TÓM TẲT Nhằm phân tích sự ảnh hưởng của thanh chống xoắn 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
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Song song với quá trình phát triển kinh tế xã hội, là sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của lưu thông hàng hóa và con người, trong đó quá trình vận tải con người đòi hỏi cao về chất lượng dịch vụ và sự an toàn khi lưu thông Để đáp ứng nhu cầu đó, hàng loạt các dịch vụ vận tải hành khách ra đời, cùng hàng loạt các mẫu xe như ghế ngồi, giường nằm, xe VIP được phát triển trên các sát xi khác nhau, tuy nhiên nhiều mẫu trong số đó sử dụng chung khung gầm đặt ra câu hỏi về độ ổn định cũng nhƣ an toàn trong quá trình sử dụng Theo số liệu thống kê cho thấy khoảng 30% số vụ tai nạn giao thông đặc biệt nghiêm trọng và thảm khốc xảy ra đối với xe giường nằm trên các đoạn đường đèo núi Do đó, để tăng cường hiệu quả và đảm bảo an toàn đối với hành khách trên xe ô tô khách giường nằm hai tầng, Tổng cục Đường bộ Việt Nam yêu cầu các Cục Quản lý đường bộ, Sở Giao thông vận tải tổng hợp số lượng xe ô tô vận chuyển khách giường nằm 2 tầng do Sở Giao thông vận tải đã cấp phép vận chuyển hành khách và tổng số luồng tuyến đã thỏa thuận cho phép loại phương tiện nêu trên lưu thông trên địa bàn quản lý; rà soát các tuyến quốc lộ, đường tỉnh và đường huyện trên địa bàn có xe ô tô vận chuyển khách giường nằm 2 tầng đi qua Đồng thời, Cục Đăng kiểm Việt Nam đã có văn bản đề xuất Bộ Giao thông Vận tải sửa đổi, bổ sung một số quy định tại Thông tƣ
29/2012/TT-BGTVT (quy định về cải tạo xe cơ giới) nhằm siết chặt hơn nữa công tác cải tạo xe cơ giới, trong đó cấm cải tạo ôtô khách thông thường thành xe khách giường nằm hai tầng; cấm các ô tô tải cải tạo thùng chở hàng, hệ thống phanh, cầu bị động, hệ thống treo…để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành Tuy nhiên ở nước ra, việc kiểm tra, tính toán kỹ thuật, đánh giá độ ổn định và tính năng an toàn thì vẫn còn rất hiền hạn chế.Việc nghiên cứu đánh giá cần đƣợc tiến hành tỉ mỉ để phản ánh chính xác tính năng kỹ thuật của xe Quá trình này đòi hỏi nhiều thời gian và chi phí, do đó, cần được tiến hành kết hợp giữa phương pháp mô phỏng và thực nghiệm để tăng tính hiệu quả cũng nhƣ giảm thiểu thời gian nghiên cứu Hiện nay, trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan và đƣợc coi là những nghiên cứu nền tảng ban đầu nhằm thực hiện các mục tiêu đã đề ra.
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,x 2 và các dao động riêng biệt từ mặt đường y 1 ,y 2 Tuy nhiên sách chưa trình bày được ảnh hưởng của của lực quán tính đến động học và động lực học của xe và 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 nhƣ 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 đƣợc là để cải thiện đặc tính tối ƣu đó là có 3 yếu tố: khối lƣợng ô tô, tải trọng đặt lên cầu trước và độ cứng xoắn của thanh ổn định chống lật sau
[5] Georg Rill, “Road vehicle dynamics fundamentals and modeling”, CRC, 2011
Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước
1.2.1 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 đƣợc 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 vƣợt 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 trƣợt 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 nhƣ 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 chƣa đánh giá đƣợc 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 Vạn Phúc thực hiện, 2016 [9] Tác giả đã khảo sát, xác định các điều kiện tới hạn ổn định động lực học, an toàn chuyển động của xe khách giường nằm HB 120 khi quay vòng, từ đề xuất giải pháp thiết kế cải tiến nhằm đảm bảo tốt hơn an toàn chuyển động của xe khi vào cua Tuy nhiên đề tài chưa xét đến ảnh hưởng của thanh chống xoắn đến yếu tố kỹ thuật và an toàn của xe
Lý do chọn đề tài
1.2.2 Để phát triển những đề tài trên, tác giả chọn đề tài: “ Phân tích đặc tính chống lắc ngang trên hệ thống treo xe ghế ngồi WENDA trên hai nền sát xi
DOOSAN và ISUZU ” để từng bước xây dựng mô hình xe ngày càng gần với thực tế 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 các dòng xe sử dụng sát xi ISUZU và DOOSAN , cũng nhƣ làm cơ sở để tính toán cho những dòng xe khách khác.
Mục tiêu nghiên cứu
Phân tích ảnh hưởng của thanh chống xoắn đến sự ổn định ngang của 2 dòng xe DOOSAN và ISUZU khi xe chuyển động vào cua
Xác định được thông số ảnh hưởng đến khả năng chống lắc ngang của xe
Xác định đƣợc thông số động lực học trong mặt phẳng ngang sử dụng để đánh giá an toàn của xe DOOSAN và ISUZU khi xe chuyển động vào cua
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Trong phạm vi giới hạn về thời gian, nguồn lực và yêu cầu của luận văn thạc sĩ đề tài này nghiên cứu nhƣ sau: Đối tƣợng nghiên cứu
Xe khách WENDA sử dụng sát xi nền DOOSAN VÀ ISUZU do công ty sản xuất và lắp ráp ô tô SAMCO chế tạo là đối tƣợng 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
1.4.2 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 Xác định thành phần lực ngang khi xe vào cua , 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 đƣợc phân tích và đánh giá, đồng thời so sánh với kết quả tính toán khi sử dụng các mô hình mô phỏng từ các đề tài đã sử dụng trước đó
- Khối lƣợng đƣợc treo đƣợc xem nhƣ là một vật thể đồng nhất, cứng hoàn toàn, có khối lƣợng tập trung vào trọng tâm
- Mặt đường cứng tuyệt đối
- Khối lƣợng của bánh xe đƣợc coi là khối lƣợng không đƣợc treo và tập trung tại trục xe, nhƣ vậy phần tử lốp có thể coi nhƣ phần tử không khối lƣợng
- Để đơn giản cho việc tính toán, bỏ qua độ giảm chấn của lốp xe, vì giảm chấn của lốp xe nhỏ hơn rất nhiều so với độ giảm chấn của giảm chấn trong hệ thống treo
- Bánh xe lăn không trượt trên đường
- Bỏ qua tác dụng của khí động lực học.
Nội dung nghiên cứu
- Cơ sở lý thuyết mô hình động lực học dao động theo phương ngang
- Thông số tính toán động học và động lực học của xe khách ghế ngồi WENDA sử dụng sát xi nền DOOSAN VÀ ISUZU
- Tính toán và phân tích kết quả mô phỏng.
Kết luận và phát triển đề tài Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán học tính toán mô phỏng đánh giá tính năng động lực học của xe khách ghế ngồi WENDA ( sử dụng sát xi nền DOOSAN
Kết quả tính toán sẽ đƣợc phân tích đánh giá để từ đó xác định đƣợc sự ảnh hưởng của các thông số thiết kế đến tính an toàn chuyển động của xe khách ghế ngồi WENDA ( sử dụng sát xi nền DOOSAN VÀ ISUZU ) khi vào cua một cách có hệ thống Ý nghĩa thực tiễn
Từ kết quả tính toán mô phỏng ta có thể đánh giá đƣợc tính năng động học và động lực học theo phương ngang của xe khách ghế ngồi WENDA 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 khách ghế ngồi WENDA ( sử dụng sát xi nền DOOSAN VÀ ISUZU ) nói riêng và các chủng loại xe khác nói chung.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu của đề tài này là phương pháp lý thuyết kết hợp với mô phỏng
Nghiên cứu lý thuyết các mô hình động học và động lực học lốp xe và chuyển động ngang của xe
Mô phỏng động học và động lực học chuyển động ngang của xe.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Mô hình lực tác dụng
Trên thế giới hiện nay, một trong những thông số thường được sử dụng để đánh giá sự ổn định là hệ số ổn định tĩnh, đƣợc tính bằng SSF= t
2h, trong đó t là chiều dài cơ sở và h là chiều cao trọng tâm CG Hầu hết các phương tiện chở khách có phạm vi SSF trong khoảng từ 1,30-1,50, với xe SUV, xe tải dao động trong khoảng từ 1,00 đến 1,30 SSF đƣợc NHTSA sử dụng để xác định thử nghiệm va chạm và xếp hạng đánh giá ổn định ngang Để hiểu rõ hơn về điều này, ta nghiên cứu các cơ sở lý thuyết sau
Mô hình tính của xe được mô tả ở hình 1 bên dưới Các thông số kích thước như chiều dài cơ sở , chiều rộng cơ sở , chiều cao trọng tâm…ảnh hưởng rất lớn đến các thông số về hình học, cũng nhƣ sự ổn định của xe trong lúc vận hành Mô
Hình 2.1 : Mô hình phân tích lực tác động lên xe hình này mô tả thân xe ở trạng thái bất kì , với một gia tốc theo phương ngang của xe, cùng các lực tác động lên thân xe trong lúc di chuyển
Tổng hợp lực và moment tác động lên thân xe tại trọng tâm đƣợc thể hiện qua các phương trình sau :
0 z fL z fR z rL z rR z L z R y z rR z rL z fR z fL
: là lực tác động lên thân xe do gia tốc ngang sinh ra (N)
: là tổng hợp lực theo phương đứng tác động lên bên trái của xe (N)
: là tổng hợp lực theo phương đứng tác động lên bên phải của xe (N)
Hình 2.2 : Moment xoắn tác động lên dầm cầu trước và sau
Hình 2.2 Moment xoắn tác động lên dầm cầu trước và sau.
Tâm lắc ngang
Với mô hình đƣa ra ở trên , ta thêm vào mô hình một độ cứng xoắn lên cầu trước và cầu sau để ổn định trạng thái của xe, do đó mô hình phát sinh ra một tâm gọi là tâm lật ngang Hình 2.2 thể hiện các moment đƣợc thêm vào, vị trí tâm xoắn lên cầu trước và cầu sau, tác động đến ứng xử ngang của xe Nhờ vào độ cứng xoắn này, giúp sinh ra một moment tác động lên thân xe, sẽ giúp tạo ra sự ổn định của xe , hạn chế khả năng lật đặc biệt ở trạng thái khi vào cua
Các thông số kích thước về khoảng cách d và e được thể hiện trên hình 2.4, tương ứng với độ lệch của tâm lắc ngang so với trọng tâm theo phương đứng và phương ngang Tâm lật ngang không chỉ giải quyết sự bất ổn định của xe mà còn có một số tác động lên hệ thống treo của xe và khả năng lật của xe.
Động lực học theo phương ngang ( KRC )
Phân bố tải ở trạng thái ổn định cho mô hình được ghi nhận bằng các phương trình KRC, bằng cách tổng hợp các moment tâm xoay ở trước và sau, thể hiện ở các phương trình sau :
Tổng các moment theo trục x với giả định rằng góc xoay bánh trước và sau bằng nhau (đúng đối với trường hợp xe đối xứng với tất cả bánh xe cố định trên mặt đất ) dẫn đến :
Với lực sinh ra do gia tốc ngang F y ma y , a y là gia tốc ngang, độ cứng xoắn cầu trước sau tương ứng là K rf ,K rr Giả định rằng gia tốc ngang sinh ra do xe đang chạy trong quỹ đạo tròn với a y U 2 / R , với U là vận tốc của xe, R là bán kính của quỹ đạo cung tròn Ta có Wmglực sinh ra do gia tốc ngang đƣợc xác định nhƣ sau :
Monent sinh ra do góc có thể đƣợc viết lại
trong đó, thông số phân bố độ cứng xoắn KF đƣợc cho bởi : rf rf rr
Moment sinh ra trên cầu trước và cầu sau dó quá trình xoay được viết lại như sau :
Dầm cầu trước FBD được thể hiện trong hình 2.3 , với chiều rộng cơ sở bánh trước được chia thành, cho phép trong trường hợp tâm xoay không nằm trên tâm của xe
Phương trình tổng hợp moment tác động lên dầm cầu trước như sau :
Với dầm cầu sau, đƣợc thể hiện trong hình 2.4 , với chiều rộng cơ sở Br
Ta có phương trình tổng hợp moment cho cầu sau :
Hình 2.4 Mô hình moment chống xoắn dầm cầu sau
Hình 2.3 Mô hình moment chống xoắn lên dầm cầu trước
Thực hiện các thao tác biến đổi, các phương trình thu được từ mô hình KRC nhƣ sau :
W z fR rf f f f f z fL rf f f f f z rL rr r r r r z rR rr r r r r
Các mô hình dao động ô tô
Các khái niệm cơ bản
Xem xét ba phần tử cơ bản của hệ dao động là vật nặng có khối lƣợng m, lò xo có độ cứng K, giảm chấn có hệ số giảm chấn C Động năng vật nặng : 1 2
Lực di chuyển vật nặng : f m ma
Lực đàn hồi lò xo : f k kz k(x y)
(2.23) ( Năng lƣợng tiêu tán giảm chấn : 1 ( ) 2
2.4.2 Áp dụng Ðịnh luật 2 Newton cho khối luợng m, có tọa độ x và vận tốc v:
∑ Hệ dao động một bậc tự do:
Hệ dao động 2 bậc tự do:
Phương trình Lagrange là công cụ phù hợp trong việc lập phương trình chuyển động của hệ dao động Có hai dạng phương trình Lagrange:
Hình 2.12 : Hệ dao động một bậc tự do
Hình 2.5 Hệ dao động hai bậc tự do
Trong đó: K – Động năng của hệ
V – Thế năng của hệ – Toán tử Lagrange
Xét hệ dao động gồm khối lƣợng – lò xo – giảm chấn : Trong đó: K – Động năng của hệ
V – Thế năng của hệ – Toán tử Lagrange Fr, Qr – Ngoại lực
Thay vào phương trình Lagrange:
( ̇) ̇ a Mụ hỡnh dao động ẵ ụ tụ trong mặt phẵng ngang khụng lực ly tõm
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, chuyển động thẳng đứng của các bánh xe x1,x2 và các dao động riêng biệt từ mặt đường y1,y2
Hình 2.6 Hệ dao động gồm khối lƣợng - lò xo - giảm chấn
Trong đó các ký hiệu và ý nghĩa thông số đƣợc cho ở bảng 2.1 :
Bảng 2.1 Thông số mô hình dao động ôtô trong mặt phẳng ngang
Ký hiệu Tên gọi Đơn vị m Khối lƣợng ẵ thõn xe kg
I x Mụmen quỏn tớnh khối lƣợng quanh trục Ox của ẵ thõn xe kg.m 2 m1,m2 Khối lƣợng bánh xe bên trái và bên phải (phần đƣợc treo) kg k Hệ số đàn hồi hệ thống treo N/m c Hệ số giảm chấn của hệ thống treo Ns/m kt Hệ số đàn hồi lốp xe trái, phải (kt :tire) N/m k R Hệ số đàn hồi chống xoắn thân xe (kR ) Nm/rad
M R Moment đàn hồi chống xoắn thân xe Nm φ Góc xoay (Body roll) b 1 ,b 2 Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến bánh xe trái,phải m
Moment chống xoắn MR tỉ lệ với góc lắc (xoay) nhƣ sau:
Tuy nhiên, mô hình hiệu quả hơn của thanh đàn hồi chống xoắn thân xe nhƣ sau:
Hỡnh 2.7 Mụ hỡnh dao động ẵ ụ tụ trong mặt phẳng ngang khụng lực ly tõm
(2.33) Để tìm các phương trình chuyển động của mô hình dao động ôtô trong mặt phẳng ngang theo phương trình Lagrange, ta xác định : Động năng của hệ 1 2 1 1 1 2 1 2 2 2 1 2
Hàm tiêu tán năng lƣợng 1 1 2 2 2 2
V k kb x x b kb x x b k kb kb kb kb x kb x kb x
D c x x b c x x b cx cb cb cx cx x
V cb x x b cb x x b cb cb x cb cb cb x cb x
Cuối cùng ta thu đƣợc các ma trận : Ma trận khối lƣợng
R t t k kb kb k k kb kb kb kb k kb kb k k kb k k k kb k k
c cb cb c c cb cb cb cb cb cb c c cb c c cb c
P k y k y b Mụ hỡnh dao động ẵ ụ tụ trong mặt phẵng ngang cú lực ly tõm
Khi xe quay vòng theo hình 2.14 sẽ sinh ra lực ly tâm Fc(t) đƣợc đặt tại vị trí tọa độ trọng tâm C và sinh ra Moment lt tâm Mc (t) nhƣ sau:
Chiều cao h0 = hR + r0, với h0 là chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm của xe và r 0 là chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm của lốp xe
Bảng 2.2 Thông số mô hình dao động ôtô trong mặt phẳng ngang
Ký hiệu Tên gọi Đơn vị m Khối lƣợng ẵ thõn xe kg
Ix Mụmen quỏn tớnh khối lƣợng quanh trục Ox của ẵ thõn xe kg.m 2 m 1 ,m 2 Khối lƣợng bánh xe bên trái và bên phải kg c Hệ số giảm chấn của hệ thống treo Ns/m k Độ cứng hệ thống treo N/m k t Độ cứng lốp xe trái, phải N/m k R Độ cứng chống xoắn thân xe Nm/rad
M R Moment đàn hồi chống xoắn thân xe φ Góc xoay (Body roll) rad b Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến bánh xe m x 1 , x 2 Chuyển động theo phương thẳng đứng của lốp bên phải, trái m y1, y2 Kích động của mặt đường lốp bên phải, trái m
Khi đó, moment quán tính dời trục hình 2.9
Theo hình 2.9, xác định đƣợc Δx và Δy nhƣ sau:
Hình 2.9 Mô hình trọng tâm lệch qua trái một góc φ
Hình 2.8 Mô hình xe rẽ phải phát sinh lực ly tâm
Tương tự ta có lực ly tâm hình 2.8
Từ hình 2.10 xác định đƣợc góc:
Hình 2.10 Mô hình hệ thống treo lệch qua trái một góc φ
d và cũng lần lƣợt xác định đƣợc giá trị của Δ’x và Δ’y:
0 0 0 cos( ) cos cos sin sin
: 0 cos 1;sin cos( ) cos sin khi
0 0 0 sin( ) sin cos cos sin
: 0 cos 1;sin sin( ) sin cos khi
Thay (2.47) và (2.48) vào Δ’x và Δ’y ta có:
Thay thế Δ’x vào phương trình thế năng V, ta có:
Hàm tiêu tán năng lƣợng:
Thay ̇ vào hàm tiêu tán D:
V k x x h d x k x x h d kx kd kd kx kx kh kh kd kd
0 0 0 0 sin (cos sin ) sin (cos sin )
( sin ) ( sin ) sin sin sin cos sin cos
V k kd x x h d kd x x h d kd kd x kd kd k kd x kd x kh d kh d kd kd
D c x x d c x x d x cx cd cd cx cx
0 0 0 0 0 1 0 2 sin sin sin sin sin sin sin sin sin sin
D cd x x d cd x x d cd cd x cd cd cd x cd x
2 sin ( ) sin ( ) 2 sin sin sin sin 0 sin 0
R t t k d k k k k d k k kd k kd kd k k kd k k k kd k k
Viết dưới dạng ma trận:
Ta có các ma trận:
0 0 sin ( ) sin ( ) sin ( ) sin sin sin 0 sin 0
R r t t k k d k k k k d k k d k k k mgh kd kd k d k kd k k k kd k k
0 0 sin ( ) sin ( ) sin ( ) sin sin sin 0 cos 0 c c d c c c c d c c d c c cd cd c c cd c c cd c
2 0 cos cos sin sin sin cos sin cos cos cos r r c r r r t r t r kh kh kd kd
Thanh chống xoắn ( Anti-Roll Bar )
Thanh chống xoắn (Anti-Roll Bars ) 2.5.1
Thanh chống xoắn (Anti-Roll Bars ) đƣợc 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, đƣợc 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 chống xoắn một moment xoắn, từ đó thanh
(2.68) chống xoắn 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 đƣợc cố định vào khung gầm của xe thông qua các khớp nối cau su Thanh chống xoắn có thể là ở dạng đục hoặc ở dạng ống rỗng
Chính chức năng của thanh chống cuộn là giảm chuyển động xoay nghiêng dọc trục của khi chiếc xe đang vào cua
Thanh chống xoắn sử dụng trong mô hình ở dạng bị động ( hay cố định )
Thanh đƣợc 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’ đƣợc kết nối với hai bên của hệ thống treo bánh xe, đƣợc thể hiện trên hình 2.12
Phương pháp tính toán độ cứng thanh chống xoắn
Phương pháp giải tích Thanh chống xoắn 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 đƣợc 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
Hình 2.11 Thanh chống xoắn và các vị trí liên kết
Vì khối lƣợng của thanh chống xoắn là rất nhỏ so với hệ thống treo, nên phần khối lƣợng này cũng sẽ bị bỏ qua, tức là thanh chống xoắn đƣợc mô phỏng nhƣ một phần tử không có khối lƣợng Mô hình đƣợc thể hiện trên hình 2.13 Ở mô hình này ta giả định rằng mỗi nửa thanh giằn đƣợc kết nối với xe bằng cách sử dụng một mối nối quay ( khớp xoay cao su ) Bằng cách này, ta có thể tính toán đƣợc góc xoay của thanh chống xoắn trên một nữa còn lại Đối với moment xoắn của dầm góc xoắn , ta thu đƣợc moment xoắn nhƣ sau :
Hằng số xoắn của đƣợc tính nhƣ sau :
Hình 2.12 Mô hình phân tích lực tác dụng lên thanh chống xoắn
Trong phương trình 2.32 G là mođun 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) sin 2
Từ phương trình trên, ta có kết quả, mối quan hệ giữa moment xoắn và góc xoắn của thanh chống xoắn nhƣ sau :
Và moment xoắn thanh chống xoắn 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 :
Hình 2.13 Mô hình phân tích góc xoay trên thanh chống xoắn
Điều này dẫn đến moment xoắn thanh chống xoắn tác động lên khung gầm :
Phương pháp phần tử hữu hạn ( Ansys APDL )
ANSYS Mechanical APDL ( ANSYS Parametric Design Language ) là phần mềm tính toán sử dụng cho mục đích phân tích kỹ thuật bằng cách sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, là một trong những phần mền thương mại mạnh mẽ nhất trên thị trường hiện nay Mục đích luận văn sử dụng phần mềm trên để tính toán độ cứng của thanh chống xoắn với các điều kiện về hình học, vật liệu cho trước Cấu trúc chính của chương trình được trình bày trong hình 2.22 Giao diện cung cấp các biểu mẫu nhập dữ liệu cho người dùng để mô hình hóa thanh chống xoắn
Hình 2.14 Khái quát mô hình tổng thể Ansys APDL
Phân tích bài toán trên ANSYS gồm ba bước chính gồm các bước như sau :
Xây dựng mô hình hình học
Gán đặt điều kiện biên, lực tác dụng lên mô hình và phương pháp giải bài toán
Xuất kết quả, phân tích đánh giá
- Ba bước này gồm 3 giai đoạn tiền xử lý ( Pre-processing ), giải pháp (
Solution ) và xuất kết quả xử lý ( Post-processing) Trên thực tế, bước đầu tiên của quá trình là xác định các thông số đầu ra ( cần cho việc phân tích ), từ đó xác định các thông số đầu vào cần thiết, kiểu loại phân tích và phương pháp xuất dữ liệu từ kết quả đƣợc tính toán Sau khi xác định mục đích của việc phân tích, mô hình được tạo ra ở giai đoạn tiền xử lý Bước tiếp theo, ta áp đặt các tải, điều kiện biên lên mô hình ( có thể đƣợc thực hiện trong giai đoạn tiền xử lý hoặc trong gian đoạn lựa chọn phương pháp tính toán cho bài toán )
- Cuối cùng là bước là xem xét kết quả phân tích trong giai đoan hậu xử lý, với các truy vấn số, biểu đồ hoặc các biểu đồ trực quan nhằm ta ta cái nhìn sinh động về ứng xử của mô hình Với bài toán của luận văn, các thông số thiết kế yêu cầu ban đầu của thanh chống xoắn là: thông số hình học( hình dạng thanh, tiết diện thanh , bố trí chung của thanh so với xe khảo sát ) cơ tính của thanh( vật liệu thanh và độ cứng vật liệu ), độ cứng khớp cau su liên kết với thân xe ( Bushing Stiffness)
Geometry File Preview RUN ANSYS
Review Nature Freq and Mode
A Giai đoạn tiền xử lý a Chọn loại phần tử tính toán
Bước đầu tiên được thực hiện trong giai đoạn tiền xử là xác định các loại phần tử Có hai loại phần tử khác nhau đƣợc sử dụng để mô hình thanh chống xoắn và khớp liên kết của nó với thân xe Phần tử thanh đƣợc sử dụng để mô hình hóa thanh chống xoắn là BEAM189 (BEAM189 là phần tử không gian (3 nút) ở dạng 3-D ) trong khi khớp liên kết sẽ đƣợc mô hình hóa bởi phần tử COMBIN14
Hình 2.15 Sơ đồ khối trình tự tính toán Ansys APDL
(COMBIN14 là phần tử kết hợp lò xo có khả năng kéo dài hoặc xoắn một, hai hoặc ba chiều) Mô hình của hai phần tử này đƣợc thể hiện trong hình 2.16 b Vật liệu
Vật liệu đƣợc sử dụng trong sản xuất thanh chống xoắn là tấm SAE Class 550 và Class 700, tương ứng có mã SAE từ G5160 đến G6150 và G1065 đến G1090, Ứng suất làm việc của thanh đạt đến 700 MPa Trong những năm gần đây, các vật liệu như hợp kim Titanium được sử dụng trong sản xuất vì nó có tỷ lệ cường độ chịu lực lớn Đối với bài toán nêu trên, thanh chống xoắn đƣợc chế tạo từ mác thép SAE 5160, khối lƣợng riêng đạt 7800 kg/m 3 và ứng suất yield đạt 1180 MPa c Mặt cắt ngang
Giao diện Ansys cho phép ta thao tác với nhiều loại thanh, dầm có cấu tạo khác nhau Đối với thanh chống xoắn khảo sát ta có mặt cắt ngang dạnh hình tròn, thân đặc Các thông số đầu vào như hình dạng biên, kích thước biên, độ dày… d Điểm liên kết cấu trúc – tạo biên dạng
Trong giao diện Ansys APDL, cho phép ta thực hiện một trong những thao tác đơn giản nhƣng cực kì quan trọng , đó là tạo ra các điểm liên kết ( Keypoint ) Bằng việc tạo nên ra các điểm này , ta tạo nên đƣợc hình dạng biên chi tiết của cấu trúc thông qua đó thực hiện các thao tác tính toán ứng xử, và dễ dàng để chuyển đổi sang cấu trúc khác bằng việc định vị lại các điểm trên Cuối cùng nó cho phép ta tại đường liên kết giữa các điểm này tạo nên cấu trúc hoàn chỉnh e Tạo lưới cấu trúc
Hình 2.16 Mô hình của phần tử BEAM189 (trái) và COMBIN14 (phải)
Chia lưới được định nghĩa là quá trình chia toàn bộ cấu trúc thành nhiều phần tử để khi ta đặt tải lên đối tƣợng thao tác, thì tải sẽ đƣợc truyền đến đồng đều từng phần tử một Đối với bài toán sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, thì việc chia lưới đóng vai trò cực kì quan trọng Lưới được chia phải phù hợp với từng cấu trúc và có sai số phù hợp với mục đích tính toán ban đầu Trong ANSYS APDL ta có thể chọn kích thước lưới, phân chia vùng chia lưới, dạng lưới và tốc độ lan truyền của lưới ( ảnh hưởng đến kết quả tính toán ) f Đặt tải và điều kiện biên Để giải quyết bài toán , ta cần phân tích lực tại các khâu khớp để xác định chính xác lực tác đông lên hệ thống, từ đó rút ra ứng xử của kết cấu tương ứng Để xác định đƣợc điều kiện biên của kết cấu, ta phân tích chuyển vị của nó, Ansys cung cấp cho ta công cụ để quản lý, thiết lập các điều kiện biên này Các thông số ảnh hưởng đến bài toán mà Ansys cung cấp như : thông số về chuyển vị ( Displacement ) , góc xoay ( Rotation ) , nhiệt độ môi trường ( Temperature ), ảnh hưởng của yếu tố trọng lực ( Gravity ), áp suất ( Pressure ) …
Về phương pháp xử lý, ANSYS Mechanical APDL cung cấp cho ta nhiều thuật toán để giải bài toán tương ứng Có thể kể đến các phương pháp xử lý như : xử lý tĩnh ( Static ) , bài toán dao động riêng ( Modal ) , bài toán điều hòa ( Harmonic ), bài toán quá độ ( Transient ), phân tích phổ ( Spectrum )….ta cần dựa vào điều kiện thức tế để lựa chọn giải pháp phù hợp cho mô hình bài toán cần giải quyết
Nguồn kích thích dao động
Để khảo sát mô hình dao động ta cần các nguồn kích thích để tạo ra dao động cho mô hình Với mô hình bài toán lắc ngang, ta sử dụng các mô hình kích thích sau:
Góc lái biến thiên dạng hàm bước 2.6.1 Để khảo sát động lực học chuyển động của xe khi quay vào cua, ta khảo sát mô hình với góc lái là một hàm bước, trong trường hợp này góc lái δ thay đổi đột ngột từ 0 đến giá trị hằng số khác 0 ( dạng hàm bước )
Giá trị và hàm toán học biểu diễn hàm bước của góc lái δ(t) được lấy theo tài liệu [1] trang 698 nhƣ sau:
Góc lái là hàm sin mô tả sự biến thiên của góc lái δ theo thời gian
Trong đó L x - là một phần hai quãng đường đường xe di chuyển trong suốt quá trình vƣợt qua mặt xe cùng chiều Chọn L x = 100(m) v - là vận tốc chuyển động tới của xe
z - là vận tốc góc khi xe quay vòng
0- là góc lái lớn nhất khi quay vòng
Biên dạng mấp mô mặt đường
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] , đƣợc thể hiện bằng mô hình toán học :
Trong đó: : thời điểm ngay tại đó bánh xe bắt đầu tiếp xúc với bậc
: thời điểm ngay khi bánh xe bắt đầu rời khỏi bậc
– độ cao mấp mô của mặt đường – bước sóng mấp mô của mặt đường v – vận tốc chuyển động của xe
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 nhƣ 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
Hình 2.17 Mô hình 1/8 xe di chuyển với vận tốc trên mặt đường
Công thức tính hệ số đàn hồi của bầu khí nén: k = (L c – L e )/(∆h c + ∆h e )
Trong đó: k : Hệ số đàn hồi bầu khí nén
L c : Tải tác dụng khi nén bầu khí nén
L e : Tải tác dụng khi kéo bầu khí nén
∆h c : Độ nén của bầu khí nén
∆h e : Độ giản của bầu khí nén
P gc : Áp suất khí nén tại điểm Lc.
P ge : Áp suất khí nén tại điểm L e
A c : Diện tích tác dụng bầu khí nén tại điểm L c
A e : Diện tích tác dụng bầu khí nén tại điểm L e
Hình 2.18 Đồ thị động lực học của bầu khí nén
Thế công thức 2.83 và 2.84 vào công thức 2.82 ta đƣợc: k = P gc (A c ) - P ge (A e )
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 L c P ae : Áp suất tuyệt đối tại Le
14,7 : Áp suất khí quyển Ta có: P gc = P ac – 14.7
Pge = Pae – 14.7 Chúng ta sử dụng định luật đa hướng của không khí với 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 L c
V e : Thể tích bầu khí nén tại vị trí L e
Thế các công thức 2.88 vào 2.86 và 2.89 vào 2.87 ta đƣợc:
Tiếp theo ta thế công thức 2.90 và 2.91 vào công thức 2.85 ta đƣợc:
(2.95) Nhóm các phần chung và rút gọn công thức 2.92 ta thu đƣợc công thức tính hệ số đàn hồi k của bầu khí nén nhƣ sau :
Hệ số đàn hồi của lốp xe
Tính độ cứng thẳng đứng của lốp xe k_ t1,t2,t3 : ( vertical stiffness) [3]
K w : độ đàn hồi của lốp [N/m]
AR: tỉ số giữa chiều cao và chiều rộng lốp xe
S N : chiều rộng danh nghĩa lốp xe
D R : 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 nhƣ hình 2.18
Thông số hệ số giảm chấn qui đổi tối ƣu cho hầu hết các hệ thống treo có thể xác định theo công thức: c ≈ 0,112πm [Ns/m]
Hình 2.19 Mặt cắt lốp xe
Ta cần xác định tải trọng phân bố lên bánh xe trước và bánh xe sau, từ đó xác định đƣợc hệ số giảm chấn phù hợp dựa theo công thức c ≈ 0,112πm [Ns/m]
Tiêu chuẩn đánh giá
SSF đƣợc dùng bởi NHTSA để đánh giá khả năng tai nạn cũng nhƣ lật của xe
Số “sao” đánh giá đƣợc dựa trên nguy cơ lật của xe, và đƣợc 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%
Hình 2.20 Đồ thị tối ƣu hệ số giảm chấn cho ô tô có tần số 1 Hz.
THÔNG SỐ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC XE KHÁCH GHẾ NGỒI WENDA
Thông số độ cứng bầu hơi
Xác định hàm đa thức mô tả hệ số đàn hồi hệ thống treo k 1 , k 2 phi 3.1.1 tuyến
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
F: lực tác dụng lên bầu khí nén
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
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 tƣợng xe khảo sát
LOẠI BẦU HƠI BẦU HƠI TRƯỚC BẦU HƠI 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
Bảng 3.5 Phương trình thể hiện đường đặc tính bầu hơi trước WENDA
PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH BẦU HƠI y = Ax 2 + Bx + C
Bảng 3.6 Phương trình thể hiện đường đặc tính bầu hơi sau WENDA ISUZU
PHƯƠNG TRÌNH ĐẶC TÍNH BẦU HƠI y = Ax 2 + Bx + C
Bảng 3.7 Thông số độ cứng bầu hơi đƣợc sử dụng trong quá trình tính toán Độ cứng ( N/m ) Bầu hơi trước Bầu hơi sau
Thông số độ cứng thanh chống xoắn
Để thực hiện tính toán độ cứng thanh chống xoắn ta sử dụng phần mềm Ansys APDL để thực hiện tính toán Thông số chuyển vị thanh đƣợc 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 3.1 Bản vẽ thanh chống xoắn trước và sau xe WENDA DOOSAN
Hình 3.2 Bản vẽ thanh chống xoắn trước xe WENDA ISUZU
Hình 3.3 Bản vẽ thanh chống xoắn sau xe WENDA ISUZU
Bảng 3.8 Thông số thanh chống xoắn WENDA DOOSAN
CẦU TRƯỚC - CẦU SAU Chuyển Vị
Bảng 3.9 Thông số thanh chống xoắn WENDA ISUZU
Bảng 3.10 Thông số độ cứng thanh chống xoắn Độ cứng ( Nm/rad ) Thanh chống xoắn trước Thanh chống xoắn sau
Thông số kỹ thuật tổng quát xe WENDA DOOSAN
Hình 3.4 Bản vẽ kết cấu hệ thống treo trên xe DOOSAN
Hình 3.5 Bản vẽ tổng thể xe khách ghế ngồi WENDA DOOSAN
Bảng 3.11 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 lƣợng
3.1 Khối lƣợng bản thân - Phân bố lên trục trước
- Phân bố lên cầu sau kg kg kg
12100 4420 7680 3.2 Số người cho phép (kể cả người lái) người 47
Khối lƣợng toàn bộ - Phận bố lên trục trước - Phân bố lên cầu sau kg kg kg
3.4 Trọng lƣợng phần đƣợc 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 vƣợt đƣợc 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 - Lốp sau (lốp đôi)/1 lốp kPa/ kg kPa/ kg
6.2 Hệ số biến dạng lốp - 0.945
7 Tọa độ trọng tâm ô tô khi đầy tải
+ Chiều cao + 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 3.12 Thông số khi ô tô đầy tải
Stt Tên gọi Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Chiều dài cơ sở của xe l 6.150 m
Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trước a1 3.840 m Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau a2 2.310 m
Chiều cao tọa độ trọng tâm h0 1.815 m
Khối lƣợng ô tô khi đầy tải m 15950 kg Mô-men quán tính đối với trục z I zz 210860 kg.m 2 Hệ số trượt ngang của bánh xe trước C αf 227270 N/rad Hệ số trƣợt ngang của bánh xe sau C αr 290640 N/rad
Thông số trong mô hình động lực học mặt phẳng ngang
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 lƣợng đƣợc treo:
Trong đó: dvbxt: Vết bánh trước m: Khối lƣợng phần đƣợc treo : Hệ số phân bố tải trọng của phần đƣợc treo - Độ cứng lốp xe:
Trong đó: m t : Khối lượng phân bố lên trục trước ms: Khối lƣợng phân bố lên cầu sau r0: Bán kính thiết kế của bánh xe g: Gia tốc trọng trường
: 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:
Bảng 3.13 Tổng hợp thông số sử dụng tính toán của xe khách DOOSAN
Stt Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Khối lƣợng phần đƣợc treo ms 14010 kg
2 Khối lƣợng phần không đƣợc treo m u 1940 kg
2 Khoảng cách từ trọng tâm ra 2 bên hông xe b 1 = b 2 1.25 m
3 Mô-men quán tính xoay quanh trục X I x 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 k tf 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] k r 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 2d s 1.039 m
14 Chiều cao trọng tâm xe hg 1.658 M
15 Độ cứng thanh chống xoắn trước / sau kR 28094 Nm/rad
Thông số kỹ thuật tổng quát xe WENDA ISUZU
Tương tự , ta có thông số kỹ thuật cho xe WENDA ISUZU như sau :
Hình 3.6 Bản vẽ kết cấu hệ thống treo trên xe ISUZU
Hình 3.7 Bản vẽ tổng thể khách ghế ngồi WENDA ISUZU
Bảng 3.14 Bảng thông số kỹ thuật tổng quát xe khách ghế ngồi ISUZU
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 12200x2500x3570
2.2 Chiều dài cơ sở mm 6000
2.5 Chiều dài đầu xe mm 2600
2.6 Chiều dài đuôi xe mm 3600
2.7 Khoảng sáng gầm xe mm 210
2.9 Góc thoát trước/sau Độ 15/14
3 Thông số về khối lƣợng
Khối lƣợng bản thân - Phân bố lên trục trước
- Phân bố lên cầu sau kg kg kg
12415 4315 8100 3.2 Số người cho phép (kể cả người lái) người 42
Khối lƣợng toàn bộ - Phận bố lên trục trước - Phân bố lên cầu sau kg kg kg
Trọng lƣợng phần đƣợc 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 116
4.2 Độ dốc lớn nhất xe vƣợt đƣợc khi đầy tải % 31.8
4.3 Bán kính quay vòng nhỏ nhất theo vết bánh xe trước phía ngoài m 10.2
5 Hệ thống treo - Nhập khẩu từ Nhật Bản
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 - Lốp sau (lốp đôi)/1 lốp kPa/ kg kPa/ kg
6.2 Hệ số biến dạng lốp - 0.945
Tọa độ trọng tâm ô tô khi đầy tải
+ Chiều cao + 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 ISUZU 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 3.15 Thông số khi ô tô đầy tải
Stt Tên gọi Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Chiều dài cơ sở của xe l 6.000 m
2 Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trước a1 3.910 m 3 Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau a 2 2.090 m
4 Chiều cao tọa độ trọng tâm h0 1.647 m
5 Khối lƣợng ô tô khi đầy tải m 15700 kg
6 Mô-men quán tính đối với trục z I zz 202570 kg.m 2 7 Hệ số trượt ngang của bánh xe trước C αf 211390 N/rad 8 Hệ số trƣợt ngang của bánh xe sau C αr 291400 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 nhƣ sau :
Bảng 3.16 Tổng hợp thông số sử dụng tính toán của xe khách WENDA
STT Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Khối lƣợng phần đƣợc treo m s 13610 kg
2 Khối lƣợng phần không đƣợc treo mu 1840 kg
3 Khoảng cách từ trọng tâm ra 2 bên hông xe b 1 = b 2 1.25 m
4 Mô-men quán tính xoay quanh trục X I x 14438.8 kg.m 2 5 Mô-men quán tính xoay quanh trục Y Iy 59449.8 kg.m 2
6 Độ cứng của lốp xe trước k tf 859907 N/m
7 Độ cứng của lốp xe sau k tr 1508609 N/m
8 Độ cứng của bộ phận đàn hồi trước kf 125040 N/m 9 Độ cứng của bộ phận đàn hồi sau k r 103710 N/m
9 Độ cản của giảm chấn trước cf 8877.3 Ns/m
10 Độ cản của giảm chấn sau cr 8463.4 Ns/m
11 Khoảng cách giữa 2 tâm hệ thống treo 2d s 1.03 m
14 Chiều cao trọng tâm xe h g 1.647 m
15 Độ cứng thanh chống xoắn trước k Rf 34679.8 Nm/rad
16 Độ cứng thanh chống xoắn sau kRs 28705.8 Nm/rad
TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Sơ đồ tính toán mô phỏng
Hình 4.1 Sơ đồ tính toán mô phỏng
Mô hình động lực học theo phương ngang 4 bậc tự do
Dạng ma trận tổng quát hr: chiều cao tâm lắc d1: bước sóng mấp mô của mặt đường d2: độ cao mấp mô của mặt đường Thông số xe WENDA
Thông số lực tác dụng lên xe
Góc lái hàm sin δ: là hàm sin 2 v x ϵ [0 -25] (m/s) Mô hình động lực học phẳng
Miền thời gian t i x: Sự chuyển vị theo phương thẳng đứng ii dx: Sự biến thiên của vận tốc theo phương thẳng đứng iii ddx: Sự biến thiên của gia tốc theo phương thẳng đứng iv : Sự chuyển vị của góc lắc v d: Sự biến thiên của vận tốc góc lắc vi dd: Sự biến thiên của gia tốc góc lắc
Miền chiều cao tâm lắc hr i Max of : Sự chuyển vị của góc lắc theo miền hr ii Max of d: Sự biến thiên của vận tốc góc lắc theo miền h r iii Max of dd: Sự biến thiên của gia tốc góc lắc theo miền h r Để khảo sát và đánh giá mức độ ảnh hưởng thanh chống xoắn và vị trí bố trí hệ thống treo đến tính năng ổn định theo phương ngang của xe khách ghế ngồi WENDA khi xe vào cua , ta xét đến mô hình tính toán mô phỏng động lực học theo phương ngang trong đó xét đến độ cứng của thanh chống xoắn và vị trí tâm hệ thống treo Quá trình tính toán và phân tích đƣợc thực hiện trên mô hình động lực học theo phương ngang, 4 bậc tự do ( 4 DOF ) có kể đến ảnh hưởng khi xét trong trường hợp có và không có thành phần chống xoắn theo thời gian và vị trí tâm lắc thay đổi Trong đó thành phần lực ngang biến thiên theo thời gian thu đƣợc từ mô hình động lực học phẳng của xe khi vào cua với vận tốc tới hạn ổn định , tác giả đã tiến hành thực hiện theo các bước sau:
Tính toán thu thập các thông số cần thiết cho việc tính toán độ cứng thanh chống xoắn
Tính toán thu thập các thông số kỹ thuật khác của xe để phục vụ cho tính toán và phân tích mô phỏng
Tính toán và phân tích đƣợc thực hiện trên mô hình động lực học theo phương ngang có 4 bậc tự do và từ đó xác định được sự ảnh hưởng của vị trí tâm lắc, thanh chống xoắn thành phần lực ngang và đặc biệt là vị trí bố trí hệ thống treo của xe ảnh hưởng đến an toàn, ổn định của xe bằng phương pháp mô phỏng.
Khảo sát và đánh giá biến thiên của lực ngang
Để khảo sát ổn định chuyển động của xe khi quay vòng, ta khảo sát góc lái là một hàm bước, trong trường hợp này góc lái δ thay đổi đột ngột từ 0 đến giá trị hằng số khác 0, chọn vận tốc làm việc của xe vx từ 0 đến 15 m/s và các thông số C α , m, I zz , a 1 á a 2 cho từng trường hợp được trỡnh bày ở chương 3
Khảo sát giá trị cực đại F y theo đều kiện bám và điều kiện lật 4.2.1 ngang của xe
Giới hạn vận tốc chuyển động vxc của xe trong quá trình chuyển động quay vòng nhằm đảm bảo tính năng ổn định và độ an toàn, được xác định bằng phương pháp so sánh giá trị lực F y với giá trị lớn nhất của lực bám ngang F yφ và lực lật ngang lớn nhất Fyroll, lần lƣợt thỏa đều kiện bám và điều kiện lật ngang của xe, đƣợc xác định theo (4.1) và (4.2) y y
h Giá trị lực ngang lớn nhất theo điều kiện bám và lật ngang đƣợc tổng hợp ở bảng 4.1
Bảng 4.1 Giá trị lực ngang
Ký hiệu Giá trị đầy tải Đơn vị DOOSAN ISUZU
Xe sẽ bị lật ngang trước khi bị trượt ngang, giá trị lực ngang F y vượt qua giá trị giới hạn cho phép cực đại nhƣ ở bảng 4.1 Do đó, giá trị lực ngang cho phép cực đại tính toán đảm bảo điều kiện lật ngang đƣợc chọn làm cơ sở để so sánh với
Trường hợp so sánh Fy với lực lật ngang (Fyroll), giá trị nhỏ nhất của vận tốc giới hạn cho phép cực đại khi xe chuyển động quay vòng tương ứng với xe DOOSAN và ISUZU là v Doo_xc ≈ 12,8 (m/s) và vIsu_xc ≈ 12 (m/s) tương đương 46 và 43 ( km/h ), trường hợp đầy tải, chính là giao điểm giữa đường cong lực F y và đường ngang thể hiện giá trị lực ngang cho phép đảm bảo điều kiện ổn định ngang khi quay vòng trong hình 4.2
Hình 4.3 Lực ngang Fy so với vận tốc vx (với δ = 0.2(rad)) ; F roll giá trị lớn nhất của lực lật ngang (Fyroll); Ffric giá trị lớn nhất của lực bám ngang (Fyφ) với xe DOOSAN
Hình 4.2 Lực ngang Fy so với vận tốc vx (với δ = 0.2(rad)); Froll giá trị lớn nhất của lực lật ngang (Fyroll); Ffric giá trị lớn nhất của lực bám ngang (Fyφ) với xe ISUZU
Nhưng vì xe sẽ bị lật ngang trước khi bị trượt ngang và đảm bảo ổn định cho cả hai xe nên tác giả chọn giá trị nhỏ nhất của vận tốc giới hạn cho phép cực đại khi xe chuyển động quay vòng v xc ≈ 12 ( m/s ) để khảo sát
Khảo sát vận tốc giới hạn cực đại, v xc so với góc lái δ 4.2.2
Giá trị vận tốc giới hạn cực đại, v xc được xác định bằng phương pháp trên, trong khoảng góc lái δ, thay đổi từ 3 0 đến 30 0 , thể hiện trên hình 4.4
Khi tăng góc lái, vận tốc giới hạn cực đại, vxc giảm, theo dạng đường cong nhƣ hình 4.4 Ngƣợc lại, khi giảm góc lái, vxc tăng, khi góc lái tiến dần đến giá trị 0, v xc tăng nhanh và tiến đến giá trị vận tốc lớn nhất của xe khi thiết kế
Khảo sát sự biến thiên theo thời gian của thành phần lực ngang
Sự biến thiên của lực ngang tác dụng tại vị trí tọa độ trọng tâm của xe theo thời gian, đƣợc tính toán bằng mô hình động lực học phẳng với vận tốc chuyển động thẳng đạt giá trị tới hạn vxc ≈ 12(m/s), và sự biến thiên góc đánh lái cho thấy giá trị các thành phần lực ngang thay đổi và nhanh chóng đạt giá trị ổn định sau
Hình 4.4 Vận tốc giới hạn cực đại, vxc so với góc lái δ khoảng 3 (s), sự biến thiên lực ngang tại trọng tâm là tổng giá trị lực ngang tại bánh xe trước và sau, được sử dụng như là thông số đầu vào cho việc tính toán các thông số động lực học trong mặt phẳng ngang.
Khảo sát trong ảnh hưởng của thanh chống xoắn trong miền thời gian xe
Khảo sát xe WENDA trên nền sát xi DOOSAN
Sự thay đổi theo thời gian của góc lắc ngang φ (t), với các giá trị hr = 0,5 (m) , đƣợc hiển thị trong hình 4.6 Kết quả đƣợc tính theo mô hình động lực bên 4DOF, trong đó chiều cao của mấp mô đƣợc chọn d2 = 0,05 (m), lực bên áp dụng Fy (t) như được hiển thị trong hình 4.6 ở cả trường hợp có thanh chống xoắn và không có thanh chống xoắn Trước tiên ta khảo sát giá trị góc xoay , giá trị trị này 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 xoay tăng nhanh và sau đó giảm nhẹ Tuy nhiên, sau đó, giá trị góc xoay 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 xoay, ta còn thấy được sự ảnh hưởng của thanh chống xoắn Cụ thể, khi ta xét
Hình 4.5 Sự thay đổi thành phần lực ngang theo thời gian đến ảnh hưởng của thanh này, giá trị góc xoay giảm rõ rệt ứng với độ giảm từ 15 – 25% dưới tác dụng đàn hồi của thanh chống xoắn
Hình 4.6 Sự biến thiên góc lắc ngang theo thời gian DOOSAN
Dãy giá trị của vận tốc góc và gia tốc góc theo thời gian đƣợc thể hiện trong hình 4.7 và hình 4.8 tương ứng Tốc độ góc và gia tốc góc giảm tương ứng và dần về không theo thời gian Giá trị cao nhất đạt đƣợc ở thời điểm ban đầu khi vừa cán bậc mấp mô và vào cua Gía 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 và gia tốc góc có phần nhỏ hơn so với trường hợp không xét, tuy nhiên sự sai lệch là không nhiều n
Hình 4.7 Biến thiên vận tốc góc theo thời gian
Hình 4.8 Biến thiên gia tốc góc theo thời gian
Khảo sát xe WENDA trên nền sát xi ISUZU 4.3.2
Hình 4.9 Sự biến thiên góc lắc ngang theo thời gian ISUZU
Hình 4.10 Biến thiên vận tốc góc theo thời gian ISUZU
Hình 4.11 Biến thiên gia tốc góc theo thời gian ISUZU
4.4 Khảo sát ảnh hưởng thanh chống xoắn trong miền h r xe WENDA DOOSAN và WENDA ISUZU
Khảo sát xe WENDA trên nền sát xi DOOSAN
Sự thay đổi theo miền hr của góc xoay ngang φ (t), đƣợc tính theo mô hình động lực bên 4DOF, trong đó chiều cao của mấp mô đƣợc chọn d2 = 0,05 (m), miền h r khảo sát từ 0 đến 1 (m), lực bên áp dụng Fy (t) nhƣ đƣợc hiển thị trong Hình 3 ở cả trường hợp có thanh chống xoắn và không có thanh chống xoắn Ta thấy, h r đóng một vai trò quan trọng với sự ổn định của xe Khi tăng h r , góc lệch ngang tương ứng tăng theo tuyến tính Sự ảnh hưởng của 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 4.12
Hình 4.12 Biến thiên góc lắc ngang theo miền h r DOOSAN
Ngoài sự ảnh hưởng của h r đến sự ổn định của xe, sự tác động của thanh chống xoắn cũng đóng một vai trò quan trọng Hình 4.13 bên dưới, thể hiện sự sai lệch phần trăm của góc xoay khi xét và không xét đến ảnh hưởng của thanh chống xoắn Ta thấy, trong giai đoạn đầu khi h r sấp xỉ 0.05 thì sự sai lệch giữa hai góc trong hai trường hợp tăng rất nhanh và sau đó tăng dần đều trở lại Nói một cách khác, góc lắc ngang của xe chịu ảnh hưởng lớn bởi thanh chống xoắn ở giai đoạn đầu theo miền hr và sau đó duy trì tăng đều ổn định trở lại và càng ngày càng lệch nhau
Khi khảo sát sự biến thiên của tốc độ góc về với trục dọc, ta thấy ở giai đoạn đầu khi hr có giá trị nhỏ, thì sự tăng lên của hr làm giảm vận tốc góc Tuy nhiên khi giá trị hr vƣợt qua một giá trị nhất định thì sự ổn định dần mất đi, hai giá trị này tăng tuyến tính theo sự tăng dần của hr Khi xét đến ảnh hưởng thanh chống xoắn, ta thấy sự ảnh hưởng của nó khi h r có giá trị nhỏ là không đáng kể Tuy nhiên khi giá trị hr tăng lên, ta thấy được sự ảnh hưởng của thanh chống xoắn đến vận tốc góc , tuy nhiên không nhiều
Tương tự như với sự sai lệch góc lắc ngang, hình 4.14 thể hiện sự ảnh hưởng của thanh chống xoắn đến vận tốc góc, ở giai đoạn h r có giá trị nhỏ là không đáng kể Tuy nhiên khi hr vượt qua giá trị sấp xỉ 0,1 m, thị sự ảnh hưởng của nó thể hiện rõ rệt Sự sai lệch tăng rất nhanh sau đó, và dần tiến về giá trị ônr định khi giá trị hr sấp xỉ lớn hơn 1 (m)
Hình 4.13 Sai lệch phần trăm góc lắc ngang theo miền hr
Hình 4.15 Sai lệch phần trăm vận tốc góc lắc ngang theo miền hr Xét đến thành phân gia tốc góc, ta thấy hầu như ảnh hưởng của thanh chống xoắn là không nhiều Ở cả hai trường hợp, trên hình ta thấy hai đường trên hình 4.16 gần nhƣ trùng nhau Sự sai lệch gần nhƣ không có Chứng tỏ, vai trò của thanh chống xoắn với gia tốc là gần nhƣ bằng không
Hình 4.14 Biến thiên vận tốc góc lắc ngang theo miền hr
Hình 4.16 Biến thiên gia tốc góc lắc ngang theo miền h r
Khảo sát xe WENDA trên nền sát xi ISUZU
Tương tự, ta có các đồ thị khảo sát được trên xe ISUZU như sau :
Hình 4.17 Biến thiên góc lắc ngang theo miền h r
Hình 4.18 Sai lệch phần trăm góc lắc ngang theo miền h r
Hình 4.19 Biến thiên gia tốc góc lắc ngang theo miền hr
Hình 4.20 Sai lệch phần trăm vận tốc góc lắc ngang theo miền h r
Hình 4.21 Biến thiên gia tốc góc lắc ngang theo miền hr
Hình 4.22 Sai lệch phần trăm gia tốc góc lắc ngang theo miền h r
Khảo sát, so sánh sự ổn định ngang của dòng xe WENDA DOOSAN và
WENDA ISUZU Để đánh giá sự ổn định ngang của hai dòng xe, ta khảo sát các thông số động lực học của xe có xét đến vị trí tâm lắc và ảnh hưởng của thanh chống xoắn trên cả hai miền là h r và theo thời gian được khảo sát trong trường hợp d 2 = 0.05m, xét đến ảnh hưởng của thành phần chống xoắn
Khảo sát góc lắc ngang theo miền h r 4.5.1
Nhƣ ta thấy, hai sát xi có các thông số hình học và đặc tính khác nhau Cụ thể về thông số độ cứng thanh chống xoắn , bố trí hệ thống treo cũng nhƣ vị trí tâm lắc Cụ thể ta xét đến góc lắc ngang, hình 4.23 thể hiện góc lắc ngang ứng với xe WENDA DOOSAN và WENDA ISUZU Nhƣ ta thấy, góc lắc ngang của cả hai xe gần nhƣ là nhƣ nhau ở dãy giá trị hr thấp, do thành phần lực ngang không ảnh hưởng đến góc lắc
Tuy nhiên, khi tăng dần hr lên, thì hai giá trị này càng cách xa nhau ra Từ đây, ta có thể đánh giá, với cùng một giá trị lực ngang tác động, góc lắc ngang của xe DOOSAN thấp hơn xe ISUZU hay nói cách khác, sự ổn định ngang trên dòng xe
WENDA DOOSAN tốt hơn dòng xe WENDA ISUZU Lý giải cho điều này, ta có thể kể đến độ cứng bầu hơi của nó, độ cứng bầu hơi xe DOOSAN cao hơn xe ISUZU đến 30% ( cho cả bầu trước và sau ) Về yếu tố thanh chống xoắn, ta thấy, tuy độ cứng thanh chống xoắn trên xe ISUZU cao hơn trên xe DOOSAN, tuy nhiên ta thấy sự ảnh hưởng của nó đến trường hợp đang xét là không nhiều, thậm chí sự ổn định còn kém hơn xe DOOSAN
Bảng 3.7 : Thông số độ cứng bầu hơi Độ cứng ( N/m ) Bầu hơi trước Bầu hơi sau
Bảng 3.10 : Thông số độ cứng thanh chống xoắn Độ cứng ( Nm/rad ) Thanh chống xoắn trước Thanh chống xoắn sau
Hình 4.23 Biến thiên góc lắc ngang theo miền hr Để có cái nhìn rõ hơn về sự chênh lệch góc ngang, đồ thị hình 4.24 , thể hiện sự chênh lệch góc ngang theo miền hr Sự khác biệt về góc lắc giữ hai xe càng tăng khi tăng gía trị hr Rõ ràng ở đây, khi vị trí tâm lắc càng xa trọng tâm của xe, nó tác động lớn đến sự ổn định ngang của xe Ở vị hr phổ biến nhất là 0.5 đến 0.6 m, ta thấy sự chênh lệch giữa hai xe là 15 – 18% Đây là thông số rất đáng lưu ý khi ta khảo sát sự ổn định theo phương ngang
Hình 4.24 Sự chênh lệch góc lắc ngang theo miền hr Khi xét đến thành phần vận tốc góc, ta thấy nó có đặc tính tương tự với góc lắc ngang Giá trị vận tốc góc tăng tuyến tính theo sự tăng dần của h r Sự ảnh hưởng của bầu hơi tác động lên gia tốc gốc và sự khác biệt càng rõ nét khi miền hr tăng lên Từ đó, ta thấy vai trò của của thanh chống xoắn khá thấp, nó chịu ảnh hưởng nhiều hơn bởi độ cứng bầu hơi
Hình 4.25 Biến thiên vận tốc góc lắc ngang theo miền hr
Khi xét đến thành phần gia tốc góc , ta thấy thành phần này bị ảnh hưởng đáng kể đặc biệt là với tham số nhỏ hr Đặc biệt ở đầu miền hr trong đó hr bằng 0, gia tốc góc có giá trị cao hơn và sau đó giảm dần, sau đó tăng trở lại khi tăng h r , điều này là do vai trò của tham số hr chủ yếu ở các giá trị phạm vi nhỏ của hr, khi hr đạt đến một giá trị cụ thể nhất định gia tốc góc giảm sâu Nhƣng sau đó h r cao hơn giá trị cụ thể, ta thấy rằng thành phần gia tốc tăng theo tuyến tính, và hầu nhƣ không có sự khác biệt giữa hai xe, từ đó cho thấy thành phần độ cứng của thanh chống xoắn không có ảnh hưởng đến gia tốc góc lắc ngang
Hình 4.26 Biến thiên gia tốc góc lắc ngang theo miền h r
Khảo sát góc lắc ngang theo miền thời gian 4.5.2 Để có cái nhìn toàn diện hơn về mặt động lực học, ta tiếp tục xét đến ảnh hưởng của thanh chống xoắn theo miền thời gian Trong hình 4.27, rõ ràng thanh chống xoắn không ảnh hưởng nhiều, mặc dù xe ISUZU có độ cứng thanh chống xoắn lớn hơn tuy nhiên góc lắc vẫn có giá trị cao hơn Cho thấy, góc lắc chịu ảnh hưởng rất lớn bởi độ cứng bầu hơi
Hình 4.27 Biến thiên góc lắc ngang theo miền thời gian
KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI CHƯƠNG 5:
Kết luận
Các thông động lực học và ứng xử của phần khối lƣợng đƣợc treo của xe khách ghế ngối WENDA đƣợc xác định bằng sự kết hợp tính toán dựa trên hai mô hình động lực học phẳng và động lực học trong mặt phẳng ngang của xe Tính toán được thực hiện trong trường hợp xe vào cua, một phía bên bánh xe cán bậc mấp mô, có xét đến trường hợp ảnh hưởng của thanh chống xoắn Kết quả tính toán đƣợc phân tích giúp xác định rõ đặc tính ổn định ngang của hai dòng xe chủ lực của SAMCO, đồng thời góp phần cải tiến thiết kế, nâng cao tính năng động lực học ổn định ngang của xe Luận văn “ Phân tích đặc tính chống lắc ngang của hệ thống treo xe DOOSAN và ISUZU ” đã giải quyết đƣợc các vấn đề cụ thể nhƣ sau : - Dưới tác dụng lực ngang tạo thành khi xe vào cua, ta thấy ảnh hưởng của thanh giằng tác dụng lên sự ổn định của xe khá lớn khi xét đến trường hợp có và không có ảnh hưởng của thanh chống xoắn ( trên cùng một sát xi ) trên miền thời gian cũng nhƣ trên miền hr ( khoảng cách từ trọng tâm đến tâm lắc tức thời ) - Độ lớn chuyển vị góc, vận tốc góc tăng dần theo hr và cũng bị ảnh hưởng bởi độ đàn hồi của thành phần thanh chống xoắn Tuy nhiên, gia tốc góc của chuyển động lắc lại không phụ thuộc vào thành phần chống xoắn
- Sự ổn định ngang trên dòng xe WENDA DOOSAN thể hiện tốt hơn trên dòng xe WENDA ISUZU với góc lắc ngang và vận tốc góc lắc ngang nhỏ hơn khi so sánh tổng thể.
Hướng phát triển đề tài
Các thông số trong quá trình tính toán chủ yếu đƣợc xác định thông qua phần mềm tính toán, một số điều kiện còn chƣa sát với thực tế Vì vậy, để có đảm bảo tính thực tế cũng nhƣ có đƣợc kết quả tính toán tốt hơn, tác giả kiến nghị một số vấn đề nhƣ sau :
Các thông số mô phỏng cần được xác định lại bằng phương pháp thực nghiệm nhƣ : độ cứng thanh chống xoắn, xét đến tính phi tuyến của bầu hơi trên các xe
Cần khảo sát nhiều vị trí trên xe hơn để có đánh giá chi tiết và cụ thể hơn
Cần kết hợp với khảo sát ổn định theo các phương khác
Xét thêm ảnh hưởng của các thành phần khác từ như bố trí hệ thống treo, độ cứng bầu hơi để có kết quả toàn diện hơn
Tác giả đưa ra một số đề xuất nêu trên cho hướng nghiên cứu tiếp tục của đề tài nhằm hoàn thiện hơn nữa việc tính toán thực nghiệm, thiết kế, hiệu chỉnh, cải tiến các loại hệ thống treo lắp đặt trên các xe thương mại ghế ngồi để nâng cao độ êm dịu và đặc tính ổn định ngang cho từng vị trí hành khách vì đây là loại xe phổ biến nhất trong việc vận chuyển hành khách theo các tuyến đường trong nước.
