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

HOÀNG ANH THÁI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG LIÊN KẾT GIỮA HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU
CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Thái Nguyên - Năm 2018


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

HOÀNG ANH THÁI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG LIÊN KẾT GIỮA HỆ
THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU
CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TÔ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 80520116

KHOA CHUYÊN MÔN


hiện đề tài luận văn tốt nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết
giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô
tô tô. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Dương Thế
Hùng và sự nổ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành đáp ứng được nội
dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực.
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. 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.
Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2018
HỌC VIÊN

Hoàng Anh Thái


ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã tiếp
nhận 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 Ô tô & MĐL, quý thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình và các đồng nghiệp.
Em 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 em hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Dương Thế Hùng 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

1.3.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................ 12
CHƯƠNG 2 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO
ĐỘNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM
DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ ................................................................ 14
2.1. Đặt vấn đề ............................................................................................. 14
2.1.1 Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân
liên kết giữa các vật trong hệ .................................................................... 16
2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết ......... 17


iv
2.2. Phương pháp xây dựng mô hình tính toán nghiên cứu ảnh hưởng củadao
động hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô
tô ................................................................................................................... 18
2.2.1 Xây dựng mô hình dao động hệ thống truyền lực ........................... 18
2.2.2. Xây dựng mô hình dao động ô tô ................................................... 31
2.2.3. Xây dựng mô hình dao động nghiên cứu ảnh hưởng của dao động hệ
thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô .. 34
2.3 Mô hình toán học mô phỏng ảnh hưởng của dao động hệ thống truyền lực
và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô ................................ 36
2.4. Kết luận chương 2 ................................................................................. 38
CHƯƠNG 3 - MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC VÀ
HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ........ 40
3.1. Xây dựng mô hình mô phỏng ............................................................... 40
3.1.1 Xác định nguồn kích thích từ động cơ đốt trong ............................. 41
3.1.2. Xác định kích thích từ mặt đường .................................................. 43
3.2. Mô phỏng và phân tích kết quả ............................................................. 44
3.2.1. Ảnh hưởng của dao động xoắn động cơ và hệ thống truyền lực .... 45
3.2.2. Ảnh hưởng của dao động hệ thống treo .......................................... 53
3.3. Kết luận chương 3 ................................................................................. 59

khi chịu và không chịu kích thích động cơ ..................................................... 47


vi
Hình 3.9 - Sự thay đổi của mô men trên bán trục M23 khi chịu kích thích từ
đường và động cơ ............................................................................................ 47
Hình 3.10 - Kết quả tính toán mô men xoắn trên khâu M35............................ 48
khi ô tô sử dụng động cơ có số xilanh khác nhau ........................................... 48
Hình 3.11. Giá trị gia tốc dao động theo phương thẳng đứng (a) và bình phương
trung bình của gia tốc (b) khi ô tô di chuyển trên đường ISO C class [14] .... 49
Hình 3.12. Quan hệ giữa az, arms và số xilanh động cơ khi ô tô chưa chuyển
động và động cơ vận hành ở chế độ bướm ga mở cực đại.............................. 50
Hình 3.13 Sự thay đổi của gia tốc dao động theo phương thẳng đứng và giá trị
bình phương trung bình của nó khi ô tô chưa chuyển động, động cơ vận hành ở
các chế độ mở bướm ga khác nhau. ................................................................ 51
Hình 3.14 - Gia tốc dao động của ô tô khi xe đứng yên và chỉ chịu tác động của
dao động của ĐCĐT........................................................................................ 52
Hình 3.15 - Sự thay đổi của gia tốc ô tô theo phương thẳng đứng khi chịu và
không chịu tác động của đường ...................................................................... 52
Hình 3.16 - Sự thay đổi của gia tốc dao động cầu trước theo thời gian khi có kể
đến và không kể đến tác động từ động cơ....................................................... 53
Hình 3.17 - Sự thay đổi của gia tốc dao động cầu trước và cầu sau theo thời
gian khi có kể đến tác động từ động cơ .......................................................... 54
Hình 3.18 - Sự thay đổi của giá trị lực từ cầu trước tác dụng lên khung xe khi
có kể đến và không kể đến tác động từ động cơ ............................................. 55
Hình 3.19- Sự thay đổi của giá trị lực từ các cầu xe tác dụng lên khung xe khi
có kể đến và không kể đến tác động từ động cơ ............................................. 55
Hình 3.20 - Sự phụ thuộc của awz vào độ cứng của hệ thống treo trước và sau
khi xe chỉ chịu kích thích dao động từ động cơ .............................................. 56
Hình 3.21 - Sự phụ thuộc của awz vào độ cứng của hệ thống treo trước và sau


B

m

Bề rộng cơ sở của xe

L

m

Chiều dài cơ sở của xe

a,b

m

Tọa độ trọng tâm của xe

m

kg

Khối lượng

HTTL

Hệ thống truyền lực

ĐLH

của ô tô
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực
và hệ thống treo ô tô 2 cầu, 4 bánh chủ động.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng lý thuyết với sự trợ giúp của
phần mềm Matlab-Simulink 2015.
Nội dung chính của đề tài
Chương 1 - Nghiên cứu tổng quan


2
Chương 2 - Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của dao động hệ thống truyền
lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô
Chương 3 - Mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến
độ êm dịu chuyển động của ô tô
Kết luận
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

HỌC VIÊN

Hoàng Anh Thái



4
1.1.2.Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động
1.1.2.1. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động
* Theo tiêu chuẩn ISO 2631 - 1 [21] đã đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
chuyển động ô tô thông qua các giá trị của gia tốc bình phương trung bình theo
phương thẳng đứng dựa vào các công trình nghiên cứu của thế giới. Giá trị của
gia tốc bình phương trung bìnhtheo phương thẳng đứng được xác định theo
công thức sau đây:
aWZ 

1 T 2

  a z (t )dt 
T 0


1/ 2

(1-1)

trong đó:
awz - Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng.
az - Gia tốc theo phương thẳng đứng theo thời gian .
T - Thời gian khảo sát.
Điều kiện chủ quan đánh giá độ êm dịu ô tô theo độ biến thiên gia tốc quân
phương theo phương thẳng đứng theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 [21] được đánh
giá bằng cách so sánh với giá trị trong Bảng 1.1
Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631 - 1
aWZgiá trị (m2/s)



5
dùng như ADAMS, LMS hoàn toàn xác định đượ giá trị biến thiên của gia tốc
dao động theo miền thời hoặc miền tần số. Trong thời gian gần đây phương
pháp này đã được các nhà khoa học trên khắp thế giới áp dụng và sử dụng tiêu
chuẩn ISO 2631 - 1 để phân tích, đánh giá độ êm dịu chuyển động của các
phương tiện giao thông.
1.1.2.2. Chỉ tiêu cường độ dao động
*Theo tiêu chuẩn VBI - 2057 của Đức đã đưa ra hệ số KB để đánh giá độ
dao động[9,19].Trong tiêu chuẩn này, có ba mức độ được được sử dụng để
đánh giá dao động của ô tô:
- KB = 20 giới hạn êm dịu;
- KB = 50 giới hạn điều khiển;
- KB = 125 giới hạn gây bệnh lý;
Cường độ dao động KB là một hàm số của gia tốc, phương tác dụng, thời
gian và tần số tác dụng. Như vậy, để xác định KB đối với xe tải ta phải xác định
được gia tốc của Cabin, trong công thức tính toán sau này là

..

Z 1 , gia tốc tại trọng

tâm khối lượng được treo phía trước.
..

KB = f( Z1 ,f1,...)
Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá: chỉ tiêu về an toàn hàng hoá hiện nay chỉ có
Hiệp hội Đóng gói Đức BFSV [3] nêu ra vấn đề. Dựa vào đó, với nghiên cứu
ảnh hưởng của dao động với đường, Mitschke đề ra ngưỡng cho an toàn hàng

1.1.2.3 Chỉ tiêu về tải trọng động
Tải trọng động cực đại (Fzdyn, max ) ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ các chi tiết,
gây ra tổn hại cho đường. Hệ số tải trọng động Kdyn, maxđược sử dụng để đánh
giá mức độ ảnh hưởng đến chi tiết, hệ số áp lực đường W đánh giá mức độ ảnh
hưởng của dao động với đường.
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
xác định theo công thức sau:
Kdyn,max=1+

max( Fzdyn )
Fz ,st

 1,5

(1-2)

Trong đó:
Kdyn, max : Hệ số tải trọng động cực đại
Fz,dyn

: Tải trọng động bánh xe

Fz,st

: Tải trọng tĩnh bánh xe

Với kích động ngẫu nhiên max (Fz,dyn) được xác định như sau:
 Fz  FZ , RMS


mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô tới cầu và đường. Trong một số tài liệu
còn có tên tiếng anh là Dynamic wear factor. Theo đó, Wilkinson [20,22] đã
đưa ra công thức xác định hệ số áp lực đường W như sau:
W=1+6 2 +44
=

max( f z ,dyn )

(1-5)
(1-6)

Fz ,st

Khi xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là:
i

 w(i).F

z , st

W=

(i )

(1-7)

1
i

F

treo và của lốp xe với tác động đầu vào có vận tốc dịch chuyển theo phương
thẳng đứng ngẫu nhiên. Trong những năm gần đây việc ứng dụng kỹ thuật điều
khiển để điều khiển giảm chấn được nghiên cứu khá tỉmỉ trong các công bố
[26].
Cùng với sự phát triển của hệ thống treo bán tích cực (semi active
suspension) thì hệ thống treo tích cực (active suspension) cũng phát triển song
song.Hệ thống treo tích cực đó là hệ thống treo có thể điều khiển được hai thông
số: điều khiển phần tử giảm chấn và điều khiển phần tử đàn hồi.
* Nghiên cứu nguồn gây dao động:
Trong quá trình chuyển động của ô tô, dao động của ôtô được sinh ra đó
là dạng dao động cưỡng bức. Một trong những nguồn gây kích thích dao động
đó làbiên dạng mấp mô của bề mặt đường. Trong lịch sử, các quốc gia phát
triển trên thế giới như: Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Nga... đã có nhiều công trình
nghiên cứu về công nghệ, thiết bị đo và đánh giá chất lượng của bề mặt đường.
Các nhà khoa học đã xây dựng các quy trình đo đạc, đánh giá chất lượng đường
ôtô thông qua chỉ tiêu độ mấp mô bề mặt đường. Vấn đề nghiên cứu phương
pháp đo và sử lý các số số liệu đo để có thểxác định được các quy luật của mấp
mô bề mặt đường là một vấn đề rộng lớn được nhiều tác giả trên thế giới quan
tâm với các hướng nghiên cứu như sau: Mô hình hoá mấp mô bề mặt đường
(thực hiện việc mô hình hoá, các tác giả phải khảo sát các loại mặt đường, từ
đó phân chia đường ra từng loại). Trong đó,các tác giả đã phân loại các biên
dạng mấp mô mặt đường. Phương pháp thực nghiệm (đo đạc trực tiếp trên mặt
đường bằng các thiết bị đặc biệt), quy luật của các mấp mô bề mặt đường sẽ
được biểu diễn dưới dạng số. Kết quả số này rất thuận tiện cho việc xử lý bằng
máy tính để từ đó xây dựng các hàm toán học mô tả mấp mô của bề mặt đường


9
với sai số có thể chấp nhận được hoặc bằng các phép toán xác suất thống kê đối
với đại lượng ngẫu nhiên, rời rạc.

và đã có thiết kế dùng cho máy kéo Việt Nam và bao tay dùng cho công nhân
vận hành máy kéo.
- 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[8].
- Công trình “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 ô tô. Trong luận án này các tác giả tập
trung nghiên cứu hệ thống treo bán tự động với các mô hình ¼ và ½ .
- Công trình “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 với mô hình không gian và giải quyết bài
toán dao động bằng phương pháp giải tích và lập trình bằng ngôn ngữ Pascal
[8].
- 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 [9]..
* Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô:
Để nghiên cứu mức độ ảnh hưởng của dao động đến sức khoẻ con người
và tìm ra các vùng thông số đặc trưng của dao động như: tần số, vận tốc, gia


11


12
phẳng có thể cùng xảy ra sự dao động không những ở khối lượng được treo và
không được treo của ô tô mà còn xuất hiện dao động ở các chi tiết của hệ thống
truyền lực dẫn tới tăng tải trọng động [10] và giảm độ tin cậy của các chi tiết
trên ô tô cũng như gây lên sự tổn hao công suất của động cơ do phải tiêu tốn
năng lượng cho các dao động này.
1.3.Kết luận chương 1
Từ việc phân tích các tài liệu cho thấy, cho đến nay đã có rất nhiều công
trình công bố liên quan đến dao động và độ êm dịu chuyển động của ô tô. Tuy
nhiên các công trình này thường tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của đường
và kết cấu hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô, ngược lại có
những nghiên cứu về dao động của hệ thống truyền lực lại thường bỏ qua ảnh
hưởng của dao động hệ thống treo. Chính vì vậy, tôi chọn đề tài “Nghiên cứu
ảnh hưởng của dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực và hệ thống treo
đến độ êm dịu chuyển động của ô tô” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình.
Khi nghiên cứu, tiêu chí đánh giá ảnh hưởng của các hệ thống này đến độ êm
dịu chuyển động của ô tô là giá trị gia tốc bình phương trung bình theo thời
gian tác động awz.
1.3.1.Mục tiêu của đề tài
Xây dựng được phương pháp nghiên cứu cho phép đánh giá ảnh hưởng
của dao động hệ thống truyền lực và hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động
của ô tô
1.3.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động liên kết giữa hệ thống truyền lực
và hệ thống treo ô tô 2 cầu, 4 bánh chủ động.
1.3.3. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu bằng phương pháp mô phỏng lý thuyết với sự trợ giúp của
phần mềm Matlab-Simulink 2015.
1.3.4. Nội dung chính của đề tài

này có ưu điểm là giảm được chi phí nghiên cứu do không phải tiến hành trên
mô hình thực, đồng thời phương pháp này cũng cho phép nghiên cứu một cách
chi tiết ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến đối tượng nghiên cứu một cách
nhanh chóng.
Mô phỏng có thể hiểu theo nghĩa là phương pháp mô hình hóa dựa trên
việc xây dựng mô hình số và dùng phương pháp số để tìm các lời giải. Đây là
phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu đối tượng, nhận biết các quá trình, các
quy luật trong tự nhiên cũng như trong kỹ thuật. Ngày nay, với sự trợ giúp đắc
lực của khoa học máy tính người ta đã phát triển các mô hình hóa cho phép xây