NGHIÊN cứu và CHẾ tạo THIẾT bị xác ĐỊNH hệ số cản GIẢM CHẤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP đo TRỰC TIẾP

HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH
HỆ SỐ CẢN GIẢM CHẤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO TRỰC TIẾP
Nguyễn Trịnh Nguyên1, Nguyễn Văn Trà2, Phan Minh Hiếu1,
Lê Quang Trí1, Nguyễn Văn Tuấn Anh1
1

Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh
2

Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội

TÓM TẮT:
Các nghiên cứu về dao động của ô tô không
ngừng tăng lên trong những năm gần đây, cho
thấy sự quan tâm không nhỏ của các nhà khoa
học trong các vấn đề nâng cao chất lượng độ êm
dịu và khả năng bám đường của ô tô. Trong nước,
việc nghiên cứu dao động của ô tô phần lớn đều
được thực hiện dưới dạng nghiên cứu lý thuyết kết
hợp với thử nhiệm mô phỏng. Các thông số kết

cấu của các phần tử trong hệ thống treo như: độ
cứng của phần tử đàn hồi, hệ số cản của giảm
chấn... được tham khảo từ các tài liệu hoặc xác
định bằng phương pháp lý thuyết. Bài báo này
trình bày một phương pháp xác định hệ số cản
của giảm chấn trực tiếp, bằng mô hình và thiết bị
này sẽ cho ra các kết quả sát với thực tế hơn.

Từ khóa: hệ thống treo ô tô, hệ số cản giảm chấn, thí nghiệm hệ thống treo ô tô
1. GIỚI THIỆU
Như đã trình bày sơ lược trong phần tóm tắt,
nội dung nghiên cứu của bài báo, các nghiên cứu
về hệ thống treo trên cơ sở lý thuyết hầu hết sử
dụng các thông số kết cấu của hệ thống như
những giá trị cố định, chưa có nghiên cứu cụ thể
xác định rõ các giá trị thực để làm dữ kiện đầu
vào cho các bài toán lý thuyết. Do vậy, việc thiết
kế các hệ điều khiển cho hệ thống treo hiện đại
còn nhiều khoảng cách so giữa các mô phỏng lý
thuyết và thực nghiệm các hệ điều khiển trên hệ
thống thực.

2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. PHƯƠNG PHÁP ĐO GIÁN TIẾP
Trong các phương pháp đo gián tiếp nhằm xác
định hệ số cản giảm chấn của một hệ dao động,
người ta thường xác định chúng trên một công
thức tổng quát, trong nghiên cứu này, nhóm tác
giả tiến hành thực nghiệm và đo lường trên mô
hình hệ thống treo ¼ xe thực [1].

Các thông số kết cấu dùng trong lý thuyết hiện
nay phần lớn được xác định thông qua các tài liệu
tham khảo hoặc được xác định bằng thực nghiệm
thông qua các phép đo gián tiếp. Trong các
phương pháp này, giá trị của các thông số kết cấu
hầu hết là các hằng số. Trên thực tế cho thấy các

thông số này thay đổi theo các điều kiện đầu vào
khác cho hệ thống treo như tải trọng, điều kiện
làm việc,…
Trong nội dung nghiên cứu của bài báo này,
nhóm tác giả tiến hành xác định các phương pháp
đo hiện có, nghiên cứu và chế tạo bộ thiết bị đo
mới có khả năng đo trực tiếp các giá trị và đánh
giá các yếu tố của nó, từ đó có thể giúp xác định
chính xác hệ số cản giảm chấn.

Hình 1. Mô hình thí nghiệm hệ thống treo theo
mô hình ¼ xe
Mô hình thực nghiệm được thiết kế theo mô
hình lý thuyết ¼ xe [2].

Trang 281


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

z2

M

C2

z1

K2

m

C1

Thí
nghiệm
với một
tải trọng
nhất định

Thời gian
biến dạng

Điểm bắt
đầu và kết
thúc đo Khoảng
biến
dạng

Hình 3: Phân tích kết quả thí nghiệm
3. CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO

K1

z0
Hình 2: Mô hình lý thuyết ¼ xe
Trên thiết bị thí nghiệm, việc tạo xung kích
thích cho hệ dao động được tiến hành bằng
phương pháp cho hệ rơi tự do, khoảng cách rơi
tương ứng được thay đổi theo từng bước 3 cm,

tải trọng cũng được thay đổi với từng bước tương
ứng 10 kg.
2.2. CƠ SỞ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO
TRỰC TIẾP
Phương pháp đo trực tiếp được nhóm tác giả
sử dụng căn cứ theo phương pháp phân tích thứ
nguyên của đại lượng cần đo. Đại lượng cần đo ở
đây là hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo với
đơn vị N.s/m.
Để xác định được hệ số cản giảm chấn với ba
thông số vật lý là trọng lượng, biến dạng dài, và
thời gian, nhóm tác giả cố định một đại lượng vật
lý cho tất cả các phép đo và khảo sát hai đại
lượng vật lý còn lại [3][4].
Cụ thể trong nghiên cứu này, đại lượng biến
dạng dài của giảm chấn khi làm việc được thay
đổi để đánh giá sự ảnh hưởng của hành trình làm
việc của giảm chấn, khối lượng thêm vào cũng
được dùng để ghi nhận các kết quả giúp đánh giá
sự ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn qua tải
trọng. Kết quả đo cuối cùng được phân tích thành
giá trị thứ nguyên của hệ số cản giảm chấn thông
qua ba đại lượng vật lý như trong hình:

Thiết bị thu thập số liệu được thiết kế dựa trên
nền thiết kế chip PSoC. Các tài nguyên trên chíp
được cấu hình cho phép đọc vào một bộ chuyển
đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số dùng để đọc
giá trị của cảm biến vị trí tuyến tính.
Cảm biến vị trí tuyến tính giúp ghi nhận sự

thay đổi chiều dài làm việc của giảm chấn trong cả
hai trường hợp giảm chấn nén và giảm chấn trả.
Tín hiệu này được truyền về máy tính bằng cổng
USB thông qua mạch chuyển đổi chuẩn giao tiếp
UART và USB. Quá trình đo và thu thập số liệu
được khái quát theo sơ đồ khối sau:[5]
Cảm biến vị trí tuyến tính

Chuyển đổi tượng tự - số (ADC)
Vi xử lý PsoC4(ARM Cortex-M0)

Mạch
thu
thập số
liệu

Chuyển đổi UART-USB

Phần mềm thu thập số liệu
Biểu đồ quan
sát

Phân tích kết quả

Máy
tính

Hình 4. Sơ đồ khối quá trình đo và thu thập
số liệu

Hình 5. Mạch thu thập số liệu dùng cho thiết bị

Trang 282


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Cảm biến vị trí tuyến tính giúp xác định khoảng
làm việc của giảm trấn, có các thông số như sau:
- Hành trình 400 mm
- Khoảng điện áp 0 VDC đến 5 VDC
- Điện trở 5 k
- Sai số ±0.05%

Hình 6. Cảm biến vị trí tuyến tính KTC-400
Trên môi trường máy tính, để thu thập, hiển thị
và lưu dữ kết quả đo từ những tín hiệu gửi về máy
tính qua mạch thu thập số liệu. Nhóm tác giả xây
dựng ứng dụng đo lường trên máy tính dựa vào
nền tảng LabVIEW. Quá trình đọc và xử lý tín hiệu
trên LabVIEW như sau:[6][7]

Hình 9: Hình ảnh thiết bị thực tế khi thực hiện
thí nghiệm
Đối tượng thí nghiệm là giảm chấn xe Toyota
Vios 2005 đã được tháo rời phần tử đàn hồi.
4. KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ
Kết quả của quá trình đo và xác định hệ số cản
giảm chấn giúp hiểu rõ hơn về các ảnh hưởng

của các điều kiện làm việc đến hệ số cản giảm
chấn. Sự ảnh hưởng của hành trình làm việc đến
giá trị của giảm chấn được thể hiện qua hai biểu
đồ:
5000
Khoi luong 70 Kg
Khoi luong 80 Kg
Khoi luong 90 Kg
Khoi luong 100 Kg
Khoi luong 110 Kg
Khoi luong 120 Kg
Khoi luong 130 Kg
Khoi luong 140 Kg
Khoi luong 150 Kg
Khoi luong 160 Kg

4500

Hình 7: Màn hình làm việc của thiết bị đo

Kgiamchan (N.s/m)

4000
3500
3000
2500
2000
1500
20

40

60

80

100

120

Hanh trinh lam viec (mm)

Hình 10: Sự ảnh hưởng của hành trình làm việc
đến hệ số cản giảm chấn khi nén
4400
4200

Khoi luong 30 kg
Khoi luong 40 kg
Khoi luong 50 kg
Khoi luong 60 kg
Khoi luong 70 kg
Khoi luong 80 kg
Khoi luong 90 kg
Khoi luong 100 kg
Khoi luong 110 kg
Khoi luong 120 kg

4000
3800

Hình 8: Màn hình làm việc của phần mềm phân
tích dữ liệu

Kgiamchan tra (kg)

3600
3400
3200
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
2

4

6

8

10

12

Hanh trinh lam viec (cm)

Hình 11: Sự ảnh hưởng của hành trình làm
việc đến hệ số cản giảm chấn khi trả

Trang 283


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

Ảnh hưởng của tải trọng tác dụng đến hệ số
cản giảm chấn ở quá trình giảm chấn nén và trả
được thể hiện bằng hai biểu đồ sau:
Hanh trinh lam viec 9cm

K giam chan dich chuyen 3cm
K giam chan dich chuyen 6cm
K giam chan dich chuyen 9cm
K giam chan dich chuyen 12cm

4500
4000

Kgiamchan nen (N.s/m)

Khoi luong thi nghiem 70kg
Khoi luong thi nghiem 90kg
Khoi luong thi nghiem 110kg
Khoi luong thi nghiem 130kg

Khoi luong thi nghiem 150kg

3500
3000

0

2500

500

1000

Thoi gian (ms)
2000

Hình 15: Giảm chấn làm việc khi trả với hành
trình 9 cm

1500
60

80

100

120

140

160

Khoi luong (Kg)

Hình
12: Sự ảnh hưởng của tải trọng đến hệ số cản
giảm chấn khi nén

11000

He so can giam chan (N.s/m)

Kgiamchan tra (N.s/m)

4000

3000

250

200

250

Ktra3cm
Ktra12cm
Knen3cm
Knen12cm

10000

hanh trinh 3cm
hanh trinh 6cm
hanh trinh 9cm
hanh trinh 12cm

200
12000

9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0

2000

50

100

150

300

Khoi luong (kg)

1000
0

50

100

150

Khoi luong (Kg)

Hình 13: Sự ảnh hưởng của tải trọng đến hệ số
cản giảm chấn khi trả
Biểu đồ ở Hình 14 và 15 biểu thị trạng thái làm
việc của giảm chấn khi nén với hành trình 6 cm và
khi trả với hành trình 9 cm.

Hình 16: Xác định hệ số cản giảm chấn bằng các
đồ thị kết quả
Để chọn đúng hệ số cản giảm chấn chung cho
cả hệ số cản giảm chấn nén và trả cần xác định
khoảng tải trọng làm việc. Trong nghiên cứu này,
tải trọng cho mô hình ¼ xe là [200:250] kg, bằng
đồ thị ta xác định được hệ số cản giảm chấn
K=5756 N.s/m.
5. KẾT LUẬN

Hanh trinh lam viec 6cm (cm)

Khoi luong thi nghiem 30kg
Khoi luong thi nghiem 50kg
Khoi luong thi nghiem 70kg
Khoi luong thi nghiem 90kg
Khoi luong thi nghiem 110kg

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900 1000

Thoi gian (ms)

Hình 14: Giảm chấn làm việc khi nén với hành
trình 6 cm

Trang 284

Các kết quả đo lường và quá trình thí nghiệm
với nhiều điều kiện khác nhau cho thấy hành trình
làm việc của giảm chấn và tải trọng tác dụng tỉ lệ
thuận với hệ số cản giảm chấn. Hệ số cản giảm
chấn khi trả lớn hơn hệ số cản giảm chấn khi nén.
Khi hồi quy đơn biến đối với hệ số cản giảm chấn
theo sự ảnh hưởng của tải trọng tác dụng cho
thấy hành trình làm việc của giảm chấn có liên
quan đến hệ số góc của các đường quan hệ giữa
hệ số cản giảm chấn và tải trọng tác dụng. Kết
quả của nghiên cứu giúp xác định chính xác hơn
hệ số cản giảm chấn cho các mô phỏng tính toán,
và là dữ kiện quan trọng đầu vào khi thiết kế hệ
thống treo có điều khiển khi cần biết chính xác hệ
số cản của trường hợp nén và trả. Đồng thời xác


HỘI NGHỊ KHCN TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC NĂM 2017
Ngày 14 tháng 10 năm 2017 tại Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM

định được quan hệ toán học của hệ số cản giảm
chấn với các thông số vật lý khác thay đổi theo
điều kiện làm việc. Kết quả này còn giúp dự đoán
hệ số cản giảm chấn khi được sử dụng trong các
phương pháp điều khiển hiện đại.

một thiết bị giúp xác định và phân tích hệ số cản
giảm chấn, sản phẩm có ý nghĩa quan trọng phục
vụ các nghiên cứu sâu về hệ thống treo và cũng là
thiết bị tăng tính trực quan trong giảng dạy về hệ
thống treo hiện nay.

Nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo thành công

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Nguyen, Nguyen Trinh, Nguyen Văn Tra, and
Do Van Dung. "Nghiên cứu và chế tạo mô
hình hệ thống treo ¼ xe phục vụ cho nghiên
cứu và thử nghiệm". Proceedings Of The
National Science And Technology Conference
On Mechanical – Transportation Engineering
(Nscmet 2016). Vol. 3. No. ISBN: 978-604-950042-8. Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội,
2016.
[2]. Vũ Đức Lập. "Dao động ô tô". Nhà xuất bản
Quân đội Nhân dân. Hà Nội, 2011. Trang 85.
[3]. Austin, Stephen A., et al. The direct
measurement of damping coefficients using
an inverse eigenvalue method. No. NUWCNL-TR-10195.
NAVAL
UNDERSEA

WARFARE CENTER NEWPORT DIV NEW
LONDON
CT
NEW

LONDON
DETACHMENT, 1992.
[4]. Austin, Stephen A., et al. "Method for
determining damping coefficients." U.S.
Patent No. 5,410,906. 2 May 1995.
[5]. Thắng, Cao Diệp, et al. "Lập trình C và hệ
thống nhúng". Lập trình C và hệ thống
nhúng (2016): 175.
[6]. Johnson,
Gary W. LabVIEW
graphical
programming. Tata McGraw-Hill Education,
1997.
[7]. Wells, Lisa K., and Jeffrey Travis. LabVIEW
for everyone: graphical programming made
even easier. Prentice-Hall, Inc., 1996.

RESEARCH AND MANUFACTURE EQUIPMENT
FOR DETERMINATION DAMPING COEFFICIENT BY DIRECT
METHOD OF MEASURING

ABSTRACT:
Automobile oscillation studies have been
steadily increasing in recent years, these
things show great interest of scientists in
matters of improving the quality of smooth
and safe motion. In the country, automotive
oscillation studies have been done by
theoretical
research

combined
with
simulation experiment. In previous studies,

structural parameters of the elements in the
suspension system such as spring stiffness
and value of damping eferenced from
scientific documents or determined by
theoretical method. This article presents a
method of directly determine the damping
value, by model and equipment, this method
gives more realistic results.

Keywords: automotive suspension, determine the damping value, experiment automotive
suspension

Trang 285