Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử khảo sát tính động lực học của ô tô 3 trục chở hàng nặng

1


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 4
DANH SÁCH HÌNH VẼ 5
CHƯƠNG 1 7
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ TẢI BA TRỤC VÀ NỘI DUNG MỤC ĐÍCH
CỦA ĐỀ TÀI. 7
1.1.Giới thiệu về lịch sử phát triển của ô tô. 7
1.2.Giới thiệu về ô tô trở hàng ba trục: 10
1.3.Cấu tạo chung của ô tô: 11
1.4. Giới thiệu về hệ thống treo : 13
1.5.Phương trình sóng hình sin của mặt đường. 15
CHƯƠNG 2 17
MÔ HÌNH TÍNH VÀ PHƯƠNG TRINH VI PHÂN CHUYỂN ĐỘNG 17
2.1.Mô hình ô tô 3 trục: 17
2.1.1.Các thông số của mô hình: 18
2.2.Phương trình vi phân chuyển động 19
2.2.1.Bánh Trước: 19
2.2.2.Thân Xe: 20
2.2.3.Khung giá sau. 21
CHƯƠNG 3 28
KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC 28
2

3.1.Phần mềm mô phỏng Matlab và hàm Ode45. 28
3.1.1.Phần mềm mô phỏng Matlab 28
3.1.2.Hàm Ode45 trong phần mềm mô phỏng Matlab. 28
3.2.Đồ thị dao động và lực tác dụng của các bộ phận. 29
3.2.1.Trục bánh xe thứ nhất (m

1
): 30
3.2.2. Thân xe (m2) : Đồ thị dao động. 31
3.2.3.Khung giá sau (m
3
) : 33
CHƯƠNG 4 35
KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN DAO ĐỘNG VÀ LỰC TÁC
DỤNG. 35
4.1.Hiện tượng cộng hưởng. 35
4.1.1.Trục bánh xe thứ nhất (m
1
): 36
4.1.2. Thân xe (m
2
) : 37
4.1.3.Khung giá sau (m
3
): 39
4.2.Khảo sát dao động khi cho V=43.7924km/h và độ cản nhớt c=0. 41
4.2.1.Trục bánh xe thứ nhất (m
1
): 41
4.2.2.Thân xe (m
2
): 42
4.2.3.Khung gia sau (m
2
): 44
4.3.Ảnh hưởng của biên độ sóng mặt đường. 46

4.4.Ảnh hưởng của chiều dài bước sóng 48
4.5. Ảnh hưởng khi thay đổi tốc độ và cho bước sóng , biên độ sóng đường cố
định. 51
CHƯƠNG 5 54
3

KẾT LUẬN. 54
PHỤ LỤC 55
1.Chương trình Matlap mô phỏng dao động. 55
2.Chương trình tính lực tác dụng và tính lực tác dụng lớn nhất 58
2.1. Tính lực tác dụng. 58
2.2.Tính lực lớn nhất khi vận tốc thay đổi. 61
3.Chương trình trị riêng. 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO 66



4

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển,thể hiện rõ
tầm quan trọng trong sự phát triển chung của nền công nghiệp cả nước.Thị trường ô tô
ngày càng phát triển với đa dạng về chủng loại và giá cả trong số đó không thể không
kể đến loại xe tải ba trục tải trọng nặng,đang được sử dụng rất phổ biến ở các công
trình như khu mỏ,khu xây dựng,…ở Việt Nam.
Những xe tải này với các kích cỡ to lớn và tính cơ động cao chúng đang dần thay
thế nhưng xe nhỏ và nhưng phương tiện thô sơ có hiệu quả sử dụng không cao và
không đạt hiệu quả kinh tế cao.
Tính năng và hiệu quả sử dụng của ô tô phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng thiết
kế,chế tạo và điều kiện sử dụng.Việc đánh giá chất lượng xe có thể theo một số phương

pháp khác nhau phụ thuộc vào mục đích và phương tiện xác định các chỉ tiêu cần đánh
giá.Trong đó nhóm các chỉ tiêu động lực học dao động,độ êm dịu và an toàn khi
chuyển động, tính an toàn điều khiển và tính tiết kiệm nhiên liệu (năng suất) được xét
đến phổ biến hơn.
Xuất phát từ những những lí do trên và được sự hướng dẫn của các Thầy cô giáo
trong bộ môn “KỸ THUẬT MÁY” trong đó có sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo
NGUYỄN BÁ NGHỊ Thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong
suốt quá trình từ làm báo cáo thực tập cho đến làm đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian
làm việc với Thầy, em đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức bổ ích để bổ sung vào kiến
thức để thực hiện đề tài “ KHẢO SÁT TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ 3 TRỤC
CHỞ HÀNG NẶNG “ Với mục đích nghiên cứu nghiên cứu các đồ thị giao động và
lực tác dụng để lựa chọn tính toán và đưa ra các thiết kế phù hợp xây dựng lên hệ thống
treo góp phần xây dựng cơ sở khoa học để phát triển nghành công nghiệp ô tô ở nước
ta
Em xin chân thành cảm ơn !
5

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1. 1: Chiếc ô tô chạy bằng hơi nước đầu tiên trên thế giới. 7
Hình 1. 2: Chiếc ô tô 3 trục tải trọng nặng. 11
Hình 1. 3: Hệ thống treo. 13

Hình 2. 1: Sơ đồ ô tô 3 trục tải trọng nặng. 17
Hình 2. 2: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh trước. 19
Hình 2. 3: Sơ đồ lực tác dụng lên thân xe. 20
Hình 2. 4: Sơ đồ lực tác dụng lên khung giá sau. 21

Hình 3. 1: Đồ thị dao động thẳng đứng của trục bánh xe thứ nhất. 30
Hình 3. 2: Đồ thị lực tác dụng tại trục bánh xe thứ nhất. 31

Hình 3. 3: Đồ thị dao động thẳng đứng của thân xe. 31
Hình 3. 4: Đồ thị lực tác dụng lên thân xe. 32
Hình 3. 5: Đồ thị dao động thẳng đứng của khung giá sau xe 33
Hình 3. 6: Đồ thị lực tác dụng mặt đường lên các bánh của khung giá sau. 34

Hình 4. 1: Đồ thị dao động thẳng đứng của trục bánh trước khi xẩy ra cộng
hưởng. 36
Hình 4. 2: Đồ thị lực tác dụng tại trục bánh xe thứ nhất khi xẩy ra cộng hưởng 36
Hình 4. 3: Đồ thị dao động thẳng đứng của thân xe khi xẩy ra cộng hưởng. 37
Hình 4. 4: Đồ thị dao động thẳng đứng của thân xe khi xẩy ra cộng hưởng. 38
6

Hình 4. 5: Đồ thị dao động của các bánh lên giá sau khi xẩy ra cộng hưởng 39
Hình 4. 6: Đồ thị lực tác dụng mặt đường lên các bánh của khung giá sau. 40
Hình 4. 7: Đồ thị dao động trục trước khi v=43.7924km/h và c=0. 41
Hình 4. 8: Đồ thị lực tác dụng trục trước khi v=43.7924km/h và c=0. 41
Hình 4. 9: Đồ thị dao động thân xe khi v=43.7924km/h và c=0 42
Hình 4. 10: Đồ thị lực tác dụng thân xe khi v=43.7924km/h và c=0 43
Hình 4. 11: Đồ thị dao động khung giá khi v=43.7924km/h và c=0. 44
Hình 4. 12: Đồ thị lực tác dụng thân xe khi v=43.7924km/h và c=0 45
Hình 4. 13: Ảnh hưởng của sự thay đổi biên độ sóng mặt đường khi biên độ sóng
là 0,01m 46
Hình 4. 14: Ảnh hưởng của sự thay đổi biên độ sóng mặt đường khi biên độ sóng
là 0,05m 46
Hình 4. 15: Ảnh hưởng của sự thay đổi biên độ sóng mặt đường khi biên độ là
0,1m. 47
Hình 4. 16: Ảnh hưởng của sự thay đổi bước sóng mặt đường Ls=6m. 48
Hình 4. 17: Ảnh hưởng của sự thay đổi bước sóng mặt đường Ls=3m. 49
Hình 4. 18: Ảnh hưởng của sự thay đổi bước sóng mặt đường Ls=12m. 50
Hình 4. 19: Ảnh hưởng khi thay đổi vận tốc đến lực tác dụng của các bộ phận

của xe. 52

7

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ TẢI BA TRỤC VÀ NỘI
DUNG MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI.
1.1.Giới thiệu về lịch sử phát triển của ô tô.
Năm 1650 chiếc ô tô bốn bánh vận chuyển bằng lò xo tính năng được thiết kế bởi
nghệ sĩ, nhà phát minh người ý Leonardo da Vinci. Sau đó là nguồn động lực cho ô tô:
động cơ gió, động cơ không khí nén. Năm 1769 đánh dấu sự ra đời của động cơ hơi
nước và vào thời điểm này chiếc ô tô tải đầu tiên ra đời.

Hình 1. 1: Chiếc ô tô chạy bằng hơi nước đầu tiên trên thế giới.
Từ những năm 1860 chiếc ô tô sử dụng động cơ đốt trong đã ra đời.Những ô tô này
sử dụng động cơ 2 mã lực tốc độ cực đại khoảng 20km/h.Sự ra đời của ô tô dùng động
cơ đốt trong đã thách thức các phương tiện vận tải đường bộ thô sơ tời bấy giờ và thúc
đẩy sự phất triển của ngành vận tải thời bấy giờ.
8

Năm 1864 động cơ 4 kì ra đời, sau 10 năm loại xe này đạt được công suất 20kw và
có thể đạt được vận tốc 40km/h.
Năm 1885 Karl Benz chế tạo một chiếc xe có một máy xăng nhỏ đó là chiếc ô tô
đầu tiên chạy bằng xăng.
Năm1891 ô tô điện đầu tiên ra đời ở Mỹ.
Sau khi lốp khí nén ra đời, 1892 Rudolf Diesel đã cho ra đời động cơ Diesel và cho
chế tạo hàng loạt.Vào thời gian này đã hình thành tổng thể ô tô con,ô tô tải,ô tô chở
người và lốp khí nén.
Chiếc ô tô không ngừng phát triển và hiện địa, công nghiệp xe hơi đã trở thành công
nghiệp đa nghành.

Xe hơi có hộp số tự động ra đời vào năm 1934.
Năm 1967 xe hơi có hệ thống phun xăng có khí.
Ô tô phát triển cũng đi cùng các tính năng phát triển theo.
Đến nay,công nghiệp chế tạo ô tô trên thế giới đã phát triển rất mạnh và chế tạo
được nhiều loại ô tô hiện địa với tốc độ lớn nhất đạt hàng trăm km/h.Các tải trọng xe
cũng rất đa dạng,phổ biến từ 0,5-10 tấn.Đặc biệt có những loại ô tô tải nặng có trọng
tải đến 60 tấn.Đấy là chưa kể đến phương thức vận tải bằng đoàn xe.
Xu hướng phất triển ô tô trên thế giới hiện nay là:tăng tải trọng,tăng vận tốc,tăng
tính kinh tế nhiên liệu,tăng tính tiện nghi và giảm ô nhiễm môi trường.


Nghiên cứu tính động lực học cho ô tô.
Ô tô là phương tiện được sử dụng rộng rãi trong hoạt động kinh tế và xã hội. Việc
nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phương tiện này luôn là vấn đề
được nhiều nhà khoa học quan tâm kỹ thuật và công nghệ, đem lại hiệu quả kinh tế ngày
9

càng cao và an toàn hơn cho người sử giải quyết. Trong những năm gần đây sự phát
triển của ngành ô tô có nhiều bước nhảy vọt về dụng.
Tính chất động lực học của ô tô khi chuyển động là một trong những tính chất rất
quan trọng, nó được thể hiện qua đặc tính động lực học, dao động, lực kéo, công suất
kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc, vận tốc, gia
tốc, khi chuyển động trong điều kiện mặt đường khác nhau hoặc do tác động điều kiện
như tăng giảm ga, quay vòng khi phanh.

Tính chất động lực học của ô tô ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của
ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ êm dịu và tính an toàn
trong chuyển động. Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của
ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện. Vì các chỉ tiêu này phụ thuốc vào nhiều yếu tố,
trong đó có yếu tố ngẫu nhiên.

Cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị, phần
mềm nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán được giải quyết một cách
nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo
được thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công
nghiệp ô tô ngày càng phát triển , đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng. Và ngày
nay cũng đã có nhiều thiết bị, phương pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất
lượng,tình trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện,đảm bảo độ chính
xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế, chọn chế độ sử dụng cho các loại xe ô tô có
hiệu quả.


10

1.2.Giới thiệu về ô tô trở hàng ba trục:

- Một xe tải 3 trục tải trọng nặng hoặc xe tải là một chiếc xe động cơ được thiết kế
để vận chuyển hàng hóa. Xe tải khác nhau rất nhiều về kích thước, sức mạnh, và cấu
hình, với việc nhỏ nhất cơ học tương tự như một ô tô. Xe tải thương mại có thể rất lớn
và mạnh mẽ, và có thể được cấu hình để gắn thiết bị chuyên dụng, chẳng hạn như trong
trường hợp của xe cứu hỏa và máy trộn bê tông và máy đào hút. Xe tải hiện đại phần
lớn được trang bị động cơ diesel dành riêng, mặc dù nhỏ đến xe tải cỡ vừa với động cơ
xăng tồn tại ở Mỹ.

- Chúng có cấu tạo và nguyên lí hoạt động giống với ô tô. Nhưng chúng dùng để
chuyển những hàng hóa có khối lượng và trọng lượng lớn và linh hoạt hơn các xe ô tô
bình thường trong việc vận chuyển chạy đường dài.

- Xe trở hàng hay còn gọi là xe tải được chia thành 3 loại:

+ Xe tải hạng nhỏ: Là loại xe là loại xe cỡ thường không lớn hơn 6300 kg, và
được sử dụng bởi các cá nhân hay các thực thể kinh tế nhỏ lẻ.

+ Xe tải trọng thường: Là loại xe tải hạng trung lớn hơn xe tải hạng nhẹ nhưng
nhỏ hơn xe hạng nặng. Chúng được xác định với khối lượng trong khoảng giữa
6.300 kg và 15.000 kg.Dùng trong vận chuyển hang hóa có khố lượng vừa phải. Và do
các ông ty vận tải quản lí.

+ Xe tải trọng lớn: Xe tải hạng nặng là những xe tải lớn nhất được phép chạy

trên đường. Đa số chúng dùng cho vận tải đường dài, thường là kiểu xe kéo móc.
11

1.3.Cấu tạo chung của ô tô:


Hình 1. 2: Chiếc ô tô 3 trục tải trọng nặng.
Cấu tạo Ôtô bộ phận chính có chức năng giống nhau. Các bộ phận và hệ thống
chính của ôtô máy kéo gồm: Động cơ, hệ thống truyền lực (Ly hợp, hộp số, truyền lực
cacđăng, cầu chủ động), hệ thống di động, hệ thống treo, hệ thống điều khiển gồm hệ
thống lái và hệ thống phanh, trang bị điện và các trang bị làm việc khác.
+ Động cơ: là nguồn động lực trên ôtô máy kéo. Hiện nay động cơ đốt trong
dùng nhiên liệu lỏng hoặc nhiên liệu khí được sử dụng chủ yếu trên ôtô. Động cơ là
một bộ phận quan trọng của ôtô dùng để tạo ra nguồn năng lượng cho xe hoạt động và
có thể truyền một phần hoặc toàn bộ công suất của động cơ đến bộ phận làm việc của
máy công tác liên kết với chúng.
+ Hệ thống truyền lực (HTTL): là tổ hợp của một loạt các cơ cấu và hệ thống
nhằm truyền mômen quay từ trục khuỷu động cơ đến bánh chủ động của ôtô, máy kéo.
HTTL còn có tác dụng nhằm biến đổi về trị số và chiều của mômen quay truyền, cho
phép ôtô dừng tại chỗ lâu dài mà động cơ vẫn làm việc. Phụ thuộc vào đặc điểm cấu

12

tạo của xe máy cụ thể mà trong hệ thống truyền lực của ôtô có thể có một hai hay nhiều
cầu chủ động.
Cầu chủ động là tổ hợp của các cụm máy và cơ cấu cho phép các bánh chủ động
quay với tốc độ khác nhau để bảo đảm các bánh lăn êm dịu trên mặt đường không bằng
phẳng hay khi đi vào đường vòng, nó còn làm tăng tỷ số truyền chung cho hệ thống
truyền lực và liên kết bánh xe với khung máy. Truyền lực cacđăng dùng để truyền
mômen từ hộp số hay hộp phân phối đến các cầu chủ động của ôtô máy kéo, hoặc từ
truyền lực chính đến các bánh xe chủ động trên cùng một cầu khi các bánh xe treo độc
lập với nhau. Truyền lực cacđăng cho phép các trục của các bộ phận máy được truyền
động không nằm trong cùng một mặt phẳng và có thể dịch chuyển tương đối với nhau
trong một giới hạn nhất định.
+ Hệ thống di động của ô tô: gồm các bánh xe với lốp đàn hồi, hệ thống di động
là bộ phận trực tiếp tiếp xúc với mặt đường, nó nhận mômen chủ động từ động cơ qua hệ
thống truyền lực và biến mômen chủ động thành lực kéo tiếp tuyến hay còn gọi là lực
chủ động để làm ôtô chuyển động.
+ Hệ thống treo là: tổ hợp của một số các chi tiết và phần tử đàn hồi, liên kết giữa
bộ phận di động với khung xe, nhằm giúp cho khung xe được êm dịu trong khi bộ phận di
động luôn chịu tác động của các lực va đập do mấp mô mặt đường khi chuyển động.
+ Hệ thống điều khiển gồm: một loạt các cơ cấu và hệ thống nhằm điều khiển ôtô
theo các hướng và chiều cần thiết, đồng thời giúp ôtô chuyển động ổn định không trượt
lê sang trái hay phải. Ngoài ra hệ thống điều khiển còn cho phép ôtô giảm tốc độ
chuyểnđộng hoặc dừng lại nhanh chóng khi gặp sự cố khẩn cấp.
+ Trang bị điện là: tổ hợp của hàng loạt bộ phận, thiết bị điện nhằm đảm bảo
giúp cho ôtô làm việc ổn định, tin cậy, tăng tính tiện nghi, thuận lợi cho người lái, hành
khách và an toàn lao động. Trang bị điện là một hệ thống rất phức tạp nó có thể được
phân ra hai hệ thống là hệ thống nguồn điện và hệ thống các thiết bị tiêu thụ điện.Hệ
thống nguồn điện dùng tạo ra nguồn năng lượng điện để cung cấp cho các phụ tải (các
thiết bị dùng điện). Hệ thống các thiết bị phụ tải là tổ hợp của tất cả các thiết bị có trên

13

ôtô dùng năng lượng điện như hệ thống đốt cháy, hệ thống khởi động, hệ thống chiếu
sáng, tín hiệu, hệ thống điều khiển bao gồm cả máy tính điện tử điều khiển động cơ và
điều khiển thân xe cùng các rơle hay các bộ phận chấp hành đi theo máy tính, do tính
phức tạp của trang bị điện, nên phần này được trình bày trong một tài liệu riêng.
+Trang bị làm việc là: tổ hợp của nhiều thiết bị, bộ phận giúp cho ôtô máy kéo và
xe chuyên dụng thực hiện các công việc một cách thuận tiện và đạt hiệu quả cao. Sau
đây chúng ta tìm hiểu đại cương về sự bố trí các bộ phận chính trên ôtô máy kéo .
1.4. Giới thiệu về hệ thống treo :



Hình 1. 3: Hệ thống treo.
Một số khái niệm hệ thống treo:
- Khối lượng được treo: Là khối lượng toàn bộ thân xe được đỡ bởi hệ thống treo.
Bao gồm: khung, vỏ, động cơ, hệ thống truyền lực,…

- Sự dao động phần được treo của ô tô :

+ Sự lắc dọc là sự dao động lên xuống của phần trước và sau của xe quanh trọng tâm
của nó.
14

+ Sự lắc ngang là khi xe quay vòng hay đi vào đường mấp mô,các lò xo ở 1 phía sẽ
dãn ra còn phía kia bị nén co vào.Điều này làm cho xe bị lắc ngang.
+ Sự xóc nẩy là sự dịch chuyển nên xuống của thân xe.Khi xe đi tốc độ cao trên
đường gợn song ,hiện tượng này rất dễ xấy ra.
+ Sự xoay đứng là sự quay thân xe theo phương dọc quanh trọng tâm xe của xe.Trên
Có sự lắc dọc thì sự xoay đứng này cũng sẽ xẩy ra.

- Sự dao động củ phần khối lượng không được treo:
+ Sự dịch đứng: Là sự dịch chuyển lên xuống của các bánh xe trên mỗi cầu xe, điều
này xẩy ra khi xe đi trên đường gợn sóng với tốc độ trung bình cao.
+ Sự xoay dọc theo cầu xe: Là sự dao động ngược hướng nhau của các bánh xe trên
mỗi cầu làm cho bánh xa nẩy lên khỏi mặt đường.Thường xẩy ra đói với hệ treo phụ
thuộc.
+ Sự uốn: Là hiện tượng các lá nhíp có xu hướng bịuốn quanh bản thân cầu xe do
momen xoắn chủ động (kéo hoặc phanh) truyền tới.
Công dụng:
+ Đỡ thân xe lên trên cầu xe, cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương
thẳng đứng đói với khung xe hoặc vỏ xe, hạn chế nhưng chuyển động ngoài mong
muốn đên bánh xe.
+ Bộ phận của hệ thống treo thực hiện nhiêm vụ hấp thụ và dập tắt dao động,
rung động, va đập mặt đường truyền nên.
+ Đảm nhận khả năng truyền lực và momen giữa bánh xe và khung xe:
Công dụng của hệ thống treo treo được thể hiện qua các phần tử của hệ thống treo.
- Phần tử đàn hồi: làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung và
đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi chuyển động.
- Phần tử dẫn hướng: Xác định tính chất dịch chuyển của các bánh xe và đảm
nhận khả năng truyền lực đầy đủ từ mặt đường tác dụng nên thân xe.
- Phần tử giảm chấn: Dập tắt dao động của ô tô khi phát sinh dao động.
- Phần tử ổn địn ngang: với chức năng là phần tử đàn hồi phụ làm tăng khả năng
chốngchật thân xe khi có sựu thay đổi tải trọng trong mặt phẳng ngang.
- Các phần tử phụ khác: vấu cao xu, thanh chịu lực phụ, có tác dụng tăng cứng, hạn
chế hành trình và chịu thêm tải trọng.
15

1.5.Phương trình sóng hình sin của mặt đường.
Ta biết rằng trong thực tế mặt đường là không bằng phẳng. Do rất nhiều nguyên nhân
mà mặt đường có những chỗ lồi lõm và không theo một chu kỳ nhất định. Song trong

tính toán ta không thể xét đến hoàn toàn chính xác được vì việc đó là hết sức khó khăn.
Vì thế ta có thể coi như mặt đường có dạng sóng hình sin và thay đổi theo một chu kì
nhất định.Cụ thể trong nghiên cứu này ta coi như là xe container đang chạy trên đường
nhấp nhô có dạng hìnhsin: chiều dài bước sóng là L
s
=6(m), biên độ nhấp nhô là
y
0
=0.01(m).
Phương trình mô tả nhấp nhô của mặt đường có dạng sóng hình sin:

0
sin(t)
yy
=Ω
(2.1)
Trong đó: y
0
là biên độ sóng
Ω
là tần số kích thích từ đường được tính bằng công thức:

2
s
v
L
π
Ω=
(2.2)
Với: v là vận tốc của xe (m/s)

L
s
là bước sóng của mặt đường (m)
Chiều cao nhấp nhô đường dưới bánh xe thứ nhất là:
y
1
= y
0
sin(Ωt) (2.3)
Còn chiều cao nhấp nhô đường dưới các bánh xe sau cũng được biểu diễn như
bánh xe trước nhưng chậm hơn một khoảng thời gian ∆t tương ứng.
y= y
0
sin(Ω(t-∆t)) (2.4)
16

Với các ∆t tương ứng với các bánh xe như sau:
∆t
2
= (a+b-l
1
)/v ; (2.5)
∆t
3
= (a+b+l
1
)/v ;
Từ các phương trình sóng của mặt đường ta xác định được các đạo hàm:
̇ = y
0

cos(Ωt) ̇ = y
0
cos(Ωt-∆t
2
) (2.6)
̇ = y
0
cos(Ωt-∆t
3
)

Mục đích của việc nghiên cứu.

Sử dụng phần mềm Matlab tính toán mô phỏng để tính động lực học của ô tô batrục
tải trọng nặng là: Khảo sát kiểm tra các thông số về dao động cũng như chỉ tiêu độ êm
dịu của xe tải tiến đến nâng cao tính hợp lí kết cấu hệ thống treo đảm bảo độ êm dịu
chuyển động của các loại xe khảo sát trên trong điều kiện đường xá ở việt nam. Đánh
giá chất lượng động học của các loại xe này giúp người sự dụng xe lựa chọ các thông
số của hệ thống treo,chế độ làm việc cho hợp lí để nâng cao năng suất cho xe và hỗ trợ
cho việc khai thác và sử dụng xe hiệu quả hơn…






17

CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH TÍNH VÀ PHƯƠNG TRINH VI PHÂN CHUYỂN

ĐỘNG
2.1.Mô hình ô tô 3 trục:
Từ cơ sở lý thuyết và thực tiễn tìm hiểu ta có thể đưa ra mô hình của xe ô tô 3 trục tải
trọng nặng như sau:

Hình 2. 1: Sơ đồ ô tô 3 trục tải trọng nặng.





18

2.1.1.Các thông số của mô hình:
Các thông số của ô tô được cho như sau:
Khối lượng trục và bánh trước: =600 kg;
Khối lượng thân xe : =30000 kg;
Mô men quán tính của thân xe: =40000kg ;
Khối lượng khung giá sau: =1800 kg;
Mô men quán tính của khung giá sau: =350 kg ;
Khoảng cách từ bánh trước đến trọng tâm của thân xe : =6m;
Khoảng cách từ trọng tâm khung giá sau đến trọng tâm xe: =4m ;
Cự li giữa hai trục bánh xe trên cùng 1 khung giá : 2l=2,2 m ;
Độ cứng của lốp trước và lốp sau của trục trước: = =5,6 MN/m ;
Hệ số cản nhớt của lốp trước và lốp sau của trục trước : = =20000 Ns/m;
Độ cứng lò xo trên trục trước : = 3 MN/m ;
Độ cứng lò xo trên trục sau xe : =4MN/m ;
Hệ số cản nhớt của giảm chấn của trục trước thân xe : =10000Ns/m ;
Hệ số cản nhớt của giảm chấn của trục sau thân xe : =30000Ns/m ;

19

2.2.Phương trình vi phân chuyển động
Ta tách các bộ phận ra khỏi hệ và đặt các phản lực cân bằng lên các bộ phận. Áp
dụng định luật II Niuton ta sẽ có được các phương trình vi phân chuyển động của
chúng.
2.2.1.Bánh Trước:
- Phân tích các lực tác dụng nên bánh trước:

Hình 2. 2: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh trước.
- Phương trình vi phân chuyển động của bánh trước:
111211212112111111
()()()()
ttll
mxkxxlcxxlkxycxy
ϕϕ=−++−+−−−−
&
&&&&&&
(2.8)

1211112121111211111111
ttttttllll
kxkxklcxcxclkxkycxcy
ϕϕ=−++−+−+−+
&
&&&&

11112112111121121111
()()
tltttlttll
ccxcxclkkxkxklcyky
ϕϕ=−+++−−++++
&
&&&

1111112112111121121111
()()
tltttlttll
mxccxcxclkkxkxklcyky
ϕϕ=>++−−+−−−=+
&
&&&&&


20

2.2.2.Thân Xe:
- Phân tích các lực tác dụng nên thân xe:

Hình 2. 3: Sơ đồ lực tác dụng lên thân xe.

- Phương trình vi phân:
2212112121122232222322
()()()()
tttt
mxkxxlcxxlkxxlcxxl
ϕϕϕϕ

=−−+−−+−−−−−−
&&
&&&&&&
(2.9)

1211112121111222232222223222
tttttttttttt
kxkxklcxcxclkxkxklcxcxcl
ϕϕϕϕ
=−+−−+−−++−++
&&
&&&&

231221122211231221122211
()(()(
tttttttttttt
cxccxclclcxkxkkxklklkx
−)ϕ)ϕ=−+−++−+−−+
&
&&&

22231221122211231221122211
()(()(0
tttttttttttt
mxcxccxclclcxkxkkxklklkx−)ϕ)ϕ
=>−+++−−+++−−=
&
&&&&&

2121121121121223222223222

()()()()
tttt
Jkxxllcxxllkxxllcxxll
ϕϕϕϕϕ=−−+−−++−−+−−
&&&&
&&&&
(2.10)
2222
121111112112111112222223222222223222
tttttttttttt
kxlkxlklclxclxclklxklxklclxclxcl
ϕϕϕϕ
=−+−−+−+−−+−−
&&
&&&&

2222
22311222112221112321122211222111
()(()(
tttttttttttt
clxclclxclclclxkxlklklxklklkxl
)ϕ)ϕ=−−−−++−−−−++
&
&&&

2222
222311222112221112321122211222
111
()(()(
0

ttttttttttt
t
Jclxclclxclclclxkxlklklxklkl
kxl
ϕ)ϕ)ϕ
=>++−++−++−++
−=
&&&
&&&

21

2.2.3.Khung giá sau.
- Phân tích lực tác dụng:


Hình 2. 4: Sơ đồ lực tác dụng lên khung giá sau.

- Phương trình vi phân:
33223222232223332333
23232323
()()()()
()()
ttll
ll
mxkxxlcxxlkxylcxyl
kxylcxyl
ϕϕϕϕ
ϕϕ
=−−+−−−−−−−−

−−+−−+
&&
&&&&&&
&
&&
(2.11)
2223222222322223232323232323
2223232223
ttttttlllllll
lllll
kxkxklcxcxclkxkyklcxcyclkx
kyklcxcycl
ϕϕϕϕ
ϕϕ
=−−+−−−++−++−
+−−+−
&&
&&&&
&
&&

223222222322223222222322
(2)(2)
tlttlltlttll
ccxcxclcycykkxkxklkyky
ϕϕ=−++−++−++−++
&
&&&&

33223222222232222223222322

(2)(2)
tltttlttllll
mxccxcxclkkxkxklcycykyky
ϕϕ=>++−+++−+=+++
&
&&&&&&

22

332333233323232323
()()()()
llll
Jkxyllcxyllkxyllcxyll
ϕϕϕϕϕ
=−−+−−−−+−−+
&&&&
&&&&
(2.12)
2222
232323232323232223232223
llllllllllll
klxklyklclxclyclklxklyklclxcycl
ϕϕϕϕ
=−−+−−−+−−+−
&&
&&&&

22
232322232322
22

llllll
clclyclyklklykly
ϕϕ=−−+−−+
&
&&

22
33232323222322
22
llllll
Jclklclyclyklykly
ϕϕϕ=>++=−+−+
&&&
&&



Từ các phương trình vi phân ta thành lập được các ma trận như sau: viết hệ ptvf dưới
dạng ma trận:
Ta có :
2212112212
22
22112211221122
1111111
3322222
2
332
00000
00000
000000

0000020
000000002
tttttt
tttttt
tttl
tttl
l
mxccclclcc
Jclclclclclcl
mxcclcc
mxcclcc
Jcl
ϕ
ϕ
+−−−


−+−



+−−+



−+






&&
&&
&&
&&
&&
2
2
1
3
3
121122122
22
1122112211222
111111
222223
2
23
0
0
00
020
00002
ttttt
ttttt
tttl
tttl
l
x
x

x
kkklklkkx
klklklklklkl
kklkkx
kklkkx
kl
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ













+−−−


−+−




+−−+=



−+





&
&
&
&
&
1111
23222322
232223122
0
0
tl
llll
lll
cyky
cycykyky
cylcylkylkyl





+


+++

−+−+


&
&&
&&

(2.13)


Giả sử đường là cứng tuyệt đối nên hệ dao động của xe là 5 bậc tự do.
Các tọa độ chuyển vị tương ứng là:
- x
1
chuyển vị thẳng đứng của bánh trước.
23

- x
2
,φ
2
là chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc của thân xe.
- x
3
,φ

3
là chuyển vị thẳng đứng và chuyển vị góc hai trục bánh xe sau.
Hệ phương trình vi phân chuyển động của xe ô tô 3 trục được viết dưới dạng như sau:
-
[M]x + [C]x + [K]x = F
r
rrr
&&&

(2.14)

- Trong đó
x
r
là véctơ suy rộng

x
r
=(
x
2
φ
2
x
1
x
3
φ
3
)

T
(2.15)




Ma trậnkhốilượng [M] :


2
2
1
3
3
0000
0000
0000
0000
0000
m
J
m
m
J










(2.16)

Ma trận cản nhớt [C]:



12112212
22
112211221122
11111
22222
2
2
0
0
00
020
00002
tttttt
tttttt
tttl
tttl
l
ccclclcc
clclclclclcl
cclcc
cclcc

cl
+−−−


−+−


−−+

−+



(2.17)


Ma trận độ cứng [K] :
24



12112212
22
112211221122
11111
22222
2
2
0
0

00
020
00002
ttttt
ttttt
tttl
tttl
l
kkklklkk
klklklklklkl
kklkk
kklkk
kl
+−−−


−+−


−−+

−+



(2.18)
Lực tác dụng của nhấp nhô mặt đường tác dụng lên xe [F]:

1111
231222322

232223122
0
0
tl
lll
lll
cyky
cycykyky
cylcylkylkyl




+


+++

−+−+


&
&&
&&
(2.19)

y
1
,y
2

,y
3
là các chuyển vị theo phương thẳng đứng của các bánh xe và cũng là cao
độ của nhấp nhô sóng mặt đường tại vụ trí tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường.
̇ ,̇ ,̇ là vận tốc theo phương thẳng đứng của các trục bánh xe.
Để tiến hành giải hệ phương trình vi phân bằng phương pháp đổi biến số ta biến
đổi như sau:

111
[][][][K][]{F}
xMCxMxM
−−−
=−−+
rrr
&&&
(2.20)
- Đặt
12
,
zxzx
==
rr
rr
&
thì phương trình trên sẽ tương đương với hệ dưới đây:
-
-
12
111
212

= [M][]z[M][C]z[M]
zz
zKF
−−−
=
−−+
rr
&
r
rr
r
&
(2.21)

-
25

- Lại đặt
1
2
z
z
z

=


r
r
r

, tức là cũng có
1
2
z
z
z

=


r
&
r
&
r
&
thì hệ trên lại được viết lại dưới ma trận
như sau:
-
1
zAzF
=+
r
rr
&
(2.22)
- Với ma trận:

11
[O][I]

[A]=|
[M][K][M][C]
−−


−−

(2.23)
- Trong đó [O] là ma trận cỡ 5 x 5 có các phần tử đều bằng 0
- [I] là ma trận đơn vị cỡ 5 x 5
(2.24)

Với
V
O
r
là véc tơ cột có 6 phần tử đều bằng 0
- Dùng phương pháp số Runge – Kutta để giải với điều kiện ban đầu tương ứng
của hệ dao động là :
-
{ }
10
02213322133
20
z
zxxxxxx
z
ϕϕϕϕ

==



r
r
&&
&&&
r
(2.25)

- Kết quả là sẽ xác định được các chuyển vị và vận tốc dao động của các bộ phận
của đoàn xe dưới tác dụng của kích thích mặt đường.
- Để tính lực động tác dụng lên xe cần phải tính các chuyển vị tương đối giữa các
bộ phận. Ta gọi các chuyển vị đó như sau:
+ Z
r
và
̇
lần lượt là chuyển vị và vận tốc tương đối giữa bánh xe thứ hai và mặt
đường :

11
11
r
r
Zxy
Zxy
=−
=−
&
&&

(2.26)
1
1
[M]
V
O
F
F
−

=


r
r
r