TỔNG QUAN
Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới
Sách Vehicle Dynamics: Theory and Application do Reza N Jazar viết được nhà xuất bản Springer xuất bản năm 2008 [1]
Trong chương 13 của sách cũng trình bày về dao động của xe bằng mô hình dao động xe trong mặt phẳng ngang Mô hình cho phép khảo sát thông số dao động của thân xe theo phương thẳng đứng x lắc ngang quanh trục Ox của xe với góc lắc ngang φ, chuyển động thẳng đứng của các bánh xe x1, x2 và các dao động riêng biệt từ mặt đường y1, y2
Tuy nhiên sách chưa trình bày được ảnh hưởng của lực quán tính đến động học và động lực học của xe cũng như ảnh hưởng của ổn định ngang của xe khi quay vòng
Bài báo khoa học: “Study of the Vehicle Controllability and Stability Based on Multi – body System Dynamics” (The Open Mechanical Engineering Journal, 2014, 8, 865 – 871) của tác giả Lin Hu, Shengyong Fang, Jia Yang, [2]
Trong bài báo này tác giả đã sử dụng phần mềm ADAMS/CAR để tiến hành khảo sát mô phỏng đặc tính kiểm soát và ổn định của xe như khả năng quay vòng, khả năng trượt trên đường dốc có chướng ngại vật, khả năng hồi vị của hệ thống lái; kết quả rút ra được là để cải thiện đặc tính tối ưu đó là có 3 yếu tố: khối lượng ô tô, tải trọng đặt lên cầu trước và độ cứng xoắn của thanh ổn định chống lật sau.
Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước
Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích ổn định chuyển động quay vòng xe khách giường nằm bằng mô hình động lực học phẳng” do Nguyễn Duy Bảo thực hiện, 2013 [3] Đề tài trên được xây dựng trên mô hình động lực học chuyển động phẳng của xe khi quay vòng dạng 2 bánh Xe chuyển động với vận tốc dọc theo chiều trục xe không đổi trong suốt quá trình quay vòng hoặc vượt xe khác Sử dụng hàm bước để mô tả góc đánh lái của xe Sử dụng mô hình lốp bánh xe tuyến tính để xác định lực ngang ảnh hưởng tới xe Đề tài đã đánh giá được đặc tính quay vòng trong tất cả các trường hợp tải trọng của xe, xác định được vận tốc tới hạn cho phép đảm bảo điều kiện trượt ngang khi xe quay vòng, xác định các thông số động học và động lực học của xe tại vị trí từng bánh xe trước, sau riêng biệt theo thời gian
Tuy nhiên đề tài chưa đánh giá được ảnh hưởng của các ngoại lực tác dụng lên xe cũng như lực kéo của bánh xe chủ động có thể làm cho xe chuyển động theo chiều dọc với vận tốc thay đổi, việc đánh lái với góc lái thay đổi đột ngột theo hàm bước không phù hợp với thực tế, mô hình bánh xe phi tuyến chỉ phù hợp khi xe đánh lái với góc lái nhỏ Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích ổn định chuyển động ngang của xe khách giường nằm
HB120 bằng mô hình động lực học một dãy phi tuyến” do Nguyễn Trường Lĩnh thực hiện,
2015 [4] Đề tài này đã so sánh được tính năng động học và động lực học khi xe chuyển động ngang dựa trên mô hình lốp phi tuyến với trường hợp dựa trên mô hình lốp xe tuyến tính Tuy nhiên, đề tài này chỉ mô phỏng động học và động lực học trên một dãy bánh xe nên chưa đánh giá được ảnh hưởng của ngoại lực tác dụng lên xe khi quay vòng như xe thực tế được Đề tài luận văn thạc sĩ “Khảo sát ảnh hưởng của hệ thống treo đến đặc tính ổn định ngang của xe MobiHome HB120 khi chuyển động quay vòng trên mặt đường mấp mô” do Nguyễn
Tác giả chỉ khảo sát đánh giá ảnh hưởng độ cứng của giảm chấn khi xe chuyển động qua mặt đường mấp mô từ đó xác định vận tốc nguy hiểm của xe Tuy nhiên, đề tài này chưa đánh giá được ảnh hưởng của ngoại lực tác dụng lên xe khi quay vòng như xe thực tế được Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích ổn định chuyển động ngang của xe khách giường nằm
HB120 bằng mô hình động lực học phương ngang” do Phan Văn Phúc thực hiện, 2016 [6]
Tác giả xây dựng mô hình mô phỏng sử dụng trong tính toán ổn định ngang, xác định các điều kiện tới hạn ổn định động lực học, an toàn chuyển động của của xe khách giường nằm HB120 khi quay vòng Tuy nhiên trong quá trình tính toán có nhiều thông số lấy giá trị gần đúng nên cần thực nghiệm lại kết quả Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích đặc tính chống lắc ngang trên hệ thống treo xe ghế ngồi
Nhằm phân tích sự ảnh hưởng của thanh cân bằng đến độ ổn định ngang của xe ở xe khách ghế ngồi WENDA và ảnh hưởng của việc bố trí hệ thống treo trên dòng xe này (trên nền sát xi DOOSAN và ISUZU ) trong trường hợp vào cua bằng mô hình toán học, trong đó xem xét đến sự ảnh hưởng của góc lật đến ổn định thân xe theo chiều ngang
Tuy nhiên các đề tài trên sử dụng mô phỏng bằng mô hình toán học nên rất khó khăn khi sử dụng trong thực tế đối với các kỹ sư thiết kế của các công ty.
Lý do chọn đề tài
Để kiểm nghiệm lại kết quả tính toán mô phỏng bằng mô hình toán của những đề tài trên, đồng thời xây dựng mô hình mô phỏng trực quan giúp các kỹ sư thiết kế dể dàng sử dụng, tác giả xây dựng mô hình mô phỏng dao động xe khách ghế ngồi Wenda Doosan với hệ thống treo khí bằng phần mềm MATLAB Simscape Đó là lý do tác giả chọn đề tài: “Phân tích ổn định lắc ngang xe khách ghế ngồi Wenda
Doosan bằng phương pháp động lực học đa vật thể” Kết quả tính toán dùng để phân tích tính năng an toàn trong chuyển động ngang, đồng thời đề xuất phương án cải thiện tính năng động học và động lực học của xe, cũng như làm cơ sở để tính toán cho những dòng xe khách khác
Xác định được sự ảnh hưởng của các thông số thiết kế, điều kiện và các chế độ chuyển động quay vòng của xe khách ghế ngồi Wenda Doosan ảnh hưởng đến an toàn, ổn định của xe khi quay vòng bằng phương pháp mô phỏng
Từ kết quả tính toán phân tích mô phỏng giúp ta định hướng xác định cụ thể phương án thiết kế cải tiến nhằm nâng cao tính năng ổn định và an toàn của xe khách ghế ngồi Wenda Doosan nói riêng và các chủng loại xe khác nói chung khi vào cua hay quay vòng
Mục tiêu cụ thể: Ứng dụng phần mềm Matlab Simscape thực hiện tính toán mô phỏng theo mô hình vật lý Phân tích đánh giá kết quả tính toán mô phỏng bằng mô hình vật lý so với mô hình toán học thu được từ đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích đặc tính chống lắc ngang trên hệ thống treo xe ghế ngồi WENDA trên hai nền sát xi DOOSAN và ISUZU” do Võ Thành Nhân thực hiện năm
2019 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Xe khách ghế ngồi Wenda Doosan do công ty sản xuất và lắp ráp ô tô SAMCO chế tạo là đối tượng cụ thể để tiến hành nghiên cứu Xác định các thông số ảnh hưởng đến tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của xe theo mô hình động lực học phương ngang, các thông số này sẽ được nghiên cứu, xác định bằng phương pháp thu thập dữ liệu và mô phỏng.
Phạm vi nghiên cứu
Vấn đề dao động theo phương ngang của xe khi quay vòng là một vấn đề rất phức tạp vì nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố và các trạng thái làm việc khác nhau Vì vậy đề tài nghiên cứu chỉ giới hạn trong việc nghiên cứu động lực học khi xe quay vòng theo phương ngang khi chuyển động thẳng qua các mấp mô với vận tốc không đổi, các tín hiệu kích thích từ mặt đường có dạng bán bình phương hàm sin
Xây dựng mô hình vật lý và mô hình toán học mô tả dao động của xe sử dụng trong tính toán ổn định ngang của xe khách ghế ngồi Wenda Doosan khi quay vòng
Xác định toàn bộ các thông số cần thiết của xe bằng thực nghiệm kết hợp với lý thuyết để sử dụng cho bài toán tính toán mô phỏng
Xây dựng mô hình mô phỏng dao động xe với hệ thống treo khí bằng phần mềm Matlab Simscape dựa trên các thông số kỹ thuật cụ thể của xe
Nhận xét kết quả thu được từ đó rút ra các kết luận về ảnh hưởng của các thông số động lực học theo phương ngang khi xe chuyển động quay vòng trong các chế độ hoạt động khác nhau kết hợp với các điều kiện tới hạn ổn định
So sánh các điều kiện tới hạn ổn định động lực học, an toàn chuyển động của xe khách ghế ngồi Wenda Doosan khi quay vòng Từ đó đề ra giải pháp thiết kế cải tiến nhằm đảm bảo tốt hơn an toàn chuyển động của xe khi vào cua Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
Xây dựng được mô hình tính toán mô phỏng động lực học đánh giá ổn định an toàn chuyển động theo phương ngang khi vào cua của xe khách ghế ngồi Wenda Doosan bằng mô hình vật lý trong đó Matlab Simscape được khai thác sử dụng
Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu mô hình mô phỏng bằng Matlab Simulink nhằm đánh giá tính năng động lực học của xe khách ghế ngồi Wenda Doosan theo phương ngang
Từ kết quả mô phỏng ta có thể đánh giá được tính năng động học và động lực học theo phương ngang của xe khách ghế ngồi Wenda Doosan khi chuyển động quay vòng Xác định rõ các nhân tố trực tiếp làm ảnh hưởng tới tính năng động học và động lực học của xe, từ đó đề xuất các phương án cải tiến để nâng cao tính năng động học và động lực học của xe nói riêng và các chủng loại xe khác tương tự nói chung
Phương pháp nghiên cứu Đề tài này thực hiện nghiên cứu cơ sở tính toán mô phỏng động học và động lực học chuyển động theo phương ngang của ôtô theo mô hình động lực học phương ngang Sử dụng mô hình tính toán động lực học trong mặt phẳng ngang 4 bậc tự do (4 DOF) với các thông số đàn hồi và giảm chấn là tuyến tính Với thành phần lực ngang khi xe vào cua được xác định theo các đề tài trước đó, với góc đánh lái là hàm bước Kết quả tính toán mô phỏng của các mô hình toán học mô tả động học và động lực học chuyển động ngang sẽ được phân tích và đánh giá, đồng thời so sánh với kết quả tính toán khi sử dụng các mô hình mô phỏng theo phương pháp toán học từ các đề tài đã sử dụng trước đó.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Thanh cân bằng (Anti-Roll Bars)
Thanh cân bằng (Anti-Roll Bars) được sử dụng để tăng độ ổn định của xe thân xe khi vào cua bằng việc hạn chế góc nghiêng của xe Nó là một dạng thanh đơn chịu xoắn, được liên kết với thân xe, các đầu ngoài cùng liên kết với kết cấu bên trái và phải Nó có tác dụng tạo ra một độ cứng xoắn nhất định phản hồi lại trạng thái nghiêng của xe Dưới tác dụng gia tốc ngang khi vào cua, lực quán tính tác động lên thân xe, gây ra trạng thái nghiêng, các lực này thông quay hệ thống liên kết nêu trên tác động đên thanh cân bằng một moment xoắn, từ đó thanh cân bằng cũng sinh ra một moment nhằm chống lại moment này, hạn chế góc nghiêng dọc thân xe nhằm tăng sự ổn định
Cấu trúc của thanh chống chống xoắn có dạng hình chữ U kết nối hai bánh xe trái và phải bánh xe và thanh được cố định vào khung gầm của xe thông qua các khớp nối cao su Thanh cân bằng có thể là ở dạng đặc hoặc ở dạng ống rỗng Chính chức năng của thanh cân bằng là giảm chuyển động xoay nghiêng dọc trục của khi chiếc xe đang vào cua
Thanh cân bằng sử dụng trong mô hình ở dạng bị động (hay cố định) Thanh được gắn trên khung gầm bằng cách sử dụng khớp xoay cao su tại A; A’, cho phép thanh thực hiện chuyển vị xoay tự do quanh trục Các đầu ngoài cùng của thanh tại B; B’ được kết nối với hai bên của hệ thống treo bánh xe, được thể hiện trên hình 2.11
Hình 2.8 Thanh cân bằng và các vị trí liên kết.
Phương pháp tính toán độ cứng thanh chống xoắn
Thanh cân bằng là một hệ đa phần tử gồm nhiều yếu tố cấu thành Để mô hình hóa thanh chống xoắn, ta giả thiết rằng quá trình xoắn của thanh được tập trung trong một khớp quay theo hướng trục xoắn tại vị trí A (hoặc A’) Bên cạnh đó, ta giả sử quá trình uốn xảy ra là không đáng kể so với quá trình xoắn của thanh
Vì khối lượng của thanh cân bằng là rất nhỏ so với hệ thống treo, nên phần khối lượng này cũng sẽ bị bỏ qua, tức là thanh cân bằng được mô phỏng như một phần tử không có khối lượng
Mô hình được thể hiện trên hình 2.13 Ở mô hình này ta giả định rằng mỗi nửa thanh giằn được kết nối với xe bằng cách sử dụng một mối nối quay (khớp xoay cao su) Bằng cách này, ta có thể tính toán được góc xoay của thanh cân bằng trên một nữa còn lại
Hình 2.9 Mô hình phân tích lực tác dụng lên thanh chống xoắn Đối với moment xoắn của dầm góc xoắn γ ta thu được moment xoắn như sau:
Hằng số xoắn của được tính như sau:
Trong đó: G: là môđun cắt (Shear Modulus) vật liệu thanh chống xoắn
J T : moment quán tính của mặt cắt ngang l St ,eef : là chiều dài hiệu dụng (xoắn)
Hình 2.10 Mô hình phân tích góc xoay trên thanh chống xoắn sin 2 r l v z = − = − z b γ
Từ phương trình trên, ta có kết quả, mối quan hệ giữa moment xoắn và góc xoắn của thanh cân bằng như sau:
Và moment xoắn thanh cân bằng phụ thuộc vào độ nghiêng ngang của xe so với mặt đường:
Lực trên hệ thống treo và lực trên thân xe được tính toán thông qua phương trình cân bằng giữa lực và moment trên thanh chống xoắn:
= = = = ∆ (2.53) Điều này dẫn đến moment xoắn thanh cân bằng tác động lên khung gầm:
Biên dạng mặt đường dạng bán bình phương hàm sin
Hình 2.11 Biên dạng mặt đường mô tả bằng bán bình phương hàm Sin
Hàm bán bình phương hình sin được thể hiện bằng hàm toán học:
Dạng bán bình phương hàm sin là dạng hàm kích động tiêu biểu mô tả biên dạng mặt đường có mô cao dạng bán hình sin, các thông số được chọn như ở [7], được thể hiện bằng mô hình toán học:
Trong đó: t_start = 0: thời điểm ngay tại đó bánh xe bắt đầu tiếp xúc với bậc (s) t_end = 0.5 d v 1 : thời điểm ngay khi bánh xe bắt đầu rời khỏi bậc (s) d 2 : độ cao mấp mô của mặt đường (m) d 1 : bước sóng mấp mô của mặt đường (m)
V: vận tốc chuyển động của xe (m/s)
Thông số đàn hồi – giảm chấn.
Hệ số đàn hồi hệ thống treo
Bầu khí nén là một bộ phận đàn hồi có độ êm dịu cao, đặc tính đàn hồi của bầu khí nén có dạng phi tuyến, không giống dạng tuyến tính như trên lò xo trụ Hệ số đàn hồi thay đổi theo tải trọng tác dụng lên bầu khí nén
Trong hình 2.18 thể hiện đồ thị động lực học của bầu khí nén với trục tung (Load) là tải tác dụng lên bầu khí nén, trục hoành (Deflection) là chiều cao hình học của bầu khí nén trong quá trình làm việc Bầu khí nén có trạng thái cân bằng tại vị trí L
Công thức tính hệ số đàn hồi của bầu khí nén:
Hình 2.12 Đồ thị động lực học của bầu khí nén k = (L c – L e )/(∆h c + ∆h e ) (2.56)
Trong đó: k : Hệ số đàn hồi bầu khí nén
Lc : Tải tác dụng khi nén bầu khí nén
Le : Tải tác dụng khi kéo bầu khí nén
∆hc : Độ nén của bầu khí nén
∆he : Độ giản của bầu khí nén
P gc : Áp suất dư của khí nén tại điểm Lc.
P ge : Áp suất dư của khí nén tại điểm Le
A c : Diện tích tác dụng bầu khí nén tại điểm Lc
A e : Diện tích tác dụng bầu khí nén tại điểm Le
Thế công thức 2.82 và 2.83 vào công thức 2.81 ta được: k = P gc (A c ) - P ge (A e ) (2.59)
Với: ∆h c = ∆h e = 0,5 inch (Xét bầu khí nén kéo giãn trong đoạn 1 in)
P ac : Áp suất tuyệt đối tại Lc
P ae : Áp suất tuyệt đối tại Le
14,7: Áp suất khí quyển (lbf/in 2 ) Chúng ta sử dụng công thúc quá trình đa biến của không khí với số mũ đa biến n = 1,38 Ta có công thức sau:
P al : Áp suất tuyệt đối tại vị trí cân bằng L
V 1 : Thể tích bầu khí nén tại vị trí cân bằng L
V c : Thể tích bầu khí nén tại vị trí Lc
V e : Thể tích bầu khí nén tại vị trí Le
Thế các công thức 2.87 vào 2.88 và 2.85 vào 2.86 ta được:
Tiếp theo ta thế công thức 2.89 và 2.0 vào công thức 2.84 ta được:
Nhóm các phần chung và rút gọn công thức 2.91 ta thu được công thức tính hệ số đàn hồi k của bầu khí nén như sau:
Hệ số đàn hồi của lốp xe
Tính độ cứng thẳng đứng của lốp xe k_ t1,t2,t3 : ( vertical stiffness) [3]
Hình 2.13 Mặt cắt lốp xe
Trong đó: Kw : độ đàn hồi của lốp [N/m]
AR: tỉ số giữa chiều cao và chiều rộng lốp xe
SN: chiều rộng danh nghĩa lốp xe
DR: Đường kính vành lốp xe
Hệ số giảm chấn hệ thống treo
Ta cần tính hệ số giảm chấn c của giảm chấn và qui đổi sang hệ số giảm chấn của mô hình tính toán như hình 2.17
Thông số hệ số giảm chấn qui đổi tối ưu cho hầu hết các hệ thống treo có thể xác định theo công thức: c ≈ 0,112πm [Ns/m] (2.69)
Ta cần xác định tải trọng phân bố lên bánh xe trước và bánh xe sau, từ đó xác định được hệ số giảm chấn phù hợp dựa theo công thức c ≈ 0,112πm [Ns/m]
Hình 2.14 Đồ thị tối ưu hệ số giảm chấn cho xe có khối lượng m với tần số f ≈1Hz Tiêu chuẩn đánh giá
SSF được dùng bởi NHTSA để đánh giá khả năng tai nạn cũng như lật của xe Số “sao” đánh giá được dựa trên nguy cơ lật của xe, và được thể hiện trong bảng 2.3 Dựa trên các thống kê NHTSA trên mẫu xe, các xe có SSF dưới 1,15 rơi vào loại xếp hạng 3 sao trở xuống Tuy nhiên, với SSF trên 1,35, thống kê cho thấy xếp hạng từ 4 “sao” trở lên, do đó chứng tỏ nguy cơ lật của các phương tiện như SUV, xe tải hoặc xe dễ bị lật hơn so với xe con hay nói cách khác các xe có trọng tâm cao, dễ lật hơn các dòng xe có trọng tâm thấp hơn
Bảng 2.3 : Bảng đánh giá khả năng lật của xe dựa trên hệ số tĩnh SSF Đánh giá Mô tả
5 sao Khả năng lật xe thấp hơn 10%
4 sao Khả năng lật xe giữa 10 % và 20 %
3 sao Khả năng lật xe giữa 20 % và 30 %
2 sao Khả năng lật xe giữa 30 % và 40 %
1 sao Khả năng lật xe lớn hơn 40%
Trong hầu hết mô hình của hệ thống treo độc lập thì được mô tả đơn giản chỉ có một tâm lắc duy nhất đáp ứng các chức năng hoạt động của xe Nhưng trong thực tế, có một số chức năng riêng biệt khác nhau, với các tâm lắc riêng biệt như:
(1) Tâm lắc hình học (the geometric roll centre –GRC)
(2) Tâm lắc động lực học (the kinematic roll centre - KRC)
(3) Tâm lắc lực (the force roll centre - FRC)
(4) Tâm lắc mô-men (the moment roll centre - MRC)
Tay đòn dẫn hướng
Tâm lắc hình học được xác định bằng phương pháp hình học dựa vào cấu trúc của đòn dẫn hướng của hệ thống treo, do đó tâm lắc sẽ được xác định tùy vào các hình dạng và cấu trúc của các thanh dẫn hướng như hình 2.18 bên dưới
Trong những năm gần đây, các kết quả phân tích hệ thống treo của xe có nhiều chủng loại thanh dẫn hướng và tâm lắc được giới thiệu trong hình 2.18, xuất hiện được Dixon (1991) giới thiệu, nhưng chưa chính xác với thực tế hoạt động của xe
Hình 2.15 Các cấu trúc của các thanh dẫn hướng trên các loại
Tâm lắc động lực học(KRC)
Nhiều tác giả cho rằng tâm lắc chính là điểm trùng trọng tâm lắc của thân xe Nhưng điều này là không thực sự đúng với thực tế hoạt động của xe khi xét đến độ lệch ngang của xe khi vào cua hay quay vòng
Thực tế là tâm lắc liên quan mật thiết vói các chi tiết trên cầu của xe như thuộc đặt tính cứng của lò xo giảm chấn chứ không phải là phụ thuộc hoàn toàn vào các thanh thanh dẫn hướng Với góc xoay của hệ thống treo 𝜑𝜑, trọng tâm của xe sẽ di chuyển một đoạn ∆ 𝑦𝑦 , chiều cao của KRC là h r theo hình 2.20 ta có:
Hình 2.16 Góc lắc trên khung xe liên quan đến kết cấu bố trí của thanh đòn dẫn hướng trên cầu
Trong đó h 0 là chiều cao của trọng tâm xe và r 0 là chiều cao từ mặt đường đến tâm lắc như hình
Hình 2.17 Chuyển vị của trọng tâm xe với một góc φ
Theo hình 2.20, mô-men được xác định:
Tâm lắc lực(FRC)
Chiều cao của FRC ảnh hưởng bởi hai yếu tố sau:
+ Các lực bám ngang từ thanh đòn dẫn hướng
+ Các lực có phương thẳng đứng từ các thanh đòn dẫn hướng thể hiện theo hình 2.22 (link jacking force: LJF.)
Hình 2.18 Tổng các lực từ các thanh đòn dẫn hướng có phương vuông góc với mặt đường (Jacking forces); với I.C Height là chiều cao của trọng tâm tức thời (Instant center height)
Hình 2.23(a) mô tả sơ đồ lực ở hai lốp (Z) và lực ngang (Y) của hệ thống treo độc lập khi xe không chuyển hướng
Hình 2.23(b) sơ đồ lực trong hệ trục tọa độ của thanh đòn dẫn hướng, sơ đồ lực chuyển sang phương (F 2 ) và (F 1 ) vuông góc với các thanh đòn dẫn hướng
Hình 2.23(c) mô tả sơ đồ lực trở lại vị trí bình thường và các thành phần của lực ngang Các lực của các thanh đòn dẫn hướng có phương thẳng đứng được xác định như sau:
Các lực bám ngang từ thanh đòn dẫn hướng được xác định theo công thức:
Ta có lực của mỗi bên:
Hình 2.23(d) mô tả hợp lực của các lực và giao nhau tại điểm GRC Xét các đường thẳng tác động đến hợp lực mà tại đó đường thẳng đi xuyên qua đường trọng tâm của xe chuyển thành lực thẳng đứng (FLJ) và thành phần lực ngang (FY) Điểm trên đường trọng tâm được chấp nhận xem là tâm lắc lực FRC Góc của hợp lực theo phương ngang được xác định như sau: arctan LJ
Chiều cao của FRC được xác định:
Theo hình 2.23 (d), B theo chiều dương cho nên H FRC nhỏ hơn chiều cao H GRC mô-men ảnh hưởng bởi các lực ngang:
Cho nên, chiều cao của FRC được xác định:
Hệ số chuyển tải trọng f LT
Hình 2.19 Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống treo độc lập khi xe rẽ trái: (a) sơ đồ lực khi xe chưa chuyển hướng; (b) sơ đồ lực trong hệ trục tọa độ của thanh đòn dẫn hướng khi xe chuyển hướng; (c) sơ đồ lực trở lại vị trí bình thường và các thành phần của lực ngang; (d) điểm hợp lực tại vị trí tâm lắc hình học (GRC), và các thành phần của FLJ (link jacking force) và lực ngang FY (lateral force) tại điểm tâm lắc lực (FRC)
Sự phân bố thực tế của lực bên trái và phải thì phụ thuộc vào chỉ số đặc tính lốp, vì vậy chỉ có vị trí gần đúng của FRC có thể được tính toán trên cơ sở các thanh đòn liên kết riêng biệt, sự khác biệt chiều cao từ GRC tùy thuộc vào độ nghiêng của các hợp lực của các lực liên kết
Hệ số chống xoắn JAR được xác định:
= H (2.80) và thường được thể hiện như một tỷ lệ phần trăm như sau,
Tâm lắc hình học(GRC)
Tâm lắc GRC được xác định là điểm nằm trên đường thẳng đứng tưởng tượng ở điểm giữa của cầu xe mà thân vỏ và khung sườn lắc quanh dưới tác động của lực ngang và đồng thời cũng là điểm giao nhau của các thanh đòn dẫn hướng của mỗi bên
Trong trường hợp hệ thống treo có hai thanh đòn dẫn hướng song song nhau thì sẽ rất khó khăn việc trong việc xác định tâm lắc GRC
Trường hợp có hai thanh đòn dẫn hướng song song nhau có thể xảy ra đối với hầu hết các loại hệ thống treo độc lập Trong hình 2.24 minh họa tâm lắc trên hệ thống treo với các thanh đòn dẫn hướng song song nhau và được xác định bằng phương pháp hình học
Hình 2.20 Tâm lắc của hệ thống treo độc lập có thanh đòn dẫn hướng song song nhau
Lý thuyết về đặc tính ổn định ngang của ô tô
Khái niệm
Tính chất ổn định của ô tô là tính chất đảm bảo không bị lật đổ hoặc trượt khi ô tô đứng yên cũng như khi nó chuyển động Mất ổn định có thể xảy ra theo phương ngang hoặc phương dọc, trong đó phương ngang dễ xảy ra hơn Tác nhân gây mất ổn định là lực quán tính ly tâm khi ô tô chuyển động trên đường vòng, thành phần phát sinh do trọng lực khi ô tô chuyển động trên đường nghiêng, lực gió ngang, và do các xung động từ đường khi đi trên đường mấp mô
Tính ổn định được đánh giá thông qua vận tốc giới hạn lớn nhất của ô tô trên đường vòng với bán kính cong nhất định, bằng góc nghiêng lớn nhất của mặt đường, theo điều kiện lật đổ ngang.
Xác định các điều kiện tới hạn theo ổn định ngang
Xét trường hợp ô tô quay vòng trên đường bằng, bỏ qua ảnh hưởng độ nghiêng ngang của thùng xe và độ đàn hồi của lốp, sự trượt ngang của các bánh xe có thể xuất hiện do tác dụng của lực quán tính ly tâm Fy(t) ở thời điểm lực ngang bằng lực bám ngang của bánh xe với mặt đường, tức là:
Hình 2.21 Sơ đồ lực tác dụng khi ô tô chuyển động quay vòng trên đường ngang
Thay vào công thức trên các giá trị của lực bám ngang và lực quán tính ly tâm chúng ta có:
Trong đó: φ Y : Hệ số bám ngang v: Vận tốc xe (m/s) R: Bán kính quay vòng (m) G: Trọng lượng ô tô (kg.m/s 2 ) g: Gia tốc trọng trường (m/s 2 ) Ở thời điểm bắt đầu trượt ngang thì v = vght , ta tìm được tốc độ giới hạn theo điều kiện trượt ngang:
Hình 2.22 Sơ đồ lực tác dụng khi ô tô chuyển động rẽ phải trên đường ngang
Xét cân bằng mô-men đối với trục nối tâm vết tiếp xúc bánh xe trước và sau bên trái
B: Chiều rộng cơ sở của ô tô b: Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến bánh xe h0: Chiều cao trọng tâm xe
𝐹𝐹𝑧𝑧𝑧𝑧: Tổng phản lực pháp tuyến tại các bánh xe phía trong hướng quay vòng
Trong trường hợp rẽ phải, như hình 2.26, và bắt đầu lật sang trái Các bánh xe bên phải bị nhấc khỏi mặt đường, phản lực pháp tuyến tại đó triệt tiêu, xét cân bằng mô-men tại thời điểm này Do đó:
Vận tốc tới hạn theo điều kiện lật ngang:
Tổng quan về Matlab, Simulink & Simechanics
Tổng quan về Matlab
Phần mềm Matlab là một chương trình được viết cho máy tính PC nhằm hỗ trợ cho các tính toán khoa học và kỹ thuật với các phần tử cơ bản là các ma trận trên máy tính cá nhân, do công ty
“The Mathwors” lập trình Thuật ngữ Matlab có được là do hai từ Matrix và Laboratory ghép lại Chương trình này đang được sử dụng nhiều trong nghiên cứu các vấn đề về tính toán của các bài toán kỹ thuật như: lý thuyết điều khiển tự động, kỹ thuật thống kê xác suất, xử lý số các tín hiệu.
Matlab Simulink & Simcape
Matlab được điều khiển bởi các tập lệnh, tác động bằng bàn phím Nó cũng cho phép chúng ta lập trình với một số ngôn ngữ (C, C++), nhằm tạo ra những thư viện riêng phục vụ cho những mục đích khác nhau Matlab có hơn 25 Toolbox để trợ giúp cho việc khảo sát Toolbox Simulink là phần mở rộng của Matlab, sử dụng để mô phỏng các hệ thống động học một cách nhanh chóng và tiện lợi Để mô hình hóa, Simulink cung cấp một giao diện đồ họa để sử dụng và xây dựng mô hình thông qua thao tác “nhấn và kéo chuột” Với giao diện đồ họa ta có thể xây dựng mô hình và khảo sát mô hình một cách trực quan hơn Đây là sự khác xa các phần mềm trước đó mà người ta sử dụng Đặc điểm của Simulink là lập trình ở dạng sơ đồ cấu trúc của hệ thống Nghĩa là, để mô phỏng hệ thống đang được mô tả ở dạng phương trình vi phân, phương trình trạng thái, hàm truyền đạt hay sơ đồ cấu trúc thì chuyển sang chương trình Simulink dưới dạng các khối cơ bản khác nhau theo cấu trúc khảo sát Với cách lập trình như vậy, người nghiên cứu sẽ thấy trực quan và dễ hiểu hơn
Thư viện của Matlab Simulink rất đa dạng với từng phân mục sử dụng cho các lĩnh vực và mục đích khác nhau bao gồm: Simulink, Communications System Toolbox, Compputer Vision System Toolbox, Simcape, Simulink 3D Animation
Simcape là một phân mục của Simulink cho phép tạo nhanh các mô hình vật lý khác nhau Với Simcape, việc xây dựng các thành phần của mô hình vật lý và các kết nối vật lý thực tế sẽ được thay thế bởi việc tạo các biểu đồ khối và kết nối giữa các biểu đồ này Các mô hình vật lý có thể xây dựng với Simcape như: Motor điện, bộ phận chỉnh lưu kiểu cầu, bộ truyền động thủy lực, hệ thống làm mát bằng cách kết nối các thành phần cơ bản vào trong một lược đồ.
Sim Mechanics
Sim Mechanics là một mục của Simcape cung cấp một môi trường đa thành phần mô phỏng cho các hệ thống cơ khí như robot, hệ thống treo xe, thiết bị xây dựng và cơ chế, máy móc bất kỳ Chúng ta mô hình hệ thống bằng cách sử dụng các khối đại diện cho các bộ phận, khớp, các liên kết, và các yếu tố lực, sau đó Sim Mechanics sẽ trình bày và giải các phương trình của chuyển động cho các hệ thống cơ khí hoàn chỉnh
Các mô hình từ các hệ thống CAD, bao gồm khối lượng, quán tính, khớp, các liên kết, và hình học 3D có thể được đưa vào SimMechanics
Một ảnh động 3D tự động được tạo ra cho phép hình dung được một hệ thống động lực học Các chức năng chính:
Khối và cấu trúc mô hình để mô phỏng và phân tích hệ thống cơ khí 3D trong Simulink Định nghĩa vật thể rắn sử dụng tiêu chuẩn hình học và tùy chỉnh extrusions được xác định trong MATLAB
Tính toán tự động khối lượng và lực quán tính
Chế độ mô phỏng cho phân tích chuyển động và tính toán lực
Hình dung và tạo ảnh động của hệ thống động lực học nhiều thành phần với hình học 3D
SimMechanics cung cấp 4 chế độ phân tích chuyển động:
Forward Dynamics (Chuyển tiếp động lực) - Gán lực gây trượt và mômen xoắn vào các cơ cấu chấp hành chuyển động dẫn và tính toán các kết quả chuyển động của toàn bộ hệ thống
Inverse Dynamics and Kinematics (Nghịch đảo động lực và động học) - Xác định các lực và mômen xoắn được tạo ra bởi các cơ cấu chấp hành để trình bày chuyển động do người dùng quy định
Trimming - Nhận diện các nút cân bằng ở trạng thái ổn định được sử dụng cho tuyến tính hóa và hệ thống phân tích
Linearization (Tuyến tính hóa) - Trích ra một mô hình tuyến tính có thể dự đoán phản hồi của hệ thống cho các nhiễu loạn trong lực gây trượt, khớp và cấu hình các liên kết, và điều kiện ban đầu
Nhìn chung, các chế độ phân tích trên cho phép kiểm tra hiệu suất cơ học, chọn hệ thống dẫn động thích hợp, và phát triển điều khiển tối ưu
Hình 2.23 Các công cụ sử dụng trong Matlab
SimDriveline Simelectronics Simhydraulics Simmechanics SimPower
Forces and Torques Frame and
XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ
Thông số độ cứng bầu hơi
Hệ thống treo khí nén trên xe SAMCO WENDA DOOSAN đang sử dụng loại bầu khí nén của nhà sản xuất Firestone, kiểu model bầu trước 1T15M-4 (W01-M58-6270)
Bảng 3.1 Bảng thông số bầu khí nén Firestone 1T15L-4 (W01-358-9414)
Với: H: Chiều cao của bầu khí nén, H luôn thay đổi trong quá trình hoạt động
Thông qua phần mềm Matlab, ta sử dụng phương pháp vẽ đồ thị và hàm nội suy để truy ra đường đặc tính của bầu hơi trước WENDA DOOSAN dưới dạng phương trình đường cong như sau:
Bảng 3.2 Phương trình thể hiện đường đặc tính bầu hơi trước WENDA DOOSAN
PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH BẦU HƠI y = Ax 2 + Bx + C
80 pssi 18601047.3 -2043757,9 152101,6 Để đơn giản trong quá trình tính toán, ta sử dụng phương pháp trung bình để tách thông số độ cứng bầu hơi ở áp suất 40 psi làm thông số đầu vào tính toán cho bài toán
Tương tự ta có các bảng tổng hợp cho bầu các bầu hơi khác như sau:
Bảng 3.3 Bảng tổng hợp kiểu loại bầu hơi sử dụng trên đối tượng xe khảo sát
LOẠI BẦU HƠI BẦU HƠI TRƯỚC BẦU HƠI SAU
Ta có các phương trình thể hiện đường đặc tính bầu hơi trên các xe khảo sát như sau :
Bảng 3.4 Phương trình thể hiện đường đặc tính bầu hơi sau WENDA DOOSAN
PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH BẦU HƠI y = Ax 2 + Bx + C
Thông số độ cứng thanh chống xoắn
Để thực hiện tính toán độ cứng thanh cân bằng ta sử dụng phần mềm Ansys APDL để thực hiện tính toán Thông số chuyển vị thanh được ghi nhận thông qua phần mềm và sử dụng công thức để tính toán độ cứng tương ứng, các thông số thể hiện trên bảng sau:
Hình 3.3 Bản vẽ thanh cân bằng trước và sau xe WENDA DOOSAN
Bảng 3.5 Thông số thanh cân bằng WENDA DOOSAN
CẦU TRƯỚC - CẦU SAU Chuyển Vị
Nm/rad XZ Shear Stress
Bảng 3.6 Thông số độ cứng thanh chống xoắn Độ cứng (Nm/rad) Thanh cân bằng trước Thanh cân bằng sau
Thông số kỹ thuật tổng quát xe WENDA DOOSAN
Bảng 3.7 Bảng thông số tổng quát xe khách ghế ngồi WENDA DOOSAN
TT Thông tin chung Đơn vị Giá trị các thông số
1 Loại phương tiện: - Ô tô khách
2 Thông số về kích thước
2.1 Kích thước bao (Dài x Rộng x Cao) mm 12200x2500x3560
2.2 Chiều dài cơ sở mm 6150
2.5 Chiều dài đầu xe mm 2790
2.6 Chiều dài đuôi xe mm 3260
2.7 Khoảng sáng gầm xe mm 190
2.9 Góc thoát trước/sau Độ 15/14
3 Thông số về khối lượng
- Phân bố lên trục trước
- Phân bố lên cầu sau kg kg kg
7680 3.2 Số người cho phép (kể cả người lái) người 47
- Phận bố lên trục trước
- Phân bố lên cầu sau kg kg kg
Trọng lượng phần được treo
- Phận bố lên trục trước
- Phân bố lên cầu sau kg kg kg
4 Thông số về tính năng chuyển động
4.1 Tốc độ cực đại của xe km/h 120
4.2 Độ dốc lớn nhất xe vượt được khi đầy tải % 33,1
4.3 Bán kính quay vòng nhỏ nhất theo vết bánh xe trước phía ngoài m 10,1
5 Hệ thống treo - Nhập khẩu từ Trung
Phụ thuộc, phần tử đàn hồi là 02 bầu hơi chứa khí nén, phần tử giảm chấn là ống nhún thủy lực
Phụ thuộc, phần tử đàn hồi là 04 bầu hơi chứa khí nén, phần tử giảm chấn là ống nhún thủy lực
6 Cỡ lốp trước và sau inch 12R22.5
6.1 Áp suất lốp/Tải trọng cho phép
- Lốp trước (lốp đơn)/1 lốp kPa/kg 830/3350
- Lốp sau (lốp đôi)/1 lốp kPa/kg 830/3075
6.2 Hệ số biến dạng lốp - 0.945
Tọa độ trọng tâm ô tô khi đầy tải
+ Từ tâm ra trục trước xe
+ Từ tâm ra cầu sau xe
+ Từ tâm sang 2 bên hông xe mm mm mm mm
Thông số tính toán động lực học
Tính toán được thực hiện trong trường hợp xe WENDA DOOSAN đầy tải
Thông số trong mô hình động lực học phẳng
Các thông số sử dụng để tiến hành tính toán mô hình động lực học phẳng:
Bảng 3.8 Thông số khi ô tô đầy tải
Stt Tên gọi Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Chiều dài cơ sở của xe l 6,150 m
2 Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trước a1 3,840 m
3 Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau a2 2,310 m
4 Chiều cao tọa độ trọng tâm h0 1,815 m
5 Khối lượng ô tô khi đầy tải m 15950 kg
6 Mô-men quán tính đối với trục z Izz 210860 kg.m 2
7 Hệ số trượt ngang của bánh xe trước Cαf 227270 N/rad
8 Hệ số trượt ngang của bánh xe sau Cαr 290640 N/rad
Thông số trong mô hình động lực học mặt phẳng ngang
Tương tự phần tình bày trên xe WENDA DOOSAN, ta có các thông số để tính toán trong mặt phẳng ngang của xe WENDA ISUZU như sau:
Từ các thông số cơ sở của xe ta xác định các thông số dao động của xe trên cơ sở ứng dụng lý thuyết để tính toán từ [3], [4]:
- Mô-men quán tính của khối lượng được treo:
Trong đó: dvbxt: Vết bánh trước m: Khối lượng phần được treo
Trong đó: mt: Khối lượng phân bố lên trục trước ms: Khối lượng phân bố lên cầu sau r0: Bán kính thiết kế của bánh xe g: Gia tốc trọng trường λ: Hệ số biến dạng lốp
- Độ cứng của bộ phận đàn hồi ( bầu hơi ) lấy giá trị trung bình đặc tính phi tuyến của bầu hơi : + Độ cứng của bộ phận đàn hồi trước: kf = 162010 (N/m)
+ Độ cứng của bộ phận đàn hồi sau: kr = 121580 (N/m)
- Độ cản của giảm chấn:
+ Giảm chấn trước: cf =kf�m t ktf
+ Giảm chấn sau: cr =k r �m s ktr
Bảng 3.9 Tổng hợp thông số sử dụng tính toán của xe khách DOOSAN
Stt Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Khối lượng phần được treo ms 14010 kg
2 Khối lượng phần không được treo mu 1940 kg
2 Khoảng cách từ trọng tâm ra 2 bên hông xe b1 = b2 1,25 m
3 Mô-men quán tính xoay quanh trục X Ix 15124,1 kg.m 2
4 Mô-men quán tính xoay quanh trục Y Iy 74564,6 kg.m 2
5 Độ cứng của lốp xe trước ktf 905165 N/m
6 Độ cứng của lốp xe sau ktr 1501065 N/m
7 Độ cứng của bộ phận đàn hồi trước [7] kf 162101 N/m
8 Độ cứng của bộ phận đàn hồi sau [7] kr 121580 N/m
9 Độ cản của giảm chấn trước cf 9362,9 Ns/m
10 Độ cản của giảm chấn sau cr 6999,3 Ns/m
11 Khoảng cách giữa 2 tâm hệ thống treo 2ds 1,039 m
14 Chiều cao trọng tâm xe hg 1,658 M
15 Độ cứng thanh cân bằng trước / sau kR 28094 Nm/rad
XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VỚI MATLAB SIMSCAPE
Giới thiệu về Matlab Simulink
Khối nguồn dùng để tạo ra các tín hiệu khác nhau
Khối Constant: Dùng để tạo ra tín hiệu cố định
Cách nhập thông số cho khối constant, ta click đôi chuột vào khối constant, sau đó sẽ hiện ra bảng, ta nhập giá trị cần nhập vào ô constant value
Hình 4.2 Nhập giá trị khối Constant
Khối Sigal Builder: Dùng để tạo ra tín hiệu
Cách nhập thông số cho khối Signal Builder, ta click đôi chuột vào khối Signal Builder, sau đó sẽ hiện ra đồ thị, ta vẽ giá trị tín hiệu vào đồ thị
- Name là tên tín hiệu: Signal 1
- Khối truy xuất đồ thị
Hình 4.4 Nhập thông số khối Sigal Builder
Khối Scope: Dùng để truy xuất đồ thị
Giới thiệu về Matlab Simscape
Khối S PS: Dùng để chuyển đổi tín hiệu simulink sang tín hiệu vật lý
Cách nhập thông số cho khối S PS, ta click đôi chuột vào khối, sẽ hiện ra bảng nhập giá trị Đơn vị nhập trong input signal phụ thuộc vào đơn vị của khối nguồn (khối simulink) đưa vào khối
Hình 4.7 Bảng nhập thông số khối S PS
Khối PS S: Dùng để chuyển đổi tín hiệu vật lý sang tín hiệu simulink
Cách nhập thông số cho khối PS S, ta click đôi chuột vào khối, sẽ hiện ra bảng nhập giá trị Đơn vị nhập trong output signal phụ thuộc vào đơn vị của tín hiệu vật lý qua khối PS S
Hình 4.9 Bảng nhập thông số khối PS S
Khối Solver Configuration: Dùng để giải các thuật toán, hàm toán trong mô hình
Khối connection port: Dùng để tạo thêm ngõ ra, ngõ vào giữa các khối
Khối mechanism configuration: Dùng để nhập gia tốc trọng trường
Cách nhập thông số cho khối mechanism configuration, ta click đôi chuột vào khối sẽ hiện ra bảng sau:
Hình 4.13 Nhận thông số khối mechanism configuration
Khối World Frame: Dùng để tạo hệ tọa độ tổng cho mô hình
Dùng để tạo các vật thể mong muốn
Khối Frames và Transforms: Dùng để tạo ra hệ tọa độ khác so với hệ tọa độ tổng world frame, bằng cách tịnh tiến, xoay theo các phương của hệ tọa độ
Hình 4.16 Khối Frames và Transforms
Dùng để tạo các mối liên kết giữa các vật thể, tạo liên kết mô hinh thân xe trong ô tô
Mô phỏng kết cấu xe với Matlab Simulink và Matlab Simscape
Kết cấu xe được xây dựng với mục đích mô phỏng dao động bao gồm các thành phần chính như mô hình vật lý hình 3.2 đã xây dựng bao gồm:
Thân xe (Body khối lượng được treo)
Bánh xe bên trái và bánh xe bên phải
Hệ thống treo bên trái và bên phải
Sử dụng Matlab Simulink kết hợp Matlab Simscape cung cấp các khối chức năng mô phỏng đặc điểm của từng thành phần kết cấu cũng như liên kết giữa chúng với các thông số đặc trưng Tác giả xây dựng mô hình Matlab của xe như hình 4.18
Bảng 4.1 trình bày các khối chức năng Matlab Simulink và Matlab Simscape sử dụng để mô phỏng kết cấu xe trong nội dung luận văn tương ứng với các thông số đặc trưng của từng khối
Hình 4.18: Mô hình Matlab Simscape trên mặt phẳng ngang xe WENDA DOOSAN
Hình 4.19: Mô hình trên mặt phẳng ngang xe WENDA DOOSAN trong mô phỏng Bảng 4.1 Các khối chức năng Matlab Simulink và Matlab Simscape sử dụng cho mô phỏng kết cấu xe Khối chức năng Simulink
Thông số đặc trưng của thành phần/ Thông số của khối chức năng
Thân xe (Body) Bánh xe bên trái và bên phải
Khối lượng/ Mass Kích thước/ Dimensions
Prismatic Joint Hệ thống treo xe
Lốp xe Độ cứng/ Spring Stiffness (Z Prismatic Primitive (Pz))
Hệ số giảm chấn/ Damping Coefficient (Z Prismatic Primitive (Pz)) Telescoping
Liên kết giữa thân xe và hệ thống treo Độ cứng/ Spring Stiffness (Spherical Prismatic Primitive (S))
Hệ số giảm chấn/ Damping Coefficient (Spherical Prismatic Primitive (S))
Tạo ra chuyển động lắc ngang của thân xe và tạo ra momment chống xoắn Độ cứng/ Spring Stiffness (Z Revolute Primitive (Rz))
Hệ số giảm chấn / Damping Coefficient (Z Revolute Primitive (Rz))
Dịch chuyển vị trí tương đối giữa các thành phần
Khoảng cách dịch chuyển/ Translation
Kết cấu cụ thể các phần trong mô hình Matlab Simulink kết hợp Matlab Simscape trong mặt phẳng ngang của xe như sau:
Hình 4.20: Mô hình bánh xe bên trái và bên phải
Hệ thống treo bên trái trái và bên phải:
Hình 4.21: Mô hình hệ thống treo bên trái và bên phải
Hình 4.22: Mô hình thân xe (Body) Mấp mô mặt đường hình bán sin
Mấp mô hình bán sin với chiều dài mấp mô 1,5 m và chiều cao mấp mô 5cm Tốc độ xe được chọn 43km/h (12m/s)
Tác giả xây dựng mấp mô mặt đường trên mô hình Matlab Simscape như hình sau:
Hình 4.23: Mô hình mấp mô mặt đường hình bán sin
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Biến thiên góc lắc theo thời gian
Hình 5.1: Sự biến thiên góc lắc theo thời gian
Sự thay đổi theo thời gian của góc lắc ngang φ(t), với các giá trị hr = 0,5(m), được hiển thị trong hình 5.1 Kết quả được tính theo mô hình đa vật thể liên kết Matlab Simscape, trong đó điều kiện mấp mô như sau: chiều cao của mấp mô được chọn d2 = 0,05(m), lực bên áp dụng Fy (t) như được hiển thị trong hình 4.4 ở cả trường hợp có thanh cân bằng và không có thanh chống xoắn Trước tiên ta khảo sát giá trị góc lắc, có giá trị tăng dần theo thời gian và đạt đến giá trị ổn định tương ứng với sự thay đổi của thành phần lực bên Lúc đầu, giá trị góc lắc tăng nhanh và sau đó giảm nhẹ Tuy nhiên, sau đó, giá trị góc lắc không ngừng biến đổi và dần về trạng thái ổn định dưới tác dụng của bộ phận giảm chấn Trên đồ thị, ngoài sự biến đổi về trạng thái góc lắc, ta còn thấy được sự ảnh hưởng của thanh chống xoắn Cụ thể, khi ta xét đến ảnh hưởng của thanh này, giá trị góc lắc giảm rõ rệt ứng với độ giảm từ 12,5% dưới tác dụng đàn hồi của thanh chống xoắn.
Biên thiên vận tốc góc lắc theo thời gian
Với các điều kiện mô phỏng như đã nêu trên, tốc độ góc giảm tương ứng và dần về không theo thời gian Giá trị cao nhất đạt được ở thời điểm ban đầu khi vừa cán bậc mấp mô và vào cua Giá trị này dần ổn định theo thời gian Ở đồ thị này còn thể hiện, với trường hợp xét đến ảnh hưởng thanh chống xoắn, giá trị vận tốc góc có phần nhỏ hơn so với trường hợp không xét, tuy nhiên sự sai lệch là không đáng kể
Biên thiên gia tốc góc lắc theo thời gian
Hình 5.3: Sự biến thiên gia tốc góc theo thời gian
Với các điều kiện mô phỏng như đã nêu trên Gia tốc góc giảm tương ứng và dần về không theo thời gian Giá trị cao nhất đạt được ở thời điểm ban đầu khi vừa cán bậc mấp mô và vào cua Giá trị này dần ổn định theo thời gian Ở đồ thị này còn thể hiện, với trường hợp xét đến ảnh hưởng thanh chống xoắn, giá trị gia tốc góc có phần nhỏ hơn so với trường hợp không xét, tuy nhiên sự sai lệch này không đáng kể
Biên thiên góc lắc ngang theo miền h r
Sự thay đổi theo miền hr của góc lắc ngang φ (t), được tính theo mô hình động lực bên 4DOF, trong đó chiều cao của mấp mô được chọn d2 = 0,05 (m), miền hr khảo sát từ 0 đến 1 (m), lực bên áp dụng Fy(t) như được hiển thị trong hình 4.4 ở cả trường hợp có thanh cân bằng và không có thanh chống xoắn Ta thấy, hr đóng một vai trò quan trọng với sự ổn định của xe Khi tăng hr góc lệch ngang tương ứng tăng theo Khi hr càng lớn thì làm cho sự mất ổn định của xe càng tăng Cùng với lực bên, nó tạo ra mô-men xoắn gây ra chuyển động xoay quanh trục dọc, đồ thị thể hiện chuyển vị góc trên hình 5.4
Ngoài sự ảnh hưởng của hr đến sự ổn định của xe, sự tác động của thanh cân bằng cũng đóng một vai trò quan trọng Khi xét đến ảnh hưởng thanh chống xoắn, ta thấy sự ảnh hưởng của nó khi hr có giá trị nhỏ là không đáng kể Tuy nhiên khi giá trị hr tăng lên, ta thấy được sự ảnh hưởng của thanh cân bằng đến góc lắc cũng tăng, tuy nhiên không nhiều
Hình 5.4: Sự biến thiên góc lắc theo h r
So sánh kết quả của mô phỏng bằng Matlab simscape với sử dụng mô hình động lực học để tính toán bằng Matlab code
Biến thiên góc lắc theo thời gian
Tác giả tiến hành so sánh sự biến thiên góc lắc theo thời gian của hai phương pháp (Tính toán theo mô hình động lực học bằng Matlab code và mô phỏng bằng mô hình Matlab Simscape) ứng với từng trường hợp có và không có thanh cân bằng trong cùng điều kiện mô phỏng như trên
Từ các đồ thị hình 5.5 và 5.6 tác giả nhận thấy sự sai lệch về giá trị của 2 phương pháp tính trên là 14,5% Trong cả hai cách tính giá trị góc lắc đều tăng dần theo thời gian và đạt đến giá trị ổn định tương ứng với sự thay đổi của thành phần lực bên Lúc đầu, giá trị góc lắc tăng nhanh và sau đó giảm nhẹ Sau đó, giá trị góc lắc không ngừng biến đổi và dần về trạng thái ổn định dưới tác dụng của bộ phận giảm chấn
Vì vậy cả hai cách tính đều cho kết quả giống nhau về sự biến thiên góc lắc theo thời gian khi có hay không có thanh cân bằng
Hình 5.5: So sánh sự biến thiên góc lắc không có thanh cân bằng theo thời gian
Biến thiên vận tốc góc theo thời gian
Tác giả tiến hành so sánh sự biến thiên vận tốc góc lắc theo thời gian của hai phương pháp (Tính toán theo mô hình động lực học bằng Matlab code và mô phỏng bằng mô hình Matlab Simscape) ứng với từng trường hợp có và không có thanh cân bằng trong cùng điều kiện mô phỏng như trên
Từ các đồ thị hình 5.7 và 5.8 tác giả nhận thấy sự sai lệch về giá trị vận tốc góc 2 phương pháp tính trên là không đáng kể Sự biến thiên vận tốc góc theo thời gian của hai phương pháp tính là tương tự nhau Nhưng khi tính toán theo mô hình Matlab Simscape vận tốc góc lắc giảm nhanh hơn khi tính tính theo mô hình Matlab code
Vì vậy cả hai cách tính đều cho kết quả thay đổi vận tốc góc theo thời gian tương tự nhau
Hình 5.7: So sánh sự biến thiên vận tốc không có thanh cân bằng theo thời gian
Biến thiên gia tốc góc lắc theo thời gian
Hình 5.9: So sánh sự biến thiên gia tốc không có thanh cân bằng theo thời gian
Hình 5.10: So sánh sự biến thiên gia tốc có thanh cân bằng theo thời gian
Tác giả tiến hành so sánh sự biến thiên gia tốc góc lắc theo thời gian của hai phương pháp (Tính toán theo mô hình động lực học bằng Matlab code và mô phỏng bằng mô hình Matlab Simscape) ứng với từng trường hợp có và không có thanh cân bằng trong cùng điều kiện mô phỏng như trên
Từ các đồ thị hình 5.9 và 5.10 tác giả nhận thấy sự sai lệch về giá trị gia tốc theo 2 phương pháp tính trên là không đáng kể Khi tính toán theo mô hình Matlab Simscape thân xe nhanh đạt giá trị ổn định hơn theo mô hinh Matlab code
Cả hai cách tính đều cho kết quả về sự thay đổi gia tốc góc lắc tương tự nhau.
Biến thiên góc lắc theo miền h r
Tác giả tiến hành so sánh sự biến thiên góc lắc theo miền hr của hai phương pháp (Tính toán theo mô hình động lực học bằng Matlab code và mô phỏng bằng mô hình Matlab Simscape) ứng với từng trường hợp có và không có thanh cân bằng trong cùng điều kiện mô phỏng như trên Tác giả nhận thấy sự biến thiên giá trị của lắc theo hai phương pháp tính là tương tự nhau Khi tăng hr góc lệch ngang tương ứng tăng theo Khi hr càng lớn thì làm cho sự mất ổn định của xe càng tăng
Sự tác động của thanh cân bằng ở cả hai phương pháp mô phỏng đều làm giảm góc lắc ngang Tuy nhiên giá trị của góc lắc ngang theo hai phương pháp mô phỏng có sự sai lệch không đang kể
Hình 5.11: So sánh sự biến thiên góc lắc khi không có thanh cân bằng h r
Hình 5.12: So sánh sự biến thiên góc lắc khi có thanh cân bằng theo h r