Luận văn thạc sĩ nghiên cứu mô phỏng dao động của ô tô khi xét đến mấp mô của mặt đường bằng phần mềm matlab

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐINH PHƯỚC THẢO

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ
KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG
PHẦN MỀM MATLAB

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Đà Nẵng - Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐINH PHƯỚC THẢO

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG
CỦA Ô TÔ KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA
MẶT ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số: 8.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRẦN XUÂN TÙY

Đà Nẵng - Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Người cam đoan

Đinh Phước Thảo


TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ
CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB
Học viên: ĐINH PHƯỚC THẢO Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số : 8.52.01.03

Khóa: K35 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN

Tiếng ồn và rung động là 2 vấn đề chính ảnh hưởng đến sự thỏa mãn của người sử
dụng ơ tơ. Mục đích của nghiên cứu là đề ra những giải pháp nâng cao độ êm dịu
chuyển động của ô tô đảm bảo được chỉ tiêu về độ êm dịu nhằm thỏa mản tối đa yêu
cầu của người tiêu dùng. Bài viết tiến hành phân tích quan hệ người, xe và đường. Tìm
hiểu về tác động của rung động đến con người. Tìm hiểu xây dựng mơ hình hình tồn
học và mơ phỏng mơ hình chuyển động ¼ trên phần mềm Matlab.Kết quả: Mơ phỏng
được mơ hình ¼ trên Maplab làm cơ sở để khảo sát thực nghiệm tác động của mấp mô
mặt đương đến người ngồi trên ơ tơ.
Từ khóa: Phần mềm Matlab, mơ hình dao động, chỉ tiêu em dịu, Phương trình

Laplace
RESEARCH SIMULATION SIMULATION OF AUTOMOBILE WHEN
CONSIDER TO LEVEL OF THE ROAD BY MATLAB SOFTWARE
Noise and vibration are the two main issues affecting car users' satisfaction. The
purpose of the study is to propose solutions to smoothness than for cars to ensure the
target in order to meet the maximum requirements of consumers. The paper conducts
analysis of human, vehicle and road relations. Learn about the impact vibrations to
people. Learn and building a model ¼ on Matlab software. Results: Model ¼ on
Maplab as a basis for empirical survey to the impact on humans sit in the car.
Key words: Matlab software, oscillator model, soft indices, Laplace equation
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
I.Lý do chọn đề tài
II.Mục địch nghiên cứu.
III.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
IV.Phương pháp nghiên cứu.


V.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
VI.Dự kiến kết quả đạt được.
VII.Cấu trúc của luận văn:
Chương 1. TỔNG QUAN DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ
1.1.Ảnh hưởng của rung động lên cơ thể người.
1.1.1.Rung động toàn thân.
1.1.2.Tác động của rung động cục bộ.
1.2.Các chỉ tiêu và mơ hình dao động ơ tơ.
1.2.1.Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động
1.2.2.Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động:
1.2.3.Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường:
1.3.Mơ hình dao động.

1.4.Tổng quan về hệ thống treo trên ô tô.
1.4.1.Côg dụng và yêu cầu của hệ thống treo.
1.4.2.Các bộ phận chính của hệ thống treo.
1.4.3.Phân loại hệ thống treo.
Chương 2: MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ơ TƠ
2.1.Phương pháp lập hệ phương trình.
2.2.Cấu trúc ơ tơ.
2.2.1.Mơ hình hệ thống treo.
2.2.2.Mơ hình 1/4.
2.2.3.Động lực học bánh xe .
Chương 3: ỨNG DỤNG MATLAB MƠ PHỎNG DAO ĐỘNG
3.1.Giới thiệu phần mền Matlab-Simulink.
3.2.Mơ hình dao động.
3.3.1.Các giả thiết.
3.3.2.Thiết lập mơ hình:
3.3.Mơ Phỏng q trình dao động.
3.3.1.Sơ đồ mô phỏng và giao diện trên máy tính.
3.3.2.Kết quả khảo sát khi thay đổi k1
3.3.3.Kết quả khảo sát khi thay đổi b1
KẾT LUẬN


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Cx
Cy

:

Độ cứng dọc/độ cứng ngang
Cy (kN/m): Độ cứng bên

Cα (kN): Độ cứng góc
: Vết tiếp xúc giữa lốp và đường

l

Fms1: Là lực ma sát của bộ giảm chấn;
Fms2: là lực ma sát của lốp;
Flx1: lực lị xo của nhíp;
Flx2: lực lị xo của lốp;
Fqt1: lực quán tính của khối lượng M1;
Fqt2: lực quán tính của khối lượng M2;
x1: chuyển vị của khung xe;
x2: chuyện của trục bánh xe (cầu);
Fms2

=b

Fms1

= b1 (

lx1

F

=k

F

= k (x

lx2

F

=M

qt1

F
qt2

M1: Khối lượng cầu xe

=M

2

(


n

M
g
2:

Kc
h ủ

ố a
i lố
l p
ưb
ợ:
n Đ
g ộ
l gi
ố ả
p m
v c
à h
tr ấ
ụ n
c c
x ủ
e a
p
k
h
1:
u
Đ
ộ
ộc
c th
ứủ
ny
g lự
c c

ủ
a
n
h
í
p
k
2:

Đ
ộ
c
ứ


b2: Độ giảm chấn của lốp

Độ nhấp nhô của mặt đường

u:

K L : độ cứng của lốp
ξ : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng.

: chiều cao mấp mô biên dạng đường.

q

Fz: Lực tác động theo phương x
̇

ξz

fv: Diện tích dịng chảy(m2)
p: áp suất dầu (N/m2)
µ0 : Hệ số tổn hao ( µ0 = 0,65 ~0,85)

γ: Trọng lượng riêng của dầu (N/m3 )

v:

Vận tốc piston.

m:

: khối lượng được treo

ma : khối lượng không được treo
= C (ξ − z)

F
c

FK = K (ξ − z)

ft : độ võng tĩnh của lốp
FCL : lực đàn hồi hướng kính lốp
Fkk =

1

ρcAx2 : lực cản khơng khí chính diện

2

φb : hệ số bám phương x (được tính theo Ammon)
rd : bán kính động bánh xe
F
x

Fz
F


Z

:

lực đẩy từ khung xe

:

phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe
:

phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe

Mf : mômen cản lăn
e : điểm dịch chuyển của lực FZ
FZ : phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe

ϕx : hệ số bám dọc
ϕy: hệ số bám ngang


MỤC LỤC HÌNH
Hình 1. Ơ tơ du lịch cở nhỏ
Hình 1. 1.Hệ thống “Đường-Xe-Người”
Hình 1. 2. Mơ hình 1/4
Hình 1. 3. Mơ hình phẳng dao động ơ tơ
Hình 1. 4 Mơ hình khơng gian xe
Hình 1. 5. Cơ cấu treo phụ thuộc dùng nhíp lá.
Hình 1. 6 Một số dạng lị xo
Hình 1. 7
Hình 1. 8 Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi loại túi khí cao su
Hình 1. 9 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ.
Hình 1. 10 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn 1 lớp vỏ.
Hình 1. 11 So sánh giảm chấn 1 lớp vỏ và giảm chấn 2 lớp vỏ.
Hình 1. 12 Ống nhún Vario
Hình 1. 13 Loại 2 ống với hơi áp lực(a) và loại hơi (b)
Hình 1. 14 Ống nhún khí-thủy lực
Hình 1. 15
Hình 1.16 Các địn liên kết và dẫn hướng, kết cấu lắp giáp cụm treo độc lập
Hình 1. 17 Các đệm xu.
Hình 1. 18 Sơ đồ hệ thống treo
Hình 1. 19
Hình 1. 20 Sơ đồ nguyên lý của hệ treo 2 địn ngang.
Hình 1. 21 Sơ đồ cấu tạo hệ treo Mc.Pherson.
Hình 1. 22 Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson.
Hình 1. 23 Hệ treo hai địn dọc
Hình 1. 24

Hình 1. 25 Sơ đồ hệ treo địn chéo.
Hình 2. 1
Hình 2. 2 Sơ đồ cấu trúc xoay vịng
Hình 2. 3 Mơ hình hệ thống treo
Hình 2. 4
Hình 2. 5
Hình 2. 6 Mơ hình động lực học ¼
Hình 2. 7

Phần tử đàn hồi là k

Thanh ổn định tron

Sơ đồ hệ thống tre

Sơ đồ nguyên lý h
Sơ đồ cấu trúc ơ tơ.

Đặc tính đàn hồi
Sơ đồ xác định chế
Sơ đồ tách cấu trúc


Hình 2. 8
Hình 2. 9 Hệ số bám dọc µB và hệ số bám ngang µS
Hình 2. 10
Hình 2. 11
Hình 2. 12 Sơ đồ tính lực Fx , Fy của lốp.
Hình 2. 13
Hình 2. 14 Hàm Ammon

Hình 3. 1.
Hình 3. 2
Hình 3. 3
Hình 3. 4 Các khối của thư viện Commomly Used Blocks
Hình 3. 5
Hình 3. 6
Hình 3. 7
Hình 3. 8
Hình 3. 9
Hình 3. 10
Hình 3. 11
Hình 3. 12 Các khối của thư viện User-Defined Functions
Hình 3. 13
Hình 3. 14
Hình 3. 15
Hình 3. 16

Thơng số động lực h

Hệ số bám dọc, nga
Mơ hình lốp

Đồ thị lực tương tá

Màn hình Matlab
Cửa sổ tra cứu các
Màn hình xây dựng

Các khối của thư vi
Các khối của thư v

Các khối của thư vi
Các khối của thư vi
Các khối của thư vi
Các khối của thư vi
Các khối của thư vi

Mơ hình dao động
Mơ hình phân tích
Sơ đồ khối
Mơ phỏng trong M


1

MỞ ĐẦU
I.

Lý do chọn đề tài

Ngày nay do nhu cầu vận chuyển hàng hóa, hành khách ngày càng tăng nhanh,
mật độ vận chuyển lớn. Đồng thời cùng với sự mở rộng và phát triển đơ thị ngày
càng tăng nhanh thì vận chuyển bằng ơ tơ lại càng có ưu thế. Ở các nước công
nghiệp phát triển, công nghiệp ô tô là ngành kinh tế mũi nhọn, tiêu biểu như ô tơ
Trường Hải, tập đồn Vin Group….
Những năm trước đây nhu cầu của khách hàng là chỉ cần có phương tiện di
chuyển để đi đến nơi mà ít yêu cầu cao về chất lượng phương tiện. Ngày nay
kinh tế thị phát triển hơn đời sống người dân được nâng cao, cùng với xu thế hội
nhập vào nền kinh tế thế giới, nhu cầu đi lại của người dân phải kèm theo yêu
cầu về sự thỏa mái tiện nghi. Do xuất phát từ cớ sở gầm xe tải khi chuyển sang
xe khách còn tồn tại nhiều vấn đề cần nghiên cứu giải quyết như độ em diệu

chuyển động. Do vậy việc nghiên cứu dao động ô tô là vấn đề hết sức cấp thiết,
góp phần đề ra phương hướng và biện pháp nhằm nâng cao chất lượng ô tô.
Xuất phát từ nguyện vọng thỏa mãn người dung ngày càng tăng cùng sự gơi ý
của giáo viên hướng dẫn tôi quyết định chọn đề tài “nghiên cứu mô phỏng dao
động của ô tô khi xét đến mấp mô của mặt đường bằng phần mềm Matlab”
II. Mục địch nghiên cứu.
Vận dụng lý thuyết dao động ô tô kết hợp với cộng cụ mô phỏng Matlab để
khảo sát các thông số dao động của ô tô.
Đề ra những giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động của loại ô tô đảm bảo
được chỉ tiêu về độ êm dịu nhằm thỏa mản tối đa yêu cầu của người tiêu dùng.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Đối tượng nghiên cứu.
Nghiên cứu mơ phỏng dao động của ơ tơ cở nhỏ.
BI.

Hình 2 Ơ tơ du lịch cở nhỏ

-

Phạm vi nghiên cứu.
Xây dựng mơ hình tốn học của hệ dao động của ô tô.


2

Mơ phỏng q trình dao động của mơ hình ¼ ô tô khi tính đến mấp mô
bề mặt đường bằng phần mềm Matlab.
IV. Phương pháp nghiên cứu.
Nghiên cứu quan hệ đường, ô tô, người.
+ Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường.

+ Nghiên cứu các dao động của ô tô.
+ Nghiên cứu cảm giác của con người.
Ứng dụng Matlab mô phỏng dao động của ơ tơ.
+ Xây dựng các hàm tốn học.
+ Mơ phỏng mơ hình chuyển động của ơ tơ.
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Nghiên cứu thành công sẽ tạo điều kiện khảo sát, kiểm tra các thông số
dao động, cũng như các chỉ tiêu về độ êm dịu của ơ tơ cở nhỏ tiến đến nâng cao
tính hợp lý kết cấu hệ thống treo đảm bảo độ em dịu chuyển động của xe khảo
sát trong điều kiện vận hành ở Việt Nam.
VI. Dự kiến kết quả đạt được.
Xây dựng mơ hình tốn học của hệ
Mơ phỏng được q trình dao động của xe khi tính đến mấp mô của
bề mặt đường bằng phần mềm Matlab.
VII. Cấu trúc của luận văn:
Cấu trúc của luận văn gồm 3 chương.
Chương 1: Tổng quan dao động trên ô tô.
Chương 2: Xây dựng mơ hình tốn học của hệ.
Chương 3: Khảo sát của ô tô bằng phần mềm Matlab.
-


3

Chương 1. TỔNG QUAN DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ
1.1. Ảnh hưởng của rung động lên cơ thể người.
1.1.1.
Rung động toàn thân.
Phụ thuộc các thông số: Biên độ, tần số, gia tốc dao động và thời gian tiếp xúc
với rung động.

Tác động nguy hiểm nhất của rung động toàn thân là các tần số dao động của
nó, đặc biệt là các tần số trùng với tần số dao động tự nhiên của các bộ phận cơ
thể người.
Ở

tần số thấp, rung động thường gây tổn thương cơ bắp.

tần số cao, rung động thường gây những biến đổi trong thành mạch, ngăn
cản lưu thơng tuần hồn, lâu dài có thể phá hoại hệ thống mạch máu.
Ở

Rung động toàn thân gây thương tổn đến hệ thần kinh trung ương, phá huỷ sự
điều chỉnh của thần kinh thể dịch và sự trao đổi chất, dẫn đến rối loạn chức năng
các hệ thống khác. Rung động toàn thân mạnh gây nên thương tổn các cơ quan
nội tạng, tác động lâu ngày gây ra các biến đổi về tổ chức tế bào, phát sinh các
rối loạn dinh dưỡng. Rung động tồn thân có tần số cao 30-80Hz và biên độ dao
động lớn có tác động đến thị giác, làm giảm độ rõ nét, thu hẹp thị trường, giảm
độ nhạy cảm màu và phá hoại chức năng tiền đình
1.1.2.

Tác động của rung động cục bộ.

Bắt đầu bằng những rối loạn cảm giác ngồi da: tê nhức, kiến bị, giảm cảm
giác đau, ra nhiều mồ hơi, khó cầm nắm dụng cụ, da tay mỏng hoặc dày lên có
màu đỏ hay xanh tím, trắng bạch, móng tay biến dạng dễ gẫy. Nặng hơn là các
rối loạn hệ vận động, đau các khớp ngón tay, cổ tay, khuỷu tay và khớp vai.
-

Những bệnh lý của rung động cục bộ gồm:
Rối loạn vận mạch: gây bệnh ngón tay trắng.

-

Tổn thương gân cơ, thần kinh, đau gân cơ dẫn đến teo cơ.

-

Tổn thương xương khớp: có các triệu chứng như đau khớp xương, cử động
hạn chế, có thể gây mất sức lao động hồn tồn. X quang có hình ảnh: khuyết
xương, lồi xương, thưa xương, hoại tử xương bán nguyệt, hư khớp xương
thuyền.

-

Tác động đến các cơ quan khác như rối loạn thần kinh, hơ hấp, tuần hồn,
tiêu hố.

-

Đối với phụ nữ cịn ảnh hưởng đến bộ phận sinh dục, đau bụng nhiều khi
hành kinh, lệch tử cung, sa âm đạo.


4

1.2. Các chỉ tiêu và mơ hình dao động ơ tô.
1.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động
Theo quan điểm về an tồn chuyển động thì dao động của ô tô gây ra sự thay
đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ làm

giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc, ngang dẫn đến hiện tượng tách bánh khỏi
đường gây mất an toàn khi xe chuyển động, phanh và quay vòng... còn khi giá
trị phản lực này tăng thì sẽ làm tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường
và tác động ngược lại đối với các kết cấu của xe.
Nghiên cứu tổng quát về dao động xe đó là giải quyết mối quan hệ “ĐườngXe-Người”.

Hình 1. 1 Hệ thống “Đường-Xe-Người”
Quá trình nghiên cứu dao động của ơ tơ là q trình xác định các thông số của
hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: phần tử đàn
hồi, phần tử giảm chấn và bộ phận dẫn hướng. Có như vậy mới tạo ra một hệ
dao động có chất lượng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao khả
năng thiết kế, cải tiến công nghệ ô tô, nâng cao hiệu quả sử dụng, tăng tính tiện
nghi và năng suất vận chuyển của ơ tơ.
Các tính chất dao động của ô tô thường đánh giá theo 2 quan điểm:
Quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thơng số gia tốc dao động có tính
chất quyết định vì nó tác dụng lên lái xe và hành khách.
-

Quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền thì
giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là thông số mang tính chất
quyết định.
-

1.2.2. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động:


5

Một số chỉ tiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau:
a.Chỉ tiêu về tần số:

Con người cảm thấy thỏa mái với tần số với tần số dao động khoảng 1-1,5Hz.
Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô với các điều kiện mặt đường cũng
như kết cấu cụ thể thì tần số dao động của ô tô phải nằm trong giới hạn 1-1,5
Hz, thường lấy chuẩn để đánh giá dao động của ô tô như sau:
n = 60-85 (dđ/ph)
- Đối với xe du lịch
- Đối với xe vận tải

n = 85-120 (dđ/ph).

b.Chỉ tiêu về gia tốc dao động.
Các thí nghiệm káo dài trong 8 giờ liền cho thấy nhạy cảm hơn cả đối với
người là dải tần 4-8 Hz. Trong dải tần số này các giá trị cho phép của toàn
phương gia tốc như sau [1].
Dễ chịu :
Gây mệt mỏi :
Gây ảnh hưởng tới sức khỏe :
1.2.3. Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền
đường:
Theo quan điểm về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường
thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường cũng là thông số quan
trọng để đánh giá. Lực động

tính chất dao động của ô tô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường.
Fd (t) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động tới lốp xe và các bộ phận chi tiết

của xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn. Để giảm sự ảnh hưởng
của

F

d

F
(t)

d

(t)

thì cần giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nhưng khi

bằng 0 và ô tô sẽ mất tính điều khiển. Để đánh giá tính chất dao động của ơ

tơ theo quan điểm về an tồn chuyển động cần xác định tỉ số giữa lực tác động
Fd (t) và tải trọng tĩnh của bánh xe là Rt K : K =

F
d

Rt k

Khảo sát dao động của ô tô ta quan tâm đến sự bám của lốp với mặt đường,
nhằm đảm bảo dao động của ô tô thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng
bánh xe vẫn phải bám đường, nếu khơng đạt 2 chỉ tiêu đó sẽ dẫn đến làm mất
tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu...
Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đường có thể xác định như sau:
Fd ≈ KL (ξ − q)

6

Trong đó: K L : độ cứng của lốp.
ξ : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng.

q : chiều cao mấp mơ biên dạng đường.
Có thể xác định giá trị


td max

là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối của

bánh xe với đường theo biểu thức:
 td max = Max(ξ − q)

Giá trị



cũng có thể làm cơ sở đánh giá khả năng bám của lốp với đường.

td max

1.3. Mơ hình dao động.
Về mục tiêu nghiên cứu có thể bao hàm các vấn đề sau:
Nghiên cứu tối ưu hệ treo, kể cả hệ treo tích cực. Đối với mục tiêu này thì
chỉ cần khảo sát mơ hình ¼ (một trong 4 bánh).
1.

Nghiên cứu về dao động liên kết, thường dùng mơ hình phẳng; mơ hình
phẳng cũng cịn dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của đường.
2.

Nghiên cứu sự trượt và lật dưới tác động của ngoại lực như đường mấp mơ,
gió bên nên thường sử dụng mơ hình ½ hoặc mơ hình full.
3.

a. Mơ hình ¼
Mơ hình ¼ bao gồm hai khối lượng được treo và khối lượng không được treo.
Phần treo và không được treo liên kết với nhau thông qua các phần tử đàn hồi
của treo và giảm chấn, có độ cứng là k, hệ số cản giảm chấn c
Q trình nghiên cứu trong mơ hình ¼ chỉ xét dao động của một trong bốn
bánh xe, dao động của hệ là nhỏ, tuyến tính, xung quanh vị trí cân bằng tĩnh,
bánh xe lăn khơng trượt và ln tiếp xúc với đường...
Mơ hình 1/4 có thể dùng để chọn tối ưu các
thông số như độ cứng lốp, khối lượng không được
treo m, độ cứng c và hệ số cản giảm chấn k theo
các hàm mục tiêu vừa nêu trên.
Việc này có ý nghĩa trong bài tốn điều
khiển, tối ưu hệ treo.

Hình 1. 2 Mơ hình 1/4
b. Mơ hình dao động liên kết.


7

Mơ hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ơ tơ ở dạng mơ hình phẳng,
ơ tơ được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và xem độ mấp mô của biên dạng

đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau. Khối lượng treo được qui dẫn
về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng m 3 và m1, m2 với 4 bậc tự
do là Z3, ϕ, Z1, Z2 .

Hình 1. 3 Mơ hình phẳng dao động ơ tơ
c. Mơ hình nghiên cứu giao động của xe trong khơng gian
Mơ hình khơng gian xe hai cầu được đưa ra như trong hình

Hình 1. 4 Mơ hình khơng gian xe
d. Kết luận
Vì nghiên cứu chỉ tập trung vào tác động của mấp mơ mặt đường đồng thời để
nhanh chóng trong việc đạt kết quả và dể dàng mở rộng đối tượng nghiên cứu
tác giả quyết định chọn mơ hinh ¼ để tiến hành mô phỏng dao động.


8

1.4. Tổng quan về hệ thống treo trên ô tô.
1.4.1.
Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo.
Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và
khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức
năng chính sau đây:
-

Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương
thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”.
Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và lực
bên.
1.4.2.Các bộ phận chính của hệ thống treo.

1.4.2.1. Bộ phận đàn hồi.

Là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, làm giảm nhẹ các tải trọng
động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển
nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người.
Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là:
a) Nhíp lá.

Hình 1. 5 Cơ cấu treo phụ thuộc dùng nhíp lá.
Bó nhíp được làm từ các lá thép cong, gọi là lá nhíp, sắp xếp lại với nhau theo
thứ tự từ ngắn đến dài. Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác dụng lên
nhíp tăng thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính.
Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản rẻ tiền, dễ
chăm sóc bảo dưỡng nhưng lại có nhược điểm là khối lượng lớn, thùng xe ở
trên cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽ lớn ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn định
khi xe chuyển động, mặt khác vết bánh sẽ thay đổi khi một bánh bị nâng lên
làm phát sinh lực ngang và tính chất bám đường kém và dễ bị trượt ngang.
b) Thanh xoắn


9

Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để
cản lại sự dao động.
Sử dụng thanh xoắn có các đặc điểm sau:
+

Chiếm ít khơng gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe.

+

Trọng lượng nhỏ, Đơn giản, gọn, giá thành rẻ và dễ chế tạo.

Thanh xoắn khơng có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn để
dập tắt nhanh dao động.
+

c)

Lò xo.

Bao gồm các dạng là lò xo xoắn ốc, lị xo cơn và lị xo trụ. Do lị xo trụ có
đường kính vịng ngồi khơng đổi nên biến dạng của nó sẽ thay đổi tỷ lệ thuận
với lực tác dụng, cịn đối với lị cơn hay lị xo xoắn ốc thì khi tải nhẹ đầu lị xo
sẽ bị nén lại và hấp thụ năng lượng va đập, cịn phần giữa lị xo có độ cứng lớn
hơn sẽ đủ cứng để chịu tải lớn.
Lị xo có các đặc điểm chính sau:

Ưu điểm
- Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn.
Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lị xo trụ có khối lượng nhỏ hơn
nhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp, kết cấu gọn nên tiết kiệm khơng gian và cho
phép hạ thấp trọng tâm xe nhằm nâng cao tốc độ.
-

Hình 1. 6 Một số dạng lị xo
Nhược điểm
- Khi làm việc ở giữa các vịng lị xo khơng có nội ma sát như nhíp nên
thường phải bố trí thêm giảm chấn kèm theo để dập tắt nhanh dao động.


Do lò xo chỉ làm nhiệm vụ đàn hồi, còn nhiệm vụ dẫn hướng và giảm chấn
do các bộ phận khác đảm nhận nên với hệ thống treo dùng lò xo trụ thì có kết
cấu phức tạp hơn do nó cịn phải bố trí thêm hệ thống địn dẫn hướng để dẫn
hướng cho bánh xe và truyền lực kéo hay lực phanh.
-


10

d) Phần tử đàn hồi loại khí.

Hình 1. 7 Phần tử đàn hồi là khí.
Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa trên ngun tắc khơng khí có tính đàn
hồi khi bị nén.
Hệ thống treo khí khơng có ma sát trong phần tử đàn hồi, trọng lượng nhỏ và
giảm được chấn động cũng như giảm được tiếng ồn từ bánh xe truyền lên
buồng lái và hành khách. Nhưng hệ thống này có kết cấu phức tạp hơn vì phải
có bộ phận dẫn hướng riêng và trang thiết bị cung cấp khí, bộ điều chỉnh áp
suất, lọc, các van v...v...điều chỉnh độ cứng một cách chủ động.

Hình 1. 8 Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi loại túi khí cao su
1.4.2.2. Bộ phận giảm chấn
Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích sau:


11

Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền
đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi

+

+

Đảm bảo dao động của phần không treo (unsprung) ở mức độ nhỏ nhất.

Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khả
năng an toàn khi chuyển động.
+

Để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động giảm chấn sẽ biến đổi cơ
năng thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu.
Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai
chiều ở cấu trúc hai lớp.
a) Giảm chấn 2 lớp vỏ.
Giảm chấn hai lớp vỏ ra đời vào năm 1938, đây là một loại giảm chấn quen
thuộc và được dùng phổ biến cho đến nay. Trong giảm chấn, piston di chuyển
trong xy lanh chứa đầy dầu, chia không gian trong thành hai buồng A và B.
Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như sau:
1- Khoang vỏ trong;
2- Phớt làm kín;
3- Bạc dẫn hướng;
4- Vỏ chắn bụi;
5- Cần piston;
6- Piston;
7- Van cố định;
8- Vỏ ngồi.

Hình 1. 9 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ.


Nguyên lý làm việc.

hành trình nén bánh xe tiến lại gần khung xe, lúc đó ta có thể tích buồng B
giảm nên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang
khoang C ép khơng khí ở buồng bù lại. Trên nắp của giảm chấn có phớt che bụi,
phớt chắn dầu và các lỗ ngang để bôi trơn cho trục giảm chấn trong quá trình làm
việc. ở hành trình trả bánh xe đi xa khung xe, thể tích buồng B tăng do đó áp suất
Ở


12

giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra, đẩy chất
lỏng nhanh chóng điền đầy vào khoang B.
Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng bao giờ cũng có các
lỗ van lưu thơng thường xun. Cấu trúc của nó tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể.
Van trả, van nén của hai cụm van nằm ở piston và xylanh trong cụm van bù có
kết cấu mở theo hai chế độ, hoặc các lỗ van riêng biệt để tạo nên lực cản giảm
chấn tương ứng khi nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ.
Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo nên lực ma sát làm cho
nóng giảm chấn lên. Nhiệt sinh ra truyền qua vỏ ngồi (8) và truyền vào khơng
khí để cân bằng năng lượng.
Ưu điểm của giảm chấn hai lớp có độ bền cao, giá thành thấp làm việc tin
cậy ở cả hai hành trình, trọng lượng nhẹ.
+

Nhược điểm là khi làm việc ở tần số cao có thể xảy ra hiện tượng khơng khí
lẫn vào chất lỏng làm giảm hiệu quả của giảm chấn. Hơn nữa việc lắp địi hỏi
chính xác, tản nhiệt chậm hơn…

+

b) Giảm chấn một lớp vỏ.
1- Van một chiều;
2- Cần piston;

8

3- Cụm làm kín;
4- Xy lanh;
5- Buồng chứa dầu;
6- Piston;

7

7- Van một chiều;
8- Khoang chứa khí.

3
2

Hình 1. 10 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn 1 lớp vỏ.

Nguyên lý làm việc.
Trong một giảm chấn một lớp vỏ không cịn bù dầu nữa mà thay thế chức
năng của nó là buồng 8 chứa khí nén có P = 2-3 kG/cm 2 đây là sự khác nhau
giữa giảm chấn một lớp vỏ và hai lớp vỏ.
Khi piston dịch chuyển xuống dưới tạo nên sự chênh áp, dẫn đến mở van 1, chất
lỏng chảy nên phía trên của piston. Khi piston đi lên làm mở van 7, chất lỏng chảy
xuống khoang dưới piston, áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi không lớn

13

và dao động xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu, nhờ
vậy mà tránh được hiện tượng tạo bọt khí, là một trạng thái khơng an tồn cho
sự làm việc của giảm chấn. Trong quá trình làm việc do áp lực dầu chỉ có thể
nén lên khí mà piston ngăn cách 4 di chuyển để tạo nên sự cân bằng giữa chất
lỏng và chất khí do đó áp suất khơng bị hạ xuống dưới giá trị nguy hiểm.
Giảm chấn này có độ nhạy cao kể cả khi piston dịch chuyển rất nhỏ, tránh được
hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho áp suất thay đổi.
o

So sánh giữa hai loại giảm chấn

a. giảm chấn 2 lớp vỏ

b. giảm chấn 1 lớp vỏ

Hình 1. 11 So sánh giảm chấn 1 lớp vỏ và giảm chấn 2 lớp vỏ.
So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có các ưu điểm
sau:
Khi có cùng đường kính ngồi, đường kính của cần piston có thể làm lớn
hơn mà sự biến động tương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn.
+

+

Điều kiện toả nhiệt tốt hơn do khơng có “áo dầu”.

Giảm chấn có piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí
nào.
+

+

Cùng một tác động bên ngồi thì nó dập tắt dao động nhanh hơn.

- Nhược điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ là:
+

Làm việc kém tin cậy, có thể bị bó kẹt trong các hành trình nén hoặc trả mạnh.

+

Chế tạo phức tạp và giá thành đắt hơn.

c)

Ống nhún Vario:


14

Với một kết cấu có nét tương tự như ống nhún loại hai ống, Ống nhún Vario
có đặc điểm là thích nghi nghi được với tình trạng dằng xóc khác nhau để có
thể thay đổi đặc tính giảm chấn :

Hình 1. 12 Ống nhún Vario
d) Ống nhún loại 2 ống với hơi áp lực.

Hình 1. 13 Loại 2 ống với hơi áp lực(a) và loại hơi (b)
Loại ống nhún Dầu-Khí kết hợp hoạt động theo nguyên tắc kết hợp tính ưu
việt của loại hai ống và loại một ống ở trên.
e)

Ống nhún hơi.

Đó là sự kết hợp hoạt động của một "Lị xo khí nén" với một bộ giảm chấn theo
nguyên lý hơi và dầu. Đặc điểm nổi bật trong cấu tạo của loại ống nhún này là
trong một ống kín, khí nén được dẫn vào dưới 1 áp lực điều khiển được, tùy mức
độ áp lực khí nén ở trong đó mà độ đàn hồi của lị xo khí thay đổi được, tạo ra sự
chủ động trong việc thay đổi khoảng làm việc cũng như hiệu quả tôt nhất cho cả
bộ giảm xóc-khử dao động. Tuy nhiên, lị xo khí thường được kết hợp thêm một lị
xo cơ khí khác nhằm mục đích giới hạn việc hoạt động của lị xo khí trong