Thiết kế bệ thử dao động hệ thống treo ô tô con

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC.............................................................................................................. 01
LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................... 03
CHƯƠNG I . TỔNG QUAN.................................................................................05
1.1. Dao động của ô tô và các chỉ tiêu đánh giá ............................................... 05
1.1.1. Dao động của ô tô ..............................................,............................... 05
1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá .......................................................................... 08
1.2. Các phương pháp thử nghiệm về dao động ............................................... 18
1.2.1. Phương pháp mô phỏng ..................................................................... 18
1.2.2. Phương pháp tiến hành trên bệ thử .................................................... 18
1.2.3. Phương pháp thí nghiệm trong thực tế (trên đường) ......................... 19
1.3. Một số bệ thử dao động trong và ngoài nước ........................................... 19
1.3.1. Các thiết bị nước ngoài ..................................................................... 19
1.3.2. Các thiết bị trong nước ...................................................................... 20
1.4. Lựa chọn phương pháp, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu ........ 22
CHƯƠNG II . THIẾT KẾ BỆ THỬ .................................................................. 25
2.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 25
2.2. Nhiệm vụ thiết kế ....................................................................................... 25
2.3. Lựa chọn thông số cần đo và phương án thiết kế bệ thử ……………….. 25
2.3.1. Lựa chọn thông số cần đo………………………………………….. 25
2.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế bệ thử……………………………....... 26
2.4. Sơ đồ bệ thử …………………………………………………………….. 27
2.4.1. Sơ đồ nguyên lý chung của thiết bị………………………………… 27
2.4.2. Sơ đồ bố trí chung bệ thử…………………………………………… 28
CHƯƠNG III . THIẾT KẾ MẠCH ĐO............................................................. 29
3.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 29
3.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đo ghi ......................................................... 29
3.2.1.Sơ đồ nguyên lý chung........................................................................ 29
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3.2.2.Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đo dao động......................................... 30
3.3. Kết cấu các khối cụ thể của hệ thống đo ghi.............................................. 32
3.3.1. Khối cảm biến..................................................................................... 32
3.3.2. Khối biến đổi tín hiệu.......................................................................... 37
3.3.3. Bộ truyền nhận tín hiệu...................................................................... 39
3.3.4. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ.......................................................... 40
3.3.5. Sơ đồ mạch mắc các cảm biến............................................................ 40
3.4. Sử lý số liệu và đánh giá kết quả................................................................ 43
3.4.1. Tổng quan về phần mềm Lab VIEW...................................................43
3.4.2. Các hàm và các bảng công cụ trong Lab VIEW................................. 46
3.4.3. Giao diện điều khiển và hiển thị......................................................... 50
3.5. Mô phỏng đánh giá một hệ thống treo........................................................ 56
3.5.1. Xây dựng mô hình dao động hệ thống treo......................................... 56
3.5.2. Tiến hành mô phỏng và đánh giá kết quả............................................59
KẾT LUẬN............................................................................................................ 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 63

GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghiệp ô tô trên thế giới đang có những bước chuyển biến mạnh
mẽ trong thiết kế và chế tạo nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử
dụng. Phương hướng mà các nhà sản xuất hướng đến đó là nâng cao tính tiện nghi,
an toàn chuyển động, nâng cao chất lượng, giảm giá thành…Trong những năm gần
đây, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam bắt đầu chú trọng phát triển theo những xu
hướng này.
Hệ thống treo là một hệ thống quan trọng của ô tô, nó ảnh hưởng trực tiếp
đến độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động của ô tô. Chất lượng của hệ
thống treo không chỉ ảnh hưởng đến cảm giác của hành khách mà còn tác động đến
quá trình làm việc cũng như độ bền của những chi tiết khác. Vì vậy, những nghiên
cứu nhằm hoàn thiện hệ thống treo có ý nghĩa thực tiễn cao.
Các thông số của quá trình dao động như tần số lực kích động, gia tốc, vận
tốc, chuyển vị của phần khối lượng được treo cũng như phần khối lượng không
được treo là những cơ sở chủ yếu để đánh giá chất lượng của hệ thống treo. Những
thông số này có được thông qua các thử nghiệm được tiến hành trên bệ thử cũng
như trong thực tế. Do đó việc thiết kế bệ thử đo dao động của hệ thống treo ngày
càng được chú ý phát triển.
Đề tài: “Thiết kế bệ thử dao động hệ thống treo ô tô con” nhằm tiến hành
thí nghiệm, đo các thông số của quá trình dao động thẳng đứng, đánh giá ảnh
hưởng của các chi tiết trong hệ thống treo với dao động của ô tô, điều khiển quá
trình thí nghiệm và hiển thị kết quả trên máy tính. Từ đó là cơ sở để thiết kế hệ
thống treo có điều khiển.
Trong quá trình làm đồ án, chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn,
chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS. Đào Mạnh Hùng và ThS. Nguyễn Thành Công,
cùng các thầy cô giáo trong bộ môn cơ khí ô tô trường Đại Học Giao Thông Vận
Tải đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này. Do nhận thức của bản thân còn hạn
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

chế nên trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận
được sự đóng góp ý kiến của thầy, cô cùng các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 14 tháng 05 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Tô Hồng Dương

GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG I . TỔNG QUAN
1.1. Dao động của ô tô và các chỉ tiêu đánh giá
1.1.1. Dao động của ô tô
Trong quá trình ô tô chuyển động, mấp mô mặt đường được coi như nguồn
kích thích chính, tác động tới bánh xe qua hệ thống treo và gây dao động thân xe.
Lực cản không khí sẽ tác động gây ra dao động vỏ xe. Rung động của động
cơ và hệ thống truyền lực thông qua các mối ghép, giá đỡ truyền dao động tới
khung xe. Dao động của các khối lượng không cân bằng như kích thước, độ cứng
khác nhau của bánh xe và lốp được truyền qua hệ thống treo tới thân xe... và một số

tác động khác.
Từ những lý do trên mà trong quá trình chuyển động ô tô có thể chịu các dao
động theo các trục tọa độ của xe đó là:

Hình 1.1. Dao động của ô tô
- Dao động lên xuống theo trục thẳng đứng (sự nhún): là sự chuyển động lên
xuống của toàn bộ thân xe xuất hiện khi ô tô chuyển động trên mặt đường không
bằng phẳng.
- Dao động xoay quanh trục thẳng đứng (sự xoay đứng): là sự di chuyển
xoay của thân xe sang bên trái hoặc bên phải quanh trục thẳng đứng khi ôtô chuyển
động.
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Dao động xoay quanh trục dọc (sự lắc ngang): là chuyển động lắc của ô tô
quanh trục dọc khi ô tô qua mặt đường mà một bên bánh xe bị rơi xuống ổ gà hoặc
qua chỗ mấp mô.
- Dao động xoay quanh trục ngang (sự lắc dọc): là dao động lên xuống của
phần trước hay sau ô tô quanh trục ngang đi qua tâm của nó. Dao động này xảy ra
khi cả hai bánh xe của ô tô cùng đi qua vết lõm hay chỗ lồi trên đường.
Trong những dao động này thì dao động lên xuống theo trục thẳng đứng là dao
động gây ảnh hưởng lớn nhất đến sức khỏe của con người cũng như đến tuổi thọ các
chi tiết, các hệ thống khác.
Rung động của xe trong quá trình chuyển động hay cụ thể hơn là dao động
của phần khối lượng được treo gây ảnh hưởng đến cảm giác thoải mái, tiện nghi đối

với hành khách. Khi biên độ, tần số lớn tác dụng trong thời gian dài sẽ làm cho
hành khách bị mệt mỏi, không có khả năng duy trì các hoạt động thần kinh hoặc
sinh lý gây nôn mửa, chóng mặt, nhức đầu. Ngoài ra nó cũng ảnh hưởng trực tiếp
đến an toàn của hàng hoá được chuyên chở trên xe.
Khi xe chuyển động trên đường mấp mô, các dao động của thùng xe (phần
khối lượng được treo) với biên độ lớn sẽ làm va đập lên các ụ hạn chế, ảnh hưởng
đến độ bền của khung vỏ cũng như các chi tiết của hệ thống treo. Dao động của bánh
xe với gia tốc lớn sẽ gây tác dụng lên mặt đường tạo nên tải trọng va đập từ đó sẽ
gây lên hiện tượng phá hủy đường.
Khi nghiên cứu dao động, người ta thường coi ô tô như một hệ thống nằm
trong một mối liên hệ chặt chẽ với đường và con người trên xe. Dao động của ô tô
gây ảnh hưởng xấu tới con người (lái xe và hành khách) và ảnh hưởng tới sự bảo
đảm an toàn của hàng hóa chuyên chở. Đồng thời con người với tư cách là khối
lượng được treo, do vậy nó cũng có ảnh hưởng tới dao động của ô tô. Sơ đồ liên hệ
của hệ thống ‘‘Đường - ô tô - con người’’ được trình bày trên hình 1.2. Trong sơ đồ
trên, các mối liên hệ chủ yếu được vẽ bằng nét liền.
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.2. Sơ đồ liên hệ của hệ thống ‘‘Đường - ô tô - con người’’
Ngày nay, việc nghiên cứu dao động của ô tô cũng đã đạt được các thành tựu
đáng kể. Nghiên cứu về dao động của ô tô là cần thiết với 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... Vì vậy, nghiên cứu dao động ô tô là xác lập
mối quan hệ giữa dao động của ô tô với các chỉ tiêu của các chất lượng khai thác kể

trên.
Ô tô với các dạng khác nhau có những đặc điểm riêng của mình. Ví dụ : các
thông số đặc trưng cho treo của ô tô du lịch sẽ khác so với của ô tô vận tải, hoặc dao
động của ô tô vận tải xảy ra sẽ khác dao động của xe kéo (dạng sơ mi rơ moóc) cùng
chiều dài cơ sở...Vì vậy cần thiết phải đo đạc và thu thập các số liệu của thông số dao
động của các loại ô tô khác nhau.
Trong quá trình chế tạo và thử nghiệm hệ thống treo chỉ ra rằng việc chọn các
thông số của hệ thống treo không làm giảm dao động của ô tô đến giới hạn mong
muốn. Cho nên người ta tiến hành sử dụng biện pháp điều chỉnh các thông số của hệ
dao động, nghĩa là tiến hành liên hệ ngược và biến hệ dao động thành hệ tự dao
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

động. Việc áp dụng mô hình của hệ tự động điều chỉnh cho phép cải thiện tốt quá
trình thiết kế chế tạo hệ dao động, nhất là khi thiết kế nhờ máy tính.
Hiện nay, việc nghiên cứu thực nghiệm dao động của ô tô có ý nghĩa lớn, bởi
vì khi tiến hành thử nghiệm người ta cần giải quyết hàng loạt vấn đề như: Bằng
phương pháp nào kích thích cho ô tô dao động, đo ghi và xử lý gia công số liệu thực
nghiệm ra sao...Trong thực tế ô tô dao động tự nhiên do chuyển động trên đường
không bằng phẳng. Khi thử nghiệm có thể tạo kích thích nhân tạo trên băng thử hoặc
tạo ra các đoạn đường bằng phẳng nhưng có các mấp mô nhân tạo. Hiện nay việc ghi
các số liệu thử nghiệm thường phổ biến dùng băng từ hoặc được đưa vào máy tính
qua bộ chuyển đổi AD, nó tiện lợi cho việc cất giữ thông tin và gia công sử lý sau
này.
Dao động của ô tô bao gồm một dải tần số rộng. Có thể phân ra dao động của

khối lượng treo ở tần số thấp và dao động của khối lượng không được treo ở tần số
cao (rung động). Các nguồn gây ra rung động là: động cơ, hệ thống truyền lực, bánh
xe, mặt đường.
1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá
1.1.2.1. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động
Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô. Các
nước có nền công nghiệp ô tô phát triển đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
chuyển động khác nhau. Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã đưa ra
một số chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau :
a) Tần số dao động :
Do nhu cầu sinh hoạt hàng ngày phải di chuyển từ chỗ này sang chỗ khác do
vậy con người quen với nhịp điệu bước đi, trung bình trong một phút con người
có thể thực hiện khoảng 60

GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

90 bước đi. Khi quan niệm con người thực hiện

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

bước đi là thực hiện dao động thì con người đã quen với tần số dao động 60
90 lần/phút. Tấn số dao động của ô tô nằm trong giới hạn sau :
- Đối với xe con : 60

- Đối với ô tô : 100

90 lần/phút, (1

1,5 Hz)

120 lần/phút, (1,6

2 Hz)

b) Gia tốc dao động
Gia tốc dao động là thông số quan trọng đánh giá độ êm dịu chuyển động.
Gia tốc dao động kể đến đồng thời biên độ và tần số dao động. Chúng ta biết rằng
dao động tự do tắt dần chỉ tồn tại trong một số chu kỳ, do vậy việc xác định gia tốc
dao động sẽ có ý nghĩa lớn khi nghiên cứu dao động cưỡng bức với sự kích thích
của mặt đường.
Giá trị gia tốc giới hạn theo các phương

ngang xe),

(phương dọc xe),

(phương

(phương thẳng đứng) được xác định bằng thực nghiệm như sau:

.

.

.
Các số liệu trên có thể coi là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động

của ô tô, vì nó dựa trên cơ sở thống kê. Hơn nữa, dao động của ô tô truyền cho con
người mang tính chất ngẫu nhiên ở dải tần số rộng.
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

c) Hệ số êm dịu chuyển động
Hệ số êm dịu chuyển động K được đưa ra do tập thể các kỹ sư Đức (VDI).
Tác giả cho rằng cảm giác con người khi chịu dao động phụ thuộc vào hệ số độ êm
dịu chuyển động K. Hệ số êm dịu chuyển động K phụ thuộc vào tần số dao động,
gia tốc dao động, vận tốc dao động, phương dao động và thời gian tác động của
chúng lên con người. Nếu K là hằng số thì cảm giác dao động sẽ không thay đổi.
Hệ số K được xác định theo công thức:

Trong đó:

Tần số dao động (Hz).

: Gia tốc dao động (m/s2).

Hệ số hấp thụ.

RMS(

- giá trị trung bình của gia tốc dao động (m/s2).

T: Thời gian tác dụng.
Nếu con người chịu tác động ngang ở tư thế nằm thì hệ số

giảm đi một

nửa. Hệ số K càng nhỏ thì con người càng dễ chịu đựng dao động và độ êm dịu
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

càng cao. Giá trị K= 0,1 tương ứng với ngưỡng kích thích. Khi ngồi lâu trên xe, cho
phép K=10 25, còn khi đi ngắn hoặc trên xe tự hành K= 25 63.
Trong thực tế đối với ô tô, dạng điển hình dao động là ngẫu nhiên, khi đó
nhờ phân tích phổ dao động, giá trị hệ số K được xác định theo công thức:

Trong đó:
: Hệ số êm dịu của thành phần tần số thứ i.
n: Số thành phần tần số của hàm ngẫu nhiên.
Giá trị K có thể xác định bằng tính toán lý thuyết hoặc bằng thực nghiệm.
d) Chỉ tiêu công suất dao động
Chỉ tiêu này dựa trên giả thiết rằng, cảm giác của con người khi chịu dao
động phụ thuộc vào trị số của công suất dao động truyền cho con người. Nếu gọi
P(t) là lực tác động lên con người khi dao động, còn v(t) là vận tốc dao động (chỗ
ngồi hoặc bàn rung) thì công suất trung bình truyền đến con người sẽ là:

Trong đó:

P(t): Lực tác động lên con người khi dao động.
v(t): Vận tốc dao động.
Con người có thể xem là một hệ dao động và cảm giác con người phụ thuộc
vào tần số dao động, do đó ta có thể đưa vào hệ số hấp thụ K y có tính đến ảnh
hưởng của tần số lực động kích động và hướng tác động của nó. Khi tác động n
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

thành phần với các giá trị bình phương trung bình của gia tốc RMS( ) thì công
suất dao động có thể xác định theo công thức:

Ưu điểm của các chỉ tiêu này cho phép cộng các tác dụng của các dao động
với các tần số khác nhau theo các phương khác nhau.
Ví dụ, ghế ngồi của con người trên xe chịu dao động với bốn thành phần:
RMS( ): Giá trị bình phương trung bình gia tốc dao động thẳng đứng truyền
qua chân.
RMS( ): Giá trị bình phương trung bình gia tốc giao động thẳng đứng
truyền qua ghế ngồi.
RMS( ): Giá trị bình phương trung bình gia tốc theo phương dọc.

RMS( ): Giá trị bình phương trung bình gia tốc theo phương ngang.
Công suất tổng cộng truyền đến con người được xác định theo công thứcc
sau:

Theo thực nghiệm, trị số cho phép

= 0.2

như sau:

0.3 (W): Tương ứng với cảm giác thoải mái.

GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

=6

10 (W): Giới hạn cho phép đối với ô tô có tính cơ động cao.

Các nghiên cứu chỉ ra, những tác động phụ truyền qua chân không lớn hơn
như những tác động truyền qua ghế ngồi vì trong tư thế đứng tác động của dao
động bị yếu đi bởi các khớp xương của chân. Các dao động con người chịu trong tư
thế ngồi sẽ làm tổn thương cột sống.
e) Chỉ tiêu đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và độ dài thời gian tác
động
Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa ISO đưa ra năm 1969 cho phép đánh giá
tác dụng của dao động lên con người khi đi trên xe. Cảm giác được đánh giá theo
ba mức: thoải mái, mệt mỏi (cho phép dao động mà vẫn giữ được mức độ cho phép
của cường độ lao động) và mức giới hạn (giới hạn theo tác dụng của dao động lên
sức khỏe của con người). Sự khác nhau của tiêu chuẩn ISO so với tiêu chuẩn khác

là ở chỗ có tính đến thời gian tác động của dao động thẳng đứng điều hòa tác động
lên người ngồi và người đứng trong 8 giờ. Nếu tần số tác động trong giới hạn nhạy
cảm nhất với dao động của con người (4

8 Hz) thì bình phương gia tốc trung

bình đối với các giới hạn là:
- Thoải mái: 0.1 (m/s2).
- Mệt mỏi cho phép: 0.315 (m/s2).
- Mệt mỏi ở trong giới hạn cho phép: 0.63 (m/s2).
Với sự thay đổi tần số và thời gian tác động thì các giá trị trên sẽ thay đổi.
Khoảng tần số nhạy cảm nhất đối với con người là 4 8 Hz, trong khoảng này cảm
giác tỷ lệ hằng số với gia tốc và có giá trị nhỏ nhất.
f) Cường độ dao động
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tiêu chuẩn ISO 2631 đưa ra phương pháp xác định thời gian chịu đựng của
con người với những giá trị dao động tương ứng. Người ta thấy rằng ảnh hưởng của
dao động phụ thuộc tần số kích động, biên độ, hướng dao động, vị trí và thời gian
tác dụng.
Dựa vào đó người ta đã đưa ra khái niệm cường độ dao động K nhằm đánh
giá khả năng người lái cảm thấy thoải mái trong một thời gian nhất định.
Cường độ dao động K theo phương thẳng đứng z:

Với

Với

Với:
K = 20 giới hạn êm dịu.
K = 50 giới hạn điều khiển.
K = 125 giới hạn gây bệnh nghề nghiệp.

GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.3. Ảnh hưởng của tần số kích động, gia tốc bình phương trung bình
đến K.
Người ta đưa ra quan hệ giữa cường độ dao động tương đương với thời gian
chịu đựng của con người.

GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.4. Sự phụ cường độ dao động theo thời gian
g) Giá trị dao động tới hạn (eVDV)
Giá trị gia tốc tới hạn eVDV (estimate Vibration Dose Value) đặc trưng cho
giới hạn nguy hiểm đến sức khỏe con người do dao động của xe ô tô khách trong
khoảng thời gian dài. Các giá trị này phụ thuộc vào thời gian dao động và gia tốc
bình phương trung bình theo tần số.
Chỉ tiêu về giá trị dao động tới hạn là giá trị ước lượng của gia tốc trung bình
bậc 4 eVDV. Phương pháp này cho ra kết quả chính xác hơn phương pháp định
lượng cơ sở bằng cách sử dụng lũy thừa bậc 4 thay vào lũy thừa bậc 2.
Hoàn toàn có thể tính được giá trị eVDV bằng lý thuyết. Các giá trị này phụ
thuộc vào thời gian dao động và gia tốc bình phương trung bình theo tần số.
Tính giá trị gia tốc trung bình bậc 4 như sau:
(m/s1.75)

Trong đó:
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

a(t): Là gia tốc tức thời.
T: Khoảng thời gian khảo sát.
Thực tế người ta ít xây dựng trực tiếp giá trị gia tốc trung bình bậc 4 mà xây
dựng giá trị dao động tới hạn eVDV xuất phát từ công thức tính VDV (lượng dao
động). Nhờ kết quả biến đổi toán học sẽ có được công thức tính giá trị dao động tới
hạn eVDV theo gia tốc bình phương trung bình và thời gian khảo sát.
Công thức được xác định như sau:

Giá trị

: Là giá trị bình phương trung bình qua bộ lọc tần số.

1.1.2.2. Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền
đường
Theo quan điểm về an toàn chuyển động (tính điều khiển) và tải trọng tác
dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường là
thông số quan trọng để đánh giá. Khi ô tô chuyển động trên đường có biên dạng
mang đặc tính ngẫu nhiên thì dáng điệu của tải trọng thẳng đứng của bánh xe

cũng mang đặc tính ngẫu nhiên. Các giá trị của

giá trị trung bình

cũng dao động xung quanh vị trí

(gọi là kỳ vọng toán học), theo kết quả thử nghiệm thì giá

trị này bằng giá trị tải trọng tĩnh đặt lên bánh xe

:

=
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

17

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tải trọng thẳng đứng của bánh xe

được xác định bằng tổng của tải

trọng tĩnh và lực động giữa bánh xe và bề mặt đường

:

=
Sai lệch bình phương trung bình của tải trọng thẳng đứng của bánh xe xác
định theo biểu thức sau đây:

Phương sai của tải trọng thẳng đứng bánh xe:

Chính bằng bình phương trung bình trị số lực động
Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì sai lệch quân phương:
sao cho là nhỏ nhất, có nghĩa là:

.

Tải trọng tĩnh của bánh xe dễ dàng xác định được từ trọng lượng của ô tô và
tọa độ trọng tâm theo hướng dọc xe. Lực động

xác định phức tạp hơn vì nó

phụ thuộc vào tính chất dao động của ô tô, vào vận tốc chuyển động và độ mấp mô
của biên dạng bề mặt đường.

GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.5. Dáng điệu của tải trọng thẳng đứng của bánh xe
Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị số
lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của

.

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì ngược lại với phần trên là
trường hợp giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa là:

Và nhất là khi

thì ở bánh xe sẽ mất khả năng truyền lực kéo, lực

phanh và lực ngang, đồng thời nếu là bánh xe dẫn hướng thì ở thời điểm đó ô tô sẽ
mất tính điề khiển.
Để đánh giá tính chất của ô tô theo quan điểm về an toàn chuyển động cần
thiết xác định tỷ số giữa lực động

GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

và tải trọng tĩnh của bánh xe

:

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Lực động

thay đổi theo thời gian cho nên chúng ta sử dụng giá trị sai lệch

quân phương của lực động

thay thế vị trí của

nghĩa là sử dụng tiêu chuẩn:

Ngoài ra khi dao động người ta qua tâm sự bám lốp với mặt đường. Có thể ô
tô dao động bảo đảm thỏa mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng bánh xe bám đường
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 phương trung bình của dịch chuyển tương đối giữa
bánh xe với độ mấp mô bề mặt đường để đánh giá sự bám (tiếp xúc) của bánh xe
trên đương:

Trong đó:
: Chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng.
q: Chiều cao mấp mô biên dạng đường.
Có thể xác định giá trị

- là giá trị chuyển dịch tương đối của bánh xe

với đường theo biểu thức:

Giá trị

cũng có thể làm cơ sở đánh giá khả năng bám của lốp với

đường.
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.2. Các phương pháp thử nghiệm về dao động
Trong quá trình thiết kế, chế tạo một hệ thống treo đáp ứng được những chỉ
tiêu chất lượng trong quá trình làm việc thì việc nghiên cứu dao động có vai trò rất
quan trọng.
Hiện nay có 3 phương pháp chủ yếu để nghiên cứu dao động của hệ thống
treo bao gồm:
1.2.1. Phương pháp mô phỏng
Thí nghiệm được tiến hành bằng cách mô phỏng quá trình làm việc thực tế
của hệ thống treo trên máy tính.
Từ các thông số ban đầu, dựa trên những công thức đã được thiết lập sẽ đưa
ra các thông số của hệ thống treo thí nghiệm.
- Ưu điểm: Thiết bị thí nghiệm đơn giản, có thể thay đổi các thông số của quá

trình thí nghiệm như loại hệ thống treo, lực kích động... bằng cách thay đổi các số
liệu đầu vào nhằm xác định các thông số trong quá trình dao động của hệ thống treo
ở các điều kiện làm việc khác nhau. Phương pháp thí nghiệm này có thể kiểm soát
được các yếu tố ảnh hưởng đến dao động của hệ thống treo như hệ số ma sát khô
của giảm chấn...
Đó là những yếu tố khó xác định được trong thực tế, qua đó có thể đánh giá
được ảnh hưởng của các nhân tố này.
- Nhược điểm: Không mô phỏng được chính xác điều kiện làm việc thực tế
của hệ thống treo do các thông số đầu vào thay đổi rất phức tạp.
1.2.2. Phương pháp tiến hành trên bệ thử
Thí nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm, trên một bệ thử được
thiết kế sao cho mô phỏng được gần đúng nhất với điều kiện làm việc thực tế của
hệ thống treo. Kết quả thí nghiệm được đưa ra nhờ hệ thống đo có sử dụng các loại
cảm biến gia tốc, vận tốc...

GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Ưu điểm: So với phương pháp mô phỏng thì phương pháp thí nghiệm trên
bệ thử có kết quả chính xác hơn do mô hình thí nghiệm được thiết kế gần đúng với
điều kiện làm việc thực tế.
- Nhược điểm: Các chế độ thí nghiệm bị giới hạn do kết cấu bệ thử không thể
thay đổi linh hoạt. Độ chính xác của kết quả phụ thuộc nhiều vào độ chính xác
trong quá trình thiết kế bệ thử.
1.2.3. Phương pháp thí nghiệm trong thực tế (trên đường)

Thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện thực tế trên xe thật. Các thông số
của dao động đo được thông qua các cảm biến.
- Ưu điểm: Kết quả thu được chính xác, độ tin cậy cao.
- Nhược điểm: Vốn đầu tư lớn, không xác định được ảnh hưởng của từng
nhân tố đến dao động của hệ thống treo.
1.3. Một số bệ thử về dao động trong và ngoài nước
1.3.1. Các thiết bị nước ngoài
* Bệ thử dao động MSD 300 của hãng MAHA- Đức

Hình 1.6. Bệ thử MSD 3000
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Thiết bị kiểm tra dao động cho một cầu xe. Nguyên lý tạo dao động về cơ
bản giống với cơ cấu trục khuỷu thanh truyền. Sử dụng các cảm biến đo thông số
dao động theo phương thẳng đứng và hiển thị các thông số đó trên màn hình. Sau
đó kết quả được in ra phiếu.
* Bệ thử dao động của hãng KNORR-BREMSE

Hình 1.7. Mô hình bệ thử dao động của hãng KNORR-BREMSE
1. Các cảm biến đo gia tốc; 2. Các cảm biến đo chuyển vị; 3. Thiết bị tạo
dao động; 4.Trục dẫn hướng; 5. Bánh xe; 6. Hệ thống treo; 7. Phần khối lượng
được treo.
1.3.2. Các thiết bị trong nước
* Thiết bị tạo dao động VC 150 (Creating Vibration Equipment 150) của

Trung tâm thử nghiệm xe cơ giới - Đăng kiểm Việt Nam.
Thiết bị tạo dao động CV 150 là thiết bị tạo ra dao động tuần hoàn để nghiên
cứu ảnh hưởng dao động của xe đối với sức khỏe của ngồi trên xe đặc biệt là người
lái.
GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Cơ sở thiết kế thiết bị:
Thiết bị CV 150 được thiết kế chế tạo theo yêu cầu của tiêu chuẩn ISO-2631
để tạo ra dao động có tần số, biên độ, thời gian dao động khác nhau.

Hình 1.8. Mô hình thiết bị tạo dao động CV 150
* Bệ thử đo dao động 1/4 xe tạo dao động bằng cách sử dụng tang trống,
trên tang trống có gắn các vấu.
Trên tang trống có gắn các vấu, khi tang trống quay sẽ tạo ra dao động. Dao
động do tang trống gây ra là dao động cưỡng bức. Tang trống được dẫn động bởi
động cơ thông qua bộ truyền đai. Tần số lực kích động được thay đổi bằng cách
thay đổi số vấu gắn trên trống.

GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

24

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2
1
3
4
5

8

6
7
Hình 1.9. Mô hình bệ thử tạo dao động
1. Khung bệ thử; 2. Khung đỡ khối lượng được treo; 3. Hệ thống treo; 4. Bánh xe;
5. Động cơ điện; 6. Đai truyền động; 7. Tang trống; 8. Vấu tạo dao động.
1.4. Lựa chọn phương pháp, đối tượng thí nghiệm, phạm vi nghiên cứu
* Lựa chọn phương pháp nghiên cứu
Với mục đích nghiên cứu, quy mô của một đồ án tốt nghiệp và dựa vào điều
kiện thực tế ta chọn phương pháp thí nghiệm trên bệ thử.
* Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu ở đây là hệ thống treo độc lập trên các xe ô tô con.
* Phạm vi nghiên cứu:
Khảo sát một số hệ thống treo điển hình:
- Hệ thống treo độc lập Mc.pherson:

GVHD: TS. Đào Mạnh Hùng
SVTH: Tô Hồng Dương

25