(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 cơng 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
MOÓC 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 không 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 không 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 mơ 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 thơng 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)

Đơn vị

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

MBS
XĐK

Hệ nhiều vật MBS (Multi Body System)
Xe đầu kéo

SMRM
ĐXSMRM

Sơ mi rơ mc
Đồn xe sơ mi rơ mc

CPTGGT
DLC
DLSF

Cho phép tham gia giao thông
Hệ số tải trọng động (Dynamic Load Coefficient)
Hệ số áp lực đường động (Dynamic Load Stress Factor)
Tương tác động giữa xe hạng nặng với cơ sở hạ tầng
(Dynamic Interaction between heavy Vehicles and
Infrastructure)
Chỉ số bánh xe thứ i (trục) và trái (j=1)/phải (j=2)
Chỉ số các trục
Chỉ số bánh xe bên trái

DIVINE
ij
i=1:1:6
j=1
j=2

Chỉ số bánh xe bên phải

l1

m

Khoảng cách từ trọng tâm xe đầu kéo đến tâm trục 1

l2

m

Khoảng cách từ trọng tâm xe đầu kéo đến tâm trục 2

l3
l4
l5
l6
lk1

m
m
m
m
m

Khoảng cách từ trọng tâm xe đầu kéo đến tâm trục 3
Khoảng cách từ trọng tâm sơ mi rơ moóc đến trục 4
Khoảng cách từ trọng tâm sơ mi rơ moóc đến trục 5
Khoảng cách từ trọng tâm sơ mi rơ moóc đến trục 6
Khoảng cách từ trọng tâm xe đầu kéo đến mâm xoay

lk2

m

Khoảng cách từ trọng tâm sơ mi rơ moóc đến chốt kéo

h1

m

Chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm khối lượng được
treo xe đầu kéo

h2
hk1
hk2
hw1, hw2
hij

m
m
m
m
m

Chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm khối lượng được
treo sơ mi rơ moóc
Chiều cao từ mặt đường đến tâm mâm xoay xe đầu kéo
Chiều cao từ mặt đường đến mặt đỡ chốt kéo của sơ mi
rơ moóc
Chiều cao tâm khí động theo phương dọc của xe đầu
kéo, sơ mi rơ mc
Chiều cao mấp mơ mặt đường tại bánh xe ij
vi

2bi
2wi

m
m

Chiều rộng cơ sở của trục thứ i, (i=1:1:6)
Khoảng cách giữa hai hệ thống treo trục thứ i, (i=1:1:6)

a
b
c
rij
m1

m
m
m
m
kg

Khoảng cách giữa trục 2 và trục 3 của xe đầu kéo
Khoảng cách giữa trục 4, 5, 6 của sơ mi rơ moóc
Chiều dài thanh cân bằng dọc của hệ thống treo nhíp
Bán kính thiết kế của lốp thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)
Khối lượng được treo xe đầu kéo

m2
mAi

kg
kg

Khối lượng được treo sơ mi rơ mc
Khối lượng khơng được treo trục i, (i= 1:1:6)

mti

kg

Khối lượng tĩnh phân bố lên trục i, (i= 1:1:6)

z1, zɺ1, ɺɺz1

m, m/s,
m/s2

Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng của
khối lượng được treo xe đầu kéo

z2 , zɺ2 , ɺɺz2

m, m/s,
m/s2

z sij , zɺsij

m, m/s

Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng của
khối lượng được treo sơ mi rơ moóc
Chuyển vị, vận tốc phương thẳng đứng điểm trên hệ
thống treo thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)

x1, xɺ1

m, m/s

x2 , xɺ2

m, m/s

ξuij , ξɺuij

m, m/s

ξ Ai , ξɺAi , ξɺɺAi

m, m/s,
m/s2

ξij , ξɺij

m, m/s

Chuyển vị, vận tốc phương dọc của khối lượng được
treo xe đầu kéo
Chuyển vị, vận tốc phương dọc của khối lượng được
treo sơ mi rơ moóc

Chuyển vị, vận tốc phương thẳng đứng điểm dưới hệ
thống treo thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)
Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối
lượng không được treo trục thứ i, (i = 1:1:6)
Chuyển vị, vận tốc phương thẳng đứng trọng tâm khối
lượng bánh xe thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)

ϕ1,ϕɺ1,ϕɺɺ1

rad, rad/s, Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc dọc khối lượng
rad/s2
được treo của xe đầu kéo

ϕ2 ,ϕɺ2 ,ϕɺɺ2

β2 , βɺ2 , βɺɺ2

rad, rad/s, Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc dọc khối lượng
rad/s2
được treo của xe sơ mi rơ moóc
rad, rad/s, Góc, vận tốc góc và gia tốc góc quay bánh xe thứ ij,
rad/s2
(i=1:1:6, j=1, 2)
rad, rad/s, Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc ngang khối lượng
rad/s2
được treo của xe đầu kéo
rad, rad/s, Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc ngang khối lượng
rad/s2
được treo của xe sơ mi rơ moóc

β Ai , βɺAi , βɺɺAi

rad, rad/s, Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc ngang khối lượng
rad/s2
khơng được treo trục thứ i, (i= 1:1:6)

ϕ Aij , ϕɺAij , ϕɺɺAij
β1 , βɺ1 , βɺɺ1

vii


θ1j ,θɺ1j ,θɺɺ1j

rad, rad/s, Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc dọc hệ thống treo
rad/s2
cân bằng trục 2, 3 của xe đầu kéo, (j=1, 2)

θij ,θɺij ,θɺɺij

rad, rad/s, Góc, vận tốc góc và gia tốc góc lắc dọc thanh cân bằng
rad/s2
dọc của xe sơ mi rơ moóc, (i=2, 3, j=1, 2)
Độ võng động (hành trình trả) của hệ thống treo thứ ij,
m
(i=1:1:6, j=1, 2)
Độ võng động (hành trình nén) của hệ thống treo thứ ij,
m
(i=1:1:6, j=1, 2)

fdijt
fdijn
f

Hệ số cản lăn
Độ cứng hệ thống treo thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)
Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij,
(i=1:1:6, j=1, 2)
Độ cứng hướng kính lốp thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)
Lực đàn hồi hệ thống treo thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)

Cij

N/m

Kij

Ns/m

CLij
FCij

N/m
N

FKij

N

Lực cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)

FCLij

N

Lực đàn hồi của lốp tại bánh xe thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)

FC23j

N

Lực đàn hồi hệ thống treo cân bằng trục 2, 3 (j=1, 2)

FK23j

N

Lực cản giảm chấn hệ thống treo cân bằng trục 2, 3
(j=1, 2)

FCKij

N

Tổng lực đàn hồi và lực cản giảm chấn hệ thống treo
cân bằng trục 2, 3 (i=2, 3; j=1, 2)

Fwx1, Fwx2

N

Cx
Ax1, Ax2
Fxij

m2
N

F’xij

N

Fzij

N

Fztij

N

Fz,dyn

N

Fkx1, Fkz1

N

Fkx2, Fkz2

N

CTi

Nm/rad

Lực cản khơng khí phương dọc tác động lên xe đầu
kéo, sơ mi rơ mc
Hệ số cản khí động
Diện tích cản theo phương dọc của XĐK, SMRM
Lực dọc bánh xe thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)
Phản lực liên kết của bánh xe theo phương dọc tại bánh
xe thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)
Phản lực bánh xe theo phương thẳng đứng tại bánh xe
thứ ij, (i=1:1:6, j=1, 2)
Tải trọng tĩnh phân bố trên bánh xe thứ ij, (i=1:1:6, j=1,
2)
Tải trọng động bánh xe
Phản lực của khớp nối (chốt kéo-mâm xoay) theo
phương dọc và phương thẳng đứng lên xe đầu kéo
Phản lực của khớp nối (chốt kéo-mâm xoay) theo
phương dọc và phương thẳng đứng lên sơ mi rơ moóc
Độ cứng thanh ổn định trục thứ i, (i=1:1:6)
viii


Mô men thanh ổn định ngang trục i, (i=1:1:6)

MTi

Nm

Mij

Nm

Jx1, Jx2

kgm2

JAxi

kgm2

Jy1, Jy2

kgm2

Mơ men qn tính trục y của khối lượng được treo xe
đầu kéo, sơ mi rơ mc

JyCB1j

kgm2

Mơ men qn tính trục y của hệ thống treo cân bằng
trục 2, 3 xe đầu kéo (j=1, 2)

JyCBij

kgm2

Mơ men qn tính trục y của thanh cân bằng dọc sơ mi
rơ moóc (i=2, 3, j=1, 2)
Hệ số tải trọng tại trục thứ i, (i=4, 5, 6)

kdi

Mô men quay bánh xe thứ ij quanh trục y,
(i=1:1:6, j=1, 2)
Mơ men qn tính trục x của khối lượng được treo xe
đầu kéo, xe sơ mi rơ mc
Mơ men qn tính trục x của khối lượng khơng được
treo trục i, (i=1:1:6)

Lực tác dụng của ballon khí nén theo phương thẳng
đứng, tại các bánh xe ij
Độ cứng đàn hồi của hệ thống treo khí nén
Độ cứng nhớt của hệ thống treo khí nén

Fsij

N

Cez
Cvz

N/m
N/m

M

kg

zsij

m

Khối lượng dịng khí quy đổi trong hệ thống treo khí
nén
Chuyển vị mặt trên của ballon khí nén, (i=4,5,6; j=1,2)

ξuij

m

Chuyển vị mặt dưới của ballon khí nén, (i=4,5,6; j=1,2)

wij

m

p0

N/m2

Chuyển vị của dịng khí trong đường ống, (i=4,5,6;
j=1,2)
Áp suất tuyệt đối ban đầu của ballon khí nén

pa

N/m2

Áp suất khí quyển

T0
R
Ae
Ap
lp

K
J/kgK
m2
m2
m

Nhiệt độ ban đầu trong ballon khí nén
Hằng số khí lý tưởng
Diện tích hiệu dụng của ballon khí nén
Tiết diện trong của đường ống dẫn khí
Chiều dài đường ống nối ballon khí nén và bình khí phụ

Vb0

m3

Thể tích ban đầu của ballon khí nén

Vr0

m3

Thể tích ban đầu của bình khí phụ
Hệ số đoạn nhiệt, lấy n = 1,4

n
ρ

kg/m3

Khối lượng riêng của khơng khí

Kzβ

Ns/m

Hệ số cản quy đổi của khơng khí trong đường ống

Ks

Ns/m

Hệ số cản của khơng khí trong đường ống
ix


β

Hệ số phi tuyến của ballon khí nén

kft
ken

Hệ số kể đến tổn thất năng lượng của dịng khí trong
đường ống
Hệ số tổn thất do ma sát
Hệ số tổn thất do mở rộng đường ống đột ngột

kc
kb

Hệ số tổn thất do thu hẹp đường ống đột ngột
Hệ số tổn thất do uốn đường ống

kt

kd, kdmax, kdmin

Hệ số tải trọng, hệ số tải trọng lớn nhất, hệ số tải trọng
nhỏ nhất

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 ( ɺzɺ4 ) ................................................................ 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 Thơng 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 Thơng 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 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.
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 mô 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 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 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

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
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 trò 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. Theo thống kê của Cục Đăng kiểm Việt Nam, số lượng ĐXSMRM
ngày một tăng trong thời gian gần đây. 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 tồn
động lực học của xe. Vì vậy, việc nghiên cứu các giải pháp giảm tải trọng động là
vấn đề cấp thiết. 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. 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. Trong quá trình hoạt động, các yếu tố vận hành ảnh hưởng đến tải trọng
động được sử dụng làm thông số đầu vào cho các phương án khảo sát. Kết quả khảo
sát được đánh giá theo các tiêu chí liên quan đến tải trọng động, có sự so sánh giữa
hai loại hệ thống treo (nhíp và hệ thống treo khí nén) để thấy tính ưu việt của hệ
thống treo khí nén trong việc giảm tải trọng động và nâng cao an toàn động lực học
của ĐXSMRM. Ở Việt Nam hiện nay, việc sử dụng hệ thống treo khí nén trên
SMRM cịn hạn chế, vì vậy cần sự so sánh giữa hai loại hệ thống treo để khuyến
cáo nhà sản xuất, người sử dụng chuyển đổi sang hệ thống treo khí nén.
Trong chương này sẽ trình bày tính cấp thiết, mục tiêu và phạm vi nghiên
cứu của đề tài. Chương này cũng cung cấp một số nội dung về xu hướng phát triển
của SMRM treo khí; các quy định về giới hạn tải trọng của Việt Nam và các nước
trên thế giới; ảnh hưởng của tải trọng động; các giải pháp giảm tải trọng động; tổng
quan về hệ thống treo khí nén và các mơ hình hệ thống treo khí nén; lựa chọn các

tiêu chí đánh giá tải trọng động; các cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước có
liên quan đến vấn đề nghiên cứu của luận án.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài
ĐXSMRM là phương tiện vận tải phổ biến và hiệu quả trên thế giới cũng
như tại Việt Nam. Trong quá trình chuyển động, tải trọng động sinh ra từ các
phương tiện vận tải ảnh hưởng không nhỏ đến áp lực lên 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
áp lực đường, đồng thời nâng cao an tồn cho xe, trong đó có vấn đề giảm tải trọng
động. Có một số giải pháp giảm áp lực đường như sử dụng cầu cân bằng, sử dụng
lốp kép, phân bố tải trọng cho các trục và giảm tải trọng động. Việc sử dụng treo
cân bằng và phân bố tải trọng đã được ứng dụng khá sớm, các SMRM hiện nay hầu
hết đều sử dụng hệ thống treo cân bằng kết hợp với lốp kép. Do đó, một trong
những giải pháp hữu hiệu hiện nay được lưa chọn là giảm tải trọng động.
Tải trọng động là yếu tố tác động hai chiều: ở chiều tăng, ảnh hưởng đến áp
lực đường, gây ra các hư hỏng, ảnh hưởng đến độ bền chi tiết của xe; ở chiều giảm,
1


ảnh hưởng đến an toàn động lực học xe. Tải trọng động phụ thuộc vào bốn yếu tố:
vận tốc, mặt đường, tải (khối lượng hàng hóa chuyên chở) và loại hệ thống treo.
Kích động mặt đường là ngẫu nhiên, có tính chu kỳ, gây ra tải trọng động cũng có
tính ngẫu nhiên và chu kỳ, tác động trở lại làm cho mặt cầu/đường dao động, gây ra
nứt tế vi cho cầu/đường. Ngồi ra, tải trọng động có khả năng làm thay đổi các lực
truyền dọc và ngang của bánh xe, ảnh hưởng đến an toàn động lực học của xe và
gây mòn lốp, mòn đường. Tải trọng động ở hành trình trả, có thể dẫn đến hiện
tượng tách bánh xe, mất khả năng truyền lực. Do đó, khi nghiên cứu về tải trọng
động phải đặt trong mối liên hệ đường-xe.
Với những phân tích ảnh hưởng của tải trọng động nêu trên, 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. Song song với
việc nâng cấp đường giao thông, vấn đề giảm tải trọng động xuất phát từ kết cấu xe,
đặc biệt là hệ thống treo được các nhà nghiên cứu, thiết kế, chế tạo quan tâm. Sử
dụng hệ thống treo có điều khiển có thể làm giảm tải trọng động, tuy nhiên khó áp
dụng cho SMRM vì giá thành cao. Do vậy, giải pháp thay thế hệ thống treo truyền
thống sử dụng nhíp bằng hệ thống treo khí nén là giải pháp khả thi trong điều kiện
hiện nay để giảm tải trọng động xuống mặt đường.

1.2. Xu hướng phát triển và vấn đề tải trọng động của SMRM
1.2.1. Xu hướng phát triển của SMRM treo khí
Hiện nay, trên thế giới vận tải bằng đoàn xe đang phát triển do năng suất vận
chuyển cao và hiệu quả kinh tế. Về tình hình sử dụng ĐXSMRM nói chung, theo
thống kê ở Mỹ năm 2013 có khoảng 5,6 triệu ĐXSMRM [1]. Số lượng ĐXSMRM
tại một số nước Châu Âu tính đến năm 2012: Pháp khoảng 310 nghìn xe, Đức gần
290 nghìn xe, Ba Lan hơn 270 nghìn xe, Tây Ban Nha hơn 250 nghìn xe, Thổ Nhĩ
Kỳ hơn 200 nghìn xe, Hà Lan hơn 130 nghìn xe, Ý khoảng 100 nghìn xe, Rumani
gần 80 nghìn xe, Cộng hịa Séc khoảng 50 nghìn xe [2].
Về lịch sử hình thành và phát triển của hệ thống treo khí nén, ballon khí nén
đầu tiên được sản xuất thành công vào những năm 1950 khi xuất hiện thành phần
vật liệu sợi cao su dẻo [3]. Ban đầu ballon khí nén được sử dụng cho các loại xe
buýt ở Mỹ và Châu Âu. Sau đó, các nhà sản xuất bắt đầu thiết kế hệ thống ballon
khí nén cho xe tải hạng nặng có sử dụng van cân bằng để điều chỉnh áp suất. Ứng
dụng này sau đó được áp dụng cho xe hơi trong những năm tiếp theo. Tại Mỹ, trên
xe hạng nặng, ballon khí nén dần thay thế nhíp truyền thống do những ưu điểm của
hệ thống treo khí nén mang lại [4]. Đến năm 1996, hệ thống treo khí nén chiếm 36%
trong tất cả các hệ thống treo xe tải hạng nặng, tỷ lệ này tăng lên 75% vào năm
2013 [5]. Tại Việt Nam, theo thống kê của Cục Đăng kiểm Việt Nam, số lượng
SMRM lưu hành tăng qua các năm: năm 2014 là 50.210 xe, 2015 là 70.350 xe, năm
2016 là 82.245 xe, năm 2017 là 91.209 xe, năm 2018 là 96.635 xe và đến tháng
10/2020 số lượng SMRM lưu hành là 106.344 xe; chưa có một thống kê cụ thể về

số lượng, tỷ lệ của hệ thống treo khí nén trên xe tải hạng nặng hay SMRM, nhưng
qua số lượng xe xuất xưởng có thể thấy tỷ lệ này khơng cao. Một phần do giá thành
của hệ thống treo khí nén vẫn cịn cao, mặt khác chưa có chính sách khuyến khích
đối với SMRM sử dụng hệ thống treo này. Một số doanh nghiệp trong nước đã sản
2


xuất dịng xe sử dụng hệ thống treo khí nén trên các mẫu SMRM tải chở container
như Công ty DOOSUNG, Tân Thanh.
1.2.2. Tải trọng tĩnh và quy định về giới hạn tải trọng của SMRM
Khi xe chuyển động, tải trọng bánh xe tác dụng xuống đường là tổng hợp của
hai thành phần: tải trọng tĩnh và tải trọng động. Tải trọng tĩnh sinh ra do khối lượng
của xe và hàng hóa, tùy mức khối lượng hàng hóa (từ khơng tải đến đầy tải) mà
thành phần này thay đổi trong một dải. Trong mục này sẽ trình bày về ảnh hưởng
của tải trọng tĩnh đối với đường và các quy định về giới hạn tải trọng đối với
SMRM.
Một số nghiên cứu lý thuyết sâu rộng về tương tác đường-xe đã kết luận rằng
tải trọng tĩnh toàn bộ của xe là yếu tố chính gây ra hằn lún vệt bánh xe, trong khi tải
trọng động trên trục là nguyên nhân gây ra hiện tượng mỏi của đường. Hầu hết các
hệ thống treo của xe tải sử dụng cụm trục kép (tandem-axle) và cụm trục ba (triaxle) được thiết kế để cân bằng tải trọng tĩnh, phân bố cho các trục riêng lẻ. Trong
thực tế, hiệu quả của việc cân bằng tải trọng trên các phương tiện khi chuyển động
thay đổi đáng kể do thiết kế hệ thống treo khác nhau. Đối với cụm trục ba có hệ
thống treo nhíp lá, trục có tải trọng nhẹ nhất thường bằng 60%-70% so với trục có
tải trọng nặng nhất. Đối với hệ thống treo khí nén, sự thay đổi tải trọng giữa các trục
trong khoảng 10%, giúp nâng cao khả năng cân bằng tải. Với những ảnh hưởng của
tải trọng tĩnh đối với đường, các nước trên thế giới và Việt Nam đều quy định giới
hạn tải trọng đối với xe, trong đó có SMRM.
Giá trị tải trọng tĩnh được sử dụng để xác định giới hạn tải trọng của xe. Mỗi
chiếc xe đều có hai thông số về khối lượng: giá trị cho phép tham gia giao thông
(CPTGGT) và giá trị theo thiết kế. Mỗi quốc gia đều giới hạn khối lượng toàn bộ

CPTGGT theo điều kiện của cầu, đường. Còn giá trị khối lượng theo thiết kế do nhà
sản xuất quy định phụ thuộc vào khả năng chịu tải của các tổng thành, hệ thống, chi
tiết của xe. Giá trị khối lượng theo thiết kế thường lớn hơn giá trị khối lượng
CPTGGT. Thông số về khối lượng xe bao gồm khối lượng bản thân, khối lượng
hàng hóa chun chở, khối lượng tồn bộ và phân bố của các giá trị khối lượng đó
trên từng trục, cụm trục. Các nhà quản lý quan tâm đến khối lượng toàn bộ và phân
bố khối lượng trên trục, còn người sử dụng quan tâm đến khối lượng hàng hóa
chun chở vì khối lượng bản thân là cái có sẵn theo thơng số của xe, khối lượng
tồn bộ bị giới hạn theo quy định nên khối lượng hàng hóa chun chở cũng bị giới
hạn.
Khối lượng tồn bộ CPTGGT được cơ quan quản lý nhà nước có thẩm quyền
quy định. Tại Việt Nam, SMRM được quy định về khối lượng theo hai giới hạn:
giới hạn khối lượng trên trục (cụm trục) của SMRM và giới hạn khối lượng toàn bộ
của ĐXSMRM theo Thông tư số 46/2015/TT-BGTVT ngày 07/09/2015 của Bộ
trưởng Bộ Giao thông vận tải (Thông tư 46) [6]. Theo Thông tư này, giới hạn khối
lượng trên trục, cụm trục quy định tại Bảng 1.1, giới hạn tổng khối lượng
ĐXSMRM quy định tại Bảng 1.2. Khối lượng toàn bộ liên quan đến tổng tải trọng
tác dụng xuống đường, quy định theo tổng số trục của ĐXSMRM; còn khối lượng
trên trục liên quan đến tải trọng phân bố, quy định theo khoảng cách trục của
SMRM. Mỗi chiếc xe phải đáp ứng đồng thời hai giới hạn tải trọng này. Các giá trị
3


giới hạn này được sử dụng để tính tốn thiết kế xe, cũng như quản lý về tải trọng xe
trong quá trình khai thác sử dụng.
Bảng 1.1 Giới hạn khối lượng trên trục, cụm trục (nguồn: [6])

TT

Loại trục, cụm trục

Khối lượng cho phép

1

Trục đơn

10 tấn

2

Cụm trục kép:
d < 1,0 m
1,0 ≤ d < 1,3 m
d ≥ 1,3 m

11 tấn
16 tấn
18 tấn

Cụm trục ba:
d ≤ 1,3 m
d > 1,3 m

21 tấn
24 tấn

3

d: khoảng cách hai tâm trục liền kề nhỏ nhất

Bảng 1.2 Giới hạn khối lượng ĐXSMRM (nguồn: [6])

TT

Tổng số trục của ĐXSMRM

Khối lượng cho phép

1

Bằng 3

26 tấn

2

Bằng 4

34 tấn

3

Bằng 5:
3,2 ≤ l ≤ 4,5 m
l > 4,5 m

38 tấn
42 tấn

4

Bằng 6 hoặc lớn hơn:
3,2 ≤ l ≤ 4,5 m
4,5 < l ≤ 6,5 m
l > 6,5 m

40 tấn(*)
44 tấn
48 tấn

l: khoảng cách từ tâm chốt kéo đến tâm trục bánh đầu tiên của SMRM.
(*)
: trường hợp chở một container: 42 tấn.

Trên thế giới, tùy điều kiện cầu, đường, mỗi quốc gia sẽ có giới hạn khối
lượng của SMRM khác nhau như Bảng 1.3 [7].
Một số nước trên thế giới có quy định riêng về giới hạn khối lượng trên trục
đối với SMRM treo khí như Australia đã phê duyệt tăng giới hạn khối lượng trên
trục đối với các loại xe được trang bị hệ thống treo thân thiện với đường đáp ứng
tiêu chuẩn VSB 11 [8] dựa trên quy định của Châu Âu Directive 96/53/EC [9].

4


Bảng 1.3 Giới hạn khối lượng của SMRM của các nước (nguồn: [7])

Quốc gia

Đức
Áo

Thụy sĩ
Thổ Nhĩ Kỳ
Rumani
Czech
Italia
Anh
Hungari
Ba Lan
Pháp
Bỉ
Tây Ban Nha
Thụy Điển

Khối lượng lớn nhất
trên một trục
(tấn)
10
10
10
10
10
10
12
10
8
8
13
13
13
10

Khối lượng cho phép đối với
ĐXSMRM (tấn)
3 trục
4 trục
5 trục
26
38
38
38
38
38
21
21
21
26
32
38
26
32
38
26
32
40
21,4
40
44
24
32,5
32,5

24
30,5
34,5
32
32
32
32
38
38
32
38
38
38
38
38
26
32
38

1.2.3. Ảnh hưởng của tải trọng động đối với đường và an toàn động
lực học của xe
Tải trọng động (Fz,dyn) sinh ra do dao động của các thành phần khối lượng
(khối lượng được treo (M) và khối lượng khơng được treo (mA)) dưới kích động của
mặt đường (h). Tải trọng động chịu ảnh hưởng của mấp mô mặt đường, tác động
đến đường và xe, mô tả theo sơ đồ Hình 1.1.

Hình 1.1 Sơ đồ mơ tả ảnh hưởng của tải trọng động

5