Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường

i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

DƯƠNG ĐỨC MINH

MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO
CAO SU CỦA Ô TÔ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN
KHẢ NĂNG THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Thái Nguyên – 2018


ii
LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên:

Dương Đức Minh

Học viên: Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệpĐại học Thái Nguyên.
Nơi công tác: Công ty cổ phần đăng kiểm xe cơ giới giao thông Lào
Cai - 2401D
Tên đề tài luận văn thạc sĩ: Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ
thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt
đường.
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Mã số: 60520116

Sau gần hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa
chọn thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng và phân tích hiệu quả
hệ thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt
đường.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy giáo PGS.TS. Lê
Văn Quỳnh, ThS. Lê Xuân Long, ThS. Bùi Văn Cường và sự nổ lực của bản
thân, đề tài đã được hoàn thành đáp được nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ
khí động lực.
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các
số liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố
trong bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả.
Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2018
HỌC VIÊN

Dương Đức Minh


iii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã
tiếp nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý
thầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể giảng viên
Nhà trường, khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, quý thầy cô giáo trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình và các đồng nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trường, Tổ đào tạo
Sau đại học -Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình
hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến các thầy giáo PGS.TS. Lê Văn
Quỳnh, ThS. Lê Xuân Long, ThS. Bùi Văn Cường và tập thể cán bộ giáo viên
khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, hội đồng bảo vệ đề cương đã hướng dẫn cho em

hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch và nội dung đề ra.
Trong quá trình, thời gian thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng song do
kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên chắc chắn luận văn
còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và
các bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn được
hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

HỌC VIÊN


iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. iii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ................................................ vii
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1....................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU..................................................... 3
1.1.Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải .......................................................... 3
1.1.1 Hệ thống treo ........................................................................................ 3
1.1.2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải[5,6] ............................ 4
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài ................................... 11
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước...................................................... 11
1.2.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài ..................................................... 15
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ .............. 16
1.3.1. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe............................................. 16
1.3.2. Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức[34,35] ............................. 17

1.4.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn ....................... 18
1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................... 18
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu .................................. 19
1.4.3. Phương pháp nghiên cứu................................................................... 19
1.4.4. Nội dung nghiên cứu ......................................................................... 19
1.5. Kết luận chương ..................................................................................... 19
CHƯƠNG 2..................................................................................................... 20
XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI ............................................ 20
2.1. Các phương pháp xây dựng và mô phỏng dao động.............................. 20
2.2. Xây dựng mô hình dao động của xe tải ................................................. 21
2.2.1. Các giả thiết mô hình dao động tương đương................................... 21


v
2.2.2. Mô hình dao động xe tải hạng nặng .................................................. 23
2.2.3. Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động................................ 24
2.2.4. Mô hình và xác định lực của hệ thống treo ....................................... 36
2.2.5. Phân tích và lựa chọn kích thích dao động ....................................... 39
2.3. Kết luận: ................................................................................................. 46
CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO
CAO SU .......................................................................................................... 47
3.1. Mô phỏng ............................................................................................... 47
3.1.1. Mô phỏng dao động của ô tô............................................................. 47
3.1.2 Chọn thông số xe mô phỏng .............................................................. 48
3.1.3 Mô phỏng ........................................................................................... 50
3.2. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su ................................................. 53
3.2.1. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su khi xe chuyển động trên các
mặt đường khác nhau ...................................................................................... 53
3.2.2. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với vận tốc chuyển động thay
đổi .................................................................................................................... 54

3.2.3. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với tải trọng thay đổi thay đổi
......................................................................................................................... 56
3.3. Kết luận ................................................................................................ 57
KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ ......................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 60
PHỤ LỤC 1 ..................................................................................................... 64
CHƯƠNG TRÌNH MIÊU TẢ MẤP MÔ MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ THEO
TIÊU CHUẨN ISO 8068 ................................................................................ 64
PHỤ LỤC 2 ..................................................................................................... 66
KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB ................ 66
PHỤC LỤC 3 .................................................................................................. 72
BÀI BÁO QUỐC GIA .................................................................................... 72


vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15]
......................................................................................................................... 45
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe tải 3 cầu[38,39]................................ 48
Bảng 3.2. Thông số hệ thống treo phần tử khí ................................................ 50


vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1-1. Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá. .............................................. 4
Hình 1-2. Sơ đồ nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén. ........................ 7
Hình 1-3. Hệ thống treo khí nén đơn ................................................................ 7
Hình 1-4. Hệ thống treo khí nén kép................................................................. 8
Hình 1-5. Hệ thống treo khí nén ba cầu sau. ..................................................... 8
Hình 1-6. Hình dáng bề ngoài của xe tải AD250 của Trung Quốc................... 9

Hình 1-7. Hệ thống treo cao su ......................................................................... 9
Hình 1-8. Hệ thống treo kết hợp giữa khí nén và nhíp ................................... 10
Hình 1-9. Túi hơi đạt trên nhíp và chính giữa................................................. 10
Hình 1-10. Túi hơi đạt trên nhíp và lệch qua một bên .................................... 10
Hình 1-11. Túi hơi không đặt trên nhíp. ......................................................... 11
Hình 2-1. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động phương pháp 1 ... 20
Hình 2-2. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động phương pháp 2 ... 21
Hình 2-3 Mô hình dao động của ô tô tải hạng nặng 3 cầu .............................. 24
Hình 2-4. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cabin ........................................ 25
Hình 2-5. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe ..................................... 28
Hình 2-6. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 1 ........................................ 32
Hình 2-7. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 2 ........................................ 33
Hình 2-8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 3 ........................................ 35
Hình 2-9. Mô hình hệ thống treo khí nén ........................................................ 36
Hình 2-10. Mô hình hệ thống treo khí nén mới .............................................. 38
Hình 2-11. Hàm điều hoà của mấp mô ........................................................... 40
Hình 2-12. Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[15] ................. 41
Hình 2-13. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 1) ........................................................................................... 42
Hình 2-14. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1) ...................................................................... 42


viii
Hình 2-15. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 2) ........................................................................................... 43
Hình 2-16. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2) ...................................................................... 43
Hình 2-17. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường
có chất lượng rất tốt) ....................................................................................... 45
Hình 2-18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường
có chất lượng trung bình) ................................................................................ 46
Hình 2-19. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường
có chất lượng rất xấu)...................................................................................... 46

Hình 3-1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04... 48
Hình 3-2. So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo
khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp B với vận tốc v=40 km/h .. 51
Hình 3-3. So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo
khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp C với vận tốc v=40 km/h. . 51
Hình 3-4. So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo
khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp D với vận tốc v=40 km/h .. 52
Hình 3-5. So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo
khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp E với vận tốc v=40 km/h. . 52
Hình 3-6. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phần tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau với vận tốc
v=60 km/h ....................................................................................................... 53
Hình 3-7. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phần tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau với vận tốc
v=60 km/h ....................................................................................................... 54
Hình 3-8. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C với
các vận tốc chuyển động khác nhau ................................................................ 55


ix
Hình 3-9. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp E với
các vận tốc chuyển động khác nhau ................................................................ 55
Hình 3-10. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động với vận tốc v=40km/h trên mặt đường
quốc lộ ISO cấp C với các tải trọng khác nhau ............................................... 56
Hình 3-11. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động với vận tốc v=60km/h trên mặt đường
quốc lộ ISO cấp C với các tải trọng khác nhau ............................................... 57

x
DANH MỤC CÁC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Đơn vị

m1

kg

Khối lượng không được treo cầu 1

m3

kg

Khối lượng không được treo cầu 2

m5

kg

Khối lượng không được treo cầu 3

m7

kg

Khối lượng thân xe

m13

kg

Khối lượng cabin

lct

m

Khoảng cách tâm hai bánh xe và tâm xe

l10

m

lc1

m

l06

m

l04

m

l42

m

lr1

m

k41

N/m

Độ cứng của HTT cầu trước

k51

N/m

Độ cứng của HTT cầu thứ 2

k61

N/m

Độ cứng của HTT cầu thứ 3

k7

N/m

Độ cứng của đệm cách dao động cabin trước

k8

N/m

Độ cứng của đệm cách dao động cabin sau

k1

N/m

Độ cứng của lốp xe cầu 1

k2

N/m

Độ cứng của lốp xe cầu 2

Thông số

Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động
cabin theo phương x
Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động
cabin theo phương y
Khoảng cách từ đệm cách dao động sau cabin
đến trọng tâm thân xe
Khoảng cách từ tâm gối đỡ cầu 2, 3 đến trọng
tâm thân xe

Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3
theo phương x
Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3
theo phương y


xi
Độ cứng của lốp xe cầu 3

k3

N/m

c4

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn HTT cầu 1

c5

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn HTTcầu 2

c6

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn HTT cầu 3

c7

N.s/m

c8

N.s/m

c1

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 1

c2

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 2

c3

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 3

V0

m3

Thể tích bình khí

pa

N/m2

Áp suất khí trời

Hệ số cản giảm chấn đệm cách dao động cabin
trước
Hệ số cản giảm chấn đệm cách dao động cabin
sau

Hệ số đoạn nhiệt

n
A0

m2

Diện tích ban đầu phần tử

p0

Bar

Áp suất ban đầu

F

N

Lực theo phương đứng

kdyn

Hệ số tải trọng động

DLC

Hệ số tải trọng động bánh xe

M

N.m

Mô men


1
LỜI NÓI ĐẦU
Hiệu quả hệ thống treo của ô tô phụ thuộc vào lựa chọn tối ưu các
thông số hệ thống treo đặc biệt là sự phối hợp lý độ cứng và hệ số cản của hệ
thống treo. Chọn tối ưu các thông số đó nhằm nâng cao tuổi thọ hệ thống treo,
lốp và giảm sự phá huỷ đường. Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo cao su
được sử dụng phổ biến ngày từ khi hệ thống treo hình thành cho đến nay, hiện
được ứng dụng làm đệm cách dao động động cơ đốt trong, đệm cách dao
động cabin xe công trình với hiệu quả tốt giảm kích thích dao động ở tần số
lớn. Trong luận văn này đặc tính hệ thống treo cao su trang bị xe tải hạng

nặng được đề cấp nghiên cứu và phân tích hiệu quả hệ thống cao su trang bị
trên các xe tải hạng nặng. Xuất phát từ ý tưởng nghiên cứu em đã chọn đề tài
“Phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng
thân thiện mặt đường” dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo PGS.TS. Lê
Văn Quỳnh.
Mục tiêu nghiên cứu: mục tiêu xây dựng mô hình dao động không
gian phi tuyến xe tải hạng nặng 3 cầu với 15 bậc tự do. Phần mềm
Matlab/Simulink được ứng dụng để mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống
treo cao su theo hướng giảm các tác động xấu đến mặt đường. Hệ số tải trọng
động bánh xe DLC được chọn hàm mục tiêu để phân tích đánh giá hiệu quả
hệ thống treo cao su so với hệ thống treo thủy khí.
Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động không gian với 15
bậc tự do với kích thích ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ để phân tích hiệu
quả hệ thống treo cao su theo hướng thân thiện với mặt đường quốc lộ.
Đối tượng: xe tải và hệ thống treo thống treo cao su.
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng, phân tích và
đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su theo hướng thân thiện với mặt đường
quốc lộ.


2
Nội dung nghiên cứu:
Nội dung chính của luận văn như sau:
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu;
Chương 2. Xây dựng và mô phỏng mô hình dao động xe tải hạng nặng;
Chương 3. Phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su.
Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình toán
hệ thống treo cao su và mô hình dao động xe tải hạng năng với 15 bậc tự do;
Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe ô tô tải hạng nặng;
Mô phỏng, phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su xe tải hạng nặng dựa vào

hệ số tải trọng động bánh xe DLC.
Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến các thầy
giáo PGS.TS. Lê Văn Quỳnh người hướng dẫn khoa học trực tiếp tôi trong
suốt thời gian làm luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới thầy ThS. Lê
Xuân Long, ThS. Bùi Văn Cường và các thầy trong khoa Kỹ thuật Ô tô-MĐL,
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái Nguyên.
Do điều kiện vừa nghiên cứu vừa công tác cũng như hạn chế về mặt
thời gian cũng như mặt kiến thức chắc chắn luận văn không tránh khỏi sự
thiếu xót, rất mong được sự đóng góp ý bổ sung thêm của quý thầy, cô giáo
và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn. !
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2018

HỌC VIÊN
Dương Đức Minh


3
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1.Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải
1.1.1 Hệ thống treo
Hệ thống treo là bộ phận đàn hồi để liên kết bánh xe và khung xe hoặc
vỏ xe. Do vậy, nó có nhiệm vụ, yêu cầu phân loại dưới đây:
a. Nhiệm vụ: chủ yếu của hệ thống là giảm các va đạp làm cho ô tô chuyển
động êm dịu khi ô tô chuyển động trên các mặt đường không bằng phẳng.

Mặt khác hệ thống treo là bộ phận truyền lực và momen giữa bánh xe và vỏ
xe bao gồm lực kéo, lực bên, momen chủ động và momen phanh khi phanh.
b.Yêu cầu: sự liên kết giữa bánh xe và vỏ không những phải đảm bảo được
độ êm dịu của xe mà còn phải đủ khả năng để truyền lực. Để đảm bảo được
các vấn này hệ thống treo có các yêu cầu chính như sau:
- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ
thuật của xe khi xe chạy trên đường xấu hay đường tốt;
- Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định;
- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính
của hệ thống treo là giảm dao động theo phương thẳng đứng, nhưng không
phá hỏng quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe;
- Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với vỏ;
- Hệ thống treo phải đảm độ bền cao và độ tin cậy lớn, không gặp
những hư hỏng bất thường.
- Giảm được tiếng ồn bên trong và bên ngoài thùng xe;
- Hệ thống treo phải đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển
động với các tốc độ khác nhau và đặc biệt là khi ô tô chuyển động ở tốc độ
cao;
- Giá thành hệ thống rẻ, dễ thay thế và sửa chữa.
c, Phân loại: hệ thống treo được phân loại chính như sau:


4
- Phân loại theo mối liên kết hệ bánh xe bên trái và bên phải: hệ thống
treo độ lập và phụ thuộc.
- Phân loại phân tử đàn hồi: hệ thống treo lá nhíp, lò xo, khí, thủy khí,
điện tử, cao su.
- Phân loại theo bộ phận dập tắt dao động: ma sát, thủy lực, điện từ.
- Phân loại điều khiển: điều khiển bán chủ động và điều khiển chủ
động.

1.1.2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải[5,6]
a). Hệ thống treo bộ phận đàn hồi nhíp
Cấu tạo hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp lá bao gồm: dầm cầu, nhíp
lá, giảm chấn, thanh ổn định. Trong hệ thống treo này có dầm cầu liền nối
giữa hai bánh xe. Hai đầu nhíp lá nối với khung xe thông qua khớp quay và
quang treo, tạo điều kiện cho sự biến dạng của nhíp lá ở các tải trọng khác
nhau. Phần giữa nhíp lá gắn với cầu xe. Nhíp lá vừa tạo khả năng nối mềm
với thân xe vừa có khả năng cố định vị trí của cầu với thân xe. Như vậy, nhíp
lá vừa là bộ phận đàn hồi và vừa là bộ phận dẫn hướng.
8

7

9 10

6

5

1

2

3 4

Hình 1-1. Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá.
1- Nhíp lá; 2- Vòng kẹp; 3- Chốt nhíp; 4- Quang treo; 5- Giá đỡ;
6- Giảm chấn; 7- Ụ tỳ; 8- Khung xe; 9- Quang nhíp; 10- Dầm cầu.
Dầm cầu 10 được nối với nhíp nhờ các quang nhíp. Nhíp lá 1 bao gồm
các lá nhíp ghép lại, lá nhíp chính được cuốn tròn ở hai đầu tạo nên các ổ

5
quay khớp trụ. Đầu trước của nhíp lá cố định trên khung xe và có thể quay
tương đối nhờ các ổ cao su, đồng thời có thể truyền lực dọc từ bánh xe lên
khung và ngược lại. Đầu sau là khớp trụ di động theo kết cấu quang treo 4.
Quang treo bố trí giữa khung xe và đầu sau của bộ nhíp. Các lực bên có thể
truyền từ khung xe qua khớp trụ, nhíp lá, quang nhíp, dầm cầu tới bánh xe.
Giảm chấn 6 bắt giữa dầm cầu và khung xe được đặt nghiêng theo chiều dọc
thân xe. Hệ thống treo không sử dụng thanh ổn định ngang.
Ưu, nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc:
- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ trong khi vẫn đảm bảo được các yêu
cầu cần thiết, nhất là đối với những xe có tốc độ chuyển động không lớn.
- Khi tổng ngoại lực theo phương ngang tác dụng lên ôtô lớn hơn tổng
khả năng bám bên của cả hai bánh xe, sẽ xảy ra hiện tượng trượt ngang. Nếu
dầm cầu liền, khi chịu lực bên (ly tâm, đường nghiêng, gió bên) hai bánh xe
được liên kết cứng sẽ hạn chế được hiện tượng trượt bên bánh xe.
- Dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành thấp.
- Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt trên cầu chủ động. Khi
xe đi trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên va đập
mạnh giữa phần không treo và phần treo (thùng xe), làm giảm độ êm dịu
chuyển động của ôtô. Mặt khác, bánh xe va đập mạnh trên nền đường làm xấu
sự tiếp xúc bánh xe với đường.
- Khoảng không gian phía dưới gầm xe phải lớn, đủ đảm bảo cho dầm
cầu thay đổi vị trí, do vậy: hoặc chiều cao trọng tâm phải lớn, hoặc phải giảm
bớt thể tích khoang chứa hàng của xe.
Với các ưu, nhược điểm trên, hệ thống treo phụ thuộc được dùng nhiều
cho ôtô tải và ôtô buýt.
b). Hệ thống treo khí nén:
Hệ thống treo khí nén, thuỷ lực – khí nén được sử dụng như một khả

năng hoàn thiện kết cấu ôtô. Tuy vậy với các loại ôtô khác nhau: ôtô con, ôtô


6
tải, ôtô buýt cũng được ứng dụng với những mức độ khác nhau. Phổ biến nhất
trong các kết cấu là áp dụng cho ôtô buýt tiên tiến. Với hệ thống treo này cho
phép giữ chiều cao thân xe ổn định so với mặt đường với các chế độ tải trọng
khác nhau.
Hệ thống treo khí nén dùng trên ôtô được hình thành trên cơ sở khả
năng điều chỉnh độ cứng của buồng đàn hồi khí nén (ballon) theo chuyển dịch
của thân xe. Sơ đồ nguyên lý kết cấu của một hệ thống đơn giản được trình
bày trên hình 1-2.
Sự hình thành bộ tự động điều chỉnh áp suất theo nguyên lý van trượt
cơ khí. Các ballon khí nén 2 được bố trí nằm giữa thân xe 3 và bánh xe 1
thông qua giá đỡ bánh xe 4. Trên thân xe bố trí bộ van trượt cơ khí 5. Van
trượt gắn liền với bộ chia khí nén (block). Khí nén được cung cấp từ hệ thống
cung cấp khí nén tới block và cấp khí nén vào các ballon.
Khi tải trọng tăng lên, các ballon khí nén bị ép lại, dẫn tới thay đổi
khoảng cách giữa thân xe và bánh xe. Van trượt cơ khí thông qua đòn nối dịch
chuyển vị trí các con trượt chia khí trong block. Khí nén từ hệ thống cung cấp
đi tới các ballon và cấp thêm khí nén. Hiện tượng cấp thêm khí nén kéo dài
cho tới khi chiều cao thân xe với bánh xe trở về vị trí ban đầu.
Khi giảm tải trọng hiện tượng này xảy ra tương tự, và quá trình van
trượt tạo nên sự thoát bớt khí nén ra khỏi ballon.
Bộ tự động điều chỉnh áp suất nhờ hệ thống điện tử (hình 1.3) bao gồm:
cảm biến xác định vị trí thân xe và bánh xe 6, bộ vi xử lý 7, block khí nén 8.
Nguyên lý hoạt động cũng gần giống với bộ điều chỉnh bằng van trượt cơ khí.
Cảm biến điện tử 6 đóng vai trò xác định vị trí của thân xe và bánh xe (hay
giá đỡ bánh xe) bằng tín hiệu điện (thông số đầu vào). Tín hiệu được chuyển
về bộ vi xử lý 7. Các chương trình trong bộ vi xử lý làm việc và thiết lập yêu

cầu điều chỉnh bằng tín hiệu điện (thông số đầu ra). Các tín hiệu đầu ra được


7
chuyển tới các van điện từ trong block chia khí nén, tiến hành điều chỉnh
lượng cấp khí nén cho tới lúc hệ thống trở lại vị trí ban đầu.

Hình 1-2. Sơ đồ nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén.
1- Bánh xe; 2- Ballon khí; 3- Thân xe; 4- Giá đỡ; 5- Van trượt cơ khí;
6- Cảm biến vị trí; 7- Bộ vi xử lý; 8- Bộ chia khí nén; 9- Bình chứa khí
nén.
*) Các phương pháp bố trí hệ thống treo khí nén
Hệ thống treo khí nén đơn:

Hình 1-3. Hệ thống treo khí nén đơn


8
Hệ thống treo khí nén đơn được sử dụng trên các xe Bus cao cấp, hoặc
xe có tải trọng trung bình.
Hệ thống treo khí nén kép.

Hình 1-4. Hệ thống treo khí nén kép.
Hệ thống treo khí nén kép sử dụng trên các xe có hai cầu sau, tải trọng
lớn, xe đầu kéo.
Hệ thống treo khí nén 3 trục:

Hình 1-5. Hệ thống treo khí nén ba cầu sau.
Hệ thống treo sử dụng trên xe co 3 cầu sau, tải trọng lớn và rất lơn,
trên đầu kéo hay các xe vận chuyển siêu trường siêu trọng.

Ta co thể sử dụng phương pháp bố trí nay để lắp trên các xe có 4 cầu
sau hoặc nhiều hơn, các xe có tải trọng cực lớn.


9
c). Hệ thống treo cao su[38, 39]
Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi cao su được trang bị trên các loại xe
tải hạng nặng. Kết cấu treo trước hình 1-7(a) và kết cấu treo hình 1-7(b).

Hình 1-6. Hình dáng bề ngoài của xe tải AD250 của Trung Quốc

(a) Hệ thống treo cầu trước

(b) Hệ thống treo cầu sau
Hình 1-7. Hệ thống treo cao su


10
Hệ thống treo cao su động lực học theo phương đứng có độ cứng vững
cao, hệ số cứng của hệ thống treo có thể tạo ra lớn. Tuy nhiên độ êm dịu theo
phương đứng cũng tăng do vậy hệ thống treo kết hợp giảm chấn thủy lực để
tạo hệ số cản lớn giảm dao động phương đứng hiệu quả.
d).Sự kết hợp giữa hệ thông treo khí nén với hệ thống treo khác
*)Hệ thống treo kết hợp khí nén và nhíp:

a
b
Hình 1-8. Hệ thống treo kết hợp giữa khí nén và nhíp
Hình 1-8 a túi hơi được đặt trên nhíp và lệch qua một bên, hình 1-8 b túi
hơi được đặt trên nhíp và chính giữa.

Hình 1-9. Túi hơi đạt trên nhíp và chính giữa

Hình 1-10. Túi hơi đạt trên nhíp và lệch qua một bên


11

Hình 1-11. Túi hơi không đặt trên nhíp.
Trong nghiên cứu này, tác giả chọn đối tượng hệ thống treo cao su hình
1-7 là đối tượng nghiên cứu.
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ôtô nước ta đã có bước
phát triển đáng kể và đã được Nhà nước đặc biệt quan tâm như đã trình bày
phần trên. Do vậy một loạt các công trình nghiên cứu về vấn đề dao động ôtô
đã được ra đời. Sau đâu là một số công trình tiêu biểu:
- Công trình cấp nhà nước mạng mã số: 58A-02-04 thuộc chương trình
nhà nước, 58A-02 cũng đã nghiên cứu về rung động trong bảo hộ lao động và
các tác giả đã đưa ra một số kết quả về vấn đề này[7,8].
- Công trình của tác giả Triệu Quốc Lộc, cũng có công trình nghiên cứu
về ghế của máy kéo và đã có thiết kế dùng cho máy kéo Việt Nam và bao tay
dùng cho công nhân lái máy kéo[7,9].
- Công trình của tác giả và PGS.TS Dư Quốc Thịnh chủ nhiệm đề tài
mang mã số: B91-03, T16/90-CK, T18/91-CK đã có nghiên cứu mạng tính
chất lý thuyết và định hướng về vấn đề dao động[8].
- Công trình [12] “Nguyễn Thanh Hải, khảo sát ôtô nhiều cầu, luận án
thạc sỹ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật Quân sự HN, 2000” nghiên cứu ảnh

12
hưởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu
chuyển động. Trong luận án tác giả giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do
với kích động mặt đường là hàm phổ của Iasenko.
- Công trình [12] “Phạm Đình Vi, Zvysovani kvality odpruzeni vozidel,
DIS, 1992, BRONO” nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo có điều khiển để
nâng cao chất lượng độ êm dịu chuyển động của ôtô. Trong luận án này các
tác giả tập trung nghiên cứu hệ thống treo bán tự động với các mô hình ¼ và
½ với kích động mặt đường ngẫu nhiên với các phổ được đo với các đường ở
Việt Nam.
- Công trình [11] “Lưu Văn Tuấn, Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình,
trên cơ sở đó để tính các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động, Luận án
Tiến sỹ MS 02-01-39, 1993. ĐHBK Hà Nội” nghiên cứu khá hoàn chỉnh dao
động của ôtô nhiều cầu. Trong luận án tác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyến
của phần tử đàn hồi của hệ thống treo, lốp xe và giải quyết bài toán dao động
bằng phương pháp Matlab Simulink 5.0
- Công trình [12] “Nguyễn Thái Bạch Liên Aplikace matematikecho
Modelu pri Reseni perovani Soupravy Silnicnich Vozidel, luận án Tiến sỹ,
Brno 1979” khảo sát dao động của xe tải hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên
của mặt đường. Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao động
của ôtô hai cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động
bằng phương pháp Matlab Simulink 6.0.
- Công trình [15] nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng mặt đường đến
tải trọng tác dụng lên ôtô tại Quốc lộ 1A. Trong công trình này tác giả đo đạc
và thu thập được số liệu mấp mô biến dạng đường trên tuyến đường 1A Hà
Nội- Lạng Sơn, xử lý số liệu và đưa vào bài toán dao động để xác định tải
trọng tác dụng lên ôtô. kết quả bộ số liệu mấp mô biến dạng đường được sử
dụng nguồn kích động dao động trong luận án.

13
- Công trình “Trịnh Minh Hoàng, khảo sát dao động ô tô dưới kích động
mặt đường ngẫu nhiên, luận án thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà nội,
2002” nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của
ôtô đến độ êm dịu chuyển động. Trong luận án tác giả giải quyết bài toán dao
động 7 bậc tự do với kích động mặt đường là hàm phổ của Iasenko[10].
- Công trình “Võ Văn Hường, Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát
dao động ô tô tải nhiều cầu, Luận án Tiến sỹ LA 111/05, 2004. ĐHBK Hà
Nội” nghiên cứu khá hoàn chỉnh dao động của ôtô nhiều cầu. Trong luận án
tác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi của hệ thống treo,
lốp xe với mô hình không gian và giải quyết bài toán dao động bằng phương
pháp Matlab Simulink[13].
Công trình “ Đào Mạnh Hùng, báo cáo đề tài cấp bộ, năm 2005 đơn vị
chủ trì Trường Đại học Giao thông Vận tải” đã xây dựng mô hình dao động
xe tải ½ với kích thích ngẫu nhiên mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đo được
làm tín hiệu đầu vào. Trong báo cáo đánh giá được ảnh hưởng của thông số
thiết kế hệ thống treo, tải trọng đến mặt đường quốc lộ dựa vào hệ số tài trọng
động bành xe DLC[9].
Công trình “Lê Văn Quỳnh và công sự trong bài báo khoa học của mình,
2012” nghiên cứu và đánh giá dao động của lớp xe tải 2 cầu, 3 cầu, 4 cầu và 5
cầu đến mức độ thân thiện mặt đường. Kết quả bài báo đã xây dựng mô hình
dao động ½ lớp xe tải hạng nặng dưới kích thích ngẫu nhiên của mặt đường
quốc lộ. Các ảnh hưởng của các thông số động lực học của lớp xe lần lượt
được phân tích dựa vào hệ số tải trọng động bánh xe DLC[15].
- Công trình [8] “Hoàng Đức Thị luận án thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên 2016” nghiên cứu ảnh
hưởng thông số hệ thống treo xe tải đến khả năng thân thiện mặt đường quốc
lộ. Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao động của ôtô ba
cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động bằng phương

14
pháp Matlab/Simulink. Từ hàm mục tiêu là hệ số tải trọng động bánh xe DLC,
các thông số thiết kế hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượt được
phân tích.
- Công trình [9] “Đặng Ngọc Minh Tuấn luận án thạc sĩ kỹ thuật
Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên 2017” tối ưu hệ
thống treo khí xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiện mặt
đường quốc lộ. Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao động
của ôtô 5 cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động bằng
phương pháp Matlab/Simulink. Từ hàm mục tiêu là hệ số tải trọng động bánh
xe DLC, các thông số thiết kế hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượt
được tối ưu thiết kế.
Đối với Nước ta theo thống kê của Bộ giao thông vận tải, Nhà nước ta
chi rất nhiều kinh phí để sửa chữa và nâng cấp mặt đường giao thông. Mặt
đường giao thông xuống cấp có nhiều nguyên nhân gây ra, nhưng nguyên
nhân chính vẫn do tải trọng động của bánh xe các phương tiện giao thông gây
ra. Lê Văn Quỳnh, Nguyên Khắc Tuân, Nguyễn Văn Liêm (2012) nghiên cứu
đánh giá ảnh hưởng dao động xe tải đến mặt đường giao thông sử dụng mô
hình dao động 1/2 với kích thích ngẫu nhiên mặt đường[14]. Lê Văn Quỳnh
(2017) đưa ra mô hình không gian xe sơ mi-rơ mooc để phân tích hiệu quả hệ
thống treo đến khả năng thân thiện mặt đường[9].
-Công trình“Nhóm tác giả với bài báo khoa học nghiên cứu ảnh hưởng
thông số thiết kế hệ thống treo cabin đến độ êm dịu chuyển động của xe,
2018” đã xây dựng mô hình dao động không gian phí tuyến với 15 bậc tự do
và kích thích ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ và đánh giá ảnh hưởng của
thông số thiết kế hệ thống treo cabin như độ cứng và hệ số cản đến độ êm dịu
chuyển động của xe phần phụ lục.