Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt sau khi Hiệp định Thương mại hàng hóa ASEAN (ATIGA) có hiệu lực từ năm 2018, thuế nhập khẩu ô tô giảm từ 30% xuống 0%, tạo áp lực cạnh tranh lớn cho các doanh nghiệp trong nước. Thị trường ô tô con tại Việt Nam tăng trưởng nhanh chóng, đòi hỏi các sản phẩm phải đáp ứng tiêu chí an toàn, tiện nghi và đặc biệt là độ êm dịu khi vận hành. Hệ thống treo xe con đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao trải nghiệm người dùng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ êm dịu, ổn định và an toàn chuyển động của xe.

Mục tiêu nghiên cứu là khảo sát và đánh giá hệ thống treo xe con thông qua mô hình dao động 1/4, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao độ êm dịu và hiệu quả vận hành. Nghiên cứu tập trung vào các thông số kỹ thuật của hệ thống treo, ảnh hưởng của độ cứng lò xo, hệ số cản giảm chấn và biên dạng mặt đường đến dao động xe. Phạm vi nghiên cứu áp dụng cho xe con tại Việt Nam, với dữ liệu thực nghiệm từ xe Honda Civic 1.8 MT 2010 và mô phỏng theo tiêu chuẩn ISO 8608 về mấp mô mặt đường.

Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho thiết kế và tối ưu hệ thống treo, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm ô tô trong nước, đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe của người tiêu dùng về sự êm dịu và an toàn khi vận hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình động lực học cơ bản của hệ thống treo ô tô, trong đó:

  • Mô hình dao động 1/4 xe con: Mô hình gồm hai khối lượng đại diện cho khối lượng được treo (khung, vỏ xe) và khối lượng không được treo (bánh xe, cầu xe), liên kết bằng các phần tử đàn hồi và giảm chấn. Hệ phương trình vi phân mô tả dao động theo phương thẳng đứng được xây dựng dựa trên cân bằng lực tác dụng lên các khối lượng này.

  • Mô phỏng mấp mô mặt đường: Sử dụng hai dạng mấp mô cơ bản gồm mấp mô dạng cosin và mấp mô ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608. Tiêu chuẩn này phân loại mặt đường thành 8 loại từ A (tốt nhất) đến H (xấu nhất) dựa trên mật độ phổ PSD của biên dạng mặt đường.

  • Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động: Dựa trên các tiêu chuẩn ISO và TCVN 6964, sử dụng các chỉ số như tần số dao động, gia tốc RMS, hệ số độ êm dịu K, và các giới hạn về cảm giác thoải mái, mệt mỏi của con người khi chịu tác động của dao động thẳng đứng.

Các khái niệm chính bao gồm: độ cứng lò xo (C), hệ số cản giảm chấn (K), chuyển vị và gia tốc của khối lượng được treo (Z, Z’’), khối lượng không được treo (ξ, ξ’’), tải trọng thẳng đứng (Fz), và biên dạng mấp mô mặt đường (h).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu thực nghiệm đo dao động trên xe Honda Civic 1.8 MT 2010 và dữ liệu mô phỏng trên phần mềm Matlab Simulink. Cỡ mẫu thực nghiệm là một chiếc xe, với các cảm biến gia tốc gắn trên thân xe và cầu xe, đo tại các vận tốc 5 km/h, 10 km/h và 15 km/h.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Xây dựng mô hình dao động 1/4 xe con bằng hệ phương trình vi phân, giải bằng Matlab Simulink.

  • Mô phỏng mấp mô mặt đường dạng cosin và ngẫu nhiên theo ISO 8608 để làm kích thích đầu vào cho mô hình.

  • Khảo sát ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo (độ cứng C, hệ số cản K, chiều cao mấp mô h) đến các chỉ tiêu dao động như gia tốc, chuyển vị, tải trọng.

  • So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm để đánh giá độ chính xác của mô hình.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2018, bao gồm giai đoạn xây dựng mô hình, lập trình mô phỏng, thực nghiệm đo đạc và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ảnh hưởng của độ cứng lò xo (C) đến dao động: Khi tăng độ cứng từ khoảng 13.200 N/m lên 30.800 N/m, gia tốc cực đại của khối lượng được treo (Z’’max) tăng từ 3 m/s² lên 4 m/s², tương đương tăng khoảng 33%. Tải trọng thẳng đứng cực đại (Fzmax) cũng tăng nhẹ từ 4.686 N lên 4.703 N. Gia tốc và chuyển vị của khối lượng không được treo cũng tăng theo độ cứng.

  2. Ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn (K): Khi tăng hệ số cản từ 0,6 kNs/m lên 1,04 kNs/m, gia tốc cực đại Z’’max tăng từ 3 m/s² lên 4 m/s², tuy nhiên dao động được dập tắt nhanh hơn. Điều này cho thấy hệ số cản giảm chấn có vai trò quan trọng trong việc kiểm soát biên độ và thời gian dao động.

  3. Ảnh hưởng của chiều cao mấp mô mặt đường (h): Mấp mô mặt đường có chiều cao tăng từ ±15 mm (đường loại A-B) đến ±100 mm (đường loại D-E) làm gia tăng đáng kể các chỉ tiêu dao động, gây giảm độ êm dịu chuyển động. Ví dụ, với đường loại D-E, gia tốc RMS của khối lượng được treo vượt ngưỡng thoải mái theo tiêu chuẩn ISO.

  4. So sánh mô phỏng và thực nghiệm: Kết quả mô phỏng dao động gia tốc thân xe và cầu xe ở các vận tốc 5 km/h, 10 km/h và 15 km/h tương đối phù hợp với kết quả thực nghiệm, sai số trong khoảng 10-15%, chứng tỏ mô hình dao động 1/4 và phương pháp mô phỏng mấp mô mặt đường theo ISO 8608 có độ tin cậy cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân gia tốc và tải trọng tăng theo độ cứng lò xo là do hệ thống treo cứng hơn truyền lực va đập từ mặt đường lên thân xe mạnh hơn, làm giảm khả năng hấp thụ dao động. Tuy nhiên, độ cứng quá thấp cũng làm tăng chuyển vị bánh xe, ảnh hưởng đến độ bám đường và an toàn vận hành. Do đó, cần cân bằng giữa độ cứng và khả năng giảm chấn.

Hệ số cản giảm chấn ảnh hưởng đến tốc độ tắt dần dao động, giúp xe ổn định nhanh hơn sau khi vượt qua mấp mô. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vai trò của giảm chấn thủy lực trong hệ thống treo.

Ảnh hưởng của biên dạng mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608 cho thấy tầm quan trọng của việc cải thiện chất lượng mặt đường để giảm thiểu tác động tiêu cực lên hệ thống treo và người sử dụng.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ đường đặc tính thể hiện mối quan hệ giữa độ cứng C, hệ số cản K, chiều cao mấp mô h với các chỉ tiêu gia tốc, chuyển vị và tải trọng cực đại, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của từng tham số.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu độ cứng lò xo hệ thống treo: Điều chỉnh độ cứng trong khoảng 22.000 - 30.000 N/m để cân bằng giữa độ êm dịu và an toàn vận hành, giảm thiểu gia tốc truyền lên thân xe. Thời gian thực hiện: 6 tháng, chủ thể: các nhà sản xuất ô tô và kỹ sư thiết kế.

  2. Nâng cao hiệu quả giảm chấn: Sử dụng giảm chấn thủy lực có hệ số cản phù hợp (khoảng 0,8 - 1,0 kNs/m) để tăng khả năng dập tắt dao động nhanh, nâng cao sự ổn định khi vận hành trên đường gồ ghề. Thời gian thực hiện: 6-9 tháng, chủ thể: nhà cung cấp linh kiện giảm chấn.

  3. Áp dụng công nghệ điều chỉnh độ cứng tự động: Phát triển hệ thống treo có khả năng thay đổi độ cứng theo tải trọng và điều kiện mặt đường nhằm tối ưu hóa độ êm dịu và an toàn. Thời gian nghiên cứu và triển khai: 1-2 năm, chủ thể: viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ ô tô.

  4. Cải thiện chất lượng mặt đường: Hợp tác với các cơ quan quản lý giao thông để nâng cấp mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608, giảm biên độ mấp mô xuống dưới ±25 mm nhằm giảm tác động tiêu cực lên hệ thống treo. Thời gian thực hiện: dài hạn, chủ thể: chính quyền địa phương và bộ giao thông vận tải.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Kỹ sư thiết kế ô tô: Áp dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu hệ thống treo, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm thiểu chi phí bảo trì và tăng sự hài lòng của khách hàng.

  2. Nhà sản xuất linh kiện ô tô: Tham khảo các thông số kỹ thuật và mô hình dao động để phát triển các bộ phận đàn hồi, giảm chấn phù hợp với yêu cầu thị trường Việt Nam.

  3. Cơ quan quản lý giao thông và xây dựng đường bộ: Sử dụng tiêu chuẩn ISO 8608 và kết quả nghiên cứu để đánh giá và cải thiện chất lượng mặt đường, giảm thiểu tác động tiêu cực lên phương tiện giao thông.

  4. Nhà nghiên cứu và sinh viên kỹ thuật cơ khí động lực: Là tài liệu tham khảo quý giá về mô hình hóa, mô phỏng và thực nghiệm hệ thống treo xe con, hỗ trợ phát triển các đề tài nghiên cứu tiếp theo.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình dao động 1/4 có thể áp dụng cho loại xe nào?
    Mô hình 1/4 thường áp dụng cho xe con với cấu trúc hệ thống treo đơn giản, giúp phân tích dao động theo từng góc bánh xe. Ví dụ, xe Honda Civic 1.8 MT được sử dụng trong nghiên cứu này.

  2. Tiêu chuẩn ISO 8608 phân loại mặt đường như thế nào?
    ISO 8608 phân loại mặt đường thành 8 loại từ A (tốt nhất) đến H (xấu nhất) dựa trên mật độ phổ PSD của biên dạng mấp mô, ảnh hưởng trực tiếp đến dao động xe.

  3. Độ cứng lò xo ảnh hưởng thế nào đến độ êm dịu?
    Độ cứng lò xo càng lớn thì gia tốc truyền lên thân xe càng cao, làm giảm độ êm dịu nhưng tăng độ ổn định. Cần cân bằng để đạt hiệu quả tối ưu.

  4. Hệ số cản giảm chấn có vai trò gì?
    Hệ số cản giúp dập tắt dao động nhanh hơn, giảm biên độ dao động và tăng sự ổn định khi xe vận hành trên đường gồ ghề.

  5. Kết quả mô phỏng có chính xác so với thực nghiệm không?
    Kết quả mô phỏng dao động gia tốc thân xe và cầu xe có sai số khoảng 10-15% so với thực nghiệm, cho thấy mô hình và phương pháp mô phỏng có độ tin cậy cao.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công mô hình dao động 1/4 hệ thống treo xe con, mô phỏng và khảo sát ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật đến dao động xe.
  • Độ cứng lò xo và hệ số cản giảm chấn là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ êm dịu và ổn định chuyển động.
  • Mô phỏng mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608 giúp đánh giá chính xác tác động của mặt đường đến hệ thống treo.
  • Kết quả thực nghiệm trên xe Honda Civic phù hợp với mô phỏng, chứng minh tính ứng dụng của mô hình.
  • Đề xuất các giải pháp tối ưu hệ thống treo và cải thiện mặt đường nhằm nâng cao chất lượng vận hành xe con tại Việt Nam.

Tiếp theo, nghiên cứu có thể mở rộng sang mô hình dao động 1/2 hoặc toàn bộ hệ thống treo 4 bánh, đồng thời phát triển hệ thống treo điều chỉnh tự động phù hợp với điều kiện vận hành thực tế. Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp được khuyến khích áp dụng kết quả để nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ.

Hãy bắt đầu áp dụng các giải pháp tối ưu hệ thống treo để nâng cao trải nghiệm người dùng và cạnh tranh hiệu quả trên thị trường ô tô trong nước và quốc tế!