ứng dụng mô phỏng hệ thống treo xe honda accord sedan 2017 bằng matlab và carsim

Phương pháp nghiên cứu lý luậnMục đích: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của đề tàiCách tiến hành: Tìm hiểu mô phỏng hệ thống treo, trình bày sự ổn định của hệ thống treo Honda Accord Sedan 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO MÔN HỌC

ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO XE HONDA ACCORD SEDAN 2017 BẰNG MATLAB VÀ CARSIM

SVTH: LƯƠNG KHÔI NGUYÊN MSSV: 19145431

GVHD: THS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG

Tp Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO MÔN HỌC

ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO XE HONDA ACCORD SEDAN 2017 BẰNG MATLAB VÀ CARSIM

SVTH: LƯƠNG KHÔI NGUYÊN MSSV: 19145431

GVHD: THS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG

Tp Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT

Họ và tên sinh viên: MSSV:

Họ và tên sinh viên: MSSV:

2 Nội dung bài báo cáo:

II NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH BỔ XUNG

III Đề nghị và đánh giá

Tp Hồ Chí Minh ,ngày …… tháng…… năm 20…

Giảng viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

Mục Lục

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TREO VÀ HONDA ACCORD 3

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống treo 3

1.1.1 Tổng quan về hệ thống treo 3

1.1.2 Cấu tạo hệ thống treo 3

1.1.3 Yêu cầu của hệ thống treo 7

1.1.4 Các loại hệ thống treo 7

1.2 Giới thiệu về Honda Accord 13

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB .16

2.1 Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống treo 1/2 16

2.1.1 Mô hình vật lý 16

2.1.2 Mô hình toán học 17

2.2 Thiết kế mô hình mô phỏng hệ thống treo ½ 18

2.2.1 Mô phỏng hệ thống treo 1/2 không có bộ điều khiển (hệ thống treo bị động) 18 2.2.2 Đánh giá kết quả của mô hình mô phỏng bằng simulink 20

CHƯƠNG 3.MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO BẰNG CARSIM 21

3.1 Thao tác điều chỉnh trên carsim 21

3.1.1 Điều chỉnh thông số đầu vào của xe Honda Accord 2017 21

3.1.2 Thiết lập mô phỏng trên carsim 24

3.2 Đánh giá và phân tích kết quả 26

3.2.1 Xe qua gờ 26

3.2.2 Xe đi trên đường nhấp nhô 28

KẾT LUẬN 32

Mục Lục Hình

Hình 1.1 Nhíp xe ô tô 4

Hình 1.2 Lò xô ô tô 4

Hình 1.3 Lò xo thanh xoắn ô tô 5

Hình 1.4 Hệ thống treo với lò xo khí nén 5

Hình 1.5 Giảm chấn thủy lực 6

Hình 1.6 Hệ thống treo lá nhíp 7

Hình 1.7 Hệ thống treo lò xo thanh xoắn 8

Hình 1.8 Hệ thống treo lò xo trụ 9

Hình 1.9 Hệ thống treo khí nén 10

Hình 1.10 Hệ thống treo phụ thuộc 11

Hình 1.11 Hệ thống treo độc lập 12

Hình 1.12 Honda Accord 1976 13

Hình 1.13 Honda Accord Sedan 2017 13

Hình 1.14 Honda Accord Coupe 2016 14

Hình 1.15 Honda Accord Wagon những năm 1990 14

Hình 2.1 Hình ảnh mô hình vật lý xe ô tô 16

Hình 2.2 Mô hình mô phỏng simulink 18

Hình 2.3 Mô hình mô phỏng treo trước và sau 19

Hình 2.4 Mô hình tính toán dựa theo phương trình của mỗi bánh xe 19

Hình 2.5 Kết quả mô phỏng hệ thống treo ½ 20

Hình 3.1 Giao diện chính Carsim 21

Hình 3.2 Giao diện thay đổi thông số xe 22

Hình 3.3 Giao diện chỉnh thông số động học cầu trước 22

Hình 3.4 Giao diện chỉnh thông số treo phía trước 23

Hình 3.5 Giao diện chỉnh thông số treo phía sau 23

Hình 3.6 Giao diện hình ảnh điểm gờ mà xe đi qua 24

Hình 3.7 Thông số thu được cho trường hợp xe đi qua điểm gờ 24

Hình 3.8 Giao diện xe đi qua đường nhấp nhô 25

Hình 3.9 Thông số thu được sau khi mô phỏng xe qua đường nhấp nhô 25

Hình 3.10 Xe qua gờ 26

Hình 3.11 Đồ thị mặt đường mà bánh xe đi qua 26

Hình 3.12 Đồ thị lực pháp tuyến tác dụng lên các bánh xe 27

Hình 3.13 Đồ thị gia tốc thẳng đứng của trọng tâm xe 27

Hình 3.14 Đồ thị vị trí thẳng đứng của thân xe theo thời gian 28

Hình 3.15 Xe đi trên đường nhấp nhô 28

Hình 3.16 Đồ thị mặt đường ma xe đi qua 29

Hình 3.17 Lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe 29

Hình 3.18 Gia tốc trọng tâm xe 30

Hình 3.19 Vị trí thân xe theo trục thẳng đứng theo thời gian 30

Hình 3.20 Góc xoay của khối lượng treo 31

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Chiếc ô tô đầu tiên ra đời vào năm 1885 đã đặt dấu chân bắt đầu cho một kỹ nguyênmới, tạo nên sự thay đổi cực kỳ to lớn trong đời sống con người mãi về sau Chiếc ô tô rađời đem theo một sự tiện nghi và tiện lợi trước nay chưa từng có, giúp cho con người cóthể dễ dàng di chuyển đến những khoảng cách xa một cách tiện lợi mà không bị gò bóbởi tuyến đường cố định như tàu điện, giúp con người vận chuyển hàng hóa dễ dàng hơn,mạng lại sự tiện nghi, an toàn và thoải mái khi tham gia giao thông Cùng với sự pháttriển của xã hội, nhu cầu về mặt di chuyển, vận tải của con người ngày càng tăng, việc dichuyển không chỉ đòi hỏi ở việc có thể tự do di chuyển xa và nhanh mà còn đòi hỏi ở độ

êm ái, độ tiện nghi và thoải mái khi ngồi trên một chiêc xe Chính vì vậy ngành côngnghiệp ô tô ngày càng phát triển các hãng xe trên thế giới càng ngày càng tiến tới, nghiêncứu phát triển những hệ thống mới, những cơ cấu mới nhằm đáp ứng những nhu cầu ngàycàng lớn của người tiêu dùng

Độ êm ái và thoải mái khi ngồi trên xe là một trong những yếu tố then chốt của cáchãng xe, là một trong những điểm quan trọng được các khách hàng quan tâm hàng đầukhi đi mua xe, đây cũng là tiêu chí để các hàng xe trên thế giới nghiên cứu nhằm để tăngtính cạch tranh cho các sản phẩm của họ Có nhiều tác nhân và thành phần ảnh hưởng đến

độ thoải mái của một chiếc xe, trong đó tác nhân đầu tiên và quan trọng nhất chính là hệthống treo của xe

2 Mục đích của đề tài

Khi ô tô chuyển động, mặt đường là nguồn rung động lớn, có thể ảnh hưởng tiêucực đến người lái và hành khách trên xe Ngoài ra, ngoài việc cải thiện sự thoải mái củachiếc xe, sự an toàn cũng rất quan trọng Khi người lái đánh lái hoặc quay đầu với tốc độcao sẽ rất nguy hiểm, bởi lực quán tính bên của xe lúc này tăng nhanh, có thể khiến xe bịlật Các vụ tai nạn lật xe thường rất nghiêm trọng, gây nguy hiểm đến tính mạng conngười cũng như phương tiện và cơ sở hạ tầng Để nâng cao khả năng ổn định ngang của ô

tô, các giải pháp có thể áp dụng bao gồm: thay đổi kết cấu thanh ổn định ngang bị động,thay thế hệ thống treo, hệ thống lái và các hệ thống điều khiển, hệ thống phanh khác

Để cải thiện điều này, rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về hệ thống treo,phanh, lái hoặc kết hợp chúng Trong số đó, việc nghiên cứu hệ thống treo tỏ ra là giảipháp hữu hiệu nhất.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống treo trên xe Honda Accord Sedan 2017

Mô phỏng hệ thống treo của xe trên phần mềm Matlab/Simulink

Mô phỏng hệ thống treo của xe trên phần phầm Carsim

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Không gian nghiên cứu: Môi trường kỹ thuật

Thời gian nghiên cứu: 15 tuần

Lĩnh vực nghiên cứu: Động lực học, Simulink, mô phỏng Carsim

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận

Mục đích: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của đề tài

Cách tiến hành: Tìm hiểu mô phỏng hệ thống treo, trình bày sự ổn định của hệthống treo Honda Accord Sedan 2017 một cách tổng quan nhất để hiểu cơ bản hơn về cấutạo, hoạt động, đặc điểm, động lực học và lợi ích của hệ thống treo chủ động mang lạicho chúng ta

4.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Mục đích: Mô phỏng hệ thống treo để phân tích kết quả trên Matlab và Carsim Cách tiến hành: Mô phỏng và phân tích hệ thống treo thông qua phần mềm MatlabSimulink, mô phỏng và phân tích hệ thống treo chủ động trên Carsim

5 Vấn đề cần tập trung vào đề tài nghiên cứu

Tìm hiểu hệ thống treo trên xe Honda Accord Sedan 2017

Xây dụng cơ sở lý thuyết của hệ thống và phần mềm mô phỏng

Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống

Mô phỏng hệ thống treo phần mềm Matlab Simulink và phân tích kết quả thu đượcXây dựng mô hình mô phỏng của hệ thống bằng phần mềm Carsim và phân tích môhình

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TREO VÀ HONDA ACCORD

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống treo

1.1.1 Tổng quan về hệ thống treo

Hệ thống treo là bộ phận quan trọng của xe ô tô, chúng quyết định cảm giác lái của

xe êm ái hay xóc nảy, ổn định hay không ổn định Nói một cách dễ hiểu đây là bộ phậnđóng vai trò trong việc chuyển động của toàn bộ thân xe, đặc biệt khi xe di chuyển quanhững cung đường gồ ghề

Hệ thống treo dùng để kết nối đàn hồi khung hoặc vỏ ô tô với các cầu Nhiệm vụchủ yếu của hệ thống treo là giúp ô tô chuyển động êm dịu khi đi qua các mặt đườngkhông bằng phẳng Ngoài ra hệ thống treo còn dùng để truyền các lực và mômen từ bánh

xe lên khung hoặc vỏ xe, đảm bảo đúng động học bánh xe

Phân loại hệ thống treo theo kết cấu:

1.1.2 Cấu tạo hệ thống treo

Cấu tạo hệ thống treo trên xe ô tô bao gồm 3 phần cơ bản: bộ phận đàn hồi, bộ phậngiảm chấn, bộ dẫn hướng

1.1.2.1 Bộ phần đàn hồi của hệ thống treo

Vai trò: Giúp giảm thiểu sức nặng tác động lên khung xe để bánh xe dao động mượthơn, tạo sự êm dịu cho xe khi di chuyển, giảm nhẹ tải trọng lên khung sườn xe Bộ phậnđàn hồi của hệ thống treo gồm các kiểu cơ bản sau:

Nhíp: Kiểu đàn hồi này thường được sử dụng chủ yếu cho loại xe tải, có ưuđiểm là chịu sức tải cao nhưng độ êm dịu lại hạn chế

Hình 1.1 Nhíp xe ô tô

Lò xo: Kiểu đàn hồi này thường được trang bị cho loại xe con Hyundai Grandi10, Honda Civic, Toyota Camry,… có ưu điểm là cấu tạo không quá phức tạp, đảmbảo độ êm dịu nhưng lại khó bố trí điểm đặt thích hợp trên xe

Hình 1.2 Lò xô ô tô

Thanh xoắn: Trái ngược với kiểu đàn hồi lò xo, kiểu thanh xoắn lại dễ bố trínhưng lại có kết cấu phức tạp Tuy vậy vẫn được sử dụng trên nhiều dòng xe

Hình 1.3 Lò xo thanh xoắn ô tô

Khí nén: Theo các chuyên gia nhiều kinh nghiệm về ô tô, loại đàn hồi khí nénvừa đảm bảo được độ êm dịu và sức tải tốt, thường được sử dụng cho các loại xekhách, xe bus Bên cạnh đó, hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử còn được ứngdụng trên những dòng xe sang đầu bảng của Mercedes, BMW,…

Hình 1.4 Hệ thống treo với lò xo khí nén

1.1.2.2 Bộ phận giảm chấn

Chức năng: Giảm thiểu sự dao động của bánh xe và thân xe, giúp bánh xe bámđường tốt hơn từ đó khiến cho xe di chuyển ổn định và mượt mà Bộ phận giảm chấnthường có 2 loại cơ bản:

Giảm chấn thủy lực: Quy trình hoạt động của giảm chấn thủy lực chính là tậndụng lực ma sát của các lớp dầu để giảm thiểu sự dao động Giảm chấn thủy lực có

2 loại là giảm chấn dạng ống (dẫn động trực tiếp, được sử dụng phổ biến) và giảmchấn dạng đòn (dẫn động gián tiếp qua hệ thống đòn nên phức tạp và vì thế ít dùngcho ô tô hiện nay)

Bộ phận dẫn hướng có vai trò tiếp nhận, truyền lực và mô-men giữa bánh và khung

xe, giúp cho xe di chuyển ổn định, đầm chắc và êm mượt Có 2 kiểu dẫn hướng chính làdùng nhíp (đối với xe tải) và dùng các cơ cấu tay đòn (xe con) Và tương ứng với việc bốtrí và sắp xếp các tay đòn mà hãng sản xuất sẽ tạo ra những kiểu hệ thống treo khác nhau

như hệ thống treo MacPherson, hệ thống treo tay đòn kép (double wishbone), hệ thốngtreo đa liên kết (multi-link),…

1.1.3 Yêu cầu của hệ thống treo

Hệ thống treo phải đảm bảo trong quá trình xe chạy thì người ngồi bên trong phảicảm thấy cảm thấy thoải mái, cách li khỏi rung động, ồn, sóc do tác động của mặt đường.Đồng thời, hệ thống treo cũng phải luôn được duy trì trong tình trạng tốt nhất trướcnhững yếu tố ảnh hưởng như sự phân bố tải trọng, tốc độ, gió, điều kiện đường xá,…Cùng với sự phát triển của công nghệ, thiết kế hệ thống treo hiện nay rất đa dạng vàcàng ngày càng tăng tính năng sử dụng Nhưng dù được chế tạo theo thiết kế nào và ứngdụng công nghệ hiện đại ra sao, nhìn chung hệ thống treo trên ô tô vẫn phải đáp ứng đượccác tính năng sau:

Chịu được sức nặng của xe ô tô khi di chuyển trên bất cứ điều kiện địa hình nào

4 bánh xe phải tiếp xúc với mặt đường để đảm bảo khả năng kiểm soát

Xe vào cua, chuyển hướng, tăng/giảm tốc độ phải đảm bảo được sự ổn định vàlinh hoạt

Giảm thiểu tác động của địa hình lên thân xe, giúp người ngồi trong xe khôngcảm thấy khó chịu vì quá xóc

Đảm bảo an toàn tối thiểu khi không may xảy ra va chạm

1.1.4 Các loại hệ thống treo

1.1.4.1 Hệ thống treo phân chia theo bộ phận đàn hồi

Hệ thống treo là nhíp:

Hình 1.6 Hệ thống treo lá nhíp

Cấu tạo nhíp ô tô khá đơn giản, gồm các thanh kim loại hình chữ nhật dài uốn conglắp ghép lại với nhau tạo thành Các thanh kim loại này được gọi là lá nhíp, có chiều rộngbằng nhau nhưng chiều dài khác nhau Trong đó thanh dài nhất gọi là lá nhíp cái.

Về độ dày, thường một bó lá nhíp sẽ chia thành 1 – 3 nhóm có độ dày bằng nhau

Độ cong của các lá nhíp cũng khác nhau Lá nhíp cái có độ cong lớn nhất, các lá nhípkhác có độ cong giảm dần tỷ lệ thuận với chiều dài

Ưu điểm hệ thống treo nhíp lá là cấu tạo đơn giản, dễ lắp ráp, sửa chữa, giá rẻ, cóthể thay cho đòn ngang, không cần thanh ổn định…

Nhược điểm là khó hấp thụ dao động nhỏ nên xe không có độ êm dịu tốt

Do đó, bộ phận đàn hồi nhíp lá chỉ phù hợp với những xe trọng tải lớn, cần độ cứng,

độ bền cao Đây là lý do vì sao hệ thống treo sử dụng nhíp lá được dùng nhiều trên xe tải

Hệ thống treo lò xo thanh xoắn

Hình 1.7 Hệ thống treo lò xo thanh xoắn

Cấu tạo thanh xoắn khá phức tạp, gồm thanh thép lò xo, sử dụng tính đàn hồi xoắn

để cản lại sự xoắn Một đầu thanh xoắn được cố định trên khung xe, đầu còn lại lắp vàokết cấu chịu tải xoắn trong hệ thống treo

Ưu điểm hệ thống treo thanh xoắn là trọng lượng nhẹ, kết cấu nhỏ gọn, giúp giảmkhoảng sáng gầm xe, giá thành rẻ, dễ chế tạo…

Nhược điểm là không có nội ma sát nên cần giảm chấn để dập tắt dao động nhanh

Hệ thống treo thanh xoắn cũng được sử dụng nhiều trên xe ô tô con, nhất là cácdòng xe SUV, xe bán tải… Một số dòng xe hiện nay sử dụng hệ thống treo thanh xoắnnhư Toyota Hilux, Mitsubishi Triton, Ford Ranger…

Hệ thống treo khí nén

Hình 1.9 Hệ thống treo khí nén

Cấu tạo hệ thống treo khí nén khá phức tạp Hệ thống treo này hoạt động dựa trêntính đàn hồi của không khí khi bị nén Khí nén dự trữ được chứa trong một bầu hơi Độcứng của bộ phận đàn hồi sẽ phụ thuộc vào áp suất khí nén bên trong bầu hơi Để thayđổi độ cứng của bầu hơi khí nén chỉ cần thay đổi áp suất bên trong

Do đó khác với các loại bộ phận đàn hồi khác, bộ phận đàn hồi loại khí nén đượcđiều khiển điện tử (còn gọi là hệ thống treo khí nén điện tử) Khi tải trọng ở các bánh xe

bị thay đổi, van cam biến sẽ báo về ECU Từ đây ECU sẽ truyền lệnh cho tăng hoặc giảm

áp suất khí nén

Đây là hệ thống treo được đánh giá ưu việt nhất bởi có thể hấp thụ các rung động dù

là nhỏ nhất, mang đến sự êm ái cao nhất khi xe chuyển động

Nhược điểm hệ thống treo khí nén là chế tạo phức tạp, chi phí cao

Do đó hệ thống treo này chủ yếu chỉ được sử dụng trên các dòng xe ô tô hạng sangcao cấp của các hãng như Mercedes, Audi, BMW, Lexus…

1.1.4.2 Hệ thống treo phân chia theo kết cấu

Hệ thống treo phụ thuộc

Hình 1.10 Hệ thống treo phụ thuộc

Hệ thống treo phụ thuộc có thiết kế các bánh xe được kết nối với nhau bằng mộtdầm cầu liền, dầm cầu này sẽ nối với thân xe Do đó dao động của các bánh xe sẽ ảnhhưởng và phụ thuộc lẫn nhau Đây là loại hệ thống treo có kết cấu đơn giản nhất

Ưu điểm hệ thống treo phụ thuộc là độ bền cao, chịu tải tốt, chi phí thấp, vào cua ít

bị nghiêng…

Nhược điểm là khá cứng, độ êm ái kém, rung nhiều, bánh xe dễ trượt nếu chạy tốc

độ cao trên đường trơn…

Do đó hệ thống treo này đa phần chỉ sử dụng cho các dòng xe tải trọng lớn, xe SUV

có kết cấu khung thân rời, xe bán tải… Ngoài ra, hệ thống treo phụ thuộc còn được sửdụng nhiều ở treo sau của các xe ô tô con nhằm tiết kiệm chi phí, giảm trọng lượng, tiếtkiệm không gian để nhường chỗ cho cabin…

Hệ thống treo độc lập

Hình 1.11 Hệ thống treo độc lập

Hệ thống treo độc lập có thiết kế các bánh không kết nối với nhau mà sẽ kết nối vớithân xe một cách độc lập Do đó, dao động của các bánh xe sẽ không ảnh hưởng hay phụthuộc nhau, bánh xe sẽ chuyển động độc lập So với hệ thống treo phụ thuộc, hệ thốngtreo độc lập có cấu tạo phức tạp hơn

Ưu điểm hệ thống treo độc lập là, độ bám đường tốt, độ êm ái cao, không có dầmcầu nên gầm xe có thể hạ thấp giúp xe vận hành ổn định hơn, trọng lượng nhẹ…

Nhược điểm là cấu tạo phức tạp, bảo dưỡng khó… Đặc biệt, do khoảng cách vàđịnh vị bánh xe thay đổi nên bánh xe có thể bị hiện tượng xoay đứng Để khắc phục nhàsản xuất thường trang bị thêm thanh ổn định Với nhiều ưu điểm, đây hiện là hệ thốngtreo được sử dụng phổ biến nhất hiện nay

1.2 Giới thiệu về Honda Accord

Honda Accord là một dòng ô tô do Honda sản xuất từ năm 1976, nổi tiếng nhất vớibiến thể sedan bốn cửa, là một trong những xe bán chạy nhất tại Hoa Kỳ kể từ năm 1989

Ra mắt lần đầu tiên vào năm 1976, dưới dạng một chiếc hatchback nhỏ gọn, mặc dùkiểu dáng này chỉ tồn tại đến năm 1989, khi dòng sản phẩm được mở rộng để bao gồmsedan, coupe và wagon Đến thế hệ thứ sáu của Accord vào cuối những năm 1990, nó đãphát triển thành một phương tiện trung gian, với một nền tảng cơ bản nhưng có thân xe

và tỷ lệ khác nhau để tăng khả năng cạnh tranh với các đối thủ trên các thị trường quốc tếkhác nhau

Hình 1.12 Honda Accord 1976

Hình 1.13 Honda Accord Sedan 2017