điển Những năm sau này, 1980,

Schiehlen trình bày phương pháp hệ nhiều vật, mô đun hoá các hệ cơ học theo xu thế nghiên cứu dao động bằng phương pháp mô phỏng Ngoài ra, máy tính cũng phát triển

và các thuộc tính của cụm như hệ treo, bánh xe cũng được nghiên cứu sâu hơn, tuy nhiên các nghiên cứu đó vẫn tập trung chủ yếu vào xe con Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể Dao động ô tô

được nghiên cứu trong tổng thể hệ thống" Đường - Xe - Người " Để nghiên cứu riêng

biệt và tổng thể mối quan hệ vừa nêu, các hãng sản xuất ô tô và các cơ quan chuyên môn hàng đầu trên thế giới đã thiết lập các phòng thí nghiệm, xây dựng các bãi thử để nghiên cứu dao động của ô tô, trong đó có kể đến biên dạng thực tế của mặt đường và khả năng của con người chịu tác động của dao động

Hướng chung của nghiên cứu hệ thống tổng thể " Đường - Xe - Người " được chia

thành ba hướng:

- Nghiên cứu về biên dạng mặt đường (nguồn gây ra dao động)

- Nghiên cứu hệ dao động ô tô (hệ thống treo )

- Nghiên cứu cảm giác của con người và sự an toàn hàng hoá chuyên chở

a Nghiên cứu biên dạng mặt đường:

Thường được tiến hành bằng thực nghiệm kết hợp với xử lý bằng lý thuyết, tác giả P.B Pomehseps đã đưa ra đặc tính thống kê của biên dạng mặt đường đồng thời đưa ra các giả pháp và công thức tính toán phân tích dao động của xe bằng phương pháp xác định

và phân tích phổ cho các loại đường

b Nghiên cứu dao động của ô tô: Là cần thiết với mục đích hoàn thiện kết cấu hệ

thống treo, nhằm mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh

tế, tính dẫn hướng và độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy của ô tô đặc biệt đối với xe hiện đại là một việc không thể thiếu được Vì vậy nghiên cứu dao động của

ô tô là xác lập mối quan hệ dao động của ô tô với chỉ tiêu chất lượng khai thác ở trên Nghiên cứu dao động của ô tô được tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau được

trình bày cụ thể trong các công trình khoa học của các tác giả nổi tiếng của Nga: H.H Lasenko theo những mục đích và khía cạnh khác nhau Nhưng đều chung một bài toán

cơ bản là khi nghiên cứu dao động ô tô làm rõ ảnh hưởng của sự thay đổi các thông số của hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ dao động Trên cơ sở như vậy kết hợp với số liệu thử nghiệm và các số liệu sử dụng tiến hành chuyển bài toán phân tích sang bài toán tối ưu các thông số của hệ ô tô dao động đang khảo sát

Tóm lại, khi nghiên cứu dao động của ô tô các tác giả đã tập trung xác định các thông

số hợp lý của hệ thống, tạo cơ sở cho việc thiết kế hoàn thiện các phần tử của hệ thống treo bao gồm các bộ phận chính là:

c Nghiên cứu cảm giác con người:

Trong ô tô việc khó khăn hơn việc xác định an toàn cho hàng hoá chuyên chở Trong một số sách tham khảo, nhiều tác giả đã đề cập đến vấn đề khi đi ô tô con người sẽ cảm thấy mệt mỏi nhất là thần kinh Vì vậy cần thiết nghiên cứu sự mệt mỏi về thể xác, các chỉ tiêu đánh giá cho từng nhóm người theo từng độ tuổi khác nhau Ngoài ra còn phải nghiên cứu sự phản ứng của các cơ quan, bộ phận trên cơ thể con người liên quan đến việc điều khiển xe, từ đó tạo cơ sở cho công việc tuyển chọn lái xe ô tô Hiện nay người ta tập trung vào hai hướng nghiên cứu con người: Lái xe điều khiển ô tô trên đường và hành khách chịu dao động Cả hai hướng này ngày càng được quan tâm nghiên cứu và hoàn thiện hơn

1.2.1 Chỉ tiêu đánh giá dao động

Lực động bánh xe và gia tốc thẳng đứng là đối tượng để xác định các chỉ tiêu đánh giá

Chỉ tiêu đánh giá Các thông số dao động ô tô

- An toàn chuyển động

- Khả năng chịu tải của đường Lực động bánh xe

- Độ êm dịu của hành khách

- Độ êm dịu của hàng hoá Gia tốc thẳng đứng

Bảng 1.7: Qui định chỉ tiêu đánh giá dao động

Căn cứ vào điều kiện khai thác, có hai giá trị giới hạn lựa chọn: Giới hạn cảnh báo và giới hạn can thiệp Nếu đối tượng nghiên cứu là xe du lịch, xe khách chỉ tiêu đánh giá

là độ êm dịu

Đối với xe có tải trọng lớn, ngoài chỉ tiêu về tải trọng động tác dụng lên chi tiết ô tô và

an toàn chuyển động, một chỉ tiêu rất quan trọng khác là khả năng chịu tải của đường Khi ô tô chuyển động trên đường dao động xuất hiện trong toàn bộ hệ thống của xe dưới tác động kích thích của các mấp mô biên dạng đường Dao động của ô tô ảnh hưởng đến bản thân người lái và hành khách, hàng hoá chuyên chở trên xe, độ bền, tuổi thọ của các kết cấu ôtô Nghĩa là trong quá trình chuyển động ô tô luôn bị dao động, với thời gian kéo dài sẽ gây ra mệt mỏi với người lái và hành khách, làm giảm hiệu suất công việc, có thể gây ra nguy cơ mắc bệnh thần kinh và não dẫn đến mất phản ứng linh hoạt và điều khiển chính xác gây ra tai nạn giao thông

Vì vậy khi nói đến dao động của ô tô theo quan điểm của chế độ sử dụng thì: độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động của dao động có ảnh hưởng xấu tới con người, hàng hoá và các kết cấu của ô tô Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì dao động của ô tô gây ra sự thay đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ là giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc, ngang (lực kéo, lực phanh, lực bám ngang), dẫn đến hiện tượng tách bánh khỏi mặt đường gây mất an toàn khi xe chuyển động, phanh, quay vòng còn khi giá trị

phản lực này tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường và ngược lại với các kết cấu của xe.Từ các khái niệm trên để có thể đánh giá chất lượng xe một cách khách

quan, chính xác cần phải nghiên cứu và phát triển lý thuyết dao động trong tất cả lĩnh vực liên quan Nghiên cứu tổng quát về dao động ô tô là giả quyết mối quan hệ:

Quá trình nghiên cứu dao động của ô tô là quá trình xác định các thông số của hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử giảm chấn và bộ phận dẫn hướng Có như vậy mới tạo ra được một hệ dao động có chất lượng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao trình độ công nghệ thiết kế, cải tiến ô tô, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năng suất vận chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân

Các tính chất dao động của ô tô thường được đánh giá theo hai quan điểm:

- Đánh giá theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc dao động có tính chất quyết định vì nó tác động lên lái xe và hành khách

- Theo quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền thì giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là thông số mang tính chất quyết định

a Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển hàng đầu trên thế giới đã đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động khác nhau Dựa vào các công trình nghiên cứu của nước ngoài và các tài liệu của Viện khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đưa ra một số chỉ tiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau:

+ Chỉ tiêu về tần số: Con người khi tham gia vào giao thông cũng là một hệ dao động,

" đi lại" là hoạt động thường xuyên của con người và đã trở thành một thói quen Khi con người đi lại tương đương với thực hiện một hệ dao động, tuỳ thuộc vào hình dáng, trọng lượng riêng, thói quen từng người mà số lần bước trong một phút thường trong khoảng 60 - 90 bước, tương ứng với tần số dao động khoảng 1 - 1,5Hz Vậy nên từ thói quen đó con người chịu dao động hợp lý trong khoảng tần số vừa nêu trên đó Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô với các điều kiện mặt đường cũng như kết cấu cụ thể thì tần số dao động của ôtô phải nằm trong giới hạn 1 - 1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh giá dao động của ôtô như sau:

-Đối với xe con (xe du lịch) n = 60/90(dđ/ ph)

- Đối với xe tải n = 100/120 (dđ/ ph)

+ Chỉ tiêu về gia tốc dao động:

Chỉ tiêu này được xác định dựa trên cơ sở trị số bình phương trung bình của gia tốc theo phương X, Y, Z là: X Y Z  ; ; ; Chúng có các giá trị sau:

( 2) ( 2) ( 2)

/ 5 , 2

; / 7 , 0

; /

b Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường

Theo quan điểm về an toàn chuyển động (xét theo khía cạnh về tính điều khiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường cũng là thông số quan trọng để đánh giá Lực động Fd(t) xác định phức tạp hơn

vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ôtô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường.Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì dựa vào trị số lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của Fd(t) để đánh giá, nếu Fd(t) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động đến lốp xe và các bộ phận, chi tiết của xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn Mặt khác, để giảm

sự ảnh hưởng của Fd(t) thì trong trường hợp giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa là làm giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến (nhất là khi phanh) và lực ngang (quan trọng khi quay vòng) Trong trường hợp đặc biệt, bánh xe bị nảy khỏi mặt đường khi đó lực tác dụng từ đường lên bánh xe sẽ bằng 0 và ô tô sẽ mất tính điều khiển Để đánh giá tính chất dao động của ôtô theo quan điểm về an toàn chuyển động cần xác định tỷ số giữa lực động Fd(t) và tải trọng tĩnh của bánh xe là: t

Khảo sát dao động của ôtô người ta quan tâm đến sự bám của lốp với mặt đường, nhằm đảm bảo dao động của ôtô thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng bánh xe vẫn phải bám đường, nếu không đạt hai chỉ tiêu đó sẽ dẫn đến làm mất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu

Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đường có thể xác định như sau:

ξ: Là chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng

q: Là chiều cao mấp mô biên dạng đường

Có thể xác định giá trị ξtdmax là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối của bánh xe với đường theo biểu thức:

- Mục tiêu nghiên cứu

- Cấu trúc riêng của đối tượng nghiên cứu

- Khả năng tính toán và phương tiện tính toán

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật khả năng tính toán hầu như không bị hạn chế (có nhiều phần mềm mạnh hỗ trợ tính toán), nên khi chọn và lập mô hình thường căn cứ vào mục tiêu, đặc điếm kết cấu của đối tượng

Về mục tiêu nghiên cứu có thể bao hàm các vấn đề sau:

1.Nghiên cứu tối ưu hệ treo, kể cả hệ treo tích cực Đối với mục tiêu này chỉ nghiên cứu mô hình 1/4 là đủ

2 Nghiên cứu về dao động liên kết, thường dùng mô hình phẳng, mô hình phẳng cũng còn dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của đường

3 Nghiên cứu sự trượt và lật dưới tác động của ngoại lực như đường mấp mô, gió bên nên thường sử duạng mô hình1/2

Sau đây là một số mô hình cơ bản được trình bày trong nhiều tài liệu của các tác giả nổi tiếng

a Mô hình 1/4:

Mô hình 1/4 bao gồm hai khối lượng được treo M (thay thế cho khối lượng thân xe) và không được treo mU( thay thế cho khối lượng bánh xe, cầu xe và các thành phần liên kết)

Phần treo và không được treo liên kết với nhau thông qua các phần tử đàn hồi của treo

và giảm chấn, có độ cứng là C , hệ số cản giảm chấn K , xem hình dưới đây

Hình 1.3: Mô hình 1/4

Để có thể chuyển mô hình vật lý thành mô hình động lực học hệ dao động ô tô, cần phải có một số giả thiết nhằm đơn giản cho việc tính toán nhưng vẫn đảm bảo tính đúng đắn của kết quả Quá trình nghiên cứu trong mô hình 1/4 chỉ xét dao động của một trong bốn bánh xe, dao động của hệ là nhỏ, tuyến tính, xung quanh vị trí cân bằng tĩnh, bánh xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc với đường

Mô hình 1/4 có thể dùng để chọn tối ưu các thông số như độ cứng lốp, khối lượng không được treo m, độ cứng C và hệ số cản giảm chấn K theo các hàm mục tiêu vừa nêu trên

Trong quá trình nghiên cứu các hệ số K và C có thể được mô tả phi tuyến:

(1.4) Việc này có ý nghĩa trong bài toán điều khiển hệ treo

b Mô hình dao động liên kết

Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô hai cầu ở dạng mô hình phẳng, có nghĩa là ô tô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và xem sự mấp mô của biên dạng đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau

Khối lượng treo được qui dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng M (đại diện cho khối lượng được treo là thân xe) và m1,m2 (đại diện cho khối lượng không được treo là cầu xe) với bốn bậc tự do là: Z; ϕ, ξ1; ξ2

Hình 1.4: Mô hình phẳng dao động ô tô hai cầu

Mô hình này hiệu quả với bài toán bố trí chung và là mô hình đơn giản khi nghiên cứu

về đường và phân bổ tải trọng khi phanh

c Mô hình 1/2

Mô hình 1/2 được một số tác giả phương tây như Dorling đề cập với mục tiêu nghiên cứu thanh ổn định Mô hình 1/2 có hai khối lượng được treo và không được treo với các thông số vật lý là (m,J) và (mA, JA), liên kết qua hệ treo với thông số vật lý là(C,K) Lốp là phần tử đàn hồi theo cả hai phương Z và Y Ngoại lực F1theo phương ngang và

F2theo phương Z

Hình 1.5: Mô hình 1/2

d Mô hình không gian xe con

Hình 1.6: Mô hình không gian xe con

Mô hình không gian xe con được Kortum/ Lugner đưa ra như trong hình 1.6

Xe con có khối lượng bé, nhưng lại có yếu tố phi tuyến hình học và vật lý lớn nên không thể bỏ qua khi lập mô hình Đặc điểm kết cấu là vỏ chịu lực, treo độc lập có yếu

tố phi tuyến hình học cao Với mô hình không gian thì coi khối lượng được treo như một tấm phẳng cứng tuyệt đối Nghiên cứu xe nhiều cầu có kết cấu vỏ chịu lực cũng sử dụng mô hình này

1.2.3 Nguồn kích thích gây dao động

Độ mấp mô mặt đường là nguồn kích thích chính gây ra dao động Mấp mô biên dạng mặt đường có thể được mô tả như sau:

- Mấp mô đơn (dạng xung): Các xung đơn vị

- Mấp mô có qui luật điều hoà: Hàm sin

+ Mô tả bằng các hàm ngẫu nhiên: Đánh giá qua các đặc trưng thống kê: Giá trị trung bình, bình phương trung bình, hàm tương quan, hàm mật độ phổ

1.2.4 Thí nghiệm về dao động ôtô

Thí nghiệm về dao động ôtô, xác định lực động của bánh xe gồm hai dạng:

+ Thí nghiệm trên bệ thử phục vụ cho nghiên cứu lý thuyết xác định đặc tính kỹ thuật của hệ thống, cụm tổng thành

+ Thí nghiệm ôtô trên đường: Khi cần xác định các tính năng khai thác của xe Xác định lực động bánh xe được thực hiện bằng các thiết bị bố trí trên trục xe và mặt

đường

Thí nghiệm trên bệ thử có thể dễ kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng hơn so với khi là thí nghiệm trên đường, tuy nhiên thí nghiệm trên đường đa dạng và sát với thực tế hơn

1.3 Tình hình nghiên cứu dao động ở Việt Nam

Ngành công nghiệp ôtô ở Việt Nam đang trong quá trình hình thành và phát triển dần trở thành ngành công nghiệp hàng đầu của đất nước Những năm vừa qua, ôtô Việt Nam không ngừng vươn lên đạt được những thành tựu mới để có thể hội nhập với khu vực và thế giới Nhưng về lĩnh vực nghiên cứu dao động ôtô thì vẫn còn ở mức chưa tập trung, một số công trình nghiên cứu mà phần nhiều là các luận án tiến sỹ, thạc sỹ và

tốt nhiệp đại học Luận án tiến sỹ của tác giả Võ Văn Hường " Nghiên cứu, hoàn

thiện mô hình khảo sát dao động ôtô tải nhiều cầu" Tác giả đã nghiên cứu sâu về lập

mô hình dao động không gian cho xe tải có yếu tố dao động ngang, khung xoắn chịu lực, thanh ổn định, có hệ thống treo có đặc tính phi tuyến, hàm kích động riêng rẽ và tổng hợp Mô hình có thể nghiên cứu các dao động ở vùng cận biên như tách bánh xe, quá trình va chạm vấu hạn chế treo, trượt và lật

Luận án tiến sỹ của tác giả 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", đã đề ra nâng

cao độ êm dịu cho xe khách Ba Đình đóng trên cơ sở IFA; Trong luận văn này tác giả

đã chú ý mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung và vỏ là kết cấu đặc trưng của xe ca: Xe

ca có kết cấu khung - vỏ chịu lực

Luận án của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu " Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên

khung xương ôtô khi chuyển động trên đường" Tác giả chú trọng nghiên cứu ảnh

hưởng của đường và xác định các hàm ngoại lực cho bài toán tính khung - xương

Luận án tiến sỹ của tác giả Nguyễn Văn Trà: " Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống treo

bán tích cực ở sơ đồ 1/4 để nâng cao độ êm dịu chuyển động của ôtô"

Tác giả đã sử dụng lý thuyết điều khiển, thay đổi thông số hệ thống treo nhằm nâng cao

độ êm dịu chuyển động cho ôtô

Luận án tiến sỹ của tác giả Trần Minh Sơn " Nghiên cứu khả năng chịu tải của

khung - xương xe ca tự đóng dưới tác dụng của tải trọng mặt đường ngẫu nhiên ở Việt Nam", nghiên cứu độ bền khung vỏ khi xe chuyển động trên đường mấp mô bằng

phương pháp phần tử hữu hạn

Tác giả Trịnh Minh Hoàng trong luận văn cao học đã trình bày một mô hình dao động

xe tải hai cầu ( không gian) và mô phỏng bằng Matlab- Simulink Phần mô hình và

tính toán khá hoàn chỉnh, đã trình bày một phần dao động dưới kích động ngẫu nhiên của mặt đường

Đặc biệt, trong giáo trình " Dao động ôtô" tác giả Vũ Đức Lập đã trình bày khá đầy đủ

các mô hình dao động, phương pháp nghiên cứu, là cơ sở cho nhiều nghiên cứu dao động sau này

Nhận xét về một số kết quả, nghiên cứu dao động ôtô của Việt Nam:

Ngành ôtô Việt Nam vẫn còn non trẻ, số công trình về nghiên cứu dao động ở Việt Nam còn quá ít, nên để đưa ra một đánh giá hoàn chỉnh là rất khó khăn Tuy nhiên, những hạn chế trong các luận án của tác giả Việt Nam cũng không vượt ra ngoài những hạn chế về nghiên cứu dao động của các tác giả trên thế giới Những hạn chế này đều

có tính lịch sử, do bị hạn chế về phương pháp tính, sự phát triển của đối tượng và do mục tiêu nghiên cứu đề ra

1.3.1: Phân tích chọn mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

a Mục tiêu nghiên cứu dao động

Mục tiêu của quá trình nghiên cứu dao động không chỉ dừng lại ở việc nâng cao độ êm dịu, nâng cao tuổi thọ chi tiết mà còn có các chỉ tiêu quan trọng không kém khác là đảm bảo khả năng truyền lực, dao động không gây tổn hại đến cầu và đường, nhất là dao động xe tải

Xét theo phương thẳng đứng, nhều tác giả chú ý đến dao động của khối lượng được treo, ít chú ý đến mô tả dao động của khối lượng không được treo (cầu xe), là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ bền chi tiết, an toàn động lực học và mức độ phá đường

Sơ đồ sau đây chỉ ra mục tiêu và đối tượng có thể can thiệp để đạt được các chỉ tiêu về dao động

Hình 1.7: Mối quan hệ dao động để chọn hàm mục tiêu

Xét cấu trúc theo phương thẳng đứng có thể thấy khối lượng không được treo dao động tương đối giữa đường và khối lượng được treo Do vậy nhiều khi mục tiêu về êm dịu

đối lập với mục tiêu về tải trọng động hay là mục tiêu động lực học của khối lượng

được treo đối lập với động lực học bánh xe, vì thế khi thiết kế sẽ chú ý đến yếu tố này:

Độ cứng treo ở hành trình nén khác với độ cứng ở hành trình trả, độ cản của giảm chấn

ở hành trình nén khác với độ cứng ở hành trình trả, vấu hạn chế đặt ở hành trình nén

mà không đặt ở hành trình trả Những yếu tố này trước đây nhiều tác giả đã bỏ qua, coi

độ cứng treo và hệ số cản giảm chấn là hằng số và không mô tả sự va chạm giữa khối lượng được treo và khối lượng không được treo, muốn mô hình dao động ngày càng

- Người

- Hàng hóa

Động lực học khối lượng được treo

Động lực học khối lượng không được

treo

Động lực học đường

Ngoại lực

Độ êm dịu, an toàn hàng hóa, không gian hệ thống treo

Độ bền chi tiết, an toàn động lực học

Mức độ ảnh hưởng đến cầu và đường

hoàn thiện và sát thực tế hơn không nên bỏ qua các yếu tố kể trên trong quá trinh mô phỏng dao động

Khi nghiên cứu mức độ thân thiện của hệ treo ôtô với cầu và đường không thể chỉ xét một bánh xe mà còn phải xét ảnh hưởng tổng thể Như vậy, xây dựng một mô hình dao động không gian là nhu cầu thực tế Khi ngiên cứu dao động không gian phải xét đến yếu tố ảnh hưởng của dao động phương dọc và phương ngang Một số tác giả đã coi khối lượng được treo là đồng nhất như một tấm phẳng, theo đó các khối lượng không được treo gắn với nó qua hệ treo, có thể là treo độc lập, cũng có thể là treo phụ thuộc, tấm phẳng đó là cứng tuyệt đối, không chịu uốn và không chịu xoắn Mô hình đó phù hợp với xe con, xe tăng, xe bọc thép, có kết cấu vỏ chịu lực

Xe tải là đối tượng ít được nghiên cứu hơn, mức độ cạnh tranh có thể không bằng so với thị trường xe du lịch Về cấu tạo, xe tải có hai khối lượng được treo riêng biệt đặt trên hai dầm dài, dầm dài có thể chịu cứng và chịu uốn nhưng không cứng khi chịu xoắn Khái niệm dưới rất quan trọng khi phân tích lập mô hình:

- Vỏ chịu lực hay khung chịu lực và treo độc lập hay treo phụ thuộc

Từ đó có thể có ba loại cấu trúc và ba loại mô hình:

- Vỏ chịu lực + treo độc lập (xe con hiện đại, xe tăng, xe bọc thép)

- Vỏ chịu lực + treo phụ thuộc (ở một số xe con cũ, treo sau phụ thuộc)

- Khung chịu lực + treo phụ thuộc

- Khung chịu lực + treo cân bằng

Như vậy số cầu không có nhiều ý nghĩa trong việc phân tích cấu trúc Xe tải có kích cỡ khác nhau, tải trọng khác nhau, khung chịu lực nhưng có thể có hai kiểu treo Như vậy, không thể thiết lập được một mô hình dao động chung cho xe tải Quá trình nghiên cứu

và phát triển mô hình dao động xe tải bao hàm hai lý do sau:

- Mục tiêu nghiên cứu dao động xe tải thiên về giảm thiểu tải trọng động, ít ảnh hưởng đến cầu và đường, nâng cao an toàn động lực học

- Mô tả gần thực hơn dao động xe tải: Có hai khối lượng được treo, khung chịu xoắn,

va chạm trong hệ treo và va chạm bánh xe với đường

Hai lý do nêu trên có mối quan hệ mật thiết với nhau

b Đối tượng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu được chọn là xe taỉ hai cầu, treo phụ thuộc Vì mục đích đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng dao động của ô tô đến đường xá, nên cần thiết phải lập mô hình nghiên cứu dao động cho xe tải Sử dụng phần mềm Matlab – Simulink để mô phỏng quá trình dao động Cũng do mục tiêu của đề tài nên cần thiết phải xác định hệ số tải

trọng động lực học DLC để đánh giá chỉ tiêu tải trọng động, hơn nữa kế quả này còn cho phép khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu đến hệ số tải trọng động lực

học DLC Kết quả nghiên cứu dao động, cụ thể là tính lực động của xe tải khi đi trên đường, cho phép mở rộng nghiên cứu mô hình tính toán bền khung xe, sử dụng kết hợp

phần mềm Ansys Workbench

1.3.2 Tính c ấp thiết của đề tài

Tình hình nghiên cứu thiết kế ô tô ở Việt Nam nói chung cũng như việc nghiên cứu dao động nói riêng vẫn còn gặp nhiều khó khăn và những hạn chế nhất định, có thể ở

Việt Nam chưa có áp lực của sự cạch tranh và do đó chưa có những đặt hàng đích thực cho việc nghiên cứu dao động Tuy nhiên, nếu Việt Nam muốn có những xe cho riêng mình thì buộc phải nghiên cứu một cách cơ bản quá trình thiết kế hệ thống chứ không

phải chỉ thiết kế cụm như hiện nay

Vì thế xây dựng mô hình dao động tổng quát sẽ là cần thiết ở khâu thiết kế mẫu Hiện nay các chuyên gia về cầu đường sử dụng phản lực tĩnh của ô tô lên cầu và đường để nghiên cứu mô hình cầu và đường, nếu mô hình dao động ô tô được xây dựng hoàn hảo thì có thể xác định được các tải trọng động tác dụng lên cầu và đường đúng đắn hơn Các tải trọng động đó là thông số đầu vào của mô hình cầu và đường, nó cho phép xác định thông số đầu ra của mô hình cầu và đường chính xác hơn Từ đó, cho phép xác

định phân luồng giao thông trên cầu (khoảng cách và tốc độ các xe) nhằm giảm sự quá

tải và tăng tuổi thọ cho cầu

Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ô tô chế tạo tại Việt Nam đến đường xá có ý nghĩa quan trọng và cấp thiết không chỉ với độ bền của các chi tiết ô tô mà còn với tuổi

thọ của cầu đường bộ

K ẾT LUẬN CHƯƠNG I

Chương tổng quan đã phân tích các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô, đối với xe tải, ngoài độ êm dịu, quyết định bởi thân xe còn có chỉ tiêu liên quan đến tải trọng động đánh giá ảnh hưởng đến độ bền, khả năng truyền lực và ảnh hưởng của dao động đến

cầu và đường, những yếu tố đó có liên quan trực tiếp đến dao động của cầu xe

Phần tổng quan cũng đã đưa ra một số mô hình dao động khác nhau, trong đó có một

số hạn chế về mô tả các yếu tố phi tuyến như va chạm và tách bánh, đặc biệt là mô hình không gian không mô tả được cấu trúc xe tải là khung chịu lực, hai khối lượng được treo

CH ƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG

Trong quá trình chuyển động, nếu ô tô đi qua những đoạn đường ghồ ghề, không bằng phẳng, sẽ sinh ra dao động của các khối lượng được treo và không được treo, sinh ra lực động giữa bánh xe và mặt đường Phản lực thẳng đứng từ mặt đường lên bánh xe là một trong những thành phần lực chính tác dụng lên hệ thống, tổng thành

và chi tiết ô tô Đây là dạng lực động và phụ thuộc vào điều kiện khai thác như mấp mô

mặt đường, tốc độ chuyển động, kết cấu của hệ thống treo, lốp

F : giá trị lực tĩnh của bánh xe

Giá trị lực động ở trục thứ i (i= 1, 2) được xác định theo công thức:

Trong đó: CLi : Độ cứng của hệ thống treo trên cầu thứ i

KLi: Hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo trên cầu thứ i

qi(t): Độ mấp mô mặt đường ở vết bánh xe cầu thứ i

ξi: Độ dịch chuyển tâm bánh xe cầu thứ i

Sai lệch bình phương trung bình của lực động xác định theo biểu thức sau:

Để đánh giá lực động tương tác giữa bánh xe và mặt đường, dùng hệ số thải trọng động

lực học DLC( Dynamic Load Coefficient)

( )

t z

d z zt

Fd

F

t F F

2.2 Các ch ỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng của lực động

2.2.1 Ảnh hưởng đến độ bền chi tiết ô tô

Thông qua hệ số tải trọng động kd, sẽ đánh giá được mức độ ảnh hưởng của lực động đến độ bền chi tiết trên ô tô

( )

t z

d d

Với 95% lực thường xuyên xuất hiện: kd = 1 , 64 DLC (2.8)

2.2.2 Ảnh hưởng đến an toàn chuyền động

An toàn chuyển động của ô tô trong trường hợp này là khả năng truyền lực kéo, lực phanh của bánh xe và ổn định quĩ đạo chuyển động của ô tô Khả năng này phụ thuộc vào mức độ thay đổi lực động bánh xe

Trong trường hợp d

z

t

F = − , lực bánh xe tại thời điểm Fz( ) t = 0, bánh xe sẽ tách

khỏi mặt đường, đây là hiện tượng tách bánh

Để đảm bảo an toàn chuyển động, tác giả người Đức M.Mitschke đã đưa ra giới hạn:

t z

d

F =−0,5 giới hạn cảnh báo, phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe đã giảm một

nửa, chứng tỏ đường đã xuống cấp, cần có kế hoạch sửa chữa