Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hệ thống treo khí nén xe tải hạng nặng đến độ êm dịu và khả năng thân thiện mặt đường

i

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

DƯƠNG ĐÌNH HIỂN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ HỆ THỐNG
TREO KHÍ NÉN XE TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU VÀ
KHẢ NĂNG THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG

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

Thái Nguyên - Năm 2020


ii

LỜI CAM ĐOAN
Sau thời gian hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường. Để
đánh giá kết quả học tập nghiên cứu của mình, em lựa chọn thực hiện đề tài
là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hệ thống treo khí nén xe tải hạng
nặng đến độ êm dịu và khả năng thân thiên mặt đường”. Dưới sự hướng dẫn
tận tình của thầy giáo PGS.TS. Lê Văn Quỳnh, các Thầy, cô giáo trong
Khoa Kỹ thuật Ô tô và Máy động lực, đặc biệt là ThS. Bùi Văn Cường và sự
nỗ lực của bản thân, đề tài của em 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 2020


iii

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên và Khoa kỹ thuật Ô tô và Máy động lực đã cho phép em thực hiện
luận văn này.
Em xin chân thành biết ơn quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận
tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành chương trình học tập.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS. TS. Lê Văn
Quỳnh 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 thực hiện đề tài mặc dù đã có nhiều cố gắng song do
kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên luận văn không thể
tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của
quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2020
HỌC VIÊN


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. iii

MỤC LỤC ....................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................. vi
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................ vii
DANH MỤC BẢNG ....................................................................................... ix
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .......................... 3
1.1. Phân tích hệ thống treo ô tô .................................................................... 3
1.1.1. Cấu tạo chung của hệ thống treo[5,6] ............................................... 3
1.1.2. Giới thiệu chung về hệ thống treo khí ............................................. 4
1.2. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường... 8
[2,3] ................................................................................................................ 8
1.3. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường... 9
1.3.1.Các nguồn gây dao động ô tô ............................................................ 9
1.3.2. Ảnh hưởng của dao động đối với ô tô, đường giao thông và cơ thể
con người .................................................................................................. 10
1.4. Phân tích các chỉ tiêu đánh giá dao động của ô tô [2,3] ....................... 14
1.4.1. Tần số và gia tốc dao động ............................................................. 15
1.4.2. Chỉ tiêu về độ êm dịu được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI ................... 16
1.4.3. Đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn ISO ....................................... 20
1.4.4. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe .......................................... 22
1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế ........................................ 23
1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................... 23
1.5.2. Tình hình nghiên cứu quốc tế. ........................................................ 23
1.6. Mục địch, ý nghía, đối tượng, phương pháp nghiên cứu ...................... 25
1.7. Kết luận ................................................................................................. 26


v

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG ................................. 27

2.1. Xây dựng mô hình dao động ................................................................. 27
2.2.Các mô hình nghiên cứu động lực học hệ thống treo khí nén[9] .......... 29
2.3. Xây dựng mô hình dao động khảo sát cho xe tải hạng nặng ................ 32
2.4. Hàm mấp mô mặt đường[10] ................................................................ 36
2.4.1. Mấp mô mặt đường hình sin ........................................................... 36
2.4.2. Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên xác định bằng thực tế .................. 38
2.4.3. Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ISO...................................... 41
2.5. Kết luận chương 2 ................................................................................. 43
Chương 3: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG
SỐ HỆ THỐNG TREO KHÍ........................................................................ 41
3.1. Mô phỏng .............................................................................................. 41
3.1.1. Thông số đầu vào cho mô phỏng .................................................... 41
3.1.2. Sơ đồ mô phỏng trong Simulink ..................................................... 41
3.1.3. Kết quả mô phỏng và thảo luận ...................................................... 42
3.2. Ảnh hưởng điều kiện khai thác đến độ êm dịu và sự thân thiện với mặt
đường ........................................................................................................... 44
3.2.1. Ảnh hưởng của vận tốc ................................................................... 44
3.2.2. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường ............................................... 46
3.3. Phân tích ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo khí đến độ êm dịu
chuyển động và hệ số tải trọng động. .......................................................... 47
3.3.1. Ảnh hưởng của áp suất ................................................................... 47
3.3.2. Ảnh hưởng của thể tích ban đầu ..................................................... 51
3.4. Kết luận chương 3 ................................................................................. 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 57


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STT Ký hiệu

Ý nghĩa ý hiệu

Đơn vị

1

Mb

Khối lượng được treo

kg

2

Ma

Khối lượng không được treo

kg

3

DLC

4

Fs

5

FT,RMS

6

aw

Gia tốc bình phương trung bình

m/s2

7

p

Áp suất bên trong lò xo khí nén

Pa

8

qi

Biên độ mấp mô mặt đường

m

9

V

Thể tích bình chứa khí nén

m3

10

Vb ,Vr

Thể tích lò xo khí nén và của bình khí

m3

11

n

Chỉ số nén đa biến

12

Ae

Diện tích tác d ng của lò xo khí nén

m2

13

As

Tiết diện đường ống dẫn khí nén

m2

14

F

Lực tác dụng của hệ thống treo

N

Hệ số tải trọng bánh xe
Tải trọng tĩnh của bánh xe

N

Tải trọng động bánh xe tác dụng lên mặt đường

N


vii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Kết cấu và nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén. ................ 5
Hình 1.2. Hệ thống treo cầu trước khí nén của Mercedes–Benz ...................... 6
Hình 1.3. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động ................................................. 6

Hình 1.4. Hệ treo khí cầu treo phụ thuộc cầu chủ động.................................... 7
Hình 1.5. Hệ treo khí cầu dẫn hướng ................................................................ 7
Hình 1.6. Hệ treo khí cầu dẫn hướng ................................................................ 8
Hình 1.7. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động ................................................. 8
Hình 1.8. Hệ treo khí 4 túi khí để hạ thấp trọng tâm ........................................ 9
Hình 1.9. Mối quan hệ giữa Đường – Ô tô - Người[2,3] ................................ 11
Hình 1.10. Các vị trí tiếp xúc dao động của người điều khiển ....................... 12
Hình 1.11. Các tần số cơ thể người ................................................................. 13
Hình 1.12. Các đường cong cảm giác như nhau ở dao động điều hòa ........... 18
Hình 1.13. Sơ đồ xác định thực nghiệm hệ số độ êm dịu K ........................... 18
Hình 2.1 Mô hình dao động 1/4 ...................................................................... 27
Hình 2.2. Mô hình phẳng dao động ô tô 2 cầu ................................................ 28
Hình 2.3. Mô hình dao động không gian ........................................................ 29
Hình 2.4. Mô hình lò xo khí nén đơn giản ..................................................... 29
Hình 2.5. Mô hình NISHIMURA ................................................................... 30
Hình 2.6. Mô hình VAMPIRE ........................................................................ 30
Hình 2.7. Mô hình SIMPAC ........................................................................... 31
Hình 2.8. Mô hình lò xo khí nén GENSYS theo phương dọc ........................ 32
Hình 2.9 Mô hình dao động của xe ................................................................. 33
Hình 2.10. Mô hình hệ thống treo ................................................................... 34
Hình 2.11. Hàm điều hoà của mấp mô ............................................................ 37
Hình 2.12. Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[6] ................... 38
Hình 2.13. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 1) ........................................................................................... 39
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) ...................................................................... 39
Hình 2.15. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 2) ........................................................................................... 40


viii

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) ...................................................................... 40

Hình 2.17. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường
có chất lượng rất tốt) ....................................................................................... 42
Hình 2.18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO B (mặt đường
có chất lượng tốt) ............................................................................................ 42
Hình 2.19. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường
có chất lượng bình thường) ............................................................................. 43
Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể mô phỏng Matlab/Simulink ................... 42
Hình 3.2. Gia tốc theo phương thẳng đứng thân xe ........................................ 43
Hình 3.3. Lực động của bánh xe tác dụng xuống mặt đường ......................... 43
Hình 3.4. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động đến gia tốc bình phương trung
bình thân xe ..................................................................................................... 45
Hình 3.5. Ảnh hưởng của vận tốc đến hệ số tải trọng động của bánh xe ....... 45
Hình 3.6. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường đến gia tốc bình phương trung
bình thân xe ..................................................................................................... 46
Hình 3.7. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đên hệ số tại trọng động bánh xe...... 47
Hình 3.8 Ảnh hưởng của áp suất p0 đến gia tốc bình phương trung bình thân
xe ..................................................................................................................... 49
Hình 3.9 Ảnh hưởng của áp suất p0 đến giá trị lực động tại bánh xe ............. 49
Hình 3.10. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0
đến giá trị aw ................................................................................................... 50
Hình 3.11. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0
đến giá trị DLC................................................................................................ 50
Hình 3.12. Ảnh hưởng của thể tích khí nén trạng thái ban đầu trạng trong bộ
phần đàn hồi khí nén đến tính êm dịu chuyển động của ô tô .......................... 52
Hình 3.13. Ảnh hưởng của thể tích khí nén trạng thái ban đầu trạng trong bộ
phần đàn hồi khí nén đến hệ số tải trọng động của bánh xe ........................... 52
Hình 3.14. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá V0
đến giá trị aw .................................................................................................... 53
Hình 3.15. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0
đến giá trị DLC................................................................................................ 53

ix

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1............... 21
Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[17]
......................................................................................................................... 42
Bảng 3.1. Thông số mô phỏng ........................................................................ 41
Bảng 3.2. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của ô tô đến aw và DLC ..... 44
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường đến aw và DLC ..................... 46
Bảng 3.4. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0 đến
giá trị aw và DLC ............................................................................................ 48
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0
đến giá trị aw và DLC ..................................................................................... 51


1

LỜI NÓI ĐẦU
Dao động ô tô là lĩnh vực được nhiều nhà khoa học và các chuyên gia
quan tâm nghiên cứu nhằm thiết kế và chế tạo ra ô tô có các tính năng ưu việt
đáp nhu cầu ngày càng cao của con người. Hiện nay các phương pháp mô
phỏng số đang được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các cơ hệ, đặc biệt quá
trình mô phỏng đã thể hiện được tính ưu việt cao và nó có thể miêu tả được cả
các hệ phi tuyến khi áp dụng vào mô phỏng hệ dao động của ô tô
Ngày nay, hệ thống treo trên ô tô có phần tử đàn hồi loại khí nén ngày
càng được dùng phổ biến trên các ô tô. Với những ưu điểm vượt trội này, hệ
thống treo khí nén được ứng dụng rộng dãi trên tất cả các loại phương tiện,
cùng với đó là hệ thống điều khiển điện tử cho loại hệ thống treo này đã trở

lên phổ biến trên toàn thế giới.
Ở Việt Nam, trong vài năm trở lại đây, nền kinh tế phát triển mạnh mẽ
kéo theo nhu cầu về tính năng tiện nghi và an toàn chuyển động. Các nhà sản
xuất và lắp ráp trong nước cũng đưa ra các sản phẩm sử dụng hệ thống treo
khí nén được sử dụng nhiều trên các xe tải, ô tô khách, ô tô khách giường
nằm, xe du lịch. Do phần tử đàn hồi khí nén của hệ thống có khả năng thay
đổi được độ cứng nhờ vào đặc tính chịu được nén của không khí trong bầu
chứa khí, có thể áp dụng việc tự động điều khiển hoặc bán tự động thay đổi độ
cứng phù hợp với các điều kiện khai thác khác nhau. Thông số hình học của
túi khí ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của hệ thống treo.
Xuất phát từ những yêu cầu trên, em lựa chọn đề tài:“Nghiên cứu ảnh
hưởng của thông số hệ thống treo khí nén xe tải hạng nặng đến độ êm dịu và
khả năng thân thiên mặt đường” dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo
PGS. TS. Lê Văn Quỳnh. Mục tiêu, phạm vi, đối tượng, phương pháp
nghiên cứu,.. của luận văn dưới đây
Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá ảnh hưởng của các thông số của hệ
thống treo đặc biệt là phần tử đàn hồi khí nén nhằm giảm các tác động xấu
đến mặt đường giao thông và độ êm dịu chuyển động.


2

Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động ¼ để nghiên cứu
đánh hiệu quả và tìm thống số thiết kế tối ưu nhằm giảm các tác động xấu đến
mặt đường giao thông và người điều khiển
Đối tượng: Hệ thống treo khí và thông số thiết kế hệ thống treo khí xe
tải hạng nặng.
Phương pháp nghiên cứu: Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần
mềm Matlab/Simulink R2012b để tìm thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống
treo xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiện với mặt đường giao

thông và độ êm dịu chuyển động
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 mô hình dao động nghiên cứu;
Chương 3. Mô phỏng và đánh giá thông số thiết kế hệ thống treo khí.
Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình dao
động để đánh giá được hiệu quả hệ thống treo khí cho xe tải hạng nặng; Thiết
lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe; Mô phỏng và phân tích
ảnh hưởng của các thông số của hệ thống treo khí; Kết quả là cơ sở góp phần
cho việc tính toán thiết kế ứng dụng cho các phương tiện giao thông.
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 và Máy động lực, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại
học Thái Nguyên, đặc biệt thầy ThS. Bùi Văn Cường đã giúp đỡ em hoàn
thành luận văn này. Do hạn chế về mặt thời gian cũng như mặt kiến thức chắc
chắn luận văn này không thể 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 2020

HỌC VIÊN

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Mục đích chương là phân tích kết cấu và đặc tính hệ thống thống treo và
phạm vị ứng dụng của hệ thống treo ô tô, phân tích tổng quan nghiên cứu dao
động, những công trình khoa học công bố trong nước và ngoài nước nổi bật
có liên quan được làm rõ hướng đề tài nghiên cứu. Qua đó phân tích các chỉ
tiêu đánh giá về độ êm dịu chuyển động và hệ số tải trọng động là hàm mục
tiêu chính trong luận văn.
1.1. Phân tích hệ thống treo ô tô
1.1.1. Cấu tạo chung của hệ thống treo[5,6]
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 mômen giữa bánh xe và vỏ
xe bao gồm lực kéo, lực bên, mômen chủ động và mômen 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;

4

- 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:
- Phân loại theo mối liên kết hệ bánh xe bên trái và bên phải: hệ thống
treo độc 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 tích cực và điều khiển tích cực.
1.1.2. Giới thiệu chung về hệ thống treo khí
Hệ thống treo khí có ưu điểm là không có ma sát trong phần tư đàn hồi,
trọng lượng phần tử đàn hồi nhỏ và giảm được chấn động cũng như giảm
tiếng ồn từ bánh xe lên buồng lái. Bộ phận đàn hồi khí nén với đường đặc tính
đàn hồi phi tuyến, kết cấu và việc lắp đặt khá đơn giản, được sử dụng trên các
loại xe có chất lượng tốt: xe con, xe buýt chất lượng cao, xe tải có trọng tải
lớn.
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 1.1.
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


5

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.

Hình 1.1. Kết cấu và 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.


6

Một số hệ thống treo khí và ứng dụng[7]

Hình 1.2. Hệ thống treo cầu trước khí nén của Mercedes–Benz
Trong hình 1.3 là kết cấu hệ treo khí của Hãng SAF-Holland, thiết kế
cho cầu chủ động, chịu tải 7000 đến 9000 kg. Có cơ cấu chống xoay, bảo đảm
hạn chế dao động xoắn của cầu chủ động và vì vây tăng khả năng ổn định cho
xe. Cơ cấu chống xoay có thể giảm đến 85% lực xoay ngang cầu. Với kết cấu
này không nhữg nâng cao khả năng ổn định mà còn giảm rung ồn, giảm áp
lực đường. Balon khí là loại đẳng tích, không cần phải chăm sóc bảo đưỡng

nhiều. Do có độ cao thấp nên vẫn có thể sư dụng cho các xe con.

Hình 1.3. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động


7

Hình 1.4 cũng là một thiết kế cho cầu chủ động loại ngằ, tải 10500 đến
13500 kg. Cũng có cơ cấu chống xoay, giảm được dao động xoắn cho hệ
truyền lưc, giảm rung ồn, có tuổi thọ cao.

Hình 1.4. Hệ treo khí cầu treo phụ thuộc cầu chủ động
Hình 1.5. là một thiết kế cho cầu dẫn hướng bị động, động cơ đặt sau
cho xe bus. Balon khi đặt trực tiếp giữ dầm cầu và khung, có độ cứng vữg cao
và nâng cao được khả năng ổn định.

Hình 1.5. Hệ treo khí cầu dẫn hướng
Hình 1.6. là kiểu treo khí độc lập hai đòn ngang, có khả năng hạ thấp
trong tâm xe, balon khí có chiều cao thấp, hành trình động không lớn, thân xe
ít lắc ngang. Tải của loại này là 5 000...6 500 kg.


8

Hình 1.6. Hệ treo khí cầu dẫn hướng
Hinh 1.7. là hệ thống treo khí phụ thuộc, 4 balon khí, có cơ cấu chống
xoay, có thể đỡ 10500 đến 12000 kg tải. Balon khi đặt trực tiếp dưới dầm dọc
nên khả năng bánh xe tiếp đường tốt.

Hình 1.7. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động

Hình 1.8 là kiểu treo 4 balon khí, có không gian lớn, các balon khi đặt
xa nhau nên có khả năng chống xoay tốt, nâng cao khả năng ổn định, giảm
rung ồn. Hệ này có khả năng hạ thấp trọng tâm.
1.2. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường
[2,3]
Ô tô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với đường có
biên dạng phức tạp. Dao động của ô tô không những ảnh hưởng đến con
người (lái xe và hành khách), hàng hóa chuyên chở, độ bền của các cụm tổng
thành, ảnh hưởng tới độ an toàn chuyển động của ô tô, mà còn ảnh hưởng tới


9

tuổi thọ của đường. Đặc biệt trong quá trình chuyển động, sự kích động động
học của mấp mô mặt đường làm cho ô tô dao động, khi ô tô dao động làm
phát sinh tải trọng động lớn tác dụng nên hệ thống chịu tải của xe (khung vỏ),
các chi tiết, cơ cấu tổng thành…ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chúng.

Hình 1.8. Hệ treo khí 4 túi khí để hạ thấp trọng tâm
1.3. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường
Ô tô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với đường có
biên dạng phức tạp. Dao động của ô tô không những ảnh hưởng đến con
người (lái xe và hành khách), hàng hóa chuyên chở, độ bền của các cụm tổng
thành, ảnh hưởng tới độ an toàn chuyển động của ô tô, mà còn ảnh hưởng tới
tuổi thọ của đường. Đặc biệt trong quá trình chuyển động, sự kích động động
học của mấp mô mặt đường làm cho ô tô dao động, khi ô tô dao động làm
phát sinh tải trọng động lớn tác dụng nên hệ thống chịu tải của xe (khung vỏ),
các chi tiết, cơ cấu tổng thành…ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chúng.
1.3.1.Các nguồn gây dao động ô tô
Đối với một cơ hệ bất kỳ, nguồn kích thích dao động có hai dạng là các

kích thích động học và kích thích lực học.
Trên ôtô có nhiều nguồn 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 truyển lực.


10

Các ngoại lực xuất hiện trong quá trình chuyển động của ôtô khi tăng tốc,
khi phanh, khi quay vòng.
Các mấp mô bề mặt đường
Cho đến nay mấp mô biên dạng đường vẫn được coi là nguồn chính gây
ra dao động ô tô. Các mấp mô biên dạng đường là kích động động học từ mặt
đường, có thể mô tả bằng nhiều cách:
- Mô tả bằng các hàm xác định thường là các mấp mô dạng xung hoặc
mấp mô có dạng hàm điều hoà.
- Mấp mô biên dạng đường mô tả bằng hàm ngẫu nhiên của chiều cao
nhấp nhô theo chiều dài đường.
Việc nghiên cứu dao động của ô tô bằng mô hình ở giai đoạn phát triển
mô hình thì hai nhóm kích động đơn và tuần hoàn là hợp lý vì tín hiệu vào là
tường minh cho phép quản lý tín hiệu ra của mô hình. Khi nghiên cứu dao
động ôtô dưới tác dụng của đường ở một vài loại đường, ở một vài khu vực cụ
thể, nhất thiết phải đo đạc về đường và nhất thiết phải sự dụng hàm ngẫu
nhiên.
1.3.2. Ảnh hưởng của dao động đối với ô tô, đường giao thông và cơ thể
con người
Phương tiện giao thông trong quá trình chuyển động sinh các dao động,
hệ thống dao động trong mối quan hệ chặt chẽ với đường - hành khách - lái xe
(hệ thống quan hệ “Đường - Ô tô - Con người”)
Qua hình 1.9 hiện nay có các hướng nghiên cứu về hệ thống quan hệ

trên: nghiên cứu về bề mặt đường; nghiên cứu dao động của ô tô; nghiên cứu
cảm giác và sức chịu đựng của con người.
Hướng nghiên cứu thứ nhất, thực hiện bằng cả thực nghiệm và lý thuyết
nhằm mục đích xác định quy luật kích thích dao động ô tô. Bằng các phương
pháp đo ghi biên dạng đường khác nhau, tiến hành xử lý các kết quả nhận
được. Dao động của ô tô khi chuyển động là dao động cưỡng bức với nguồn
kích thích là mấp mô của mặt đường. Mấp mô mặt đường thường không có


11

quy luật (mấp mô mặt đường ngẫu nhiên), để mô tả toán học biên dạng đường
dùng các đặc trưng thống kê gồm: kỳ vọng toán học, phương sai và mật độ
phổ năng lượng của chiều cao mấp mô mặt đường. Trên thế giới có nhiều
công trình nghiên cứu về việc mô tả toán học độ mấp mô bề mặt đường.

Hình 1.9. Mối quan hệ giữa Đường – Ô tô - Người[2,3]
Hướng nghiên cứu thứ hai, nghiên cứu dao động ô tô với mục đích cải
thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng, độ
ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy... Vì vậy, nghiên cứu dao động ô tô


12

là nghiên cứu mối quan hệ giữa dao động của ô tô với các chỉ tiêu của các
chất lượng khai thác kể trên.
a) Ảnh hưởng của dao động lên cơ thể con người
Khi ô tô chuyển động sinh ra các dao động tác động lên người ngồi trên ô
tô làm cho cơ thể con người vừa thực hiện dao động riêng tắt dần và dao
động cưỡng bức. Các ảnh hưởng này được đề cập đến trong khái niệm độ êm

dịu chuyển động của ôtô. Lực kích thích tác động lên cơ thể con người bằng
một trong hai đường truyền : Có thể là tác động vào phần mông (nêu ngồi
trên ghế) hoặc tác động vào bàn chân (nếu người đó đứng). Ngoài ra đối với
người lái còn bị tác động từ vô lăng vào tay người lái. Dao động phức tạp này
gây biến đổi tâm sinh lý làm cơ thể mỏi mệt giảm năng suất làm việc gây ảnh
hưởng lâu dài đến sức khoẻ. Hình 1.10 minh họa cho tác động của dao động
đến cơ thể con người.

Hình 1.10. Các vị trí tiếp xúc dao động của người điều khiển
Ảnh hưởng của dao động ô tô đối với cơ thể con người phụ thuộc vào rất
nhiều yếu tố : Thời gian tác động, hướng tác động, đặc tính của hàm kích dao
động(là ngẫu nghiên, liên tục, gián đoạn có chu kỳ hay không có chu


13

kỳ…)cũng như các đại lượng đặc trưng cho dao động như : Tần số, biên độ,
vận tôc, gia tốc dao động.

Hình 1.11. Các tần số cơ thể người
Các vùng tần số kích thích của cơ thể người được thể hiện trên hình…...
Rung động trong dải tần số 3-5 Hz có thể gây ra phản ứng trong đường tiền
đình và gây rối loạn lưu thông máu trong hệ thống tuần hoàn, dẫn đến
carotenoids.
Rung động trong dải tần số 5-11 Hz có thể gây ra rối loạn ở tai trong,
đồng thời tạo ra rung động cộng hưởng của cơ thể hoặc một số bộ phận khác,
chẳng hạn như đầu, dạ dày, v.v ... Rung trong dải tần số tại 11 -45 Hz có thể
gây ra rối loạn chức năng của các cơ quan nội tạng gây giảm thị lực dẫn đến
buồn nôn và ù tai.
a. Ảnh hưởng của dao động ô tô đến độ bền xe, đường giao thông và độ

an toàn - kinh tế chuyển động.
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 vận tốc trung bình giảm khoảng


14

(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)% [6]. 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 …
Dao động của ôtô sẽ gây ra sự thay đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa
mặt tiếp xúc của bánh xe với bề mặt đường. Nếu giá trị phản lực pháp tuyến
giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ giảm khả năng tiếp nhận các lực
dọc (lực kéo, lực phanh) và lực ngang, còn khi giá trị phản lực này tăng lên
thì sẽ tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường.
Trong quá trình chuyển động xe có thể xảy ra hiện tượng tách bánh (bánh
bị nhấc khỏi mặt đường) làm độ an toàn chuyển động giảm vì lúc đó mất khả
năng bám của bánh xe với mặt đường. Đối với bánh xe chủ động khi có hiện
tượng tách bánh thì công của động cơ lúc này trở thành công vô ích năng
lượng của động cơ không trực tiếp đẩy ô tô chuyển động mà làm bánh xe
quay không, sau đó bánh xe lại tiếp tục tiếp xúc với mặt đường tạo ra ma mát
trượt giữa bánh xe vơí mặt đường làm mòn lốp, gây va đập trong hệ thống
truyền lực. Nếu hiện tượng này xẩy ra nhiều và liên tục sẽ làm tăng tiêu hao
nhiên liệu ảnh hưởng đến tính kinh tế của ô tô. Ngoài ra chính các lực tác

động thường xuyên xuống mặt đường phá hỏng bề mặt đường.
Dao động của ô tô chủ yếu phụ thuộc vào thông số kết cấu của hệ thống
treo. Vì vậy yêu cầu khi thiết kế chế tạo phải lựa chọn các thông số của hệ
thống treo hợp lý vừa đảm bảo độ êm dịu, độ bền, độ cứng vững, vừa tuân
theo điều kiện làm việc nhất định của hệ thống treo.
1.4. Phân tích các chỉ tiêu đánh giá dao động của ô tô [2,3]
Để đánh giá mức độ dao động thì việc lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá
đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc nghiên cứu dao động của ô tô. Do
đó, khi thiết kế ô tô, lựa chọn hay tính toán các thông số liên quan đến dao


15

động đều phải xuất phát từ mối quan hệ giữa Đường – Ô tô - Người. Tuy
nhiên việc lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá lại không phải dễ dàng. Về mặt
nguyên tắc, trước hết phải dựa vào những đặc tính nhân chủng học, các đặc
điểm tâm sinh lý của con người Việt nam (thể hiện bằng các thông số thống
kê, đo đạc và thực nghiệm). Do sự phát triển của nền kinh tế, khoa học kỹ
thuật của nước ta vẫn còn hạn chế nên việc nghiên cứu cũng như đưa ra chỉ
tiêu đánh giá vẫn vòn hạn chế. Ở các nước trên thế giới với sự phát triển mạnh
mẽ về khoa học nên việc đánh giá khá thuận lơi nhưng các nước cũng chọn
các chỉ tiêu đánh giá không hoàn toàn giống nhau. Theo các tài liệu các công
trình nghiên cứu của nước ngoài cùng với sự kết hợp kết quả nghiên cứu của
Viện khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động Việt nam, dưới đây làm một số chỉ
tiêu đánh giá.
1.4.1. Tần số và gia tốc dao động
Quá trình tham gia giao thông của người điều là một hệ dao động, mỗi
bước đi mỗi động tác là hoạt động thường xuyên của con người đã trở thành
một thói quen. Khi con người đi lại tương đương với hệ thực hiện dao động,
tuỳ thuộc vào hình dáng, trọng lượng riêng, thói quen từng người mà số lần

bước trong một phút thường trong khoảng 60-90 bước, tương ứng với tần số
dao động khoảng 1 -1,5Hz. Vậy nên từ thói quen đó con người chịu dao động
hợp lý trong khoảng tần số vừa nêu trên. Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động
của ô tô với các điều kiện mặt đường cũng như kết cấu cụ thể thì tần số dao
động của ô tô phải nằm trong giới hạn 1 -1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh
giá dao động của ô tô như sau:
+ Tần số dao động:
Tần số dao động xe con nằm trong khoảng
n =60 – 90 lần/phút đối với xe con;
n=100-120 lần/phút đối với xe vận tải;


16

+ Gia tốc dao động
Giá trị này được lấy theo tần số trung bình trung bình của gia tốc theo
các phương X,Y,Z là
..

Z c  2.5
..

Yc  0.7
..

X c  1.0

Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển
động của ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Mặt khác, điều quan
trọng hơn là dao động ô tô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu

nhiên với dải tần số rộng và phức tạp cả theo hướng tác dụng. Ngoài ra theo
một số tài liệu tham khảo các tác giả còn đưa ra một số chỉ tiêu khác đánh giá
độ êm dịu chuyển động của ô tô. Ngoài ra người ta còn đưa ra số lần va đập
do độ mấp mô của mặt đường gây ra trong 1 km đường chạy để đánh giá độ
êm dịu chuyển động của xe khi đi trên đường thực tế. Khi số lần va đập này
quá lớn sẽ mất êm dịu chuyển động đồng thời ảnh hưởng tới tuổi thọ và độ
bền của các chi tiết trong hệ thống treo.
1.4.2.Chỉ tiêu về độ êm dịu được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI
a,Chỉ tiêu về độ êm dịu cho con người:
Chỉ tiêu đưa ra bằng tiêu chuẩn công nghiệp Đức VDI- 2057. Độ êm
dịu chuyển động là cảm giác của người, đặc trưng bởi nhiều thông số vật lý.
Do đó, người ta đưa ra khái niệm “cường độ dao động KB” để chỉ mức độ ảnh
hưởng của dao động với người.
Cường độ dao động KB phụ thuộc:
..

..

..

- Gia tốc z , y , x
- Tần số kích động
- Thời gian tác động
Có 3 ngưỡng được dùng để đánh giá:
- KB= 20 giới hạn êm dịu