1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Thời gian vừa qua ở nước ta, một số tuyến đường ô tô khi vừa
mới đưa vào khai thác, sử dụng đã xuất hiện những hư hỏng, lún
vệt bánh xe, nứt, vỡ, bong tróc bề mặt mặt đường sớm hơn so với
dự báo của thiết kế; đã có nhiều nghiên cứu, trao đổi học thuật
xung quanh vấn đề vật liệu, chất lượng thi công, phương pháp thiết
kế, điều tra tải trọng, lưu lượng xe, tình trạng xe quá tải nhằm tìm
ra các nguyên nhân và đề ra các giải pháp khắc phục, bước đầu đã
thu được những kết quả nhất định.
Khi ô tô chạy trên cầu/đường, gây cho nó các lực thẳng đứng
cũng như các lực ngang và dọc làm cầu đường xuống cấp. Ngược
lại, cầu đường cũng tác động trở lại làm cho tải trọng tăng theo: lốp
mòn, giảm khả năng truyền lực. Theo tài liệu thiết kế đường [6,
11], hệ số xung kích được sử dụng khi thiết kế đường chỉ phân biệt
đường áo cứng và mềm. Ngày nay, đường được phân thành đường
cao tốc, đường quốc lộ, đường tỉnh lộ và đường khu vực. Ngoài ra,
tải trọng lớn như đoàn xe sơ-mi rơmoóc (ĐXSMRM) cũng lưu
hành ngày càng nhiều. Vì vậy xác định tải trọng động của
ĐXSMRM một nhu cầu cần thiết hiện nay ở Việt Nam.
Mục đích của luận án
Mục đích của luận án là nghiên cứu thiết lập mô hình động
lực học đoàn xe sơ-mi rơmoóc chạy trên các loại đường với vận
tốc khác nhau và với các mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO
8608:1995 để xác định tải trọng làm dữ liệu tham khảo khi thiết kế
đường.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng dùng để lập mô hình là đoàn xe SMRM 5 cầu, gồm
xe đầu kéo HYUNDAI HD 700 ba cầu và SMRM Tân Thanh 742S-01CERTIFICATE có 02 cầu.
Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
- Nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng nguyên lý tách cấu trúc
hệ nhiều vật MBS để thiết lập mô hình động lực học xe kéo sơ-mi
rơmoóc theo Newton-Euler.
- Nghiên cứu thực nghiệm:Thí nghiệm trên hiện trường
để kiểm chứng mô hình lý thuyết và xác định tải trọng động.
Phạm vi nghiên cứu


Luận án nghiên cứu các thông số tải trọng động có ảnh hưởng
đến đường. Những phần nghiên cứu có liên quan đã được trình bày
ở các nghiên cứu trước đây.
Các kết quả đã đạt được của Luận án
- Đã xây dựng mô hình động lực học phương thẳng đứng
đoàn xe SMRM trong chuyển động nhằm xác định tải trong động.
- Đã khảo sát xác định tải trọng động của đoàn xe khi
chuyển động trên 4 loại đường ngâu nhiên theo ISO 8608:1995.
- Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm dao động đoàn xe: để
kiểm chứng mô hình lý thuyết và xác định tải trọng động bằng thực
nghiệm của ĐXSMRM.
Nội dung luận án
Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu tải trọng ô tô
Chương 2: Xây dựng mô hình xác định tải trọng đoàn xe sơ-mi
rơmoóc
Chương 3: Ứng dụng mô hình động lực học ĐXSMRM xác
định tải trọng động xuống đường
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU TẢI
TRỌNG Ô TÔ
1.1 Tổng quan

Tải trọng ô tô được xem là phản lực giữa lốp và đường, tải
trọng này được xác định khi ô tô chuyển động, được gọi chung là
tải trọng động theo thuật ngữ Anh “Moving dynamic Load”.
Các nghiên cứu sau đây đều sử dụng tải trọng:
- Khi nghiên cứu về cầu/đường không những cần tải trọng
cực đại để xác định ứng xuất phá hủy mà còn cần tải trọng chu kỳ.
- Nghiên cứu độ bền của khung vỏ, dầm cầu.
- Xác định tham số cấu trúc cho đoàn xe.
Tải trọng đoàn xe phụ thuộc các yếu tố sau:
- Mấp mô mặt đường: chiều cao mấp mô và vận tốc xe (tần
số kích động);
- Các lực quán tính phương dọc, phương ngang của đoàn xe
khi phanh, tăng tốc và quay vô lăng. Sự thay đổi tải trên khớp yên
ngựa. Lực liên kết, mô men liên kết giữa chúng là liên kết “động
lực học”. Liên kết giữa khối lượng được treo và không được treo
thông qua hệ thống treo cũng là liên kết động lực học. Ảnh hưởng


các lực/mô men quán tính của các khối lượng được treo xuống
bánh xe phụ thuộc kiểu và các thông số kết cấu hệ thống treo.
1.2 Tình hình nghiên cứu tải trọng động ô tô
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới
(a) Nghiên cứu lý thuyết
Sự phá hủy đường chịu 2 yếu tố là tải trọng tĩnh và tải trọng
động. Tải trọng tĩnh là thông số quy định (tải trọng trục) dùng làm
cơ sở cho thiết kế đường. Khi thiết kế đường người ta chọn tải
trọng tĩnh, thường là 40kN [19], hệ số tải trọng động là 1.3 [47].
Vấn đề nghiên cứu tải trọng động của ô tô trong các nghiên
cứu của thế giới thường được gắn liền chặt chẽ với bài toán nghiên
cứu dao động ô tô. Đây là lĩnh vực đã được nghiên cứu hoàn chỉnh

bao gồm các mảng nghiên cứu: hàm kích động (tuần hoàn, xung và
ngâu nhiên [12, 31, 34, 37, 58]); các mô hình dao động (1/4, 1/2 và
mô hình 4/4); các đánh giá về dao động theo tiêu chí êm dịu, tải
trọng động; các yếu tố phi tuyến trong mô hình (hệ thống treo,
lốp,…). Cụ thể như sau:
- Tiêu chí đánh giá tải trọng động: Bánh xe có 2 hành trình
nén và trả. Hành trình nén gây tải trọng động làm hỏng chi tiết ô tô
và phá hủy đường. Yếu tố gây tổn hại đường được đánh giá qua hệ
số tải trọng, giá trị cực đại tải trọng động (hệ số xung kích), hệ số
áp lực đường [17, 45]. Hành trình trả làm giảm tải trọng tổn hại
đến khả năng truyền lực và được đánh giá bằng hệ số tải trọng
động cực tiểu.
- Về mô hình xác định tải trọng động: Tải trọng động
thường được mô tả bằng các mô đun trong mô hình dao động của ô
tô. Trong các nghiên cứu của thế giới, mô hình dao động đã khá
hoàn chỉnh.
(b) Nghiên cứu thực nghiêm
+ Phương pháp đo trực tiếp trên đường được David Cebon [17]
sử dụng, cảm biến được sử dụng là điện áp, khoảng cách cảm biến
là 0.4 m.
+Phương pháp đo biến dạng hướng kính của lốp bằng Laser
[33].Hạn chế của phương pháp này là khó khăn khi lắp cảm biến vì
bánh xe luôn quay.
+Xác định tải trọng theo Woodroff [33]: Tải trọng động được xác
định theo công thức
FSher mz

FZ



4
1.2.2 Tình hình nghiên cứu tải trọng động ở Việt Nam
Hiện nay, ở Việt Nam đang áp dụng hai tiêu chuẩn tính
toán thiết kế mặt đường mềm là 22TCN 211 - 06 và 22TCN 274 –
01 [11].
Qua nhiều kết quả nghiên cứu thực nghiệm đã khẳng định
độ lớn của tải trọng trục, khoảng cách giữa các trục, cụm trục,
chủng loại bánh xe, áp lực bánh xe trên mặt đường, áp suất trong
bánh xe đều có ảnh hưởng tới tuổi thọ của kết cấu mặt đường.
Trong đó, độ lớn của áp lực bánh xe có ảnh hưởng nhiều nhất tới
biến dạng và các hư hỏng các lớp phía trên bề mặt mặt đường.
Từ đó ta thấy rằng, khi thiết kế hay thẩm định đường cần
hai thông số là tải trọng tương đương của cầu và tải trọng động.
Tải trong cầu xe là tải trọng tĩnh tương đương được luật quy định.
Yếu tố thứ 2 là tải trọng động phụ thuộc phía xe, bao gồm vấn đề
nghiên cứu hoàn thiết kết cầu giảm tải trọng động và nghiên cứu
các yếu tố ảnh hưởng trọng đến đường.
Nhu cầu sử dụng tải trọng động để nghiên cứu trong ngành
cầu đường và ngành ô tô là rất lớn. Tuy nhiên, việc đánh giá tải
trọng động còn hạn chế, chỉ nghiên cứu cho các dòng xe cỡ nhỏ và
trung bình, chỉ dừng lại ở mô hình ¼ hoặc 1/2. Hiện chưa có một
công trình nào về nghiên cứu xác định tải trọng động đoàn xe.
1.2.3 Tiêu chuẩn đánh giá
Khi đánh giá ảnh hưởng của tải trọng động ô tô đến cầu
đường, trong các nghiên cứu trước đây thường sử dụng các tiêu chí
đánh giá là hệ số tải trọng động, hệ số áp lực đường.
Do đó khi thiết kế đường người ta chọn tải trọng tĩnh
(tương đương) và nhân với hệ số tải trọng động. Tải trọng tĩnh quy
đổi hiện nay ở Việt Nam cũng như trên thế giới cũng chọn không
thống nhất [11].

Hệ số tải động cực đại max (kd) được ngành cầu đường gọi
là hệ số xung kích IM [3, 6, 11]). Theo Tiêu chuẩn Nga ОДН
218.046-01, Việt Nam cũng sử dụng tiêu chuẩn này, hệ số tải trọng
được chọn khi thiết kế là 1.3.
1.3 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp, nội dung và phạm vi
nghiên cứu
1.3.1 Mục tiêu
Mục đích của luận án là nghiên cứu thiết lập mô hình động
lực học đoàn xe sơ-mi rơmoóc chạy trên các loại đường với vận


tốc khác nhau và với các mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO
8608:1995 để xác định tải trọng làm dữ liệu tham khảo khi thiết kế
đường.
1.3.2 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng dùng để lập mô hình là đoàn xe SMRM 5 cầu,
gồm xe đầu kéo HYUNDAI HD 700 ba cầu và SMRM Tân Thanh
742-S-01CERTIFICATE có 02 cầu.
1.3.3 Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm.
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Từ mục tiêu nghiên cứu được đề ra luận án cần thực hiện
những nội dung sau:
(i) Xây dựng mô hình động lực học xác định tải trọng
động của ĐXSMRM; xây dựng mô hình động lực học cho thí
nghiệm khi không biết mấp mô đường;
(ii) Xây dựng hệ thống đo dao động, kiểm chứng mô
hình lý thuyết bằng thực nghiệm.
(iii) Khảo sát xác định tải trọng động trên các loại đường
tiêu chuẩn ISO 8608:1995 nhằm xác định một bộ dữ liệu về tải

trọng để ngành cầu đường có thể tham khảo khi thiết kế đường.
1.5 Nội dung luận án
Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu tải trọng ô tô
Chương 2: Xây dựng mô hình xác định tải trọng đoàn xe sơmi rơmoóc
Chương 3: Ứng dụng mô hình xác định tải trọng động xuống
đường
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm
Chương 2. MÔ HINH TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐXSMRM
2.1 Phân tích cấu trúc đoàn xe SMRM
Đối tượng dùng để lập mô hình là đoàn xe SMRM 5 cầu,
gồm xe đầu kéo HYUNDAI HD 700 ba cầu và SMRM Tân
Thanh 742-S-01 CERTIFICATE, có 02 cầu.
2.2 Phương pháp lập mô hình toán
Đoàn xe SMRM có cấu trúc phức tạp nên phương pháp tách
cấu trúc hệ nhiều vật MBS là phù hợp. Thiết lập hệ phương trình
theo Newton-Euler tổng quát.
2.3 Định nghĩa hệ tọa độ cho đoàn xe SMRM
Để có thể thiết lập được hệ phương trình vi phân cho mô hình, ta


6
cần định nghĩa các hệ tọa độ như hình 2.1:

Hình 2.1 Hệ tọa độ của ĐXSMRM

2.4 Lực và mômen tác dụng lên đoàn xe SMRM
Khi đoàn xe có 7 khối lượng được tách theo nguyên lý tách cấu
trúc ta có các lực tác dụng lên các vật như hình 2.2:

Hình 2.2 Sơ đồ lực và mômen ngoại lực và liên kết của ĐXSMRM



Nội lực hệ thống treo FCij, FKij ;
(i)
Nội lực lốp-đường Fxij, Fzij với (i=1(1)5); j=1(1)2;
(ii)
Lực liên kết khớp yên ngựa Fkx, Mkx.
(iii)
2.5 Phương trình động lực học đoàn xe SMRM

mC 1 ( zC 1 C 1 xC 1 ) FC 11 FK 11 FC 12 FK 12
FC 21 FK 21

FC 22 FK 22 FC 31 FK 31 FC 32 FK 32

Fkz1
 J
C 1 ( FC 11 FK 11 FC 12 FK 12 )l1 ( FC 21
yC 1
FK 21 FC 22 FK 22 )l2


( F
 F F
 F
'  'F )(
 r )
 FC 31
)lC 32
l kz1 k ( F x11

h C1 1
K 31
K 32
3
x12

'
'
'
(x21F F
r
)C 1F
x 22
C 1)( h
2
kx
k 1 ( h x h
31
x 32) (
C1 F
 '
3
F )( h r )

M M

11
12

J


C 1 ( FC 11 FK 11 FC 12 FK 12 )w1 ( FC 21
xC 1
FK 21 FC 22  FK 22 )w2

( FC 31 FK 31 FC 31 FK 31 )w3 M kx (


M T 1  M T 2 M T 3 )
(i)






F
F
F
m
(
z
x
)

C2
C2
C2
C 41
K 41

C 42
 C2
FK 42 FC 51 FK 51

FC 52 FK 52 Fkz 2

 J
C 2 ( FC 41 FK 41 FC 42 FK 42 )l4 ( FC 51
yC 2
FK 51 FC 52  FK 52 )l5

'
'

 'F
)(
r
 'F
)(
 r )
(
F
h

( F)
h
F l

kz 2 k 2
x 41

x 42
C2
4
x 51
x 52
C2
5

F ( h 2 hk ) M 41 M 42 M 51 M 52


J  (kxF CF
F F
)w ( F F F
F
)w
K 41
C 42
K 42
4
C 51
K 51
C 52
K 52
5
 xC 2 C 2 C 41

 M kx ( M T 4 M T 5 )




mAi zAi FCLi1 FKLi1 FCLi 2 FKLi 2 FCi1 FKi1


F
F 2
Ci 2 (KiF
F F F
)w ( F F


J

Ai Ci1 )b Ki1
Ci 2
Ki 2
i
CLi 2
KLi 2
CLi1
KLi1
i
  AxiF F



j 2

i3
3

( m

C1
Ai
C
1
m )x 



i 1

i , j 1
j 2

F



xij

wx

kx1



5
i 5
( m m )x

Fxij Fkx 2

C2

 Ai
C
i4
i4 , j 1
  M M
J
 Ayij
ij
Aij
Bij
i 1( 1 )5; j 1( 1 )2
( Fxij fij Fzij )rdij



( ii )

2.6 Xác định các lực và mômen liên kết
Mô hình dao động đoàn xe được trình bày từ biểu thức (2.1)
đến (2.11), có 28 phương trình: có 18 phương trình dao động từ
(2.1) đến (2.8); 2 phương trình chuyển động thẳng (2.9), (2.10) và
10 phương trình động lực học bánh xe (2.11).


8
Để giải được hệ phương trình Newton-Euler từ (2.1) đến (2.11)

(gồm 28 phương trình), cần xác định các nội lực sau:
Nội lực hệ thống treo FCij, FKij ;
(i)
(ii) Lực/mô men khớp yên ngựa Fkx, Fkz, Mkx ;
(iii) Lực tương tác bánh xe Fxij tính theo mô hình lốp; lực
Fz ij tính theo biến dạng hướng kính lốp.
Xác định tải trọng bánh xe
Tải trọng bánh xe:

Fzij

= FGij Fz,dyn

Trong đó : FG ij là tải trọng tĩnh; Fz,dyn là tải trọng động.
Fz,dyn ij FCl ij CLij ( hij Aij )
Fz ,dyn ij mAijAij (

(2.24)

FCij FK ij ) Fz ,dyn ij
mCij zCij
mAijAij
2.7 Cấu trúc mô hình mô phỏng xác định tải trọng ĐXSMRM

Hình 2.16 Cấu trúc chương trình


9
Chương 3. ỨNG DỤNG MÔ HINH ĐỘNG LỰC HỌC
ĐXSMRM XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG XUỐNG ĐƯỜNG



3.1 Định nghĩa thông số đầu vào
3.1.1 Thông số từ mặt đường
Dựa vào ISO 8608, có 4 dạng mấp mô chuẩn lấy tương
ứng với hmax=[0.015 0.025 0.05 0.1] theo các chỉ số A-B; B-C; CD; D-E với các thông số đường ngâu nhiên [21,49], ta tính được Ci
từ các tần số fmin=0,05Hz, fmax=50Hz dựng ra được biên dạng
đường và chạy ở cùng mức vận tốc v=40km/h. Hình 3.1 là biên
dạng 4 loại đường “rất tốt A-B”, “tốt B-C”, “trung bình C-D” và
“đường xấu C-E”.

Hình 3.1 Biên dạng đường ngẫu nhiên

3.1.2 Hàm mô men điều khiển
Giả sử khi bắt đầu khảo sát ĐXSMRM chuyển động thẳng
đều, ta có:

xc1,0
xc2,0
0,

ij ,0 0

3.1.3 Điều kiện đầu của các tọa độ suy rộng
(1) Các phương trình động lực học phương thẳng đứng
Các phương trình động lực học phương thẳng đứng từ
(2.1) đến (2.11) (trừ (2.9) và (2.10)), được thiết lập từ điều kiện
cân bằng tĩnh nên điều kiện đầu của tọa độ suy rộng các phương
trình này đều bằng ”0”.
(2) Điều kiện đầu của các phương trình chuyển động trong mặt

phẳng đường
Điều kiện đầu của các phương trình (2.9), (2.10) là:

 xC1,0 xC 2,0 xc1,0 xc2,0
0

xc1,0 V0
x
 c1,0


(3.4)
(3) Điều kiện đầu các phương trình động lực học bánh xe
Từ 10 phương trình động lực học bánh xe (2.11) sẽ xác


định vận tốc góc các bánh xe
của các phương trình là:




ij,0

φij của ĐXSMRM. Điều kiện
đầu

V0

rij ,


(3.5)

0

 

 ij,0
3.1.4 Thông số cấu trúc
Thông số cấu trúc của ĐXSMRM: kích thước hình học, khối
lượng, mô men quán tính, độ cứng lốp, độ cứng nhíp, hệ số giảm
chấn, như bảng 3.1
3.1.5 Thông số đánh giá
- Hệ số tải trọng động (kd) [ 15, 49]. Hệ số kd được tính như
sau:

F 
zdyn
k 
d

F

(3.6)

G

FG
- Khi kd đạt giá trị cực đại (kd,max ) thì nó chính là hệ số xung
kích (IM trong ngành cầu đường).

- Tiêu chí áp lực đường (dynamic wear factor) cho toàn xe
với ij bánh xe:
i5,j2


W


wijFGij

i 1, j1

(3.8)

i5,j 2

F

Gij

i1,j1

3.2 Nội dung khảo sát
Bảng 3.2 Các phương án khảo sát đối với kích động mặt đường là
loại đường ngẫu nhiên

3.3 Kết quả khảo sát


Kết quả khảo sát với 04 loại đường theo tiêu chuẩn ISO 8608



i) Các giá trị khảo sát của bánh xe 21 tương ứng với 4 loại
đường

Bảng 3.3 Tổng hợp giá trị cực đại của hệ số tải trọng động (max(kd21))
bánh 21 phụ thuộc vào vận tốc và các loại đường

Nhận xét hệ số tải trọng cực đại của bánh xe 21: Tương
ứng các loại đường A-B, C-D, D-E, E-F hệ số tải trọng tăng đến
1.5; 1.67; 1.79; 2.48 tại vận tốc 120 km/h. Cùng một loại đường xu
hướng của hệ số max(kd21) có xu hướng tăng lên khi vận tốc tăng.
Bảng 3.4 Tổng hợp giá trị cực đại của tải trọng động bánh
21
(max(Fz21(N))) phụ thuộc các loại đường biểu diễn theo vận tốc


Căn cứ bảng 3.4, ta thấy giá trị tải trọng động lớn nhất khi
xe chạy với vận tốc 120km/h tương ứng loại đường xấu nhất (D-E,
Fz21,max= 77,470N). Cùng 1 loại đường, giá trị này tăng khi vận
tốc tăng (giống qui luật của kd21).
ii) Hệ số áp lực đường w tương ứng với 4 loại đường
Bảng 3.5 Giá trị cực đại của hệ số áp lực đường (max(w)) phụ thuộc vào
vận tốc và các loại đường

Giá trị này cũng có xu hướng tăng khi vận tốc tăng, cùng 1
loại đường. Đối với đường A-B và B-C độ dốc của 2 đường này ít
hơn đường C-D và D-E, là hàm mũ 4 (công thức 3.7) nên giá trị
này tăng nhảy bậc khi đường xấu. Tiêu chuẩn đánh giá hệ số này
chưa có, thông thường người ta dùng để tham khảo, đối với ô tô

người ta dùng để so sánh tác động xuống đường của xe này với xe
khác (nó còn được gọi là hệ số thân thiện với đường).
Bảng 3.5 là tổng hợp giá trị của hệ số max(w), đối với
đường A-B giá trị này cao nhất là 1.55, tương ứng với vận tốc cao
nhất 120km/h; các đường khác có xu hướng tăng. Các giá trị này
mang tính chất tham khảo khi thiết đường.
Từ các kết quả trên và kết quả ở phụ lục 2, ta đưa về các
bảng tổng hợp sau để có thể đánh giá một cách tổng quát hơn.
(bảng 3.6, 3.7, 3.8, 3.9)
Nhận xét: Cùng một loại đường A-B, cùng mức vận tốc hệ
số tải trọng động cực đại bánh 21 và 31 là lớn nhất, bánh 41 và 51
nhỏ hơn nhưng lớn hơn bánh 11.
Tải trọng động cực đại (max(Fz)) của các bánh xe cũng có
xu hướng tăng khi vận tốc tăng (đã nhận xét trong phần bánh xe
21); tải trọng động cực đại của bánh 41 và 51 là lớn nhất (vì đây là
cầu chất tải); tải trọng động cực đại bánh 21 (max(Fz21)) và 31
(max(Fz31)) lớn hơn tải trọng động cực đại bánh 11 (max(Fz11)).


Bảng 3.6 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại đường A-B

Bảng 3.7 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại đường B-C


Bảng 3.8 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại
đường C-D

Bảng 3.9 Tổng hợp quan hệ giữa các tham số khảo sát với loại
đường D-E



Căn cứ vào phương án khảo sát nêu ra bảng 3.2, các tiêu
chuẩn về tốc độ tối đa cho phép xe lưu thông trên các loại đường
và các bảng 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, ta có thể đề xuất ra bảng 3.10 các
tham số tải trọng tham khảo cho thiết kế đường bộ.
Bảng 3.10 Giá trị các tham số tải trọng đề xuất tham khảo thiết
kế đường bộ

Với bảng 3.10 này các giá trị hệ số tải trọng động cực đại
(hay còn gọi là hệ số xung kích) được đưa ra với một ngưỡng khác
với các tài liệu thiết kế đường hiện hành [4] (giá trị hiện hành được
chọn là 1.2 cho các loại đường).
Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1 Mục tiêu thí nghiệm
Trong nghiên cứu của luận án, chương 4 cần đạt 2 mục tiêu như
sau:
- Kiểm chứng mô hình lý thuyết được thiết lập ở chương 2;
- Xác định tải trọng động bằng thực nghiệm.
4.2 Đối tượng thí nghiệm
Thực nghiệm được thực hiện trên đoàn xe sơ-mi rơmoóc. Đoàn
xe có 05 cầu, xe đầu kéo Huyndai HD 700 có 03 cầu, sơ-mi
rơmoóc Tân Thanh KCT - Model: 742-S-01 CERTIFICATE, có 02
cầu.
4.3 Sơ đồ thí nghiệm

Hình 4.2 Vị trí lắp đặt cảm biến đo


Hình 4.3a Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo và các cảm biến tương
ứng


Sơ vị trí cảm biến như hình 4.2: các cảm biến lắp tại bánh xe
cầu trước, ký hiệu theo các số La Mã I, II, III, IV,V:
I: Cảm biến đo gia tốc theo phương z của khối lượng được treo.
II: Cảm biến đo khoảng cách từ thân xe xuống cầu xe.
III: Cảm biến đo gia tốc theo phương z của khối lượng không
được treo.
IV: Cảm đo khoảng cách từ cầu xe xuống mặt đường.
V: Cảm biến đo vận tốc (Encoder) gốc của bánh xe.

Hình 4.3b Sơ đồ cấu trúc hệ thống đo và các cảm biến tương ứng


4.4 Thiết bị thí nghiệm

Hình 4.6 Cảm biến đo vận tốc
góc encoder

Hình 4.5 Cảm biến siêu âm
US-015

Hình 4.4 Hình dạng và sơ đồ
chân của cảm biến MMA7361L

Hình 4.8 Hộp xử lý tín hiệu &
kết nối máy tính NI USB-6210

4.5 Quy trình thí nghiệm
Trong luận án, so sánh các thông số sau:
(i) Gia tốc khối lượng được treo

(ii) Gia tốc khối lượng không được treo
(iii) Chuyển vị tương đối giữa khối lượng được treo và không
được treo
(iv) Chuyển vị tương đối lốp-đường (biến dạng hướng kính
của lốp)
4.6. So sánh kết quả
i) Tham số so sánh
Đối tượng được chọn để thiết lập ở mô hình lý thuyết trong
chương 2 và mô hình thí nghiệm là SMRM tương đương về tham
số cấu trúc. Thông số đầu vào tương đương giữa thí nghiệm và mô
phỏng (theo thí nghiệm) là vận tốc xe và mấp mô. Mấp mô được
tạo ra cố định trên mặt đường, là mấp mô đơn có chiều cao
H=0.05m (hình 4.10). Khi thí nghiệm không ổn định được vận tốc
nên vận tốc được đo và làm thông số đầu vào cho mô phỏng.
ii) Các thông số thí nghiệm
- Các thông số đầu vào: mấp mô h(t) và v(t).
- Tải thí nghiệm và mô phỏng: Do điều kiện thí nghiệm
không cho phép chất đầy tải, nên tải thí nghiệm chỉ đạt đến khối
lượng như đã nêu ở mục 4.2; tải mô phỏng để kiểm chứng cũng
dựa trên cơ sở này.
- Thông số so sánh: trong thí nghiệm chương 4, NCS chọn 4
thông số để so sánh (bảng 4.1) :


Bảng 4.1. Các thông số thí nghiệm

Sai số của mô hình phần lớn do sai số tham số cấu trúc
(các thông số cơ bản) và các giả thiết của mô hình. Tham số cấu
trúc của mô hình chương 2 được tham khảo từ nhà chế tạo, xác
định tương đương từ TruckSim [44]. Các khối lượng được xác

định bằng cách cân trên hiện trường khi thí nghiệm.
Cho xe chạy thẳng qua mấp mô như hình 4.10 với vận tốc
khoảng 5, 10, 15km/h nhưng để điều kiện đầu vào như nhau, khi
thí nghiệm có đo vận tốc góc của bánh xe số 5, vận tốc đo được
thực tế là 6, 12, 16km/h. Vì vậy, vận tốc mô hình lý thuyết khi đưa
vào khảo sát là 6, 12, 16 km/h. Mấp mô đường và vận tốc xe được
đưa vào mô hình và có cùng điều kiện như thí nghiệm.

Hình 4.10 Mấp mô khảo sát

iii) ) So sánh các kết quả đo với mô phỏng
(a) Thí nghiệm với vận tốc 6 km/h: Đồ thị 4.11, 4.12 là
chuyển vị tương đối giữa điểm trên và điểm dưới hệ thống treo,
tâm cầu và mặt đường (biến dạng hướng kính lốp-đường). Hình
4.13, 4.14 là gia tốc thẳng đứng khối lượng được treo và không
được được treo. Trong khoảng 2 giây là khoảng bánh xe nghiên
cứu đi qua hết mấp mô, là thời gian tính sai số. Hai dạng đồ thị
giữa thí nghiệm và mô phỏng có dáng điệu tương đồng.


Hình 4.11 Chuyển vị tương đối
hệ thống treo khi v= 6km/h

Hình 4.12 Chuyển vị điểm dưới
hệ thống treo khi v= 6km/h

Hình 4.13 Gia tốc khối lượng
được treo khi v=6km/h

Hình 4.14 Gia tốc khối lượng

không được treo khi v=6km/h

(b) Thí nghiệm với vận tốc v=12 km/h:

Hình 4.15 Chuyển vị tương đối
hệ thống treo khi v=12 km/h

Hình 4.16 Chuyển vị điểm dưới hệ
thống treo khi v=12 km/h

Hình 4.17 Gia tốc khối lượng
không được treo cầu trước khi
v=12km/h

Hình 4.18 Gia tốc khối lượng
được treo khi v=12km/h


(c) Thí nghiệm với vận tốc v=16 km/h:

Hình 4.19 Chuyển vị tương đối
hệ thống treo khi v=16 km/h

Hình 4.20 Chuyển vị điểm dưới
hệ thống treo khi v=16 km/h

Hình 4.21 Gia tốc khối lượng
được treo trước khi v=16 km/h,
mấp mô h=0.05 m


Hình 4.22 Gia tốc khối lượng
không được treo cầu trước khi
v=16 km/h

Nhận xét các đồ thị từ 4.11 đến 4.22: Các đồ thị giữa mô
phỏng (đường màu đen) và thí nghiệm (đường màu xanh chấm
đứt) có dáng điệu như nhau. Các sai số xem bảng 4.2.
4.7. Tính sai số theo Pearson
Có nhiều hệ số tương quan, hệ số tương quan thông dụng
nhất: hệ số tương quan Pearson R được định nghĩa sau:

 a
N

R=

yTNi

i=1

-ayTN

a

yMPi

-ayMP

 a  -a  


N

2 N

yTNi

ayMPi -ayMP
i1



2



(4.1)

yTN

i1

Bảng 4.2 Bảng hệ số Pearson

Thời gian
zB1
A1
ξA1
ξA1-zB1
so sánh (s)
v=6 km/h

1÷3
0.845 0.742 0.907
0.832
v=12 km/h
1÷3
0.894 0.680 0.838
0.847
v=16 km/h
1÷3
0.862 0.609 0.799
0.854
Nhận xét chung: Các kết quả đo thể hiện trong các đồ thị
có dáng điệu phù hợp, hệ số tương quan bé nhất là 0.609.
Pearson


4.8. Xác định tải trọng gián tiếp
(i) Nhu cầu xác định tải trọng bằng thực nghiệm
Bằng thực nghiệm có thể xác định tải trọng theo 2 cách: đo
trên đường và đo trên xe. Đo trên đường có hạn chế là phải nhiều
cảm biến, phải đào đường, cố định vị trí đo, cho kết quả trung bình
nên không sử dụng được cho nghiên cứu động lực học. Đo tải
trọng phía xe là phương pháp gián tiếp, gắn các cảm biến lên xe,
xác định các thông số có thể đo được và tính gián tiếp tải của các
bánh xe. Phương pháp đo trên xe có ưu điểm là dùng ít cảm biến,
cơ động, có khả khả năng đáp ứng các bài toán nghiên cứu sau đây:
(a) Các nghiên cứu về động lực học trên đường sau đây đều
cần xác định tải trọng bánh xe như nghiên cứu về quá trình phanh,
quay vòng, ổn định trượt, ổn định lật, các bài toán nghiên cứu về
các hệ thống điều khiển tích cực.

(b) Khi nghiên cứu về cầu/đường ta cần các tải trọng theo
thời gian khi xe chạy (thí nghiệm) trên đường làm thông số ngoại
lực cho thí nghiệm cầu đường.
(c) Khi kiểm chứng mô hình động lực học ta cần so sánh
(mô hình) thí nghiệm với mô phỏng.
(ii) Cơ sở lý thuyết xác định tải bằng thí nghiệm phía xe
Ở chương 2, ta đã xác lập 3 công thức tính tải trọng động
(công thức 2.24). Công thức thứ nhất, tải trọng động xác định được
khi đo được biến dạng hướng kính lốp, phương án này khó thực
thi. Phương pháp 2 là xác định tải trọng động thông qua xác định
gia tốc cầu và nội lực hệ thống treo, phương pháp này dùng tối
thiểu 3 cảm biến và khó bố trí. Phương án 3 là đo gia tốc khối
lượng được treo và không được treo, phương án này dễ thực hiện.
Trong mục này, NCS đề xuất xác định tải bằng đo gia tốc
(khả thi) để xác định tải trọng theo 4.2. Kết quả so sánh giữa đo
gián tiếp tải và mô phỏng như hình 4.23. Nhìn vào hình 4.23 ta
thấy dáng điệu giữa mô phỏng và thí nghiệm (tính gián tiếp) có
dáng điệu như nhau.
Fz12 FG12 mC12
(4.2)




z
mA12
C12
A12
Như vậy, từ phía xe ta có thể xác định được các gia tốc và tính
được phản lực lốp đường khi xe đang chạy và đáp ứng được các

yêu cầu đề ra ở các mục 4.8 (a,b,c).
iii) Đề xuất mô hình mô phỏng để so sánh khi thí nghiệm