Phân tích dao động của thân xe tải nhẹ bằng mô hình động lực học dao động 3D

TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K7- 2015 
 Trang 85 
Phân tích dao động của thân xe tải nhẹ 
bằng mô hình động lực học dao động 
3D 
 Trương Hoàng Tuấn 1 
 Trần Hữu Nhân 2 
 Trần Quang Lâm 2 
1 Trường Đại Học Cửu Long 
2 Bộ môn Kỹ thuật Ôtô-Máy động lực, Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường ĐH Bách khoa 
Tp.HCM 
(Bài nhận ngày 13 tháng 7 năm 2015, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 16 tháng 10 năm 2015) 
TÓM TẮT 
Tính toán dao động ô tô có ý nghĩa và 
vai trò vô cùng quan trọng,và là cơ sở chủ 
yếu giúp đánh giá độ ổn định, an toàn động 
lực học theo phương thẳng đứng, êm dịu 
trong quá trình hoạt động của ôtô. Mô hình 
tính toán mô phỏng dao động toàn xe trong 
không gian 3 chiều (3D) được sử dụng để 
tiến hành nghiên cứu. Các thông số cần thiết 
được xác định trên xe cơ sở SYM T880. Kết 
quả tính toán được phân tích trong cả miền 
thời gian và tần số, giúp đánh giá toàn diện 
hơn về đặc tính động lực học dao động của 
xe T880 nói riêng cũng như là cơ sở tham 
khảo để tiến hành xây dựng mô hình tính 
toán, đánh giá dao động của các chủng loại 
xe khác, góp phần nâng cao chất lượng thiết 
kế xe được êm dịu và an toàn hơn. 
Từ khóa: dao động ôtô, động lực học ôtô, mô hình dao động toàn xe (3D) 
1. GIỚI THIỆU 
Xác định dao động của thân xe trong các 
điều kiện hoạt động khác nhau đóng vai trò vô 
cùng quan trọng trong quá trình thiết kế, tính toán 
độ bền kết cấu thân xe. Trong quá trình chuyển 
động của xe trên mặt đường có nhiều biên dạng 
bề mặt mấp mô khác nhau, là nguyên nhân gây ra 
dao động trực tiếp tác dụng lên thân xe. Bài báo 
thực hiện nghiên cứu nhằm xây dựng phương 
pháp tính toán dao động của thân xe khi xe di 
chuyển trên bề mặt mấp mô của mặt đường có 
vận tốc và chế độ tải khác nhau (không tải, toàn 
tải và quá tải). 
Mô hình động lực học mô phỏng toàn xe 
trong không gian 3 chiều (3D), được nghiên cứu 
sử dụng trong quá trình tính toán mô phỏng. Các 
thông số tính toán lấy từ xe cơ sở SYM T880. 
Mô hình động lực học dao động toàn xe 
trong không gian 3 chiều (3D), bao gồm: 7 bậc tự 
do (7DOF), 4 vật thể có khối lượng riêng biệt liên 
kết với nhau bằng các bộ phận đàn hồi, giảm 
chấn, đây là các bộ phận chính yếu thuộc hệ 
thống treo và bánh xe. Khối lượng toàn bộ phần 
không được treo phía sau, m3 liên kết với nhau ở 
SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K7- 2015 
Trang 86 
( ) 
d K K D V frdt q q q qr r r r
   
    
hai vị trí bánh xe phía trái và phải mô tả dạng hệ 
thống treo phụ thuộc như ở Hình 1. 
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 
2.1 Mô hình tính toán 
Trong đó: 
m: khối lượng phần được treo [kg] 
m_1,2,3,: khối lượng phần không được treo 
trước, sau [kg] 
I_x,y: momen quán tính khối lượng của phần 
được treo quanh trục Ox, Oy[kgm2] 
Ixra: momen quán tính khối lượng của phần 
không được treo sau quanh trục Oxra qua khối tâm 
[kgm2]. 
a1,2;b1,2:tọa độ trọng tâm phần được treo [m] 
k_tf,tr: độ cứng đàn hồi của lốp xe [N/m] 
k_f,r: độ cứng bộ phận đàn hồi [N/m] 
c_f,r: hệ số giảm chấn [Ns/m] 
߮,θ: góc xoay quanh trục Ox, Oy của phần 
được treo [rad]. 
߮xra: góc xoay quanh trục Ox của phần 
không được treo sau [rad]. 
2.2 Mô hình toán học 
Dạng phương trình Lagrange tổng quát được 
sử dụng để thiết lập hệ phương trình vi phân cho 
mô hình động lực học dao động toàn xe, 7DOF 
có dạng như sau [1]: 
 (2.1) 
Trong đó: 
K: động năng của hệ ;V: thế năng của hệ 
D: hàm tiêu tán Rayleigh 
Từ đó, hệ phương trình vi phân tổng quát: 
[ ] [ ] [ ]m x c x k x F   (2.2) 
Với ma trận khối lượng [m], hệ số giảm chấn 
[c], hệ số độ cứng [k], và ngoại lực tác dụng [F], 
vectơ chuyển vị x, được trình bày chi tiết ở phụ 
lục. 
Hình 1. Mô hình động lực học dao động toàn xe trong không gian 3 chiều 
TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K7- 2015 
 Trang 87 
3. THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 
3.1 Thông số xe cơ sở (SYM T880) 
Khảo sát và tính toán các thông số về trọng 
lượng và kích thước của xe cơ sở SYM T880 
trong trường hợp đầy tải, là trường hợp khi thiết 
lập mô hình tính toán độ bền kết cấu thân xe. 
Mômen quán tính khối lượng của thân xe, 
phần không được treo, (Ix, Iy, Irxa), được xác định 
bằng phương pháp gần đúng theo mô hình giả 
định xem tổng thể thân xe như khối hình hộp chữ 
nhật đồng chất có kích thước (dài x rộng x cao) 
là (l,w,h). Từ đó, quy đổi (Ix, Iy)từ hệ trục tọa độ 
quán tính của khối hộp chữ nhật đồng chất về hệ 
trục tọa độ đặt tại vị trí tọa độ trọng tâm thân 
xe,[1]. 
Độ cứng của các bộ phần đàn hồi, hệ thống 
treo xe được xác định bằng thực nghiệm. Các hệ 
số giảm chấn được xác định dựa theo cơ sở thiết 
kế tối ưu hệ thống treo,[1]. 
Bảng 1. Thông số tính toán xe SYM T880 
(trong trường hợp xe đầy tải) 
Ký hiệu Giá trị Đơn vị 
m 1650 kg 
m1 40 kg 
m2 40 kg 
m3 160 kg 
Ix 1005 kg.m2 
Iy 2772 kg.m2 
Ixra 47 kg.m2 
a1 1,676 m 
a2 0,824 m 
b1 0,74 m 
b2 0,74 m 
kf 14283 N/m 
kr 36000 N/m 
ktf 178542 N/m 
ktr 193257 N/m 
cf 104,5 Ns/m 
cr 185 Ns/m 
Các thông số độ cứng lốp xe được xác định 
theo công thức thực nghiệm, từ các mối quan hệ 
giữa áp suất lốp và các thông số kỹ thuật của lốp 
xe [5]. 
3.2 Biên dạng mặt đường 
Biên dạng mấp mô mặt đường được biểu 
diễn bằng nhiều dạng hàm toán học khác nhau, 
như dạng hàm sin, bán bình phương hàm sin, và 
dạng hàm bậc,... Trong đó, dạng bán bình phương 
hàm sin là dạng hàm kích động tiêu biểu mô tả 
biên dạng mặt đường có mô cao dạng bán hình 
sin[1], Hình 1, được chọn sử dụng để tính toán 
cho các trường hợp tải trọng. 
Các thông số và ký hiệu trên Hình 2 được 
chọn như sau [7], trong đó: 
Bán bình phương hàm sin được thể hiện bằng 
mô hình toán học[1]: 
SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K7- 2015 
Trang 88 
2
2
1
0 _
2sin ; _ _
0 _
t t start
vy d t t start t t end
d
t t end
(3.1) 
Với: d1 = 1,0 (m): chiều dài bậc;d2 = 0,05 
(m): chiều cao bậc 
t_start: thời điểm khi bánh xe bắt đầu cán 
bậc. 
t_end = 0,5d1/v: thời điểm tại đó bánh xe rời 
khỏi b