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

DƯƠNG ĐỨC MINH

MƠ 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: Mơ 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

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 chun mơn cịn hạn chế nên chắc chắn luận văn
cịn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cơ và
các bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn được
hồn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

HỌC VIÊN


iv
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 NĨI ĐẦU .................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1....................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU..................................................... 3
1.1.Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải .......................................................... 3
1.1.1 Hệ thống treo ........................................................................................ 3
1.1.2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải[5,6] ............................ 4
1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngồi ................................... 11
1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước...................................................... 11
1.2.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài ..................................................... 15
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ .............. 16
1.3.1. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe............................................. 16
1.3.2. Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức[34,35] ............................. 17

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 MƠ 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


vi
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
Bảng 3.2. Thông số hệ thống treo phần tử khí ................................................ 50


vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1-1. Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá. .............................................. 4
Hình 1-2. Sơ đồ nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén. ........................ 7
Hình 1-3. Hệ thống treo khí nén đơn ................................................................ 7
Hình 1-4. Hệ thống treo khí nén kép................................................................. 8
Hình 1-5. Hệ thống treo khí nén ba cầu sau. ..................................................... 8
Hình 1-6. Hình dáng bề ngồi của xe tải AD250 của Trung Quốc................... 9

Hình 3-1. Sơ đồ mơ 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
Hình 3-8. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C với
các vận tốc chuyển động khác nhau ................................................................ 55


ix
Hình 3-9. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp E với
các vận tốc chuyển động khác nhau ................................................................ 55
Hình 3-10. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động với vận tốc v=40km/h trên mặt đường
quốc lộ ISO cấp C với các tải trọng khác nhau ............................................... 56
Hình 3-11. So sánh hiệu quả hệ thống treo phần tử đàn hồi cao su và phân tử
đàn hồi khí nén khi xe chuyển động với vận tốc v=60km/h trên mặt đường
quốc lộ ISO cấp C với các tải trọng khác nhau ............................................... 57

Khối lượng thân xe

m13

kg

Khối lượng cabin

lct

m

Khoảng cách tâm hai bánh xe và tâm xe

l10

m

lc1

m

l06

m

l04

m


Độ cứng của đệm cách dao động cabin trước

k8

N/m

Độ cứng của đệm cách dao động cabin sau

k1

N/m

Độ cứng của lốp xe cầu 1

k2

N/m

Độ cứng của lốp xe cầu 2

Thông số

Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động
cabin theo phương x
Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động
cabin theo phương y
Khoảng cách từ đệm cách dao động sau cabin
đến trọng tâm thân xe
Khoảng cách từ tâm gối đỡ cầu 2, 3 đến trọng
tâm thân xe


c7

N.s/m

c8

N.s/m

c1

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 1

c2

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 2

c3

N.s/m

Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 3

V0

m3


N

Lực theo phương đứng

kdyn

Hệ số tải trọng động

DLC

Hệ số tải trọng động bánh xe

M

N.m

Mô men


1
LỜI NĨI ĐẦU
Hiệu quả hệ thống treo của ơ tơ phụ thuộc vào lựa chọn tối ưu các
thông số hệ thống treo đặc biệt là sự phối hợp lý độ cứng và hệ số cản của hệ
thống treo. Chọn tối ưu các thơng số đó nhằm nâng cao tuổi thọ hệ thống treo,
lốp và giảm sự phá huỷ đường. Bộ phận đàn hồi của hệ thống treo cao su
được sử dụng phổ biến ngày từ khi hệ thống treo hình thành cho đến nay, hiện
được ứng dụng làm đệm cách dao động động cơ đốt trong, đệm cách dao
động cabin xe cơng trình với hiệu quả tốt giảm kích thích dao động ở tần số
lớn. Trong luận văn này đặc tính hệ thống treo cao su trang bị xe tải hạng

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 Ơ tơ-MĐL,
Trường Đại học Kỹ thuật Cơng 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
và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn. !
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2018

HỌC VIÊN
Dương Đức Minh


3
CHƯƠNG 1.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1.Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải
1.1.1 Hệ thống treo
Hệ thống treo là bộ phận đàn hồi để liên kết bánh xe và khung xe hoặc
vỏ xe. Do vậy, nó có nhiệm vụ, yêu cầu phân loại dưới đây:
a. Nhiệm vụ: chủ yếu của hệ thống là giảm các va đạp làm cho ô tô chuyển
động êm dịu khi ô tô chuyển động trên các mặt đường không bằng phẳng.

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 thơng 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
với thân xe vừa có khả năng cố định vị trí của cầu với thân xe. Như vậy, nhíp
lá vừa là bộ phận đàn hồi và vừa là bộ phận dẫn hướng.
8

7

9 10

6

5

1

2

3 4

Hình 1-1. Hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá.
1- Nhíp lá; 2- Vịng kẹp; 3- Chốt nhíp; 4- Quang treo; 5- Giá đỡ;
6- Giảm chấn; 7- Ụ tỳ; 8- Khung xe; 9- Quang nhíp; 10- Dầm cầu.
Dầm cầu 10 được nối với nhíp nhờ các quang nhíp. Nhíp lá 1 bao gồm
các lá nhíp ghép lại, lá nhíp chính được cuốn tròn ở hai đầu tạo nên các ổ

năng hồn thiện kết cấu ơtơ. Tuy vậy với các loại ôtô khác nhau: ôtô con, ôtô


6
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 ơtơ được hình thành trên cơ sở khả
năng điều chỉnh độ cứng của buồng đàn hồi khí nén (ballon) theo chuyển dịch
của thân xe. Sơ đồ nguyên lý kết cấu của một hệ thống đơn giản được trình
bày trên hình 1-2.
Sự hình thành bộ tự động điều chỉnh áp suất theo nguyên lý van trượt
cơ khí. Các ballon khí nén 2 được bố trí nằm giữa thân xe 3 và bánh xe 1
thơng qua giá đỡ bánh xe 4. Trên thân xe bố trí bộ van trượt cơ khí 5. Van
trượt gắn liền với bộ chia khí nén (block). Khí nén được cung cấp từ hệ thống
cung cấp khí nén tới block và cấp khí nén vào các ballon.
Khi tải trọng tăng lên, các ballon khí nén bị ép lại, dẫn tới thay đổi
khoảng cách giữa thân xe và bánh xe. Van trượt cơ khí thơng qua địn nối dịch
chuyển vị trí các con trượt chia khí trong block. Khí nén từ hệ thống cung cấp
đi tới các ballon và cấp thêm khí nén. Hiện tượng cấp thêm khí nén kéo dài
cho tới khi chiều cao thân xe với bánh xe trở về vị trí ban đầu.
Khi giảm tải trọng hiện tượng này xảy ra tương tự, và quá trình van
trượt tạo nên sự thốt bớt khí nén ra khỏi ballon.
Bộ tự động điều chỉnh áp suất nhờ hệ thống điện tử (hình 1.3) bao gồm:
cảm biến xác định vị trí thân xe và bánh xe 6, bộ vi xử lý 7, block khí nén 8.
Nguyên lý hoạt động cũng gần giống với bộ điều chỉnh bằng van trượt cơ khí.
Cảm biến điện tử 6 đóng vai trị xác định vị trí của thân xe và bánh xe (hay
giá đỡ bánh xe) bằng tín hiệu điện (thơng số đầu vào). Tín hiệu được chuyển
về bộ vi xử lý 7. Các chương trình trong bộ vi xử lý làm việc và thiết lập yêu

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.


9
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

(b) Hệ thống treo cầu sau
Hình 1-7. Hệ thống treo cao su


10
Hệ thống treo cao su động lực học theo phương đứng có độ cứng vững
cao, hệ số cứng của hệ thống treo có thể tạo ra lớn. Tuy nhiên độ êm dịu theo
phương đứng cũng tăng do vậy hệ thống treo kết hợp giảm chấn thủy lực để
tạo hệ số cản lớn giảm dao động phương đứng hiệu quả.
d).Sự kết hợp giữa hệ thơng treo khí nén với hệ thống treo khác
*)Hệ thống treo kết hợp khí nén và nhíp:

a
b
Hình 1-8. Hệ thống treo kết hợp giữa khí nén và nhíp
Hình 1-8 a túi hơi được đặt trên nhíp và lệch qua một bên, hình 1-8 b túi
hơi được đặt trên nhíp và chính giữa.

12
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.
- Cơng 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 ng vi cỏc mụ hỡnh ẳ v
ẵ vi kớch ng mặt đường ngẫu nhiên với các phổ được đo với các đường ở
Việt Nam.
- Cơng 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 hồn chỉnh dao
động của ơtơ 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
- Cơng trình [12] “Nguyễn Thái Bạch Liên Aplikace matematikecho
Modelu pri Reseni perovani Soupravy Silnicnich Vozidel, luận án Tiến sỹ,
Brno 1979” khảo sát dao động của xe tải hai cầu dưới tác động ngẫu nhiên
của mặt đường. Trong luận án tác giả xây dựng mơ hình khơng gian dao động
của ơtơ hai cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động
bằng phương pháp Matlab Simulink 6.0.
- Cơng trình [15] nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng mặt đường đến
tải trọng tác dụng lên ơtơ tại Quốc lộ 1A. Trong cơng trình này tác giả đo đạc
và thu thập được số liệu mấp mô biến dạng đường trên tuyến đường 1A Hà
Nội- Lạng Sơn, xử lý số liệu và đưa vào bài toán dao động để xác định tải
trọng tác dụng lên ôtô. kết quả bộ số liệu mấp mô biến dạng đường được sử
dụng nguồn kích động dao động trong luận án.




14
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.
- Cơng 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 mơ hình khơng gian dao động
của ơtơ 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 thơng xuống cấp có nhiều ngun 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
đánh giá ảnh hưởng dao động xe tải đến mặt đường giao thơng sử dụng mơ
hình dao động 1/2 với kích thích ngẫu nhiên mặt đường[14]. Lê Văn Quỳnh
(2017) đưa ra mô hình khơng gian xe sơ mi-rơ mooc để phân tích hiệu quả hệ
thống treo đến khả năng thân thiện mặt đường[9].
-Cơng trình“Nhóm tác giả với bài báo khoa học nghiên cứu ảnh hưởng
thông số thiết kế hệ thống treo cabin đến độ êm dịu chuyển động của xe,
2018” đã xây dựng mơ hình dao động khơng gian phí tuyến với 15 bậc tự do
và kích thích ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ và đánh giá ảnh hưởng của
thông số thiết kế hệ thống treo cabin như độ cứng và hệ số cản đến độ êm dịu
chuyển động của xe phần phụ lục.