(LUẬN văn THẠC sĩ) mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường​

Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải

Hệ thống treo là bộ phận đàn hồi kết nối bánh xe với khung xe, có nhiệm vụ chính là giảm va đập, giúp ô tô di chuyển êm ái trên các bề mặt không bằng phẳng Ngoài ra, hệ thống này còn truyền lực và mô-men giữa bánh xe và vỏ xe, bao gồm lực kéo, lực bên, mô-men chủ động và mô-men phanh Để đảm bảo sự êm ái và khả năng truyền lực, hệ thống treo cần đáp ứng một số yêu cầu chính, nhằm duy trì sự liên kết hiệu quả giữa bánh xe và vỏ xe.

- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe khi xe chạy trên đường xấu hay đường tốt;

- Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định;

Quan hệ động học của bánh xe cần được thiết lập hợp lý để đảm bảo mục tiêu chính của hệ thống treo là giảm thiểu dao động theo phương thẳng đứng, đồng thời không làm ảnh hưởng đến quan hệ động học và động lực học trong chuyển động của bánh xe.

- Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với vỏ;

- Hệ thống treo phải đảm độ bền cao và độ tin cậy lớn, không gặp những hư hỏng bất thường

- Giảm được tiếng ồn bên trong và bên ngoài thùng xe;

Hệ thống treo đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và khả năng điều khiển của xe khi di chuyển ở các tốc độ khác nhau, đặc biệt là khi ô tô hoạt động ở tốc độ cao.

- Giá thành hệ thống rẻ, dễ thay thế và sửa chữa c, Phân loại: hệ thống treo được phân loại chính như sau:

- Phân loại theo mối liên kết hệ bánh xe bên trái và bên phải: hệ thống treo độ lập và phụ thuộc

- Phân loại phân tử đàn hồi: hệ thống treo lá nhíp, lò xo, khí, thủy khí, điện tử, cao su

- Phân loại theo bộ phận dập tắt dao động: ma sát, thủy lực, điện từ

- Phân loại điều khiển: điều khiển bán chủ động và điều khiển chủ động

1.1.2 Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải[5,6] a) Hệ thống treo bộ phận đàn hồi nhíp

Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp lá bao gồm các thành phần chính như dầm cầu, nhíp lá, giảm chấn và thanh ổn định Dầm cầu liền nối giữa hai bánh xe, trong khi hai đầu nhíp lá được kết nối với khung xe qua khớp quay và quang treo, cho phép nhíp lá biến dạng dưới các tải trọng khác nhau Phần giữa nhíp lá gắn với cầu xe, đóng vai trò vừa là bộ phận đàn hồi vừa là bộ phận dẫn hướng, giúp cố định vị trí của cầu với thân xe.

Hình 1-1 Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá

1- Nhíp lá; 2- Vòng kẹp; 3- Chốt nhíp; 4- Quang treo; 5- Giá đỡ; 6- Giảm chấn; 7- Ụ tỳ; 8- Khung xe; 9- Quang nhíp; 10- Dầm cầu

Dầm cầu 10 được kết nối với nhíp thông qua các quang nhíp, trong đó nhíp lá 1 bao gồm các lá nhíp ghép lại, với lá nhíp chính cuốn tròn ở hai đầu tạo nên các ổ quay khớp trụ Đầu trước của nhíp lá cố định trên khung xe và có khả năng quay nhờ các ổ cao su, đồng thời truyền lực từ bánh xe lên khung và ngược lại Đầu sau kết nối với khớp trụ di động theo cấu trúc quang treo 4, cho phép truyền lực bên từ khung xe qua khớp trụ, nhíp lá, quang nhíp, đến dầm cầu và bánh xe Giảm chấn 6 được lắp đặt giữa dầm cầu và khung xe theo chiều dọc, trong khi hệ thống treo không sử dụng thanh ổn định ngang Ưu và nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc vào nhiều yếu tố.

Kết cấu đơn giản và giá thành rẻ là những ưu điểm nổi bật, đặc biệt phù hợp với những xe có tốc độ di chuyển không cao, vẫn đảm bảo đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cần thiết.

Khi tổng ngoại lực tác động theo phương ngang lên ôtô vượt quá khả năng bám bên của cả hai bánh xe, hiện tượng trượt ngang sẽ xảy ra Trong trường hợp dầm cầu liền, khi chịu lực bên như ly tâm, đường nghiêng hoặc gió bên, hai bánh xe được liên kết cứng sẽ giúp hạn chế hiện tượng trượt bên.

- Dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành thấp

Khối lượng phần không treo trên cầu chủ động có ảnh hưởng lớn đến sự êm dịu khi xe di chuyển trên đường không bằng phẳng Khi xe gặp phải tải trọng động, va đập mạnh giữa phần không treo và phần treo (thùng xe) sẽ xảy ra, dẫn đến giảm độ êm ái trong chuyển động Đồng thời, bánh xe cũng chịu tác động mạnh từ mặt đường, làm xấu đi sự tiếp xúc giữa bánh xe và bề mặt đường.

Khoảng không gian dưới gầm xe cần đủ lớn để cho dầm cầu có thể thay đổi vị trí, do đó cần đảm bảo chiều cao trọng tâm lớn hoặc giảm thể tích khoang chứa hàng của xe.

Với các ưu, nhược điểm trên, hệ thống treo phụ thuộc được dùng nhiều cho ôtô tải và ôtô buýt b) Hệ thống treo khí nén:

Hệ thống treo khí nén và thủy lực là giải pháp hoàn thiện cấu trúc ô tô, được ứng dụng đa dạng trên các loại xe như ô tô con, ô tô tải và ô tô buýt Trong đó, hệ thống treo khí nén phổ biến nhất trên ô tô buýt tiên tiến, giúp duy trì chiều cao thân xe ổn định so với mặt đường, bất kể chế độ tải trọng khác nhau.

Hệ thống treo khí nén trên ôtô hoạt động dựa trên khả năng điều chỉnh độ cứng của buồng đàn hồi khí nén (ballon) theo sự chuyển động của thân xe Sơ đồ nguyên lý kết cấu của hệ thống này được thể hiện trong hình 1-2.

Bộ tự động điều chỉnh áp suất được hình thành dựa trên nguyên lý van trượt cơ khí, với các ballon khí nén được bố trí giữa thân xe và bánh xe thông qua giá đỡ bánh xe Trên thân xe, bộ van trượt cơ khí được lắp đặt cùng với bộ chia khí nén Hệ thống cung cấp khí nén cung cấp khí tới bộ chia, từ đó cấp khí nén vào các ballon để duy trì áp suất ổn định.

Khi tải trọng tăng, các ballon khí nén bị nén lại, làm thay đổi khoảng cách giữa thân xe và bánh xe Van trượt cơ khí điều chỉnh vị trí các con trượt chia khí trong block thông qua đòn nối Khí nén từ hệ thống cung cấp được bơm vào các ballon để bổ sung khí nén Quá trình bổ sung khí nén tiếp tục cho đến khi chiều cao thân xe trở lại vị trí ban đầu so với bánh xe.

Khi giảm tải trọng hiện tượng này xảy ra tương tự, và quá trình van trượt tạo nên sự thoát bớt khí nén ra khỏi ballon

Bộ tự động điều chỉnh áp suất sử dụng hệ thống điện tử bao gồm cảm biến vị trí thân xe và bánh xe, bộ vi xử lý và block khí nén Nguyên lý hoạt động của nó tương tự như bộ điều chỉnh bằng van trượt cơ khí.

Cảm biến điện tử 6 xác định vị trí của thân xe và bánh xe thông qua tín hiệu điện đầu vào Tín hiệu này được gửi về bộ vi xử lý 7, nơi các chương trình xử lý và thiết lập yêu cầu điều chỉnh bằng tín hiệu điện đầu ra Các tín hiệu đầu ra sau đó được chuyển đến các van điện từ trong block chia khí nén, điều chỉnh lượng khí nén cung cấp cho đến khi hệ thống trở về vị trí ban đầu.

Hình 1-2 Sơ đồ nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén

1- Bánh xe; 2- Ballon khí; 3- Thân xe; 4- Giá đỡ; 5- Van trượt cơ khí; 6- Cảm biến vị trí; 7- Bộ vi xử lý; 8- Bộ chia khí nén; 9- Bình chứa khí nén

*) Các phương pháp bố trí hệ thống treo khí nén

Hệ thống treo khí nén đơn:

Hình 1-3 Hệ thống treo khí nén đơn

Hệ thống treo khí nén đơn được sử dụng trên các xe Bus cao cấp, hoặc xe có tải trọng trung bình

Hệ thống treo khí nén kép

Hình 1-4 Hệ thống treo khí nén kép

Hệ thống treo khí nén kép sử dụng trên các xe có hai cầu sau, tải trọng lớn, xe đầu kéo

Hệ thống treo khí nén 3 trục:

Hình 1-5 Hệ thống treo khí nén ba cầu sau

Hệ thống treo sử dụng trên xe co 3 cầu sau, tải trọng lớn và rất lơn, trên đầu kéo hay các xe vận chuyển siêu trường siêu trọng

Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Trong những năm gần đây, ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đã phát triển mạnh mẽ và nhận được sự quan tâm đặc biệt từ Nhà nước Điều này đã dẫn đến sự ra đời của nhiều công trình nghiên cứu về vấn đề dao động ôtô Dưới đây là một số công trình tiêu biểu trong lĩnh vực này.

Công trình cấp nhà nước với mã số 58A-02-04 thuộc chương trình nhà nước 58A-02 đã tiến hành nghiên cứu về rung động trong lĩnh vực bảo hộ lao động, và các tác giả đã đưa ra một số kết quả quan trọng liên quan đến vấn đề này.

Tác giả Triệu Quốc Lộc đã thực hiện nghiên cứu về ghế máy kéo và thiết kế các sản phẩm phù hợp cho máy kéo tại Việt Nam, bao gồm cả bao tay dành cho công nhân lái máy kéo.

Công trình nghiên cứu của tác giả và PGS.TS Dư Quốc Thịnh, chủ nhiệm đề tài mã số B91-03, T16/90-CK, T18/91-CK, đã tập trung vào việc phân tích các khía cạnh lý thuyết và định hướng liên quan đến dao động.

Công trình của Nguyễn Thanh Hải, được trình bày trong luận án thạc sỹ kỹ thuật tại Học viện kỹ thuật Quân sự Hà Nội năm 2000, nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu trong chuyển động Tác giả đã giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do, với kích động mặt đường được mô hình hóa bằng hàm phổ của Iasenko.

Công trình nghiên cứu của Phạm Đình Vi về việc nâng cao chất lượng độ êm dịu chuyển động của ôtô thông qua hệ thống treo có điều khiển đã được trình bày trong luận án năm 1992 Tác giả tập trung vào việc nghiên cứu hệ thống treo bán tự động, áp dụng cho các dạng bề mặt đường khác nhau và phân tích kịch động mặt đường ngẫu nhiên dựa trên các phổ đo được tại Việt Nam.

Công trình nghiên cứu của Lưu Văn Tuấn về dao động xe ca Ba Đình tập trung vào việc phân tích và đề xuất các biện pháp nhằm nâng cao độ êm dịu trong chuyển động của phương tiện Luận án này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về vấn đề dao động mà còn đưa ra giải pháp cụ thể để cải thiện trải nghiệm di chuyển.

Tiến sỹ MS 02-01-39, 1993, tại ĐHBK Hà Nội đã thực hiện nghiên cứu sâu về dao động của ôtô nhiều cầu Trong luận án, tác giả tập trung vào đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi trong hệ thống treo và lốp xe, đồng thời áp dụng phương pháp Matlab Simulink 5.0 để giải quyết bài toán dao động.

Công trình "Nguyễn Thái Bạch Liên Aplikace matematikecho Modelu pri Reseni perovani Soupravy Silnicnich Vozidel" được trình bày trong luận án Tiến sỹ tại Brno năm 1979, nghiên cứu dao động của xe tải hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường Tác giả đã xây dựng mô hình không gian dao động của ôtô hai cầu với kích động ngẫu nhiên và áp dụng phương pháp Matlab Simulink 6.0 để giải quyết bài toán dao động.

Công trình nghiên cứu [15] đã phân tích ảnh hưởng của biến dạng mặt đường đến tải trọng tác động lên ôtô tại Quốc lộ 1A Tác giả đã tiến hành đo đạc và thu thập số liệu về mấp mô biến dạng đường trên tuyến Hà Nội - Lạng Sơn, xử lý dữ liệu và áp dụng vào bài toán dao động để xác định tải trọng tác động lên ôtô Kết quả của bộ số liệu mấp mô biến dạng đường đã được sử dụng làm nguồn kích động dao động trong luận án.

- Công trình “Trịnh Minh Hoàng, khảo sát dao động ô tô dưới kích động mặt đường ngẫu nhiên, luận án thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà nội,

Nghiên cứu năm 2002 đã phân tích ảnh hưởng của các thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu trong chuyển động Luận án tập trung vào việc giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do, với kích động mặt đường được mô hình hóa dưới dạng hàm phổ của Iasenko.

- Công trình “Võ Văn Hường, Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu, Luận án Tiến sỹ LA 111/05, 2004 ĐHBK Hà

Nghiên cứu về dao động của ôtô nhiều cầu đã được thực hiện một cách hoàn chỉnh, trong đó tác giả phân tích đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi trong hệ thống treo và lốp xe Sử dụng mô hình không gian, tác giả đã giải quyết bài toán dao động thông qua phương pháp Matlab Simulink.

Công trình của Đào Mạnh Hùng, báo cáo đề tài cấp bộ năm 2005 do Trường Đại học Giao thông Vận tải chủ trì, đã phát triển mô hình dao động cho xe tải với kích thước ngẫu nhiên và mấp mô mặt đường quốc lộ 1A làm tín hiệu đầu vào Báo cáo này đã đánh giá ảnh hưởng của các thông số thiết kế hệ thống treo và tải trọng đến mặt đường quốc lộ, dựa trên hệ số tải trọng động bành xe DLC.

Bài báo khoa học của Lê Văn Quỳnh và cộng sự (2012) nghiên cứu sự dao động của các loại xe tải 2 cầu, 3 cầu, 4 cầu và 5 cầu, nhằm đánh giá mức độ thân thiện với mặt đường Kết quả nghiên cứu đã xây dựng mô hình dao động của lớp xe tải hạng nặng dưới tác động của các kích thước ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ Các ảnh hưởng của các thông số động lực học của lớp xe được phân tích dựa trên hệ số tải trọng động bánh xe (DLC).

Công trình nghiên cứu của Hoàng Đức trong luận án thạc sĩ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên năm 2016 tập trung vào ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo xe tải đến khả năng thân thiện với mặt đường quốc lộ Tác giả đã xây dựng mô hình dao động không gian cho ôtô ba cầu với kích động ngẫu nhiên và sử dụng phương pháp Matlab/Simulink để giải quyết bài toán dao động Nghiên cứu phân tích các thông số thiết kế hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản dựa trên hàm mục tiêu là hệ số tải trọng động bánh xe DLC.

Các chỉ tiêu đánh giá khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ

1.3.1 Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe

Sau những năm 1990, ôtô có tải trọng ngày càng lớn, dẫn đến việc tỷ trọng kinh tế của cầu và đường trong ngành giao thông được đánh giá cao hơn Nghiên cứu từ các chuyên gia Anh, Mỹ đã chỉ ra rằng dao động ôtô ảnh hưởng lớn đến cầu và đường Khi ô tô di chuyển, tải trọng động từ bánh xe gây ra sức căng và biến dạng bề mặt Sự tích lũy lâu dài của biến dạng dẻo có thể gây ra các vấn đề như nứt và lún bề mặt Để đánh giá ảnh hưởng của tải trọng động đến khả năng thân thiện của mặt đường, nhiều nghiên cứu đã đề xuất hệ số tải trọng động bánh xe DLC - Dynamic Load Coefficient, được định nghĩa bởi công thức (1-1).

DLC được xác định bởi công thức DLC = F (1-1), trong đó Fs là tải trọng tĩnh của bánh xe Tải trọng động tác dụng lên mặt đường, ký hiệu là F T,RMS, được tính toán theo công thức (1-2) và được xác định là tải trọng bình phương trung bình.

F T - Tải trọng động của bánh xe tác dụng lên mặt đường;N

Hệ số tải trọng bánh xe DLC chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như thông số hệ thống treo, lốp xe, tải trọng và vận tốc chuyển động, cũng như điều kiện mặt đường Nghiên cứu này sẽ phân tích ảnh hưởng của hệ thống treo đến khả năng thân thiện với mặt đường giao thông thông qua hệ số tải trọng động bánh xe, và chi tiết chương trình tính toán sẽ được trình bày ở phần phụ lục.

1.3.2 Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức[34,35]

Tải trọng động cực đại (Fzdyn, max) có ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ của các chi tiết và gây hư hại cho đường Hệ số tải trọng động Kdyn, max giúp đánh giá mức độ tác động đến chi tiết, trong khi hệ số áp lực đường W phản ánh ảnh hưởng của dao động lên bề mặt đường Chỉ tiêu tải trọng động đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ bền của các chi tiết Để nghiên cứu vấn đề này, tác giả áp dụng hệ số tải trọng động cực đại để phân tích.

Kdyn, max : Hệ số tải trọng động cực đại

Fz,dyn : Tải trọng động bánh xe

Fz,st : Tải trọng tĩnh bánh xe

Với kích động ngẫu nhiêm max (Fz,dyn) được xác định như sau:

 Fz  F Z , RMS  T 1  T ( F z ( t )  F z , st ) 2 dt (1-4) và: kdy max = 1 , 64 1

F (1-5) b Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường

Sau những năm 1990, ôtô có tải trọng ngày càng lớn, làm tăng tầm quan trọng của cầu và đường trong ngành giao thông Nghiên cứu từ các chuyên gia Anh và Mỹ đã chỉ ra rằng dao động ôtô ảnh hưởng đến cầu và đường theo tỷ lệ mũ bậc 4 của áp lực bánh xe Họ đã giới thiệu khái niệm Hệ số áp lực đường (Road stress Coefficient), ký hiệu là W, để đánh giá mức độ ảnh hưởng này, còn được biết đến với tên gọi Dynamic wear factor Wilkinson đã đưa ra công thức xác định hệ số áp lực đường W, góp phần làm rõ mối quan hệ giữa dao động ôtô và cơ sở hạ tầng giao thông.

, ) max( (1-7) Khi xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là:

Trong luận văn này tác giả chọn hệ số tải trọng bánh xe DLC là hàm mục tiêu để đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí.

Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu Để phân phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su xe tải hạng nặng, mô hình toán hệ thống treo cao su và mô hình dao động toàn xe với 15 bậc tự do được thiết lập dưới kích thích mấp mô mặt đường quốc lộ Hệ số tải trọng bánh xe DLC được chọn làm mục tiêu để đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su Phần mềm Matlab/Simulink được áp dụng mô phỏng và đánh giá hiệu quả hệ thống theo cao su theo hướng thân thiện mặt đường

Trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ khoa học tác giả tập trung cứu một số vấn đề sau:

- Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng 3 cầu;

- Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động;

- Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống cao su

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng mô hình toán cho hệ thống treo cao su và mô hình dao động không gian phi tuyến của xe tải hạng nặng Đối tượng nghiên cứu là mô hình dao động toàn bộ xe tải với 15 bậc tự do, cùng với hệ thống treo cao su, được đánh giá và phân tích trong luận văn này.

Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần mềm Matlab simulink 7.0 để phân tích hiệu quả của hệ thống treo cao su theo hướng thân thiện mặt đường

Nội dung chính của luận văn như sau:

Chương 1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu

Chương 2 Xây dựng mô hình và mô phỏng dao động xe tải hạng nặng; Chương 3 Phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su

Kết luận và những kiến nghị.

Kết luận chương

Chương này trình bày các lập luận khoa học nhằm làm rõ các vấn đề nghiên cứu liên quan đến hệ thống treo và hiệu quả hoạt động của chúng trên xe Nó cũng cung cấp cái nhìn tổng quan về nghiên cứu dao động ô tô trong và ngoài nước, cùng với các chỉ tiêu đánh giá liên quan Từ những thông tin này, mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu của luận văn được xác định rõ ràng.

Các phương pháp xây dựng và mô phỏng dao động

Theo thống kê từ các công trình khoa học về thiết lập mô hình và phân tích dao động được công bố trên các tạp chí và kỷ yếu hội nghị, có ba phương pháp xây dựng chính được áp dụng.

Để xây dựng mô hình vật lý cho dao động của các phương tiện giao thông, chúng ta dựa vào mô hình thực tế và các giả thiết Sử dụng các phương pháp như phương trình Lagrange II, Newton-Euler, nguyên lý D’Alembert và nguyên lý hệ nhiều vật, chúng ta thiết lập mô hình toán học cho dao động Cuối cùng, chúng ta phân tích số liệu hoặc sử dụng phần mềm máy tính để mô phỏng và tối ưu các thông số dao động theo sơ đồ hình 2.1.

Hình 2-1 Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động phương pháp 1

Phương pháp 1 cho phép phân tích dễ dàng các yếu tố phi tuyến trong hệ thống, nhưng lại gặp khó khăn trong việc định dạng các thông số của mô hình, vì hầu hết các nhà sản xuất bảo mật sử dụng các thông số mô phỏng Do đó, cần thực hiện thí nghiệm để xác định lại các thông số này.

Phương pháp 2 liên quan đến việc xây dựng mô hình 2D hoặc 3D dựa trên các phần mềm thiết kế như Autocad, Pro-E, Solidworks Sau đó, mô hình sẽ được chuyển sang các phần mềm phân tích thiết kế như Ansys, Adams để tiến hành mô phỏng Cuối cùng, chúng ta sẽ thiết lập các điều kiện biên và thực hiện phân tích tối ưu các thông số dao động theo sơ đồ hình 2.2.

Hình 2-2 Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động phương pháp 2

Phương pháp 2 nổi bật với khả năng xác định dễ dàng các thông số mô hình và điều chỉnh cấu trúc của nó Mặc dù vậy, nhược điểm lớn nhất là việc phân tích ảnh hưởng của các yếu tố phi tuyến trong hệ thống trở nên rất phức tạp.

Phương pháp kết hợp hai phương pháp trước nhằm khai thác tối đa ưu điểm của chúng Các nhà khoa học xem xét các yếu tố phi tuyến của cơ hệ và xây dựng các chương trình con dựa trên phương trình toán học mô tả tính phi tuyến Sau đó, họ liên kết với các phần mềm phân tích như Ansys và Adams để thực hiện mô phỏng và phân tích thông số dao động.

Trong luận văn này, tôi đã lựa chọn phương pháp 1 để xây dựng mô hình dao động, nhằm mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của các điều kiện khai thác đến độ êm dịu của chuyển động.

Xây dựng mô hình dao động của xe tải

2.2.1 Các giả thiết mô hình dao động tương đương Ô tô là một cơ hệ hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau Mỗi bộ phận được đặc trưng khối lượng và thông số đặc trưng Bộ phận có tác dụng giảm các dao động từ mặt đường lên khung vỏ là hệ thống treo Hệ thống treo là đối tượng chính khi nghiên cứu dao động Để nghiên cứu dao động xe ôtô một cách thuận lợi chúng ta cần phải thiết lập dao động tương đương Trong đó mô hình dao động ô tô cần có đầy đủ các thông số liên quan đến dao động của ôtô

Trước khi thiết lập mô hình dao động tương đương cần thống nhất một số khái niệm sau: a Khối lượng được treo m

Khối lượng được treo m bao gồm các chi tiết như khung, thùng, hàng hóa, cabin và một số bộ phận khác, tất cả đều tác động lên hệ thống treo Chúng được kết nối với nhau bằng các đệm đàn hồi và ổ tựa bằng cao su, dạ, nỉ, giấy công nghiệp, tạo thành một hệ thống liên kết đàn hồi Mặc dù các bộ phận này không hoàn toàn cứng, nhưng khối lượng treo thực chất là một nhóm khối lượng liên kết đàn hồi Tùy thuộc vào cách bố trí của ôtô, khối lượng treo có thể được chia thành hai hoặc nhiều khối lượng, liên kết với nhau bằng các phần tử đàn hồi và giảm chấn Trong trường hợp đơn giản, khối lượng được treo m có thể được coi như một khối lượng đồng nhất với ba bậc tự do.

Khối lượng không được treo là các bộ phận không tác động trực tiếp lên hệ thống treo mà chỉ ảnh hưởng đến lốp xe, bao gồm: bán trục, dầm cầu, bánh xe, một số chi tiết của hệ thống treo, truyền động lái, nhíp, giảm chấn và một phần của trục các đăng.

Coi khối lượng không được treo là một vật thể đồng nhất, cứng tuyệt đối và có khối lượng m tập trung vào tâm bánh xe c Hệ thống treo

Hệ thống treo trong ô tô kết nối phần được treo M và phần khối lượng không được treo m một cách đàn hồi, giúp giảm chấn động do mặt đường không bằng phẳng khi xe di chuyển Hệ thống này, kết hợp với lốp xe, có vai trò quan trọng trong việc cải thiện sự ổn định và thoải mái cho hành khách Các bộ phận của hệ thống treo bao gồm nhiều thành phần khác nhau, mỗi phần đều góp phần vào hiệu suất tổng thể của xe.

- Bộ phận đàn hồi: Lò xo, nhíp, thanh xoắn, bình khí Nó được biểu diễn bằng một lò xo có độ cứng kij

- Bộ phận giảm chấn: có nhiệm vụ dập tắt các chấn động Nó được đặc trưng bằng hệ số cản giảm chấn cij

- Bộ phận dẫn hướng: gồm có các thành đòn và có nhiệm vụ truyền lực và mô men theo các phương phương d Bánh xe

Bánh xe không chỉ là bộ phận di chuyển và nâng đỡ trọng lượng của xe mà còn có khả năng giảm chấn động từ mặt đường, mang lại sự êm ái cho hành trình Chúng có thể được coi là phiên bản thu nhỏ của hệ thống treo, bao gồm các thành phần đàn hồi và giảm chấn, với hai thông số quan trọng là độ cứng (k) và hệ số giảm chấn (c).

2.2.2 Mô hình dao động xe tải hạng nặng Để mô phỏng và đánh giá hiệu quả của hệ thống treo cao su so với hệ thống treo phần tử đàn hồi khí nén, một ô tô tải 3 cầu hạng nặng với hệ thống treo dạng hình 1.7 chọn để xây mô hình dao động Mô hình dao động được thể hiện trên Hình 2.3

Các ký hiệu trong hình 2.3 được giải thích như sau: ki, k41, k42, k51, k52, k61, k62, k7, k8 đại diện cho độ cứng đặc trưng của lốp, hệ thống treo và hệ thống treo cabin Các ký hiệu ci, c41, c42, c51, c52, c61, c62, c7, c8 thể hiện hệ số cản đặc trưng cho lốp xe, hệ thống treo và hệ thống treo cabin Các khoảng cách tương ứng được ký hiệu bằng l01, l04, l42, l43,… trong khi m1, m3, m5,… là các khối lượng không được treo Các momen quán tính tương ứng của khối lượng được ký hiệu là I, I2, I4, I6, I11, I12,… và zn, z11, z12, z13, z14,… là các chuyển vị theo phương thẳng đứng.

Z 1ld Z 1rd l f1  l r1 c 1 k 1 l c t c 1 k 1 q 1l q lr q 3r q 2r q lr k 42 l 07 rear body front body c 4 , 

Hình 2-3 Mô hình dao động của ô tô tải hạng nặng 3 cầu

2.2.3 Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động

Dựa vào mô hình dao động, các phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ được sử dụng để khảo sát và lựa chọn thông số thiết kế cho hệ thống treo Hiện nay, có nhiều phương pháp thiết lập phương trình vi phân cho chuyển động của cơ hệ, bao gồm phương trình Lagrange loại II, nguyên lý D’Alambe, nguyên lý Jourdain, và phương trình Newton – Euler Tuy nhiên, để thuận tiện cho việc mô phỏng bằng máy tính, bài viết sử dụng nguyên lý D’Alambe kết hợp với lý thuyết hệ nhiều vật để xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe.

Dựa trên cơ sở hệ nhiều vật, các vật được tách rời khỏi cơ hệ và thay thế bằng các phản lực liên kết Tiếp theo, áp dụng nguyên lý D’Alambe để thiết lập hệ phương trình cân bằng cho từng vật trong cơ hệ, sau đó liên kết chúng bằng các quan hệ lực và momen.

: là tổng các ngoại lực tác dụng lên vật

: là tổng các lực quán tính tác dụng lên vật

Mô hình dao động hình 2.3 gồm 4 vật:

+ Vật 4: Cầu sau a) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động CABIN

Theo lý thuyết hệ nhiều vật, chúng ta có thể tách liên kết của vật 1 ra khỏi cơ hệ và thay thế bằng các phản lực liên kết Hình 2.4 minh họa sơ đồ lực và mô men tác động lên đầu xe.

Hình 2-4 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cabin

Thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên thân xe tương tự như cầu trước, ta có:

Phương trình cân bằng lực tác dụng lên cabin

Các lực F6 , F7 , F8 , F9 là lực của hệ thống treo cabin

Vậy giá trị các lực giảm chấn và đàn hồi như sau:

Phương trình cân bằng mô men theo trục dọc của thân xe:

Các lực F6 , F7 , F8 , F9 được tính như trên, thay vào công thức ta có

Phương trình cân bằng mô men theo trục ngang của thân xe:

Tương tự ta thay các giá lực ta có

Z06, Z07, Z08, Z09 là chuyển vị tại các đầu mút bên trái và bên phải của hệ thống treo cabin tương tứng Các chuyển theo phương thẳng đứng Z06, Z07,

Z08, Z09 có liên hệ với chuyển vị tại trọng tâm cabin z13 và chuyển vị góc z14, z15

. c c c c z z tgz l tgz l z z tgz l tgz l z z tgz l tgz l z z tgz l tgz l

Vì chuyển vị góc z14 và z15 quá nhỏ do vậy tg z14 z14và tg z15 z15 Khi đó (2-

(2-12) b) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động thân xe

Hình 2.5 minh họa sơ đồ lực và mô men tác động lên cầu thân xe Để thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men, ta tiến hành phân tích các lực và mô men ảnh hưởng đến cầu xe.

*) Phương trình cân bằng lực theo phương thẳng đứng

Hình 2-5 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe

*) Phương trình cân bằng momen

*) Phương trình cân bằng momen

*) Phương trình cân bằng momen

*) Phương trình cân bằng momen

*) Phương trình cân bằng momen

Trong luận văn này tác giả khảo sát hệ thống treo là cao su dưới dạng phi tuyến và xác định bằng các công thức:

F: Lực đàn hồi k1,k2: Hệ số đàn hồi của cao su z: Độ nén của cao su

Lực đàn hồi của nhíp khi xe ở trạng thái tĩnh: G01; G02; G42; G43; G52; G53

Trọng lượng cabin và thân xe: G13 và G7

Ta có phương trình cân bằng khi xe ở trạng thái tĩnh, xe trên mặt phẳng nằm ngang:

Xe trên mặt phẳng nằm ngang nên s4r=s4l; s5r=s5l; s6r=s6l

Vậy ta có giá trị các lực như sau:

2 2 ru r ru r ru ru ru ru

2 2 lu l lu l lu lu lu lu

) ru r ru r ru r r r u ru ru lu l u l l l l k s k s k s m z k z z s k z z s z z z z c z z c z z k z z s k z z s s c k z

( ) ) ( lu lu lu lu ru r r r r r ru r ru ru r ru r k s z z z z z c z z k z z s k z z s c z z k z z s k z k s k s z s c k s z

. ru lu l lu l lu lu l lu l lu l l l l z k z z s k z z s c z z k z z s k z z s c z z k z z c z k s k s k z k z z c z s k s

( ( ) ( ru r ru r ru ru r ru r ru lu l l r r r r l u l

l lu lu l lu l lu ru r ru ru r ru l l r r s c z z k z z s k z z s c z z k z z s z z k z z s c z z c k s k z s k s k s

{ ( ) ( ) ( l l ru ru lu l lu l lu lu lu lu z z z k z z s k z z s z z c z z z z c z z l k z z c z z k s k s k z z

( ( ) ( ru r ru r ru ru r ru r ru lu l l r r r r l u l

( ru r ru r ru r r r l u ru ru lu l lu l l

) ) ( )}l ru r ru r ru ru r r r r r r u r ru

( )}l lu l lu l lu l l lu l lu l lu l l

(2-27) c) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 1

Theo lý thuyết hệ nhiều vật, chúng ta có thể tách liên kết của cầu 1 ra khỏi cơ hệ và thay thế bằng các phản lực liên kết Sơ đồ lực tác dụng lên cầu 1 được thể hiện trong hình 2.6.

Hình 2-6 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 1

*) Phương trình cân bằng lực

-Lực truyền từ đường truyên qua lốp xe tác dụng lên cầu 1

+ Lực đàn hồi của lốp bên trái cầu trước:

F k z q (2-30) + Lực giảm chấn của lốp bên trái cầu 1:

F c z q (2-31) + Lực đàn hồi của lốp bên phải cầu 1:

F k z q (2-32) + Lực giảm chấn của lốp bên phải cầu 1:

Ta có giá trị lực như sau

( ) ( ) ru ru r ru r lu lu l lu l

*)Phương trình cân bằng momen

Thay vào phương trình, ta có:

. ru r ru r lu l lu l ru r ru r ru ru ru r r l u r m z k z q c z q k z q c z q k z z s k k s k s z z s z z z z c z z k c z s

2 ) lu l lu l lu lu lu lu l k z z s k z z s z z z z c z z c z z k s

. ru r ru r r lu l lu l ct ru r ru r ru ru ru u r r

2 2 lu l lu l lu lu lu lu l l f k z z s k z z s z z z z c z z s k s c  z z l

(2-36) c) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 2

Hình 2.7 minh họa sơ đồ lực và mô men tác động lên cầu xe thứ 2 Để thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men cho cầu 2, ta có thể biểu diễn dưới dạng z3.

Hình 2-7 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 2

*) Phương trình cân bằng lực

-Lực truyền từ đường truyên qua lốp xe tác dụng lên cầu trước

+ Lực đàn hồi của lốp bên trái cầu 2:

F k z q (2-39) + Lực giảm chấn của lốp bên trái cầu 2:

F c z q (2-40) + Lực đàn hồi của lốp bên phải cầu 2c:

F k z q (2-41) + Lực giảm chấn của lốp bên phải cầu 2:

Ta có giá trị lực như sau

( ) ( ) ru ru r ru r lu lu l lu l

*)Phương trình cân bằng momen

. r r l ru r ru r lu l lu l ru r ru r ru l lu l lu l m z k z q c z q k z q c z q k z z s k k z z s c z z k z z s k s k s k s k z z s c z s

( ( ) ( ) ) r r ru r ru r lu l lu l ct ru r ru r ru lu l lu l l l

(2-45) d) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 3

Hình 2.8 minh họa sơ đồ lực và mô men ảnh hưởng lên cầu xe thứ 3 Bằng cách thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men tác động lên cầu 2, ta nhận được kết quả z5.

Hình 2-8 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 3

*) Phương trình cân bằng lực

-Lực truyền từ đường truyên qua lốp xe tác dụng lên cầu 3

+ Lực đàn hồi của lốp bên trái cầu 3:

F k z q (2-48) + Lực giảm chấn của lốp bên trái cầu 2:

F c z q (2-49) + Lực đàn hồi của lốp bên phải cầu 2c:

F k z q (2-50) + Lực giảm chấn của lốp bên phải cầu 2:

Ta có giá trị lực như sau

( ) ( ) ru ru r ru r lu lu l lu l

*)Phương trình cân bằng momen

Thay vào phương trình ta có:

r r l ru r ru r lu l lu l ru r ru r ru l l u l lu l m z k z q c z q k z q c z q k z z s k k z z s c z z k z z s k z z s c s k k s k s z

) ( ) ) ( ru r ru r lu l lu l ct ru r ru r ru lu l lu r r l l l

2.2.4 Mô hình và xác định lực của hệ thống treo

Mô hình hệ thống treo có phần tử đàn hồi là khí nén được thiết lập như hình 2.9

Dựa vào mô hình 2.9 lực hệ thống treo hệ thống treo khí nén được định nghĩa theo công thức (2-56) air ( b a ) ( b a )

F  K z  z  C z  z (2-55) Trong đó: Kair - Độ cứng bộ phần đàn hồi khí C- Hệ số cản của hệ thống treo

(a)Phận tử đàn hồi khí nén (b)Mô hình hệ thống treo khí nén

Độ cứng của bộ phận đàn hồi trong hệ thống treo khí nén có thể được xác định qua phương pháp thực nghiệm hoặc nhiệt động lực học Trong nghiên cứu này, độ cứng K air được xác định theo phương pháp nhiệt động lực học, phụ thuộc vào thể tích, tiết diện và thông số hình học của phần tử đàn hồi khí Độ cứng của phần tử đàn hồi khí được định nghĩa là lực đạo hàm của lực đàn hồi theo biến dạng theo phương đứng z = z b - z a và được xác định theo công thức (3).

(2-57) Hiệu quả của thể tích và diện tích được định nghĩa theo công thức:

Kết luận

Chương này xây dựng mô hình dao động cho xe tải hạng nặng với 15 bậc tự do, thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động của các vật trong cơ hệ Hệ thống phương trình vi phân toàn bộ xe được đưa ra, cùng với việc phân tích các dạng hàm toán học mô tả mấp mô mặt đường quốc lộ, tạo cơ sở cho chương tiếp theo.

MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO

Mô phỏng

3.1.1 Mô phỏng dao động của ô tô Để giải hệ phương trình vi phân mô tả dao động ô tô tải 3 cầu hạng nặng, phần mềm Matlab-Simulink 7.04 được sử dụng mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su Hình 3.1 thể hiện sơ đồ mô phỏng tổng thể để mô phỏng dao động của ô tô tải 3 cầu hạng nặng Phần cụ thể của từng khối sẽ được trình bày phần phụ lục

(a) Khối từ hệ thống treo trở lên

Hình 3-1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04

3.1.2 Chọn thông số xe mô phỏng

Trong luận văn thạc sĩ, tác giả không có điều kiện thực hiện thí nghiệm để xác định các thông số mô phỏng, do đó đã sử dụng các thông số kỹ thuật từ tài liệu tham khảo [38,39] làm cơ sở dữ liệu cho việc mô phỏng và đánh giá tác động của hệ thống treo đến mặt đường quốc lộ.

Bảng 3.1 Các thông số kỹ thuật của xe tải 3 cầu[38,39]

TT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

1 Khối lượng không được treo cầu 1 m1 956.33 kg

2 Khối lượng không được treo cầu 2 m3 964.15 kg

3 Khối lượng không được treo cầu 3 m5 964.15 kg

4 Khối lượng thân xe m7 13332 kg

6 Khoảng cách tâm hai bánh xe và tâm xe lct 1.1 m

7 Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động cabin theo phương x l10 0.775 m

8 Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động cabin theo phương y lc1 0.67 m

9 Khoảng cách từ đệm cách dao động sau cabin đến trọng tâm thân xe l06 2.106 m

10 Khoảng cách từ tâm gối đỡ cầu 2, 3 đến trọng tâm thân xe l04 1.884 m

11 Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3 theo phương x l42 0.86 m

12 Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3 theo phương y lr1 0.595 m

13 Độ cứng của HTT cầu trước k41 1050000 N/m

14 Độ cứng của HTT cầu thứ 2 k51 10000000 N/m

15 Độ cứng của HTT cầu thứ 3 k61 10000000 N/m

16 Độ cứng của đệm cách dao động cabin trước k7

17 Độ cứng của đệm cách dao động cabin sau k8

18 Độ cứng của lốp xe cầu 1 k1 1840000 N/m

19 Độ cứng của lốp xe cầu 2 k2 1840000 N/m

20 Độ cứng của lốp xe cầu 3 k3 1840000 N/m

21 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu 1 c4 86181 N.s/m

22 Hệ số cản giảm chấn HTTcầu 2 c5 33442 N.s/m

23 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu 3 c6 33442 N.s/m

24 Hệ số cản giảm chấn đệm cách dao động cabin trước c7

25 Hệ số cản giảm chấn đệm cách dao động cabin sau c8

26 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 1 c1 2893.3 N.s/m

27 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 2 c2 2893.3 N.s/m

28 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 3 c3 2893.3 N.s/m

Bảng 3.2 Thông số hệ thống treo phần tử khí

TT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

2 Áp suất khí trời pa 101325 N/m 2

4 Diện tích ban đầu phần tử A0 0.2 m 2

4 Áp suất ban đầu p0 2.37 Bar

Chạy mô phỏng tổng thể theo thông số trong bảng 3.1 và 3.2 cho xe tải nặng 3 cầu với hệ thống treo đàn hồi bằng cao su và khí, trên các điều kiện mặt đường khác nhau (ISO cấp B, C, D, E) với vận tốc v@km/h Kết quả cho thấy biên độ lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 là lớn nhất, do đó nghiên cứu tập trung khảo sát lực động này Hình 3.2 minh họa lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 trong các điều kiện mặt đường khác nhau.

Hình 3-2 trình bày sự so sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 giữa hai hệ thống treo khi xe di chuyển trên các mặt đường ISO cấp B với vận tốc v@ km/h.

Từ hình 3.2, chúng ta có thể tính toán lực động bình phương trung bình và hệ số DLC cho hai hệ thống treo Cụ thể, hệ thống treo cao su FTr3461 có DLC là 0.453, trong khi hệ thống treo khí FTr312.9 có DLC là 0.0509.

Bài viết so sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với hai hệ thống treo khi xe di chuyển trên các mặt đường ISO cấp C với vận tốc v@ km/h.

Từ hình 3.3, lực động bình phương trung bình và hệ số DLC của hai hệ thống treo được tính toán Cụ thể, hệ thống treo cao su có lực FTr3#440 N và hệ số DLC là 0.789, trong khi hệ thống treo khí có lực FTr3'37.1 N và hệ số DLC là 0.0921.

Bánh xe bên trái cầu thứ 3 cho thấy sự khác biệt rõ rệt về lực động khi so sánh giữa hai hệ thống treo trong điều kiện xe di chuyển trên các mặt đường ISO cấp D với vận tốc v@ km/h.

Từ hình 3-4, chúng ta có thể tính toán lực động bình phương trung bình và hệ số DLC cho hai hệ thống treo Cụ thể, hệ thống treo cao su FTr3 có lực động là 8610 N với DLC là 1.299, trong khi hệ thống treo khí FTr3H có lực động là 40.2 N và DLC là 0.1629.

Hình 3-5 trình bày sự so sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 khi xe di chuyển trên các mặt đường ISO cấp E với vận tốc v@ km/h, đối với hai hệ thống treo khác nhau.

Từ hình 3.5, chúng ta có thể tính toán lực động bình phương trung bình và hệ số DLC của hai hệ thống treo Hệ thống treo cao su có lực FTr3 là 769 N và hệ số DLC là 2.718, trong khi hệ thống treo khí có lực FTr3 là 326.3 N và hệ số DLC là 0.3.

Kết quả tính toán hệ số tải trọng động bánh xe cầu 3 bên trái cho thấy hệ thống treo cao su kém hiệu quả hơn hệ thống treo khí khi xe di chuyển trên mặt đường bằng phẳng Tuy nhiên, độ cứng vững của hệ thống treo cao su lại phù hợp hơn khi xe hoạt động trên các loại địa hình off-road Để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo cao su trong các điều kiện khai thác khác nhau, tác giả sẽ tiếp tục phân tích trong phần dưới đây.

Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su

Để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo cao su, luận văn này sẽ so sánh với hệ thống treo bộ phận khí Hiệu quả của hệ thống treo cao su sẽ được phân tích trong các điều kiện khai thác khác nhau, như sẽ được trình bày trong phần tiếp theo.

3.2.1 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau Để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo phân đàn hồi cao su khi xe chuyển động trên các loại mặt đường quốc lộ khác nhau với vận tốc chuyển động v= 40km/h và 60km/h, trạng thái xe đầy tải, năm loại mặt đường ISO cấp A, ISO cấp B, ISO C, ISO cấp D và E (từ đường rất tốt cho đến đường rất xấu) được chọn để phân tích hiệu quả của hệ thống treo cao su so với hệ thống treo khí nén Hình 3.6 và hình 3.7 thể hiện sự so sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phần tử đàn hồi khí khi xe chuyển động trên bốn loại mặt đường ISO khác nhau với vận tốc v@km/h và v`km//h

Hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi cao su và phần tử đàn hồi khí nén được so sánh hiệu quả khi xe di chuyển trên các loại mặt đường khác nhau với vận tốc v` km/h Sự khác biệt trong hiệu suất giữa hai loại hệ thống treo này ảnh hưởng đáng kể đến trải nghiệm lái xe và độ ổn định của phương tiện Việc lựa chọn hệ thống treo phù hợp có thể cải thiện khả năng vận hành và an toàn khi di chuyển trên các bề mặt đường không đồng nhất.

Hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi cao su và phần tử đàn hồi khí nén có hiệu quả khác nhau khi xe di chuyển trên các loại mặt đường khác nhau với tốc độ v` km/h Việc so sánh này giúp hiểu rõ hơn về khả năng hấp thụ sốc và ổn định của xe trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Kết quả từ hình 3.6 và 3.7 cho thấy hệ số tải động bánh xe cầu 3 bên trái DLC của hệ thống treo cao su tăng nhanh khi xe di chuyển trên các mặt đường xấu, so với hệ thống treo khí nén Điều này chứng tỏ rằng hiệu quả của hệ thống treo cao su trong việc giảm tác động xấu lên mặt đường quốc lộ kém hơn nhiều so với hệ thống treo khí nén Tuy nhiên, nếu xe thường xuyên di chuyển trên mặt đường xấu, độ bền của phần đàn hồi khí nén có thể kém hơn và độ êm dịu trong chuyển động của xe sẽ bị ảnh hưởng tiêu cực.

3.2.2 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với vận tốc chuyển động thay đổi Để đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với vận tốc chuyển động thay đổi, sáu giá trị vận tốc khác nhau v=[20 30 40 50 60 70] km/h được chọn khi xe chuyển động trên các mặt đường quốc lộ ISO loại C và ISO cấp E Hình 3.8 và 3.9 thể hiện sự so sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phần tử đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C và ISO cấp E

Hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi cao su và phần tử đàn hồi khí nén được so sánh về hiệu quả khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C Sự khác biệt trong hiệu suất của hai loại hệ thống treo này được đánh giá ở các vận tốc chuyển động khác nhau, cho thấy ảnh hưởng của thiết kế treo đến sự ổn định và thoải mái khi lái xe.

Hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi cao su và phần tử đàn hồi khí nén được so sánh về hiệu quả khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp E Nghiên cứu này xem xét các vận tốc chuyển động khác nhau, nhằm đánh giá sự khác biệt trong hiệu suất của hai loại hệ thống treo này.

Kết quả từ hình 3.8 cho thấy giá trị hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe cầu thứ 3 bên trái đối với hệ thống treo cao su tăng lần lượt 221%, 72%, 116%, 182%, 202% và 221% so với hệ thống treo phần tử đàn hồi khí nén khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C Điều này cho thấy hiệu quả của hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su kém hơn nhiều so với hệ thống treo khí nén Hình 3.9 cũng chỉ ra rằng tình hình tương tự xảy ra khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp E.

3.2.3 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với tải trọng thay đổi thay đổi Để đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với tải trọng thay đổi, các giá trị tải trọng khác nhau m=[0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5]xm7 được chọn khi xe chuyển động với vận tốc 40km/h và 60km/h trên mặt đường quốc lộ ISO cấp

C Hình 3.10 và hình 3.11 thể hiện sự so sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử cao su và khí nén khi tải trọng thay đổi Từ kết quả hình 3.10 nhận thầy rằng giá trị hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe cầu thứ 3 bên trái đối với hệ thống treo cao su lần lượt tăng 112%, 115 %, 116%, 116,2%, 118% và

Hệ thống treo phần tử đàn hồi khí nén cho thấy hiệu quả vượt trội hơn hẳn so với hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C với vận tốc v@km/h, với tỷ lệ hiệu suất lên đến 119% Điều này chứng tỏ rằng hệ thống treo khí nén mang lại khả năng vận hành tốt hơn, giúp cải thiện trải nghiệm lái xe.

Hệ thống treo với phần tử đàn hồi cao su và phần tử đàn hồi khí nén được so sánh về hiệu quả khi xe di chuyển với vận tốc v@km/h trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C, với các tải trọng khác nhau Sự khác biệt trong hiệu suất của hai loại hệ thống treo này có thể ảnh hưởng đến độ ổn định và khả năng vận hành của xe.

Hệ thống treo sử dụng phần tử đàn hồi cao su và phần tử đàn hồi khí nén được so sánh về hiệu quả khi xe di chuyển với vận tốc v km/h trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C, dưới các tải trọng khác nhau Sự khác biệt trong hiệu suất của hai loại hệ thống treo này có thể ảnh hưởng đến trải nghiệm lái xe và độ bền của phương tiện.

Kết quả từ hình 3.11 cho thấy hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe cầu thứ 3 bên trái với hệ thống treo cao su tăng lần lượt 200,9%, 205%, 207%, 208%, 208% và 207% so với hệ thống treo phần tử đàn hồi khí nén khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C với vận tốc v km/h Điều này chứng tỏ hiệu quả của hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su kém hơn nhiều so với hệ thống treo khí nén.

Kết luận

Trong chương này, tác giả đã thực hiện mô phỏng và phân tích hiệu quả của hệ thống treo cao su so với hệ thống treo khí nén Kết quả nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa đối với các nhà thiết kế mà còn quan trọng cho việc quản lý giao thông, đặc biệt là đối với các loại xe off-road Cần thiết phải có cảnh báo về tốc độ khi những xe này tham gia giao thông trên các tuyến đường quốc lộ nhằm đảm bảo an toàn cho mặt đường.

KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ

Sau một thời gian nghiên cứu và nỗ lực cá nhân, dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Lê Văn Quỳnh cùng với sự hỗ trợ của ThS Lê Xuân Long, ThS Bùi Văn Cường và các giảng viên trong Khoa Kỹ thuật Ô tô – Máy Động lực, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên, cùng với sự động viên của bạn bè và đồng nghiệp, tôi đã hoàn thành nội dung luận văn thạc sĩ của mình Luận văn đã đạt được một số kết quả quan trọng.

- Phân tích và chỉ ra được tính cấp thiết của để tài;

Chỉ tiêu đánh giá hệ số tải trọng bánh xe là yếu tố quan trọng trong việc so sánh hiệu quả của hệ thống cao su với hệ thống treo khí Việc xác định chỉ tiêu này giúp hiểu rõ hơn về khả năng chịu tải và hiệu suất hoạt động của từng loại hệ thống, từ đó đưa ra những lựa chọn tối ưu cho các ứng dụng thực tiễn.

- Xây dựng được mô hình dao động không gian phi tuyến hệ thống treo của xe tải hạng nặng 3 cầu với 15 bậc tự do

-Mô phỏng và đánh giá

- Kết quả đánh hiệu quả hệ thống treo cao su so với hệ thống treo khí nén đưa ra được một số kết luận dưới đây:

Giá trị hệ số tải động bánh xe cầu 3 bên trái DLC của hệ thống treo cao su tăng nhanh khi xe di chuyển trên mặt đường xấu, cho thấy hiệu quả của hệ thống treo này kém hơn so với hệ thống treo khí nén Mặc dù hệ thống treo khí nén có khả năng giảm tác động xấu xuống mặt đường quốc lộ tốt hơn, nhưng nếu xe thường xuyên hoạt động trên đường xấu, độ bền của phần từ đàn hồi khí nén có thể giảm, dẫn đến ảnh hưởng tiêu cực đến độ êm dịu của chuyển động xe.

Giá trị hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe cầu thứ 3 bên trái đối với hệ thống treo cao su tăng đáng kể, lần lượt là 221%, 72%, 116%, 182%, 202% và 221% so với hệ thống treo phần tử đàn hồi khí nén khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C Điều này cho thấy hiệu quả của hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su kém hơn nhiều so với hệ thống treo khí nén.

Nghiên cứu cung cấp tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà thiết kế và quản lý giao thông nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực lên mặt đường quốc lộ Kết quả cho thấy hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe cầu thứ 3 bên trái với hệ thống treo cao su tăng từ 112% đến 119% so với hệ thống treo phần tử đàn hồi khí nén khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C với vận tốc v@km/h Điều này chỉ ra rằng hiệu quả của hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su thấp hơn đáng kể so với hệ thống treo khí nén.

Tuy nhiên luân văn còn một số hạn chế, hy vọng trong tương lai sẽ hoàn thiện theo các hướng sau đây:

Phân tích và lựa chọn thông số hệ thống treo cao su phù hợp là rất quan trọng để nâng cao độ êm dịu của phương tiện, đồng thời giảm thiểu tác động lên mặt đường quốc lộ Việc tối ưu hóa các thông số này không chỉ giúp cải thiện trải nghiệm lái xe mà còn bảo vệ hạ tầng giao thông.

- Phân tích các đặc tính phi tuyến của lốp xe và hiện tượng tách bánh

- Áp dụng thuật toán tối ưu một hay nhiều hàm mục tiêu để tối ưu các thông số hệ thống treo cao su

- Thí nghiệm thực tế để so sánh với kết quả mô phỏng

- Nghiên cứu đặc tính hệ thống treo khí phù hợp với xe off-road.