Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hệ thống treo khí nén xe tải hạng nặng đến độ êm dịu và khả năng thân thiện mặt đường

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---------------------------------- DƯƠNG ĐÌNH HIỂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN XE TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU VÀ KHẢ NĂNG THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Thái Nguyên - Năm 2020 ii LỜI CAM ĐOAN Sau thời gian hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường. Để đánh giá kết quả học tập nghiên cứu của mình, em lựa chọn thực hiện đề tài là: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hệ thống treo khí nén xe tải hạng nặng đến độ êm dịu và khả năng thân thiên mặt đường”. Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Lê Văn Quỳnh, các Thầy, cô giáo trong Khoa Kỹ thuật Ô tô và Máy động lực, đặc biệt là ThS. Bùi Văn Cường và sự nỗ lực của bản thân, đề tài của em 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 2020 iii LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và Khoa kỹ thuật Ô tô và Máy động lực đã cho phép em thực hiện luận văn này. Em xin chân thành biết ơn quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành chương trình học tập. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS. TS. Lê Văn Quỳnh 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 thực hiện đề tài mặc dù đã có nhiều cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2020 HỌC VIÊN iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. iii MỤC LỤC ....................................................................................................... iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................. vi DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................ vii DANH MỤC BẢNG ....................................................................................... ix LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .......................... 3 1.1. Phân tích hệ thống treo ô tô .................................................................... 3 1.1.1. Cấu tạo chung của hệ thống treo[5,6] ............................................... 3 1.1.2. Giới thiệu chung về hệ thống treo khí ............................................. 4 1.2. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường... 8 [2,3] ................................................................................................................ 8 1.3. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường... 9 1.3.1.Các nguồn gây dao động ô tô ............................................................ 9 1.3.2. Ảnh hưởng của dao động đối với ô tô, đường giao thông và cơ thể con người .................................................................................................. 10 1.4. Phân tích các chỉ tiêu đánh giá dao động của ô tô [2,3] ....................... 14 1.4.1. Tần số và gia tốc dao động ............................................................. 15 1.4.2. Chỉ tiêu về độ êm dịu được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI ................... 16 1.4.3. Đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn ISO ....................................... 20 1.4.4. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe .......................................... 22 1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế ........................................ 23 1.5.1. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................... 23 1.5.2. Tình hình nghiên cứu quốc tế. ........................................................ 23 1.6. Mục địch, ý nghía, đối tượng, phương pháp nghiên cứu ...................... 25 1.7. Kết luận ................................................................................................. 26 v CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG ................................. 27 2.1. Xây dựng mô hình dao động ................................................................. 27 2.2.Các mô hình nghiên cứu động lực học hệ thống treo khí nén[9] .......... 29 2.3. Xây dựng mô hình dao động khảo sát cho xe tải hạng nặng ................ 32 2.4. Hàm mấp mô mặt đường[10] ................................................................ 36 2.4.1. Mấp mô mặt đường hình sin ........................................................... 36 2.4.2. Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên xác định bằng thực tế .................. 38 2.4.3. Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ISO...................................... 41 2.5. Kết luận chương 2 ................................................................................. 43 Chương 3: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CÁC THÔNG SỐ HỆ THỐNG TREO KHÍ........................................................................ 41 3.1. Mô phỏng .............................................................................................. 41 3.1.1. Thông số đầu vào cho mô phỏng .................................................... 41 3.1.2. Sơ đồ mô phỏng trong Simulink ..................................................... 41 3.1.3. Kết quả mô phỏng và thảo luận ...................................................... 42 3.2. Ảnh hưởng điều kiện khai thác đến độ êm dịu và sự thân thiện với mặt đường ........................................................................................................... 44 3.2.1. Ảnh hưởng của vận tốc ................................................................... 44 3.2.2. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường ............................................... 46 3.3. Phân tích ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo khí đến độ êm dịu chuyển động và hệ số tải trọng động. .......................................................... 47 3.3.1. Ảnh hưởng của áp suất ................................................................... 47 3.3.2. Ảnh hưởng của thể tích ban đầu ..................................................... 51 3.4. Kết luận chương 3 ................................................................................. 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 57 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Ý nghĩa ý hiệu Đơn vị 1 Mb Khối lượng được treo kg 2 Ma Khối lượng không được treo kg 3 DLC 4 Fs 5 FT,RMS 6 aw Gia tốc bình phương trung bình m/s2 7 p Áp suất bên trong lò xo khí nén Pa 8 qi Biên độ mấp mô mặt đường m 9 V Thể tích bình chứa khí nén m3 10 Vb ,Vr Thể tích lò xo khí nén và của bình khí m3 11 n Chỉ số nén đa biến 12 Ae Diện tích tác d ng của lò xo khí nén m2 13 As Tiết diện đường ống dẫn khí nén m2 14 F Lực tác dụng của hệ thống treo N Hệ số tải trọng bánh xe Tải trọng tĩnh của bánh xe N Tải trọng động bánh xe tác dụng lên mặt đường N vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Kết cấu và nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén. ................ 5 Hình 1.2. Hệ thống treo cầu trước khí nén của Mercedes–Benz ...................... 6 Hình 1.3. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động ................................................. 6 Hình 1.4. Hệ treo khí cầu treo phụ thuộc cầu chủ động.................................... 7 Hình 1.5. Hệ treo khí cầu dẫn hướng ................................................................ 7 Hình 1.6. Hệ treo khí cầu dẫn hướng ................................................................ 8 Hình 1.7. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động ................................................. 8 Hình 1.8. Hệ treo khí 4 túi khí để hạ thấp trọng tâm ........................................ 9 Hình 1.9. Mối quan hệ giữa Đường – Ô tô - Người[2,3] ................................ 11 Hình 1.10. Các vị trí tiếp xúc dao động của người điều khiển ....................... 12 Hình 1.11. Các tần số cơ thể người ................................................................. 13 Hình 1.12. Các đường cong cảm giác như nhau ở dao động điều hòa ........... 18 Hình 1.13. Sơ đồ xác định thực nghiệm hệ số độ êm dịu K ........................... 18 Hình 2.1 Mô hình dao động 1/4 ...................................................................... 27 Hình 2.2. Mô hình phẳng dao động ô tô 2 cầu ................................................ 28 Hình 2.3. Mô hình dao động không gian ........................................................ 29 Hình 2.4. Mô hình lò xo khí nén đơn giản ..................................................... 29 Hình 2.5. Mô hình NISHIMURA ................................................................... 30 Hình 2.6. Mô hình VAMPIRE ........................................................................ 30 Hình 2.7. Mô hình SIMPAC ........................................................................... 31 Hình 2.8. Mô hình lò xo khí nén GENSYS theo phương dọc ........................ 32 Hình 2.9 Mô hình dao động của xe ................................................................. 33 Hình 2.10. Mô hình hệ thống treo ................................................................... 34 Hình 2.11. Hàm điều hoà của mấp mô ............................................................ 37 Hình 2.12. Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[6] ................... 38 Hình 2.13. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 1) ........................................................................................... 39 Hình 2.14. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1) ...................................................................... 39 Hình 2.15. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 2) ........................................................................................... 40 viii 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) ...................................................................... 40 Hình 2.17. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường có chất lượng rất tốt) ....................................................................................... 42 Hình 2.18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO B (mặt đường có chất lượng tốt) ............................................................................................ 42 Hình 2.19. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường có chất lượng bình thường) ............................................................................. 43 Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể mô phỏng Matlab/Simulink ................... 42 Hình 3.2. Gia tốc theo phương thẳng đứng thân xe ........................................ 43 Hình 3.3. Lực động của bánh xe tác dụng xuống mặt đường ......................... 43 Hình 3.4. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động đến gia tốc bình phương trung bình thân xe ..................................................................................................... 45 Hình 3.5. Ảnh hưởng của vận tốc đến hệ số tải trọng động của bánh xe ....... 45 Hình 3.6. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường đến gia tốc bình phương trung bình thân xe ..................................................................................................... 46 Hình 3.7. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đên hệ số tại trọng động bánh xe...... 47 Hình 3.8 Ảnh hưởng của áp suất p0 đến gia tốc bình phương trung bình thân xe ..................................................................................................................... 49 Hình 3.9 Ảnh hưởng của áp suất p0 đến giá trị lực động tại bánh xe ............. 49 Hình 3.10. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0 đến giá trị aw ................................................................................................... 50 Hình 3.11. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0 đến giá trị DLC................................................................................................ 50 Hình 3.12. Ảnh hưởng của thể tích khí nén trạng thái ban đầu trạng trong bộ phần đàn hồi khí nén đến tính êm dịu chuyển động của ô tô .......................... 52 Hình 3.13. Ảnh hưởng của thể tích khí nén trạng thái ban đầu trạng trong bộ phần đàn hồi khí nén đến hệ số tải trọng động của bánh xe ........................... 52 Hình 3.14. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá V0 đến giá trị aw .................................................................................................... 53 Hình 3.15. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0 đến giá trị DLC................................................................................................ 53 ix DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1............... 21 Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[17] ......................................................................................................................... 42 Bảng 3.1. Thông số mô phỏng ........................................................................ 41 Bảng 3.2. Ảnh hưởng của vận tốc chuyển động của ô tô đến aw và DLC ..... 44 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường đến aw và DLC ..................... 46 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của áp suất trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0 đến giá trị aw và DLC ............................................................................................ 48 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thể tích trạng thái ban đầu của túi khí đến giá p0 đến giá trị aw và DLC ..................................................................................... 51 1 LỜI NÓI ĐẦU Dao động ô tô là lĩnh vực được nhiều nhà khoa học và các chuyên gia quan tâm nghiên cứu nhằm thiết kế và chế tạo ra ô tô có các tính năng ưu việt đáp nhu cầu ngày càng cao của con người. Hiện nay các phương pháp mô phỏng số đang được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các cơ hệ, đặc biệt quá trình mô phỏng đã thể hiện được tính ưu việt cao và nó có thể miêu tả được cả các hệ phi tuyến khi áp dụng vào mô phỏng hệ dao động của ô tô Ngày nay, hệ thống treo trên ô tô có phần tử đàn hồi loại khí nén ngày càng được dùng phổ biến trên các ô tô. Với những ưu điểm vượt trội này, hệ thống treo khí nén được ứng dụng rộng dãi trên tất cả các loại phương tiện, cùng với đó là hệ thống điều khiển điện tử cho loại hệ thống treo này đã trở lên phổ biến trên toàn thế giới. Ở Việt Nam, trong vài năm trở lại đây, nền kinh tế phát triển mạnh mẽ kéo theo nhu cầu về tính năng tiện nghi và an toàn chuyển động. Các nhà sản xuất và lắp ráp trong nước cũng đưa ra các sản phẩm sử dụng hệ thống treo khí nén được sử dụng nhiều trên các xe tải, ô tô khách, ô tô khách giường nằm, xe du lịch. Do phần tử đàn hồi khí nén của hệ thống có khả năng thay đổi được độ cứng nhờ vào đặc tính chịu được nén của không khí trong bầu chứa khí, có thể áp dụng việc tự động điều khiển hoặc bán tự động thay đổi độ cứng phù hợp với các điều kiện khai thác khác nhau. Thông số hình học của túi khí ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của hệ thống treo. Xuất phát từ những yêu cầu trên, em lựa chọn đề tài:“Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hệ thống treo khí nén xe tải hạng nặng đến độ êm dịu và khả năng thân thiên mặt đường” dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo PGS. TS. Lê Văn Quỳnh. Mục tiêu, phạm vi, đối tượng, phương pháp nghiên cứu,.. của luận văn dưới đây Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá ảnh hưởng của các thông số của hệ thống treo đặc biệt là phần tử đàn hồi khí nén nhằm giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông và độ êm dịu chuyển động. 2 Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động ¼ để nghiên cứu đánh hiệu quả và tìm thống số thiết kế tối ưu nhằm giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông và người điều khiển Đối tượng: Hệ thống treo khí và thông số thiết kế hệ thống treo khí xe tải hạng nặng. Phương pháp nghiên cứu: Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink R2012b để tìm thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiện với mặt đường giao thông và độ êm dịu chuyển động 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 mô hình dao động nghiên cứu; Chương 3. Mô phỏng và đánh giá thông số thiết kế hệ thống treo khí. Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình dao động để đánh giá được hiệu quả hệ thống treo khí cho xe tải hạng nặng; Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe; Mô phỏng và phân tích ảnh hưởng của các thông số của hệ thống treo khí; Kết quả là cơ sở góp phần cho việc tính toán thiết kế ứng dụng cho các phương tiện giao thông. Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến 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 các thầy trong khoa Kỹ thuật ô tô và Máy động lực, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên, đặc biệt thầy ThS. Bùi Văn Cường đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Do hạn chế về mặt thời gian cũng như mặt kiến thức chắc chắn luận văn này không thể 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 2020 HỌC VIÊN 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Mục đích chương là phân tích kết cấu và đặc tính hệ thống thống treo và phạm vị ứng dụng của hệ thống treo ô tô, phân tích tổng quan nghiên cứu dao động, những công trình khoa học công bố trong nước và ngoài nước nổi bật có liên quan được làm rõ hướng đề tài nghiên cứu. Qua đó phân tích các chỉ tiêu đánh giá về độ êm dịu chuyển động và hệ số tải trọng động là hàm mục tiêu chính trong luận văn. 1.1. Phân tích hệ thống treo ô tô 1.1.1. Cấu tạo chung của hệ thống treo[5,6] 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. Mặt khác hệ thống treo là bộ phận truyền lực và mômen giữa bánh xe và vỏ xe bao gồm lực kéo, lực bên, mômen chủ động và mômen phanh khi phanh. b.Yêu cầu: Sự liên kết giữa bánh xe và vỏ không những phải đảm bảo được độ êm dịu của xe mà còn phải đủ khả năng để truyền lực. Để đảm bảo được các vấn này hệ thống treo có các yêu cầu chính như sau: - Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe khi xe chạy trên đường xấu hay đường tốt; - Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định; - 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; 4 - 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: - Phân loại theo mối liên kết hệ bánh xe bên trái và bên phải: hệ thống treo độc 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 tích cực và điều khiển tích cực. 1.1.2. Giới thiệu chung về hệ thống treo khí Hệ thống treo khí có ưu điểm là không có ma sát trong phần tư đàn hồi, trọng lượng phần tử đàn hồi nhỏ và giảm được chấn động cũng như giảm tiếng ồn từ bánh xe lên buồng lái. Bộ phận đàn hồi khí nén với đường đặc tính đàn hồi phi tuyến, kết cấu và việc lắp đặt khá đơn giản, được sử dụng trên các loại xe có chất lượng tốt: xe con, xe buýt chất lượng cao, xe tải có trọng tải lớn. Hệ thống treo khí nén dùng trên ôtô 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 1.1. 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 thông 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 thông qua đòn nối dịch 5 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 thoát bớt khí nén ra khỏi ballon. Hình 1.1. Kết cấu và nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí nén. 1- Bánh xe; 2- Ballon khí; 3- Thân xe; 4- Giá đỡ; 5- Van trượt cơ khí; 6- Cảm biến vị trí; 7- Bộ vi xử lý; 8- Bộ chia khí nén; 9- Bình chứa khí nén. 6 Một số hệ thống treo khí và ứng dụng[7] Hình 1.2. Hệ thống treo cầu trước khí nén của Mercedes–Benz Trong hình 1.3 là kết cấu hệ treo khí của Hãng SAF-Holland, thiết kế cho cầu chủ động, chịu tải 7000 đến 9000 kg. Có cơ cấu chống xoay, bảo đảm hạn chế dao động xoắn của cầu chủ động và vì vây tăng khả năng ổn định cho xe. Cơ cấu chống xoay có thể giảm đến 85% lực xoay ngang cầu. Với kết cấu này không nhữg nâng cao khả năng ổn định mà còn giảm rung ồn, giảm áp lực đường. Balon khí là loại đẳng tích, không cần phải chăm sóc bảo đưỡng nhiều. Do có độ cao thấp nên vẫn có thể sư dụng cho các xe con. Hình 1.3. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động 7 Hình 1.4 cũng là một thiết kế cho cầu chủ động loại ngằ, tải 10500 đến 13500 kg. Cũng có cơ cấu chống xoay, giảm được dao động xoắn cho hệ truyền lưc, giảm rung ồn, có tuổi thọ cao. Hình 1.4. Hệ treo khí cầu treo phụ thuộc cầu chủ động Hình 1.5. là một thiết kế cho cầu dẫn hướng bị động, động cơ đặt sau cho xe bus. Balon khi đặt trực tiếp giữ dầm cầu và khung, có độ cứng vữg cao và nâng cao được khả năng ổn định. Hình 1.5. Hệ treo khí cầu dẫn hướng Hình 1.6. là kiểu treo khí độc lập hai đòn ngang, có khả năng hạ thấp trong tâm xe, balon khí có chiều cao thấp, hành trình động không lớn, thân xe ít lắc ngang. Tải của loại này là 5 000...6 500 kg. 8 Hình 1.6. Hệ treo khí cầu dẫn hướng Hinh 1.7. là hệ thống treo khí phụ thuộc, 4 balon khí, có cơ cấu chống xoay, có thể đỡ 10500 đến 12000 kg tải. Balon khi đặt trực tiếp dưới dầm dọc nên khả năng bánh xe tiếp đường tốt. Hình 1.7. Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động Hình 1.8 là kiểu treo 4 balon khí, có không gian lớn, các balon khi đặt xa nhau nên có khả năng chống xoay tốt, nâng cao khả năng ổn định, giảm rung ồn. Hệ này có khả năng hạ thấp trọng tâm. 1.2. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường [2,3] Ô tô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với đường có biên dạng phức tạp. Dao động của ô tô không những ảnh hưởng đến con người (lái xe và hành khách), hàng hóa chuyên chở, độ bền của các cụm tổng thành, ảnh hưởng tới độ an toàn chuyển động của ô tô, mà còn ảnh hưởng tới 9 tuổi thọ của đường. Đặc biệt trong quá trình chuyển động, sự kích động động học của mấp mô mặt đường làm cho ô tô dao động, khi ô tô dao động làm phát sinh tải trọng động lớn tác dụng nên hệ thống chịu tải của xe (khung vỏ), các chi tiết, cơ cấu tổng thành…ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chúng. Hình 1.8. Hệ treo khí 4 túi khí để hạ thấp trọng tâm 1.3. Phân tích ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và mặt đường Ô tô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với đường có biên dạng phức tạp. Dao động của ô tô không những ảnh hưởng đến con người (lái xe và hành khách), hàng hóa chuyên chở, độ bền của các cụm tổng thành, ảnh hưởng tới độ an toàn chuyển động của ô tô, mà còn ảnh hưởng tới tuổi thọ của đường. Đặc biệt trong quá trình chuyển động, sự kích động động học của mấp mô mặt đường làm cho ô tô dao động, khi ô tô dao động làm phát sinh tải trọng động lớn tác dụng nên hệ thống chịu tải của xe (khung vỏ), các chi tiết, cơ cấu tổng thành…ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chúng. 1.3.1.Các nguồn gây dao động ô tô Đối với một cơ hệ bất kỳ, nguồn kích thích dao động có hai dạng là các kích thích động học và kích thích lực học. Trên ôtô có nhiều nguồn gây ra dao động của ô tô: Độ lệch tâm và hình dạng không đồng đều của bánh xe, độ không cân bằng của các bánh xe và các chi tiết quay của động cơ, hệ thống truyển lực. 10 Các ngoại lực xuất hiện trong quá trình chuyển động của ôtô khi tăng tốc, khi phanh, khi quay vòng. Các mấp mô bề mặt đường Cho đến nay mấp mô biên dạng đường vẫn được coi là nguồn chính gây ra dao động ô tô. Các mấp mô biên dạng đường là kích động động học từ mặt đường, có thể mô tả bằng nhiều cách: - Mô tả bằng các hàm xác định thường là các mấp mô dạng xung hoặc mấp mô có dạng hàm điều hoà. - Mấp mô biên dạng đường mô tả bằng hàm ngẫu nhiên của chiều cao nhấp nhô theo chiều dài đường. Việc nghiên cứu dao động của ô tô bằng mô hình ở giai đoạn phát triển mô hình thì hai nhóm kích động đơn và tuần hoàn là hợp lý vì tín hiệu vào là tường minh cho phép quản lý tín hiệu ra của mô hình. Khi nghiên cứu dao động ôtô dưới tác dụng của đường ở một vài loại đường, ở một vài khu vực cụ thể, nhất thiết phải đo đạc về đường và nhất thiết phải sự dụng hàm ngẫu nhiên. 1.3.2. Ảnh hưởng của dao động đối với ô tô, đường giao thông và cơ thể con người Phương tiện giao thông trong quá trình chuyển động sinh các dao động, hệ thống dao động trong mối quan hệ chặt chẽ với đường - hành khách - lái xe (hệ thống quan hệ “Đường - Ô tô - Con người”) Qua hình 1.9 hiện nay có các hướng nghiên cứu về hệ thống quan hệ trên: nghiên cứu về bề mặt đường; nghiên cứu dao động của ô tô; nghiên cứu cảm giác và sức chịu đựng của con người. Hướng nghiên cứu thứ nhất, thực hiện bằng cả thực nghiệm và lý thuyết nhằm mục đích xác định quy luật kích thích dao động ô tô. Bằng các phương pháp đo ghi biên dạng đường khác nhau, tiến hành xử lý các kết quả nhận được. Dao động của ô tô khi chuyển động là dao động cưỡng bức với nguồn kích thích là mấp mô của mặt đường. Mấp mô mặt đường thường không có 11 quy luật (mấp mô mặt đường ngẫu nhiên), để mô tả toán học biên dạng đường dùng các đặc trưng thống kê gồm: kỳ vọng toán học, phương sai và mật độ phổ năng lượng của chiều cao mấp mô mặt đường. Trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về việc mô tả toán học độ mấp mô bề mặt đường. Hình 1.9. Mối quan hệ giữa Đường – Ô tô - Người[2,3] Hướng nghiên cứu thứ hai, nghiên cứu dao động ô tô với mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng, độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy... Vì vậy, nghiên cứu dao động ô tô