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 . Và tài liệu này sẽ giới thiệu đến bạn một số phương pháp tính toán và ứng dụng máy tính trong kỹ thuật ô tô.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BỘ MÔN Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG TIỂU LUẬN ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG KỸ THUẬT Ơ TƠ Sinh viên: Cao Hồng Sơn Khóa: K62 Lớp học: 124563 Kỳ: 2020 – Năm học: 2020 – 2021 Hướng dẫn: TS Lê Văn Nghĩa MSSV: 20171699 HÀ NỘI – 2021 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………………… PHẦN 1: ỨNG DỤNG MÁT TÍNH THIẾT KẾ PHANH ĐĨA TRƯỚC CỦA XE HONDA CITY…………………………………………………………………4 I Mô tả quy trình tính tốn………………………………………………… II Xe tham khảo thơng số đầu vào……………………………………….4 III Tính tốn cấu phanh………………………………………………… IV Xây dựng chương trình Matlab ………………………………………12 PHẦN 2: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TREO…………… 15 I Mơ hình tốn……………………………………………………………….15 II Thiết lập hệ phương trình……………………………………………… 16 III Phương pháp Runge Kutta ……………………………………………17 IV Xây dựng mô hình Simulink………… ……………………………… 18 V Thơng số đầu vào kết mô phỏng…………………………………19 VI Khảo sát kết đánh giá……………………………………………20 KẾT LUẬN……………………………………………………………………… 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………… 22 Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa LỜI NĨI ĐẦU Sản xuất tơ 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 thông 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 cơng nghệ tiên tiến q trình thiết kế tính tốn Sau học xong học phần ứng dụng máy tính tính tốn thiết kiế tô em giao đề tài: ứng dụng máy tính thiết kế hệ thống phanh đĩa trước xe Honda City khảo sát dao động hệ thống treo Đây hộ để em thực hành hoàn thiện kiến thức học Trong đề tài em xin tập trung vào hai phần Phần sử dụng phần mềm Matlab để hỗ trợ việc tính tốn cấu phanh Phần hai xẽ ứng dụng phần mềm Matlab để khảo sát giao động hệ thống treo mơ hình phần tư Trong thời gian thực đề tài thời gian có hạn kiến thức hạn chế nên trình thực khơng thể tránh khỏi thiếu sót định Em mong giúp đỡ, ý kiến đóng góp q thầy tất bạn để đề tài hoàn thiện Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Nghĩa thầy cô giáo môn ô tô xe chuyên dụng dụp em thực tiểu luận Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa Cao Hồng Sơn PHẦN 1: ỨNG DỤNG MÁT TÍNH THIẾT KẾ PHANH ĐĨA TRƯỚC CỦA XE HONDA CITY I Mơ tả quy trình tính tốn Quy trình tính tốn thực theo hai bước : ❖ Bước : Tính tốn thiết kế cấu phanh ➢ Mômen phanh cần sinh cấu phanh trước ➢ Đường kính xi lanh bánh xe phanh đĩa phía trước ➢ Xác định kích thước má phanh ➢ Kiểm tra điều kiện ❖ Bước : Sử dụng phần mềm Matlab để kiểm tra kết tính tốn II Xe tham khảo thông số đầu vào Chọn xe tham khảo xe Honda City Hình Xe Honda City đời 2021 Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa Thông số xe tham khảo Thông số xe Kí hiệu Giá trị Đơn vị Trọng lượng tô đầy tải G 15800 N Trọng lượng phân cầu trước G1 8508 N Chiều dài sở Lo 2600 mm Chiều cao trọng tâm xe hg 0,594 m Lốp xe 185/650R15 Sơ đồ tính tốn lực tác dụng lên ôtô phanh Pj G Z1 hg b a O1 Z2 L O2 Hình Kích thước xe Các ký hiệu hình : • Ga: Trọng lượng tồn xe • Z1: Phản lực pháp tuyến cầu trước xe đứng yên • Z2: Phản lực pháp tuyến cầu sau xe đứng yên • Pf1: Lực phanh cầu trước • Pf2: Lực phanh cầu sau • Pw: Lực cản khơng khí • Pj: Lực qn tính xe chuyển động • v: Vận tốc xe • Lo: Chiều dài sở xe • hg: Chiều cao trọng tâm xe • a: Khoảng từ trọng tâm đến cầu trước • b: Khoảng từ trọng tâm đến cầu sau Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa III Tính tốn thiết kế cấu phanh Tính momen cần thiết sinh cấu phanh Đường kính xylanh bánh xe Xác định thơng số kích thước cấu phanh Kiểm tra điều kiện Thỏa mãn Kết thúc Họ Tên: Cao Hồng Sơn Không thỏa mãn GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa Xác định momem phanh cần thiết bánh xe Lực phanh bánh xe đạt giá trị lớn bánh xe bắt đầu trượt lết, q trình trượt mơ men phanh khơng tăng mà chí cịn có xu hướng giảm Vì vậy, ta thường tính tốn mô men phanh cần thiết bánh xe cho tận dụng tối đa khả bám bánh xe Với cấu phanh đặt trực tiếp bánh xe mơ men phanh cần thiết sinh cấu phanh ([1]- trang 288) Ở cầu trước : Mp1 = (1+ jmax hg G.b g.b ) 2L φ.rbx Trong đó: • • • • • • • jmax – gia tốc chậm dần cực đại ô tô phanh jmax = (m/s2) hg – chiều cao trọng tâm ô tô, lấy hg = 0,594 (m) g – gia tốc trọng trường; g = 9, 81 (m/s2) G – trọng lượng ôtô đầy tải : G = 15800 (N) G1 – trọng lượng tĩnh cầu trước : G1 =8508 (N) L – chiều dài sở ô tô : L = 2600 (mm) = 2,6 (m) B – khoảng cách từ trọng tâm xe tới cầu sau: b= G1 L G = 8508.2,6 15800 = 1,4 (m) • - Hệ số bám bánh xe với mặt đường: = 0,7 (xét điều kiện đường nhựa bê tông loại ng khụ sch = 0,7ữ0,8 ) ã rbx Bán kính lăn bánh xe Với cỡ lốp bánh trước bánh sau 185/60R15 d 15 rbx= (B.0,65 + 25,4).λ =(185.0,6 + 25,4).0,93 2 =280 (mm) = 0,28 (m) • - Hệ số kể đến biến dạng lốp: = 0, 93 Thay giá trị vào (1) (2) ta được: Mômen phanh cần sinh cấu phanh trước là: Mp1 = (1 + Họ Tên: Cao Hồng Sơn 6.0,594 ) 9,81.1,4 15800.1,4 2.2,6 0,7.0,28 = 1047,5 (Nm) GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa Đường kính xi lanh phanh đĩa phía trước Mơmen phanh sinh cấu phanh loại đĩa quay xác định sau: P1 P1 Rtb Hình Lực tác dụng lên đĩa phanh Mp1 = μ P1 R tb Trong đó: • P1 - Lực ép, ép má phanh vào với đĩa phanh • - Hệ số ma sát =0,3 • Rtb- Bán kính trung bình ma sát R tb = R1 + R 95 + 145 = = 120 (mm) = 0,12 (m) 2 • R1, R2 bán kính bên bên ma sát Theo xe tham khảo ta có: R1 = 95 (mm); R2 = 145 (mm) Do đó: P1 = Mp1 1047,5 = = 14548,3(N) μ R tb 2.0,3.0,12 Mặt khác: πd12 P1 = n p0 Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa • n- Số lượng ống xylanh bánh xe, chọn n=1; • p0- Áp suất chất lỏng hệ thống p0 = 8(MPa) Chọn p0 = (MPa) • d1- Đường kính xi lanh bánh xe phanh đĩa phía trước Nên: d1 = √ 4P1 4.14548,3 =√ = 0,0515(m) = 51,5 (mm) π p0 n 1.3,14.7.106 Xác định kích thước má phanh Kích thước má phanh xác định dựa điều kiện sau: Công ma sát riêng; Áp suất lên bề mặt má phanh; Tỷ số p; Chế độ làm việc cấu phanh Kích thước má phanh phải lựa chọn cho thảo mãn điều kiện a) Công ma sát riêng Khi phanh ôtô chuyển động với vận tốc V0 dừng hẳn (V=0) tồn động ôtô coi chuyển công ma sát (L) cấu phanh: G.V L= 2.g Gọi tổng diện tích má phanh A∑, ta có cơng ma sát riêng: G.V l= 2.g.A Trong đó: • G - Trọng lượng ơtơ đầy tải: G=15800 (N) • V0= 50 (km/h) = 13,89 (m/s) tốc độ ôtô bắt đầu phanh Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa l - Công ma sát riêng giới hạn với V0= 50(km/h) thì: • l =(4 10).106 (J/m2) • A - Tổng diện tích má phanh: AΣ = 4.(R 2 - R1 ).β π 180 Với: • β – Góc ơm ma sát x0 = 950 Hình Má phanh • R1, R2 – Bán kính ngồi má phanh Do đó: Trước: A∑ = (1452 − 952 ) 95 π 180 = 79546,7(mm2 ) = 0,08 (m2 ) Vậy, ta có cơng ma sát riêng : G V02 15800 13,89 J lt = = = 1,92.106 ( ⁄ ) m g A∑ 2.9,81.0,08 Như điều kiện công ma sát riêng thỏa mãn b) Áp suất lên bề mặt má phanh Áp suất bề mặt ma sát lực ép ép má phanh vào với đĩa phanh chia cho diện tích má phanh Áp suất lên bề mặt má phanh bị giới hạn sức bền vật liệu([1]–trang q q = (1,5 2,0).106 ( N / m2 ) 293): Lực ép má phanh : P1= 14548,3 (N) Diện tích má phanh : At = A∑ = 0,08 = 0,02(m2 ) Ta có áp suất lên bề mặt má phanh là: q1 = P1 A = 14548,3 0,02 Họ Tên: Cao Hồng Sơn = 0,73.106 (N⁄ ) (1 N/m2 = Pa) m 10 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa Vậy áp suất bề mặt má phanh nằm giới hạn cho phép c) Tỷ số P Tỷ số p tỷ số khối lượng tồn tơ M tổng diện tích má phanh A∑( [1] – trang 293) : p= M A [p] Giá trị giới hạn [p] chọn sau: (1, 2, 0).104 kg/m2 - ô tô (1, 2, 5).104 kg/m2 - ô tô chở khách (2, 3, 5).104 kg/m2 - ô tơ tải Ta có: pt = 1580 = 1,99.104 (kg/m2 ) 0,08 Như tỷ số p nằm giới hạn cho phép d) Tính tốn nhiệt phát q trình phanh Trong q trình phanh tơ, tồn động khối lượng chuyển động ôtô chuyển hóa thành nhiệt cấu phanh Một phần lượng nhiệt nung nóng chi tiết cấu phanh mà chủ yếu đĩa phanh, phần cịn lại tỏa ngồi khơng khí.Trong trường hợp phanh ngặt, thời gian phanh ngắn nên lượng nhiệt tỏa ngồi khơng khí nhỏ, bỏ qua được, mức gia tăng nhiệt độ đĩa phanh so với mơi trường bên ngồi xác định ([1] - trang 290): G(V02 − V ) = [ ] 2.g.m t c Trong đó: • V0 - Tốc độ tơ bắt đầu trình phanh Họ Tên: Cao Hồng Sơn 11 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa • V- Tốc độ tơ kết thúc q trình phanh mt - Khối lượng đĩa phanh • • c - Nhiệt dung riêng vật liệu làm trống phanh, gang thép: c = 500 (J/kg.độ) Với V0= 30 (km/h) = 8, 33 (m/s) V= mức gia tăng nhiệt độ cho phép: • [ ]=15 Suy ra: G(V12 − V22 ) 15800 (8,332 − 0) mt ≥ = = 7.3 (kg) g [τ] c 2.9,81.15.500 Trên thực tế khối lượng đĩa phanh chi tiết bị nung nóng lớn 7,3 (kg) thoả mãn Kiểm Tra kết phần mềm Matlab a) Xây dựng chương trình Matlab % Cac thong so dau vao L = 2.6; b = 1.4; M = 1580; hg = 0.594; phi = 0.7; lambda = 0.93; nuy = 0.3; V0 = 13.89; jmax = 6; Va = 8.33; Vb = 0; V = 0; t = 15; C = 500; g = 10; % Ch?n cac thong so cua co cau phanh R1 = input('Ban kinh ma phanh R1 = '); R2 = input('Ban kinh ngoai ma phanh R2 = '); beta = input('Goc om ma phanh beta = '); p0 = input('Ap suat chat long he thong p0 = '); n = input('So xylanh o moi banh xe n = '); Họ Tên: Cao Hồng Sơn 12 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa % tinh toan momen phanh G = g*M; G1 = (b*G)/L; rbx = ((185*0.6+15*25.4/2)*lambda)/1000; Mp1 = (1+(jmax*hg)/(b*g))*((G*b)/(2*L))*phi*rbx; % tinh d1 Rtb = (R1+R2)/2; p1 = Mp1/(2*nuy*Rtb); d1 = sqrt((4*p1)/(pi*p0*n)); disp('Duong kinh xylanh la:') disp(d1) % chon kich thuoc % cong ma sat rieng At = 4*(R2^2-R1^2)*beta*pi/180; l = (G*V0^2)/(2*g*At); if l < 10*10^6 disp('Cong ma sat rieng l =') disp(l) else disp('Chua thoa man dieu kien cong ma sat rieng') end % Ap suât len be mat ma phanh A = At/4; q = p1/A; if q < 2*10^6 disp('Ap suat len be mat ma phanh q =') disp(q) else disp('Chua thoa man dieu kien áp suat len be mat ma phanh') end % Ti so p p = M/At; if p < 2*10^4 disp('Ti so p =') disp(p) else disp('Ti so p chua thoa man') end % Khoi luong cac chi tiet toa nhiet Mt = G*(Va^2-V^2)/(2*g*t*C); disp('Khoi luong chi tiet toa nhiet Mt =') disp(Mt) Họ Tên: Cao Hồng Sơn 13 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa b) Kết thu phầm mềm Matlab Hình Kết thu Matlab Nhận xét : Kết kiểm tra phần mềm Matlab phù hợp với kết tính tốn Họ Tên: Cao Hồng Sơn 14 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa PHẦN 2: Xây dựng khảo sát mơ hình Simulink cho mơ hình hệ thống treo 𝟏⁄𝟒 I Mơ hình tốn Hình Mơ hình hệ thống treo 1⁄4 Trong đó: • • • • • • • • • ma – Khối lượng treo m – Khối lượng không treo C – Độ cứng giảm chấn K – Hệ số cản giảm chấn CL – Độ cứng lốp xe K L – Hệ số cản lốp xe z – Dịch chuyển khối lượng treo ξ – Dịch chuyển khối lượng không treo h – Mấp mô mặt đường Họ Tên: Cao Hồng Sơn 15 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa II Thiết lập hệ phương trình Hình Tách vật đặt lực ❖ Tách vật, đặt lực lên ma : ❖ Tách vật, đặt lực lên m: Họ Tên: Cao Hồng Sơn 16 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa ❖ Hệ phương trình sau tổng hợp: III Phương pháp Runge Kutta ❖ Trong phương pháp Runge- Kutta thay đổi giá trị biến phụ thuộc tính tốn từ cơng thức cho, biểu diễn điều kiện ước lượng đạo hàm điểm định trước ❖ Sơ đồ khối phương pháp Runge Kutta bậc 2: Họ Tên: Cao Hồng Sơn 17 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa IV Xây dựng mơ hình Simulink Hình Mơ hình Simulink V Thơng số đầu vào kết mô Thông số đầu vào • Khối lượng treo ma = 11,8.10^3 kg • Khối lượng khơng treo m = 1,1.10^3 kg • Độ cứng lị xo hệ thống treo C = 1,2.10^6 kg • Hệ số cản giảm chấn K = 32.10^3 kg • Độ cứng lốp xe CL = 2,4.10^6 kg Họ Tên: Cao Hồng Sơn 18 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa • • • • Hệ số cản lốp xe K L = 3,2.10^3 kg Vận tốc v = 11 m⁄s s0 = 0,2 m h0 = 0,1 m Kết mơ Hình Đồ thị dịch chuyển z theo thời gian t Họ Tên: Cao Hồng Sơn 19 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa Hình Đồ thị dịch chuyển psi theo thời gian t VI Khảo sát kết đánh giá Khảo sát kết ❖ Dịch chuyển z khối lượng treo ma đạt giá trị lớn 0,09 m 0,4 s sau giảm dần giữ nguyên giá trị 0,05 m từ giây thứ 10 ❖ Dịch chuyển ξ khối lượng không treo m đạt giá trị lớn 0,063 m 0,15 s sau giảm dần giữ nguyên giá trị 0,05 m từ giây thứ Đồng thời khối lượng m có xu hướng dao động theo chiều xuống so với vị trí cân với giá trị lớn 0,035 m 0,7 s Họ Tên: Cao Hồng Sơn 20 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa ❖ Dịch chuyển ξ dao động mạnh 0,2 s đầu tiên, khoảng 0,035 – 0,063 m, sau dao động khoảng 0,04 – 0,06 m trước khối lượng m giữ vị trí 0,05 m so với điểm cân Đánh giá ❖ Dịch chuyển z có biên độ dao động thời gian dao động đảm bảo êm dịu cho khối lượng treo ma ❖ Dao động khối lượng khơng treo m dập tắt nhanh chóng Họ Tên: Cao Hồng Sơn 21 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa KẾT LUẬN Sau thời gian làm tiểu luận với đề tài “Tính tốn cấu phanh đĩa trước xe Honda City khảo sát dao động hệ thống treo ¼ Simulink” em hồn thành đề tài Sau hoàn thành, em nắm cách tính tốn ứng dụng máy tính để tính tốn kích thước cấu phanh đĩa Đồng thời, biết cách lập phương trình, hệ phương trình mơ tả động lực học theo phương thẳng đứng mô dao động hệ thống treo 1⁄4 Mặc dù cố gắng học tập đầu tư nhiều kiến thức vào thời gian có hạn, kiến thức kinh nghiệm thực tế cịn thiếu nhiều, chắn tiểu luận em khơng 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 môn, đặc biệt thầy Lê Văn Nghĩa 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 22 GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Trọng Hoan, Thiết kế tính tốn tơ NXB Giáo dục Việt Nam, 2019 Trịnh Minh Hồng, Giáo trình Động lực học ô tô Lê Văn Nghĩa, Giáo trình Matlab Simulink Họ Tên: Cao Hồng Sơn 23 ... Nhưng để xe tốt cần phải áp dụng cơng nghệ tiên tiến q trình thiết kế tính toán Sau học xong học phần ứng dụng máy tính tính tốn thiết kiế tơ em giao đề tài: ứng dụng máy tính thiết kế hệ thống phanh... giáo môn ô tô xe chuyên dụng dụp em thực tiểu luận Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực Họ Tên: Cao Hồng Sơn GVHD: TS.Lê Văn Nghĩa Cao Hồng Sơn PHẦN 1: ỨNG DỤNG MÁT TÍNH THIẾT KẾ PHANH ĐĨA... LUẬN Sau thời gian làm tiểu luận với đề tài ? ?Tính tốn cấu phanh đĩa trước xe Honda City khảo sát dao động hệ thống treo ¼ Simulink” em hoàn thành đề tài Sau hoàn thành, em nắm cách tính tốn ứng