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 HONDAACCORD SEDAN 2017 BẰNG MATLAB VÀ CARSIM

SVTH: LƯƠNG KHÔI NGUYÊNMSSV: 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 HONDAACCORD SEDAN 2017 BẰNG MATLAB VÀ CARSIM

SVTH: LƯƠNG KHÔI NGUYÊNMSSV: 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 NAMĐộc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

PHIẾU NHẬN XÉT

Họ và tên sinh viên: MSSV: Họ và tên sinh viên: MSSV:

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

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 nguyên mới, tạo nên sự thay đổi cực kỳ to lớn trong đời sống con người mãi về sau Chiếc ô tô ra đời đem theo một sự tiện nghi và tiện lợi trước nay chưa từng có, giúp cho con người có thể dễ dàng di chuyển đến những khoảng cách xa một cách tiện lợi mà không bị gò bó bởi 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 phát triển của xã hội, nhu cầu về mặt di chuyển, vận tải của con người ngày càng tăng, việc di chuyển 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 công nghiệp ô tô ngày càng phát triển các hãng xe trên thế giới càng ngày càng tiến tới, nghiên cứu phát triển những hệ thống mới, những cơ cấu mới nhằm đáp ứng những nhu cầu ngày càng lớn của người tiêu dùng.

Độ êm ái và thoải mái khi ngồi trên xe là một trong những yếu tố then chốt của các hãng xe, là một trong những điểm quan trọng được các khách hàng quan tâm hàng đầu khi đi mua xe, đây cũng là tiêu chí để các hàng xe trên thế giới nghiên cứu nhằm để tăng tính 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 hệ thống 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 tiêu cực đến người lái và hành khách trên xe Ngoài ra, ngoài việc cải thiện sự thoải mái của chiếc xe, sự an toàn cũng rất quan trọng Khi người lái đánh lái hoặc quay đầu với tốc độ cao sẽ rất nguy hiểm, bởi lực quán tính bên của xe lúc này tăng nhanh, có thể khiến xe bị lật Các vụ tai nạn lật xe thường rất nghiêm trọng, gây nguy hiểm đến tính mạng con người 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 giải pháp hữu hiệu nhất.

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu3.1 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 hệ thống treo Honda Accord Sedan 2017 một cách tổng quan nhất để hiểu cơ bản hơn về cấu tạo, hoạt động, đặc điểm, động lực học và lợi ích của hệ thống treo chủ động mang lại cho 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 Matlab Simulink, 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 được Xây dựng mô hình mô phỏng của hệ thống bằng phần mềm Carsim và phân tích mô hình.

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TREO VÀ HONDA ACCORD

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống treo1.1.1 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 phận đóng vai trò trong việc chuyển động của toàn bộ thân xe, đặc biệt khi xe di chuyển qua những cung đường gồ ghề.

Hệ thống treo dùng để kết nối đàn hồi khung hoặc vỏ ô tô với các cầu Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống treo là giúp ô tô chuyển động êm dịu khi đi qua các mặt đường không 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 phận giảm 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 mượt hơn, tạo sự êm dịu cho xe khi di chuyển, giảm nhẹ tải trọng lên khung sườn xe Bộ phận đàn 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 ưu điểm 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 Grand i10, Honda Civic, Toyota Camry,… có ưu điểm là cấu tạo không quá phức tạp, đảm bảo 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 trí nhưng 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 nén vừa đảm bảo được độ êm dịu và sức tải tốt, thường được sử dụng cho các loại xe khách, xe bus Bên cạnh đó, hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử còn được ứng dụng 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 bám đường tốt hơn từ đó khiến cho xe di chuyển ổn định và mượt mà Bộ phận giảm chấn thường có 2 loại cơ bản:

Giảm chấn thủy lực: Quy trình hoạt động của giảm chấn thủy lực chính là tận dụng 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 giảm chấn dạng đòn (dẫn động gián tiếp qua hệ thống đòn nên phức tạp và vì thế ít dùng cho ô tô hiện nay).

Hình 1.5 Giảm chấn thủy lực

Giảm chấn ma sát: Tận dụng lực ma sát giữa các lá nhíp để giảm thiểu sự dao động.

1.1.2.3 Bộ phận dẫn hướng

Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo còn có tên gọi khác là thanh ổn định Đúng như tên gọi của nó, nó đóng vai trò chính liên kết bộ phận được treo và bộ phận không được treo, quyết định quỹ đạo chuyển động của bánh xe so với khung xe

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 là dùng nhíp (đối với xe tải) và dùng các cơ cấu tay đòn (xe con) Và tương ứng với việc bố trí 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 thống treo 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 phải cảm 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 trước những 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 và càng ngày càng tăng tính năng sử dụng Nhưng dù được chế tạo theo thiết kế nào và ứng dụng công nghệ hiện đại ra sao, nhìn chung hệ thống treo trên ô tô vẫn phải đáp ứng được các 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 và linh hoạt

Giảm thiểu tác động của địa hình lên thân xe, giúp người ngồi trong xe không cảm 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 cong lắp ghép lại với nhau tạo thành Các thanh kim loại này được gọi là lá nhíp, có chiều rộng bằng 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 nhíp khác 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, có thể 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 vào kết cấu chịu tải xoắn trong hệ thống treo.

Ưu điểm hệ thống treo thanh xoắn là trọng lượng nhẹ, kết cấu nhỏ gọn, giúp giảm khoảng 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 các dòng xe SUV, xe bán tải… Một số dòng xe hiện nay sử dụng hệ thống treo thanh xoắn như Toyota Hilux, Mitsubishi Triton, Ford Ranger…

Hệ thống treo lò xo xoắn trụ được sử dụng rất nhiều trên xe ô tô con Đa phần các dòng xe sedan/hatchback hiện nay đều sử dụng đàn hồi lò xo xoắn trục như Toyota Vios, Toyota Camry, Mazda 3, Kia Cerato, Hyundai i10, Hyundai Accent…

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 trên tính đàn hồi của không khí khi bị nén Khí nén dự trữ được chứa trong một bầu hơi Độ cứng của bộ phận đàn hồi sẽ phụ thuộc vào áp suất khí nén bên trong bầu hơi Để thay đổi 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 được điều 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 sang cao 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 một dầm cầu liền, dầm cầu này sẽ nối với thân xe Do đó dao động của các bánh xe sẽ ảnh hưởng 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 sử dụng nhiều ở treo sau của các xe ô tô con nhằm tiết kiệm chi phí, giảm trọng lượng, tiết kiệm 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 với thân xe một cách độc lập Do đó, dao động của các bánh xe sẽ không ảnh hưởng hay phụ thuộc nhau, bánh xe sẽ chuyển động độc lập So với hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo 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 dầm cầu 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 và định vị bánh xe thay đổi nên bánh xe có thể bị hiện tượng xoay đứng Để khắc phục nhà sản xuất thường trang bị thêm thanh ổn định Với nhiều ưu điểm, đây hiện là hệ thống treo 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 với biến 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 dù kiểu dáng này chỉ tồn tại đến năm 1989, khi dòng sản phẩm được mở rộng để bao gồm sedan, coupe và wagon Đến thế hệ thứ sáu của Accord vào cuối những năm 1990, nó đã phát 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 tế khác nhau.

Hình 1.12 Honda Accord 1976

Hình 1.13 Honda Accord Sedan 2017