Luận án tiến sĩ nghiên cứu hệ thống treo đoàn xe theo hướng giảm tải trọng động (tt)

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

VŨ THÀNH NIÊM

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TREO ĐOÀN XE THEO HƯỚNG
GIẢM TẢI TRỌNG ĐỘNG

Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 9520116

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội - 2021

1


Cơng trình được hồn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lưu Văn Tuấn
TS. Đặng Việt Hà

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ
cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …. giờ, ngày… tháng … năm …

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam

2


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của luận án
Vận tải hàng hóa bằng đường bộ tại Việt Nam hiện nay chiếm
tỷ trọng cao so với các phương thức vận tải khác, trong đó đồn xe
sơ mi rơ mc (ĐXSMRM) đóng vai trị quan trọng trong mạng lưới
vận tải này. ĐXSMRM được biết đến là phương tiện vận tải có năng
suất vận chuyển cao và mang lại hiệu quả kinh tế ở nhiều nước trên
thế giới và tại Việt Nam. Trong quá trình chuyển động, tải trọng
động sinh ra từ các phương tiện vận tải ảnh hưởng khơng nhỏ đến
cầu/đường và an tồn động lực học của xe. Vì vậy, thực tiễn đặt ra
cần phải nghiên cứu các giải pháp để giảm tải trọng động của
phương tiện, trong đó có ĐXSMRM. Trong khi hệ thống treo tích
cực, bán tích cực cho sơ mi rơ moóc (SMRM) chưa mang lại hiệu
quả so với giá thành thì giải pháp ưu việt nhằm giảm tải trọng động
hiện nay là thay thế hệ thống treo truyền thống sử dụng nhíp bằng hệ
thống treo khí nén. Đề tài “Nghiên cứu hệ thống treo đoàn xe theo
hướng giảm tải trọng động” có tính cấp thiết, nhằm giảm tải trọng
động và nâng cao an toàn động lực học của xe. Tải trọng động là yếu
tố tác động hai chiều, một mặt tác động đến xe ảnh hưởng đến độ
bền chi tiết, an toàn động lực học; mặt khác tác động đến đường gây
ra các hư hỏng. Do đó, khi nghiên cứu về tải trọng động cần đặt
trong mối liên hệ đường-xe.

Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu đánh giá khả năng giảm tải
trọng động và thời gian tách bánh của hệ thống treo khí nén trên
SMRM so với hệ thống treo sử dụng nhíp.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là SMRM sử dụng hệ thống treo khí nén
sản xuất lắp ráp tại Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm:
- Nghiên cứu lý thuyết: xây dựng mơ hình động lực học
ĐXSMRM theo phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật (MBS) và
phương trình Newton-Euler, trong đó lực liên kết giữa khối lượng
được treo và không được treo được mô tả bởi hai mơ hình con là
“nhíp” và “ballon khí”. Sử dụng mơ hình này để khảo sát các yếu tố
ảnh hưởng gồm vận tốc xe, loại đường và mức tải; đánh giá theo 5

1


tiêu chí gồm hệ số tải trọng động (DLC), hệ số áp lực đường động
(DLSF), hệ số tải trọng (kdmax, kdmin), phản lực bánh xe lớn nhất
(Fz,max) và thời gian tách bánh (ttachbanh). Kết quả khảo sát của mơ hình
với hai loại hệ thống treo được so sánh với nhau để thấy tính ưu việt
của hệ thống treo khí nén trong việc giảm tải trọng động và tăng tính
an tồn động lực học.
- Nghiên cứu thực nghiệm: thí nghiệm kiểm chứng mơ hình
động lực học ĐXSMRM đã xây dựng thơng qua việc đo các thông số
chuyển vị, gia tốc theo phương thẳng đứng và vận tốc dài của xe.
Phạm vi nghiên cứu
Luận án tập trung vào vấn đề giảm tải trọng động cho SMRM

thông qua việc sử dụng hệ thống treo khí nén. Vấn đề độ êm dịu chỉ
dừng ở mức khơng làm hư hỏng hàng hóa, có thể được thực hiện với
các giải pháp khác như sử dụng hệ thống treo phụ trợ, nên không
được đề cập trong luận án này.
Những kết quả mới của luận án
1. Luận án đã xây dựng mơ hình động lực học ĐXSMRM với
hai mơ hình con của nhíp và hệ thống treo khí nén để liên kết giữa
khối lượng được treo và không được treo. Mơ hình hệ thống treo khí
nén sử dụng mơ hình GENSYS, là mơ hình thích nghi, có thể thay
đổi tham số để thực hiện các phương án khảo sát. Mơ hình động lực
học ĐXSMRM có thể khảo sát với nhiều kích động mặt đường, vận
tốc và mức tải khác nhau, được sử dụng để đánh giá khả năng giảm
tải trọng động và thời gian tách bánh của SMRM. Mơ hình này cũng
có thể ứng dụng làm mơ hình con để nghiên cứu động lực học
cầu/đường.
2. Luận án đã thiết lập hệ thống thí nghiệm động lực học
ĐXSMRM phương thẳng đứng theo trạng thái chuyển động của xe
trên đường với thiết bị hiện đại của Kistler, Dytran, Dewesoft có độ
chính xác cao. Thiết bị thí nghiệm đồng bộ, cho phép theo dõi trực
quan đồng thời 5 thông số đo theo thời gian thực, để có thể điều
chỉnh chính xác thông số đầu vào.
3. Luận án đã đánh giá khả năng giảm tải trọng động của
SMRM sử dụng hệ thống treo khí nén theo các tham số vận tốc xe,
loại đường và mức tải; đánh giá về an toàn động lực học thơng qua
tiêu chí thời gian tách bánh - một vấn đề chưa được nghiên cứu nhiều
tại Việt Nam. Sự so sánh về tải trọng động, tải trọng cực đại, mức độ

2

tách bánh của SMRM sử dụng hai loại hệ thống treo cho thấy tính ưu
việt của hệ treo khí nén so với hệ thống treo kim loại (nhíp). Kết quả
thu được rất có ý nghĩa, với tải trọng động có thể giảm đến 29,3%,
góp phần giảm áp lực đường; thời gian tách bánh có thể giảm đến
49,7%, góp phần nâng cao an toàn động lực học của xe; vận tốc xe
có thể tăng đến 20 km/h cho thấy khả năng tăng năng suất vận
chuyển của SMRM treo khí.
4. Luận án đã xác định các vận tốc an toàn giới hạn của xe ứng
với mỗi loại đường, mỗi mức tải, để khuyến cáo cho người sử dụng
các điều kiện vận hành xe phù hợp, vừa đảm bảo tính thân thiện với
đường, độ bền chi tiết, vừa đảm bảo an toàn động lực học của xe.
Nội dung luận án
Nội Nội dung của luận án gồm 4 phần chính sau:
- Chương 1: Tổng quan.
- Chương 2: Xây dựng mơ hình động lực học ĐXSMRM để
nghiên cứu tải trọng động.
- Chương 3: Khảo sát tải trọng động và thời gian tách bánh của
xe SMRM.
- Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Xu hướng phát triển và vấn đề tải trọng động của SMRM
SMRM sử dụng hệ thống treo khí nén phổ biến trên thế giới,
tại Mỹ đến năm 2013 loại hệ thống treo này chiếm hơn 75% sử dụng
trên SMRM. Tại Việt Nam, đã có một số hãng sản xuất lắp ráp loại
phương tiện này như DOOSUNG, Tân Thanh.
Để giảm áp lực đường, có các giải pháp như: (i ) Sử dụng cầu
cân bằng; (ii) Sử dụng lốp kép; (iii) Phân bố tải trọng tĩnh; (iv) Giảm
tải trọng động. Các giải pháp liên quan đến sử dụng cầu cân bằng, sử
dụng lốp kép đã được nghiên cứu khá sớm và các xe hiện nay đều đã
sử dụng các giải pháp này. Nâng cao chất lượng đường giao thông

cần mức đầu tư lớn trong một thời gian dài. Trong những năm gần
đây, trên xe có xu hướng sử dụng hệ thống treo có điều khiển, thay
đổi độ cứng gần với giá trị lý tưởng. Tuy nhiên, hệ thống treo có điều
khiển chủ yếu sử dụng cho các xe du lịch, trên SMRM chưa mang lại
hiệu quả do giá thành cao. Do đó, sử dụng hệ thống treo khí nén thay
thế cho hệ thống treo truyền thống sử dụng nhíp là giải pháp ưu việt
và khả thi hiện nay nhằm giảm tải trọng động.

3


1.2. Hệ thống treo khí nén của SMRM
Hệ thống treo khí nén sử dụng phổ biến trên nhiều loại phương
tiện từ ô tô con, ô tô khách, ô tô tải đến SMRM nhờ có nhiều ưu
điểm [3]. Hiện nay, khơng có cơng thức tổng qt tính độ cứng của
ballon khí nén, độ cứng này phụ thuộc vào các trạng thái nhiệt động
học chất khí. Do đó, để xác định độ cứng ballon khí nén, cần xây
dựng các mơ hình hệ thống treo khí nén riêng biệt (mơ hình con). Mơ
hình này được sử dụng để đánh giá phần tử hệ thống treo hoặc tích
hợp vào mơ tình tồn xe.
Các mơ hình hệ thống treo khí nén thơng dụng hiện nay:
- Mơ hình cổ điển: NISHIMURA, VAMPIRE, SIMPAC;
- Mơ hình của Quaglia;
- Mơ hình của Cebon;
- Mơ hình sử dụng cơng thức Van de Waal;
- Mơ hình GENSYS.
Từ các phân tích cho thấy, mơ hình Quaglia và mơ hình Cebon
có độ chính xác cao, tuy nhiên trong điều kiện nghiên cứu của luận
án chưa thể thí nghiệm xác định đủ các tham số theo hai mơ hình
này. Trong khi mơ hình cổ điển khá đơn giản, chưa mô tả đầy đủ các

thành phần của hệ thống treo khí nén, chưa phản ánh được hết tính
chất phi tuyến của hệ thống treo khí nén. Mơ hình sử dụng cơng thức
Van de Waal thực chất là mơ hình GENSYS và sử dụng khí thực,
việc xác định các thơng số khí thực này bằng thực nghiệm là khó
khăn. Do đó, mơ hình GENSYS là lựa chọn phù hợp cho luận án,
vừa đảm bảo độ chính xác, mơ tả đầy đủ các thành phần của hệ thống
treo khí nén, vừa đáp ứng các mục tiêu đề ra của luận án. Mơ hình
này được sử dụng để xây dựng mơ hình hệ thống treo khí nén cho
từng bánh xe và được sử dụng cho mơ hình của ĐXSMRM.
1.3. Lựa chọn tiêu chí đánh giá tải trọng
Các tiêu chí đánh giá gồm:
- Hệ số tải trọng động DLC (Dynamic Load Coefficient)
σ
(1.1)
DLC =
Fmean
- Hệ số áp lực đường động DLSF (Dynamic load stress factor)
(1.2)
DLSF = 1 + 6 DLC 2 + 3DLC 4
- Hệ số tải trọng kdmax, kdmin:

4


kdmax = 1 +
kdmin = 1 +

1,64 × RMS ( Fz ,dyn )

(1.3)

Fzt
min( Fz ,dyn )

(1.4)

Fzt
- Phản lực bánh xe lớn nhất Fz,max
Fz ,max = MAX ( Fz (ij) )
- Thời gian tách bánh ttachbanh:
ttachbanh = t2 − t1

(1.5)
(1.6)

Hình 0.1 Xác định thời gian tách bánh
1.4. Các cơng trình nghiên cứu liên quan đến nội dung luận án
a) Các công trình nghiên cứu trên thế giới
- Về mơ hình hệ thống treo khí nén: ngồi các mơ hình hệ
thống treo khí nén nếu trên, một số cơng trình nghiên cứu về mơ hình
hệ thống treo khí nén tập trung ở hai nội dung: một là phát triển mơ
hình trên cơ sở các mơ hình sẵn có như tác giả Jia Wang [18], Yang
Chen [3], Hengjia Zhu [19] phát triển mô hình của Qualia, Nieto
[35], Robinson [36] phát triển mơ hình GENSYS; hai là ứng dụng
mơ hình GENSYS để nghiên cứu hệ thống treo (kết cấu, điều khiển),
treo cabin, tích hợp vào mơ hình xe, có thể kể đến các cơng trình sau:
tác giả Sayyaadi và Shokouchi [40], M.M.Moheyeldein [41], Gang
Tang [43], Surbhi Razdan [45].
- Về tải trọng động, trên thế giới có nhiều cơng trình nghiên
cứu liên quan đến tải trọng động của xe hạng nặng, xoay quanh các

vấn đề như tiêu chí đánh giá tải trọng động, giải pháp giảm tải trọng
động. Có thể kể đến các cơng trình nghiên cứu sau: Các cơng trình
nghiên cứu Lloyd Davis, Jonathan Bunker [29], [46], [47],

5


Rosnawati Buhari [10], Owais Mustafa Siddiqui [13], Venu Mulaka
[48], Peng Hu [49].
Các cơng trình nghiên cứu trên thế giới về hệ thống treo khí
nén khá hồn chỉnh và hình thành nên các mơ hình từ đơn giản đến
phức tạp, chủ yếu tập trung vào mơ hình 1/4. Trên cơ sở phân tích
đặc điểm của từng mơ hình, luận án đã lựa chọn mơ hình GENSYS
là phù hợp với điều kiện Việt Nam và mục tiêu nghiên cứu. Các cơng
trình nghiên cứu về tải trọng động cho nhiều đối tượng khác nhau từ
ô tô tải, ô tô khách đến SMRM; nội dung liên quan đến khảo sát các
yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng động, so sánh tải trọng động giữa các
loại hệ thống treo và tối ưu hóa thơng số thiết kế hệ thống treo nhằm
giảm tải trọng động. Các cơng trình nghiên cứu về các yếu tố ảnh
hưởng đến tải trọng động mức độ bao quát chưa rộng. Trên cơ sở các
cơng trình nghiên cứu này, luận án nhận thấy xây dựng mơ hình hệ
thống treo khí nén và sử dụng cho mơ hình động lực học khơng gian
ĐXSMRM là một hướng tiếp cận phù hợp; cần đánh giá một các
tổng quát hơn các yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng động bao gồm vận
tốc xe, loại đường và mức tải.
b) Các cơng trình nghiên cứu tại Việt Nam
Ở Việt Nam chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu về hệ thống
treo khí nén, đặc biệt hệ thống treo khí nén cho SMRM. Có một số
cơng trình nghiên cứu về dao động của ô tô khách sử dụng hệ thống
treo khí nén như sau: luận án tiến sĩ của tác giả Trương Mạnh Hùng

[50], đã nghiên cứu về dao động của xe khách sử dụng hệ thống treo
khí nén. Luận án này đã tham khảo phương pháp xây dựng mô hình
hệ thống treo khí nén sử dụng mơ hình GENSYS của tác giả.
Một số cơng trình nghiên cứu về tải trọng động như: Cơng
trình nghiên cứu của tác giả Đào Mạnh Hùng [51], cơng trình nghiên
cứu của tác giả Lê Văn Quỳnh [52], luận án tiến sĩ của tác giả Phan
Tuấn Kiệt [11], đã nghiên cứu về tải trọng động của ĐXSMRM.
Qua phân tích các cơng trình nghiên cứu trên thế giới và tại
Việt Nam, luận án đã lựa chọn mơ hình GENSYS và kế thừa phương
pháp xây dựng mơ hình hệ thống treo khí nén của SMRM, kế thừa
phương pháp xây dựng mơ hình động lực học của ĐXSMRM với hệ
thống treo sử dụng nhíp, kế thừa một số kết quả đánh giá các yếu tố
ảnh hưởng đến tải trọng động. Trên cơ sở đó, luận án thực hiện các
nội dung nghiên cứu liên quan đến tải trọng động theo Hình 1.4.

6


Hình 1.4 Các yếu tố liên quan đến tải trọng động
1.5. Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
a) Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu đánh giá khả năng giảm tải
trọng động và thời gian tách bánh của hệ thống treo khí nén trên
SMRM so với hệ thống treo sử dụng nhíp.

b) Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là SMRM sử dụng hệ thống treo khí nén
sản xuất lắp ráp tại Việt Nam
c) Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm:

- Nghiên cứu lý thuyết: xây dựng mơ hình động lực học
ĐXSMRM theo phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật (MBS) và
phương trình Newton-Euler, trong đó lực liên kết giữa khối lượng
được treo và khơng được treo được mơ tả bởi hai mơ hình con là
“nhíp” và “ballon khí”. Sử dụng mơ hình này để khảo sát các yếu tố
ảnh hưởng gồm vận tốc xe, loại đường và mức tải; đánh giá theo 5
tiêu chí gồm hệ số tải trọng động (DLC), hệ số áp lực đường động
(DLSF), hệ số tải trọng (kdmax, kdmin), phản lực bánh xe lớn nhất
(Fz,max) và thời gian tách bánh (ttachbanh). Kết quả khảo sát của mơ hình
với hai loại hệ thống treo được so sánh với nhau để thấy tính ưu việt
của hệ thống treo khí nén trong việc giảm tải trọng động và tăng tính
an tồn động lực học.
- Nghiên cứu thực nghiệm: thí nghiệm kiểm chứng mơ hình
động lực học ĐXSMRM đã xây dựng thơng qua việc đo các thông số
chuyển vị, gia tốc theo phương thẳng đứng và vận tốc dài của xe.
d) Phạm vi nghiên cứu

7


Luận án tập trung vào vấn đề giảm tải trọng động cho SMRM
thông qua việc sử dụng hệ thống treo khí nén. Vấn đề độ êm dịu chỉ
dừng ở mức khơng làm hư hỏng hàng hóa, có thể được thực hiện với
các giải pháp khác như sử dụng hệ thống treo phụ trợ, nên không
được đề cập trong luận án này.
1.6. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu lựa chọn mô hình hệ thống treo khí nén;
- Nghiên cứu lựa chọn các tiêu chí đánh giá tải trọng;
- Nghiên cứu xây dựng mơ hình động lực học ĐXSMRM với
hai mơ hình con cho hai loại hệ thống treo (nhíp và khí nén);

- Khảo sát với 4 phương án về tải trọng động và an toàn động
lực học;
- Nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng mơ hình.
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ĐỒN
XE SƠ MI RƠ MC ĐỂ NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG ĐỘNG
2.1. Thiết lập mơ hình động lực học ĐXSMRM
Mơ hình động lực học khơng gian của ĐXSMRM với SMRM
sử dụng hai loại hệ thống treo được xây dựng thành 2 mơ hình con,
trong đó hệ thống treo khí nén được xây dựng dựa trên mơ hình
GENSYS. Mơ hình ĐXSMRM được xây dựng dựa trên phương pháp
tách cấu trúc hệ nhiều vật (MBS) và phương trình Newton-Euler.

Hình 2.1 Cấu trúc và hệ tọa độ ĐXSMRM

8


ĐXSMRM gồm 8 khối lượng, cụ thể như sau:
- Khối lượng được treo của XĐK (m1) đặt tại trọng tâm C1;
- Khối lượng được treo của SMRM (m2) đặt tại trọng tâm C2;
- Khối lượng không được treo của 6 cầu (mAi) đặt tại trọng tâm
Ai của các cầu, (i=1:1:6).
- Mơ men qn tính của 4 thanh cân bằng dọc hệ thống treo
nhíp SMRM, (JyCB21, JyCB22, JyCB31, JyCB32).
- Khối lượng dịng khí quy đổi trong hệ thống treo khí nén tại
6 bánh xe SMRM (M).
Các phương trình động lực học:
  m1 (zɺɺ1 -xɺ 1ϕɺ 1 )=(FC11 +FC12 +FK11 +FK12 )+(FC231 +FC232 +FK231 +FK232 )-Fkz1

a




 − l1 (FC1 j + FK1 j ) + (l 2 + 2 )(FC 23 j + FK 23 j )− (h w1 − h 1 )Fwx1 

2 


ɺɺ1 = ∑  + (h1 − h k1 )Fkx1 − l k1 Fkz1 − (h1 − rbx )(F ' x1 j + F ' x 2 j + F ' x 3 j ) 
(i)
  J y1ϕ
j=1 


− (M 1 j + M 2 j + M 3 j )






J β
ɺɺ = w (F + F - F - F ) + w (F
1
C11
K11
C12
K12
23
C 231 + FK 231 - FC 232 − FK 232 )

  x1 1
- M T1 - M T 2 - M T 3
 

2
  m (zɺɺ -xɺ ϕɺ )=
( FC4j +FK4j +FC5j +FK5j + FC6j +FK6j ) + Fkz2
∑
2
2
2
2


j=1


 (FC 4 j + FK 4 j )l 4 + l5 (FC5 j + FK 5 j ) + l6 (FC 6 j + FK 6 j )- (h w 2 - h 2 )Fwx 2 
2 
 

'
'
'
ɺɺ
  J y 2 ϕ 2 = ∑  -(h 2 - h k 2 )Fkx 2 - l k 2 Fkz 2 - (h 2 - rbx )(F x 4 j + F x 5 j + F x 6 j )
 (ii)
j=1 



 -(M 4 j + M 5 j + M 6 j )



6
ɺɺ =
  J x 2β
(w i (FCi1 + FKi1 - FCi 2 - FKi 2 ) - M Ti )
∑
2
 
i=4

   m A1 (ξɺɺ A1 + yɺ A1βɺ A1 ) = (FCL11 + FCL12 ) - (FC11 + FC12 + FK11 + FK12 )

ɺɺ
   J Ax1β A1 = b1 (FCL11 - FCL12 ) + w 1 (FC12 + FK12 - FC11 - FK11 ) + M T1

 
ɺɺ
ɺ
   m Ai (ξ Ai + yɺ Aiβ Ai ) = (FCLi1 + FCLi 2 ) - (FCKi1 + FCKi 2 ) ; (i = 2, 3)
(iii)


 J β
ɺɺ = b (F - F ) + w (F
i
CLi1
CLi 2

i
CKi 2 - FCKi1 )+ M Ti
   Axi Ai
   m (ɺɺ
ξ + yɺ Aiβɺ Ai ) = (FCLi1 + FCLi 2 ) - (FCi1 + FCi 2 + FKi1 + FKi 2 );
(i = 4, 5, 6)
   Ai Ai

ɺɺ
   J Axiβ Ai = b i (FCLi1 - FCLi 2 ) + w i (FCi 2 + FKi 2 - FCi1 - FKi1 ) + M Ti



Các lực, mô men liên kết gồm: lực liên kết của hệ thống treo,
lực và mô men liên kết dọc giữa thân xe và trục xe, lực liên kết của

9


bánh xe với mặt đường, lực liên kết của khớp nối. Đối với hệ thống
treo khí nén, lực liên kết hệ thống treo được xác định từ mơ hình
GENSYS sau đây.
2.2. Mơ hình hệ thống treo khí nén
Mơ hình GENSYS theo phương thẳng đứng được xây dựng
gồm 3 thành phần: đàn hồi, cản và qn tính của dịng khí.

Hình 2.9 Mơ hình hệ thống treo khí nén sử dụng mơ hình GENSYS
- Phương trình xác định lực liên kết của hệ thống treo:
Fsij = ( p0 − pa ) Ae + Cez ( zsij − ξ uij ) + Cvz ( zsij − w ij )

(i = 1,2; j = 4,5,6)

(2.33)

- Phương trình động lực học dịng khí trong ống:
β
ɺɺ ij = C vz ( zsij − wij ) − Kzβ w
ɺ ij sign(w
ɺ ij ), β = 1,8
Mw
(i = 1,2; j = 4,5,6)

(2.34)

- Độ cứng của hệ thống treo khí:

p0 Ae2 n
Cez =
Vb 0 + Vr 0

Cvz = Cez

Vr 0
Vb0

(2.35-2.36)

- Khối lượng dịng khí quy đổi:
2

A
Vr 0 
M = l p Ap ρ  e
 A V + V 
r0 
 p b0
- Hệ số cản của hệ thống treo:

(2.37)

1+ β

K zβ

A
Vr 0 
= Ks  e
 A V + V 
r0 
 p b0

,

β =2
(2.38)

Tải trọng tĩnh tính theo áp suất khí trong ballon khí nén:

10

Fztij = ( p0 − pa ) Ae

(2.42)
2.3. Hàm kích động mặt đường
a) Kích động ngẫu nhiên
Để có cơ sở khảo sát, luận án sử dụng kích động là đường
ngẫu nhiên theo ISO 8608:2016.
N

h(x) = ∑ 2.Gd (ni ).∆n.cos(2π.i.∆n.x + ϕi )

i =1
(2.49)
b) Kích động xung cosin
Mơ hình mấp mơ cosin được mô tả như công thức (2.50).

1 
x 

 H 1 − cos  2π   , khi 0 < x < L
z ( x) =  2 
 L 
0
, khi x ≤ 0; x ≥ L


(2.50)

CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT TẢI TRỌNG ĐỘNG VÀ THỜI GIAN

TÁCH BÁNH CỦA XE SƠ MI RƠ MOÓC
3.1. Các phương án khảo sát
Luận án thực hiện 4 phương án khảo sát liên quan đến tải
trọng động, an toàn động lực học, so sánh giữa hệ thống treo khí nén
và hệ thống treo nhíp theo Bảng 3.1.
Bảng 3.1 Các phương án khảo sát

11


3.2. So sánh tải trọng động của SMRM treo khí và SMRM treo
nhíp với vận tốc và loại đường thay đổi (Phương án 1)
Tải trọng động Fz,dyn (FCL) đại diện trục 4, với đường loại A và
vận tốc 20 km/h, biểu diễn trong miền thời gian như đồ thị Hình 3.1.

Hình 3.1 Tải trọng động trong miền thời gian
Giá trị DLC tính theo cơng thức (1.1) của đại diện trục 4, của
đồng thời cả 2 loại hệ thống treo như Hình 3.2, 3.3.

Hình 3.2 Đồ thị DLC với hai loại hệ thống treo

Hình 3.3 DLC theo loại đường với hai loại hệ thống treo
Mức độ giảm ∆DLCi (%) của hệ thống treo khí so với nhíp đối
với từng trục theo công thức (3.1) và thể hiện trên Bảng 3.4, Bảng
3.5 và Bảng 3.6:

12


∆DLC i (%) =

DLCinhip − DLCikhi
× 100
DLCinhip

(3.1)

Luận án đưa ra đồ thị 3D biểu diễn ∆DLCi (%) của từng trục
theo vận tốc và loại đường như Hình 3.4 (đại diện trục 4).

Hình 3.4 ∆DLCi của SMRM treo khí theo vận tốc và loại đường
Tương tự tính mức độ giảm của DLSF của SMRM treo khí
tính theo cơng thức (3.2) như sau:
∆DLSF i (%) =

DLSFi nhip − DLSFi khi
× 100
DLSFi nhip

(3.2)

Phương án này đã so sánh hệ thống treo nhíp và hệ thống treo
khí nén theo tiêu chí DLC và DLSF; đưa ra mức giảm của DLC và
DLSF từng trục. Kết quả khảo sát cho thấy SMRM treo khí có DLC
giảm trung bình từ 14,8% ÷ 29,3%, DLSF giảm trung bình từ 0,03%
÷ 20,11% so với SMRM treo nhíp. Vận tốc của SMRM treo khí tăng
từ 10 km/h ÷ 20 km/h so với SMRM treo nhíp.
3.3. Khảo sát tải trọng động, tải trọng lớn nhất của SMRM treo
khí, SMRM treo nhíp với vận tốc, loại đường và mức tải thay đổi
(Phương án 2)

a) Ảnh hưởng của các mức tải đến tải trọng động (DLC)

Hình 3.6 DLC trục 4 của SMRM treo khí nén theo các mức tải

13


Hình 3.12 So sánh DLC với hai loại hệ thống treo theo các mức tải
b) Ảnh hưởng của các mức tải đến tải trọng toàn bộ (Fz)
Ảnh hưởng của mức tải 20:20:120% và 150% đến Fz,max với
vận tốc thay đổi 20:20:100 km/h, ứng với đường loại C được đưa ra
trong Hình 3.13 (trục 4).

Hình 3.13 Fz,max trục 4 của SMRM treo khí nén theo mức tải

Hình 3.16 So sánh Fz,max với hai loại hệ thống treo theo các mức tải
Kết quả so sánh theo mức tải, DLC của SMRM treo khí giảm
từ 0,92% đến 30,59% và Fz,max của SMRM treo khí giảm từ 0,70%
đến 7,27% so với SMRM treo nhíp.

14


3.4. Ảnh hưởng của mặt đường đến phản lực bánh xe (Phương án 3)
Giá trị lớn nhất kd,max, giá trị nhỏ nhất kd,min của trục 4,
SMRM theo loại đường như Hình 3.17, 3.18.

Hình 3.17 kdmax, kdmin của SMRM treo khí nén theo loại đường

Hình 3.18 kdmax, kdmin 3D của SMRM treo khí nén

15


Phương án này đã khảo sát ảnh hưởng của loại đường đối với
Fz thơng qua tiêu chí kdmax và kdmin, qua đó xác định được các vùng
giới hạn an tồn cho xe.
3.5. So sánh thời gian tách bánh của SMRM treo khí và SMRM
treo nhíp (Phương án 4)
Mức độ giảm của thời gian tách bánh với hai loại hệ thống treo

t khi

, t nhip

theo cơng thức (3.4), trong đó: tach banh tach banh là thời gian tách
bánh của SMRM treo khí và SMRM treo nhíp.
nhip
khi
ttachbanh
− ttachbanh
(3.4)
∆t (%) =
×100
nhip
ttachbanh

Hình 3.19 Hệ số tải trọng với hai loại hệ thống treo theo thời gian

Hình 3.20 So sánh thời gian tách bánh của SMRM sử dụng hai loại

hệ thống treo

16


Hình 3.21 Thời gian tách bánh của 2 hệ thống treo theo chiều cao
mấp mô và vận tốc
Phương án này đã khảo sát so sánh thời gian tách bánh của
SMRM treo khí và SMRM treo nhíp, kết quả cho thấy thời gian tách
bánh của SMRM treo khí giảm trung bình từ 25,3% đến 49,7%, đồng
thời vùng không bị tách bánh cũng rộng hơn, khẳng định tính ưu việt
của hệ thống treo khí nén.
3.6. Xác định vận tốc an tồn giới hạn của SMRM treo khí
Để xác định các vận tốc an tồn giới hạn cần dựa trên các
tiêu chí đánh giá được trình bày trong mục 1.4. Hệ số tải trọng động
DLC nằm trong dải từ 0,05 đến 0,3 trong điều kiện hoạt động bình
thường, DLSF ≤ 1,56. Hệ số tải trọng kdmax ≤ 1,5; kdmin có hai giớ
hạn: giới hạn cảnh báo (kdmin=0,5) và giới hạn can thiệp (kdmin=0).
Trong phần này sẽ căn cứ vào giới hạn này và các kết quả trong Phụ
lục 2, Phụ lục 3 để xác định các vận tốc giới hạn theo loại đường ở
trạng thái đầy tải như Bảng 3.16.
Nếu xét trên tất cả các tiêu chí DLC, DLSF, kdmax, kdmin, với
đường loại A, B, C, xe có thể chạy đến 100 km/h vẫn đảm bảo các
tiêu chí thân thiện với đường, đảm bảo độ bền chi tiết và an toàn
động lực học của xe. Với đường loại D xe chỉ nên chạy với vận tốc

17


không quá 50 km/h; đường loại E, F đã xuất hiện hiện tượng tách

bánh, xe chỉ nên chạy với vận tốc khơng q 20 km/h.
Bảng 3.16 Vận tốc an tồn giới hạn

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Mục đích, đối tượng và các thơng số cần đo
4.1.1. Mục đích thí nghiệm
Kiểm chứng mơ hình thơng qua đo các thơng số chuyển
động theo phương thẳng đứng của xe SMRM dưới kích động dạng
xung cosin với các vận tốc chuyển động khác nhau.
4.1.2. Đối tượng thí nghiệm
Xe SMRM nhãn hiệu DOOSUNG, số loại DV-CSKS400AR-1 kết nối với XĐK nhãn hiệu HYUNDAI, số loại HD700
như Hình 4.1.

Hình 4.1 Xe SMRM thí nghiệm

18


4.1.3. Các thông số cần đo
Các thông số về khối lượng và kích thước được đo trực tiếp
từ xe thực tế, làm thơng số đầu vào cho mơ hình động lực học. Các
thông số và thiết bị cần đo theo Bảng 4.1, 4.2 và vị trí lắp đặt cảm
biến theo Hình 4.10.
Bảng 4.1 Các thơng số cần đo của thí nghiệm 1

Bảng 4.2 Các thơng số cần đo của thí nghiệm 2

Hình 4.10 Vị trí lắp đồ gá trên khung xe và trục xe

19

4.2. Thiết bị thí nghiệm
Trong khả năng khai thác, một hệ thống thiết bị được thiết
lập gồm 5 cảm biến (3 cảm biến đo chuyển vị HF, 1 cảm biến đo gia
tốc DYTRAN, 1 cảm biến đo vận tốc dài S-motion), bộ xử lý tín hiệu
Dewesoft và máy tính (Hình 4.8).

Hình 4.8 Sơ đồ kết nối
4.3. Các phương án thí nghiệm
Xung cosin được sử dụng làm kích động là mấp mơ đơn có
chiều cao lớn nhất hmax = 50 mm, chiều rộng Lmm = 350 mm. Các
mấp mô được bố trí 2 bên, tương ứng với chiều rộng vết bánh xe.
Đường xe chạy dài 1 km.
4.4. Kết quả thí nghiệm và so sánh với kết quả mơ phỏng
a) Kích động cosin hai bên bánh xe

20


Kết quả đánh giá sai số của giá trị lớn nhất theo Bảng 4.8, hệ
số tương quan theo Bảng 4.9.
Bảng 4.8 Sai số của giá trị lớn nhất giữa kết quả mơ phỏng và kết
quả thí nghiệm 1

Bảng 4.9 Hệ số Pearson giữa kết quả mô phỏng và kết quả thí
nghiệm 1

b) Kích động cosin một bên bánh xe

21


Kết quả đánh giá sai số của giá trị lớn nhất theo Bảng 4.10,
hệ số tương quan theo Bảng 4.11.
Bảng 4.10 Sai số của giá trị lớn nhất giữa kết quả mơ phỏng và kết
quả thí nghiệm 2

Bảng 4.11 Hệ số Pearson giữa kết quả mô phỏng và kết quả thí
nghiệm 2

KẾT LUẬN
1. Các kết quả đã đạt được
1. Luận án đã xây dựng mơ hình động lực học ĐXSMRM
với mơ hình hệ thống treo khí nén sử dụng mơ hình GENSYS như là
mơ hình thích nghi để liên kết giữa khối lượng được treo và khơng
được treo. Mơ hình có thể khảo sát với nhiều kích động mặt đường,
vận tốc, mức tải khác nhau.

22


2. Luận án đã xây dựng hệ thống thí nghiệm để kiểm chứng
mơ hình với các thiết bị đo hiện đại, có độ chính xác cao. Kết quả thí
nghiệm cho kết quả tương đồng với kết quả khảo sát bằng mơ hình
về hình dáng, quy luật vật lý và giá trị lớn nhất. Hệ số tương quan
của các thông số đều lớn hơn 0,74, sai số tại điểm cực đại lớn nhất là
6,67%. Điều đó có thể khẳng định độ chính xác của mơ hình đã thiết
lập.
3. Về tải trọng động, luận án đã tiến hành khảo sát hệ số tải

trọng động DLC, hệ số áp lực đường động DLSF, tải trọng toàn bộ
lớn nhất (Fz,max) theo vận tốc, loại đường và mức tải, so sánh giữa
SMRM treo khí và SMRM treo nhíp. Kết quả khảo sát cho thấy, theo
vận tốc và loại đường, SMRM treo khí có hệ số tải trọng động DLC
giảm trung bình 14,8% ÷ 29,3%, hệ số áp lực đường động DLSF
giảm trung bình 0,03% ÷ 20,11%, vận tốc xe tăng 10 km/h ÷ 20
km/h; khi khảo sát theo mức tải, DLC giảm 0,92% ÷ 30,59% và
Fz,max giảm từ 0,70% ÷ 7,27%. Về an tồn động lực học, thời gian
tách bánh của SMRM treo khí giảm trung bình từ 25,3% ÷ 49,7% so
với SMRM treo nhíp. Các kết quả khảo sát cho thấy tính ưu việt của
hệ thống treo khí nén so với hệ thống treo sử dụng nhíp ở khía cạnh
giảm tải trọng động và nâng cao an toàn động lực học của xe, cho
thấy khả năng tăng năng suất vận chuyển của SMRM treo khí.
4. Đưa ra khuyến cáo cho người sử dụng: SMRM treo khí có
thể chạy với vận tốc đến 100 km/h trên các loại đường A, B, C vẫn
đảm bảo thân thiện với đường, độ bền chi tiết của xe và an toàn động
lực học của xe; với đường loại D chỉ nên chạy với vận tốc không quá
50 km/h; với đường loại E, F chỉ nên chạy với vận tốc không quá 20
km/h.
5. Đối với các nhà sản xuất, chế tạo SMRM, kết quả nghiên
cứu có thể được sử dụng làm cơ sở trong việc lựa chọn loại hệ thống
treo phù hợp để tăng tính an tồn động lực học, giảm tải trọng động
cho đường mà vẫn đảm bảo độ bền và khả năng chịu tải của hệ thống
treo. Với các ưu điểm của hệ thống treo khí nén là cơ sở để các nhà
sản xuất nghiên cứu chuyển đổi sang sử dụng loại hệ thống treo này
lắp ráp cho SMRM.
6. Kết quả nghiên cứu của luận án làm cơ sở tham khảo để
xây dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn cho Việt Nam về hệ thống treo
thân thiện với đường tương tự tiêu chuẩn VSB 11 của Australia hay

23