Tối ưu hóa hệ thống treo ô tô theo thiết kế của thí nghiệm một phương pháp không phái sinh

Trong thí nghiệm thí điểm, chỉ có ba thông số hệ thống treo chính, đó là độ cứng của lò xo, giảm xóc và khối lượng bung, đã được xem xét và phương pháp giai thừa đầy đủ đã được thực hiện

BÁO CÁO GIỮA KÌ

HỌC PHẦN: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ TỐI ƯU HÓA

HỆ THỐNG TRÊN Ô TÔ

TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG TREO Ô TÔ THEO THIẾT KẾ CỦA THÍ NGHIỆM: MỘT PHƯƠNG

PHÁP KHÔNG PHÁI SINH

Khoa/viện: Viện đào tạo sau đại học

Ngành: Kỹ thuật ô tô

Lớp: 23SOT11B

GVHD: TS Phạm Văn Kiên

HVTH: LƯƠNG QUỐC THANH

NGUYỄN CÔNG QUÝ

MSHV: 2340921004

2340921002

NGUYỄN THANH DANH 2341921001

TP HCM, ngày 9 tháng 11 năm 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

LỜI NÓI ĐẦU

Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh (HUTECH), Viện đào tạo sau đại học đã tạo điều kiện cho chúng

em được học môn tính toán thiết kế tối ưu hóa hệ thống trên ô tô, môn học này rất hữu ích

và hỗ trợ cho chúng em rất nhiều khi làm việc ở các doanh nghiệp

Để hoàn thành quá trình nghiên cứu và hoàn thiện báo cáo này, em xin chân thành cảm

ơn sâu sắc đến Thầy TS Phạm Văn Kiên , thầy đã trực tiếp chỉ dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu Thầy luôn tận tâm hỗ trợ, giúp em giải đáp các thắc mắc trong quá trình làm bài và cho chúng em những lời khuyên, những kiến thức vô cùng quý báu từ thầy để em hoàn thiện báo cáo này Tối ưu hóa hệ thống treo ô tô theo thiết kế của Thí nghiệm: Một

phương pháp không phái sinh là đề tài em được nhận làm báo cáo môn học tính toán thiết

kế tối ưu hóa hệ thống trên ô tô, ngành kỹ thuật ô tô tại Trường Đại Học Công Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh Do sự hiểu biết và kiến thức em còn hạn hẹp nên còn nhiều thiếu sót trong bài làm Em mong nhận được lời nhận xét, góp ý chỉnh sửa từ quý thầy, cô để báo cáo của em được chỉnh chu và hoàn thiện tốt hơn

Cuối cùng, chúng em xin cảm ơn những thầy TS Phạm Văn Kiên luôn hỗ trợ em hoàn thành bài báo cáo

Xin trân trọng cảm ơn Thầy

Công ty xuất bản Hindawi

Những tiến bộ trong Âm học và Rung động

Tập 2016, Article ID 3259026, 10 trang

http://dx.doi.org/10.1155/2016/3259026

Bài báo nghiên cứu

Tối ưu hóa hệ thống treo ô tô theo thiết kế của Thí nghiệm: Một phương pháp không phái

sinh

Anirban C Mitra, Tanushri Soni và G R Kiranchand

Khoa Cơ khí, Trường Cao đẳng Kỹ thuật MES, Cơ sở Cao đẳng Wadia, 19 Late Prin,

V K Joag Path, Pune 411001, Ấn Độ

Thư từ nên được gửi đến Anirban C Mitra; mật007m@yahoo.com

Nhận ngày 20 tháng 4 năm 2016; Chấp nhận ngày 22 tháng 6 năm 2016

Biên tập học thuật: Marek Pawelczyk

Bản quyền © 2016 Anirban C Mitra et al Đây là một bài báo truy cập mở được phân phối theo Creative Commons Attribution Giấy phép, cho phép sử dụng, phân phối và sao chép không hạn chế ở bất kỳ phương tiện nào, miễn là tác phẩm gốc phù hợp trích dẫn Rất nhiều vấn đề về sức khỏe như đau thắt lưng, rối loạn tiêu hóa, rối loạn cơ xương khớp là do toàn

bộ cơ thể gây ra rung động do ô tô gây ra Bài viết này liên quan đến việc tăng cường và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống treo bằng cách sử dụng các phương pháp giai thừa của Design

of Experiments, một phương pháp không phái sinh Nó tập trung vào việc tối ưu hóa sự thoải mái khi đi xe và xác định các tham số ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của hệ thống treo theo hướng dẫn nêu trong ISO 2631-1:1997 tiêu chuẩn Một giàn thử nghiệm ô tô quý

được tích hợp với hệ thống thu thập dữ liệu dựa trên LabVIEW đã được phát triển để hiểu thực tế hành vi thời gian của một chiếc xe Trong thí nghiệm thí điểm, chỉ có ba thông số

hệ thống treo chính, đó là độ cứng của lò xo, giảm xóc và khối lượng bung, đã được xem xét và phương pháp giai thừa đầy đủ đã được thực hiện cho mục đích tối ưu hóa Nhưng hồi quy phân tích dữ liệu thu được cho thấy mức độ phù hợp rất thấp, điều này cho thấy rằng các tham số khác có khả năng ảnh hưởng đến phản ứng Sau đó, các góc hình học lái, khum và độ chụm và áp suất lốp, đã được đưa vào thiết kế giai thừa phân số phương pháp với sáu yếu tố đã được thực hiện để tối ưu hóa sự thoải mái khi đi xe Sự kết hợp tối ưu kết quả sau đó đã được xác minh trên giàn thử nghiệm có tương quan cao

Rất nhiều vấn đề sức khỏe như đau thắt lưng, rối loạn tiêu hóa và rối loạn cơ xương đều xảy ra do sự rung động toàn cơ thể do ô tô gây ra Bài viết này liên quan đến việc tăng cường và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống treo bằng cách sử dụng các phương pháp giai thừa của Thiết kế thí nghiệm, một phương pháp không đạo hàm.

Nó tập trung vào việc tối ưu hóa sự thoải mái khi đi xe và xác định các tham số ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động của hệ thống treo theo tiêu chuẩn ISO Bằng cách thu thập dữ liệu dựa trên LabVIEW Trong thí nghiệm thí điểm, chỉ có ba thông số chính của hệ thống treo, đó là độ cứng của lò xo, giảm chấn và khối lượng bung, đã được tham khảo và dùng phương pháp giai thừa đầy đủ cái mà đã được thực hiện cho mục đích tối ưu hóa Nhưng dữ liệu sau khi thu được cho thấy mức độ phù hợp rất thấp, điều này cho thấy rằng các tham số khác có khả năng ảnh hưởng đến thí nghiệm Sau đó, các góc hình học lái, khum và độ chụm và áp suất lốp cũng đã được đưa vào thiết kế

Giới thiệu.

Khi Ô tô di chuyển với tốc độ cao sẽ dẫn tới hậu quả là xảy ra các rung động không theo chu kỳ ngẫu nhiên Nó được truyền bằng các đường xúc giác, thị giác hoặc âm thanh tới

cơ thể người lái Thuật ngữ "đi xe" thường được sử dụng để đại diện cho xúc giác và các rung động thị giác, trong khi các rung động chúng có thể cảm nhận được bằng âm thanh là được phân loại là “tiếng ồn” Thuật ngữ đi xe được định nghĩa là các rung động tần số thấp của khối lượng lò xo lên đến 5 Hz Rung động khi đi xe có tần số thấp hơn là biểu hiện của hành vi năng động các chuyển động và ứng suất cơ học do ứng dụng của các lực cơ học đối với cơ thể con người có thể có nhiều loại tác dụng sinh lý Đối với các rung động thẳng đứng, con người nhạy cảm nhất với những rung động trong dải tần số từ 4 đến 8 Hz, đây

là dải tần số cộng hưởng cho cơ thể con người Hệ thống treo của các phương tiện giao

thông đường bộ hiện đại đã được xác định bởi Damia như một liên kết để cho phép bánh

xe chuyển động tương đối với cơ thể và để hỗ trợ tải RC (Regression coefficient) (hệ số hồi quy) đã được chứng minh là bị ảnh hưởng bởi nhiều loại thông số hệ thống treo và một loạt các phân tích, số, các phương pháp tính toán và thử nghiệm đã được thực hiện để tối

ưu hóa các hệ thống treo Ngay cả hệ số độ cứng của ống lót đã được coi là Bước và kích thích hình sin là được cung cấp cho mô hình và RC được tối ưu hóa bằng GA trong một của các công trình nghiên cứu của Farid et al Kilian et al đã nghiên cứu về việc tối ưu hóa lực xoắn, uốn cong và lắc lư của thiết kế hệ thống treo bằng cách sử dụng hữu hạn các phương pháp phần tử để tối ưu hóa cấu trúc liên kết và tối ưu hóa địa hình trong phần mềm

“Altair Opti Struct”

Những tiến bộ trong Âm học và Rung động thoải mái trong giai đoạn thiết kế Trong một nghiên cứu tương tự, mô hình 8-DOF hai chiều được phát triển bởi Roy và Liu để mô phỏng và tạo hiệu ứng động cho phản ứng của các phương tiện giao thông thông qua các điều kiện khác nhau như : đường, lực kéo, phanh và điều kiện gió khác nhau trong không gian 3D Môi trường VRML(Virtual Reality Modeling Language) Một thí nghiệm thực hiện bởi so sánh khả năng tăng tốc 0–100 km/h với một chiếc Honda Xe Accord trang

bị máy đo gia tốc và vòng tua máy Gonc¸alves và Ambrosio đã đề xuất ´ một phương pháp

để tối ưu hóa chuyến đi và sự ổn định của xe dựa trên việc sử dụng mô hình đa thân một cách linh hoạt Các tối ưu hóa chuyến đi đạt được bằng cách tìm ra tối ưu của chỉ số đi xe bằng cách đo gia tốc ở một số điểm chính của xe Lịch sử thời gian của gia tốc, vận tốc và chuyển vị tại trọng tâm đã được Naude và Snyman được xem xét cùng với lịch sử thời gian

´ lực, độ võng, tốc độ lệch của bánh xe và các bộ phận hãm sus Sự gián đoạn của tiếng ồn cũng là những thách thức lớn trong tối ưu hóa Thuật toán di truyền đa mục tiêu (MOGA) được sử dụng để tối ưu hóa mô hình rung xe 4 DOF của Sharifi và Shahriariet al đã sử dụng GA (Thuật toán di truyền) để tối ưu hóa và tính đến khối lượng lò xo gia tốc và chuyển vị tương đối giữa khối lò xo và lốp xe Đánh giá rung động truyền từ đường hồ sơ cho người lái xe hoặc hành khách trong một chiếc xe đang di chuyển có được thực hiện bởi Kuznetsov et al Bài báo của Chi et al trình bày một nghiên cứu so sánh về ba thuật toán tối ưu hóa, đó là Thuật toán di truyền (GA), Tìm kiếm mẫu Thuật toán (PSA) và Chương trình bậc hai tuần tự (SQP), để tối ưu hóa thiết kế hệ thống treo xe dựa trên mẫu xe tứ quý Uys et al đã tạo ra một chiếc Land Rover Mô hình bảo vệ trong MSC ADAMS và bộ giảm chấn lò xo cài đặt đã được xác định để đảm bảo sự thoải mái khi đi xe tối ưu của một chiếc

xe địa hình ở các tốc độ khác nhau và trên các hồ sơ đường bộ Mô hình ô tô đầy đủ 7 DOF

đã được phát triển và tối ưu đã đạt được sự thoải mái khi đi xe bằng cách thử các lò xo khác nhau cài đặt van điều tiết bằng DOE(Design Of Experiments) của Mostaani et al Đường bề mặt đã được mô phỏng bằng cách sử dụng mật độ phổ công suất (PSD) và người

ta thấy rằng độ cứng của lò xo ô tô là lớn nhất nhạy cảm Gia tốc RMS và góc nghiêng cho tối ưu cài đặt ở các tốc độ khác nhau đã được tạo và chỉ có sự thoải mái khi đi xe mới được tối ưu hóa Marzbanrad et al thực hiện tối ưu hóa hệ thống treo thụ động trên mô hình 7-DOF trong MATLAB sử dụng DoE cho tốc độ từ 60 kmph đến 90 km/giờ

Trong công việc này, một phần tư giàn thử xe đã được phát triển để thay đổi các tham số

có ảnh hưởng trong phạm vi lấy mẫu được xác định trước Bộ thử nghiệm đã được tích hợp

với hệ thống NI LabVIEW DAQ để đánh giá và đồng hóa dữ liệu thô Sau đó, phương pháp DoE đã được thực hiện để tối ưu hóa hệ thống treo Bài viết này đã được tổ chức theo cách sau: một mô tả ngắn gọn về sự phát triển gần đây trong lĩnh vực quy trình hiệu suất treo,

RC và Tối ưu hóa được đưa ra trong Phần 1 Phần 2 mô tả thí nghiệm

kỹ thuật thiết lập và đo lường được sử dụng để tích lũy của dữ liệu thô Phần 3 tập trung vào quá trình tối ưu hóa khi

Sprung Mass :khối lượng bung ĐAQ (Data acquisition: thụ thập dữ liệu) Unsprung mass :không có lò xo Spring and damper :Lò xo và giảm chấn

Cam: Trục Cam Controller :Bộ điều khiển Hình 1: Giàn thử ¼ xe

sử dụng DoE Phần 3.1 bao gồm tối ưu hóa bằng cách sử dụng đầy đủ phương pháp giai thừa; trong đó ba thông số cơ bản hệ thống treo bao gồm: là khối lượng lò xo (𝑚), độ cứng của lò xo (ks), và hệ số giảm chấn (cs) Ba tham số nữa đã được thêm vào và sử dụng phương pháp giai thừa phân để tối ưu hóa RC(radio controller), do đó xem xét sáu tham

số, tức là khối lượng lò xo (𝑚), độ cứng lò xo (ks), giảm chấn hệ số (cs), góc khum (cma),

áp suất, độ chụm và lốp (đánh máy) Sau đó, Phần 4 giải thích phương pháp trả lời tối ưu hóa và mô hình được tạo ra Việc xác minh của kết quả và các nhận xét kết luận đã được

đề cập trong Phần 5 và 6, tương ứng

2 Giàn thử nghiệm hệ thống treo ¼ oto

Để nghiên cứu hành vi đình chỉ trong kiểm soát môi trường và để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau và tương tác của họ qua RC, bài kiểm tra một phần tư hệ thống treo ô tô được thiết kế và phát triển như trong Hình 1 Nguồn kích thích là một biên dạng

va đập hình sin và bánh xe Biên dạng CAM được kích hoạt với một động cơ để mô phỏng tương đối chuyển động giữa mặt đường và bánh xe Một điều khoản để thay đổi tham số trong quá trình lấy mẫu được xác định trước phạm vi đã được kết hợp Hai gia tốc kế có độ nhạy cao, của ICP (IEPE) chế tạo (model: 351B03), đã được gắn vào khối lò

xo và cụm bánh xe để đo gia tốc của lò xo có khối lượng và lò xo không khối lượng, tương ứng, và theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997, RC được thể hiện dưới dạng gia tốc

RMS của khối lò xo tính bằng m/s2 Reflector: Ăng ten phản xạ Ultrasonic Sensor: cảm biến sóng siêu âm FIGURE 2: GIàn thử ¼ hệ thống treo - View ngang Toàn bộ hệ thống đã được tích hợp NI LabVIEW hệ thống thu thập dữ liệu Việc gắn cảm biến gia tốc trên các tay điều khiển được được thực hiện giải thích các vấn đề liên quan đến lý thuyết và các khía cạnh phân tích của hiệu chuẩn cảm biến, thu thập dữ liệu và xác định lỗi và, theo góc nhìn của tác giả, toàn bộ hệ thống đã được tích hợp với dữ liệu NI LabVIEW hệ thống thu thập và vị trí của các cảm biến được hiển thị trong Hình 2

3 Thiết kế thí nghiệm.

DoE là một kỹ thuật thống kê được sử dụng trong công việc này để xác định các tham số

có ảnh hưởng khác nhau ảnh hưởng đến phản ứng, điều đó là, RC và cài đặt của các tham

số đó để tối ưu hóa hiệu suất Mối quan hệ thực nghiệm giữa các yếu tố cũng đã được rút

ra ở dạng phương trình bằng cách sử dụng khái niệm phân tích hồi quy, trong đó mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố và phản ứng thống kê DoE định lượng các hiệu ứng, biến thể và

sự không chắc chắn trong xử lý và chuẩn hóa dữ liệu trên một quy mô chung theo thứ tự

để hỗ trợ cho việc phân tích

3.1 Phân tích DoE giai thừa đầy đủ với ba thông số

TRONG phần này, ba biến cơ bản bung khối lượng, độ cứng của lò xo và hệ số tắt dần được xem xét để tối ưu hóa hệ thống treo để tăng cường RC của phương tiện giao thông Với mục đích xác định phạm vi lấy mẫu, một Lỗi SAE BAJA được lấy làm tài liệu tham khảo Theo đó, các lò xo và bộ giảm chấn mềm nhất và cứng nhất hiện có tại thị trường Ấn

Độ đã được coi là cực đoan của phạm vi lấy mẫu và một phần tư tổng khối lượng của một lỗi đã được xem xét và khối lượng lò xo đã được quyết định là

FIG 1: Full factory design: thiết kế giai thừa đầy đủ

FIG 2: Bảng 2: Mức độ ảnh hưởng của các tham số trong thiết kế giai thừa đầy đủ

Hệ số Thấp (−1) Cao (+1)

Độ cứng của lò xo (ks), N/mm

Hệ số giảm chấn (cs), N-s/m Khối lượng (𝑚), kg Tốc độ (𝑁), vòng/phút thay đổi trong khoảng từ 40 kg đến 80 kg trong thiết bị thử nghiệm Tốc độ của phương tiện ở đây xác định tần số kích thích thân xe gặp phải Trong khi thiết kế này thí nghiệm, tốc độ của chiếc xe không được coi là một biến được kiểm soát bởi vì nó phụ thuộc hoàn toàn vàonguyện vọng của người dùng Tuy nhiên, do tác động đáng kể của nó đối với phản ứng, đó là, RC, nó là cần thiết để sắp xếp cho loại bỏ sự biến đổi do ảnh hưởng của nó Vì vậy, phép quay tốc độ của bánh xe được kết hợp trong hai khối Mohan et al đã phỏng

đoán rằng di chuyển gập ghềnh đó cho một xe có thể xảy ra trong phạm vi tốc độ từ 10 kmph đến 20 kmph Do đó, người ta đã quyết định thay đổi tốc độ quay của cam từ 150 vòng/phút đến 250 vòng/phút Sự giảm xóc của vòng bi, lốp xe, và cơ thể đủ nhỏ để không được xem xét Vì chỉ có ba biến đã được xem xét cho tối ưu hóa, cách tiếp cận giai thừa đầy đủ đã được thực hiện Trong cách tiếp cận này, không xảy ra hiệu ứng răng cưa hoặc gộp giữa các tham số Đối với hai cấp độ của mỗi yếu tố, thiết kế được ký hiệu là 2𝑘 thiết

kế giai thừa đầy đủ trong đó 𝑘 là số yếu tố trong nghiên cứu Phương pháp này chiếm ảnh hưởng của tất cả các tương tác và để giảm sự thay đổi trong thiết kế; tất cả các lần chạy được sao chép hai lần do đó dẫn đến trong 16 lần chạy Theo Montgomery, một rủi ro hiển nhiên khi tiến hành một thử nghiệm chỉ có một lần chạy ở mỗi lần kết hợp thử nghiệm là

mô hình được trang bị để chống ồn và với chỉ có một bản sao trong thiết kế, lỗi thuần túy

và thiếu phù hợp không thể được ước tính Thí nghiệm được thực hiện bởi xem xét hai cấp

độ cho mỗi yếu tố cùng với hai khốicho tốc độ Trong một thiết kế bị chặn sao chép, mỗi bản sao của thiết kế được xem xét trong một khối và các tính năng thiết kế được mô tả trong Bảng 1 và 2 Thử nghiệm được thực hiện theo ma trận thiết kế trực giao được tạo trong MINITAB và các giá trị RC tương ứng được lập bảng như trong Bảng 3

Rõ ràng từ Bảng 3, các giá trị RMS của khối lượng lò xo gia tốc thay đổi từ 0,285 m/s 2 đến 1,38 mét/giây 2 ISO2631- 1:1997 chỉ rõ rằng gia tốc khối lượng lò xo trên 0,315 m/s

2 là một chút khó chịu trong khi ở trên 0,5 mét/giây 2 là khá khó chịu cho một hành khách

Vì thế

Bảng 3: Bảng quan sát: thiết kế giai thừa đầy đủ

Speed: Tốc độ

𝑚 : khối lượngS

Ks: độ cứng

Cs: độ giảm chấn

RC : Regression coefficient

Mục đích chính của công việc này là để có được sự kết hợp tối ưu của các thông số hệ thống treo để hạn chế cường độ của gia tốc khối lò xo dưới 0,315 m/s 2

3.1.1 Phân tích hồi quy

Phân tích hồi quy là khoa học về khớp các đường thẳng với các mẫu dữ liệu Trong hồi quy tuyến tính mô hình, biến phụ thuộc (RC trong trường hợp này) được dự đoán từ các biến độc lập “𝑛” (ở đây là ks, cs và 𝑚) bằng cách sử dụng phương trình tuyến tính và phần

dư được tính toán để có được ước tính sai số trong mô hình Trước khi tiến hành phân tích, trước hết mô hình được giảm và các tham số không cần thiết và không đáng kể có mặt trong mô hình được loại bỏ Sự hiện diện của các tham số không đáng kể làm tăng sai số sai lệch và giảm độ chính xác và đầy đủ của mô hình hệ số ước lượng bảng và biểu đồ Pareto đã được tạo cho việc này mục đích Bảng hệ số đưa ra ảnh hưởng định lượng của từng tham số trên phản hồi được tính toán bằng cách xem xét ảnh hưởng trung bình của các tham số còn lại Bảng 4 cho giá trị hiệu ứng của hệ số giảm chấn là 0,4125, cho thấy rằng nó có tác dụng cao nhất đối với RC Ở đây, độ cứng và bung khối lượng riêng lẻ không đáng kể đối với RC vì tương ứng của chúng𝑃 giá trị là 0,190 và 0,094, lớn hơn 0,05 Cũng, biểu đồ Pareto về các hiệu ứng được sử dụng để xác định cường độ và tầm quan trọng của hiệu ứng trực quan được thể hiện trong Hình 3 Có một đường tham chiếu trên biểu đồ tương ứng với giá trị 𝑡 tới hạn (𝑡 = 2,306) và bất kỳ hiệu ứng nào vượt quá giá trị này dòng tham chiếu là đáng kể Hình 3 cho thấy hệ số giảm chấn và tương tác của ba biến là đáng kể; vì thế các thông số như khối lượng và độ cứng không thể bỏ qua thậm chí sau khi cá nhân không đáng kể