Nghiên cứu hệ thống treo khí trên ôtô

Tuy nhiên do tính chất phức tạp của vấn đề nên phần lớn các tác giả đều phải sử dụng các giả thiết để đơn giản hoá mô hình như: Chỉ nghiên cứu mô hình phẳng, hệ dao động thực tế được chu

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu của luận văn này là hoàn toàn có thật, do chính bản

thân tôi nghiên cứu theo sự hướng dẫn của PGS Lưu Văn Tuấn Các số liệu tham

khảo từ các tài liệu đều được liệt kê ở phần tài liệu tham khảo

Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2013

Người thực hiện

Trần Văn Hoàng

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Sự phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt nam 3

1.1.1 Tình hình phát triển, quan điểm phát triển trong tương lai 3

1.1.2 Chính sánh nội địa hoá và phát triển công nghiệp ô tô trong nước 4 1.2 Tổng quan về nghiên cứu dao động ô tô 8

1.2.1 Các nghiên cứu về dao động của ô tô trong nước 8

1.2.2 Nghiên cứu về dao động của ô tô trên thế giới 9

1.3 Nhiệm vụ và phương hướng nghiên cứu của luận văn 14

1.3.1 Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh độ êm dịu chuyển động 14

1.3.2 Xây dựng mô hình và thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động 14

1.3.3 Mô phỏng dao động 14

CHƯƠNG 2: CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM DỊU CỦA Ô TÔ 16

2.1 Ảnh hưởng của dao động tới cơ thể con người và xe 16

2.1.1 Những ảnh hưởng của dao động lên cơ thể con người 16

2.1.2 Ảnh hưởng của dao động đến độ bền và độ an toàn chuyển động 18 2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô 19

2.2.1 Chỉ tiêu về tần số dao động 20

2.2.2 Chỉ tiêu về sự dịch chuyển tương đối của sàn xe 21

2.2.3 Chỉ tiêu về gia tốc dao động 22

2.2.4 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường 23

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ THIẾT LẬP HỆ PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN MÔ TẢ DAO ĐỘNG 25

3.1 Xây dựng mô hình dao động ô tô 25

3.1.1 Mô hình dao động 25

3.1.2 Xây dựng mô hình dao động 28

3.1.3 Hàm kích động 29

3.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động 30

3.2.1 Hệ thống treo trước 34

3.2.2 Hệ thống treo sau 37

3.2.3 Thân xe 39

3.2.4 Hệ phương trình vi phân 41

3.3 Thư viện tiện ích Simulink 41

3.3.1 Sơ đồ tổng thể 44

3.3 2 Sơ đồ các khối chức năng 46

CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG 64

4.1 Các thông số của xe đưa vào tính toán 64

4.2 Sơ đồ tổng thể của mô hình khảo sát 65

4 3 Một số kết quả khảo sát 65

4.4 Ảnh hưởng của các thông số đến dao động của xe 71

4.4.1 Ảnh hưởng của vận tốc xe: 71

4.4.2 Ảnh hưởng của các thông số trong hệ thống treo: 78

4.4.3 Ảnh hưởng của độ cứng lốp: 80

KẾT LUẬN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 3.1 - Mô hình ¼ 25

Hình 3.2 - Mô hình phẳng dao động ô tô 2 cầu 26

Hình 3.3 - Mô hình ½ 27

Hình 3.4 - Mô hình không gian 28

Hình 3.5 - Mô hình dao động xe khách 32

Hình 3.6 - Khối lượng không được treo trước 33

Hình 3.7 - Khối lượng không được treo sau 33

Hình 3.8 - Cầu trước trái 34

Hình 3.10 - Các lực tác dụng lên cầu sau 37

Hình 3.11 - Các lực tác dụng lên thân xe 39

Hình 3.12- Sơ đồ tổng thể 46

Hình 3.13 – Khối thân xe 47

Hình 3.14 – Khối “Hệ thống treo” 50

Hình 3.15 – Khối giảm chấn “K1T” 52

Hình 3.16 – Khối treo trước “F_Suspension” 53

Hình 3.17 – Khối treo sau “R_Suspension” 54

Hình 3.18 – Khối “Gia tri Z i ” 56

Hình 3.19 – Khối “Cầu trước” 57

Hình 3.20 – Thanh ổn định ngang 58

Hình 3.21 – Khối “Cầu sau” 59

Hình 3.22 – Khối “Banh_xe” 60

Hình 3.23 – Khối “Đường” 61

Hình 4.2 – Gia tốc dao động thân xe theo thời gian 66

Hình 4.3 – Gia tốc dao động thân xe và dao động của 66

bánh xe với mặt đường 66

Hình 4.10 - Dao động thân xe D Z’’ theo vận tốc 78

Hình 4.11 – Ảnh hưởng của độ cản giảm chấn đến sai lệch quân phương toạ độ thân xe D Z 79

Hình 4.12 – Ảnh hưởng của độ cản giảm chấn đến sai lệch quân phương gia tốc thân xe

Dz‟‟ 79

Hình 4.13 – Ảnh hưởng của độ cứng lốp đến sai lệch quân phương thân xe D Z 80

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 – Các khối chức năng 44 Bảng 4.1 – Các thông số của xe khảo sát 64 Bảng 4.2: Bảng số liệu thực tế 71

1

LỜI NÓI ĐẦU

Ô tô là phương tiện vận tải có vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, vì nó có những ưu điểm hơn hẳn các loại phương tiện vận tải khác như: thông dụng, đơn giản, dễ sử dụng và có tính cơ động cao được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực dân sự cũng như quốc phòng Cùng với sự phát triển mạnh

mẽ của khoa học công nghệ, nền công nghiệp ô tô trên thế giới phát triển ngày càng cao, đã cho ra đời nhiều loại ô tô hiện đại phục vụ cho nhu cầu và mục đích sử dụng của con người Việc thiết kế các hệ thống, các cụm chi tiết trên ôtô, cũng như đánh giá chất lượng làm việc của chúng ngày càng được quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng của ôtô

Dao động của ô tô là một vấn đề hiện đang rất cần được quan tâm nghiên cứu

để nâng cao chất lượng khai thác ô tô Hiện nay các phương pháp mô phỏng số đang được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các cơ hệ, đặc biệt quá trình mô phỏng đã thể hiện được tính ưu việt cao và nó có thể miêu tả được cả các hệ phi tuyến khi áp dụng vào mô phỏng hệ dao động của ô tô

Trong thời gian vừa qua đã có rất nhiều tác giả đề cập tới vấn đề nghiên cứu dao động của ô tô Tuy nhiên do tính chất phức tạp của vấn đề nên phần lớn các tác giả đều phải sử dụng các giả thiết để đơn giản hoá mô hình như: Chỉ nghiên cứu mô hình phẳng, hệ dao động thực tế được chuyển thành hệ tuyến tính hoặc phi tuyến yếu… dẫn tới các kết quả nghiên cứu còn rất nhiều hạn chế Bên cạnh đó, các xe đóng tại Việt nam đặc biệt là xe chở khách chưa được nghiên cứu sâu về dao động

Xuất phát từ những yêu cầu trên, tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống

treo khí trên ô tô” Đề tài đã tập trung vào nghiên cứu mô phỏng hệ dao động của ô

tô có xét đến các yếu tố phi tuyến từ đó làm cơ sở cho việc chọn các thông số kết cấu hợp lý đảm bảo độ êm dịu chuyển động cho xe Đây là những công việc hữu ích

và vô cùng quan trọng cho việc nghiên cứu dao động của ô tô ở những quá trình thử nghiệm ban đầu nhằm tiết kiệm thời gian, khối lượng tính toán và giảm chi phí cho các thí nghiệm đo đạc trên các sản phẩm thử nghiệm trong thực tế

2

Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã được PGS_TS.Lưu Văn Tuấn cùng tập thể cán bộ giảng dạy của bộ môn Ôtô Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và các bạn đồng nghiệp tận tình giúp đỡ và chỉ bảo Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với PGS_TS.Lưu Văn Tuấn và các thầy của bộ môn Ôtô và Xe chuyên dụng Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành đề tài này

Mặc dù đề tài đã đạt được một số kết quả nhất định, tuy nhiên do khả năng

và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn đã không tránh khỏi những sai sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến chân thành của các Thầy, các nhà khoa học, đồng nghiệp và bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà nội, ngày 24 tháng 9 năm 2013

Học viên

Trần Văn Hoàng

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Sự phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt nam

1.1.1 Tình hình phát triển, quan điểm phát triển trong tương lai

Từ khi thực hiện chính sách đổi mới, mở cửa nền kinh tế Việt nam đã có sự tăng trưởng mạnh mẽ của các ngành kinh tế, đời sống của nhân dân được nâng cao Trong xu thế phát triển chung đó ngành công nghiệp ôtô Việt nam cũng không ngừng phát triển trở thành một trong những ngành kinh tế mũi nhọn Trong thực tế ngành công nghiệp ôtô Việt nam đã có từ khá lâu nhưng thực sự mới phát triển trong vòng 20 năm trở lại đây và phát triển trên cơ sở nội lực liên doanh liên kết Hiện nay, nền công nghiệp ôtô Việt nam cơ bản gồm có 3 thành phần:

+ Các công ty liên doanh ôtô: Bao gồm các liên doanh của các công ty ôtô nổi tiếng thế giới như: Liên doanh Toyota Việt nam, Ford Việt nam, Vidamco, Nissan tính đến năm 2000 có 11 công ty liên doanh Đầu năm 2005 ra đời liên doanh thứ 12 của hãng Honda xuất hiện với dòng xe CIVIC đã được ưa chuộng trên thế giới

+ Các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ôtô phát triển trên cơ sở các công ty cơ khí quốc doanh: Công ty ôtô Hoà Bình, công ty ôtô 1-5, công ty ôtô 3-2

+ Các doanh nghiệp tư nhân: Doanh nghiệp tư nhân Xuân Kiên, Công ty ôtô Trường Hải, công ty TNHH ôtô Chiến Thắng, MêKông ô tô…

Trong đó có gần 20 cơ sở lắp ráp ôtô, gần 20 cơ sở sản xuất thân xe, rơmooc và hơn

60 cơ sở sản xuất phụ tùng xe

Trong những năm gần đây nền công nghiệp ôtô Việt nam có những chuyển biến tích cực đó là việc tham gia ngày càng nhiều của các công ty tư doanh, họ cũng rất mạnh dạn trong việc đầu tư không chỉ trong lĩnh vực lắp ráp mà còn đầu tư trong việc mua dây chuyền công nghệ của các nước khác như Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc, như công ty Xuân Kiên, công ty ôtô Chiến Thắng Đồng thời có sự tăng trưởng mạnh mẽ các nhà máy sản xuất phụ tùng ôtô cung cấp cho các nhà máy lắp ráp ôtô trong nước và tiến tới xuất khẩu ra thị trường trong khu vực

4

Mặc dù đã có sự phát triển nhưng cho đến nay thực tế sự phát triển của nền công nghiệp ôtô Việt nam vẫn là trong lĩnh vực lắp ráp thuần tuý Trong khi đó thì chất lượng ôtô lại chỉ ở mức trung bình, tỷ lệ nội địa hoá chưa đạt, công nghệ vẫn còn rất hạn chế Ngoài ra, do nền kinh tế của đất nước đang trên đà phát triển, cơ sở

hạ tầng giao thông ngày càng được cải thiện đáng kể, đời sống của nhân dân càng ngày càng được nâng cao thì nhu cầu sử dụng ôtô của thị trường trong nước ngày càng tăng Số lượng xe ôtô đưa vào sử dụng trong những năm qua ngày càng tăng mạnh tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu của thị trường trong nước

Sau nhiều năm Chính Phủ đã định hình được ở Việt nam có 4 tổng công ty đầu mối về sản xuất ôtô đó là: VINAMOTOR, VEAM, VINACOAL và SAIGONMOTOR bao quát tất cả những loại xe cần thiết Để định hướng cho nền công nghiệp ôtô Việt nam phát triển trong những năm tới Chính Phủ và đặc biệt là

Bộ Công Thương và một số ngành có liên quan đã đưa ra những chính sách, giải pháp để phấn đấu đến năm 2020 công nghiệp ô tô Việt nam sẽ trở thành một ngành công nghiệp quan trọng của đất nước có khả năng đáp ứng ở mức cao nhất nhu cầu của thị trường trong nước, tham gia vào thị trường khu vực và thế giới

1.1.2 Chính sánh nội địa hoá và phát triển công nghiệp ô tô trong nước

a Quan điểm cơ bản về phát triển ngành công nghiệp ôtô:

- Công nghiệp ôtô là ngành công nghiệp quan trọng, cần được ưu tiên phát triển để phục vụ có hiệu quả trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và củng

cố an ninh quốc phòng của đất nước

- Phát triển ngành công nghiệp ôtô Việt nam nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước đồng thời tạo động lực cho các ngành công nghiệp hỗ trợ khác phát triển, từng bước nâng cao khả năng xuất khẩu phụ tùng ôtô sang các nước trong khu vực và thế giới

- Phát triển ngành công nghiệp ôtô trên cơ sở đẩy mạnh quá trình liên doanh, liên kết trong nước và phân công hợp tác quốc tế Tổ chức sản xuất theo hướng chuyên môn hóa cao trên cơ sở hình thành các khu công nghiệp phụ trợ làm vệ tinh cho các doanh nghiệp lớn sản xuất và lắp ráp ôtô

5

- Phát triển ngành công nghiệp ôtô với phương châm đi tắt đón đầu trên cơ

sở tiếp thu công nghệ tiên tiến của thế giới kết hợp với việc đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu phát triển trong nước và tận dụng có hiệu quả cơ sở vật chất, trang thiết

bị sẵn có nhằm nhanh chóng đáp ứng nhu cầu trong nước

- Phát triển ngành công nghiệp ôtô phải phù hợp với chính sách tiêu dùng của đất nước và phải đồng bộ với việc phát triển hệ thống hạ tầng giao thông, các yêu cầu về bảo vệ và cải thiện môi trường Để đẩy nhanh quá trình phát triển nền công nghiệp ôtô Việt nam, đồng thời tạo động lực cho các ngành công nghiệp hỗ trợ khác phát triển thì Bộ Công Nghiệp đã có những định hướng phát triển cụ thể trong giai đoạn từ nay đến năm 2010 như:

- Tập trung sản xuất các loại ôtô thông dụng và ôtô chuyên dùng hiện đại đang có nhu cầu lớn trong nước

- Ưu tiên đầu tư vào lĩnh vực sản xuất phụ tùng ôtô, khuyến khích phát triển những ngành công nghiệp hỗ trợ nhằm phục vụ hiệu quả nhu cầu trong nước và xuất khẩu phụ tùng ôtô ra nước ngoài

- Các dự án sản xuất động cơ ôtô thuộc chương trình cơ khí trọng điểm sẽ được giao cho các doanh nghiệp nhà nước để đảm bảo tập trung nguồn lực, tránh phân tán, tạo thuận lợi cho khả năng cung cấp cho thị trường

- Kết hợp phương thức sản xuất lắp ráp ban đầu với việc từng bước nâng cao khả năng chế tạo trong công nghiệp ôtô Việt nam Khuyến khích tăng tỷ lệ nội địa hóa trong công nghiệp phụ tùng ôtô

- Trước mắt không phát triển thêm các doanh nghiệp sản xuất ôtô cao cấp Các doanh nghiệp trong nước sản xuất và lắp ráp ôtô khi xây dựng các dự án đầu tư mới đều phải thực hiện đầy đủ các nguyên tắc lựa chọn các dự án đầu tư đã được xác lập trong Quy hoạch phát triển công nghiệp ôtô 2005, tầm nhìn 2010

- Coi trọng đầu tư vào khâu tư vấn thiết kế và chuyển giao công nghệ trong công nghiệp ôtô nhằm nâng cao năng lực cho ngành, đẩy mạnh công tác xúc tiến thương mại để hỗ trợ và khuyến khích các doanh nghiệp xuất khẩu phụ tùng ôtô

6

b Mục tiêu phát triển:

công nghệ tiên tiến của thế giới kết hợp khai thác và từng bước nâng cao công nghệ

và thiết bị hiện có, đáp ứng phần lớn nhu cầu thị trường về phụ tùng và ôtô trong nước, hướng tới xuất khẩu phụ tùng và ôtô

- Về các loại xe thông dụng (xe tải nhỏ, xe khách, xe con…): Đạt tỷ lệ nội địa hoá 60% và đáp ứng trên 80% nhu cầu trong nước về số lượng vào năm 2010 (riêng phần động cơ phấn đấu đạt tỷ lệ nội địa hoá 50% và hộp số đạt 90%)

- Về các loại xe chuyên dùng: Đạt tỷ lệ 60% tỷ lệ nội địa hoá và đáp ứng khoảng 60% nhu cầu trong nước về số lượng

- Các loại xe du lịch do liên doanh hoặc doanh nghiệp trong nước sản xuất đạt tỷ lệ nội địa hoá là 40-45% vào năm 2010

- Các loại xe xe tải, xe khách cao cấp đạt tỷ lệ nội địa hoá 35-40% và đáp ứng 80% nhu cầu thị trường trong nước vào năm 2010

- Đồng thời phấn đấu xuất khẩu phụ tùng ôtô đạt 5-10% giá trị tổng sản lượng của ngành vào năm 2010 và nâng dần giá trị kim ngạch xuất khẩu cho đến giai đoạn tiếp theo

Ngoài những yêu cầu đạt ra cho ngành công nghiệp sản xuất ôtô Việt nam thì Chính Phủ có những giải pháp và chính sách hỗ trợ sau:

+ Các chính sách về thuế đối với ôtô, linh kiện phụ tùng ôtô

+ Các chính sách và giải pháp về thị trường

+ Bảo vệ thị trường

+ Tạo lập thị trường

+ Các chính sách và giải pháp về đầu tư

+ Chính sách và giải pháp về khoa học và công nghệ

+ Chính sách và giải pháp về nguồn nhân lực

+ Các chính sách và giải pháp về huy động vốn

+ Các chính sách và giải pháp về quản lý ngành

+ Tổ chức thực hiện

7

c Đặc điểm thị trường ôtô Việt nam:

Thị trường ôtô Việt nam có thể chia làm 2 loại cơ bản như sau:

- Với thị trường xe du lịch: Đây là thị trường có yêu cầu rất cao đòi hỏi xe phải có chất lượng cao kiểu dáng đẹp, tiện nghi hiện đại vì xe phục vụ cho du lịch

và mục đích trang trí vui chơi Thị trường này dành cho giới thượng lưu và các cơ quan doanh nghiệp chuyên chỉ phục vụ cho công việc đi lại của lãnh đạo nên nhu cầu ngày càng phát triển mạnh khi nền kinh tế phát triển Nhưng trong điều kiện hiện nay thì khi công nghệ của các nhà máy ôtô Việt nam chưa thể đáp ứng được yêu cầu thì thị phần này chủ yếu dành cho các công ty liên doanh với nước ngoài có công nghệ tiên tiến và xe nhập khẩu

- Với thị trường xe thương mại: Xe phục vụ cho mục đích kinh doanh vận tải như: xe bus, xe vận tải hàng hoá, xe chuyên dùng Đây được đánh giá là thị trường nhiều tiềm năng và rộng lớn, đồng thời có thể coi là vừa sức với các nhà máy ôtô Việt nam trong giai đoạn hiện nay Trong xu thế dịch vụ vận tải hành khách công cộng và dịch vụ vận tải hàng hoá ngày càng cao, đặc biệt là loại hình xe bus và xe vận tải cỡ nhỏ phù hợp cho các vùng đô thị và nông thôn vận tải cung đường ngắn,

số lượng ít Hàng năm có hàng nghìn xe hết niên hạn sử dụng theo nghị định 23/2004/QĐ-TTg của Thủ tướng chính phủ và lộ trình xe quá “đát” Từ 1/1/2005 sẽ loại bỏ 16.600 xe tải và hơn 6.600 xe khách, con số này tiếp tục tăng nên trong những năm tới, đặc biệt là chủ trương loại bỏ hoàn toàn xe công nông, bông sen trên toàn quốc vào năm 2007 của Chính phủ đòi hỏi một lượng không nhỏ xe tải nhỏ, xe khách để thay thế Đây là một thị trường đầy sức hấp dẫn để công nghiệp ôtô Việt nam đầu tư phát triển chiếm lĩnh thị trường đặc biệt là doanh nghiệp nhà nước và doanh nghiệp tư nhân

Theo dự báo của Bộ công nghiệp đến năm 2010, nhu cầu ôtô của Việt nam sẽ vào khoảng 100000 xe/năm Để thực hiện mục tiêu này, Bộ công nghiệp đang soạn thảo kế hoạch phát triển ngành ôtô Việt nam Theo đó, Bộ sẽ kiến nghị với Chính phủ cho vay ưu đãi đối với các doanh nghiệp đầu tư sản xuất ôtô giá rẻ, giảm thuế nhập khẩu đối với các linh kiện mà trong nước chưa sản xuất được

8

Tóm lại thị trường ôtô Việt nam là thị trường mở, đầy tiềm năng có tác động tích cực thúc đẩy ngành sản xuất ôtô Việt nam đầu tư phát triển, đặc biệt là đầu tư phát triển các nhà máy sản xuất, lắp ráp xe khách và xe tải nhỏ đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước và tiến tới xuất khẩu sang khu vực và thế giới

1.2 Tổng quan về nghiên cứu dao động ô tô

1.2.1 Các nghiên cứu về dao động của ô tô trong nước

Ngành công nghiệp ô tô Việt nam đang trong quá trình hình thành và phát triển dần trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn hàng đầu của đất nước Những năm vừa qua Ô tô Việt nam không ngừng vươn lên đạt được những thành tựu mới

để có thể hội nhập với khu vực và thế giới Chủ trương hiện nay của chính phủ đưa

ra là tăng tỷ lệ nội địa hóa trong các sản phẩm đã và đang chế tạo dần tiến tới chế tạo được các sản phẩm mang thương hiệu Việt nam, đây là xu thế mà các nhà nghiên cứu và sản xuất ô tô Việt nam cần quan tâm Theo bản đồ quy hoạch và phát triển ngành công nghiệp ôtô Việt nam đến năm 2010, tầm nhìn 2020 thì Việt nam phải phấn đấu đến năm 2020 đạt tỷ lệ nội địa hoá trên 50% đối với hầu hết các chủng loại, sản phẩm ô tô và phấn đấu xuất khẩu ô tô, phụ tùng đạt mức 5-10% giá trị tổng sản lượng của ngành Tuy nhiên để đạt được mục tiêu đó thì trước mắt có quá nhiều việc để làm (hiện tại tỉ lệ nội địa hoá chưa đạt được 20%), một trong những việc đó là nghiên cứu sâu hơn về hệ thống dao động của ô tô, độ êm dịu cũng như chất lượng động học và động lực học của xe nhằm thu được thuộc tính tối ưu

Từ những thực tế đó, đã có các đề tài thuộc chuyên ngành ô tô đề cập đến vấn đề dao động của ô tô như: Luận văn tiến sỹ của tác giả Lưu Văn Tuấn [4] đã đề

ra mục tiêu nâng cao độ êm dịu cho xe khách Ba Đình đóng trên cơ sở IFA Trong luận văn này tác giả đã chú ý mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung và vỏ là kết cấu đặc trưng của xe ca: xe ca có kết cấu khung - vỏ chịu lực

Luận văn tiến sỹ của tác giả Võ Văn Hường [5] “Nghiên cứu hoàn thiện

mô hình khảo sát dao động ôtô tải nhiều cầu” Tác giả đã nghiên cứu sâu về lập

mô hình dao động không gian cho xe tải có yếu tố dao động ngang, khung xoắn chịu lực, thanh ổn định, hệ thống treo có đặc tính phi tuyến, hàm kích động riêng rẽ

9

và tổng hợp Mô hình có thể nghiên cứu các dao động ở vùng cận biên như tách bánh xe, quá trình va chạm vấu hạn chế hành trình, trượt và lật

Luận văn của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu [6] “Nghiên cứu ảnh hưởng của

dao động lên khung xương ôtô khi chuyển động trên đường” Tác giả chú trọng

nghiên cứu ảnh hưởng của đường và xác định các hàm ngoại lực cho bài toán tính khung - xương

Tác giả Trịnh Minh Hoàng [7] trong luận văn cao học đã trình bày một mô hình dao động xe tải hai cầu (không gian) và mô phỏng bằng MatLab Simulink 5.3 Phần mô hình và tính toán khá hoàn chỉnh, đã trình bày một phần dao động dưới kích động ngẫu nhiên của mặt đường

Tác giả Nguyễn Văn Lộc [8] “Nghiên cứu ảnh hưởng của các đặc tính phi

tuyến của hệ thống treo đến dao động của ô tô” trong luận văn của mình tác giả đã

đưa vào rất nhiều các đặc tính phi tuyến của hệ thống treo, các giả thiết xây dựng

mô hình dao động của tác giả tương đối sát với thực tế

Luận văn Thạc sỹ của tác giả Đặng Việt Hà [10] “Nghiên cứu ảnh hưởng

của các thông số kết cấu đến điều kiện làm việc của ô tô và độ êm dịu chuyển động” cũng đã chú ý đến sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến dao động của

xe khách đóng trên nền xe tải

Nhìn chung các đề tài đã tập trung vào việc khảo sát dao động xe theo quan điểm độ êm dịu và an toàn chuyển động, thực hiện bài toán tính toán kiểm nghiệm Các kết quả thu được làm cơ sở để lựa chọn lựa và cải tiến hệ thống treo cho phù hợp với điều kiện Việt nam

1.2.2 Nghiên cứu về dao động của ô tô trên thế giới

Việc nghiên cứu dao động ôtô bắt đầu rất sớm, ngay cả khi ôtô còn rất đơn giản Một số tác giả kinh điển có thể kể đến là Trudakôp, Rotenbeg, Iachenko, Mitschke, Schiehlen Lần đầu tiên vào năm 1970 Mitschke đã tập trung vào tác

phẩm nổi tiếng "Dynamik der Kraftfahrzeuge" tập hợp tất cả các công trình nghiên

cứu trước đó, bao gồm 200 trích dẫn Nội dung chính là dao động xe con, mô hình

là mô hình 1/4 và được xem xét ở các yếu tố kết cấu có ảnh hưởng đến dao động và

10

tối ưu hệ treo Sau đó, tác giả đề cập chỉ tiêu đánh giá dao động ôtô, cách tiếp cận mang tính cổ điển Những năm sau này, đến năm 1980 Schiehlen trình bày phương pháp hệ nhiều vật Ngoài ra, máy tính cũng phát triển và các thuộc tính của cụm như

hệ treo, bánh xe cũng được nghiên cứu sâu hơn tuy nhiên các nghiên cứu đó vẫn tập trung chủ yếu vào xe con

Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể Dao động ô tô được nghiên cứu trong tổng thể hệ thống

“Đường - Xe - Người” Để nghiên cứu riêng biệt và tổng thể mối quan hệ vừa nêu,

các hãng sản xuất ô tô và các cơ quan chuyên môn hàng đầu trên thế giới đã thiết lập các phòng thí nghiệm, xây dựng các bãi thử để nghiên cứu dao động của ô tô, trong đó có kể đến biên dạng thực tế của mặt đường và khả năng của con người chịu tác động của dao động

Hướng chung của nghiên cứu hệ thống tổng thể “Đường - Xe - Người” được chia

thành 3 hướng:

- Nghiên cứu về biên dạng mặt đường (nguồn gây ra dao động)

- Nghiên cứu hệ dao động ô tô (hệ thống treo )

- Nghiên cứu cảm giác của con người và sự an toàn hàng hoá chuyên chở

a Nghiên cứu biên dạng mặt đường:

Thường được tiến hành bằng thực nghiệm kết hợp với xử lý bằng lý thuyết, các tác giả đã đưa ra đặc tính thống kê của biên dạng mặt đường đồng thời đưa ra các giải pháp và công thức tính toán phân tích dao động của xe bằng phương pháp xác định và phân tích phổ cho các loại đường khác nhau

b Nghiên cứu dao động của ô tô:

Là cần thiết với mục đích hoàn thiện kết cấu hệ thống treo, nhằm mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng và độ

ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy của ô tô đặc biệt đối với xe hiện đại là một việc không thể thiếu được Vì vậy nghiên cứu dao động của ô tô là xác lập mối quan hệ dao động của ô tô với chỉ tiêu chất lượng khai thác ở trên

11

Nghiên cứu dao động của ô tô được tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau được trình bày cụ thể trong các công trình khoa học của tác giả nổi tiếng của Nga: H.H.Iachenko theo những mục đích và khía cạnh khác nhau Nhưng đều chung một bài toán cơ bản là khi nghiên cứu dao động của ô tô là làm rõ ảnh hưởng của sự thay đổi các thông số của hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ dao động Trên cơ sở như vậy kết hợp với số liệu thử nghiệm và các số liệu sử dụng tiến hành chuyển bài toán phân tích sang bài toán tối ưu các thông số của hệ ô tô dao động đang khảo sát

Tóm lại, khi nghiên cứu dao động của ô tô các tác giả đã tập trung xác định các thông số hợp lý của hệ thống, tạo cơ sở cho việc thiết kế hoàn thiện các phần tử của hệ thống treo bao gồm các bộ phận chính là:

c Nghiên cứu cảm giác con người:

Trong ô tô là việc khó khăn hơn việc xác định an toàn cho hàng hoá chuyên chở Trong một số sách tham khảo, nhiều tác giả đã đề cập đến vấn đề khi đi ô tô con người sẽ cảm thấy mệt mỏi nhất là thần kinh Vì vậy cần thiết nghiên cứu sự mệt mỏi về thể xác, các chỉ tiêu đánh giá cho từng nhóm người theo từng độ tuổi khác nhau Ngoài ra còn phải nghiên cứu sự phản ứng của các cơ quan, bộ phận trên

cơ thể con người liên quan đến việc điều khiển xe, từ đó tạo cơ sở cho công việc tuyển chọn lái xe ô tô

Hiện nay người ta tập trung vào hai hướng nghiên cứu con người: Lái xe điều khiển ô tô trên đường và hành khách chịu dao động Cả hai hướng này ngày càng được quan tâm nghiên cứu và hoàn thiện hơn

12

d Nghiên cứu hệ thống treo khí:

- Đối với hệ thống treo có phần tử đàn hồi là kim loại (nhíp là, lò xo…) có độ cứng C = const

Nhìn vào đồ thị trên ta thấy được hệ số biến dạng λ là tuyến tính, vì thế không tạo được độ ê dịu cho thân xe nhất là khi tải trọng nhỏ

- Hệ thống treo phần tử đàn hồi bằng hồi khí nén có độ cứng C là phi tuyến C

≠ const

Qua đồ thị ta thấy biến dạng λ là phi tuyến, khi ở tải trọng nhỏ thì λ biến dạng lớn hơn điều đó giúp cho xe êm dịu hơn, còn khi tải trọng lớn thì biến dạng của λ lại giảm để đảm bảo được tải trọng của xe

- Kết hợp cả hai loại phần tử đàn hồi này trên cùng một đồ thị ta thấy được

sự khác biệt rõ rệt của hai loại này

13

Ở tải trọng nhỏ thì phần tử λ khí biến dạng nhiều hơn tạo được độ êm dịu và thoải mái khi ngồi trên xe, đối với phần tử đàn hồi λ kim loại vì là tuyến tính nên biến dạng ít khi đó thì quá cứng tạo ra rung sóc cho xe

Ở trường hợp tải trọng lớn khi đó λ khí lại biến dạng nhỏ để đảm bảo tải trọng cho xe, λ kim loại thì lại biến dạng rất lớn khi đó rất dễ không đảm bảo được mức độ an toàn tải trọng của xe (vì thế đối với những xe phần tử đàn hồi là nhíp lá thì thường người ta chế tạo them bộ nhíp phụ) khi đó thì nguyên công chế tạo tăng, không giam lắp ráp tăng, khối lượng và trọng lượng đều tăng nhưng vẫn không đảm bảo được tính êm dịu cho xe

Qua đó ta thấy được tính ưu việt của phân tử đàn hồi bằng khí nén nhất đối với những xe khách

Hiện nay, hệ thống treo khí đã được áp dụng nhiều trên các xe trên thế giới

và cả ở Việt Nam, nhất là ở Việt Nam chủ yếu là hệ thống giao thông đường bộ và chất lượng đường xá chưa được tốt Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến người lái xe và hành khách

Chính vì lý do trên, cho nên tôi chọn đề tài luận văn thạc sỹ “Nghiên cứu hệ

thống treo khí trên ô tô”

14

1.3 Nhiệm vụ và phương hướng nghiên cứu của luận văn

Vấn đề nghiên cứu dao động ô tô là vô cùng quan trọng và hết sức phức tạp,

đề cập đến nhiều lĩnh vực Trong khuân khổ của một luận án thạc sỹ kỹ thuật tôi tập trung nghiên cứu các vấn đề cơ bản sau đây

1.3.1 Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh độ êm dịu chuyển động

Trên cơ sở các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của các tác giả nước ngoài và kết quả của các công trình nghiên cứu trong nước về ảnh hưởng của dao động đến sức khoẻ của con người Việt nam, đề ra các chỉ tiêu hợp lý để đánh giá độ

êm dịu chuyển động của xe khách sử dụng ở Việt nam Các chỉ tiêu này phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Phù hợp với sức khoẻ và thể trạng của người Việt nam

- Phải thuận tiện trong việc tính toán thiết kế cũng như kiểm nghiệm đánh giá

- Phải phù hợp với điều kiện của nước ta nhưng không được lạc hậu quá so với thế giới

1.3.2 Xây dựng mô hình và thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động

Được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn tôi chỉ xây dựng mô hình dao động cho xe PREGIO của hãng KIA (minibus 16 chỗ ngồi) Khung vỏ xe là một khối liền trên đó có bắt các cụm được treo, hệ hệ thống treo độc lập kiểu treo khí nén Mô hình dao động tôi chọn là mô hình không gian bao gồm các khối lượng liên kết với nhau bằng các phản lực liên kết

Trên cơ sở mô hình dao động tương đương tôi áp dụng nguyên lý D‟Alambe

để tiến hành lập hệ phương trình vi phân biểu diễn dao động Hệ bao gồm 7 phương trình vi phân mô tả dao động

1.3.3 Mô phỏng dao động

Sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để mô phỏng biểu diễn dao động của

xe với kích động từ mặt đường được đo từ thực tế đoạn đường Hà nội - Lạng sơn Trong quá trình mô phỏng, đề tài đã đưa vào các yếu tố phi tuyến để đưa mô hình sát gần với thực tiễn Phần mềm Matlab-Simulink là một phần mềm rất mạnh trong

15

việc tính toán số học và mô phỏng, do đó kết quả trả ra là hết sức tin cậy và nhanh chóng Bên cạnh đó, phần mềm còn cho phép dễ dàng can thiệp vào bên trong để có thể thay đổi các thông số sau đó xem xét ảnh hưởng của nó đến các kết quả

Khi có kết quả là các thông số dao động, tôi tiến hành thay đổi các thông số đầu vào để xác định ảnh hưởng của các thông số kết cấu và điều kiện làm việc đến

độ êm dịu chuyển động

16

CHƯƠNG 2: CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM DỊU CỦA Ô TÔ

2.1 Ảnh hưởng của dao động tới cơ thể con người và xe

Khi ô tô chuyển động trên đường dao động xuất hiện trong toàn bộ hệ thống của xe dưới tác động kích thích của các mấp mô biên dạng đường Dao động của ô

tô ảnh hưởng đến bản thân người lái và hành khách, hàng hoá chuyên chở trên xe,

độ bền, tuổi thọ của các kết cấu ô tô Do đó, khi thiết kế hay lựa chọn các kết cấu của hệ thống treo cần quan tâm đặc biệt đến các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động cho xe khi chạy trên đường

2.1.1 Những ảnh hưởng của dao động lên cơ thể con người

Khi ngồi trên ô tô, cơ thể người tiếp xúc với nguồn rung động sẽ thực hiện các dao động riêng tắt dần và dao động cưỡng bức Những dao động này có tác dụng sinh học phức tạp gây biến đổi về tâm, sinh lý trong cơ thể, nếu kéo dài sẽ gây nên các tổn thương thậm chí bệnh tật cho cơ thể Tuỳ thuộc vào một số yếu tố như: Thời gian tiếp xúc với nguồn rung, vị trí tác động, tính chất của nguồn rung (có qui luật hay ngẫu nhiên, gián đoạn hay liên tục, ), giá trị các đại lượng đặc trưng cho rung động (tần số, biên độ, vận tốc ) mà ảnh hưởng của rung động đối với cơ thể con người là rất khác nhau Nói chung, ảnh hưởng của rung động đối với cơ thể con người được chia làm hai loại chính: Ảnh hưởng của rung toàn thân và ảnh hưởng của rung cục bộ

a Ảnh hưởng của rung toàn thân:

Ảnh hưởng của rung toàn thân có nghĩa là rung động tác động lên cơ thể người làm cho toàn bộ cơ thể bị rung động (đối với người ngồi hoặc đứng trên xe) Các kết quả từ các nghiên cứu của các nhà y học vệ sinh lao động cho thấy rằng khi toàn thân dao động với tần số 1 Hz thì các cơ quan nội tạng gần như không xê dịch tương đối với nhau, cả cơ thể cùng dao động như một khối thống nhất Còn nếu tần

số dao động nằm trong khoảng từ 2 – 20 Hz thì hiện tượng cộng hưởng công suất

Mặt khác, người ngồi trên ô tô khi dao động sẽ chịu những tác động truyền thẳng lên xương sống hầu như không qua các chi dưới Trong tư thế đứng thì tác động của các dao động sẽ bị yếu đi bởi các khớp xương chi dưới Chúng ta biết rằng xương sống bao gồm 24 đốt sống, chúng được nối với nhau bằng các đĩa đệm làm xương trở lên đàn hồi và có hệ số tắt chấn lớn Các dao động mà con người chịu trong tư thế ngồi bắt buộc sẽ làm thương tổn cột sống mà chủ yếu là các đĩa đệm, đặc biệt là đĩa đệm ở đốt sống cuối Các đĩa đệm sẽ bị lệch hoặc bị mỏng đi làm chèn ép các bó dây thần kinh và gây đau dây thần kinh hông to (dây thần kinh toạ) Ngoài ra tác động của dao động sẽ làm các gai ở đốt sống dài ra và hậu quả cũng gây chèn ép các bó dây thần kinh Những chuyên gia về bảo hộ lao động cũng cho rằng liên hệ xương cơ của cơ thể con người có tính đàn hồi và tắt dần không tuyến tính Hơn thế nữa đặc tính này thay đổi trong quá trình dao động có nghĩa là cơ thể

là một hệ dao động không ngừng Con người có đặc tính tự điều chỉnh trong một phạm vi nhất định, có nghĩa là có khả năng làm thay đổi các thông số của mình để

2.1.2 Ảnh hưởng của dao động đến độ bền và độ an toàn chuyển động

Dao động không chỉ ảnh hưởng đến sức khoẻ con người mà còn ảnh hưởng đến các yếu tố như: Chất lượng hàng hoá chuyên chở, độ bền của các chi tiết trên

xe, độ an toàn khi chuyển động (phanh, lái),

Đối với chất lượng hàng hoá chuyên chở, ảnh hưởng của dao động là rất rõ rệt Tuy nhiên do số chủng loại hàng hoá được chuyên chở bằng ô tô là rất lớn, do vậy không thể thiết kế một xe có độ êm dịu thoả mãn đảm bảo chất lượng cho tất cả các loại hàng hoá Do vậy khi chuyên chở thì người vận chuyển phải căn cứ vào tính chất dao động của xe, đặc tính của hàng hoá mà có sự gia cố hàng hoá cũng như chọn tốc độ chuyển động của xe thích hợp sao cho chất lượng hàng hoá được đảm bảo trong quá trình vận chuyển

Đối với độ bền các chi tiết của ô tô, ảnh hưởng rõ rệt nhất là đối với khung vỏ Khi dao động, gia tốc dao động sẽ tạo ra các lực quán tính tác dụng lên các chi tiết Ngoài ra đối với vỏ ô tô khi rung động với tần số cao nhiều phần của vỏ ô tô sẽ bị cộng hưởng, hiện tượng này làm hư hỏng vỏ như nứt, thậm chí có thể xé rách vỏ Khi ô tô chuyển động, độ êm dịu chủ yếu phụ thuộc vào các thông số kết cấu của hệ thống treo như độ cứng của lò xo, hệ số cản của giảm chấn bên cạnh đó bản thân hệ thống treo khi làm việc cũng phải tuân theo những điều kiện nhất định Do

19

vậy rất có thể khi lựa chọn các thông số của hệ thống treo thoả mãn tối đa độ êm dịu thì lại không đảm bảo sự làm việc của hệ thống treo Ví dụ như để cho xe chuyển động êm dịu thì cần phải chọn độ cứng của hệ thống treo nhỏ, dẫn đến khi làm việc

độ võng động của hệ thống treo quá lớn gây va đập lên khung xe Sự va đập này không chỉ làm ảnh hưởng đến độ bền của hệ thống treo mà còn làm giảm độ êm dịu chuyển động

Trong quá trình chuyển động, do dao động có thể xảy ra trường hợp bánh xe bị nhấc khỏi mặt đường (tách bánh) Khi đó độ an toàn chuyển động của xe lúc này giảm xuống (do độ bám giảm gây ảnh hưởng tới hệ thống phanh và hệ thống lái), thậm chí có thể gây ra tai nạn giao thông Đối với bánh xe chủ động khi bị nhấc khỏi mặt đường làm ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống truyền lực, gây mòn lốp, tiêu hao nhiên liệu tăng lên

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô

Lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc nghiên cứu dao động của ô tô Do đó, khi thiết kế ô tô, lựa chọn hay tính toán các thông số liên quan đến dao động đều phải xuất phát từ chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô Tuy nhiên việc lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động lại không phải dễ dàng Về mặt nguyên tắc, trước hết phải dựa vào những đặc tính nhân chủng học, các đặc điểm tâm sinh lý của con người Việt nam (thể hiện bằng các thông số thống kê, đo đạc và thực nghiệm) Tiếp

đó, nó phải phụ thuộc vào sự phát triển của nền kinh tế, khoa học kỹ thuật bởi vì chúng liên quan đến các dụng cụ đo, trình độ thí nghiệm, trình độ sản xuất Ở các nước trên thế giới cũng vậy, các nước có trình độ phát triển khác nhau thì lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá không hoàn toàn giống nhau

Các tính chất dao động của ô tô trong nước cũng như trên thế giới thường được đánh giá theo 2 quan điểm:

- Đánh giá theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc dao động có tính chất quyết định vì nó tác dụng lên người lái và hành khách

20

- Theo 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

Vì vậy khi nói đến dao động của ô tô theo quan điểm êm dịu chuyển động thì

độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động của dao động có ảnh hưởng xấu tới con người, hàng hoá và các kết cấu của ô tô

Theo quan điểm về an toàn 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 (lực kéo, lực phanh, lực bám 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 các kết cấu của xe

Quá trình nghiên cứu dao động của ô tô là quá 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 trình độ công nghệ thiết kế, cải tiến ô tô, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năng suất vận chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân

Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, các nước có nền công nghiệp ô

tô phát triển hàng đầu trên thế giới đã đưa đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác nhau Dựa vào các công trình nghiên cứu của nước ngoài và các tài liệu của viện khoa học kĩ thuật bảo hộ lao động Việt nam, đưa ra một số chỉ tiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau:

2.2.1 Chỉ tiêu về tần số dao động

Con người khi tham gia vào giao thông cũng là một hệ dao động, đi lại là hoạt động thường xuyên của con người đã trở thành một thói quen Khi con người đi lại tương đương với hệ thực hiện dao động, tuỳ thuộc vào hình dáng, trọng lượng riêng,

21

thói quen từng người mà số lần bước trong một phút thường trong khoảng 60-90 bước, tương ứng với tần số dao động khoảng 1-1,5Hz Vậy nên từ thói quen đó con người chịu dao động hợp lý trong khoảng tần số vừa nêu trên 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:

- Đối với xe con (du lịch): n = 60 - 90 (dao động/phút)

- Đối với xe vận tải: n = 85 - 120 (dao động/phút)

2.2.2 Chỉ tiêu về sự dịch chuyển tương đối của sàn xe

Khi xe chuyển động trên đường thì sàn xe luôn có sự dịch chuyển theo phương thẳng đứng, biên độ dịch chuyển sẽ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như độ cứng của hệ thống treo, mức tải, biên dạng mấp mô của đường Do đó khi đánh giá

về chỉ tiêu này người ta đưa ra giá trị cho phép của độ lệch quân phương sàn xe [DZ] trong điều kiện đường xá Việt nam đối với loại xe khách mercedes 16 chỗ:

Khi giá trị này tăng, sẽ làm tăng khả năng va chạm của sàn xe và làm giảm

độ êm dịu của chuyển động gây ảnh hưởng lớn đến hành khách và hàng hóa trên xe cũng như độ bền của các chi tiết trên xe

Độ lệch quân phương của dịch chuyển sàn xe nói riêng và của các thông số khác như gia tốc dịch chuyển, góc lắc thân xe, dịch chuyển của khối lượng không được treo được xác định như sau:

- Phương sai của thông số đo theo “Xác suất thống kê và quy hoạch thực nghiệm” [3] được xác định như sau:

22

fi_ Tần suất của thông số có giá trị xi

xi_ Giá trị của thông số thứ i

2.2.3 Chỉ tiêu về gia tốc dao động

Chỉ tiêu này được xác định dựa trên cơ sở trị số bình phương trung bình của gia tốc theo các phương X, Y, Z là: X,Y,Z

Các giá trị này được tính tương tự như trong phần 2.2.2 đã giới thiệu, giá trị cho phép của chúng nằm trong khoảng:

23

các tác giả còn đưa ra một số chỉ tiêu khác đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô

tô

Ngoài ra người ta còn đưa ra số lần va đập do độ mấp mô của mặt đường gây

ra trong 1 km đường chạy để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe khi đi trên đường thực tế Khi số lần va đập này quá lớn sẽ mất êm dịu chuyển động đồng thời ảnh hưởng tới tuổi thọ và độ bền của các chi tiết trong hệ thống treo

2.2.4 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường

Theo quan điểm về an toàn chuyển động (xét theo khía cạnh về tính điều khiển) 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 F d (t)

xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ô tô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường

Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị số lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của F d (t) để đánh giá, nếu F d (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 Mặt khác để giảm sự ảnh hưởng của F d (t) thì trong trường hợp giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa là làm giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến (nhất là khi phanh) và lực ngang (quan trọng khi quay vòng) Trong trường hợp đặc biệt bánh xe

bị nảy khỏi mặt đường khi đó lực tác dụng từ đường lên bánh xe sẽ bằng 0 và ô tô

sẽ mất tính điều khiển Để đánh giá tính chất dao động của ô tô theo quan điểm về

an toàn chuyển động cần xác định tỉ số giữa lực động F d (t) và tải trọng tĩnh của bánh xe là R t K:

K t d

24

bánh xe vẫn phải bám đường, nếu không 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:

 _ Chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng

q _ Chiều cao mấp mô biên dạng đường

Có thể xác định giá trị tdm ax- là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối của bánh xe với đường theo biểu thức:

) (

25

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ THIẾT LẬP HỆ PHƯƠNG TRÌNH

VI PHÂN MÔ TẢ DAO ĐỘNG 3.1 Xây dựng mô hình dao động ô tô

3.1.1 Mô hình dao động

a Mô hình 1/4

Mô hình 1/4 bao gồm hai khối lượng được treo M (thay thế cho khối lượng thân xe) và không được treo m (thay thế cho khối lượng bánh xe, cầu xe và các thành phần liên kết) 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 C, hệ số cản giảm chấn K, hình vẽ (3.1)

Để có thể chuyển mô hình vật lý thành mô hình động lực học hệ dao động ô

tô, cần phải có một số giả thiết nhằm đơn giản cho việc tính toán nhưng vẫn đảm bảo tính đúng đắn của kết quả Quá trình nghiên cứu trong mô hình 1/4 chỉ xét dao

Trong quá trình nghiên cứu các hệ số C và K có thể được mô tả phi tuyến:

C   f z ;  n

Việc này có ý nghĩa trong bài toán điều khiển hệ treo

b Mô hình dao động liên kết

Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô 2 cầu ở dạng mô hình phẳng, có nghĩa là ô tô 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 (đại diện cho khối lượng được treo là thân xe) và m1, m2 (đại diện cho khối lượng không được treo là cầu xe) với 4 bậc tự do là Z, , ξ1,ξ2

d Mô hình không gian xe con

Mô hình không gian xe con được Kortum- Lugner đưa ra tương đối chính xác

và tỉ mỉ Xe con có khối lượng nhỏ, nhưng lại có yếu tố phi tuyến hình học và vật lý lớn nên không thể bỏ qua các yếu tố này khi lập mô hình Đặc điểm kết cấu là vỏ chịu lực, treo trước độc lập có yếu tố phi tuyến hình học cao

28

Hình 3.4 - Mô hình không gian

3.1.2 Xây dựng mô hình dao động

Vì xe nghiên cứu là loại xe khách có trọng tải nhỏ, chở người nên mô hình dao động cần phải chính xác, sát với thực tế nhất để tiện lợi cho việc nghiên cứu, cải thiện tính chất dao động tránh gây mệt mỏi cho hành khách và người lái Do đó, tôi

đã lựa chọn xây dựng mô hình dao động là mô hình không gian, có nghiên cứu đến các đặc tính phi tuyến

Để có thể khảo sát dao động của xe trong mô hình không gian thì cần những giả thiết sau:

- Mô hình động lực biểu thị dao động ô tô hai cầu ở dạng không gian

- Thân xe được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe

- Phần được treo (là thân xe) có thể coi là một vật có khối lượng M đặt tại trọng tâm xe Chuyển động của phần được treo là hợp của 3 chuyển động: chuyển động tịnh tiến theo phương Z với toạ độ suy rộng là Z, chuyển động quay xung quanh trục ngang Y (trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng dọc) ứng với toạ độ suy rộng là, chuyển động quay quanh xung quanh trục X (trục đi qua trọng tâm và vuông góc với mặt phẳng ngang thân xe) ứng với toạ độ suy rộng là Momen quán tính của khối lượng phần treo với trục ngang và trục dọc đi qua trọng

29

tâm phần treo tương ứng là JY và JX Phần được treo và phần không được treo liên kết với nhau qua các bộ phận đàn hồi, giảm chấn và thanh xoắn của hệ thống treo đặc trưng bởi các hệ số đàn hồi C1T,C1P,C2T,C2P và các hệ số cản giảm chấn là

P T

P

K1 , 1 , 2 , 2

Trong đó các chỉ số:

1_ Đại diện cho phía trước

2_ Đại diện cho phía sau

T_ Đại diện cho bên trái

P_ Đại diện cho bên phải

- Phần không được treo trước chia thành 2 khối lượng m1T và m1P Mỗi khối lượng không được treo trước liên kết với đường thông qua các lò xo có độ cứng là

CL1T và CL1P, các giảm chấn có hệ số cản KL1T và KL1P Các thông số này đặc trưng cho độ đàn hồi của lốp và dập tắt dao động của lốp trước

- Phần không được treo sau là khối lượng m2 Hai đầu của khối lượng không được treo sau liên kết với đường thông qua các lò xo có độ cứng là CL2T và CL2P, các giảm chấn có hệ số cản KL2T và KL2P Các thông số này đặc trưng cho độ đàn hồi của lốp và dập tắt dao động của lốp sau

- Cầu trước có thể coi như những thanh phẳng nhưng do đây là hệ thống treo độc lập nên chỉ có chuyển động tịnh tiến của cầu theo phương Z mà không có chuyển quay quanh trục X

- Cầu sau là hệ thống treo phụ thuộc nên có cả chuyển động tịnh tiến của cầu theo phương Z và chuyển quay quanh trục X

- Ô tô chuyển động đều

30

đường sẽ tham gia vào phương trình vi phân mô tả chuyển động của hệ Hàm kích động là một yếu tố thuộc mô hình dao động, mô tả những yếu tố gây dao động, và thường được mô tả dưới dạng các hàm biên dạng sau:

0

j k

i t t f

_ Thời gian tương quan

Việc chọn loại kích động nào thì phụ thuộc cụ thể vào từng mục tiêu nghiên cứu Nếu nghiên cứu về ảnh hưởng của đường thì buộc phải dùng hàm kích động ngẫu nhiên Còn nếu tối ưu hệ treo thì dùng hàm sin và xung là đủ

Theo quan niệm bây giờ, ngoài mấp mô của đường là yếu tố gây dao động, còn có các yếu tố gây dao động khác mà ta có thể kể ra như sau:

- Gió, nhất là gió ngang;

3.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động

Để có thể xác định được các thông số dao động của xe ta cần phải từ mô hình

cơ học thiết lập được các phương trình vi phân mô tả chuyển động dao động của hệ

Có rất nhiều phương pháp để có thể thiết lập phương trình vi phân chuyển động của

cơ hệ như: phương trình Lagrange loại II hoặc theo nguyên lý D‟Alambe Hiện nay

31

người ta sử dụng nhiều cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật để thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả động lực của cơ hệ Đầu tiên là thiết lập hệ phương trình cân bằng cho từng vật của cơ hệ sau đó liên kết chúng lại với nhau bằng quan hệ lực và mômen Theo nguyên lý D‟Alambe:

Mô hình xây dựng:

- Vật 1: Thân xe (phần khối lượng được treo) coi như 1 vật có khối lượng M đặt tại trọng tâm T và các mômen quán tính J , y J x Chuyển động của thân xe là hợp của ba chuyển động:

+ Chuyển động tịnh tiến theo phương Z ứng với toạ độ suy rộng Z

+ Chuyển động quay quanh trục Y tương ứng toạ độ suy rộng

+ Chuyển động quay quanh trục X tương ứng toạ độ suy rộng

32



Z

+ Khối lượng không được treo trước coi như là hai vật có khối lượng bên trái

và bên phải là m1T và m1P chuyển động tịnh tiến theo phương Z tương ứng toạ độ suy rộng 1T,1P

Hình 3.6 - Khối lượng không được treo trước

+ Khối lượng không được treo sau coi như là vật có khối lượng m2 chuyển động tịnh tiến theo phương Z tương ứng toạ độ suy rộng ξ2 và chuyển động quay quanh trục X tương ứng với toạ độ suy rộng ξ2

2T

L2T

L2P L2P

KK