MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2016 BẰNG PHẦN MỀM MATLABSIMULINK VÀ CARSIM

Bài nghiên cứu “Mô phỏng hệ thống treo bằng phần mềm matlabsimulink” phản ánh công việc mà chúng em đã thực hiện trong suốt thời gian học môn “Ứng dụng máy tính” tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM. Trước tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM đã đưa ra môn học này để chúng em có thể tiếp xúc, va chạm đến các kiến thức về điều khiển tự động ô tô, từ đó tích lũy kiến thức làm hành trang cho người kỹ sư ô tô trong tương lai.

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Ngành công nghiệp ôtô hiện nay ngày càng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của một đất nước Nó ra đời nhằm mục đích phục vụ nhu cầu vận chuyển hàng hóa và hành khách, phát triển kinh tế xã hội đất nước và nó còn là sản phẩm kết tinh của nhiều ngành công nghiệp khác nhau thể hiện trình độ khoa học kĩ thuật của đất nước đó Nền kinh tế và hệ thống giao thông của một quốc gia có mối liên quan mật thiết và hỗ trợ lẫn nhau Một hệ thống giao thông vận chuyển hàng hóa và con người hiệu quả - cả công cộng và cá nhân là một vấn đề quan trọng trong việc thúc đẩy nền kinh tế của một quốc gia Khi nền kinh tế phát triển thì nó làm tăng mật độ giao thông như nhu cầu vận chuyển hàng hóa và con người ngày càng nhiều.Từ lúc ra đời cho đến nay ôtô đã được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, quốc phòng an ninh, nông nghiệp, công nghiệp, du lịch

Sự phát triển của nền kinh tế dẫn đến yêu cầu và mục đích sử dụng ôtô cũng thay đổi, chiếc xe hiện nay không chỉ đơn thuần là một phương tiện chuyên chở mà nó phải đáp ứng các yêu cầu như tính năng an toàn, độ êm dịu thoải mái, tính tiện nghi, kinh tế và thân thiện với môi trường Do vậy đã có rất nhiều các tiến bộ khoa học kĩ thuật được áp dụng vào công nghệ chế tạo ôtô nhằm nâng cao độ tin cậy, an toàn, sự tiện nghi, giảm ô nhiễm môi trường Ở nước ta hiện nay, công nghệ xe hơi cũng không ngừng được cải tiến với sự trợ giúp về khoa học kỹ thuật của các nước tiên tiến Ngành công nghiệp ô tô cũng từng bước trở thành mũi nhọn của nền kinh tế, trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Mục tiêu của ngành công nghiệp ô tô nước ta trong những năm tới là nội địa từng phần và tiến tới nội địa toàn phần sản phẩm ô tô Không chỉ dừng lại ở đó, chúng ta đã bắt đầu quan tâm đến tính êm dịu chuyển động, tính an toàn chuyển động, hay nói cách khác là tính năng động lực học của ô tô, từ đó có những cải tiến hợp lý với điều kiện sử dụng của nước ta Để hoàn thành mục tiêu này, thì việc nghiên cứu và khai thác hệ thống treo của ô tô là một công việc hết sức quan trọng Hệ thống treo là một trong các hệ thống rất quan trọng trên ô tô, nó góp phần tạo nên độ êm dịu, ổn định và tính tiện nghi của xe, giúp người ngồi có cảm giác thoải mái dễ chịu.

Xuất phát từ những những phân tích trên, chúng em chọn đồ án với đề tài là: “Nghiên cứu và mô phỏng hệ thống treo trên xe Toyota Camry

2016 bằng phần mềm Matlap/Simulink”.

Mục tiêu nghiên cứu

 Nắm được cách sử dụng phần mềm Matlab/Simulink trong mô phỏng và thiết kế ô tô.

 Ứng dụng được phần mềm Carsim trong mô phỏng ô tô

 Hiểu rõ được cấu tạo và hoạt động của hệ thống treo

 Phân tích, xử lí được kết quả mô phỏng, từ đó đưa ra nhận định và đề xuất các phương án hoàn thiện.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Tìm hiểu Simulink toolbox trong Matlab

Mô phỏng dao động của phần tử khối lượng bằng Matlab Simulink

Chạy mô phỏng đưa ra kết quả và kết luận

Nghiên cứu các phương trình toán học.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống treo dùng trên xe Toyota Camry 2016.Trên cơ sở ứng dụng Matlab/Simulink mô phỏng dao động của phần tử của hệ thống treo để khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số đặc trưng về kết cấu như độ nhớt của dầu thông qua hệ số cản c, độ cứng của lò xo k đến biên độ dao động cực đại, gia tốc cực đại, thời gian ổn định của hệ thống treo trên xe Toyota Camry 2016 Ngoài ra cũng có thể khảo sát ảnh hưởng của điều kiện chuyển động thông qua việc thay đổi tần số và biên độ kích thích đầu vào Mặt khác đề tài cũng khảo sát mô hình dao động liên kết thông qua mô hình phẳng nhằm khảo sát ảnh hưởng của đường và phân bổ tải trọng của xe.

Phương pháp nghiên cứu

 Dựa trên kiến thức và giáo trình về môn Ứng dụng máy tính, hệ thống truyền lực và sau quá trình tiếp thu và học hỏi, tiếp thu kiến thức từ Thầy

(Cô), từ đời sống, tra cứu từ tài liệu, mạng internet, tổng hợp và phân tích thông tin từ đó xây dựng đồ án.

 Tra cứu và chọn lọc thông tin trên internet bằng tiếng Anh và tiếng Việt , từ đó đưa ra thông tin chính xác và cần thiết

 Tìm hiểu các chức năng của các phần mềm, cách sử dụng để mô phỏng.

 Sau đó từ những kiến thức đã tích lũy, tiến hành thực hiện mô phỏng.

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu dao động của ô tô liên quan đến việc tìm các quan hệ động học, động lực học của các khối lượng dao động (khối lượng cầu xe và thân xe phân bố trên các bánh xe) với các thông số đặc trưng của các phần tử hệ thống treo khi chịu kích thích từ mặt đường Như vậy bài toán phải đi xây dựng mô hình dao động của ô tô khi chịu kích thích chỉ cho hai bánh xe cùng bên.

Nội dung của mô hình thực chất là các phương trình vi phân dao động diễn tả mối quan hệ giữa các thông số đầu vào và các thông số đặc trưng của dao động Các hệ phương trình vi phân này và các điều kiện giới hạn được coi là mô hình toán của hệ thống Từ mô hình toán đi xây dựng mô hình bằng Matlab Simulink để thuận tiện cho việc mô phỏng động học và có những kết luận sau khi chạy mô phỏng.

Nội dung nghiên cứu

Khảo sát dao động của ô tô thông qua mô hình dao động liên kết (mô hình phẳng) nhằm tìm hiểu ảnh hưởng của kích thích của đường tới chuyển động của ô tô và sự phân bố khối lượng của xe khi phanh hoặc tăng tốc.

TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ

Tổng quan về hệ thống treo

Hình 2.1 Hệ thống treo và bố trí chung trên xe

2.1.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo

Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng chính sau đây:

- Đỡ thân xe lên trên cầu xe, cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng với vỏ xe hoặc khung xe Hạn chế những chuyển động không mong muốn khác của bánh xe như: chuyển động lắc ngang hay lắc dọc của bánh xe.

- Những bộ phận của hệ thống treo làm nhiệm vụ hấp thụ và dập tắt những dao động, va đạp từ mặt đường truyền lên đảm bảo tính êm dịu trong chuyển động của xe.

- Hệ thống treo còn có nhiệm vụ truyền lực và momen giữa bánh xe và khung xe: Bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng xe, phản lực từ mặt đường), lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh,lực đẩy), lực ngang (lực ly tâm, lực gió bên hoặc phản lực ngang,…),momen chủ động hoặc momen phanh

- Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động

“êm dịu”, hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn có khác của bánh xe như lắc ngang, lắc dọc.

- Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và lực bên.

Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực, quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầu chính sau đây:

- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe (xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau, hay đường đồi núi, xe du lịch hay chở hàng, chở vật liệu…).

- Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định.

- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe.

- Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ.

- Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường.

- Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn.

- Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ xe tốt.

- Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc độ cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng.

2.1.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo

Hình 2.2 Cơ cấu treo trước và các bộ phận chính

Là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, làm giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người (khoảng 60 – 80 lần/ph) Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng.

Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là: a Nhíp lá

Hình 2.3 Cơ cấu treo phụ thuộc dùng nhíp lá

Bó nhíp được làm từ các lá thép cong, gọi là lá nhíp, sắp xếp lại với nhau theo thứ tự từ ngắn đến dài Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác dụng lên nhíp tăng thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính.Trong hệ thống treo nó không chỉ có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động mà còn đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng và ma sát giữa các lá nhíp góp phần làm tắt dao động. Ưu nhược điểm Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản rẻ tiền, dễ chăm sóc bảo dưỡng nhưng lại có nhược điểm là khối lượng lớn, thùng xe ở trên cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽ lớn ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe chuyển động, mặt khác vết bánh sẽ thay đổi khi một bánh bị nâng lên làm phát sinh lực ngang và tính chất bám đường kém và dễ bị trượt ngang. b Thanh xoắn

Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để cản lại sự dao động Một đầu thanh xoắn được ngàm vào khung hay một dầm nào đó của xe, đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo Trên một số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động người ta dùng thanh xoắn thường được gây tải trước (có ứng suất dư) do đó nó chỉ thích hợp cho một chiều làm việc Trên các thanh xoắn ở hai phía đều phải đánh dấu để tránh nhầm lẫn khi lắp ráp

Hình 2.4 Cơ cấu treo phụ thuộc dùng thanh xoắn Ưu nhược điểm

Sử dụng thanh xoắn có các đặc điểm sau:

- Chiếm ít không gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe.

- Trọng lượng nhỏ, Đơn giản, gọn, giá thành rẻ và dễ chế tạo.

- Thanh xoắn không có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn để dập tắt nhanh dao động.

Trên xe con và xe minibus bộ phận đàn hồi là thanh xoắn được sử dụng phổ biến chỉ sau lò xo. c Lò xo

Bao gồm các dạng là lò xo xoắn ốc, lò xo côn và lò xo trụ Do lò xo trụ có đường kính vòng ngoài không đổi nên biến dạng của nó sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với lực tác dụng, còn đối với lò côn hay lò xo xoắn ốc thì khi tải nhẹ đầu lò xo sẽ bị nén lại và hấp thụ năng lượng va đập, còn phần giữa lò xo có độ cứng lớn hơn sẽ đủ cứng để chịu tải lớn.

Lò xo có các đặc điểm chính sau: Ưu điểm

- Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn.

- Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò xo trụ có khối lượng nhỏ hơn nhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp, kết cấu gọn nên tiết kiệm không gian và cho phép hạ thấp trọng tâm xe nhằm nâng cao tốc độ.

Hình 2.5 Cấu tạo một số dạng lò xo

- Khi làm việc ở giữa các vòng lò xo không có nội ma sát như nhíp nên thường phải bố trí thêm giảm chấn kèm theo để dập tắt nhanh dao động.

- Do lò xo chỉ làm nhiệm vụ đàn hồi, còn nhiệm vụ dẫn hướng và giảm chấn do các bộ phận khác đảm nhận nên với hệ thống treo dùng lò xo trụ thì có kết cấu phức tạp hơn do nó còn phải bố trí thêm hệ thống đòn dẫn hướng để dẫn hướng cho bánh xe và truyền lực kéo hay lực phanh. d Vấu cao su

Vấu cao su hấp thụ dao động nhờ sinh ra nội ma sát khi nó bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực Ưu điểm

- Vấu cao su có thể được làm ở mọi hình dạng tùy thuộc ví trí và chức dộ đàn hồi của nó.

- không cần phải bôi trơn

- Không thích hợp trong việc tải nặng

- Cần kiểm tra thay thế định kì

Hình 2.6 Vấu cao su e Đệm khí Đệm khí dựa trên nguyên tắc không khí có tính tuyến tính đàn hồi khi bị nén Ưu điểm

- Nó cực mềm khi xe không có tải, nhưng độ cứng có thể tăng khi tải trọng tăng lên bằng cách tăng áp suất không khí bên trong khoang khí.

Nó tạo ra độ êm dịu chuyển động tối ưu nhất kể cả khi xe đầy tải lẫn khi ít tải.

- Độ cao gầm xe cũng được giữu không đổi ngay cả khi tải thay đổi bằng cách điều chỉnh áp suất không khí.

- Những thiết bị để điều khiển áp suất khí và máy nén khí ,… là cần thiết khiến cho hệ thống trở nên phức tạp.

Hiện nay, trong hệ thống treo dùng đệm khí, người ta sử dụng hệ thống treo khí điều khiển bằng điện, kết hợp với kiểu đệm khí trên.

Hình 2.7 Bộ phận đàn hồi loại khí

Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích sau:

CƠ SỞ LÍ THUYẾT

Các chỉ tiêu và mô hình nghiên cứu dao động ô tô

3.1.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động

Khi ô tô chuyển động trên đường dao động xuất hiện trong toàn bộ hệ thống của xe dưới tác động kích thích của các mấp mô biên dạng đường Dao động của ô tô ảnh hưởng đến bản thân người lái và hành khách, hàng hoá chuyên chở trên xe, độ bền, tuổi thọ của các kết cấu ô tô Nghĩa là trong quá trình chuyển động ô tô luôn bị dao động, với thời gian kéo dài sẽ gây ra mệt mỏi với người lái và hành khách, làm giảm hiệu suất công việc, có thể gây ra nguy cơ mắc bệnh thần kinh và não dẫn đến mất phản ứng linh hoạt và điều khiển chính xác gây ra tai nạn giao thông.

Vì vậy khi nói đến dao động của ô tô theo quan điểm của chế độ sử dụng thì độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động của dao động có ảnh hưởng xấu tới con người, hàng hoá và các kết cấu của ô tô.

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì dao động của ô tô gây ra sự thay đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ làm giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc, ngang (Lực kéo, lực phanh, lực bám ngang), dẫn đến hiện tượng tách bánh khỏi đường gây mất an toàn khi xe chuyển động, phanh và quay vòng còn khi giá trị phản lực này tăng thì sẽ làm tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường và tác động ngược lại đối với các kết cấu của xe.

Từ các khái niệm trên để có thể đánh giá chất lượng xe một cách khách quan, chính xác cần phải nghiên cứu và phát triển lý thuyết dao động trong tất cả lĩnh vực liên quan.

Quá trình nghiên cứu dao động của ô tô là quá trình xác định các thông số của hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn và bộ phận dẫn hướng Có như vậy mới tạo ra một hệ dao động có chất lượng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao khả năng thiết kế, cải tiến công nghệ ô tô, nâng cao hiệu quả sử dụng, tăng tính tiện nghi và năng suất vận chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân.

Các tính chất dao động của ô tô thường đánh giá theo 2 quan điểm:

- Quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc dao động có tính chất quyết định vì nó tác dụng lên lái xe và hành khách.

- Quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền thì giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là thông số mang tính chất quyết định.

3.1.1.1 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển hàng đầu trên thế giới đã đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác nhau Dựa vào các công trình nghiên cứu của nước ngoài và các tài liệu của viện khoa học kĩ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đưa ra một số chỉ tiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau: a Chỉ tiêu về tần số:

Con người khi tham gia vào giao thông cũng là một hệ dao động, di chuyển là hoạt động thường xuyên của con người đã trở thành một thói quen Khi con người di chuyển tương đương với hệ thực hiện dao động, số lần bước trong một phút thường trong khoảng 60-85 bước, tương ứng với tần số dao động khoảng 1-1,5Hz Vậy nên từ thói quen đó con người chịu dao động hợp lý trong khoảng tần số vừa nêu trên Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô với các điều kiện mặt đường cũng như kết cấu cụ thể thì tần số dao động của ô tô phải nằm trong giới hạn 1-1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh giá dao động của ô tô như sau:

- Đối với xe du lịch : n = 60-85 (dđ/ph)

- Đối với xe vận tải : n = 85-120 (dđ/ph). b Chỉ tiêu về gia tốc dao động

Các thí nghiệm káo dài trong 8 giờ liền cho thấy nhạy cảm hơn cả đối với người là dải tần 4-8 Hz Trong dải tần số này các giá trị cho phép của toàn phương gia tốc như sau [1].

Gây ảnh hưởng tới sức khỏe: 0,63 (m/s 2 )

Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê Mặt khác, điều quan trọng hơn là dao động ô tô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu nhiên với dải tần số rộng và phức tạp cả theo hướng tác dụng. Ngoài ra theo một số tài liệu tham khảo các tác giả còn đưa ra một số chỉ tiêu khác đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô như chỉ tiêu tính êm dịu chuyển động dựa vào gia tốc dao động và thời gian tác động của nó

3.1.1.2 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường

Theo quan điểm về an toàn chuyển động (xét theo khía cạnh về tính điều khiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường cũng là thông số quan trọng để đánh giá Lực động F d (t ) xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ô tô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường.

Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị số lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của F d (t ) để đánh giá, nếu F d (t ) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động tới lốp xe và các bộ phận chi tiết của xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn Mặt khác để giảm sự ảnh hưởng của F d (t ) thì trong trường hợp giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa là làm giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến (nhất là khi phanh) và lực ngang (quan trọng khi quay vòng) Trong trường hợp đặc biệt bánh xe bị nảy khỏi mặt đường khi đó lực tác dụng từ đường lên bánh xe sẽ bằng 0 và ô tô sẽ mất tính điều khiển Để đánh giá tính chất dao động của ô tô theo quan điểm về an toàn chuyển động cần xác định tỉ số giữa lực tác động F d (t ) và tải trọng tĩnh của bánh xe là R t K : K = F d

Khảo sát dao động của ô tô người ta quan tâm đến sự bám của lốp với mặt đường, nhằm đảm bảo dao động của ô tô thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng bánh xe vẫn phải bám đường, nếu không đạt 2 chỉ tiêu đó sẽ dẫn đến làm mất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu

Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đường có thể xác định như sau:

K L : độ cứng của lốp. ξ : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng. q : chiều cao mấp mô biên dạng đường.

Có thể xác định giá trị ξ tdmax là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối của bánh xe với đường theo biểu thức: ξ td max =Max(ξ−q) Giá trị ξ tdmax cũng có thể làm cơ sở đánh giá khả năng bám của lốp với đường.

Hàm kích động

Chuyển động của ô tô trên mặt đường không bằng phẳng sẽ sinh ra các dao động của khối lượng phần không được treo và khối lượng phần được treo của ô tô Độ mấp mô của mặt đường là nguồn kích thích chính cho ô tô dao động Khi nghiên cứu mô hình dao động của ô tô cần thiết phải mô tả toán học biên dạng của mặt đường, vì chiều cao mấp mô của biên dạng đường tại vị trí tiếp xúc của bánh xe với đường sẽ tham gia vào phương trình vi phân mô tả chuyển động của hệ Hàm kích động là một yếu tố thuộc mô hình dao động, mô tả những yếu tố gây dao động, và thường được mô tả dưới dạng các hàm biên dạng sau:

- Kích thích dạng bậc với biên độ ho

- Hàm dao động ngẫu nhiên: h= f ( t )≈ ( m f , R f (τ ))

Vớimf: giá trị trung bình

Việc chọn loại kích động nào thì phụ thuộc cụ thể vào từng mục tiêu nghiên cứu Nếu nghiên cứu về ảnh hưởng của đường thì buộc phải dùng hàm kích động ngẫu nhiên Còn nếu tối ưu hệ treo thì dùng hàm sin và hàm xung là đủ Trong phạm vi đề tài này chỉ khảo sát dao động trên hệ thống treo xe Toyota Camry 2016 nên do đó chỉ dùng hàm sin và dạng kích thích bậc thang.

Ngoài mấp mô của đường là yếu tố gây dao động, còn có các yếu tố gây dao động khác mà ta có thể kể ra như sau: Gió nhất là gió ngang; Gió dọc; Góc quay vô lăng, đặc trưng qua gia tốc ngang với ngoại lực là lực quán tính li tâm khi vào cua

Như vậy có tất cả 4 yếu tố gây ảnh hưởng đến dao động ô tô mà trong khi nghiên cứu cũng phải đề cập, hoặc là riêng về từng yếu tố một, hoặc đồng thời một số yếu tố kết hợp Trong phạm vi đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu kích động từ mặt đường dạng bậc hoặc theo hình sin.

Mô hình dao động

3.3.1 Các giả thiết Để đơn giản hóa bài toán ở đây đưa ra một số giả thiết:

- Dao động của các bánh xe là độc lập với nhau, giả thiết này được dựa trên kết cấu treo độc lập từng bánh xe của các xe hiện đại.

- Biên độ dao động của nguồn kích thích nhỏ nên có thể bỏ qua sự ảnh hưởng của dao động góc của thân xe, nói cách khác là chỉ xét dao động thẳng đứng, phương dao động gây ra nhiều tác hại và khó chịu nhất.

- Tính chất đàn hồi và giảm chấn của các phần tử hệ thống treo như lò xo, giảm chấn thủy lực, lốp xe là tuyến tính.

- Trong mô hình dao động liên kết ô tô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và xem độ mấp mô của biên dạng đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau và có cùng nguồn kích thích, có một khoảng trễ thời gian.

Khi khảo sát dao động ô tô theo mục đích chẩn đoán kỹ thuật hệ thống treo thì những giả thiết trên là chấp nhận được.

3.3.2.1 Mô hình không gian toàn xe

Mô hình không gian xe hai cầu được đưa ra như trong hình 2.4 Xe con có khối lượng bé nhưng lại có yếu tố phi tuyến hình học và vật lý lớn nên không thể bỏ qua khi lập mô hình Đặc điểm kết cấu là vỏ chịu lực (unibody), hệ treo độc lập có yếu tố phi tuyến hình học cao Trong phạm vi đề tài này do hạn chế về mặt thời gian, kỹ thuật nên chỉ đưa ra mô hình mang tính tham khảo chứ chưa khảo sát được mô hình không gian này.

Hình 3.1 Mô hình không gian xe con

Chọn hệ trục tọa độ:

- Hệ trục tọa độ cố định: Gốc tọa độ trùng với hình chiếu của trọng tâm khối lượng được treo xuống nền đường, các trục tọa độ x dọc theo thân xe và trục z vuông góc với nền đường.

- Hệ tọa độ suy rộng: Hệ tọa độ có gốc tại trọng tâm của các khối lượng trong hệ.

3.3.2.2 Mụ hỡnh hệ thống treo ẵ của ụ tụ

Mô hình dao động liên kết (mô hình phẳng) được trình bày như sơ đồ hình 3.14 Ta có thể gặp mô hình này trong thực tế ở xe ô tô hai cầu dùng cơ cấu treo phụ thuộc Trong đó:

 m1,m2: khối lượng không được treo trước và sau

 m3: khối lượng thân xe ở một bên trục dọc (được treo)

 k11, k21: hệ số cứng của lốp trước và sau

 k12, k22: hệ số cứng của lò xo cụm treo trước và sau

 c12, c22: hệ số cản của giảm chấn thủy lực cụm treo trước và sau

 J: mô men quán tính khối lượng của thân xe với trục ngang y

 lf, lr là khoảng cách từ trọng tâm phần được treo tới cầu trước và sau

 g: gia tốc trọng trường lấy bằng 9,8 (m/s 2 ) z 3 q 1 m 1

Hình 3.2 Mô hình không gian xe con

Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô 2 cầu ở dạng mô hình phẳng, có nghĩa là ô tô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và xem độ mấp mô của biên dạng đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau Khối lượng treo được quy dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng m3 (đại diện cho khối lượng được treo là thân xe) và m1, m2

(đại diện cho khối lượng không được treo là cầu xe) với 4 bậc tự do là

Hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động

- Các lực tác dụng lên khối lượng m1 là trọng lượng P1, lực đàn hồi

Fk11, Fk12 lực cản của giảm chấn thủy lực Fc12

- Các lực tác dụng lên khối lượng m2 là trọng lượng P2, lực đàn hồi Fk21,

Fk22 lực cản của giảm chấn thủy lựcFc22

- Các lực tác dụng lên khối lượng m3 là trọng lượng P3, lực đàn hồi

Fk12, Fk22 lực cản của giảm chấn thủy lực Fc12, Fc22

- Phương trình cân bằng các lực tác dụng theo phương Z lên các khối lượng lần lượt là: m 3 z¨ 3 =k 12 (z 1 −z' 1 )+k 22 (z 2 −z' 2 )+c 12 ( ˙z 1 −˙z' 1 )+c 22 ( ˙z 2 − ˙z ' 2 )+m 3 g m 1 z ¨ 1 =k 11 ( q 1 −z 1 )+ k 12 ( z ' 1 −z 1 )+ c 12 ( ˙ z' 1 − ˙ z 1 )+m 1 g m 2 z ¨ 1 =k 21 (q 2 − z 2 )+k 22 ( z' 2 − z 2 )+ c 22 ( ˙ z' 2 −˙ z 2 )+m 2 g

- Phương trình cân bằng mômen tác dụng lên m3

- Ta có thể viết dưới dạng: m 3 z ¨ 3 +k 12 ( z' 1 − z 1 )+k 22 ( z' 2 − z 2 )+c 12 ( ˙ z' 1 − ˙ z 1 )+c 22 ( ˙ z ' 2 − ˙ z 2 )−m 3 g=0 m 1 z ¨ 1 + k 11 ( z 1 − q 1 )+k 12 ( z 1 − z ' 1 )+c 12 ( ˙ z 1 − ˙ z' 1 )−m 1 g=0 m 2 z ¨ 1 + k 21 ( z 2 −q 2 )+k 22 ( z 2 −z ' 2 )+c 22 ( ˙ z 2 − ˙ z' 2 )−m 2 g=0

ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO TOYOTA CAMRY 2016

Giới thiệu về xe Toyota Camry 2016

Toyota Camry 2016 là một trong những mẫu sedan phổ biến và thành công của Toyota Với thiết kế truyền thống và tính năng hiện đại, Camry

2016 mang đến sự kết hợp giữa độ tin cậy, tiện nghi và hiệu suất.

Về mặt ngoại thất, Camry 2016 có một thiết kế trang nhã, với đường cong mượt mà và nét cắt cạnh tinh tế Thiết kế dẫn đầu của Camry 2016 mang lại vẻ đẹp thanh lịch và lôi cuốn, với một lưới tản nhiệt lớn và đèn pha thiết kế sắc nét.

Bên trong, Toyota Camry 2016 tạo ra không gian thoải mái và tiện nghi cho cả người lái và hành khách Nội thất được trang bị với các vật liệu chất lượng cao và các chi tiết tinh tế Ghế ngồi êm ái và hệ thống điều hòa không khí hiệu quả đảm bảo sự thoải mái trong suốt hành trình.

Về hiệu suất, Camry 2016 được trang bị động cơ 2.5L 4 xi-lanh mạnh mẽ, cung cấp công suất tối đa 178 mã lực Hộp số tự động 6 cấp giúp di chuyển mượt mà và tiết kiệm nhiên liệu Hệ thống treo êm ái và hệ thống lái chính xác cải thiện khả năng vận hành và ổn định trên đường.

Hình 4.1 Hình ảnh xe Toyota Camry 2016 Đáng chú ý, Camry 2016 cũng được trang bị nhiều tính năng an toàn như hệ thống phanh ABS, hệ thống kiểm soát ổn định điện tử (ESC), túi khí cho người lái và hành khách phía trước, hệ thống giữ làn đường, và camera lùi.

Tóm lại, Toyota Camry 2016 là một chiếc sedan đáng tin cậy, tiện nghi và hiệu suất tốt Với thiết kế truyền thống, nội thất thoải mái và các tính năng an toàn, Camry 2016 hứa hẹn mang lại trải nghiệm lái xe tuyệt vời cho chủ sở hữu.

Khối lượng không tải 1441 kg

Chiều dài cơ sở 2776 mm

Khoảng cách bánh xe cầu trước 1575 mm

Khoảng cách bánh xe cầu sau 1565 mm

Chiều dài đuôi xe 1070 mm

Khoảng sáng gầm xe 158.2 mm

Bảng 4.1 Các thông số cơ bản của xe Toyota Camry 2016

Giới thiệu phần mềm Matlab – Simulink

MATLAB là ngôn ngữ bậc cao, tích hợp khả năng tính toán, hình ảnh hóa, lập trình trong một môi trường dễ sử dụng, ở đó vấn đề và giải pháp được trình bày trong cùng một lời chú thích toán học Thường MATLAB được dùng cho:

 Dựng mô hình, giả lập, tạo nguyên mẫu

 Phân tích, khám phám hình ảnh hóa dữ liệu

 Đồ họa khoa học và kỹ thuật

 Phát triển ứng dụng, có cả xây dựng giao diện đồ họa người dùng Graphic User Interface

- MATLAB là hệ thống tương tác, trong đó các phần tử dữ liệu xếp dưới dạng mảng, không cần chiều hướng, cho phép giải quyết nhiều vấn đề tính toán, đặc biệt là với ma trận và véc-tơ, trong thời gian nhanh chóng, chỉ bằng một phần so với viết phần mềm bằng các ngôn ngữ không tương tác vô hướng như C hay Fortran.

- MATLAB là viết tắt của Matrix Laboratory (phòng thí nghiệm ma trận). Ban đầu MATLAB được viết để dễ dàng truy cập phần mềm ma trận do các dự án của LINPACK và EISPACK phát triển Họ cũng đã mang tới những tính năng mới nhất cho phần mềm trong thế giới điện toán ma trận.Qua nhiều năm, MATLAB đã phát triển và phục vụ nhiều người dùng Trong môi trường đào tạo, nó là công cụ hướng dẫn chuẩn mực cho cả các khóa học dẫn nhập và chuyên sâu trong toán học, kỹ thuật và khoa học Trong ngành, MATLAB cũng là công cụ được nhiều nghiên cứu, phân tích, phát triển lựa chọn.

- MATLAB còn có một bộ các giải pháp hướng tới ứng dụng có tên toolbox Toolbox rất quan trọng với hầu hết người dùng MATLAB bởi nó cho phép học và áp dụng công nghệ chuyên môn hóa Toolbox là bộ sưu tập các hàm MATLAB (M-file) mở rộng môi trường MATLAB để giải quyết từng lớp vấn đề Các lĩnh vực mà toolbox có thể làm việc gồm xử lý tín hiệu, hệ thống kiểm soát, mạng thần kinh, logic mờ, phép biến đổi wavelet, mô phỏng…

Hệ thống MATLAB gồm 5 phần chính

- Ngôn ngữ MATLAB: Đây là ngôn ngữ mảng/ma trận bậc cao với các lệnh điều khiển, hàm, cấu trúc dữ liệu, đầu vào.đầu ra và các đặc điểm của lập trình hướng đối tượng Nó cho phép “lập trình quy mô nhỏ: nhanh chóng tạo và bỏ đi các phần mềm, cũng như “lập trình quy mô lớn” để tạo các chương trình lớn, phức tạp.

- Môi trường làm việc MATLAB: Đây là bộ công cụ bạn sẽ dùng khi là người dùng hay lập trình viên MATLAB, gồm các công cụ quản lý biến trong môi trường làm việc, nhập - xuất dữ liệu Ngoài ra nó cũng có các công cụ phát triển, quản lý, sửa lỗi, tạo hồ sơ cho M-file và các ứng dụng MATLAB.

- Xử lý đồ họa: Đây là hệ thống đồ họa của MATLAB, gồm các lệnh cấp cao để hình ảnh hóa dữ liệu thành 2 chiều và 3 chiều, xử lý hình ảnh, hiệu ứng, hiển thị đồ họa Nó cũng có các lệnh cấp thấp cho phép tùy biến cách hiển thị đồ họa, xây dựng giao diện đồ họa người dùng GUI trên các ứng dụng MATLAB của mình.

- Thư viện hàm tính toán MATLAB: Đây là bộ sưu tập các thuật toán điện toán, từ các hàm cơ bản như sum, sine, cosine và tính toán số học phức tạp cho tới các hàm phức tạp như đảo ngược ma trận, trị riêng, véc-tơ riêng của ma trận, hàm Bessel và biến đổi Fourier nhanh.

- MATLAB API *Application Program Interface: Đây là thư viện cho phép viết các phần mềm C và Fortran tương tác với MATLAB Nó gồm công cụ để gọi các quy trình lặp đi lặp lại (routine) trong MATLAB (liên kết động), dùng MATLAB như một công cụ điện toán để đọc và viết M- file.

Hình 4.2 Giao diện làm việc của matlab

Simulink là phần chương trình mở rộng của Matlab nhằm mục đích mô hình hoá, mô phỏng và khoả sát các hệ thống động học Giao diện đồ hoạ trên màn hình Simulink cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc Simulink cung cấp cho người sử dụng một thư viện rất phong phú, có sẵn với số lượng lớn các khối chức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến và gián đoạn Hơn thế, người sử dụng có thể tạo khối cho riêng mình Một tính năng đặc biệt khác của Simulink là có thể nhận tín hiệu trực tiếp từ các phần mềm khác giống như nhận tín hiệu từ bên ngoài vào để xử lý của một số phần mềm Dasylab sau khi xử lý nó có thể phản hồi tín hiệu trở lại để điều khiển đối tượng đó.

Trên hình 3.2 thể hiện màn hình của Simulink Library Brower, màn hình có chứa tất cả các phần tử có sẵn của Simulink để có thể sử dụng.

Hình 4.3 Cửa sổ tra cứu các khối trong thư viện

Trên hình 3.3 biểu diễn một màn hình mới chuẩn bị cho quá trình lập trình với các phần tử có sẵn trong Matlab-Simulink.

Hình 4.4 Màn hình xây dựng sơ đồ khối (New model window)

4.2.2.2 Các khối chức năng có sẵn thường dùng trong phần mềm Matlab – Simulink

Tất cả các khối chức năng đều được xây dựng theo một mẫu giống nhau. Mỗi khối có một hay nhiều đầu vào/ra (trừ trường hợp ngoại lệ: các khối thuộc thư viện Sources và Sinks chỉ có đầu vào hoặc đầu ra), có tên và ở trung tâm hình khối hình chữ nhật có biểu tượng (hàm truyền đạt, đồ thị đặc tính hay tên files…) thể hiện đặc điểm riêng của khối Người sử dụng có thể tùy ý thay đổi tên của khối, tuy nhiên mỗi tên chỉ được dùng một lần duy nhất trong phạm vi cửa sổ của màn hình mô phỏng Khi nháy kép phím chuột trái trực tiếp vào khối ta sẽ mở cửa sổ tham số Block Parameters (trừ các khối Scope, Slider Gain, Subsystem) và có thể nhập thủ công các tham số đặc trưng của khối Nếu muốn định dạng lại khối ta click chuột phải vào khối format xoay khối, ẩn hoặc hiện tên khối, tạo bóng mờ, đảo chiều khối; hoặc thay đổi font chữ, mầu nền hay mầu của khối.

Simulink phân biệt (không phụ thuộc vào thư viện con) hai loại thuộc khối chức năng: Khối ảo (virtual) và khối thực (not virtual) Các khối thực đóng vai trò quyết định khi chạy mô phỏng mô hình Simulink Việc thêm bớt một khối thực sẽ làm thay đổi đặc tính động học của hệ thống đang được mô hình Simulink mô tả (ví dụ như khối tích phân Intergrator hay hàm truyền đạt Transfer Fcn của thư viện Continuous, khối Sum hay khối Product của thư viện con Math) Ngược lại, khối ảo không có khả năng thay đổi đặc tính của hệ thống, chúng chỉ làm thay đổi diện mạo của mô hình Simulink (khối Mux, Demux hay enable thuộc thư viện Signal Routing và Ports & Subsystems)

Sau đây là một vài các khối chức năng có sẵn và hay sử dụng trong thư viện của Matlab Simulink: a) Thư viện Commomly used blocks:

Thư viện này bao gồm các khối thường dùng trong việc xây dựng mô hình, thiết lập thông số đàu vào và đầu ra, phục vụ mô phỏng.

Hình 4.5 các khối của thư viện Commomly Used Blocks

Khối Bus selector: Ta có thể sử dụng khối Bus Selector để tái tạo lại các tín hiệu từ một Bus tín hiệu, đồng thời gom chúng lại thành các tín hiệu riêng rẽ ban đầu.

Khối constant: Khối constant tạo nên một hằng số (không phụ thuộc vào thời gian) thực hoặc phức Hằng số có thể là scalar, vector hay ma trận, tùy theo cách khai báo tham số Constant Value và ô Interpret vector parameter as 1-D có được chọn không Nếu ô đó được chọn, ta có thể khai báo tham số Constant Value là vector hàng hay cột với kích cỡ [1 ¿ n] hay

[n ¿ 1] dưới dạng ma trận Nếu ô đó không được chọn, các vector hàng hay cột đó chỉ được sử dụng như vector với chiều dài n, tức là tín hiệu 1- D

Khối Demux: Khối Demux có tác dụng ngược lại với Mux: tách tín hiệu được chập lại từ nhiều tín hiệu riêng rẽ trở lại thành tín hiệu riêng rẽ mới.Khối Demux làm việc theo chế độ vector (Bus selection mode = off) hay chế độ Bus (Bus selection mode = on)

Mô phỏng hệ thống treo

4.3.1 Thông số đầu vào của hệ dao động

Hệ số cứng lốp trước (N/m) k11&8000

Hệ số giảm chấn cầu trước (Ns/m) c12(00

Hệ số cứng lò xo cầu trước (N/m) k21&00

Khối lượng không được treo cầu trước (kg) m1.7

Hệ số cứng lốp sau (N/m) K12&8000

Hệ số giảm chấn cầu sau (Ns/m)

Hệ số cứng lò xo cầu sau (N/m)

Khối lượng không được treo cầu sau (kg)

Momen quán tính đối với trục Y (kg m 2 ¿

Khoảng cách trọng tâm xe đến cầu trước (m)

Khoảng cách trọng tâm xe đến cầu sau (m)

Khối lượng được treo (kg) M326 Vận tốc khảo sát chuyển động của xe (m/s)

Chiều cao của mấp mô (m) Q0=0.2 Bước sóng dao động (m) S0=1.2 Tần số dao động mặt đường ω= 2∗pi∗v s 0

Bảng 4.2 Bảng thông số đầu vào của xe Toyota Camry 2016

4.3.2 Mô phỏng hệ thống treo

4.3.2.1 Mô đun mô phỏng trong Simulink

Hình 4.16 Sơ đồ tổng thể mô phỏng hệ thống treo

Hình 4.17 Toàn bộ khối mô phỏng hệ thống treo Toyota Camry 2016

Hình 4.18 Khối thiết lập mấp mô mặt đường

Thiết lập khối mấp mô mặt đường dạng song hình sin bằng khối “ SineWave”, sau đó qua khối đạo hàm để xác định hàm vận tốc mấp mô mặt đường, đầu ra là hàm kích động ở cầu trước , đồng thời đi qua

“Transport Delay” để đến bánh sau.

Hình 4.19 Môđun chính mô phỏng dao động hệ thống treo

Hình 4.20 Mô đun thông số đầu ra

%%so lieu dau vao :toyota camry 2016

%cau truoc k11&8000; %he so cung lop truoc(N/m) c12(00; %he so giam chan cau truoc(Ns/m) k21&000; %he so cung lo xo cau truoc(N/m) m1.7; %khoi luong khong duoc treo cau truoc(kg)

%cau sau k12&8000; %he so cung lop sau(N/m) c22000; %he so giam chan cau sau(Ns/m) k22"800; %he so cung lo xo cau sau(N/m) m20.8; %khoi luong khong duoc treo cau sau(kg)

J!42; %momen quan tinh doi voi truc y(kg.m^2) g=9.8; %gia toc trong truong(m/s^2) lf=1.575; %khoang cach trong tam xe den cau truoc(m) lr=1.565; %khoang cach trong tam xe den cau sau(m) m326; %khoi luong duoc treo(kg) v /3.6; %van toc khao sat chuyen dong cua xe(m/s)

%map mo mat duong q0=0.15; %chieu cao cua map mo s0=1.2; %buoc song (m) w=2*pi*v/s0; %tan so dao dong mat duong(1/s) open mo_phong_treo sim('mo_phong_treo')

4.3.3 Một số kết quả mô phỏng

Hình 4.20 Chuyển vị cầu trước

Hình 4.21 Vận tốc chuyển vị cầu trước

Hình 4.22 Gia tốc chuyển vị cầu trước

Hình 4.23 Chuyển vị cầu sau

Hình 4.24 Vận tốc chuyển vị cầu sau

Hình 4.25 Gia tốc chuyển vị cầu trước

Hình 4.26 Chuyển vị thân xe

Hình 4.27 Vận tốc chuyển vị thân xe

Hình 4.28 Gia tốc chuyển vị thân xe

Hình 4.29 Chuyển vị góc thân xe

Hình 4.30 Vận tốc chuyển vị góc thân xe

Hình 4.31 Gia tốc chuyển vị góc thân xe

Nhận xét: Khi cho hàm kích thích là một hàm sin, qua đồ thị chúng em nhận thấy rằng ban đầu các khối lượng dao động với biên độ lớn hơn và do có sự tương tác giữa các phần tử khối lượng nên dao động khá phức tạp và mất ổn định Sau đó dao động có biên độ giảm và cũng có dạng hình sin chứ không tắt dần Nếu cho kích thích dạng bậc thang thì dao động sẽ tắt dần trường hợp này thấy rõ tốc độ của xe cũng ảnh hưởng khá nhiều tới dao động của hệ bởi cùng một kích thích đầu vào nhưng khi tăng hoặc giảm tốc độ của xe sẽ làm cho bánh sớm gặp kích thích hay muộn hơn, mặt khác nó cũng bị ảnh hưởng bởi quán tính Ở đây mới chỉ khảo sát được hai bậc tự do là dao động theo phương thẳng đứng Z và dao động xoay quanh trục ngang Y đối với khối lượng m3 đại diện cho thân xe, còn khối lượng m1, m2 đại diện cho khối lượng không được treo cầu xe trước và sau khảo sát theo một bậc tự do là dao động theo phương thẳng đứng.Qua đồ thị cho thấy hệ thống treo của xe Toyota Camry làm việc khá ổn ở dải vận tốc thấp. Áp dụng tương tự có thể khảo sát cho mô hình nửa xe với hai bánh ở cầu trước hoặc hai bánh ở cầu sau và có thể chính xác bài toán hơn nếu xét thêm tác dụng của lực bên như gió ngang đối với mô hình mô phỏng hệ thống treo này

Trên đây mới chỉ mô phỏng cho trường hợp chung do những khó khăn về phương tiện kỹ thuật, kinh phí, thời gian nên không có điều kiện thí nghiệm và đo đạc thực tế, các số liệu đưa ra mới chỉ tham khảo ở một số tài liệu nhưng cũng đã phần nào đành giá được dao động của các phần tử là khá phực tạp trong hệ thống treo của xe Toyota Camry 2016, và kết quả của chúng em chưa hoàn toàn là chính xác ,khối mô phỏng hệ thống treo cũng chỉ là tương đối Mặt khác, nhóm chúng em cũng đã tìm hiểu được một phần về Simulink và dùng công cụ này để giải bài toán từ phương trình vi phân mô tả chuyển động của hệ.

ỨNG DỤNG CARSIM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO

Giới thiệu về Carsim

Phần mềm Carsim được xây dựng và phát triển bởi công ty MechanicalSimulation Corporation có trụ sở tại Ann Abor, Michigan, chuyên cung cấp các ứng dụng mô phỏng tương tác 3D Ra đời vào năm 1996, đến nay carsim cùng với các phần mềm tính toán trucksim, bikesim được cung cấp cho hơn 30 nhà sản xuất, 150 trường đại học và các nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới.

Carsim thực hiện các mô phỏng dự đoán về ô tô, các chuyển động của xe đua, che chở khách, xe tải nhẹ và các loại xe tiện ích… Tìm câu trả lời cho mong muốn điều khiển của người lái (hệ thồng lái, bướm ga, hệ thống phanh, ly hợp, và sang số…) trong một số điều kiện lái xe thực tế và mô phỏng một phần các thiết kế ban đầu ở dạng cơ bản nhất Được dùng để thiết kế, phát triển và kiểm định các hệ thống trên xe, carsim cho phép người dùng thay đổi các thông số, lựa chọn và phân tích tốt nhất về khí động học, kiểm nghiệm khung sườn và các ảnh hưởng đến xe của những hệ thống treo, lái, thắng… Carsim phân tích hiệu suất ứng với sự thay đổi trên xe trong một môi trường nhất định nào đó bằng các chuyển động, lực và moment tác động lên quá trình tăng tốc, ổn định hay phanh

Carsim với hệ thống dữ liệu hình ảnh mô phỏng sống động, hơn 800 phương trình phân tích tính toán, đồ thị và có khả năng xuất ra dưới dạng file mathlab, excel… với giao diện hiện đại, người dùng có thể chạy một thử nghiệm mô phỏng hay xem đồ thị đặc tính với một click chuột Các đồ thị và mô phỏng là công cụ phân tích linh hoạt và tương tác cao, có thể dễ dàng xuất và chèn vào các bản báo cáo, hay thuyết trình power point Các phép toán được sử dụng trong CarSim được xây dựng từ cơ sở lý thuyết cũng nhƣ đã qua kiểm nghiệm thực tế chặt chẽ CarSim sử dụng chương trình VehicleSim Lisp để tổng hợp, phân tích các phương trình tính toán, cung cấp các phương trình phi tuyến tính chính xác cho các mô phỏng phức tạp để tối ưu hóa tính toán Ngoài ra, các công cụ hỗ trợ và mở rộng như MathLab/Simunlink, LabVIEW, viết trên nền Visual Basic, C+.

Mathlab và các ngôn ngữ lập trình khác giúp người dùng có thể dễ dàng sử dụng các tùy chọn, hoặc mô phỏng các thành phần như lốp xe, phanh, hệ thống dẫn động.

Hình 5.1 Logo ứng dụng carsim

Mô phỏng

5.2.1 Khởi động phần mềm Carsim

- Nhấp đôi chuột vào biểu tượng để khởi động phần mềm

- Một cửa sổ “Select Recent Database” hiện ra => Chọn cơ sở dữ liệu thích hợp => Nhấp vào “Continue with the selected database”.

Hình 5.2 Giao diện khởi động phần mềm CarSim.

- Một cửa sổ giao diện chính của phần mềm hiện ra.

Hình 5.3 Cửa sổ giao diện phần mềm.

Hình 5.4 Giao diện setup phần mềm (1)

- Ở đây chỉ mô phỏng hệ thống treo ,nên chúng em chỉ thây đổi các thông số của hệ thống treo mà không tác động đến hệ thống lái , phanh, hay hệ thống truyền lực của xe Chúng em chọn Model xe Sedan hạng D mô phỏng Toyota Camry 2016.

- Thay đổi các thông số kỹ thuật cơ bản của xe tương ứng với xe Camry2016.

- Giữ nguyên hệ thống phanh, lái, và động cơ của xe, thay đổi hệ thống treo trước, treo sau của xe là hệ thống treo độc lập.

- Thay đồi các thông số của hệ thống treo trước

- Tùy chỉnh của hệ thống treo trước

- Thay đổi các thông số cơ bản của hệ thống treo sau

- Giao diện tùy chỉnh của hệ thống treo sau

- Giao diện thay đổi điều kiện mô phỏng và setup các đồ thị cần thiết, tắt các sự điều khiển của hệ thống phanh và hệ thống lái, mô phỏng xe ở tốc độ 100km/h

- Thiết lập địa hình Roll Sine Sweep

- Thiết lập địa hình Bounce Sine Sweep

Ta ấn vào “Run math model” để phần mềm có thể tính toán và chạy chương trình Ấn vào animate để có thể quan sát quá trình xe thực nghiệm với mặt đường cho trước đó Và ấn plot để xuất đồ thị.4.

Hình 5.15 Giao diện chạy mô phỏng và xuất đồ thị

Kết quả đồ thị

5.3.1 Đồ thị địa hình Bounce Sine Sweep Đồ thị địa hình Bounce Sine Sweep

Hình 5.16 Đồ thị địa hình Bounce Sine Sweep Video mô phỏng

Hình 5.17 Giao diện video mô phỏng địa hình Bounce Sine Sweep (1)

Hình 5.18 Giao diện video mô phỏng địa hình Bounce Sine Sweep (2) Kết quả mô phỏng

Hình 5.19 Các đồ thị mô phỏng

Hình 5.20 Đồ thị chuyển vị cầu trước

Hình 5.21 Đồ thị lực giảm chấn

Hình 5.22 Đồ thị chuyển vị cầu sau

Hình 5.23 Đồ thị lực nén lò xo

Hình 5.24 Đồ thị độ nén lò xo

Hình 5.25 Đồ thị Fz tác động lên cầu trước

Hình 5.26 Đồ thị Fz tác dụng lên cầu sau

Hình 5.27 Đồ thị gia tốc chuyển vị của xe theo phương Z

5.3.2 Địa hình Roll Sine Sweep Đồ thị địa hình Roll Sine Sweep

Hình 5.28 Đồ thị địa hình Roll Sine Sweep

Hình 5.29 Giao diện video mô phỏng địa hình Roll Sine Sweep(1)

Hình 5.30 Giao diện video mô phỏng địa hình Roll Sine Sweep(1) Kết quả mô phỏng

Hình 5.34 Đồ thị lực nén lò xe

Hình 5.36 Đồ thị Fz tác dụng lên cầu trước

Hình 5.38 Đồ thị gia tốc dịch chuyển của xe theo phương Z

5.3.3 Địa hình là hàm dao động hình sin theo thời gian

So với các data địa hình sẵn có của Carsim,chúng em quyết định tự thiết kế địa hình là một hàm sin theo thời gian để khảo sát dao động của hệ thống treo trên xe Toyota Camry 2016.

Chọn ho=0.1 m,với bước sóng mặt đường là 1.2 m.

Quãng đường khảo sát là 120m ,trong thời gian là 10s

Hình 5.39 Bảng thông số thiết lập mô phỏng địa hình dạng hàm sin

Hình 5.40 Đồ thị hình dạng địa hình sau khi thiết lập

Hình 5.41 Hình ảnh video mô phỏng địa hình hình sin (1)

Hình 5.42 Hình ảnh video mô phỏng địa hình hình sin (2)

Hình 5.46 Đồ thị lực lò xo

Hình 5.48 Đồ thị Fz tác dụng lên cầu trước

Hình 5.50 Đồ thị gia tốc chuyển vị theo phương Z

Tiêu đề	Mô Phỏng Hệ Thống Treo Trên Xe Toyota Camry 2016 Bằng Phần Mềm MATLAB/Simulink Và CarSim
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Mạnh Cường
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Ứng Dụng Máy Tính
Thể loại	Đồ Án Môn Học
Thành phố	Thành Phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	125
Dung lượng	17,43 MB