ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐẶNG NGỌC MINH TUẤN NGHIÊN CỨU TỐI ƯU BỘ THƠNG SỐ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO KHÍ CHO Ơ TÔ TẢI HẠNG NẶNG NHẰM GIẢM TÁC ĐỘNG XẤU ĐẾN MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Thái Nguyên - 2017 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐẶNG NGỌC MINH TUẤN NGHIÊN CỨU TỐI ƯU BỘ THÔNG SỐ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO KHÍ CHO Ơ TƠ TẢI HẠNG NẶNG NHẰM GIẢM TÁC ĐỘNG XẤU ĐẾN MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TRƯỞNG KHOA TS Lê Văn Quỳnh PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên - 2017 i LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Đặng Ngọc Minh Tuấn Học viên: Lớp cao học K18- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-Đại học Thái Nguyên Nơi công tác: Trung tâm Đăng kiểm Xe giới Thái Nguyên Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu tối ưu thông số thiết kế hệ thống treo khí cho tơ tải hạng nặng nhằm giảm tác động xấu đến mặt đường quốc lộ Chuyên ngành: Cơ khí Động lực Mã số: Sau gần hai năm học tập, rèn luyện nghiên cứu trường, em lựa chọn thực đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu tối ưu thông số thiết kế hệ thống treo khí cho tơ tải hạng nặng nhằm giảm tác động xấu đến mặt đường quốc lộ Được giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Lê Văn Quỳnh nổ lực thân, đề tài hoàn thành đáp nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật khí động lực Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân em Các số liệu, kết có luận văn trung thực chưa công bố công trình khác trừ cơng bố tác giả Thái Nguyên, ngày… tháng… năm 2017 HỌC VIÊN Đặng Ngọc Minh Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em tiếp nhận truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận quý thầy cô Nhà trường, quan tâm giúp đỡ tận tình tập thể giảng viên Nhà trường, khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, quý thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, gia đình đồng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trường, Tổ đào tạo Sau đại học -Phòng đào tạo, q thầy giáo tham gia giảng dạy tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Lê Văn Quỳnh tập thể cán giáo viên khoa Kỹ thuật Ơ tơ & MĐL, hội đồng bảo vệ đề cương hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo kế hoạch nội dung đề Trong trình, thời gian thực có nhiều cố gắng song kiến thức kinh nghiệm chun mơn hạn chế nên chắn luận văn nhiều thiếu sót, mong đóng góp quý báu quý thầy cô bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn hồn thiện Xin chân thành cảm ơn ! HỌC VIÊN iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình phát triển thị trường xe tải hạng nặng Việt Nam 1.2 Ảnh hưởng xe tải hạng nặng đến mặt đường giao thông 1.3 Phân tích số kết cấu hệ thống treo 1.3.1 Nhiệm vụ, số phận bản, phân loại hệ thống treo 1.3 Giới thiệu số kết cấu hệ thống treo xe tải[6] 1.4 Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe 17 1.5.Tình hình nước quốc tế 18 1.6 Mục tiêu, phạm vi nội dung nghiên cứu luận văn 21 1.6.1 Mục tiêu nghiên cứu 21 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu đối đượng nghiên cứu 21 1.6.3 Phương pháp nghiên cứu 21 1.6.4 Nội dung nghiên cứu 21 1.7 Kết luận chương 22 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG VÀ MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CHO XE TẢI HẠNG NẶNG 23 2.1 Các phương pháp xây dựng mô dao động 23 2.2 Xây dựng mơ hình dao động xe tải hạng nặng 25 2.2.1 Các giả thiết mơ hình dao động tương đương 25 2.2.2 Mơ hình dao động xe tải hạng nặng 26 2.2.3 Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động 27 iv 2.2.4 Mơ hình xác định lực hệ thống treo 43 2.2.5 Phân tích lựa chọn kích thích dao động 44 2.2.5.1 Mấp mô mặt đường hình sin 45 2.2.5.2 Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên xác định thực tế 46 2.2.5.3 Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ISO 49 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ TỐI ƯU THƠNG SỐ THƠNG SỐ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO KHÍ 53 2.3.2 Chọn thông số xe mô 54 3.1.3 Mô 57 3.2 Đánh giá hiệu hệ thống treo khí 58 3.2.1 Đánh giá hiệu hệ thống treo khí khí chuyển mặt đường khác 58 3.2.2 Đánh giá hiệu hệ thống treo với vận tốc chuyển động thay đổi 59 3.3 Tối ưu thông số tối ưu cho hệ thống treo 60 3.3.1 Giới thiệu phương pháp tối ưu thông số thiết kế hệ thống treo 60 3.3.2 Tối ưu thông số thiết kế cho hệ thống treo khí 64 3.4 Kết luận 70 KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 PHU LỤC 77 PHU LỤC 79 PHỤ LỤC 80 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Khối lượng treo đầu kéo M1 kg Khối lượng treo sơ mi- rơ moóc M2 kg Khối lượng không treo cầu trước mA1 kg Khối lượng không treo cầu thứ mA2 kg Khối lượng không treo cầu thứ mA3 Kg Khoảng cách tâm hai bánh xe trái tâm xe b1 M Khoảng cách tâm hai bánh xe phải tâm xe b2 M Khoảng cách tâm cầu trọng tâm đầu kéo l1 M l2 M l3 M l4 M l5 M l6 M l7 M l8 M l9 M 10 11 12 13 14 15 16 Khoảng cách tâm cầu thứ trọng tâm đầu kéo Khoảng cách từ tâm bánh xe trọng tâm cầu thứ Khoảng cách từ tâm bánh xe trọng tâm cầu thứ Khoảng cách từ trọng tâm hai cầu xe 2,3 đến trọng tâm sơ mi- rơ moóc Khoảng cách từ trọng tâm hai cầu xe 4,5 đến trọng tâm sơ mi- rơ moóc Khoảng cách từ trọng tâm hai cầu xe 4,5 đến tâm bánh thứ Khoảng cách từ trọng tâm hai cầu xe 4,5 đến tâm bánh thứ Khoảng cách từ trọng tâm sơ mi- rơ moóc chốt kéo vi 17 Khoảng cách từ trọng tâm đầu kéo chốt kéo l10 M 13 Độ cứng HTT cầu trước trái K1l N/m 14 Độ cứng HTT cầu trước phải K1r N/m 15 Độ cứng HTT cầu thứ trái K2l N/m 16 Độ cứng HTT cầu thứ phải K2r N/m 17 Độ cứng HTT cầu thứ trái K3l N/m 18 Độ cứng HTT cầu thứ phải K3r N/m 19 Độ cứng lốp xe cầu trước trái KT1l N/m 20 Độ cứng lốp xe cầu trước phải KT1r N/m 21 Độ cứng lốp xe cầu thứ trái KT2l N/m 22 Độ cứng lốp xe cầu thứ phải KT2r N/m 23 Độ cứng lốp xe cầu thứ trái KT3l N/m 24 Độ cứng lốp xe cầu thứ phải KT3r N/m 25 Độ cứng lốp xe cầu thứ trái KT4l N/m 26 Độ cứng lốp xe cầu thứ phải KT4r N/m 27 Độ cứng lốp xe cầu thứ trái KT5l N/m 28 Độ cứng lốp xe cầu thứ phải KT5r N/m 29 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu trước trái C1l N.s/m 30 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu trước phải C1r N.s/m 31 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu thứ trái C2l N.s/m 32 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu thứ phải C2r N.s/m 33 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu thứ trái C3l N.s/m 34 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu thứ phải C3r N.s/m 35 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu trước trái CT1l N.s/m 36 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu trước phải CT1r N.s/m vii 37 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ trái CT2l N.s/m 38 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ phải CT2r N.s/m 39 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ trái CT3l N.s/m 40 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ phải CT3r N.s/m 41 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ trái CT4r N.s/m 42 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ phải CT4l N.s/m 43 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ trái CT5r N.s/m 44 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu thứ phải CT5l N.s/m 45 Độ cứng chốt kéo Kb N.s/m 46 Hệ số cản giảm chấn chốt kéo Cb N.s/m viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Biểu đồ nhập tơ ngun Việt Nam năm 2015 Hình 1.2 Hệ thống treo sau phụ thuộc loại sử dụng nhíp Hình 1.3 Hệ thống treo sau phụ thuộc sử dụng nhíp kép 11 Hình 1.4 Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng Balon khí nén- nhíp tơ tải 11 Hình 1.5 Hệ thống treo sau phụ thuộc sử dụng Balon khí nén 12 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý điều khiển 13 Hình 1.7 Điều khiển hệ thống cấp khí nén 13 Hình 1.8 Hệ thống treo trước phụ thuộc sử dụng Balon khí nén 14 Hình 1.9 Hệ thống treo cân sử dụng buồng khí nén 15 Hình 1.10 Buồng đàn hồi khí nén 16 Hình 2.1 Sơ đồ xây dựng mơ hình phân tích dao động theo phương pháp 23 Hình 2.2 Sơ đồ xây dựng mơ hình phân tích dao động theo phương pháp 24 Hình 2.3 Mơ hình dao động tơ tải hạng nặng cầu 27 Hình 2.5 Sơ đồ lực mô men tác dụng lên cầu thứ 34 Hình 2.6 Sơ đồ lực mô men tác dụng lên cầu thứ 37 Hình 2.7 Sơ đồ lực mơ men tác dụng lên rơ mc 39 Hình 2.8 Sơ đồ lực mơ men tác dụng lên thân xe 41 Hình 2.9 Mơ hình hệ thống treo 43 Hình 2.10 Hàm điều hồ mấp mơ 45 Hình 2.11 Sơ đồ đo mấp mô mặt đường xử lý kết đo[6] 47 Hình 2.12 Kết đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 1) 47 72 (iii) Giá trị hệ số tải trọng động DLC giảm 7.5%, 5.95%, 7.9% 5.34% xe chuyển động mặt đường quốc lộ ISO cấp A, B, C, D E với vận tốc chuyển động v=20m/s, điều chứng tỏ kết sau tối ưu giảm đáng kể tác động xấu đến mặt đường giao thông Đối với trường hợp khai thác khác giá trị hệ số tải trọng động DLC giảm tương tự Ngoài ra, kết nghiên cứu cung cấp tài liệu tham khảo cho nhà thiết kế mà nhà quản lý giao thông nhằm giảm tác động xấu xuống mặt đường quốc lộ Tuy nhiên luân văn số hạn chế, hy vọng tương lai hoàn thiện theo hướng sau đây: -Phân tích mơ hình tốn tối ưu điều khiển hệ thống treo khí nén - Phân tích đặc tính phi tuyến lốp xe tượng tách bánh - Áp dụng thuật toán tối ưu hay nhiều hàm mục tiêu để tối ưu thơng số hệ thống treo khí - Thí nghiệm thực tế để so sánh với kết mô 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh( 2010), Lý thuyết ô tô, NXBKHKT Đào Mạnh Hùng , Dao động ô tô – máy kéo, Trường ĐH GTVT Hà Nội Đức Lập (1994), Dao động ôtô, Học viện kỹ thuật quân sự, Hà Nội Vũ Đức Lập (2001), Ứng dụng máy tính tính tốn xe qn , Học viện kỹ thuật quân sự, Hà Nội Đặng Việt Hà(2010), Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến độ êm dịu chuyển động ô tô khách đóng Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường ĐHGTVT Hà Nội, Hà Nội Hoàng Đức Thị (2016), Nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống treo ô tô tải hạng nặng đến mặt đường quốc lộ,Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiêp-Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên Đào Mạnh Hùng(2005), Nghiên cứu ảnh hưởng biên dạng mặt đường đến tải trọng tác dụng lên ô tô quốc lộ 1A đoạn đường Hà nội- Lạng sơn, đề tài cấp bộ, Đại học giao thông vận tải Hà nội Võ Văn Hường (2008), Bài giảng kết cấu Ơ tơ, Trường ĐHBK Hà Nội Trịnh Minh Hoàng(2002), Khảo sát dao động xe tải hai cầu kích động ngẫu nhiên mặt đường, Luận án thạc sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội 10 Lưu Văn Tuấn (1994), Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình sở đề xuất biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyên động, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội 11 Lê Văn Quỳnh (2006), Nghiên cứu dao động ghế ngồi xe khách sản xuất Việt Nam, Luận án thạc sĩ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội 12 Lê Văn Quỳnh, Nguyễn Khắc Tuân, Nguyễn Văn Liêm (2012) Research on the influence of heavy truck vibration on highway road surface, Hội nghị học toàn quốc năm, Hà Nội 74 13 Le Van Quynh, Jianrun Zhang, Xiaobo Liu and Wang yuan (2011), Nonlinear dynamics model and analysis of interaction between vehicle and road surfaces for 5-axle heavy truck, Journal of Southeast University (Natural Science Edition), Vol 27(4):452-457 14 Lê Văn Quỳnh, Zhang Jianrun, Wang Yuan, Sun Xiaojun, Nguyen Van Liem(2013) Influence of Heavy Truck Dynamic Parameters on Ride Comfort Using a 3D Dynamic Model, Journal of Southeast University (Natural Science Edition), Vol.43(4), pp 763-770 15 ISO 8068(1995) Mechanical vibration-Road surface profiles-reporting of measured data, International Organization for Standardization 16.Sun Lijun (2010), Structural Behavior Study for Asphalt Pavements, China Communications Press, Beijing, China 17 X M Shi and C S Cai (2009), Simulation of Dynamic Effects of Vehicles on Pavement Using a 3D Interaction Model, Journal of Transportation Engineering, 2009, Vol 135(10), pp 736-744 18 Lu Yongjie, Yang Shaopu, Li Shaohua, et al(2010) Numerical and experimental investigation on stochastic dynamic load of a heavy duty vehicle Applied Mathematical Modeling, Vol 34(1),pp.2698-2710 19 Yi K, Hedrick J K (1989) Active and semi-active heavy truck suspensions to reduce pavement damage SAE Technical, Vol 43(3), pp 397-384 20 Guglielmino E., Sireteanu T., Stammers C.W., Ghita G and Giudea M (2008) Semi-active Suspension Control Improved Vehicle ride and Road Friendliness, New York: Springer Publishing Company 21 Lu Sun (2002) Optimum design of “road-friendly” vehicle suspension systems subjected to rough pavement surfaces Applied Mathematical Modelling, Vol 26, pp 635–652 22 M.J Mahmoodabadi, A Adljooy Safaie, A Bagheri, N Nariman-zadeh (2013), A novel combination of particle swarm optimization and genetic 75 algorithm for pareto optimal design of a five-degree of freedom vehicle vibration model, Applied Soft Computing, Vol 13(5), pp 2577-2591 23 M N Fox, R L Roebuck, and D Cebon “Modelling rollinglobe air springs”, International Journal of Heavy Vehicle Systems, 2007, 14(3), pp 254-270 24 Bohao Li (2006), 3-D dyanamic modeling and simulation of a multidegree of freedom 3-axle rigid, Matster thesis, University of Wollongong 25 Esteban Chávez Conde, Francisco Beltrán Carbaja….(2014) Generalized PI Control of Active Vehicle Suspension Systems with MATLAB Vibration Analysis and Control 26 Wael Abbas, Ashraf Emam, Saeed Badran (2013) Optimal Seat and Suspension Design for a Half-Car with Driver Model Using Genetic Algorithm Intelligent Control and Automation Vol.4 No.2(2013), Article ID:31745,7 pages 27 John E D EKORU, Jimoh O PEDRO (2015) Proportional-integralderivative control of nonlinear half-car electro-hydraulic suspension systems Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering), ISSN 1673-565X (Print); ISSN 1862-1775 (Online) 28 Dodds C J, and Robson, J D(1973)The description of road surface roughness Journal of Sound and Vibration, 31(2), 175–183 29 ISO 2631-1 (1997) Mechanical vibration and shock-Evanluation of human exposure to whole-body vibration, Part I: General requirements, The International Organization for Standardization 30 Guglielmino E., Sireteanu T., Stammers C.W., Ghita G and Giudea M.(2008) Semi-active Suspension Control Improved Vehicle ride and Road Friendliness New York: Springer Publishing Company 76 31 Hohl GH Ride comfort of off-road vehicles[C] In: Proceedings of the 8th international conference of the ISTVS, vol.I of III, Cambridge, England, August 5-11; 1984 32 Mitschke M(1986)． Effect of road roughness on vehicle vibration． IFF Report， 33( 1) : 165-198． 33 GB7031(1986): Pavement roughness made input the vehicle vibration (in Chinese) 34 Wang Jinzhao Research and development of multi-objective optimization system for air suspension of heavy truch Master thesis: Hefei University of Technology, 2009 77 PHU LỤC CHƯƠNG TRÌNH MIÊU TẢ MẤP MƠ MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ THEO TIÊU CHUẨN ISO 8068 fl=0.4 ; fh=30; fn=200; n0=0.1; Gqn0=256e-6; w=2; roadtime=50; timestep=0.01; eventime=0; v=72/3.6; f=linspace(fl,fh,fn); Gqn=(Gqn0*n0^2*v)./(f.^2); Gqn=Gqn0*(n0./f).^w*v; phi=rand(fn-1,1)*2*pi; for j=1:(fn-1) phi(j)=rand*2*pi end roadpoint=roadtime/timestep+1; zg(1:roadpoint)=0 a=0 for i=1:roadpoint for j=1:fn-1 a=sqrt(2*Gqn(j))*(f(j+1)-f(j))*sin(2*pi*f(j)*i*timestep+phi(j)); zg(i)=zg(i)+a; 78 end end zg(1:eventime/timestep)=0; time=0:timestep:roadtime; plot(time,zg) 79 PHU LỤC CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN TẢI TRỌNG ĐỘNG BÌNH PHƯƠNG TRUNG BÌNH FT, RMS VÀ HỆ SỐ DLC A=simout91(:,2); [n,m]=size(A); total=0; for i=1:n total=A(i)^2+total; end a0=total/n; F=sqrt(a0); DLC=F*2/87.0441 %lUC DONG BANH XE; 80 PHỤ LỤC KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB Khối lực lốp xe cầu 1: Khối lực lốp xe cầu thứ 2: 81 Khối lực lốp xe cầu thứ 3: Khối lực lốp xe cầu thứ 4: 82 Khối lực lốp xe cầu thứ 5: Khối mô chuyển vị cầu 1: 83 Khối mô chuyển vị cầu thứ 2: Khối mô chuyển vị cầu thứ 3: 84 Khối lực hệ thống treo cầu 1: Khối lực hệ thống treo cầu thứ 2: 85 Khối lực hệ thống treo cầu thứ 3: Khối mô chuyển vị đầu kéo: 86 Khối mô chuyển vị sơ mi-rơ moóc: : ... Tối ưu thông số tối ưu cho hệ thống treo 60 3.3.1 Giới thiệu phương pháp tối ưu thông số thiết kế hệ thống treo 60 3.3.2 Tối ưu thông số thiết kế cho hệ thống treo khí 64 3.4 Kết luận... thống số thiết kế tối ưu nhằm giảm tác động xấu đến mặt đường giao thông 2 Đối tượng: Hệ thống treo khí thơng số thiết kế hệ thống treo khí xe tải hạng nặng Phương pháp nghiên cứu: Lý luận kết... xấu đến mặt đường quốc lộ nâng cao độ êm dịu chuyển động ô tô Xuất phát từ ý tưởng nghiên cứu em chọn đề tài Nghiên cứu tối ưu thông số thiết kế hệ thống treo khí cho tơ tải hạng nặng nhằm giảm