Mô phỏng và phân tích hiệu quả hệ thống treo thủy khí của ô tô tải hạng nặng đến khả năng thân thiện mặt đường

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VŨ TRƯỜNG SƠN MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO THỦY KHÍ CỦA Ơ TƠ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN KHẢ NĂNG THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Thái Nguyên - Năm 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP VŨ TRƯỜNG SƠN MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO THỦY KHÍ CỦA Ơ TƠ TẢI HẠNG NẶNG ĐẾN KHẢ NĂNG THÂN THIỆN MẶT ĐƯỜNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 80520116 KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC PGS.TS Lê Văn Quỳnh TS Dương Thế Hùng PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên - Năm 2018 i LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Vũ Trường Sơn Học viên: Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệpĐại học Thái Nguyên Nơi công tác: Công ty cổ phần đăng kiểm xe giới giao thông Lào Cai - 2401D Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Mô phân tích hiệu hệ thống treo thủy khí ô tô tải hạng nặng đến khả thân thiện mặt đường Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số: 80520116 Sau gần hai năm học tập, rèn luyện nghiên cứu trường, tác giả lựa chọn thực đề tài luận văn tốt nghiệp: Mô phân tích hiệu hệ thống treo thủy khí tơ tải hạng nặng đến khả thân thiện mặt đường Được giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Dương Thế Hùng, nổ lực thân, đề tài hoàn thành đáp nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật khí động lực Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết có luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác trừ cơng bố tác giả Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, trích dẫn rõ ràng Thái Nguyên, ngày… tháng… năm 2018 Tác giả luận văn Vũ Trường Sơn ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận quý thầy cô Nhà trường, quan tâm giúp đỡ tận tình tập thể giảng viên Nhà trường, khoa Kỹ thuật Ơtơ & máy động lực trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình đồng nghiệp Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu Nhà trường, Tổ đào tạo Sau đại học - Phịng đào tạo, q thầy giáo tham gia giảng dạy tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để hoàn thành luận văn này, TS Dương Thế Hùng, PGS.TS Lê Văn Quỳnh, ThS Lê Xuân Long, ThS Bùi Văn Cường tập thể cán giáo viên khoa Kỹ thuật Ơ tơ & MĐL, hội đồng bảo vệ đề cương hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo kế hoạch nội dung đề Trong trình, thời gian thực có nhiều cố gắng song kiến thức kinh nghiệm chun mơn cịn hạn chế nên chắn luận văn cịn nhiều thiếu sót, mong đóng góp q báu q thầy bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn ! HỌC VIÊN Vũ Trường Sơn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vi DANH MỤC CÁC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1.Tổng quan hệ thống treo ô tô tải 1.1.1 Nhiệm vụ, số phận bản, phân loại hệ thống treo 1.1 Giới thiệu số kết cấu hệ thống treo xe tải 1.2 Tình hình nghiên cứu nước nước 18 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 18 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 19 1.3 Các tiêu đánh giá khả thân thiện mặt đường quốc lộ 21 1.3.1 Chỉ số đánh giá tải trọng động bánh xe 21 1.3.2 Chỉ tiêu tải trọng theo tiêu chuẩn Đức 22 1.4.Mục tiêu, phạm vi nội dung nghiên cứu luận văn 23 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 23 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu đối đượng nghiên cứu 24 1.5 Kết luận chương 24 CHƯƠNG 25 XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG XE TẢI HẠNG NẶNG CẦU 25 2.1 Mơ hình tốn hệ thống treo thủy khí 25 2.2 Mơ hình tốn hệ thống treo cao su 27 2.3 Xây dựng mơ hình dao động tồn xe tải 28 2.3.1 Các giả thiết mơ hình dao động tương đương 28 2.3.2 Mơ hình dao động tồn xe tải hạng nặng 30 2.3.3 Thiết lập phương trình vi phân mơ tả dao động 30 2.3.4 Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên 38 iv 2.4 Kết luận: 41 CHƯƠNG 42 MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ HỆ THỐNG TREO THỦY KHÍ 42 3.1 Mô 42 3.1.1 Mô dao động ô tô 42 3.1.2 Chọn thông số xe mô 43 3.1.3 Mô 45 3.2 Đánh giá hiệu hệ thống treo thủy khí 48 3.2.1 Đánh giá hiệu hệ thống treo khí khí chuyển mặt đường khác 48 3.2.2 Đánh giá hiệu hệ thống treo thủy khí với vận tốc chuyển động thay đổi 49 3.2.3 Đánh giá hiệu hệ thống treo thủy khí với tải trọng thay đổi thay đổi 50 3.3 Kết luận 51 KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHU LỤC 58 PHU LỤC 60 PHỤ LỤC 61 PHỤC LỤC 69 v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[17] 40 Bảng 3.1 Thơng số hệ thống treo thủy khí[37] 43 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hệ thống treo với phần tử khí Hình 1.2 Hệ thống treo thủy khí Hình 1.3 Hệ thống treo thủy khí trang bị van điều áp Hình 1.4.a.b Van điều chỉnh độ cao Hình 1.4.c.d Van điều chỉnh độ cao 10 Hình 1.5 Cụm thủy khí tự động điều chỉnh 12 Hình 1.6 Tự động điều chỉnh chiều cao 13 Hình 1.7 Kết cấu mõ nhíp 14 Hình 1.8 Một số kết cấu đầu bắt nhíp quang nhíp 15 Hình 1.9 Nhíp có độ cứng thay đổi 16 Hình 1.10 Hình dáng bề ngồi xe tải AD250 Trung Quốc 17 Hình 1.11 Hệ thống treo cao su 17 Hình 2.1 Mơ hình dao động hệ thống treo thủy khí 25 Hình 2.2 Mơ hình dao động hệ thống treo cao su 27 Hình 2.3 Mơ hình dao động tơ tải hạng nặng cầu 30 Hình 2.4 Sơ đồ lực mô men tác dụng lên cabin 32 Hình 2.5 Sơ đồ lực mô men tác dụng lên thân xe 34 Hình 2.6 Sơ đồ lực mô men tác dụng lên cầu 35 Hình 2.7 Sơ đồ lực mô men tác dụng lên cầu 36 Hình 2.8 Sơ đồ lực mơ men tác dụng lên cầu 37 Hình 2.9 Chiều cao mấp mơ mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường có chất lượng tốt) 40 Hình 2.10 Chiều cao mấp mơ mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường có chất lượng trung bình) 41 Hình 2.11 Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường có chất lượng xấu) 41 Hình 3.1 Sơ đồ mô tổng thể dao động Matlab-Simulink 7.04 43 Hình 3.2 So sánh lực động bánh xe bên trái cầu thứ với hệ thống treo xe chuyển động mặt đường ISO cấp B với vận tốc v=40 km/h 46 vii Hình 3.3 So sánh lực động bánh xe bên trái cầu thứ với hệ thống treo xe chuyển động mặt đường ISO cấp C với vận tốc v=40 km/h 46 Hình 3.4 So sánh lực động bánh xe bên trái cầu thứ với hệ thống treo xe chuyển động mặt đường ISO cấp D với vận tốc v=40 km/h 47 Hình 3.5 So sánh lực động bánh xe bên trái cầu thứ với hệ thống treo xe chuyển động mặt đường ISO cấp E với vận tốc v=40 km/h 47 Hình 3.6 So sánh hiệu hệ thống treo thủy khí cao su xe chuyển động mặt đường khác 48 Hình 3.7 So sánh hiệu hệ thống treo thủy khí cao su xe chuyển động mặt đường quốc lộ ISO cấp C ISO cấp E với vận tốc chuyển động khác 49 Hình 3.8 So sánh hiệu hệ thống treo thủy khí hệ thống treo cao su xe chuyển động với vận tốc v=40km/h 60km/h mặt đường quốc lộ ISO cấp C với tải trọng khác 50 viii DANH MỤC CÁC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị V0 m3 pb MPa ds m Đường kính piston d m Đường kính lỗ tiết lưu pa bar Áp suất khí Thơng số Thể tích bình khí Áp suất ban đầu bình khí Hằng số đoạn nhiệt k m1 kg Khối lượng không treo cầu m3 kg Khối lượng không treo cầu m5 kg Khối lượng không treo cầu m7 kg Khối lượng thân xe m13 kg Khối lượng cabin lct m Khoảng cách tâm hai bánh xe tâm xe l10 m lc1 m l06 m l04 m l42 m lr1 m Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động cabin theo phương x Khoảng cách tâm cabin đến đệm cách dao động cabin theo phương y Khoảng cách từ đệm cách dao động sau cabin đến trọng tâm thân xe Khoảng cách từ tâm gối đỡ cầu 2, đến trọng tâm thân xe Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3 theo phương x Khoảng cách từ cầu 2,3 đến tâm gối đỡ cầu 2,3 theo phương y 55 12.Võ Văn Hường(2004), Nghiên cứu hồn thiện mơ hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội 13 Lê Văn Quỳnh (2006), Nghiên cứu dao động ghế ngồi xe khách sản xuất Việt Nam, Luận án thạc sĩ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội 14 Lê Văn Quỳnh, Nguyễn Khắc Tuân, Nguyễn Văn Liêm (2012) Research on the influence of heavy truck vibration on highway road surface, Hội nghị học toàn quốc năm, Hà Nội 15 Le Van Quynh, Jianrun Zhang, Xiaobo Liu and Wang yuan (2011), Nonlinear dynamics model and analysis of interaction between vehicle and road surfaces for 5-axle heavy truck, Journal of Southeast University (Natural Science Edition), Vol 27(4):452-457 16 Lê Văn Quỳnh, Zhang Jianrun, Wang Yuan, Sun Xiaojun, Nguyen Van Liem(2013) Influence of Heavy Truck Dynamic Parameters on Ride Comfort Using a 3D Dynamic Model, Journal of Southeast University (Natural Science Edition), Vol.43(4), pp 763-770 17 ISO 8068(1995) Mechanical vibration-Road surface profiles-reporting of measured data, International Organization for Standardization 18 Sun Lijun (2010), Structural Behavior Study for Asphalt Pavements, China Communications Press, Beijing, China 19 X M Shi and C S Cai (2009), Simulation of Dynamic Effects of Vehicles on Pavement Using a 3D Interaction Model, Journal of Transportation Engineering, 2009, Vol 135(10), pp 736-744 20 Lu Yongjie, Yang Shaopu, Li Shaohua, et al(2010) Numerical and experimental investigation on stochastic dynamic load of a heavy duty vehicle Applied Mathematical Modeling, Vol 34(1),pp.2698-2710 56 21 Yi K, Hedrick J K (1989) Active and semi-active heavy truck suspensions to reduce pavement damage SAE Technical, Vol 43(3), pp 397-384 22 Guglielmino E., Sireteanu T., Stammers C.W., Ghita G and Giudea M (2008) Semi-active Suspension Control Improved Vehicle ride and Road Friendliness, New York: Springer Publishing Company 23 Lu Sun (2002) Optimum design of “road-friendly” vehicle suspension systems subjected to rough pavement surfaces Applied Mathematical Modelling, Vol 26, pp 635–652 24 M.J Mahmoodabadi, A Adljooy Safaie, A Bagheri, N Nariman-zadeh (2013), A novel combination of particle swarm optimization and genetic algorithm for pareto optimal design of a five-degree of freedom vehicle vibration model, Applied Soft Computing, Vol 13(5), pp 2577-2591 25 M N Fox, R L Roebuck, and D Cebon “Modelling rollinglobe air springs”, International Journal of Heavy Vehicle Systems, 2007, 14(3), pp 254-270 26 Bohao Li (2006), 3-D dyanamic modeling and simulation of a multidegree of freedom 3-axle rigid, Matster thesis, University of Wollongong 27 Dodds C J, and Robson, J D(1973)The description of road surface roughness Journal of Sound and Vibration, 31(2), 175–183 28 ISO 2631-1 (1997) Mechanical vibration and shock-Evanluation of human exposure to whole-body vibration, Part I: General requirements, The International Organization for Standardization 29 Guglielmino E., Sireteanu T., Stammers C.W., Ghita G and Giudea M.(2008) Semi-active Suspension Control Improved Vehicle ride and Road Friendliness New York: Springer Publishing Company 57 30 Hohl GH Ride comfort of off-road vehicles[C] In: Proceedings of the 8th international conference of the ISTVS, vol.I of III, Cambridge, England, August 5-11; 1984 32 Mitschke M(1986)． Effect of road roughness on vehicle vibration． IFF Report， 33( 1) : 165-198． 33 GB7031(1986): Pavement roughness made input the vehicle vibration (in Chinese) 34 M B Darade,N.D Khaire (2016), Design and Modeling of Passive Hydro-pneumatic Suspension System for Car, IOSR Journal of Mechanical & Civil Engineering (IOSRJMCE), Vol.2016, p.6-11 35 Tian-hong Luo, Ting-qiong Cui, Wen-jun Luo, Xun-jia Zheng, Chao Lin, et al, A Improved Hydro-Pneumatic Suspension: Mathematical Modeling and Simulation, International Journal of research In Mechanical engineering & technology, 2015, Vol.5(1), p.37-42 36 D Emami, S A Mostafavi, P Asadollahzadeh (2011, Modeling and simulation of active hydro-pneumatic suspension system through bond graph MECHANIKA Vol 17(3): 312-319 37 J.A Razenberg(2009), Modelling of the hydro-pneumatic suspension system of a rally truck, Master Thesis: Eindhoven University of Technology 38 Sun beibei công (2008), Parametric Optimization of Rubber Spring of Construction Vehicle Suspension, Global Design to Gain a Competitive Edge, pp 571-580 39 Xu Jinghua (2009), Vehicle and terrain interaction based on AdamsMatlab co-simulation, Journal of Southeast University (Natural Science Edition), Vol.25(3), pp 335-339 58 PHU LỤC CHƯƠNG TRÌNH MIÊU TẢ MẤP MƠ MẶT ĐƯỜNG QUỐC LỘ THEO TIÊU CHUẨN ISO 8068 fl=0.4 ; fh=30; fn=200; n0=0.1; Gqn0=256e-6; w=2; roadtime=50; timestep=0.01; eventime=0; v=72/3.6; f=linspace(fl,fh,fn); Gqn=(Gqn0*n0^2*v)./(f.^2); Gqn=Gqn0*(n0./f).^w*v; phi=rand(fn-1,1)*2*pi; for j=1:(fn-1) phi(j)=rand*2*pi end roadpoint=roadtime/timestep+1; zg(1:roadpoint)=0 a=0 for i=1:roadpoint for j=1:fn-1 a=sqrt(2*Gqn(j))*(f(j+1)-f(j))*sin(2*pi*f(j)*i*timestep+phi(j)); zg(i)=zg(i)+a; end 59 end zg(1:eventime/timestep)=0; time=0:timestep:roadtime; plot(time,zg) 60 PHU LỤC CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN TẢI TRỌNG ĐỘNG BÌNH PHƯƠNG TRUNG BÌNH FT, RMS VÀ HỆ SỐ DLC A=simout91(:,2); [n,m]=size(A); total=0; for i=1:n total=A(i)^2+total; end a0=total/n; F=sqrt(a0); DLC=F*2/87.0441 %lUC DONG BANH XE; 61 PHỤ LỤC KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB Khối lực lốp xe cầu Khối lực lốp xe cầu thứ 62 Khối lực lốp xe cầu thứ Khối mô chuyển vị cầu 1: 63 Khối mô chuyển vị cầu thứ 2: Khối mô chuyển vị cầu thứ 3: 64 Khối lực hệ thống treo cầu 1: Khối lực hệ thống treo cầu thứ 2: 65 Khối mô phần tử treo thủy khí cầu Khối mơ phần tử treo thủy khí cầu 66 Khối lực hệ thống treo cầu thứ 3: Khối mô phần tử treo thủy khí cầu 67 Khối mơ chuyển vị thân xe 68 Khối mô lực liên kết thân xe cabin: Khối mô chuyển vị cabin: 69 PHỤC LỤC BÀI BÁO QUỐC GIA Bùi Văn Cường, Lê Xuân Long, Vũ Trường Sơn, Dương Đức Minh, Trần Hồng Hà, Nghiên cứu ảnh hưởng thông số hệ thống treo cabin đến độ êm dịu người lái, Hội thảo quốc gia Ứng dụng công nghệ cao vào thực tiễn, Hà Nội, tháng 08 năm 2018