luận án tiến sĩ nghiên cứu hệ thống treo đoàn xe theo hướng giảm tải trọng động

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội - 2021


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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1.
PGS.TS. LƯU VĂN TUẤN
2.
TS. ĐẶNG VIỆT HÀ

Hà Nội - 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn của PGS.TS. Lưu Văn Tuấn và TS. Đặng Việt Hà. Các số liệu, kết quả nghiên
cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Hà Nội, ngày 05 tháng 03 năm 2021
Người hướng dẫn khoa học 1

Người hướng dẫn khoa học 2

Nghiên cứu sinh

PGS.TS. Lưu Văn Tuấn

TS. Đặng Việt Hà

Vũ Thành Niêm

i


LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội,
Phòng Đào tạo, Viện Cơ khí Động lực, Bộ mơn Ơ tơ và xe chuyên dụng đã tạo điều
kiện cho nghiên cứu sinh thực hiện luận án tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn tập thể hướng dẫn là PGS.TS. Lưu

Văn Tuấn và TS. Đặng Việt Hà đã tận tình hướng dẫn trong việc định hướng nghiên
cứu và phương pháp giải quyết các vấn đề cụ thể đặt ra để thực hiện và hoàn thành
luận án.
Nghiên cứu sinh xin cảm ơn các thầy, cô trong Bộ mơn Ơ tơ và Xe chun
dụng - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội luôn giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để
hoàn thành luận án này.
Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Cục Đăng kiểm Việt Nam, Trung tâm thử
nghiệm xe cơ giới đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trong quá
trình học tập và nghiên cứu.
Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Trung tâm Khoa học công nghệ - Trường Đại
học Giao thông vận tải đã giúp đỡ để hoàn thành luận án.
Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn đến các chuyên gia ngành Động lực
đã đóng góp các ý kiến quý báu để luận án được hoàn thiện.
Cuối cùng nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn
bè, những người đã động viên, khuyến khích trong suốt thời gian tham gia nghiên
cứu và thực hiện cơng trình này.

Nghiên cứu sinh

Vũ Thành Niêm

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................................................ ii
MỤC LỤC...................................................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT..................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ.................................................................................................. xi

DANH MỤC BẢNG BIỂU.................................................................................................................. xiv
MỞ ĐẦU...................................................................................................................................................... xvi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................................................... 1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................................. 1

1.2.

Xu hướng phát triển và vấn đề tải trọng động của SMRM........................................... 2

1.2.1. Xu hướng phát triển của SMRM treo khí............................................................................ 2
1.2.2. Tải trọng tĩnh và quy định về giới hạn tải trọng của SMRM....................................... 3
1.2.3. Ảnh hưởng của tải trọng động đối với đường và an toàn động lực học của
xe........................................................................................................................................................ 5
1.2.4. Giải pháp giảm tải trọng động................................................................................................. 7
1.3.

Hệ thống treo khí nén của SMRM.......................................................................................... 9

1.3.1. Đặc điểm.......................................................................................................................................... 9
1.3.2. Đặc tính độ cứng của ballon khí nén................................................................................... 11
1.3.3. Các mơ hình hệ thống treo khí nén...................................................................................... 12
1.4.

Tiêu chí đánh giá tải trọng động........................................................................................... 17

1.5.

Các cơng trình nghiên cứu liên quan đến nội dung luận án....................................... 19

1.5.1. Các công trình nghiên cứu trên thế giới............................................................................. 19
1.5.2. Các cơng trình nghiên cứu tại Việt Nam............................................................................ 23
1.6.

Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu........................................ 26

1.6.1. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................................................. 26
1.6.2. Đối tượng nghiên cứu............................................................................................................... 26
1.6.3. Phương pháp nghiên cứu......................................................................................................... 26
1.6.4. Phạm vi nghiên cứu................................................................................................................... 27
1.6.5. Nội dung của luận án................................................................................................................. 27
1.7.

Kết luận Chương 1..................................................................................................................... 27

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ĐỒN XE SƠ MI RƠ
MC ĐỂ NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG ĐỘNG........................................................................ 28
iii


2.1.

Phân tích cấu trúc và các giả thiết xây dựng mơ hình.................................................. 28

2.2.

Định nghĩa hệ tọa độ................................................................................................................. 30

2.3.

Phương trình động lực học ĐXSMRM.............................................................................. 30

2.3.1. Phương trình động lực học của khối lượng được treo XĐK...................................... 32
2.3.2. Phương trình động lực học của khối lượng khơng được treo XĐK........................35
2.3.3. Phương trình động lực học của khối lượng được treo SMRM.................................. 35
2.3.4. Phương trình động lực học của khối lượng khơng được treo SMRM....................39
2.4.

Các lực và mô men liên kết.................................................................................................... 40

2.4.1. Lực liên kết của hệ thống treo............................................................................................... 41
2.4.2. Lực và mô men liên kết dọc từ trục đến thân xe............................................................. 45
2.4.3. Lực liên kết bánh xe với mặt đường.................................................................................... 46
2.4.4. Lực liên kết tại khớp nối.......................................................................................................... 46
2.5.

Lực cản khí động........................................................................................................................ 47

2.6.

Xây dựng mơ hình hệ thống treo khí nén để xác định lực liên kết của hệ
thống treo...................................................................................................................................... 47

2.6.1. Các giả thiết xây dựng mơ hình hệ thống treo khí nén................................................. 47
2.6.2. Sử dụng mơ hình GENSYS xây dựng mơ hình hệ thống treo khí nén...................48
2.7.

Hàm kích động mặt đường...................................................................................................... 52

2.7.1. Hàm ngẫu nhiên.......................................................................................................................... 52
2.7.2. Hàm xung cosin.......................................................................................................................... 55
2.8.

Cấu trúc mô hình động lực học ĐXSMRM...................................................................... 55

2.9.

Điều kiện đầu vào....................................................................................................................... 57

2.10.

Kết luận Chương 2..................................................................................................................... 58

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT TẢI TRỌNG ĐỘNG VÀ THỜI GIAN TÁCH BÁNH CỦA
XE SƠ MI RƠ MOÓC............................................................................................................................. 59
3.1.

Các phương án khảo sát........................................................................................................... 59

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)................................................................................ 62

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)............................. 69

3.3.1. Ảnh hưởng của các mức tải đến tải trọng động (DLC)................................................ 70
3.3.2. Ảnh hưởng của các mức tải đến tải trọng toàn bộ (Fz)................................................ 75
3.4.

Ảnh hưởng của mặt đường đến phản lực bánh xe (Phương án 3)............................78

iv


3.5.

So sánh thời gian tách bánh của SMRM treo khí và SMRM treo nhíp
(Phương án 4).............................................................................................................................. 80

3.6.

Xác định vận tốc an tồn giới hạn của SMRM treo khí............................................... 84

3.7.

Kết luận Chương 3..................................................................................................................... 85

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM............................................................................ 86
4.1.

Mục đích, đối tượng và các thông số cần đo.................................................................... 86

4.1.1. Mục đích thí nghiệm................................................................................................................. 86
4.1.2. Đối tượng thí nghiệm................................................................................................................ 86
4.1.3. Các thơng số cần đo................................................................................................................... 87

4.2.

Thiết bị thí nghiệm..................................................................................................................... 89

4.2.1. Cảm biến đo chuyển vị............................................................................................................. 89
4.2.2. Cảm biến đo gia tốc................................................................................................................... 90
4.2.3. Cảm biến đo vận tốc dài........................................................................................................... 91
4.2.4. Bộ xử lý tín hiệu......................................................................................................................... 93
4.2.5. Sơ đồ kết nối................................................................................................................................. 94
4.3.

Thiết kế đồ gá lắp đặt cảm biến............................................................................................ 94

4.4.

Các phương án thí nghiệm...................................................................................................... 97

4.4.1. Mơ tả thí nghiệm......................................................................................................................... 97
4.4.2. Các phương án thí nghiệm...................................................................................................... 97
4.5.

Kết quả thí nghiệm và so sánh với kết quả mơ phỏng.................................................. 99

4.5.1. Kích động cosin hai bên bánh xe.......................................................................................... 99
4.5.2. Kích động cosin một bên bánh xe..................................................................................... 102
4.6.

Kết luận Chương 4.................................................................................................................. 105

KẾT LUẬN................................................................................................................................................ 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................................... 108
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN............................... 113
Phụ lục 1. Các thông số cấu trúc của mơ hình động lực học ĐXSMRM................................ 1
Phụ lục 2. Bảng hệ số áp lực đường động DLSF của SMRM treo nhíp và SMRM treo
khí....................................................................................................................................................................... 6
Phụ lục 3. Bảng giá trị DLC theo các mức tải, vận tốc và loại đường của SMRM treo
khí....................................................................................................................................................................... 8
Phụ lục 4. Bảng so sánh kết quả mơ phỏng và thí nghiệm......................................................... 11

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
G(OXYZ)
B(Cxyz)
MBS
XĐK
SMRM
ĐXSMRM
CPTGGT
DLC
DLSF
DIVINE
ij
i=1:1:6
j=1
j=2
l1
l2

l3
l4
l5
l6
lk1
lk2
h1


h2
hk1
hk2

hw1, hw2
hij


2bi
2wi
a
b
c
r

ij

m1
m2
mAi
mti

z1 , z 1 , z 1

ɺ
ɺ

z2 , z2

,z

ɺ
z

sij

,z

sij

ɺ

x1 , x1

ɺ

x2 , x 2

ξ
uij

ξ ,
Ai

ξ

Ai

,ξ

ui

ɺ
Ai

ij

ɺ

ɺ

ϕ2 , ϕ2
ϕ

Aij

,ϕ

Aij

,ϕ

Aij

ɺ

,ϕ


β Ai ,

β

β2 ,

β2

β

vii

ɺ

β1 ,

Ai

,β

1

ɺ

ɺ
Ai

,

,


θ ,θ
1j

θ ,θ
ij

ɺ

ɺɺ

,θ1j

1j

ɺ

ɺɺ

,θij

ij

fdijt
fdijn

f
Cij
Kij
CLij
FCij
FKij
FCLij
FC23j
FK23j

FCKij

Fwx1, Fwx2
Cx
Ax1, Ax2
Fxij
F’xij

Fzij


F
ztij

Fz,dyn

Fkx1, Fkz1

Fkx2, Fkz2
CTi
viii


MTi
Mij
Jx1, Jx2
JAxi
Jy1, Jy2
JyCB1j
JyCBij
kdi
Fsij
Cez
Cvz
M
zsij
ξuij
wij
p0
pa
T0
R
Ae
Ap
lp
Vb0

Vr0
n
ρ
Kzβ
Ks


β
kt
kft
ken
kc
kb
kd, kdmax, kdmin


x


DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Sơ đồ mơ tả ảnh hưởng của tải trọng động.............................................................. 5
Hình 1.2 Sơ đồ tương tác lốp-đường (nguồn: [11])................................................................. 6
Hình 1.3 Các giải pháp giảm áp lực đường................................................................................ 8
Hình 1.4 Các yếu tố liên quan đến tải trọng động.................................................................... 9
Hình 1.5 Các loại ballon khí nén (nguồn: [17])...................................................................... 10
Hình 1.6 Ballon khí nén lắp đặt trên SMRM........................................................................... 10
Hình 1.7 Độ cứng động lực học của ballon khí nén.............................................................. 11
Hình 1.8 Các mơ hình cổ điển....................................................................................................... 12

Hình 1.9 Mơ hình Quaglia.............................................................................................................. 13
Hình 1.10 Mơ hình Cebon.............................................................................................................. 13
Hình 1.11 Mơ hình sử dụng cơng thức Van der Waal........................................................... 14
Hình 1.12 Mơ hình GENSYS........................................................................................................ 15
Hình 1.13 Xác định thời gian tách bánh.................................................................................... 19
Hình 1.14 Đối tượng nghiên cứu.................................................................................................. 26
Hình 2.1 Cấu trúc và hệ tọa độ ĐXSMRM.............................................................................. 31
Hình 2.2 Sơ đồ các lực tác dụng lên XĐK trong mặt phẳng dọc..................................... 32
Hình 2.3 Sơ đồ các lực tác dụng lên XĐK trong mặt phẳng ngang................................ 34
Hình 2.4 Sơ đồ các lực tác dụng lên SMRM trong mặt phẳng dọc................................. 36
Hình 2.5 Sơ đồ các lực tác dụng lên SMRM trong mặt phẳng ngang............................38
Hình 2.6 Sơ đồ vị trí các điểm liên kết của hệ thống treo của XĐK.............................. 41
Hình 2.7 Sơ đồ vị trí các điểm liên kết của hệ thống treo nhíp của SMRM................43
Hình 2.8 Sơ đồ vị trí các điểm liên kết của hệ thống treo khí nén của SMRM..........45
Hình 2.9 Mơ hình hệ thống treo khí nén sử dụng mơ hình GENSYS............................ 48
Hình 2.10 Cấu trúc mơ hình hệ thống treo khí nén............................................................... 51
Hình 2.11 Sơ đồ mơ hình hóa hai loại thống treo.................................................................. 51
Hình 2.12 Phân loại cấp đường theo ISO 8608:2016........................................................... 54
Hình 2.13 Mấp mơ cosin................................................................................................................. 55
Hình 2.14 Cấu trúc mơ hình động lực học ĐXSMRM........................................................ 56
Hình 2.15 Biên dạng đường ngẫu nhiên loại A đến F.......................................................... 57
Hình 3.1 Tải trọng động trong miền thời gian......................................................................... 63
Hình 3.2 DLC theo vận tốc với hai loại hệ thống treo......................................................... 63
xi


Hình 3.3 DLC theo loại đường với hai loại hệ thống treo.................................................. 64
Hình 3.4 Mức độ giảm DLC trục 4, 5, 6 của SMRM treo khí theo vận tốc và loại
đường...................................................................................................................................................... 66
Hình 3.5 Phương pháp xác định mức vận tốc tăng lên của SMRM treo khí...............67

Hình 3.6 DLC trục 4 của SMRM treo khí theo các mức tải.............................................. 70
Hình 3.7 DLC trục 5 của SMRM treo khí theo các mức tải.............................................. 71
Hình 3.8 DLC trục 6 của SMRM treo khí theo các mức tải.............................................. 71
Hình 3.9 DLC trục 4 của SMRM treo khí theo vận tốc và mức tải ................................ 72
Hình 3.10 DLC trục 5 của SMRM treo khí theo vận tốc và mức tải .............................. 73
Hình 3.11 DLC trục 6 của SMRM treo khí theo vận tốc và mức tải.............................. 73
Hình 3.12 So sánh DLC với hai loại hệ thống treo theo các mức tải.............................74
Hình 3.13 Fz,max trục 4 của SMRM treo khí theo mức tải.................................................. 75
Hình 3.14 Fz,max trục 5 của SMRM treo khí theo mức tải.................................................. 76
Hình 3.15 Fz,max trục 6 của SMRM treo khí theo mức tải.................................................. 76
Hình 3.16 So sánh Fz,max với hai loại hệ thống treo theo các mức tải........................... 77
Hình 3.17 kdmax, kdmin của SMRM treo khí nén theo loại đường.................................... 78
Hình 3.18 kdmax, kdmin của SMRM treo khí nén theo loại đường và vận tốc..............79
Hình 3.19 Hệ số tải trọng với hai loại hệ thống treo trong miền thời gian...................81
Hình 3.20 So sánh thời gian tách bánh của SMRM sử dụng hai loại hệ thống treo 81
Hình 3.21 Thời gian tách bánh theo chiều cao mấp mô và vận tốc với hai hệ thống
treo........................................................................................................................................................... 82
Hình 4.1 Xe SMRM thí nghiệm................................................................................................... 86
Hình 4.2 Phương pháp thí nghiệm............................................................................................... 87
Hình 4.3 Vị trí đặt cảm biến........................................................................................................... 88
Hình 4.4 Cảm biến đo chuyển vị HF-750C.............................................................................. 89
Hình 4.5 Cảm biến đo gia tốc DYTRAN-3263A2................................................................ 91
Hình 4.6 Cảm biến đo vận tốc dài S-motion............................................................................ 91
Hình 4.7 Bộ xử lý tín hiệu DEWEsoft....................................................................................... 93
Hình 4.8 Sơ đồ kết nối...................................................................................................................... 94
Hình 4.9 Đồ gá lắp đặt cảm biến trên xe thí nghiệm............................................................ 95
Hình 4.10 Vị trí lắp đồ gá trên khung xe và trục xe.............................................................. 96
Hình 4.11 Vị trí lắp đồ gá phía sau xe........................................................................................ 96
Hình 4.12 Vị trí đoạn đường thí nghiệm................................................................................... 97
xii

Hình 4.13 Mấp mơ cosin sử dụng để thí nghiệm................................................................... 97
Hình 4.14 Sơ đồ thí nghiệm 1: kích động cosin 2 bên bánh xe........................................ 98
Hình 4.15 Sơ đồ thí nghiệm 2: kích động cosin bánh xe bên trái.................................... 98
Hình 4.16 Chuyển vị tương đối trục 4 (ξ4-z4) của thí nghiệm 1.................................... 100
Hình 4.17 Chuyển vị trục xe trục 4 (ξ4) của thí nghiệm 1............................................... 100
Hình 4.18 Gia tốc thân xe tại trục 4 ( ɺɺz4 )........................................................................... 100
Hình 4.19 Vận tốc xe của thí nghiệm 1................................................................................... 100
Hình 4.20 Chuyển vị tương đối trục 4 (ξ4 - z4) của thí nghiệm 2................................. 103
Hình 4.21 Chuyển vị tương đối bánh xe 41 (ξ41 - z41) của thí nghiệm 2...................103
Hình 4.22 Chuyển vị trục xe trục 4 (ξ4).................................................................................. 103
Hình 4.23 Vận tốc xe của thí nghiệm 2................................................................................... 103

xiii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Giới hạn khối lượng trên trục, cụm trục (nguồn: [6]).......................................... 4
Bảng 1.2 Giới hạn khối lượng ĐXSMRM (nguồn: [6])........................................................ 4
Bảng 1.3 Giới hạn khối lượng của SMRM của các nước (nguồn: [7])............................5
Bảng 1.4 So sánh các mơ hình hệ thống treo khí nén........................................................... 16
Bảng 2.1 Thông số của các cấp đường theo tiêu chuẩn ISO 8608:2016....................... 53
Bảng 3.1 Các phương án khảo sát................................................................................................ 60
Bảng 3.2 Các thông số đầu vào với mức tải thay đổi........................................................... 61
Bảng 3.3 Các thông số hệ thống treo.......................................................................................... 62
Bảng 3.4 Mức độ giảm ∆DLC (%) trục 4................................................................................. 64
Bảng 3.5 Mức độ giảm ∆DLC (%) trục 5................................................................................. 65
Bảng 3.6 Mức độ giảm ∆DLC (%) trục 6................................................................................. 65
Bảng 3.7 Mức tăng vận tốc của SMRM treo khí so với SMRM treo nhíp...................67

Bảng 3.8 Mức độ giảm ∆DLSF (%) trục 4............................................................................... 68
Bảng 3.9 Mức độ giảm ∆DLSF (%) trục 5............................................................................... 68
Bảng 3.10 Mức độ giảm ∆DLSF (%) trục 6............................................................................ 69
Bảng 3.11 Mức độ giảm DLC theo mức tải khi so sánh hai loại hệ thống treo..........74
Bảng 3.12 Mức độ giảm Fz,max theo mức tải khi so sánh hai loại hệ thống treo.......77
Bảng 3.13 Mức độ giảm thời gian tách bánh trục 4.............................................................. 83
Bảng 3.14 Mức độ giảm thời gian tách bánh trục 5.............................................................. 83
Bảng 3.15 Mức độ giảm thời gian tách bánh trục 6.............................................................. 83
Bảng 3.16 Vận tốc an toàn giới hạn............................................................................................ 84
Bảng 4.1 Các thơng số cần đo của thí nghiệm 1: kích động cosin 2 bên bánh xe....88
Bảng 4.2 Các thơng số cần đo của thí nghiệm 2: kích động cosin bánh xe bên trái 89
Bảng 4.3 Thông số cảm biến HF-750C (nguồn: [60])......................................................... 90
Bảng 4.4 Thông số cảm biến DYTRAN-3263A2 (nguồn: [61])...................................... 91
Bảng 4.5 Thông số cảm biến Correvit S-Motion DTI (nguồn: [62]).............................. 92
Bảng 4.6 Thông số bộ xử lý tín hiệu DEWEsoft (nguồn: [63])........................................ 93
Bảng 4.7 Các phương án thí nghiệm với kích động xung cosin....................................... 99
Bảng 4.8 Sai số của giá trị lớn nhất giữa kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm 1
102
Bảng 4.9 Hệ số Pearson giữa kết quả mơ phỏng và kết quả thí nghiệm 1.................102
xiv


Bảng 4.10 Sai số của giá trị lớn nhất giữa kết quả mơ phỏng và kết quả thí nghiệm 2
104
Bảng 4.11 Hệ số Pearson giữa kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm 2..............104

xv


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 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 không nhỏ đến cầu/đường và an toàn 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 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 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.
xvi


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.
Nội dung của luận án
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.
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
khơng 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 thơng 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 tồn 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 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 tồn 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 về tải trọng động, vừa đảm bảo an toàn động lực học của xe.

xvii

Ý nghĩa khoa học của luận án
Mơ hình động lực học ĐXSMRM được thiết lập bằng phương pháp tách cấu
trúc hệ nhiều vật (MBS) với các liên kết có thể đưa vào, cho phép thay đổi tham số
mơ hình; có thể khảo sát hầu hết các trạng thái chuyển động trong thực tế, cho kết
quả tường minh, tổng thể và khái quát với các liên hệ bản chất.
Luận án góp phần hoàn thiện đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến tải trọng
động, làm cơ sở xây dựng các giải pháp giảm tải trọng động; đưa ra phương pháp
xác định thời gian tách bánh nhằm nâng cao an toàn động lực học của ĐXSMRM.
Hệ thống thí nghiệm đồng bộ, tin cậy cho phép thực hiện các phép đo chính
xác, có thể nghiên cứu phát triển, kiểm chứng tiêu chuẩn và thí nghiệm so sánh, xác
định thơng số cho mơ hình.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án
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 cho
SMRM. Với người sử dụng, kết quả nghiên cứu nhằm khuyến cáo vùng điều khiển
(vận tốc tương ứng với chất lượng các loại đường, mức tải) để đảm bảo an tồn
trong q trình vận hành đồn xe.
Giảm tải trọng động của ĐXSMRM nhằm giảm áp lực đường bằng cách sử
dụng ballon khí nén thay cho nhíp trong hệ thống treo là giải pháp phù hợp, khả thi
và có ý nghĩa thực tiễn trong điều kiện Việt Nam. Sử dụng hệ thống treo khí nén
ngồi việc có thể giảm tải trọng động, còn nâng cao độ bền chi tiết xe, tăng tuổi thọ
cầu/đường và nâng cao an toàn chuyển động xe.
Kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở khoa học để tham khảo 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 Directive 96/53/EC của Châu Âu.

xviii