Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)

0

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƢƠNG MẠNH HÙNG

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHÁCH CÓ SỬ
DỤNG HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

H Nội - 2017


i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƢƠNG MẠNH HÙNG

NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHÁCH CÓ SỬ DỤNG
HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN

Chuyên ngành: KỸ THUẬT Ô TÔ – MÁY KÉO
Mã số : 62.52.01.16.03

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS-TS. Đ o Mạnh Hùng
2.TS.Nguyễn Tuấn Anh

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

H Nội - 2017


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và
chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các số liệu,
kết quả đưa ra trong luận án là trung thực.
TÁC GIẢ LUẬN ÁN


i

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ........................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................ vi
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................. vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................................... vii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1
Chƣơng I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................. 5
1.1. Xu hƣớng phát triển ô tô khách ở Việt Nam. .................................................... 5
1.1.1. Đặc điểm và sự phát triển mạng lưới giao thông ở Việt Nam ......................... 5
1.1.2. Hiện trạng phát triển ô tô khách ở Việt Nam. ................................................. 6
1.1.3. Tình hình sản xuất lắp ráp ô tô khách ở Việt Nam .......................................... 8
1.2. Hệ thống treo h n n. ....................................................................................... 10
1.2.1. Đặc điểm hệ thống treo khí nén ..................................................................... 10

1.2.2. Hệ thống treo khí nén trên ô tô khách ........................................................... 11
1.2.3. Các mô hình nghiên cứu động lực học hệ thống treo khí nén ....................... 12
1.3. Khái quát về các công trình nghiên cứu liên quan đến nội dung đề tài ........ 15
1.3.1. Các công trình nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến tài ....................... 18
1.3.2. Các công trình nghiên cứu dao động ô tô trong nước. ................................. 20
1.4. Vấn đề còn tồn tại v hƣớng nghiên cứu. ........................................................ 23
1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án .................................................................... 24
KẾT LUẬN CHƢƠNG I .......................................................................................... 24
Chƣơng II. THIẾT LẬP MÔ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ KHÁCH SỬ DỤNG HỆ
THỐNG TREO KHÍ NÉN ............................................................................................ 26
2.1. Mô hình động lực học của lò xo h n n .......................................................... 26
2.1.1. Cơ sở lý thuyết nhiệt động học ...................................................................... 26
2.1.2. Các thông số đặc trưng của l

o h n n ..................................................... 28

2.1.3. Mô hình toán học của lò xo khí nén ............................................................... 29
2.2. Đ c t nh đ n hồi lò xo h n n. ......................................................................... 33
2.2.1. Đặc t nh đ n hồi t nh. .................................................................................... 33
2.2.2. Đặc t nh động lực học lò xo khí nén. ............................................................. 35
2.3. Mô hình dao động ô tô h ch với hệ thống treo khí nén. ............................... 38
2.3.1 C c giả thiết hi

dựng ô h nh ............................................................... 38

2.3.2. Mô h nh dao động 1/4 ô tô với hệ thống treo khí nén.................................... 39


ii

2.3.3. Mô h nh dao động ô tô trong không gian với hệ thống treo khí nén ............. 42
2.4. C c ch tiêu đ nh gi dao động ô tô .................................................................. 54
2.4.1. Chỉ tiêu đ nh gi độ êm dịu chuyển động ..................................................... 54
2.4.2. Chỉ tiêu đ nh gi an to n chu ển động ......................................................... 55
KẾT LUẬN CHƢƠNG II......................................................................................... 60
Chƣơng III. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN DAO ĐỘNG CỦA Ô
TÔ KHÁCH SỬ DỤNG HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN ....................................... 61
3.1. Mô phỏng mô hình nghiên cứu dao động ô tô trong Matlab Simulink ......... 61
3.2. Ô tô khách UNIVERSE. .................................................................................... 66
3.3. Khảo s t dao động riêng của ô tô..................................................................... 68
3.3.1. Tần số dao động riêng của ô tô theo phương thẳng đứng............................. 68
3.3.2. Tần số dao động riêng lắc ngang .................................................................. 69
3.4. Khảo s t dao động của ô tô trong miền thời gian. .......................................... 69
3.4.1. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường. .............................................................. 69
3.4.2. Ảnh hưởng của p suất trong l

o h n n ................................................... 74

3.4.3. Ảnh hưởng của thể tích bình khí phụ ............................................................. 77
3.5. Khảo s t dao động của ô tô trong miền tần số ................................................ 81
3.5.1. Ảnh hưởng của áp suất trong l

o h n n đến êm dịu chuyển động. .......... 82

3.5.2. Ảnh hưởng của thể tích bình khí phụ đến êm dịu chuyển động ..................... 85
3.5.3. Ảnh hưởng của thể tích bình khí phụ đến tính ổn định chuyển động ............ 86
KẾT LUẬN CHƢƠNG III ....................................................................................... 88
Chƣơng IV: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .......................................................... 89
4.1. Mục đ ch của nghiên cứu thực nghiệm ............................................................ 89
4.2. Thí nghiệm x c định độ cứng tĩnh lò xo h n n ............................................. 89

4.2.1. Điều kiện khi thực hiện thí nghiệm ................................................................ 89
4.2.2. Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm .................................................................. 90
4.2.3. Phương ph p thực hiện thí nghiệm................................................................ 91
4.2.4. Kết quả thí nghiệm ......................................................................................... 92
4.3. Thí nghiệm x c định độ cứng động lực học lò xo khí nén ............................. 94
4.3.1. Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm .................................................................. 94
4.3.2. Phương ph p thực hiện thí nghiệm................................................................ 94
4.3.3. Kết quả thí nghiệm ......................................................................................... 97
4.4. Sử dụng kết quả thí nghiệm để chuẩn hóa mô hình lý thuyết ..................... 100
4.4.1. Sử dụng kết quả lý thuyết để chuẩn hóa đường đặc t nh t nh l

o h n n 101

4.4.2. Sử dụng kết quả thí nghiệ để chuẩn hóa ô h nh dao động trong không
gian ô tô khách ....................................................................................................... 102


iii

4.5. Thí nghiệm x c định tần số dao động riêng của ô tô h ch theo phƣơng
thẳng đứng. .............................................................................................................. 103
4.5.1. Mục đ ch th nghiệm .................................................................................... 103
4.5.2. Giới thiệu thiết bị thí nghiệm ....................................................................... 104
4.5.3. Phương ph p thực hiện thí nghiệm............................................................. 107
4.5.4. Kết quả thí nghiệm ....................................................................................... 110
KẾT LUẬN CHƢƠNG IV .......................................................................................... 111
KẾT LUẬN CHUNG .................................................................................................. 112
MỘT SỐ KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT ....................................................................... 115
HƢỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA LUẬN ÁN .......................................... 115
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ................................................. 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 117
PHỤ LỤC ......................................................................................................................... 1
PL1. THÍ NGHIỆM ĐO ĐỘ CỨNG ĐỘNG LỰC HỌC LÒ XO KHÍ NÉN ........ 1
PL2.THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH TĨNH LÒ XO KHÍ NÉN .............. 12
PL3. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM ............................................................ 22
PL5. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE THÍ NGHIỆM ..................................... 27


iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
STT Ký hiệu
1
ms
2
mu
ks1 , ks2
3
cs1 , cs2
4
ku1
5
ku2
6
cu1
7
cu2
8
9
a,b

10
zs
11

zsA, zsB

12
13
14
15
16

zu
zd
L
B
hg

17
18

Jy

19

Ju

20

ke , kv

21

l f , lr

22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

ax , a y

36

Fas

37

Ma

Jx

g

hr
hp
p
qi
V
Vb ,Vr
n
Ae
As
F
Fui
Fau

Ý nghĩa ý hiệu
Khối lượng được treo
Khối lượng không được treo
Độ cứng của hệ thống treo trước và sau
Hệ số cản của hệ thống treo trước và sau
Độ cứng của lốp trước
Độ cứng của lốp sau
Hệ số cản của lốp trước
Hệ số cản của lốp sau
Khoảng cách t tr ng tâm tới tr c trước, tr c sau.
Dịch chuyển của khung xe
Dịch chuyển thẳng đứng của thân xe và cầu xe tại vị trí liên
kết với thanh ổn định tại các điểm A và B

Dịch chuyển của cầu xe
Dịch chuyển của người lái
Chiều dài cơ sở
Chiều rộng vết bánh xe
Chiều cao tr ng tâm ô tô
Mô men quán tính khối lượng được treo quanh tr c Ox
Mô men quán tính khối lượng được treo quanh tr c Oy
Mô men quán tính khối lượng không được treo quanh tr c
Ox
Đặc trưng cho độ cứng của lò xo khí nén
Khoảng cách t tr ng tâm ô tô đến tr c trước, tr c sau theo
phương nằm ngang
Gia tốc d c, gia tốc ngang
Gia tốc tr ng trường
Khoảng cách t tr c lắc ngang đến tr ng tâm ô tô
Khoảng cách t tr c lắc d c đến tr ng tâm ô tô
Áp suất bên trong lò xo khí nén
Biên độ mấp mô mặt đường
Thể tích bình chứa khí nén
Thể tích lò xo khí nén và của bình khí ph
Chỉ số nén đa biến
Diện tích tác d ng của lò xo khí nén
Tiết diện đường ống dẫn khí nén
Lực tác d ng lên lò xo khí nén
Lực liên kết giữa bánh xe với mặt đường
Phản lực chống lắc tác d ng lên cầu xe
Lực tác d ng lên thân xe tại vị trí thanh liên kết với thanh
ổn định ngang
Mô men ổn định do thanh chống lắc sinh ra

Đơn vị
kg
kg
N/m
Ns/m
N/m
N/m
Ns/m
Ns/m
m
m
m
m
m
m
m
m
kg.m2
kg.m2
kg.m2
N/m
m
m/s2
m/s2
m
m
Pa
m
m3
m3

m2
m2
N
N
N
N
N.m


v

38
39
40
41
42

Maf
Mar
Kd
Kt
β

43

ξ

44
45
46

47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57


fn
ls
v
O
I
fs
fu
u
x
y
ys
yu
z

58

zs

59

zsA

60
61

zsd
zu

62

zuB

63

zuS

64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74

75
76
77
78

wS
qs
qu
A, B
D, E
C
Cs, Css
Cuu
Cβ
Guw ,Gsw
Gfs,Gvs
Gs
GsA
Gu
GuB

Mô men ổn định do thanh chống lắc sinh ra cầu trước
N.m
Mô men ổn định do thanh chống lắc sinh ra cầu sau
N.m
Độ cứng động lực h c của lò xo khí nén
N/m
Độ cứng tĩnh của lò xo khí nén
N/m
Hệ số phi tuyến của lò xo khí nén

Hệ số kể đến tổn thất n ng lượng tổng cộng của dòng khí
chảy trong đường ống
Khối lượng riêng của khí nén (1.293)
kg/m3
Tần số dao động riêng
Hz
Chiều dài đường ống nối với bình khí ph
m
Vận tốc chuyển động của ô tô
m/s
Véc tơ không, ma trận số không
Ma trận đơn vị
Véc tơ lực liên kết của hệ thống treo khí nén ở các bánh xe
Véc tơ lực liên kết giữa các bánh xe với mặt đường
Véc tơ các kích thích
Véc tơ trạng thái
Véc tơ các thông số ra (thông số đánh giá)
Véc tơ t a độ suy rộng của khối lượng được treo
Véc tơ t a độ suy rộng của khối lượng không được treo
Véc tơ các t a độ suy rộng
Véc tơ dịch chuyển của của thân xe tại vị trí lắp hệ thống
treo
Véc tơ dịch chuyển của thân xe tại vị trí liên kết với thanh
ổn định tại điểm A
Véc tơ dịch chuyển của vị trí người lái.
Véc tơ dịch chuyển của cầu xe tại vị trí bánh xe
Véc tơ dịch chuyển của cầu xe tại vị trí liên kết với thanh ổn
định tại điểm B
Véc tơ dịch chuyển của cầu xe tại vị trí đặt hệ thống treo ở
bánh xe thứ i

Véc tơ chuyển vị của khối lượng khí nén
Véc tơ các lực suy rộng tác d ng lên thân xe
Véc tơ kích thích mặt đường
Các ma trận trạng thái
Các ma trận thông số đánh giá
Ma trận hệ số cản
Ma trận hệ số cản của giảm chấn hệ thống treo
Ma trận hệ số cản của lốp xe
Ma trận hệ số cản của lò xo khí nén
Ma trận kích thước hình h c
Ma trận kích thước hình h c của ô tô
Ma trận kích thước hình h c xác định dịch chuyển thân xe
Ma trận kích thước xác định dịch chuyển thân xe tại điểm A
Ma trận kích thước hình h c xác định dịch chuyển cầu xe
Ma trận kích thước hình h c xác định dịch chuyển cầu xe tại


vi

79

GuS

80
81
82
83
84
85
86

87
88

gd
K, KSS
Ke,Kv, Kw
Ku, Kuu
M
Ms
Mu
Mw
Q

điểm B
Ma trận kích thước hình h c xác định dịch chuyển của cầu
xe tại vị trí đặt hệ thống treo ở bánh xe thứ i
Ma trận kích thước xác định vị trí người lái
Ma trận độ cứng hệ thống treo
Ma trận độ cứng hệ thống treo khí nén
Ma trận độ cứng của bánh xe
Ma trận khối lượng
Ma trận khối lượng được treo
Ma trận khối lượng không được treo
Ma trận khối lượng khối khí nén
Ma trận kích thích

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
STT

Ký hiệu

1

eVDV

2

ISO

3

LTR

4

NHTSA

5

RMS

6

PSD

7

SSF

Giải th ch

Estimate Vibration Dose
Giá trị gia tốc tới hạn
Value
International Organization
Tổ chức Quốc tế về Tiêu
for Standardization
chuẩn hóa
Hệ số phân bố tải tr ng
Lateral load Transfer Ratio
ngang
National Highway Traffic
Cơ quan quản trị an toàn lưu
Safety Administration
thông Đường bộ quốc gia
Giá trị bình phương trung
Root Mean Square
bình của gia tốc
Power Spectral Desity
Mật độ phổ công suất
Static Stability Factor
Hệ số ổn định tĩnh

DANH MỤC CÁC BẢNG
CHƢƠNG I
Bảng 1.1. Hệ thống giao thông đường bộ Việt Nam ........................................................... 5
CHƢƠNG III
Bảng 3.1: T a độ của các điểm đặt lực ............................................................................. 45
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô dùng treo nhíp và treo khí nén ................ 71
Bảng 3.3: Các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô dùng treo nhíp và treo khí nén ................ 73
Bảng 3.4: Ảnh hưởng của áp suất trong lò xo khí nén đến dao động ô tô. ...................... 74

Bảng 3.5: Ảnh hưởng của áp suất trong lò xo khí nén đến dao động ô tô. ....................... 77
Bảng 3.6: Chỉ tiêu đánh giá dao động về an toàn và êm dịu chuyển động của ô tô. ........ 79
Bảng 3.7: Chỉ tiêu đánh giá dao động về an toàn và êm dịu chuyển động của ô tô. ........ 81
CHƢƠNG IV


vii

Bảng 4.1. Tần số dao động riêng của ô tô theo phương thẳng đứng ............................... 110

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
CHƢƠNG I
Hình 1.1. Khung gầm sắt xi ô tô cơ sở. ............................................................................... 9
Hình 1.2. Hàn khung xương vỏ ô tô khách ....................................................................... 10
Hình 1.3. Ô tô khách được sản xuất lắp ráp tại Việt Nam................................................. 10
Hình 1.4. Hệ thống treo khí nén ô tô khách ...................................................................... 11
Hình 1.5. Hệ thống treo khí nén ô tô tải ............................................................................ 12
Hình 1.6. Mô hình lò xo khí nén đơn giản [29] ................................................................. 12
Hình 1.7. Mô hình NISHIMURA [29] .............................................................................. 13
Hình 1.8. Mô hình VAMPIRE [66] ................................................................................... 13
Hình 1.9. Mô hình SIMPAC [64] ...................................................................................... 14
Hình 1.10. Mô hình lò xo khí nén GENSYS theo phương d c [26] ................................. 14
CHƢƠNG II
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống treo khí nén ............................................................................... 26
Hình 2.2. Mô hình vật lý lò xo khí nén [29],[56] .............................................................. 29
Hình 2.3. Mô hình toán h c lò xo khí nén GENSYS [26] ................................................ 32
Hình 2.4. Đặc tính tĩnh lò xo khí nén ................................................................................ 34
Hình 2.5. Độ cứng tĩnh lò xo khí nén ................................................................................ 34
Hình 2.6. Đặc tính động lực h c lò xo khí nén.................................................................. 36
Hình 2.7. Ảnh hưởng của p0 đến đặc tính động lực h c lò xo khí nén.............................. 37

Hình 2.8. Ảnh hưởng của Vr0 đến đặc tính động lực h c lò xo khí nén. ........................... 38
Hình 2.9. Mô hình 1/4 ô tô với hệ thống treo khí nén ....................................................... 40
Hình 2.10. Các lực tác d ng lên khối lượng được treo ..................................................... 40
Hình 2.11. Các lực tác d ng lên khối lượng không được treo .......................................... 41
Hình 2.12: Mô hình dao động của ô tô khách trong không gian ....................................... 43
Hình 2.13. Sơ đồ xác định lực và mô men ổn định. .......................................................... 49
CHƢƠNG III
Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng dao động trong không gian ô tô khách với hệ thống treo khí
nén ..................................................................................................................................... 62
Hình 3.2. Sơ đồ mô phỏng dao động trong không gian ô tô khách với hệ thống treo nhíp
........................................................................................................................................... 62
Hình 3.3. Sơ đồ mô phỏng kích thích mặt đường ............................................................. 63
Hình 3.4. Sơ đồ mô phỏng kích thích mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO [69] .. 63
Hình 3.5. Sơ đồ mô phỏng dao động thân xe sử d ng hệ thống treo khí nén trong không
gian .................................................................................................................................... 64
Hình 3.6. Sơ đồ mô phỏng động lực h c hệ thống treo khí nén ........................................ 64
Hình 3.7. Sơ đồ mô phỏng các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô khách sử d ng hệ thống
treo nhíp ............................................................................................................................. 65
Hình 3.8. Sơ đồ mô phỏng dao động trong không gian thân xe sử d ng hệ thống treo nhíp
........................................................................................................................................... 65


viii

Hình 3.9. Sơ đồ mô phỏng các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô khách có hệ thống treo
nhíp .................................................................................................................................... 66
Hình 3.10. Ô tô thí nghiệm UNIVERSE K43-2F14.......................................................... 66
Hình 3.11. Sơ đồ hệ thống treo khí nén trên ô tô UNIVERSE K43-2F14 ........................ 67
Hình 3.12. Hệ thống treo trước.......................................................................................... 67
Hình 3.13. Hệ thống treo sau ............................................................................................. 68

Hình 3.14. Dao động riêng của ô tô theo phương thẳng đứng. ......................................... 68
Hình 3.15. Dao động lắc ngang tự do của thân xe ............................................................ 69
Hình 3.16. Các chỉ tiêu đánh giá dao động, v=60 km/h .................................................... 70
Hình 3.17. Tải tr ng tại các bánh xe với kích thích mặt đường dạng xung, v=60 km/h. . 70
Hình 3.18. Biên độ kích thích ngẫu nhiên của mặt đường. ................................................ 72
Hình 3.19. Các chỉ tiêu đánh giá dao động........................................................................ 72
Hình 3.20. Tải tr ng tại các bánh xe với kích thích mặt đường dạng ngẫu nhiên, v=60
km/h. .................................................................................................................................. 73
Hình 3.21. Các chỉ tiêu đánh giá dao động........................................................................ 75
Hình 3.22. Ảnh hưởng của áp suất khí trong lò xo khí nén đến tải tr ng tại các bánh xe. 75
Hình 3.23. Các chỉ tiêu đánh giá dao động........................................................................ 76
Hình 3.24. Ảnh hưởng của áp suất khí trong lò xo khí nén đến tải tr ng tại các bánh xe
với kích thích mặt đường dạng xung. ................................................................................ 76
Hình 3.25. Các thông số đánh giá dao động ô tô với kích thích mặt đường dạng xung. .. 78
Hình 3.26. Tải tr ng tại các bánh xe với kích thích mặt đường dạng xung. ..................... 78
Hình 3.27. Tải tr ng tại các bánh xe với kích thích mặt đường ngẫu nhiên. .................... 80
Hình 3.28. Các thông số đánh giá dao động ô tô với kích thích mặt đường ngẫu nhiên. . 80
Hình 3.29. Kích thích mặt đường dạng hình sin ............................................................... 82
Hình 3.30. Đặc tính biên độ-tần số dịch chuyển người lái. ............................................... 83
Hình 3.31. Đặc tính biên độ-tần số gia tốc người lái......................................................... 83
Hình 3.32. Đặc tính biên độ-tần số của tải tr ng bánh xe. ................................................ 83
Hình 3.33. Đặc tính biên độ-tần số của dịch chuyển người lái. ........................................ 84
Hình 3.34. Đặc tính biên độ-tần số của gia tốc người lái. ................................................. 84
Hình 3.35. Đặc tính biên độ-tần số của tải tr ng bánh xe. ................................................ 84
Hình 3.36. Đặc tính biên độ-tần số của dịch chuyển người lái. ........................................ 85
Hình 3.37. Đặc tính biên độ-tần số của gia tốc người lái. ................................................. 85
Hình 3.38. Đặc tính biên độ-tần số của tải tr ng bánh xe. ................................................ 86
Hình 3.39. Đặc tính biên độ-tần số của góc lắc ngang thân xe. ........................................ 86
Hình 3.40. Đặc tính biên độ-tần số của gia tốc lắc ngang thân. ........................................ 87
CHƢƠNG IV

Hình 4.1. Máy nén khí và đồng hồ đo áp suất lò xo khí nén. ............................................ 90
Hình 4.2. Thiết bị kéo-nén đo độ cứng tĩnh của lò xo khí nén. ......................................... 90
Hình 4.3. Màn hình hiển thị kết quả đo nén tĩnh lò xo khí nén. ........................................ 91
Hình 4.4. Lò xo khí nén. .................................................................................................... 91
Hình 4.5. Bình khí ph . ..................................................................................................... 92
Hình 4.6. Đặc tính nén tĩnh lò xo khí nén ở các giá trị khác nhau. ................................... 93
Hình 4.7. Quan hệ giữa lực và biến dạng khi lắp bình khí ph và không lắp bình khí ph .
........................................................................................................................................... 93
Hình 4.8. Kích gia tải động theo tần số. ............................................................................ 94
Hình 4.9. Lò xo khí nén thí nghiệm................................................................................... 95


ix

Hình 4.10. Gá đặt thiết bị thí nghiệm. ............................................................................... 95
Hình 4.11. Thiết lập các thông số đo trên thiết bị gia tải. ................................................ 96
Hình 4.12. Đồ thị lực tác d ng lò xo khí nén tại tần số 1Hz. ............................................ 97
Hình 4.13. Độ cứng động lực h c lò xo khí nén. ............................................................. 98
Hình 4.14. Đồ thị lực tác d ng lò xo khí nén tại tần số 1Hz. ............................................ 99
Hình 4.15. Đồ thị biến dạng lò xo khí nén tại tần số 1Hz. ................................................ 99
Hình 4.16. Độ cứng động lực h c lò xo khí nén có bình khí ph ................................... 100
Hình 4.17. Sơ đồ tính toán trị số hiệu quả tính được t lý thuyết. .................................. 101
Hình 4.18. So sánh kết quả thí nghiệm với mô hình lý thuyết, n=1,3. ........................... 102
Hình 4.19. Kết quả so sánh giữa mô hình lý thuyết và thí nghiệm. ................................ 103
Hình 4.20. Máy tính chuyên dùng - hệ thu thập dữ liệu DEWETRON 3020. ............... 104
Hình 4.21. Cảm biến V1 ................................................................................................. 105
Hình 4.22. Cảm biến đo khoảng cách H7 ........................................................................ 105
Hình 4.23. Bộ nguồn rung EA-TWI 250-12 ................................................................... 106
Hình 4.24. Bộ chuyển đổi tín hiệu DATRON ................................................................. 107
Hình 4.25. Thí nghiệm xác định tần số dao động riêng theo phương thẳng đứng. ......... 107

Hình 4.26. Sơ đồ thí nghiệm đo dao động của ô tô theo phương thẳng đứng. ................ 108
Hình 4.27. Xác định kích thước cơ sở ô tô thí nghiệm. ................................................. 108
Hình 4.28. Xác định phân bố tải tr ng trên các cầu. ....................................................... 108
Hình 4.29. Gắn cảm biến lên sàn ô tô tại vị trí tr ng tâm. .............................................. 109
Hình 4.30. Đồ thị xác định chu kỳ dao động tắt dần của ô tô. ........................................ 109


1

MỞ ĐẦU
Dao động ô tô là lĩnh vực được nhiều nhà khoa h c và các chuyên gia quan tâm
nghiên cứu nhằm thiết kế và chế tạo ra ô tô có các tính n ng ưu việt đáp nhu cầu ngày
càng cao của con người. Hướng phát triển hiện nay được tập chung vào các ô tô thân
thiện với môi trường và tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao
tiện nghi và an toàn chuyển động.
Ở Việt Nam, ngành công nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô đang đứng trước cơ hội phát
triển mạnh khi mạng lưới giao thông không ng ng được nâng cấp và mở rộng, nhu cầu
đi lại của con người và vận chuyển hàng hóa ngày một gia t ng. Sự lựa ch n của người
sử d ng hướng vào các ô tô có chất lượng cao, trong đó đặc biệt chú ý đến tính n ng an
toàn cao và tiện nghi khi sử d ng của ô tô.
Hệ thống treo là hệ thống quan tr ng trên ô tô, ảnh hưởng trực tiếp đến tính êm dịu,
an toàn chuyển động, đặc biệt là khi ô tô di chuyển trên loại đường có chất lượng mặt
đường xấu. Hệ thống treo không tốt sẽ gây ra lực động tác động xuống nền đường gây
phá hủy mặt đường. Trên các ô tô hiện đại thường sử d ng hệ thống treo có phần tử đàn
hồi thay đổi được độ cứng (sử dụng phần tử đ n hồi khí nén) việc kiểm soát không tốt
độ cứng sẽ gây ra dao động lắc ngang lớn, làm mất ổn định thân xe, có nguy cơ gây lật
xe. Đặc biệt là các ô tô chở khách giường nằm hai tầng, xe có chiều cao tr ng tâm lớn,
sử d ng hệ thống treo khí nén khi chạy trên đường đèo.
Do nhu cầu về tính tiện nghi trên các ô tô đòi hỏi ngày càng cao để đáp ứng nhu cầu
đi lại bằng phương tiện ô tô cho các tuyến đường dài mà hệ thống treo khí nén hiện nay

đang được sử d ng tương đối phổi biến trên ô tô khách, ô tô buýt do có những tính n ng
ưu việt hơn so với hệ thống treo loại nhíp. Trong những n m gần đây ở Việt Nam đã
nhập khẩu cũng như sản xuất nhiều loại ô tô khách, ô tô buýt có sử d ng hệ thống treo
khí nén. Các ô tô này khi đưa vào sử d ng ở trong nước đã phát huy được tính tiện nghi
khi chạy trên các tuyến đường dài. Làm t ng nhu cầu về số lượng xe để thay thế dần các
ô tô cũ sử d ng hệ thống treo loại nhíp. Đây là điều kiện thúc đẩy sự phát triển ngành
công nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô ở trong nước.
Tuy nhiên, ở Việt Nam trong mấy n m gần đây vấn đề sử d ng ô tô khách đường
dài có hệ thống treo khí nén còn tồn tại một số vấn đề nhất định về tính an toàn, tính ổn
định khi ô tô hoạt động trên đường đèo dốc cần phải xem xét. Để sử d ng tốt hệ thống


2

này trên ô tô ở trong nước cần có các công trình nghiên cứu sâu hơn. Nghiên cứu giải
pháp để để kiểm soát, nâng cao chất lượng của hệ thống treo khí nén cũng như các bộ
phận chuyển động ô tô, đáp ứng yêu cầu về êm dịu và tính an toàn chuyển động là cần
thiết. Do vậy, việc đặt vấn đề “Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ
thống treo khí nén ”là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn và cần thiết ở Việt
Nam hiện nay.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Nghiên cứu đánh giá dao động ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén thông qua
chỉ tiêu êm dịu và an toàn chuyển động ph c v cho công tác thiết kế, chế tạo cũng như
khai thác ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén được sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là ô tô khách có sử d ng hệ thống treo khí nén
được sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam.
Phạm vi nghiên cứu của luận án là nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về dao
động ô tô khách có sử d ng hệ thống treo khí nén được sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam.
Phƣơng ph p nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của luận án là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với thực
nghiệm.
Về nghiên cứu lý thuyết đã lựa ch n mô hình toán phần tử đàn hồi khí nén có và
không có bình khí ph , trên cơ sở đó xây dựng mô hình dao động không gian ô tô khách
sử d ng hệ thống treo khí nén, khảo sát mô hình dao động bằng Matlab - Simulink,
đánh giá ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử d ng đến các chỉ tiêu về an toàn
và êm dịu chuyển động.
Sử d ng kết quả nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng tính chính xác của mô
hình, hiệu chỉnh mô hình lý thuyết, đồng thời xác định các thông số đầu vào cho mô
hình.
Ý nghĩa hoa học
- Lựa ch n mô hình toán h c để xây dựng được mô hình nghiên cứu động lực h c
hệ thống treo khí nén và mô hình dao động ô tô khách trong không gian có kể đến yếu


3

tố phi tuyến của lò xo khí nén trong hệ thống treo. Lựa ch n các chỉ tiêu để khảo sát,
đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo khí nén đến dao động ô tô.
- Luận án đóng góp nghiên cứu mới về một số thông số kết cấu và sử d ng hệ thống
treo khí nén ảnh hưởng đến dao động ô tô khách được sản xuất và lắp ráp ở Việt Nam.
Thông qua việc xây dựng mô hình dao động và nghiên cứu lý thuyết, luận án góp phần
hoàn thiện phương pháp đánh giá hệ thống treo khí nén nhằm nâng cao tính êm dịu và
an toàn chuyển động của ô tô khách được sản xuất lắp ráp và sử d ng trong nước.
Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả nghiên cứu của luận án sẽ góp phần hoàn thiện cho việc thiết kế, chế tạo
và sản xuất lắp ráp ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén.
- Luận án trình bày một số đề xuất về sử d ng hệ thống treo khí nén trên các ô tô
khách, giúp các nhà quản lý có cơ sở để ban hành các quy định về khai thác, sử d ng ô
tô khách có hệ thống treo khí nén một cách hiệu quả và an toàn.

- Luận án có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, h c viên chuyên
ngành Cơ khí ô tô.
Nội dung của luận n:
Xuất phát t m c đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu, ngoài phần
mở đầu và kết luận chung, bố c c của luận án bao gồm bốn chương như sau:
Chƣơng I: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Phân tích, đánh giá các công trình đã nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước
liên quan mật thiết đến đề tài luận án; xác định những vấn đề còn tồn tại; xác định vấn đề
mà luận án cần tập trung nghiên cứu, giải quyết.
Trình bày tổng quan về vấn đề sử d ng và sản xuất lắp ráp ô tô khách ở Việt Nam. Giới
thiệu về đặc điểm của hệ thống treo khí nén dùng trên các ô tô khách.
Lựa ch n mô hình toán h c để xây dựng mô hình động lực h c hệ thống treo khí nén
nghiên cứu. Lựa ch n loại mô hình dao động ô tô khách để khảo sát, đánh giá ảnh hưởng
của một số thông số trong hệ thống treo khí nén đến dao động ô tô.
Chƣơng II: Thiết lập mô hình dao động ô tô h ch sử dụng hệ thống treo h n n
Trình bày cơ sở lý thuyết về động lực h c. Lựa ch n mô hình toán h c xây dựng mô
hình động lực h c phần tử đàn hồi khí nén. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết


4

cấu đến đặc tính động lực h c của phần tử đàn hồi khí nén. Xây mô hình dao động
không gian ô tô khách có sử d ng hệ thống treo khí nén, mô hình có kể đến ảnh hưởng
của các yếu tố phi tuyến.
Lựa ch n các chỉ tiêu, đánh giá tính êm dịu và an toàn chuyển động ô tô khách được
sản xuất lắp ráp tại Việt Nam.
Chƣơng III: Khảo s t c c yếu tố ảnh hƣởng đến dao động của ô tô h ch sử dụng
hệ thống treo h n n
Khảo sát dao động ô tô khách, đánh giá ảnh hưởng của một số thông số kết cấu của
lò xo khí nén trong hệ thống treo đến dao động của ô tô. Khảo sát được tiến hành trên

miền thời gian và miền tần số. Các chỉ tiêu về êm dịu và an toàn chuyển động được xem
xét đồng thời để đánh giá kết quả khảo sát. Kết quả khảo sát đánh giá được ảnh hưởng
của lò xo khí nén trong hệ thống treo khí nén đến dao động của ô tô khách.
Chƣơng IV: Nghiên cứu thực nghiệm
Xác định các thông số kết cấu lò xo khí nén, bình khí ph , tiến hành các thí nghiệm
xác định đặc tính của phần tử đàn hồi khí nén, xác định một số thông số đầu vào cho mô
hình hệ thống treo khí nén (độ cứng t nh độ cứng động lực học lò xo khí nén tần số dao
động riêng của ô tô...). Thí nghiệm đo tần số dao động riêng của ô tô thí nghiệm. Sử
d ng kết quả nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng tính chính xác của mô hình lý
thuyết, hiệu chỉnh mô hình lý thuyết, đồng thời xác định các thông số đầu vào của mô
hình lý thuyết.


5

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Ô tô là một hệ dao động tương đối phức tạp, gồm nhiều bộ phận được liên kết với
nhau, mỗi bộ phận có khối lượng và đặc tính dao động riêng. Khi ô tô chuyển động trên
đường có nhiều yếu tố gây ra dao động (mấp mô mặt đường, quá trình phanh, quay
v ng tăng tốc...). Trong các yếu tố trên, mấp mô mặt đường được coi là nguồn kích
thích chính. Với ô tô khách có chiều cao tr ng tâm lớn, chuyển động trên đường có chất
lượng mặt đường xấu hoặc đường đèo dốc, thân xe xuất hiện dao động lắc ngang có thể
gây mất ổn định, góc lắc lớn có thể dẫn đến lật đổ xe. Đồng thời với dao động lắc ngang
là các dao động theo phương thẳng đứng, dao động này làm ảnh hưởng xấu tới người
lái, hành khách và hàng hóa trên xe. Dao động với biên độ và tần số lớn, tác d ng trong
thời gian dài sẽ làm cho hành khách bị mệt mỏi, giảm khả n ng duy trì các hoạt động
thần kinh hoặc sinh lý. Nghiên cứu về hệ thống treo của ô tô được thông qua việc
nghiên cứu đặc tính của dao động ô tô, xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến dao động
làm ảnh hưởng đến tính êm dịu và an toàn chuyển động ô tô. T đó đưa ra các giải pháp
về kết cấu của hệ thống treo cũng như vật liệu chế tạo, để giảm các ảnh hưởng xấu do

dao động tác động đến con người cũng như hàng hóa trên xe.
1.1. Xu hƣớng phát triển ô tô khách ở Việt Nam.
1.1.1. Đặc điểm và sự phát triển mạng lưới giao thông ở Việt Nam
Theo Báo cáo Điều chỉnh quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến
n m 2020 và định hướng đến 2030, hiện trạng về mạng lưới giao thông đường bộ của
Việt Nam được thống kê như trong Bảng 1.1[5].
Bảng 1.1. Hệ thống giao thông đường bộ Việt Nam

STT
1
2
3
4
5
6

Loại đƣờng
Quốc lộ, cao tốc
Đường tỉnh
Đường huyện
Đường xã
Đường đô thị
Đường chuyên dùng

Chiều d i( m)
18.744
23.520
49.823
151.187
8.492

6.434

Tỷ lệ (%)
7,26
9,11
19,30
58,55
3,29
2,49


6

Mạng lưới đường bộ Việt Nam tính đến tháng 02/2014 có khoảng 300.000km đường
các loại, chia thành loại: quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện, đường xã và đường chuyên
dùng.
Hệ thống quốc lộ có chiều dài khoảng 19.457 km và gần 5.000 cầu đường bộ.
Đường có tiêu chuẩn kỹ thuật cao và trung bình (cấp I II III) chiếm 47%, còn lại 53%
là đường cấp thấp (cấp IV chiế

32% cấp V chiế

21%). Tỷ lệ đường có chiều rộng

nền, mặt đường theo đúng cấp kỹ thuật còn thấp, chủ yếu có yếu tố hình h c về bán
kính cong; chiều rộng mặt đường ≥7m có khoảng 46%, mặt đường 5÷ 6,9 m khoảng
33%, khoảng 21% còn lại là mặt đường có bề rộng dưới 5m.
Theo quy hoạch đến n m 2020, Việt Nam sẽ xây dựng khoảng 20 đường cao tốc với
chiều dài gần 5.900 km, vốn đầu tư trên 50 tỷ USD. Trong thời gian v a qua, hàng loạt
các dự án đường cao tốc lớn đã hoàn thành và đưa vào sử d ng như tuyến: Cầu Giẽ Ninh Bình, Hà Nội - Hải Phòng, Nội Bài - Lào Cai ở các tỉnh phía Bắc, TP.Hồ Chí

Minh - Trung Lương, … Các tuyến đường bộ cao tốc được sắp xếp ưu tiên đầu tư dựa
trên nguyên tắc là các tuyến có hiệu quả kinh tế cao (nhu cầu vận tải lớn): các tuyến
nằm gần các trung tâm kinh tế - xã hội như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà
Nẵng, Nha Trang, Cần Thơ…Các tuyến đường có khả n ng “kích cầu”, tạo đà cho sự
phát triển kinh tế xã hội, nằm trong các vùng kinh tế tr ng điểm, các tuyến đường thuộc
hai hành lang và một vành đai kinh tế Việt - Trung.
Sự phát triển của mạng lưới giao thông như hiện nay là điều kiện thuận lợi cho phát
triển phương tiện giao thông đường bộ, đặc biệt là phương tiện vận tải ô tô khách nội
tỉnh cũng như ô tô khách đường dài, là cơ hội thuận lợi cho ngành công nghiệp sản xuất
lắp ô tô ở trong nước phát triển.
1.1.2. Hiện trạng phát triển ô tô khách ở Việt Nam.
Ngày nay khi mạng lưới giao thông đường bộ phát triển mạnh, thuận tiện cho việc
phát huy thế mạnh của ngành vận chuyển hành khách bằng phương tiện vận tải ô tô. Ở
Việt Nam, những n m gần đây đã xây dựng và đưa vào sử d ng một số tuyến đường có
chất lượng cao, đường cao tốc nối liền các tỉnh và thành phố, đây là điều kiện thuận lợi
cho việc phát triển dịch v vận chuyển hành khách bằng phương tiện vận tải ô tô nội
tỉnh và liên tỉnh.


7

Ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển, các công nghệ mới ra đời và được
ứng d ng tạo ra các loại ô tô có tính tiện nghi, an toàn cao, đáp ứng được nhu cầu của
người sử d ng.
Ngày 25-2/2013 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 356 phê duyệt
điều chỉnh Quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến n m 2020 và định
hướng đến n m 2030, trong đó sẽ kiểm soát sự phát triển của xe máy, ô tô cá nhân. Đến
n m 2020, theo định hướng phát triển phương tiện vận tải gồm ô tô các loại sẽ có
khoảng 3,2 - 3,5 triệu xe, trong đó xe con 57%, xe khách 14% và xe tải 29%. Tỷ lệ đảm
nhận vận tải hành khách công cộng trong những n m qua chỉ đạt 10-12% (mục tiêu

chiến lược là 25-30% v o nă 2020). Cần nhanh chóng phát triển phương thức vận tải
nhanh, khối lượng lớn đối tại các đô thị lớn (trước tiên là Thủ đô H Nội và thành phố
Hồ Chí Minh); phát triển vận tải ở các đô thị theo hướng sử d ng vận tải công cộng là
chính, đảm bảo hiện đại, an toàn, tiện lợi; phát triển hệ thống giao thông tĩnh; kiểm soát
sự gia t ng phương tiện cá nhân; giải quyết ùn tắc giao thông và bảo đảm trật tự an toàn
giao thông đô thị. Tổng khối lượng vận chuyển hành khách toàn quốc khoảng 6.240
triệu hành khách.
Xu hướng phát triển ô tô khách hiện nay chủ yếu tập trung công nghệ vào các ô tô
có số chỗ ngồi lớn, ph c cho các m c đích sau: ô tô chạy trên cung đường dài, chạy liên
tỉnh, ô tô ph c v cho ngành du lịch. Các công nghệ mới ra đời được áp d ng cho hệ
thống điều khiển như hệ thống lái, hệ thống treo. Trên các ô tô khách, ô tô buýt, đã thay
thế dần phần tử đàn hồi kim loại bằng lò xo khí nén. Hệ thống treo khí nén có nhiều ưu
việt, đem lại tính tiện nghi nâng cao tính êm dịu chuyển động cho các ô tô. Hệ thống
này thích nghi tốt với việc thay đổi tải tr ng ô tô bằng việc thay đổi áp suất trong hệ
thống, giảm các xung lực tác d ng lên thân xe khi ô tô đi trên các loại đường có nhiều
mấp mô. Vì vậy, việc nghiên cứu “Dao động ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí
nén” là vấn đề cần thiết và thiết thực ở Việt Nam vì hệ thống treo khí nén đang được
dùng rất phổ biến trên các ô tô khách cỡ lớn được sản xuất và lắp ráp trong nước. Bên
cạnh đó, ở trong nước hiện tại chưa có nhiều nghiên cứu chuyên sâu, chưa có nhiều tài
liệu kỹ thuật tiếng Việt hướng dẫn sử d ng cũng như thiết kế cho hệ thống khí nén.
Ô tô khách hai tầng hiện đang được sử d ng phổ biến trên thế giới với hai phiên
bản: loại có một sàn ( e ô tô h ch giường nằm hai tầng) và loại có hai sàn. Loại có một
sàn với giường nằm hai tầng được sử d ng để vận tải hành khách trên những lộ trình dài


8

để nâng cao tính tiện nghi trong khi vẫn đảm bảo số lượng hành khách chuyên chở mà
không làm t ng diện tích sàn. Loại hai sàn với ghế ngồi được sử d ng chủ yếu cho vận
tải hành khách công cộng trong thành phố để nâng cao n ng lực vận chuyển hành

khách, hoặc được sử d ng cho m c đích th m quan, du lịch trong các thành phố lớn.
Ô tô khách hai tầng có lịch sử hình thành và phát triển rất lâu ở một số thành phố ở
Châu Âu và ở Châu Á (chủ yếu là thuộc địa của Anh), xuất hiện ở Berlin n m 1906,
Luân Đôn n m 1910 và ở Hồng Kông n m 1949 [64]. Ngày nay xe ô tô khách hai tầng
được sử d ng phổ biến cho vận tải hành khách nội đô ở các thành phố lớn trên thế giới.
Trong khu vực Đông Nam Á, loại ô tô này được sử d ng ở Singapore n m 1977, ở
Surakarta-Indonesia cho m c đích du lịch.
Ở Việt Nam, t cuối n m 2005 ô tô buýt hai tầng bắt đầu được sử d ng trong vận
tải hành khách công cộng ở thành phố Hồ Chí Minh trên tuyến Bến xe Chợ Lớn - Thủ
Đức. Trong một vài n m gần đây xe ô tô khách giường nằm hai tầng được sử d ng cho
việc vận tải hành khách trên những lộ trình dài xuyên tỉnh nối liền các thành phố lớn.
Loại xe này đã nâng cao chất lượng ph c v , tính tiện nghi, đáp ứng được nhu cầu của
hành khách.
1.1.3. Tình hình sản xuất lắp ráp ô tô khách ở Việt Nam
Ở Việt Nam những n m gần đây, ngành công nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô phát triển
mạnh, các loại ô tô khách, ô tô buýt được sản xuất lắp ráp với số lượng lớn đang dần
thay thế cho các loại ô tô nhập khẩu nguyên chiếc. Đặc biệt là ô tô khách giường nằm
hai tầng ph c v các tuyến đường dài.
N m 2006, những chiếc ô tô khách giường nằm đầu tiên đã được công ty vận tải
Hoàng Long đưa vào ph c v khách hàng trên tuyến Hà Nội - Sài Gòn, sau đó trên các
tuyến đường dài trên khắp cả nước như: tuyến Hà Nội - các tỉnh miền trung, Hà Nội Lào Cai… Trên các tuyến đường đều có xu hướng chuyển t ô tô khách ghế ngồi thông
thường sang ô tô có giường nằm, đánh dấu sự thành công của dòng xe vận tải hành
khách giường nằm trên thị trường.
Ô tô khách giường nằm hai tầng ở Việt nam đa số được sản xuất lắp ráp trong nước,
cải tạo t xe ô tô khách một tầng ghế ngồi thông thường hoặc nhập khẩu nguyên chiếc
chủ yếu t Trung Quốc, Hàn Quốc. Theo thống kê của C c Đ ng kiểm Việt Nam tính
đến tháng 9/2014, toàn quốc hiện có khoảng 4.553 xe chở khách giường nằm hai tầng,
trong đó có 859 xe được hoán cải t xe chở khách ghế ngồi thông thường, 80 xe nhập

9

khẩu nguyên chiếc t Trung Quốc, còn lại 3.606 xe sản xuất, lắp ráp mới. Ngoài ra còn
có khoảng 80 xe chở khách giường nằm một tầng. Ô tô khách giường nằm hai tầng có
chiều cao toàn bộ và t a độ tr ng tâm lớn hơn so với xe ô tô khách ghế ngồi, do đó tính
ổn định lật ngang khi chuyển động của loại ô tô này kém hơn so với loại một tầng có
cùng vết bánh xe và chiều dài cơ sở.
Các ô tô khách sản xuất lắp ráp trong nước dựa trên cơ sở khung gầm sắt xi được
nhập khẩu t Hàn Quốc, Trung Quốc như trên Hình 1.1.

Hình 1.1. Khung gầm sắt xi ô tô cơ sở.
Ô tô khách giường nằm hai tầng được thiết kế t khung gầm sắt xi ô tô cơ sở dùng ghế
ngồi với quy chuẩn QCVN 09. Phần vỏ xe, nội thất được nội địa hóa chế tạo trong
nước. Như vậy, ô tô lắp ráp có phần động cơ đến các hệ thống điều khiển (hệ thống
phanh, treo, lái) là đồng bộ theo xe cơ sở được nhập khẩu. Các hệ thống này được thiết
kế cho xe khách dùng ghế ngồi, do vậy, khi đóng mới phần vỏ lên ô tô cơ sở cần phải
tính toán sao cho các hệ thống trên đảm bảo được đúng công suất và đảm bảo tính bền
và an toàn. Phần vỏ xe được sản xuất trong nước như trên Hình 1.3 Các nhà máy sản
xuất ô tô khách giường nằm được kể đến ở Việt Nam hiện nay như: Nhà máy sản xuất
và lắp ráp ô tô Chu Lai - Trường Hải (THACO), Nhà máy ô tô 3-2, Tổng công ty cơ khí
giao thông vận tải Sài Gòn-TNHH một thành viên (SAMCO), TRACOMECO, …
Trước sự phát triển mạnh của các loại ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén ở
trong nước như vậy cần có các công trình nghiên cứu ở trong nước về dao động ô tô
khách có sử d ng hệ thống treo khí nén. Nghiên cứu về hệ thống treo khí nén đang còn
là vấn đề tương đối mới ở Việt Nam, do đó việc nghiên cứu ph c v thiết kế, chế tạo
cũng như nâng cao hiệu quả khai thác sử d ng là cần thiết và có ý nghĩa.


10

Hình 1.2. H n hung ương vỏ ô tô khách

Hình 1.3. Ô tô khách được sản xuất lắp ráp tại Việt Nam

1.2. Hệ thống treo h n n.
1.2.1. Đặc điểm hệ thống treo khí nén
Trong những n m gần đây, hệ thống treo trên ô tô có phần tử đàn hồi loại khí nén
(gọi l hệ thống treo h n n) ngày càng được dùng phổ biến trên các ô tô con, xe có
tính tiện nghi cao và ô tô tải và ô tô khách cỡ lớn. Do có tính ưu việt về tính êm dịu
chuyển động mà hệ thống treo khí nén hiện nay đã dần được thay thế hệ thống treo
thông thường sử d ng phần tử đàn hồi kim loại như: nhíp, lò xo hoặc thanh xoắn… Ở
Việt Nam, hệ thống treo khí nén được sử d ng nhiều trên các ô tô khách cỡ lớn và ô tô
khách giường nằm hai tầng. Do phần tử đàn hồi khí nén của hệ thống có khả n ng thay
đổi được độ cứng nhờ vào đặc tính chịu được nén của không khí trong bầu chứa, có thể
áp d ng việc tự động điều khiển hoặc bán tự động thay đổi độ cứng ph hợp với các chế
độ chuyển động ô tô.
Hệ thống treo h n n có ƣu điểm nhƣ sau:
- Hệ thống có thể thay đổi được chiều cao sàn xe khi ô tô chạy ở các chế độ tải tr ng
khác nhau, bằng việc sử d ng một hệ thống điều chỉnh áp suất khí nén trong hệ thống
treo.


11

- Chống nâng đầu ô tô khi bắt đầu khởi hành với gia tốc lớn, bằng việc t ng độ cứng hệ
thống treo cầu sau, chống chúi đầu khi ô tô phanh gấp bằng cách t ng độ cứng cho hệ
thống treo cầu trước.
- Hệ thống treo có đặc tính phi tuyến được thể hiện ở phần tử đàn hồi khí nén. Tần số
dao động riêng không đổi ở các chế độ tải tr ng khác nhau, có thể thay đổi, t ng độ
cứng phần tử đàn hồi đảm bảo cho ô tô chạy ổn định ở vận tốc cao, cũng như khi quay

vòng.
- Giảm tiếng ồn và rung động truyền t mặt đường qua lốp lên khung và vỏ xe.
Đ c t nh của hệ thống treo h n n:
- Phần tử đàn hồi khí nén có độ cứng nhỏ khi ô tô chưa có tải, và có thể t ng độ cứng
khi t ng tải tr ng nhờ t ng áp suất trong phần tử đàn hồi khí nén. Đặc tính này giúp cho
ô tô chạy êm dịu cả khi tải nhẹ cũng như khi đầy tải, đáp ứng yêu cầu về tính êm dịu khi
chuyển động.
- Chiều cao tr ng tâm của ô tô có thể điều khiển và giữ không đổi ngay cả khi tải tr ng
thay đổi, bằng cách điều khiển áp suất khí nén trong phần tử đàn hồi.
- Hệ thống có thể thay đổi được độ cứng khác nhau trên một cầu xe, giảm góc nghiêng
ngang khi ô tô đi vào đường vòng hoặc khi bố trí tải tr ng không đều trên sàn xe.
1.2.2. Hệ thống treo khí nén trên ô tô khách
Hệ thống treo khí nén không chỉ được d ng trên ô tô con mà hiện nay còn được
d ng phổ biến trên các ô tô khách và ô tô tải cỡ lớn. Hệ thống treo này đã đem lại tính
êm dịu cho các ô tô khách, hành khách ngồi trên xe được thoải mái hơn khi phải di
chuyển trên các cung đường dài, khi đi du lịch. Do hệ thống treo khí nén có thể thay đổi
được áp suất của phần tử đàn hồi d ng lò xo khí nén (ballon khí) ở các tải tr ng khác
nhau.

Hình 1.4. Hệ thống treo h n n ô tô khách


12

Hệ thống treo khí nén dùng trên các ô tô khách được mô tả như trên Hình 1.4 và
trên ô tô tải được mô tả như trên Hình 1.5. Trên các ô tô khách thường sử d ng 02 lò
xo khí nén cho hệ thống treo trước và 04 lò xo khí nén cho hệ thống treo sau, trên
các cầu có sử d ng hệ thống điều chỉnh áp suất theo tải tr ng. Ngoài các lò xo khí
nén, hệ thống vẫn sử d ng bộ phận giảm chấn và thanh ổn định ngang giúp cho thân
xe dao động ổn định.

Hình 1.5. Hệ thống treo khí nén ô tô tải

Hệ thống treo khí nén cấu tạo gồm 3 bộ phận chính: bộ phận đàn hồi sử d ng các lò
xo khí nén; bộ phận giảm chấn thường sử d ng giảm chấn thủy lực; bộ phận dẫn hướng
là các thanh đòn, được bố trí để các cầu xe chỉ dao động theo phương thẳng đứng, không
bị xô lệch theo các phương d c và ngang.
1.2.3. Các mô hình nghiên cứu động lực học hệ thống treo khí nén
Để nghiên cứu dao động ô tô khách sử d ng hệ thống treo khí nén, cần lựa ch n và
xây dựng mô hình toán h c cho phần tử đàn hồi là lò xo khí nén. Hiện nay, nghiên cứu
về mô hình hệ thống treo khí nén đã có các công trình nghiên cứu và công bố như sau:
a. Mô hình lò xo khí nén đơn giản.

Hình 1.6. Mô hình lò xo khí nén đơn giản [30]


13

Theo mô hình K1 và K2 là các hệ số độ cứng không đổi được tính theo diện tích chịu
lực và áp suất trong lò xo khí nén, C là hệ số cản của khí nén. Trong mô hình có kể đến
yếu tố phi tuyến thông qua chỉ số nén đa biến. Mô hình này được dùng khi trong hệ
thống chỉ có một buồng thể tích, không sử d ng bình khí ph .
b. Mô hình NISHIMURA

Hình 1.7. Mô hình NISHIMURA [30]
Theo mô hình K1, K2 là các hệ số độ cứng không đổi được tính theo diện tích chịu
lực và áp suất trong lò xo khí nén, K3 thay đổi theo diện tích chịu lực của lò xo khí nén,
C là hệ số cản của khí nén. Trong mô hình có kể đến yếu tố phi tuyến thông qua chỉ số
nén đa biến. Mô hình này được dùng cho lò xo khí nén có hai buồng khí nén, có thêm
hệ số cản, hệ số kể đến ảnh hưởng của dòng khí chảy qua lỗ và đường ống.

c. Mô hình VAMPIRE

Hình 1.8. Mô hình VAMPIRE [67]
Theo mô hình này K1 là hệ số độ cứng trong lò xo khí nén; K2 là hệ số độ cứng
trong bình khí ph ; K3 là hệ số độ cứng của vỏ lò xo khí nén; K4 là hệ số độ cứng của
cao su làm bình khí ph ; C là hệ số cản của dòng khí nén chảy qua lỗ tiết lưu. Mô hình
này có độ chính xác, trong phương trình tính toán có kể đến khối lượng không khí di
chuyển trong đường ống.