Khảo sát dao động xe tải ỡ nhỏ 500kg

Khái quát chung v Matlab và Simulink ...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

 c có nn kinh t phát trin Hin nay  c ta s ôtô

 i s ng ca nn kinh t ng sá

c nâng cp và m rng không theo kp s a ô tô, nên m ôtô ngày càng cao, mng d iu này dn v ph i bm v 

an toàn khi ô tô tham gia giao thông

Khi ôtô ch  ng không bng ph     ng Nhng ng xn hàng hoá, tui th c bit

c bit nguy him cng là ni chu lâu trong tình trng b rung, xóc nhiu s gây mt mi Mt s nghiên cng g ng cn sc kho 

n kt lun: Ni b ng mng xuyên cng thì s mc phi bnh thn kinh và não

Trong vn ti ci quynh ch yu cho an toàn chuyng và mi ch tiêu khác Nng ca xe nm ngoài phm vi dao

ng cho phép (80 120 l n /phút) thì s u khin ci lái, gây ra hàng lot nhng nguy hin tính mng ci và hàng hoá

 các c phát trin, dng c a c bit c nghiên c mc tn mc thp nht nhng tác hi cn con

ng thi th c phc treo

ng ca ôtô trên thc t không nhng ph thuc vào kt cu ca ôtô

mà còn ph thuc vào mt  ng Trong quá trình ô tô chuyng, nhng thay 

i ca mp mô mng là yu t ng ch yng ca ô tô Bài toán nghiên cu khng ô tô ngoài vit

ng ca nó, ngoài ra còn cho phép nghiên cu các ng ca nó

n cng (thông qua ti trng ca ô tô tác dn cng) Tuy nhiên, vi nh mp mô mng thc t  Vit Nam hin còn nhiu u kin thí nghim

Xut phát t v  trênng nghiên c u c  tài là " Kh o sát dao 

ng c a xe t i c nh 500kg     phù h p v u kin còn nhi u thi u th n v       v t ch t, trang thi t b   thí nghi  n nay c a Vi t Nam), t     lý thuy t ph c v     ch  ng c a xe t i nh           khoa h c trong quá trình hoàn thi n thi t k ô tô nói chung   

Phạm vi nghiên c u: ứ

ng c a ô tô t i nh 500kg  c s n xu t và l p ráp t       i Vit Nam thông qua m t s ch    u ki n c  th khi xe chuyng v i m t s    long tiêu chu n

Ý nghĩa thực ti n c a luễ ủ ận văn:

Kho sát vng c a xe t i nh  c l p ráp và s d ng t i        Vi    xu t các c i ti n k thu t nâng cao ch t      

  ng cn chng c u 

ng

Luc thc hin ti B môn Ô tô và Xe chuyên dng, Vi

ng li hc Bách khoa Hà Ni s ng dn khoa hc ca thy giáo Tin Thanh Tùng Tác gi chân thành cng dn cùng các thy trong B ng dn trong sut quá trình thc hin lun 

c tp tng

Mu n l, thi gian nghiên cu còn hn ch nên các v  c trình bày trong lukhông tránh khi nhng sai sót Tác gi s rt c mi s  s lu thi

Hà N i, tháng 9/2017 

H c viên 

Đặng Thái Phong

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

LỜI NÓI ĐẦU i ii MỤC LỤC v ii LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH iix

DANH MỤC BẢNG x ii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1

1 C u t o các b    ph n liên quan 2

1.1 Bánh xe 2

1.2 L p xe 4 

 c v s    i và phát tri n c a l p xe 4   

 c c u t o c a l p xe 5    

1.2.3 Ký hi u l p xe 8  

1.3 Bán kính bánh xe 9

1.3.1 Bán kính thi t k r 0 10

1.3.2t 10

1.3.3  ng l c hc rd 10

1.3.4 l 11

1.3.5 Bán kính làm vic trung bình rb 13

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH MÔ HÌNH ĐỘNG L C HỰ ỌC DAO ĐỘNG XE TẢ I NHỎ 14

ng mô hình 14

2.2 Phân tích c u trúc ô tô và các gi   thi t 14

2.3 Xây d ng h     ng xe t i 18 

2.3.1 Xét trong m t ph ng d c xe 18

2.3.2 Xét trong m t ph ng ngang xe 19  

2.3.4  nh ph n l  c th ng t   ng lên bánh xe 22

2.3.5 H   ng quát 24

2.4 Mô ph     ng m   ng ng       8608:1995 25

2.5 K t lu 28

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE T I NH 29 Ả Ỏ 3.1 Khái quát chung v  Matlab v à Simulink 29

3.1.1 Matlab 29

3.1.2 Simulink 30

3.2 Mô ph  ng xe t i 500 kg b ng Matlab Simulink 35  

3.2.1  thu t toán c  ng Simulink 35

  t ng th  ng ô tô 37  

 các kh i ch   ng l c h   ng ô tô t i 39 

3.3 K t lu 44

CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT DAO ĐỘ NG C A XE T I NH DƯ I KÍCH Ủ Ả Ỏ Ớ ĐỘNG C A M P MÔ MỦ Ấ ẶT ĐƯỜNG THEO TIÊU CHU N ISO 45 Ẩ 4.1 Ch   ng 45

4.2 Thông s k thu t c    a xe t i 500 kg 46

 ng c a xe t   ng c a m p mô m    ng theo tiêu chun ISO 50

4.4 Nghiên c u nh    ng c a m  t s thông s   ng c a xe t i 58  

4.4.1  ng c   c ng treo sau C 2 58

4.4.2  ng c a h s c n K     2 63

4.5 K t lu 67

KẾ T LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KH O 70 Ả

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.2 Bánh xe không có l p 4 

Hình 1.3 L p xe 6 

Hình 1.4 Thông s  a l n c p 7

Hình 1.5  ng c a mô men ch ng     ng l c h c c a bánh xe    9

Hình 1.6 Bi n d ng ti p tuy     n c a l p xe khi ch u mô men xo n 11  

Hình 1.7  ng c a mô men ch ng     n bá  a bánh xe 11

Hình 1.8 S    i giá tr        t k ô tô 

theo mô men xo n tác d ng vào bánh xe S     i giá tr   theo mô men xo n tác d ng vào bánh xe 13  

Hình 2.1 Mô hình không gian xe t i nh 16

Hình 2.2 Mô hình các l    ng trong m t ph ng d c 18   

Hình 2.3 Mô hình các l    ng trong m t ph ng ngang (nhìn t    c) 19

Hình 2.4 N i lc h th ng treo 21

Hình 2.5.M p mô m   ng theo tiêu chu n ISO 8608:1995 28 

Hình 3.1  thu t toán c  36

Hình 3.2   t ng th   ng c a xe ti nh 38

Hình 3.3  mô ph ng kh i "THAN XE" 39 

Hình 3.4  mô ph ng kh i "CAU 1" 40 

Hình 3.5  mô ph ng kh i c u sau 41

Hình 3.6  mô ph ng kh i m     ng 42

Hình 3.8  mô ph ng kh i "CAC LUC 11" 44 

Hình 4.1 M p mô m   ng D-E theo tiêu chu n ISO 8608:1995 50 

Hình 4.2 Chuy n v   th ng(z) c a tr   ng D- E) 51

Hình 4.3 Gia t c th   ng (z ) c a tr ng tâm thân xe    ng D- E) 51

Hình 4.4 Góc lc dc thân xe (  yng D- 52 E) Hình 4.5 Chuy n v   th ng (  A1) c a tr ng tâm c    ng D- 52 E) Hình 4.6 Chuy n v   th ng (  A2) c a tr ng tâm c    ng D- 53 E) Hình 4.7 Ph  n l c th  ng t m  c Fz11 (v = 40 km/h,

ng D- 53 E) Hình 4.8 Ph  n l c th   ng t m    ng lên bánh xe sau F z21 (v = 40 km/h,

ng D- 54 E) Hình 4.9 Gia t  ng th  ng c  i i c

 ng khác nhau (3 lo  ng, v = 30 - 60km/h) 54   Hình 4.10 H s t i tr     ng c i   c ng khác nhau (3 lo    ng, v = 30 - 60km/h) 55 Hình 4.11 H s t i tr     ng c i    c ng khác nhau (3 lo    ng, v = 30 - 60km/h) 56 Hình 4.12 H s t   i tr ng c c ti u c         ng khác nhau (3 lo  ng, v = 30 - 60km/h) 57 Hình 4.13 H s t i tr     ng c c ti u c     ng khác nhau (4 lo  ng, v = 30 - 60km/h) 58 Hình 4.14 Gia t  ng th  ng c    i c c ng C2 c a h th ng C- D, v = 30 - 60km/h) 59 Hình 4.15 H s t i tr     ng c   i c a ph n l c th    ng t m   ng 

c       c ng C 2 c a h   th     ng C-D, v = 30 - 60km/h) 60 Hình 4.16 H s t i tr     ng c   i c a ph n l c th    ng t m   ng  c       c ng C2 c a h   th      ng C-D, v = 30 - 60km/h) 60

Hình 4.17 H s t i tr     ng c c ti u c a ph n l c th       ng t m   ng 

c       c ng C 2 c a h   th     ng C-D, v = 30 - 60km/h) 61 Hình 4.18 H s t i tr     ng c c ti u c a ph n l c th       ng t m   ng  c       c ng C2 c a h   th      ng C-D, v = 30 - 60km/h) 62 Hình 4.19 Gia t  ng th  ng c     n i c i h s c K2 c a h th ng C- D, v = 30 - 60km/h) 63 Hình 4.20 H s t i tr     ng c   i c a ph n l c th    ng t m   ng 

c     i h s c n gi m ch n K   2 c a h   th ng C-D, v

= 30 - 60km/h) 64 Hình 4.21 H s t i tr     ng c   i c a ph n l c th    ng t m   ng 

c     i h s c n gi m ch n K   2 c a h   th ng C-D, v =

30 - 60km/h) 65 Hình 4.22 H s t i tr     ng c c ti u c a ph n l c th       ng t m   ng 

c     i h s c n gi m ch n K   2 c a h   th ng C-D, v

= 30 - 60km/h) 66 Hình 4.23 H s t i tr     ng c   i c a ph n l c th    ng t m   ng 

c     i h s c n gi m ch n K   2 c a h   th ng C-D, v =

30 - 60km/h) 66

DANH MỤC BẢNG

B ng 3.1 M t s kh i ch          n nhóm Sources c a Matlab 

Simulink 31

B ng 3.2 M  t s kh i ch     n nhóm Sinks 32

B ng 3.3 M  t s kh i ch     n nhóm Continuous 32

B ng 3.4 M  t s kh i ch     n nhóm Signal & System 33

B ng 3.5 M  t s kh i ch     n nhóm Math 33

B ng 3.6 M  t s kh i ch     n nhóm Funtion & Tables 34

B ng 4.1.Thông s k thu    t xe  t i CT3.25D2 47

B ng 4.2.Thông s s d ng trong tính toán mô ph      ng 48

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Giao thông v n t i là nhu c u c n thi t c      i và xã h i Nó chi m m t v trí quan tr ng trong n n kinh t       quc dân và quy nh mt phn không nh v t   phát tri n c n v n t i ngày  càng phát tri n hoàn thi n và hi   i v i nhin v n chuy n chuyên 1ung t quan trng trong vi c v n chuy n hàng hóa và chuyên tr     

ng, d s d ng, r t phù h p v i nhu c u giao thông v n t i c          c ta hin nay

Ô tô khi chuyng là mt trong nh ng tính ch t r t quan tr ng, nó    

c th hi ng l c h c, l c kéo, công su t kéo, các l c c n,      nhân t ng l c h c, th i gian và qu     c, v n t c, gia t c, khi   chuy i u ki n m ng khác nhau hou kin

m ga, quay vòng khi phanh Tính chng l c h c c a ô tô nh    

n kh  c c a ô tô, v n t  sut và giá thành v n chuy  êm d u và tính an toàn trong chuy ng Vic tính toán chính xác các ch  ng l c h c c a ô tô là   

m t v   r t khó th c hi n, vì các ch tiêu này ph     thuc vào nhi u y u t  ,

 u t ng u nhiên 

  tr ng yên ô tô tác d ng t i tr ng lên m   i tr ng 

ng t i tr ng này l   i b i nó ph thu c vào nhi u y u t       c tính c a h th ng treo T i    trng này là y u t quan tr ng mà giá tr c a nó      ng r t l  n kh

n l c, kh     êm du chuyng c a xe, ngoài ra t i tr  ng c a bánh xe còn là d   liu

 nh các thông s     s t, h s   y vi c 

 c t i trng là r t c n thi t T i tr    ng cng lên mng theo nhing là

 tài này

ng thng bao g m các y u t    các kh i  ng ci, h th ng treo và m  ng

ng làm d ch chuy n thân xe theo chi u th   ng, kèm theo là v n 

t c và gia t c theo chi u th    u này gây khó ch u (th m chí nh   

  toàn b trng

 Ging t m ng lên xe

 Truy n l c d c, l c ngang khi chuy    ng th ng, phanh và khi quay vòng 

 King chuyng c a ô tô 

nghi p Trong ph m vi giáo trình này chúng ta ch     i trên

n n c ng  

Khi nghiên cng l c h c bánh xe có 3 v   quan tru tiên

c  c p là c t c a bánh xe 

1.2 Lốp xe

1.2.1 Sơ lược v s ề ự ra đời và phát tri n c a l p xe ể ủ ố

L p xe ngày nay là ph n quan tr ng nh t c a bánh xe Tuy nhiên l     p

 mi và phát trii Chúng ta có th xem chi a nó không có l p 

Hình 1.2 bánh xe không có l p ố

Có l   t v cây cao su t    c

h i r   t nhiên thì kh    d ng c a nó cho cu c s ng   

i còn r t h n ch  ngh  nh vào m  

n cao su t   c ng d ng vào nhi c

c a cu c s ng M c d u v     u tiên mi

i do Robert Willam Thompson ch t o Chi c l   u tiên này

c mô t là g m m  t vài ng cao su m    ph m t l p da

22 b  

 i ta    t c l p bc kho ng 500 km) 

i ta cho các bon vào cao su t o nên l 

          bám cho lp

mi là góc mành Góc mành có vai trò quyn thuc tính c a l p N u góc m    c tính ngang c a l p là t  

khi chuy   c tính ngang là không t   l i d c hai thui ta th c hi n gi i pháp trung hòa là các mành ph   góc l0, ph i có nhi chuyng, các ph n t cao su (c a m t thi t di n l p) co vào, giãn ra gi       a

lng gây mòn l    s c i l p mành chéo, các phn

t cao su có kh   n ch  ph n l n các l p xe cao t c có c u trúc mành vuông góc 90   0 (.b)

V c u trúc, l p có 3 l  p: L p trong cùng là l p mành, g m các s   i nilông b n ch  i v à có lo i lp mành vuông góc (si nilông vuông góc v i m t ph ng bánh xe) và l p mành chéo Trên l  p mành là lm, n m gi a l  p mành và b mt l p L i si

m 200, nhim ch ng lên nhau và l ch nhau, xung quanh bao ph cao su,   

t o thành l i ngang, nh m h  tr kh i ngang cho lp

ng kh nh chuyng L p ngoài cùng là b  mt l p là l p cao su khi chuy  ng s  tip xúc v i m ng

Hình 1.3 L p xe ố

i v i l p mành vuông góc, do chuy ng ngang ca l p so v i

Cao su thiên nhiên/t ng h p: 38%;  

Các ch t pha tr n (compounds) cacbon, sa th  :  : 30% ;

15ng kính vành l p (d) tính b ng inch  

95: ti trng mà l p có th   chng v trí này có s t   

 i t i trn 925 kg

H: ký t này ch   gi i h n v n t c t  max) mà l p có th   hong

vmax

(km/h)

Ký hiu

vmax

(km/h)

Ký hiu

Ngoài nh ng thông s chính, trên l p xe còn có các ký hi u khác:    

Treadwear: Kh  u mòn c a l p: Giá tr tiêu chu n là 100, ch     

s này càng cao thì kh   u mòn c a l p càng cao  

Traction: Kh   a l p Theo th t t cao xu ng th p: AA,     

1.3.1 Bán kính thi t k rế ế 0

Do nhà thi t k và s  n xu t cung c c tiêu chu n (xem r 0

trên hình 1.4) Ta có th   vào ký hi u l  nh bán kính thi t k  

Trên hình 1.5 th  hin k t qu thí nghi  nh m ng

c a mô men ch   ng l c h c r  d Thí nghim

c ti n hành trên b th tang tr ng, bán kính thi t k c a bánh xe r       0 = 420

mm, t i tr ng th  ng 6000 N, v n t c quay c a tang tr ng quy ra v n t     c

xe là 20 km/h

s = 2 r ln

l là bán kính

c a bánh xe gi   

     a bánh xe th c t Ta có công  th

2

l s r n



 (1.2)

Các y u t    ng

a) b)

Hình 1.6 Biế n d ng ti p tuy n c a l p xe khi ch u mô men xo n ạ ế ế ủ ố ị ắ

a) Khi ch u mô men ch ng b) Khi ch u mô men phanh ị ủ độ ị

Hình 1.7

Ảnh hưởng c a mô men ch ng ủ ủ độ

đến bán kính lăn của bánh xe

l p, mô men trên bánh xe, v n t    u t ng nhi u nh t là  

mô men trên bánh xe

M ng c a mô men xo l 

m  nh tính có th  c th  hii tác d ng c a mô  men các th l p b nén l    hình 1.6.a mô men trên bánh xe là

mô men ch ng, các th l   c khi vào vùng ti p xúc v i m  ng b nén l i, sau khi ra kh i vùng ti p xúc b      hình 1.6.b là mô men trên bánh xe là mô men phanh thì hi ng x   c l i Hi ng này

c th c t S c  i: khi chu

mô men ch ng S gi  

K t qu là khi có mô men xo  n tác d ng vào bánh xe (mô men ch  

ng ho i: khi ch u mô men ch  

ng rl giu mô men phanh rl  hin

k t qu thí nghi m trên b     th tang trnh m ng c a mô men ch  l

Hình 1.8 S ự thay đổi giá tr ị bán kính lăn cũng như thiế ết k ô tô theo mô men xoắ n tác d ng vào bánh xe S ụ ự thay đổi giá tr ị bán kính lăn

theo mô men xoắ n tác d ng vào bánh xe ụ

 c l i, khi mô men phanh trên bánh 

n m  t l t hoàn toàn, bánh xe không quay

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH MÔ HÌNH ĐỘNG L C HỰ ỌC DAO ĐỘNG

XE T I Ả NHỎ 2.1 Phương pháp xây dựng mô hình

Mô hình nghiên c      ng h p xe chuy  ng trên

nh t  ng l c h c không gian c a xe t   i 1 c u S  dng l c h c các chuy n v , v n t c,    gia t i l c trong h  th ng

ô tô Vi c thi t l p h       ng l c h c ô tô có th s d ng     nhi       và các thông s c n tính toán Trong  nghiên c u này, tác gi s d    u trúc h nhi u v t    thi t l ng l c h  xây dng l c h c ô tô theo  

u trúc h nhi u v   n c n thc hi n bao g m:

trong nghiên cng l c h c hi n nay K t c u xe t     m là khung ch u l c, h treo ph thu c có y u t phi tuy n v      c phân thành phc và saung là các cc và sau

Vm cy, lu n án s d ng các gi thi t sau trong quá     trình mô t ng l c h c c a xe t i 2 c      u:

ng z ng: y (góc l c d c - quay quanh tr c ngang ),  y

x (góc l c ngang - quay quanh tr c d  c x);

4 Các c u xe (c  c - 1, c u sau - 2) là các kh    c treo

ng, có khng m A1 , m A2 t t i tr ng tâm c   a chúng M i c u xe có 1 chuy  ng t nh ti n theo tr c th   ng (A1 , A2)

và 1 chuy n v góc l  c ngang quanh tr c d c (  xA1 , xA2) B qua góc xoay c a

9 Bánh xe tim v i mng 

V i các gi thi t c   ng l c h c xe t i có th     c

mô t theo các th  hi

Hình 2.1 Mô hình không gian xe t i ả nhỏ

Trên mô hình s d ng các ký hi u sau:   

- J x: Mô men quán tính tr c x c a kh  c treo xe t i 

- J Axi:Mô men quán tính tr c x c a kh     c treo c u th   i (i=12)

- : Chuy n v z   ng c a tr ng tâm kh  c treo

- x: Góc l c ngang c a thân xe  

- y: Góc l c d c c a thân xe   

- A1: Chuy n v   thng c a tr ng tâm kh  c (cu th 1) 

- xA1:Góc l c ngang c a c u th 1    

- A2: Chuy n v   thng c a tr ng tâm kh  c treo sau (cu th 2) 

- xA2: Góc l c ngang c a c u th 2    

- C ij:   c ng c a nhíp g n v  ij (i=12, j=12)

- K ij: H s c n gi m ch n g n v      ij (i=12, j=12)

y, mô hình cu trúc ca xe ti s có 7 t suy rng (7 bc t do) bao

gm: 3 bc t do mô t chuyng ca thân xe (z,  x , y), 2 bc t do mô t cu

c (cu th 1) (A1 , xA1), và 2 bc t do mô t cu sau (cu th 2) (A2 , xA2) 2.3 Xây d ng h ự ệ phương trình vi phân mô tả dao động xe t i ả

H     ng l c h c c a xe t   c xây d ng nh  

t các ngo i l c lên t ng v t là các ph n l c liên k      t gia các v    d thi t l trình vi phân mô t chuy ng c a t ng v t theo các t    suy r ng Các 

c thi t l p nh     ng l c và mô men 

ng lên v t Vi c này có th     ng

l c h c theo các m  t ph ng chi u  

2.3.1 Xét trong mặt ph ng d c xe ẳ ọ

Hình 2.2 mô t các l ng lên các khc treo và không

c treo trong m t ph ng d c Trong m t ph ng d c (      xCz), phn khng

   i kh ng M t t i tr ng tâm thân xe Tr ng tâm    này th c hi n hai chuy  ng thng ( ) và góc lz c dc(φy)

 i v i góc l c d c thân xe ta c   nh các thành ph n mô men gây ra góc này Các thành ph n này g m có các l c liên k t h       c sau

Xét trong mt ph ng ngang ( yCz), ph n kh   c treo thêm mt chuyng là l c ngang ( φx) M i kh c treo i c/sau)

có 2 chuyng là thng (Ai) và l c ngang ( φxAi)

Góc l c ngang  x c a kh c mô t  

x x C11 K11 C12 K12 1 C21 K21 C22 K22 2

i v i các c    c xét 2 b c t     ng thng (Ai) và góc l c ngang ( xAi)

Hình 2 N i l 4: ộ ự c h th ng treo ệ ốCác n i l c h    thng treo F Cij , F Kij là l c gây chuy ng thng, l c d c

và l c ngang thân xe Trong lu n tính trong min làm vic mô t theo các hàm sau [2-5, 8]: 

y các l c liên k t h    thnh theo mô hình h  thng

Các t i tr ng th  ng Fzij nh t t i tr  ng và t i tr 

F Gij Các t i tr     nh t các chuy  ng th ng ca bánh xe, biên dng hij  c ng kính c a l p C  Lij C  th i v

Chuyển đổi các kích thướ c hình h c: ọ

Trong các công th c trên, các giá tr chuy n v     z ij và ξAij nh t các 

2.4 Mô phỏng hàm kích động mặt đường ngẫu nhiên theo Tiêu chuẩn

n 0  w    





  h   sau:

2 2

2

i x