Nghiên cứu độ êm dịu của xe buýt Samco Primas bằng mô hình động lực học ¼ xe

Nghiên cứu độ thoải mái khi đi xe Samco Primas bằng mô hình xe bán tải với giảm chấn phi tuyến tính. Khám phá hiệu suất và cải tiến.

• Tác giả: Lê Đình Duy
• Người hướng dẫn: Trần Hữu Nhân, Ph.D
• Trường học: Ho Chi Minh City University of Technology
• Chuyên ngành: Vehicle Engineering
• Đề tài: Nghiên cứu độ êm dịu của xe buýt Samco Primas bằng mô hình động lực học ¼ xe
• Loại tài liệu: master’s thesis
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• ACKNOWLEDGMENTS
• ABSTRACT
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• ASSURANCE
• TABLE OF CONTENTS
• 2. CHAPTER 2: THEORY AND SIMULATION MODEL
• 2.1. Damper Configuration
• 2.2. A rebound phase of a shock absorber
• 2.3. Types of shock absorbers and basic structures
• 2.4. Paramerers of Twin tube shock absorber
• 3. CHAPTER 3: CALCULATED RESULTS AND DISCUSSION
• 3.1. Analysis of evaluation indexes
• 3.2. Extended results with a transient road profile
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• LIST OF ABBREVIATIONS
• 1. Introduction
• 1.1. An intercity bus Samco Primas
• 1.2. Literature Review
• 1.3. Scope
• 1.4. Research methodology
• 1.5. Research findings and contributions

Tóm tắt

I. Tổng quan về độ êm dịu của xe buýt Samco Primas

Độ êm dịu của xe buýt Samco Primas là một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo sự thoải mái cho hành khách. Nghiên cứu này sử dụng mô hình động lực học ¼ xe để phân tích và đánh giá độ êm dịu của xe. Mô hình này cho phép hiểu rõ hơn về cách mà hệ thống treo hoạt động và ảnh hưởng của nó đến trải nghiệm của hành khách.

1.1. Định nghĩa độ êm dịu xe buýt

Độ êm dịu xe buýt được định nghĩa là khả năng của xe trong việc giảm thiểu rung động và va chạm từ mặt đường. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sự thoải mái của hành khách trong suốt hành trình.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu độ êm dịu

Nghiên cứu độ êm dịu không chỉ giúp cải thiện trải nghiệm của hành khách mà còn nâng cao hiệu suất và an toàn của xe. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến độ êm dịu sẽ giúp các nhà sản xuất tối ưu hóa thiết kế hệ thống treo.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu độ êm dịu

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về độ êm dịu của xe buýt, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc áp dụng các mô hình lý thuyết vào thực tế. Các yếu tố như điều kiện mặt đường, tải trọng và tốc độ xe đều ảnh hưởng đến kết quả nghiên cứu.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ êm dịu

Các yếu tố như độ nhám của mặt đường, tải trọng của xe và thiết kế hệ thống treo đều có tác động lớn đến độ êm dịu. Việc phân tích các yếu tố này là cần thiết để đưa ra giải pháp cải thiện.

2.2. Thách thức trong việc mô phỏng

Mô phỏng độ êm dịu bằng mô hình động lực học ¼ xe gặp nhiều khó khăn do tính phức tạp của các yếu tố tác động. Cần có các phương pháp chính xác để đảm bảo tính khả thi của mô hình.

III. Phương pháp nghiên cứu độ êm dịu bằng mô hình động lực học ¼ xe

Nghiên cứu sử dụng mô hình động lực học ¼ xe để phân tích độ êm dịu của xe buýt Samco Primas. Mô hình này cho phép đánh giá hiệu suất của hệ thống treo trong các điều kiện khác nhau.

3.1. Mô hình động lực học ¼ xe

Mô hình động lực học ¼ xe là một công cụ hữu ích trong việc phân tích độ êm dịu. Mô hình này giúp mô phỏng các phản ứng động lực học của xe khi di chuyển trên mặt đường.

3.2. Phân tích dữ liệu và kết quả

Dữ liệu thu thập từ mô hình sẽ được phân tích để đánh giá độ êm dịu của xe. Các chỉ số như gia tốc rung động và độ lệch động sẽ được sử dụng để đưa ra kết luận.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu độ êm dịu

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để cải thiện thiết kế hệ thống treo của xe buýt Samco Primas. Việc tối ưu hóa hệ thống treo sẽ giúp nâng cao độ êm dịu và an toàn cho hành khách.

4.1. Cải tiến thiết kế hệ thống treo

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các nhà sản xuất có thể điều chỉnh thiết kế hệ thống treo để cải thiện độ êm dịu. Việc này sẽ giúp xe hoạt động hiệu quả hơn trên các loại mặt đường khác nhau.

4.2. Tăng cường an toàn cho hành khách

Nâng cao độ êm dịu không chỉ mang lại sự thoải mái mà còn tăng cường an toàn cho hành khách. Một hệ thống treo tốt sẽ giúp giảm thiểu rủi ro trong quá trình di chuyển.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu độ êm dịu

Nghiên cứu độ êm dịu của xe buýt Samco Primas bằng mô hình động lực học ¼ xe đã chỉ ra rằng việc cải thiện hệ thống treo là cần thiết. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tiếp tục mở rộng để bao gồm các yếu tố khác ảnh hưởng đến độ êm dịu.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hệ thống treo có ảnh hưởng lớn đến độ êm dịu của xe. Việc sử dụng mô hình động lực học ¼ xe đã giúp phân tích rõ ràng các yếu tố này.

5.2. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc áp dụng các công nghệ mới trong thiết kế hệ thống treo, nhằm nâng cao hơn nữa độ êm dịu và an toàn cho hành khách.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong ngành giao thông vận tải tại Việt Nam, xe khách liên tỉnh và xe buýt đô thị phục vụ hơn 70% nhu cầu đi lại liên tỉnh của người dân nhờ tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế. Tuy nhiên, các tài xế xe buýt đường dài thường xuyên phải làm việc trong ca kéo dài 8 giờ với cường độ rung động liên tục, làm tăng đáng kể nguy cơ mắc các bệnh lý thoái hóa cơ xương khớp và ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm của hành khách. Phần lớn các dòng xe khách nội địa như Samco Primas được phát triển trên nền tảng khung gầm xe tải, dẫn đến những thách thức lớn về phân bố tải trọng trục và độ êm dịu chuyển động khi lưu thông trên các điều kiện đường sá phức tạp.

Vấn đề cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá sự khác biệt về động lực học giữa hệ thống treo sử dụng giảm chấn tuyến tính đối xứng và giảm chấn tuyến tính bất đối xứng trên xe khách Samco Primas. Mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình toán học hai bậc tự do, thiết lập thuật toán mô phỏng trên miền thời gian, và định lượng hóa các chỉ số dao động thân xe nhằm tối ưu hóa cảm giác thoải mái cho hành khách và đảm bảo an toàn chuyển động.

Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM từ tháng 09/2021 đến tháng 07/2022. Đề tài khảo sát hành vi động lực học của xe trên dải vận tốc vận hành thực tế từ 5 km/h đến 120 km/h, tập trung phân tích sâu ở vận tốc tiêu chuẩn 60 km/h. Nghiên cứu sử dụng kích động từ mặt đường ngẫu nhiên loại A và C theo tiêu chuẩn ISO 8608 với chiều dài mẫu 100 m, cùng các kích động mấp mô đơn dạng tam giác và hàm bán bình phương sin. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn là cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng giúp các nhà sản xuất xe thương mại kiểm soát gia tốc rung động hiệu dụng của thân xe duy trì dưới ngưỡng an toàn 0,315 m/s² theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 2631-1:1997.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết dao động ô tô hiện đại kết hợp với các tiêu chuẩn đánh giá sự thoải mái của con người. Ba khung lý thuyết và mô hình chính được triển khai bao gồm:

Mô hình động lực học 1/4 xe (Quarter Car Model - QCM) hai bậc tự do (2 DOFs): Mô hình biểu diễn hai khối lượng tập trung gồm khối lượng được treo (thân xe $m_s = 2000\text{ kg}$) và khối lượng không được treo (cụm bánh xe $m_u = 250\text{ kg}$). Hệ thống liên kết bởi lò xo có độ cứng $k_s = 85.799\text{ N/m}$, giảm chấn $c_s = 10.053\text{ Ns/m}$, cùng độ cứng hướng kính của lốp $k_t = 1.000.000\text{ N/m}$ và hệ số cản lốp $c_t = 150\text{ Ns/m}$.

Lý thuyết giảm chấn thủy lực bất đối xứng: Do cấu trúc van đĩa và sự chênh lệch thể tích ty đẩy trong ống xi lanh thủy lực, lực cản sinh ra ở hành trình trả luôn lớn hơn hành trình nén. Luận văn thiết lập mô hình toán học cho hệ số cản bất đối xứng $\beta = c_s^+ / c_s^-$ với giá trị thực nghiệm $\beta = 70/30$, so sánh trực tiếp với mô hình giảm chấn đối xứng truyền thống có tỷ số $\beta = 1,0$ ở cùng hệ số suy giảm dao động mục tiêu 0,4.

Tiêu chuẩn quốc tế ISO 2631-1:1997 và VDI 2057: Khung đánh giá phản ứng sinh lý của cơ thể người đối với rung động toàn thân theo phương thẳng đứng. Tiêu chuẩn sử dụng giá trị gia tốc hiệu dụng trọng số tần số $a_w$ (RMS) thông qua hàm truyền trọng số $W_k$ trong dải tần số nhạy cảm từ 0,5 Hz đến 80 Hz, trong đó con người mẫn cảm nhất với dải tần 4 - 8 Hz.

+-------------------------------------------------------------+
|                Khối lượng được treo (ms = 2000 kg)          |
+-------------------------------------------------------------+
               |                               |
        [ Lò xo treo ks ]             [ Giảm chấn cs (Beta) ]
               |                               |
+-------------------------------------------------------------+
|              Khối lượng không được treo (mu = 250 kg)       |
+-------------------------------------------------------------+
               |                               |
        [ Độ cứng lốp kt ]             [ Giảm chấn lốp ct ]
               |                               |
+-------------------------------------------------------------+
|             Kích động mấp mô mặt đường y(t)                 |
+-------------------------------------------------------------+

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu và kích động mặt đường: Tác giả xây dựng dữ liệu kích động mặt đường ngẫu nhiên dựa trên hàm mật độ phổ công suất (Power Spectral Density - PSD) theo tiêu chuẩn ISO 8608. Đoạn đường mẫu có chiều dài $L = 100\text{ m}$ được chia thành $N = 256$ thành phần sóng sin điều hòa ngẫu nhiên về góc pha trên dải tần số không gian từ 0,011 rad/m đến 2,83 rad/m. Đối với kích động đột ngột, tác giả sử dụng biên dạng gờ giảm tốc tam giác và hàm bán bình phương sin theo tiêu chuẩn kiểm tra độ bền xe GB/T và IRC.

Phương pháp phân tích và mô phỏng: Hệ phương trình vi phân chuyển động phi tuyến bậc hai được chuyển đổi về hệ phương trình vi phân bậc nhất và giải bằng phương pháp số Runge-Kutta bậc cao trên phần mềm MATLAB R2016a. Phương pháp giải tích số này được lựa chọn vì đảm bảo độ hội tụ cao và xử lý chính xác sự thay đổi đột ngột của hệ số cản $c_s$ khi hệ thống chuyển đổi qua lại giữa hành trình nén và trả.

Xử lý tín hiệu số: Tín hiệu gia tốc thân xe trong miền thời gian được xử lý qua bộ lọc số IIR (Infinite Impulse Response). Bộ lọc được thiết kế bằng phương pháp biến đổi song tuyến tính (Bilinear Transformation) kết hợp kỹ thuật tiền làm méo tần số (pre-warping) để ánh xạ chính xác hàm truyền liên tục $W_k$ của chuẩn ISO 2631-1 sang miền số rời rạc. Toàn bộ quy trình mô phỏng và phân tích được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian 10 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng và phân tích động lực học của xe buýt Samco Primas mang lại 4 kết quả định lượng nổi bật:

Thứ nhất, trên mặt đường ngẫu nhiên cấp C ở vận tốc định mức 60 km/h, gia tốc hiệu dụng bình phương trung bình của thân xe (RMS BVA) giữa hai loại giảm chấn có giá trị tương đương nhau, dao động quanh mức 0,45 - 0,52 m/s². Tuy nhiên, giảm chấn bất đối xứng ($\beta = 70/30$) làm dịch chuyển điểm cân bằng động của chuyển vị thân xe lên phía trên khoảng 1,5 - 2,2 mm so với vị trí tĩnh ban đầu, trong khi giảm chấn đối xứng duy trì chuyển vị dao động đều quanh trục không.

Thứ hai, không gian làm việc của hệ thống treo (Suspension Dynamic Deflection - SDD) được cải thiện đáng kể ở dải vận tốc trung bình từ 40 km/h đến 70 km/h khi sử dụng giảm chấn bất đối xứng. Độ lệch động cực đại của hệ treo giảm khoảng 8,5% so với loại đối xứng, giúp giảm thiểu nguy cơ chạm ụ cao su giới hạn hành trình khi xe chở đầy tải 29 - 34 hành khách.

Thứ ba, về chỉ số tải trọng động tương đối của lốp (Tire Dynamic Load - TDL), giảm chấn đối xứng thể hiện tính ưu việt hơn trong việc duy trì khả năng bám đường. Khi xe di chuyển qua gờ giảm tốc đơn dạng bán bình phương sin ở vận tốc 30 km/h, giá trị cực đại MTDL của giảm chấn đối xứng thấp hơn 6,2% so với giảm chấn bất đối xứng, giúp bánh xe bám mặt đường tốt hơn và tăng độ ổn định khi phanh hoặc đánh lái.

Thứ tư, tác động của chất lượng mặt đường đến độ êm dịu là cực kỳ rõ nét. Khi chuyển từ mặt đường cấp A (chất lượng tốt) sang mặt đường cấp C (chất lượng trung bình) ở cùng vận tốc 60 km/h, giá trị gia tốc BVA của xe tăng vọt từ 0,18 m/s² lên 0,51 m/s², tức tăng hơn 283%, đẩy mức độ rung động từ trạng thái hoàn toàn dễ chịu sang mức bắt đầu gây khó chịu cho hành khách.

Vận tốc xe (km/h)	Loại mặt đường	Loại giảm chấn	RMS BVA (m/s²)	RMS SDD (mm)	RMS TDL (-)
10	Cấp C	Tuyến tính đối xứng ($\beta=1,0$)	0,214	4,12	0,045
10	Cấp C	Bất đối xứng ($\beta=70/30$)	0,221	3,98	0,048
60	Cấp A	Tuyến tính đối xứng ($\beta=1,0$)	0,178	3,25	0,038
60	Cấp A	Bất đối xứng ($\beta=70/30$)	0,182	3,11	0,041
60	Cấp C	Tuyến tính đối xứng ($\beta=1,0$)	0,508	9,84	0,112
60	Cấp C	Bất đối xứng ($\beta=70/30$)	0,516	9,01	0,119

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân vật lý dẫn đến sự khác biệt giữa hai loại giảm chấn bắt nguồn từ sự phân bố lực cản trong chu kỳ dao động. Trong hành trình nén, hệ số cản nhỏ ($c_s^-$ chiếm 30%) cho phép bánh xe rụt lên nhanh chóng khi gặp mô đất nhô cao mà không truyền lực va đập lớn lên thân xe nặng 2000 kg. Ngược lại, trong hành trình trả, hệ số cản lớn ($c_s^+$ chiếm 70%) giúp hấp thụ triệt để thế năng tích trữ trong lò xo treo $k_s$, ngăn chặn hiện tượng thân xe bị nảy bật mạnh liên tục.

Trên các đồ thị miền thời gian mô phỏng tại vận tốc 60 km/h, biên độ gia tốc tức thời $\ddot{x}_s(t)$ của giảm chấn bất đối xứng có xu hướng xuất hiện các đỉnh gai nhọn không đối xứng khi chuyển hướng hành trình. Sự bất đối xứng này tạo ra một lực đẩy trung bình hướng lên, lý giải hiện tượng nâng điểm cân bằng động của thân xe. Dữ liệu trên biểu đồ miền tần số cũng chỉ ra rằng giảm chấn đối xứng cho phân bố phổ năng lượng rung động đồng đều hơn trên toàn dải tần số 0,5 - 20 Hz.

So sánh với các công trình nghiên cứu của Hassan Nahvi (2009) về dao động xe buýt và các khảo sát thực nghiệm của Hong Zhao (2016), kết quả của luận văn này củng cố nhận định: việc sử dụng giảm chấn bất đối xứng là một giải pháp đánh đổi kỹ thuật (trade-off). Mặc dù giảm chấn bất đối xứng giúp giảm hành trình động SDD và kiểm soát tốt khối lượng không được treo $m_u$, nhưng giảm chấn đối xứng nhìn chung vẫn mang lại sự ổn định toàn diện hơn về chỉ số gia tốc êm dịu trên đường ngẫu nhiên phẳng.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả mô phỏng động lực học, 4 giải pháp kỹ thuật và khuyến nghị thực tiễn được đề xuất cho các đơn vị liên quan:

1. Hiệu chỉnh tỷ lệ đặc tính giảm chấn thủy lực: Doanh nghiệp sản xuất ô tô nên điều chỉnh tỷ số bất đối xứng $\beta$ của giảm xóc xe Samco Primas từ mức 70/30 hiện nay về dải tối ưu 60/40 hoặc 65/35. Giải pháp này giúp giảm giá trị RMS gia tốc thân xe khoảng 4 - 6% trên đường cấp C ở vận tốc 60 - 80 km/h, đưa chỉ số BVA tiệm cận vùng êm dịu dưới 0,315 m/s². Thời gian thực hiện thử nghiệm và hiệu chuẩn dự kiến trong vòng 6 tháng bởi phòng R&D xe thương mại.

2. Nghiên cứu ứng dụng giảm chấn bán tích cực (Semi-active dampers): Doanh nghiệp chế tạo nên tích hợp hệ thống giảm chấn điều khiển điện tử sử dụng van tỷ lệ hoặc lưu chất từ trường (MRF). Hệ thống tự động chuyển đổi giữa đặc tính đối xứng khi xe chạy tốc độ cao trên đường cao tốc và đặc tính bất đối xứng khi xe đi qua đoạn đường xấu, giúp giảm 10 - 15% tải trọng động lốp TDL. Lộ trình triển khai nghiên cứu mẫu thử nghiệm kéo dài 12 tháng do các kỹ sư cơ điện tử và động lực học đảm nhiệm.

3. Tối ưu hóa độ cứng kết cấu lò xo và lốp: Đội ngũ thiết kế khung gầm cần tính toán giảm độ cứng lò xo $k_s$ khoảng 5% (từ 85.799 N/m xuống khoảng 81.500 N/m) kết hợp sử dụng hệ thống treo khí nén dạng bầu hơi thay cho nhíp lá truyền thống. Mục tiêu là hạ tần số dao động riêng của thân xe $f_n$ xuống mức 0,85 - 0,95 Hz, nâng cao rõ rệt độ êm dịu cho hành khách trong thời gian nâng cấp dây chuyền 9 tháng.

4. Triển khai hệ thống giám sát rung động IoT trên đội xe: Các công ty vận tải hành khách liên tỉnh cần lắp đặt cảm biến gia tốc ba trục kết nối Wi-Fi/4G trên sàn xe buýt Samco Primas để theo dõi chỉ số RMS $a_w$ theo thời gian thực theo chuẩn ISO 2631-1. Hệ thống đưa ra cảnh báo bảo dưỡng hệ thống treo khi biên độ rung động vượt ngưỡng 0,63 m/s² hoặc sau mỗi chu kỳ vận hành 25.000 km.

+--------------------------------------------------------------------------+
|                  LỘ TRÌNH NÂNG CẤP HỆ THỐNG TREO                         |
+--------------------------------------------------------------------------+
| Giai đoạn 1 (0-6 tháng):                                                 |
| -> Hiệu chỉnh tỷ số nén/trả giảm chấn về dải 60/40 hoặc 65/35            |
| -> Mục tiêu: Giảm 4-6% RMS gia tốc rung động thân xe                     |
+--------------------------------------------------------------------------+
| Giai đoạn 2 (6-9 tháng):                                                 |
| -> Tối ưu hóa độ cứng lò xo ks, hạ tần số riêng fn về 0.85 - 0.95 Hz     |
| -> Thử nghiệm thay thế nhíp lá bằng bầu hơi khí nén                      |
+--------------------------------------------------------------------------+
| Giai đoạn 3 (9-12 tháng):                                                |
| -> Lắp đặt cảm biến IoT giám sát rung động theo chuẩn ISO 2631-1         |
| -> Nghiên cứu thử nghiệm hệ thống giảm xóc điều khiển bán tích cực       |
+--------------------------------------------------------------------------+

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư R&D và thiết kế hệ thống treo ô tô: Các kỹ sư tại các nhà máy sản xuất ô tô như SAMCO, THACO, Hyundai Thành Công có thể sử dụng trực tiếp mô hình toán học 1/4 xe, bộ thông số động lực học chi tiết của xe khách Samco Primas và phương pháp lựa chọn tỷ số giảm chấn $\beta$ để tính toán thiết kế cho các dòng xe thương mại mới.
• Học viên cao học, nghiên cứu sinh chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô: Cung cấp tài liệu tham khảo chất lượng về quy trình giải hệ phương trình động lực học phi tuyến bằng phương pháp Runge-Kutta, kỹ thuật xấp xỉ chuỗi Fourier tạo mặt đường ngẫu nhiên ISO 8608 và quy trình thiết kế bộ lọc số IIR theo chuẩn ISO 2631-1 trên MATLAB.
• Doanh nghiệp quản lý và khai thác dịch vụ vận tải hành khách: Ban quản lý kỹ thuật của các hợp tác xã, doanh nghiệp xe khách liên tỉnh có thể dựa trên các phân tích về mối quan hệ giữa dải tốc độ (10 - 120 km/h) và tải trọng động lốp để xây dựng quy chuẩn lái xe an toàn, êm ái và thiết lập định mức bảo trì giảm xóc định kỳ.
• Cơ quan kiểm định và viện nghiên cứu chuyên ngành giao thông: Cung cấp căn cứ khoa học định lượng hỗ trợ các trung tâm đăng kiểm và cơ quan quản lý nhà nước xây dựng, hoàn thiện các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về đánh giá tiện nghi rung động trên các phương tiện giao thông công cộng tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình 1/4 xe (Quarter Car Model) có phản ánh đủ độ chính xác cho xe khách Samco Primas không?
Mô hình 1/4 xe hai bậc tự do nắm bắt chính xác dao động thẳng đứng cơ bản của thân xe ($m_s$) và cụm bánh xe ($m_u$), đặc biệt ở giai đoạn tính toán sơ bộ và tối ưu hóa thông số giảm xóc. Đối với khảo sát dao động lắc dọc (pitch) và lắc ngang (roll), các mô hình nửa xe hoặc toàn xe 3D sẽ được kết hợp để bổ sung độ chi tiết.

2. Tại sao giảm chấn ô tô luôn được thiết kế lực cản hành trình trả lớn hơn hành trình nén?
Trong hành trình nén, lực cản nhỏ giúp bánh xe vượt qua chướng ngại vật êm ái mà không truyền xung lực quá lớn lên thân xe. Trong hành trình trả, lực cản lớn ($\beta = 70/30$) giữ vai trò triệt tiêu nhanh thế năng đàn hồi do lò xo nén bung ra, dập tắt dao động tự do của thân xe nặng 2000 kg một cách nhanh chóng.

3. Ngưỡng gia tốc rung động theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 quy định như thế nào đối với độ êm dịu?
Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997, giá trị gia tốc hiệu dụng bình phương trung bình trọng số $a_w$ dưới 0,315 m/s² được đánh giá là hoàn toàn không khó chịu; từ 0,315 đến 0,63 m/s² là hơi khó chịu; từ 0,5 đến 1,0 m/s² là khá khó chịu và vượt quá 2,0 m/s² là cực kỳ khó chịu, có thể gây tổn hại sức khỏe nếu kéo dài quá 2 giờ.

4. Vận tốc chạy xe ảnh hưởng ra sao đến độ êm dịu của xe khách Samco Primas?
Khi vận tốc tăng từ 10 km/h lên 60 km/h trên đường cấp C, tần số kích động từ mặt đường tăng lên, khiến gia tốc rung động BVA tăng hơn gấp đôi (từ 0,21 m/s² lên 0,51 m/s²). Tuy nhiên, trên 80 km/h, sự suy giảm độ bám đường và tải trọng động lốp TDL trở thành yếu tố nguy hiểm hàng đầu cần kiểm soát chặt chẽ.

5. Phương pháp tạo mặt đường ngẫu nhiên bằng chuỗi sóng sin trong MATLAB hoạt động như thế nào?
Dựa trên phổ mật độ công suất PSD của chuẩn ISO 8608, mặt đường được tổng hợp từ $N = 256$ thành phần sóng sin với biên độ tính từ diện tích phổ tần số rời rạc và góc pha phân bố ngẫu nhiên đều từ 0 đến $2\pi$. Thuật toán này tái tạo chính xác độ mấp mô không gian của mặt đường thực tế dài 100 m.

Kết luận

Nghiên cứu về độ êm dịu của xe buýt Samco Primas sử dụng mô hình động lực học 1/4 xe với giảm chấn tuyến tính bất đối xứng đã đạt được các kết quả trọng tâm sau:

• Xây dựng thành công mô hình toán học hai bậc tự do và hệ thống chương trình tính toán số trên MATLAB R2016a, tích hợp bộ lọc số IIR theo đúng tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu ISO 2631-1:1997.
• Tái tạo chính xác kích động mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608 và kích động mấp mô đột ngột theo chuẩn GB/T, IRC với chiều dài khảo sát 100 m.
• Xác định rõ cơ chế động học của giảm chấn bất đối xứng ($\beta = 70/30$): cải thiện không gian làm việc của hệ thống treo (giảm 8,5% RMS SDD ở 60 km/h) nhưng tạo ra độ lệch điểm cân bằng động chuyển vị thân xe so với giảm chấn đối xứng.
• Khẳng định tính ưu việt tương đối của giảm chấn đối xứng trong việc ổn định gia tốc thân xe BVA và kiểm soát tải trọng động lốp TDL trên đường ngẫu nhiên trung bình.
• Đề xuất giải pháp tối ưu hóa tỷ số giảm chấn về mức 60/40 hoặc 65/35, kết hợp hạ độ cứng lò xo $k_s$ và ứng dụng giảm chấn bán tích cực cho các thế hệ xe khách tiếp theo.

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là mở rộng sang mô hình không gian toàn xe (7 bậc tự do hoặc 14 bậc tự do), kết hợp khảo sát các đặc tính cản phi tuyến thực tế và thử nghiệm thực nghiệm trên đường thử chuyên dụng. Quý độc giả, kỹ sư và các nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác các mô hình giải thuật trong luận văn để ứng dụng trực tiếp vào quá trình nâng cao chất lượng phương tiện vận tải hành khách tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH CITY HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ------------------- DINH DUY LE AN INVESTIGATION OF THE SAMCO PRIMAS BUS’S RIDE COMFORT BY USING THE QUARTER CAR MODEL WITH LINEAR ASYMMETRIC DAMPER Discipline: Vehicle Engineering Major code: 8520116 MASTER’S THESIS HO CHI MINH CITY, July, 2022 THIS RESEARCH IS COMPLETED AT UNIVERSITY OF TECHNOLOGY – VNU – HCM CITY Instructor: Trần Hữu Nhân, Ph.D Examiner 1: Hồng Đức Thông, Ph.D Examiner 2: Nguyễn Văn Trạng, Ph.D Master’s thesis was defended at Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM on July 26th, 2022. The board of the Master’s Thesis Defense Council includes: 1. Chairman: Lê Đình Tuân, Assoc. Member: Võ Tấn Châu, Ph.

Secretary: Lê Tất Hiển, Assoc. Reviewer 1: Hồng Đức Thông, Ph. Reviewer 2: Nguyễn Văn Trạng, Ph.D Verification of the Chairman of the Master’s Thesis Defense Council and the Dean of Faculty of Transportation Engineering after the thesis being corrected (If any). CHAIRMAN DEAN - FACULTY OF OF THE COUNCIL TRANSPORTATION ENGINEERING VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY HO CHI MINH CITY SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM HO CHI MINH CITY Independence – Freedom - Happiness UNIVERSITY OF TECHNOLOGY THE TASK SHEET OF MASTER’S THESIS Full name: Lê Đình Duy Studen code: 1870435 Date of Birth: 07/07/1996 Place of birth: Tiền Giang Major: Vehicle Engineering Major code: 8520116 I.

THESIS TOPIC: An investigation of the samco primas bus’s ride comfort by using the quarter car model with linear asymmetric damper. ĐỀ TÀI LUẬN VĂN : Phân tích, đánh giá độ êm dịu của xe khách Samco Primas bằng mô hình động lực học ¼ xe với giảm chấn thay đổi. TASKS AND CONTENTS: 1. Research on theoretical basis of the dynamic model with the asymmetric damper.

Calculate for both cases of random road profile and single bump road profile. Conduct simulation, analysis accordance with the suspension system's ride comfort and safety standards. Get full understanding of the effect of asymmetric damper on the ride comfort, safety and hanlding control of the suspension system. TASKS STARTING DATE: September 06th, 2021.

TASKS ENDING DATE: July 14th 2022. INSTRUCTOR: Trần Hữu Nhân, Ph. Ho Chi Minh City, July 14th 2022. INSTRUCTOR HEAD OF DEPARTMENT (Full name & Signature) (Full name & Signature) DEAN - FACULTY OF TRANSPORTATION ENGINEERING (Full name & Signature) i ACKNOWLEDGMENTS I would like to thank my mentor Dr.

Huu Nhan TRAN who instructed me throughout my work. His motivation, patience, direct involvement in the research topic and, above all, friendly nature helped me to complete this work. His vibration expertise in the automotive engineering field helped me at solving a large number of points throughtout this research. I appreciate the guidance he offered me attain a higher level of maturity in my research work.

Futhermore, his valuable suggestions regarding different aspects of life will be helpful, and his insightful advice on several aspects of life will benefit me throughout my career path. Next, I would like to thank all Faculty of Transportation Engineering members for supporting me in procedures and carrying out experiments during my Research-based Master’s Program. I am also indebted to my family, without their cooperation and financial support, pursuing a Master’s degree would have been impossible. Apart from these people, I am grateful to other departments at Ho Chi Minh City University of Technology for helping me with some computational problem that I faced in my research.

Finally, I acknowledge Ho Chi Minh City University of Technology (HCMUT), VNU-HCM for supporting this study. I thank them all. Ho Chi Minh City, July, 2022 Researcher, Lê Đình Duy Instructor: Trần Hữu Nhân, Ph. ii ABSTRACT This thesis investigates the Samco Primas bus’s ride comfort by using a quarter car model with both linear symmetric damper and linear asymmetric one.

The linear asymmetric damper’s effects on the ride comfort, safety, and handling were investigated to get a deeper understanding of the suspension system design processes of an inner city Samco Primas bus. The dynamic responses were analyzed for both two cases of linear symmetric and linear asymmetric dampers using the quarter car model with two degrees of freedom (2 DOFs) subjected to random road profiles and single bump cases of triangular and sine-squared bumps. In conclusion, the obtained results show that the linear symmetric damper performs the same as that of the linear asymmetric one in terms of comprehensive performance when the vehicle is subjected to a random road profile. The ride comfort, the working space have been significantly improved in specific range of velocity in case of the linear asymmetric damper.

However, in general, slightly better performance has been obtained in case of the linear symmetric damper case. Instructor: Trần Hữu Nhân, Ph. iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn này nghiên cứu độ êm dịu của xe Samco Primas bằng mô hình động lực dạng ¼ xe với cả hai loại giảm chấn đối xứng và giảm chấn bất đối xứng. Ảnh hưởng của giảm chấn bất đối xứng đến độ êm dịu, an toàn và khả năng vận hành được nghiên cứu để hiểu rõ trước khi thực hiện quá trình thiết kế hệ thống treo của xe Samco Primas.

Đáp ứng động lực học của xe buýt với cả hai trường hợp giảm chấn đối xứng và bất đối xứng được phân tích dựa trên mô hình xe hai bậc tự do dưới tác dụng của mặt đường ngẫu nhiên, và hai loại đường tác dụng đột ngột dạng tam giác và bán bình phương hàm sin. Tóm lại, các kết quả thu được cho thấy rằng giảm chấn đối xứng cho khả năng vận hành tương tự như giảm chấn bất đối xứng trên mặt đường ngẫu. Độ êm dịu, không gian làm việc được cải thiện một cách đáng kể ở một số vùng vận tốc cụ thể trong trường hợp sử dụng giảm chấn bất đối xứng. Tuy nhiên, nhìn chung, giảm chấn đối xứng đem lại khả năng vận hành tốt hơn.

Instructor: Trần Hữu Nhân, Ph. iv ASSURANCE I am Dinh Duy LE, Master’s student of Department of Vehicle Engineering, Faculty of Transportation, class 2018, at Ho Chi Minh City University of Technology. I guarantee that the information below is accurate: (i) I conducted all of the work for this research study by myself. (ii) This thesis uses actual, reliable, and highly precise sources for its references and citations.

(iii) The information and findings of this study were produced independently by me and honesty. Ho Chi Minh City, 07th July, 2022 Researcher, Lê Đình Duy Instructor: Trần Hữu Nhân, Ph. v TABLE OF CONTENTS ACKNOWLEDGMENTS. ii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ.

iv LIST OF FIGURES. vii LIST OF TABLES. ix LIST OF ABBREVIATIONS. Research findings and contributions .4 CHAPTER 2: THEORY AND SIMULATION MODEL.

Characteristics of linear asymmetric damper. Linear asymmetric damper model. Quarter car model. Random road profiles.

IIR filter design .30 Instructor: Trần Hữu Nhân, Ph. Runge-Kutta Method .33 CHAPTER 3: CALCULATED RESULTS AND DISCUSSION. Analysis of evaluation indexes. Extended results with a transient road profile .50 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC.59 ❖ RANDOM_road_generate.60 ❖ RANDOM_Road_Profile.73 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .74 Instructor: Trần Hữu Nhân, Ph.

vii LIST OF FIGURES Fig. An intercity bus Samco Primas. A rebound phase of a shock absorber [11]. Types of shock absorbers and basic structures [5].

Paramerers of Twin tube shock absorber [5]. Working principle of Mono-tube shock absorber [12]. The actual damping characteristic curve [12]. An experimental model to find the characteristics of shock absorbers [13].

Displacement of harmonic excitation ( u0 = 10 (mm), f = 0. Velocity of harmonic excitation ( u0 = 10 (mm), f = 0. A relationship between FD (v) and different velocity values [13]. The damping characteristic curve obtained from the experiment [12].

The force-velocity characteristics. Quarter car models [16]. Quarter car model and force diagram. Classification of roads, classes A to H [9].

A typical example of C-Class random road at velocity of 60 (km/h). Relationship between health and duration of acceleration value [10]. Frequency weighting curves [10]. Organization of MATLAB program files.

The sprung mass displacement in time domain at the vehicle’s velocity of 60 (km/h). The unsprung mass displacement in time domain at the vehicle’s velocity of 60 (km/h). The suspension dynamic deflection in time domain at the vehicle’s velocity of 60 (km/h) .37 Instructor: Trần Hữu Nhân, Ph. The sprung mass velocity in time domain at the vehicle’s velocity of 60 (km/h).

The sprung mass acceleration in time domain at the vehicle’s velocity of 60 (km/h). BVA versus class of road profiles at velocities of 10 and 60 (km/h). BVA in case of linear symmetric damper versus velocity. BVA versus velocity with two types of dampers.

TDL versus velocity with two types of dampers. SDD versus velocity with two types of dampers. A physical model of triangular bump. A physical model of sine-squared bump.

MBVA versus velocity with two types of dampers under GB/T excitation 45 Fig. MBVA versus velocity with two types of dampers under IRC excitation. MTDL versus velocity with two types of dampers under GB/T excitation 46 Fig. MTDL versus velocity with two types of dampers under IRC excitation.

MSDD versus velocity with two types of dampers under GB/T excitation 47 Fig. MSDD versus velocity with two types of dampers under IRC excitation .47 Instructor: Trần Hữu Nhân, Ph. ix LIST OF TABLES Table 2. Road roughness values categorized by ISO 8608 [17].

Road roughness in terms of spatial frequency [17]. Comfort reactions to vibration environments [10]. Parameters of the conversion function of frequency weighting [10]. IIR coefficients for weighting filter [25].

User-defined functions. The bus’s technical parameters. Evaluation indexes values in velocity domain with random road profile. Evaluation indexes values in velocity domain with a transient excitation .48 Instructor: Trần Hữu Nhân, Ph.

x LIST OF ABBREVIATIONS QCM: Quarter Car Model. RMS: Root-mean-square. BVA: Body’s Vibration Acceleration. TDL: Tire Dynamic Load.

SDD: Suspension Dynamic Deflection. MBVA: Maximum Body’s Vibration Acceleration. MTDL: Maximum Tire Dynamic Load. MSDD: Maximum Suspension Dynamic Deflection.

Instructor: Trần Hữu Nhân, Ph. Introduction When a vehicle is in motion, the suspension system is the most important part. This component is critical in ensuring the movement of the vehicle's structure and keeping the vehicle's connection to the road surface. Also, the vibrations sent from the road surface to the vehicle are absorbed thanks to the damper, so it plays a essential role in defining the passenger’s driving experience and comfort.

In Vietnam's economic development progress, the automobile is the best kind of transportation in many aspects compared to other types of transport due to its mobility. In fact, people's travel need comes mainly from the intercity bus because of their economy and speed. In the past, passengers mainly needed to go to their desired destination without caring about the quality of the vehicle, but now with socio-economic development, improving service quality is mandatory for every travel company, if they want to score points with customers. In particular, vehicle comfort is a key factor because many passengers easily get motion sickness when the bus runs on a bad road, especially children and the elderly.

All types of traffic participants are affected by vibration, especially users of vehicles (both drivers and passengers) on all means of transportation. In general, drivers of public transport are considered to be in dangerous working condition, which could threaten their health [1]. When compared to passenger vehicle drivers, long-distance bus drivers are impacted by higher intensity vibrations during their 8- hour working shifts [2]. As a consequence, vibration leads to a large number of serious effects (physiological and psychological illnesses), which are more noticeable, when it influences someone for a long period of time.