Xây dựng mô hình để khảo sát dao động đoàn xe

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

LƯU QUANG LN

XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỂ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG ĐỒN XE
Chun 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 Lưu Văn Tuấn

Hà Nội – 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
- Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn
trực tiếp của PGS.Ts Lưu Văn Tuấn.
- Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng.
- Các kết quả có được trong luận văn là hồn tồn trung thực, Mọi sao chép
khơng hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 20 tháng 04 năm 2018
Người hướng dẫn khoa học

Tác giả

Pgs.Ts. Lưu Văn Tuấn

Lưu Quang Luân

i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn trường đại học bách khoa Hà Nội, đã cho phép tôi
thực hiện luận văn này tại trường đại học bách khoa Hà Nội, xin chân thành cảm ơn
viện đào tạo sau đại học và viện cơ khí động lực đã hỗ trợ giúp đỡ tơi trong suốt q
trình tơi làm luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn tới Pgs.Ts Lưu Văn Tuấn đã hướng dẫn tơi hết
sức tận tình chu đáo để tơi có thể hồn thành luận văn này.
Tơi xin cảm ơn các thầy trong bộ môn ô tô và xe chuyên dụng – trường đại
học bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ và giải đáp mọi thắc mắc để tôi thực hiện luận
văn này.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè và một số anh chị đi trước là
chủ nhiểm của các đề tài nghiên cứu, hay luận văn khác, đã đóng góp và xây dựng
thêm ý tưởng cho tơi trong q trình thực hiện luận văn.
Học viên

Lưu Quang Luân

ii


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

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................ v
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ...................................................................... ix
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................................. 4
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC THẲNG ĐỨNG Ơ TƠ ................. 4
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới....................................................................... 4
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ....................................................................... 5
1.2. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ............................................ 6
1.2.1. Nguồn gây ra dao động ........................................................................................ 6
1.2.2. Ảnh hưởng của dao động và các chỉ tiêu đánh giá dao động .............................. 7
1.3. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ..................................................................................... 13
1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG I .......................................................................................... 13
CHƯƠNG II: MÔ TẢ VÀ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ĐỒN XE................................ 14
2.1. ĐỊNH NGHĨA ĐỒN XE ........................................................................................ 14
2.1.1. Định nghĩa Sơ mi rơ móc và rơ móc.................................................................. 14
2.1.2. Một số loại đồn xe thơng dụng hiện nay .......................................................... 16
2.2. PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ĐỒN XE SƠ MI RƠ MĨC......................................... 19
2.2.1 Mơ tả các hệ thống treo trên xe........................................................................... 21
2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG II......................................................................................... 25
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG ĐỒN XE ................................ 27
3.1. GỈA THIẾT: .............................................................................................................. 27
3.2. PHƯƠNG PHÁP LẬP MƠ HÌNH TOÁN ............................................................... 27
iii


3.3. ĐỊNH NGHĨA HỆ TỌA ĐỘ CHO ĐOÀN XE SMRM ........................................... 28
3.4. LỰC VÀ MOMEN TÁC DỤNG NÊN ĐOÀN XE SMRM .................................... 32
3.5. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ĐỒN XE SMRM ............................ 34
3.5.1. Phương trình dao động của các khối lượng được treo ....................................... 34
3.5.2. Phương trình dao động của các khối lượng không được treo ............................ 37

3.5.3. Phương trình động lực học chuyển động thẳng. ................................................ 40
3.6. XÁC ĐỊNH CÁC LỰC VÀ MOMENT LIÊN KẾT. ............................................... 42
3.6.1. Lực liên kết của hệ thống treo............................................................................ 43
3.6.2. Tính lực liên kết lốp – đường tại tâm vết tiếp xúc bánh xe. .............................. 48
3.6.3. xác định tải trọng bánh xe. ................................................................................. 50
3.6.4. Tính lực liên kết khớp yên ngựa ........................................................................ 51
3.7. MƠ TẢ MẶT ĐƯỜNG NGẪU NHIÊN .................................................................. 52
3.7.1. Mơ tả mặt đường biểu diễn trong miền thời gian. ............................................. 52
3.7.2. Mấp mô đường biểu diễn theo tọa độ x(t) ......................................................... 55
3.7.3. Xây dựng hàm kích động theo thời gian: kích động một dãy ............................ 58
3.7.4. Xây dựng hàm kích động theo tọa độ: kích động một dãy ................................ 60
3.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG III ....................................................................................... 61
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................. 62
4.1. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN ....................... 62
4.2. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ............................................................... 63
4.3. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN ................................................................................ 63
4.4. HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO. .................................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 64

iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Đơn vị

MBS

Giải nghĩa

Hệ nhiều vật MBS (Multi Body System)

ĐK

Đầu xe kéo
Sơmi rơ mc

SMRM
ĐXSMRM

Đồn xe sơmi rơ mc

G(OXYZ)

Hệ tọa độ cố định
Hệ tọa độ vật, hệ tọa độ con

B(Cxyz)
ij

Chỉ số bánh xe thứ i (cầu) và trái (j=1)/phải (j=2)

i=1÷5

Chỉ số các cầu

j=1

Chỉ số bánh xe bên trái

j=2

Chỉ số bánh xe bên phải

l1

m

Khoảng cách từ trọng tâm xe kéo đến cầu 1

l2

m

Khoảng cách từ trọng tâm xe kéo đến cầu 2

l3

m

Khoảng cách từ trọng tâm xe kéo đến tâm cầu 2 và 3

l4

m

Khoảng cách từ trọng tâm rơmoóc đến cầu 4

l5

m

Khoảng cách từ trọng tâm rơmoóc đến cầu 5

hC1

m

Chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm xe kéo

hC2

m

Chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm rơ moóc

hk1

m

Chiều cao từ mặt đường đến tâm khớp yên ngựa

hwx1, 2

m

Chiều cao từ mặt đường đến tâm đặt lực gió theo phương x

hwy1, 2

m

Chiều cao từ mặt đường đến tâm đặt lực gió theo phương y

v


2bi

m

Chiều rộng cơ sở của cầu thứ i, i=1÷5

2wi

m

Khoảng cách hai hệ thống treo cầu thứ i

c

m

Chiều dài thanh cân bằng dọc của hệ thống treo

lk1

m

Khoảng cách trọng tâm xe kéo đến khớp yên ngựa

lk2

m

Khoảng cách trọng tâm rơmoóc đến khớp yên ngựa

r0ij

m

Bán kính tự do của bánh xe thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

ftij

m

Độ võng tĩnh lốp thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)
Hệ số trượt bánh xe thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

sij
ϕx, y max

Hệ số bám dọc, ngang lớn nhất của bánh xe

mC1

kg

Khối lượng được treo xe kéo

mC2

kg

Khối lượng được treo bán moóc

mAi

kg

Khối lượng khơng được treo cầu i (i= 1÷5)

β Ai

Deg/rad

β C1 , βC1 , βC1

deg, deg/s,

β C2 , βC2 , βC2

deg, deg/s,

ϕC1 ,ϕC1 ,ϕC1

deg, deg/s,

ϕC2 ,ϕC2 ,ϕC 2

deg, deg/s,

ϕij ,ϕij ,ϕij

deg, deg/s,
deg/s2

j=1÷2)

ξ Ai ,ξ Ai ,ξAi

m, m/s,

Chuyển vị, vận tốc, gia tốc trọng tâm khối lượng khơng

deg/s2
deg/s2
deg/s2
deg/s2

m/s2

Góc lắc ngang của cầu thứ i (i= 1÷5)
Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc ngang của xe kéo
Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc ngang của xe rơ moóc

Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc dọc của xe kéo
Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc dọc của xe rơ moóc
Góc, vận tốc góc và gia tốc góc bánh xe thứ ij (i=1÷5,

được treo cầu i (i = 1÷5)

vi


ξ Aij ,ξ Aij ,ξAij

m, m/s,
m/s2

zij , zij

m, m/s

ξij , ξij

m, m/s

Chuyển vị, vận tốc, gia tốc trọng tâm khối lượng bánh xe
thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)
Chuyển vị, vận tốc điểm trên hệ thống treo thứ ij (i=1÷5,
j=1÷2)
Chuyển vị, vận tốc điểm dưới hệ thống treo thứ ij (i=1÷5,
j=1÷2)
Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương dọc của khối lượng

x C1 ,x C1 ,xC1

m, m/s,

x C2 , x C2 , x C2

m, m/s,

z C1 ,z C1 ,zC1

m, m/s,

z C2 ,z C2 ,zC2

m, m/s,

f dijt

m

f dijn

m

Cij

N/m

Kij

N/(m/s)

CLij

N/m

Độ cứng hướng kính lốp thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

KLij

N/(m/s)

Hệ số cản hướng kính lốp thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

JxC1

kgm2

Mơ men quán tính trục x của phần được treo xe kéo

JxC2

kgm2

Mơ men qn tính trục x của phần được treo bán moóc

JAxi

kgm2

JAyij

kgm2

MAij

Nm

m/s

2

m/s2

m/s

2

m/s2

được treo xe kéo
Chuyển vị, vận tốc, gia tốc dọc của khối lượng được treo rơ
moóc
Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng của khối
lượng được treo xe kéo
Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng của khối
lượng được treo rơ mc
Độ võng động (hành trình trả) của hệ thống treo (i=1÷5,
j=1÷2)
Độ võng động (hành trình nén) của hệ thống treo (i=1÷5,
j=1÷2)
Độ cứng hệ thống treo (i=1÷5, j=1÷2)
Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo ij (i=1÷5, j=1÷2)

Mơ men qn tính trục x của khối lượng khơng được treo
cầu i (i=1÷5)
Mơ men qn tính trục y bánh xe thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)
Mơ men chủ động bánh xe thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

vii


MBij

Nm

Mơ men phanh bánh xe thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

Mij

Nm

Mơ men quay bánh xe thứ ij quanh trục y (i=1÷5, j=1÷2)

MTi

Nm

Mơ men thanh ổn định ngang cầu i (i=1÷5)

Fwx

N

Lực cản khơng khí phương x

Fwy

N

Lực gió ngang phương y

Fxij

N

Lực dọc bánh xe thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

Fzij

N

Phản lực bánh xe thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

FGij

N

Tải trọng tĩnh ứng với bánh xe thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

FCij

N

Lực đàn hồi hệ thống treo thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

FKij

N

Lực cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

FCLij

N

Lực đàn hồi lốp bánh xe thứ ij ((i=1÷5, j=1÷2)

FKLij

N

Lực cản giảm chấn lốp bánh xe thứ ij (i=1÷5, j=1÷2)

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Phân loại các tín hiệu ngẫu nhiên ...............................................................6
Hình 1.2. Các mức độ êm dịu ...................................................................................10
Hình 1.3. Mơ hình dao động ¼ .................................................................................12
Hình 2.1 Rơ mooc chở khách (Bus trailer) ...............................................................14
Hình 2.2 Rơ mooc chở hàng .....................................................................................15

Hình 2.3 Rơmooc kiểu caravan .................................................................................15
Hình 2.4 Sơ mi rơ mooc chở khách ..........................................................................16
Hình 2.5 Sơ mi rơ mooc chở hàng ............................................................................16
Hình 2.6 Tổ hợp ơ tơ rơ mooc ...................................................................................17
Hình 2.7 Tổ hợp ơ tơ rơ mooc chở khách .................................................................17
Hình 2.8 Tổ hợp ơ tơ đầu kéo - sơ mi rơ mooc .........................................................17
Hình 2.9 Tổ hợp ô tô -sơ mi rơ mooc- rơmooc .........................................................18
Hình 2.10 Tổ hợp ơ tơ – rơ mooc chun dùng ........................................................18
Hình 2.11 Các loại đồn xe thơng dụng ....................................................................19
Hình 2.12. đồn xe Sơ mi rơ móc dùng làm đối tượng nghiên cứu ..........................20
Hình 2.13. Vị trí các khối lượng trên xe ...................................................................21
Hình 2.14. hệ thống treo phụ thuộc cầu dẫn hướng ..................................................21
Hình 2.15 hệ thống treo phụ thuộc cân bằng ............................................................22
Hình 2.16. Bộ phận hướng hệ thống treo cân bằng ..................................................22
Hình 2.17 hệ thống treo thanh cân bằng dọc.............................................................23
Hình 2.18. Chốt liên kết (kingpin) phía dưới sơ mi rơ móc......................................23
Hinh 2.19. 1. Mâm xoay (khớp yên ngựa); 2. Vị trí kết nối kingpin ........................24
Hình 2.20. Sau khi kết lối..........................................................................................24
Hình 2.21 cấu tạo khớp yên ngựa 2 bậc tự do...........................................................25
Hình 3.1: Hệ tọa độ đồn xe trong mặt phẳng dọc ...................................................29
Hình 3.2. hệ tọa độ mặt ngang cầu trước ..................................................................30
Hình 3.3. hệ tọa độ mặt ngang cầu sau xe kéo ..........................................................31
Hình 3.4. hệ tọa độ mặt ngang cầu đơi sơ mi rơ móc ...............................................31
ix


Hình 3.5. Sơ đồ lực và momen của đồn xe trong mặt phẳng dọc ...........................33
Hình 3.6. sơ đồ lực và momen của xe đầu kéo trong mặt phẳng dọc .......................35
Hình 3.7. Động lực học ngang khối lượng được treo xe kéo ...................................35
Hình 3.8. Sơ đồ lực và momen của sơ mi rơ móc trong mặt phẳng dọc...................36

Hình 3.9. Động lực học ngang khối lượng được treo bán móc .................................37
Hình 3.10. Động lực học phương thẳng đứng và chuyển động góc ngang cầu 1 .......38
Hình 3.11. Động lực học phương thẳng đứng và chuyển động góc ngang cầu 2,3 ....39
Hình 3.12. Động lực học phương thẳng đứng và chuyển động góc ngang cầu 4,5 ....40
Hình 3.13. Hệ thống treo phụ thuộc cầu 1 ................................................................43
Hình 3.14. Hệ thống treo cân bằng cầu 2,3 ...............................................................44
Hình 3.15: hệ thống treo cân bằng có thanh cân bằng lắc dọc cầu 4,5 .....................44
Hình 3.16. Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc cân bằng cầu 2,3 ....................................45
Hình 3.17. Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc thanh cân bằng cầu 4,5 ..........................45
Hình 3.19 Đặc tính dàn hồi hệ thống treo nhíp .........................................................47
Hình 3.18 Mơ hình hệ thống treo ..............................................................................47
Hình 3.20. Sơ đồ động lực học bánh xe đàn hồi .......................................................48
Hình 3.21. Mơ hình lốp .............................................................................................49
Hình3.21: Các thể hiện trong miền thời gian khác nhau của tín hiệu ngẫu nhiên ...53
Hình 3.22. Định nghĩa mật độ phổ ...........................................................................54
Hình 3.23. Phân chia phổ cơng suất .........................................................................55
Hình 3.24 Mấp mơ đường theo tọa độ .....................................................................55
Hình 3.25. Hàm mấp mơ đường theo thời gian và theo vị trí ..................................56

x


MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay nên kinh tế đất nước đang trên đà phát triển mạnh mẽ, năng động.
Chúng ta đã tạo ra một lượng hàng hóa ngày càng nhiều và đa dạng; điều đó địi hỏi
cấp thiết vấn đề lưu thơng hàng hóa cũng phải phát triển tương sứng. ngày nay
những chiếc xe siêu trường siêu trọng dùng để vận tải đường dài cũng như tăng
năng suất lao động trong lưu thơng hàng hóa càng trở nên phổ biến. Tiêu biểu cho
các loại vận tải đó là kiểu xe kéo rơ móc cũng đang phát triển rất nhanh tại Việt

Nam.
Ở Việt Nam hạ tầng cơ giới còn chưa đồng bộ và còn yếu kém về mặt kỹ
thuật trong thiết kế đường bộ và các xe có tải trọng nặng chính là ngun nhân
chính gây hỏng đường hiện nay. Mặt khác yếu tố an toàn chuyển động cũng cần
được chú ý đến một cách tương xứng và ngày càng có nhiều thiết kế romoc được
sản xuất tại Việt Nam để đáp ứng được nhu cầu thị trường. Từ các lý do trên mà tác
giả đã quyết định lựa chịn đề tài “Xây dựng mơ hình để khảo sát dao động đoàn
xe” nhằm phục vụ làm tài liệu cơ bản cho việc lựa chọn hệ thống treo khi khảo sát
thiết kế rơ móc. Hay các cơng trình nghiên cứu khảo sát có liên quan đến động lực
học đoàn xe.
2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
- Đối tượng:
Trong luận văn này tác giả chọn đối tượng dùng để lập mơ hình là đồn xe
semi – romoc 5 cầu, làm đại diện để xây dựng mơ hình phục vụ khảo sát dao
động đoàn xe.
- Phạm vi nghiên cứu
Ngày nay khi mà ơ tơ là một hệ thống tích hợp của nhiều hệ thống cơ
điện tử, động lực học ô tô cần nghiên cứu sâu bản chất truyền lực lốp – đường;
cần phải nghiên cứu quan hệ tương tác giữa “người – xe – đường” như là một hệ
thống động lực học điều khiển. Cùng với tin học/ máy tính, điện tử, động lực học
ô tô là cơ sở thiết kế cho ơ tơ thế hệ thứ 3. Ngồi ra nghiên cứu động lực học ô tô

1


cũng góp phần hiểu rõ các q trình vật lý trong mối quan hệ tìm hiểu đánh giá,
giảm thiểu tai nạn giao thông. Muốn mô phỏng để điều khiển động lực học, cần
mơ hình hóa ơ tơ, một hệ thống phức tạp và phi tuyến, cần có những kiến thức cơ
bản và hệ thống.
Đề tài này có tên là “Xây dựng mơ hình để khảo sát dao động đồn xe”

tuy nhiên phạm vi nghiên cứu của đề tài này chỉ giới hạn trong động lực học theo
phương thẳng đứng … với nội dung là nghiên cứu dao động dưới tác động kích
động mặt đường, đi sâu phân tích kết cấu và mơ tả khối lượng trên đồn xe, tính
tốn phân tích lực tác động từ mặt đường nên xe. Do nhu cầu phát triển, yếu tố
kích động được bao quát rộng hơn; ảnh hưởng của dao động không những về độ
êm dịu cho người, hàng hóa mà cịn xét đến tác hại làm hỏng đường, xe; với nhu
cầu nghiên cứu động lực học và động lực học điều khiển, các nhu cầu phát triển
ơ tơ cơ điện tử, mơ hình dao động đầy đủ cũng được phát triển đa dạng, phức tạp
hơn, chính xác hơn.
Như vậy phạm vi của đề tài này là xây dựng chi tiết mơ hình động lực học
thẳng đứng đoàn xe (một đối tượng đại diện có tải trọng lớn) dựa trên mơ hình
động lực học của xe, để khảo sát đặc tính dao động đồn xe chịu ảnh hưởng từ
nguồn gây ra dao động là mặt đường.
3. CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA TÁC GIẢ
Mơ phỏng chi tiết cấu trúc đồn xe và Đưa ra được những tính tốn cơ bản,
phân tích chi tiết các lực liên kết trên đồn xe, đặc biệt là các lực tác động từ mặt
đường nên hệ thống treo và khớp yên ngựa. từ đó xây dựng nên hệ phương trình vi
phân làm tài liệu tham khảo phục vụ khảo sát dao động đoàn xe hay các cơng trình
nghiên cứu khác có liên quan.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
Nghiên cứu trên lý thuyết: Mơ hình hóa Sơ mi rơ móc theo phương pháp
tách cấu trúc theo nguyên lý hệ nhiều vật MBS và hệ phương trình Newton –
Euler; để xây dựng hệ phương trình vi phân mơ tả động lực học của Sơ mi rơ
móc.

2


5. KẾT LUẬN:
Một mơ hình tổng qt từ đó làm đại diện và là tài liệu tham khảo tin cậy

cho các cơng trình khác là điều cần thiết, và cũng là do điều kiện thực tế tại nước
ta đã làm chủ cơng nghệ sản xuất sơ mi rơ móc nhưng hệ thống treo vẫn phải
nhập khẩu nguyên bộ. vì lẽ đó tác giả tập trung chủ yếu nghiên cứu xây dựng các
bước chi tiết mơ hình động lực học đồn xe theo phương thẳng đứng để phục vụ
làm tài liệu tham khảo. Do điều kiện vượt quá khả năng của tác giả nên mơ hình
xây dựng nên hồn tồn dựa trên lý thuyết.

3


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Dao động đoàn xe đã được nghiên cứu từ nâu với mục tiêu là giảm thiểu
dao động ảnh hưởng đến chi tiết độ bền xe, và hàng hóa cũng như con người
ngồi trên xe, ngồi ra cịn làm giảm thiểu tác động xấu đến mặt đường đỡ gây
hỏng đường. Nguyên nhấn chính dẫn đến dao động là tác động từ mặt đường nên
xe, và các phản lực lốp đường cũng là các thông số quang trọng trong nghiên cứu
dao động ô tô và đặc biệt là dao động đồn xe. Nói chung nghiên cứu khảo sát về
dao động đồn xe có phụ thuộc vào các yếu tố quan trọng sau:
- Mấp mô mặt đường: chiều cao mấp mô và vận tốc xe;
- Các lực qn tính phương dọc, phương ngang của đồn xe khi phanh,
tăng tốc và quay vô lăng. Khối lượng được treo SMRM tỳ lên khối lượng được
treo xe kéo qua khớp yên ngựa. Lực liên kết, moment liên kết giữa chúng là liên
kết “ động lực học”. liên kết giữa khối lượng được treo và không được treo thông
qua hệ thống treo cũng là liên kết động lực học. ảnh hưởng các lực và moment
quán tính của các khối lượng được treo xuống bánh xe phụ thuộc kiểu và các
thơng số kết cấu hệ thống treo.
- Ngồi ra cịn các yếu tơ như gió, trạng thái tải trọng … vv
Vì vậy việc nghiên cứu xây dựng mơ hình để khảo sát dao động ơ tơ nói
chung và dao động đồn xe nói riêng là là hết sức phức tạp và phi tuyến. vì vậy
cần thiết phải có có một mơ hình khơng gian để mơ tả động lực học chi tiết các

khối lượng trên đồn xe và nó cũng là mơ hình dùng nhiều trong nghiên cứu
động lực học ô tô và đánh giá tổng thể dao động ô tơ.
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC THẲNG ĐỨNG Ô TÔ
1.1.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.
*. Nghiên cứu dao động ô tô trên thế giới.
Đây là lĩnh vực đã được nghiên cứu hoàn chỉnh gồm các hàm kích động
tuần hồn xung và ngẫu nhiên [1,2,3,4], các mơ hình 1/4, ½ và mơ hình 4/4 [3,4],
các đánh giá về dao động theo tiêu chí êm dịu, tải trọng động. Các hệ thống treo
cũng được mô tả phi tuyến. Mơ hình ¼ thường nghiên cứu tối ưu hệ thống treo,

4


nghiên cứu hệ thống treo tích cực và bán tích cực. Mơ hình ½ dọc nghiên cứu
dao động liên kết và điều khiển dọc, mơ hình ½ ngang nghiên cứu tối ưu thanh
ổn định và nghiên cứu về lật ngang. Các mơ hình 4/4 thường lập cho các mơ
hình động lực học và điều khiển treo cân bằng. các mô hình trên đều có điểm
chung là hệ dừng (vận tốc khơng đổi).
Khi nghiên cứu về dao động truyền thống có 3 nội dung là hàm kích động,
mơ hình dao động và tiêu chí đánh giá. Mặt đường mấp mơ có quy luật ngẫu
nhiên. Trong nghiên cứu có thể mơ phỏng dạng sin, mấp mơ đơn [3,4]. Mơ hình
¼ là cơ bản. mơ hình ¼ có khối lượng được treo và khơng được treo, phần tử đàn
hồi có thể tuyến tính, có thể phi tuyến. với mơ hình ¼ ta có thể thiết lập các mơ
hình đầy đủ như ½, 4/4 và nhiều mơ hình khác với độ phức tạp tùy ý [5,6]. Việc
thành lập mơ hình dao động đến nay khơng cịn khó khăn, độ phức tạp tùy vào
mục đích nghiên cứu. mơ hình ¼ là mơ hình quan trọng nhất: dùng nó để thiết kế
tối ưu hệ thống treo, xác định tiêu chí ảnh hưởng của dao động xuống đường.,
nghiên cứu về hệ treo tích cực và bán tích cực. Về tiêu chí đánh giá hiện theo 3
tiêu chí.
Tiêu chí về độ êm dịu đối với người đánh giá theo ISO 2643 theo hệ số

êm dịu, là hàm tích hợp của gia tốc phương thẳng đứng, tần số và thời gian tác
động.
Tiêu chí thứ 2 là khơng va đập cứng, phụ thuộc việc chọn độ võng động.
Tiêu chí thứ 3 là tải trọng lốp - đường, đánh giá theo 2 mục tiêu là an toàn
động lực học và độ bền chi tiết và hệ số phá đường: an toàn động lực học, độ bền
vf áp lực đường.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
*. Nghiên cứu về tải trọng động ô tô
Nghiên cứu động lực học phương thẳng đứng (dao động ô tô) đã
được các nhà khoa học đề xuất rất sớm; được mitschke tổng hợp trong “dynamik
der kraftfahrzeuge”. Các nghiên cứu trước đây hướng đến chủ yếu là vấn đề êm
dịu; vấn đề tải trọng động được chú ý đến nhiều vào thập niên 1970 khi người ta

5


có nhu caauf nghiên cứu an tồn động lực học, tuổi thọ cầu đường; khái niệm
“tải trọng bánh xe” được trình bay trong. ở Việt Nam, nghiên cứu dao động khỏ
phong phỳ, cú y cỏc mụ hỡnh: ẳ, ẵ, 4/4 [1,2,4], xe tải, xe con, xe khách,
đoàn xe; với kích động tường mình và ngẫu nhiên [1,5,6].
1.2. NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
- Các yêu tố ảnh hưởng đến dao động (nguồn gây ra dao động)
- ảnh hưởng của dao động.
- các chỉ tiêu đánh giá dao động.
1.2.1. Nguồn gây ra dao động
- Mấp mô mặt đường: mang tính chất ngẫu nhiên, thay đổi trong q trình
xe chuyển động
- Lực cản khơng khí: Cường độ gió, hướng gió có tính ngẫu nhiên, về cơ
bản tâm tác động của lực cản gió khơng trùng với trọng tâm xe.
- Các lực quán tính:

+ Lực quán tính do phanh xe.
+ Lực quán tính do tăng tốc.
+ Lực quán tính do quay vịng. Khi quay vịng ngồi gia tốc dọc
cịn xuất hiện gia tốc ngang ảnh hưởng đến dao động ô tơ.
- Kích động do động cơ hoạt động: Điều này khiến cho dao động ơ tơ phụ
thuộc vào tình trạng làm việc, chế độ tải, do đó cũng mang tính ngẫu nhiên.
Các yếu tố này đều có tính chất ngẫu nhiên nhưng độc lập với nhau.

Hình 1.1: Phân loại các tín hiệu ngẫu nhiên
6


Đến nay yếu tố mấp mô mặt đường, vẫn được coi là nguồn gây ra dao
động chủ yếu cho ô tơ. Để mơ tả kích động mặt đường, có hai dạng.
• Mơ tả bằng các hàm xác định tường minh: Đối với những nghiên cứu cơ
bản
o Mấp mô đơn (xung)
o Mấp mơ có quy luật điều hịa; hàm: h= h0sinωt.
• Mô tả bằng các hàm ngẫu nhiên:
- Mặt đường trong thực tế là ngẫu nhiên; tính chất của của các đại lượng
ngẫu nhiên có thể phân loại như sau: với các nghiên cứu về đường ô tô
người ta thừa nhận đường có tính chất “dừng” và “ergodit” kích động
mặt đường có thể biểu diễn theo thời gian h(t) hay theo hàm vị trí h(x); và
chỉ có thể được mơ tả bằng các thuộc tính thống kê.
Chọn loại kích động nào là phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu; nếu
nghiên cứu ảnh hưởng đến dao động ô tô của một vùng miền, khu vực; thì nhất
thiết phải có kích động ngẫu nhiên. Cịn nếu phát triển mơ hình tối ưu hệ treo,
hay phân đoạn thiết kế chế thử thì kích động tường minh bằng các hàm xác định
sẽ hiệu quả và dễ dàng đánh giá hơn. Khi xây dựng mơ hình rồi mơ phỏng dao
động của xe thì việc kiểm tra mơ hình bằng cách chọn các kích động là dạng

xung đơn hoặc tuần hoàn sẽ dễ dàng hơn, mà vẫn đảm bảo chính xác, khi đó tín
hiệu vào là tường minh và tín hiệu ra của mơ hình là có thể đánh giá được.
1.2.2. Ảnh hưởng của dao động và các chỉ tiêu đánh giá dao động
- Dao động ô tơ có ảnh hưởng đến sức khỏe con người, đặc biệt là khả
năng điều khiển của lái xe, ảnh hưởng đến hàng hóa.
- Dao động của xe cũng ảnh hưởng đến khả năng truyền lực của ô tô, làm
mất ổn định chuyển động của nó.
- Ngồi ra, tải của bánh xe lên đường là yếu tố chính gây hư hỏng đường,
và ngược lại tác động từ mặt đường lên xe gây ra dao động làm va đập và gây ra
tải trọng thay đổi đối với các chi tiết ô tô ảnh hưởng đến độ bền lâu của chi tiết
(Xuất hiện các dạng hỏng do mỏi).

7


Sau đây ta xét các tiêu chí đánh giá dao động ô tô. Phấn lớn các tài liệu
viết về dao động ô tô đều dùng khái niệm “chỉ tiêu về dao động” hiện tại trên thế
giới khơng có chỉ tiêu đánh giá dao động mà chỉ đánh giá theo mốt số tiêu chí, xe
này tốt xe kia khơng tốt. Đã là chỉ tiêu thì phải đạt ngưỡng mới được lưu hnh.
- Cỏc ch tiờu ỏnh giỏ dao ng.
Đánh giá ảnh hưởng của dao động có tính lịch sử. Trước đây, người ta đánh
giá ảnh hưởng của dao động ôtô theo 2 chỉ tiêu là độ êm dịu và tải trọng động, tượng
trưng cho sự ảnh hưởng đến tuổi thọ chi tiết.
Ngày nay, do nhận thức mới về ảnh hưởng của dao động, các chỉ tiêu được
xác lập theo tiêu chí mới như sau:
* Chỉ tiêu về độ êm dịu
+ Chỉ tiêu đối với hành khách
+ Chỉ tiêu đối với hàng hoá
* Chỉ tiêu về tải trọng động
+ Chỉ tiêu về độ bền chi tiết

+ Chỉ tiêu về mức độ phá đường
+ Chỉ tiêu về an toàn động lực học
* Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo
a. Chỉ tiêu về độ êm dịu
Độ êm dịu chuyển động (Drive comfort) là khái niệm chỉ sự cảm nhận chủ
quan của con người về dao động. Cảm giác đó được phỏng vấn trực tiếp các nhóm
người khác nhau và như vậy độ êm dịu (ngưỡng) là chủ quan. Lĩnh vực này được
đông đảo các nhà khoa học trong ngành cơ kỹ thuật, y tế, bảo hiểm lao động, kỹ
thuật chống rung, chống ồn quan tâm.
Các nhà khoa học chỉ ra rằng, dao động có ảnh hưởng xấu đến người và hàng
hoá, đặc biệt làm giảm khả năng điều khiển của lái xe.
* Chỉ tiêu về độ êm dịu cho hành khách được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI được đưa ra
bằng Tiêu chuẩn quốc gia VDI 2537 và được Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế chấp
nhận thành tiêu chuẩn ISO 2631.
Độ êm dịu chuyển động là cảm giác của con người, đặc trưng bởi nhiều

8


thông số vật lý. Do đó, người ta đưa ra khái niệm cường độ dao động K, là một hàm
của gia tốc bình phương trung bình, tần số dao động và thời gian tác dụng được tính
toán phụ thuộc vào phương tác dụng; để chỉ mức độ ảnh hưởng đến ng­êi: K =
f(𝑧̈ ,f,t)
- Theo tiªu chuÈn ISO 2631:
+ K = 20 giới hạn êm dịu
+ K = 50 giới hạn điều khiển
+ K = 125 giới hạn gây bệnh lý
- Cường độ dao động theo phương thẳng đứng Kz được xác định như sau:
Kz= 10𝑧̈ �𝑓

với 1 ≤ 𝑓 ≤ 4𝐻𝑧

với 4 ≤ 𝑓 ≤ 8𝐻𝑧

Kz= 20𝑧̈

Kz= 160

𝑧̈

với 8 ≤ 𝑓 ≤ 80𝐻𝑧

𝑓

Kx= Ky= 28𝑋̈ = 28𝑌̈
𝑋̈

𝑌̈

với 1 ≤ 𝑓 ≤ 2𝐻𝑧

Kx= Ky= 56 = 56 với 2 ≤ 𝑓 ≤ 80𝐻𝑧
𝑓

𝑓

𝐾 = �𝐾𝑧2 + 𝐾𝑥2 + 𝐾𝑦2

- Theo tiêu chuẩn ISO 2631 đưa ra các ngưỡng Kz như sau:
Kz < 0,2

không cảm nhận được dao động;

0,2 ≤ 𝐾𝑧 ≤ 0,4

Có thể nhận biết;

1,6 ≤ 𝐾𝑧 ≤ 6,3

Thoải mái khi làm việc ít hơn 24h;

0,4 ≤ 𝐾𝑧 ≤ 1,6

Cảm nhận tốt;

6,3 ≤ 𝐾𝑧 ≤ 12,5

Cảm giác mạnh;
Cảm giác rất mạnh;

K > 100

Chấn động mạnh, không chịu nhiều hơn 1 phút;

12,5 ≤ 𝐾𝑧 ≤ 100

9


Hình 1.2. Các mức độ êm dịu

*ChØ tiªu vỊ an toàn hàng hoá:
Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá theo tiêu chuẩn Hiệp hội đóng gói Đức BFSV
nêu vấn đề, với việc nghiên cứu ảnh hưởng của dao động với đường, các giá trị gia
tốc cực trị phương thẳng đứng được dùng để đánh giá về độ êm dịu cho hàng hóa
như sau:
+ = 3/ 2 giới hạn cảnh báo, ngưỡng lập kế hoạch sửa chữa xe hoặc

đường;

+ = 5/ 2 giới hạn can thiệp, ngưỡng phải sửa chữa xe hoặc đường ngay.

b. Chỉ tiêu về tải trọng động
* Chỉ tiêu về độ bền chi tiết.

Ta định nghĩa hệ số tải trọng động cực đại như sau:
max( Fz ,d )
kd ,max =
1+
≤ 2,5
Fz , st

Trong ®ã:
kd ,max : hệ số tải trọng động cực đại
Fz , d : tải trọng động bánh xe
FZ , st : tải trọng tÜnh b¸nh xe

10


Với hàm kích động ngẫu nhiên max( Fz ,d ) được xác định như sau:

T

2
1
Fz (t ) FZ , st  dt

∫
T 0

=
σ Fz F=
Z , RMS

Vµ

=
kd ,max

1, 64 FZ , RMS
Fz , st

+1

* ChØ tiªu vỊ møc độ thân thiện với đường.
Sau những năm 1990, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế của cầu
và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh giá cao. Các nhà nghiên cứu
của Anh, Mỹ đà đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của giao động ôtô đối với cầu và
đường. Người ta thấy rằng mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô đến cầu và đường tû
lƯ víi sè mị bËc 4 cđa ¸p lùc b¸nh xe với đường. Họ đưa ra khái niệm Road strees
Coeficient, tạm gọi là hệ số áp lực đường w, là hệ số có thể đánh giá mức độ ảnh

hưởng của dao động ôtô đối với cầu và đường.
Theo đó Wilkinson đà nêu ra công thức xác định hệ số áp lùc ®­êng w nh­ sau:
w=
1 + 6η 2 + 4η 4

η=

max( Fz ,d )
Fz , st
i

Khi xe cã i b¸nh xe thì hệ số áp lực đường toàn xe là: W =

∑ w(i) F

z , st

(i )

1

i

∑F

z , st

(i )

1

* Chỉ tiêu về an toàn động lực học
Giới hạn về chuyển động ôtô, tức khả năng truyền lực khi tăng tốc và phanh,
giữ ổn định quỹ đạo chuyển động, đều phụ thuộc vào các lực tương tác bánh xe giữa
lốp và đường, phương x và phương y; các lực đó lại phụ thuộc vào tảI trọng thẳng
đứng Fz. Do ta cã Fx= Fz*𝜑𝑥 , Fy= Fz*𝜑𝑦 ; v× vËy nÕu phản lực Fz giảm, kéo theo
giảm các lực truyền Fx, Fy.

Fz= Fz,st + Fz,dyn


,

= 0,5

giới hạn cảnh báo; lực truyền gi¶m mét nưa.

11




,

=0

giới hạn can thiệp; bánh xe tách khỏi mặt đường.

c. Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo
H thống treo là bộ phận nối mềm giữa khối lượng được treo m và không

được treo ma; mô tả như hình; chuyển động tương đối thường được hạn chế bởi vấu
hạn chế hành trình. Hạn chế hành trình xác định khoảng giá trị hành trình động nén
và trả. Giới hạn hành trình là khơng gian treo, xác định bởi các vấu hạn chế trên và
dưới. để đảm bảo khả năng ổn định, khơng gian treo khơng được lớn q. Vì vậy,
tiêu chí khơng gian treo …. Rất khó đạt.
(𝜉 − 𝑧) ≤ |𝜉 − 𝑧|𝑐ℎ𝑜 𝑝ℎé𝑝

Hình 1.3. Mơ hình dao ng ẳ
Chỉ tiêu này chỉ ra khả năng chọn độ võng tĩnh và độ võng động cũng như việc
xác lập vị trí đặt vấu hạn chế hành trình treo. Nhiều mô hình trước đây đà không chú
ý đến yếu tố đơn giản này:
f dt =
y max( z ) f dn

Trong đó:
( z ) : chuyển vị tương đối của khối lượng không được treo và khối lượng ®­ỵc

treo.

12


f dn : độ võng động hành trình nén hệ thống treo, vị trí đặt vấu hạn chế hành trình

nén.
f dt : độ võng động hành trình trả hệ thống treo; vị trí đặt vấu hành trình trả.

1.3. MC TIấU NGHIÊN CỨU
Xây dựng mơ hình động lực học đồn xe thì trong nhiều cơng trình nghiên
cứu đề tài tại Việt Nam cũng đã được đề cập đến, tuy nhiên thì mỗi một cơng trình

thì việc đi xây dựng mơ hình động lực học đoàn xe đều rất sơ sài và chủ yếu là để
làm bước phụ phục vụ khảo sát một đặc tính nhất định nào đó của đồn xe hay sự
tác động ảnh hưởng của nó đến một vài lĩnh vực liên quan có thể kể đến như:
nghiên cứu tối ưu hóa hệ thống treo đồn xe, nghiên cứu ảnh hưởng của dao động
đoàn xe đến người và hàng hóa trên xe, hay ảnh hưởng của tải trọng động đoàn xe
xuống cầu và đường gây hư hỏng… vv
Nhưng chưa thấy có một đề tài nào dành riêng phân tích mơ tả nghiên cứu về
việc đi xây dựng mơ hình dao động đoàn xe. Để phục vụ cho các bước tiếp theo là
khảo sát các yếu tố chịu ảnh hưởng từ tác động của dao động đồn xe. Vì vậy trong
đề tài này mục tiêu của tác giả là đi mơ tả chi tiết phân tích tổng qt kết cấu hệ
thống treo đồn xe sau đó đi xây dựng mơ hình dao động đồn xe SMRM.
1.4. Kết luận chương I
Ở chương I đã trình bày tổng quan về các vấn đề nghiên cứu nhằm xác
định được mục tiêu, nội dung và phương hướng nghiên cứu của luận văn.
Có thể khái qt được các ý chính sau:
- Nêu nên được tình hình nghiên cứu về động lực học phương thẳng đứng
ơ tơ trên thế giới và Việt Nam, các mục đích khảo sát dao động.
- Nêu ra nguồn gây ra dao động và các yếu tố ảnh hưởng đến dao động
đoàn xe  Ảnh hưởng của dao động  Các tiêu chí để đánh giá dao động.
- Giới hạn phạm vi nghiên cứu và mục đích nghiên cứu của đề tài.

13


CHƯƠNG II: MƠ TẢ VÀ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC ĐỒN XE
2.1. ĐỊNH NGHĨA ĐỒN XE
Định nghĩa: Là xe ơ tơ/ đầu kéo được nối với một hoặc nhiều rơmooc hoặc
sơ mi rơ mooc.
2.1.1. Định nghĩa Sơ mi rơ móc và rơ móc
Là loại phương tiện giao thơng đường bộ khơng có động cơ, có kết cấu và

trang bị dùng để chở người hoặc hàng hóa và được kéo bởi một xe đầu kéo. Trong
một số tiêu chuẩn khác, “Rơmooc và sơ mi rơ mc” cịn được gọi là “mooc và bán
mooc”.
a. Rơ móc (Trailer):
Ro mooc là phương tiện có kết cấu để sao cho phần chủ yếu của khối lượng
toàn bộ của phương tiện không đặt lên xe đầu kéo. Sơ mi rơ moóc có bánh xe phụ
cũng được coi là rơmc.
• Về cơ bản rơ móc có những loại sau:
− Rơmooc chở khách (Bus trailer): là rơ mooc có kết cấu và trang bị dùng để
chở người và hành lý mang theo. Rơ mooc có thể được trang bị như ô tô khách cỡ
nhỏ (Minibus), ô tô khách thành phố (Urban bus ) và ơ tơ khách liên tỉnh
(Interurbancoach)

Hình 2.1 Rơ mooc chở khách (Bus trailer)
− Rơmooc chở hàng (Rơ mooc tải)-(General purpose trailer): là rơmooc có kết
cấu và trang bị dùng để chở hàng.

14