Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ô tô chế tạo tại việt nam đến đường xá

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o
Tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi
***************************

TRẦN HÙNG ANH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG Ô
TÔ CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM ĐẾN ĐƯỜNG XÁ

Chuyên ngành: Ô tô

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LƯU VĂN TUẤN

HÀ NỘI - 2008


DANH Mục các ký hiệu và chữ viết tắtError! Bookmark not defined.
lời nói Đầu ....................................................Error! Bookmark not defined.
Chơng 1: Tổng quan..............................Error! Bookmark not defined.
1.1 Những vấn đề chung .................................Error! Bookmark not defined.
1.1.1 Một số loại xe có tải trọng lớn ở Việt NamError! Bookmark not defined.
1.1.2 Các hệ thống treo thông dụng trên xe tải có tải trọng lớnError! Bookmark no
1.1.3 Lốp dùng trên ô tô .................................................................................. 9
1.1.4 Mạng đờng ô tô tại Việt Nam .............................................................10
1.2 Tình hình nghiên cứu dao động ô tô trên thế giớiError! Bookmark not defined
1.2.1 Chỉ tiêu đánh giá dao động ..................Error! Bookmark not defined.
1.2.2 Mô hình dao động.............................Error! Bookmark not defined.19
1.2.3 Nguồn kích thích gây dao động..........Error! Bookmark not defined.3
1.2.4 Thí nghiệm về dao động ô tô ................Error! Bookmark not defined.

1.3 Tình hình nghiên cứu dao động ở Việt NamError! Bookmark not defined.
1.3.1 Phân tích chọn mục tiêu, đối tợng và phơng pháp nghiên cứuError! Bookma
1.3.2 Tính cấp thiết của đề tài.....................Error! Bookmark not defined.8
Kết luận chơng 1...........................................Error! Bookmark not defined.
Chơng 2: CƠ sở lý thuyết xây dựng mô hình dao
động.
2.1 Lực động giữa bánh xe và mặt đờng.....Error! Bookmark not defined.
2.2 Các chỉ tiêu đánh giá ảnh hởng của lực độngError! Bookmark not defined.
2.2.1 ảnh hởng đến độ bền chi tiết ô tô......Error! Bookmark not defined.
2.2.2 ảnh hởng đến an toàn chuyển động ...Error! Bookmark not defined.
2.2.3 ảnh hởng đến sức chịu tải của đờng.Error! Bookmark not defined.
2.2.4 ảnh hởng đến không gian bố trí hệ thống treoError! Bookmark not defined.


2.3 Phân tích chọn hàm kích động ................Error! Bookmark not defined.
2.4 Phơng pháp lập mô hình ........................Error! Bookmark not defined.
2.5 Phơng pháp lập hệ phơng trình. .........Error! Bookmark not defined.
2.6 Yếu tố phi tuyến trong các mô hình dao độngError! Bookmark not defined.
2.6.1 Chọn phơng pháp mô tả yếu tố phi tuyếnError! Bookmark not defined.
2.6.2 Mô hình hệ treo ....................................Error! Bookmark not defined.
2.7 Mô hình phần tử bánh xe .........................Error! Bookmark not defined.
2.8 Kết hợp mô hình hệ treo và bánh xe .......Error! Bookmark not defined.
2.9 Chọn phơng pháp giải ............................Error! Bookmark not defined.
Kết luận chơng 2 ...........................................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3: XÂY dựng mô hình dao độngError! Bookmark not defined.
3.1 Xây dựng mô hình động lực học ô tô.......Error! Bookmark not defined.
3.1.1 Khái quát chung ...................................Error! Bookmark not defined.
3.1.2 Phân tích cấu trúc ................................Error! Bookmark not defined.
3.1.3 Xây dựng mô hình vật lý .......................Error! Bookmark not defined.
3.1.4 Xây dựng mô hình toán học ..................Error! Bookmark not defined.

3.1.5 Xác định mối quan hệ động học............Error! Bookmark not defined.
3.2 ứng dụng mô hình dao động khảo sát dao động của xe tải 3.25 tấnError! Book
3.2.1 Các yếu tố ảnh hởng đến lực động giữa bánh xe và mặt đờngError! Bookma
3.2.2 Nghiên cứu ảnh hởng của một số thông số kết cấu đến lực động
dới tác động của biên dạng đờng ngẫu nhiênError! Bookmark not defined.
3.2.3 ảnh hởng của kết cấu xe đến hệ số tải trọng động lực học DLCError! Bookm
Kết luận chơng 3 ...........................................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 4: ứng dụng chơng trình mô phỏng dao
động để tính bền cho khung xe..7Error! Bookmark not defined.
4.1. Phơng pháp phần tử hữu hạn (PTHH)7Error! Bookmark not defined.


4.2 Tính bền khung xe bằng ANSYS WorkbenchError! Bookmark not defined.
4.2.1. Cơ sở thiết lập mô hình PTHH của vỏ xeError! Bookmark not defined.
4.2.2. Xây dựng mô hình PTHH của khung vỏ xe tải 3,25 tấn sử dụng cho
chơng trình ANSYS Workbench...................Error! Bookmark not defined.
4.3. Kết quả khảo sát tính toán bền khung xeError! Bookmark not defined.
Kết luận chơng 4 ...........................................Error! Bookmark not defined.
Kết luận .........................................................Error! Bookmark not defined.
Tài liệu tham khảo....................................Error! Bookmark not defined.


1

DANH Mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Ký hiệu

Đơn vị

Giải nghĩa

D

m

Khoảng cách tâm hai trục liền kề

MS

Kg

Khối lợng đợc treo

m1

Kg

Khối lợng đợc treo trớc (cabin)

m2

Kg

Khối lợng đợc treo sau (thùng xe)

mu

Kg

Khối lợng không đợc treo

CS

N/m

Độ cứng phần tử đàn hồi

KS

Ns/m

Hệ số cản giảm chấn

Ct

N/m

Độ cứng của lốp

Kt

Ns/m

Hệ số cản của lốp

FZ(t)

N

Lực tơng tác theo phơng thẳng đứng giữa bánh xe và

mặt đờng

Fz

N

Giá trị lực động dao động xung quanh giá trị trung bình

Fzd (t)

N

Giá trị lực động giữa bánh xe và mặt đờng

Fzt

N

Giá trị lực tĩnh của bánh xe

sFd

N

Sai lệch bình phơng trung bình của lực động

DLC

Hệ số tải trọng động lực học (Dynamic Load
Coefficient)

Kđ

Hệ số tải trọng động

N

Hệ số áp lực động

S

Hệ số thay đổi lực động (về bản chất giống hệ số DLC)



Hệ số áp lực đờng

fd n

m

Độ võng động trên của hệ thống treo

fdt

m

Độ võng động dới của hệ treo

R()

Hàm tơng quan


2



m

()

ISy

độ lệch chuẩn
Hàm tơng quan chuẩn

kg.m2

Mômen quán tính khối lợng phần treo đối với trục
ngang y đi qua trọng tâm

ISx1

kg.m2

Mômen quán tính khối lợng đợc treo trớc đối với
trục dọc x đi qua trọng tâm

ISx2

kg.m2

Mômen quán tính khối lợng đợc treo sau đối với trục
dọc x đi qua trọng tâm

MK

Nm/rad Mô men xoắn dọc trục

Z1

m

Chuyển vị thẳng đứng của khối lợng đợc treo trớc

Z2

m

Chuyển vị thẳng đứng của khối lợng đợc treo sau

Sy

rad

Chuyển vị góc của MS quanh trục Oy

Sx1/Sx2

rad

Chuyển vị góc của khối lợng đợc treo trớc/sau quanh
trục Ox

a

m

Khoảng cách từ trục trớc đến trọng tâm xe

b

m

Khoảng cách từ trục sau đến trọng tâm xe

L

m

Chiều dài cơ sở xe

2d1

m

Khoảng cách hai nhíp trớc

2d2

m

Khoảng cách hai nhíp sau

2dp1

m

Khoảng cách giữa hai tâm lốp trớc

2dp2

m

Khoảng cách giữa hai tâm lốp sau

GG

m

Khoảng cách từ trọng tâm của khối lợng đợc treo
chung đến tâm lắc

q1L,q1R

m

Biên dạng đờng ở trục trớc bên trái và phải

q2L,q2R

m

Biên dạng đờng ở trục sau bên trái và phải

1

m

Chuyển vị theo phơng thẳng đứng của khối lợng
không đợc treo trớc


3

2

m

Chuyển vị theo phơng thẳng đứng của khối lợng
không đợc treo sau

1L, 1R

m

Chuyển vị theo phơng thẳng đứng của khối lợng
không đợc treo trớc bên trái (L) và bên phải (R)

2L, 2R

m

Chuyển vị theo phơng thẳng đứng của khối lợng
không đợc treo sau bên trái (L) và bên phải (R)

1, 2

rad

Góc lắc trục trớc,sau theo phơng Ox

Ft

N

Là lực thẳng đứng của bánh xe tác dụng lên hệ thống
treo và xuống mặt đờng

FC

N

Lực đàn hồi của lốp

FK

N

Lực giảm chấn của lốp

FtR,L

N

Lực bánh xe bên phải và bên trái tác dụng lên hệ thống
treo và xuống mặt đờng

Zs1R,L

N

Độ dịch chuyển của điểm liên kết với khối lợng đợc
treo trớc bên phải và bên trái

Zs2R,L

N

Độ dịch chuyển của điểm liên kết với khối lợng đợc
treo sau bên phải và bên trái

FsL , FsR

N

Lực của hệ thống treo bên trái và bên phải

FxL, FxR

N

Thành phần lực dọc tác dụng lên khối lợng đợc treo
bên trái và bên phải


4

lời nói Đầu
Ô tô là phơng tiện vận tải có vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế
quốc dân, vì nó có những u điểm đặc biệt hơn hẳn các loại phơng tiện vận
tải khác: thông dụng, đơn giản, dễ sử dụng và có tính cơ động cao...đợc ứng
dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực dân sự cũng nh quốc phòng. Cùng với
sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nền công nghiệp ô tô trên thế
giới phát triển ngày càng cao, đã cho ra đời nhiều loại xe ô tô hiện đại phục vụ
cho nhu cầu và mục đích sử dụng của con ngời. Việc thiết kế các hệ thống,
các cụm chi tiết trên ôtô, cũng nh đánh giá chất lợng làm việc của chúng
ngày càng đợc quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lợng của ôtô.
Khi ô tô ngày càng hoàn thiện, xã hội ngày càng phát triển về mặt văn hóa
kinh tế và xã hội thì các tiêu chí đánh giá ảnh hởng của dao động cũng cần
phải đợc xem xét một cách nghiêm túc. Đối với xe tải nói riêng, ngoài yêu
cầu về độ êm dịu, ngày nay ngời ta buộc phải chú ý đến các tiêu chí khác: an
toàn hàng hóa, ảnh hởng của tải trọng động của bánh xe đến đờng, và mức
độ giảm tải trọng dẫn đến làm giảm khả năng truyền lực khi tăng tốc và khi
phanh. Việc nghiên cứu xác định lực động phát sinh giữa bánh xe và mặt
đờng của ô tô tải trong điều kiện sử dụng ở Việt Nam có ý nghĩa quan trọng
và cấp thiết không chỉ với độ bền của các chi tiết ô tô mà còn với tuổi thọ của
cầu đờng bộ.
Để làm đợc điều đó cần xây dựng đợc mô hình dao động phù hợp với xe tải

và phù hợp với các tiêu chí đánh giá.
Hiện nay phơng pháp mô phỏng số đang đợc sử dụng rộng rãi để nghiên
cứu các cơ hệ đặc biệt là hệ dao động của ô tô. Cùng với sự phát triển của máy
tính, quá trình mô phỏng đã thể hiện đợc tính u việt của nó, đặc biệt là có
thể mô tả đợc cả các hệ phi tuyến cũng nh các quá trình vật lý phức tạp.


5

Trong thời gian vừa qua có nhiều tác giả trong và ngoài nớc đã đề cập đến
vấn đề nghiên cứu dao động của ô tô, tuy nhiên do tính phức tạp của vấn đề
này, phần lớn tác giả đã phải sử dụng giả thiết đơn giản hoá để chuyển hệ dao
động thực tế về hệ dao động tuyến tính hoặc phi tuyến yếu.
Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã có rất nhiều phần mềm
tính toán với khả năng ứng dụng cao. Thực tế đã cho thấy Matlab - Simulink là
một trong những phần mềm có khả năng ứng dụng rất cao trong việc giải các
bài toán kỹ thuật bằng các tính năng chuyên biệt nh: lập trình, xử lý số và đồ
hoạ để mô phỏng, phân tích một hệ thống động...
Từ những phân tích trên tôi đã lựa chọn đề tài: Nghiên cứu ảnh hởng của
dao động ô tô chế tạo tại Việt Nam đến đờng xá.

Quá trình thực hiện luận văn gặp nhiều khó khăn do trình độ hiểu biết còn hạn
chế, nhng đợc sự hớng dẫn tận tình của các thầy trong Bộ môn ô tô và Xe
chuyên dụng, viện Cơ khí Động lực Đại học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là
thầy PGS.TS. Lu Văn Tuấn, tôi đã hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn.

Học viên:
Trần Hùng Anh

6

Chơng 1: Tổng quan

Ngày nay, tại Việt Nam số lợng ô tô nhập khẩu cũng nh lắp ráp, sản xuất
trong nớc là rất đa dạng về mẫu mã và chủng loại. Với trình độ công nghệ
ngày càng cao, ô tô ngày càng chạy nhanh hơn, tiện nghi hơn, số lợng ngày
càng nhiều, và các xe tải ngày càng có khối lợng lớn hơn. Chính sự phát triển
đó là nguyên nhân dẫn đến những áp lực mới cho xã hội nh tai nạn giao
thông, tình trạng phá hủy đờng sá ngày càng nghiêm trọng. Nghiên cứu ảnh
hởng của dao động ô tô chế tạo tại Việt Nam nhằm nâng cao an toàn chuyển
động và giảm ảnh hởng xấu của dao động với môi trờng là một vấn đề cấp
thiết, chính vì vậy ngoài những tiêu chuẩn chung của thế giới, cần phải có
những quy định riêng phù hợp với điều kiện khai thác tại Việt Nam.
Ô tô là liên kết của một hệ nhiều vật, các khối lợng đó liên kết với nhau bằng
các phần tử có đặc tính phi tuyến phức tạp, có mối liên hệ chặt chẽ với đờng
có biên dạng phức tạp. Dao động của ô tô không những ảnh hởng đến con
ngời (lái xe và hành khách), hàng hóa chuyên chở, độ bền của các cụm tổng
thành, ảnh hởng tới độ an toàn chuyển động của ô tô mà còn ảnh hởng trực
tiếp đến tuổi thọ của đờng. Đặc biệt trong quá trình chuyển động, sự kích
động động học của mấp mô bề mặt đờng làm cho ô tô dao động, khi ô tô dao
động sẽ phát sinh tải trọng động tác dụng lên hệ thống chịu tải của xe (khung,
vỏ), các chi tiết, cơ cấu tổng thànhlàm ảnh hởng đến độ bền và tuổi thọ
của chúng.
Các nghiên cứu thiết kế cầu đờng thờng đợc dựa trên cơ sở tải trọng tĩnh
của ô tô. Nếu xác định đợc tải trọng động tác dụng lên cầu đờng có thể đa
ra các quy định hợp lý về tốc độ, tải trọng nhằm nâng cao tuổi thọ cho đờng.

7

1.1

Những vấn đề chung

1.1.1 Một số loại xe có tải trọng lớn ở Việt Nam

Theo số liệu thống kê của cục đăng kiểm Việt Nam, số lợng ô tô tải nhập vào
Việt Nam trong những năm gần đây là rất lớn, với tổng số gần 150.000 gồm
nhiều chủng loại và mẫu mã khác nhau, do nhiều nớc sản xuất nh: Hyundai,
Asia, Daewoo, Man, Mercedes, Hino, Mitsubishi, Maz, Kamaz
Còn theo thống kê của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) đã
cho thấy sự tăng trởng khá mạnh mẽ của thị trờng xe tải. Trong tháng
11/2007, các thành viên hiệp hội đã tiêu thụ 4583 xe tải, pick-up và van, so
với tháng 10/2007 tăng tới hơn 1000 xe. Tháng 10 các doanh nghiệp tiêu thụ
đợc 3404 xe tải, bán tải. Năm 2007, tiêu thụ xe tải khoảng 30.000 xe và dự
tính năm 2008 sẽ còn tiếp tục tăng, với tốc độ tăng trởng kinh tế nh hiện
nay thì thị trờng xe tải sẽ có mức tăng trởng thấp nhất cũng là 20% trong
nhiều năm tới.
TT

Nớc SX

2002

2003

2004

2005

2006

2007

Tổng

1

Mỹ

256

922

1.684

949

893

1204

5908

2

Trung

77

121

523

957

1238

1590

4506

11083

12032

9804

84161

Quốc
3

Hàn

18653 16824 15765

Quốc

4

Nhật Bản

971

1131

1071

1362

1046

934

6515

5

Đài Loan

295

582

243

91

124

98

1433

6

Đức

2434

715

653

763

698

594

5857

7

úc

3

3

3

1

2

4

16

8

Nớc

2873

1337

1294

1825

1356

1024

8709

25562 21635 21236

17031

17398

15252 117105

khác
Tổng

Bảng 1.1: Số lợng ô tô nhập khẩu theo nớc sản xuất (Nguồn: Bộ GTVT)


8

Đặc biệt với ô tô có tải trọng lớn, tải trọng cho phép không nhỏ hơn 5 tấn đang
sử dụng tại Việt Nam chủ yếu nhập khẩu từ nớc ngoài và số ít sản xuất lắp
ráp trong nớc, điển hình là liên doanh ô tô Hino Motor Việt Nam, số lợng
tiêu thụ rất lớn.
Năm

Tổng

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2548

7146

8159

6555

5834

4853

35095

Bảng 1.2: Số lợng xe có tải trọng lớn nhập vào Việt Nam
theo các năm (Nguồn: Thống kê của Bộ GTVT)

Ô tô nhập vào Việt Nam đa dạng về chủng loại:
* Ô tô đơn, gồm hai loại vạn năng và tự đổ
+ Theo tải trọng cho phép: các loại xe có tải trọng cho phép từ 5 10 tấn chủ
yếu là xe 2, 3 trục, công thức bánh xe: 4 x 2, 4 x 4, 6 x 2, 6 x 4, sử dụng lốp
10 20, 11 20.
Các loại xe có tải trọng cho phép trên 10 tấn thờng là xe 3, 4 trục, công thức
bánh xe: 6 x 4, 6 x 6, 8 x 4, sử dụng lốp 11 20, 12 20.

+ Về kích thớc: các ô tô đơn có kích thớc bao nằm trong giới hạn quy định:
Dài x Rộng x Cao 12.200 x 2500 x 4000 (m).
+ Về tải trọng trục: tùy thuộc vào từng loại xe, hãng xe sản xuất mà giá trị
thiết kế tải trọng trục sẽ khác nhau.
Loại trục

Khoảng cách tâm 2 trục liền kề d (m)

Một trục
Hai trục

Ba trục

Tải trọng cho phép (tấn)
10

d < 1.0

10

1.0 d < 1.3

16

d 1.3

18

d 1.3

21

d > 1.3

24

Bảng 1.3: Tiêu chuẩn tải trọng trục cho phép (Nguồn: Bộ GTVT)


9

* Đoàn xe:
Ô tô đầu kéo, chủ yếu đợc nhập khẩu từ Hàn Quốc và Mỹ.
Sơ mi rơ mooc, chủ yếu dùng để chở container tiểu chuẩn, loại 20 feets và 40
feets nhập khẩu từ Trung Quốc và một số cơ sở sản xuất trong nớc. Do những
nguyên nhân khách quan nên thờng nhập các cụm tổng thành chính nh: cầu,
chân chống, hệ thống điện, phần còn lại thì chế tạo và lắp ráp trong nớc.
1.1.2 Các hệ thống treo thông dụng trên xe tải có tải trọng lớn

Hệ thống treo thông dụng trên xe tải chủ yếu là hệ thống treo phụ thuộc có
phần tử đàn hồi bằng nhíp hoặc khí nén, tuy nhiên hệ thống treo loại nhíp phổ
biến hơn vì kết cấu đơn giản và khả năng chịu tải cũng nh độ bền cao.
+ Hệ thống treo đơn đợc bố trí chủ yếu là trên các trục dẫn hớng.
+ Hệ thống treo kép là hệ thống treo có hai trục và ba trục.
+ Phần tử đàn hồi loại nhíp là dầm chịu uốn gồm một hoặc nhiều lá nhíp, năng
lợng dao động tiêu hao một phần do ma sát giữa các lá nhíp.
+ Phần tử đàn hồi loại khí, độ cứng thay đổi phi tuyến, không bị tiêu hao năng
lợng do ma sát gây ra, cho phép giảm khối lợng không đợc treo.
+ Hệ thống treo kiểu dầm hai trục nối với nhau bằng dầm cứng thờng đợc
sử dụng cho các trục dẫn hớng.

+ Hệ thống treo kiểu cân bằng sử dụng phổ biến cho các nhóm trục phía sau,
u điểm phân tải đều ra các trục, dịch chuyển của trục cân bằng bằng nửa dịch
chuyển của bánh xe.
+ Hệ thống treo kiểu dầm khớp thay đổi từ hệ treo cân bằng hai phần tử đàn
hồi cao su thay cho bộ nhíp, tạo ra lực cản dao động.
1.1.3 Lốp dùng trên ô tô

Lốp trên ô tô có tác dụng thu nhận, giảm bớt các va đập nhỏ khi xe chạy trên
đờng không bằng phẳng nhờ áp suất hơi và đàn hồi của lốp. Ngày nay kết
cấu của lốp đã có nhiều thay đổi với các tính năng mới đợc cải thiện, nâng


10

cao chất lợng của lốp. Cấu trúc, vật liệu và độ cứng của lốp ảnh hởng đến
khả năng bám đờng, tính êm dịu và tải trọng tác dụng xuống đờng.
Về kết cấu, xơng mành bằng vải sợi bông đợc thay thế bằng sợi nhân tạo
hoặc sợi kim loại đan chéo kiểu lốp Bias, loại đan sợi hớng tâm kiểu lốp
Radial. Mặt tiếp xúc với nền (hoa lốp) trên xe tải trọng lớn sử dụng loại rãnh
lớn và thô. áp suất hơi trong lốp cho phép 0,5 0,75 N/mm2.
1.1.4 Mạng đờng ô tô tại Việt Nam

Theo TCVN 4054, cấp đờng đợc phân loại theo chức năng quy định trong
bảng sau, dùng cho quản lý khai thác và sửa chữa đờng:
Cấp

Cấp kỹ thuật

Tốc độ

Số làn

quản

tính toán

xe yêu

lý

Vtt, km/h

cầu

80 và 60

6

Đờng nối các trung tâm kinh

II

4

tế, văn hóa chính trị lớn

III

2

I

Cấp 60 và 80

IV

Cấp 60 và 40

60 và 40

2

Chức năng chủ yếu của đờng

Đờng nối các trung tâm kinh
tế, văn hóa chính trị của địa
phơng với nhau và với đờng
trục ô tô hay đờng cao tốc

V

Cấp 40 và 20

40 và 20

2 hoặc 1

Đờng nối các khu dân c

Bảng 1.4: Các cấp quản lý của đờng ô tô

Cấp kỹ thuật

Tốc độ tính toán Vtt, km/h

Lu lợng thiết kế tối thiểu,
xe/nđ

80

80

3000

60

60

900

40

40

150

20

20

< 150

Bảng1.5: Các cấp kỹ thuật của đờng ô tô


11

Xác định các cấp kỹ thuật của đờng căn cứ vào chức năng của mỗi con
đờng, địa hình của vùng đặt tuyến và lu lợng xe thiết kế. Bảng dới trình
bày phạm vi tốc độ của xe phụ thuộc từng loại đờng.
Chức năng của đờng

Địa hình
Đồng bằng

Đờng nối các trung tâm kinh tế văn hóa 80; 60

Đồi núi

Núi

80; 60

60

60; 40

40; 20

40; 20

20

chính trị lớn
Đờng nối các trung tâm kinh tế, văn hóa 80; 60
chính trị của địa phơng với nhau và với
đờng trục ô tô hay đờng cao tốc
Đờng nối các khu dân c

40

Bảng 1.6: Bảng lựa chọn cấp kỹ thuật theo chức năng và địa hình của đờng

Phân biệt địa hình dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến nh sau: vùng đồng
bằng < 10%, vùng đồi từ 10% - 25%, vùng rừng núi > 25%.
Cũng theo các số liệu thống kê của bộ giao thông vận tải, đến năm 2000 Việt
Nam có khoảng 20981 km đờng bộ, mật độ phân bổ trung bình của hệ thống
đờng bộ trên toàn lãnh thổ tính trên dân số khoảng 0.8 km/1000 dân, thấp
hơn so với một số nớc trong khu vực (Thái Lan: 1.03 km/1000 dân, Trung
Quốc 0.94 km/1000 dân). Tỷ lệ đờng rải mặt của Việt Nam đạt 29,6%
(không tính đờng xã và đờng chuyên dụng), ở mức thấp so với các nớc
trong khu vực (trên thế giới con số này còn lớn hơn 50%). Hiện nay, nhiều
nớc Châu á đã có đờng bộ cao tốc nh: Singapore, Malaysia, Hàn Quốc,
Trung Quốc, trong số đó tỷ lệ chiều dài đờng cao tốc so với chiều dài toàn
mạng đờng bộ tơng đối cao: Singapore 4,4%, Hàn Quốc 2,5%, trong khi
Việt Nam vẫn cha có đờng cao tốc. Mặt đờng bêtông xi măng và mặt
đờng bêtông nhựa chiếm 9,37% tổng số chiều dài đờng bộ, mặt đờng đá
dăm thấm nhập nhựa chiếm 6,4%, mặt đờng trải đá, cấp phối và đờng đất

12

chiếm trên 80%. Từ năm 2000, ngành xây dựng công trình phát triển mạnh đã
cải tạo nâng cấp và xây dựng mới đợc nhiều tuyến đờng nh QL1, đờng
Hồ Chí Minh, đờng xuyên átuy nhiên chất lợng mặt đờng không cao.
Ngoài một số tuyến đờng mới đợc xây dựng, nhìn chung chất lợng mặt
đờng cha cao, không đợc duy trì, bảo dỡng và nâng cấp, việc sửa chữa cải
tạo không đồng bộ, tiêu chuẩn kỹ thuật thấp.
Tỷ lệ mặt đờng trải nhựa còn thấp (15,5% cho toàn bộ hệ thống; 59,5% với
hệ thống quốc lộ).
Khổ đờng hẹp (mặt đờng rộng từ hai làn xe trở lên trên hệ thống quốc lộ chỉ
đạt 26,2%).
Giao thông đô thị yếu kém, thiếu hệ thống giao thông tĩnh, thờng xuyên ùn
tắc, hệ thống vận chuyển công cộng kém phát triển.
Khu vực miền Bắc mạng lới giao thông đờng bộ theo hình dẻ quạt, đợc
xuất phát từ Hà Nội tỏa đi các tỉnh và vùng phụ cận, các quốc lộ 1A, 1B, quốc
lộ 2, quốc lộ 5có mật độ phơng tiện tham gia giao thông lớn, các xe có tải
trọng lớn thờng xuyên quá tải.
Khu vực miền Nam mạng lới giao thông phát triển xung quanh thành phố Hồ
Chí Minh và các vùng phụ cận ngoại thành cũng trong tình trạng tơng tự.
1.2 Tình hình nghiên cứu dao động ô tô trên thế giới

Việc nghiên cứu dao động ôtô bắt đầu rất sớm, ngay cả khi ôtô còn rất đơn
giản. Một số tác giả kinh điển có thể kể đến là Mitschke, Schiehlen. Lần đầu
tiên vào năm 1970 Mitschke đã tập trung vào tác phẩm nổi tiếng "Dynamik
der Kraftfahrzeuge" tập hợp tất cả các công trình nghiên cứu trớc đó, bao
gồm 200 trích dẫn. Nội dung chính trong quyển B là dao động xe con, mô
hình là mô hình 1/4 và đợc xem xét ở các yếu tố kết cấu có ảnh hởng đến
dao động và tối u hệ treo. Sau đó, tác giả đề cập chỉ tiêu đánh giá dao động
ôtô, cách tiếp cận mang tính cổ điển. Những năm sau này, 1980, Schiehlen

trình bày phơng pháp hệ nhiều vật, môđun hóa các hệ cơ học theo xu thế


13

nghiên cứu dao động bằng phơng pháp mô phỏng. Ngoài ra, máy tính cũng
phát triển và các thuộc tính của cụm nh hệ treo, bánh xe cũng đợc nghiên
cứu sâu hơn tuy nhiên các nghiên cứu đó vẫn tập trung chủ yếu vào xe con.
Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt đợc nhiều
thành tựu đáng kể. Dao động ô tô đợc nghiên cứu trong tổng thể hệ thống
Đờng-Xe-Ngời . Để nghiên cứu riêng biệt và tổng thể mối quan hệ vừa
nêu, các hãng sản xuất ô tô và các cơ quan chuyên môn hàng đầu trên thế giới
đã thiết lập các phòng thí nghiệm, xây dựng các bãi thử để nghiên cứu dao
động của ô tô, trong đó có kể đến biên dạng thực tế của mặt đờng và khả
năng của con ngời chịu tác động của dao động.
Hớng chung của nghiên cứu hệ thống tổng thể Đờng-Xe-Ngời đợc chia
thành 3 hớng:
- Nghiên cứu về biên dạng mặt đờng (nguồn gây ra dao động).
- Nghiên cứu hệ dao động ô tô (hệ thống treo...).
- Nghiên cứu cảm giác của con ngời và sự an toàn hàng hoá chuyên chở.
a. Nghiên cứu biên dạng mặt đờng:

Thờng đợc tiến hành bằng thực nghiệm kết hợp với xử lý bằng lý thuyết, tác
giả P.B.Pomehseps đã đa ra đặc tính thống kê của biên dạng mặt đờng đồng
thời đa ra các giải pháp và công thức tính toán phân tích dao động của xe
bằng phơng pháp xác định và phân tích phổ cho các loại đờng.
b. Nghiên cứu dao động của ô tô:

Là cần thiết với mục đích hoàn thiện kết cấu hệ thống treo, nhằm mục đích cải
thiện độ êm dịu chuyển động, chất lợng keo, tính kinh tế, tính dẫn hớng và

độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy của ô tô đặc biệt đối với xe hiện
đại là một việc không thể thiếu đợc. Vì vậy nghiên cứu dao động của ô tô là
xác lập mối quan hệ dao động của ô tô với chỉ tiêu chất lợng khai thác ở trên.
Nghiên cứu dao động của ô tô đợc tiến hành bằng nhiều phơng pháp khác
nhau đợc trình bày cụ thể trong các công trình khoa học của tác giả nổi tiếng


14

của Nga: H.H.Iasenko theo những mục đích và khía cạnh khác nhau. Nhng
đều chung một bài toán cơ bản là khi nghiên cứu dao động của ô tô là làm rõ
ảnh hởng của sự thay đổi các thông số của hệ phơng trình vi phân mô tả
chuyển động của cơ hệ dao động. Trên cơ sở nh vậy kết hợp với số liệu thử
nghiệm và các số liệu sử dụng tiến hành chuyển bài toán phân tích sang bài
toán tối u các thông số của hệ ô tô dao động đang khảo sát.
Tóm lại, khi nghiên cứu dao động của ô tô các tác giả đã tập trung xác định
các thông số hợp lý của hệ thống, tạo cơ sở cho việc thiết kế hoàn thiện các
phần tử của hệ thống treo bao gồm các bộ phận chính là:
- Bộ phận dẫn hớng.
- Bộ phận đàn hồi.
- Bộ phận giản chấn.
Từ việc không ngừng cải tiến các phần tử và bộ phận của hệ thống treo, hiện
nay trên các xe hiện đại đã có những hệ thống treo đợc tối u hoá cả về mặt
thông số và kết cấu từ treo thụ động đến treo tích cực, treo có điều khiển đến
hệ thống treo bán tích cực.
c. Nghiên cứu cảm giác con ngời:

Trong ô tô là việc khó khăn hơn việc xác định an toàn cho hàng hoá chuyên
chở. Trong một số sách tham khảo, nhiều tác giả đã đề cập đề cập đến vấn đề
khi đi ô tô con ngời sẽ cảm thấy mệt mỏi nhất là thần kinh. Vì vậy cần thiết

nghiên cứu sự mệt mỏi về thể xác, các chỉ tiêu đánh giá cho từng nhóm ngời
theo từng độ tuỏi khác nhau. Ngoài ra còn phải nghiên cứu sự phản ứng của
các cơ quan, bộ phận trên cơ thể con ngời liên quan đến việc điều khiển xe,
từ đó tạo cơ sở cho công việc tuyển chọn lái xe ô tô.
Hiện nay ngời ta tập trung vào hai hớng nghiên cứu con ngời: lái xe điều
khiển ô tô trên đờng và hành khách chịu dao động. Cả hai hớng này ngày
càng đợc quan tâm nghiên cứu và hoàn thiện hơn.


15

1.2.1 Chỉ tiêu đánh giá dao động

Lực động bánh xe và gia tốc thẳng đứng là đối tợng để xác định các chỉ tiêu
đánh giá.
Chỉ tiêu đánh giá

Các thông số dao động ô tô

- An toàn chuyển động

Lực động bánh xe

- Khả năng chịu tải của đờng
- Độ êm dịu của hành khách

Gia tốc thẳng đứng

- Độ êm dịu của hàng hóa
Bảng 1.7: Quy định chỉ tiêu đánh giá dao động

Căn cứ vào điều kiện khai thác có hai giá trị giới hạn lựa chọn: giới hạn cảnh
báo và giới hạn can thiệp.
Nếu đối tợng nghiên cứu là xe du lịch, xe khách, chỉ tiêu đánh giá là độ êm
dịu.
Đối với xe có tải trọng lớn, ngoài chỉ tiêu về tải trọng động tác dụng lên chi
tiết ô tô và an toàn chuyển động, một chỉ tiêu rất quan trọng khác là khả năng
chịu tải của đờng.
Khi ô tô chuyển động trên đờng dao động xuất hiện trong toàn bộ hệ thống
của xe dới tác động kích thích của các mấp mô biên dạng đờng. Dao động
của ô tô ảnh hởng đến bản thân ngời lái và hành khách, hàng hoá chuyên
chở trên xe, độ bền, tuổi thọ của các kết cấu ô tô. Nghĩa là trong quá trình
chuyển động ô tô luôn bị dao động, với thời gian kéo dài sẽ gây ra mệt mỏi
với ngời lái và hành khách, làm giảm hiệu suất công việc, có thể gây ra nguy
cơ mắc bệnh thần kinh và não dẫn đến mất phản ứng linh hoạt và điều khiển
chính xác gây ra tai nạn giao thông.
Vì vậy khi nói đến dao động của ô tô theo quan điểm của chế độ sử dụng thì:
độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo
hạn chế các tác động của dao động có ảnh hởng xấu tới con ngời, hàng hoá
và các kết cấu của ô tô.


16

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì dao động của ô tô gây ra sự thay
đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt
đờng. Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trờng hợp tải trọng tĩnh
thì sẽ làm giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc, ngang ( lực kéo, lực phanh,
lực bám ngang), dẫn đến hiện tợng tách bánh khỏi đờng gây mất an toàn
khi xe chuyển động, phanh và quay vòng... còn khi giá trị phản lực này tăng

thì sẽ làm tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đờng và ngợc lại với các
kết cấu của xe.
Từ các khái niệm trên để có thể đánh giá chất lợng xe một cách khách quan,
chính xác cần phải nghiên cứu và phát triển lý thuyết dao động trong tất cả
lĩnh vực liên quan. Nghiên cứu tổng quát về dao động xe đó là giải quyết mối
quan hệ Đờng-Xe-Ngời.
Ngừơi

Hệ thống phanh,lái.

Thân Xe

Hệ thống treo

Đừơng

Hình 1.2: Hệ thống Đờng-Xe-Ngời

Quá trình nghiên cứu dao động của ô tô là quá trình xác định các thông số của
hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: phần tử đàn
hồi, phần tử giảm chấn và bộ phận dẫn hớng. Có nh vậy mới tạo ra một hệ
dao động có chất lợng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao trình


17

độ công nghệ thiết kế, cải tiến ô tô, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và
năng suất vận chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân.
Các tính chất dao động của ô tô thờng đợc đánh giá theo 2 quan điểm:
- Đánh giá theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc

dao động có tính chất quyết định vì nó tác dụng lên lái xe và hành khách.
- Theo quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền
thì giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đờng là thông số mang tính chất
quyết định.
a- Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động.

Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, các nớc có nền công nghiệp ô
tô phát triển hàng đầu trên thế giới đã đa đa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm
dịu khác nhau.Dựa vào các công trình nghiên cứu của nớc ngoài và các tài
liệu của viện khoa học kĩ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đa ra một số chỉ
tiêu đặc trng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô nh sau:
+ Chỉ tiêu về tần số.

Con ngời khi tham gia vào giao thông cũng là một hệ dao động, đi lại là
hoạt động thờng xuyên của con ngời đã trở thành một thói quen. Khi con
ngời đi lại tơng đơng với hệ thực hiện dao động, tuỳ thuộc vào hình dáng,
trọng lợng riêng, thói quen từng ngời mà số lần bớc trong một phút thờng
trong khoảng 60-90 bớc, tơng ứng với tần số dao động khoảng 1-1,5Hz.
Vậy nên từ thói quen đó con ngời chịu dao động hợp lý trong khoảng tần số
vừa nêu trên. Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô với các điều kiện
mặt đờng cũng nh kết cấu cụ thể thì tần số dao động của ô tô phải nằm
trong giới hạn 1-1,5 Hz, thờng lấy chuẩn để đánh giá dao động của ô tô nh
sau:
- Đối với xe con (du lịch) n = 60 : 90 (dđ/ph)
- Đối với xe vận tải

n = 100 : 120 (dđ/ph)

+ Chỉ tiêu về gia tốc dao động.

18

Chỉ tiêu này đợc xác định dựa trên cơ sở trị số bình phơng trung bình của

&. Chúng có các giá trị sau:
&
&&
&&
gia tốc theo các phơng X, Y, Z là: X,Y,Z

&
&
&
&
&
&
(m/s2); Y<0.7
(m/s2); Z<2.5
(m/s2);
X<1.0
Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động
của ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Mặt khác, điều quan trọng
hơn là dao động ô tô truyền cho con ngời thực chất là tác động ngẫu nhiên
với dải tần số rộng và phức tạp cả theo hớng tác dụng. Ngoài ra theo một số
tài liệu tham khảo các tác giả còn đa ra một số chỉ tiêu khác đánh giá độ êm
dịu chuyển động của ô tô.
b. Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đờng.

Theo quan điểm về an toàn chuyển động (xét theo khía cạnh về tính điều

khiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đờng thì trị số lực tác dụng thẳng
đứng giữa bánh xe với đờng cũng là thông số quan trọng để đánh giá. Lực
động Fd (t) xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của
ô tô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đờng.
Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đờng thì sẽ dựa vào trị số
lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tơng ứng với giá trị dơng của Fd (t)
để đánh giá, nếu Fd (t) càng lớn thì sự ảnh hởng do lực tác động tới lốp xe và
các bộ phận chi tiết của xe và nền đờng càng bị tác động xấu nhiều hơn. Mặt
khác để giảm sự ảnh hởng của Fd (t) thì trong trờng hợp giảm tải trọng bánh
xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa là làm giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp
tuyến (nhất là khi phanh) và lực ngang (quan trọng khi quay vòng). Trong
trờng hợp đặc biệt bánh xe bị nảy khỏi mặt đờng khi đó lực tác dụng từ
đờng lên bánh xe sẽ bằng 0 và ô tô sẽ mất tính điều khiển. Để đánh giá tính
chất dao động của ô tô theo quan điểm về an toàn chuyển động cần xác định tỉ
số giữa lực động Fd (t) và tải trọng tĩnh của bánh xe là : RtK , với giá trị
K=

Fd
R tK

(1.1)


19

Khảo sát dao động của ô tô ngời ta quan tâm đến sự bám của lốp với mặt
đờng, nhằm đảm bảo dao động của ô tô thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu
nhng bánh xe vẫn phải bám đờng, nếu không đạt 2 chỉ tiêu đó sẽ dẫn đến
làm mất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu...
Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đờng có thể xác định nh sau:

Fd CL ( q)

Trong đó:

(1.2)

C L : độ cứng của lốp.

: chuyển dịch của bánh xe theo phơng thẳng đứng.

q : chiều cao mấp mô biên dạng đờng.
Có thể xác định giá trị td max - là giá trị cực đại của chuyển dịch tơng đối của
bánh xe với đờng theo biểu thức: td max = Max( q)

(1.3)

Giá trị td max cũng có thể làm cơ sở đánh giá khả năng bám của lốp với đờng.
1.2.2 Mô hình dao động

Ôtô thuộc hệ cơ học nhiều vật, dao động với dải tần số thấp không vợt quá
50Hz. Việc lập và chọn mô hình dao động phải theo 3 tiêu chí sau:
- Mục tiêu nghiên cứu
- Cấu trúc riêng của đối tợng nghiên cứu
- Khả năng tính toán và phơng tiện tính toán.
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật khả năng tính toán hầu nh
không bị hạn chế (có nhiều phần mềm mạnh hỗ trợ tính toán), nên khi chọn và
lập mô hình thờng căn cứ vào mục tiêu, đặc điểm kết cấu của đối tợng.
Về mục tiêu nghiên cứu có thể bao hàm các vấn đề sau:
1. Nghiên cứu tối u hệ treo, kể cả hệ treo tích cực. Đối với mục tiêu này chỉ
nghiên cứu mô hình 1/4 là đủ.

2. Nghiên cứu về dao động liên kết, thờng dùng mô hình phẳng, mô hình
phẳng cũng còn dùng để nghiên cứu ảnh hởng của đờng.


20

3. Nghiên cứu sự trợt và lật dới tác động của ngoại lực nh đờng mấp mô,
gió bên nên thòng sử dụng mô hình 1/2 .
Sau đây là một số mô hình cơ bản đợc trình bày trong nhiều tài liệu của các
tác giả nổi tiếng.
a. Mô hình 1/4 :

Mô hình 1/4 bao gồm hai khối lợng đợc treo M (thay thế cho khối lợng
thân xe) và không đợc treo mU (thay thế cho khối lợng bánh xe, cầu xe và
các thành phần liên kết). Phần treo và không đợc treo liên kết với nhau thông
qua các phần tử đàn hồi của treo và giảm chấn, có độ cứng là C, hệ số cản
giảm chấn K, xem hình dới.
Z

M
C

K

CL

KL

q

Hình 1.3: Mô hình 1/4

Để có thể chuyển mô hình vật lý thành mô hình động lực học hệ dao động ô
tô, cần phải có một số giả thiết nhằm đơn giản cho việc tính toán nhng vẫn
đảm bảo tính đúng đắn của kết quả. Quá trình nghiên cứu trong mô hình 1/4
chỉ xét dao động của một trong bốn bánh xe, dao động của hệ là nhỏ, tuyến
tính, xung quanh vị trí cân bằng tĩnh, bánh xe lăn không trợt và luôn tiếp xúc
với đờng...
Mô hình 1/4 có thể dùng để chọn tối u các thông số nh độ cứng lốp, khối


21

lợng không đợc treo m, độ cứng C và hệ số cản giảm chấn K theo các hàm
mục tiêu vừa nêu trên.
Trong quá trình nghiên cứu các hệ số C và K có thể đợc mô tả phi tuyến:
C = f ( z ) ; K = f ( & z&)
n

n

(1.4)

Việc này có ý nghĩa trong bài toán điều khiển hệ treo.
b. Mô hình dao động liên kết :

Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô 2 cầu ở dạng mô
hình phẳng, có nghĩa là ô tô đợc giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và

xem độ mấp mô của biên dạng đờng ở dới bánh xe trái và phải là nh nhau.
Khối lợng treo đợc qui dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối
lợng M (đại diện cho khối lợng đợc treo là thân xe) và m1, m2( đại diện
cho khối lợng không đợc treo là cầu xe) với 4 bậc tự do là Z,, 1 , 2 .


M

Z1
C1

1

Z

K1

m1
CL1

Z2
C2

K2

m2
K L1

CL2

q1

2
K L2

q2
a

b

Hình 1.4: Mô hình phẳng dao động ô tô 2 cầu.

Mô hình này hiệu quả với bài toán bố trí chung, và là mô hình đơn giản khi
nghiên cứu về đờng và phân bổ tải khi phanh.