BỘ GIÁO
ĐÀO TẠO
LỜIDỤC
CAMVÀ
ĐOAN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
T i xin

m o n

------------------------------yl

ng tr nh nghi n ứu kho họ

ph p, số liệu, kết quả n u trong luận n n y l trung thự v
trong

h

ủ t i
từng

ph
ợ

ng

ng bố

ng tr nh n o kh !


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1 PGS TS VÕ VĂN HƯỜNG
2. PGS.TS NGUYỄN PHÚ HÙNG

Hà Nội – 2018
ii


i

LỜI CAM ĐOAN

T i xin cam o n y l
ng tr nh nghi n cứu khoa học của ri ng t i d ới sự
h ớng dẫn củ PGS TS Võ Văn H ờng v PGS TS Nguyễn Phú Hùng
kết quả
nghi n ứu ợ tr nh b y trong luận n l trung thự , kh h qu n v h từng ợc
t giả kh
ng bố.
T i xin m o n rằng mọi sự giúp ỡ cho việc thực hiện luận n ã
th ng tin trí h dẫn trong luận n ều ợc chỉ rõ nguồn gốc.

ợc cảm n,

T i xin hịu tr h nhiệm về nghi n ứu củ m nh
Hà Nội, ngày tháng

năm 2018

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1


hu

o về mặt huy n m n ể t i ó thể thực hiện v

ho n th nh luận n
T i xin ảm n

Thầy,

Bộ m n Ô t v Xe huy n dụng - Tr ờng Đại họ B h

kho H Nội ã giúp ỡ v d nh ho t i những iều kiện hết sức thuận lợi ể ho n th nh
luận n n y
T i xin ảm n B n Gi m hiệu v Kho

Khí Động lự Tr ờng Đại Họ S Phạm

Kỹ Thuật Vĩnh Long ã tạo iều kiện ể luận n
Nghi n ứu sinh xin b y tỏ lòng biết n ến
góp

ý kiến quý b u ể luận n

ợ ho n th nh
huy n gi ng nh Động lự

ã óng

ợ ho n thiện.

ồ thị ............................................................................................. x

Danh mục bảng biểu .............................................................................................................. xiv
Tính ấp thiết củ
Mụ

ề t i........................................................................................................... 1

í h ủa luận n ............................................................................................................... 1

Đối t ợng nghi n ứu .............................................................................................................. 1
Ph

ng ph p nghi n ứu ......................................................................................................... 2

Phạm vi nghi n ứu ................................................................................................................. 2
kết quả ã ạt

ợc của Luận n ...................................................................................... 2

Ý nghĩ kho họ v thực tiễn ................................................................................................. 3
Điểm mới của luận n .............................................................................................................. 3
Cấu trú
h

ủa luận n ................................................................................................................ 4

ng 1 ................................................................................................................................. 5

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN ỨU TẢI TRỌNG Ô TÔ ........................................................ 5


ộ ho o n xe SMRM.................................................................... 25

2.4 Lự v m men t

dụng l n o n xe SMRM ............................................................... 30


iv
2.5 Ph

ng tr nh ộng lực họ

o n xe SMRM ................................................................. 33

2 5 1 Ph

ng tr nh d o ộng khối l ợng

ợ treo xe ầu kéo ...................................... 33

2 5 2 Ph

ng tr nh d o ộng khối l ợng

ợc treo SMRM ........................................... 36

2 5 5 Ph

ng tr nh chuyển ộng qu y


ịnh vận tố t

3 1 3 Điều kiện ầu củ

ờng .......................................................................................... 55
ng
tọ

ng ............................................................................... 57
ộ suy rộng ................................................................... 58

3 1 4 Th ng số cấu trú ................................................................................................... 58
3 1 5 Th ng số

nh gi .................................................................................................. 63

3.2 Nội dung khảo s t ......................................................................................................... 64
3 3 Kết quả khảo s t ............................................................................................................ 65
3 3 1 Ph

ng ph p x

ịnh gi trị cự

3.3.2 Kết quả khảo s t với 04 loại
3.3 Kết luận h
Ch

ại củ

v
4 6 So s nh kết quả ............................................................................................................ 95
4 7 Tính s i số theo Pearson ............................................................................................. 100
48 X

ịnh tải trọng gi n tiếp......................................................................................... 101

4.9 Kết luận h

ng 4 ........................................................................................................ 105

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................... 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................................... 108
D NH MỤ

Á

ÔNG TR NH Đ

ÔNG BỐ Ủ LUẬN ÁN ................................. 114

Phụ lục 1 .................................................................................................................................. 1
Phụ lục 2 ................................................................................................................................. 13
Phụ lục 3 ................................................................................................................................. 30


vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU V
Ký hiệu


ộ vật, hệ tọ

ộ on

Chỉ số b nh xe thứ i (cầu) v tr i (j=1) / phải (j=2)

ij
i=1(1)5

ầu

Chỉ số

j=1

Chỉ số b nh xe b n tr i

j=2

Chỉ số b nh xe b n phải

l1

m

Khoảng

h từ trọng t m xe kéo ến cầu 1


h từ trọng t m r moó

ến cầu 4

l5

m

Khoảng

h từ trọng t m r moó

ến cầu 5

hC1

m

Chiều cao từ mặt

ờng ến trọng t m xe kéo

hC2

m

Chiều cao từ mặt

ờng ến trọng t m r moó


2wi

m

Khoảng

c

m

Chiều d i th nh

lk1

m

Khoảng

h trọng t m xe kéo ến khớp y n ngựa

lk2

m

Khoảng

h trọng t m r moó

rdij



ợ treo xe kéo

mC2

kg

Khối l ợng

ợ treo b n moó

mAi

kg

Khối l ợng kh ng

β Ai

Deg/rad

C1, C1, C1

deg, deg/s,

C2 , C2 , C2

deg, deg/s,

C1,C1,C1

m/s2

ợc treo cầu i (i= 1(1)5)

Gó lắc ngang của cầu thứ i (i= 1(1)5)
Gó , vận tố gó v gi tố gó lắc ngang củ xe kéo
Gó , vận tố gó v gi tố gó lắc ngang củ xe r moó
Gó , vận tố gó v gi tố gó lắc dọc củ xe kéo
Gó , vận tố gó v gi tố gó lắc dọc củ xe r moó
Gó , vận tố gó v gi tố gó b nh xe thứ ij (i=1(1)5,

ợc treo cầu i (i = 1(1)5)
Chuyển vị, vận tốc, gia tốc trọng t m khối l ợng b nh xe
thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)


viii

zij , zij

m, m/s

ij , ij

m, m/s

x C1,x C1 ,x C1
x C2 ,x C2 ,x C2

zC1,z C1 ,zC1

moó
Chuyển vị, vận tốc, gia tố ph
l ợng

ợ treo xe kéo

Chuyển vị, vận tốc, gia tố ph
l ợng

ng thẳng ứng của khối
ng thẳng ứng của khối

ợ treo r moó

Độ võng ộng (h nh tr nh trả) của hệ thống treo (i=1(1)5,

f dijt

m

f dijn

m

Cij

N/m

Kij


JAxi

kgm2

JAyij

kgm2

MAij

Nm

M men hủ ộng b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

MBij

Nm

M men ph nh b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

Mij

Nm

j=1(1)2)
Độ võng ộng (h nh tr nh nén) ủa hệ thống treo (i=1(1)5,
j=1(1)2)
Độ cứng hệ thống treo (i=1(1)5, j=1(1)2)
Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo ij (i=1(1)5, j=1(1)2)


Fzij

N

Phản lự b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

FGij

N

Tải trọng tĩnh ứng với b nh xe thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

FCij

N

Lự

FKij

N

Lực cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij (i=1(1)5, j=1(1)2)

FCLij

N

Lự


ng qu n


x

DANH MỤC HÌNH VẼ V

ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Tác động tương hỗ lốp-đường ................................................................................ 5
Hình 1.2 Tương tác lốp-đường .............................................................................................. 6
Hình 1.3 Các dạng đoàn xe trên thế giới .............................................................................. 9
Hình 1.4 Đo phản lực lực tiếp ............................................................................................. 12
Hình 1.5 Đo chuyển vị hướng kính của lốp ......................................................................... 13
Hình 1.6 Đo phản lực lốp-đường ........................................................................................ 14
Hình 2.1 Hệ tọa độ của ĐXSMRM ...................................................................................... 27
Hình 2.2 Hệ tọa độ của đoàn xe trong mặt phẳng dọc OXZ ............................................... 28
Hình 2.3 Hệ tọa độ mặt ngang cầu trước ............................................................................ 29
Hình 2.4 Hệ tọa độ mặt ngang cầu sau xe kéo .................................................................... 29
Hình 2.5 Hệ tọa độ mặt ngang cầu SMRM.......................................................................... 30
Hình 2.6 Sơ đồ lực và mômen ngoại lực và liên kết của ĐXSMRM .................................... 31
Hình 2.7 Sơ đồ lực và mômen của đoàn xe trong mặt phẳng dọc ....................................... 32
Hình 2.8 Sơ đồ lực và mômen của xe đầu kéo trong mặt phẳng dọc .................................. 34
Hình 2.9 Động lực học ngang cầu 1 .................................................................................... 35
Hình 2.10 Động lực học ngang cầu giữa ............................................................................ 35
Hình 2.11 Sơ đồ lực và mômen của SMRM trong mặt phẳng dọc ...................................... 36
Hình 2.12 Động lực học ngang cầu sau SMRM .................................................................. 37
Hình 2.13 Bánh xe chủ động MAij>0 ................................................................................... 39
Hình 2.14 Bánh xe chủ động MBij
Hình 3.12 Giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(kd21)) bánh 21 phụ thuộc vào vận
tốc và các loại đường .......................................................................................................... 68
Hình 3.13 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(kd21)) bánh 21
phụ thuộc vào vận tốc và loại đường AB............................................................................. 69
Hình 3.14 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(kd21)) bánh 21
phụ thuộc vào vận tốc và loại đường BC ............................................................................ 69
Hình 3.15 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(kd21)) bánh 21
phụ thuộc vào vận tốc và loại đường CD ............................................................................ 69
Hình 3.16 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(kd21)) bánh 21
phụ thuộc vào vận tốc và loại đường DE ............................................................................ 69
Hình 3.17 Giá trị bình phương trung bình của hệ số tải trọng động (RMS(kd21)) bánh 21
phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường ............................................................................ 69
Hình 3.18 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc
với loại đường AB ................................................................................................................ 70
Hình 3.19 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc
với loại đường BC ............................................................................................................... 70
Hình 3.20 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc
với loại đường CD ............................................................................................................... 70


xii
Hình 3.21 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(Fz21)) phụ thuộc vào vận tốc
với loại đường DE ............................................................................................................... 70
Hình 3.22 Giá trị cực đại của tải trọng động bánh 21 (max(Fz21(N))) phụ thuộc vào vận tốc
và các loại đường ................................................................................................................ 71
Hình 3.23 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(Fz21)) phụ
thuộc vào vận tốc với loại đường AB .................................................................................. 72
Hình 3.24 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(Fz21)) phụ
thuộc vào vận tốc với loại đường BC .................................................................................. 72
Hình 3.25 Giá trị bình phương trung bình của tải trọng động bánh 21 (RMS(Fz21)) phụ

Hình 4.3a Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo và các cảm biến tương ứng ................................... 87
Hình 4.3b Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo và các cảm biến tương ứng ................................... 87
Hình 4.4 Hình dạng và sơ đồ chân của cảm biến MMA7361L ........................................... 88
Hình 4.5 Cảm biến siêu âm US-015 .................................................................................... 89
Hình 4.6 Cảm biến đo vận tốc góc encoder ........................................................................ 89
Hình 4.7 Mạch chuyển đổi tín hiệu Arduino UNO R3 ........................................................ 90
Hình 4.8 Bộ xử lý tín hiệu & kết nối máy tính NI USB-6210 .............................................. 92
Hình 4.9 Gá cảm biến đo góc quay bánh xe........................................................................ 93
Hình 4.10 Mấp mô khảo sát ................................................................................................ 97
Hình 4.11 Chuyển vị tương đối hệ thống treo khi v= 6 km/h .............................................. 98
Hình 4.12 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo khi v= 6 km/h ............................................ 98
Hình 4.13 Gia tốc khối lượng được treo khi v=6km/h ....................................................... 98
Hình 4.14 Gia tốc khối lượng không được treo khi v=6km/h............................................. 98
Hình 4.15 Chuyển vị tương đối hệ thống treo khi v=12 km/h, mấp mô h=0.05 m .............. 99
Hình 4.16 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo khi v=12 km/h, mấp mô h=0.05 m ............. 99
Hình 4.17 Gia tốc khối lượng không được treo cầu trước khi v=12km/h, mấp mô
h=0.05m............................................................................................................................... 99
Hình 4.18 Gia tốc khối lượng được treo khi v=12km/h, mấp mô h=0.05 m ....................... 99
Hình 4.19 Chuyển vị tương đối hệ thống treo khi v=16 km/h, mấp mô h=0.05 m ............ 100
Hình 4.20 Chuyển vị điểm dưới hệ thống treo khi v=16 km/h, mấp mô h=0.05 m ........... 100
Hình 4.21 Gia tốc khối lượng được treo trước khi v=16 km/h, mấp mô h=0.05 m ......... 100
Hình 4.22 Gia tốc khối lượng không được treo cầu trước khi v=16 km/h, mấp mô
h=0.05m............................................................................................................................. 100
Hình 4.23 Tải trọng bánh xe 12 giữa mô phỏng và tính theo công thức 4.2 ..................... 103
Hình 4.24 Sơ đồ cấu trúc mô phỏng trong thí nghiệm ...................................................... 104


xiv

DANH MỤC BẢNG BIỂU


ờng

sớm h n so với dự b o ủ thiết kế; ã ó nhiều nghi n ứu, tr o ổi họ thuật xung qu nh
vấn ề vật liệu, hất l ợng thi
t nh trạng xe qu tải nhằm t m r
ầu ã thu
Khi

t

ng, ph

ng ph p thiết kế, iều tr tải trọng, l u l ợng xe,

nguy n nh n v

ềr

giải ph p khắ phụ , b ớ

ợ những kết quả nhất ịnh
hạy tr n ầu/

v dọ l m ầu

ờng, g y ho nó

lực thẳng ứng ũng nh


ờng tỉnh lộ v

ờng khu

o n xe s -mi r moó (ĐXSMRM) ũng l u h nh ng y

ịnh tải trọng ộng củ ĐXSMRM một nhu cầu cần thiết hiện nay

ở Việt Nam.

Mục đích của luận án
Mụ
r moó
kh

í h ủa luận n l nghi n ứu thiết lập m h nh ộng lực họ

hạy tr n

loại

ờng với vận tố kh

nh u theo ti u huẩn ISO 8608:1995 ể x

khảo thiết kế

nh u kh

o n xe s -mi

ợ m tả to n họ bởi hệ ph

khối l ợng

ng tr nh Newton-Euler, ó thể x

ợ gọi l
ịnh nội

b i to n tối u
(ii)

lự li n kết (nội lự ) nh li n kết giữ

ầu xe với khung xe qu hệ

thống treo, li n kết giữ xe kéo v s -mi r moó qu khớp y n ngự , li n kết giữ b nh xe
với

ờng l

lự /m men li n kết phi tuyến, ho phép n ng

o ộ hính x

v dễ

th y ổi th m số m h nh khi khảo s t
- Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm tr n hiện tr ờng ể kiểm hứng m
h nh lý thuyết v x


t

th ng số li n qu n ến tải trọng ể ng nh
ờng.

Các kết quả đã đạt đƣợc của Luận án
(i)

Đã x y dựng m h nh ộng lực họ ph
chuyển ộng nhằm x
M h nh n y ó thể
on ho

ng thẳng ứng o n xe SMRM trong

ịnh tải trọng (Model of Semitrailer-tractor in moving).
ợc sử dụng khảo s t d o ộng o n xe v l m m h nh

nghi n ứu cầu/

ờng, nghi n ứu hệ thống treo tr n xe thực;


3

(ii) Đã khảo s t x

ịnh tải trọng ộng củ



ộng ĐXSMRM l

ờng. Hệ thống

nghi n ứu thiết kế

Luận n ũng
kế

r

ờng

ó dãy vận

ịnh tải trọng ộng l m

ờng ó ý nghĩ kho họ v thực tiễn.

ợ một số khuyến

ờng trong gi i oạn hiện n y khi

dãy vận tố kh

ợ ph n ịnh theo cấp ộ v

nh u Việc thiết lập một m h nh x



ợ m h nh ộng lực họ d o ộng di ộng phù hợp ho nghi n

cứu tải trọng ộng: m h nh m tả ở trạng th i
kiện ầu; ã m tả

ợc hệ thống treo ó th nh

học ĐXSMRM ho thí nghiệm tr n
(ii) Luận n ã x

ịnh

ờng khi h
ợ

n bằng tĩnh n n dễ d ng x

ịnh iều

n bằng dọc. Đã ề xuất m h nh ộng lực
biết mấp m mặt

ờng.

gi trị hệ số tải trọng ho từng loại

nhi n theo ti u huẩn ISO 8608:1995 ể góp phần th m khảo khi thiết kế

ờng


ng 2: X y dựng m h nh x

h

ng 3: Ứng dụng m h nh ộng lực họ ĐXSMRM x

ịnh tải trọng o n xe s -mi r moó

ờng
h

ng 4: Nghi n ứu thực nghiệm

ịnh tải trọng xuống


5

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU TẢI TRỌNG Ô TÔ
1.1 Tổng quan về tải trọng đoàn xe sơ-mi rơ moóc
Tải trọng
t

t

ợ xem l phản lực giữa lốp v

huyển ộng,

hi tiết cho xe [58]. Sau

ng tăng, xe hạy tới hạn b m, phản lực lốp-

ợ nghi n ứu nhằm bảo ảm lực khả năng truyền kh ng giảm do tải trọng giảm,

nhất l khi ph nh Khi
khiển. Phản lực lốp-

t

ợ

iều khiển, phản lực lốp-

ờng

ờng òn l một th ng số iều

ờng ũng l một th ng số khi tối u hệ thống treo cổ iển v l

th ng số iều khiển hệ treo b n tí h ự v tí h ự Khi
cầu/

ụm v

t rất sớm với mụ ti u

lực thẳng ứng ũng nh


ờng xuống cấp. Giữ

xe v

ầu

Inter tion)

ợ

huy n gi

ầu

h nh on l “ ộng lực họ

t ” (ph

ng nh

t

t , ộng lực họ

ờng:

lực dọ v ng ng,

ờng trong hệ “xe-



ho n hỉnh l do tính

ờng ó nhiều tầng kh ng ồng nhất, kí h th ớ v

b y mối quan hệ t

ng t

lốp

ờng trong hệ “ng ời-xe-

dạng cấu trú

ịnh [19]. H nh 1 2 tr nh

ờng”.

Hình 1.2 Tương tác lốp-đường

Khi vận h nh, l i xe iều khiển xe bởi 3 th o t

l g , ph nh, qu y v lăng; th ng

số thể hiện l gi tốc dọc, gia tố ng ng v thẳng ứng (ax, ay, az)

ùng với trọng l ợng



19 Khi

ng thẳng ứng, th ng qu hệ thống

h ầu m tải t

ờng kh ng ó

ộng l n ầu/

hội hồi phục, nhất l

ờng ó thể

ợc

ờng ó o mềm [6, 15,

ờng chịu tải, nó bị lún, ó thể nứt, vết nứt ó thể bị ngậm n ớ , qu tr nh ó lặp

i lặp lại, l m

ờng xuống cấp, tạo r

mấp m lớn [3], quay trở lại l m b nh xe d o

ộng nhiều h n, tải trọng ộng gia tăng [58]. Một yếu tố nữ l khi huyển ộng, nhất l
ại sẽ l m mòn

khi phanh, lực phanh cự


ợ nghi n ứu kh ổn, òn qu n hệ xe-

M h nh ấu trú về

ợc với m h nh ộng lực họ

ịnh quan hệ nội h m lốp-

khăn Ng ời ta sử dụng hệ số p lự
xuống

ờng v xe:

ờng

ờng. Hệ số p lự

ờng

ủ nó
ng tr nh

t l m h nh hệ nhiều

ờng (Road-Vehicle-Interaction) rất khó

ờng nh một tham số ảnh h ởng của tải trọng
ợc Eisenmann (trong [22 )


ờng: chiều cao mấp m v vận tốc xe (tần số kí h ộng);

ờng h

biến dạng

yếu tố sau:

ợ

lự qu n tính ph

hú ý;

ng dọ , ph

tố v qu y v lăng Khối l ợng

ng ng ng ủ

o n xe khi ph nh, tăng

ợc treo SMRM tỳ l n khối l ợng

treo xe kéo qu khớp y n ngựa. Lự li n kết, m men li n kết giữ
li n kết “ ộng lực họ ” Li n kết giữa khối l ợng

ợc

húng l


nhận diện tr n, t thấy rằng cần ó một

ộng l n ầu/

ờng theo

hu kỳ kh

nh u (vận

yếu tố ảnh h ởng ến tải trọng của xe ó tính hu kỳ v

o n xe SMRM

ng huyển ộng tr n ầu/

ờng với vận tốc

nh u
Nghi n ứu ảnh h ởng tải trọng ảnh h ởng ến cầu

xe ũng th y ổi theo chủng loại xe, ta phải x
ợ tính theo một số

ng thứ kh

ịnh tải t

ờng: Trong thực tế tải


Hình 1.3 Các dạng đoàn xe trên thế giới

1.2 Tình hình nghiên cứu tải trọng động
1.2.1 Tình hình nghiên cứu tải trọng ĐXSMRM trên thế giới
(a) Nghiên cứu lý thuyết
Trong những năm gần

y thế giới ã ó nhiều

t , ặc biệt l ĐXSMRM Sự ph hủy

ng bố về nghi n ứu tải trọng ộng

ờng chịu 2 yếu tố l tải trọng tĩnh v tải trọng

ộng. Tải trọng tĩnh l th ng số quy ịnh (tải trọng trục) dùng l m
ờng. Khi thiết kế

sở cho thiết kế

ờng ng ời ta chọn tải trọng tĩnh, th ờng l 40kN 19], hệ số tải

trọng ộng l 1 3 47].
Hệ số tải trọng ộng phụ thuộc kết cấu xe gồm ộ cứng treo,
lốp, p suất lốp; ảnh h ởng từ phí

ờng l mấp m

ờng (loại