Nghiên cứu phân tích tính năng êm dịu ô tô có bộ phận đàn hồi dạng khí nén phi tuyến

Bài viết Nghiên cứu phân tích tính năng êm dịu ô tô có bộ phận đàn hồi dạng khí nén phi tuyến thực hiện nghiên cứu độ êm dịu hệ thống treo dạng khí nén phi tuyến, mô hình hóa và mô phỏng hệ thống treo khí nén cùng thông số để tiến hành đánh giá kết quả đạt được khi thiết kế và mô phỏng nó dựa theo một số tiêu chuẩn như ISO 8608.

NGHIÊN CỨU PHÂN TÍCH TÍNH NĂNG ÊM DỊU Ơ TƠ CĨ BỘ PHẬN ĐÀN HỒI DẠNG KHÍ NÉN PHI TUYẾN Cao Hoài Lộc, Đặng Anh Kiệt, Trần Văn Nhật Phong, Lê Trung Hậu, Huỳnh Tấn Đức* *Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Cơng nghệ TP Hồ Chí Minh (HUTECH) GVHD: ThS Huỳnh Quang Thảo TĨM TẮT Nội dung cơng trình thực nghiên cứu độ êm dịu hệ thống treo dạng khí nén phi tuyến, mơ hình hóa mơ hệ thống treo khí nén thông số để tiến hành đánh giá kết đạt thiết kế mơ dựa theo số tiêu chuẩn ISO 8608 Mô hình sử dụng cơng trình mơ hình ¼ xe cơng trình tập trung đưa kết dao động theo phương thẳng đứng khối lượng treo mô hình ảnh hưởng mấp mơ mặt đường ngẫu nhiên Kết nghiên cứu tiến hành đánh giá thông số chuyển vị, gia tốc khối lượng treo tiến hành mô hệ thống treo dạng khí nén phi tuyến cấp đường khác theo tiêu chuẩn ISO 8608, tiến hành đánh giá độ êm dịu ô tô theo tiêu chuẩn ISO 2631 Từ khóa: Độ êm dịu hệ thống treo, Hệ thống treo, Hệ thống treo khí nén, Mơ hình ¼ xe, Tiêu chn ISO 8608 GIỚI THIỆU Độ êm dịu chuyển động ô tô khả xe chuyển động đường tốc độ xác định mà khơng xảy va đập cứng, ảnh hưởng tới sức khỏe hành khách, lái xe, hàng hóa chi tiết xe Hệ thống treo hệ thống quan trọng ô tô, ảnh hưởng trực tiếp đến tính êm dịu, an tồn chuyển động, đặc biệt ô tô di chuyển loại đường có chất lượng mặt đường xấu Trên ô tô đại thường sử dụng hệ thống treo có phần tử đàn hồi thay đổi độ cứng (sử dụng phần tử đàn hồi khí nén), nhiên việc kiểm sốt khơng tốt độ cứng gây dao động lắc lớn, làm ổn định thân xe, có nguy gây lật xe Đặc biệt ô tô chở khách giường nằm hai tầng, xe có chiều cao trọng tâm lớn sử dụng hệ thống treo khí nén chạy đường đèo CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM DỊU VÀ MƠ HÌNH ¼ Ô TÔ 2.1 Cơ sở đánh giá dộ êm dịu ô tô Theo tiêu chuẩn ISO: 2631-1-1997 [1] đánh giá ảnh hưởng rung động lên thoải mái cảm nhận, phản ứng người với mức rung động, phương pháp đánh giá dựa giá trị trung bình bình phương (Root Mean Square R.M.S) gia tốc cho công thức: 267 a_w=[1/T ∫_0^T▒〖a_w^2 (t)dt〗]^(1/2) Trong đó: aw (t): Gia tốc rung động chuyển động tịnh tiến chuyển động quay, hàm số theo thời gian, tính mét giây bình phương (m/s2) hay radian giây bình phương (rad/s2) T: Khoảng thời gian đo, tính giây (s) Bảng Phản ứng với mức rung động khác hành khách dựa giá trị trung bình bình phương gia tốc[1] Nhỏ 0,315 m/s2 Khơng có cảm giác khơng thoải mái Từ 0,315 đến 0,63 m/s2 Có cảm giác chút khơng thoải mái Từ 0,5 đến m/s2 Có cảm giác rõ rệt không thoải mái Từ 0,8 đến 1,6 m/s2 Không thoải mái Từ 1,25 đến 2,5 m/s2 Rất không thoải mái Lớn m / s2 Cực kỳ khơng thoải mái 2.2 Mơ hình ¼ ô tô Mô hình 1/4 bao gồm hai khối lượng treo ms (thay cho khối lượng thân xe) không treo mu (thay cho khối lượng bánh xe, cầu xe thành phần liên kết) Phần treo không treo liên kết với thông qua phần tử đàn hồi giảm chấn hệ thống treo, có độ cứng k, hệ số cản giảm chấn c Hình Mơ hình Quarter Car với bậc tự (hệ thống treo khí nén)[2] Với chuyển vị tương đối z=z_1-z_2, mơ hình Quarter Car mơ tả hệ phương trình vi phân [2]: m_s (z_1 ) ̈=-c_s z ̇-k_s z 268 m_u (z_2 ) ̈=c_s z + ̇ k_s z-k_t (z_2-z_R ) CÁC THƠNG SỐ CHO BÀI TỐN MƠ PHỎNG 3.1 Thông số kỹ thuật ô tô độ cứng bầu khí nén Đối tượng nghiên cứu Hệ thống treo xe khách giường nằm tầng SAMCO PRIMAS SAMCO sản xuất sát – xi Hyundai New Express HSX Bảng Thơng số bầu khí nén Chiều cao (m) Độ cứng (N) 0,1905 Chiều cao (m) Độ cứng (N) 0,2794 91416,21 0,2032 334492,25 0,2921 103675,09 0,2159 308923,74 0,3048 118735,99 0,2286 244126,81 0,3429 133446,65 0,2413 178629,37 0,3556 125040,56 0,254 0,381 143954,26 0,2667 97720,77 103324,83 0,3937 88263,92 0,4064 80908,60 Bầu khí nén phận đàn hồi có độ êm dịu cao, đặc tính đàn hồi bầu khí nén có dạng phi tuyến Hệ số đàn hồi thay đổi theo tải trọng tác dụng lên bầu khí nén Xử lý số liệu thực nghiệm, nội suy đa thức cho ta kết mối quan hệ độ cứng bầu khí nén biến thiên phi tuyến so với chuyển vị Hình Giá trị độ cứng thực nghiệm bầu khí nén 269 Độ cứng bầu khí nén khơng thay đổi khoảng chuyển vị từ -0,05 m đến 0,05 m bầu khí nén Giá trị độ cứng bầu khí nén thay đổi nhanh khoảng chuyển vị từ -0,05 m đến -0,1 m từ 0,05 m đến 0,1 m 3.2 Thông số biên dạng mặt đường Đề tài nghiên cứu giới hạn việc nghiên cứu tín hiệu kích thích từ mặt đường có dạng mấp mô ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608 [3] Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608 có phương pháp để đánh giá chất lượng loại đường dựa phổ công suất (Power spectral density - PSD) Theo tiêu chuẩn ISO 8608, mặt đường có mấp mô ngẫu nhiên phân chia thành loại khác ký hiệu từ A đến E Nội dung đề tài xét đến độ êm dịu ô tô xe di chuyển qua loại đường tốt (class A), trung bình ( class C) xấu ( class D) vận tốc 60 km/h KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 4.1 Mô biên dạng mặt đường Biên dạng mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608 mặt đường cấp A, C, D, mô phần mềm Matlab khoảng thời gian giây vận tốc 60 km/h, kết thu sau: Hình Biên dạng mặt đường ngẫu nhiên cấp A C 270 Các hình 3, thể biên dạng mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608 cấp mặt đường A, C, D Độ mấp mô mặt đường tăng dần lớn cấp mặt đường D (xấu) 4.2 Mô dao động khối lượng treo Mô khối lượng treo xe sử dụng hệ thống treo dạng khí nén phi tuyến xe di chuyển qua mặt đường cấp A, C, D vận tốc 60 km/h đồ thị Dùng kích thích ngẫu nhiên để đánh giá tính êm dịu chuyển động theo tiêu chuẩn ISO 2631, kết mô bao gồm thông số đầu như: chuyển vị gia tốc theo phương thẳng đứng khối lượng treo 4.2.1 Chuyển vị tuyệt đối Hình Chuyển vị tuyệt đối trung bình chuyển vị tuyệt đối khối lượng treo xe di chuyển qua mặt đường Khi xe di chuyển qua cấp đường, chuyển vị tuyệt đối khối lượng treo tăng theo độ xấu mặt đường Cặp giá trị cực tiểu cực đại chuyển vị tuyệt đối mặt đường cấp A cấp D ( -0,0098; 0,0080) m (-0,0288; 0,040) m 4.2.2 Chuyển vị tương đối Chuyển vị tương đối khối lượng treo xe sử dụng hệ thống treo dạng khí nén phi tuyến xe di chuyển qua cấp đường A, C, D vận tốc 60 km/h mặt đường ngẫu nhiên Theo đó, xe di chuyển 271 qua cấp đường, chuyển vị tương đối khối lượng treo tăng theo độ xấu mặt đường Cặp giá trị cực tiểu cực đại chuyển vị tương đối mặt đường cấp A cấp D ( -0,0118; 0,0111) m (-0,0537; 0,0602) m Trung bình chuyển vị tương đối khối lượng treo xe di chuyển qua mặt đường xe sử dụng hệ thống treo dạng khí nén tăng dần qua cấp mặt đường Đối với mặt đường cấp D, trung bình chuyển vị tương đối khối lượng treo lớn xấp xỉ lần mặt đường cấp A 4.2.3 Gia tốc khối lượng treo Thu thập số liệu vẽ đồ thị cho ta đồ thị gia tốc dịch chuyển theo phương thẳng đứng khối lượng treo hệ thống treo khí nén, giá trị trung bình bình phương gia tốc Cặp giá trị cực tiểu cực đại gia tốc khối lượng treo xe di chuyển qua mặt đường cấp A cấp D (-1,0041; 0,8864) m/s2 (-6,1188; 5,3719) m/s2 Các giá trị trung bình bình phương gia tốc khối lượng treo xe di chuyển qua cấp đường A, C, D ( 0,3530; 0,9703, 1,8984) m/s2 Giá trị trung bình bình phương gia tốc khối lượng treo xe di chuyển qua cấp đường D lớn lần so với cấp đường A Giá trị trung bình bình phương gia tốc trường hợp thông số quan trọng sử dụng để so sánh chuẩn đánh giá độ êm dịu xe thiết kế với hệ thống treo có thơng số sử dụng để tính tốn Theo Tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu hệ thống treo theo giá trị trung bình bình phương gia tốc độ êm dịu nhỏ 0,315 m/s2 người ngồi xe khơng có cảm giác khơng thoải mái, Như xe chạy đường tốt tốt yêu cầu đặt cho hệ thống treo chủ động phải đảm bảo gia tốc phải nhỏ 0,315 m/s2 cần lưu ý xe vào mặt đường xấu mấp mô liên tục biên độ mấp mơ lớn ví dụ mặt đường xấu cấp E với độ gồ ghề Gq(n0) = 1024.10-6 (m3) chạy với vận tốc 100 272 km/h khơng thể mà xe đạt giá trị 0,315 m/s2 lúc nhiệm vụ hệ thống treo khí nén phi tuyến đặt giảm dao động nhiều Gia tốc theo phương thẳng đứng khối lượng treo hệ thống treo khí nén đạt yêu cầu mặt êm dịu xe di chuyển mặt đường cấp A với vận tốc 60 km/h, xe di chuyển với vận tốc mặt đường cấp C D theo tiêu chuẩn ISO 8608, gia tốc khối lượng treo không đáp ứng yêu cầu độ êm dịu chuyển động ô tô KẾT LUẬN Như dựa vào tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu hệ thống treo theo giá trị trung bình bình phương gia tốc với kết mơ phỏng, với kích thích mặt đường ngẫu nhiên cho thấy hệ thống treo hoạt động điều kiện mơ cho trước sử dụng hệ thống treo khí nén, với vận tốc chuyển động xe 60 km/h tiêu giá trị trung bình bình phương gia tốc đáp ứng yêu cầu đảm bảo thoải mái cho người lái hành khách xe di chuyển mặt đường cấp A Tuy nhiên đề tài tồn vấn đề mà đề tài khiến nghị đề tài sau thực để hoàn thiện việc nghiên cứu hệ thống treo chủ động: cần mô dao động hệ thống khí nén phi tuyến mơ hình ½ xe mơ hình tồn xe, tiến hành thực nghiệm dao động khối lượng treo hệ thống treo sử dụng khí nén phi tuyến mơ hình ¼ xe TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] ISO 2631-1:1997, TCVN 6964-1:2001 “Tiêu Chuẩn Việt Nam, Rung động Và Chấn Động Cơ Học” [2] Võ Văn Hường tác giả Động lực học ô tô Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2014 [3] ISO 8608 (1995) “Mechanical vibration, road surface profiles, Reporting of Measured Data” [4] Đào Mạnh Hùng Xác định lực động bánh xe mặt đường ô tô tải điều kiện sử dụng VN Luận án TS kỹ thuật, ĐHGTVT, Hà Nội, 2006 [5] Đặng Việt Hà Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số tới độ êm dịu chuyển động ô tô khách đóng Việt Nam Luận án TS, ĐHGTVT, Hà Nội, 2010 [6] Lưu Văn Tuấn Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình sở để tính biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động Luận án TS, ĐH BKHN, Hà Nội, 1993 [7] Massimo SORLI and Giuseppe QUAGLIA Analysis of vehicular air suspensions Department of Mechanics-Technical University Politecnico di Torino, Corso Duca degli Abruzzi, 24-10129 Torino-Italy, 1999 273 [8] Nicolas Docquier Multiphysics Modelling of Multibody Systems: Application to Railway Pneumatic Suspensions Universite catholique de Louvain, 2010 [9] William Daniel Robinson A pneumatic semi-active control methodology for vibration control of air spring based suspension systems, PhD thesis, Iowa State University, Ames, Iowa, USA, 2012 274 ... 88263,92 0,4064 80908,60 Bầu khí nén phận đàn hồi có độ êm dịu cao, đặc tính đàn hồi bầu khí nén có dạng phi tuyến Hệ số đàn hồi thay đổi theo tải trọng tác dụng lên bầu khí nén Xử lý số liệu thực... cứng bầu khí nén biến thiên phi tuyến so với chuyển vị Hình Giá trị độ cứng thực nghiệm bầu khí nén 269 Độ cứng bầu khí nén không thay đổi khoảng chuyển vị từ -0,05 m đến 0,05 m bầu khí nén Giá... việc nghiên cứu hệ thống treo chủ động: cần mơ dao động hệ thống khí nén phi tuyến mơ hình ½ xe mơ hình tồn xe, tiến hành thực nghiệm dao động khối lượng treo hệ thống treo sử dụng khí nén phi tuyến