PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài.
Ở Việt Nam, thiết kế xe đua sinh viên vẫn còn là vấn đề mới mẻ
đối với sinh viên các trường đại học, năm 2013 nhóm nghiên cứu của
trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-Đại học Thái Nguyên đã thiết
kế và chế tạo thành công xe đua sinh viên thế hệ thứ nhất. Hiện nay
sản phẩm này đang được kế hoàn thiện, tối ưu thiết kế các cụm, hệ
thống nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của xe đáp ứng các tiêu
chuẩn của SAE nhằm đưa xe tham dự các cuộc thi quốc tế. Các thông
số thiết kế hệ thống treo có ảnh hưởng trực tiếp đến độ êm dịu và ổn
định hướng của xe. Do vậy, nó đã và đang được nhiều nhà thiết kế xe
đua F-SAE thế giới đặc biệt quan tâm. Trong số các công trình đã
công bố, nhiều tài liệu đã tính toán, thiết kế các thông số hình học hệ
thống treo xe đua F-SAE để nâng cao ổn định hướng của xe, tập trung
nghiên cứu ảnh hưởng thông số thiết kế thống treo đến độ êm dịu của
xe đua F-SAE. Tuy nhiên các nghiên cứu này chỉ dừng lại khảo sát mô
hình dao động 1/2 của xe và kích thích dao động là các hàm toán học
đơn giản.
Chính vì vậy, tác giả chọn đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo
hệ thống treo cho xe Formula Student’’ làm luận văn thạc sỹ dưới
sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân. Trong luận văn
này, tác giả sử dụng mô hình dao động không gian và tiêu chuẩn về độ
êm dịu ISO2631-1 để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thiết kế
hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của xe. Kết quả nghiên cứu
đã đưa ra được bộ thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo xe F-SAE
nhằm nâng cao độ êm dịu cho người lái.

1
2. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1. Mục đích của đề tài
Đề tài Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống treo cho xe

1.2.1. Vai trò của hệ thống treo.
1.2.2. Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống treo
1.2.3. Giới thiệu một số loại hệ thống treo
1.3. Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động.
1.3.1. Cường độ dao động.
1.3.2. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động.
Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1[12]: đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm
dịu chuyển động ô tô thông qua gia tốc bình phương trung bình theo
phương thẳng đứng dựa theo vào các công trình nghiên cứu của thế
giới. Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng được
xác định theo công thức dưới đây:
2/1
0
2
)(
1






=
∫
T
WWZ
dtta
T
a


- 1 m.s
-2
Khá khó chịu
0.8 m.s
-2
- 1.6 m.s
-2
Không thoải mái
1.25 m.s
-2
- 2.5 m.s
-2
Rất khó chịu
> 2 m.s
-2
Cực kỳ khó chịu
Ưu điểm của tiêu chuẩn VBI2057 và tiêu chuẩn ISO 2631-1 là
thuận lợi cho việc phân tích và đánh giá dao động toàn bộ của xe.
Thông qua các mô hình dao động vật lý và toán học của toàn bộ xe
hoặc các phần mền chuyên dùng ADAMS, LMS hoàn toàn xác định
gia tốc dao động theo miền thời hoặc miền tần số. Hiện nay phương
pháp này đã được các nhà khoa học trên khắp thế giới áp dụng ISO
2631-1 để phân tích độ êm dịu của dao động các phương tiện dao
thông.
1.3.3. Chỉ tiêu về tải trọng động.
1.4 Tổng quan các nghiên cứu về lĩnh vực dao động của ô tô.
1.4.1 Ở trong nước.
1.4.2 Trên thế giới.
1.5 Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn.
1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu.

hệ thống treo cho xe F-SAE là hệ thống treo Mac Pherson. Hệ treo
này chính là biến dạng của hệ treo 2 đòn ngang nếu coi đòn ngang trên
có chiều dài bằng 0 và đòn ngang dưới có chiều dài khác 0. Chính nhờ
cấu trúc này mà ta có thể có được khoảng không gian phía trong xe để
bố trí hệ thống truyền lực. Sơ đồ cấu tạo của hệ treo trên Hình 2.1 bao
gồm: đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo phương thẳng đứng làm
nhiệm vụ của trụ xoay đứng có một đầu được bắt khớp cầu với đầu
ngoài của đòn ngang tại B, đầu còn lại được bắt vào khung xe. Bánh
xe được nối cứng với vỏ giảm chấn. Lò xo được đặt lồng vào giữa vỏ
giảm chấn và trục giảm trấn.
1- Giảm chấn đồng thời là trụ đứng.
2- Đòn ngang dưới.
3- Bánh xe.
4- Lò xo.
5- Trục giảm trấn.
Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson.
Nếu ta so sánh với hệ treo 2 đòn ngang thì hệ treo Mc.Pherson kết
cấu ít chi tiết hơn, không chiếm nhiều khoảng không và có thể giảm
nhẹ được trọng lượng kết cấu. Nhưng nhược điểm chủ yếu của hệ treo
Mc.Pherson là do giảm chấn vừa phải làm chức năng của giảm chấn
lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứng nên trục giảm chấn chịu tải lớn nên

6
A
giảm chấn cần phải có độ cứng vững và độ bền cao hơn do đó kết cấu
của giảm chấn phải có những thay đổi cần thiết.
2.2. Xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo.
Các thông số kĩ thuật của hệ thống treo :
- Tải trọng toàn xe G: G


02
= 1950 (mm).
- Chiều cao trọng tâm xe H
g
: H
g
= 370 (mm).
- Khoảng cách từ trọng tâm của xe tới cầu trước a: a = 1500 (mm).
- Khoảng cách từ trọng tâm của xe tới cầu sau b: b = 1000 (mm).
2.2.1. Các thông số kĩ thuật của xe Formual SAE.
2.2.2. Xác định hệ số độ cứng và hệ số cản của hệ thống treo.
2.3. Tính toán thiết kế hệ thống treo Mac Pherson.
2.3.1. Các thông số hình học của hệ thống treo.
+ Góc nghiêng ngang trụ đứng
δ
0
:
δ
0
= 8
o
.
+ Góc nghiêng ngang bánh trước
γ
0
:
γ
0
= 1
o

O2
: h
O2
=
880(mm)
2.3.2. Động học hệ thống treo Mc.Pherson.

8
CHƯƠNG 3 - XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE
FOMULAR STUDENT
3.1. Mô hình dao động của xe F-SAE.
3.1.1. Các phương pháp xây dựng mô hình dao động.
3.1.2. Xây dựng mô hình vật lý.
Các giả thiết :
- Coi thân xe đối xứng qua trục dọc của xe.
- Coi toàn bộ thân xe, động cơ, ghế nghồi và người lái là một tấm
phẳng đồng nhất và tuyệt đối cứng đặt tại trọng tâm xe.
- Coi bánh xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc với đường.
- Do khối lượng không được treo là nhỏ nên ta bỏ qua.
- Bốn lốp xe ta coi như là bốn hệ thống lò xo và giảm chấn, tương
tự 4 hệ thống treo coi như 4 hệ thống lò xo giảm chấn.
- Mấp mô mặt đường coi mấp mô mặt đường ngẫu nhiên.
3.2. Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động.
Theo nguyên lý D’alambe ta có :

0
=+
qt
FF


ϕ
θ
C
1T
b
a
BT
BS
L
M
Jx
Jy

F

: là tổng các vectơ ngoại lực tác dụng lên vật.

qt
F

: là vectơ lực quán tính tác dụng lên vật.
Thiết lập các phương trình dao động thân xe:

Mô hình khối lượng được treo ba bậc tự do gồm: dịch chuyển
thẳng đứng, góc lắc dọc và góc lắc ngang trong mô hình dao động
không gian của xe F-SAE. Với quy ước gốc toạ độ của các bậc tự do
tại vị trí cân bằng tĩnh, phương trình động học của thân xe như sau:
1 1 2 2
1 2 1 2
2 2 1 1

3.3.1. Kích thích mặt đường là hàm toán học đơn giản.
3.3.2. Kích thích mặt đường ngẫu nhiên.
Đối với xe đua, hầu hết được chuyển động trên mặt đường bằng
phẳng và nó đuợc thiết kế sát với mấp mô mặt đường của các tuyến
quốc lộ. Trong luận văn này, tác giả sử dụng mấp mô mặt đường dựa
vào tiêu chuẩn ISO/TC108/SC2N67.
Theo tiêu chuẩn ISO mấp mô của mặt đường có mật độ phổ
S
q
(n
0
) và được định nghĩa bằng công thức thực nghiệm:

( ) ( )
ω
−








=
0
0
n
n
nSnS

(n
0
) là mật độ phổ tại n
0
(m
3
/chu kỳ), ω là hệ số
tần số được miêu tả tần số mật độ phổ của mặt đường (thường ω=2).
Hàm mấp mô mặt đường ngẫu nhiên được giả định là quá trình ngẫu
nhiên Gauss và nó được tạo ra thông qua biến ngẫu nhiên Fourier
ngược:

( )
ii,mid
N
i
i,mid
q
tfcos.f
f
)n(Svn
)t(q
φπ∆
+=
∑
=
2
2
1
2

2
=30Hz; n
0
=0.1m
-1
tác giả đã
tiến hành lập chương trình toán bằng phần mền Matlab 7.04 để mô
phỏng các hàm mấp mô ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ. Hình 2
thể hiện các loại mấp mô ISO cấp B.
Bảng 3.1. Các loại mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO
8068[11].

11
Mấp mô mặt đường theo ISO cấp B
0 5 10 15 20 25 30
-0.01
-0.005
0
0.005
0.01
Time t/s
Map mo mat duong q1/mMat duong ISO cap B
Cấp A B C D E F G
Tình trạng
mặt đường
Rất tốt Tốt
Bình

Ký
hiệu
Giá trị Đơn vị
1 Khối lượng được treo M 350 kg
2
Khoảng cách từ trọng tâm đến
cầu trước
a 1 m
3
Khoảng cách từ trọng tâm đến
cầu sau
b 1,5 m
4 Vết bánh xe cầu trước B
t
2 m
5 Vết bánh xe cầu sau B
s
1,95 m
6 Độ cứng của HTT trước trái K
1t
19911 N/m
7 Độ cứng của HTT trước phải K
1p
19911 N/m
8 Độ cứng của HTT sau trái K
2t
22414 N/m
9 Độ cứng của HTT sau phải K
2p
22414 N/m

20 Hệ số cản của lốp xe sau trái C
l2t
880 N.s/m
21 Hệ số cản của lốp xe sau phải C
l2p
880 N.s/m
22 Mô men quán tính với trục X J
x
91 Nm.s
2
23 Mô men quán tính với trục Y J
y
569 Nm.s
2
24 Vận tốc khi khảo sát v 80 km/h
4.2.2 Mô phỏng dao động của xe F-SAE.

13
0 5 10
-2
-1
0
1
2
Thoi gian t (s)
Gia toc a
wz
(m/s
2
)

Chạy sơ đồ mô phỏng tổng thể ở phần 4.2.2 với thông số mô
phỏng Bảng 4.1 khi xe chuyển động trên mặt đường ISO B với vận tốc
v=80km/h. Dưới đây là kết quả dạng đồ thị gia tốc tại vị trí trọng tâm
thân xe :
Bảng 4.2 Gia tốc bình phương trung bình tại vị trí trọng tâm thân xe.
Loại a
wz
(m/s
2
)
a
w
ϕ

(rad/s
2
) a
w
θ
(rad/s
2
)

14
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5

C=0.5Co(N.s/m)
C=1.0Co(N.s/m)
C=1.5Co(N.s/m)
xK
0
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
Thay doi do cung K (N/m)
Gia toc goc a
w
φ
(rad/s
2
)
C=0.5Co (N.s/m)
C=1.0Co (N.s/m)
C=1.5Co (N.s/m)
xK
0
đường

0
=[C
1T
, C
1P
, C
2T
, C
2P
]

là giá trị hệ số giảm chấn của xe thiết kế trong
tài liệu[1] được chọn để khảo sát ảnh hưởng của chúng đến gia tốc dao
động bình phương trung bình tại vị trí trọng tâm thân xe.
Gia tốc theo phương đứng. Gia tốc góc theo phương dọc

15
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Thay doi he so giam chan C (N.s/m)
Gia toc a
w z

Gia tốc góc theo phương ngang.
Nhận xét:
Nhìn Bảng 4.3 và Hình 4.3 a,b,c chúng ta có thể đưa ra một số
nhận xét dưới đây:
- Khi tăng độ cứng của K thì gia tốc bình phương trung bình theo
phương thẳng đứng, lắc dọc, lắc ngang đều tăng lên, điều đó có nghĩa
là độ êm dịu của xe đều giảm. Khi độ cứng của
0
0,8K K≥
(N/m), thì giá
trị gia tốc bình phương trung bình của thân xe a
wz
≥ 0,4m/s
2
theo tiêu
chuẩn ISO 2631-1 đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô, thì bắt đầu làm
cho người lái cảm giác một chút khó chịu.
- Khi giảm độ cứng của
0
0,4.K K≤
(N/m) thì gia tốc bình phương
trung bình thân xe giảm dần, điều đó có nghĩa là độ êm dịu của xe
tăng lên. Tuy nhiên, để đảm bảo độ cứng vững hệ thống treo khi xe
chuyển động trên mặt đường xấu hơn, thì chọn
0
0,4.K K≥
(N/m).
4.2.4.2. Ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn C.
Để đánh giá ảnh hưởng của nó đến độ êm dịu chuyển động của
xe, các giá trị hệ số cản tương đương C=[0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

] là các giá trị độ cứng của xe
thiết kế được chọn để đánh giá ảnh hưởng của chúng đến gia tốc
bình phương trung bình các phương (a
wz
, a
w
ϕ
, a
w
θ
).

16
Hình 4.3. Gia tốc bình phương trung bình khi K thay đổi.
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
Thay doi he so can C (N.s/m)
Gia toc goc a
w
θ

wz
, a
w
ϕ
, a
w
θ
nằm trong vùng tối ưu, theo tiêu
chuẩn ISO 2631-1 đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô, thì gia tốc bình
phương trung bình của xe nằm trong vùng mà người lái cảm giác thoải
mái.
- Khi thay đổi độ cứng của hệ thống treo theo chiều tăng, thì gia tốc
bình phương trung bình của thân xe tăng lên, điều đó có nghĩa là độ
êm dịu của xe giảm theo chiều K tăng.

17
0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
0.2
0.22
0.24
0.26
0.28
0.3
0.32
0.34
0.36
0.38
0.4
He so giam chan C (N.s/m)
Gia toc binh phuong trung binh a

(N.s/m) thì độ êm
dịu chuyển động của ô tô càng tăng và đảm bảo tiêu chuẩn ISO.
- Nếu
0
0,6.K K≥
(N/m) và không phụ thuộc vào C ta thấy độ êm dịu
chuyển động của ô tô giảm, không đảm bảo theo tiêu chuẩn ISO.
- Nếu
0
0,5.K K≤
(N/m) và không phụ thuộc vào C ta thấy độ êm dịu
chuyển động của ô tô đảm bảo theo tiêu chuẩn ISO, nhưng trường hợp
này độ cứng vững của hệ thống treo sẽ thấp do độ cứng K giảm vì vậy
sẽ không đảm bảo tính ổn định hướng ô tô khi chuyển động.

18
Hình 4.5. Khảo sát ảnh hưởng C và K
đến độ êm dịu chuyển động ô tô sau khi tối ưu
0 2 4 6 8 10
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
Thoi gian t (s)
Gia toc binh phuong trung binh a
wz
(m/s

Thoi gian t (s)
Gia toc goc binh phuong trung binh a
w
θ
(rad/s
2
)
Bo so lieu cu
Bo so lieu moi
Kết luận: Vậy dựa trên các kết quả khảo sát Hình 4.5 ta chọn bộ
thông số của hệ thống treo trước như sau:
Bộ thông số
0 0
0 0
0,6. 1,0. ( / )
0,5. 0,6. ( . / )
C C C N m
K K K N s m
≤ ≤


≤ ≤

là bộ thông số tối ưu cho hệ
thống treo vì đảm bảo gia tốc bình phương trung bình đạt tiêu chuẩn
ISO 2631-1.
Áp dụng công thức (3.2),(3.4) ta tính được bộ số liệu tối ưu mới:
Bảng 4.6. Bộ số liệu mới được tối ưu
TT Ký hiệu
Bộ số liệu

(m/s
2
) 0.4202 0,2972

19
Với các thông số của Bộ số liệu mới số so với Bộ số liệu cũ, giá
trị gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng của Bộ số
liệu mới số giảm so với Bộ số liệu cũ từ 0,4202m/s
2
xuống còn
0,2972m/s
2
, với mức giảm trung bình là 29,27%, theo phương lắc dọc
giảm từ 0,2546 (rad/s
2
) xuống còn 0,1878(rad/s
2
) với mức giảm trung
bình là 26,23%, theo phương lắc ngang giảm từ 0,2896 (rad/s
2
) xuống
còn 0,1957(rad/s
2
) với mức giảm trung bình là 32,42%.

20
Hình 4.6. Kết quả so sánh a
wz ,
a
w

- Phân tích ảnh hưởng của thông số hệ thống treo đến độ êm dịu
chuyển động của xe.
- Lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống treo nhằm nâng cao
hiệu quả làm việc của chúng.
- Chế tạo thành công hệ thống treo cầu trước và cầu sau xe F-SAE.
KIẾN NGHỊ HƯỚNG PHÁT TRIỂN:
- Phân tích ảnh hưởng của đặc tính phi tuyến hệ thống treo đến
hiệu quả làm việc của chúng.
- Phân tích các đặc tính phi tuyến của lốp xe và hiện tượng tách bánh.
- Áp dụng thụât toán tối ưu một hay nhiều hàm mục tiêu để tối
ưu các thông số hệ thống treo.
- Áp dụng lý thuyết điều khiển để điều khiển các thông số của hệ
thống treo nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của chúng.

22
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Khắc Tuân,2013. “Giải mã công nghệ thiết kế, chế tạo xe đua
sinh viên F-SAE” Đề tài cấp cơ sở, ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp TN.
[2] SAE Inc, USA,2004 Formula SAE Rules 2004.
[3] GS.TS. Vũ Đức Lập (1994), Dao động ôtô, Học viện kỹ thuật quân
sự, Hà Nội.
[4] Adam Theander.2004, Design of a Suspension for a Formula Student
Race Car. Trita-ave-26.ISSN
[5] Christian Andrade PID 2283035 Jaime Cardona PID 2117551,2009.
Redesign and optimization of a Formula SAE open wheel race car
suspension
[6] Milliken, William F. & Milliken, Douglas L. (1995), Race Car
Vehicle Dynamics, SAE Inc, USA.
[7] Võ Văn Hường (2004), Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao
động ô tô tải nhiều cầu, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà

IFF Report． 33( 1) : 165-198．
[18] Le Van Quynh, Jianrun Zhang, Xiaobo Liu and Wang yuan (2011),
Nonlinear dynamics model and analysis of interaction between
vehicle and road surfaces for 5-axle heavy truck, Journal of Southeast
University (Natural Science Edition), Vol 27(4):452-457.
[17]. Nguyễn Doãn Ý (2003), Giáo trình Quy hoạch thực nghiệm, NXB
Khoa học và Kỹ thuật.
[18]. Nguyễn Tiến Thọ, Nguyễn Thị Xuân Bẩy, Nguyễn Thị Cẩm Tú
(2001), Kỹ thuật đo lường kiểm tra trong chế tạo cơ khí, NXB Giáo
dục.

24