ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐINH PHƯỚC THẢO

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ
KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG
PHẦN MỀM MATLAB

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Đà Nẵng - Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐINH PHƯỚC THẢO

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ
KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG
PHẦN MỀM MATLAB

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Mã số: 8.52.01.03

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRẦN XUÂN TÙY

Đà Nẵng - Năm 2019

CONSIDER TO LEVEL OF THE ROAD BY MATLAB SOFTWARE
Noise and vibration are the two main issues affecting car users' satisfaction. The
purpose of the study is to propose solutions to smoothness than for cars to ensure the
target in order to meet the maximum requirements of consumers. The paper conducts
analysis of human, vehicle and road relations. Learn about the impact vibrations to
people. Learn and building a model ¼ on Matlab software. Results: Model ¼ on Maplab
as a basis for empirical survey to the impact on humans sit in the car.
Key words: Matlab software, oscillator model, soft indices, Laplace equation


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
I.Lý do chọn đề tài
II.Mục địch nghiên cứu.
III.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
IV.Phương pháp nghiên cứu.
V.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
VI.Dự kiến kết quả đạt được.
VII.Cấu trúc của luận văn:
Chương 1. TỔNG QUAN DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ
1.1.Ảnh hưởng của rung động lên cơ thể người.
1.1.1.Rung động toàn thân.
1.1.2.Tác động của rung động cục bộ.
1.2.Các chỉ tiêu và mô hình dao động ô tô.
1.2.1.Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động
1.2.2.Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động:
1.2.3.Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường:
1.3.Mô hình dao động.
1.4.Tổng quan về hệ thống treo trên ô tô.
1.4.1.Côg dụng và yêu cầu của hệ thống treo.

3
4
4
4
5
6
8
8
8
16
22
22
23
24
29
33
39
39
49
49
49
52
52
53
56
60


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Cx

dt
dt

Flx1  k1 (x1  x 2 ) : Lực ma sát của lốp:
Flx2  k 2 (x 2  u) : Lực lò xo (đàn hồi) của lốp
Fqt1  M1

dx 2
: Lực quán tính của khối lượng M1
dt 2

Fqt2  M 2

d2x 2
: Lực quán tính của khối lượng M2
dt 2

M1: Khối lượng cầu xe
M2: Khối lượng lốp và trục xe
k1: Độ cứng của nhíp
k2: Độ cứng của lốp
b1: Độ giảm chấn của phuộc thủy lực


b2: Độ giảm chấn của lốp
u: Độ nhấp nhô của mặt đường
K L : độ cứng của lốp
 : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng.

q : chiều cao mấp mô biên dạng đường.



Fx' : lực đẩy từ khung xe

Fz : phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe
FZ' : phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe

Mf : mômen cản lăn
e : điểm dịch chuyển của lực FZ
FZ : phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe
x : hệ số bám dọc
y: hệ số bám ngang


MỤC LỤC HÌNH
Hình vẽ

Trang

Hình 1. Ô tô du lịch cở nhỏ

-1-

Hình 1. 1.Hệ thống “Đường-Xe-Người”

-4-

Hình 1. 2. Mô hình 1/4
Hình 1. 3. Mô hình phẳng dao động ô tô
Hình 1. 4 Mô hình không gian xe

Hình 1. 17 Các đệm xu.
Hình 1. 18 Sơ đồ hệ thống treo
Hình 1. 19 Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc dùng lò xo lá(a) và lò xo trụ(b)
Hình 1. 20 Sơ đồ nguyên lý của hệ treo 2 đòn ngang.
Hình 1. 21 Sơ đồ cấu tạo hệ treo Mc.Pherson.
Hình 1. 22 Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson.
Hình 1. 23 Hệ treo hai đòn dọc

- 14 - 14 - 15 - 15 - 16 - 16 - 17 - 17 - 18 - 19 - 19 - 20 -

Hình 1. 24 Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết.
Hình 1. 25 Sơ đồ hệ treo đòn chéo.
Hình 2. 1 Sơ đồ cấu trúc ô tô.
Hình 2. 2 Sơ đồ cấu trúc xoay vòng
Hình 2. 3 Mô hình hệ thống treo
Hình 2. 4 Đặc tính đàn hồi
Hình 2. 5 Sơ đồ xác định chế độ mở của tiết lưu.
Hình 2. 6 Mô hình động lực học ¼

- 21 - 21 - 23 - 24 - 25 - 26 - 27 - 30 -

Hình 2. 7 Sơ đồ tách cấu trúc và lực

- 31 -


Hình vẽ
Hình 2. 8 Thông số động lực học các loại bánh xe.

Trang

Hình 3. 8 Các khối của thư viện Math Operrations
Hình 3. 9 Các khối của thư viện Sources
Hình 3. 10 Các khối của thư viện Sinks

- 43 - 44 - 44 - 45 - 46 - 47 -

Hình 3. 11 Các khối của thư viện Signal Routing
Hình 3. 12 Các khối của thư viện User-Defined Functions
Hình 3. 13 Mô hình dao động của 1/4 xe
Hình 3. 14 Mô hình phân tích lực

- 48 - 48 - 50 - 50 -

Hình 3. 15 Sơ đồ khối
Hình 3. 16 Mô phỏng trong Matlab

- 52 - 52 -


1

MỞ ĐẦU
I.

Lý do chọn đề tài

Ngày nay do nhu cầu vận chuyển hàng hóa, hành khách ngày càng tăng nhanh,
mật độ vận chuyển lớn. Đồng thời cùng với sự mở rộng và phát triển đô thị ngày
càng tăng nhanh thì vận chuyển bằng ô tô lại càng có ưu thế. Ở các nước công
nghiệp phát triển, công nghiệp ô tô là ngành kinh tế mũi nhọn, tiêu biểu như ô tô


- Mô phỏng quá trình dao động của mô hình ¼ ô tô khi tính đến mấp mô bề
mặt đường bằng phần mềm Matlab.
IV. Phương pháp nghiên cứu.
- Nghiên cứu quan hệ đường, ô tô, người.
+ Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường.
+ Nghiên cứu các dao động của ô tô.
+ Nghiên cứu cảm giác của con người.
- Ứng dụng Matlab mô phỏng dao động của ô tô.
+ Xây dựng các hàm toán học.
+ Mô phỏng mô hình chuyển động của ô tô.
V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
- Nghiên cứu thành công sẽ tạo điều kiện khảo sát, kiểm tra các thông số dao
động, cũng như các chỉ tiêu về độ êm dịu của ô tô cở nhỏ tiến đến nâng cao tính
hợp lý kết cấu hệ thống treo đảm bảo độ em dịu chuyển động của xe khảo sát
trong điều kiện vận hành ở Việt Nam.
VI. Dự kiến kết quả đạt được.
- Xây dựng mô hình toán học của hệ
- Mô phỏng được quá trình dao động của xe khi tính đến mấp mô của bề
mặt đường bằng phần mềm Matlab.
VII. Cấu trúc của luận văn:
Cấu trúc của luận văn gồm 3 chương.
- Chương 1: Tổng quan dao động trên ô tô.
- Chương 2: Xây dựng mô hình toán học của hệ.
- Chương 3: Khảo sát của ô tô bằng phần mềm Matlab.


3

Chương 1. TỔNG QUAN DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ

hạn chế, có thể gây mất sức lao động hoàn toàn. X quang có hình ảnh: khuyết
xương, lồi xương, thưa xương, hoại tử xương bán nguyệt, hư khớp xương
thuyền.
- Tác động đến các cơ quan khác như rối loạn thần kinh, hô hấp, tuần hoàn, tiêu
hoá.
- Đối với phụ nữ còn ảnh hưởng đến bộ phận sinh dục, đau bụng nhiều khi hành
kinh, lệch tử cung, sa âm đạo.


4

1.2. Các chỉ tiêu và mô hình dao động ô tô.
1.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động
Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì dao động của ô tô gây ra sự thay
đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ làm
giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc, ngang dẫn đến hiện tượng tách bánh khỏi
đường gây mất an toàn khi xe chuyển động, phanh và quay vòng... còn khi giá trị
phản lực này tăng thì sẽ làm tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường và
tác động ngược lại đối với các kết cấu của xe.
Nghiên cứu tổng quát về dao động xe đó là giải quyết mối quan hệ “ĐườngXe-Người”.

Hình 1. 1 Hệ thống “Đường-Xe-Người”
Quá trình nghiên cứu dao động của ô tô là quá trình xác định các thông số của
hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: phần tử đàn hồi,
phần tử giảm chấn và bộ phận dẫn hướng. Có như vậy mới tạo ra một hệ dao
động có chất lượng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao khả năng
thiết kế, cải tiến công nghệ ô tô, nâng cao hiệu quả sử dụng, tăng tính tiện nghi
và năng suất vận chuyển của ô tô.
Các tính chất dao động của ô tô thường đánh giá theo 2 quan điểm:

Dễ chịu :

0,1

Gây mệt mỏi :

0,315 (m/s2)

Gây ảnh hưởng tới sức khỏe :

0,63 (m/s2)

1.2.3. Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền
đường:
Theo quan điểm về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường
thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường cũng là thông số quan
trọng để đánh giá. Lực động Fd (t ) xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào
tính chất dao động của ô tô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường.
Fd (t ) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động tới lốp xe và các bộ phận chi

tiết của xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn. Để giảm sự ảnh hưởng
của Fd (t ) thì cần giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nhưng khi
Fd (t ) bằng 0 và ô tô sẽ mất tính điều khiển. Để đánh giá tính chất dao động của ô

tô theo quan điểm về an toàn chuyển động cần xác định tỉ số giữa lực tác động
Fd (t ) và tải trọng tĩnh của bánh xe là R t K : K  Fd

Rt k

Khảo sát dao động của ô tô ta quan tâm đến sự bám của lốp với mặt đường,

Quá trình nghiên cứu trong mô hình ¼ chỉ xét dao động của một trong bốn
bánh xe, dao động của hệ là nhỏ, tuyến tính, xung quanh vị trí cân bằng tĩnh, bánh
xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc với đường...
Mô hình 1/4 có thể dùng để chọn tối ưu các
thông số như độ cứng lốp, khối lượng không được
treo m, độ cứng c và hệ số cản giảm chấn k theo
các hàm mục tiêu vừa nêu trên.
Việc này có ý nghĩa trong bài toán điều
khiển, tối ưu hệ treo.

Hình 1. 2 Mô hình 1/4
b. Mô hình dao động liên kết.


7

Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô ở dạng mô hình phẳng,
ô tô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và xem độ mấp mô của biên dạng
đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau. Khối lượng treo được qui dẫn về
trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng m3 và m1, m2 với 4 bậc tự do
là Z3, , Z1, Z2 .

Hình 1. 3 Mô hình phẳng dao động ô tô
c. Mô hình nghiên cứu giao động của xe trong không gian
Mô hình không gian xe hai cầu được đưa ra như trong hình

Hình 1. 4 Mô hình không gian xe
d. Kết luận
Vì nghiên cứu chỉ tập trung vào tác động của mấp mô mặt đường đồng thời để
nhanh chóng trong việc đạt kết quả và dể dàng mở rộng đối tượng nghiên cứu tác

cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽ lớn ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe
chuyển động, mặt khác vết bánh sẽ thay đổi khi một bánh bị nâng lên làm phát
sinh lực ngang và tính chất bám đường kém và dễ bị trượt ngang.
b) Thanh xoắn


9

Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để cản
lại sự dao động.
Sử dụng thanh xoắn có các đặc điểm sau:
+ Chiếm ít không gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe.
+ Trọng lượng nhỏ, Đơn giản, gọn, giá thành rẻ và dễ chế tạo.
+ Thanh xoắn không có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn để dập
tắt nhanh dao động.
c)

Lò xo.

Bao gồm các dạng là lò xo xoắn ốc, lò xo côn và lò xo trụ. Do lò xo trụ có
đường kính vòng ngoài không đổi nên biến dạng của nó sẽ thay đổi tỷ lệ thuận
với lực tác dụng, còn đối với lò côn hay lò xo xoắn ốc thì khi tải nhẹ đầu lò xo sẽ
bị nén lại và hấp thụ năng lượng va đập, còn phần giữa lò xo có độ cứng lớn hơn
sẽ đủ cứng để chịu tải lớn.
Lò xo có các đặc điểm chính sau:
 Ưu điểm
- Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn.
- Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò xo trụ có khối lượng nhỏ hơn nhíp
và tuổi thọ cao hơn nhíp, kết cấu gọn nên tiết kiệm không gian và cho phép hạ
thấp trọng tâm xe nhằm nâng cao tốc độ.

Bộ phận giảm chấn

Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích sau:


11

+ Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường
không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi
+ Đảm bảo dao động của phần không treo (unsprung) ở mức độ nhỏ nhất.
+ Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khả năng
an toàn khi chuyển động.
Để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động giảm chấn sẽ biến đổi cơ năng
thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu.
Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai
chiều ở cấu trúc hai lớp.
a) Giảm chấn 2 lớp vỏ.
Giảm chấn hai lớp vỏ ra đời vào năm 1938, đây là một loại giảm chấn quen
thuộc và được dùng phổ biến cho đến nay. Trong giảm chấn, piston di chuyển
trong xy lanh chứa đầy dầu, chia không gian trong thành hai buồng A và B.
Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như sau:
1- Khoang vỏ trong;
2- Phớt làm kín;
3- Bạc dẫn hướng;
4- Vỏ chắn bụi;
5- Cần piston;
6- Piston;
7- Van cố định;
8- Vỏ ngoài.


8

3- Cụm làm kín;
4- Xy lanh;
5- Buồng chứa dầu;
6- Piston;
7- Van một chiều;
8- Khoang chứa khí.

2

5

1

6
7

3
2

Hình 1. 10 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn 1 lớp vỏ.
 Nguyên lý làm việc.
Trong một giảm chấn một lớp vỏ không còn bù dầu nữa mà thay thế chức năng
của nó là buồng 8 chứa khí nén có P = 2-3 kG/cm2 đây là sự khác nhau giữa giảm
chấn một lớp vỏ và hai lớp vỏ.
Khi piston dịch chuyển xuống dưới tạo nên sự chênh áp, dẫn đến mở van 1,
chất lỏng chảy nên phía trên của piston. Khi piston đi lên làm mở van 7, chất lỏng
chảy xuống khoang dưới piston, áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi không lớn


c)

Ống nhún Vario:


14

Với một kết cấu có nét tương tự như ống nhún loại hai ống, Ống nhún Vario có
đặc điểm là thích nghi nghi được với tình trạng dằng xóc khác nhau để có thể
thay đổi đặc tính giảm chấn :

Hình 1. 12 Ống nhún Vario
d) Ống nhún loại 2 ống với hơi áp lực.

Hình 1. 13 Loại 2 ống với hơi áp lực(a) và loại hơi (b)
Loại ống nhún Dầu-Khí kết hợp hoạt động theo nguyên tắc kết hợp tính ưu việt
của loại hai ống và loại một ống ở trên.
e)

Ống nhún hơi.

Đó là sự kết hợp hoạt động của một "Lò xo khí nén" với một bộ giảm chấn theo
nguyên lý hơi và dầu. Đặc điểm nổi bật trong cấu tạo của loại ống nhún này là
trong một ống kín, khí nén được dẫn vào dưới 1 áp lực điều khiển được, tùy mức
độ áp lực khí nén ở trong đó mà độ đàn hồi của lò xo khí thay đổi được, tạo ra sự
chủ động trong việc thay đổi khoảng làm việc cũng như hiệu quả tôt nhất cho cả
bộ giảm xóc-khử dao động. Tuy nhiên, lò xo khí thường được kết hợp thêm một
lò xo cơ khí khác nhằm mục đích giới hạn việc hoạt động của lò xo khí trong