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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THIỆN KIM NGÂN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG
ĐẾN AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA LOẠI XE KHÁCH
KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116

S K C0 0 4 6 8 5

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THIỆN KIM NGÂN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẾN
AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA LOẠI XE KHÁCH
KHI CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƢỜNG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015

trang 1

Luan van


QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

trang 2

Luan van


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Lê Thiện Kim Ngân

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 17/9/1986

Nơi sinh: Đồng Nai

Quê quán: Thừa Thiên Huế

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 120/68/20 KP6, Tân Tiến, Biên Hòa, Đồng
Nai
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng:

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …

Nơi học (trƣờng, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 10/2004 đến 6/ 2009

Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Ngành học: Cơ Khí Động Lực
Tên đồ án, luận án hoặc mơn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu về hệ thống đánh lửa
trên xe Toyota Yaris

trang 3

Luan van


Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 3/2009 – Trƣờng Đại
Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Nguyễn Văn Long Giang
III. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

9/2009 - 2010

2010 - 2012

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Công Ty TNHH SYM
Việt Nam

- Tổng hợp những vấn đề phát sinh và
các biện pháp khắc phục trong quá
trình lắp ráp xe tại nhà máy.

Cơng ty TNHH

Quản lý máy móc thiết bị trong dây

Olympus Việt Nam

chuyền sản xuất máy ảnh kỹ thuật số
+ Thực hiện cơng việc kiểm định an
tồn
+ Thực hiện công việc nghiên cứu đề

2012 - Nay

Sở Khoa học và Công
nghệ tỉnh Đồng Nai

tài khoa học, hội thi sáng tạo của tỉnh.
+ Thực hiện công tác huấn luyện an
toàn lao động cho các cơ sở

trang 4

Luan van


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

Luan van


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

Luan van


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

Luan van

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

trang 8

Luan van


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

Luan van


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

Luan van


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

Luan van

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

Luan van


Hình 3.15 Gia tốc

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

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

trang 13

Luan van


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

Luan van


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

Luan van


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

Luan van


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

Luan van


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

Luan van


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

Luan van

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

Luan van


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

Luan van


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

Luan van


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

Luan van

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

Luan van

P

DP phải