Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô

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

HOÀNG ANH THÁI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG LIÊN KẾT GIỮA HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU
CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Thái Nguyên - Năm 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

HOÀNG ANH THÁI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG LIÊN KẾT GIỮA HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU
CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TÔ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 80520116

KHOA CHUYÊN MÔN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

TRƯỞNG KHOA

KHOA HỌC

PGS.TS. Lê Văn Quỳnh

TS. Dương Thế Hùng

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên - 2018


i
LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên:

Hoàng Anh Thái

Học viên: Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệpĐại học Thái Nguyên.
Nơi công tác: Trường cao đẳng Lào Cai
Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên
kết giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động
của ô tô tô
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Mã số: 80520116
Sau gần hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa chọn thực

hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết
giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô
tô tô. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Dương Thế
Hùng và sự nổ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành đáp ứng 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

Hoàng Anh Thái


ii
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 thầy giáo TS. Dương Thế Hùng 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

Hoàng Anh Thái


iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ .................................................. v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...................................... ix
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1 - NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN ................................................ 3
1.1.Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ô tô và các chỉ tiêu đánh giá 3
1.1.1.Khái niệm độ êm dịu chuyển động của ô tô ...................................... 3
1.1.2.Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động ............ 4
1.1.2.1. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động ............... 4
1.1.2.2. Chỉ tiêu cường độ dao động ........................................................... 5
1.1.2.3 Chỉ tiêu về tải trọng động ............................................................... 6
1.2.Tổng quan về các công bốkhoa học liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu . 7
1.3.Kết luận chương 1 .................................................................................. 12
1.3.1.Mục tiêu của đề tài ........................................................................... 12
1.3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................. 12

1.3.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................ 12
CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO
ĐỘNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM
DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ ................................................................ 14
2.1. Đặt vấn đề ............................................................................................. 14
2.1.1 Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân
liên kết giữa các vật trong hệ .................................................................... 16
2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết ......... 17


iv
2.2. Phương pháp xây dựng mô hình tính toán nghiên cứu ảnh hưởng củadao
động hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô
tô ................................................................................................................... 18
2.2.1 Xây dựng mô hình dao động hệ thống truyền lực ........................... 18
2.2.2. Xây dựng mô hình dao động ô tô ................................................... 31
2.2.3. Xây dựng mô hình dao động nghiên cứu ảnh hưởng của dao động hệ
thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô .. 34
2.3 Mô hình toán học mô phỏng ảnh hưởng của dao động hệ thống truyền lực
và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô ................................ 36
2.4. Kết luận chương 2 ................................................................................. 38
CHƯƠNG 3 - MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ
HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ........ 40
3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng ............................................................... 40
3.1.1 Xác định nguồn kích thích từ động cơ đốt trong ............................. 41
3.1.2. Xác định kích thích từ mặt đường .................................................. 43
3.2. Mô phỏng và phân tích kết quả ............................................................. 44
3.2.1. Ảnh hưởng của dao động xoắn động cơ và hệ thống truyền lực .... 45
3.2.2. Ảnh hưởng của dao động hệ thống treo .......................................... 53
3.3. Kết luận chương 3 ................................................................................. 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 61


v
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Sơ đồ các phương pháp mô phỏng .................................................. 15
Hình 2.2 – Mô hình cơ học và sơ đồ động lực học tương ứng ....................... 22
Hình 2.3 - Chuyển đổi từ mô hình cơ học sang mô hình động lực học .......... 23
Hình 2.4 - Các bước đơn giản hoá hệ thống động lực ................................... 29
Hình 2.5 - Sơ đồ hóa khối lượng được treo .................................................... 32
Hình 2.6 - Sơ đồ hóa khối lượng không được treo ......................................... 32
Hình 2.7 Mô hình hóa hệ thống treo .............................................................. 33
Hình 2.8 - Sơ đồ dao động tương đương của ô tô [] ....................................... 33
Hình 2.9 - Mô hìnhnghiêncứuảnhhưởngcủadao độnghệthốngtruyềnlựcvà hệ
thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô ............................................. 36
Hình 3.1 - Sơ đồ cấu trúc Simulink mô phỏng dao động liên kết giữa động cơ
và hệ thống truyền lực ..................................................................................... 40
Hình 3.2 - Mô hình Simulink - Simscape mô phỏng động cơ đốt trong ........ 41
Hình 3.3. Sự phụ thuộc của mô men động cơ theo thời gian khi động cơ có số
xilanh khác nhau.............................................................................................. 42
Hình 3.4 - Quan hệ giữa mô men, tốc độ động cơ 4 xilanh theo thời gian ở mức
ga khác nhau. ................................................................................................... 43
Hình 3.5 - Kết quả mô phỏng mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO - loại C
......................................................................................................................... 44
Hình 3.6 - Sự thay đổi của mô men trên bán trục M23 khi chịu kích thích từ
đường và động cơ ............................................................................................ 46
Hình 3.7 - Sự thay đổi của mô men trên bán trục M23 .................................... 46
khi chịu kích thích động cơ ............................................................................. 46
Hình 3.8- So sánh sự thay đổi của mô men trên bán trục M23 ........................ 47

khi chịu và không chịu kích thích động cơ ..................................................... 47


vi
Hình 3.9 - Sự thay đổi của mô men trên bán trục M23 khi chịu kích thích từ
đường và động cơ ............................................................................................ 47
Hình 3.10 - Kết quả tính toán mô men xoắn trên khâu M35............................ 48
khi ô tô sử dụng động cơ có số xilanh khác nhau ........................................... 48
Hình 3.11. Giá trị gia tốc dao động theo phương thẳng đứng (a) và bình phương
trung bình của gia tốc (b) khi ô tô di chuyển trên đường ISO C class [14] .... 49
Hình 3.12. Quan hệ giữa az, arms và số xilanh động cơ khi ô tô chưa chuyển
động và động cơ vận hành ở chế độ bướm ga mở cực đại.............................. 50
Hình 3.13 Sự thay đổi của gia tốc dao động theo phương thẳng đứng và giá trị
bình phương trung bình của nó khi ô tô chưa chuyển động, động cơ vận hành ở
các chế độ mở bướm ga khác nhau. ................................................................ 51
Hình 3.14 - Gia tốc dao động của ô tô khi xe đứng yên và chỉ chịu tác động của
dao động của ĐCĐT........................................................................................ 52
Hình 3.15 - Sự thay đổi của gia tốc ô tô theo phương thẳng đứng khi chịu và
không chịu tác động của đường ...................................................................... 52
Hình 3.16 - Sự thay đổi của gia tốc dao động cầu trước theo thời gian khi có kể
đến và không kể đến tác động từ động cơ....................................................... 53
Hình 3.17 - Sự thay đổi của gia tốc dao động cầu trước và cầu sau theo thời
gian khi có kể đến tác động từ động cơ .......................................................... 54
Hình 3.18 - Sự thay đổi của giá trị lực từ cầu trước tác dụng lên khung xe khi
có kể đến và không kể đến tác động từ động cơ ............................................. 55
Hình 3.19- Sự thay đổi của giá trị lực từ các cầu xe tác dụng lên khung xe khi
có kể đến và không kể đến tác động từ động cơ ............................................. 55
Hình 3.20 - Sự phụ thuộc của awz vào độ cứng của hệ thống treo trước và sau
khi xe chỉ chịu kích thích dao động từ động cơ .............................................. 56
Hình 3.21 - Sự phụ thuộc của awz vào độ cứng của hệ thống treo trước và sau

khi xe chỉ chịu kích thích dao động từ động cơ và mấp mô mặt đường ......... 56


vii
Hình 3.22 - Sự phụ thuộc của awz vào độ cứng của hệ thống treo trước và sau
khi xe chỉ chịu kích thích từ mấp mô mặt đường ........................................... 57
Hình 3.23- Sự phụ thuộc của awz vào hệ số cản của hệ thống treo trước và sau
khi xe chỉ chịu kích thích từ mấp mô mặt đường ........................................... 57
Hình 3.24 - Sự phụ thuộc của awz vào hệ số cản của hệ thống treo trước và sau
khi xe chỉ chịu kích thích dao động từ động cơ và mấp mô mặt đường ......... 58


viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631 - 1 .............. 4


ix

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Đơn vị

x , y ,z

Giải nghĩa
Chuyển động góc theo ba phương x,y,z

B

m

Bề rộng cơ sở của xe

L

m

Chiều dài cơ sở của xe

a,b

m

Tọa độ trọng tâm của xe

m

kg

Khối lượng

HTTL

Hệ thống truyền lực

ĐLH

Động lực học

ĐCĐT

Động cơ đốt trong

4WD

Hệ thống truyền lực 4 bánh chủ động


1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp thì ngành
công nghiệp ôtô cũng đã và đang từng bước phát triền. Trong số các ngành
công nghiệp sản xuất dân dụng, ngành ôtô có liên kết đầu vào và đầu ra rộng
nhất và sự phối hợp công nghệ cao nhất. Do vậy ngành này có ảnh hưởng lớn
đến quá trình công nghiệp hóa của nền kinh tế quốc dân, chính bởi lý do đó
việc thúc đẩy ngành công nghiệp ôtô thành công trở nên rất quan trong.
Hệ thống treo có một vai trò quan trọng nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển
động của xe cũng như giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông. Nghiên
cứu độ em dịu chuyển động đã và đang nhiều nhà nghiên cứu quan tâm cải tiến
thiết kế theo hướng nâng cao hiệu quả sử dụng của nó. Xuất phát từ ý tưởng
nghiên cứu em đã chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết
giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô
tô tô” dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo TS. Dương Thế Hùng.
Mục tiêu của đề tài
Xây dựng được phương pháp nghiên cứu cho phép đánh giá ảnh hưởng
của dao động hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động

của ô tô
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực
và hệ thống treo ô tô 2 cầu, 4 bánh chủ động.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng lý thuyết với sự trợ giúp của
phần mềm Matlab-Simulink 2015.
Nội dung chính của đề tài
Chương 1 - Nghiên cứu tổng quan


2
Chương 2 - Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của dao động hệ thống truyền
lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô
Chương 3 - Mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến
độ êm dịu chuyển động của ô tô
Kết luận
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

HỌC VIÊN

Hoàng Anh Thái

năm 2018


3
CHƯƠNG 1 - NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan về độ êm dịu chuyển động của ô tô và các chỉ tiêu đánh giá
1.1.1.Khái niệm độ êm dịu chuyển động của ô tô
Trong quá trình khai thác ô tô chúng ta thấy rằng các yếu tố về mặt kết
cấu của xe và các yếu tố từ bên ngoài như chất lượng bề mặt đường, sự vận
hành của người lái có tác động rất lớn đến độ êm dịu chuyển động của xe.
Những dao động này thông thường có ảnh hưởng xấu đến hiệu quả làm việc
của ô tô.
Thứ nhất, những dao động không mong muốn này ảnh hưởng xấu đến
hàng hóa, tuổi thọ của các cụm chi tết trên xe và đặc biệt là ảnh hưởng xấu tới
sức khỏe của hành khách ở trên xe.
Thứ hai, qua nghiên cứu thấy rằng đối với ô tô vận tải khi khai thác ở
chất lượng bề mặt đường xấu thì vận tốc trung bình giảm 40% đến 50%, quãng
đường khai thác giữa hai kì đại tu giảm 35% đến 40%, suất tiêu hao nhiên liệu
tăng 50%-70%... điều này kéo theo năng suất vận chuyển giảm 35% đến 40%
và giá thành vận chuyển tăng 50% đến 60% .
Thứ ba, đối với những người làm nghề lái xe, trong trường hợp họ phải
làm việc một thời gian dài dưới điều kiện lao động rung xóc, dao động nhiều
sẽ gây ra mỏi mệt cơ thể, ức chế thần kinh dẫn đến nguy hiểm trong khi vận
hành xe. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy con người nếu phải chịu đựng lâu trong
môi trường dao động của ô tô sẽ mắc chứng bệnh về hệ thần kinh, não bộ .
Như vậy, độ êm dịu chuyển động của ô tô là một trong những chỉ tiêu
quan trọng khi đánh giá chất lượng của một chiếc xe. Độ êm dịu chuyển động
của ô tô phụ thuộc vào kết cấu của xe và đặc điểu của nguồn kích động, cuối
cùng là phụ thuộc vào kỹ thuật của người lái xe.

4
1.1.2.Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động
1.1.2.1. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động
* Theo tiêu chuẩn ISO 2631 - 1 [21] đã đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
chuyển động ô tô thông qua các giá trị của gia tốc bình phương trung bình theo
phương thẳng đứng dựa vào các công trình nghiên cứu của thế giới. Giá trị của
gia tốc bình phương trung bìnhtheo phương thẳng đứng được xác định theo
công thức sau đây:
aWZ 

1 T 2

  a z (t )dt 
T 0


1/ 2

(1-1)

trong đó:
awz - Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng.
az - Gia tốc theo phương thẳng đứng theo thời gian .
T - Thời gian khảo sát.
Điều kiện chủ quan đánh giá độ êm dịu ô tô theo độ biến thiên gia tốc quân
phương theo phương thẳng đứng theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 [21] được đánh
giá bằng cách so sánh với giá trị trong Bảng 1.1
Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631 - 1
aWZgiá trị (m2/s)

Cấp êm dịu

< 0.315 m.s-2

Thỏa mái

0.315m.s-2-0.63m.s-2

Một chút khó chịu

0.5m.s-2- 1 m.s-2

Khá khó chịu

0.8 m.s-2- 1.6 m.s-2

Không thỏa mái

1.25 m.s-2- 2.5 m.s-2

Rất khó chịu

>2 m.s-2

Cực kỳ khó chịu

* Ưu điểm của tiêu chuẩn VBI - 2057 và tiêu chuẩn ISO 2631 - 1: thuận
lợi cho việc phân tích và đánh giá dao động toàn bộ của xe. Thông qua các mô
hình dao động vật lý và toán học của toàn bộ xe hoặc các phần mền chuyên

5
dùng như ADAMS, LMS hoàn toàn xác định đượ giá trị biến thiên của gia tốc
dao động theo miền thời hoặc miền tần số. Trong thời gian gần đây phương
pháp này đã được các nhà khoa học trên khắp thế giới áp dụng và sử dụng tiêu
chuẩn ISO 2631 - 1 để phân tích, đánh giá độ êm dịu chuyển động của các
phương tiện giao thông.
1.1.2.2. Chỉ tiêu cường độ dao động
*Theo tiêu chuẩn VBI - 2057 của Đức đã đưa ra hệ số KB để đánh giá độ
dao động[9,19].Trong tiêu chuẩn này, có ba mức độ được được sử dụng để
đánh giá dao động của ô tô:
- KB = 20 giới hạn êm dịu;
- KB = 50 giới hạn điều khiển;
- KB = 125 giới hạn gây bệnh lý;
Cường độ dao động KB là một hàm số của gia tốc, phương tác dụng, thời
gian và tần số tác dụng. Như vậy, để xác định KB đối với xe tải ta phải xác định
được gia tốc của Cabin, trong công thức tính toán sau này là

..

Z 1 , gia tốc tại trọng

tâm khối lượng được treo phía trước.
..

KB = f( Z1 ,f1,...)
Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá: chỉ tiêu về an toàn hàng hoá hiện nay chỉ có
Hiệp hội Đóng gói Đức BFSV [3] nêu ra vấn đề. Dựa vào đó, với nghiên cứu
ảnh hưởng của dao động với đường, Mitschke đề ra ngưỡng cho an toàn hàng

hoá như sau [19]:
..

-

Z 2 max

-

Z 2 max

..

= 3m/s2 giới hạn cảnh báo.
= 5 m/s2 giới hạn can thiệp.

Trong đó:

..

Z2

lượng được treo.

là gia tốc theo phương thẳng đứng của thùng xe, khối


6
Giới hạn cảnh báo, theo Mitschke [20], là ở đó hệ thống treo hoặc đường
đã hỏng đến mức phải có kế hoạch sửa chữa.

1.1.2.3 Chỉ tiêu về tải trọng động
Tải trọng động cực đại (Fzdyn, max ) ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ các chi tiết,
gây ra tổn hại cho đường. Hệ số tải trọng động Kdyn, maxđược sử dụng để đánh
giá mức độ ảnh hưởng đến chi tiết, hệ số áp lực đường W đánh giá mức độ ảnh
hưởng của dao động với đường.
a. Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng tới độ bền chi tiết.
Để khảo sát vấn đề này, tác giả sử dụng hệ số tải trọng động cực đại, được
xác định theo công thức sau:
Kdyn,max=1+

max( Fzdyn )
Fz ,st

 1,5

(1-2)

Trong đó:
Kdyn, max : Hệ số tải trọng động cực đại
Fz,dyn

: Tải trọng động bánh xe

Fz,st

: Tải trọng tĩnh bánh xe

Với kích động ngẫu nhiên max (Fz,dyn) được xác định như sau:
 Fz  FZ , RMS

và: kdy max =

T

1

( Fz (t )  Fz ,st ) 2 dt

T

1,64 FZ , RMS
Fz , st

1

(1-3)
(1-4)

b. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường
Từ những năm 1990 đến nay, nhóm xe ôtô vận tải ngày càng được phát
triển theo hướng nâng cao được tải trọng và đã đạt được kết quả đáng ghi nhận.
Tỉ trọng kinh tế của cầu và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh
giá cao. Các nhà khoa học của các quốc gia như Anh, Mỹ đã đặt vấn đề nghiên
cứu ảnh hưởng của dao động ôtô đối với cầu và đường. Đã chứng minh được
rằng mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô đến cầu và đường có tỷ lệ với số mũ


7
bậc bốn của áp lực bánh xe tới bề mặt đường. Họ đã đưa ra khái niệm “Road
stress Coefficient” tạm dịch là hệ số áp lực đường W- là hệ số có thể đánh giá

mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô tới cầu và đường. Trong một số tài liệu
còn có tên tiếng anh là Dynamic wear factor. Theo đó, Wilkinson [20,22] đã
đưa ra công thức xác định hệ số áp lực đường W như sau:
W=1+6 2 +44
=

max( f z ,dyn )

(1-5)
(1-6)

Fz ,st

Khi xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là:
i

 w(i).F

z , st

W=

(i )

(1-7)

1
i

F

z , st

(i )

1

1.2.Tổng quan về các công bốkhoa học liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu
*Hệ thống treo và các phần tử của hệ thống
Ngành công nghiệp ô tô có mối liên hệ chặt chẽ với các ngành khoa học
kỹ thuật khác như: cơ khí chế tạo, công nghệ vật liệu, điều khiển tự động…
ngày nay, với sự phát triển của các ngành công nghiệp phụ trợ đã góp phần
không nhỏ để ngành công nghiệp ô tô đã có những bước tiến vượt bậc. Công
nghệ kỹ thuật hiện đại được sự dụng trên ô tô ngày càng nhiều. Các hệ thống
trên ô tô, trong đó hệ thống treo và các phần tử của hệ thống treo đã được cải
tiến đáng kể theo hướng nâng cao chất lượng của độ êm dịu chuyển động của
ôtô.
Năm 1974 phần tử giảm chấn có điều khiển đầu tiên được đưa vào sử dụng
trong hệ thống treo đã đánh dấu một bước tiến quan trọng trong lịch sử nghiên
cứu phát triển và hoàn thiện hệ thống treo. Kể từ đó,một số công trình nghiên
cứu về lĩnh vực này đã được triển khai: có thể kể đến công trình [26] đã nghiên
cứu tối ưu hệ thống treo tích cực và bán tích cực dựa trên mô hình 1/4 với kích
thích ngẫu nhiên từ bề mặt đường. Các tác giả Ahmadian và Marjoram [26]


8

bằng việc sử dụng mô hình treo bán tích cực (semi active suspension) 1/4 xe
với các phần tử điều khiển là giảm chấn dạng ON-OFF đã khảo sát đặc tính tần
số - biên độ của gia tốc khối lượng phần được treo, dịch chuyển của hệ thống

treo và của lốp xe với tác động đầu vào có vận tốc dịch chuyển theo phương
thẳng đứng ngẫu nhiên. Trong những năm gần đây việc ứng dụng kỹ thuật điều
khiển để điều khiển giảm chấn được nghiên cứu khá tỉmỉ trong các công bố
[26].
Cùng với sự phát triển của hệ thống treo bán tích cực (semi active
suspension) thì hệ thống treo tích cực (active suspension) cũng phát triển song
song.Hệ thống treo tích cực đó là hệ thống treo có thể điều khiển được hai thông
số: điều khiển phần tử giảm chấn và điều khiển phần tử đàn hồi.
* Nghiên cứu nguồn gây dao động:
Trong quá trình chuyển động của ô tô, dao động của ôtô được sinh ra đó
là dạng dao động cưỡng bức. Một trong những nguồn gây kích thích dao động
đó làbiên dạng mấp mô của bề mặt đường. Trong lịch sử, các quốc gia phát
triển trên thế giới như: Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nga... đã có nhiều công trình
nghiên cứu về công nghệ, thiết bị đo và đánh giá chất lượng của bề mặt đường.
Các nhà khoa học đã xây dựng các quy trình đo đạc, đánh giá chất lượng đường
ôtô thông qua chỉ tiêu độ mấp mô bề mặt đường. Vấn đề nghiên cứu phương
pháp đo và sử lý các số số liệu đo để có thểxác định được các quy luật của mấp
mô bề mặt đường là một vấn đề rộng lớn được nhiều tác giả trên thế giới quan
tâm với các hướng nghiên cứu như sau: Mô hình hoá mấp mô bề mặt đường
(thực hiện việc mô hình hoá, các tác giả phải khảo sát các loại mặt đường, từ
đó phân chia đường ra từng loại). Trong đó,các tác giả đã phân loại các biên
dạng mấp mô mặt đường. Phương pháp thực nghiệm (đo đạc trực tiếp trên mặt
đường bằng các thiết bị đặc biệt), quy luật của các mấp mô bề mặt đường sẽ
được biểu diễn dưới dạng số. Kết quả số này rất thuận tiện cho việc xử lý bằng
máy tính để từ đó xây dựng các hàm toán học mô tả mấp mô của bề mặt đường


9
với sai số có thể chấp nhận được hoặc bằng các phép toán xác suất thống kê đối
với đại lượng ngẫu nhiên, rời rạc.

Các nghiên cứu về mặt đường ngẫu nhiên còn được trình bày trong các
công trình [7,23,24]
Các nhà thiết kế đường giao thông trên thế giới đã đưa ra tiêu chuẩn ISO
8068(1995) về cách phân loại mặt đường quốc lộ và được phân cấp thành 8
cấp[25] và hiện nay đã được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng là kích thích ngẫu
nhiên đầu vào cho bài toán dao động ô tô.
* Nghiên cứu về biên dạng bề mặt đường
- Công trình nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng mặt đường đến tải trọng
tác dụng lên ô tô khảo sát trên Quốc lộ 1A. Trong công trình này tác giả đã đo
đạc và thu thập được số liệu mấp mô biên dạng mặt 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 [9].
- Công trình nghiên cứu về mấp mô đường và chế tạo thiết bị đo xóc kiểu
phản ứng của MDX-73 của GS. Nguyễn Xuân Đào và đã được thử nghiệm trên
các tuyến đường chính của Việt Nam, từ đó ban hành quy trình của ngành
(TCVN-1015/QĐKT4).
* Nghiên cứu về dao động ô tô
- Công trình của tác giả PGS.TS Dư Quốc Thịnh - chủ nhiệm đề tài mang
mã số: B91-03, T16/90-CK, T18/91-CK đã có nghiên cứu mang tính chất lý
thuyết và định hướng về vấn đề dao động.
- Công trình “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 thích ngẫu nhiên.


10

- Công trình của tác giả Triệu Quốc Lộc 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
vận hành máy kéo.
- 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[8].
- Công trình “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 ô tô. Trong luận án này các tác giả tập
trung nghiên cứu hệ thống treo bán tự động với các mô hình ¼ và ½ .
- Công trình “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 với mô hình không gian và giải quyết bài
toán dao động bằng phương pháp giải tích và lập trình bằng ngôn ngữ Pascal
[8].
- 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 [9]..
* Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô:
Để nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của dao động đến sức khoẻ con người
và tìm ra các vùng thông số đặc trưng của dao động như: tần số, vận tốc, gia


11

tốc, biên độ dao động… mà các dao động trong khu vực đó có ảnh hưởng đến
sức khoẻ con người cần sự phối hợp nghiên cứu của các chuyên gia thuộc nhiều
lĩnh vực khác nhau: công nghệ ôtô; an toàn lao động, y tế… tập trung chủ yếu
ở các vấn đề ảnh hưởng của các biên độ và tần số rung động đối với cơ thể con
nguời được đề cập đến trong nhiều tài liệu khác nhau [19, 21]. Việc đưa ra các
chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của chuyển động của các ôtô phụ thuộc vào sự phát
triển của khoa học của từng nước, phụ thuộc vào tâm sinh lý hành khách của
mỗi nước và các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác nhau.
* Nghiên cứu về dao động hệ thống truyền lực và dao động tương hỗ giữa
hệ thống truyền lực với hệ thống treo
Các nghiên cứu về hệ thống truyền lực được đề cập đến trong nhiều công
bố. Điển hình trong [6] tác giả đánh giá tải trọng trong hệ thống truyền lực bằng
phương pháp lý thuyết và thực nghiệm, đối tượng nghiên cứu là xe tải. Trong
[1] các tác giả đã đưa ra phương pháp nghiên cứu tải trọng trong hệ thống truyền
lực, xây dựng mô hình động lực học của các hệ thống truyền lực ô tô với kiểu
truyền lực cơ khí và thủy lực. Trong các tài liệu [13,14,33] các tác giả nghiên
cứu về các loại hệ thống truyền lực trên ô tô, chế độ tải trọng trong các sơ đồ
truyền lực khác nhau...
Việc nghiên cứu dao động liên kết giữa hệ thống treo và hệ thống truyền
lực được đề cập đến trong công bố [30], ở đây tác giả đề cập đến mô hình dao
động liên kết một cách sơ lược và nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết
trong trường hợp khởi hành ô tô tại chỗ. Trong [10], các tác giả đã xây dựng
mô hình dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo của ô tô
với công thức bánh xe 4x4, sử dụng mô hình để nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng
của hệ thống truyền lực đến độ êm dịu chuyển động của ô tô.
Hệ thống treo trên xe được thiết kế nhằm giảm tác động từ mặt đường
không bằng phẳng tới hành khách, hàng hoá chuyên chở. Tương ứng với điều
kiện hoạt động khác nhau ( điều kiện đường xá, mức độ quá tải…) yêu cầu đối
với hệ thống treo có thể thay đổi. Khi ô tô chuyển động trên đường không bằng

12
phẳng có thể cùng xảy ra sự dao động không những ở khối lượng được treo và
không được treo của ô tô mà còn xuất hiện dao động ở các chi tiết của hệ thống
truyền lực dẫn tới tăng tải trọng động [10] và giảm độ tin cậy của các chi tiết
trên ô tô cũng như gây lên sự tổn hao công suất của động cơ do phải tiêu tốn
năng lượng cho các dao động này.
1.3.Kết luận chương 1
Từ việc phân tích các tài liệu cho thấy, cho đến nay đã có rất nhiều công
trình công bố liên quan đến dao động và độ êm dịu chuyển động của ô tô. Tuy
nhiên các công trình này thường tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của đường
và kết cấu hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô, ngược lại có
những nghiên cứu về dao động của hệ thống truyền lực lại thường bỏ qua ảnh
hưởng của dao động hệ thống treo. Chính vì vậy, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu
ảnh hưởng của dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo
đến độ êm dịu chuyển động của ô tô” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình.
Khi nghiên cứu, tiêu chí đánh giá ảnh hưởng của các hệ thống này đến độ êm
dịu chuyển động của ô tô là giá trị gia tốc bình phương trung bình theo thời
gian tác động awz.
1.3.1.Mục tiêu của đề tài
Xây dựng được phương pháp nghiên cứu cho phép đánh giá ảnh hưởng
của dao động hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động
của ô tô
1.3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực
và hệ thống treo ô tô 2 cầu, 4 bánh chủ động.
1.3.3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng lý thuyết với sự trợ giúp của
phần mềm Matlab-Simulink 2015.
1.3.4. Nội dung chính của đề tài

13
Chương 1 - Nghiên cứu tổng quan
Chương 2 - Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của dao động hệ thống truyền
lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô
Chương 3 - Mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến
độ êm dịu chuyển động của ô tô
Kết luận


14
CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA
DAO ĐỘNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN
ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ
2.1. Đặt vấn đề
Để nghiên cứu động lực học ô tô nói chung và nghiên cứu ảnh hưởng của
hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô nói riêng, người
ta có thể sử dụng 2 phương pháp chính:
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên xe thực
- Phương pháp mô phỏng
Đối với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ta có thể tiến hành nghiên
cứu trong phòng thí nghiệm hoặc trên đường. Ưu điểm của phương pháp này
là đảm bảo tính chính xác cao do việc lựa chọn điều kiện thí nghiệm đúng với
thực tế khai thác cần nghiên cứu, tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm
lớn là chi phí nghiên cứu cao do phải tiến hành trên xe thực và thời gian nghiên
cứu kéo dài.
Ngày nay, nhờ sự trợ giúp của các phần mềm mô phỏng mạnh việc
nghiên cứu động lực học của các cơ hệ thường được sử dụng thông qua phương
pháp mô phỏng. So với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm phương pháp

này có ưu điểm là giảm được chi phí nghiên cứu do không phải tiến hành trên
mô hình thực, đồng thời phương pháp này cũng cho phép nghiên cứu một cách
chi tiết ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến đối tượng nghiên cứu một cách
nhanh chóng.
Mô phỏng có thể hiểu theo nghĩa là phương pháp mô hình hóa dựa trên
việc xây dựng mô hình số và dùng phương pháp số để tìm các lời giải. Đây là
phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu đối tượng, nhận biết các quá trình, các
quy luật trong tự nhiên cũng như trong kỹ thuật. Ngày nay, với sự trợ giúp đắc
lực của khoa học máy tính người ta đã phát triển các mô hình hóa cho phép xây