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

DƯƠNG ĐỨC MINH

MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO
CAO SU CỦA Ô TÔ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN
KHẢ NĂNG THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Thái Nguyên – 2018


ii
LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên:

Dương Đức Minh

Học viên: Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệpĐại học Thái Nguyên.
Nơi công tác: Công ty cổ phần đăng kiểm xe cơ giới giao thông Lào
Cai - 2401D
Tên đề tài luận văn thạc sĩ: Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ
thống treo cao su của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt
đường.
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Mã số: 60520116

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


4

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. iii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ................................................
vii

LỜI

NÓI

ĐẦU

.................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1....................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU..................................................... 3

CAO SU .......................................................................................................... 47
3.1. Mô phỏng ............................................................................................... 47
3.1.1. Mô phỏng dao động của ô tô............................................................. 47
3.1.2 Chọn thông số xe mô phỏng .............................................................. 48
3.1.3 Mô phỏng ........................................................................................... 50
3.2. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su ................................................. 53
3.2.1. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su khi xe chuyển động trên các
mặt đường khác nhau ...................................................................................... 53
3.2.2. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với vận tốc chuyển động thay
đổi .................................................................................................................... 54
3.2.3. Đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su với tải trọng thay đổi thay đổi
......................................................................................................................... 56
3.3. Kết luận ................................................................................................ 57
KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ ......................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 60
PHỤ LỤC 1 ..................................................................................................... 64
CHƯƠNG TRÌNH MIÊU TẢ MẤP MÔ MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ THEO
TIÊU CHUẨN ISO 8068 ................................................................................ 64
PHỤ LỤC 2 ..................................................................................................... 66
KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB ................ 66
PHỤC LỤC 3 .................................................................................................. 72
BÀI BÁO QUỐC GIA .................................................................................... 72


6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15]
......................................................................................................................... 45
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe tải 3 cầu[38,39]................................ 48



8

Hình 2-15. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 2) ........................................................................................... 43
Hình 2-16. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2) ...................................................................... 43
Hình 2-17. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường
có chất lượng rất tốt) ....................................................................................... 45
Hình 2-18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường
có chất lượng trung bình) ................................................................................ 46
Hình 2-19. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường
có chất lượng rất xấu)...................................................................................... 46
Hình 3-1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04... 48
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 ..
51
Hình 3-3. 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 C với vận tốc v=40 km/h. .
51
Hình 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 ..
52
Hình 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. . 52
Hình 3-6. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phần tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau với vận tốc
v=60 km/h ....................................................................................................... 53
Hình 3-7. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phần tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau với vận tốc
v=60 km/h ....................................................................................................... 54

h
5
m K
h
7
K
m
h
1
l K
h
K
h
oả
ng
K
h
oả
ng
K
h
oả
ng
K
h
oả
ng
K
h
oả

c NH
.sệ
H
c Nệ
.ssố
/ cả
H
c Nệ
.ssố
H
c /Ncả
.sệ
c NH
.sệ
c NH
.sệ
V mT
hể
0
p NÁ
/p
H
ệ
A mDi
ện
0
p Á
p
F L
ực

hệ thống treo cao su so với hệ thống treo thủy khí.
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 cao su theo hướng thân thiện với mặt đường quốc lộ.
Đối tượng: xe tải và hệ thống treo thống treo cao su.
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng, phân tích và
đánh giá hiệu quả hệ thống treo cao su theo hướng thân thiện với mặt đường
quốc lộ.


2

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 cao su.
Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình toán
hệ thống treo cao su 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 cao su 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 PGS.TS. Lê Văn Quỳnh 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

- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính
của hệ thống treo là giảm dao động theo phương thẳng đứng, nhưng không
phá hỏng quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe;
- Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với vỏ;
- Hệ thống treo phải đảm độ bền cao và độ tin cậy lớn, không gặp
những hư hỏng bất thường.
- Giảm được tiếng ồn bên trong và bên ngoài thùng xe;
- Hệ thống treo phải đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển
động với các tốc độ khác nhau và đặc biệt là khi ô tô chuyển động ở tốc độ
cao;
- Giá thành hệ thống rẻ, dễ thay thế và sửa chữa.
c, Phân loại: hệ thống treo được phân loại chính như sau:


4

- Phân loại theo mối liên kết hệ bánh xe bên trái và bên phải: hệ thống
treo độ lập và phụ thuộc.
- Phân loại phân tử đàn hồi: hệ thống treo lá nhíp, lò xo, khí, thủy khí,
điện tử, cao su.
- Phân loại theo bộ phận dập tắt dao động: ma sát, thủy lực, điện từ.
- Phân loại điều khiển: điều khiển bán chủ động và điều khiển chủ
động.
1.1.2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải[5,6]
a). Hệ thống treo bộ phận đàn hồi nhíp
Cấu tạo hệ thống treo phụ thuộc sử dụng nhíp lá bao gồm: dầm cầu, nhíp
lá, giảm chấn, thanh ổn định. Trong hệ thống treo này có dầm cầu liền nối
giữa hai bánh xe. Hai đầu nhíp lá nối với khung xe thông qua khớp quay và
quang treo, tạo điều kiện cho sự biến dạng của nhíp lá ở các tải trọng khác
nhau. Phần giữa nhíp lá gắn với cầu xe. Nhíp lá vừa tạo khả năng nối mềm

Giảm chấn 6 bắt giữa dầm cầu và khung xe được đặt nghiêng theo chiều dọc
thân xe. Hệ thống treo không sử dụng thanh ổn định ngang.
Ưu, nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc:
- Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ trong khi vẫn đảm bảo được các yêu
cầu cần thiết, nhất là đối với những xe có tốc độ chuyển động không lớn.
- Khi tổng ngoại lực theo phương ngang tác dụng lên ôtô lớn hơn tổng
khả năng bám bên của cả hai bánh xe, sẽ xảy ra hiện tượng trượt ngang. Nếu
dầm cầu liền, khi chịu lực bên (ly tâm, đường nghiêng, gió bên) hai bánh xe
được liên kết cứng sẽ hạn chế được hiện tượng trượt bên bánh xe.
- Dễ tháo lắp và sửa chữa, giá thành thấp.
- Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt trên cầu chủ động. Khi
xe đi trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên va đập
mạnh giữa phần không treo và phần treo (thùng xe), làm giảm độ êm dịu
chuyển động của ôtô. Mặt khác, bánh xe va đập mạnh trên nền đường làm xấu
sự tiếp xúc bánh xe với đường.
- Khoảng không gian phía dưới gầm xe phải lớn, đủ đảm bảo cho dầm
cầu thay đổi vị trí, do vậy: hoặc chiều cao trọng tâm phải lớn, hoặc phải giảm
bớt thể tích khoang chứa hàng của xe.
Với các ưu, nhược điểm trên, hệ thống treo phụ thuộc được dùng nhiều
cho ôtô tải và ôtô buýt.
b). Hệ thống treo khí nén:
Hệ thống treo khí nén, thuỷ lực – khí nén được sử dụng như một khả
năng hoàn thiện kết cấu ôtô. Tuy vậy với các loại ôtô khác nhau: ôtô con, ôtô


tải, ôtô buýt cũng được ứng dụng với những mức độ khác nhau. Phổ biến nhất
trong các kết cấu là áp dụng cho ôtô buýt tiên tiến. Với hệ thống treo này cho
phép giữ chiều cao thân xe ổn định so với mặt đường với các chế độ tải trọng
khác nhau.
Hệ thống treo khí nén dùng trên ôtô được hình thành trên cơ sở khả

nén.
*) Các phương pháp bố trí hệ thống treo khí nén
Hệ thống treo khí nén đơn:

Hình 1-3. Hệ thống treo khí nén đơn


Hệ thống treo khí nén đơn được sử dụng trên các xe Bus cao cấp, hoặc
xe có tải trọng trung bình.
Hệ thống treo khí nén kép.

Hình 1-4. Hệ thống treo khí nén kép.
Hệ thống treo khí nén kép sử dụng trên các xe có hai cầu sau, tải trọng
lớn, xe đầu kéo.
Hệ thống treo khí nén 3 trục:

Hình 1-5. Hệ thống treo khí nén ba cầu sau.
Hệ thống treo sử dụng trên xe co 3 cầu sau, tải trọng lớn và rất lơn,
trên đầu kéo hay các xe vận chuyển siêu trường siêu trọng.
Ta co thể sử dụng phương pháp bố trí nay để lắp trên các xe có 4 cầu
sau hoặc nhiều hơn, các xe có tải trọng cực lớn.


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 1-7(a) và kết cấu treo hình 1-7(b).

Hình 1-6. Hình dáng bề ngoài của xe tải AD250 của Trung Quốc

(a) Hệ thống treo cầu trước

phần trên. Do vậy một loạt các công trình nghiên cứu về vấn đề dao động ôtô
đã được ra đời. Sau đâu là một số công trình tiêu biểu:
- Công trình cấp nhà nước mạng mã số: 58A-02-04 thuộc chương trình
nhà nước, 58A-02 cũng đã nghiên cứu về rung động trong bảo hộ lao động và
các tác giả đã đưa ra một số kết quả về vấn đề này[7,8].
- Công trình của tác giả Triệu Quốc Lộc, cũng có công trình nghiên cứu
về ghế của máy kéo và đã có thiết kế dùng cho máy kéo Việt Nam và bao tay
dùng cho công nhân lái máy kéo[7,9].
- Công trình của tác giả và PGS.TS Dư Quốc Thịnh chủ nhiệm đề tài
mang mã số: B91-03, T16/90-CK, T18/91-CK đã có nghiên cứu mạng tính
chất lý thuyết và định hướng về vấn đề dao động[8].
- Công trình [12] “Nguyễn Thanh Hải, khảo sát ôtô nhiều cầu, luận án
thạc sỹ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật Quân sự HN, 2000” 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.
- Công trình [12] “Phạm Đình Vi, Zvysovani kvality odpruzeni vozidel,
DIS, 1992, BRONO” nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo có điều khiển để
nâng cao chất lượng độ êm dịu chuyển động của ôtô. Trong luận án này các
tác giả tập trung nghiên cứu hệ thống treo bán tự động với các mô hình ¼ và
½ với kích động mặt đường ngẫu nhiên với các phổ được đo với các đường ở
Việt Nam.
- Công trình [11] “Lưu Văn Tuấn, Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình,
trên cơ sở đó để tính các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động, Luận án
Tiến sỹ MS 02-01-39, 1993. 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 và giải quyết bài toán dao động
bằng phương pháp Matlab Simulink 5.0

động bành xe DLC[9].
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[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.
Đối với Nước ta theo thống kê của Bộ giao thông vận tải, Nhà nước ta
chi rất nhiều kinh phí để sửa chữa và nâng cấp mặt đường giao thông. Mặt
đường giao thông xuống cấp có nhiều nguyên nhân gây ra, nhưng nguyên
nhân chính vẫn do tải trọng động của bánh xe các phương tiện giao thông gây
ra. Lê Văn Quỳnh, Nguyên Khắc Tuân, Nguyễn Văn Liêm (2012) nghiên cứu