Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của mặt đường tới dao động của ô tô con

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

NGUYỄN XUÂN TOÀN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG
CỦA MẶT ĐƢỜNG TỚI DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ CON

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

HÀ NỘI - 2019


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

NGUYỄN XUÂN TOÀN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG
CỦA MẶT ĐƢỜNG TỚI DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ CON

Chuyên ngành

Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Mã số đề tài:

17AKH-CKĐL06

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. ĐÀM HOÀNG PHÚC

HÀ NỘI - 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố trong các cơng
trình nào khác!

Hà Nội, ngày 18 tháng 04 năm 2019

Tác giả

Nguyễn Xuân Toàn

1


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Viện sau đ i h c, Các th y cô giáo
Trƣờng Đ i h c Bách khoa Hà Nội đã tận tình giảng d y và giúp đỡ tơi trong suốt
q trình h c tập và hồn thiện đề tài nghiên cứu này.
Đ c iệt, tôi xin trân tr ng và cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. ĐÀM HOÀNG
PHÚC đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tơi trong suốt q trình nghiên cứu để hồn
thiện luận văn.
Tơi cũng xin chân thành cảm ơn

n è, đồng nghiệp và gia đình đã chia sẻ,

động viên, giúp đỡ tơi trong q trình h c tập và thực hiện luận văn.
M c dù tác giả đã có nhiều cố gắng, song ản luận văn này khó tránh kh i
những h n chế, khiếm khuyết nh t đ nh;

nh mong nhận đƣợc sự ch

góp chân thành của các th y giáo, cô giáo, các

ảo, đóng

n è, đồng nghiệp để đề tài nghiên

cứu này đƣợc hoàn thiện hơn nữa.
Các số liệu sử dụng trong đề tài hoàn toàn trung thực với thực tế, các tài liệu
tr ch dẫn có nguồn gốc r ràng, Những kết luận khoa h c của luận văn chƣa từng
đƣợc công ố.
Cơng trình nghiên cứu là do ản thân thực hiện phù hợp với chun ngành đào
t o. Nếu có gì sai tơi xin hồn tồn ch u trách nhiệm.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2019

Học viên

Nguyễn Xuân Toàn

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................2
MỤC LỤC ...................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC Ý HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .......................................................6
DANH MỤC CÁC BẢNG..........................................................................................7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................8
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN ÔTÔ .........................10
1.1.

Giới thiệu chung về hệ thống treo ô tô con ...................................................10

1.1.1. Giới thiệu một số lo i hệ thống treo thông dụng ............................................11
1.1.1.1. Hệ thống treo phụ thuộc ...............................................................................11
1.1.1.2. Hệ thống treo độc lập ...................................................................................13
1.2.

hái niệm và các ch tiêu đánh giá độ êm d u chuyển động .........................17

1.2.1. hái niệm về độ êm d u chuyển động .............................................................17
1.2.2. Các ch tiêu đánh giá độ êm d u chuyển động ...............................................18
1.2.2.1. Ch tiêu về cƣờng độ dao động ....................................................................18
1.2.2.2. Gia tốc ình phƣơng trung ình theo thời gian tác động .............................19
1.2.2.3. Ch tiêu về tải tr ng động .............................................................................20
1.2.2.4. Ch n ch tiêu đánh giá dao động để nghiên cứu ..........................................21
1.3. Xu hƣớng phát triển của các hệ thống treo ........................................................21
1.3.1. Hệ thống treo án t ch cực (Semi Active Suspensions ) ..................................24

1.3.2. Hệ thống treo t ch cực (Active Suspensions) ...................................................25
1.4. Tình hình nghiên cứu về dao động hệ thống treo ở trong nƣớc .........................26
3


1.4.1. Tình hình nghiên cứu về dao động ơ tơ ở nƣớc ngoài ....................................26
1.4.1.1. Nghiên cứu biến d ng m t đƣờng ................................................................26
1.4.1.2. Nghiên cứu các hệ thống treo nhằm nâng cao ch t lƣợng của độ êm d u
chuyển động của ơ tơ.................................................................................................27
1.4.2. Tình hình nghiên cứu về dao động hệ thống treo ở trong nƣớc ......................28
1.5 Nội dung của luận văn........................................................................................30
CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG ..............................................31
DAO ĐỘNG HỆ THỐNG TREO Ô TÔ CON .........................................................31
2.1. Các giả thiết........................................................................................................31
2.2. Xây dựng mơ hình dao động và hệ phƣơng trình vi phân mơ ph ng ................31
2.1.1. Xây dựng mơ hình dao động ¼ và hệ phƣơng trình vi phân mơ ph ng. ........31
2.1.2. Xây dựng mơ hình dao động ½ và hệ phƣơng trình vi phân mơ ph ng. ........33
2.1.3. Xây dựng mơ hình khơng gian và hệ phƣơng trình vi phân mơ ph ng. .........36
2.2. Phân t ch lựa ch n mơ hình dao động ................................................................42
2.2.1. Mơ hình 1/4 .....................................................................................................42
2.2.2. Mơ hình dao động ½ .......................................................................................42
2.2.3. Mơ hình dao động khơng gian ........................................................................42
2.2. Xây dựng mơ hình mơ ph ng.............................................................................42
CHƢƠNG 3: MƠ PHỎNG HẢO SÁT ẢNH HƢỞNG MẶT ĐƢỜNG ...............45
3.1. Đánh giá mơ hình mơ ph ng ..............................................................................45
3.1.1. Các d ng nguồn k ch th ch m t đƣờng............................................................45
3.1.1.1. M p mơ m t đƣờng hình sin ........................................................................45
3.1.1.2. M p mô m t đƣờng d ng ngẫu nhiên ISO ...................................................46
4

3.1.1.3.

ch th ch m t đƣờng d ng xung .................................................................46

3.1.1.4. Lựa ch n k ch th ch m t đƣờng để nghiên cứu ............................................46
3.1.2. hảo sát dao động ô tô ....................................................................................47
3.1.2.1. Ch n thông số xe mô ph ng ........................................................................47
3.1.2.2. Mơ hình khối tổng thể Matla -simulink ......................................................48
3.1.3. So sánh kết quả th nghiệm .............................................................................49
3.1.3.1. Chuẩn

trƣớc khi th nghiệm .....................................................................49

3.1.3.2. Kết quả thí nghiệm đo dao động ơ tơ dƣới k ch động của gờ giảm tốc k ch
th ch m t đƣờng d ng xung hình thang .....................................................................51
3.2. hảo sát ảnh hƣởng m t đƣờng đến dao động của ô tô .....................................53
3.2.1. Mô ph ng m p mô m t đƣờng theo ISO 8608 ...............................................53
3.2.1.1. Tiêu chuẩn ISO 8608 ...................................................................................53
3.2.1.2. Phƣơng pháp xây dựng hàm m p mô m t đƣờng theo ISO 8608 ................55
3.2.2. hảo sát ảnh hƣởng m t đƣờng đến dao động của ô tô ..................................57
3.2.2.1. ết quả d ng đồ th khi xe chuyển động với vận tốc V=40km/h. ...............58
3.2.2.2. ết quả d ng đồ th khi xe chuyển động với vận tốc V=60km/h. ...............60
3.2.2.4. Đánh giá độ êm d u của ô tô thông qua gia tốc ình phƣơng trung ình .....65
ẾT LUẬN VÀ IẾN NGHỊ...................................................................................67
TÀI LIỆU THAM HẢO .........................................................................................68

5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Đơn vị

Giải nghĩa

ma

kg

hối lƣợng đƣợc treo

muf

kg

hối lƣợng không đƣợc treo trƣớc

mur

kg

hối lƣợng không đƣợc treo sau

kf

kN/m

Độ cứng treo trƣớc

kr

kN/m

Độ cứng treo sau

cf

kN.s/m

Hệ số cản treo trƣớc

cr

kN.s/m

Hệ số cản treo sau

kt

kN/m

Độ cứng lốp

ct

kN.s/m

Hệ số cản lốp

Gt

N

Tr ng lƣợng xe

6


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1[16] .............19
Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật của xe Kia-morning 2015....................................47
Bảng 3.2 : Tiêu chuẩn ISO 8608 phân loại đường ................................................54

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1 Hệ thống treo phụ thuộc (1) và hệ thống treo độc lập (2) ........................11
Hình 1. 2 Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng phần tử đàn hồi nhíp ...........................11
Hình 1. 3 Hệ thống treo phụ thuộc thanh nối sử dụng phần tử đàn hồi lị xo xoắn .12
Hình 1. 4 Sơ đồ ngun lý của hệ treo 2 địn ngang .................................................14
Hình 1. 5 Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson ...................................................................15
Hình 1. 6 Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson .......................................15
Hình 1. 7 Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai địn dọc .........................................................16
Hình 1. 8 Sơ đồ ngun lý hệ treo hai địn dọc .........................................................17
Hình 1. 9 Sự phụ thuộc của hệ số giảm chấn đến độ an toàn và êm dịu trong chuyển
động của ơtơ ..............................................................................................22
Hình 1. 10 Ưu điểm của xe trang bị hệ thống treo có điều khiển .............................23

Hình 1. 11 Đường đặc tính của giảm chấn trên hệ thống treo bán tích cực ............24
Hình 1. 12 Sơ đồ mô phỏng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ phận sinh lực .26
Hình 2. 1 Mơ hình ¼ hệ thống treo ơ tơ ....................................................................32
Hình 2. 2 Các lực tác dụng vào khối lượng được treo.............................................32
Hình 2. 3 Các lực tác dụng lên khối lượng không được treo ....................................33
Hình 2. 4 Mơ hình 1/2 hệ thống treo ô tô ..................................................................34
Hình 2. 5 Các lực tác dụng lên khối lượng được treo ..............................................35
Hình 2. 6 Các lực tác dụng vào khối lượng khơng được treo ...................................35
Hình 2. 7 Mơ hình vật lý cho hệ thống treo tồn xe ..................................................37
Hình 2. 8 Sơ đồ phân tích lực cho hệ thống treo tồn xe ..........................................38
Hình 2. 9 Sơ đồ mơ phỏng phương trình số 1 trong hệ phương trình vi phân dao
động hệ thống treo ơ tơ .............................................................................43
Hình 2. 10 Sơ đồ mơ phỏng phương trình số 2 trong hệ phương trình vi phân dao
động hệ thống treo ơ tơ .............................................................................43
Hình 2. 11 Sơ đồ mơ phỏng phương trình số 3 trong hệ phương trình vi phân dao
động hệ thống treo ô tô .............................................................................44

8


Hình 2. 12 Sơ đồ mơ phỏng phương trình số 4 trong hệ phương trình vi phân dao
động hệ thống treo ơ tơ .............................................................................44
Hình 3. 1 Mơ hình mơ phỏng hệ thống treo tồn xe .................................................48
Hình 3. 2 Thiết bị gắn lên xe .....................................................................................49
Hình 3. 3 Hình ảnh thiết bị được gắn trên xe Kia –Morning 2015 .........................50
Hình 3. 4 Gờ giảm tốc ...............................................................................................51
Hình 3. 5 Kích thước gờ giảm tốc ............................................................................51
Hình 3. 6 Đồ thị dịch chuyển bánh xe trong mơ phỏng và thực nghiệm ..................52
Hình 3. 7 Đồ thị dịch chuyển thân xe trong mô phỏng và thực nghiệm ..................52
Hình 3. 8 Đồ thị dịch chuyển thân xe và bánh xe trong thực nghiệm ......................53

Hình 3. 9 Mật độ phổ của các loại đường theo tiêu chuẩn ISO 8608 ......................55
Hình 3. 10 Mơ tả mấp mơ mặt đường theo ISO 8608 ..............................................57
Hình 3. 11 Đồ thị so sánh dịch chuyển của bánh xe trên các cấp đường ...............58
Hình 3. 12 Đồ thị so sánh dịch chuyển của thân xe trên các cấp đường.................58
Hình 3. 13 Đồ thị so sánh vận tốc thân xe trên các cấp đường theo với vận tốc
40km/h .......................................................................................................59
Hình 3. 14 Đồ thị so sánh gia tốc thân xe trên các cấp đường theo với vận tốc
40km/h .......................................................................................................59
Hình 3. 15 Đồ thị so sánh dịch chuyển của bánh xe trên các cấp đường .................60
Hình 3. 16 Đồ thị so sánh dịch chuyển của thân xe trên các cấp đường................61
Hình 3. 17 Đồ thị so sánh vận tốc thân xe trên các cấp đường theo với vận tốc
60km/h .......................................................................................................61
Hình 3. 18 Đồ thị so sánh gia tốc thân xe trên các cấp đường với vận tốc 60km/h 62
Hình 3. 19 Đồ thị so sánh dịch chuyển của bánh xe trên các cấp đường ................63
Hình 3. 20 Đồ thị so sánh dịch chuyển của thân xe trên các cấp đường với vận tốc
80km/h .......................................................................................................63
Hình 3. 21 Đồ thị so sánh vận tốc thân xe trên các cấp đường với vận tốc 80km/h64
Hình 3. 22 Đồ thị so sánh gia tốc thân xe trên các cấp đường với vận tốc 80km/h 64

9


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN ÔTÔ

1.1.

Giới thiệu chung về hệ thống treo ô tô con
Hệ thống treo của ô tô du l ch cũng nhƣ ô tơ tải nói chung, là hệ thống liên

kết đàn hồi các c u xe (c u chủ động và

động) với khung và thân xe. Hệ thống

treo thƣờng ao gồm a ph n cơ ản: cơ c u liên kết đàn hồi khung v xe với các
c u xe, đảm ảo khi xe chuyển động c u xe không va ch m với khung v ; cơ c u
truyền lực ao gồm các chốt, trục, thanh đòn, d m c u... liên kết với ánh xe để
truyền lực đẩy từ ánh xe và phản lực của m t đƣờng lên khung v ; cơ c u này đảm
ảo xe có thể chuyển động với tốc độ cao mà không

xô lệch khung v xe; cơ c u

giảm ch n để dập tắt dao động của ánh xe khi di chuyển, nh t là khi di chuyển ở
m t đƣờng gồ ghề.
Hệ thống treo đảm ảo độ êm d u c n thiết khi xe ch y với tốc độ cao, đảm
ảo các ánh luôn tiếp xúc với m t đƣờng, nh t là khi hai ánh dẫn hƣớng của c u
trƣớc. Ch nh trên cơ sở này hệ thống treo đƣợc phân ra làm hai lo i: Hệ thống treo
độc lập và hệ thống treo phụ thuộc.
Trong hệ thống treo độc lập, d m c u trƣớc không liền khối mà chế t o thành
nhiều ộ phận rồi lắp ghép với nhau (thƣờng gồm hai d m chữ A chế t o rời có lắp
cơ c u giảm ch n rồi lắp với d m c u trƣớc) do đó các ánh xe dẫn hƣớng dao động
độc lập, đƣợc lị xo hình trụ (cơ c u liên kết đàn hồi) luôn luôn đẩy cho áp su t m t
đƣờng. Hệ thống treo độc lập thƣờng dùng lo i giảm xóc ống, kiểu thủy lực lắp lồng
ên trong lò xo liên kết. Lo i giảm xóc kh nén (giảm xóc hơi) ho c giảm xóc kiểu
thủy kh (hyudragaz) ch dùng trong các xe du l ch cao c p: dùng hệ thống treo độc
lập kiểu kh nén ho c thủy lực nhƣ hệ thống treo dynamic-drive của BMW 745Li
của Đức hay Citroen DS19 của Pháp. Các lo i xe phổ thông (compact class) và các
lo i xe tải thƣờng dùng hệ thống treo phụ thuộc. Lo i hệ thống treo này có đ c điểm
là d m c u trƣớc liền khối. Các ánh xe lắp trên c u ch u cùng một dao động vì vậy
khi vận hành trên đƣờng x u thƣờng xảy ra hiện tƣợng có lúc ánh xe
khơng tiếp xúc với m t đƣờng gây m t ổn đ nh.

10

hẫng,


1.1.1. Giới thiệu một số loại hệ thống treo thông dụng
1.1.1.1. Hệ thống treo phụ thuộc
Hệ thống treo phụ thuộc đƣợc sử dụng nhiều trên xe vận tải, hành khách và một
số ôtô du l ch. Cả hai ánh xe đƣợc đỡ bằng một hộp c u xe ho c d m c u xe. Vì
thế cả hai bánh cùng chuyển động với nhau.

Hình 1. 1 Hệ thống treo phụ thuộc (1) và hệ thống treo độc lập (2)
 Loại lị xo lá (nhíp)
Nhíp vừa đóng vai trị là ph n tử đàn hồi vừa đóng vai trị là ph n tử dẫn
hƣớng.

Hình 1. 2 Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng phần tử đàn hồi nhíp

11


Lo i này đƣợc sử dụng chủ yếu trên hệ thống treo sau của xe chở hàng và xe tải
do có kết c u đơn giản, cứng vững, dễ bảo dƣỡng tuy nhiên l i có tr ng lƣợng lớn,
độ bền th p
 Loại 4 thanh nối
Các đòn treo điều khiển trên và dƣới đƣợc lắp vào thân xe theo chiều d c và
một đòn khác đƣợc lắp theo chiều ngang, một đ u vào thân xe một đ u vào c u xe.
So với hệ thống treo phụ thuộc sử dụng ph n tử đàn hồi nhíp thì lo i này mang l i
tính êm d u chuyển động cao hơn, có tr ng lƣợng nh , tuổi th cao. Đƣợc sử dụng
nhiều trên hệ thống treo sau của các xe 1 khoang, SUV...

Hình 1. 3 Hệ thống treo phụ thuộc thanh nối sử dụng phần tử đàn hồi lò xo xoắn
Đ c trƣng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một d m c u cứng.
Trong trƣờng hợp c u xe là b động thì d m đó là một thanh thép đ nh hình, cịn
trƣờng hợp là c u chủ động thì d m là ph n v c u trong đó có một ph n của hệ thống
truyền lực.

 Nhược điểm
-

hối lƣợng ph n liên kết bánh xe (ph n không đƣợc treo) lớn, đ c iệt là ở

c u chủ động. hi xe ch y trên đƣờng không ằng phẳng, tải tr ng động sinh ra sẽ
gây nên va đập m nh giữa ph n không treo và ph n treo làm giảm độ êm d u
chuyển động. M t khác ánh xe va đập m nh trên nền đƣờng sẽ làm x u sự tiếp
xúc của ánh xe với đƣờng.

12


- Khoảng khơng gian phía dƣới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho d m c u có thể
thay đổi v trí, do vậy ch có thể lựa ch n là chiều cao tr ng tâm lớn ho c là giảm
bớt thể tích chứa hàng hố sau xe.
- Sự nối cứng bánh xe 2 bên bờ d m liên kết gây nên hiện tƣợng xu t hiện
chuyển v phụ khi xe chuyển động.

 Ưu điểm
- Trong quá trình chuyển động vết ánh xe đƣợc cố đ nh do vậy khơng xảy ra
hiện tƣợng mịn lốp nhanh nhƣ hệ thống treo độc lập.
- Khi ch u lực bên (lực li tâm, lực gió ên, đƣờng nghiêng), 2 bánh xe liên kết

cứng bởi vậy h n chế hiện tƣợng trƣợt bên bánh xe.
- Công nghệ chế t o đơn giản, dễ tháo lắp và sửa chữa.
- Giá thành th p

 Vấn đề sử dụng hệ thống treo phụ thuộc
Tr ng tâm của ô tô c n phải đƣợc h th p. V n đề ổn đ nh lái phải tốt, tr ng
lƣợng ph n không đƣợc treo nh để tăng sự êm d u khi chuyển động. Vì l do nhƣ
vậy mà hệ thống treo phụ thuộc không đƣợc sử dụng trên xe có vận tốc cao, có chăng
ch đƣợc sử dụng ở những xe có tốc độ trung bình trở xuống và những xe có tính năng
việt dã cao.
1.1.1.2. Hệ thống treo độc lập
Hệ thống treo độc lập đƣợc sử dụng nhiều ở ôtô du l ch và một số lo i ôtô vận
tải, thƣờng dùng ở các c u dẫn hƣớng xe con nhằm làm êm d u vận hành, t nh điều
khiển, và tính ổn đ nh của ô tô. Mỗi ánh xe đƣợc lắp trên một tay đỡ riêng gắn vào
thân xe.
Đ c điểm:
- Hai bánh xe không lắp trên một d m cứng mà là lắp trên lo i c u rời, sự
chuyển d ch của 2 ánh xe không phụ thuộc vào nhau.
- Mỗi ên ánh xe đƣợc liên kết ởi các đòn ngang nhƣ vậy sẽ làm cho khối
13


lƣợng ph n không đƣợc treo nh nhƣ vậy mô men quán t nh nh do đó xe chuyển
động êm d u.
- Hệ treo này không c n d m ngang nên khoảng khơng gian cho nó d ch
chuyển chủ yếu là khoảng không gian 2 ên sƣờn xe nhƣ vậy sẽ h th p đƣợc
tr ng tâm của xe và sẽ nâng cao đƣợc vận tốc của xe.
Trong hệ thống treo độc lập còn đƣợc phân ra các lo i sau : D ng treo 2 đòn
ngang, d ng treo MC.pherson, d ng treo kiểu đòn d c, đòn d c có thanh ngang liên
kết và dang treo địn chéo.

a, Đặc điểm kết cấu của các dạng treo :
* Dạng treo hai địn ngang (hình 1.5)

Hình 1. 4 Sơ đồ nguyên lý của hệ treo 2 đòn ngang
1- Bánh xe; 2- Giảm ch n; 3- Lò xo; 4- Đòn trên; 5- Đòn dƣới; 6- Đòn đứng.
Đặc điểm:
Kết c u phức t p, chiếm khoảng không gian quá lớn. C u t o của hệ treo 2 đòn
ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, một đòn ngang dƣới. Các đ u trong đƣợc liên kết
với khung, v bằng khóp trụ. Các đ u ngồi đƣợc liên kết bằng khóp c u với đòn
đứng. Đòn đứng đƣợc nối với trục bánh xe. Bộ phận đàn hồi có thể nối giữa khung
với đòn trên ho c đòn dƣới. Giảm ch n cũng đ t giữa khung với đòn trên ho c đòn
dƣới. Hai bên bánh xe nếu dùng hệ thống treo này và đ t đối xứng qua m t phẳng
d c giữa xe

14


* Dạng treo Mc.Pherson:

Hình 1. 5 Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson
1- Giảm ch n đồng thời là trụ đứng; 2- Đòn ngang dƣới; 3- Bánh xe; 4- Lò xo
P. Tâm quay bánh xe
Đặc điểm:
Sơ đồ c u t o của hệ treo (Hình 1.5) bao gồm : một địn ngang dƣới, giảm ch n
đ t theo phƣơng thẳng đứng, một đ u đƣợc gối ở khớp c u B. Đ u còn l i đƣợc bắt
vào khung xe.
Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson:

Hình 1. 6 Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson
a) Sự thay đổi góc nghiêng ngang của bánh xe và trụ xoay dẫn hướng

b) Sự thay đổi góc nghiêng dọc của trụ, xoay dẫn hướng
c) Sự thay đổi độ chụm trước của bánh xe

15


* Hệ treo đòn dọc
Đặc điểm
Hệ treo hai đòn d c ( Hình 1.7) là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một địn d c.
Mỗi đ u của đòn d c đƣợc gắn cứng với trục quay của bánh xe, một đ u liên kết với
khung v bởi khớp trụ. Lò xo và giảm ch n đ t giữa đòn d c và khung. Đòn d c vừa
là nơi tiếp nhận lực ngang, lực d c.

Hình 1. 7 Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai đòn dọc
1. hung v ; 2- Lò xo; 3- Giảm ch n; 4- Bánh xe; 5- Đòn d c ; 6- hớp
quay
Hệ treo địn d c chiếm các khoảng khơng gian hai ên sƣờn xe nên có thể t o
điều kiện cho việc h th p tr ng tâm xe và có thể nâng cao tốc độ, dành một ph n
không gian lớn cho khoang hành lý.
* Hệ treo địn dọc có thanh ngang liên kết
Là hệ treo đƣợc phân lo i là treo độc lập tức là địn liên kết có độ cứng nh
hơn nhiều so với độ cứng của d m c u phụ thuộc.

16


Hình 1. 8 Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai đòn dọc
1.Bánh xe; 2- Khớp quay trụ c u đòn d c; 3- Đòn d c;
4- Thùng xe; 5- Lò xo; 6- Giảm ch n
- Kết c u của hệ treo khá g n, khối lƣợng nh , có thể sản xu t hàng lo t và khả

năng lắp rắp nhanh, ch nh xác, điều này có lợi cho việc làm giảm giá thành, đ c biệt
đối với hệ treo có bộ phận đàn hồi là thanh xoắn.
- Giảm nhẹ đƣợc lực tác dụng lên đòn ngang và các khớp quay do có thanh liên
kết nên có thể san bớt lực tác dụng ngang cho cả hai khớp trụ ở hai ên, do đó mỗi
bên khớp trụ sẽ ch u một lực nh hơn, các khớp trụ sẽ có độ bền cao hơn.
Ƣu điểm
- hông gây nên sự thay đổi góc nghiêng ngang ánh xe, vết của ánh xe.
- Tuỳ theo v trí đ t địn ngang mà ngƣời ta có thể khơng c n dùng đến thanh ổn
đ nh của hệ treo độc lập ( đòn ngang đảm nhận chức năng của thanh ổn đ nh).
1.2.

Khái niệm và các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

1.2.1. Khái niệm về độ êm dịu chuyển động
Tính êm dịu chuyển động của ô tô hiểu một cách khái quát là khả năng tự
dập tắt lực va đập và rung động khi va ch m vào chƣớng ng i vật ho c chuyển
động trên nền đƣờng khơng ằng phẳng. Đó là một t nh ch t quan tr ng vì nó ảnh
hƣởng đến sức kh e của ngƣời lái và hành khách đến độ ền của xe đến ch t
lƣợng công việc, năng su t và t nh liên hợp của ô tô.
Tính êm dịu chuyển động phụ thuộc vào t nh ch t, cƣờng độ của các lực k ch
17


th ch, đ c điểm c u t o của xe mà hệ thống treo là chủ yếu và cuối cùng là phụ
thuộc vào trình độ nghề nghiệp của ngƣời lái.
Các lực k ch th ch phát sinh do nhiều nguyên nhân khác nhau và có thể chia
thành hai nhóm:
Các lực kích thích bên trong là các lực rung của máy do các chi tiết không
cân ằng, quay không đều và do sự chuyển động khơng đều của các dịng kh n p
và kh xả của động cơ. Các lực này có t n số trên 150 (Hz), do vậy các lực này t

ảnh hƣởng đến ngƣời lái và hành khách, khi nghiên cứu dao động của xe không
c n t nh đến lực rung.
Các lực kích thích bên ngồi ao gồm: các lực va đập của ánh xe khi va vào
chƣớng ng i vật, lực quán t nh xu t hiện khi xe di chuyển trên đƣờng không ằng
phẳng. Các lực này thƣờng có t n số th p và gây ảnh hƣởng m nh đến sự êm d u
của ô tô.
1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động
Ơ tơ dao động gồm cơ hệ nhiều vật dao động. Để đánh giá ảnh hƣởng của
dao động ô tô dựa vào nhiều ch tiêu và các ch tiêu đƣợc thể hiện dƣới đây:
1.2.2.1. Chỉ tiêu về cƣờng độ dao động
Để đánh giá dao động ô tô, theo tiêu chuẩn VBI-2057 của Đức đƣa ra hệ số
B đánh giá dao động: Theo đó a ngƣỡng đƣợc dùng để đánh giá:
- KB = 20 giới h n êm d u;
- KB = 50 giới h n điều khiển;
- KB = 125 giới h n gây bệnh lý.
Cƣờng độ dao động KB là một hàm của gia tốc, phƣơng tác dụng, thời gian
và t n số tác dụng. Nhƣ vậy để xác đ nh

B, đối với xe ô tô chúng ta phải xác

 , gia tốc t i tâm
đ nh gia tốc của tr ng tâm thân xe, trong tính toán sau này là Z
T

khối lƣợng đƣợc treo.
KB  f (ZT , fT ,...)

18

1.2.2.2. Gia tốc bình phƣơng trung bình theo thời gian tác động
Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1[16], đƣa ra ch tiêu đánh giá độ êm d u chuyển
động ô tô thông qua gia tốc ình phƣơng trung ình theo phƣơng thẳng đứng dựa
vào các cơng trình nghiên cứu của thế giới. Gia tốc ình phƣơng trung ình theo
phƣơng thẳng đứng đƣợc xác đ nh theo công thức dƣới đây:

1

aWZ    aW2 ( t )dt 
T 0

T

1
2

(1. 1)

Trong đó:
awz - Gia tốc ình phƣơng trung ình theo phƣơng thẳng đứng.
aw - Gia tốc theo phƣơng thẳng đứng theo thời gian.
T - Thời gian khảo sát.
Điều kiện chủ quan đánh giá độ êm d u ô tô theo độ lệch gia tốc theo phƣơng
thẳng đứng ISO 2631-1[16] dựa vào bảng dƣới đây:
Bảng 1. 1. Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1[16]
aWZ(m/s2)

Cấp êm dịu

< 0.315

Thoải mái

0.315 ÷ 0.63

Một chút khó ch u

0.5 ÷ 1.0

Khá khó ch u

0.8 ÷ 1.6

Khơng thoải mái

1.25 ÷ 2.5

R t khó ch u

>2

Cực kỳ khó ch u

* Ưu điểm của tiêu chuẩn VBI2057 và tiêu chuẩn ISO 2631-1:
- Thuận lợi cho việc phân t ch và đánh giá dao động toàn bộ của xe.
- Thơng qua các mơ hình dao động vật lý và tốn h c của tồn bộ xe ho c
các ph n mền chuyên dùng MATLAB-SIMULINK, ADAMS, LMS hoàn toàn xác
đ nh gia tốc dao động theo miền thời gian ho c miền t n số. Hiện nay phƣơng

19

pháp này đã đƣợc các nhà khoa h c trên khắp thế giới áp dụng ISO 2631-1 để
phân t ch độ êm d u của dao động các phƣơng tiện giao thông.
1.2.2.3. Chỉ tiêu về tải trọng động
Hệ số tải tr ng động Kdyn, max đánh giá mức độ ảnh hƣởng của dao động đến
độ bền của các chi tiết, cụm chi tiết của ô tô và hệ số áp lực đƣờng W đánh giá
mức độ ảnh hƣởng của dao động đến m t đƣờng.
a. Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng tới độ bền chi tiết
Để khảo sát v n đề này, sử dụng hệ số tải tr ng động cực đ i, đƣợc đ nh
nghĩa nhƣ sau:

K dyn,max  1 

max(FZdyn )
FZ ,st

 1,5

(1. 2)

Trong đó:
Kdyn,max : Hệ số tải tr ng động cực đ i
FZ,dyn : Tải tr ng động bánh xe
FZ,st : Tải tr ng tĩnh ánh xe.
Với k ch động ngẫu nhiên max(FZ,dyn) đƣợc xác đ nh nhƣ sau:

 FZ  FZ ,RMS 
Và: K dyn,max 

1T
(FZ ( t )  FZ ,st )2 dt

T

1,64 FZ ,RMS
1
FZ ,st

(1. 3)

(1.4)

b. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường
Sau những năm 1990, ô tô ngày càng có tải tr ng lớn, tỷ tr ng kinh tế của
c u và đƣờng trong ngành giao thông ngày càng đƣợc đánh giá cao. Các nhà
nghiên cứu của Anh, Mỹ đã đ t v n đề nghiên cứu ảnh hƣởng của dao động ô tô
đối với c u và đƣờng. Ngƣời ta th y rằng mức độ ảnh hƣởng của dao động ô tô
đến c u và đƣờng tỷ lệ với số mũ ậc 4 của áp lực bánh xe với đƣờng. H đã đƣa
ra khái niệm Road stress Coefficient, t m g i là hệ số áp lực đƣờng W, là hệ số có
thể đánh giá mức độ ảnh hƣởng của dao động ô tô với c u và đƣờng. Trong một

20


số tài liệu cịn có tên tiếng anh là Dynamic wear factor. Theo đó, Wilkinson đã
nêu ra cơng thức xác đ nh hệ số áp lực đƣờng W nhƣ sau:
W  1  6 2  4 4



max( f z ,dyn )
FZ ,st

(1. 5)
(1. 6)

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

W

 W( i ).F

Z ,st

(i )

1

(1. 7)

i

F

Z ,st

(i )

1

1.2.2.4. Chọn chỉ tiêu đánh giá dao động để nghiên cứu
Qua phân tích các ch tiêu đánh giá mức độ ảnh hƣởng của dao động cũng nhƣ
ch tiêu đánh giá độ êm d u chuyển động của ô tô, tác giả ch n ch tiêu đánh giá độ
êm d u chuyển động thông qua ch tiêu gia tốc dao động theo phƣơng thẳng đứng
với lý do sau: thơng qua mơ ph ng Matlab-Simulink có thể xác đ nh đƣợc gia tốc
theo phƣơng thẳng đứng theo thời gian và giá tr gia tốc ình phƣơng trung ình
theo phƣơng thẳng đứng;
1.3. Xu hƣớng phát triển của các hệ thống treo
Hiện nay các lo i treo cơ kh ( nh p, lò xo, thanh xoắn…) đƣợc sử dụng rộng
rãi trên các xe du l ch với những ƣu điểm nhƣ : chế t o đơn giản, dễ bố trí, giá thành
rẻ. Tuy nhiên do yêu c u nâng cao ch t lƣợng của hệ thống treo trên ô tô nhằm đảm
bảo khả năng êm d u và an toàn chuyển động ngày càng cao thì các hệ treo truyền
thống l i khơng đáp ứng đƣợc.
Ơtơ dao động chủ yếu do k ch th ch từ m p mô iên d ng m t đƣờng. Hệ
thống treo

động đƣợc coi là tốt nh t ch ứng với một lo i đƣờng nh t đ nh. Do

vậy để th a mãn các ch tiêu độ êm d u và độ an toàn chuyển động trên t t cả các
lo i đƣờng khác nhau thì các đ c t nh của hệ thống treo phải thay đổi trong q
trình ơtơ chuyển động.

21


Hình 1. 9 Sự phụ thuộc của hệ số giảm chấn đến độ an toàn và êm dịu trong chuyển
động của ơtơ
Điều đó ch có thể thực hiện ở hệ thống treo có điều khiển, tùy thuộc vào khả

năng điều khiển các thông số của hệ thống treo điều khiển mà ngƣời ta chia làm hai
lo i: Hệ thống treo án t ch cực và hệ thống treo t ch cực.
Giải pháp cho v n đề này là việc sử dụng hệ thống treo điều khiển điện tử với
những ƣu điểm nhƣ:
Thay đổi đƣợc độ cứng của của ộ phận đàn hồi ứng với chế độ tải tr ng khác
nhau, đảm ảo độ v ng tĩnh và t n số dao động riêng là không đổi.
Thay đổi đƣợc chiều cao thân xe tùy thuộc vào ề m t đ a hình và vận tốc
chuyển động nhằm ổn đ nh chiều cao thân xe. Phù hợp với c u trúc ô tô và điều
kiện chuyển động trên đƣờng.
Hệ thống treo t ch cực, hay còn g i là treo th ch ứng, là một cơng nghệ ơ tơ, nó
điều khiển sự chuyển động thẳng đứng của ánh xe thông qua hệ thống vi m ch,
thay vì chuyển động của ánh xe đƣợc xác đ nh hoàn toàn ởi m t đƣờng. Do đó hệ
thống này h u nhƣ lo i

đƣợc v n đề nghiêng ngang, sự chúi đ u hay đuôi xe

trong những trƣờng hợp xe vào cua, phanh ho c tăng tốc. Công nghệ này giúp chiếc
xe đ t đƣợc t nh êm d u và t nh năng lái cao hơn, ằng cách giữ cho ánh xe vng
góc với m t đƣờng khi vào cua, nhờ đó tăng thêm độ ám và sự điều khiển xe.
Vi m ch điều khiển sẽ phát hiện chuyển động của thân xe từ các cảm iến gắn
trên xe và dùng các dữ liệu đƣợc t nh toán ởi thuật toán điều khiển, từ đó sẽ điều
khiển ho t động của hệ thống treo. Với ƣu điểm vƣợt trội so với hệ thống treo
22


động, đã có r t nhiều hãng xe đƣa hệ thống treo có điều khiển vào sử dụng trên các
lo i xe của mình. Với hệ thống treo này ngƣời lái có thể dùng cơng tắc để lựa ch n
một trong hai chế độ lực giảm ch n của giảm ch n: bình thường hay thể thao. Lực
giảm ch n sau đó đƣợc tự động điều ch nh đến một trong a chế độ: mềm, trung
bình, cứng nhờ ECU ( Electronic Control Unit – Bộ điều khiển điện tử ). Ƣu điểm

này đƣợc thể hiện qua hình 1.10

Hình 1. 10 Ưu điểm của xe trang bị hệ thống treo có điều khiển
Ƣu điểm của xe trang

hệ thống treo có điều khiển nhƣ sau:

 Điều khiển chống chúi đi xe: Nó h n chế việc đuôi xe

chúi khi

khởi hành ho c khi tăng tốc đột ngột. Lúc này ECU đ t lực giảm ch n ở chế độ
cứng làm ổn đ nh chuyển động của xe.
 Điều khiển chống lắc ngang: Nó giới h n độ nghiêng ngang của xe khi
quay vịng ho c đi trên đƣờng ngoằn nghèo, lúc đó lực giảm ch n đ t ở chế độ cứng
vì vậy cải thiện đƣợc t nh ổn đ nh điều khiển.
 Chống chúi mũi: H n chế mũi xe chúi xuống khi phanh. Lúc này lực
giảm ch n đ t ở chế độ cứng, làm ổn đ nh chuyển động của xe.
 Điều khiển tốc độ cao:

hi xe ch y với tốc độ cao, lực giảm ch n

đƣợc đ t ở chế độ trung ình, cải thiện khả năng điều khiển.
 Chống chúi đi khi chuyển số: Nó h n chế việc chúi đuôi của những
23