(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng động đến an toàn chuyển động của loại xe khách khi chuyển động trên đường

LỜI CAM ĐOAN

Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Lê Thiện Kim Ngân

trang 5


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật
Tp.HCM, đặc biệt là q thầy cơ khoa Cơ khí Động Lực đã giảng dạy, tạo điều
kiện cho tơi hồn thành khóa học này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS.TS Nguyễn Văn Phụng, ngƣời đã hết
lịng và tận tình hƣớng dẫn tơi thực hiện luận văn này.
Tôi xin gửi lời cám ơn đến ban lãnh đạo Trung Tâm Ứng dụng Tiến bộ Khoa
học và Công Nghệ - Sở Khoa học và Công Nghệ tỉnh Đồng Nai đã tạo điều kiện
cho tôi trong suốt q trình học tập.
Mặc dù luận văn đã hồn thành nhƣng chắc chắn cịn nhiều thiếu sót, rất
mong đƣợc sự đóng góp ý kiến của q thầy cơ để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.

Học viên

Lê Thiện Kim Ngân

trang 6

TÓM TẮT
Việc xác định tải trọng động tác dụng lên thân xe có ý nghĩa và vai trị vơ cùng
quan trọng. Đề tài đƣợc tiến hành nghiên cứu theo phƣơng pháp đang đƣợc áp dụng
trên thế giới khi nghiên cứu về dao động trên ô tô là vận dụng tối đa thành tựu công
nghệ thông tin để rút ngắn thời gian tính tốn, tăng độ tin cậy và năng suất tính
tốn.
Luận văn tính tốn xuất phát từ việc xây dựng mơ hình tốn học, thiết lập các
phƣơng trình vi phân mô tả chuyển động của ô tô đã đƣợc mô hình hóa, bài tốn
dao động ơ tơ sẽ đƣợc giải bằng một chƣơng trình máy tính cho kết quả nhanh
chóng và chính xác. Luận văn này sử dụng phần mềm Matlab để giải bài tốn dao
động ơ tơ. Mục đích của luận văn là nghiên cứu ảnh hƣởng của tải trọng động đến
an toàn chuyển động của xe, dựa vào kết quả tính tốn ta có thể xác định đƣợc điều
kiện để xe chạy an toàn trên đƣờng, xác định đƣợc vận tốc tới hạn và độ cao mấp
mô nguy hiễm mà tại đó xe có thể bị mất lái, mất phanh hoặc mất lực kéo.

SUMMARY
The determination of dynamic loads acting on the vehicle body significance
and crucial role. Subject is studied by the method being applied worldwide ranged
from a study of car is the maximum use of information technology achievements to
shorten calculation time, increased reliability and yield calculations.
Thesis calculations derived from the construction of mathematical models,
set the differential equations describing the motion of the cars have been modeled,
automotive oscillation problem will be solved by a computer program the results
quickly and accurately. This paper uses Matlab software to solve the problem
ranged cars. The aim of the thesis was to study the effects of dynamic loads to safe
movement of the car, based on the results of calculations can determine the
conditions for safe movement of vehicles on the road, determine the velocity to

trang 7

term and dangerous bumpy altitude at which the vehicle can lose steering, braking
or loss took scissors.

trang 8


MỤC LỤC
Trang tựa ...................................................................................................................1
Quyết định giao đề tài ...............................................................................................2
Lý lịch cá nhân ..........................................................................................................3
Lời cam đoan .............................................................................................................4
Lời cảm ơn ................................................................................................................6
Tóm tắt ......................................................................................................................7
Mục lục ......................................................................................................................8
Danh mục các hình………………………………………………………………..11
DANH MỤC CÁC BẢNG..................................................................................... 14
CHƢƠNG TỔNG QUAN ...................................................................................... 15
1.1 Đặt vấn đề ...................................................................................................... 15
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nƣớc:................................................... 16
1.3 Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 17
1.4 Đối tƣợng nghiên cứu: ................................................................................... 17
1.5 Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 18
1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài .............................................................................. 18
1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu ............................................................................... 18
1.8 Nội dung đề tài ............................................................................................... 19
CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................... 20
2.1 Kết cấu hệ dao động ôtô ................................................................................ 20
2.1.1 Khối lƣợng đƣợc treo ................................................................................. 20

2.1.2 Khối lƣợng không đƣợc treo ...................................................................... 20
2.1.3 Hệ thống treo .............................................................................................. 20
2.1.4 Lốp ............................................................................................................. 21
2.2 Thông số kết cấu, tác dụng các bộ phận của hệ thống treo ........................... 21
2.2.1 Thành phần đàn hồi .................................................................................... 21
2.2.2 Bộ phận giảm chấn ..................................................................................... 22

trang 9


2.2.3 Bộ phận dẫn hƣớng .................................................................................... 23
2.2.4 Sự đàn hồi của lốp ...................................................................................... 23
2.3 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đƣờng .... 23
2.5 Các khái niệm tƣơng đƣơng........................................................................... 29
2.6 Các giả thiết ................................................................................................... 29
2.7 Mơ hình khơng gian ....................................................................................... 29
2.8 Các chế độ tải trọng tác dụng ........................................................................ 31
2.9 Xác định moment quán tính khối lƣợng ........................................................ 32
2.9.1 Xác định moment quán tính khối lƣợng phần đƣợc treo Ix, Iy.................... 32
2.9.2 Tính Ixra monen quán tính khối lƣợng của cụm 4 bánh xe sau và cầu sau . 33
2.10 Tính tốn độ cứng nhíp: ............................................................................... 34
2.11 Xác định độ cứng lốp xe ktf , k tr .................................................................. 35
2.12 Biên dạng mặt đƣờng dạng bán bình phƣơng hàm sin ................................ 36
CHƢƠNG 3THƠNG SỐ TÍNH TỐN MƠ PHỎNG........................................ 37
3.1 Kết cấu xe Hyundai County ........................................................................... 37
3.2 Thông số kỹ thuật xe Hyundai County .......................................................... 37
3.3 Tính tốn độ cứng nhíp .................................................................................. 39
3.4 Xác định độ cứng lốp xe ktf , k tr .................................................................... 40
3.5 Tính momen quán tính khối lƣợng phần đƣợc treo ....................................... 41
3.6 Tính momen quán tính khối lƣợng I xra của cầu sau ...................................... 42

3.7 Thơng số tính tốn xe Huyndai County ......................................................... 43
3.8 Tính tốn ổn định ........................................................................................... 44
3.8.1 Xác định bán kính quay vịng của ơ tơ ....................................................... 44
3.8.2 Tính ổn định dọc ơ tơ .................................................................................. 46
3.8.3 Tính ổn định ngang ơ tơ .............................................................................. 47
3.9 Áp dụng phƣơng trình Lagrange II để tính tốn tải trọng động .................... 49
Động năng K của hệ: ........................................................................................... 49
Thế năng V của hệ: .............................................................................................. 50
Hàm tiêu tán D của hệ: ........................................................................................ 50

trang 10


3.10 Phƣơng pháp xác định tải trọng động .......................................................... 53
3.11 Kết quả tính tốn cho trƣờng hợp biên dạng mặt đƣờng dạng bán bình
phƣơng hàm sin ................................................................................................... 53
Tần số tự nhiên và dạng dao động:...................................................................... 53
Động lực học: ...................................................................................................... 60
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ............................................... 65
4.1 Kết luận ......................................................................................................... 65
4.2 Hƣớng phát triển đề tài………………………………….…………………..66

trang 11


DANH MỤC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1 Bố trí chung trên ơ tơ Huyndai County ...................................................16
Hình 2.1 Quan hệ tần số dao động riêng n phần đƣợc treo với độ võng tĩnh ft .......20
Hình 2.2 Sự biến thiên của tải trọng thẳng đứng theo thời gian ...........................20
Hình 2.3 Sự phân bố xác xuất tải trọng thẳng đứng đặt lên bánh xe .....................22
Hình 2.4Mơ hình khơng gian hệ giao động ơ tơ khách ..........................................28
Hình 2.5 Chế độ tải trọng uốn ................................................................................29
Hình 2.6 Chế độ tải trọng xoắn ..............................................................................30
Hình 2.7 Khối hộp thân xe chữ nhật đồng chất ......................................................31
Hình 2.8 Mơ hình giả định tính tốn momen qn tính khối lƣợng cầu sau ..........32
Hình 2.9 Thơng số kích thƣớc lị xo lá ..................................................................32
Hình 2.10 Mặt cắt của lốp xe..................................................................................33
Hình 2.11 Biên dạng mặt đƣờng dạng bán bình phƣơng hàm sin ..........................34
Hình 3.1 Kết cấu xe Hyundai County ....................................................................35
Hình 3.2 Thơng số kích thƣớc lị xo lá ...................................................................37
Hình 3.3 Mặt cắt lốp xe ..........................................................................................38
Hình 3.4 Khối hộp thân xe đồng chất .....................................................................39
Hình 3.5 Mơ hình giả định tính momen qn tính khối lƣợng cầu sau..................40
Hình 3.6 Sơ đồ động học quay vịng của ơ tơ ........................................................45
Hình 3.7 Sơ đồ tính tốn ổn định dọc khi xe lên dốc .............................................46
Hình 3.8 Sơ đồ tính tốn ổn định ngang của ơ tơ ...................................................47
Hình 3.9 Các dạng dao động thứ : 3,7,4 .................................................................55
Hình 3.10 Biên độ gia tốc x theo tần số lực kích động, ........................................56
Hình 3.11 Gia tốc

theo tần số lực kích động,......................................................56

Hình 3.12 Biên độ gia tốc

theo tần số lực kích động ..........................................57

Hình 3.13 Gia tốc x theo thời gian ........................................................................58
Hình 3.14 Gia tốc

theo thời gian .........................................................................59

trang 12


Hình 3.15 Gia tốc

theo thời gian .........................................................................60

Hình 3.16 Xung và biên độ tải trọng động .............................................................61

trang 13


DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1 Liệt kê một số hàm biểu diễn các profil phổ biến ...................................27
Bảng 3.1 Thông số xe Hyundai County .................................................................37
Bảng 3.2 Thơng số lị xo lá .....................................................................................38
Bảng 3.3 Thơng số tính tốn xe Huyndai County ..................................................43
Bảng 3.4 Tổng hợp tần số dao động tự nhiên và hệ tọa độ tƣơng ứng ...................55

trang 14

CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Hòa cùng sự phát triển của đất nƣớc trong nền kinh tế hội nhập, kinh tế phát
triển nhu cầu sử dụng ô tô để đi lại và vận chuyển hàng hóa ngày càng tăng, đây
chính là lý do làm cho thị trƣờng ơ tơ nói chung tăng trƣởng mạnh trong những năm
qua. Bên cạnh đó theo nghị định số 23/2004/NĐ-CP quy định niên hạn sử dụng của
ô tô tải và ô tô chở ngƣời ngày 13/01/2004, nhằm đổi mới phƣơng tiện chuyên chở
hành khách liên tỉnh và trong thành phố. Quyết định số 177/2004/QĐ-TTg về việc
phê duyệt quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tơ Việt Nam đến năm 2010,
tầm nhìn đến năm 2020.
Ơ tơ khách tại các thành phố hiện nay có nhu cầu rất lớn đặc biệt là tại các
thành phố lớn. Đến nay hiện cả nƣớc có trên mƣời doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp
ô tô lớn. Ngày nay thực hiện chƣơng trình nội địa hóa ngành cơng nghiệp ơ tơ thì
việc chế tạo phụ kiện trong nƣớc nhƣ: săm, lốp, ắc quy, ghế ngồi, dây điện, khung
vỏ, dằm cầu...là cần thiết và cũng đã có một số cơng ty bắt tay vào sản xuất nhƣ:
Toyota Việt Nam, công ty Trƣờng Hải...nhằm làm tăng tỉ lệ nội địa hóa sản phẩm
lên 40% năm 2009, hƣớng đến mục tiêu xuất khẩu ô tô và phụ tùng đạt 5-10% giá
trị tổng sản lƣợng của ngành và nâng dần giá trị kim ngạch xuất khẩu trong giai
đoạn tiếp theo.
Q trình sản xuất ơ tô của nƣớc ta nhƣ vậy chắc chắn sẽ không đồng bộ trong
tổng ngành, trong khi cơ sở hạ tầng của nƣớc ta có quy mơ đƣờng cịn nhỏ hẹp, tỉ lệ
đƣờng đất còn rất lớn, tỉ lệ đƣờng nhựa, bê tơng xi măng hóa chƣa cao, chất lƣợng
cịn kém...Nhƣ hiện nay, số lƣợng xe khi lƣu thông trên đƣờng bị lật rất nhiều nhƣ
trƣờng hợp xe khách của hãng Mai Linh bị lật khi lƣu thông trên đƣờng gây tổn thất
nghiêm trọng về ngƣời cũng nhƣ tài sản. Đó cũng là vấn đề băn khoăn của hành
khách khi lựa chọn phƣơng tiện trong điều kiện phƣơng tiện đi lại ngày một nhiều,

trang 15


và vấn đề an tồn vẫn ln là tiêu chí hàng đầu mà hành khách lựa chọn. Vì thế cần
phải có biện pháp kiểm tra lại chất lƣợng sản phẩm sau khi lắp ráp theo đúng thực tế
sử dụng trong nƣớc nhằm định hƣớng lâu dài cho nền công nghiệp nƣớc ta.
Xác định tải trọng động tác dụng lên thân xe trong các điều kiện hoạt động
khác nhau đóng vai trị vơ cùng quan trọng trong q trình đánh giá tính chất an
tồn khi xe chuyển động trên đƣờng. Trong q trình chuyển động của xe trên mặt
đƣờng có nhiều biên dạng mặt đƣờng mấp mô khác nhau, là nguyên nhân gây ra tải
trọng động trực tiếp tác dụng lên thân xe. Có nhiều nghiên cứu liên quan về tải
trọng động tác dụng lên thân xe, tính tốn góc xoay và chuyển vị của thân xe, tính
tốn tải trọng tĩnh và động tác dụng lên thân xe, xác định biên dạng mặt đƣờng và
tải trọng động tác dụng lên các bánh xe. Mục tiêu của cơng trình nghiên cứu này
nhằm xây dựng phƣơng pháp tính tốn tải trọng động tác dụng lên thân xe khi
chuyển động trên bề mặt mấp mô của mặt đƣờng với vận tốc và chế độ tải khác
nhau.
Mơ hình động lực học mơ phỏng tồn xe trong không gian 3 chiều đƣợc
nghiên cứu sử dụng trong q trình tính tốn mơ phỏng. Các thơng số tính toán lấy
từ xe cơ sở Huyndai County. Sử dụng phƣơng pháp Newton-Euler để xác định các
thông số động lực học cho các trƣờng hợp tải trọng tác dụng khác nhau. Từ đó tải
trọng động đƣợc xác định.
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc:
Một số đề tài nghiên cứu liên quan:
Nghiên cứu đánh giá độ êm dịu của ô tô khách 29 chỗ ngồi sản xuất tại Việt Nam
[15]
Phân tích và đánh giá mức độ êm dịu của ơ tô khách 29 chỗ ngồi lắp ráp sản xuất
trong nƣớc
Đề ra những giải pháp nâng cao độ êm dịu trên các dịng xe khách nói chung đƣợc
sản xuất bởi các doanh nghiệp trong nƣớc

Xác định tải trọng động lên Chassi xe SYM T880 bằng phương pháp mơ phỏng [2]
Tính tốn tải trọng động tác dụng lên thân xe khi xe chuyển động trên đƣờng

trang 16


Mô phỏng dao động của ô tô bằng phƣơng pháp Newton
Modeling and Validation of 7-DOF Ride Model for Heavy Vehicle [3]
Xây dựng mơ hình động lực học 7 bậc tự do, đánh giá độ êm dịu khi chuyển
động của ô tơ tải nặng. Mục đích nhằm cải thiện hệ thống treo để giảm tính quay
vịng thừa và cải thiện tính năng lái của ô tô.
Sử dụng Matlab và phần mềm SIMTRUCK để mơ phỏng dao động và các góc
xoay của ô tô tải nặng khi ô tô hoạt động trên đƣờng. Kết quả mô phỏng của
nghiên cứu đƣợc so sánh với kết quả khi khi mô phỏng bằng phần mềm
SIMTRUCK. Mô phỏng ở các tốc độ hoạt động khác nhau của ô tô, các thông số
kết quả bao gồm chuyển vị của thân xe, góc xoay ngang và xoay dọc của thân xe
khi di chuyển trên đƣờng.
Sử dụng phƣơng pháp Newton để tính tốn dao động.
1.3 Mục đích nghiên cứu
Ứng dụng phƣơng pháp Lagrange trong tính tốn tải trọng động lên thân xe.
Trong q trình tính tốn ta xét đến các ảnh hƣởng của quán tính.
Xác định tải trọng động tác dụng lên thân xe Huyndai County trong các chế độ
tải khác nhau.
Xác định các yếu tố ảnh hƣởng đến chuyển động an toàn của xe.
1.4 Đối tƣợng nghiên cứu:
Chọn xe Hyundai County

trang 17

Hình 1.1 Bố trí chung trên ơ tơ Huyndai County
1.5 Phạm vi nghiên cứu
Các điều kiện chuyển động thực tế khi thiết kế
Xác định mơ hình động lực học dao động tồn xe trong khơng gian 3 chiều
Tính tốn mơ phỏng xác định giá trị tải trọng động tác dụng lên thân xe dƣới lực
kích động từ mặt đƣờng khi xe chuyển động
1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài
Xác định đƣợc tải trọng tác dụng lên thân xe trong các chế độ tải trọng động
khác nhau
Xây dựng phƣơng pháp tính tốn tải trọng động lên thân xe bằng phƣơng pháp
Lagrange
Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở để đánh giá mức độ ảnh hƣởng của tải
trọng động đến an toàn chuyển động của xe khi di chuyển trên đƣờng
Xác định đƣợc vận tốc tới hạn và độ cao mấp mơ làm cho xe chuyển động mất
an tồn
1.7 Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu
Dao động trong kỹ thuật, luận văn thạc sĩ, lý thuyết tính tốn dao động ơ tơ, ổn
định trên ơ tơ, thu thập tài liệu trong sách, và các bài báo khoa học nghiên cứu về
dao động

trang 18


Áp dụng phƣơng pháp Lagrange, tính tốn bằng phƣơng pháp mô phỏng thông
qua phần mềm Matlab
Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của gia tốc dao động đến an toàn chuyển động của xe
khi hoạt động trên đƣờng
Phƣơng pháp thực nghiệm:
Phân tích, đo kiểm thực tế ô tô Huyndai County để xác định thơng số tính tốn

1.8 Nội dung đề tài
Chƣơng 1 : Tổng quan
Chƣơng 2 : Cơ sở lý thuyết
Chƣơng 3 : Thơng số tính tốn mơ phỏng
Chƣơng 4 : Kết luận và hƣớng phát triển

trang 19


CHƢƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Kết cấu hệ dao động ôtô
2.1.1 Khối lƣợng đƣợc treo
Khối lƣợng đƣợc treo m2 gồm những cụm chi tiết mà trọng lƣợng của chúng
tác động lên hệ thống treo nhƣ khung, thùng xe, hành khách, hàng hóa và một số
các chi tiết khác….Trong hệ dao động tƣơng đƣơng, khối lƣợng đƣợc treo đƣợc
xem là một vật thể đồng nhất, cứng hồn tồn.
2.1.2 Khối lƣợng khơng đƣợc treo
Khối lƣợng không đƣợc treo m1 là những cụm chi tiết mà trọng lƣợng của
chúng không tác động lên hệ thống treo mà chỉ tác động lên lốp và truyền xuống
mặt đƣờng. Ta có thể xem phần khơng đƣợc treo là vật thể đồng nhất, cứng hồn
tồn có khối lƣợng m1 tập trung vào tâm bánh xe.
Hệ số khối lƣợng: tỷ số giữa khối lƣợng đƣợc treo m2 và khối lƣợng khơng đƣợc treo m1:
m

m2
m1

Hệ số khối lƣợng có ảnh hƣởng lớn tới độ êm dịu chuyển động. Giảm khối lƣợng

không đƣợc treo sẽ giảm đƣợc lực va đập truyền lên khung xe, còn tăng khối lƣợng
đƣợc treo sẽ làm giảm đƣợc dao động khung xe.
Ơtơ du lịch:

m

= 6,5

7,5

Ơtơ tải:

m

=4

5

2.1.3 Hệ thống treo
Hệ thống treo là bộ phận bao gồm các phần tử đàn hồi, giảm chấn, liên kết và
dẫn hƣớng. Các bộ phận này nối thùng xe với các cầu và bánh xe ôtô, từng bộ phận
thực hiện nhiệm vụ sau đây:

trang 20


Bộ phận đàn hồi làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ mặt đƣờng, đảm bảo
độ êm dịu cần thiết.
Bộ phận giảm chấn để dập tắt các dao động phần đƣợc treo của ôtô.
Bộ phận dẫn hƣớng để truyền lực dọc và mô men từ mặt đƣờng tác dụng lên

bánh xe. Động học của bộ phận dẫn hƣớng xác định tính chất dịch chuyển tƣơng
đối giữa bánh xe và khung xe.
2.1.4 Lốp
Lốp là thành phần đàn hồi thực hiện việc nâng đỡ và truyền lực cho ôtô, đảm
bảo cho bánh xe tiếp xúc tốt với mặt đƣờng và làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng
lên phần không đƣợc treo.
2.2 Thông số kết cấu, tác dụng các bộ phận của hệ thống treo
2.2.1 Thành phần đàn hồi
Bộ phận đàn hồi có thể gồm một hay một số phần tử đàn hồi và chúng có thể
đƣợc chia thành loại phần tử đàn hồi bằng kim loại hay loại phần tử đàn hồi phi kim
loại. Phần tử đàn hồi kim loại thƣờng là nhíp (dùng ở hệ thống treo phụ thuộc và
độc lập), lò xo xoắn ốc và thanh xoắn (hệ thống treo độc lập). Phần tử đàn hồi phi
kim loại, gồm có các loại đàn hồi bằng cao su, loại đàn hồi khí ép, loại thủy lực. Lợi
dụng ƣu thế của từng loại ngƣời ta thƣờng sử dụng kết hợp gồm hai hay nhiều phần
tử đàn hồi với nhau.
Khi tính đến độ êm dịu chuyển động (các dao động) tần số dao động riêng
cần thiết n phải có độ võng tĩnh hiệu dụng ft quyết định. Quan hệ giữa ft và n theo
cơng thức tính tần số dao động riêng của hệ thống treo n

300
.
ft

Nhƣ vậy có thể xác định độ võng tĩnh theo tần số dao động riêng n của hệ
thống. Nói chung ft cho ơtơ du lịch khơng nên nhỏ hơn 150 300 mm, đối với xe buýt
ft không bé hơn 100 200 mm. Ứng với độ võng này cả hai loại xe trên có tần số dao
động riêng n = 60 85 lần/phút. Tần số này phù hợp với tần số đi bộ của con ngƣời.

trang 21

Theo tài liệu thiết kế ôtô, để đảm bảo độ êm dịu chuyển động thì tỉ số độ
võng tĩnh fts của hệ thống treo sau và độ võng tĩnh ftt của hệ thống treo trƣớc phải
nằm trong giới hạn sau:
- Ôtô du lịch:

f ts
f tt

0.8 0.9 ;

Ôtô tải và xe búyt:

fts
ftt

1.0 1.2

Độ võng động fđ của hệ thống treo:
- Ơtơ du lịch: fđ = (0,5 ÷0,6).ft;

Ơtơ bt: fđ = (0,7 ÷0,8).ft ;

Ơtơ tải: fđ =1,0.ft

Hình 2.1 Quan hệ tần số dao động riêng n phần đƣợc treo với độ võng tĩnh ft
2.2.2 Bộ phận giảm chấn
Lực cản trong hệ thống treo trực tiếp ảnh hƣởng đến việc dập tắt các dao
động của vỏ cầu, các dao động này phát sinh khi ơtơ chạy trên đƣờng khơng bằng
phẳng. Lực cản chính là lực ma sát trong phần tử đàn hồi, nhƣ ma sát giữa các lá

nhíp, bạc lót, chốt nhíp, ma sát trong các khớp dẫn hƣớng, ma sát trong vật liệu của
lốp và các chi tiết bằng cao su trong hệ thống treo.
Để hệ thống treo vừa mềm lại vừa dập tắt nhanh dao động, cần giảm ma sát cơ
đến tối thiểu, để cho giảm chấn thủy lực đóng vai trị chính trong việc dập tắt các dao
động.

trang 22


2.2.3 Bộ phận dẫn hƣớng
Bộ phận dẫn hƣớng của hệ thống treo có mục đích: xác định tính chất chuyển
động của bánh xe đối với mặt tựa và vỏ xe, đồng thời góp phần vào việc truyền lực
và mơmen giữa bánh xe và vỏ xe.
Lực phát sinh giữa bánh xe và mặt đƣờng có thể gộp lại làm ba phản lực chính:
lực thẳng đứng Z, lực dọc X và lực ngang Y. Các mô men do các lực X, Y, Z lần lƣợt
là MX, MY, MZ có thể có giá trị khác nhau đối với bánh xe bên trái hoặc bánh xe bên
phải. Các chi tiết hệ thống treo truyền những phản lực và mômen lên khung xe.
Đƣờng mấp mô phát sinh lực động Z và mômen MX truyền lên thùng xe nhờ
bộ phận đàn hồi. Lực dọc X, lực ngang Y và các mômen MX, MZ truyền qua bộ
phận dẫn hƣớng của hệ thống treo.
2.2.4 Sự đàn hồi của lốp
Tính chất đàn hồi của lốp ơtơ có ảnh hƣởng quan trọng đến đặc tính chuyển
động êm dịu của ơtơ. Lốp có thể đàn hồi theo phƣơng hƣớng kính, phƣơng ngang và
phƣơng tiếp tuyến. Sự tổn thất do nội ma sát trong sẽ phát sinh nhiệt và nung nóng
lốp xe khi chuyển động, làm ảnh hƣởng xấu đến đặt tính đàn hồi. Vì vậy cần tìm
biện pháp giảm sự ma sát trong của lốp.
2.3 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đƣờng
Theo quan điểm về an tồn chuyển động (tính điều khiển) và tải trọng tác
dụng xuống nền đƣờng thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đƣờng là
thông số quan trọng để đánh giá. Khi ôtô chuyển động trên đƣờng có biên dạng

mang đặc tính ngẫu nhiên thì dáng điệu tải trọng thẳng đứng P (t) cũng mang tính
chất ngẫu nhiên. Các giá trị của P (t) cũng dao động xung quanh vị trí giá trị trung
bình P (t) (gọi là kỳ vọng toán học), theo kết quả thử nghiệm thì giá trị này bằng
giá trị tải trọng tĩnh Pt đặt lên bánh xe.
Tải trọng thẳng đứng P (t) đƣợc xác định bằng tổng của tải trọng tĩnh Pt và tải
trọng động giữa bánh xe và mặt đƣờng Nd(t): P (t) = Pt

trang 23

Nd(t)


Sai lệch bình phƣơng trung bình của tải trọng thẳng đứng xác định theo biểu thức:
2
P

( P (t ) P (t ))2

( Pt

Nd (t ) Pt )2

Nd2 (t )

Hình 2.2 Sự biến thiên của tải trọng thẳng đứng theo thời gian
Phƣơng sai của tải trọng thẳng đứng bánh xe: DP =

2
P

= N d2 (t )

Chính bằng bình phƣơng trung bình trị số tải trọng động N d2 (t )

Hình 2.3 Sự phân bố xác xuất tải trọng thẳng đứng đặt lên
bánh xe
Theo quan điểm về an tồn chuyển động thì sai lệch quân phƣơng
là cực tiểu, nghĩa là

P

min.

trang 24

P

DP phải


Tải trọng tĩnh Pt xác định từ trọng lƣợng tĩnh của ôtô và tọa độ trọng tâm theo
hƣớng dọc xe. Tải trọng động Nd (t) xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính
chất dao động của ơtơ, vận tốc chuyển động và độ mấp mô của biên dạng mặt đƣờng.
Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đƣờng thì sẽ dựa vào trị số
lớn nhất của tải trọng thẳng đứng, nghĩa là tƣơng ứng với giá trị dƣơng của Nd(t).
Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì ngƣợc lại, cần phải giới hạn mức
độ biến thiên của tải trọng động. Bởi vì Nd biến thiên dẫn đến tải trọng thẳng đứng
P (t) biến thiên gây ra sự biến thiên của lực bám và dẫn hƣớng của ơtơ, làm giảm
tính ổn định và an tồn khi chuyển động.
Có trƣờng hợp đặc biệt là: bánh xe có thể nảy khỏi mặt đƣờng, trong thời điểm đó thì

lực P (t) = 0 dẫn tới hiện tƣợng ở bánh xe sẽ mất khả năng truyền lực kéo, lực phanh, đồng
thời nếu là bánh xe dẫn hƣớng thì ở thời điểm đó ơtơ sẽ mất tính điều khiển. Do đó, cần phải
xác định tỉ lệ giữa tải trọng động so với tải trọng tĩnh, nghĩa là lập tỉ lệ:
Nd
Pt

a 00

Điều kiện để trong quá trình chuyển động, bánh xe không thể nảy khỏi mặt
đƣờng là tải trọng động phát sinh giữa bánh xe và mặt đƣờng phải nhỏ hơn tải trọng
tĩnh đặt lên bánh xe, nghĩa là: |Nd| < Pt

a < 100 %.

Ngoài ra khi dao động ngƣời ta quan tâm tới sự bám của lốp với mặt đƣờng. Có
thể ơtơ dao động đảm bảo thỏa mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhƣng bánh xe bám
đƣờng kém nên làm mất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu.
Vì vậy có thể sử dụng giá trị bình phƣơng trung bình của chuyển dịch tƣơng đối
giữa bánh xe với độ mấp mô mặt đƣờng để đánh giá sự bám của bánh xe trên đƣờng:

D

s

1
lim
T
T

T

Z1

q .2 dt

0

Trong đó : q: chiều cao mấp mơ của biên dạng đƣờng.
Z1: Chuyển vị của tâm bánh xe theo phƣơng thẳng đứng

trang 25


Giá trị Ds không đƣợc vƣợt quá giá trị cho phép [Ds] cho trƣớc với từng loại
xe và loại mặt đƣờng.
2.4 Các đặc trƣng không bằng phẳng của mặt đƣờng
2.4.1 Ảnh hƣởng của mặt đƣờng đến tính chất chuyển động của ôtô
Chất lƣợng của mặt đƣờng là yếu tố chủ yếu quyết định độ an tồn khi vận hành
ơtơ.
Mặt đƣờng càng phẳng, mấp mơ càng nhỏ mịn thì ơtơ chuyển động càng
an toàn.
Chất lƣợng mặt đƣờng đƣợc đánh giá theo chiều cao và bƣớc sóng profil mấp
mơ.
Profil mấp mơ có thể là dạng hình học thơng thƣờng (nhƣ hình thang, chữ
nhật, tam giác, hình sin,…) và cũng có thể là dạng phức tạp bất kỳ.
Profil mấp mơ có thể rời rạc, cách quãng hoặc liên tục dạng sóng dọc theo
hƣớng chuyển động của ơ tơ. Trong tính tốn, khảo sát, ngƣời ta chia profil mấp mơ
thành 3 dạng điển hình sau đây:
Profil rời rạc, cách xa nhau. Mấp mô hẹp và cao, gây ra chấn động mang tính
chất xung va đập.

Profil liên tục dạng tuần hồn hình sin hoặc tuần hồn bất kỳ.
Profil có chiều cao ngẫu nhiên liên tục.
Nhờ có máy móc đặc biệt, ngƣời ta có thể ghi và đo đƣợc profil mấp mơ, từ đó có
thể xác định đƣợc đặc tính của chúng. Ngƣời ta thƣờng đánh giá tổng quát độ bằng
phẳng của mặt đƣờng để quy định các chế độ vận hành của ơ tơ. Có thể thành 3 nhóm
đƣờng ơ tơ (theo tài liệu Liên Xơ)
a) Đƣờng tốt, cịn mới, ơ tơ có thể chuyển động với vận tốc v >0,7Vmax ( Vmax
tốc độ tối đa tùy theo đặc tính của từng ơ tơ).
b) Đƣờng chất lƣợng trung bình, ơ tơ có thể chuyển động với vận tốc v =
(0,4÷0,7)Vmax
c) Đƣờng xấu, ơ tơ khơng thể chạy quá tốc độ V= (0,2÷0,4)Vmax.

trang 26


Khi tính tốn dao động cƣỡng bức của ơ tơ, điều cần thiết là phải xây dựng các
biểu thức giải tích biểu diễn profil mấp mơ hoặc lập các hàm ngẫu nhiên phản ánh
đƣợc đầy đủ các đặc trƣng thống kê của mặt đƣờng.
2.4.2 Profil mặt đƣờng
Lấy một điểm bất kỳ trên mặt đƣờng làm gốc tọa độ, đồng thời ký hiệu gốc tọa
độ nằm dọc mặt đƣờng là S, có thể biểu diễn hàm profil mấp mơ là: q = q (s), xác định
quan hệ giữa chiều cao mấp mơ theo qng đƣờng S.
Mấp mơ đơn giản nhất có profil bậc thang, biểu thức của nó là hàm q1(s) có
bƣớc nhảy bằng độ cao của bậc thang q0:
q1 ( S )

0

khi S

0

q0

khi S

0

Xem ôtô chuyển động đều (V = const), ta có S = v.t, suy ra hàm q1 (t)
q1 (t )

0

khi t

0

q0

khi t

0

Biến đổi hàm laplace của hàm q1 (t) là: Q1 (P) = L[ q1 (t)] = q1 (t )e pt dt q0 .e
0

trang 27

0
pt

q0
P


Bảng 2.1 Liệt kê một số hàm biểu diễn các profil phổ biến:
Loại

Hình vẽ

Hàm biểu diễn q(t)

Hàm số ảnh Q(P) (qua

(hàm số gốc)

phép biến đổi Laplace)

profil
Bƣớc

0 khi t

q0

nhảy

q0 khi t >0

Hình

thang

q0
P

0

q0
q0

.t khi 0 < t <

1

1

1 e

q0 khi

S1
S2

q0 (

S0

t)

1

khi

q0
P2 e

2


2

pt

1
pt

p

e

1

2

2

S1

;
V

1

Nửa
hình

S2
;
V

2

0 khi t < 0; 0 khi t > 0
q0(1-cos t ) khi 0 < t <

2q0

sin

S0

2 V
;
S0

Chữ

q0

2
V

q0 khi 0 < t <

nhật
0 khi t >

S0

Dạng

q0

q0

xung
đơn vị

S0
V

V
S0

S0

trang 28

0

;

1
0

0

,

q0
P( P 2

2
2

)

S0
V
q0
(1 e
P

0

S0
V

0

1

p

)

2


2.5 Các khái niệm tƣơng đƣơng
Ơ tơ là một hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau. Mỗi bộ phận
có khối lƣợng và thơng số đặc trƣng của nó. Bộ phận có tác dụng giảm chấn từ mặt
đƣờng lên xe là hệ thống treo.
Để tính tốn đƣợc dao động ô tô một cách dể dàng ta phải mô tả ô tô bằng
một sơ đồ dao động tƣơng đƣơng. Trong đó sơ đồ tƣơng đƣơng phải có mặt các
thông số liên quan đến dao động của ô tô.
2.6 Các giả thiết
Khối lƣợng treo đƣợc là xem nhƣ là một vật thể đồng nhất, cứng hồn tồn,
có khối lƣợng tập trung vào trọng tâm
Mặt đƣờng cứng tuyệt đối
Khối lƣợng của bánh xe đƣợc coi la khối lƣợng không đƣợc treo và tập trung
tại trục xe, nhƣ vậy phần tử lốp có thể coi nhƣ phần tử khơng có khối lƣợng
Bỏ qua tác dụng của khí động lực học
Bánh xe lăn khơng trƣợt trên đƣờng
Để đơn giản cho việc tính tốn, bỏ qua độ giảm chấn của lốp xe, vì giảm chấn
của lốp xe nhỏ hơn rất nhiều so với giảm chấn trong hệ thống treo
2.7 Mơ hình khơng gian
Bất kỳ một cơ hệ vật rắn nào chuyển động tự do trong không gian cũng đều

cần đến 7 bậc tự do để có thể mơ tả hồn tồn chuyển động của nó. Ơ tơ có 3 thành
phần khối lƣợng tiêu biểu (thân xe, khối lƣợng khơng đƣợc treo phía trƣớc, khối
lƣợng khơng đƣợc treo phía sau) nó là tiêu biểu cho một hệ dao động với nhiều bậc
tự do.

trang 29