ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
------------------------------

NGUYỄN KIỀU HƯNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ
KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG
CỦA XE ĐUA FSAE
Chuyên ngành
Mã số

: Kỹ thuật Cơ khí động lực
: 8520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI NGUYÊN - 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-----------------------------

NGUYỄN KIỀU HƯNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ
KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG
CỦA XE ĐUA FSAE

Chuyên ngành

tham khảo là một số đề tài nghiên cứu, một số tiêu chuẩn ISO, tiêu chuẩn Việt
Nam và kế thừa một số kết quả nghiên cứu của các đề tài đã được ứng dụng
để làm cơ sở cho luận văn.
Tôi cam đoan các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực, chưa
từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày

tháng năm 2018

Tác giả

Nguyễn Kiều Hưng


ii

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập, nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sỹ, tôi đã
nhận được sự truyền đạt, trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý thầy
cô trong Nhà trường, Khoa Kỹ thuật Ô tô & Máy động lực Trường Đại học
Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên và các đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn 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 tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân và
tập thể cán bộ giáo viên Khoa Kỹ thuật Ô tô & Máy động lực đã hướng dẫn
cho tôi hoàn thành luận văn.
Trong quá trình thực hiện, mặc dù đã có nhiều cố gắng song do kiến thức
và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên luận văn còn nhiều thiếu sót, rất
mong được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

xii

PHẦN MỞ ĐẦU

1

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1

2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

1

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2

4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU

2

5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU



1.4. Các tiêu chuẩn đánh giá sự êm dịu chuyển động của ô tô

13

1.4.1. Tần số dao động

14

1.4.2. Gia tốc và vận tốc dao động

14

1.4.3. Công suất dao động

15

1.4.4. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động

16

1.4.5. Chỉ tiêu đánh giá tải trọng động bánh xe

17


iv

1.4.6. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với môi trường



2.1.1. Phương pháp thực nghiệm

21

2.1.2. Phương pháp mô phỏng nghiên cứu dao động ô tô

25

2.2. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG NGHIÊN

32

CỨU DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN
2.2.1. Mô hình dao động ¼ xe

33

2.2.2. Mô phỏng dao động của hệ thống khi sử dụng phần mềm

34

Matlab/Simulink
2.2.3. Mô phỏng bằng phần mềm Adams

35

2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

41

3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống

51

treo đến dao động của xe đua sinh viên FSAE
3.4. Kết luận chương 3

62

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

63

TÀI LIỆU THAM KHẢO

64

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

67

PHỤ LỤC

68


vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN
TÊN BẢNG BIỂU


đổi C
Bảng 3.4. Gia tốc theo phương thẳng đứng khi V = 90 km/h;
thay đổi K và C

58


vii

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
TÊN HÌNH VẼ

TRANG

Hình 1.1. Phần tử dẫn hướng của hệ thống treo

6

Hình 1.2. Cấu tạo một bên của hệ thống treo của xe đua FSAE

7

Hình 1.3. Cấu tạo của đòn ngang dạng chữ A

7

Hình 1.4. Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau

8

10

Hình 1.11. Sơ đồ liên hệ của hệ thống Người - Xe - Đường

13

Hình 2.1. Bệ thử dao động ô tô loại băng chuyển động

22

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý bệ thử dao động ô tô kiểu thủy lực

23

điện từ
Hình 2.3. Các đường cong dao động của ô tô được ghi trên bệ

23

thử
Hình 2.4. Thí nghiệm xác định độ lắc ngang của ô tô

24


viii

Hình 2.5. Sơ đồ các phương pháp mô phỏng

26


Hình 2.13. Lực tác dụng lên khối lượng được treo và không được

34

treo
Hình 2.14. Cấu trúc Simulink nghiên cứu dao động mô hình ¼ xe

35

Hình 2.15. Mô hình ¼ hệ thống treo theo Adams

37

Hình 2.16. Màn hình mô phỏng và in kết quả trong Adams

38

Hình 2.17. Gia tốc theo phương thẳng đứng của khối lượng được

39

treo
Hình 2.18. Gia tốc theo phương Z của khối lượng không được

40

treo
Hình 3.1. Mô hình hệ thống treo trước



45

Hình 3.9. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo
phương Z khi K = 200000 N/m

47

Hình 3.10. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo

47

phương Z khi K = 150000 N/m
Hình 3.11. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo

48

phương Z khi K = 100000 N/m
Hình 3.12. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo

48

phương Z khi K = 50000 N/m
Hình 3.13. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo

49

phương Z khi K = 25000 N/m
Hình 3.14. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo



53

Hình 3.21. Gia tốc theo phương Z khi Ct = Cc; Kt = 2Kc

53

Hình 3.22. Gia tốc khung xe theo phương Z khi thay đổi K và giữ

54

nguyên C
Hình 3.23. Gia tốc theo phương Z khi Kt = Kc; Ct = 02,5Cc

55

Hình 3.24. Gia tốc theo phương Z khi Kt = Kc; Ct = 0,5Cc

55

Hình 3.25. Gia tốc theo phương Z khi Kt = Kc; Ct = 1,5Cc

55

Hình 3.26. Gia tốc theo phương Z khi Kt = Kc; Ct = 2Cc

56

Hình 3.27. Gia tốc khung xe theo phương Z khi thay đổi C và giữ


61

Hình 3.34. Vùng gia tốc khung xe theo phương Z khi thay đổi K

62


xi

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

Thông số

TT

Ký

Đơn

hiệu

vị

1

Khối lượng được treo

M

kg


N.s/m

6

Hệ số cản của giảm chấn lốp

C2

N.s/m

7

Lực tác dụng từ bộ phận đàn hồi hệ thống treo

KK1

N

8

Lực tác dụng từ bộ phận đàn hồi lốp

KK2

N

KC1

N

đứng


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Xe đua sinh viên (Formula Student) hay còn gọi là Formula SAE là
cuộc thi được tổ chức bởi hiệp hội kỹ sư ô tô SAE (Society of Automotive
Engineers) dành cho sinh viên các trường Đại học và Cao đẳng chuyên ngành
kỹ thuật trên toàn thế giới, được bắt đầu vào năm 1981. Tuy nhiên, ở Việt
Nam đây vẫn được coi là sân chơi hoàn toàn mới mẻ. Mặc dù vậy, cũng đã có
một số trường nghiên cứu và chế tạo thành công như Đại học Kỹ Thuật Công
Nghiệp – Đại học Thái Nguyên cho ra đời chiếc xe đua sinh viên thế hệ thứ
nhất. Năm 2014, nhóm sinh viên Đại học Bách Khoa Hà Nội cũng cho ra đời
chiếc xe đua sinh viên và đã mang sang Nhật thi đấu. Đó là niềm tự hào của
không chỉ sinh viên mà còn của tất cả những ai theo ngành cơ khí động lực ở
Việt Nam.
Vì lý do đó, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các
thông số kết cấu hệ thống treo đến dao động của xe đua FSAE” làm luận
văn thạc sĩ dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân. Trong
luận văn này, tác giả sử dụng mô hình xe đua sinh viên của trường Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên và một số công trình nghiên
cứu trước đó để làm tư liệu. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng các
thông số kết cấu đến độ êm dịu chuyển động của xe đua sinh viên, từ đó chọn
ra những thông số tối ưu cho hệ thống. Luận văn dựa trên tiêu chuẩn về gia
tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động (theo tiêu chuẩn ISO
2631-1 (1997-E)). Kết quả của luận văn đã đưa ra được bộ thông số thiết kế
tối ưu cho hệ thống treo xe FSAE nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của
xe.

thể là một tài liệu tham khảo cho việc tính toán, thiết kế chế tạo hệ thống treo
trên các ô tô khác nhau. Nếu được áp dụng trong thực tế nó sẽ góp phần giảm
chi phí, tiết kiệm thời gian và giảm giá thành sản phẩm do giảm được thời


3

gian nghiên cứu thực nghiệm. Do vậy, đề tài có ý nghĩa thực tiễn lớn nhất là
trong sự phát triển của xe đua sinh viên FSAE.
5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Luận văn nghiên cứu các nội dung sau:
Chương I. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG
TREO XE ĐUA SINH VIÊN
+ Giới thiệu về xe F-SAE (Formula Student);
+ Giới thiệu về hệ thống treo xe đua sinh viên;
+ Tổng quan về các nghiên cứu;
+ Các tiêu chuẩn đánh giá;
+ Kết luận chương1.
Chương II. PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG TRONG NGHIÊN CỨU
DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN
+ Vấn đề mô phỏng trong kỹ thuật;
+ Các phương pháp mô phỏng;
+ Mô phỏng dao động của xe đua sinh viên bằng phương pháp xây
dựng hệ phương trình;
+ Mô phỏng dao động của xe đua sinh viên bằng phương pháp mô tả
vật và liên kết;
+ Phân tích lựa chọn phương phương pháp mô phỏng dao động xe đua
FSAE.
Chương III. NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN VỚI
SỰ TRỢ GIÚP CỦA PHẦN MỀM ADAM

- Mỗi chiếc xe đua sinh viên được tùy chọn sử dụng hệ thống treo.
Nhưng để đảm bảo tối ưu về độ êm dịu và ổn định hướng chuyển động, các
đội đua thường sử dụng hệ thống treo độc lập Mac Pherson hoặc hệ thống treo
xương đòn kép (Double – Wishbone Suspension);


5

- Xe phải được trang bị hệ thống treo đầy đủ với giảm chấn trước và
sau, bánh xe dịch chuyển một khoảng ít nhất là 50,8 mm với 25,4 mm khi nén
và 25,4 mm khi trả;
- Kích thước lốp không nhỏ hơn 203,2 mm;
- Xe sử dụng lốp khô, nếu lốp ướt thì talong lốp (hoa lốp) phải lớn hơn
2,4 mm.
+ Hệ thống lái:
- Phải tác dụng lên ít nhất hai bánh xe;
- Cho phép hành trình tự do là 7 độ;
- Phải là hệ thống lái cơ khí với bánh trước dẫn động.
+ Hệ thống phanh:
- Xe phải được trang bị hệ thống phanh tác động lên bốn bánh xe thông
qua một sự tác động điều khiển;
- Hệ thống phanh phải có hai đường dầu độc lập;
- Đèn phanh tối thiểu là 15 W.
+ Hệ thống truyền lực:
- Có thể dùng xích, đai hay một vài loại khác.
+ Hệ thống khí xả:
- Phải được trang bị giảm âm.
+ Về độ an toàn:
Các quy tắc hay bộ luật do ban tổ chức đưa ra đều nhằm mục đích an
toàn cho các tay đua. Trên một chiếc xe đua kiểu này bắt buộc phải có bộ


Hình 1.2. Cấu tạo một bên của hệ thống treo của xe đua FSAE [24]
Các đòn chữ A được cấu tạo tương đơn đối đơn giản, gồm hai ống thép
hợp kim hàn lại với nhau tạo ra một góc khoảng 450, đầu trong liên kết với
khung hay vỏ xe bằng khớp trụ còn các đầu ngoài liên kết bằng khớp cầu
với đòn đứng.

Hình 1.3. Cấu tạo của đòn ngang dạng chữ A [25]
1.2.2. Một số sơ đồ hệ thống treo thực tế
Có rất nhiều cách bố trí hệ thống treo trên xe đua sinh viên tùy thuộc
vào cách đặt bộ phận giảm chấn. Sau đây tác giả sẽ giới thiệu một số hệ
thống treo được ưa chuộng cho một chiếc xe FSAE [6,11,24,25].


8

Hình 1.4. Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau ngang theo xe

Hình 1.5. Hai giảm chấn trước song song khung hai bên xe, hai giảm chấn
sau dọc theo xe

Hình 1.6. Một giảm chấn trước ngang xe, một giảm chấn sau dọc xe


9

Hình 1.7. Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau đặt thằng đứng

Hình 1.8. Hai giảm chấn trước hợp thành hình chữ V, hai giảm chấn sau dọc
theo xe

sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng hệ thống treo và chỉ tiêu về gia tốc
bình phương trung bình theo thời gian để đánh giá độ êm dịu chuyển động
của xe. Qua đó, tác giả đã lựa chọn được bộ thông số kết cấu tối ưu cho hệ
thống treo xe đua sinh viên FSAE.
- Nghiên cứu dao động ô tô bằng phần mềm Adams, Vũ Khắc Trai,
2011 [5]. Luận văn Thạc sỹ, Trường Học viện Kỹ thuật Quân sự. Trong công
trình này, tác giả nghiên cứu dao động của ô tô bằng phương pháp hệ nhiều
vật và mô hình hóa hệ dao động số. Đồng thời tác giả có giới thiệu sơ lược về
phần mềm Adam car và dùng mô hình hệ thống treo có sẵn trong thư viện để
khảo sát dao động của ô tô.
- Thiết kế, chế tạo xe đua sinh viên thuộc nhóm sinh viên đại học Bách
Khoa Hà nội. Nhóm tác giả đã cho ra đời một chiếc xe đua hoàn chỉnh và đã
mang sang Nhật thi đấu năm 2014 với mã số 86. Đây là chiếc xe đua sinh
viên đầu tiên của Việt Nam tham gia thi đấu trên trường quốc tế.
1.3.4. Trên thế giới
Xe đua sinh viên là lĩnh vực được các nhà nghiên cứu ô tô trên thế giới
rất quan tâm. Hàng năm, có những cuộc thi được tổ chức để tạo điều kiện cho
sinh viên trên toàn thế giới tham gia thi tài. Từ đó, những chiếc xe mang
thương hiệu sinh viên được ra đời. Dưới đây là một số nghiên cứu về dao
động xe đua sinh viên trên thế giới:
- Race Car Vehicle Dynamics [16], Milliken; William F. & Milliken;
Douglas L. (1995), SAE Inc, USA. Cuốn sách này đặt ra những quy định kỹ
của chiếc xe đua nói chung và các nội quy để các đội tham gia cuộc thi tuân
theo.
- Dynamik der Fahrzeuge [14], Mitschke. (1970). Cuốn sách đó gồm
200 trích dẫn; riêng quyển B viết về dao động ôtô. Trong đó hầu hết ông đề
cập đến các mô hình dao động của ô tô du lịch.


12


thanh kéo

Iguana Evo4 (2012)

Hai càng A và

Hai càng A và

Iguana Generation 6

thanh đẩy

thanh kéo

Hai càng A và

Hai càng A và

thanh đẩy

thanh kéo

FSM5 (2012)
Iguana Evo (2009)
ĐỘI MAMI

(2013)
ĐỘI Bauman
Racing