Nghiên cứu khảo sát hệ thống treo xe con

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

BÙI ĐỨC BÌNH

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ THỐNG TREO XE CON

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

BÙI ĐỨC BÌNH

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HỆ THỐNG TREO XE CON

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS VÕ VĂN HƯỜNG

Hà Nội – 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi và
chưa được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác. Các số liệu, kết quả đưa ra
trong luận văn là trung thực, khách quan.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ trong việc thực hiện luận văn đã được
cảm ơn, các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.

Người hướng dẫn khoa học

Tác giả

PGS.TS Võ Văn Hường

Bùi Đức Bình


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC ..................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ...................................................3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................4
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................7
LỜI NÓI ĐẦU ...........................................................................................................8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ...................................9
1.1. Tính cấp thiết của đề tài........................................................................................ 9
1.2. Giới thiệu chung về hệ thống treo ô tô con ........................................................ 10

1.2.1. Công dụng, yêu cầu .................................................................................... 10
1.2.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo xe con. .............................................. 11
1.2.3 Xu hướng phát triển của các hệ thống treo (HTT) ...................................... 12
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động .................................................... 13
1.3.1.Chỉ tiêu về tần số ......................................................................................... 13
1.3.2.Chỉ tiêu về gia tốc dao động ........................................................................ 13
1.3.3. Chỉ tiêu dựa trên số liệu cảm giác theo gia tốc và vận tốc dao động ......... 14
1.3.4. Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động theo ISO . 14
1.3.5. Tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam ....................................................... 16
1.4. Các nghiên cứu về hệ thống treo ........................................................................ 18
1.5. Mục tiêu, phương pháp nghiên cứu và nội dung của đề tài................................ 19
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG HỆ THỐNG TREO Ơ TƠ
CON ..........................................................................................................................20
2.1. Các dạng mơ hình mơ phỏng hệ thống treo ........................................................ 20
2.1.1. Các khái niệm và các thành phần trong mơ hình ........................................ 20
2.1.2. Các dạng mơ hình dao động ô tô theo phương thẳng đứng ........................ 20
2.2. Xây dựng mơ hình dao động 1/4 và hệ phương trình vi phân mơ phỏng........... 23
2.3. Mơ phỏng mấp mơ mặt đường ........................................................................... 25
2.3.1.Mô phỏng mấp mô mặt đường cơ bản ......................................................... 25
2.3.2. Mô phỏng mấp mô mặt đường theo dạng sin và theo ISO 8608 ............... 27
2.4. Xây dựng mơ hình dao động bằng Matlab Simulink ......................................... 32
2.4.1. Xây dựng mơ hình mơ phỏng mấp mơ mặt đường ..................................... 32
2.4.2. Xây dựng mơ hình mơ phỏng dao động ..................................................... 33

1


2.5. Xây dựng chương trình mơ phỏng mấp mơ mặt đường ngẫu nhiên theo ISO
8608 ........................................................................................................................... 34
CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG Ơ TƠ BẰNG MƠ HÌNH 1/4 ..............37

3.1. Các phương án khảo sát mơ hình dao động ....................................................... 37
3.2. Khảo sát mơ hình với mấp mơ dạng sin đơn...................................................... 38
3.2.1. Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng C tới hệ thống treo ................................ 38
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản K tới hệ thống treo .............................. 47
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao mấp mô tới hệ thống treo .................... 54
3.3. Khảo sát mơ hình với mấp mơ mặt đường là kết quả của chương trình theo ISO
8608 ........................................................................................................................... 62
CHƯƠNG 4. THÍ NGHIỆM DAO ĐỘNG TRÊN XE CON ..............................69
4.1. Mục tiêu thí nghiệm ........................................................................................... 69
4.2. Đối tượng thí nghiệm ......................................................................................... 69
4.3. Sơ đồ thí nghiệm ................................................................................................ 70
4.4. Thiết bị thí nghiệm ............................................................................................. 70
4.4.1. Module MPU 6050 .................................................................................... 71
4.4.2. Master module ............................................................................................ 78
4.5. Phương án thí nghiệm ........................................................................................ 80
4.6. Kết quả đánh giá................................................................................................. 81
4.6.1. Thí nghiệm với vận tốc 5 km/h ................................................................... 81
4.6.2. Thí nghiệm với vận tốc 10 km/h ................................................................. 84
4.6.3. Thí nghiệm với vận tốc 15 km/h ................................................................. 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................88
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................89

2


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Đơn vị

Giải nghĩa

ma

kg

Khối lượng được treo

m

kg

Khối lượng khơng được treo

C

kN/m

Độ cứng lị xo

K

kN.s/m

Hệ số cản giảm chấn

CL

kN/m

Độ cứng lốp

KL

kN.s/m

Hệ số cản lốp

Gt

N

Trọng lượng xe

Z

m

Chuyển vị khối lượng được treo

ξ

m

Chuyển vị khối lượng không được treo

Z”

m/s2

Gia tốc khối lượng được treo

ξ"

m/s2

Gia tốc khối lượng không được treo

h

m

Chiều cao mấp mô mặt đường

Fz

N

Tải trọng thẳng đứng theo phương z

Fc

N

Lực đàn hồi

Fk

N

Lực giảm chấn

RMS(Z”)

m/s2

Giá trị bình phương trung bình của Z”

RMS(ξ")

m/s2

Giá trị bình phương trung bình của ξ"

RMS(Fz)

N

Giá trị bình phương trung bình của Fz

3


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Chỉ tiêu cảm giác theo gia tốc ...................................................................... 14
Hình 1.2: Giới hạn tác động của dao động thẳng đứng................................................ 15
Hình 1.3: Vùng chỉ dẫn sức khỏe của TCVN 6964 ..................................................... 17
Hình 2.1: Mơ hình 1/4 hệ thống treo ơ tơ ..................................................................... 21
Hình 2.2: Mơ hình 1/2 hệ thống treo ơ tơ ..................................................................... 21

Hình 2.3: Mơ hình 1/2 hệ thống treo ơ tơ ..................................................................... 22
Hình 2.4: Mơ hình khơng gian hệ thống treo ô tô ........................................................ 22
Hình 2.5: Mô hình 1/4 hệ thống treo ơ tơ ..................................................................... 23
Hình 2.6: Các lực tác dụng vào khối lượng được treo ................................................. 24
Hình 2.7: Các lực tác dụng lên khối lượng khơng được treo ....................................... 24
Hình 2.8: Mấp mơ mặt đường dạng hình cosin ............................................................ 27
Hình 2.9: Mật độ phổ của các loại đường theo tiêu chuẩn ISO 8608.......................... 29
Hình 2.10: Mơ tả mấp mơ mặt đường theo ISO 8608.................................................. 32
Hình 2.11: Sơ đồ mơ phỏng mấp mơ mặt đường ......................................................... 33
Hình 2.12: Sơ đồ mơ phỏng hệ phương trình vi phân dao động hệ thống treo ơ tơ .... 33
Hình 3.1: Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng C tới gia tốc khối lượng được treo......... 39
Hình 3.2: Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng C tới tải trọng Fz .................................... 40
Hình 3.3: Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng C tới gia tốc khối lượng khơng được treo
........................................................................................................................................ 41
Hình 3.4: Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng C tới chuyển vị khối lượng được treo.... 41
Hình 3.5: Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng C tới lực đàn hồi Fc ................................ 42
Hình 3.6: Khảo sát ảnh hưởng của độ cứng C tới lực giảm chấn Fk ........................... 42
Hình 3.7: Đường đặc tính ảnh hưởng của độ cứng C tới gia tốc Z”max..................... 43
Hình 3.8: Đường đặc tính ảnh hưởng của độ cứng C tới tải trọng Fzmax ................... 44
Hình 3.9: Đường đặc tính ảnh hưởng của độ cứng C tới gia tốc ξ”max ..................... 45
Hình 3.10: Đường đặc tính ảnh hưởng của độ cứng C tới chuyển vị Zmax ............... 45
Hình 3.11: Đường đặc tính ảnh hưởng của độ cứng C tới lực đàn hồi Fcmax ............ 46
Hình 3.12: Đường đặc tính ảnh hưởng của độ cứng C tới lực giảm chấn Fkmax ....... 46
Hình 3.13: Khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản K tới gia tốc khối lượng được treo .... 47
Hình 3.14: Khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản K tới gia tốc khối lượng không được
treo ................................................................................................................................. 48

4

Hình 3.15: Khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản K tới chuyển vị khối lượng được treo
........................................................................................................................................ 48
Hình 3.16: Khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản K tới tải trọng Fz ................................ 49
Hình 3.17: Khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản K tới lực giảm chấn Fk ...................... 50
Hình 3.18: Khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản K tới lực đàn hồi Fc ........................... 50
Hình 3.19: Đường đặc tính ảnh hưởng của hệ số cản K tới gia tốc Z”max ................ 51
Hình 3.20: Đường đặc tính ảnh hưởng của hệ số cản K tới gia tốc ξ”max ................. 52
Hình 3.21: Đường đặc tính ảnh hưởng của hệ số cản K tới chuyển vị Zmax ............. 52
Hình 3.22: Đường đặc tính ảnh hưởng của hệ số cản K tới Fcmax ............................. 53
Hình 3.23: Đường đặc tính ảnh hưởng của hệ số cản K tới Fkmax ............................. 53
Hình 3.24: Đường đặc tính ảnh hưởng của hệ số cản K tới Fzmax ............................. 54
Hình 3.25: Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao mấp mô h tới gia tốc khối lượng được
treo ................................................................................................................................. 55
Hình 3.26: Gia tốc khối lượng khơng được treo .......................................................... 56
Hình 3.27: Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao h tới chuyển vị khối lượng được treo 56
Hình 3.28: Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao mấp mơ h tới tải trọng Fz .................. 57
Hình 3.29: Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao mấp mô h tới lực đàn hồi Fc .............. 58
Hình 3.30: Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao mấp mô h tới lực giảm chấn Fk ......... 58
Hình 3.31: Đường đặc tính ảnh hưởng của chiều cao mấp mơ h tới Z”max ............... 59
Hình 3.32: Đường đặc tính ảnh hưởng của chiều cao mấp mơ h tới ξ”max ............... 60
Hình 3.33: Đường đặc tính ảnh hưởng của chiều cao mấp mô h tới Zmax ................ 60
Hình 3.34: Đường đặc tính ảnh hưởng của chiều cao mấp mơ h tới Fcmax................ 61
Hình 3.35: Đường đặc tính ảnh hưởng của chiều cao mấp mơ h tới Fkmax ............... 61
Hình 3.36: Đường đặc tính ảnh hưởng của chiều cao mấp mơ h tới Fzmax................ 62
Hình 3.37: Đường ISO C-D .......................................................................................... 63
Hình 3.38: Đáp ứng về gia tốc của khối lượng được treo theo ISO C-D .................... 64
Hình 3.39: Đáp ứng về gia tốc của khối lượng không được treo theo ISO C-D ......... 64
Hình 3.40: Đáp ứng về chuyển vị của khối lượng được treo theo ISO C-D ............... 65
Hình 3.41: Lực đàn hồi Fc theo ISO C-D..................................................................... 65
Hình 3.42: Lực giảm chấn Fk theo ISO C-D................................................................ 66

Hình 3.43: Tải trọng Fz theo đường ISO C-D.............................................................. 66
Hình 3.44: Giá trị RMS(Z") ảnh hưởng bởi vận tốc theo đường ISO C-D ................. 67
Hình 3.45: Giá trị RMS(Fz) ảnh hưởng bởi vận tốc theo đường ISO C-D ................. 68
Hình 4.1: Xe Honda civic được dùng để thực nghiệm................................................. 69
5


Hình 4.2: Sơ đồ vị trí lắp đặt cảm biến ......................................................................... 70
Hình 4.3: Sơ đồ cấu trúc Module MPU 6050 ............................................................... 72
Hình 4.4: Hình dạng và sơ đồ chân của cảm biến MPU 6050 ..................................... 73
Hình 4.5: Mạch thu phát RF UART CC1101 433 Mhz HC-11 ................................... 74
Hình 4.6: Mạch chuyển đổi tín hiệu Arduino Nano ..................................................... 75
Hình 4.7: Sơ đồ kết nối dây Module MPU 6050.......................................................... 77
Hình 4.8: Hình ảnh thực tế thiết bị Module MPU 6050............................................... 78
Hình 4.9: Sơ đồ cấu trúc Master Module ..................................................................... 78
Hình 4.10: Sơ đồ kết nối dây Master module ............................................................... 79
Hình 4.11: Hình ảnh thực tế thiết bị master module .................................................... 80
Hình 4.12: Cảm biến gia tốc gắn dưới cầu xe .............................................................. 81
Hình 4.13: Cảm biến gia tốc gắn trên thân xe .............................................................. 81
Hình 4.14: Kết quả thí nghiệm gia tốc thân xe Z" (với v=5km/h)............................... 82
Hình 4.15: Kết quả mơ phỏng gia tốc thân xe Z" (với v=5km/h) ................................ 82
Hình 4.16: Kết quả thí nghiệm gia tốc cầu xe ξ" (với v=5km/h) ................................. 83
Hình 4.17: Kết quả mơ phỏng gia tốc cầu xe ξ" (với v=5km/h) .................................. 83
Hình 4.18: Kết quả thí nghiệm gia tốc thân xe Z" (với v=10km/h)............................. 84
Hình 4.19: Kết quả thí nghiệm gia tốc thân xe Z" (với v=10km/h)............................. 84
Hình 4.20: Kết quả thí nghiệm gia tốc cầu xe ξ" (với v=10km/h)............................... 85
Hình 4.21: Kết quả mơ phỏng gia tốc cầu xe ξ" (với v=10km/h) ................................ 85
Hình 4.22: Kết quả thí nghiệm gia tốc thân xe Z" (với v=15km/h)............................. 86
Hình 4.23: Kết quả mơ phỏng gia tốc thân xe Z" (với v=15km/h) .............................. 86
Hình 4.24: Kết quả thí nghiệm gia tốc cầu xe ξ" (với v=15km/h)............................... 87

Hình 4.25: Kết quả mô phỏng gia tốc cầu xe ξ" (với v=15km/h) ................................ 87

6


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 : Sự phản ứng của cơ thể đối với những mức rung động khác nhau
(TCVN 6964) ............................................................................................................18
Bảng 2.1: Một số dạng mấp mô mặt đường cơ bản và phương trình mơ tả .............26
Bảng 2.2: Tiêu chuẩn ISO 8608 phân loại đường .....................................................29
Bảng 3.1: Thông số đặc trưng của mơ hình dao động ..............................................38
Bảng 3.2: Giá trị Z’’max, Fzmax thay đổi theo độ cứng C ......................................43
Bảng 3.3: Giá trị RMS thay đổi theo độ cứng C .......................................................43
Bảng 3.4: Giá trị Z’’max, Fzmax thay đổi hệ số cản K ............................................51
Bảng 3.5: Giá trị RMS thay đổi theo hệ số cản K .....................................................51
Bảng 3.6: Giá trị Z’’max, Fzmax thay đổi theo chiều cao mấp mô h .......................59
Bảng 3.7: Các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô với kích thích mặt đường ngẫu nhiên
theo ISO C-D.............................................................................................................67

7


LỜI NĨI ĐẦU
Trong những năm gần đây, nền cơng nghiệp ô tô của nước ta đã có sự phát
triển mạnh mẽ, hịa nhập với sự phát triển khơng ngừng của ngành công nghiệp ôtô
trên thế giới. Sau khi “Hiệp định Thương mại hàng hóa ASEAN (ATIGA)” bắt đầu
có hiệu lực từ năm 2018, thuế suất nhập khẩu ô tô từ các nước trong khu vực về
Việt Nam giảm từ 30% xuống 0%, ảnh hưởng và cạnh tranh trực tiếp đến các doanh
nghiệp lắp ráp ô tô trong nước. Bên cạnh đó, sự mở cửa hợp tác mạnh mẽ với các
quốc gia có nền cơng nghiệp ơ tơ phát triển hàng đầu thế giới như Đức, Mỹ, Nhật

Bản,… cùng với việc các tập đoàn lớn trong nước cũng bắt đầu bắt tay vào ngành
công nghiệp sản xuất ô tô, chưa bao giờ nền công nghiệp ô tô Việt Nam lại đứng
trước những cơ hội to lớn như thế.
Với nhu cầu đặt ra ngày càng khắt khe hơn của người sử dụng ô tô nói chung
và sử dụng xe ô tô con, ơ tơ du lịch nói riêng thì các hệ thống trên xe con ngày càng
phải hoàn thiện, vận hành an toàn và phục vụ tối đa các nhu cầu của người sử dụng.
Trong đó tiêu chí về êm dịu, ít tiếng ồn, vận hành trơn tru êm ái là một trong những
tiêu chí hàng đầu đặt ra của người sử dụng khi quyết định lựa chọn một chiếc ô tô.
Hệ thống treo là hệ thống ảnh hưởng trực tiếp đến những yếu tố đó.
Vì vậy, việc tìm hiểu và nghiên cứu về hệ thống treo có ý nghĩa hết sức quan
trọng. Với sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của PGS.TS Võ Văn Hường cùng với sự
giúp đỡ không nhỏ từ các thầy trong bộ mơn Ơ tơ và xe chuyên dụng, em đã hoàn
thành luận văn “Nghiên cứu khảo sát hệ thống treo xe con’’. Trong quá trình thực
hiện đề tài mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên khơng
tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Học viên thực hiện:

Bùi Đức Bình

8


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, ngành công nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô trong nước đang đứng

trước cơ hội phát triển mạnh khi mạng lưới giao thông không ngừng được nâng cấp
và mở rộng, nhu cầu đi lại của con người và vận chuyển hàng hóa ngày một gia
tăng. Sự lựa chọn của người sử dụng hướng vào các ô tơ có chất lượng cao, trong đó
đặc biệt chú ý đến tính năng an tồn cao và tiện nghi khi sử dụng của ô tô. Đặc biệt,
thị trường trong nước về ơ tơ du lịch hay ơ tơ con nói riêng đang phát triển với tốc
độ cực kì nhanh chóng, và đang thay đổi từng ngày, khi các tập đoàn lớn cũng bắt
tay vào lĩnh vực sản xuất ô tô. Với sự đầu tư mạnh và sự hỗ trợ hết sức từ chính
phủ, nền cơng nghiệp ơ tơ của Việt Nam đang đứng trước những cơ hội rất lớn.
Lĩnh vực dao động ô tô là lĩnh vực được rất nhiều nhà khoa học và các
chuyên gia trên thế giới cũng như tại Việt Nam quan tâm nghiên cứu với mục đích
nhằm thiết kế và chế tạo ra ơ tơ có các tính năng ưu việt đáp nhu cầu ngày càng cao
của con người. Hướng phát triển hiện nay được tập trung vào các ô tô thân thiện với
môi trường và tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao tiện
nghi và an toàn chuyển động.
Việc nghiên cứu dao động trên ô tô gắn liền với việc nghiên cứu hệ thống
treo. Hệ thống treo là hệ thống hết sức quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến tính êm
dịu, an tồn chuyển động, đặc biệt là khi ơ tơ di chuyển trên loại đường có chất
lượng mặt đường xấu.
Nghiên cứu giải pháp để để kiểm soát, nâng cao chất lượng của hệ thống treo
cũng như các bộ phận chuyển động ô tô, đáp ứng yêu cầu về êm dịu và tính an tồn
chuyển động là cần thiết. Do vậy, việc đặt vấn đề “Nghiên cứu khảo sát hệ thống
treo xe con” là một hướng nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn và cần thiết ở Việt Nam
hiện nay.

9


1.2.

Giới thiệu chung về hệ thống treo ô tô con

1.2.1. Công dụng, yêu cầu
a, Công dụng
Khái niệm hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết giữa bánh xe và
khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi nó có chức
năng chính sau đây:
- Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương
thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạn chế
tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động khơng muốn có khác của bánh
xe (như lắc ngang, lắc dọc).
- Truyền lực và mô men giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng
(tải trọng, phản lực), lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực kéo với
khung, vỏ), lực bên (lực li tâm, lực gió bên, phản lực bên ), mô men chủ động, mô
men phanh.
b, Yêu cầu
Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm
nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực. Quan hệ này được thể hiện ở các yêu
cầu chính sau đây :
- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật
của xe (xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau).
- 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 làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ
động học và động lực học của chuyển động bánh xe.

- Không gây nên tải trọng tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ.
- Có độ bền cao.
- Có độ tin cậy lớn, không gặp hư hỏng bất thường.
Đối với xe con chúng ta cần phải quan tâm đến các yêu cầu sau :
- Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn.

10


- Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên thùng, vỏ tốt
- Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển, chuyển động của ơ tô ở tốc độ
cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng.
1.2.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo xe con.
Hệ thống treo xe con gồm các bộ phận chính sau đây :
- Bộ phận đàn hồi: là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, nhằm
biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người. Bộ phận đàn hồi có thể
bố trí khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo
phương thẳng đứng.
Trên xe con bộ phận đàn hồi thường gặp là loại:
- Nhíp lá
- Lị xo trụ
- Lị xo cơn hoặc lị xo xếp
- Thanh xoắn
- Khí nén
- Thuỷ lực
Hiện nay bộ phận đàn hồi được làm có xu hướng “mềm mại” hơn nhằm tạo
điều kiện cho bánh xe lăn “êm” trên mặt đường.
Hiện nay người ta dùng các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi độ cứng
trong một giới hạn rộng. Khi xe chạy ít tải, độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, khi tăng
tải thì độ cứng cần phải có giá trị lớn. Chính vì vậy mà cần phải có thêm các bộ

phận đàn hồi phụ như: nhíp phụ, vấu tỳ bằng cao su biến dạng, đặc biệt là các bộ
phận đàn hồi có khả năng thay đổi tự động độ cứng theo tải trọng kết hợp với các bộ
phận thay đổi chiều cao trọng tâm của xe.
- Bộ phận dẫn hướng: cho phép các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng ở mỗi
vị trí của nó so với khung vỏ, bánh xe phải đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ.
Bộ phận dẫn hướng phải thực hiện tốt chức năng này. Trên mỗi hệ thống treo thì bộ
phận dẫn hướng có cấu tạo khác nhau. Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay
đổi vị trí theo phương thẳng đứng được gọi là quan hệ động học. Khả năng truyền

11


lực ở mỗi vị trí được gọi là quan hệ động lực học của hệ treo. Trong mối quan hệ
động học các thơng số chính được xem xét là : sự dịch chuyển (chuyển vị) của các
bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổi theo phương thẳng
đứng. Mối quan hệ động lực học được biểu thị qua khả năng truyền các lực và các
mô men khi bánh xe ở các vị trí khác nhau.
- Bộ phận giảm chấn: đây là bộ phận hấp thụ năng lượng dao động cơ học
giữa bánh xe và thân xe. Bộ phận giảm chấn có ảnh hưởng tới biên độ dao động.
Trên các xe hiện đại chỉ dùng loại giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều trả
và nén. Trong hành trình trả (bánh xe đi xa khung và vỏ) giảm chấn có nhiệm vụ
giảm bớt xung lực va đập truyền từ bánh xe lên khung xe.
- Thanh ổn định: trên xe con thanh ổn định hầu như đều có. Trong trường
hợp xe chạy trên nền đường khơng bằng phẳng hoặc quay vịng, dưới tác dụng của
lực li tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng
độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với
mặt đường. Thanh ổn định có tác dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng
đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu
chịu tải ít hơn. Cấu tạo chung của nó có dạng chữ U. Các đầu chữ U nối với bánh xe
còn thân nối với dầm đỡ nhờ các ổ đỡ cao su.

- Các vấu cao su tăng cứng và hạn chế hành trình: trên xe con các vấu cao
su thường được đặt kết hợp trong vỏ của giảm chấn. Vấu cao su vừa tăng cứng vừa
hạn chế hành trình của bánh xe nhằm hạn chế hành trình làm việc của bánh xe.
- Các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe :
Hệ thống treo đảm nhận mối liên kết giữa bánh xe và thùng vỏ, do vậy trên hệ
thống treo có thêm các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe. Các cơ cấu
này rất đa dạng nên ở mỗi loại xe lại có cách bố trí khác nhau, các loại khác nhau.
1.2.3 Xu hướng phát triển của các hệ thống treo (HTT)
Hiện nay thế giới đang sử dụng nhiều loại HTT rất đa dạng và phong phú ,
với đủ kiểu mẫu và chủng loại. Nhưng đối với ô tô con hiện đại ngày nay người ta
thường hay sử dụng các loại hệ thống treo độc lập như:

12


-

HTT hai địn ngang

-

HTT Mc.Pherson

-

HTT địn dọc

-

HTT địn dọc có thanh liên kết

Một số ít các ơ tơ khác có sử dụng HTT đòn chéo hoặc HTT nhiều khâu. Kết
hợp với việc sử dụng HTT độc lập là sử dụng loại lốp có bề rộng lớn và có áp suất
thấp. Điều này có lợi cho việc biến dạng lốp, và làm tăng độ êm dịu chuyển động
của ô tô. Tăng khả năng bám đường của lốp và do đó nâng cao được tốc độ chuyển
động của ô tô, tăng khả năng ổn định khi quay vịng. Các HTT của ơ tơ con hiện
nay thường dùng loại có cấu tạo đơn giản, giảm số chi tiết, giảm trọng lượng HTT,
giá thành hạ, dễ tháo lắp sửa chữa và bảo dưỡng.
1.3.

Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động
Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ơ tơ. Dựa trên

tài của nước ngồi kết hợp với các tài liệu vủa Viện khoa học kỹ thuật bảo hệ lao
động Việt Nam, ta có thể liệt kê một số chỉ tiêu (xem là quan trọng đầu tiên) như
sau:
1.3.1. Chỉ tiêu về tần số
Tần số dao động của ô tô trong giới hạn sau: n = 60 - 90 lần/phút đối với xe
con n = 100 - 120 lần/phút đối với xe vận tải. Giá trị này được lấy theo tần số trung
bình của người đi bộ, tương ứng với 1 - 1,5Hz.
1.3.2. Chỉ tiêu về gia tốc dao động
Xác định dựa trên cơ sở trị số của bình phương trung bình của các gia tốc
theo các phương X,Y,Z là: Zc, Xc,Yc. Cụ thể:
m
s2
m
X c < 0.7 2
s
m
Yc < 1.0 2

s
Z c < 2.5

Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đanh giá độ êm dịu chuyển động
của ơ tơ, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Mặt khác, điều quan trọng hơn là
13


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.
1.3.3. Chỉ tiêu dựa trên số liệu cảm giác theo gia tốc và vận tốc dao động
Chỉ tiêu này được dựa ra do tập thể các kỹ sư của Đức (VDI). Người ta đánh
giá trên cơ sở cho rằng cảm giác con người khi chịu dao động phụ thuộc vào hệ số
độ êm dịu chuyển động K.
Nếu K = const thì cảm giác khi dao động sẽ không thay đổi. Hệ số K phụ
thuộc vào tần số giao động, gia tốc giao động hoặc vận tốc dao động và phụ thuộc
vào hướng dao động đối với trục thân con người (theo phương thẳng đứng và
phương ngang) và phụ thuộc vào thời gian tác động của chúng lên cơ thể con người.

Hình 1.1: Chỉ tiêu cảm giác theo gia tốc
Hệ số K càng nhỏ thì càng dễ chịu đựng dao động và độ êm dịu của ô tô càng
cao. Giá trị K = 0,1 tương ứng với ngưỡng kích thích. Khi đi lâu trên xe, cho phép
K = 10 ÷25, cịn khi đi ngắn hoặc trên xe tự hành K = 25 ÷63
Trên đây là đưa ra các số liệu ứng với tác động lên con người là hàm điều hồ. Giá
trị K có thể xác định bằng tính tốn hoặc xác định bằng thực nghiệm. Trên hình 1.1
đưa ra sơ đồ xác định hệ số K bằng thực nghiệm.
1.3.4. Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động theo ISO
Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hoá ISO đưa ra năm 1969 cho phép đánh giá
theo ba mức: thoải mái, mệt mỏi cho phép, mệt mỏi ở giới hạn cho phép. Sự khác
nhau của tiêu chuẩn ISO so với các tiêu chuẩn khác là ở chỗ có tính đến thời gian

14


tác động của dao động. Để đánh giá cảm giác, người ta sử dụng dao động thẳng
đứng điều hoà tác động lên người ngồi và người đứng trong vòng 8 giờ. Nếu tần số
có tác động ở trong giới hạn nhạy cảm nhất với dao động của con người (4 - 8 Hz),
thì bình phương gia tốc trung bình đối với các giới hạn là:
- Thoải mái: - 0,1 (m/s2)
- Mệt mỏi cho phép: - 0,315 (m/s2)
- Mệt mỏi ở giới hạn cho phép: - 0,63 (m/s2)
Với sự thay đổi tần số và thời gian tác động thì các giá trị trên sẽ thay đổi.
Khoảng tần số nhậy cảm nhất đối với con người là 4 - 8 Hz, ở đây cảm giác tỷ lệ
hằng só với giới hạn cho phép của mệt mỏi khi ô tô dao động thẳng đứng được đưa
ở hình 1.2.
Giới hạn tác động của dao động thẳng đứng (các đường cong có cùng thời gian tác
động) phụ thuộc vào gia tốc thẳng đứng và tần số cho con người khi ngồi và đứng
trên xe theo tiêu chuẩn ISO/DIS 2631.

Hình 1.2: Giới hạn tác động của dao động thẳng đứng
Trục 1: Giới hạn nguy hại đến sức khỏe
Trục 2: Giới hạn giảm độ êm dịu chuyển động
Trục 3: Giới hạn giảm công suất.

15


1.3.5. Tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam
Tiêu chuẩn TCVN 6964: xác định các phương pháp đánh giá rung động toàn
thân liên quan đến sức khỏe và độ tiện nghi của con người, khả năng cảm nhận rung
động, gây chóng mặt buồn nơn. Cách đánh giá rung động theo chuẩn này bao gồm

phép đo giá trị gia tốc trung bình bình phương (RMS).
Trọng số gia tốc RMS tính bằng m/s2 cho dao động tịnh tiến và bằng rad/s2
cho dao động quay. Gia tốc RMS được tính theo cơng thức sau :
1

1 T
2
aw =  ∫ a 2 w (t )dt 
T 0


(1.1)

Trong đó:
aw (t): gia tốc rung động của chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động quay, là

hàm số theo thời gian, đơn vị là m/s2 hoặc rad/s2
T : khoảng thời gian đo tính bằng giây
Giả thiết các phản hồi liên quan với năng lượng, hai giá trị rung động tiếp xúc
hàng ngày khác nhau được coi là tương đương khi:
aw1 T11/2 = aw2 T21/2

(1.2)

Trong đó:
aw1 , aw2 : các giá trị gia tốc RMS theo tần số đối với lần tiếp xúc thứ nhất và
thứ hai
T1 , T2 : khoảng thời gian cho lần tiếp xúc thứ nhất và thứ hai
Khi tiếp xúc với rung động gồm hai hay nhiều khoảng tiếp xúc có cường độ và
thời gian khác nhau, độ lớn của rung động theo năng lượng tương đương ứng với

tổng thời gian tiếp xúc có thể đánh giá theo công thức:
∑a T
aw , e = 
 ∑ Ti

2
wi i





1
2

Trong đó:
aw,e : là độ lớn của rung động tương đương
awi : là độ lớn của rung động cho thời gian tiếp xúc Ti

16

(1.3)


Một số nghiên cứu chỉ ra rằng độ lớn của rung động tương đương khác có thể
xác định theo cơng thức :
4
 ∑ awi
Ti 
aw , e = 


 ∑ Ti 

(1.4)

Giá trị rung động dự đoán e (VDV) được sử dụng trong một vài nghiên cứu:
e(VDV) = 1,4aw T ¼

(1.5)

Trong đó :
aw : là gia tốc RMS theo tần số
T : là khoảng thời gian tiếp xúc tính bằng giây
Đánh giá rung động dựa vào đồ thị sau: các đường gạch gạch chỉ các vùng cần
chú ý với mục đích chỉ dẫn sức khỏe. Đối với các tiếp xúc bên dưới vùng trên, ảnh
hưởng đến sức khỏe khơng có minh chứng bằng tài liệu rõ ràng hoặc quan sát khách
quan: trong vùng đó cần thận trọng với các tiềm ẩn về rủi ro sức khỏe và bên trên
vùng đó, các rủi ro với sức khỏe có khả năng xảy ra. Sự khuyến cáo này là cơ sở
chính về sự tiếp xúc trong khoảng thời gian từ 4 h đến 8 h, được chỉ ra trong vùng
gạch chéo ở hình dưới. Với thời gian tiếp xúc ngắn hơn cần có những nghiên cứu
thận trọng. Các nghiên cứu khác nói lên sự độc lập của thời gian qua mối tương
quan sau :
aw1 T11/4 = aw2 T21/4

(1.6)

Chỉ dẫn đối với sức khỏe trong vùng này là các đường chấm chấm trên hình dưới:

Hình 1.3: Vùng chỉ dẫn sức khỏe của TCVN 6964

17


Bảng 1.1 : Sự phản ứng của cơ thể đối với những mức rung động khác nhau
(TCVN 6964)
Nhỏ hơn 0,315 m/s2

Khơng có cảm giác, khơng thoải mái

Từ 0,315 đến 0,63 m/s2

Có cảm giác chút ít về sự khơng thoải mái

Từ 0,5 đến 1 m/s2

Có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái

Từ 0,8 đến 1,6 m/s2

Không thoải mái

Từ 1,25 đến 2,5 m/s2

Rất không thoải mái

Lớn hơn 2 m/s2

Cực kỳ không thoải mái

1.4.

Các nghiên cứu về hệ thống treo
Các nghiên cứu về dao động gần đây có tác giả Trương Mạnh Hùng (2017),

đề tài “Nghiên cứu dao động của ô tơ khách có sử dụng hệ thống treo khí nén”,
Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, ĐH Giao thông vận tải, Hà Nội [10]. Tác giả Phan Tuấn
Kiệt (2018), đề tài “Nghiên cứu xác định tải trọng động thẳng đứng của đoàn xe lên
mặt đường”, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật, ĐH Bách Khoa Hà Nội [11].
Tác giả Nguyễn Đăng Giang (2009), đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ
thống treo đến mức độ êm dịu xe bus Samco B47 sử dụng trong TP.HCM”, Luận
văn thạc sĩ, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật, TP Hồ Chí Minh. Tuy nhiên chưa
có đề tài nào nghiên cứu kết hợp lý thuyết và thực nghiệm hệ thống treo trên xe con.
Một số hướng nghiên cứu chính về hệ thống treo bao gồm:
- Mơ phỏng hệ thống treo sau đó đánh giá các yêu tố động lực học và thí
nghiệm kiểm chứng nhằm đưa ra đánh giá hoặc tối ưu kết cấu của hệ thống treo.
- Nghiên cứu động lực học các hệ thống treo mới, như hệ thống treo khí nén,
hệ thống treo tự điều chỉnh theo điều kiện làm việc của xe.
- Nghiên cứu các trạng thái phi tuyến của hệ thống và đưa ra phương pháp
tối ưu cho hệ thống nhờ nắm bắt được các đặc tính này.
Đề tài chọn hướng nghiên cứu theo hướng đầu tiên trong các hướng trên.
18


1.5.

Mục tiêu, phương pháp nghiên cứu và nội dung của đề tài
Mục tiêu: Luận văn nghiên cứu thiết lập mô hình dao động 1/4 của xe con để

khảo sát đánh giá dao động của ô tô thông qua một số chỉ tiêu đánh giá cơ bản, khi
xe chuyển động trên một số biên dạng mặt đường. Từ các kết quả đó có thể làm cơ

sở để đề xuất các biện pháp gia tăng độ êm dịu của ô tô.
Phương pháp nghiên cứu: Xây dựng mơ hình dao động 1/4 gồm hai khối
lựơng bằng cách tách các điểm liên kết tại hệ thống treo. Ngoài ra luận văn cũng đã
xây dựng chương trình thí nghiệm để đo một số thơng số dao động.
Nội dung: Luận văn bao gồm 4 chương, trong đó:
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
Chương 2: Xây dựng mơ hình dao động hệ thống treo xe con.
Chương 3: Khảo sát mơ hình dao động.
Chương 4: Thí nghiệm dao động trên xe con.

19


CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG
HỆ THỐNG TREO Ơ TƠ CON
2.1.

Các dạng mơ hình mơ phỏng hệ thống treo

2.1.1. Các khái niệm và các thành phần trong mơ hình
Mơ hình dao động của xe được hiểu như là một sơ đồ mơ tả dao động của xe
trong đó các bộ phận của xe được mô tả sao cho từ đó có thể lập được hệ phương
trình vi phân mơ tả dao động.
Một số khái niệm khi xây dựng mô hình:
- Ơ tơ được khảo sát như một hệ nhiều vật được gắn với nhau bằng các liên kết.
Nhiệm vụ của xây dựng mơ hình là mơ tả các vật và các liên kết đó.
- Vật (vật thể) có các đặc trưng: khối lượng m, mơ men qn tính khối lượng Jx, Jy,
Jz, có các toạ độ x, y, z (dịch chuyển) và β, φ, ψ (quay). Vật thể có thể được mô tả
dưới các dạng: chất điểm, thanh, tấm, khối.

- Số bậc tự do: là số toạ độ đủ để xác định vị trí cơ hệ tại mỗi thời điểm khảo sát.
Các vật trên ô tô:
- Khối lượng được treo ma: tồn bộ khối lượng của ơ tơ nằm trên hệ thống treo bao
gồm khung, vỏ, ca bin, thùng, hàng hoá, người, ...
Trong trường hợp cần khảo sát chi tiết hơn, có thể chia khối lượng được treo thành
các vật nhỏ hơn: khung, vỏ, thùng, cabin,...
- Khối lượng không được treo mi: khối lượng nằm dưới hệ thống treo: cầu xe, bánh xe.
Các liên kết:
- Hệ thống treo, bánh xe. Ngoài ra nếu chia nhỏ khối lượng được treo như đã nói ở
trên thì giữa các bộ phận này được nối với nhau bằng các liên kết ví dụ các đệm cao
su thì các đệm cao su này được coi là các liên kết.
2.1.2. Các dạng mơ hình dao động ô tô theo phương thẳng đứng
Tùy theo kết cấu của hệ thống treo (độc lập, phụ thuộc hay cân bằng) và kết
cấu của khối lượng được treo (vỏ chịu lưc, khung xoắn chịu lực, khung vỏ chịu lực

20


hỗn hợp) ta có thể thiết lập được các mơ hình dao động khác nhau. Với ba dạng hệ
thống treo và ba dạng khung vỏ chịu lực ta có thể thiết lập 9 loại mơ hình dao động
của ơ tơ. Trên thực tế có thể sử dụng nhiều mơ hình dao động ơ tơ, tùy thuộc vào
mục đích nghiên cứu.
Ba loại mơ hình cơ bản sau đây thường được sử dụng để nghiên cứu động
lực học ơ tơ:
− Mơ hình động lực học 1/4 là mơ hình cơ bản: Mơ hình này thường dùng
để nghiên cứu hệ thống treo một cách tổng qt.

Hình 2.1: Mơ hình 1/4 hệ thống treo ô tô
− Mô hình động lực học 1/2 dọc và ngang: dùng để nghiên cứu dao động
có liên kết, nghiên cứu các bài toán ổn định dọc và ngang, các bài tốn động lực học

phanh và tăng tốc ơ tơ.

Hình 2.2: Mơ hình 1/2 hệ thống treo ơ tơ

21


Hình 2.3: Mơ hình 1/2 hệ thống treo ơ tơ
− Mơ hình động lực học 4/4: chủ yếu dùng để nghiên cứu động lực học và
đánh giá tổng thể dao động ơ tơ.

Hình 2.4: Mơ hình khơng gian hệ thống treo ô tô

22