Tổng quan về hệ thống treo ô tô tải
1.1.1 Nhiệm vụ, một số bộ phận cơ bản, phân loại hệ thống treo
Khi ô tô di chuyển trên bề mặt đường không bằng phẳng, sự chép hình của bánh xe gây ra dao động và tạo ra tải trọng động lớn, ảnh hưởng tiêu cực đến tính êm ái và tiện nghi cho người sử dụng, đồng thời làm giảm tuổi thọ của các chi tiết ô tô Hệ thống treo được hiểu là hệ thống liên kết mềm (đàn hồi) giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe, đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tác động của tải trọng động.
Hệ thống treo có nhiệm vụ nâng thân xe lên cầu xe, cho phép bánh xe di chuyển theo phương thẳng đứng so với khung hoặc vỏ xe, đồng thời hạn chế các chuyển động không mong muốn của bánh xe Cấu tạo chung của hệ thống treo bao gồm ba bộ phận cơ bản: bộ phận đàn hồi, bộ phận giảm chấn và bộ phận dẫn hướng.
Nối “mềm” giữa bánh xe và thùng xe giúp giảm tải trọng động tác từ bánh xe lên khung, đảm bảo sự êm dịu khi di chuyển trên các địa hình khác nhau.
+ Phần tử đàn hồi có nhiệm vụ đưa vùng tần số dao động của xe phù hợp vùng tần số thích hợp với người sử dụng
Dập tắt nhanh chóng dao động phát sinh khi xe di chuyển từ mặt đường lên khung xe trên các địa hình khác nhau bằng cách chuyển hóa năng lượng dao động thành nhiệt năng tỏa ra môi trường.
Để đảm bảo an toàn trong chuyển động, cần giảm thiểu dao động của phần không treo và tối ưu hóa sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, từ đó nâng cao khả năng bám đường.
+ Xác định tính chất chuyển động (động học) của bánh xe đối với khung, vỏ xe
+ Tiếp nhận và truyền các lực dọc, ngang và các mô men giữa bánh xe với khung xe và ngược lại
Ngoài ra trên một số hệ thống treo còn có: bộ phận ổn định ngang và các ụ cao su tăng cứng hoặc hạn chế hành trình
Phần tử ổn định ngang đóng vai trò như một yếu tố đàn hồi phụ, giúp tăng cường khả năng chống lật cho thân xe khi có sự thay đổi về tải trọng trong mặt phẳng ngang.
Các phần tử phụ khác: vấu cao su, thanh chịu lực phụ, có tác dụng tăng cứng, hạn chế hành trình và chịu thêm tải trọng c) Phân loại
Việc phân loại hệ thống treo dựa theo các căn cứ sau:
- Theo loại bộ phận đàn hồi chia ra:
+ Loại bằng kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn
+ Loại khí: buồng khí nén dạng gấp, dạng sóng, có buồng khí nén phụ
+ Loại thuỷ khí: kết hợp giữa khí nén và giảm chấn thủy lực
+ Loại cao su: các gối cao su, ống cao su đàn hồi
-Theo bố trí bộ phận dẫn hướng chia ra:
+ Loại phụ thuộc với dầm cầu liền
+ Loại độc lập: một đòn, hai đòn,
-Theo phương pháp điều khiển có thể chia ra:
+ Hệ thống treo bị động (Hệ thống treo không điều khiển),
+ Hệ thống treo chủ động (Hệ thống treo có điều khiển)
1.1 2 Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải a)Hệ thống treo khí[5]
*)Hệ thống treo khí liên kết giữa hai cầu (kiểu Moulton-Dunlop)
Phần tử đàn hồi được cấu tạo từ balon khí nitơ với áp suất nạp 17,5 bar, trong khi buồng thứ hai được chia thành hai ngăn chứa dầu để thực hiện chức năng giảm chấn thủy lực Dung dịch thủy lực trong hệ thống bao gồm 50% cồn công nghiệp cùng với một số phụ gia chống oxy hóa, được bơm vào với áp suất 23 bar Trong quá trình hoạt động, khối lượng của phần tử đàn hồi giữ nguyên, nhưng thể tích và áp suất sẽ thay đổi.
Hành trình nén bắt đầu khi piston (1) đẩy màng (10) lên, dồn chất lỏng qua van nén (3) vào ngăn (4) chứa khí nitơ, từ đó tiêu thụ động năng từ đường Quá trình này trải qua ba giai đoạn: (i) khi mấp mô đường nhỏ, xe di chuyển chậm, chất lỏng chảy qua các lỗ để cân bằng; (ii) khi mấp mô đường tăng, áp suất trong buồng dầu (8) đủ để mở van nén (3), cho phép chất lỏng chảy vào buồng (4); (iii) khi đường xấu với mấp mô lớn, tốc độ xe tăng, áp suất chất lỏng tăng đột ngột, mở hết các lỗ van, cho phép nhiều chất lỏng vào buồng (4), tạo ra lực cản thủy lực.
Khi xe vượt qua mấp mô, khí trong buồng (4) giãn nở, đẩy chất lỏng sang buồng (9) qua hai giai đoạn Giai đoạn đầu, khi mấp mô nhỏ hoặc xe di chuyển chậm, chỉ một ít chất lỏng quay lại buồng (8) với tốc độ chậm, do đó lực cản thủy lực không đáng kể Giai đoạn tiếp theo, khi mấp mô lớn hơn hoặc xe chạy nhanh hơn, áp suất chất lỏng trong buồng (4) tăng lên, khiến van trả mở nhanh, cho phép nhiều chất lỏng chảy về buồng (9) Tuy nhiên, việc mở van nhanh làm áp suất thay đổi nhanh chóng, dẫn đến dòng chất lỏng bị giới hạn và chậm lại, ảnh hưởng đến quá trình trả của khí đàn hồi.
Trong hành trình trả, piston di chuyển chậm hơn so với hành trình nén do không có van giảm tải Chất lỏng chảy qua cùng một lỗ cho cả hai hành trình Khi một bánh xe đi qua mấp mô, chất lỏng bị nén và chảy sang buồng đối diện, giúp cân bằng thân xe và hạn chế lắc dọc Với tốc độ dòng chảy dầu thấp, áp suất không đổi, khí không bị biến dạng Khi xe quay hoặc di chuyển lên xuống, hệ treo trước và sau hoạt động đồng thời, làm tăng áp suất chất lỏng và tạo áp suất động cho khí nitơ Khi piston di chuyển vào trong, diện tích hiệu dụng tăng, làm tăng độ cứng khí nén và cản lại dao động lắc ngang Nếu thân xe đi xuống nhanh, diện tích hiệu dụng cũng tăng, giúp hạn chế chuyển động đi xuống của thân xe.
Hình 1.1 Hệ thống treo với các phần tử khí
1 Piston côn; 2 vỏ giảm chấn; 3 van nén( mở); 4 màng ngăn; 5 buồng khí;
6 khí nitơ; 7 ống nối treo trước/sau; 8 buồng giảm chấn; 9 chất lỏng; 10 piston màng b)Hệ thống treo thuỷ khí điều chỉnh độ cao tự động (Citroen)[5]
Hệ treo trước sử dụng kiểu MacPherson, trong khi hệ treo sau áp dụng loại đòn dọc Để tăng cứng xoắn cho hệ thống, hai thanh chống lắc ngang được lắp đặt cho cả treo trước và sau, đồng thời hỗ trợ điều khiển van điều chỉnh độ cao.
Hình 1.2 Hệ thống treo thủy khí
Bộ phận đần hồi: balon khí nitơ (1,2) và giảm chấn (5), xem hình
Khi bánh xe di chuyển qua mấp mô, piston sẽ được đẩy lên, dẫn đến việc chất lỏng được chuyển vào khoang dưới của balon khí, làm cho màng ép khí nitơ trong một thể tích nhỏ Ngược lại, khi bánh xe đi qua chỗ lõm, khí nén sẽ giãn ra, đẩy chất lỏng trở lại xy lanh giảm chấn, khiến piston chuyển động xuống Việc điều chỉnh lượng chất lỏng qua van giảm chấn giúp nén hoặc giãn nở khí nén, từ đó thay đổi áp suất so với áp suất ban đầu, nhằm hạn chế các lực động tác dụng lên thân xe.
Hình 1.3 Hệ thống treo thủy khí trang bị van điều áp
1 Balon khí; 2 khí nitơ; 3 màng ngăn cách; 4 ống dẫn chất lỏng vào; 5 xilanh; 6 đường dầu ra; 7 vấu hạn chế hành trình; 8 piston giảm chấn; 9 cần piston; 10 van điều chỉnh độ cao; 11 đòn điều chỉnh; 12 thanh ổn định
Bơm dầu và van đẳng áp đóng vai trò quan trọng trong hệ thống cung cấp dầu Dầu được bơm liên tục từ bơm piston-đĩa quay lai bởi động cơ đốt trong với áp suất ổn định đã được xác định Áp suất cao được lưu trữ trong bình tích áp, có túi khí nitơ, giúp cung cấp dầu khi có nhu cầu đột ngột, cho phép bơm hoạt động không tải và loại bỏ quá trình đóng ngắt bơm Khi bơm không tải, áp suất chỉ đủ để đưa dầu về bình chứa qua van điều chỉnh áp suất Van điều chỉnh áp suất và bình tích áp đảm bảo áp suất tối thiểu cho hệ thống hoạt động và giới hạn áp suất tối đa, với áp suất đóng của bơm là 140 bar và áp suất cắt là 165 bar.
Van điều chỉnh độ cao cho phép tự động thay đổi độ cao của xe thông qua việc điều chỉnh thể tích dầu không chịu nén giữa buồng dầu và xy lanh Khi tải trọng tăng, thân xe hạ thấp, gây ra sự biến dạng trong hệ treo và làm quay thanh ổn định Góc quay của thanh ổn định tương ứng với chuyển vị tương đối của hệ thống treo so với vị trí tĩnh ban đầu Chuyển vị này được truyền đến van điều chỉnh độ cao thông qua thanh xoắn điều khiển, với một đầu được kẹp chặt vào thanh ổn định và đầu kia kết nối với đòn điều chỉnh, từ đó nối với van điều chỉnh độ cao.
Hình 1.4.a.b Van điều chỉnh độ cao
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,
Nghiên cứu năm 2002 đã phân tích ảnh hưởng của các thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu chuyển động Trong luận án, tác giả đã giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do, với kích động mặt đường được mô hình hóa bằng hàm phổ của Iasenko.
- 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
Nghiên cứu này tập trung vào dao động của ôtô nhiều cầu, đặc biệt là phân tích đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi trong hệ thống treo và lốp xe Tác giả sử dụng mô hình không gian và áp dụng phương pháp Matlab Simulink để giải quyết bài toán dao động một cách hiệu quả.
Công trình của Đào Mạnh Hùng, báo cáo đề tài cấp bộ năm 2005 do Trường Đại học Giao thông Vận tải chủ trì, đã phát triển mô hình dao động cho xe tải với kích thước ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ 1A Báo cáo này đánh giá ảnh hưởng của các thông số thiết kế hệ thống treo và tải trọng đến mặt đường quốc lộ, dựa trên hệ số tải trọng động bánh xe (DLC).
Công trình nghiên cứu của Lê Văn Quỳnh và cộng sự (2012) tập trung vào việc đánh giá dao động của lớp xe tải 2 cầu, 3 cầu, 4 cầu và 5 cầu đối với mức độ thân thiện của mặt đường Kết quả nghiên cứu đã xây dựng mô hình dao động cho lớp xe tải hạng nặng dưới tác động của các kích thước ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ Các ảnh hưởng của các thông số động lực học của lớp xe được phân tích thông qua hệ số tải trọng động bánh xe (DLC).
Công trình "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 của thông số hệ thống treo xe tải đến khả năng thân thiện với mặt đường quốc lộ Tác giả đã xây dựng mô hình dao động không gian cho ôtô ba cầu với kích động ngẫu nhiên và giải quyết bài toán dao động bằng phương pháp Matlab/Simulink Luận án tập trung phân tích các thông số thiết kế hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản dựa trên hàm mục tiêu là hệ số tải trọng động bánh xe DLC.
Công trình thạc sĩ của Đặng Ngọc Minh Tuấn tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên năm 2017 tập trung vào việc tối ưu hệ thống treo khí cho xe tải hạng nặng nhằm cải thiện khả năng thân thiện với mặt đường quốc lộ Trong luận án, tác giả đã xây dựng mô hình dao động không gian cho ôtô 5 cầu với kích động ngẫu nhiên và áp dụng phương pháp Matlab/Simulink để giải quyết bài toán dao động Từ hàm mục tiêu là hệ số tải trọng động bánh xe (DLC), các thông số thiết kế của hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản đã được tối ưu hóa.
Công trình nghiên cứu "Nhóm tác giả với bài báo khoa học về ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo cabin đến độ êm dịu chuyển động của xe, 2018" đã phát triển một mô hình dao động không gian phí tuyến với 15 bậc tự do Nghiên cứu này sử dụng kích thích ngẫu nhiên từ mặt đường quốc lộ để đánh giá tác động của các thông số thiết kế như độ cứng và hệ số cản của hệ thống treo cabin đến độ êm dịu chuyển động của xe, được trình bày chi tiết trong phụ lục 3.
Chủ đề “Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng” đang thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu cả trong nước và quốc tế, đặc biệt liên quan đến khả năng thân thiện với mặt đường.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài
Nghiên cứu và phát triển hệ thống treo ô tô đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học nhằm nâng cao trải nghiệm lái xe và giảm thiểu tác động tiêu cực đến mặt đường quốc lộ Trong những năm gần đây, ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô đối với mặt đường quốc lộ đã trở thành một chủ đề nghiên cứu quan trọng trên toàn cầu.
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 hệ thống treo ô tô nhằm nâng cao tính thân thiện với đường giao thông đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học Yi K và Hedrick J K (1989) đề xuất lý thuyết điều khiển tích cực và bán tích cực cho hệ thống treo xe tải để giảm thiểu tác động xấu lên mặt đường Guglielmino E cùng các cộng sự (2008) đã xuất bản một cuốn sách tổng hợp nhiều nghiên cứu về hệ thống treo điều khiển bán tự động, nhằm cải thiện độ êm ái và tính thân thiện với đường Lu Sun (2002) trình bày phương pháp tối ưu hóa thông số hệ treo xe tải để tăng cường tính thân thiện với mặt đường M.J Mahmoodabadi và các đồng nghiệp (2013) đã đề xuất phương pháp tối ưu hóa thông số thiết kế cho các hệ thống động học của ô tô, bao gồm cả hệ thống treo, sử dụng thuật toán di truyền.
Nghiên cứu về hệ thống treo ô tô ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học nhằm cải thiện độ êm ái cho người lái và giảm thiểu tác động tiêu cực từ mặt đường M B Darade và N.D Khaire đã trình bày thiết kế và mô phỏng hệ thống treo thủy khí, với kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của hệ thống trên mô hình 1/4 Bên cạnh đó, nghiên cứu của Tian-hong Luo và các cộng sự đã phát triển mô hình toán và mô phỏng hệ thống treo thủy khí, sử dụng phần mềm AMESim để so sánh hiệu quả của hệ thống treo khí.
Nghiên cứu của D Emami, S A Mostafavi, P Asadollahzadeh đã thiết lập một bộ điều khiển hệ thống treo thủy khí nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống này Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chưa phân tích đánh giá hiệu quả của hệ thống treo bằng mô hình động lực học toàn xe Đề tài này tập trung vào việc sử dụng hệ số tải trọng động của bánh xe như các hàm mục tiêu để so sánh hiệu quả giữa hệ thống treo thủy khí và hệ thống treo cao su Một mô hình dao động không gian của ô tô sẽ được thiết lập để mô phỏng và đánh giá hiệu quả dưới tác động của kích thích ngẫu nhiên từ đường quốc lộ.
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 có tải trọng lớn hơn, dẫn đến việc tỷ trọng kinh tế của cầu và đường trong ngành giao thông ngày càng quan trọng Nghiên cứu từ các chuyên gia Anh, Mỹ đã chỉ ra rằng dao động ôtô ảnh hưởng đến cầu và đường Khi ô tô di chuyển, tải trọng động từ bánh xe tạo ra sức căng và biến dạng bề mặt Sự tích lũy lâu dài của biến dạng dẻo sẽ gây ra các vấn đề như nứt, lún trên bề mặt Để đánh giá tác động của tải trọng động bánh xe đến khả năng thân thiện của mặt đường, nhiều nghiên cứu đã đưa ra hệ số tải trọng động bánh xe DLC - Dynamic Load Coefficient, được định nghĩa qua công thức cụ thể.
DLC được xác định theo công thức DLC = F (1-1), trong đó Fs là tải trọng tĩnh của bánh xe Tải trọng động của bánh xe tác dụng lên mặt đường được tính bằng giá trị bình phương trung bình F T,RMS, được định nghĩa bởi công thức (1-2).
F T - Tải trọng động của bánh xe tác dụng lên mặt đường;N
Hệ số tải trọng bánh xe DLC chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố như thông số hệ thống treo, lốp xe, tải trọng xe, vận tốc di chuyển và điều kiện mặt đường Trong nghiên cứu này, hệ số tải trọng động bánh xe sẽ được phân tích để đánh giá tác động của hệ thống treo đối với khả năng thân thiện với mặt đường giao thông Thông tin chi tiết và chương trình tính toán sẽ được trình bày trong phần phụ lục.
1.3.2 Chỉ tiêu về tải trọng theo tiêu chuẩn Đức
Tải trọng động cực đại (Fzdyn, max) có ảnh hưởng tiêu cực đến tuổi thọ của các chi tiết và gây tổn hại cho bề mặt đường Hệ số tải trọng động Kdyn, max được sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của tải trọng đến chi tiết, trong khi hệ số áp lực đường W phản ánh tác động của dao động lên bề mặt đường Để nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng động đến độ bền của chi tiết, tác giả đã áp dụng hệ số tải trọng động cực đại.
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 F Z , RMS T 1 T ( F z ( t ) F z , st ) 2 dt (1-4) và: kdy max = 1 , 64 1
F (1-5) b Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường
Sau những năm 1990, ôtô có tải trọng ngày càng lớn, dẫn đến việc tỷ trọng kinh tế của cầu và đường trong ngành giao thông được đánh giá cao hơn Nghiên cứu từ các nhà khoa học Anh và Mỹ đã chỉ ra rằng dao động ôtô ảnh hưởng đến cầu và đường tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe Họ giới thiệu khái niệm Hệ số áp lực đường (Road Stress Coefficient), ký hiệu là W, để đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô đến cầu và đường, còn được gọi là Dynamic Wear Factor Wilkinson đã đưa ra công thức xác định hệ số áp lực đường W.
, ) max( (1-7) Khi xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là:
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.
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 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
Nghiên cứu này tập trung vào việc xây dựng mô hình toán cho hệ thống treo thủy khí và mô hình dao động không gian của xe tải hạng nặng Đối tượng nghiên cứu là một mô hình dao động toàn xe tải với 15 bậc tự do, trong đó hệ thống treo thủy khí được đánh giá và phân tích trong luận văn này.
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
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.
Kết luận chương
Phân tích trong chương này đã trình bày các lập luận lý thuyết liên quan đến nghiên cứu, bao gồm việc phân tích hệ thống treo, đánh giá mức độ thân thiện của mặt đường, cũng như xác định mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu.
Mô hình toán hệ thống treo thủy khí
Hệ thống treo thủy khí đang được nghiên cứu và hoàn thiện để ứng dụng cho xe tải hạng nặng "off-road" Trong luận văn thạc sĩ, tôi đã xây dựng và phát triển mô hình toán học cho hệ thống treo thủy khí của Citroën HydrActive strut, như được trình bày trong tài liệu tham khảo [37] Mô hình dao động của hệ thống treo này được thể hiện trong hình 2.3.
(a) Hệ thống treo thủy khí z z a b k c m b m a
(b) Mô hình dao động thủy khí
Hình 2.1 Mô hình dao động của hệ thống treo thủy khí
Hình 2.3 giải thích các ký hiệu ma và mb, trong đó ma là khối lượng của cầu xe và mb là khối lượng của thân xe Các ký hiệu za và zb đại diện cho chuyển vị của cầu xe và thân xe Ngoài ra, k và c lần lượt 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:
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:
Q A z s ( b z a ).sign( z b z a ) (2-2) Lưu lượng dòng chảy qua lỗ tiết lưu được xác định qua phương trình:
Với : p1: Áp suất khí trong bình ở thời điểm bất kỳ p: Áp suất dầu trong xi lanh ở thời điểm bất kỳ
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:
Từ phương trình trạng thái khí ta có:
Từ đó ta tìm được lực theo phương thẳng đứng của hệ thống treo thủy khí:
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.
Mô hình toán hệ thống treo cao su
Hệ thống treo cao su đang được áp dụng rộng rãi cho xe tải hạng nặng "off-road" Trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ, tôi đã xây dựng mô hình dao động cho hệ thống treo cao su dựa trên tài liệu tham khảo.
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 z b z a b
(b)Mô hình dao động hệ thống treo cao su
Hình 2.2 Mô hình dao động hệ thống treo cao su
Tác giả Sun Beibei cùng các cộng sự đã thực hiện thí nghiệm nhằm đánh giá đặc tính động lực học của bộ phận đàn hồi trong hệ thống treo cao su của xe AD250 Trung Quốc Kết quả cho thấy lực đàn hồi trong hệ thống này mang tính phi tuyến.
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:
Trong chương 3, lực theo phương đứng của hệ thống treo cao su được xác định và mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink, điều này đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của hệ thống treo thủy khí, hướng tới việc cải thiện tính thân thiện với mặt đường quốc lộ.
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 bao gồm các thành phần như khung, thùng, hàng hóa, cabin và một số chi tiết khác, tất cả đều tác động lên hệ thống treo Chúng được kết nối với nhau một cách đàn hồi qua các đệm và ổ tựa bằng cao su, dạ, nỉ, giấy công nghiệp, tạo thành một hệ thống liên kết đàn hồi Tùy thuộc vào thiết kế ô tô, khối lượng được treo có thể được chia thành nhiều khối lượng, liên kết qua các phần tử đàn hồi và giảm chấn Mặc dù các mối đàn hồi giữa các thành phần có biến dạng nhỏ, nhưng trong một số trường hợp đơn giản, khối lượng được treo m có thể được coi là một khối lượng đồng nhất, ở dạng phẳng hoặc không gian, phục vụ cho nghiên cứu.
Khối lượng không được treo là các bộ phận mà trọng lượng của chúng không tác động trực tiếp lên hệ thống treo, mà chỉ ảnh hưởng đến lốp bánh xe Các thành phần này bao gồm bán trục, dầm cầu, bánh xe, một số chi tiết của hệ thống treo, truyền động lái, nhíp, giảm chấn và một phần của trục các đăng.
Coi khối lượng không được treo là một vật thể đồng nhất, cứng tuyệt đối, với khối lượng mb tập trung tại trọng tâm của cầu xe Hệ thống treo đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và hiệu suất của xe.
Hệ thống treo ô tô kết nối phần được treo M và phần khối lượng không được treo m một cách đàn hồi, giúp giảm chấn động do mặt đường gồ ghề khi xe di chuyển Các bộ phận chính của hệ thống treo bao gồm lò xo, giảm xóc và các liên kết, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện sự êm ái và ổn định của xe.
- 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 không chỉ là hệ thống di chuyển và nâng đỡ trọng lượng của xe mà còn giúp giảm chấn động từ mặt đường, mang lại sự êm ái cho hành trình Chúng đóng vai trò như một phiên bản thu nhỏ của hệ thống treo, bao gồm các thành phần đàn hồi và giảm chấn, với 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 c 1r z 13 m 13
02 01 c 4l k 4l c 4r k 4r z 1lu z 1ru z 2 (z 4 ,z 6 ) I 2 (I 4 ,I 6 ) z 1ld z 1rd l f1 l r1 c 1l k 1l l c t c 1r k 1r q 1l q lr q 3r q 2r q lr k 7 c 8
Hình 2.3 Mô hình dao động của ô tô tải hạng nặng 3 cầu
Ký hiệu trên hình 1 bao gồm các thông số quan trọng liên quan đến hệ thống treo cabin Các ký hiệu k6, k7, k8, k9 đại diện cho độ cứng đặc trưng của hệ thống treo cabin, trong khi c6, c7, c8, c9 là hệ số cản tương ứng Ngoài ra, k4r, k4l, k5r, k5l, k6r, k6l thể hiện độ cứng đặc trưng của hệ thống treo, còn c4r, c4l, c5r, c5l, kc6r, c6l là các hệ số cản đặc trưng Các ký hiệu l01, l04, l42, l43 đại diện cho các khoảng cách khác nhau, và m1, m3, m5 là các khối lượng không được treo Các momen quán tính tương ứng với khối lượng được ký hiệu là I, I2, I4, I6, I11, I12 Cuối cùng, zn, z11, z12, z13, z14 là các chuyển vị theo phương thẳng đứng, trong khi q1r, q2l, q3r là hàm mấp mô của mặt đường.
2.3.3 Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động
Dựa trên mô hình dao động, bài viết khảo sát và lựa chọn các thông số thiết kế của hệ thống treo thông qua các phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ Hiện có nhiều phương pháp thiết lập các phương trình này như phương trình Lagrange loại II, nguyên lý D’Alambe, nguyên lý Jourdain và phương trình Newton – Euler Tuy nhiên, để thuận tiện cho việc mô phỏng bằng máy tính, tác giả chọn nguyên lý D’Alambe kết hợp với lý thuyết hệ nhiều vật Hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe được thiết lập trong luận văn này phối hợp với nghiên cứu của tác giả Dương Đức Minh, nhằm đánh giá hiệu quả của hệ thống treo thủy khí cho xe tải hạng nặng 3 cầu.
Dựa vào cơ sở hệ nhiều vật, các vật được tách ra khỏi cơ hệ và thay thế bằng các phản lực liên kết Tiếp theo, nguyên lý D’Alambe được áp dụng để thiết lập hệ phương trình cân bằng cho từng vật trong cơ hệ, sau đó liên kết chúng bằng quan hệ lực và momen.
: là tổng các ngoại lực tác dụng lên vật
: 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 khỏi cơ hệ và thay thế bằng các phản lực liên kết Hình 2.6 minh họa sơ đồ lực và mô men tác động lên đầu xe.
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
Các lực F06 , F07 , F08 , F09 là lực của hệ thống treo cabin
Vậy giá trị các lực giảm chấn và đàn hồi như sau:
Phương trình cân bằng mô men theo trục dọc của thân xe:
Các lực F6 , F7 , F8 , F9 được tính như trên, thay vào công thức ta có
Phương trình cân bằng mô men theo trục ngang của thân xe:
Tương tự ta thay các giá lực ta có
Z06, Z07, Z08, Z09 là chuyển vị tại các đầu mút bên trái và bên phải của hệ thống treo cabin tương tứng Các chuyển theo phương thẳng đứng Z06, Z07,
Z08, Z09 có liên hệ với chuyển vị tại trọng tâm cabin z13 và chuyển vị góc z14, z15
. c c c c z z tgz l tgz l z z tgz l tgz l z z tgz l tgz l z z tgz l tgz l
Vì chuyển vị góc z14 và z15 quá nhỏ do vậy tg z14 z14và tg z15 z15 Khi đó (2-
(2-20) b) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động thân xe
Hình 2.8 mô tả sơ đồ lực và mô men tác động lên cầu thân xe Để thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men cho cầu xe, chúng ta cần phân tích các lực và mô men đang tác động lên nó.
Hình 2.5 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe
*) Phương trình cân bằng lực theo phương thẳng đứng
*) Phương trình cân bằng momen
*) Phương trình cân bằng momen
*) Phương trình cân bằng momen
*) Phương trình cân bằng momen
*) Phương trình cân bằng momen
Để mô tả dao động của cầu 1, chúng ta thiết lập các phương trình vi phân tương tự theo lý thuyết hệ nhiều vật Trong quá trình này, chúng ta tách liên kết của cầu 1 ra khỏi cơ hệ và thay thế bằng các phản lực liên kết Sơ đồ lực tác dụng lên cầu 1 được thể hiện trong hình 2.9.
Hình 2.6 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 1
*) Phương trình cân bằng lực
-Lực truyền từ đường truyền qua lốp xe tác dụng lên cầu 1
+ Lực đàn hồi của lốp bên trái cầu trước:
+ Lực giảm chấn của lốp bên trái cầu 1:
+ Lực đàn hồi của lốp bên phải cầu 1:
+ Lực giảm chấn của lốp bên phải cầu 1:
Ta có giá trị lực như sau
( ) ( ) ru ru r ru r lu lu l lu l
*)Phương trình cân bằng momen
I z F F l F F l (2-34) d) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 2
Hình 2.10 mô tả sơ đồ lực và mô men tác động lên cầu xe thứ 3 Để thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men cho cầu 2, ta có z 3.
Hình 2.7 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 2
*) Phương trình cân bằng lực
-Lực truyền từ đường truyền qua lốp xe tác dụng lên cầu trước
+ Lực đàn hồi của lốp bên trái cầu 2:
+ Lực giảm chấn của lốp bên trái cầu 2:
+ Lực đàn hồi của lốp bên phải cầu 2c:
+ Lực giảm chấn của lốp bên phải cầu 2:
Ta có giá trị lực như sau
( ) ( ) ru ru r ru r lu lu l lu l
*)Phương trình cân bằng momen
I z F F l F F l (2-42) e) Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động cầu 3
Hình 2.11 minh họa sơ đồ lực và mô men tác động lên cầu xe thứ 3 Để thiết lập phương trình cân bằng lực và mô men cho cầu 2, ta có z = 5.
Hình 2.8 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu 3
*) Phương trình cân bằng lực
-Lực truyền từ đường truyền qua lốp xe tác dụng lên cầu 3
+ Lực đàn hồi của lốp bên trái cầu 3:
+ Lực giảm chấn của lốp bên trái cầu 2:
+ Lực đàn hồi của lốp bên phải cầu 3:
+ Lực giảm chấn của lốp bên phải cầu 3:
Ta có giá trị lực như sau
( ) ( ) ru ru r ru r lu lu l lu l
*)Phương trình cân bằng momen
Kết luận
Trong chương này, chúng tôi đã xây dựng mô hình dao động và mô hình toán học cho hệ thống treo thủy khí và cao su, đồng thời phát triển mô hình dao động toàn xe tải hạng nặng với 15 bậc tự do dưới tác động ngẫu nhiên của mặt đường quốc lộ Chúng tôi cũng thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động của các vật trong cơ hệ, từ đó đưa ra hệ thống phương trình vi phân cho toàn bộ xe.
Mô phỏng
3.1.1 Mô phỏng dao động của ô tô Để giải hệ phương trình vi phân mô tả dao động ô tô tải 3 cầu hạng nặng đã trình bày trong chương 2, phần mềm Matlab-Simulink 7.04 được sử dụng mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo cao su Hình 3.1 thể hiện sơ đồ mô phỏng tổng thể để mô phỏng dao động của ô tô tải 3 cầu hạng nặng Phần cụ thể của từng khối sẽ được trình bày phần phụ lục
(a).Sơ đồ khối từ hệ thống treo trở lên
(a).Sơ đồ khối từ đường đến cầu
Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04
3.1.2 Chọn thông số xe mô phỏng
Trong luận văn thạc sĩ, tác giả không có điều kiện thực hiện thí nghiệm để xác định các thông số mô phỏng Thay vào đó, tác giả sử dụng các thông số kỹ thuật từ tài liệu tham khảo [37-39] để làm dữ liệu cho việc mô phỏng và đánh giá hiệu quả của hệ thống treo đối với mặt đường quốc lộ.
Bảng 3.1 Thông số hệ thống treo thủy khí[37]
TT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
2 Áp suất ban đầu bình khí pb 2.3 MPa
4 Đường kính lỗ tiết lưu d 0.35 m
5 Áp suất khí quyển pa 1.01325 bar
Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật của xe tải 3 cầu và hệ thống treo ca su[38,39]
TT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Khối lượng không được treo cầu 1 m1 956.33 kg
2 Khối lượng không được treo cầu 2 m3 964.15 kg
3 Khối lượng không được treo cầu 3 m5 964.15 kg
4 Khối lượng thân xe m7 13332 kg
6 Khoảng cách tâm hai bánh xe và tâm xe lct 1.1 m
7 Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động cabin theo phương x l10 0.775 m
8 Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động cabin theo phương y lc1 0.67 m
9 Khoảng cách từ đệm cách dao động sau cabin đến trọng tâm thân xe l06 2.106 m
10 Khoảng cách từ tâm gối đỡ cầu 2, 3 đến trọng tâm thân xe l04 1.884 m
11 Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3 theo phương x l42 0.86 m
12 Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3 theo phương y lr1 0.595 m
13 Độ cứng của HTT cầu trước k41 1050000 N/m
14 Độ cứng của HTT cầu thứ 2 k51 10000000 N/m
15 Độ cứng của HTT cầu thứ 3 k61 10000000 N/m
16 Độ cứng của đệm cách dao động cabin trước k7
17 Độ cứng của đệm cách dao động cabin k8 33911 N/m sau
18 Độ cứng của lốp xe cầu 1 k1 1840000 N/m
19 Độ cứng của lốp xe cầu 2 k2 1840000 N/m
20 Độ cứng của lốp xe cầu 3 k3 1840000 N/m
21 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu 1 c4 86181 N.s/m
22 Hệ số cản giảm chấn HTTcầu 2 c5 33442 N.s/m
23 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu 3 c6 33442 N.s/m
24 Hệ số cản giảm chấn đệm cách dao động cabin trước c7
25 Hệ số cản giảm chấn đệm cách dao động cabin sau c8
26 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 1 c1 2893.3 N.s/m
27 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 2 c2 2893.3 N.s/m
28 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 3 c3 2893.3 N.s/m
Chạy mô phỏng tổng thể theo thông số trong bảng 3.2 với xe nguyên bản có hệ thống treo bộ phận đàn hồi cao su và hệ thống treo thủy khí, đồng thời tham khảo thông số trong bảng 3.1 khi xe đầy tải Nghiên cứu được thực hiện trên các điều kiện mặt đường khác nhau, bao gồm mặt đường ISO cấp B (chất lượng tốt), ISO cấp C (chất lượng trung bình), ISO cấp D (chất lượng xấu) và ISO cấp E (chất lượng rất xấu), với vận tốc xe đạt @km/h.
Nghiên cứu mô phỏng và tính toán cho xe tải nặng 3 cầu cho thấy biên độ lực động bánh xe của cầu thứ 3 là lớn nhất Do đó, lực động bánh xe bên trái cầu thứ 3 được chọn làm đối tượng khảo sát Hình 3.2 so sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với hai hệ thống treo khác nhau khi xe di chuyển trên các loại mặt đường với vận tốc v@km/h.
Hình 3.2 trình bày sự so sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với hai hệ thống treo khi xe di chuyển trên các mặt đường ISO cấp B với vận tốc v@ km/h.
Từ hình 3.2, chúng ta có thể tính toán lực động bình phương trung bình và hệ số DLC cho hai hệ thống treo Cụ thể, hệ thống treo cao su FTr3461 có lực động bình phương trung bình là 3461 N và hệ số DLC là 0.453, trong khi hệ thống treo thủy khí FTr362.5 có lực động bình phương trung bình là 362.5 N và hệ số DLC là 0.0829.
Hình 3.3 so sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với hai hệ thống treo khi xe di chuyển trên các mặt đường ISO cấp C với tốc độ v@ km/h.
Từ hình 3.3, chúng ta có thể xác định lực động bình phương trung bình và hệ số DLC của hai hệ thống treo Cụ thể, hệ thống treo cao su FTr3#440 có DLC là 0.789, trong khi hệ thống treo thủy khí FTr3D67 có DLC là 0.1503.
Hình 3.4 so sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với hai hệ thống treo khi xe di chuyển trên các mặt đường ISO cấp D ở vận tốc v@ km/h.
Dựa vào hình 3.4, chúng ta có thể xác định lực động bình phương trung bình và hệ số DLC cho hai hệ thống treo Cụ thể, hệ thống treo cao su có lực FTr3 là 8610 N và hệ số DLC đạt 1.299, trong khi hệ thống treo thủy khí FTr364 có lực 364.5 N và hệ số DLC chỉ là 0.278.
Hình 3.5 so sánh lực động của bánh xe bên trái cầu thứ 3 với hai hệ thống treo khi xe di chuyển trên các mặt đường ISO cấp E với vận tốc v@ km/h.
Từ hình 3.5, chúng ta có thể tính toán lực động bình phương trung bình và hệ số DLC cho hai hệ thống treo Cụ thể, hệ thống treo cao su có lực FTr3 là 769 N với DLC là 2.718, trong khi hệ thống treo thủy khí có lực FTr3 là 399 N và DLC là 0.552.
Kết luận cho thấy rằng hệ thống treo thủy khí giảm tải trọng động tác động xuống mặt đường quốc lộ hiệu quả hơn so với hệ thống treo cao su, như được minh chứng qua các hình 3.2, 3.3, 3.4 và 3.5 Tuy nhiên, hệ thống treo thủy khí có cấu trúc phức tạp và chi phí cao Phân tích hiệu quả của hệ thống treo thủy khí so với hệ thống treo cao su trong các điều kiện khai thác khác nhau sẽ được trình bày tiếp theo.
Đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí
Để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo thủy khí, luận văn này tập trung so sánh với hệ thống treo cao su Hiệu quả của hệ thống treo cao su sẽ được phân tích dựa trên các điều kiện khai thác khác nhau trong phần tiếp theo.
3.2.1 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo khí khí đi chuyển các mặt đường khác nhau Để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo phân thủy khí khi xe chuyển động trên các loại mặt đường quốc lộ khác nhau với vận tốc chuyển động v 40km/h và 60km/h, trạng thái xe đầy tải, năm loại mặt đường ISO cấp A, ISO cấp B, ISO cấp C, ISO cấp D và ISO cấp E (từ đường rất tốt cho đến đường rất xấu) được chọn để phân tích hiệu quả của hệ thống treo thủy khí với hệ thống treo cao su
HT treo cao su, v`km/h
HT treo cao su, v@km/h
HT treo thuy khi , v`km/h
HT treo thuy khi , v@km/h
Hình 3.6 So sánh hiệu quả hệ thống treo thủy khí và cao su khi xe chuyển động trên các mặt đường khác nhau
Hệ thống treo thủy khí cho thấy hiệu quả vượt trội so với hệ thống treo cao su khi xe di chuyển trên 5 loại mặt đường ISO khác nhau với tốc độ v@ km/h và 60 km/h Cụ thể, hệ số tải trọng động (DLC) của bánh xe bên trái cầu thứ 3 giảm lần lượt 187%, 183%, 189%, 214%, 203% và 194%, 179%, 182%, 177%, 169% khi so sánh với hệ thống treo cao su trên các mặt đường quốc lộ ISO cấp A, B, C, D và E Điều này chứng tỏ rằng hệ thống treo thủy khí giảm thiểu tác động tiêu cực đến mặt đường giao thông hiệu quả hơn nhiều so với hệ thống treo cao su.
3.2.2 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí với vận tốc chuyển động thay đổi Để đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí với vận tốc chuyển động thay đổi, sáu giá trị vận tốc khác nhau v=[20 30 40 50 60 70] km/h được chọn khi xe chuyển động trên các mặt đường quốc lộ ISO cấp C và ISO cấp E Hình 3.7 thể hiện sự so sánh hiệu quả hệ thống treo thủy khí và hệ thống treo cao su khi xe chuyển động trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C và ISO cấp E
HT treo cao su, iso C
HT treo cao su, iso E
HT treo thuy khi, iso C
HT treo thuy khi, iso E
Hệ thống treo thủy khí và cao su được so sánh hiệu quả khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C và ISO cấp E, với các vận tốc khác nhau Sự khác biệt trong hiệu suất của hai loại hệ thống treo này sẽ được phân tích để đánh giá khả năng thích ứng và ổn định của xe trong các điều kiện vận hành khác nhau.
Kết quả từ hình 3.7 cho thấy rằng hệ số tải trọng động bánh xe (DLC) của bánh xe bên trái cầu thứ 3 trong hệ thống treo thủy khí giảm lần lượt 181%, 249%, 189%, 175%, 182% và 212%, 242%, 203%, 175%, 169% so với hệ thống treo cao su khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C và ISO E Điều này cho thấy hiệu quả của hệ thống treo thủy khí giảm tác động xấu xuống mặt đường quốc lộ tốt hơn nhiều so với hệ thống treo cao su.
3.2.3 Đánh giá hiệu quả hệ thống treo thủy khí với tải trọng thay đổi thay đổi Để đánh giá hiệu quả hệ thống treo với tải trọng thay đổi, các giá trị tải trọng khác nhau m=[0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5]x m7 được chọn khi xe chuyển động với vận tốc 40km/h và 60km/h trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C Hình 3.8 thể hiện sự so sánh hiệu quả hệ thống thủy khí và hệ thống treo cao su khi tải trọng thay đổi
HT treo cao su, v`km/h
HT treo cao su, v@km/h
HT treo thuy khi, v`km/h
HT treo thuy khi, v@km/h
So sánh hiệu quả của hệ thống treo thủy khí và hệ thống treo cao su khi xe di chuyển với vận tốc 40 km/h và 60 km/h trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C cho thấy sự khác biệt rõ rệt ở các tải trọng khác nhau.
Theo kết quả từ hình 3.8, giá trị hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe bên trái cầu thứ 3 trong hệ thống treo thủy khí đã giảm.
Hệ thống treo cao su cho thấy hiệu quả giảm tác động xấu xuống mặt đường quốc lộ ISO cấp C với các chỉ số 205%, 200%, 189%, 190%, 189%, 239%, 274% và 217%, 213%, 193%, 187%, 215%, 247% khi xe chuyển động ở các vận tốc khác nhau Điều này chứng tỏ rằng hệ thống treo thủy khí hoạt động tốt hơn nhiều so với hệ thống treo cao su trong việc giảm thiểu ảnh hưởng đến mặt đường.
Kết luận
Trong chương này, tác giả đã tiến hành mô phỏng và phân tích hiệu quả của hệ thống treo thủy khí so với hệ thống treo cao su trên các tuyến đường quốc lộ Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hệ thống treo thủy khí không chỉ giảm tải trọng lên mặt đường mà còn cải thiện độ êm ái trong chuyển động của xe khi di chuyển trên đường quốc lộ.
KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ
Sau một thời gian nghiên cứu và nỗ lực, dưới sự hướng dẫn tận tình của TS Dương Thế Hùng cùng sự hỗ trợ của PGS.TS Lê Văn Quỳnh, ThS Lê Xuân Long, và ThS Bùi Văn Cường trong Khoa Kỹ thuật Ô tô – Máy Động lực, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên, em đã hoàn thành cơ bản nội dung luận văn thạc sĩ Luận văn đã đạt được một số kết quả đáng ghi nhận.
- Phân tích và chỉ ra được tính cấp thiết của để tài;
Để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo thủy khí so với các hệ thống treo khác, cần thiết lập các chỉ tiêu đánh giá hệ số tải trọng bánh xe Những chỉ tiêu này sẽ giúp xác định mức độ hiệu quả và khả năng hoạt động của hệ thống treo trong các điều kiện khác nhau.
-Xây dựng mô hình toán hệ thống treo thủy khí và hệ thống treo cao su
Mô hình dao động không gian phi tuyến của xe tải hạng nặng 3 cầu đã được xây dựng với 15 bậc tự do, nhằm phân tích phản ứng của xe dưới kích thích ngẫu nhiên từ đường quốc lộ.
- Kết quả mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo đưa ra được một số kết luận dưới đây:
Giá trị hệ số tải trọng động (DLC) của bánh xe bên trái cầu thứ 3 lần lượt giảm từ 187% đến 169% khi xe di chuyển trên các mặt đường quốc lộ ISO cấp A đến E với vận tốc 60 km/h Điều này cho thấy hệ thống treo thủy khí có hiệu quả tốt hơn nhiều trong việc giảm tác động xấu đến mặt đường so với hệ thống treo cao su.
Giá trị hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe bên trái cầu thứ 3 của hệ thống treo thủy khí giảm lần lượt 181%, 249%, 189%, 175%, 182% và 212%, 242%, 203%, 175%, 169% so với hệ thống treo cao su khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C và ISO E Điều này cho thấy hệ thống treo thủy khí hiệu quả hơn trong việc giảm thiểu tác động xấu lên mặt đường quốc lộ so với hệ thống treo cao su.
Giá trị hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe bên trái cầu thứ 3 của hệ thống treo thủy khí giảm lần lượt 205%, 200%, 189%, 190%, 189%, 239%, 274% và 217%, 213%, 193%, 187%, 215%, 247% so với hệ thống treo cao su khi xe di chuyển trên mặt đường quốc lộ ISO cấp C với các vận tốc khác nhau Điều này cho thấy hiệu quả của hệ thống treo thủy khí trong việc giảm tác động xấu lên mặt đường quốc lộ tốt hơn nhiều so với hệ thống treo cao su.
Tuy nhiên luân văn còn một số hạn chế, hy vọng trong tương lai sẽ hoàn thiện theo các hướng sau đây:
-Phân tích mô hình toán và tối ưu điều khiển hệ thống treo thủy khí
- Phân tích và đánh giá hiệu quả treo thủy khí theo hướng êm dịu chuyển động của xe
- Phân tích các đặc tính phi tuyến của lốp xe và hiện tượng tách bánh trong mô hình dao động toàn xe
- Thí nghiệm thực tế để so sánh với kết quả mô phỏng
- Nghiên cứu và phát triển hệ thống treo theo hướng giảm tác động xấu xuống mặt đường giao thông và nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe.