Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô tải hạng nặng đến mặt đường quốc lộ

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô tải hạng nặng đến mặt đường quốc lộ

1. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HOÀNG ĐỨC THỊ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TREO Ô TÔ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN MẶT ĐƯỜNG QUèC Lé LUẬN VĂN THẠC SỸ: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Thái Nguyên – 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP HOÀNG ĐỨC THỊ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TREO Ô TÔ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN MẶT ĐƯỜNG QUèC Lé Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số : 60520103 LUẬN VĂN THẠC SỸ: KỸ THUẬT CƠ KHÍ KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHÓA HỌC TRƯỞNG KHOA PGS.TS. Nguyễn Văn Dự TS. Lê Văn Quỳnh PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên – 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
3. i LỜI CAM ĐOAN Họ và tên: Hoàng Đức Thị Học viên: Lớp cao học K16 Trường Đại học Kỷ thuật công nghiệp Thái Nguyên. Nơi công tác: Trường Trung cấp nghề Hà Tĩnh. Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô tải hạng nặng đến mặt đường quèc lé. Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí Mã số: Sau hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa chọn thực hiện đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô tải hạng nặng đến mặt đường quèc lé. Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Lê Văn Quỳnh và sự nổ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành đáp được nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí. Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016 HỌC VIÊN Hoàng Đức Thị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4. ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã tiếp nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý thầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể sư phạm nhà trường, khoa Cơ khí và khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, quý thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình và các đồng nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu nhà trường, Tổ đào tạo sau đại học -Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Lê Văn Quỳnh và tập thể cán bộ giáo viên khoa Cơ khí và khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, hội đồng bảo vệ đề cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch và nội dung đề ra. Trong quá trình, thời gian thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên chắc chắn luận văn còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn được hoàn thiện hơn. Xin chân thành cảm ơn ! HỌC VIÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
5. iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ix LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 3 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3 1.1. Tổng quan về tình hình phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam 3 1.1.1. Nhu cầu về ôtô và định hướng của chính phủ 3 1.1.2. Thực trạng các cơ sở lắp ráp ôtô ở Việt Nam 5 1.2. Ảnh hưởng của các phương tiện giao thông đến mặt đường quốc lộ Việt Nam 7 1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng dao động trong ô tô đến mặt đường quốc lộ 8 1.4. Hệ thống treo 10 1.4.1. Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại của hệ thống treo 10 1.4. 2. Giới thiệu một số kết cấu hệ thống treo xe tải 12 1.5. Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe 20 1.5.1.Chỉ tiêu tải trọng động ảnh hưởng tới độ bền chi tiết 20 1.5.2. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường 21 1.6.Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn. 22 1.6.1. Mục tiêu nghiên cứu 22 1.6.2. Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu 23 1.6.3. Phương pháp nghiên cứu 23 1.6.4. Nội dung nghiên cứu 23 1.7. Kết luận chương 23 CHƯƠNG 2. 25 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI HẠNG NẶNG 25 2.1. Các phương pháp xây dựng mô hình dao động 25 2.2. Xây dựng mô hình dao động tương đương của ô tô 27 2.2.1. Các khái niệm tương đương 27 2.2.2. Các loại mô hình dao động nghiên cứu 28 2.3. Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
6. iv 2.3.1. Các giả thiết mô hình dao động 31 2.3.2. Mô hình dao động xe tải hạng nặng 32 2.3.3 Thiết lập phương trình vi phân miêu tả dao động ô tô tải hạng nặng 33 2.4. Phân tích và lựa chọn hàm kích thích dao động 44 2.4.1. Mấp mô mặt đường hình sin 44 2.4.2. Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên xác định bằng thực tế 46 2.4.3. Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ISO 49 2.5. Kết luận chương 2 52 CHƯƠNG 3 53 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ HỆ THỐNG TREO 53 3.1 Mô phỏng dao động của ô tô 53 3.2 Chọn thông số xe mô phỏng 54 3.3 Kết quả mô phỏng 55 3.4. Ảnh hưởng của độ cứng của hệ thống treo 58 3.5. Ảnh hưởng của hệ số cản hệ thống treo 60 3.6. Lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống treo 62 3.6.1. Giới thiệu phương pháp tối ưu thông số thiết kế hệ thống treo 62 3.6.2. Lựa chọn bộ thông số tối ưu cho hệ thông treo 64 2.7. Kết luận chương 3 69 KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHU LỤC 1 76 CHƯƠNG TRÌNH MIÊU TẢ MẤP MÔ MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ THEO TIÊU CHUẨN ISO 8068 76 PHU LỤC 2 77 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG ĐỘNG BÌNH PHƯƠNG TRUNG BÌNH FT, RMS VÀ HỆ SỐ DLC 77 PHỤ LỤC 3 78 KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB 78 PHU LỤC 4 83 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
7. v CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ TẠI KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TOÀN QUỐC CƠ HỌC VẬT RẮN BIẾN DẠNG LẦN THỨ 12 -2015 ĐẠI HỌC DUY TÂN –ĐÀ NẴNG 83 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
8. vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa mb kg Khối lượng được treo ma1 kg Khối lượng treo cầu trước ma2 kg Khối lượng treo cầu thứ 2 ma3 kg Khối lượng treo thứ 3 l1 m Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước l2 m Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm của hai cầu sau l3 m Khoảng cách từ tâm của hai cầu sau đến tâm bánh xe cầu thứ 2 l4 m Khoảng cách từ tâm của hai cầu sau đến tâm bánh xe cầu thứ 3 b1 m Khoảng cách tâm bánh xe bên trái và bên phải cầu xe thứ 1 b2 m Khoảng cách tâm hệ thống treo bên trái và bên phải cầu xe thứ 1 b3 Khoảng cách tâm bánh xe bên trái và bên phải cầu xe thứ 2&3 Khoảng cách tâm hệ thống treo bên trái và bên phải cầu xe thứ b4 2&3 HTT Hệ thống treo K1r N/m Độ cứng của HTT cầu xe trước bên phải K1l N/m Độ cứng của HTT cầu xe trước bên trái K2r N/m Độ cứng của HTT cầu xe thứ 2 bên phải K2l N/m Độ cứng của HTT cầu xe thứ 2 bên trái K3r N/m Độ cứng của HTT cầu xe thứ 3 bên phải K3l N/m Độ cứng của HTT cầu xe thứ 3 bên trái KT1r N/m Độ cứng của lốp xe cầu xe trước bên phải KT1l N/m Độ cứng của lốp cầu xe trước bên trái KT2r N/m Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 2 bên phải KT2l N/m Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 2 bên trái KT3r N/m Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 3 bên phải KT3l N/m Độ cứng của lốp xe cầu xe thứ 3 bên trái C1r N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe trước bên phải C1l N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe trước bên trái Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
9. vii C2r N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 2 bên phải C2l N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 2 bên trái C3r N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 3 bên phải C3l N.s/m Hệ số cản của HTT cầu xe thứ 3 bên trái CT1r N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe trước bên phải CT1l N.s/m Hệ số cản của lốp cầu xe trước bên trái CT2r N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe thứ 2 bên phải CT2l N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe thứ 2 bên trái CT3r N.s/m Hệ số cản của lốp xe cầu xe thứ 3 bên phải Fqt N Véc tơ lực quán tính tác dụng lên vật F N Véc tơ lực ngoại lực za1 m Chuyển vị theo phương thẳng đứng cầu trước za2 m Chuyển vị theo phương thẳng đứng cầu trước za3 m Chuyển vị theo phương thẳng đứng cầu trước  a1 rad Chuyển vị góc cầu trước quanh trục Y a2 rad Chuyển vị góc cầu thứ 2 quanh trục Y a3 rad Chuyển vị góc cầu thứ 3 quanh trục Y Zb m Chuyển vị theo phương đứng của thân xe b rad Chuyển vị góc thân xe quanh trục X b rad Chuyển vị góc thân xe quanh trục Y q1r m Mấp mô mặt đường bánh xe cầu trước bên phải q1l m Mấp mô mặt đường bánh xe cầu trước bên trái q2r m Mấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 2 bên phải q2l m Mấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 2 bên trái q3r m Mấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 3 bên phải q3l m Mấp mô mặt đường bánh xe cầu thứ 3 bên trái 2 awz m/s Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng T s Thời gian khảo sát Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
10. viii Kdyn,max - Hệ số tải trong động cực đại Kz,dyn N Tải trọng động bánh xe Kz,st N Tải trọng tĩnh bánh xe FT,RMS N Tải trọng bánh xe bình phương trung bình Ft N Tải trọng tĩnh tác dụng lên bánh xe DLC Hệ số tải trọng động  Hz Tần số sóng mặt đường S m Chiều dài sóng mặt đường v m/s Vận tốc xe Chu n Tấn số sóng mặt đường kỳ/m Chu n0 Tần số mẫu kỳ/m m3 /chu Snq () Mật độ phổ chiều cao mấp mô mặt đường kỳ  Rad Hệ số tần số được miêu tả tần số mật độ phổ của mặt đường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
11. ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Kết cấu mõ nhíp 12 Hình 1.2. Một số kết cấu đầu bắt nhíp 13 Hình 1.3. Một số kết cấu đầu quang nhíp 13 Hình 1.4. Một số kết cấu nhíp có độ cứng thay đổi theo tải trọng 14 Hình 1.5. (b), (c), (e). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem 15 Hình 1.5. (f), (g), (h). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem 16 Hình 1.5. (i), (k). Phương án bố trí các loại treo ở cầu tandem 16 Hình 1.6. Kết cấu hệ thống treo bộ phận đàn hồi cao su 17 Hình 1.7. Sơ đồ bộ trí chung hệ thống treo khí xe tải 18 Hình 1.8. Kết cấu Balon khí 18 Hình 1.9. Các đặc tính đàn hồi balon khí 19 Hình 1.10 (a). Hệ thống treo cân bằng không thường trực 19 Hình 1.10 (b). Hệ thống treo cân bằng không thường trực 20 Hình 1.11. Sơ đồ kết cấu hệ thống treo và xe chọn nghiên cứu 20 Hình 2.1. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương pháp 1 25 Hình 2.2. Sơ đồ xây dựng mô hình và phân tích dao động theo phương pháp 2 26 Hình 2.3. Mô hình dao động không gian xe khách đóng tại Việt Nam[10] 29 Hình 2.4. Mô hình dao động ô tô 1/4điều khiển tích cực hệ thống treo[24] 29 Hình 2.5. Mô hình dao động 1/2 sử dụng nghiên cứu dao động ghế ngồi [25] 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
12. x Hình 2.6. Mô hình dao động 1/2 sử dụng nghiên cứu điều khiển hệ thống treo chủ động [26] 30 Hình 2.7 Mô hình dao động không gian xe tải hạng nặng 32 Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu trước 34 Hình 2.9. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thứ 2 41 Hình 2.10. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu thứ 3 41 Hình 2.11. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe 42 Hình 2.12. Hàm điều hoà của mấp mô 45 Hình 2.13. Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[6] 47 Hình 2.14. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội - Lạng Sơn (đoạn 1) 48 Hình 2.15. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội - Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1) 48 Hình 2.16. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội - Lạng Sơn (đoạn 2) 48 Hình 2.17. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội - Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2) 49 Hình 2.18. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường có chất lượng rất tốt) 51 Hình 2.19. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường có chất lượng trung bình) 51 Hình 2.20. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường có chất lượng rất xấu) 52 Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink 7.04 53 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
13. xi Hình 3.2 Tải trọng động của các bánh xe tác dụng xuống mặt đường theo phương thằng đứng khi xe chuyển động ở các điều kiện mặt đường khác nhau và với vận tốc v=72km/h 58 Hình 3.3. Ảnh hưởng của độ cứng hệ thống treo đến hệ số tải trọng của bánh xe bên phải của cầu thứ 3 59 Hình 3.4. Ảnh hưởng của độ cứng hệ thống treo đến hệ số tải trọng của bánh xe bên phải của cầu thứ 3. 61 Hình 3.5.Tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 trước và sau khi tối ưu thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại B và vận tốc v=72km/h 67 Hình 3.6.Tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 trước và sau khi tối ưu thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại C và vận tốc v=72km/h 67 Hình 3.7.Tải trọng động bánh xe bên phải cầu thứ 3 trước và sau khi tối ưu thông số hệ thống treo khi ô tô chuyển động trên mặt đường ISO loại D và vận tốc v=72km/h 68 Hình 3.8. So sánh hiệu quả giữa thông số thiết kế hệ thống treo sau tối ưu và xe nguyên bản khi ô tô chuyển động trên mặt đường đường khác nhau. 68 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
14. xii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỀU Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15] 50 Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe tải 3 cầu[23] 54 Bảng 3.2 Tải trọng động bình phương trung bình tác dụng lên mặt đường và hệ số tải trọng động bánh xe DLC của bánh xe cầu thứ 3 60 Bảng 3.3 Tải trọng động bình phương trung bình bánh xe cầu thứ 3 tác dụng lên mặt đường và hệ số tải trọng động bánh xe DLC 62 Bảng 3.4. Giá trị DLC khi phối hợp K và C của hệ thống treo. 66 Bảng 3.5. Quan hệ thông số hệ thống tối ưu với chuyển vị đương đối giữa khối lượng được treo và không được treo. 66 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
15. 1 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, chúng ta biết rằng cầu và đường có vai trò rất quan trọng trong hệ thống giao thông của mỗi quốc gia trên thế giới, nghiên cứu thiết kế hệ thống cầu và đường đã được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm ngay từ khi hình thành. Tuy nhiên đến năm 1960 hiệp hội quan chức giao thông và quốc lộ Mỹ AASHO (American Association of State Highway and Transportation Officials) mới ban hành tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông, sau đó các nhà làm đường giao thông thế giới dựa vào tiêu chuẩn này ban hành tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế đường giao thông . Thống kê của Bộ giao thông vận tải, Nhà nước ta chi rất nhiều kinh phí để sửa chữa và nâng cấp mặt đường giao thông. Mặt đường giao thông xuống cấp có nhiều nguyên nhân gây ra, nhưng nguyên nhân chính vẫn do tải trọng động của bánh xe các phương tiện giao thông đường bộ gây ra. Nghiên cứu thiết kế thiết tối ưu các kết cấu hệ thống ô tô nhằm nâng cao độ êm dịu và giảm tác động xấu đến mặt đường đã và đang được nhà nghiên cứu trong nước và nước ngoài quan tâm nghiên cứu. Trong đó hệ thống treo ô tô là hệ thống động học góp vai trò quan trọng làm giảm tác động xấu đến mặt đường quốc lộ cũng như nâng cao độ êm dịu chuyển động ô tô. Xuất phát từ ý tưởng nghiên cứu em đã chọn đề tài ‘Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô tải hạng nặng đến mặt đường quèc lé’ dưới sự hướng dẫn khoa học thầy giáo TS. Lê Văn Quỳnh. Mục tiêu nghiên cứu: Phân tích ảnh hưởng của các thông số thiết kế hệ thống treo đến mặt đường quốc lộ. Hệ số tải trọng động bánh xe được chọn là hàm mục tiêu. Phân tích ảnh hưởng thông số hệ thống treo như độ cứng và hệ số cản đến hệ số tải trọng động bánh xe. Dựa trên điều kiện ràng buộc thiết kế đề xuất bộ thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo nhằm giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
16. 2 Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động không gian tuyến tính để nghiên cứu ảnh hưởng của thông số hệ thống treo xe tải hạng nặng như độ cứng và hệ số cản đến mặt đường giao thông dựa trên chỉ tiêu hệ số tải trọng động bánh xe DLC (Dynamic Load Coefficient). Dựa trên điều kiện ràng buộc thiết kế đề xuất bộ thống số hệ thống treo tối ưu nhằm giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông. Đối tượng: xe ô tô tải 3 cầu với hệ thống treo trước kiểu phụ thuộc và 2 hệ thống treo sau phụ thuộc dạng tay đòn kéo Phương pháp nghiên cứu:Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần mềm Matlab simulink 7.0 để phần tích ảnh hưởng và lựa chọn tối ưu các bộ thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiên với mặt đường giao thông. Nội dung nghiên cứu: Nội dung chính của luận văn như sau: Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu Chương 2. Xây dựng mô hình dao động xe tải hạng nặng; Chương 3. Mô phỏng dao động và đánh giá ảnh hưởng các thông số hệ thống treo đến mặt đường giao thông; Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình dao động xe tải hạng nặng; Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe ô tô tải hạng nặng; Mô phỏng và phân tích đánh giá ảnh hưởng của dao động đến mặt đường giao thông; Lựa chọn thông số tối ưu cho hệ thống treo xe tải hạng nặng nhằm nâng cao khả năng thân thiện mặt đường giao thông. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
17. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Mục đích chương này là đưa ra được các lập luận khoa học để làm sáng tỏ các vấn đề nghiên cứu như sau: tình hình phát triển ô tô Việt nam, đưa nguyên nhân ảnh hưởng đến mặt đường giao thông do phương tiện giao thông gây ra, tổng quan nghiên cứu dao động ô tô trong và ngoài nước và các chỉ tiêu đánh giá chúng. Từ đó đưa ra mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu của luận văn. 1.1. Tổng quan về tình hình phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam 1.1.1. Nhu cầu về ôtô và định hướng của chính phủ Theo Quyết định số 177/2004/QĐ-TTG ngày 5 tháng 10 năm 2004 của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến 2020. Trong Quy hoạch tình bày Quan điểm và mục tiêu phát triển như sau: - Quan điểm phát triển: Công nghiệp ô tô là ngành công nghiệp rất quan trọng cần được ưu tiên phát triển để góp phần phục vụ có hiệu quả quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá và xây dựng tiềm lực an ninh, quốc phòng của đất nước; trên cơ sở thị trường và hội nhập với nền kinh tế thế giới; lựa chọn các bước phát triển thích hợp, khuyến khích chuyên môn hoá - hợp tác hoá nhằm phát huy lợi thế, tiềm năng của đất nước; trên cơ sở tiếp thu công nghệ tiên tiến của thế giới, kết hợp với việc đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu - phát triển trong nước và tận dụng có hiệu quả cơ sở vật chất, trang thiết bị hiện có, nhằm nhanh chóng đáp ứng nhu cầu trong nước về các loại xe thông dụng với giá cả cạnh tranh, tạo động lực thúc đẩy các ngành công nghiệp hỗ trợ trong nước phát triển nhằm đẩy nhanh quá trình sản xuất linh kiện, phụ tùng trong nước; phải phù hợp với chính sách tiêu dùng của đất nước và phải bảo đảm đồng bộ với việc phát triển hệ thống hạ tầng giao thông; các yêu cầu về bảo vệ và cải thiện môi trường. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
18. 4 Định hướng đầu tư: Giao các doanh nghiệp nhà nước như: Tổng công ty Công nghiệp ô tô Việt Nam, Tổng công ty Máy động lực và Máy nông nghiệp, Tổng công ty Than Việt Nam, Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải Sài Gòn đảm nhiệm vai trò nòng cốt trong ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, xây dựng và triển khai các dự án đầu tư sản xuất, lắp ráp ô tô và phụ tùng theo hướng: + Tổng công ty Công nghiệp ô tô Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp xe khách, xe tải cỡ trung và nhỏ, xe con, động cơ, hộp số, cụm truyền động. + Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp: tập trung sản xuất, lắp ráp xe khách, xe tải trung và nhỏ, động cơ, hộp số, cụm truyền động. + Tổng công ty Than Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp xe tải hạng trung và nặng, xe chuyên dùng và các thiết bị công tác kèm theo. + Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải Sài Gòn: tập trung lắp ráp, sản xuất xe khách, xe chuyên dùng và một số loại phụ tùng ô tô. Trong những năm gần đây với sự phát triển của cơ sở hạ tầng, mặng lưới đường xuyên quốc gia và liên tỉnh phát triển, kể cả các đường làm mới và nâng cấp dựa trên các dự án xây dựng và nâng cấp đường quốc gia được Tổ chức Ngân hàng Thế giới và các dự án khác, do vậy đã có nhiều tuyến đường có chất lượng cao đảm bảo cho xe ôtô chạy với tốc độ cao và an toàn. Giải pháp nâng cấp hạ tầng giao thông được cải thiện, từ đó nhu cầu về sử dụng xe ôtô ngày càng lớn, các xe có chất lượng cao ra đời để đáp ứng như cầu sử dụng của của những khách hàng khó tính. Cùng đó, việc ban hành nghị định số 23/2004/NĐ-CP của Chính phủ ngày 13/1/2004 quy định niên hạn sử dụng ôtô đã loại bỏ hàng ngàn ôtô chở khách quá hạn sử dụng. Trên cả nước sẽ có trên 31.000 xe ôtô quá hạn sử dụng phải loại bỏ, hơn 55.000 xe vận chuyển nông thôn phải thay thế vì vậy nhu cầu về xe ôtô là rất lớn. Riêng Thành phố Hồ Chí Minh có nhu cầu thay thế hàng ngàn xe buýt loại: 45-50 chỗ ngồi và 7.000 xe lam cần được thay thế bằng xe 6-8 chỗ ngồi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
19. 5 Theo số liệu của Bộ Công nghiệp (nay là bộ Công Thương), hiện cả nước có trên 200 doanh nghiệp tham gia sản xuất, lắp ráp, sửa chữa ôtô và chế tạo phụ tùng ôtô, trong đó có khoảng 90 cơ sở sản xuất, lắp ráp ôtô. Tuy nhiên, chưa có nhà máy nào đầu tư hoàn chỉnh vào chế tạo các bộ phận quan trọng của xe như động cơ, hộp số và hệ thống truyền động. Trong khi theo một số nhận định, khi sản xuất được động cơ xe có nghĩa là đã có nền công nghiệp ôtô phát triển tốt. Quy hoạch này cũng đã phân tích đánh giá năng lực của các cơ sở sản xuất hiện nay và đề ra nhu cầu bổ sung sản lượng sản xuất ôtô đến năm 2020. Vì vậy từng bước nâng cao tỷ lệ nội địa hoá sản phẩm và trong tương lai không xa chúng ta có thể sản xuất những xe ôtô mang thương hiệu Việt Nam. Với chủ trương như vậy, nhiều nhà máy đã được đầu tư nâng cấp và đầu tư mới đáp ững nhu cầu phát triển chung của ngành công nghiệp ôtô Việt Nam. 1.1.2. Thực trạng các cơ sở lắp ráp ôtô ở Việt Nam Đến thời điểm hiện nay trên cả nước đã có các cơ sở lắp ráp ôtô có thương hiệu như: Vinamotor; Cơ khí ôtô Đà Nẵng; Trường Hải; Samco; Daewoo; Hino; Mercedes-Benz, Kamaz, - Các sản phẩm của Vinamotor (Công ty cơ khí ôtô 1-5, công ty ôtô 3- 2, ) thuộc Tổng công ty công nghiệp ôtô Việt Nam rất đa dạng, các cơ sở này đã sản xuất và lắp ráp các chủng loại ôtô khách từ 24 – 80 ghề ngồi dựa trên dây truyền lắp ráp của Hàn Quốc, đã đáp ứng được hàng nghìn xe khách mỗi năm, phục vụ đắc lực cho yêu cầu vận tải hành khách (xe khách công cộng) ở các thành phố. - Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp: tập trung sản xuất, lắp ráp xe khách, xe tải trung và nhỏ, động cơ, hộp số, cụm truyền động. - Tổng công ty Than Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp xe tải hạng trung và nặng, xe chuyên dùng và các thiết bị công tác kèm theo. Số lượng lắp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
20. 6 giáp xe hàng năm đạt 1.500 chiếc/năm tập trung là các loại xe hạng trung và nặng như xe Kamaz 6520, 65115,6517, xe Scania. - Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải Sài Gòn: tập trung lắp ráp, sản xuất xe khách, xe chuyên dùng và một số loại phụ tùng ô tô. - Các công ty Ôtô Đà Nẵng, Trường Hải, Vinaxuki đã sản xuất và lắp ráp các loại ôtô tải cỡ nhẹ và cỡ trung, xe chở khách từ 24-45 chỗ với sản lượng bán ra hàng năm từ 500-1.000 xe các loại trên mỗi đơn vị. Đó là những cơ sở sản xuất có uy tín và phù hợp với nhu cầu sử dụng của người Việt Nam. - Tổng công ty SAMCO – Sài Gòn sản xuất và lắp ráp các loại ôtô khách cỡ 24-45 chỗ ngồi. Các xe do SAMCO sản xuất, lắp ráp có tính năng kỹ thuật khá cao và đều có nguồn gốc cơ bản của hãng Isuzu (Nhật Bản) nên có sức cạnh tranh lớn, đặc biệt là ở thị trường phía Nam. - Hai hãng liên doanh là Daewoo và Mercedes-Benz đều sản xuất các loại xe chở khách tiên tiến, rất được ưa chuộng ở các thành phố lớn như Hà Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đã Nẵng. Đó là những xe có chất lượng cao, có sức cạnh tranh lớn về chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật. Tất cả các cơ sở sản xuất, lắp ráp ôtô trên đây thực chất là các cơ sở lắp ráp xe trên cơ sở các phụ từng nhập khẩu. Phần công việc chính thực hiện trong nước là sản xuất khung, vỏ, các chi tiết phụ trợ bằng công nghệ hàn, sơn, lắp ráp nội thất, gia cơ khí các chi tiết phụ trợ. Với mức đầu tư trang thiết bị còn khiêm tốn, chất lượng của các sản phẩm lắp ráp trong nước còn ở mức hạn chế. Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ôtô chở khách chủ yếu cho thị trường trong nước hiện nay nhờ có ưu thế về giá thành. Nền công nghiệp chế tạo ô tô trên thế giới ngày càng phát triển mạnh mẽ trong những thập niên vừa qua. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam là ngành sinh sau đẻ muộn, ra đời sau các nước trong khu vực từ 40-50 năm. Tuy nhiên, Nhà nước Việt Nam, với mục đích thu hút đầu tư và xây dựng một ngành công nghiệp ô tô để theo kịp các nước trong khu vực, cho Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
21. 7 nên gần 23 năm qua, kể từ khi ra đời vào năm 1992 đến nay, ngành công nghiệp ô tô của Việt Nam được coi là ngành trọng điểm và là ngành luôn luôn được ưu đãi nhất trong số các ngành công nghiệp. Chính có sự ưu ái đó thì trong những năm vừa qua đã đạt được nhiều kết quả khả quan. Vào ngày 24/9/2004 Tổng công ty Công nghiệp Ô tô Việt Nam đã ký hợp đồng xuất khẩu lô hàng đầu tiên 50 xe khách loại 46 chỗ sang châu Mỹ. Lô hàng này được sản xuất tại nhà máy của Công ty Cổ phần Cơ khí xây dựng giao thông (Tracomeco). Nhà máy này được xây dựng tại quận Thủ Đức (TP.HCM). Đây là nhà máy sản xuất ô tô đầu tiên ở phía Nam, có công suất 2.000 chiếc xe buýt và xe khách/năm[35]. Bên cạnh đó, năm 2013-2014 ngành công nhiệp ô tô cũng đã xuất khẩu xe cỡ nhỏ và các bộ phận, phụ tùng ô tô sang các nước Đông nam Á như Myanmar, Malaysia và Campuchia[36]. Đó là những thắng lợi đầu tiên của nền công nhiệp ô tô non trẻ của ta. Đây là xu thế mà các nhà nghiên cứu và sản xuất ô tô trong nước cần quan tâm. Để đạt được những mục tiêu này chúng ta cần quan tâm nghiên cứu sâu hơn về các cụm chi tiết, các hệ thống cũng như các điều kiện làm việc của ô tô để có những giải pháp và can thiệp sâu hơn vào các cụm, hệ thống nhằm phát huy được các thuộc tính tối ưu nhất. 1.2. Ảnh hưởng của các phương tiện giao thông đến mặt đường quốc lộ Việt Nam Cùng với sự phát triển nhanh của nền kinh tế, nhu cầu vận chuyển hàng hóa với khối lượng lớn tăng không ngừng trên hầu hết các tuyến đường chính quốc lộ đều có tải trọng nặng, thậm chí có cả các xe siêu trường siêu trọng lưu thông, dẫn đến chất lượng mặt đường xuống cấp đặc biệt là hiện tượng hằn lún vệt bánh xe trên đường bê tông, đường nhựa, nhất là các phương tiện giao thông có tải trọng và tốc độ chuyển động lớn trên các làn quốc lộ gây lên hiện tượng mấp mô mặt đường và điều đó có tác động xấu đến độ êm dịu và mất an toàn khi ô tô lưu hành trên mặt đường đó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
22. 8 Hiện nay trong tiêu chuẩn của Việt Nam ảnh hưởng của tải trọng và tốc độ xe đến trị số độ lún vệt bánh xe mặt đường chưa được xem xét đầy đủ, dẫn đến việc tổ chức giao thông và thiết kế kết cấu áo đường chưa hợp lý. Ảnh hưởng tốc độ và tải trọng của ô tô đến mặt đường đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc tính toán nghiên cứu nhằm đưa ra chỉ số tối ưu nhất hệ thống treo, đó là dập tắt dao động tác động xuống mặt đường sao cho giá trị nhỏ nhất. Số lượng xe tải tham gia các tuyến đường giao thông nước ta trong những năm gần đây tăng nhanh về số lượng và tải trọng. Đây là nguyên nhân chính gây ra phá hủy mặt đường ở các tuyết quốc lộ trọng điểm như quốc lộ 1A, quốc lộ 3, và tuyết quốc lộ liên tỉnh. 1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng dao động trong ô tô đến mặt đường quốc lộ Ngày nay, chúng ta biết rằng cầu và đường có vai trò rất quan trọng trong hệ thống giao thông của mỗi quốc gia trên thế giới, nghiên cứu thiết kế hệ thống cầu và đường đã được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm ngay từ khi hình thành. Tuy nhiên đến năm 1960 hiệp hội quan chức giao thông và quốc lộ Mỹ AASHO (American Association of State Highway and Transportation Officials) mới ban hành tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông, sau đó các nhà làm đường giao thông thế giới dựa vào tiêu chuẩn này ban hành tiêu chuẩn quốc tế về thiết kế đường giao thông. Một trong những vấn đề quan trọng nhất trong tiêu chuẩn này là kết cấu và tải trọng tác dụng lên mặt đường và về thiết kế mặt đường giao thông dưới tác dụng tải trọng động của các phương tiện giao thông. a) Đối với nhà nghiên cứu trên thế giới Nâng cao tải trọng và vận tốc chuyển động là xu hướng thiết kế các phương tiện giao thông ngày nay, theo số liệu thống kê thì hai yếu tố này là nguyên nhân chủ yếu gây ra phá hủy kết cấu và đường trong đó đặc biệt là mặt cầu và đường. Do đó, nghiên cứu tối ưu thiết kế các hệ thống động lực học của ô tô cũng như nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của nó đã và đang Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
23. 9 được nhà khoa học trên khắp thế giới quan tâm nghiên cứu theo hướng giảm tác động xấu lên con người, hàng hóa và măt đường giao thông. Những năm gần đây, vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo ô tô đến mặt đường quốc lộ được nhiều khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu, X. M. Shi and C. S. Cai (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của động lực học ô tô đến mặt đường giao thông trong đó thông số kết cấu của các hệ thống như hệ thống treo, ngoài ra lốp xe, tải trọng, cũng được xem xét nghiên cứu[17]; Yongjie Lu, Shaopu Yang, et al (2010) đã tiến hành phân tích ảnh hưởng của thông số kết cấu của xe như hệ thống treo, lốp xe, và thông số khai thác đến hệ số tải trọng động bánh xe DLC (Dynamic Load Coefficient) dưa vào mô hình dao động không gian toàn xe ảo của xe tải[18]; Le Van Quynh, Zhang Jianrun et al (2011) đưa ra mô hình dao động không gian phi tuyến của xe tải nặng 5 cầu, từ đó phân tích tương tác qua lại giữa xe và mặt đường. Từ kết quả nghiên cứu đề xuất nhà quản lý giao thông điều kiện mặt đường can thiệt và sửa chữa[12]. Nghiên cứu thiết kế tối ưu các hệ thống treo cho ô tô theo hướng thân thiện đường giao thông cũng được các nhà khoa học thế giới quan tâm nghiên cứu từ rất sớm, Yi K and Hedrick J K (1989) đề xuất lý thuyết điều khiển tích cực và bán tích cực cho hệ thống treo xe tải nhằm giảm tác hại xấu cho mặt đường mặt đường giao thông[19]; Guglielmino E., Sireteanu T., Stammers C.W., Ghita G. and Giudea M (2008) xuất bản ấn phẩm dưới dạng sách trong đó tập hợp nhiều kết quả nghiên cứu về hệ thống treo điều khiển bán tự động nhằm nâng cao khả năng thân thiện với đường giao thông và độ êm chuyển động của xe [20]; Lu Sun (2002) đưa ra phương pháp thiết kế tối ưu thông số hệ treo xe tải nhằm nâng cao đô thân thận với đường[21]; M.J. Mahmoodabadi, A. Adljooy Safaie, A. Bagheri, N. Nariman-zadeh(2013) đưa ra phương pháp tối ưu thông số thiết kế của các hệ thống động học của ô tô trong đó có hệ thống treo sử dụng thuật toán di truyền[22] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN