Luận án Nguyên cứu độ êm dịu chuyển động của xe khách giường nằm được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam

chủng loại xe khách giường nằm 
được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam. 
26 
KẾT LUẬN CHƯƠNG I 
Chương I đã đề cập đến tổng quan về phân loại chủng loại xe khách 
giường nằm, các đặc điểm cấu tạo của chủng loại xe khách giường nằm đang 
được sản xuất và lưu hành tại Việt Nam làm cơ sở để tiến hành thiết lập mô 
hình khảo sát dao động ở chương II. 
Chương I đã đưa ra yêu cầu về bố trí và đặc điểm trong quá trình thiết kế 
chế tạo, lựa chọn của giường nằm, các yêu cầu này cũng là các yêu cầu của cơ 
quan quản lý cũng như các yêu cầu của hành khách trong quá trình tham gia 
vận chuyển bằng cách sử dụng chủng loại xe này. 
Chương I đã đưa ra việc đánh giá độ êm dịu thông qua các quy chuẩn 
trong nước QCVN 09/2015 và tiêu chuẩn quốc tế ISO 2631-1 từ đó lựa chọn ra 
giá trị RMS để áp dụng và sử dụng trong các chương tiếp theo của luận án. 
Chương I đã tổng hợp các nghiên cứu trong và ngoài nước đối với lĩnh 
vực độ êm dịu trên ô tô và các lĩnh vực có liêu quan để từ đó xác định ra mục 
tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và phạm vi 
nghiên cứu được áp dụng trong toàn bộ quá trình thực hiện của luận án. 
27 
CHƯƠNG II: CƠ SỞ THIẾT LẬP MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 
DAO ĐỘNG XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM 
2.1 Giả thiết khi xây dựng mô hình dao động xe khách giường nằm. 
 Các nguồn dao động trên ô tô được lý tưởng hóa bằng việc loại bỏ các nguồn 
dao động của động cơ, hệ thống truyền lực. Biên dạng của mặt đường là 
nguồn kích động duy nhất. 
 Xe đối xứng qua trục OX của hệ trục tọa độ. 
 Khối lượng treo được coi là một thanh cứng tuyệt đối. Các chuyển động có 
thể của khối lượng tập trung quanh vị trí cân bằng tĩnh là nhỏ. 
 Khối lượng thân xe của phần được treo, khối lượng cầu trước và khối lượng 
cầu sau là các khối lượng tập trung. 
 Bánh xe được coi là luôn tiếp xúc với bề mặt đường, mặt đường không biến dạng. 
 Xe chạy trên đường thẳng, ổn định và chuyển động với các vận tốc không đổi 
trong suốt quá trình khảo sát. 
 Các phần tử đàn hồi và giảm chấn của hệ thống treo đối với mỗi trường hợp 
tải trọng nhất định được coi là tuyến tính trong quá trình vận hành. 
 Đặc tính của lốp được thay thế bằng các hệ số độ cứng và hệ số độ cản giảm 
chấn. Các hệ số này tương ứng với mỗi trường hợp tải trọng được coi là 
tuyến tính. 
 Quá trình khảo sát được tiến hành trong trường hợp đầy tải. 
2.2 Mô hình khảo sát dao động 
2.2.1 Mô hình dao động không gian xe khách giường nằm 
28 
Hình 2.1 Mô hình khảo sát không gian xe khách giường nằm 
29 
Mô hình dao động của xe khách giường nằm được xây dựng dựa trên việc 
mô hình hóa thành các khối lượng tập trung. Các khối lượng được phân bố theo 
chức năng được treo và không được treo. 
Khối lượng của phần được treo được quy dẫn về trọng tâm O1 được đặc 
trưng bởi các thông số khối lượng M và các mô men quán tính Jx, Jy theo các trục 
OX và OY. Khối lượng được đặt tại vị trí trọng tâm O1 có khoảng cách so với cầu 
trước và cầu sau là a, b. Tọa độ suy rộng của phần được treo được phản ánh bởi 
các tọa độ Z, , . 
Khối lượng của phần không được treo trên cầu trước được quy dẫn về trọng 
tâm O2 được đặc trưng bởi thông số khối lượng M1 và mô men quán tính theo 
trục OX là J1x. Tọa độ suy rộng của khối lượng treo cầu trước được phản ánh bới 
các tọa độ , . 
Khối lượng của phần không được treo trên cầu sau được quy dẫn về trọng 
tâm O3 được đặc trưng bởi thông số khối lượng M2 và mô men quán tính theo 
trục OX là J2x. Tọa độ suy rộng của khối lượng treo cầu sau được phản ánh bới 
các tọa độ , . 
Khối lượng của phần được treo và khối lượng không được treo được liên 
kết qua hệ thống treo của xe. Các phần tử hệ thống treo gồm các phần tử đàn hồi 
là các lò xo khí nén được coi là tuyến tính đối với từng trường hợp tải và áp suất 
làm việc nhất định. Các phần tử đàn hồi khí nén bố trí trên cầu trước và cầu sau 
được đặc trưng bởi các hệ số độ cứng C11, C12, C21, C22. Các phần tử giảm chấn 
của hệ thống treo của cầu trước và cầu sau được đặc trưng bởi các hệ số giảm 
chấn K11, K12, K21, K22. Các thanh ổn định được thay thế bởi các hệ số độ cứng 
CRR, CRf. 
30 
Lốp xe được thể hiện bằng các phần tử giảm chấn và phần tử đàn hồi tuyến 
tính được đặc trưng bởi các hệ số độ cứng lốp CL1, CR1, CL2, CR2 và các hệ số 
giảm chấn KL1, KR1, KL2, KR2. 
Kích thích dao động là các chiều cao mấp mô biên dạng mặt đường tác 
động tại các vị trí tiếp xúc bánh xe thể hiện qua các tín hiệu qL1, qR1, qL2, qR2. 
Mô hình dao động không gian xe khách giường nằm sẽ gồm 07 bậc tự do 
tương ứng với 07 tọa độ suy rộng Z, , , , , , . 
2.2.2 Mô hình dao động của giường nằm 
Giường nằm với các khung xương được liên kết trực tiếp với khung xương 
các tầng và được nối cứng với sàn xe bằng các liên kết bu lông nên dao động từ 
giường nằm tác động lên người nằm sẽ được xác định tương ứng với các dịch 
chuyển của các vị trí khác nhau trên sàn xe. 
Để khảo sát dao động tác động lên người nằm luận án sẽ tiến hành xây 
dựng mô hình khảo sát dao động của giường nằm. Mô hình được xây dựng dựa 
trên các giải thiết: 
 Trong quá trình khảo sát người nằm được coi là giữ nguyên một trạng thái 
nằm. 
 Mô hình người được chia thành hai khối lượng tập trung gồm: Khối lượng 
phần trên và khối lượng phần dưới. Các khối lượng được quy dẫn về tạo độ 
trọng tâm và được đặc trưng bởi thông số khối lượng và thông số mô men 
quán tính. Các khối lượng tập trung được đặt trên đường thẳng bám theo hệ 
thống xương sống của người. 
 Hai khối lượng có thể chuyển động tương hỗ qua một khớp nối xoay. 
Mô hình dao động của giường nằm được thể hiên cụ thể qua các hình dưới đây: 
a) Hình phản án tọa độ không gian của các khối lượng con người, b) Hình thay 
thế đệm giường nằm, c) Hình các gia tốc tác động vào vị trí người nằm. 
31 
Hình 2.2 Mô hình dao động giường nằm 
a) 
b) 
c) 
32 
Hệ tọa độ xác định dao động của mô hình người nằm gồm 02 hệ tọa độ. Hệ 
tọa độ cục bộ gắn tại vị trí T0 và hệ tọa độ tổng thể gắn liền với thân xe. Hệ tọa 
độ cục bộ cách hệ tọa độ tổng thể các giá trị X10 và Z10. Tọa độ của hệ tọa độ cục 
bộ được xác định dựa trên hai tọa độ tự do X, Z. 
Hai khối lượng của mô hình dao động hành khách được liên kết với nhau 
tại khớp xoay tại vị trí T0. Khối lượng phần trên được quy dẫn thành khối lượng 
m1 và mô men quán tính J1 tại vị trí trọng tâm T1. Tọa độ trọng tâm của khối 
lượng phần trên cách gốc hệ tọa độ cục bộ T0 khoảng cách r1. Khối lượng phần 
dưới được quy dẫn thành khối lượng m2 và mô men quán tính J2 được đặt tại vị 
trí trọng tâm T4. Tọa độ trọng tâm của khối lượng phần dưới cách gốc hệ tọa độ 
cục bộ T0 khoảng cách r2. Các vị trí bất kỳ thuộc hai phần khối lượng trên được 
xác định thông qua hai tọa độ tự do θ1, θ2. 
Các vị trí tiếp xúc của người với đệm giường nằm tại các vị trí T0, T2, T3 
và T5 tương ứng với các vị trí: hông, tựa lưng, đùi, chân của người nằm. Các vị 
trí này cách gốc hệ tọa độ cục bộ tương ứng với các khoảng cách rc1, rc2, rc3 .Tại 
các vị trí tiếp xúc giữa người với giường nằm, phần đệm của giường nằm được 
thay thế bằng các phần tử của hệ thống treo tác động theo các phương OZ và OX 
được đặc trưng bởi các hệ số độ cứng c1v, c2v, c3v, c4v, c1f, c2f, c3f, c4f, các hệ số 
giảm chấn k1v, k2v, k3v, k4v, k1f, k2f, k3f, k4f . 
Các tín hiệu tác động vào mô hình là các giá trị dịch chuyển tại các vị trí 
tiếp xúc với giường nằm q0ij, q1ij, q2ij, q3ij được xác định từ dịch chuyển của các 
điểm liên kết của sàn. 
Hệ phương trình của giường nằm sẽ gồm 04 phương trình bậc hai mô tả 
dao động để xác định 04 tọa độ tự do X, Z, θ1, θ2.
33 
2.3 Thiết lập hệ phương trình vi phân 
2.3.1 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động xe khách giường 
nằm 
Áp dụng phương trình Lagrange loại II [35]. 




̇
 −


+


+

̇
=  (2.1) 
Trong đó qi: là các tọa độ suy rộng i=1:7 tương ứng với các tọa độ suy rộng: ; 
; ; x; x; ; . 
Để xây dựng được hệ phương trình ta tiến hành xác định động năng, thế 
năng, và năng lượng hao tán của hệ: 
 Động năng của hệ () 
 =
̇
2
+
̇

2
+
̇

2
+
ẋ

2
+
̇

2
+
ẋ

2
+
̇

2
 (2.2) 
 Thế năng của hệ () 
 =


 +  +  − (x + )

+


 −  +
 − (x + )

+


 +  −  − (x − )

+


 −  −  − (x − )

+ 


x

+  −


+


x

+  − 

+ 


x

−  − 

+


x

−  − 

+


( − )
 +


( − )
 
(2.3) 
 Năng lượng tiêu tán () 
34 
 =


 +̇ ̇ + ̇ − x
̇− ̇

+


 −̇ ̇ +
̇ − x
̇− ̇

+


 +̇ ̇ − ̇ − x
̇+ ̇

+


 −̇ ̇ − ̇ − x
̇+ ̇

+


x
̇+ ̇ − ̇

+


x
̇+ ̇ − ̇

+ 


x

̇− ̇ − ̇

+ 


ẋ

−
̇ − ̇

(2.4) 
Sau khi lấy đạo hàm các biểu thức ,, thay vào biểu thức (2.1) với 
các lực suy rộng bằng 0 ta nhận được hệ phương trình vi phân mô tả cơ hệ: 
 +̈ ( +  +  + ) +̇ ( +  +  + ) +
( +  −  − )̇ + ( +  −  −
) + ( −  +  − )̇ + ( −  +
 − ) − ( + )x
̇− ( + )x + ( −
)̇ + ( − ) − ( + )x
̇− ( + )x +
( − )̇ + ( − ) = 0 
̈ + ( +  −  − ) +̇ ( +  −
 − ) + (
 + 
 + 
 + 
)̇ +
(
 + 
 + 
 + 
 +  + ) + ( −
 −  − )̇ + ( −  −  +
) + ( − )x
̇+ ( − )x − (
 +

)̇ − (
 + 
 + ) + ( − )x
̇+
( − )x − (
 + 
)̇ − (
 + 
 +
) = 0 
(2.5) 
35 
̈ + ( −  +  − ) +̇ ( −  +  −
) + ( −  −  + )̇ + ( −
 −  + ) + (
 + 
 + 
 +

)̇ + (
 + 
 + 
 + 
) − ( +
)x
̇− ( + )x + ( − )̇ + ( −
) + ( + )x
̇+ ( + )x + ( −
)̇ + ( − ) = 0 
x
̈− ( + ) −̇ ( + ) + ( − )̇ +
( − ) − (+)̇ − ( + ) + ( +
 +  + )x
̇+ ( +  +  + )x + ( −  +
 − )̇ + ( −  +  − ) =  +
̇ +  + ̇ 
̈ + ( − ) +̇ (−) − (
 +

)̇− (
 + 
 + ) + ( − )̇ +
(−) + ( −  +  − )x
̇+
( −  +  − )x + (
 + 
 + 
 +

)̇ + (
 + 
 + 
 + 
 + ) =
− − ̇ +  + ̇ 
x
̈− ( + ) −̇ ( + ) + ( − )̇ +
( − ) + ( + )̇ + ( + ) + ( +
 +  + )x
̇+ ( +  +  + )x + ( −  +
 − )̇ + ( −  +  − ) =  +
̇ +  + ̇ 
36 
̈ + ( − ) +̇ ( − ) − (
 +

)̇ − (
 + 
 + ) + ( − )̇ +
( − ) + ( −  +  − )x
̇+
( −  +  − )x + (
 + 
 + 
 +

)̇ + (
 + 
 + 
 + 
 + ) =
− − ̇ +  + ̇ 
Hệ phương trình vi phân (2.5) được viết dưới dạng phương trình trạng 
thái: 
̇ =  +  
 =  +  
(2.6) 
X: Véc tơ trạng thái (14x1) 
XT= [Z, ,̇ , ̇, , ̇, , ̇, , ̇, , ̇, , ̇] 
Y: Véc tơ đầu ra (14x1) gồm các biến đầu ra tương ứng với biến X 
u: Véc tơ đầu vào (4x1) 
A, B, C, D là các ma trận trạng thái A (14x14), B (14x4), C (14x14), D 
(14x4) 
37 
A11=0; A12=1; A13=0; A14=0; A15=0; A16=0; A17=0; A18=0; A19=0; 
A110=0; 
A111=0; A112=0; A113 =0; A114=0; 
 = −( +  +  + )/; 
 = −( +  +  + )/; 
 = −( +  −  − )/; 
 = −( +  −  − )/; 
 = −( −  +  − )/; 
 = −( −  +  − )/; 
 = ( + )/; 
 = ( + )/; 
 = −( − )/; 
 = − ( − )/; 
 = ( + )/; 
38 
 = ( + )/; 
 = − ( − )/; 
 = − ( − )/; 
A31=0; A32=0; A33=0; A34=1; A35=0; A36=0; A37=0; A38=0; A39=0; 
A310=0; 
A311=0; A312=0; A313 =0; A314=0; 
 = −( +  −  − )/; 
 = −( +  −  − )/; 
 = −(
 + 
 + 
 + 
 +  + )/; 
 = −(
 + 
 + 
 + 
)/; 
 = −( −  −  + )/; 
 = −( −  −  − )/; 
 = −( − )/; 
 = −( − )/; 
 = (
 + 
 + )/; 
 = (
 + 
)/; 
 = − ( − )/; 
 = − ( − )/; 
 = (
 + 
 + )/; 
 = (
 + 
)/; 
A51=0; A52=0; A53=0; A54=0; A55=0; A56=1; A57=0; A58=0; A59=0; 
A510=0; 
39 
A511=0; A512=0; A513 =0; A514=0; 
 = −( −  +  − )/; 
 = −( −  +  − )/; 
 = −( −  −  + )/; 
 = −( −  −  + )/; 
 = −(
 + 
 + 
 + 
)/; 
 = −(
 + 
 + 
 + 
)/; 
 = ( + )/; 
 = ( + )/; 
 = −( − )/; 
 = − ( − )/; 
 = − ( + )/; 
 = − ( + )/; 
 = − ( − )/; 
 = − ( − )/; 
A71=0; A72=0; A73=0; A74=0; A75=0; A76=0; A77=0; A78=1; A79=0; 
A710=0; 
A711=0; A712=0; A713 =0; A714=0; 
 = ( + )/; 
 = ( + )/; 
 = −( − )/; 
40 
 = −( − )/; 
 = ( + )/; 
 = (+)/; 
 = −( +  +  + )/; 
 = −( +  +  + )/; 
 = −( −  +  − )/; 
 = − ( −  +  − )/; 
 = 0;  = 0;  = 0;  = 0 
A91=0; A92=0; A93=0; A94=0; A95=0; A96=0; A97=0; A98=0; A99=0; 
A910=1; 
A911=0; A912=0; A913 =0; A914=0; 
 = −(−)/; 
 = −( − )/; 
 = (
 + 
 + )/; 
 = (
 + 
)/; 
 = −(− )/; 
 = −( − )/; 
 = −( −  +  − )/; 
 = −( −  +  − )/; 
 = − (
 + 
 + 
 + 
 + )/; 
 = −(
 + 
 + 
 + 
)/; 
 = 0;  = 0;  = 0;  = 0 
41 
A111=0; A112=0; A113=0; A114=0; A115=0; A116=0; A117=0; A118=0; A119=0; 
 A1110=0; A1111=0; A1112=1; A1113 =0; A1114=0; 
 = ( + )/; 
 = ( + )/; 
 = −( − )/; 
 = −( − )/; 
 = −( + )/; 
 = −( + )/; 
 = 0;  = 0;  = 0;  = 0; 
 = −( +  +  + )/; 
 = −( +  +  + )/; 
 = −( −  +  − )/; 
 = −( −  +  − )/; 
A131=0; A132=0; A133=0; A134=0; A135=0; A136=0; A137=0; A138=0; A139=0; 
A1310=0; A1311=0; A1312=0; A1313 =0; A1314=1; 
 = −( − )/; 
 = −( − )/; 
 = (
 + 
 + )/; 
 = (
 + 
)/; 
 = −( − )/; 
 = −( − )/; 
42 
 = 0;  = 0;  = 0;  = 0; 
 = −( −  +  − )/; 
 = −( −  +  − )/; 
 = −(
 + 
 + 
 + 
 + )/; 
 = −(
 + 
 + 
 + 
)/; 
 =  + ̇ +  + ̇ 
 = − − ̇ +  + ̇ 
 =  + ̇ +  + ̇ 
 = − − ̇ +  + ̇ 
43 
Các giá trị chuyển vị tại các vị trí giường nằm được xác định qua hệ 
phương trình: 
ườ =  +  +  (2.7) 
44 
2.3.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân khảo sát dao động của người nằm 
Áp dụng phương trình Lagrang loại II: 




̇
 −


+


+

̇
= 0 (2.8) 
Trong đó qi: là các tọa độ suy rộng i=1:4 tương ứng với các tọa độ suy 
rộng: Z, X, θ1, θ2. 
Tọa độ các điểm trọng tâm và các tọa độ các điểm tiếp xúc được xác định 
thông qua các tọa độ suy rộng: 
 =  +  
 =  −  
 =  −  
 =  +  
(2.9) 
Trong đó X1, Z1 là các tọa độ của hệ tọa độ giường nằm với hệ tọa độ 
được gắn với sàn xe. 
Ta tiến hành xác định động năng, thế năng, và năng lượng hao tán của 
cơ hệ: 
 Động năng của hệ (): 
 =
1
2
̇
 + ̇



+
1
2
̇



 (2.10) 
 Thế năng của hệ (): 
45 
 =



 + 
 + 
 + 
 +


(( −
)
 + ( − )
 + ( − )
 + ( − )
)+


( + )
 
(2.11) 
 Năng lượng tiêu tán của hệ (): 
 =


̇
 + ̇
 + ̇
 + ̇
 +


((̇ −
̇)
 + (̇ − ̇)
 + (̇ − ̇)
 + (̇ − ̇)
)+


̇ + ̇

(2.12) 
Sau khi lấy đạo hàm các biểu thức ,, thay vào biểu thức (2.8) với 
các lực suy rộng bằng 0 ta nhận được hệ phương trình vi phân mô tả cơ hệ: 
̈( + )+ ̈ + ̈(−)+ ̇ +
 +  +  + ̇ + ̇−  −
 +  +  +  +  +  +
−  −  = 0 
̈( + )+ ̈(−)+ ̈ + ̇( +
 +  + )+ ̇(− )+ ̇( +
)+ ( +  +  + )+
(− )+ ( + )=
̇ + ̇ + ̇ + ̇ +  +  +  +  
̈ + ̈(−)+ ̈(()
 +
()
 + )+ ̇ + ̇(− )+
̇()
 + ()
 +  + ̇ +
(2.13) 
46 
 + (− )+ ()
 +
()
 +  +  = − ̇ −
 
̈(−)+ ̈ + ̈(()
 +
()
 + )+ ̇−  −  +
̇( + )+ ̇ +
̇()
 + ()
 + ()
 +
()
 +  + −  −  +
( + )+  +
()
 + ()
 + ()
 +
()
 +  = ̇ + ̇ +
 +  
Hệ phương trình viết lại dưới dạng phương trình trạng thái 
̈ + ̇ +  = ̇ +  (2.14)
 = [,,,]
 là véc tơ tọa độ suy rộng 
 = [,,,]
 là véc tơ tín hiệu đầu vào 
M (4x4) : Ma trận khối lượng 
K (4x4): Ma trận hệ số giảm chấn của tọa độ suy rộng 
47 
C (4x4): Ma trận hệ số độ cứng của tọa độ suy rộng 
E (4x4): Ma trận hệ số giảm chấn của tín hiệu đầu vào. 
F (4x4): Ma trận hệ số độ cứng của tín hiệu đầu vào. 
48 
2.4 Mô tả toán học biên dạng mặt đường theo ISO 8608. 
2.4.1 Các đặc trưng cơ bản của kích thích ngẫu nhiên. 
Trong xử lý tín hiệu số quá trình ngẫu nhiên của kích thích X(t) được đặc 
trưng