Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện khai thác đến độ êm dịu ô tô khách (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRẦN HỒNG HÀ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC
ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU Ô TÔ KHÁCH

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

PGS.TS. Lê Văn Quỳnh

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên - 2018
LỜI CAM ĐOAN


ii

Họ và tên:

Trần Hồng Hà

Học viên: Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Đại học Thái Nguyên.
Nơi công tác: Ban An toàn giao thông tỉnh Lào Cai.
Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện khai
thác đến độ êm dịu ô tô khách.
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 điều kiện
khai thác đến độ êm dịu ô tô khách. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình
của thầy giáo PGS.TS. Lê Văn Quỳnh và sự nỗ 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

Trần Hồng Hà


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 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

Trần Hồng Hà


iv
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. iii
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1....................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU..................................................... 3
1.1. Tình hình phát triển thị trường của ô tô Việt Nam ................................ 3
1.2. Dao động và độ êm dịu chuyển động..................................................... 4
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài ................................... 8

1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước.................................................... 8
1.3.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài ................................................. 11
1.4. Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động .............. 13
1.4.1 Cường độ dao động ........................................................................ 13
1.4.2. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động .............. 14
1.4.3.Chỉ tiêu đối với hàng hoá ............................................................... 16
1.4.4. Chỉ tiêu về tải trọng động[11] ....................................................... 17
1.4.5. Đánh giá cảm giác theo công suất dao động................................. 18
1.5.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn ..................... 19
1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................... 19
1.5.2. Phạm vi nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu .............................. 20
1.5.3. Phương pháp nghiên cứu .............................................................. 20
1.5.4. Nội dung nghiên cứu ..................................................................... 20
1.6. Kết luận chương ................................................................................... 20
CHƯƠNG 2..................................................................................................... 21
XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE KHÁCH 2 CẦU ........................ 21
2.1. Các phương pháp xây dựng và mô phỏng dao động............................ 21
2.2. Xây dựng mô hình dao động của xe khách .......................................... 22
2.2.1. Các giả thiết mô hình dao động tương đương............................... 22


v
2.2.2. Mô hình dao động xe khách .......................................................... 24
2.2.3. Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động............................ 25
2.2.4. Phương pháp miêu tả và lựa chọn kích thích dao động ................ 38
2.3. Kết luận: ............................................................................................... 44
CHƯƠNG 3..................................................................................................... 45
MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC
ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG ............................................................ 45
3.1. Mô phỏng ............................................................................................. 45

3.1.1 Mô phỏng dao động của ô tô.......................................................... 45
3.1.2. Chọn thông số xe mô phỏng ......................................................... 46
3.1.3. Mô phỏng thông số ....................................................................... 48
3.2. Phân tích ảnh hưởng của điều kiện khai thác đến độ êm dịu............... 51
3.2.1 Ảnh hưởng của điều kiện mặt đường ........................................... 52
3.2.2. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động............................................ 53
3.2.3 .Ảnh hưởng của tải trọng đến độ êm.............................................. 54
3.3. Kết luận ................................................................................................ 56
KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ ......................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 59
PHU LỤC 1 ..................................................................................................... 62
PHỤ LỤC 2 ..................................................................................................... 64
PHỤC LỤC 3 .................................................................................................. 68


vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1 ............. 14
Bảng 1.2.Chỉ tiêu về an toàn hàng hóa [25] ................................................... 16
Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[17]
......................................................................................................................... 43
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe khách 2 cầu[29]............................... 47


vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Các dạng dao động của thân xe ........................................................ 5
Hình 1.2. Hệ thống "Đường-Xe-Người" .......................................................... 7
Hình 1.3.Giới hạn tác động của dao động thẳng đứng (các đường cong có
cùng thời gian tác động) phụ thuộc vào gia tốc dao động thẳng đứng và tần số

đối với con người khi ngồi và đứng trên xe theo tiêu chuẩn ISO/DIS 2631. . 15
Hình 2.1. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương pháp 1
......................................................................................................................... 21
Hình 2.2. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương pháp 2
......................................................................................................................... 22
Hình 2.3 Mô hình dao động của ô tô khách .................................................. 25
Hình 2.4. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ghế trước ................................. 26
Hình 2.5. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ghế sau .................................... 27
Hình 2.6. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu trước ................................. 28
Hình 2.7: Hệ thống treo sau xe khách ............................................................ 32
Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu trước ................................. 32
Hình 2.9. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe .................................... 36
Hình 2.10. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường
có chất lượng rất tốt) ....................................................................................... 43
Hình 2.11. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường
có chất lượng trung bình) ................................................................................ 44
Hình 2.12. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường
có chất lượng rất xấu)...................................................................................... 44
Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04 ... 46
Hình 3.2. Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế hành khách khi xe chuyển
động trên đường loại ISO cấp A, v=80km/h, xe chở đủ khách ...................... 49


viii
Hình 3.3. Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế hành khách khi xe chuyển
động trên đường loại ISO cấp B, v=80km/h, xe chở đủ khách....................... 50
Hình 3.4. Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế hành khách khi xe chuyển
động trên đường loại C, v=80km/h, xe chở đủ khách ..................................... 51
Hình 3.5. Ảnh hưởng của điều kiện mặt đường đến độ êm dịu của hành khách
......................................................................................................................... 52

Hình 3.6. Ảnh hưởng của vận tốc đến độ êm dịu của hành khách ................. 54
Hình 3.7. Ảnh hưởng của tải trọng đến độ êm dịu của hành khách ............... 55


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

Đơn vị

F

N

M

N.m

Giải nghĩa
Lực theo phương đứng
Mô mem

KB

Giới hạn dao động

W

Hệ số áp lực của đường

ISO

Tổ chức tiêu chuẩn thế giới
Hệ số tải trọng động

k

Gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi

awz

m/s2

q

m

Mấp mô mặt đường

m

kg

Khối lượng được treo

ma1

kg

Khối lượng không được treo cầu trước

ma1

kg

Khối lượng không được treo cầu sau

ms1

kg

Khối lượng ghế

a

m

Khoảng cách trọng tâm xe và cầu trước

b

m

Khoảng cách trọng tâm xe và cầu sau

e1

m

Khoảng cách cầu trước và trọng tâm cầu trước

e2

m

Khoảng cách cầu trước và trọng tâm cầu sau

f1

m

f2

m

s2

m

s1

m

k1l, k1r

N/m

Độ cứng của HTT cầu trước

kz

N/m

Độ cứng của HTT cầu sau

Khoảng cách từ tâm bánh xe và trọng tâm cầu
trước
Khoảng cách từ tâm bánh xe và trọng tâm cầu sau
Khoảng cách từ ghế và trọng tâm xe theo phương
y
Khoảng cách từ ghế và trọng tâm xe theo phương
x


x
kt1

N/m

Độ cứng của lốp xe cầu trước

kt2

N/m

Độ cứng của lốp xe cầu sau

ks1

N/m

Độ cứng của ghế lái

c1r, c1l

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn HTT cầu trước

cz

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn HTT cầu sau

cs1, cs2

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn của ghế giữa và sau xe

ct1

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn lốp trước

ct1

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn lốp sau

I1

kg.m2

I2

kg.m2

Ia1

kg.m2

Ia2

kg.m2

Mô men quán tính của thân xe đối với trục y đi
qua trọng tâm của tâm xe
Mô men quán tính của thân xe đối với trục x đi
qua trọng tâm của tâm xe
Mô men quán tính cầu trước đối với trục x đi qua
trọng tâm cầu trước
Mô men quán tính cầu sau đối với trục x đi qua
trọng tâm cầu sau


1

LỜI NÓI ĐẦU
Độ êm dịu của xe khách có vai trò quan trọng để đánh giá chất lượng
sản xuất của xe cũng như sự cạnh tranh của các hãng xe khách trên thế giới.
Để nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe, nhiều nhà thiết kế, nhà nghiên
cứu đã và đang đưa ra nhiều giải pháp thiết kế hệ thống treo cũng như kết cấu
của xe để hạn chế dao động từ các nguồn kích thích mặt đường, kích thích
động cơ xe trên lên người điều khiển, hành khách và hàng hóa.
Điều kiện khai thác ô tô như điều kiện mặt đường, vận tốc chuyển
động, và tải trong không chỉ ảnh hướng đến mặt đường quốc lộ, độ bền các
cụm chi tiết, mà còn ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động của ô tô. Do vậy,
nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện khai thác đến mức độ thân thiện mặt
đường hay độ êm dịu chuyển động ô tô là một trong chủ đề được các nhà
nghiên cứu trong nước và quốc tế quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ ý tưởng
nghiên cứu em đã chọn đề tài ‘Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện khai thác
đến độ êm dịu ô tô khách’ dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo PGS.TS.
Lê Văn Quỳnh.
Mục tiêu nghiên cứu: đánh giá ảnh hưởng của điều kiện khai thác như
điều kiện mặt đường, vận tốc chuyển động và tải trọng đến độ êm dịu người
điều khiển và hành khách của xe khách. Gia tốc bình phương trung bình theo
phương đứng của ghế ngồi được chọn là hàm mục tiêu để đánh giá ảnh hưởng.
Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động không gian tuyến
tính để nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện khai thác đến độ êm dịu ô tô khách.
Đối tượng: Xe khách và điều kiện khai thác.
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng kết hợp
phân tích ảnh hưởng sử dụng mô hình dao động toàn xe.
Nội dung nghiên cứu:
Nội dung chính của luận văn như sau:
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu;

2
Chương 2. Xây dựng mô hình dao động của xe khách;
Chương 3. Mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng.
Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình dao
động xe khách; Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe ô tô
khách; Mô phỏng và đánh giá ảnh hưởng điều kiện khai thác đến độ êm dịu ô
tô khách
Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến 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 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
Trần Hồng Hà


3
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1. Tình hình phát triển thị trường của ô tô Việt Nam
Định hướng giai đoạn đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035, Việt
Nam phát triển công nghiệp ô tô trở thành ngành quan trọng phục vụ sự
nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa, góp phần phát triển kinh tế - xã hội và
đảm bảo an ninh, quốc phòng của đất nước. Theo đó ngành sẽ tập trung vào
các dòng sản phẩm sau:
- Hình thành doanh nghiệp qui mô lớn (dẫn dắt thị trường): Thu hút và
tập trung các chính sách ưu đãi, hỗ trợ các doanh nghiệp có Dự án đầu tư sản
xuất các dòng xe ưu tiên có quy mô công suất trên 50.000 xe/năm và dự án
sản xuất các bộ phận động cơ, hộp số, cụm truyền động.
- Đối với xe chở người đến 9 chỗ ngồi: định hướng cho giai đoạn đến
năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035 là tập trung vào phát triển các sản phẩm xe
con phù hợp với người Việt Nam và xu hướng phát triển xe con của thế giới
(xe thân thiện môi trường: eco car, hybrid…) gồm: Xe cá nhân, kích thước
nhỏ, tiêu thụ ít năng lượng, thân thiện với môi trường và giá cả phù hợp với
người tiêu dùng Việt Nam.
- Đối với xe tải và xe khách: tập trung vào phát triển các chủng loại sản
phẩm sản xuất trong nước có lợi thế và các sản phẩm phục vụ nông nghiệp,
nông thôn; các loại xe chuyên dùng, gồm có: xe tải nhỏ đa dụng phục vụ cho
nông nghiệp, nông thôn; xe khách tầm trung và tầm ngắn; xe chở bê tông, xi
téc và đặc chủng an ninh - quốc phòng; xe nông dụng đa chức năng.
- Về công nghiệp hỗ trợ: định hướng cho thời gian tới là tăng cường hợp
tác giữa các doanh nghiệp trong nước và các doanh nghiệp lớn nước ngoài
trong việc sản xuất linh kiện và phụ tùng, trong đó tập trung vào các bộ phận
quan trọng, hàm lượng công lượng công nghệ cao để phục vụ nhu cầu của thị
trường trong nước, thay thế nhập khẩu, tiến tới xuất khẩu. Cụ thể tỷ lệ giá trị


4
sản xuất chế tạo trong nước đối với sản xuất ô tô: đến năm 2020, xe đến 9 chỗ

đạt 30 - 40%, từ 10 chỗ trở lên đạt 35 - 45%, xe tải đạt 30 - 40%, xe chuyên
dụng đạt 25 - 35%; đến năm 2025, xe đến 9 chỗ đạt 40 - 45%, từ 10 chỗ trở
lên đạt 50 - 60%, xe tải đạt 45 - 55%, xe chuyên dụng đạt 40 - 45%; đến năm
2035, xe đến 9 chỗ đạt 55 - 60%, từ 10 chỗ trở lên đạt 75 - 80%, xe tải đạt 70
- 75%, xe chuyên dụng đạt 60 - 70%.
Tính đến năm 2015, ngành sản xuất ô tô có trên 400 doanh nghiệp, tập
trung chủ yếu ở khu vực Đông Nam Bộ và vùng Đồng bằng Sông Hồng. Đa
số doanh nghiệp có quy mô vừa và nhỏ. Tổng công suất lắp ráp thiết kế
khoảng 460.000 xe/năm, trong đó khu vực có vốn đầu tư nước ngoài chiếm
khoảng 47%, doanh nghiệp trong nước khoảng 53%. Giai đoạn 2001-2014,
tốc độ tăng trưởng bình quân của sản xuất lắp ráp ô tô khoảng 17%/năm. Biến
động của nền kinh tế và sự thay đổi của chính sách, đặc biệt các chính sách về
thuế, phí là các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến sản xuất cũng như tiêu thụ xe
ô tô. Tổng số lượng xe tiêu thụ năm 2010 là 184.813 xe, năm 2011 là 181.545
xe, năm 2012 là 124.815 xe và năm 2013 là 153.199 xe, năm 2014 là 241.178
xe, năm 2015 là trên 350.000 xe.
Đến nay thị trường đã có sự tham gia tích cực và rộng rãi của các doanh
nghiệp thuộc các thành phần kinh tế, trong đó có một số công ty trong nước
Công ty cổ phần Ô tô Trường Hải (Thaco), Công ty cổ phần Huyndai Thành
Công..và các tập đoàn ô tô lớn trên thế giới (Toyota, Ford, Honda, Mitsubishi,
...). Tổng năng lực sản xuất - lắp ráp ô tô khoảng 460 ngàn xe/năm, gồm hầu
hết các chủng loại xe con (công suất khoảng 200 ngàn xe/năm), xe tải và xe
khách (công suất khoảng 215 ngàn xe/năm).
1.2. Dao động và độ êm dịu chuyển động
Khái niệm dao động:
Ô tô là một hệ dao động cơ học bao gồm nhiều khối lượng có mối liên
kết với nhau và nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với bề mặt đường có biên


5

dạng phức tạp. Trong lý thuyết ô tô khi nghiên cứu dao động ô tô thường giả
thiết là khối lượng của ô tô là tập trung, được chia làm hai phần được treo và
không được treo. Khối lượng của thân ô tô được đỡ bởi các lò xo được gọi là
khối lượng được treo, Khối lượng của cầu mang bánh xe và các chi tiết khác
không được đỡ bởi lò xo được gọi là khối lượng không được treo
Khi xe chuyển động, thân xe có thể có các dao động theo các trục tọa
độ được nêu trong hình 1.1

Hình 1.1. Các dạng dao động của thân xe
Các dao động đó là:
- Dao động xung quanh trục dọc OX (sự lắc ngang). Là sự chuyển động
lắc của ô tô quanh trục dọc khi ô tô đi qua mặt đường mà một bánh xe bị rơi
xuống ổ gà hoặc qua những đoạn đường mấp mô. Đây là dao động ảnh hưởng
nhiều nhất đến độ êm dịu chuyển động và an toàn chuyển động của xe.
- Dao động xoay xung quanh trục ngang OY (sự lắc dọc) là dao động
lên xuống của phần trước hay phần sau ô tô quanh trục ngang đi qua trọng
tâm của nó. Dao động này xảy ra khi cả hai bánh xe của ô tô cùng đi qua vết
lồi hay vết lõm trên đường.


6
- Dao động lên xuống (sự nhún) theo trục OZ thẳng đứng. Là sự chuyển
động lên xuống của toàn bộ xe xuất hiện khi xe chuyển động trên đường
không bằng phẳng.
- Dao động xung quanh trục OZ (sự xoay đứng) là sự di chuyển xoay
của thân xe sang bên trái hoặc bên phải quanh trục thẳng đứng khi xe chuyển
động
Các nguyên nhân gây ra dao động của ô tô:
- Độ lệch tâm và hình dạng không đồng đều của bánh xe, độ không cân
bằng của các bánh xe và các chi tiết quay của động cơ, hệ thống truyền lực.

- Các ngoại lực xuất hiện trong quá trình của ô tô khi tăng tốc, khi
phanh, quay vòng.
- Các mấp mô từ mặt đường.
- Cho đến nay mấp mô biên dạng đường là nguyên nhân chính gây ra
dao động của ô tô.
Ảnh hưởng của dao động
- Dao động của ô tô ảnh hưởng xấu đến con người, hàng hóa chuyên trở
trên xe, đến khả năng làm việc và tuổi thọ của các cụm, các cơ cấu tổng thành
trên xe.
- Đối với cơ thể người: khi ô tô chuyển động sinh ra các tác động lên
người ngồi trên ô tô làm cho cơ thể người thực hiện những dao động riêng tắt
dần và dao động cưỡng bức. Dao động phức tạp này làm biến đổi tâm sinh lý
gây ra cảm giác mệt mỏi, giảm năng suất làm việc và ảnh hưởng lâu dài đến
sức khỏe.
- Đối với độ bền của xe: Khi ô tô dao động sẽ phát sinh các tải trọng
động tác dụng lên khung vỏ ôtô, lên các cụm, hệ thống và các chi tiết của xe
cũng như bề mặt đường… ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của ôtô và
đường. Theo số liệu thống kê người ta thấy rằng, khi ôtô vận tải chạy trên
đường xấu gồ ghề, so với ôtô cùng loại chạy trên đường tốt bằng phẳng thì


7
vận tốc trung bình giảm khoảng (4050)%, quãng đường chạy giữa hai kỳ sửa
chữa lớn giảm (3540)%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng (5070)%, năng suất
vận chuyển giảm (3540)%, giá thành vận chuyển tăng (5060)% . Đối với
độ bền chi tiết ô tô thì ảnh hưởng của của dao động được thể hiện một cách rõ
rệt. Khi dao động, gia tốc dao động gây ra các tải trọng quán tính và có thể
xẩy ra hiện tượng cộng hưởng làm cho hư hỏng các chi tiết, khung vỏ của
xe[5,6].
Xem xét ảnh hưởng tổng thể "Người – Xe – Đường" : trong quá trình

chuyển động của ô tô, do ảnh hưởng của mấp mô mặt đường, động cơ đốt
trong gây nên dao động và dao động này gây ảnh hưởng không nhỏ đến sức
khỏe và sự chịu đựng của con người. Để nâng cao chất lượng phục vụ con
người thì việc nghiên cứu những tác động qua lại của tổng thể "Người – Xe –
Đường" là cần thiết để qua đó xác định các thông số kết cấu có ảnh hưởng
đến sự chịu đựng của con người từ đó đưa ra các giải pháp hợp lý giảm thiểu
các tác động xấu do dao động gây nên.
Người

Hệ thống phanh, lái

Thân xe

Hệ thống treo
Đường

Hình 1.2. Hệ thống "Đường-Xe-Người"
Để xét sự tác động qua lại mô hình động lực quan hệ "Người – Xe –
Đường" được đưa ra hình 1.1, qua sơ đồ chúng ta thấy ba đối tượng "Người",


8
"Xe" và "Đường" có tác động qua lại với nhau. Trong quá trình xe chuyển
động trên đường, dao động của xe ảnh hưởng trực tiếp đến đường thông qua
hệ thống treo. Mặt khác tình trạng mặt đường ảnh hưởng trực tiếp đến con
người thông qua thân xe, ghế ngồi, hệ thống lái, hệ thống phanh. Khối lượng
được treo, không được treo, khối lượng thân xe, kết cấu khung xe, kết cấu ghế
ngồi..vv.. đều ảnh hưởng đến con người và mặt đường. Do vậy chúng ta phải
dựa trên mối quan hệ "Người – Xe – Đường" để nghiên cứu dao động của xe.
Trong luận văn này, tác giả tiến hành đánh giá ảnh hưởng của điều kiện mặt

đường, vận tốc chuyển động của xe và tải trọng của xe đến độ êm dịu hành
khách.
Độ êm dịu chuyển động của xe được đánh giá thông qua nhiều tiêu chí
đánh giá khác nhau, hiện nay chưa một quốc gia và lãnh thổ ban hành chỉ tiêu
cụ thế nào và các chỉ tiêu đánh giá sẽ được trình bày phần sau.
1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài
1.3.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam trong những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô đã có
những bước phát triển đáng kể, kéo theo đó là hệ thống đường giao thông
cũng liên tục được đầu tư, nâng cấp và xây dựng mới để đáp ứng sự phát triển
của đất nước. Tuy nhiên phần lớn ô tô đang lưu hành đều nhập khẩu nguyên
chiếc hoặc được lắp giáp ở Việt Nam vì vậy câu hỏi đặt ra cho ngành giao
thông là hệ thống đường phải xây dựng như thế nào cho phù hợp để hạn chế
phá hủy mặt đường do phương tiện giao thông, những xe nhập khẩu hay lắp
giáp có đảm bảo các tiêu chuẩn khi sử dụng ở Việt Nam, nhất là tiêu chuẩn về
dao động và ổn định ô tô. Từ những thực tế đó, đã có một số đề tài thuộc
chuyên ngành nghiên cứu sâu hơn về hệ thống dao động của ô tô, độ êm dịu
cũng như chất lượng động học và động lực học của xe nhằm thu được những
thông số tối ưu cho kết cấu để đảm bảo phù hợp với điều kiện thực tế, các
công trình nghiên cứu bao gồm:


9
- Công trình của tác giả và PGS.TS Dư Quốc Thịnh[6] 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.
- Công trình [10] “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” trong luận văn này tác giả đã
chú ý mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung và vỏ là kết cấu đặc trưng của xe

ca: xe ca có kết cấu khung - vỏ chịu lực.
- Luận văn tiến sỹ của tác giả Võ Văn Hường[11] "Nghiên cứu hoàn
thiện mô hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu,", Luận án tiến sĩ Đại học
Bách khoa Hà Nội, năm 2004. Tác giả đã nghiên cứu sâu về lập mô hình dao
động không gian cho xe tải có yếu tố dao động ngang, khung xoắn chịu lực,
thanh ổn định, có hệ thống treo có đặc tính phi tuyến, hàm kích động riêng rẽ
và tổng hợp. Mô hình có thể nghiên cứu các dao động ở vùng cận biên như
tách bánh xe, quá trình va chạm xấu hạn chế treo, trượt và lật.
- Công trình [12] “Lê Văn Quỳnh luận án thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại
học Bách khoa Hà Nội, 2006” khảo sát dao động của xe khách hai cầu dưới
tác động ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ 1A. 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. Từ hàm
mục tiêu là gia tốc phương thẳng đứng ghế ngồi lớn nhất và gia tốc bình
phương trung bình theo phương đứng của ghế ngồi, các thông số thiết kế hệ
thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượt được phân tích.
- Công trình [5] “Đặng Việt Hà luận án tiến sĩ kỹ thuật Trường Đại học
Giao thông Vận tải Hà Nội, 2010” nghiên cứu ảnh hưởng một số thông số đến
độ êm dịu chuyển động của xe khách đóng tại Việt Nam. Trong luận án tác
giả xây dựng mô hình không gian dao động của ôtô hai cầu với hàm toán học
đơn giản và giải quyết bài toán dao động bằng phương pháp Matlab/Simulink


10
Từ hàm mục tiêu là gia tốc phương thẳng đứng ghế ngồi lớn nhất và gia tốc
bình phương trung bình theo phương đứng của ghế ngồi, các thông số thiết kế
hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượt được phân tích. Cuối cùng,
một thí nghiệm đo để kiểm chứng sự đúng đắn của mô hình dao động của xe
khách đóng tại Việt Nam.
- Công trình [6] “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
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 [7] “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.
Nguyễn Văn Liêm, Lê Văn Quỳnh và Nguyễn Khắc Tuân (2013)[13]
trong bài báo khoa học đưa ra mô hình dao động không gian xe tải hạng nặng
với kích thích ngẫu nhiên để nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống treo cabin đến
độ êm dịu chuyển động của ô tô. Trần Việt Phú và cộng sự (2016)[14], đưa ra
những nghiên cứu về mô phỏng độ êm dịu của xe khách giường nằm, một
trong những tiêu chí quan trọng dùng để đánh giá chất lượng xe. Xe khách
giường nằm do Thaco sản xuất qua tính toán mô phỏng bằng phần mềm


11
Hyperwork, cho thấy luôn đảm bảo độ êm dịu ở các vị trí khác nhau trong xe
cũng như ở các tốc độ vận hành khác nhau trên đường trong điều kiện khai
thác ở Việt Nam.
Tuy nhiên số lượng ấn phẩm khoa học công bố trong lĩnh vực này vẫn
hạn chế và hướng luận văn này sẽ tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện

khai thác đến độ êm dịu chuyển động của xe khách và kết quả nghiên cứu sẽ
bổ sung cơ sở thiết kế hệ thống treo xe khách.
1.3.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài
Nghiên cứu ảnh hưởng dao động đến độ êm dịu đã được các nhà
nghiên cứu rất sớm, đối tượng nâng cao độ êm dịu các nhà nghiên cứu tập
trung là hệ thống treo của xe, hệ thống treo ghế ngồi người điều khiển và hành
khách và các nhà nghiên cứu sử dụng các mô hình khác nhau để tham chiếu
khảo sát cũng như tối ưu thông số hệ thống treo. Một số nghiên cứu tiêu biểu
thể hiện theo tính thống kê dưới đây:
DraganSekulić và các công sự (2013) trong công trình nghiên cứu[19]
nghiên cứu ảnh hưởng của dao động xe khách đến độ êm dịu. Trong nghiên
cứu này một mô hình không gian tuyến tính xe khách với 10 bậc tự do được
thiết lập với kích thích ngẫu nhiên để tham chiếu khảo sát ảnh hưởng của dao
động. Một thí nghiệm đo dao động ghế ngồi 3 vị trí trước, sau và giữa xe
được tiến hành và kết quả thí nghiệm làm căn cứ để kiểm chứng tính đúng
đắn của mô hình dao động.
Xianghao Shen và các cộng sự (2016) trong công trình nghiên
cứu[18], đã sử dụng hệ số tải hành khách “Passenger Load Factor” và các tín
hiệu thời gian của xe “in-vehicle time” để đánh giá độ êm dịu của xe khách.
A F Azenan và Jalil Azlis-Sani (2017) trong công trình nghiên
cứu[20] đã đánh giá ảnh hưởng của dao động đến sức khỏe người lái xe
khách, thí nghiệm được tiến hành đo khi xe hoạt động trong các điều kiện
khác nhau và kết quả đo được đánh giá dao động truyền lên tay “Hand arm


12
vibration (HAV)” và dao động truyền lên thân

“Whole body vibration

(WBV)”.
M. Cvetković và các cộng sự (2018) trong công trình nghiên cứu[21]
đã phân tích tổng quan về đo và phân tích ảnh hưởng dao động đến độ êm dịu
chuyển động của xe khác dựa vào tiêu chuẩn ISO 2631-1 và ISO 2631-5 và
kết quả đo so sánh và đánh giá giữa các tiêu chuẩn quốc tế.
Nâng cao đội êm dịu chuyển động của xe khách khi hoạt động đã có
nhiều nhà nghiên cứu quan tâm tiến hành tối ưu thiết kế hệ thống treo bị động
và sử dụng lý thuyết điều khiển để điều khiển hệ thống treo của xe khách
nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe.
Kaldas, M. and Soliman, A (2013) [22] trong công trình đã đề xuất
phương pháp điều khiển chủ động hệ thống treo xe khách nhằm nâng cao độ
êm dịu chuyển động của xe. Trong nghiên cứu các nhà nghiên cứu đã áp dụng
tối ưu điều khiển bằng các giải thuật di truyền và kết quả hiệu quả hệ thống
treo được cải thiện đang kế theo hướng nâng cao độ êm dịu và giảm các tác
động xấu xuống mặt đường quốc lộ.
Mujde Turkkan and Nurkan Yagiz (2013) [23] đề xuất phương pháp
điều khiển hệ thống treo tích cực bằng fuzzy logic nhằm nâng cao độ êm dịu
chuyển động của xe khách. Một mô hình dao động xe khách với 7 bậc tự do
được thiết lập để điều khiển hệ thống treo và kết quả thể hiện hiệu quả hệ
thống treo trên miền tần số có biên độ ở các tần số phản ứng thấp bộc lộ giảm
đáng kể điều đó độ êm dịu nâng cao và tác động xấu xuống mặt đường quốc
lộ giảm xuống.
Các điều kiện khai thác của xe là một trong các yếu tố quan trọng ảnh
hưởng đến độ êm dịu chuyển động, an toàn chuyển động cũng như độ bền của
các chi tiết của xe theo thống kê các nhà nghiên cứu thế giới đề cập vấn đề rất
ít và nghiên cứu điều kiện khai thác Việt Nam đến độ êm dịu chuyển động xe
khác chưa có. Chính vì vậy luận văn chọn hướng đó nghiên cứu và làm sáng


13

tỏ những vấn đề chưa được đề cấp trên các công bố khoa học trừ các công bố
của nhóm tác giả trong thời gian qua.
1.4. Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động
Đánh giá độ êm dịu chuyển động hiện nay các nhà nghiên sử dụng các
chỉ tiêu dưới đây để đánh giá độ êm dịu với hành khách, hàng hóa và độ êm
dịu với mặt đường quốc lộ.
1.4.1 Cường độ dao động
* Tiêu chuẩn VBI2057 của Đức đưa ra hệ số KB đánh giá dao động
[24,11]: Theo đó ba ngưỡng được dùng để đánh giá:
- 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 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 gia tốc của Cabin, trong tính toán sau này là Z1 , gia tốc tại tâm khối
lượng được treo trước.
..

KB = f( Z1 ,f1,...)
Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá: Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá hiện nay mới
chỉ thấy Hiệp hội Đóng gói Đức BFSV [11,25,26] nêu 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 [11,26]:
..

- Z 2 max = 3m/s2 giới hạn cảnh báo.
..

- Z 2 max = 5 m/s2 giới hạn can thiệp.
..

Trong đó: Z 2 là gia tốc theo phương thẳng đứng thùng xe, khối lượng được
treo.
Giới hạn cảnh báo, theo Mitschke[25,26], là ở đó hệ thống treo hoặc
đường xá đã hỏng đến mức phải có kế hoạch sửa chữa.


14
1.4.2. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động
* Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 [27]: đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
chuyển động ô tô thông qua gia tốc bình phương trung bình theo phương
thẳng đứng dựa theo vào các công trình nghiên cứu của thế giới. Gia tốc bình
phương trung bình theo phương thẳng đứng được xác định theo công thức
dưới 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 lệch gia tốc quân
phương thẳng đứng ISO 2631-1 [27] dựa vào Bảng 1-1 dưới đây:
Bảng 1.1. Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1
aWZ giá 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

* Thời gian mệt mỏi – giảm hiệu suất làm việc
Khi người điều khiển làm việc trong một gian dài trong môi trường sẽ
cảm thấy không thoải mái, mệt mỏi, thậm chí mắc một số bệnh nghề nghiệp
do dao động và tiếng ồn gây ra dẫn đến hiệu quả làm việc kém năng suất công
việc giảm xuống. Chính vì vậy, tiêu chuẩn ISO 2631 – 1 (1997) đã đưa ra


15
thông số đánh giá thời gian mệt mỏi – giảm hiệu suất lao động của người điều
khiển và được xác định theo công thức sau:
TFDO = ( 4a1T0)/ a2v
TFDX = ( 4a2T0)/ a2wx
TFDY = ( 4a2T0)/ a2wy
TFDZ = ( 4a1T0)/ a2wz
trong đó:

+ TFDO ,TFDO ,TFDO ,TFDO là thời gian mệt mỏi – giảm hiệu suất
lao động
+ av , awx ,awy ,awz Gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi
điều khiển theo tổng cộng các phương X,Y, Z
+ Các hệ số a1 = 2.8 m/s2 , a2 = 2 m/s2 và T0 = 0.167 giờ theo tiêu
chuẩn quy định

Khi đánh giá cảm giác, ISO đã sử dụng dao động thẳng đứng điều hoà
tác động lên người ngồi hay đứng trong vòng 8 giờ. Nếu tần số kích động
nằm trong khoảng nhạy cảm nhất với dao động của con người (4  8 Hz) thì
gia tốc bình phương trung bình theo các mức là:

Hình 1.3.Giới hạn tác động của dao động thẳng đứng (các đường cong có
cùng thời gian tác động) phụ thuộc vào gia tốc dao động thẳng đứng và tần
số đối với con người khi ngồi và đứng trên xe theo tiêu chuẩn ISO/DIS 2631.