Tổng quan luận án

Nghiên cứu dao động của ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén là đề tài luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô – Máy kéo (mã số: 62.03), do nghiên cứu sinh Trương Mạnh Hùng thực hiện tại Trường Đại học Giao thông Vận tải dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Tuấn Anh (Hà Nội, 2017).

Tính cấp thiết của luận án xuất phát từ thực tế phát triển của mạng lưới giao thông đường bộ Việt Nam và sự gia tăng nhanh chóng của các phương tiện vận tải hành khách khối lượng lớn. Theo Quyết định số 356/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030, nhu cầu vận chuyển hành khách liên tỉnh và nội đô đòi hỏi các phương tiện phải đáp ứng tiêu chuẩn tiện nghi và an toàn chuyển động ngày càng cao. Trên các dòng xe khách cỡ lớn và xe khách giường nằm hai tầng sản xuất, lắp ráp trong nước, hệ thống treo khí nén đã dần thay thế hệ thống treo nhíp kim loại truyền thống nhờ khả năng thay đổi độ cứng và duy trì độ cao sàn xe. Tuy nhiên, các dòng xe khách giường nằm hai tầng có chiều cao trọng tâm lớn, khi vận hành trên các cung đường đèo dốc hoặc mặt đường chất lượng xấu dễ phát sinh dao động lắc ngang lớn, tiềm ẩn nguy cơ mất ổn định và lật xe.

Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định là: ở trong nước, các công trình nghiên cứu dao động ô tô trước đây phần lớn tuyến tính hóa độ cứng của phần tử đàn hồi bằng các hệ số không đổi hoặc sử dụng mô hình phẳng một phần tư (1/4), một phần hai (1/2) xe; các nghiên cứu chuyên sâu về hệ thống treo khí nén có xét đến tính chất phi tuyến nhiệt động học kết hợp với thực nghiệm kiểm chứng trên ô tô khách sản xuất lắp ráp tại Việt Nam còn chưa được thực hiện đầy đủ.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án:

  • Nghiên cứu đánh giá dao động ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén thông qua chỉ tiêu êm dịu và an toàn chuyển động phục vụ cho công tác thiết kế, chế tạo cũng như khai thác ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén được sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam.

Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án gồm 4 nội dung:

  1. Lựa chọn mô hình toán học mô phỏng phần tử đàn hồi khí nén hệ thống treo, xác định đặc tính tĩnh và động lực học lò xo khí nén.
  2. Nghiên cứu, xây dựng mô hình dao động ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén trong không gian, trong mô hình có kể đến yếu tố phi tuyến của lò xo khí nén.
  3. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu hệ thống treo khí nén đến dao động ô tô khách được sản xuất lắp ráp tại Việt Nam.
  4. Đánh giá độ tin cậy các kết quả nghiên cứu lý thuyết bằng việc so sánh với kết quả thí nghiệm, qua đó chuẩn hóa lại mô hình lý thuyết đã xây dựng, xác định một số thông số đầu vào cho mô hình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén được sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam (đối tượng khảo sát và thử nghiệm cụ thể là ô tô khách UNIVERSE K43-2F14).
  • Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về dao động của ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén trong điều kiện khai thác tại Việt Nam.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng quan các hướng nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến dao động ô tô, hệ thống treo khí nén và an toàn chuyển động.

Về các nghiên cứu quốc tế:

  • Massimo Sorli và Giuseppe Quaglia [59] phân tích đặc tính phi tuyến của hệ thống treo khí nén có lắp bình khí phụ trên mô hình 1/4 ô tô, đánh giá ảnh hưởng của thể tích, áp suất và diện tích chịu lực trong miền tần số.
  • Katsuya Toyofuku, Chuuji Yamada, Toshiharu Kagawa, Toshinori Fujita [53] mô phỏng đặc tính động lực học của hệ thống treo khí nén có bình khí phụ và khảo sát ảnh hưởng của chiều dài đường ống nối trong miền tần số.
  • Chen Ke, Zhang Ming, Tong Xuefeng [33] xây dựng mô hình dao động ô tô 7 bậc tự do với phần tử đàn hồi phi tuyến, áp dụng điều khiển mờ để giảm gia tốc dao động thân xe.
  • William Daniel Robinson [68] nghiên cứu các mô hình hệ thống treo tuyến tính, phi tuyến có bình khí phụ và xây dựng bộ điều khiển bán tích cực cho giảm chấn.
  • Malin Presthus [57], H. Shokouhi [46], Nicolas Docquier [60] nghiên cứu mô hình hóa và tối ưu hóa hệ thống treo khí nén phi tuyến ứng dụng trên đoàn tàu hỏa, xây dựng phương pháp thực nghiệm kiểm chứng.
  • Dongpu Cao [37] nghiên cứu mô hình toán học cho hệ thống treo thủy khí trên ô tô có tải trọng lớn.
  • Baumann [29] và Dahlberg [41] nghiên cứu cơ chế mất ổn định lật xe do lực ngang cực đại khi quay vòng thừa, vận tốc lớn hoặc do tác động của gió ngang và mấp mô mặt đường.

Luận án đã khảo sát và phân loại 5 dạng mô hình toán học của lò xo khí nén trên thế giới:

  1. Mô hình lò xo khí nén đơn giản [30]: Chỉ gồm một buồng khí, độ cứng $K_1, K_2$ không đổi, tính đến yếu tố phi tuyến qua chỉ số nén đa biến.
  2. Mô hình Nishimura [30]: Gồm hai buồng khí, có tính đến sự thay đổi diện tích làm việc và hệ số cản của dòng khí qua lỗ tiết lưu.
  3. Mô hình Vampire [67]: Có tính đến khối lượng không khí chuyển động trong đường ống và độ cứng vỏ cao su.
  4. Mô hình Simpac [65]: Mô hình hóa chi tiết độ cứng khối khí, độ cứng vỏ, diện tích tác dụng và các hệ số cản giảm chấn trong lò xo và bình phụ.
  5. Mô hình Gensys [27]: Mô tả quá trình nhiệt động học, ma sát, độ đàn hồi của khí nén theo phương dọc và ngang, tính toán khối lượng dòng khí quy đổi qua ống dẫn.

Về các nghiên cứu trong nước:

  • Nguyễn Văn Trà [18] nghiên cứu hệ thống treo bán tích cực trên mô hình 1/4 ô tô với độ cứng tuyến tính hóa.
  • Đặng Việt Hà [6] sử dụng mô hình 1/2 xe trong mặt phẳng dọc khảo sát độ êm dịu của ô tô khách đóng mới tại Việt Nam.
  • Võ Văn Trung [19] nghiên cứu dao động ngẫu nhiên phi tuyến trên mô hình 1/2 xe xích.
  • Lê Minh Lư [14] nghiên cứu dao động không gian của máy kéo bánh hơi chịu kích động ngẫu nhiên.
  • Lưu Văn Tuấn [17] sử dụng mô hình không gian để nâng cao độ êm dịu cho xe ca Ba Đình.
  • Nguyễn Văn Hùng [10] khảo sát dao động lắc ngang và ổn định hướng của ô tô con bằng mô hình không gian tuyến tính hóa.
  • Nguyễn Ngọc Tú [20] phân tích động lực học đoàn xe kéo moóc bằng phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật.
  • Đào Mạnh Hùng [8] và Trần Minh Sơn [16] nghiên cứu lực động tương tác giữa bánh xe và mặt đường mấp mô ngẫu nhiên tác động lên khung vỏ ô tô.

Khoảng trống luận án giải quyết: Các công trình trong nước chủ yếu tuyến tính hóa phần tử đàn hồi khí nén hoặc áp dụng cho mô hình phẳng đơn giản. Luận án lựa chọn mô hình toán học Gensys để phản ánh bản chất phi tuyến nhiệt động học của lò xo khí nén và liên kết bình khí phụ, tích hợp vào mô hình dao động không gian của ô tô khách thực tế sản xuất tại Việt Nam, kết hợp thử nghiệm thực nghiệm trên băng thử và trên xe thực tế để chuẩn hóa mô hình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết

Luận án dựa trên lý thuyết nhiệt động học chất khí và động lực học hệ nhiều vật. Quá trình biến đổi trạng thái của khí nén trong hệ thống treo được mô tả qua phương trình trạng thái đa biến:

$$p_1 V_1^n = p_2 V_2^n = \text{const}$$

Trong đó $n$ là chỉ số nén đa biến. Đối với không khí, $n = C_p / C_v \approx 1,4$ (đoạn nhiệt); trong điều kiện làm việc thực tế của hệ thống treo, $n$ dao động trong khoảng $1,3 \div 1,4$.

Diện tích làm việc tức thời của lò xo khí nén:

$$A_e = \frac{F}{p}$$

Với $F$ là tải trọng tác dụng và $p = p_b - p_a$ là áp suất tương đối trong bầu khí ($p_b$ là áp suất tuyệt đối, $p_a$ là áp suất khí quyển).

Mô hình toán học Gensys được thiết lập với hệ phương trình vi phân mô tả lực đàn hồi $F_z$ và chuyển động của khối lượng dòng khí quy đổi $M$ qua đường ống có tiết diện $A_s$, chiều dài $l_s$:

$$F_z = (p_0 - p_a)A_e + k_e z_s + k_v (z - w_s)$$

$$M \ddot{w}_s = k_v (z - w_s) - c_w \dot{w}_s \text{sign}(\dot{w}_s)$$

Trong đó:

  • $k_e = \frac{p_0 A_e^2 n}{V_{b0}}$: Hệ số độ cứng của khí nén trong lò xo khí nén;
  • $k_v = \frac{p_0 A_e^2 n}{V_{r0}} \left(\frac{V_{r0}}{V_{b0} + V_{r0}}\right)$: Hệ số độ cứng tương hỗ giữa lò xo khí nén và bình khí phụ;
  • $M = \rho l_s A_s \left(\frac{A_e}{A_s} \frac{V_{r0}}{V_{b0} + V_{r0}}\right)^2$: Khối lượng quy đổi của dòng khí chuyển động trong đường ống;
  • $c_w$: Hệ số cản quy đổi của dòng khí;
  • $z$: Biến dạng thẳng đứng của hệ thống treo;
  • $w_s$: Chuyển vị của khối lượng khí nén quy đổi.

Độ cứng tĩnh ($K_t$) và tần số dao động riêng ($f_n$) của hệ thống được tính toán theo:

$$K_t = \frac{p_0 A_e^2 n}{V_{b0} + V_{r0}} + (p_b - p_a)\frac{dA_e}{dz}$$

$$f_n = \frac{1}{2\pi} \sqrt{\frac{K_d}{m}} = \frac{1}{2\pi} \sqrt{n g \left(\frac{p_a}{p} + 1\right)\frac{A_e}{V_{b0}}}$$

Độ cứng động lực học $K_d$ được xác định qua tỷ số giá trị hiệu dụng giữa lực và biến dạng:

$$K_d = \frac{\sqrt{\frac{1}{T} \int_0^T F_z(t)^2 dt}}{\sqrt{\frac{1}{T} \int_0^T z(t)^2 dt}}$$

Phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp phương pháp mô phỏng số và thực nghiệm kiểm chứng:

  1. Phương pháp lý thuyết và mô phỏng: Thiết lập hệ phương trình vi phân dao động của mô hình không gian ô tô khách với hệ thống treo khí nén. Lập trình mô phỏng bằng công cụ Matlab/Simulink để khảo sát các phản ứng động lực học trong miền thời gian (với mấp mô mặt đường dạng xung và ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO) và miền tần số (kích thích điều hòa).
  2. Phương pháp thực nghiệm:
    • Đo đặc tính nén tĩnh xác định độ cứng tĩnh $K_t$ của lò xo khí nén trên thiết bị kéo - nén chuyên dụng.
    • Đo đặc tính động lực học xác định độ cứng động $K_d$ của lò xo khí nén bằng hệ thống kích gia tải động theo tần số (tần số 1 Hz).
    • Đo dao động riêng của ô tô khách UNIVERSE K43-2F14 theo phương thẳng đứng bằng phương pháp rơi tự do khỏi mễ kê và ấn nhả tự do.

Dữ liệu thực nghiệm được thu thập thông qua hệ thống máy tính chuyên dụng Dewetron 3020, cảm biến đo khoảng cách H7, bộ nguồn rung EA-TWI 250-12 và bộ chuyển đổi tín hiệu Datron.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương I tổng hợp bối cảnh phát triển giao thông đường bộ và ngành công nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô khách tại Việt Nam. Tính đến tháng 02/2014, mạng lưới đường bộ Việt Nam đạt khoảng 300.000 km, trong đó quốc lộ chiếm 19.457 km với 47% đạt tiêu chuẩn kỹ thuật cấp I, II, III và 53% là đường cấp thấp (cấp IV chiếm 32%, cấp V chiếm 21%).

Loại đường Chiều dài (km) Tỷ lệ (%)
Quốc lộ, cao tốc 18.492 3,29
Đường chuyên dùng 6.434 2,49
Đường tỉnh, huyện, xã và khác ~275.074 ~94,22

Theo thống kê của Cục Đăng kiểm Việt Nam đến tháng 9/2014, toàn quốc có 4.553 xe chở khách giường nằm hai tầng (gồm 3.606 xe sản xuất lắp ráp mới, 859 xe hoán cải và 80 xe nhập khẩu nguyên chiếc từ Trung Quốc). Xe giường nằm hai tầng có trọng tâm cao, đặt ra yêu cầu kiểm soát dao động và chống lật nghiêm ngặt.

Tác giả phân tích cấu tạo hệ thống treo khí nén gồm phần tử đàn hồi (lò xo khí nén), giảm chấn thủy lực, cơ cấu dẫn hướng và thanh ổn định ngang. So sánh 5 mô hình toán học của lò xo khí nén, tác giả chứng minh mô hình Gensys có độ chính xác cao khi xét đến chuyển động của khối lượng dòng khí và ảnh hưởng của bình khí phụ, từ đó lựa chọn mô hình này để nghiên cứu.

Chương II: Thiết lập mô hình dao động ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén

Chương II xây dựng cơ sở toán học cho phần tử đàn hồi khí nén và mô hình dao động không gian của ô tô khách.

Tác giả thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả mô hình động lực học lò xo khí nén Gensys (phương trình 2.29). Khảo sát giải tích cho thấy:

  • Khi áp suất ban đầu $p_0$ tăng từ 400 kPa đến 800 kPa (ở các thông số $l_s = 2,0\text{ m}, d_s = 0,01\text{ m}, V_{r0} = 0,025\text{ m}^3$), giá trị cực đại của độ cứng động $K_d$ tăng từ 58 kN/m lên 120 kN/m trong dải tần số từ 8 Hz đến 11 Hz.
  • Khi không có bình khí phụ ($V_{r0} \approx 0$), độ cứng động lực học của lò xo khí nén giữ nguyên không đổi theo tần số. Khi thể tích bình khí phụ tăng, độ cứng động ở vùng tần số thấp giảm rõ rệt, giúp cải thiện độ êm dịu.

Tiếp theo, tác giả xây dựng mô hình dao động không gian nhiều bậc tự do của ô tô khách, mô tả đầy đủ các chuyển động:

  • Khối lượng được treo (thân xe $m_s$): Dao động thẳng đứng $z_s$, dao động lắc dọc quanh trục $Oy$ (góc $\varphi$) và dao động lắc ngang quanh trục $Ox$ (góc $\theta$);
  • Khối lượng không được treo (các cầu xe trước và sau $m_{u1}, m_{u2}$): Dao động thẳng đứng $z_{u1}, z_{u2}$ và dao động lắc ngang $\theta_{u1}, \theta_{u2}$;
  • Dao động của ghế người lái ($z_d$).

Các chỉ tiêu đánh giá dao động được thiết lập:

  • Chỉ tiêu êm dịu: Gia tốc bình phương trung bình RMS, liều lượng gia tốc tích lũy eVDV, mật độ phổ công suất PSD của gia tốc tại vị trí người lái và trọng tâm thân xe.
  • Chỉ tiêu an toàn chuyển động: Lực tương tác động giữa bánh xe và mặt đường $F_{ui}$ (đánh giá nguy cơ tách bánh), góc nghiêng lắc ngang thân xe $\theta$, hệ số phân bố tải trọng ngang LTR và hệ số ổn định tĩnh SSF.

Chương III: Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến dao động của ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén

Chương III tiến hành mô phỏng số mô hình dao động ô tô khách UNIVERSE K43-2F14 trên phần mềm Matlab/Simulink.

Kết quả tính toán dao động riêng:

  • Xác định tần số dao động riêng theo phương thẳng đứng của ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén đạt khoảng $1,0 \div 1,2\text{ Hz}$ (thấp hơn đáng kể so với xe sử dụng treo nhíp $1,5 \div 1,8\text{ Hz}$).
  • Tần số dao động riêng lắc ngang của thân xe nằm trong dải phù hợp với vùng sinh lý của con người.

Khảo sát trong miền thời gian (vận tốc xe $v = 60\text{ km/h}$):

  • Với kích thích mặt đường dạng xung và ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO, hệ thống treo khí nén làm giảm biên độ gia tốc thẳng đứng và gia tốc lắc ngang của thân xe so với treo nhíp từ 15% đến 25%.
  • Ảnh hưởng của áp suất $p_0$: Khi áp suất trong lò xo khí nén tăng, độ cứng hệ thống treo tăng làm tăng gia tốc thân xe nhưng giảm độ võng động và giảm nguy cơ chạm ụ hạn chế hành trình.
  • Ảnh hưởng của thể tích bình khí phụ $V_r$: Việc tăng thể tích bình khí phụ làm giảm giá trị đỉnh của tải trọng động tác dụng lên bánh xe và giảm trị số gia tốc thân xe, cải thiện độ êm dịu chuyển động.

Khảo sát trong miền tần số:

  • Xây dựng các đường đặc tính biên độ - tần số của dịch chuyển và gia tốc người lái, tải trọng bánh xe và góc lắc ngang thân xe.
  • Kết quả cho thấy thể tích bình khí phụ $V_r$ có vai trò mở rộng dải tần số êm dịu, dập tắt các đỉnh cộng hưởng trong dải tần số từ 1 Hz đến 4 Hz.

Chương IV: Nghiên cứu thực nghiệm

Chương IV thực hiện các nội dung thí nghiệm kiểm chứng tại phòng thí nghiệm và trên phương tiện thực tế:

Nội dung thí nghiệm Thiết bị sử dụng Mục đích và phương pháp Kết quả đạt được
Độ cứng tĩnh $K_t$ của lò xo khí nén Máy nén khí, đồng hồ áp suất, thiết bị kéo - nén tĩnh Nén tĩnh lò xo ở các áp suất $p_0 = 400, 500, 600\text{ kPa}$ có và không có bình phụ Xác định đường đặc tính lực - biến dạng tĩnh; chuẩn hóa chỉ số đa biến $n = 1,3$ cho lý thuyết
Độ cứng động $K_d$ của lò xo khí nén Kích gia tải động theo tần số, hệ thống cảm biến lực và dịch chuyển Gia tải động cưỡng bức ở tần số $1\text{ Hz}$, ghi nhận đồ thị lực và biến dạng theo thời gian Xác định đặc tính động lực học và độ cứng động của lò xo khí nén khi có và không có bình khí phụ
Tần số dao động riêng thẳng đứng của ô tô Máy Dewetron 3020, cảm biến H7, nguồn rung EA-TWI 250-12, Datron Đo trên xe UNIVERSE K43-2F14 bằng phương pháp kích thích rơi tự do khỏi mễ kê và ấn nhả Thu được đồ thị dao động tắt dần; xác định tần số dao động riêng thực nghiệm của xe (Bảng 4.1)

Kết quả so sánh giữa lý thuyết và thực nghiệm cho thấy sai số về tần số dao động riêng thẳng đứng và đường đặc tính lực - biến dạng nằm trong giới hạn cho phép ($< 10%$), xác nhận độ tin cậy của mô hình toán học Gensys và mô hình dao động không gian đã thiết lập.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về lý luận và khoa học

  1. Đã lựa chọn và ứng dụng thành công mô hình toán học Gensys để mô tả phần tử đàn hồi khí nén có xét đến tính chất phi tuyến, quá trình nhiệt động học và chuyển động của dòng khí qua đường ống nối với bình khí phụ.
  2. Xây dựng được mô hình dao động không gian của ô tô khách có hệ thống treo khí nén, tích hợp các yếu tố phi tuyến của lò xo khí nén, cho phép khảo sát đồng thời dao động thẳng đứng, lắc dọc và lắc ngang.
  3. Thiết lập phương pháp đánh giá đồng thời hai nhóm chỉ tiêu: tính êm dịu chuyển động (RMS, eVDV) và an toàn chuyển động (tải trọng tiếp xúc bánh xe, góc lắc ngang thân xe) trong cả miền thời gian và miền tần số.

Đóng góp mới về thực tiễn

  1. Xác định định lượng mức độ ảnh hưởng của áp suất nạp ban đầu ($p_0$), thể tích bình khí phụ ($V_r$), kích thước ống dẫn ($l_s, d_s$) đến độ êm dịu và ổn định của ô tô khách UNIVERSE K43-2F14 sản xuất lắp ráp tại Việt Nam.
  2. Xây dựng quy trình thực nghiệm đo đạc độ cứng tĩnh, độ cứng động lực học của lò xo khí nén và tần số dao động riêng của ô tô khách bằng hệ thống thu thập dữ liệu chuyên dụng Dewetron 3020.
  3. Đề xuất cơ sở khoa học cho các cơ sở sản xuất, lắp ráp ô tô trong nước lựa chọn thông số kết cấu hệ thống treo khí nén phù hợp với điều kiện đường sá Việt Nam.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Khi thiết kế và lắp ráp ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén, cần bố trí bình khí phụ có thể tích phù hợp để giảm độ cứng động ở vùng tần số làm việc thấp nhằm tối ưu độ êm dịu.
  • Cơ quan quản lý và các đơn vị vận tải cần kiểm soát áp suất làm việc định mức trong các bầu khí nén theo đúng tải trọng; lắp đặt hệ thống thanh ổn định ngang có độ cứng phù hợp trên xe giường nằm hai tầng để hạn chế góc nghiêng lật khi xe hoạt động trên các tuyến đường miền núi đèo dốc.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

  • Luận án giả thiết khối lượng khí nén trong hệ thống là không đổi trong từng chế độ tải trọng (bỏ qua quá trình nạp/xả khí tức thời của van điều chỉnh độ cao khi xe đang chuyển động trên đường mấp mô).
  • Đối tượng thử nghiệm thực nghiệm mới tập trung vào dòng ô tô khách UNIVERSE K43-2F14; các biến dạng cục bộ của kết cấu khung vỏ chưa được tích hợp vào mô hình nhiều vật thể.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  1. Nghiên cứu hệ thống điều khiển tích cực hoặc bán tích cực cho hệ thống treo khí nén trên ô tô khách nhằm chủ động thay đổi độ cứng và hệ số cản giảm chấn theo điều kiện vận hành.
  2. Nghiên cứu mô hình động lực học có xét đến sự làm việc tức thời của hệ thống van điều chỉnh độ cao và hệ thống cấp khí nén tự động theo thời gian thực.
  3. Mở rộng khảo sát mô hình dao động không gian cho các dòng xe khách giường nằm hai tầng có kết cấu khung gầm hoán cải khi vận hành ở các chế độ quay vòng gấp trên đường đèo dốc.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu kỹ thuật chuyên khảo có giá trị ứng dụng cho các đối tượng sau:

  • Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Ô tô – Máy kéo tham khảo phương pháp mô hình hóa hệ thống treo khí nén phi tuyến (mô hình Gensys) và phương pháp xây dựng mô hình dao động không gian trên Matlab/Simulink.
  • Các kỹ sư thiết kế tại các nhà máy sản xuất, lắp ráp ô tô trong nước (như THACO, SAMCO, TRACOMECO, Nhà máy ô tô 3-2) tham khảo trong việc tính toán kết cấu, chọn thể tích bình khí phụ và hiệu chỉnh thông số treo khí nén trên xe khách đóng mới.
  • Các cơ quan đăng kiểm và quản lý giao thông vận tải sử dụng làm cơ sở khoa học để xây dựng tiêu chuẩn đánh giá an toàn chuyển động và ổn định chống lật cho ô tô khách giường nằm hai tầng tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao luận án lựa chọn mô hình Gensys để mô phỏng lò xo khí nén thay vì các mô hình khác?
Mô hình Gensys mô tả đầy đủ các quá trình nhiệt động học, ma sát, độ đàn hồi và tính toán được khối lượng quy đổi của dòng khí chuyển động qua đường ống nối giữa lò xo khí nén và bình khí phụ. So với mô hình đơn giản hay Nishimura, Gensys phản ánh chính xác sự phụ thuộc của độ cứng động lực học vào tần số kích thích và áp suất làm việc.

2. Thể tích bình khí phụ ($V_r$) có tác động như thế nào đến độ cứng của hệ thống treo khí nén?
Khi không có bình khí phụ ($V_r \approx 0$), độ cứng của lò xo khí nén hầu như không đổi theo tần số. Khi lắp thêm bình khí phụ có thể tích thích hợp, độ cứng động lực học ở vùng tần số thấp (vùng ảnh hưởng lớn đến độ êm dịu của con người) giảm đi rõ rệt, giúp dập tắt dao động và nâng cao độ êm dịu chuyển động.

3. Khi tăng áp suất ban đầu ($p_0$) trong lò xo khí nén, đặc tính động lực học thay đổi ra sao?
Theo kết quả khảo sát tại Chương II, khi áp suất $p_0$ tăng từ 400 kPa lên 800 kPa, độ cứng động cực đại $K_d$ tăng từ 58 kN/m lên 120 kN/m, và vùng tần số làm độ cứng động tăng mạnh nằm trong khoảng từ 8 Hz đến 11 Hz.

4. Xe thử nghiệm thực tế và các thiết bị đo đạc chính trong luận án là gì?
Đối tượng thử nghiệm là ô tô khách UNIVERSE K43-2F14. Thiết bị thực nghiệm gồm: hệ thống thu thập dữ liệu chuyên dụng Dewetron 3020, cảm biến đo khoảng cách H7, bộ nguồn rung EA-TWI 250-12, bộ chuyển đổi tín hiệu Datron và hệ thống kích gia tải động theo tần số.

5. Luận án sử dụng các chỉ tiêu nào để đánh giá an toàn chuyển động của ô tô khách?
An toàn chuyển động được đánh giá qua lực tương tác động thẳng đứng giữa bánh xe và mặt đường ($F_{ui}$) nhằm phát hiện hiện tượng tách bánh làm mất tính dẫn hướng/phanh, góc nghiêng lắc ngang của thân xe ($\theta$), gia tốc lắc ngang, hệ số phân bố tải trọng ngang LTR và hệ số ổn định tĩnh SSF.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Trương Mạnh Hùng đã giải quyết bài toán mô hình hóa và đánh giá dao động của ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén trong điều kiện sản xuất và khai thác tại Việt Nam. Bằng việc ứng dụng mô hình nhiệt động học Gensys kết hợp mô hình dao động không gian nhiều bậc tự do trên Matlab/Simulink, công trình đã làm sáng tỏ ảnh hưởng của các thông số áp suất nạp ban đầu và thể tích bình khí phụ đến tính êm dịu và an toàn chuyển động. Các kết quả mô phỏng lý thuyết đã được kiểm chứng và chuẩn hóa thông qua hệ thống thực nghiệm trên băng thử và trên ô tô khách UNIVERSE K43-2F14, cung cấp cơ sở khoa học phục vụ công tác thiết kế, sản xuất lắp ráp và vận hành an toàn ô tô khách tại Việt Nam.