Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường (Luận văn thạc sĩ)

Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đườngMô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đườngMô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đườngMô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đườngMô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đườngMô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đườngMô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đườngMô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đườngMô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đườngMô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TS Dương Thế Hùng

PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên - Năm 2018

Họ và tên: Vũ Trường Sơn

Học viên: Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công Đại học Thái Nguyên

nghiệp-Nơi công tác: Công ty cổ phần đăng kiểm xe cơ giới giao thông Lào Cai - 2401D

Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ

thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt

đường

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Sau gần hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, tác giả

lựa chọn thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: Mô phỏng và phân tích hiệu

quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của các thầy giáo TS Dương Thế Hùng, và sự nổ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành đáp được nội

dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các

số liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, trích dẫn rõ ràng

Thái Nguyên, ngày… tháng… năm 2018

Tác giả luận văn

Vũ Trường Sơn

Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý thầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể giảng viên Nhà trường, khoa

Kỹ thuật Ôtô & máy động lực trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình và các đồng nghiệp

Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu Nhà trường,

Tổ đào tạo Sau đại học - Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy

đã tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để hoàn thành luận văn này, TS Dương Thế Hùng, PGS.TS Lê Văn Quỳnh, ThS Lê Xuân Long, ThS Bùi Văn Cường và tập thể cán bộ giáo viên khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, hội đồng bảo

vệ đề cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch và nội dung đề ra

Trong quá trình, thời gian thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên chắc chắn luận văn còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn !

HỌC VIÊN

Vũ Trường Sơn

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vi

DANH MỤC CÁC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3

1.1.Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải 3

1.1.1 Nhiệm vụ, một số bộ phận cơ bản, phân loại hệ thống treo 3

1.1 2 Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải 4

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài 18

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 18

1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài 19

1.3 Các chỉ tiêu đánh giá khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ 21

1.3.1 Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe 21

1.3.2 Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức 22

1.4.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn 23

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 23

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu 24

1.5 Kết luận chương 24

CHƯƠNG 2 25

XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI HẠNG NẶNG 3 CẦU 25

2.1 Mô hình toán hệ thống treo thủy khí 25

2.2 Mô hình toán hệ thống treo cao su 27

2.3 Xây dựng mô hình dao động toàn xe tải 28

2.3.1 Các giả thiết mô hình dao động tương đương 28

2.3.2 Mô hình dao động toàn xe tải hạng nặng 30

2.3.3 Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động 30

2.3.4 Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên 38

CHƯƠNG 3 42

MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO THỦY KHÍ 42

3.1 Mô phỏng 42

3.1.1 Mô phỏng dao động của ô tô 42

3.1.2 Chọn thông số xe mô phỏng 43

3.1.3 Mô phỏng 45

3.2 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí 48

3.2.1 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo khí khí đi chuyển các mặt đường khác nhau 48

3.2.2 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí với vận tốc chuyển động thay đổi 49

3.2.3 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí với tải trọng thay đổi thay đổi 50

3.3 Kết luận 51

KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

PHU LỤC 1 58

PHU LỤC 2 60

PHỤ LỤC 3 61

PHỤC LỤC 3 69

Bảng 2.1 Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[17] 40 Bảng 3.1 Thông số hệ thống treo thủy khí[37] 43

Hình 1.1 Hệ thống treo với các phần tử khí 6

Hình 1.2 Hệ thống treo thủy khí 7

Hình 1.3 Hệ thống treo thủy khí trang bị van điều áp 8

Hình 1.4.a.b Van điều chỉnh độ cao 9

Hình 1.4.c.d Van điều chỉnh độ cao 10

Hình 1.5 Cụm thủy khí tự động điều chỉnh 12

Hình 1.6 Tự động điều chỉnh chiều cao 13

Hình 1.7 Kết cấu mõ nhíp 14

Hình 1.8 Một số kết cấu đầu bắt nhíp quang nhíp 15

Hình 1.9 Nhíp có độ cứng thay đổi 16

Hình 1.10 Hình dáng bề ngoài của xe tải AD250 của Trung Quốc 17

Hình 1.11 Hệ thống treo cao su 17

Hình 2.1 Mô hình dao động của hệ thống treo thủy khí 25

Hình 2.2 Mô hình dao động hệ thống treo cao su 27

Hình 2.3 Mô hình dao động của ô tô tải hạng nặng 3 cầu 30

Hình 2.4 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cabin 32

Hình 2.5 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe 34

Hình 2.6 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 1 35

Hình 2.7 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 2 36

Hình 2.8 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 3 37

Hình 2.9 Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường có chất lượng rất tốt) 40

Hình 2.10 Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường có chất lượng trung bình) 41

Hình 2.11 Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường có chất lượng rất xấu) 41

Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04 43

Hình 3.2 So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp B với vận tốc v=40 km/h 46

khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp C với vận tốc v=40 km/h 46Hình 3.4 So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp D với vận tốc v=40 km/h 47Hình 3.5 So sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với 2 hệ thống treo khi xe chuyển động trên các mặt đường ISO cấp E với vận tốc v=40 km/h 47Hình 3.6 So sánh hiệu quả hệ thống treo thủy khí và cao su khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau 48Hình 3.7 So sánh hiệu quả hệ thống treo thủy khí và cao su khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C và ISO cấp E với các vận tốc chuyển động khác nhau 49Hình 3.8 So sánh hiệu quả hệ thống treo thủy khí và hệ thống treo cao su khi

xe chuyển động với vận tốc v=40km/h và 60km/h trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C với các tải trọng khác nhau 50

Ký hiệu Đơn vị Thông số

cabin theo phương x

cabin theo phương y

k51 N/m Độ cứng của HTT cầu thứ 2

LỜI NÓI ĐẦU

Hệ thống treo có một vai trò quan trọng nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe cũng như giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông Nghiên cứu thiết kế tối ưu hệ thống treo xe ô tô đã và đang nhiều nhà nghiên cứu quan tâm cải tiến thiết kế theo hướng nâng cao hiệu quả sử dụng của nó Hệ thống treo gồm có ba bộ phần chính (1) bộ phận đàn hồi; (2) bộ phận giảm chấn và (3) bộ phận dẫn hướng Đối với các xe tải hạng nặng khai thác tại các vùng khai thác mỏ, các công trường xây dựng thường chuyển động trên các mặt đường off-road, hệ thống treo sử dụng phổ biến hệ thống treo thủy khí Do vậy, phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí trang bị trên các xe tải hạng năng là một trong chủ đề được các nhà nghiên cứu trong nước

và quốc tế quan tâm nghiên cứu Xuất phát từ ý tưởng nghiên cứu em đã chọn

đề tài “Phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường” dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo TS

Dương Thế Hùng

gian phi tuyến xe tải hạng nặng 3 cầu với 15 bậc tự do Phần mềm Matlab/Simulink được ứng dụng để mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí theo hướng giảm các tác động xấu đến mặt đường Hệ số tải trọng động bánh xe DLC được chọn hàm mục tiêu để phân tích đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí so với hệ thống treo có bộ phận đàn hồi là nhíp

Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động không gian với 15

bậc tự do với kích thích ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ để phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí theo hướng thân thiện với mặt đường quốc lộ

Đối tượng: xe tải và hệ thống treo thống treo thủy khí

Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng, phân tích

và đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí theo hướng thân thiện với mặt đường quốc lộ

Nội dung nghiên cứu:

Nội dung chính của luận văn như sau:

Chương 1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu;

Chương 2 Xây dựng và mô phỏng mô hình dao động xe tải hạng nặng;

Chương 3 Phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí

Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình tính

toán hệ thống treo thủy khí và mô hình dao động xe tải hạng năng với 15 bậc

tự do; Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe ô tô tải hạng

nặng; Mô phỏng, phân tích hiệu quả hệ thống treo xe tải hạng nặng dựa vào

hệ số tải trọng động bánh xe DLC

Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến các thầy

giáo TS Dương Thế Hùng người hướng dẫn khoa học trực tiếp tôi trong suốt

thời gian làm luận văn Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới thầy ThS Lê Xuân

Long, ThS Bùi Văn Cường và các thầy trong khoa Kỹ thuật Ô tô-MĐL,

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái Nguyên

Do điều kiện vừa nghiên cứu vừa công tác cũng như hạn chế về mặt

thời gian cũng như mặt kiến thức chắc chắn luận văn không tránh khỏi sự

thiếu xót, rất mong được sự đóng góp ý bổ sung thêm của quý thầy, cô giáo

và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2018

HỌC VIÊN

Vũ Trường Sơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải

1.1.1 Nhiệm vụ, một số bộ phận cơ bản, phân loại hệ thống treo

Khi ô tô chuyển động trên nền đường không bằng phẳng, do sự chép hình của bánh xe khiến ô tô bị dao động và gây ra tải trọng động lớn Tải trọng động này ảnh hưởng xấu đến tính êm dịu và tiện nghi cho người sử dụng, đồng thời làm giảm tuổi bền các chi tiết của ô tô Hệ thống treo được hiểu như hệ thống liên kết mềm (đàn hồi) giữa bánh xe thông qua cầu xe với khung xe hoặc vỏ xe

a) Nhiệm vụ:

Hệ thống treo thực hiện nhiệm vụ đỡ thân xe lên trên cầu xe; cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe; hạn chế những chuyển động không muốn có khác của bánh xe

Cấu tạo chung của hệ thống treo bao gồm 3 bộ phận cơ bản: Bộ phận đàn hồi; Bộ phận giảm chấn; Bộ phận dẫn hướng

b) Một số bộ phận cơ bản

Bộ phận đàn hồi

+ Nối “mềm” giữa bánh xe và thùng xe giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung trên các địa hình khác nhau đảm bảo độ êm dịu khi chuyển động

+ Phần tử đàn hồi có nhiệm vụ đưa vùng tần số dao động của xe phù hợp vùng tần số thích hợp với người sử dụng

Bộ phận giảm chấn

+ Dập tắt dao động phát sinh trong quá trình xe chuyển động từ mặt đường lên khung xe trong các địa hình khác nhau một cách nhanh chóng bằng cách biến năng lượng dao động thành nhiệt năng tỏa ra môi trường

+ Đảm bảo dao động của phần không treo nhỏ nhất, sự tiếp xúc của bánh xe trên nền đường, nâng cao khả năng bám đường và an toàn trong chuyển động

Bộ phận dẫn hướng

+ Xác định tính chất chuyển động (động học) của bánh xe đối với khung, vỏ xe

+ Tiếp nhận và truyền các lực dọc, ngang và các mô men giữa bánh

xe với khung xe và ngược lại

Ngoài ra trên một số hệ thống treo còn có: bộ phận ổn định ngang và các ụ cao su tăng cứng hoặc hạn chế hành trình

Phần tử ổn định ngang: Với chức năng là phần tử đàn hồi phụ làm

tăng khả năng chống lật thân xe khi có sự thay đổi tải trọng trong mặt phẳng ngang

Các phần tử phụ khác: vấu cao su, thanh chịu lực phụ, có tác dụng

tăng cứng, hạn chế hành trình và chịu thêm tải trọng

c) Phân loại

Việc phân loại hệ thống treo dựa theo các căn cứ sau:

- Theo loại bộ phận đàn hồi chia ra:

+ Loại bằng kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn

+ Loại khí: buồng khí nén dạng gấp, dạng sóng, có buồng khí nén phụ

+ Loại thuỷ khí: kết hợp giữa khí nén và giảm chấn thủy lực

+ Loại cao su: các gối cao su, ống cao su đàn hồi

-Theo bố trí bộ phận dẫn hướng chia ra:

+ Loại phụ thuộc với dầm cầu liền

+ Loại độc lập: một đòn, hai đòn,

-Theo phương pháp điều khiển có thể chia ra:

+ Hệ thống treo bị động (Hệ thống treo không điều khiển),

+ Hệ thống treo chủ động (Hệ thống treo có điều khiển)

1.1 2 Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải

a)Hệ thống treo khí[5]

*)Hệ thống treo khí liên kết giữa hai cầu (kiểu Moulton-Dunlop)

Phần tử đàn hồi là balon khí nitơ với áp suất nạp 17,5 bar (hình 1.1), buồng thứ hai chia hai ngăn chứa dầu giữ vai trò giảm chấn thuỷ lực Dung dịch thuỷ lực bao gồm 50% cồn công nghiệp và một ít phụ gia chống o-xy hoá được bơm vào hệ thống với áp suất 23 bar Khi đàn hồi trong hệ này có khối lượng không đổi ( thể tích thay đổi và do đó áp suất thay đổi)

Hành trình nén: Piston (1) đẩy màng (10) đi lên dồn chất lỏng đi qua van nén (3) vào ngăn (4) nén khí nitơ và do vậy tiêu thụ được động năng kích động từ đường Có ba giai đoạn trong quá trình làm việc: (i) nếu mấp mô đường bé, xe chuyển động chậm, chất lỏng chảy qua các lỗ thông qua thường trực để cân bằng (ii) nếu mấp mô đường tăng hơn, áp suất tăng trong buồng dầu (8) đủ đẩy van nén (3) mở thêm các lỗ cho đầu chảy vào buồng (4) trong khoảng khắc (iii) nếu đường xấu, mấp mô lớn, tốc độ xe tăng, áp suất chất lỏng tăng đột ngột, mở hết các lỗ van, cho phép nhiều chất lỏng lên buồng (4), tạo ra lực cản thuỷ lực

Hành trình trả: Khi xe vượt qua mấp mô, khí giãn ra đẩy chất lỏng từ

buồng (4) sang buồng (9) Quá trình xẩy ra trong hai giai đoạn: (i) khi mấp

mô bé hoặc xe đi chậm, thì chỉ có một ít chất lỏng quay lại buồng (8); chất lỏng chảy qua các lỗ thông qua với tốc độ bé, do vậy lực cản thuỷ lực không đáng kể.(ii) khi mấp mô lớn hơn hoặc xe chạy tốc độ lớn hơn thì áp suất chất lỏng bị nén trong buồng (4) đẩy mở nhanh van trả, cho phép nhiều chất lỏng

đi qua hơn để về buồng (9) Vì mở nhanh van trả, áp suất thay đổi nhanh, dòng chất lỏng thì bị giới hạn nên có xu hướng chảy chậm lại và vì vậy làm chậm quá trình trả của khí đàn hồi

Trong hành trình trả, chuyển động của piston chậm hơn một ít so với hành trình nén vì ở hành trình này không có van giảm tải như hành trình nén Với chuyển vị bé, chất lỏng đều qua cùng một lỗ thông qua cho cả hai hành trình Khi một bánh xe sau hoặc trước đi qua một mấp mô, chất lỏng từ bánh xe đó

bị nén chảy sang buồng (9) của phía đối diện cùng phía làm cân bằng cho thân xe; hạn chế lắc dọc Với tốc độ dòng chảy của dầu không lớn thì áp suất của

nó không đổi và do vậy khí không bị biến dạng Khi xe quay vòng, xuất hiện

lắc ngang hoặc xe chuyển động lên xuống như một khối thì hệ treo trước và sau chuyển động cùng nhau, chất lỏng chuyển động đồng thời làm tăng áp suất chất lỏng, tạo áp suất động đối với khí nitơ Khi chuyển động vào trong, diện tích hiệu dụng của piston (1) tăng lên làm cho độ cứng khí nén tăng cản lại dao động lắc ngang Tương tự, nếu thân xe đi xuống nhanh, diện tịch hiệu dụng piston (1) làm tăng độ cứng khí nitơ, hạn chế chuyển động đi xuống của thân xe

Hình 1.1 Hệ thống treo với các phần tử khí

1 Piston côn; 2 vỏ giảm chấn; 3 van nén( mở); 4 màng ngăn; 5 buồng khí;

6 khí nitơ; 7 ống nối treo trước/sau; 8 buồng giảm chấn; 9 chất lỏng; 10

piston màng

b)Hệ thống treo thuỷ khí điều chỉnh độ cao tự động (Citroen)[5]

Hệ treo trước có thể sử dụng kiểu MacPherson, hệ treo sau dùng loại đòn dọc (hình 1.2) Hai thanh chống lắc ngang (9) được lắp cho treo trước và sau nhằm tăng cứng xoắn cho hệ và để điều khiển van điều chỉnh độ cao (4)

Hình 1.2 Hệ thống treo thủy khí

Cấu tạo:

Bộ phận đần hồi: balon khí nitơ (1,2) và giảm chấn (5), xem hình

(10.71) Khi bánh xe đi qua mấp mô, piston bị đẩy lên, chất lỏng bị đẩy vào khoang dưới của balon khí, màng (3) ép khí nitơ trong một thẻ tích bé Nếu bánh xe qua chỗ lõm, khí nén giãn ra, đẩy chất lỏng trở lại xy lanh giảm chấn, làm piston chuyển động đi xuống bằng cách thay đổi chất lỏng đi qua van giảm chấn mà khí nén bị nén hoặc giãn nở làm thay đổi áp suất so với áp suất ban đầu để hạn chế các lực động tác dụng lên thân xe (hình 10.71)

Hình 1.3 Hệ thống treo thủy khí trang bị van điều áp

1 Balon khí; 2 khí nitơ; 3 màng ngăn cách; 4 ống dẫn chất lỏng vào; 5 xilanh; 6 đường dầu ra; 7 vấu hạn chế hành trình; 8 piston giảm chấn; 9 cần piston; 10 van điều chỉnh độ cao; 11 đòn điều chỉnh; 12 thanh ổn định

Bơm dầu và van đẳng áp (hình 1.3): Dầu được cấp từ bơm dầu

piston-đĩa quay lai bởi động cơ đốt trong; cấp dầu liên tục với một áp suất ổn định xác định trước Dầu áp suất cao được dự trữ trong bình tích áp (1), (trong đó

có một túi khí nitơ) để cấp khí khi có nhu cầu đột ngột; cho phép bơm chạy không tải và loại được quá trình đóng ngắt bơm Khi bơm chạy không tải, áp suất chỉ đủ để đưa dầu về bình chứa (3) qua van điều chỉnh áp suất (5).Van điều chỉnh áp suất và bình tịch áp điều chỉnh áp suất tối thiểu để hệ thống làm việc và hạn chế áp suất tối đa (áp suất đóng của bơm 140 bar, áp suất cắt 165-

175 bar)

Van điều chỉnh độ cao (hình 1.4): Độ cao của xe được thay đổi tự động

nhờ thay đổi thể tích dầu không chịu nén giữa buồng dầu của balon (1) và xy lanh (5) Khi tải trọng tăng thì thân xe bị hạ thấp làm biến dạng cơ cấu hướng

hệ treo và làm quay thanh ổn định (12) Góc quay của thanh ổn định là giá trị

tương ứng chuyển vị tương đối của hệ thống treo so với vị trí tĩnh ban đầu Chuyển vị này được chuyển tiếp đến van điều chỉnh độ cao(10) thông qua thanh xoắn điều khiển (16), một đầu của nó được kẹp chặt (13) với thanh ổn định (12), đầu kia kẹp với đòn điều chỉnh (11) Đầu kia của đòn (11) nối với van điều chỉnh độ cao (10)

Hình 1.4.a.b Van điều chỉnh độ cao

1 Dầu từ bơm tới; 2,3 cửa hồi về bình chứa; 4 màng cao su; 5 đường dầu

đến xi lanh treo; 6 van trượt; 7 đĩa van; 8 cửa cản

Để tránh sự điều chỉnh liên tục, cần có sự phản ứng chậm của van (10): dầu không được nạp ở hành trình nén và không được xả trong hành trình trả

Độ cao chỉ được điều chỉnh sau một thời gian ngắn, trong thời gian đó hệ thống treo phải có thời gian thay đổi mức tải của bộ phận đàn hồi Mỗi khi xy lanh được nạp đầy hoặc ngừng nạp để đưa hệ treo về vị trí chuẩn, van độ cao phải phản ứng ngay tức khắc chuyển từ vị trí van nạp sang vị tri trung gian hay từ vị trí van xả sang vị trí trung gian Hình (1.4) trình bày 4 trạng thái của van độ cao: (i) piston van trượt (6) chuyển từ vị trí đóng (hình 1.4 (b)) sang

vị trí mở cấp dầu cho xy lanh treo (5), hình 1.4 (a); (ii) vị trí cắt (trung gian), hình 1.4 (b); (iii) piston (6) chuyển từ vị trí mở sang vị trí đóng (ii); (iv) piston chuyển từ vị trí xả sang trung gian

Hình 1.4.c.d Van điều chỉnh độ cao

1 Dầu từ bơm tới; 2,3 cửa hồi về bình chứa; 4 màng cao su; 5 đường dầu

đến xi lanh treo; 6 van trượt; 7 đĩa van; 8 cửa cản

Piston van điều khiển độ cao từ vị trí trung gian sang trạng thái nạp,hình (1.4 (a)): Khi tải tăng, đòn treo bị hạ thấp làm quay thanh ổn định

(12), làm xoắn thanh (16) dẫn đến đòn điều chỉnh bị nghiêng, tạo ra lực hướng trục tác dung vào piston (6) làm nó chuyển động sang trái, van từ trạng thái đóng sang trạng thái mở, cấp dầu vào xy lanh treo (5) để nâng thân xe lên làm thanh ổn định quay ngược lại, đẩy piston (6) về vị trí trung gian ngừng cấp dầu (ii) Việc quay về vị trí trung gian là rất nhanh vì piston (6) không bị lực cản nào và xe đã được đưa về độ cao ban đầu Để làm chậm lại chuyển động của piston (6) từ vị trí đóng sang mở, van đĩa phải (7) đóng nên cửa không cản (9) đóng chỉ mở cửa cản (8) nên piston (6) chuyển động rất chậm

Piston điều khiển độ cao ở vị trí trung gian, hình (1.4(b)): Giảm tải

trọng thẳng đứng của bánh xe tạo ra hiệu ứng giảm áp suất trong xy lanh treo Piston (6) chuyển từ vị trí trung gian sang vị trí xả Dầu thừa giữa piston và màng bị đẩy về bình chứa; độ cao của xe được giữ nguyên; van (6) ở vị trí trung gian (hình 1.4 b)) Quá trình ngắt xẩy ra rất chậm cho nên van (6) không phản ứng khi hệ treo dao động trong biên độ nhỏ của đường

Piston điều khiển độ cao từ vị trí nạp sang vị trí trung gian, hình (1.4c)):Khi xy lanh treo đã được cấp dầu đầy, thanh ổn định làm đổi hướng

chuyển động của piston (6) từ vị trí nạp (hiện tại) sang vị trí trung gian như hình 1.4 (b) Chuyển động của piston sang vị trí cắt là nhanh vì van đĩa trái ở

vị trí mở, trước hết nó thay đổi chiều chuyển động, chất lỏng trong cửa không cản (9) mở tiếp van đĩa phải, dầu thoát nhanh và nhờ đó van (6) đi nhanh về

vị trí trung gian Khi nó đạt vị trí trung gian, van đĩa trái lại đóng Nhờ đó hạn chế chuyển động dư của (6) và hạn chế van điều khiển độ cao lặp lại việc điều chỉnh sau một giây

Piston điều khiển độ cao từ vị trí xả qua vị trí cắt, hình (1.4 (d)):Khi xy

lanh treo nhiều dầu quá mức càn xả và khi đã đạt độ cao chuẩn, cần đóng nhanh cửa thoát về bình chứa Van điều chỉnh độ cao có khả năng phản ứng nhanh để đóng đường thoát trong trường hợp này là do van đĩa phải mở, dầu thoát nhanh qua cả hai cửa (8,9), ngay lập tức thanh (16) đưa piston (6) về vị trí trung gian

Điều chỉnh độ cao bằng tay: Trong xe, lái xe có thể chọn 5 vị trí độ cao khác nhau: Vị trí chuẩn; hai vị trí cao và thấp nhất; hai vị trí trung gian giữa chuẩn và cao nhất

*) Cụm treo thuỷ khí tự điều chỉnh mức (hình 1.5, 1.6)

Cụm treo có độ cao không đổi có hai bộ phận cơ bản là (1) khí đàn hồi

và giảm chấn thuỷ lực và (2) bơm dầu điều khiển độ cao

Tần số dao động của khối lượng được treo gần không đổi có thể đạt được nhờ hai buồng khí trong (3) và ngoài (9); buồng ngoài là buồng chính, buồng trong là buồng phụ (hình 1.5) Buồng khí nén chính (9) được điều khiển bới sự lưu thông chất lỏng giảm chấn từ buồng trên piston (7) đến buồng có màng chứa khí (6) Buồng khí nén trong (3) là phần điều chỉnh, được điều khiển bởi buồng dưới piston, thay đổi chất lỏng cho buồng khí nén

dự trữ (3) Kết cấu của cụm treo có một giảm chấn thuỷ lực Xy lanh ngoài cùng cụm treo nối với khối lượng được treo, xy lanh trong cùng nối với van hút (13), hai xy lanh giữa tạo buồng khí phụ dự trữ Giữa xy lanh ngoài với xy lanh thứ hai được chia ra buồng khí chính bởi màng chính (6) Piston (7) nối với khối lượng không được treo, trên đỉnh có gắn van xả (5) Trong lòng piston là xy lanh bơm (12) và piston bơm (10); thanh dẫn bơm điều khiển độ cao (11) gắn với bơm hút (13) Lỗ thông (14) điều khiển độ cao của hệ treo Ngoài ra trong hệ còn có van nén (2), van trả (4) của giảm chấn thuỷ lực Khí trong buồng trong bị nén do áp suất chất lỏng phía dưới piston Độ cứng treo

là độ cứng tổng cộng của hai buồng khí

Nguyên lý đàn hồi cụm treo

Có hai chu kỳ liên hệ mật thiết với nhau Một là áp suất được hình

thành phía trên, hai là áp suất thay đổi dưới piston Ở hành trình nén (hình 1.5

(a)), piston chuyển động lên trên, chất lỏng qua van nén (2) vào xung quanh màng (6) và nén khí trong buồng chính Đồng thời khi áp suất dưới piston giảm, khí nén trong buồng phụ giãn ra, chất lỏng đi qua lỗ thông (14) điền đầy cho khoang dưới piston Biến dạng của màng (6) làm biến dạng đàn hồi khí

và khí đi qua van nén (2) ép khí trong buồng chính Vì vậy tần số dao động

hành trình nén giảm đi Ở hành trình trả (hình 1.5 (b)), chất lỏng chuyển động

từ buồng khí ngoài qua van trả (4) vào buồng trên piston, đồng thời dầu cũng

đi qua van trả (4) vào dưới xy lanh piston, cùng lúc piston nén dầu vào buồng khí phụ Cũng giống như dầu di chuyển từ buồng khí chính đến buồng trên piston, cản sẽ tăng lên do van trả, chất lỏng đi qua một chu kỳ dài hơn

Nguyên lý điều chỉnh độ cao tự động (hình 1.6)

Hình 1.6 Tự động điều chỉnh chiều cao

1 Dầu; 2 van nén; 4 van trả; 6 màng ngăn khí; 5 van xả; 7 piston; 9 buồng chứa khí; 10 piston bơm; 12 xilanh bơm; 11 thanh độ cao; 13 van hút

c) Nhíp xe tải[5]

Ở hệ treo xe tải, nhíp chịu hai loại tải cơ bản là tải trọng tĩnh và động phương thẳng đứng; mô men xoắn khi hai bánh xe chuyển động khác pha Ngoài ra khi phanh và tăng tốc, nhíp còn chịu mô men uốn và chèn dập ở tai

nhíp Khi tính toán nhíp ta cần đề cập 4 loại lực sau: Lực tác dụng thẳng đứng; lực dọc do phanh/tăng tốc gây ra; lực ngang do lực ly tâm, đường nghiêng, gió ngang gây ra

*) Mõ nhíp

Mõ nhíp chịu cường độ lớn do tải trọng thẳng đứng, lực phanh và lực ngang Với các xe nhỏ, nhíp có một lá chính và cuốn một lá; nếu hai lá chính cuốn lá đầu còn lá sau cuốn nửa vòng; các xe tải nặng thường hai lá chính, cuốn lá thứ nhất và cuốn vòng to lá thứ hai (hình 1.7)

Hình 1.7 Kết cấu mõ nhíp

*) Một số kết cấu đầu bắt nhíp quang nhíp

Để giảm tải trọng uốn và xoắn cho nhíp, có thể sử dụng các kết cấu như hình 1 Quang nhíp bắt với cầu có thể kết cấu như trong hình 1.8

*) Nhíp có độ cứng thay đổi

Ở các xe tải, tải trọng thường xuyên thay đổi là thay đổi tần số của khối lượng được treo Để giảm bớt sự thay đổi đó, người ta thường thiết kế nhíp phụ (a), nhíp có chiều dài hiệu dụng thay đổi (b), nhíp có bán kính cong khác nhau (c), nhíp một lá thiết diện thay đổi và nhíp phụ thiết diện thay đổi (d), dầu nhíp đặc biệt thay đổi chiều dài hiệu dụng (e,f,g) trong hình (1.9)

Hình 1.9 Nhíp có độ cứng thay đổi

c) Hệ thống treo cao su[38, 39]

Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi cao su được trang bị trên các loại xe tải hạng nặng Kết cấu treo trước hình 1.11(a) và kết cấu treo hình 1.11(b)

Hình 1.10 Hình dáng bề ngoài của xe tải AD250 của Trung Quốc

(a) Hệ thống treo cầu trước

(b) Hệ thống treo cầu sau

Hình 1.11 Hệ thống treo cao su

1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

- 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,

2002” nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu chuyển động Trong luận án tác giả giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do với kích động mặt đường là hàm phổ của Iasenko[11]

- 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

Nội” nghiên cứu khá hoàn chỉnh dao động của ôtô nhiều cầu Trong luận án tác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi của hệ thống treo, lốp xe với mô hình không gian và giải quyết bài toán dao động bằng phương pháp Matlab Simulink[12]

Công trình “ Đào Mạnh Hùng, báo cáo đề tài cấp bộ, năm 2005 đơn vị chủ trì Trường Đại học Giao thông Vận tải” đã xây dựng mô hình dao động

xe tải ½ với kích thích ngẫu nhiên mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đo được làm tín hiệu đầu vào Trong báo cáo đánh giá được ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo, tải trọng đến mặt đường quốc lộ dựa vào hệ số tài trọng động bành xe DLC[5]

Công trình “Lê Văn Quỳnh và công sự trong bài báo khoa học của mình, 2012” nghiên cứu và đánh giá dao động của lớp xe tải 2 cầu, 3 cầu, 4 cầu và 5 cầu đến mức độ thân thiện mặt đường Kết quả bài báo đã xây dựng mô hình dao động ½ lớp xe tải hạng nặng dưới kích thích ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ Các ảnh hưởng của các thông số động lực học của lớp xe lần lượt được phân tích dựa vào hệ số tải trọng động bánh xe DLC[14,15]

- Công trình [8] “Hoàng Đức Thị luận án thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên 2016” nghiên cứu ảnh hưởng thông số hệ thống treo xe tải đến khả năng thân thiện mặt đường quốc

lộ Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao động của ôtô ba cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động bằng phương pháp Matlab/Simulink Từ hàm mục tiêu là hệ số tải trọng động bánh xe DLC, các thông số thiết kế hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượt được phân tích

- Công trình [9] “Đặng Ngọc Minh Tuấn luận án thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên 2017” tối ưu hệ thống treo khí xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ Trong luận án tác giả xây dựng mô hình không gian dao động của ôtô 5 cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động bằng phương pháp Matlab/Simulink Từ hàm mục tiêu là hệ số tải trọng động bánh

xe DLC, các thông số thiết kế hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản lần lượt được tối ưu thiết kế

-Công trình“Nhóm tác giả với bài báo khoa học nghiên cứu ảnh hưởng thông số thiết kế hệ thống treo cabin đến độ êm dịu chuyển động của xe, 2018” đã xây dựng mô hình dao động không gian phí tuyến với 15 bậc tự do

và kích thích ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ và đánh giá ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo cabin như độ cứng và hệ số cản đến độ êm dịu chuyển động của xe phân phụ lục 3

Tuy nhiên, chủ đề “Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường” vẫn đang là vấn đề mở cho nhà nghiên cứu trong nước và nước ngoài quan tâm nghiên cứu

1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài

Nghiên cứu hoàn thiện và phát triển hệ thống treo ô tô ngày càng được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao độ êm dịu của người điều khiển cũng như giảm các tác động xấu mặt đường quốc lộ.Những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô đến mặt đường

quốc lộ được nhiều khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu, X

M Shi and C S Cai (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của động lực học ô tô đến mặt đường giao thông trong đó thông số kết cấu của các hệ thống như hệ thống treo, ngoài ra lốp xe, tải trọng, cũng được xem xét nghiên cứu[19]; Yongjie Lu, Shaopu Yang, et al (2010) đã tiến hành phân tích ảnh hưởng của thông số kết cấu của xe như hệ thống treo, lốp xe,… và thông số khai thác đến

hệ số tải trọng động bánh xe DLC (Dynamic Load Coefficient) dưa vào mô hình dao động không gian toàn xe ảo của xe tải[20]; Le Van Quynh, Zhang Jianrun et al (2011) đưa ra mô hình dao động không gian phi tuyến của xe tải nặng 5 cầu, từ đó phân tích tương tác qua lại giữa xe và mặt đường Từ kết quả nghiên cứu đề xuất nhà quản lý giao thông điều kiện mặt đường can thiệt

và sửa chữa[15]

Nghiên cứu thiết kế tối ưu các hệ thống treo cho ô tô theo hướng thân thiện đường giao thông cũng được các nhà khoa học thế giới quan tâm nghiên cứu từ rất sớm, Yi K and Hedrick J K (1989) đề xuất lý thuyết điều khiển tích cực và bán tích cực cho hệ thống treo xe tải nhằm giảm tác hại xấu cho mặt đường mặt đường giao thông[20]; Guglielmino E., Sireteanu T., Stammers C.W., Ghita G and Giudea M (2008) xuất bản ấn phẩm dưới dạng sách trong

đó tập hợp nhiều kết quả nghiên cứu về hệ thống treo điều khiển bán tự động nhằm nâng cao khả năng thân thiện với đường giao thông và độ êm chuyển động của xe [21]; Lu Sun (2002) đưa ra phương pháp thiết kế tối ưu thông số

hệ treo xe tải nhằm nâng cao đô thân thận với đường[22]; M.J

Mahmoodabadi, A Adljooy Safaie, A Bagheri, N Nariman-zadeh(2013) đưa

ra phương pháp tối ưu thông số thiết kế của các hệ thống động học của ô tô trong đó có hệ thống treo sử dụng thuật toán di truyền[24]

Nghiên cứu hoàn thiện và phát triển hệ thống treo ô tô ngày càng được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao độ êm dịu của người điều khiển cũng như giảm các tác động xấu mặt đường quốc lộ Thiết kế và

mô phỏng hệ thống treo thủy khí cho xe ô tô được trình bày M B Darade và N.D Khaire [34], kết quả mô phỏng phân tích được hiệu quả hệ thống treo trên mô hình 1/4 Phát triển mô hình toán và mô phỏng hệ thống treo thủy khí được trình bày bởi Tian-hong Luo, Ting-qiong Cui, Wen-jun Luo, Xun-jia Zheng, Chao Lin, et al[35], trong nghiên cứu này các tác giả sử dụng phần mềm mô phỏng AMESim để đánh giá so sánh hiệu quả hệ thống treo khí Nâng cao hiệu quả hệ thống treo thủy khí một bộ điều khiển hệ thống treo được thiết lập bởi D Emami, S A Mostafavi, P Asadollahzadeh[36], kết quả nghiên cứu phân tích được hiệu quả hệ thống treo điều khiển Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu ở trên vẫn chưa đề cấp đến phân tích đánh giá hiệu quả

hệ thống treo sử dụng mô hình động lực học toàn xe Ý tưởng chính của đề tài này, hệ số tải trọng động của bánh xe được chọn là các hàm mục tiêu để phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí so với hệ thống treo cao su, một mô hình dao động không gian của ô tô được thiết lập để mô phỏng và đánh giá hiệu quả với kích thích ngẫu nhiên của đường quốc lộ

1.3 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 ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế của cầu và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh giá cao Các nhà nghiên cứu của Anh, Mỹ,…đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ôtô đối với cầu và đường Khi ô tô chuyển động trên các mặt đường và cầu, tải trọng động bánh xe sẽ dẫn đến sức căng và biến dạng bền mặt Sự tích lũy lâu dài của biến dạng dẻo bề mặt sẽ nguyên nhân gây ra phá hủy bề mặt như các vết nứt, lún, Để đánh giá ảnh hưởng của tải trọng động của bánh xe đến khả năng thân thiện mặt đường, nhiều công trình nghiên cứu đưa ra hệ số tải trọng động bánh xe DLC - Dynamic Load Coefficient [15,20-23] Hệ số DLC được định nghĩa bởi công thức (6)

RMS T

F

F DLC  . (1-1)

trong đó: Fs- tải trọng tĩnh của bánh xe; F T,RMS- tải trọng động bánh xe tác dụng lên mặt đường bình phương trung bình và nó được định nghĩa bởi công thức (1-2 )

2 1

T

F (1-2)

Trong đó:

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

T - Thời gian khảo sát(s)

Hệ số tải trọng bánh xe DLC phụ thuộc rất nhiêu yếu tố như thống số hệ thống treo, lốp xe, tải trọng xe, vận tốc chuyển động, điều kiện mặt đường Trong đề tài này, hệ số tải trọng động bánh xe được chọn để phân tích ảnh hưởng của hệ thống treo đến khả năng thân thiện với mặt đường giao thông và sẽ được trình bày ở phần sau và chương trình tính toán được trình bày phụ lục

1.3.2 Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức

Tải trọng động cực đại (Fzdyn, max ) làm giảm tuổi thọ chi tiết, gây tổn hại cho đường Hệ số tải trọng động Kdyn, max đánh giá mức độ ảnh hưởng đến chi tiết, hệ số áp lực đường W đánh giả mức độ ảnh hưởng của dao động với đường[12]

a Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng tới độ bền chi tiết

Để khảo sát vấn đề này, tác giả sử dụng hệ số tải trọng động cực đại, được định nghĩa như sau:

,



st z

zdyn

F

F

(1-3) trong đó:

Kdyn, max : Hệ số tải trọng động cực đại

RMS Z

F

F

(1-5)

b Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường

Sau những năm 1990, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế của cầu và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh giá cao Các nhà nghiên cứu của Anh, Mỹ QII đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ôtô đối với cầu và đường Người ta thấy rằng mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô đến cầu và đường tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe với đường Họ đã đưa ra khái niệm Road stress Coefficient, tạm gọi là hệ số áp lực đường W, là hệ số có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô với cầu và đường Trong một số tài liệu còn có tên tiếng anh là Dynamic wear factor Theo đó, Wilkinson [12,] đã nêu ra công thức xác định hệ số áp lực đường w như sau:

W=1+6 2 +44 (1-6)

st z

dyn z

F

f

, , ) max(

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





i st z

i

st z

i F

i F i w

1 ,

1

, ) (

) ( ).

(

(1-8)

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

1.4.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 thủy khí xe tải hạng nặng, mô hình toán hệ thống treo thủy khí 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 thủy khí Phần mềm Matlab/Simulink được áp dụng mô phỏng và đánh giá hiệu quả hệ thống theo thủy khí 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 thủy khí

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình toán hệ thống treo thủy khí

và mô hình dao động không gian toàn xe tải hạng nặng

Đối tượng: Một mô hình dao động toàn xe tải với 15 bậc tự do và hệ

thống treo thủy khí được xem xét đánh giá trong luận văn này

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu

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

1.4.4 Nội dung nghiên cứu

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 thủy khí

Kết luận và những kiến nghị

1.5 Kết luận chương

Kết quả phân tích trong chương này đã đưa được các lập luận về cơ sở lý thuyết cho vấn đề cần nghiên cứu như phân tích hệ thống treo, các chỉ tiêu đánh giá mức độ thân thiện mặt đường và phân tích mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI HẠNG NẶNG 3 CẦU 2.1 Mơ hình tốn hệ thống treo thủy khí

Hệ thống treo thủy khí đã và đang được các nhà nghiên cứu, thiết kế hồn thiện kết cấu để ứng dụng cho các loại xe tải hạng nặng “off-road”

Trong khuơn khổ của luận văn thạc sĩ, em tiến hành xây dựng và phát triển

mơ hình tốn hệ thống treo thủy khí của Citroën HydrActive strut trong tài liệu tham khảo[37] Mơ hình dao động của hệ thống treo thủy khí được thể hiện trên hình 2.3

(a) Hệ thống treo thủy khí

(b) Mơ hình dao động thủy khí

Hình 2.1 Mơ hình dao động của hệ thống treo thủy khí

Giải thích các ký hiệu trên hình 2.3, ma, mb lần lượt là khối lượng của cầu xe

và khối lượng thân xe; za, zb là chuyển vị cầu xe và thân xe; k và c là độ cứng

và hệ số cản của hệ thống treo thủy khí

Lực theo phương thẳng đứng hệ thống treo thủy khí được xác định theo

mơ hình tốn 2.3b và nhưng nguyên lý về thủy khí:

Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng cĩ dạng:

Vb: Thể tích ban đầu của bình khí

Pb: Áp suất ban đầu của bình khí

V0: Thể tích của bình khí khi xe ở trạng thái cân bằng tĩnh

Pb: Áp suất của bình khí khi xe ở trạng thái cân bằng tĩnh

k: hằng số đoạn nhiệt của khí

Lưu lượng dòng chảy qua lỗ được xác định theo công thức:

QA z s( bz a).sign(z bz a) (2-2) Lưu lượng dòng chảy qua lỗ tiết lưu được xác định qua phương trình:

1 2

p1: Áp suất khí trong bình ở thời điểm bất kỳ

p: Áp suất dầu trong xi lanh ở thời điểm bất kỳ

A: Diện tích của lỗ

As: Diện tích của piston

Cd: Hệ số lưu lượng dòng chảy qua lỗ

xu: chuyển vị của khối lượng không được treo

xd: chuyển vị của lốp xe

Kết hợp 2 phương trình (2-1) và phương trình (2-2) ta xác định áp suất dầu trong xi lanh ở thời điểm bất kỳ:

1 2 ( ) ( )

2.2 Mô hình toán hệ thống treo cao su

Hệ thống treo cao su đã và đang được ứng dụng cho các loại xe tải hạng nặng “off-road” Trong khuôn khổ của luận văn thạc sĩ, em tiến hành xây dựng mô hình dao động hệ thống treo cao su theo tài liệu tham khảo[38, 39] Mô hình dao động của hệ thống treo cao su được thể hiện trên hình 2.5

(a) Phân tử đán hồi cao su của hệ

Trong tài liệu của tác giả Sun Beibei và một số cộng sự [38] đã tiến hành thí nghiệm và đánh giá đặc tính động lực học của bộ phận đàn hồi của

hệ thống treo cao su xe AD250 của Trung Quốc Lực đàn hồi là phi tuyến bậc

3 và lực theo phương đứng của hệ thống treo cao su dựa vào hình 2.4b được xác định theo công thức dưới đây:

12

)sgn(

1

3 2

1

a b b

b b

b a

b

a b a

b b

z z z

z c z

z z

z

c

z z k z z k g

2.3 Xây dựng mô hình dao động toàn xe tải

2.3.1 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 gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng của chúng tác dụng lên hệ thống treo Đó là khung, thùng, hàng hoá, cabin và một

số chi tiết khác Giữa chúng thực ra được nối với nhau một cách đàn hồi nhờ các đệm đàn hồi, ổ tựa đàn hồi bằng cao su, dạ, nỉ, giấy công nghiệp, Hơn nữa bản thân các bộ phận này cũng không phải cứng tuyệt đối, cho nên khối

lượng treo thực ra là một nhóm các khối lượng được liên kết đàn hồi thành một hệ thống Tuỳ nhiên dựa cách bố trí cụ thể của ôtô, mà có thể chia khối lượng được treo thành 2 hoặc nhiều khối lượng, giữa các khối lượng liên kết với nhau bằng các phần tử đàn hồi và giảm chấn Tuy nhiên các mối đàn hồi giữa các thành phần của khối lượng được treo có biến dạng rất nhỏ so với biến dạng của hệ thống treo và lốp Cho nên trong trường hợp đơn giản có thể coi rằng khối lượng được treo m là một khối lượng đồng nhất ở dạng phẳng hoặc dạng không gian theo mục đích của các nhà nghiên cứu

b Khối lượng không được treo m a

Khối lượng không được treo gồm những cụm mà trọng lượng của chúng không tác dụng trực tiếp lên hệ thống treo mà chỉ tác dụng lên lốp bánh

xe Đó là: bán trục, dầm cầu, bánh xe, một phần chi tiết của hệ thống treo, truyền động lái, nhíp, giảm chấn, 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 mb tập trung vào trọng tâm của cầu xe

c Hệ thống treo

Hệ thống treo trong ôtô có nhiệm vụ nối phần được treo M và phần khối lượng không được treo m một cách đàn hồi Hệ thống treo cùng với lốp làm giảm những chấn động gây nên do sự mấp mô mặt đường khi xe chuyển động Hệ thống treo gồm những bộ phận sau:

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

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

- 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 ngoài tác dụng là hệ thống di chuyển và đỡ toàn bộ trọng lượng của xe còn có tác dụng làm giảm các chấn động từ mặt đường lên xe,