Nghiên cứu độ thoải mái khi đi xe của Samco Primas với mô hình xe một phần và giảm chấn bất đối xứng

Nghiên cứu luận văn thạc sĩ về sự thoải mái khi đi xe của Samco Primas bằng mô hình xe bán tải với giảm chấn bất đối xứng tuyến tính.

• 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 thoải mái khi đi xe của Samco Primas bằng mô hình xe một phần với giảm chấn bất đối xứng
• Loại tài liệu: master’s thesis
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Ho Chi Minh City

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT TIẾNG ANH
• TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu
• 1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Kết quả nghiên cứu và đóng góp
• 2. CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
• 2.1. Đặc tính của giảm chấn bất đối xứng tuyến tính
• 2.2. Mô hình giảm chấn bất đối xứng tuyến tính
• 2.3. Mô hình một phần tư xe
• 2.4. Biên dạng mặt đường ngẫu nhiên
• 2.5. Thiết kế bộ lọc IIR
• 2.6. Phương pháp Runge-Kutta
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Phân tích các chỉ số đánh giá
• 3.2. Kết quả mở rộng với biên dạng đường đột ngột
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
• RANDOM_road_generate
• RANDOM_Road_Profile
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Tổng quan về độ thoải mái khi đi xe của Samco Primas

Độ thoải mái khi đi xe là một yếu tố quan trọng trong thiết kế và sản xuất xe buýt, đặc biệt là đối với xe Samco Primas. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích độ thoải mái khi đi xe bằng mô hình xe một phần với giảm chấn bất đối xứng. Mục tiêu là cải thiện trải nghiệm của hành khách và đảm bảo an toàn trong quá trình di chuyển.

1.1. Định nghĩa độ thoải mái khi đi xe

Độ thoải mái khi đi xe được xác định bởi cảm giác của hành khách trong suốt hành trình. Nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như hệ thống treo, chất lượng mặt đường và thiết kế nội thất xe.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu độ thoải mái

Nghiên cứu độ thoải mái không chỉ giúp cải thiện trải nghiệm của hành khách mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của xe, giảm thiểu mệt mỏi cho tài xế và hành khách.

II. Vấn đề và thách thức trong việc cải thiện độ thoải mái khi đi xe

Mặc dù có nhiều tiến bộ trong công nghệ xe buýt, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc cải thiện độ thoải mái khi đi xe. Các vấn đề như rung động từ mặt đường và thiết kế hệ thống treo chưa tối ưu vẫn ảnh hưởng đến trải nghiệm của hành khách.

2.1. Rung động từ mặt đường

Rung động từ mặt đường có thể gây ra cảm giác khó chịu cho hành khách, đặc biệt là trên các đoạn đường xấu. Việc giảm thiểu rung động này là một thách thức lớn trong thiết kế xe.

2.2. Thiết kế hệ thống treo chưa tối ưu

Hệ thống treo của xe Samco Primas cần được cải thiện để đáp ứng tốt hơn các tiêu chuẩn về độ thoải mái. Việc sử dụng giảm chấn bất đối xứng có thể là một giải pháp hiệu quả.

III. Phương pháp nghiên cứu độ thoải mái khi đi xe bằng mô hình xe một phần

Nghiên cứu này sử dụng mô hình xe một phần với giảm chấn bất đối xứng để phân tích độ thoải mái khi đi xe của Samco Primas. Mô hình này cho phép đánh giá chính xác các yếu tố ảnh hưởng đến độ thoải mái.

3.1. Mô hình xe một phần

Mô hình xe một phần giúp mô phỏng các phản ứng động lực học của xe khi di chuyển trên mặt đường khác nhau. Điều này cho phép phân tích sâu hơn về độ thoải mái khi đi xe.

3.2. Giảm chấn bất đối xứng

Giảm chấn bất đối xứng được thiết kế để cải thiện khả năng hấp thụ rung động, từ đó nâng cao độ thoải mái cho hành khách. Nghiên cứu sẽ phân tích hiệu quả của loại giảm chấn này.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng giảm chấn bất đối xứng có thể cải thiện đáng kể độ thoải mái khi đi xe của Samco Primas. Các chỉ số đánh giá độ thoải mái đã được cải thiện trong nhiều điều kiện khác nhau.

4.1. Phân tích kết quả

Các kết quả cho thấy rằng giảm chấn bất đối xứng mang lại hiệu suất tốt hơn so với giảm chấn đối xứng trong nhiều tình huống. Điều này chứng tỏ rằng thiết kế hệ thống treo cần được xem xét lại.

4.2. Ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để cải thiện thiết kế xe buýt Samco Primas, từ đó nâng cao trải nghiệm của hành khách và giảm thiểu các vấn đề liên quan đến rung động.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu độ thoải mái khi đi xe

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc cải thiện độ thoải mái khi đi xe là một yếu tố quan trọng trong thiết kế xe buýt. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tiếp tục tập trung vào việc tối ưu hóa hệ thống treo và giảm chấn để nâng cao trải nghiệm của hành khách.

5.1. Tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu sẽ tiếp tục mở rộng để bao gồm các yếu tố khác như thiết kế nội thất và công nghệ mới trong hệ thống treo, nhằm nâng cao hơn nữa độ thoải mái khi đi xe.

5.2. Khuyến nghị cho các nhà sản xuất

Các nhà sản xuất xe buýt nên xem xét áp dụng các công nghệ mới và cải tiến thiết kế hệ thống treo để đáp ứng tốt hơn nhu cầu của hành khách trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nhu cầu di chuyển bằng xe khách liên tỉnh tại Việt Nam hiện chiếm hơn 70% thị phần vận tải hành khách đường bộ nhờ tính cơ động và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, phần lớn các dòng xe khách cỡ lớn như Samco Primas được nghiên cứu phát triển và hoán cải từ nền tảng khung gầm xe tải, dẫn đến đặc tính động lực học của hệ thống treo chưa thực sự tối ưu cho sự êm dịu của hành khách. Thực tế cho thấy các tài xế xe khách đường dài phải làm việc liên tục trong ca kéo dài 8 giờ dưới tác động của rung động dải tần số thấp, trong khi hành khách thường xuyên gặp tình trạng say xe và mệt mỏi khi phương tiện vận hành trên các tuyến đường gồ ghề.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là phân tích, so sánh định lượng độ êm dịu và an toàn chuyển động của xe khách Samco Primas thông qua mô hình động lực học 1/4 xe (Quarter Car Model - 2 bậc tự do), đối chiếu giữa hai cấu hình: giảm chấn tuyến tính đối xứng và giảm chấn tuyến tính bất đối xứng. Phạm vi nghiên cứu khảo sát phương tiện di chuyển trên đoạn đường dài 100 m với dải vận tốc từ 5 km/h đến 120 km/h, đặt dưới tác động của mặt đường ngẫu nhiên loại A và loại C theo tiêu chuẩn ISO 8608, cùng hai dạng kích thích đột ngột là mấp mô tam giác và bán bình phương sin.

Ý nghĩa của đề tài thể hiện qua việc lượng hóa mức độ ảnh hưởng của rung động đến sức khỏe con người theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 2631-1:1997. Kết quả cung cấp bộ chỉ số tham chiếu quan trọng nhằm kiểm soát giá trị gia tốc hiệu dụng trọng số dưới ngưỡng thoải mái 0.315 m/s², tạo tiền đề khoa học vững chắc cho các kỹ sư R&D trong việc thiết kế, lựa chọn thông số giảm chấn tối ưu cho các dòng xe khách nội địa hóa tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết dao động ngẫu nhiên kết hợp với động lực học hệ thống treo ô tô, xây dựng trên mô hình 1/4 xe với 2 bậc tự do (2 DOFs). Hệ thống mô tả chuyển động thẳng đứng độc lập của hai khối lượng tập trung: khối lượng được treo đại diện cho thân xe ($m_s = 2000\text{ kg}$) và khối lượng không được treo đại diện cho cụm bánh xe và cầu xe ($m_u = 250\text{ kg}$).

Mô hình giảm chấn tuyến tính bất đối xứng (Bilinear asymmetric damper) được thiết lập với tỷ số cản bất đối xứng $\beta = 70/30 \approx 2.33$, biểu thị tỷ lệ giữa hệ số cản trong hành trình trả và hành trình nén. Cấu trúc vật lý của ống giảm chấn hai lớp (Twin-tube) và một lớp (Mono-tube) quy định lực cản khi trả luôn lớn hơn khi nén do khối lượng được treo nặng gấp 8 lần khối lượng không được treo, đồng thời lực cản và lực đàn hồi cùng chiều trong quá trình nén nhưng ngược chiều trong quá trình trả.

Nghiên cứu sử dụng 3 khái niệm đánh giá cốt lõi:

• Gia tốc rung động thân xe (BVA - Body's Vibration Acceleration): Đo lường độ êm dịu chuyển động theo giá trị căn bậc hai trung bình bình phương (RMS).
• Tải trọng động tương đối của lốp (TDL - Tire Dynamic Load): Đánh giá khả năng bám đường và an toàn chuyển động.
• Độ võng động của hệ thống treo (SDD - Suspension Dynamic Deflection): Xác định không gian làm việc an toàn của lò xo và giảm xóc.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng các thông số kết cấu chính xác của dòng xe khách Samco Primas: độ cứng lò xo treo $k_s = 85799\text{ N/m}$, độ cứng hướng kính của lốp $k_t = 1000000\text{ N/m}$, hệ số cản dập tắt tương đương $c_s = 10053\text{ Ns/m}$, hệ số cản của lốp $c_t = 150\text{ Ns/m}$, tần số dao động riêng thân xe $f_n = 1.0\text{ Hz}$ và tỷ số dập tắt dao động $\psi = 0.4$.

Phương pháp phân tích dựa trên việc giải hệ phương trình vi phân chuyển động phi tuyến từng đoạn bằng phương pháp số Runge-Kutta bậc 4 trong môi trường phần mềm MATLAB R2016a. Tín hiệu gia tốc thân xe trong miền thời gian được xử lý qua bộ lọc số vô hạn IIR (Infinite Impulse Response) thiết kế theo phương pháp biến đổi song tuyến (Bilinear Transform) có hiệu chỉnh tần số méo trước (pre-warping), nhằm tính toán chính xác gia tốc trọng số theo hàm truyền $W_k$ (hướng z) trong dải tần số nhạy cảm của cơ thể người từ 0.5 Hz đến 80 Hz.

Cỡ mẫu mô phỏng mặt đường ngẫu nhiên loại C được khởi tạo với độ dài mẫu $L = 100\text{ m}$, bao gồm $N = 256$ thành phần sóng hình sin chồng lấn theo phương pháp xấp xỉ điều hòa kết hợp biến đổi Fourier nghịch đảo (IFFT) từ mật độ phổ công suất $G_d(\Omega_0) = 8 \times 10^{-6}\text{ m}^2/(\text{rad/m})$. Lý do lựa chọn phương pháp này là đảm bảo tính ngẫu nhiên chuẩn Gaussian của bề mặt đường thực tế với chi phí tính toán tối ưu. Toàn bộ quy trình nghiên cứu, mô phỏng và kiểm chứng được thực hiện liên tục trong khoảng thời gian 10 tháng, từ ngày 06/09/2021 đến ngày 14/07/2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khảo sát trên mặt đường ngẫu nhiên loại C cho thấy ở dải vận tốc trung bình từ 40 km/h đến 60 km/h, giảm chấn tuyến tính bất đối xứng giúp giảm giá trị RMS của gia tốc thân xe (BVA) khoảng 12.4% so với giảm chấn đối xứng, mang lại cảm giác dễ chịu rõ rệt hơn cho hành khách ngồi trên xe.
2. Quá trình mô phỏng dao động trong miền thời gian ở vận tốc 60 km/h phát hiện hiện tượng dịch chuyển điểm cân bằng động (offset) của khối lượng được treo khoảng 2.3 mm về phía nén khi sử dụng giảm chấn bất đối xứng, do lực dập tắt hành trình trả lớn hơn lực nén 2.33 lần làm giữ thân xe ở vị trí thấp hơn.
3. Xét về chỉ số tải trọng động của lốp (TDL), giảm chấn tuyến tính đối xứng mang lại khả năng bám đường đồng đều hơn khoảng 5.2% trên toàn dải dải vận tốc từ 5 km/h đến 120 km/h, giúp duy trì áp lực tiếp xúc liên tục giữa bánh xe và mặt đường.
4. Dưới tác động của kích thích quá độ dạng mấp mô đơn (tiêu chuẩn GB/T và IRC), giá trị gia tốc cực đại (MBVA) của giảm chấn bất đối xứng thấp hơn 8.6% ở dải tốc độ dưới 50 km/h, nhưng lại tăng cao hơn khoảng 7.8% khi xe chạy vượt mấp mô ở dải tốc độ cao trên 80 km/h.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội cục bộ của giảm chấn bất đối xứng ở dải vận tốc làm việc thông thường (40 - 60 km/h) xuất phát từ nguyên lý thủy lực buồng kép: khi xe gặp gờ nhô, van nén mở nhanh với lực cản nhỏ giúp bánh xe dễ dàng vượt qua chướng ngại vật mà không truyền lực va đập mạnh lên thân xe 2000 kg. Sau đó, van trả với lực cản lớn sẽ triệt tiêu nhanh động năng dao động của lò xo, ngăn chặn hiện tượng thân xe bị nẩy bồng bềnh.

Tuy nhiên, sự chênh lệch lực cản lớn giữa hai hành trình dẫn đến hiện tượng tích lũy biến dạng nén, làm thu hẹp không gian làm việc hiệu dụng của hệ thống treo khi xe chạy liên tục trên đường gồ ghề kéo dài. Kết quả này tương đồng với các nghiên cứu động lực học ô tô hiện đại, khẳng định rằng giảm chấn đối xứng vẫn duy trì tính ổn định tổng thể tốt hơn trên toàn dải vận hành rộng, trong khi giảm chấn bất đối xứng là giải pháp tối ưu hóa chuyên biệt cho độ êm dịu ở dải tốc độ đô thị và liên tỉnh cố định.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan qua các đồ thị phân bố BVA, TDL và SDD theo trục vận tốc trong miền từ 5 km/h đến 120 km/h. Đồ thị miền thời gian mô tả rõ nét quỹ đạo dao động của khối lượng $m_s$ và $m_u$, minh chứng trực quan cho sự đánh đổi kỹ thuật giữa tiêu chí êm dịu hành khách và tính năng an toàn bám đường của phương tiện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Doanh nghiệp sản xuất ô tô cần hiệu chỉnh tỷ số bất đối xứng $\beta$ của bộ giảm chấn thủy lực về khoảng tối ưu từ 60/40 đến 65/35 thay vì mức 70/30 hiện tại, nhằm mục tiêu giảm thêm 8% gia tốc rung động BVA trong khi hạn chế độ lệch vị trí cân bằng động của thân xe dưới 1.5 mm, thực hiện trong kế hoạch cải tiến sản phẩm 6 tháng tới.
2. Phòng Nghiên cứu và Phát triển (R&D) tại các nhà máy lắp ráp xe thương mại cần đầu tư thử nghiệm hệ thống giảm chấn bán tích cực (Semi-active damper) điều khiển bằng van điện từ, cho phép thay đổi hệ số cản theo thời gian thực với độ trễ phản hồi dưới 20 ms, hướng đến triển khai thử nghiệm trên dòng xe Samco Primas giai đoạn 2024 - 2025.
3. Kỹ sư thiết kế hệ thống treo cần phối hợp độ cứng lò xo khí nén với giảm chấn bất đối xứng để duy trì tần số dao động riêng của thân xe ổn định trong khoảng 0.9 Hz đến 1.1 Hz, tránh hiện tượng cộng hưởng cơ học với các cơ quan nội tạng của con người trong dải tần số nguy hiểm từ 4 Hz đến 8 Hz.
4. Đơn vị vận hành vận tải hành khách liên tỉnh cần thiết lập quy trình kiểm định và bảo dưỡng định kỳ giảm chấn sau mỗi 40000 km vận hành, nhằm kiểm soát độ suy giảm đặc tính thủy lực không vượt quá 10%, do bộ phận kỹ thuật của doanh nghiệp phối hợp cùng các trung tâm đăng kiểm thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế và R&D ô tô: Cung cấp mô hình toán học giải phương trình vi phân chuyển động 1/4 xe trên MATLAB và thuật toán lọc trọng số IIR, giúp rút ngắn 35% thời gian tính toán mô phỏng hệ thống treo giai đoạn thiết kế sơ bộ.
2. Học viên cao học và nhà nghiên cứu ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực (Mã ngành: 8520116): Tài liệu tham khảo học thuật giá trị về ứng dụng tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 và ISO 8608 trong đánh giá động lực học dao động công trình giao thông và phương tiện vận tải.
3. Các nhà máy sản xuất, lắp ráp xe buýt và xe khách tại Việt Nam: Cung cấp giải pháp kỹ thuật tối ưu hóa giảm xóc cho các dòng xe hoán cải từ khung gầm xe tải, giúp nâng cao chỉ số cạnh tranh chất lượng dịch vụ vận tải hành khách.
4. Cán bộ quản lý kỹ thuật tại các doanh nghiệp vận tải hành khách đường dài: Nắm bắt các tiêu chí đánh giá mức độ êm dịu định lượng để xây dựng định mức vận hành an toàn và kế hoạch bảo dưỡng hệ thống gầm xe khoa học.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao giảm chấn ô tô thường được thiết kế bất đối xứng giữa hành trình nén và trả?

Giảm chấn được thiết kế lực nén nhỏ hơn lực trả (thường tỷ lệ 30/70) vì khối lượng thân xe nặng gấp 5 đến 10 lần khối lượng cầu xe. Khi bánh xe va vào mấp mô, lực cản nén nhỏ giúp hấp thụ xung lực mềm mại, còn lực cản trả lớn giúp dập tắt nhanh dao động bật nhả của khối lượng thân xe lớn.

Mô hình 1/4 xe (Quarter Car Model) có phản ánh chính xác dao động của xe khách không?

Mô hình 1/4 xe với 2 bậc tự do tuy đơn giản nhưng phản ánh đầy đủ và định lượng chính xác dao động thẳng đứng của thân xe và bánh xe. Đây là mô hình tiêu chuẩn quốc tế trong ngành kỹ thuật ô tô, được sử dụng rộng rãi để tối ưu hóa thông số độ cứng và hệ số cản ban đầu.

Tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 đánh giá độ êm dịu dựa trên chỉ số nào?

Tiêu chuẩn sử dụng giá trị căn bậc hai trung bình bình phương (RMS) của gia tốc dao động thẳng đứng đã nhân với hàm trọng số tần số $W_k$ trong dải từ 0.5 Hz đến 80 Hz. Mức gia tốc dưới 0.315 m/s² được phân loại là trạng thái hoàn toàn thoải mái cho hành khách.

Điểm hạn chế lớn nhất của giảm chấn bất đối xứng trên xe khách là gì?

Nhược điểm chính là hiện tượng dịch chuyển điểm cân bằng động của thân xe về phía nén khi vận hành liên tục trên đường xấu ở dải tốc độ cao trên 80 km/h. Điều này làm giảm không gian làm việc dự phòng của lò xo và có thể làm tăng nhẹ độ rung xóc cục bộ.

Vì sao nghiên cứu sử dụng mặt đường ngẫu nhiên loại C với chiều dài 100 m để mô phỏng?

Mặt đường loại C theo tiêu chuẩn ISO 8608 đại diện cho chất lượng mặt đường trung bình khá phổ biến tại mạng lưới giao thông Việt Nam. Chiều dài 100 m cùng 256 dải sóng điều hòa xấp xỉ đủ để thuật toán đạt độ hội tụ thống kê chuẩn xác cho chu kỳ dao động của xe.

Kết luận

• Xây dựng thành công mô hình động lực học 1/4 xe 2 bậc tự do mô phỏng chính xác đáp ứng dao động của xe khách Samco Primas với khối lượng thân xe 2000 kg và khối lượng cầu xe 250 kg.
• Thiết lập hoàn chỉnh bộ lọc số IIR theo chuẩn ISO 2631-1:1997, chuyển đổi hiệu quả tín hiệu gia tốc miền thời gian sang gia tốc trọng số trong dải tần số 0.5 - 80 Hz.
• Chứng minh định lượng giảm chấn tuyến tính bất đối xứng ($\beta = 70/30$) giúp giảm khoảng 12.4% gia tốc rung động thân xe BVA ở dải vận tốc đô thị 40 - 60 km/h so với giảm chấn đối xứng.
• Phát hiện và lượng hóa hiện tượng dịch chuyển vị trí cân bằng động 2.3 mm của thân xe do sự chênh lệch lực cản thủy lực giữa buồng nén và buồng trả.
• Đóng gói toàn bộ chương trình tính toán thành bộ thư viện hàm M-file chuẩn trong MATLAB R2016a, sẵn sàng chuyển giao cho công tác thiết kế hệ thống treo trong nước.

Trong giai đoạn tiếp theo, nhóm nghiên cứu khuyến nghị mở rộng mô hình không gian toàn xe 7 bậc tự do (Full Car Model) và tiến hành đo đạc thực nghiệm trên xe thật với cảm biến gia tốc đa trục. Quý độc giả và các đơn vị sản xuất ô tô quan tâm có thể ứng dụng trực tiếp các thuật toán và bộ thông số của luận văn để nâng cao chất lượng phương tiện vận tải thương mại.

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.