Luận văn Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường

piston; 9. buồng chứa khí; 10. piston bơm; 12. xilanh bơm; 11. thanh độ cao; 13. van hút c). Nhíp xe tải[5] Ở hệ treo xe tải, nhíp chịu hai loại tải cơ bản là tải trọng tĩnh và động phương thẳng đứng; mô men xoắn khi hai bánh xe chuyển động khác pha. Ngoài ra khi phanh và tăng tốc, nhíp còn chịu mô men uốn và chèn dập ở tai 14 nhíp. Khi tính toán nhíp ta cần đề cập 4 loại lực sau: Lực tác dụng thẳng đứng; lực dọc do phanh/tăng tốc gây ra; lực ngang do lực ly tâm, đường nghiêng, gió ngang gây ra. *) Mõ nhíp Mõ nhíp chịu cường độ lớn do tải trọng thẳng đứng, lực phanh và lực ngang. Với các xe nhỏ, nhíp có một lá chính và cuốn một lá; nếu hai lá chính cuốn lá đầu còn lá sau cuốn nửa vòng; các xe tải nặng thường hai lá chính, cuốn lá thứ nhất và cuốn vòng to lá thứ hai (hình 1.7). Hình 1.7. Kết cấu mõ nhíp *) Một số kết cấu đầu bắt nhíp quang nhíp Để giảm tải trọng uốn và xoắn cho nhíp, có thể sử dụng các kết cấu như hình 1.. Quang nhíp bắt với cầu có thể kết cấu như trong hình 1.8. *) Nhíp có độ cứng thay đổi Ở các xe tải, tải trọng thường xuyên thay đổi là thay đổi tần số của khối lượng được treo. Để giảm bớt sự thay đổi đó, người ta thường thiết kế nhíp phụ (a), nhíp có chiều dài hiệu dụng thay đổi (b), nhíp có bán kính cong khác nhau (c), nhíp một lá thiết diện thay đổi và nhíp phụ thiết diện thay đổi (d), dầu nhíp đặc biệt thay đổi chiều dài hiệu dụng (e,f,g) trong hình (1.9). 15 (a) (b) (c) (d) (e) (f) Hình 1.8. Một số kết cấu đầu bắt nhíp quang nhíp 16 Hình 1.9. Nhíp có độ cứng thay đổi 17 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 1.11(a) và kết cấu treo hình 1.11(b). Hình 1.10. Hình dáng bề ngoài của xe tải AD250 của Trung Quốc (a) Hệ thống treo cầu trước (b) Hệ thống treo cầu sau Hình 1.11. Hệ thống treo cao su 18 1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trong nước - 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[11]. - 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[12]. Công trình “ Đào Mạnh Hùng, báo cáo đề tài cấp bộ, năm 2005 đơn vị chủ trì Trường Đại học Giao thông Vận tải” đã xây dựng mô hình dao động xe tải ½ với kích thích ngẫu nhiên mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đo được làm tín hiệu đầu vào. Trong báo cáo đánh giá được ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo, tải trọng đến mặt đường quốc lộ dựa vào hệ số tài trọng động bành xe DLC[5]. 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[14,15]. - 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 19 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. -Công 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 mô hình dao động không 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 phân phụ lục 3. Tuy nhiên, chủ đề “Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường” vẫn đang là vấn đề mở cho nhà nghiên cứu trong nước và nước ngoài quan tâm nghiên cứu. 1.2.2. Tình hình nghiên cứu nước ngoài Nghiên cứu hoàn thiện và phát triển hệ thống treo ô tô ngày càng được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao độ êm dịu của người điều khiển cũng như giảm các tác động xấu mặt đường quốc lộ.Những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô đến mặt đường 20 quốc lộ được nhiều khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu, X. M. Shi and C. S. Cai (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của động lực học ô tô đến mặt đường giao thông trong đó thông số kết cấu của các hệ thống như hệ thống treo, ngoài ra lốp xe, tải trọng,.. cũng được xem xét nghiên cứu[19]; Yongjie Lu, Shaopu Yang, et al (2010) đã tiến hành phân tích ảnh hưởng của thông số kết cấu của xe như hệ thống treo, lốp xe, và thông số khai thác đến hệ số tải trọng động bánh xe DLC (Dynamic Load Coefficient) dưa vào mô hình dao động không gian toàn xe ảo của xe tải[20]; Le Van Quynh, Zhang Jianrun et al (2011) đưa ra mô hình dao động không gian phi tuyến của xe tải nặng 5 cầu, từ đó phân tích tương tác qua lại giữa xe và mặt đường. Từ kết quả nghiên cứu đề xuất nhà quản lý giao thông điều kiện mặt đường can thiệt và sửa chữa[15]. Nghiên cứu thiết kế tối ưu các hệ thống treo cho ô tô theo hướng thân thiện đường giao thông cũng được các nhà khoa học thế giới quan tâm nghiên cứu từ rất sớm, Yi K and Hedrick J K (1989) đề xuất lý thuyết điều khiển tích cực và bán tích cực cho hệ thống treo xe tải nhằm giảm tác hại xấu cho mặt đường mặt đường giao thông[20]; Guglielmino E., Sireteanu T., Stammers C.W., Ghita G. and Giudea M (2008) xuất bản ấn phẩm dưới dạng sách trong đó tập hợp nhiều kết quả nghiên cứu về hệ thống treo điều khiển bán tự động nhằm nâng cao khả năng thân thiện với đường giao thông và độ êm chuyển động của xe [21]; Lu Sun (2002) đưa ra phương pháp thiết kế tối ưu thông số hệ treo xe tải nhằm nâng cao đô thân thận với đường[22]; M.J. Mahmoodabadi, A. Adljooy Safaie, A. Bagheri, N. Nariman-zadeh(2013) đưa ra phương pháp tối ưu thông số thiết kế của các hệ thống động học của ô tô trong đó có hệ thống treo sử dụng thuật toán di truyền[24] Nghiên cứu hoàn thiện và phát triển hệ thống treo ô tô ngày càng được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao độ êm dịu của người điều khiển cũng như giảm các tác động xấu mặt đường quốc lộ. Thiết kế và 21 mô phỏng hệ thống treo thủy khí cho xe ô tô được trình bày M. B. Darade và N.D. Khaire [34], kết quả mô phỏng phân tích được hiệu quả hệ thống treo trên mô hình 1/4. Phát triển mô hình toán và mô phỏng hệ thống treo thủy khí được trình bày bởi Tian-hong Luo, Ting-qiong Cui, Wen-jun Luo, Xun-jia Zheng, Chao Lin, et al[35], trong nghiên cứu này các tác giả sử dụng phần mềm mô phỏng AMESim để đánh giá so sánh hiệu quả hệ thống treo khí. Nâng cao hiệu quả hệ thống treo thủy khí một bộ điều khiển hệ thống treo được thiết lập bởi D. Emami, S. A. Mostafavi, P. Asadollahzadeh[36], kết quả nghiên cứu phân tích được hiệu quả hệ thống treo điều khiển. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu ở trên vẫn chưa đề cấp đến phân tích đánh giá hiệu quả hệ thống treo sử dụng mô hình động lực học toàn xe. Ý tưởng chính của đề tài này, hệ số tải trọng động của bánh xe được chọn là các hàm mục tiêu để phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí so với hệ thống treo cao su, một mô hình dao động không gian của ô tô được thiết lập để mô phỏng và đánh giá hiệu quả với kích thích ngẫu nhiên của đường quốc lộ. 1.3. Các chỉ tiêu đánh giá khả năng thân thiện mặt đường quốc lộ 1.3.1. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe Sau những năm 1990, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế của cầu và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh giá cao. Các nhà nghiên cứu của Anh, Mỹ,đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ôtô đối với cầu và đường. Khi ô tô chuyển động trên các mặt đường và cầu, tải trọng động bánh xe sẽ dẫn đến sức căng và biến dạng bền mặt. Sự tích lũy lâu dài của biến dạng dẻo bề mặt sẽ nguyên nhân gây ra phá hủy bề mặt như các vết nứt, lún,.. Để đánh giá ảnh hưởng của tải trọng động của bánh xe đến khả năng thân thiện mặt đường, nhiều công trình nghiên cứu đưa ra hệ số tải trọng động bánh xe DLC - Dynamic Load Coefficient [15,20-23]. Hệ số DLC được định nghĩa bởi công thức (6). 22 s RMST F F DLC . (1-1) trong đó: Fs- tải trọng tĩnh của bánh xe; FT,RMS- tải trọng động bánh xe tác dụng lên mặt đường bình phương trung bình và nó được định nghĩa bởi công thức (1-2 ). 2 1 0 2 , )( 1         T TRMST dttF T F (1-2) Trong đó: FT - Tải trọng động của bánh xe tác dụng lên mặt đường;N T - Thời gian khảo sát(s). Hệ số tải trọng bánh xe DLC phụ thuộc rất nhiêu yếu tố như thống số hệ thống treo, lốp xe, tải trọng xe, vận tốc chuyển động, điều kiện mặt đường...Trong đề tài này, hệ số tải trọng động bánh xe được chọn để phân tích ảnh hưởng của hệ thống treo đến khả năng thân thiện với mặt đường giao thông và sẽ được trình bày ở phần sau và chương trình tính toán được trình bày phụ lục. 1.3.2. Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức Tải trọng động cực đại (Fzdyn, max ) làm giảm tuổi thọ chi tiết, gây tổn hại cho đường. Hệ số tải trọng động Kdyn, max đánh giá mức độ ảnh hưởng đến chi tiết, hệ số áp lực đường W đánh giả mức độ ảnh hưởng của dao động với đường[12]. 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 định nghĩa như sau: Kdyn,max=1+ 5,1 )max( ,  stz zdyn F F (1-3) trong đó: Kdyn, max : Hệ số tải trọng động cực đại 23 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:   T stzzRMSZFz dtFtF T F 2,, ))(( 1  (1-4) và: kdy max = 1 64,1 , ,  stz RMSZ F F (1-5) b. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường Sau những năm 1990, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế của cầu và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh giá cao. Các nhà nghiên cứu của Anh, Mỹ QII đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ôtô đối với cầu và đường. Người ta thấy rằng mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô đến cầu và đường tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe với đường. Họ đã đưa ra khái niệm Road stress Coefficient, tạm gọi là hệ số áp lực đường W, là hệ số có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô với cầu và đường. Trong một số tài liệu còn có tên tiếng anh là Dynamic wear factor. Theo đó, Wilkinson [12,] đã nêu ra công thức xác định hệ số áp lực đường w như sau: W=1+6 2 +44 (1-6) = stz dynz F f , , )max( (1-7) Khi xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là: W=   i stz i stz iF iFiw 1 , 1 , )( )().( (1-8) Trong luận văn này tác giả chọn hệ số tải trọng bánh xe DLC là hàm mục tiêu để đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí. 1.4.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn 1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu Để phân phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí xe tải hạng nặng, mô hình toán hệ thống treo thủy khí và mô hình dao động toàn xe với 15 bậc tự 24 do được thiết lập dưới kích thích mấp mô mặt đường quốc lộ. Hệ số tải trọng bánh xe DLC được chọn làm mục tiêu để đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí. Phần mềm Matlab/Simulink được áp dụng mô phỏng và đánh giá hiệu quả hệ thống theo thủy khí theo hướng thân thiện mặt đường. Trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ khoa học tác giả tập trung cứu một số vấn đề sau: - Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng 3 cầu; - Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động; - Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống thủy khí. 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình toán hệ thống treo thủy khí và mô hình dao động không gian toàn xe tải hạng nặng. Đối tượng: Một mô hình dao động toàn xe tải với 15 bậc tự do và hệ thống treo thủy khí được xem xét đánh giá trong luận văn này. 1.4.3. Phương pháp nghiên cứu Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần mềm Matlab simulink 7.0 để phân tích hiệu quả của hệ thống treo thủy khí theo hướng thân thiện mặt đường. 1.4.4. 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 và mô phỏng dao động xe tải hạng nặng; Chương 3. Phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí. Kết luận và những kiến nghị. 1.5. Kết luận chương Kết quả phân tích trong chương này đã đưa được các lập luận về cơ sở lý thuyết cho vấn đề cần nghiên cứu như phân tích hệ thống treo, các chỉ tiêu đánh giá mức độ thân thiện mặt đường và phân tích mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu. 25 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI HẠNG NẶNG 3 CẦU 2.1. Mô hình toán hệ thống treo thủy khí Hệ thống treo thủy khí đã và đang được các nhà nghiên cứu, thiết kế hoàn thiện kết cấu để ứng dụng cho các loại xe tải hạng nặng “off-road”. Trong khuôn khổ của luận văn thạc sĩ, em tiến hành xây dựng và phát triển mô hình toán hệ thống treo thủy khí của Citroën HydrActive strut trong tài liệu tham khảo[37]. Mô hình dao động của hệ thống treo thủy khí được thể hiện trên hình 2.3. zb za DÇu Khi p1 p (a) Hệ thống treo thủy khí z za b k c mb ma (b) Mô hình dao động thủy khí Hình 2.1. Mô hình dao động của hệ thống treo thủy khí Giải thích các ký hiệu trên hình 2.3, ma, mb lần lượt là khối lượng của cầu xe và khối lượng thân xe; za, zb là chuyển vị cầu xe và thân xe; k và c là độ cứng và hệ số cản của hệ thống treo thủy khí. Lực theo phương thẳng đứng hệ thống treo thủy khí được xác định theo mô hình toán 2.3b và nhưng nguyên lý về thủy khí: Từ phương trình trạng thái khí lý tưởng có dạng: 26 0 0 k k b bp V p V (2-1) trong đó: Vb: Thể tích ban đầu của bình khí Pb: Áp suất ban đầu của bình khí V0: Thể tích của bình khí khi xe ở trạng thái cân bằng tĩnh Pb: Áp suất của bình khí khi xe ở trạng thái cân bằng tĩnh k: hằng số đoạn nhiệt của khí Lưu lượng dòng chảy qua lỗ được xác định theo công thức: ( ).sign( )s b a b aQ A z z z z   (2-2) Lưu lượng dòng chảy qua lỗ tiết lưu được xác định qua phương trình: 1. . 2 .d p p Q C A g    Với : p1: Áp suất khí trong bình ở thời điểm bất kỳ p: Áp suất dầu trong xi lanh ở thời điểm bất kỳ A: Diện tích của lỗ As: Diện tích của piston Cd: Hệ số lưu lượng dòng chảy qua lỗ xu: chuyển vị của khối lượng không được treo xd: chuyển vị của lốp xe Kết hợp 2 phương trình (2-1) và phương trình (2-2) ta xác định áp suất dầu trong xi lanh ở thời điểm bất kỳ: 1. . 2 . .( ). ( )d s b a b a p p C A g A z z sign z z      (2-3) 2 2 1 2 2 . ( ) . ( ) 2. . s b a b a d A z z p p sign z z C A      (2-4) Từ phương trình trạng thái khí ta có: 1 1 0 0 k kpV p V 27 Với: 1 0 .( )s b aV V A z z   0 1 0 0 .( ) k b a V p p V As z z          (2-4) 2 2 0 0 2 2 0 . ( ) . ( ) .( ) 2. . k s b a b a b a d V A z z p p sign z z V As z z C A           (2-5) Từ đó ta tìm được lực theo phương thẳng đứng của hệ thống treo thủy khí: 3 2 0 0 0 2 2 0 . ( ) ( ) 1 . ( ) .( ) 2. . k s b a s s b a b a d V A z z F p p A p A sign z z V As z z C A                  (2-6) Phương trình (2-6), lực theo phương đứng của hệ thống treo thủy khí được xác định và mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink trình bày trong chương 3. 2.2. Mô hình toán hệ thống treo cao su Hệ thống treo cao su đã và đang được ứng dụng cho các loại xe tải hạng nặng “off-road”. Trong khuôn khổ của luận văn thạc sĩ, em tiến hành xây dựng mô hình dao động hệ thống treo cao su theo tài liệu tham khảo[38, 39]. Mô hình dao động của hệ thống treo cao su được thể hiện trên hình 2.5 (a) Phân tử đán hồi cao su của hệ thống treo sau k c m bz az b 2 k1 (b)Mô hình dao động hệ thống treo cao su Hình 2.2. Mô hình dao động hệ thống treo cao su 28 Trong tài liệu của tác giả Sun Beibei và một số cộng sự [38] đã tiến hành thí nghiệm và đánh giá đặc tính động lực học của bộ phận đàn hồi của hệ thống treo cao su xe AD250 của Trung Quốc. Lực đàn hồi là phi tuyến bậc 3 và lực theo phương đứng của hệ thống treo cao su dựa vào hình 2.4b được xác định theo công thức dưới đây:                           2 )sgn(1 2 )sgn(1 3 21 ab bb bb ab ababb zz zzc zz zzc zzkzzkgmF      (2-27) Phương trình (2-7), lực theo phương đứng của hệ thống treo cao su được xác định và mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink trình bày trong chương 3 làm cơ sở đánh giá hiệu quả của hệ thống treo thủy khí theo hướng thân thiện với mặt đường quốc lộ. 2.3. Xây dựng mô hình dao động toàn xe tải 2.3.1. Các giả thiết mô hình dao động tương đương Ô tô là một cơ hệ hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau. Mỗi bộ phận được đặc trưng khối lượng và thông số đặc trưng. Bộ phận có tác dụng giảm các dao động từ mặt đường lên khung vỏ là hệ thống treo. Hệ thống treo là đối tượng chính khi nghiên cứu dao động. Để nghiên cứu dao động xe ôtô một cách thuận lợi chúng ta cần phải thiết lập dao động tương đương. Trong đó mô hình dao động ô tô cần có đầy đủ các thông số liên quan đến dao động của ôtô. Trước khi thiết lập mô hình dao động tương đương cần thống nhất một số khái niệm sau: a. Khối lượng được treo m Khối lượng được treo m gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng của chúng tác dụng lên hệ thống treo. Đó là khung, thùng, hàng hoá, cabin và một số chi tiết khác. Giữa chúng thực ra được nối với nhau một cách đàn hồi nhờ các đệm đàn hồi, ổ tựa đàn hồi bằng cao su, dạ, nỉ, giấy công nghiệp, ... Hơn nữa bản thân các bộ phận này cũng không phải cứng tuyệt đối, cho nên khối 29 lượng treo thực ra là một nhóm các khối lượng được liên kết đàn hồi thành một hệ thống. Tuỳ nhiên dựa cách bố trí cụ thể của ôtô, mà có thể chia khối lượng được treo thành 2 hoặc nhiều khối lượng, giữa các khối lượng liên kết với nhau bằng các phần tử đàn hồi và giảm chấn. Tuy nhiên các mối đàn hồi giữa các thành phần của khối lượng được treo có biến dạng rất nhỏ so với biến dạng của hệ thống treo và lốp. Cho nên trong trường hợp đơn giản có thể coi rằng khối lượng được treo m là một khối lượng đồng nhất ở dạng phẳng hoặc dạng không gian theo mục đích của các nhà nghiên cứu. b. Khối lượng không được treo ma Khối lượng không được treo gồm những cụm mà trọng lượng của chúng không tác dụng trực tiếp lên hệ thống treo mà chỉ tác dụng lên lốp bánh xe. Đó là: bán trục, dầm cầu, bánh xe, một phần chi tiết của hệ thống treo, truyền động lái, nhíp, giảm chấn, một phần của trục các đăng. Coi khối lượng không được treo là một vật thể đồng nhất, cứng tuyệt đối và có khối lượng mb tập trung vào trọng tâm của cầu xe. c. Hệ thống treo Hệ thống treo trong ôtô có nhiệm vụ nối phần được treo M và phần khối lượng không được treo m một cách đàn hồi. Hệ thống treo cùng với lốp làm giảm những chấn động gây nên do sự mấp mô mặt đường khi xe chuyển động. Hệ thống treo gồm những bộ phận sau: - Bộ phận đàn hồi: Lò xo, nhíp, thanh xoắn, bình khí ... Nó được biểu diễn bằng một lò xo có độ cứng k. - Bộ phận giảm chấn: có nhiệm vụ dập tắt các chấn động. Nó được đặc trưng bằng hệ số cản giảm chấn c. - Bộ phận dẫn hướng: gồm có các thành đòn và có nhiệm vụ truyền lực và mô men theo các phương phương. d. Bánh xe Bánh xe ngoài tác dụng là hệ thống di chuyển và đỡ toàn bộ trọng lượng của xe còn có tác dụng làm giảm các chấn động từ mặt đường lên xe, 30 tăng độ êm dịu cho xe. Bánh xe là hình ảnh thu nhỏ của hệ thống treo, có nghĩa là cũng bao gồm một thành phần đàn hồi và một thành phần giảm chấn, đặc trưng độ cứng k và hệ số cản c. 2.3.2. Mô hình dao động toàn xe tải hạng nặng Để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo khí so với hệ thống treo phần tử đàn hồi lá nhíp, một ô tô tải 3 cầu hạng nặng AD250 của Trung Quốc sản xuất [38,39] được chọn để xây mô hình dao động. Mô hình dao động được thể hiện trên hình 2.5 c1r z13 m13 I14z14 11(13) 10(12) k8c7 l10 l06 l0706(08)07(09) 01 z1 m1 k4r c4r k1r l01 z8 I8 00 l04z7 m7 z3 m3 c2r k2r c3r k3r m5 z5 c5r k5r l42 k6r 6l(6r)5l(5r) z11(z12) 04(05) I11,(I12) c6r z15(I12) 13 14 k7,c7 09 07 lc1 k7,c7 z9(z10) I9(I10) 02 01 c4l k4l c4r k4r z1lu z1ru z2(z4,z6) I2(I4,I6) z1ld z1rdlf1 lr1 c1l k1l lct c1r k1r q1l qlrq3rq2rqlr k7 c8 Hình 2.3 Mô hình dao động của ô tô tải hạng nặng 3 cầu Giải thích các ký hiệu trên hình 1: k6, k7, k8, k9 lần lượt là độ cứng đặc trưng của hệ thống treo cabin ; c6, c7, c8,c9 là hệ số cản đặc trưng cho hệ thống treo cabin; k4r, k4l, k5r, k5l, k6r, k6l, lần lượt là độ cứng đặc trưng của hệ thống treo ; c4r, c4l, c5r, c5l, kc6r, c6l, là hệ số cản đặc trưng cho hệ thống treo; l01, l04, l42, l43, là các khoảng cách tương ứng; m1, m3, m5, là các khối lượng không được treo; I và I2, I4, I6, I11, I12,.. là các momen quán tính tương ứng của khối lượng; zn, z11, z12, z13, z14,là các chuyển vị theo phương thẳng đứng. q1r, q2l , q3r là hàm mấp mô mặt đường. 2.3.3. Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động 31 Dựa vào mô hình dao động để các phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ để khảo sát và lựa chọn các thông số thiết kế của hệ thống treo. Hiện nay có rất nhiều phương pháp để thiết lập phương trình vi phân miêu tả chuyển động của cơ hệ như: phương trình Lagrange loại II, nguyên lý D’Alambe, nguyên lý Jourdain kết hợp phương trình Newton – Euler. Tuy nhiên để thuận lợi cho mô phỏng bằng máy tính em sử dụng nguyên lý D’Alambe kết hợp cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật để thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe. Phần thiết lập hệ phương trình mô tả dao động trong luận văn này được phối hợp cùng với luận văn của tác giả Dương Đức Minh để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo thủy khí cho xe tải hạng năng 3 cầu. Dựa vào cơ sở hệ nhiều vật tách các vật ra khỏi cơ hệ và thay vào đó là các phản lực liên kết. Sau đó sử dụng nguyên lý D’Alambe để thiết lập hệ phương trình cân bằng cho từng vật của cơ hệ sau đó liên kết chúng lại với nhau bằng quan hệ lực và momen. Theo nguyên lý D’Alambe: 0 qtFF  (2-8) trong đó: F  : là tổng các ngoại lực tác dụng lên vật. qtF  : là tổng các lực quán tính tác dụng lên vật. a) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động CABIN Theo lý thuyết hệ nhiều vật chúng ta tách liên kết của vật cabin ra khỏi cơ hệ và thay vào đó các phản lực liên kết. Hình 2.6 thể hiện sơ đồ lực và mô men tác dụng lên đầu xe: 32 F07 F06 F09 F08 Z13 m13 I14 Z14 Z15 Hình 2.4. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cabin Thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men tác dụng lên thân xe tương tự như cầu trước, ta có: Phương trình cân bằng lực tác dụng lên cabin 13 13 06 07 08 09( )m z F F F F     (2-9) Các lực F06 , F07 , F08 , F09 là lực của hệ thống treo cabin Trong đó: i k c F F F  (2-10) Lực giảm chấn: ij ( ) c i F c z z  (2-11) Lực đàn hồi: ij ( ) k i i F k z z  (2-12) Vậy giá trị các lực giảm chấn và đàn hồi như sau: 06 8 06 010 8 06 010 07 7 07 011 7 07 011 08 8 08 012 8 08 012 09 7 09 013 7 09 013 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) F k z z c z z F k z z c z z F k z z c z z F k z z c z z                        (2-13) Phư