Đề tài ứng dụng matlab simulink khảo sát mô hình hệ thống treo 14 trên ô tô

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ TÊN ĐỀ TÀI : ỨNG DỤNG MATLAB_SIMULINK KHẢO SÁT MƠ HÌNH HỆ THỐNG TREO 1/4 TRÊN Ô TÔ GVHD : ThS Nguyễn Trung Kiên Sinh viên : Bùi Tuấn Nghĩa Mã số sinh viên : 2019603376 Hà Nội 2023 PHIẾU GIAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT Ơ TƠ I Thơng tin chung Tên lớp học phần: Đồ án tốt nghiệp Khóa: 14 Họ tên sinh viên: Bùi Tuấn Nghĩa Mã sinh viên: 2019603376 II Nội dung học tập Tên đề tài: Ứng dụng Matlab_Simulink khảo sát mơ hình hệ thống treo 1/4 xe ô tô Hoạt động sinh viên Hoạt động 1: Nghiên cứu tổng quan Hệ thống treo + Tổng quan hệ thống + Cấu tạo, nguyên lý điều khiển hệ thống Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Hiểu tổng quan Hệ thống treo ô tô Hoạt động 2: Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý Hệ thống treo Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Phân tích kết cấu hệ thống Hoạt động 3: Thiết kế kết cấu hệ thống phần mềm kỹ thuật Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Áp dụng phần mềm chuyên dụng để giải vấn đề kỹ thuật Hoạt động 4: Phân tích giải thích sơ đồ mạch mơ mạch điện ô tô Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Giải thích sơ đồ mạch điện Hoạt động 5: Báo cáo kết thực đồ án thông qua báo cáo đồ án thuyết trình đồ án Hoạt động 6: Yêu cầu sinh viên viết tài liệu hướng dẫn cho người đọc chữ viết đồ họa sử dụng sản phẩm đồ án (bản vẽ, thuyết minh, mơ hình nghiên cứu) Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Khả giao tiếp văn viết đồ họa môi trường kỹ thuật Khả giao tiếp văn viết đồ họa môi trường phi kỹ thuật Khả giao tiếp lời nói Xác định sử dụng tài liệu kỹ thuật phù hợp Sản phẩm cần đạt - Báo cáo đồ án nội dung bao gồm: Thuyết minh đề tài, hướng dẫn sử dụng thuyết minh, vẽ thiết kế/mơ hình mơ phỏng, slide báo cáo III Nhiệm vụ học tập - Hoàn thành toàn nội dung giao theo thời gian quy định - Nộp toàn sản phẩm cần đạt trước bảo vệ (File.pdf) IV Cách thức đánh giá Giáo viên hướng dẫn đánh giá : PI 3.1- khả giao tiếp văn đồ hoạ môi trường kỹ thuật (Sử dụng Rubric 3.1) PI 3.2- khả giao tiếp văn đồ hoạ môi trường phi kỹ thuật (Sử dụng Rubric 3.2) Hội đồng chấm đồ án chuyên ngành đánh giá PI 3.3 khả thuyết trình sinh viên bảo vệ đồ án (Sử dụng Rubric 3.3) IV Thời gian thực Từ 12/09/2022 đến 24/12/2022 TRƯỞNG KHOA TS Nguyễn Anh Ngọc Kiên GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Nguyễn Trung MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG .6 DANH MỤC HÌNH ẢNH .7 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN Ơ TƠ 10 1.1 Cơng dụng yêu cầu hệ thống treo 10 1.1.1 Công dụng 10 1.1.2 Yêu cầu .11 1.2 Phân loại hệ thống treo 11 1.2.1 Hệ thống treo phụ thuộc 12 1.2.2 Hệ thống treo độc lập .13 1.2.2.1 Dạng treo đòn ngang 14 1.2.2.2 Dạng treo Mc.Pherson 15 1.2.2.3 Hệ treo đòn dọc 17 1.2.2.4 Hệ treo đòn dọc có ngang liên kết 17 1.2.2.5 Hệ treo đòn chéo .18 1.3 Các phận hệ thống treo 20 1.3.1 Các phận hệ thống treo 20 1.3.1.1 Bộ phận đàn hồi 20 1.3.1.2 Bộ phận giảm chấn 25 1.3.1.3 Thanh ổn định đòn dẫn hướng .33 1.3.2 Các chi tiết phụ 34 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÔ PHỎNG 35 HỆ THỐNG TREO 35 2.1 Nội dung nghiên cứu .35 2.1.1 Nghiên cứu hệ dao động phần tử khối lượng 35 2.1.2 Nghiên cứu hệ dao động hai phần tử khối lượng 35 2.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 35 2.3 Các tiêu mơ hình nghiên cứu dao động tơ .36 2.3.1 Các tiêu đánh giá độ dao động 36 2.3.1.1 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động .37 2.3.1.2 Chỉ tiêu an toàn chuyển động tải trọng tác dụng xuống đường 39 2.4 Xây dựng công thức lý thuyết mô hệ thống treo 1/4 40 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT MƠ HÌNH HỆ THỐNG TREO 1/4 TRÊN PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK 43 3.1 Giới thiệu chương trình MATLAB: 43 3.2 Giới thiệu sơ lược SIMULINK 46 3.3 Mô mô hình hệ thống treo 1/4 47 3.3.1 Thông số đầu vào 47 3.3.2 Sơ đồ mô 48 3.3.3 Kết mô .48 CHƯƠNG 4: CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP, PHƯƠNG PHÁP BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG TREO 52 4.1 Các hư hỏng thường gặp 52 4.1.1 Hư hỏng phận dẫn hướng 52 4.1.2 Hư hỏng phận đàn hồi 52 4.1.3 Hư hỏng ổn định .53 4.1.4 Hư hỏng giảm chấn cách bảo dưỡng, sửa chữa 54 4.2 Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống treo 55 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO .58 PHỤ LỤC 59 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Thông số đầu vào 47 Bảng 3.2 Thông số xe Toyota Vios [7] 47 DANH MỤC HÌNH Ả Hình 1.1 Hệ thống treo ô tô .10 Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống treo 12 Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc dùng lò xo .12 Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc dùng lị xo .12 Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống treo địn ngang 14 Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo hệ thống treo Mc.pherson 15 Hình 1.7 Mối quan hệ động học hệ treo Mc.Pherson 16 Hình 1.8 Hệ treo hai đòn dọc 17 Hình 1.9 Sơ đồ ngun lý hệ treo địn dọc có ngang liên kết 18 Hình 1.10 Sơ đồ hệ địn chéo 19 Hình 1.11 Cơ cấu treo trước phận 20 Hình 1.12 Cơ cấu treo phụ thuộc dùng nhíp 21 Hình 1.13 Cấu tạo số dạng lò xo .23 Hình 1.14 Bộ phận đàn hồi loại khí 23 Hình 1.15 Hệ thống treo có phận đàn hồi loại túi khí cao su (airbag suspension) 24 Hình 1.16 Sơ đồ cấu tạo giảm chấn hai lớp vỏ 26 Hình 1.17 Sơ đồ cấu tạo giảm chấn lớp vỏ 27 Hình 1.18 Cấu tạo giảm chấn lớp vỏ .28 Hình 1.19 Cấu tạo giảm chấn lớp vỏ .28 Hình 1.20 Ống nhún vario 29 Hình 1.21 Loại ống với áp lực 30 Hình 22 Loại ống loại 30 Hình 1.23 Ống nhún khí-thủy lực .32 Hình 1.24 Thanh ổn định cấu treo 33 Hình 1.25 Các đòn liên kết dẫn hướng, kết cấu lắp giáp cụm treo độc lập 34 Hình 1.26 Các đệm cao su .34Y Hình 2.1 Mơ hình ¼ Hình 3.1 Khởi động Matlab từ môi trường WINDOWS 44 Hình 3.2 Giao diện biểu tượng Matlab 44 Hình 3.3 Giao diện cửa sổ lệnh Matlab khởi động xong 45 Hình 3.4 Giao diện cửa sổ đồ thị Matlab 45 Hình 3.5 Mơ hình simulink 48 Hình 3.6 Biên độ dao động khối lượng treo 49 Hình 3.7 Biên độ dao động khối lượng khơng treo 50 Hình 3.8 Vận tốc dao động khối lượng treo 50 Hình 3.9 Vận tốc dao động khối lượng khơng treo Hình 4.1 Các hư hỏng phận giảm chấn 54 Hình 4.2 Kểm tra giảm xóc 55 LỜI NÓI ĐẦU Ơ tơ phương tiện vận tải có vai trị quan trọng sử dụng nhiều nước ta Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, công nghiệp ô tô giới phát triển ngày cao, cho đời nhiều loại xe đại tiện nghi Hệ thống treo ô tô đa dạng có vai trị quan trọng, góp phần nâng cao độ êm dịu an toàn chuyển động tơ Bên cạnh q trình thiết kế, để đánh giá hệ thống treo việc đánh giá chất lượng dao động hệ thống treo góp phần khơng nhỏ q trình kiểm định thiết kế đánh giá phù hợp thông số bản, thông số kết cấu điều kiện chuyển động thực tế ô tô đường Áp dụng tất kiến thức học, em vân dụng thực đề tài: “Ứng dụng Matlab_Simulink khảo sát mơ hình hệ thống treo 1/4 xe tơ” Đề tài tập trung vào tìm hiểu hệ thống treo sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để nghiên cứu mô hệ dao động xe Thực tế cho thấy Matlab-Simulink phần mềm có khả ứng dụng cao việc giải tốn kỹ thuật cách lập trình, xử lý số đồ hoạ để mơ phỏng, phân tích hệ thống động học, giải toán vi phân phương trình bậc cao Em xin cảm ơn thầy thầy giáo : ThS Nguyễn Trung Kiên tồn thể thầy khoa tận tình dạy hướng dẫn để hoàn thành đồ án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN Ơ TƠ Hình 1.1 Hệ thống treo tô Hệ thống treo phận quan trọng xe ô tô, chúng định cảm giác lái xe êm hay xóc nảy, ổn định hay khơng ổn định Nói cách dễ hiểu phận đóng vai trị việc chuyển động tồn thân xe, đặc biệt xe di chuyển qua cung đường gồ ghề 1.1 Công dụng yêu cầu hệ thống treo 1.1.1 Công dụng Tạo điều kiện cho bánh xe thực chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng khung xe vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạn chế tới mức chấp nhận chuyển động khơng muốn có khác bánh xe lắc ngang, lắc dọc [1] Truyền lực bánh xe khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc lực bên Hình 3.9 Vận tốc dao động khối lượng không treo CHƯƠNG 4: CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP, PHƯƠNG PHÁP BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG TREO 4.1 Các hư hỏng thường gặp Hệ thống treo đóng vai trị vơ quan trọng việc đảm bảo êm dịu trình chuyển động ô tô Hệ thống treo nằm phần gầm xe, hay xảy hư hỏng [5] Vậy dạng hư hỏng hệ thống treo thường xảy là: 4.1.1 Hư hỏng phận dẫn hướng Trong sử dụng hư hỏng sai lệch kết cấu phận dẫn hướng hay gặp là: - Mòn khớp trụ, khớp cầu - Biến dạng khâu: đòn giằng, bệ đỡ, bệ xoay, dầm cầu, nhíp - Sai lệch thông số cấu trúc, chỗ điều chỉnh, vấu giảm va, vấu tăng cứng Các hư hỏng làm cho bánh xe quan hệ động học, động lực học đúng, gây nên mòn nhanh lốp xe, khả ổn định chuyển động, tính dẫn hướng xe… 4.1.2 Hư hỏng phận đàn hồi Bộ phận đàn hồi phận dễ hư hỏng điều kiện sử dụng như: – Giảm độ cứng: Hậu giảm chiều cao thân xe, tăng khả va đập cứng phanh hay tăng tốc, gây ồn, đồng thời dẫn tới tăng gia tốc dao động thân xe, làm xấu độ êm dịu xe nên đường xấu – Bó kẹt nhíp hết mỡ bôi trơn làm tăng độ cứng: Hậu việc bó cứng nhíp làm cho tơ chuyển động đường xấu bị rung lắc mạnh, êm dịu chuyển động, tăng lực động tác dụng lên thân xe, giảm khả bám dính, tuổi thọ giảm chấn cầu xe thấp – Gãy phận đàn hồi tải làm việc, hay mỏi vật liệu: Khi gẫy số nhíp trung gian dẫn tới giảm độ cứng nêu Khi bị gãy nhíp nhíp vai trị phận dẫn hướng Nếu lò xo xoắn ốc hay xoắn bị gãy dẫn tới tác dụng phận đàn hồi – Vỡ ụ tăng cứng hệ thống treo làm mềm phận đàn hồi: Tăng tài trọng tác dụng lên phận đàn hồi Vỡ ụ tỳ hạn chế hành trình làm tăng tải trọng tác dụng lên phận đàn hồi Cả hai trường hợp gây nên đập, tăng ồn hệ thống treo Các tiếng ồn hệ thống treo làm cho toàn thân xe hay vỏ xe phát tiếng ồn lớn, làm xấu môi trường hoạt động ôtô – Rơ lỏng liên kết quang nhíp, đai kẹp, giá độ lị xo,… : Gây nên tiếng ồn, xô lệch cầu ô tô khó điều khiển, gây nặng tay lái, tăng độ ồn xe hoạt động, dễ gây tai nạn giao thông 4.1.3 Hư hỏng ổn định Hư hỏng ổn định chủ yếu là: Nát gối tựa cao su, giảm độ cứng, hư hỏng đòn liên kết Hậu hư hỏng tương tự phận đàn hồi, xảy ô tô nghiêng hay xe chạy đường có dạng “sóng ghềnh” - Tiếng ồn, gõ tốc độ hay vùng tốc độ Rung động khu vực bánh xe hay thùng xe - Chiều cao thân xe bị giảm, thân xe bị xệ, vênh Giảm khả bám dính đường - Tăng mài mịn lốp, mài mịn lốp khơng - Khơng có khả ổn định hướng chuyển động, lái nặng - Quá nóng vỏ giảm chấn - Có dầu chảy vỏ giảm chấn 4.1.4 Hư hỏng giảm chấn cách bảo dưỡng, sửa chữa Hình 4.1 Các hư hỏng phận giảm chấn  Triệu chứng hư hỏng a) Bộ giảm xóc hoạt dộng có tiếng ồn Hiện tượng: Khi xe hoạt động có nghe thấy tiếng ồn khác thường cụm hệ thống treo, tốc độ lớn mặt đường gồ ghề tiếng ồn tăng Nguyên nhân: Bộ giảm xóc hết dầu, giảm xóc bị cong trục piston bị mịn hỏng bạc cao su hai đầu giảm xóc b) Xe ô tô vận hành không êm dịu Hiện tượng: Khi xe ô tô vận hành, khung vỏ ô tô ring không ổn định khkoong cân Nguyên nhân: Bộ giảm xóc mịn van, mịn piston xylanh, giảm xóc bị chảy, thiếu dầu hết khí  Kiểm tra giảm xóc - Quan sat tượng chảy dầu - Quan sát tượng mòn xước thân piston - Dùng tay kéo, đẩy cần piston giảm xóc để kiểm tra tình trạng kĩ thuật Hình 4.2 Kểm tra giảm xóc Khi kéo để giãn dài đẩy thu ngắn phải có cảm giác nặng chất lỏng khí chuyển động qua van từ buồng sang buồng khác xylanh Nếu kéo kéo lại thấy nhẹ có nghĩa giảm xóc hư hỏng 4.2 Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống treo Việc trì ổn định hệ thống treo xe bạn nhằm đảm bảo an toàn bạn vận hành xe đường - Kiểm tra kỹ lưỡng tất chi tiết khác hệ thống treo như: phuộc, rotuyn trụ, rotuyn cân bằng… Đây việc nên thực thường xuyên sau lần bạn thay nhớt định kỳ cho xe - Kiểm tra cao su giảm chấn như: cao su A, cao su cân bằng, cao su giảm chấn phuộc, bát bèo phuộc… - Kiểm tra nứt gãy chụp bụi phuộc, bong tróc cao su, rị rỉ dầu phuộc hay mát chi tiết hệ thống treo - Kiểm tra mảnh vụn hay rị rỉ dầu có cao su giảm chấn Sự rò rỉ dầu nên khắc phục sửa chữa - Kiểm tra rotuyn, vị trí liên kết với cân hay với rotuyn lái ngồi - Nếu có dầu mỡ bám xe bạn, mỡ bơm vào vị trí cần thiết đợt bảo dưỡng định kỳ - Kiểm tra rò rỉ dầu phuộc giảm chấn, rotuyn Nếu có chi tiết hệ thống treo có dầu bám, chúng nên thay nhanh chóng - Kiểm tra độ nảy phuộc lị xo giảm xóc Một hệ thống treo tốt, ổn định thường nẩy hai lần Nếu chúng nảy nhiều hai lần, bạn nên thực thay chi tiết cần thiết cao su hay phuộc… dấu hiệu cho thấy chúng bị mòn nhiều KẾT LUẬN Trong thời gian qua với nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn ThS Nguyễn Trung Kiên tập thể thầy mơn giúp em hồn thành đồ án Đồ án đạt kết sau: Nghiên cứu, tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động số hệ thống treo sử dụng rộng rãi thị trường Việt Nam, đặc biệt việc nghiên cứu, tìm hiểu nguyên lý hoạt động cấu tạo số loại hệ thống treo thông dụng ô tô Xây dựng công thức lý thuyết hệ thống treo ¼ Tìm hiểu phần mềm Matlab Simulink để từ xây dựng sơ đồ mô hệ thống treo 1/4 phần mềm Matlab – Simulink, tính tốn đưa thông số động lực học thân xe Sau trình tiến hành thực đề tài em cố gắng để thu kết yêu cầu nhiên trình độ thân thời gian có hạn nên việc thực đề tài cịn thiếu xót, kết nghiên cứu tính toán chưa thực sát với thực tế q trình đại hóa ngày Để hồn thiện chất lượng đề tài em mong nhận đóng góp đánh giá thầy toàn thể bạn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê ThịVàng, Lý thuyết ô tô máy kéo, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2005 [2] Bùi Hải Triều, Hàn Trung Dũng, Đặng Tiến Hòa, Nơng Văn Vìn, Ơ tơ – Máy kéo, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2001 [3] Nguyễn Hồng Hải, Nguyễn Việt Anh, Lập trình Matlab ứng dụng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2005 [4] Phạm Minh Hiếu, Tin học ứng dụng kỹ thuật ô tô, Nhà xuất Khoa học công nghệ Hà Nội, 2017 [5] Lê Văn Anh, Nguyễn Huy Chiến, Phạm Việt Thành, Kỹ thuật bảo dưỡng sửa chữa ô tô, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2015 [6] Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, Optimal design of passenger car suspension for ride and road holding,Rio de Janeiro Jan./Mar 2008 [7] Tài liệu hãng Toyota PHỤ LỤC HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRỢ LỰC TREO TRÊN Ô TÔ Bước 1: Khởi động chương trình Matlab Bước 2: Bạn nhấp vào biểu tượng Open công cụ Ở mục bạn tìm đến thư mục muốn mở Bước 3: Sau mở file bạn dùng công cụ phần play để vẽ sơ đồ chạy chương trình Bước 4: Sau chạy phần mềm ta có kết sau: Đây kết sơ đồ biên độ dao động khối lượng không treo Đây kết sơ đồ biên độ dao động khối lượng treo Đây kết sơ đồ vân tốc dao động khối lượng treo Đây kết sơ đồ biên độ dao động khối lượng khơng treo Ta thấy cấp đầu vào cho sơ đồ, đồ thị nhận cho thấy ban đầu hai khối lượng dao động với biên độ lớn ổn định dần, có tham gia giảm sóc thủy lực Ngồi phần thân vỏ sớm ổn định Như việc thiết lập mơ hình dao động mơ đồ thị cho phép khảo sát ảnh hưởng đơn yếu tố tham số hệ Đồng thời theo mục đích chuẩn đốn xây dựng thư viện đặc tính dao động mẫu loại xe cho thiết bị cụ thể hoàn tồn đánh giá ngược để tìm ngun nhân hư hỏng theo dấu hiệu chẩn đoán