Đang tải... (xem toàn văn)
Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hoá cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thành phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển. Ở nước ta, số ô tô tư nhân cũng đang phát triển cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ ô tô lưu thông trên đường ngày càng cao. Vì thế ô tô sẽ càng ngày càng phải cải tiến sao cho chiếc xe có thể vật hành tốt và ổn định tốt hơn. Nhưng để được những chiếc xe tốt hơn thì cần phải áp dụng những công nghệ tiên tiến nhất trong quá trình thiết kế tính toán. Một trong những công cụ được sử dụng nhiều trong việc tính toán, mô phỏng trên ô tô chính là Matlab. Và tài liệu này sẽ giúp bạn hiểu cách xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống treo ô tô trong không gian bằng Matlab Simulink.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG TIỂU LUẬN ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ CƠ BẢN Đề số 10 Sinh viên: Cao Hồng Sơn Khóa: K62 Lớp học: 124555 Kỳ: 2020 – Năm học: 2020 – 2021 Hướng dẫn: TS Trịnh Minh Hoàng HÀ NỘI – 2021 MSSV: 20171699 GVHD: TS Trịnh Minh Hoàng MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU…………………………………………………………………… PHẦN 1: PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG LÊN HỆ…………………………….5 I Phương pháp……………………………………………………………… II Các lực tác dụng lên khối lượng không treo………………………5 III Các lực tác dụng lên khối lượng treo…………………………… IV Lực tác dụng lên bánh xe……………………………………………… PHẦN 2: XÂY DỰNG VÀ KHẢO SÁT MƠ HÌNH SIMULINK CHO HỆ THỐNG TREO KHƠNG GIAN……………………………………………… 16 I Xây dựng mơ hình Simulink…………………………………………… II Thông số đầu vào…………………………………………………………10 III Kết mô …………………………………………………… 10 KẾT LUẬN……………………………………………………………………… 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 15 Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS Trịnh Minh Hoàng Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS Trịnh Minh Hồng LỜI NĨI ĐẦU Sản xuất ô tô giới ngày tăng vượt bậc, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng hành khách hàng hoá cho ngành kinh tế quốc dân, đồng thời trở thành phương tiện giao thơng tư nhân nước có kinh tế phát triển Ở nước ta, số ô tô tư nhân phát triển với tăng trưởng kinh tế, mật độ ô tô lưu thông đường ngày cao Vì tơ ngày phải cải tiến cho xe vật hành tốt ổn định tốt Nhưng để xe tốt cần phải áp dụng công nghệ tiên tiến q trình thiết kế tính tốn Sau học xong học phần Động lực học ô tô bản, em giao đề tài: phân tích, mơ khảo sát mơ hình hệ thống treo khơng gian Matlab – Simulink Đây hộ để em thực hành hồn thiện kiến thức học Trong đề tài em xin tập trung vào hai phần Phần phân tích, lập hệ phương trình cân lực tác dụng lên vật Phần hai ứng dụng phần mềm Matlab – Simulink để khảo sát dao động mơ hình hệ thống treo không gian Trong thời gian thực đề tài thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế nên q trình thực khơng thể tránh khỏi thiếu sót định Em mong giúp đỡ, ý kiến đóng góp quý thầy cô tất bạn để đề tài hoàn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Minh Hồng thầy giáo môn ô tô xe chuyên dụng dụp em thực tiểu luận Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực Cao Hồng Sơn Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS Trịnh Minh Hồng PHẦN 1: PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG LÊN HỆ I Phương pháp ❖ Tách vật → Đặt lực → Cân theo nguyên lý D’Lambert ❖ Nguyên lý D’Lambert: Tại thời điểm tác dụng: 𝑞𝑡 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝑞𝑡 𝑞𝑡 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗ , ⃗⃗⃗ (𝐹 𝐹 , … ⃗⃗⃗⃗ 𝐹 ,𝐹 ,𝐹 ,…𝐹 )=0 II 𝑁 𝑁 Các lực tác dụng lên khối lượng khơng treo 𝐵 𝐵 Hình Các lực tác dụng lên vật m1 ❖ Các lực tác dụng lên khối lượng m1: ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶𝐿1 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶𝐿2 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐾𝐿1 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐾𝐿2 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶1 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶2 , 𝑚 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹 𝐾1 𝐾2 𝑞𝑡 ❖ Ta có hệ phương trình cân lực: m1.𝜉1̈ = FCL1 + FCL2 + FKL1 + FKL2 – (FC1 + FC2 + FK1 + FK2) {{ 𝐵 𝐵 2 I1.𝜑1̈ = [(FCL2 + FKL2) – (FC2 + FK2)] – [(FCL1 + FKL1) – (FC1 + FK1)] ❖ Trong đó: { 𝐵 𝐵 2 𝐵 𝐵 2 FCL1 = [h1 – (ξ1 – φ1 )].CL1 → FKL1 = [ℎ1̇ – (𝜉1̇ – 𝜑1̇ )].KL2 FCL2 = [h2 – (ξ1 + φ1 )].CL2 → FKL2 = [ℎ2̇ – (𝜉1̇ + 𝜑1̇ )].KL2 Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS Trịnh Minh Hoàng 𝐵 𝐵 Hình Các lực tác dụng lên vật m2 ❖ Các lực tác dụng lên khối lượng m2: ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶𝐿3 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶𝐿4 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐾𝐿3 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐾𝐿4 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶3 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶4 , 𝑚 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹 𝐾3 { 𝐾4 𝑞𝑡 ❖ Ta có hệ phương trình cân lực: m2.𝜉2̈ = FCL3 + FCL4 + FKL3 + FKL4 – (FC3 + FC4 + FK3 + FK4) I2.𝜑2̈ = [(FCL3 + FKL3) – (FC3 + FK3)] 𝐵 – [(FCL4 + FKL4) – (FC4 + FK4)] ❖ Trong đó: 𝐵 𝐵 FCL3 = [h3 – (ξ2 + φ2 )].CL3 → FKL3 = [ℎ3̇ – (𝜉2̇ + 𝜑2̇ )].KL3 { 𝐵 𝐵 2 FCL4 = [h4 – (ξ2 – φ2 )].CL4 → FKL4 = [ℎ4̇ – (𝜉2̇ – 𝜑2̇ )].KL4 III Các lực tác dụng lên khối lượng treo Hình Các lực tác dụng lên vật ma Họ Tên: Cao Hồng Sơn 𝐵 GVHD: TS Trịnh Minh Hoàng ❖ Các lực tác dụng lên khối lượng ma: ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶1 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶2 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶3 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐶4 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐾1 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹𝐾2 , 𝑚 ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹 , ⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗⃗ 𝐹 𝑎 𝐾3 𝐾4 𝑞𝑡 ❖ Ta có hệ phương trình cân lực: ma.𝑧̈ = FC3 + FK3+ FC2 + FK2 + FC1 + FK1 + FC4 + FK4 { Ix.𝜑𝑥̈ = [(FC3 + FK3) + (FC2 + FK2)] 𝐵 – [(FC1 + FK1) + (FC4 + FK4)] 𝐵 Iy.𝜑𝑦̈ = [(FC3 + FK3) + (FC4 + FK4)].b – [(FC1 + FK1) + (FC2 + FK2)].a ❖ Trong đó: 𝐵 𝐵 𝐵 𝐵 2 • FC1 = [(ξ1 – φ1) – (z – φx – a.φy)].C1 FK1 = [(𝜉1̇ – 𝜑1̇ ) – (𝑧̇ – 𝜑𝑥̇ – a.𝜑𝑦̇ )].K1 𝐵 𝐵 𝐵 𝐵 2 • FC2 = [(ξ1 + ϕ1) – (z + ϕx – a.ϕy)].C2 FK2 = [(𝜉1̇ + 𝜑1̇ ) – (𝑧̇ + 𝜑𝑥̇ – a.𝜑𝑦̇ )].K2 𝐵 𝐵 𝐵 𝐵 2 • FC3 = [(ξ2 + ϕ2) – (z + ϕx + b.ϕy)].C3 FK3 = [(𝜉2̇ + 𝜑2̇ ) – (𝑧̇ + 𝜑𝑥̇ + b.𝜑𝑦̇ )].K3 𝐵 𝐵 𝐵 𝐵 2 • FC4 = [(ξ2 – ϕ2) – (z – ϕx + b.ϕy)].C4 FK4 = [(𝜉2̇ – 𝜑2̇ ) – (𝑧̇ – 𝜑𝑥̇ + b.𝜑𝑦̇ )].K4 IV Lực tác dụng lên bánh xe Fzi = hi – [ξj - 𝑓𝑖𝑡 ] ≥ FCli + FKLi + FGi {0 hi – [ξj - 𝑓𝑖𝑡 ] < CLi(hi – ξi) + KLi(ℎ̇𝑖 – 𝜉𝑗̇ ) {-F FCli + FKLi = hi – [ξj - 𝑓𝑖𝑡 ] < Gi FGi = (mj + ma).g 𝑓𝑖𝑡 = Họ Tên: Cao Hồng Sơn hi – [ξj - 𝑓𝑖𝑡 ] ≥ 𝐹𝐺𝑖 i = 1, 2, 3, tươn ứng với bánh xe 𝐶𝐿𝑖 j = 1, tương ứng với khối lượng m1, m2 GVHD: TS Trịnh Minh Hoàng PHẦN 2: XÂY DỰNG VÀ KHẢO SÁT MƠ HÌNH SIMULINK CHO MƠ HÌNH HỆ THỐNG TREO KHƠNG GIAN I Xây dựng mơ hình Simulink ❖ Những khối sử dụng: From; Go to; Add; Sum; Gain; Scope; Sin; Integrator; Derivative; Switch Hình Mơ hình Simulink tính dịch chuyển ξ1, ξ2 Hình Mơ hình Simulink tính dịch chuyển z Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS Trịnh Minh Hồng Hình Mơ hình Simulink tính lực Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS Trịnh Minh Hồng II Thơng số đầu vào Thông số ma (kg) m1 (kg) m2 (kg) Ix (kg.m2) Iy (kg.m2) I1 (kg.m2) I2 (kg.m2) C1 (N/m) K1 (N.s/m) C2 (N/m) Giá trị 2000 150 150 8000 1620 120 120 50000 5000 50000 Thông số K2 (N.s/m) C3 (N/m) K3 (N.s/m) C4 (N/m) K4 (N.s/m) A (m) b (m) B (m) A (m) ω Giá trị 5000 100000 2000 100000 2000 2.2 1.8 1.8 0.1 ❖ Nguồn kích động: h1,2 = A.sin(ωt) h3,4 = A.cos(ωt) III Kết mơ Hình Đồ thị biểu diễn nguồn kích động mặt đường theo thời gian Họ Tên: Cao Hồng Sơn 10 Dịch chuyển (m) GVHD: TS Trịnh Minh Hoàng Thời gian (s) Gia tốc (𝑚ൗ𝑠 ) Hình Đồ thị biểu diễn giá trị z, ξ1, ξ2 theo thời gian Thời gian (s) Hình Đồ thị biểu diễn gia tốc 𝑧̈ 𝜉1̈ theo thời gian Họ Tên: Cao Hồng Sơn 11 Gia tốc (𝑚ൗ𝑠 ) GVHD: TS Trịnh Minh Hoàng Thời gian (s) Hình 10 Đồ thị biểu diễn gia tốc 𝜉2̈ theo thời gian Hình 11 Đồ thị biểu diễn lực tác dụng lên bánh xe theo thời gian ❖ Kết mơ phỏng: • Dịch chuyển ξ1, ξ2 gần dao động điều hòa với biên độ 0,1m; Dịch chuyển z đạt giá trị lớn 0,1m sau 0,3s sau giảm xuống dao động điều hịa với biên độ 0,7m • Gia tốc 𝑧̈ , 𝜉1̈ đạt giá trị cao sau 0,1s ( ̴ – 10m/s2) giảm xuống nhanh trước dao động điều hòa với biên độ 0,5m/s2 sau 1s Họ Tên: Cao Hồng Sơn 12 GVHD: TS Trịnh Minh Hồng • Gia tốc 𝜉2̈ đạt giá trị lớn (160m/s2) giảm xuống nhanh trước dao động điều hòa với biên độ 0,5m/s2 sau 1s • Phản lực Fz1, Fz2 Fz3, Fz4 đạt giá trị 3,4.104 N 2,4.104 N vừa tiếp nhận nguồn kích động giảm xuống nhanh dao động điều hòa với biên độ 2,15.104 N sau 1s ❖ Đánh giá kết quả: • Biên độ dao động dịch chuyển z nhỏ biên độ dao động nguồn kích động → Dao động có xu hướng dập tắt • Giá trị gia tốc 𝑧̈ lớn m/s2 tiếp nhận nguồn kích động từ mặt đường gây khó chịu cho người ngồi xe Tuy nhiên sau gia tốc giảm xuống nhanh đạt giá trị nhỏ m/s2 đảm bảo êm dịu nguồn kích động dao động điều hịa • Giá trị phản lực lớn 0, dao động đều, lốp xe không bị tách khỏi mặt đường nên đảm bảo an toàn động lực Họ Tên: Cao Hồng Sơn 13 GVHD: TS Trịnh Minh Hoàng KẾT LUẬN Sau thời gian làm tiểu luận với đề tài “Phân tích, mơ khảo sát mơ hình hệ thống treo không gian Matlab – Simulink” em hoàn thành đề tài Sau hoàn thành, em nắm cách lập phương trình, hệ phương trình mơ tả động lực học theo phương thẳng đứng mô dao động hệ thống treo không gian Matlab – Simulink Mặc dù cố gắng học tập đầu tư nhiều kiến thức vào thời gian có hạn, kiến thức kinh nghiệm thực tế thiếu nhiều, chắn tiểu luận em không tránh khỏi thiếu sót Kính mong q thầy góp ý, bảo để kiến thức em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy cô mơn, đặc biệt thầy Trịnh Minh Hồng trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tận tình trình, gợi ý cho em để giải khúc mắc để em hoàn thành tốt tiểu luận Hà Nội, Tháng năm 2021 Họ Tên: Cao Hồng Sơn 14 GVHD: TS Trịnh Minh Hoàng TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Trịnh Minh Hồng, Giáo trình Động lực học ô tô TS Lê Văn Nghĩa, Giáo trình Matlab Simulink Họ Tên: Cao Hồng Sơn 15 ... mơ tả động lực học theo phương thẳng đứng mô dao động hệ thống treo không gian Matlab – Simulink Mặc dù cố gắng học tập đầu tư nhiều kiến thức vào thời gian có hạn, kiến thức kinh nghiệm thực tế... tác dụng lên vật Phần hai ứng dụng phần mềm Matlab – Simulink để khảo sát dao động mơ hình hệ thống treo khơng gian Trong thời gian thực đề tài thời gian có hạn kiến thức cịn hạn chế nên q trình... HÌNH SIMULINK CHO MƠ HÌNH HỆ THỐNG TREO KHƠNG GIAN I Xây dựng mơ hình Simulink ❖ Những khối sử dụng: From; Go to; Add; Sum; Gain; Scope; Sin; Integrator; Derivative; Switch Hình Mơ hình Simulink