Xây dựng và giải hệ phương trình vi phân dao động bằng phần mềm Matlab Simulink nhằm tìm ra các giá trị chuyển vị, vận tốc, gia tốc, tần số riêng, trung bình bình phương gia tốc dao động
GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ DAO ĐỘNG VÀ TIÊU CHUẨN ÊM DỊU
Dao động ô tô và các ảnh hưởng của nó
2.1.1 Các nguồn gây ra dao động
Khi ô tô và các phương tiện vận tải khác chuyển động sẽ sinh nhiều tác nhân gây ra hệ dao động lên ô tô, những dao động này có dạng sóng cơ học tác động trực tiếp lên người tài xế và hành khách Các nguồn dao động chủ yếu trên ô tô là:
• Động cơ là nguồn chính tạo ra dao động từ lúc nó hoạt động khi xe đứng yên
• Hệ thống treo là cũng là nguyên nhân gây ra các rung động khi ô tô di chuyển qua các mặt đường không đều
• Bánh xe và lốp xe bị lệch tâm hoặc do hình dạng không đều của bánh xe có thể gay ra dao động lên ô tô khi di chuyển trên đường
• Hệ thống phanh có thể gây ra dao động khi người lái kích hoạt phanh xe đặc biệt khi hệ thống phanh bị bó cứng hoặc không hoạt động đúng cách
• Các ngoại lực sinh ra tác động lên ô tô khi tăng tốc, khi phanh và ô tô quay vòng
Cho đến ngày nay nguyên nhân chính gây ra dao động trên ô tô là các biên dạng mấp mô mặt đường Vì vậy, đồ án chỉ tập trung nguyên cứu hàm kích động từ mặt đường tác động lên thân xe trong miền thời gian
2.1.2 Ảnh hưởng của dao động đối với con người
Theo nghiên cứu của các nhà khoa học các bộ phận con người được xem là một hệ dao động không tuần hoàn có tác động sinh học phức tạp, gây ra các biến đổi trong cơ thể hoặc bộ phận của cơ thể con người dao động theo trực tiếp gây ảnh hưởng sức khỏe và năng suất làm việc Tác động của dao động cơ học phụ
5 thuộc vào nhiều yếu tố sau: tần số dao động, thời gian tác động, cường độ dao động, …
Thời gian tác động của dao động lên cơ thể kéo dài gây ảnh hưởng nghiêm trọng nếu tần số dao động quá ngưỡng cho phép Theo các nghiên cứu về tần số dao động trên cơ thể con người cho thấy:
• Dao động gây ra rối loạn lưu thông máu, tác động lên cơ quan tiền đình dẫn đến gây choáng váng ở tần số: 3Hz đến 5Hz
• Dao động làm ảnh hưởng đến gan, ruột, dạ dày gây rối loạn tia trong ở tần số: 5 Hz đến 11 Hz
• Dao động gây nhức đầu, giảm thị lực, buồn nôn ở tần số: 11 Hz đến 45 Hz Tác động của dao động truyền thẳng từ dưới lên cột sống đối với hành khách ngồi trên ô tô, do vậy tác động lên cơ thể đối với mỗi người là khác nhau Dao động ô tô là là một hệ phức tạp gồm dải tần số rộng tác động lên cơ thể người, nên có thể chia dao động thành dao động của khối lượng được treo ở tần số thấp và rung động của khối lượng không được treo ở tần số cao
• Dao động ở tần số thấp mà con người cảm nhận rõ và gây ra cảm giác khó chịu trong thời gian ngắn với tần số từ 15 Hz đến 18 Hz
• Rung động ở tần số cao con người ít cảm nhận rõ có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe khi chịu tác động trong thời gian dài với tần số từ 18 Hz đến
Cơ thể con người thực hiện hai dao động đó là dao động riêng tắt dần và dao động cưỡng bức dưới tác động của lực kích thích từ mặt đường Mỗi bộ phận trên cơ thể đều có tần số riêng, theo một số tài liệu nước ngoài quy ước như sau:
Bảng 2.1: Tần số riêng theo quy chuẩn nước ngoài
Các bộ phận Tần số riêng
Khối vai 4 Hz đến 5 Hz
Khối bụng 4 Hz đến 8 Hz Ở ngực 4,8 Hz Ở đầu 25 Hz Ở nhãn cầu mắt 30 Hz đến 80 Hz
Tần số dao động riêng trung bình của con người trong khoảng từ 3,5 Hz đến
5 Hz Do có tần số riêng nên khi lực kích thích từ mặt đường gần bằng với các tần số riêng của các bộ phận cơ thể con người sẽ xảy ra cộng hưởng gây ảnh hưởng xấu đến các cơ quan nội tạng, cộng hưởng ở đầu gây chóng mặt, cộng hưởng ở dạ dày gây đau bụng, ói mữa, buồn nôn
Hình 2.1: Mô hình dao động trên cơ thể con người
Thời gian con người chịu đựng những dao động kéo dài sẽ gây tổn thương đến cơ thể Tùy vào biên độ dao động sẽ gây ra mức độ tổn thương khác nhau, sự phân bố của chuyển động bên trong cơ thể, thời gian và chiều chuyển động Tác hại của dao động ô tô lên cơ thể con người được biểu thị như sau:
• Bệnh về tiêu hóa: thường xuất hiện đối với những người làm việc tronng môi trường dao động kéo dài gây ra cộng hưởng với dạ dày ở tần số trong khoảng 4 Hz đến 5 Hz
• Bệnh về cột sống khi chịu tác động trong vùng tần số 4 Hz đến 12 Hz
• Làm tăng nhịp tim và nhịp thở cũng tăng theo khi cơ thể chịu đựng dao động trong thời gian kéo dài ở tần số lên đến 20 Hz
• Một số dao động ở tần số rất thấp ở mức 0,1 Hz hoặc thấp hơn vẫn có thể gây cho cơ thể con người cảm giác mệt mỏi say sóng do thân xe dao động lắc ngang kết hợp với gia tốc và sự quay vòng
Do vậy, khi đánh giá dao động ô tô không chỉ dựa vào sự biến thiên gia tốc mà còn phải xem xét đến tần số dao động liên quan và các tần số dao động riêng trên cơ thể con người.
Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu dao động trên ô tô
2.2.1 Chỉ tiêu tần số dao động
Hầu hết con người chúng ta từ nhỏ đã quen dần với nhịp điệu bước đi Nhịp điệu của bước đi còn phụ thuộc vào vóc dáng, thói quen cách đi khác nhau nên hầu hết nhịp độ ở mỗi người là khác nhau Vì vậy trong một khoảng thời gian cố định, trung bình cứ 1 phút con người thực hiện được với tần số dao động 60-85 lần/phút Tương tự như trên ô tô, vì ô tô là một vật rắn đồng chất nên tần số dao động của ô tô phụ thuộc vào địa hình, mặt đường Tần số trung bình thích hợp là 60- 85 lần/phút
Trên thực tế, tần số dao động được thiết kế trên hệ thống treo người ta thường lấy giá trị dao động thích hợp là:
- Đối với xe du lịch: 60-90 lần/phút (1 – 1,5 Hz);
- Đối với xe buýt: 75-90 lần/phút (1,25 – 1,5 Hz);
- Đối với xe tải: 85-120 lần/phút (1,5 – 2 Hz)
2.2.2 Chỉ tiêu gia tốc dao động
Chỉ tiêu gia tốc dao động là một thông số quan trọng để đánh giá độ êm dịu khi ô tô chuyển động, nó phụ thuộc đồng thời vào biên độ dao động và tần số dao động Do là độ êm dịu của ô tô dao động tự do tắt dần chỉ tồn tại trong khoảng một số chu kì nhất định, do vậy chỉ tiêu gia tốc là một trong những chỉ tiêu cực kì quan trọng khi nghiên cứu dao động với sự kích thích của mặt đường Giá trị của gia tốc giới hạn theo các phương khác nhau được xác định bằng thực nghiệm như sau:
• Phương OX (phương dọc thân xe): 𝑋 ̈< 1,0 𝑚/𝑠 2 ;
• Phương OY (phương ngang thân xe): 𝑌 ̈< 0,7 𝑚/𝑠 2 ;
• Phương OZ (phương thẳng đứng): 𝑍 ̈< 2,5 𝑚/𝑠 2 Để xác định được xe có chuyển động êm dịu hay không thì dựa vào chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu chuyển động theo giá trị của gia tốc thẳng đứng và số lần va đập của bánh xe lên mặt đường không bằng phẳng Người ta cho xe chạy trên một đường nhất định rồi dùng dụng cụ đo ghi lại số lần va đập trung bình i và gia tốc thẳng đứng của xe Sau đó người ta dựa vào hai thông số vừa đo để so sánh với đồ thị chuẩn xem xe khảo sát đạt được độ êm dịu chuyển động ở mức độ nào
Hình 2.2: Đồ thị thể hiện mức êm dịu chuyển động trên ô tô
Chỉ tiêu về gia tốc được lựa chọn trên cơ sở đánh giá cảm giác xuất hiện trong thời gian dao động Cảm giác được đánh giá theo hệ số êm dịu chuyển động
K Hệ số K là một đại lượng không thứ nguyên phụ thuộc vào tần số và gia tốc dao động, trục cơ thể con người tương ứng với hướng của dao động Hệ số K được biểu thị qua công thức sau:
√1 + 0.01𝑓 2 𝑍̈ 𝑐 = 𝐾 𝑦 𝑍̈ 𝑐 Trong đó: f: Tần số dao động (Hz),
𝑍̈ 𝑐 : Gia tốc bình phương trung bình (m/s 2) Để xác định được K chúng ta cần giải các hệ phương trình vi phân dao động xác định được đại lượng 𝑍̈ hoặc 𝑍̈ 𝑐 Hệ số K càng nhỏ thì độ êm dịu của xe càng được nâng cao, giá trị của hệ số K nằm ở mức cho phép như sau:
• 𝐾 = 10 ÷ 25 : đối với xe chuyển động trong thời gian dài,
• 𝐾 = 25 ÷ 63 : đối với xe chuyển động trong thời gian ngắn
Hệ số K sẽ giảm đi một nửa nếu cơ thể con người chịu các dao động ở tư thế nằm
2.2.3 Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác dụng
Theo tiêu chuẩn ISO/DIS 2631 chỉ tiêu này đánh giá cảm giác của người lái xe và hành khách có thời gian ngồi trên xe trong khoảng thời gian dài Qua các khảo sát cho thấy khi ngồi lâu trên xe ô tô cơ thể sẽ chịu nhiều dao động thẳng đứng trực tiếp ảnh hưởng đến cơ thể con người gây ra các chứng mệt mỏi Nếu
10 tần số dao động tác động ở ngưỡng nhạy cảm nhất của sức khỏe người (khoảng 4
Hz đến 8Hz), thì giá trị của trọng số gia tốc (còn gọi là gia tốc bình phương trung bình) tác động lên cơ thể con người tạo ra các cảm giác ở giới hạn sau:
Bảng 2.2: Giá trị trọng số gia tốc
Làm mệt mỏi 0,315 𝑚/𝑠 2 Ảnh hưởng xấu đến sức khỏe 0,63 𝑚/𝑠 2
2.2.4 Đánh giá dựa trên trị số hiệu quả của gia tốc (bình phương trung bình của gia tốc dao động)
Trọng số gia tốc r.m.s tính bằng 𝑚/𝑠 2 đối với rung động tịnh tiến và 𝑟𝑎𝑑/𝑠 2 đối rung động quay Gia tốc r.m.s được tính theo công thức sau:
𝑎 𝑤 (𝑡): Gia tốc rung động tịnh tiến hoặc rung động quay, [𝑚/𝑠 2 ℎ𝑜ặ𝑐 𝑟𝑎𝑑/𝑠 2 ]; 𝑡: Khoảng thời gian chịu rung động;
Khi sự tiếp xúc với rung động là gồm nhiều khoảng thời gian tiếp xúc:
𝑎 𝑤,𝑒 : Độ lớn rung động tương đương;
𝑎 𝑤,𝑖 : Độ lớn của rung động tương ứng với thời gian tiếp xúc 𝑇 𝑖 ;
Ngoài ra theo nhiều nghiên cứu khác, độ lớn dao động tương đương có thể tính bằng công thức sau:
∑ 𝑇 𝑖 ] Giá trị tới hạn của rung động dự đoán e(VDV) được sử dụng:
𝑎 𝑤 : Trọng số gia tốc r.m.s (hay còn gọi là gia tốc bình phương trung bình), [𝑚/𝑠 2 ℎ𝑜ặ𝑐 𝑟𝑎𝑑/𝑠 2 ];
Chỉ tiêu an toàn chuyển động
Khi một lực tác động của dao động lên thân xe làm cho bánh xe bị nhấc khỏi mặt đường sẽ gây ảnh hưởng xấu đến mặt đường và chiếc xe bị mất đi tính an toàn điều khiển dẫn hướng cho xe Một lực kích động từ mặt đường tác động ngược lại thân xe ảnh hưởng đến độ bền của chiếc xe Chỉ tiêu này chủ yếu đánh giá trên phương chuyển dịch tương đối giữa tâm bánh xe và mặt đường, được xác định bằng công thức sau:
+ q(t) là hàm biểu diễn độ mấp mô của mặt đường
+ Giá trị 𝐷 𝑠 chỉ nằm trong mức cho phép cho trước với từng loại xe và từng loại mặt đường khác nhau.
Các tiêu chuẩn dao động của Việt Nam
Tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam ban hành bộ tiêu chuẩn TCVN 6964- 1:2001 dựa trên cơ sở của tiêu chuẩn quốc tế hiện hành ISO 2631-1:1997 Tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001 được đề ra nhằm mục đích xác định các phương pháp đánh giá dao động lên toàn thân liên quan đến cảm giác của con người:
• Ảnh hưởng của rung động đối với sức khỏe và độ tiện nghi của con người;
• Cảm nhận của con người đối với rung động;
• Rung động gây ra buồn nôn, chóng mặt
Rung động được đánh giá dựa vào các đồ thị: các đường gạch – gạch chỉ ra các vùng chỉ dẫn đối với sức khỏe
Hình 2.3: Tiêu chuẩn TCVN 6964 đánh giá mức rung động
Dựa vào tiêu chuẩn TCVN 6964 để đánh giá mức rung động đối với những phản ứng của cơ thể sau đây:
• Không có cảm giác khó chịu: dưới 0,315 𝑚/𝑠 2 ;
• Có cảm giác chút ít không thoải mái: từ 0,315 𝑚/𝑠 2 đến 0,63 𝑚/𝑠 2 ;
• Khá không thoải mái: từ 0,5 𝑚/𝑠 2 đến 1 𝑚/𝑠 2 ;
• Rất không thoải mái: 1,25 𝑚/𝑠 2 đến 2,5 𝑚/𝑠 2 ;
• Cực kỳ không thoải mái: trên 2 𝑚/𝑠 2
Nhận xét: Nhìn chung có nhiều tiêu chí đánh giá độ êm dịu và an toàn của chuyển động Trong đó thì gia tốc của dao động của xe sẽ liên quan đến chuyển
13 vị, vận tốc và tần số dao động Theo tiêu chuẩn Việt Nam, để đánh giá độ êm dịu của ô tô thì phải khảo sát qua giá trị bình phương trung bình của gia tốc Trong điều kiện thực tế và khả năng cho phép, đồ án tập trung nghiên cứu độ êm dịu của ô tô thông qua tiêu chí về tần số dao động riêng, gia tốc dao động và bình phương trung bình của gia tốc Đánh giá an toàn chuyển động thông qua tải trọng thẳng đứng tác dụng giữa bánh xe và mặt đường.
Kết luận Chương 2
Trong chương 2, nhóm nghiên cứu đã khái quát về mô hình của một hệ dao động ô tô, đưa ra các tiêu chí đánh giá độ êm dịu và an toàn của dao động, các tiêu chuẩn của Việt Nam Từ các tiêu chí về độ êm dịu và an toàn khi ô tô chuyển động, nhóm nghiên cứu đã lựa chọn tiêu chí đánh giá êm dịu thông qua tần số riêng, gia tốc dao động, bình phương trung bình của gia tốc và tiêu chí an toàn thông qua tải trọng thẳng đứng tác dụng giữa bánh xe và mặt đường
Việc tính toán, khảo sát ở các chương sau nhằm mục đích là đi xác định gia tốc dao động, bình phương trung bình gia tốc và tải trọng thẳng đứng dùng để đánh giá dao động trên ô tô khảo sát
MÔ HÌNH DAO ĐỘNG VÀ HỆ PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ
Kết cấu của một hệ dao động
Ô tô là một cơ hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận được kết nối với nhau tạo nên hệ dao động với nhiều bậc tự do rất phức tạp Kết cấu chung của một hệ dao động ô tô có 4 phần chính bao gồm phần được treo, phần không được treo, hệ thống treo và lốp
Phần được treo bao gồm khung xe, thùng xe, động cơ và các chi tiết gắn liền với chúng Các bộ phận trên là những cụm có trọng lượng tác động lên hệ thống treo, các cụm chi tiết này có độ đàn hồi và biến dạng riêng nhưng biến dạng không đáng kể, có thể bỏ qua Khi khảo sát dao động của ô tô, chúng ta xem phần được treo là một khối vật thể đồng nhất, cứng hoàn toàn và khối lượng sẽ phân bố tại trọng tâm
Tùy thuộc vào sơ đồ bố trí, khối lượng được treo sẽ có các bậc tự do khác nhau như mụ hỡnh một bậc tự do (mụ hỡnh dao động ẳ), mụ hỡnh hai bậc tự do (mô hình phẳng) hoặc mô hình ba bậc tự do (mô hình không gian)
Phần được treo của hệ thống treo xe bao gồm các cụm và chi tiết không gây tác động trực tiếp lên hệ thống treo, mà thay vào đó tác động lên lốp xe và truyền nguồn lực xuống mặt đường Bao gồm các thành phần như bán trục, cầu xe, bánh xe và một phần của khối lượng hệ thống treo, những phần này thường không cứng
15 tuyệt đối mà có độ linh hoạt và có thể biến dạng một cách nhất định Tuy nhiên, sự biến dạng này không đáng kể đối với tính toàn bộ của hệ thống treo, vì vậy nó có thể được coi là một vật thể cứng tuyệt đối với trọng lượng tập trung tại tâm bánh xe
Hệ thống treo là một phần quan trọng của xe hơi, giúp làm giảm rung và giảm chấn các va đập từ đường, cung cấp trải nghiệm lái xe mượt mà và thoải mái trên mọi loại địa hình Nó bao gồm các thành phần như bán trục, cầu xe, bánh xe và các phần khác như lò xo, giảm xóc và thanh cân bằng, tất cả đều hoạt động cùng nhau để duy trì sự ổn định và cân bằng trọng lượng của xe Hệ thống treo thích ứng với các điều kiện đường khác nhau và ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm lái xe, bao gồm cả tính năng lái, ổn định và an toàn Công nghệ trong lĩnh vực này luôn được cải tiến để cung cấp trải nghiệm lái xe tốt nhất cho người lái
Lốp ô tô là phần không thể thiếu của xe, đóng vai trò quan trọng trong việc giữ xe ổn định trên đường và đảm bảo an toàn cho người lái Cấu tạo của lốp bao gồm lớp vỏ, lớp lót, dây thép và cao su, với mỗi loại có đặc điểm và ứng dụng riêng Chúng quyết định trực tiếp độ bám đường, khả năng chịu va đập và tiết kiệm nhiên liệu của xe Để đảm bảo hiệu suất tốt nhất, cần thực hiện bảo dưỡng định kỳ cho lốp, bao gồm kiểm tra áp suất, kiểu dáng và mức độ mòn Công nghệ sản xuất lốp ô tô không ngừng phát triển, mang lại những cải tiến như lốp tự vá và lốp không săm, giúp tăng cường hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu.
Mô hình dao động
Mô hình không gian là mô hình có thể xác định được tất cả các bậc tự do của hệ vật trong không gian 3 chiều Oxyz Mô hình này được sử dụng khi khảo sát dao động trên cả ô tô
Hình 3.1: Mô hình dao động không gian ô tô 2 cầu 3.2.2 Mô hình phẳng
3.2.2.1 Các giả thiết khi thiết lập mô hình phẳng Ô tô có thể được mô hình hóa như một hệ đa vật thể, cấu tạo từ các thành cứng và chuyển động phức tạp Để đơn giản trong quá trình nghiên cứu, mô hình sẽ được xây dựng dựa trên các giả thiết sau:
• Bỏ qua các nguồn dao động như động cơ, hệ thống truyền lực và xem các hệ thống này là một phần khối lượng của thân xe;
• Cầu xe liên kết với thân xe qua hệ thống treo gồm phần tử đàn hồi có độ cứng C2, phần tử giảm chấn K2;
• Bánh xe có độ cứng K1, C1 luôn tiếp xúc với mặt đường trong quá trình dịch chuyển;
• Khối lượng được treo được mô hình hóa bằng một hình chữ nhật đồng chất;
• Khối lượng không được treo quy về tâm bánh xe;
• Các nguồn kích động lên xe chỉ là mấp mô mặt đường
3.2.2.2 Mô hình dao động tương đương mặt phẳng dọc
Trong mô hình này, ta xem dao động của bánh xe bên phải và bên trái là đồng bộ như nhau, số bậc tự do của mô hình là 4 bậc Với các giả thiết trên, ta có được mô hình dao động tương đương trong mặt phẳng dọc như Hình 3.2
Hình 3.2: Mô hình dao động 1/2 trong mặt phẳng dọc
C2t, C2s: độ cứng của hệ thống treo trước và treo sau
C1t, C1s: độ cứng của lốp trước và lốp sau
K2t, K2s: độ cản giảm chấn trước và sau
K1t, K1s: độ cản của lốp trước và lốp sau
J y : momen quán tính khối lượng quanh trục Oy
M1t, M1s: khối lượng không được treo cầu trước và cầu sau a: khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước b: khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau l: chiều dài cơ sở
3.2.2.3 Mô hình tương đương trong mặt phẳng ngang
Hình 3.3: Mô hình dao động 1/2 trong mặt phẳng ngang
C2tr, C2ph: độ cứng của hệ thống treo trái và phải
C1tr, C1ph: độ cứng của lốp trái và phải
K2tr, K2ph: độ cản giảm chấn trái và phải
K1tr, K1p: độ cản của lốp trái và phải m2: khối lượng được treo
J x : momen quán tính khối lượng quanh trục Oy=x
M1: khối lượng không được treo
Khi ô tô chuyển động trên đường, mấp mô ở bánh xe trái và phải sẽ không giống nhau, kết quả điều này sẽ gây nên hiện tượng lắc ngang Để khảo sát việc lắc ngang của ụ tụ, người ta thường sử dụng mụ hỡnh dao động ẵ trong mặt phẳng ngang để khảo sát.
Các kích thích mặt đường
Chuyển động của ô tô trên mặt đường sẽ gây ra các dao động, độ mấp mô của đường chính là nguồn kích thích chính cho dao động này Hàm kích thích mặt đường gây ra được thể hiện bởi hàm q(t) theo phương thẳng đứng của điểm tiếp xúc của bánh xe và mặt đường Độ mấp mô mặt đường không theo quy luật nào, có thể làm hàm ngẫu nhiên Tùy theo chiều dài, chiều cao mấp mô mà phân ra thành các dạng khác nhau Hiện nay, biên dạng bề mặt mặt đường được chia làm
- Nhóm 1: mấp mô có chiều dài ngắn;
- Nhóm 2: mấp mô dạng điều hòa;
- Nhóm 3: mấp mô ngẫu nhiên
Trong phân loại mấp mô nhóm 1, ta giả định rằng khi ô tô đi qua một mấp mô bất kỳ, trạng thái của hệ thống chỉ cần được xác định bởi giá trị của các tọa độ và đạo hàm bậc nhất của chúng
Các dạng mấp mô đơn vị thường gặp được thể hiện ở Bảng 3.1
Bảng 3.1: Các mấp mô nhóm 1
TT Dạng mấp mô Hình dạng
Phương trình biểu diễn mấp mô dạng hàm điều hòa theo thời gian có dạng sau:
𝑞 0 : biên độ của mấp mô
Hình 3.4: Biên dạng mấp mô mặt đường dạng hàm điều hòa
Nếu biểu diễn mấp mô theo quãng đường x thì
𝐿 𝑣: tần số sóng mặt đường (mật độ mấp mô mặt đường)
Khi ô tô chuyển động đều thì x = v.t, thì tại thời điểm t ta có q(t) = q(x)
Từ đây có có được hàm điều hòa có dạng:
3.3.2.2 Hàm bậc dạng bán bình phương hàm sin
Hàm bậc bán hình sin dùng để khảo sát dao dộng dưới tác dụng đột ngột từ mặt đường Để thực hiện tính toán kiểm tra an toàn của hệ thống treo ô tô, thông số gia tốc và chuyển vị tương đối trong miền thời gian phải được xác định
Hàm bậc bán hình sin có dạng như sau:
Biến đổi hàm trên theo công thức hạ bậc 2 hàm sin ta được:
𝑣 Trong trường hợp ô tô 2 cầu với chiều dài cơ sở là l, cầu sau sẽ chậm pha 1 khoảng
𝑣 hơn khi lên mấp mô thì ta có các hàm kích thích cho cầu trước và cầu sau: Cầu trước:
Mấp mô nhóm 3 là hàm kích thích mặt đường dạng ngẫu nhiên, biên dạng mặt đường có hình dạng bất kỳ Khi sử dụng mấp mô nhóm 3 này để khảo sát dao động thì rất khó do ngay cả khi ô tô chuyển động đều nhưng để mô tả chính xác biên dạng mặt đường thì đòi hỏi máy tính phải nhận một dữ liệu khá lớn
Nhận xét: Trong phạm vi nghiên cứu, nhóm khảo sát độ êm dịu của ô tô trong miền thời gian thông qua chuyển vị, gia tốc và trung bình bình phương gia tốc nên hàm kích thích mặt đường dạng bậc bán hình sin được lựa chọn để khảo sát dao động với kích thích đột ngột từ mặt đường.
Các phương pháp thiết lập phương trình vi phân dao động
3.4.1 Phương pháp sử dụng nguyên lý D’Alambert
Nguyên lý này biến đổi bài toán động lực học thành bài toán tĩnh học bằng cách tích hợp các lực vào trong hệ thống cơ học Khi áp dụng nguyên lý D’Alembert, các thành phần của hệ thống động lực được tách độc lập và các lực
23 tác dụng sẽ riêng biệt nhau Thông thường, nguyên lý này được sử dụng trong các mô hình động lực học đơn giản
3.4.2 Phương pháp sử dụng phương trình Larange loại II
Khi tạo mô hình toán cho các hệ động lực học phức tạp, trong trường hợp các lực tương tác giữa các khối lượng riêng biệt không rõ ràng, phương pháp năng lượng thường được sử dụng để nghiên cứu Một trong những phương pháp năng lượng phổ biến là sử dụng phương trình Lagrange loại II
Phương trình Lagrange loại II là công cụ hiệu quả trong giải quyết các bài toán động lực học phức tạp, đặc biệt khi xử lý các hệ thống có số bậc tự do lớn hoặc khi áp dụng cho không gian nhiều chiều Nó cũng cho phép tính toán dễ dàng các biến thể năng lượng và động lượng của hệ thống, từ đó giúp phân tích các nguyên lý bảo toàn và tính chất quan trọng khác của hệ thống
Phương trình Larange II tổng quát có dạng như sau:
𝑖: số tọa độ suy rộng (số bậc tự do của hệ)
𝑞 𝑖 : tọa độ suy rộng thứ 𝑖
𝑞̇ 𝑖 : đạo hàm của tọa độ suy rộng thứ 𝑖
𝐸 𝑝 : năng lượng khuếch tán (hàm hao tán)
𝐹 𝑖 : lực suy rộng tác dụng theo hướng của tọa độ 𝑞 𝑖
Nhận xét: Với mô hình đang khảo sát có 4 bậc tự do, việc sử dụng phương pháp xây dựng phương trình vi phân dao động bằng phương trình Larage loại II sẽ ưu việt Khi sử dụng phương pháp này sẽ không bị nhầm lẫn với chiều đặt lực
24 do xác định động năng, thế năng và hàm hao tán của hệ, các đại lượng này thường có giá trị dương Chính vì những ưu điểm này, đồ án này sẽ dụng phương pháp phương trình Larange loại II để thiết lập hệ phương trình vi phân dao động
3.4.3 Thuật toán giải bài toán dao động
Hình 3.5: Lưu đồ thuật toán giải bài toán dao động
Xây dựng mô hình dao động và phương trình vi phân
Nhập thông số của xe
Giải phương trình đã thiết lập
Kết quả chương trình (chuyển vị, vận tốc, gia tốc…)
Tính R.M.S và tần số riêng
So sánh với các chỉ tiêu êm dịu Đánh giá êm dịu
Thiết lập hệ phương trình vi phân dao động
Hình 3.6: Sơ đồ giải phóng các lực liên kết
Xét sơ đồ giải phóng lực như hình 3.2, khi thân xe với khối lượng m2 đi lên một đoạn Z thì tại hai điểm A và B cũng dịch chuyển lên một đoạn với khoảng cách z2t và z2s
Chuyển động nhún còn được gọi là chuyển động tịnh tiến theo phương Z Chuyển động lắc dọc còn gọi là chuyển đoạn xoay với góc Ta có mối quan hệ trong mặt phẳng (Jy,) như sau:
3.5.1 Thiết lập các hàm động năng, thế năng, hàm hao tán của hệ
Từ phương trình Larange loại II đã đưa ra ở trên, ta đi tìm từng giá trị của hàm động năng, thế năng, hàm hao tán sau đó thế vào phương trình (3.1) sẽ cho được hệ phương trình vi phân dao động
Thiết lập hàm động năng
Hàm động năng tổng quát
𝑀 𝑖 : khối lượng của vật khảo sát [kg]
𝑣 𝑖 : vận tốc của vật [𝑚/𝑠 2 ] Động năng của hệ theo mô hình dao động Hình 3.2 như sau:
Thiết lập hàm thế năng
Hàm thế năng tổng quát:
∆ 𝑖 : độ biến dạng (độ dịch chuyển của chất điểm khảo sát)
Thế năng của hệ theo mô hình dao động Hình 3.2 như sau:
∆ 1 = 𝑧 2𝑡 − 𝑧 1𝑡 : độ biến dạng của hệ thống treo cầu trước
∆ 2 = 𝑧 2𝑠 − 𝑧 1𝑠 : độ biến dạng của hệ thống treo cầu sau
∆ 3 = 𝑧 1𝑡 − 𝑞 1 : độ biến dạng của lốp xe trước
∆ 4 = 𝑧 1𝑠 − 𝑞 2 : độ biến dạng của lốp xe sau
Thế lần lượt các độ dịch chuyển của vật vào phương trình [3.5] ta được như sau:
Ta có mối quan hệ trong mặt phẳng (Jy,) ở phương trình [3.2] và [3.3] thế vào phương trình [3.5] ta được hàm thế năng của hệ:
Thiết lập hàm hao tán
Hàm hao tán tổng quát
𝛥̇ 1 = 𝑧̇ 2𝑡 − 𝑧̇ 1𝑡 : vận tốc biến dạng của hệ thống treo cầu trước
𝛥̇ 2 = 𝑧̇ 2𝑠 − 𝑧̇ 1𝑠 : vận tốc biến dạng của hệ thống treo cầu sau
𝛥̇ 3 = 𝑧̇ 1𝑡 − 𝑞̇ 1 : vận tốc biến dạng của lốp trước
𝛥̇ 4 = 𝑧̇ 1𝑠 − 𝑞̇ 2 : vận tốc biến dạng của lốp sau
Thế lần lượt các vận tốc biến dạng vào phương trình [3.7] ta được:
Ta có mối quan hệ trong mặt phẳng (Jy,) ở phương trình [3.2] và [3.3] thế vào phương trình [3.8] ta được hàm hao tán của hệ:
3.5.2 Tính các đạo hàm theo các tọa độ suy rộng
Hệ có 4 bậc tự do với 4 tọa độ suy rộng là 𝑍, 𝜑, 𝑍 1𝑡 , 𝑍 1𝑠 Ở phần này sẽ đi tính toán động năng, thế năng, hàm hao tán theo biểu thức suy rộng của phương trình Larange loại II [3.1]
Tính đối với hàm động năng
Từ phương trình động năng [3.4] đã thiết lập, ta lần lượt lấy đạo hàm theo các tọa độ suy rộng trên
Tính đối với hàm thế năng
Tính đối với hàm hao tán
3.5.3 Hệ phương trình vi phân trong mặt phẳng dọc
Từ các đạo hàm theo các tọa độ suy rộng đã tính toán ở phần 3.4.4.2, ta thế vào phương trình tổng quát Larange loại II [3.1] sẽ cho ra kết quả của hệ phương trình vi phân dao động của ô tô trong mặt phẳng dọc như sau: Đối với tọa độ suy rộng Z
+[𝐾 2𝑡 (𝑧̇ − 𝑎 𝜑̇ − 𝑧̇ 1𝑡 ) + 𝐾 2𝑠 (𝑧̇ + 𝑏 𝜑̇ − 𝑧̇ 1𝑠 )] = 0 (3.11) Đối với tọa độ suy rộng
+[−𝑎 𝐾 2𝑡 (𝑧̇ − 𝑎 𝜑̇ − 𝑧̇ 1𝑡 ) + 𝑏 𝐾 2𝑠 (𝑧̇ + 𝑏 𝜑̇ − 𝑧̇ 1𝑠 )] = 0 (3.12) Đối với tọa độ suy rộng 𝒁 𝟏𝒕
+[−𝐾 2𝑡 (𝑧̇ − 𝑎 𝜑̇ − 𝑧̇ 1𝑡 ) + 𝐾 1𝑡 ( 𝑧̇ 1𝑡 − 𝑞̇ 1 )] = 0 (3.13) Đối với tọa độ suy rộng 𝒁 𝟏𝒔
Biến đổi các phương trình [3.10], [3.11], [3.12], [3.13] ta được hệ phương trình vi phân dao động như sau:
Nhận xét: Tập hợp các phương trình [3.15], [3.16], [3.17], [3.18] chính là hệ phương trình vi phân dao động của ô tô 2 cầu (mô hình phẳng) Đây là hệ phương trình vi phân cấp 2, có các hệ số không đổi chỉ phụ thuộc vào các thông số kỹ thuật của xe Từ các phương trình vi phân này, chúng ta nhận thấy rằng khi
31 ô tô di chuyển, nó sẽ chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố Để hiểu rõ hơn về những yếu tố này, chúng ta cần giải quyết các phương trình vi phân Để đơn giản cho hệ phương trình trên, ta sử dụng các phương trình liên kết Gọi 𝐹 𝑇 1 , 𝐹 𝑇 2 lần lượt là lực đàn hồi của hệ thống treo trước và sau
𝐹 𝐿 1 , 𝐹 𝐿 2 lần lượt là lực đàn hồi của lốp trước và sau
𝐹 𝐿 2 = 𝐾 1𝑠 (𝑞̇ 2 − 𝑧̇ 1𝑠 ) + 𝐶 1𝑠 (𝑞 2 − 𝑧 1𝑠 ) Thay các giá trị lực vào hệ phương trình vi phân dao động ta được các phương trình liên kết:
Kết luận chương 3
Trong chương 3 này, nhóm nghiên cứu đã trình bày về mô hình dao động, hàm kích động mặt đường, phương pháp thiết lập phương trình vi phân dao động
Từ các cơ sở đó, nhóm chọn xây dựng và đánh giá êm dịu của ô tô thông qua mô hỡnh dao động ẵ trong mặt phẳng dọc với kớch thớch mặt đường là hàm bậc bỏn hình sin Để thiết lập phương trình vi phân, nhóm đã lựa chọn dựa trên phương pháp phương trình Larange loại II
Chương 3 là cơ sở cho chương tiếp theo mô phỏng các khối chương trình để tìm ra các giá trị theo các tiêu chí ban đầu đã đưa ra
KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ
Khái quát chung về Matlab - Simulink
MATLAB là một phần mềm tính toán số và lập trình được phát triển bởi công ty MathWorks, phục vụ cho nhiều lĩnh vực trong khoa học và kỹ thuật Với tính linh hoạt cao, MATLAB cho phép thực hiện các phép toán số trên ma trận, vẽ đồ thị hàm số và biểu đồ thông tin, triển khai các thuật toán, tạo giao diện người dùng và kết nối với các chương trình viết bằng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau
Hình 4.1: Giao diện phần mềm Matlab
Simulink là chương trình mô phỏng thuộc hệ thống của Matlab, được phát triển bởi MathWorks Simulink là một công cụ rất hữu ích cho các lĩnh vực về hệ thống điều khiển, mô phỏng và xử lý các tính hiệu Simulink có giao diện đồ họa có khả năng cho phép người dùng thực hiện biểu diễn các hệ thống dưới dạng các sơ đồ khối mô phỏng Ngày nay, Matlab Simulink được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực ô tô từ mô phỏng đến kiểm tra các chi tiết, phần tử trên xe như hệ thống điều khiển động cơ, hệ thống lái, hệ thống treo và các hệ thống của hệ thống điện trên xe
Bảng 4.1: Các khối chức năng thường sử dụng trong Simulink
Biểu tượng trong Simulink Chức năng
Cung cấp giá trị đầu vào cố định
Thực hiện phép nhân với một tín hiệu đầu vào kết quả làm tăng biên độ của tín hiệu
Thực hiện phép tính cộng, kết hợp nhiều tín hiệu lại với nhau
Hiển thị các tín hiệu trong quá trình mô phỏng bằng đồ thị
Lấy tín hiệu đầu vào từ bên ngoài và truyền cho mô hình trong quá trình mô phỏng
Nhận các tín hiệu từ mô hình và truyền ra bên ngoại để sử dụng hoặc hiển thị
Tích phân các tín hiệu đầu vào để tạo ra tín hiệu là giá trị tích phân theo thời gian
Tính đạo hàm tính hiệu đầu vào và đưa ra tín hiệu đạo hàm của tín hiệu đó
Tạo ra tín hiệu xung nhịp với tần số cố định, mô phỏng thời gian
Lưu trữ và sử dụng dữ liệu từ Simulink trong Matlab để phân tích
Lấy tín hiệu đã tính toán và nhập vào Simulink để mô phỏng
Cho phép gửi dữ liệu từ điểm này đến điểm khác của mô hình đã được chỉ định
Hiển thị dữ liệu của biến hoặc tín hiệu trong quá trình mô phỏng
Tạo ra tín hiệu sóng sin theo thời gian
Tạo ra các tín hiệu bước đơn giản
Cho phép tích hợp Matlab vào mô hình để thực hiện các toán phức tạp
Khi mô phỏng các hệ thống phức tạp, ta có thể tạo các chương trình con sau đó kết nối các chương trình con này lại thành chương trình lớn Việc tách ta các chương trình con như vậy sẽ giúp kiểm soát các lỗi sai một cách dễ dàng
Sơ đồ tổng thể mô tả dao động của ô tô trong mặt phẳng dọc bằng
Một sơ đồ tổng thể dao động của ô tô trong mặt phẳng dọc của ô tô khảo sát bao gồm phần thân xe, hệ thống treo, phần khối lượng không được treo, bánh xe Dựa trên nguyên tắc xây dựng khối mô phỏng trong MATLAB SIMULINK và áp dụng hệ phương trình vi phân mô tả dao động đã thiết lập ở Chương 3, chúng ta có thể tạo một mô hình mô tả dao động của ô tô trong mặt phẳng dọc như sau:
Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng tổng thể mô hình dao động 1/2 của ô tô trong mặt phẳng dọc
Sơ đồ khối mô phỏng
4.3.1 Sơ đồ khối mô phỏng kích thích mặt đường
Hàm kích thích mặt đường đã xây dựng ở chương 3 có dạng sau
Hình 4.3: Sơ đồ mô phỏng hàm kích thích mặt đường
Khối “CLOCK” là khoảng thời gian xe chuyển động được khảo sát Khối
“SATURATION” dùng để tạo hàm điều kiện của thời gian, với mấp mô cầu trước thì điều kiện thời gian ta nhập cận dưới là 0, cận trên là 2𝐿
𝑣 Dùng khối “COS” để liên kết khối clock, omega để tạo thành hàm cos 𝜔𝑡 Khối “SUM” với đầu vào hàm cộng – trừ để kết nối hàm −cos 𝜔𝑡 và giá trị 1 tạo ra hàm 1 − cos 𝜔𝑡 , sau đó dùng khối “GAIN” với giá trị 𝑞 0
2 để nhân với hàm 1 − cos 𝜔𝑡 Kết quả cuối cùng ta sẽ có được chương trình cho mấp mô mặt đường q1
Tương tự với phương pháp như trên, ta sẽ thiết lập được hàm mấp mô mặt đường q2 Nhưng do ở bánh xe cầu sau có sự chậm pha nên sẽ có thêm khối 2𝜋𝑙
37 Ở đây ta sử dụng mặt đường có biên độ q0=0,06 m, bước sóng mặt đường L=2 m, tốc độ của xe di chuyển v= 12 m/s sthì ta có hàm kích thích mặt đường có dạng sau:
Hình 4.4: Đồ thị hàm kích thích mặt đường Nhận xét: Dựa vào đồ thị trên, ta có thấy rằng khi ô tô đi qua mấp mô mặt đường thì bánh sau sẽ đi lên mấp mô mặt đường trễ hơn bánh trước một đoạn 𝑙
𝑣, tùy vào tốc độ khảo sát mà giá trị này sẽ khác nhau, tốc độ càng lớn thì độ trễ pha của bánh sau với bánh trước sẽ ngắn
4.3.2 Sơ đồ khối mô phỏng bánh xe trước, sau
4.3.2.1 Sơ đồ khối mô phỏng bánh xe trước
Lực đàn hồi của bánh xe trước
Hình 4.5: Sơ đồ khối mô phỏng bánh xe trước
Khối “INT” cho thông số q1 tạo đầu vào cho chương trình với hàm mặt đường, dùng khối “ADD” để tính hiệu số của thông số cầu trước z1t và q1, sau đó tạo khối “GAIN” nhân với hệ số độ cứng của lốp xe trước C1t
Dùng khối “DERIVATIVE” để đạo hàm bậc nhất cho thông số q 1 Lấy thông số hàm bậc 1 của cầu trước, dùng khối “SUM” để tính hiệu hai giá trị rồi dùng khối “GAIN” nhân với hệ số cản của lốp trước K1t
Cuối cùng dùng khối “ADD” để tính tổng 2 giá trị và dùng khối “OUT” xuất giá trị đầu ra lực đàn hồi bánh xe trước FL1
4.3.2.2 Sơ đồ khối mô phỏng bánh xe sau
Lực đàn hồi bánh xe sau
Hình 4.6: Sơ đồ khối mô phỏng bánh xe sau
Khối “INT” cho thông số q2 tạo đầu vào cho chương trình với hàm mặt đường, dùng khối “ADD” để tính hiệu của thông số cầu trước z1s và q2, sau đó tạo khối “GAIN” nhân với hệ số độ cứng của lốp xe trước C1s
Dùng khối “DERIVATIVE” để đạo hàm bậc nhất cho thông số q2 Lấy thông số hàm bậc 1 của cầu trước, dùng khối “SUM” để tính hiệu hai giá trị rồi dùng khối “GAIN” nhân với hệ số cản của lốp trước K1s
Cuối cùng dùng khối “ADD” để tính tổng 2 giá trị và dùng khối “OUT” xuất giá trị đầu ra lực đàn hồi bánh xe sau FL2
4.3.3 Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống treo trước/sau
4.3.3.1 Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống treo trước
Lực đàn hồi hệ thống treo trước
Hình 4.7: Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống treo trước Giải thích:
Dùng khối “INT” để lấy thông số chuyển vị cầu trước z1t và chuyển vị z2t từ thân xe, lấy hiệu 2 giá trị nhân với độ cứng của nhíp trước C2t Tạo khối “INT” cho 𝑧̇ 1𝑡 và 𝑧̇ 2𝑡 sau đó dùng khối “SUM” để tính hiệu của 2 thông số, rồi nhân với hệ số cản của hệ thống treo trước K2t Cuối cùng dùng khối “ADD” để tính tổng xuất ra giá trị lực tác dụng lên hệ thống treo cầu trước FT1
4.3.3.2 Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống treo sau
Lực đàn hồi hệ thống treo sau
Hình 4.8: Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống treo sau
Dùng khối “INT” để tạo thông số chuyển vị cầu sau z1s và chuyển vị z2s từ thân xe, lấy hiệu 2 thông số sau đó nhân với độ cứng của nhíp sau C2t Tạo khối
“INT” cho 𝑧̇ 1𝑠 và 𝑧̇ 2𝑠 sau đó dùng khối “SUM” để tính hiệu giữa 2 thông số, rồi nhân với hệ số cản hệ thống treo sau K2s Cuối cùng dùng khối “ADD” để tính tổng xuất ra giá trị lực tác dụng lên hệ thống treo cầu sau FT2
4.3.4 Sơ đồ khối mô phỏng cầu trước/sau
4.3.4.1 Sơ đồ khối mô phỏng cầu trước
Hình 4.9: Sơ đồ khối mô phỏng cầu xe trước
Tạo khối “INT” nhập thông số đầu vào FT1 và FL1, tính hiệu hai thông số sau đó chia cho khối lượng không được treo cầu trước M1t xuất ra kết quả gia tốc cầu trước, dùng 2 lần khối nguyên hàm “INTEGRATOR” để xuất giá trị z1t
4.3.4.2 Sơ đồ khối mô phỏng cầu sau
Hình 4.10: Sơ đồ khối mô phỏng cầu xe sau
Tạo khối “INT” nhập thông số đầu vào FT2 và FL2 tính hiệu hai thông số sau đó chia cho khối lượng không được treo cầu trước M1s xuất ra kết quả gia tốc cầu trước, dùng 2 lần khối nguyên hàm “INTEGRATOR” để xuất giá trị z1s
4.3.5 Sơ đồ khối mô phỏng thân xe
Hình 4.11: Sơ đồ khối mô phỏng thân xe Giải thích:
Tạo khối “INT” nhập thông số đầu vào FT1 VÀ FT2, tính tổng chia cho khối lượng được treo M2 xuất ra giá trị gia tốc thân xe 𝑧̈, dùng khối “INTEGRATOR” lần 1 để xuất ra giá trị vận tốc 𝑧̇, dùng khối “INTEGRATOR” lần 2 để xuất giá trị chuyển vị z Ở mỗi giá trị có thể dùng khối “SCOPE” để xem biểu diễu đồ thị và dùng khối “TO WORKSPACE” để xuất số liệu cho từng giá trị của đồ thị đó
Từ 2 thông số đầu vào FT1 và FT2, ta thiết lập hàm khảo sát góc lắc dọc thân xe, dùng khối “CONSTANT” gán giá trị a là khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước, sau đó dùng khối “PRODUCT” để tính tích giá trị FT1 và a Tương tự như cầu sau ta có FT2 và b, sau đó tính hiệu 2 giá trị vừa tính rồi chia cho momen quán tính khối lượng Jy xuất ra giá trị gia tốc góc lắc dọc 𝜑̈, nguyên hàm lần 1 xuất ra giá trị vận tốc góc lắc dọc 𝜑̇, nguyên hàm lần 2 xuất ra giá trị chuyển vị góc lắc dọc 𝜑
4.3.6 Sơ đồ khối mô phỏng bình phương trung bình gia tốc
Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6964-1:2001 chọn thông số bình phương trung bình gia tốc để đánh giá độ êm dịu cho phép đối với sức khỏe con người
Hình 4.12: Chương trình mô phỏng bình phương trung bình gia tốc
Chương trình bắt đầu với thông số đầu vào là giá trị gia tốc 𝑧̈, sử dụng khối
Bài toán cụ thể
4.4.1 Giới thiệu chung về ô tô khảo sát
Samco City HI76 là loại xe buýt cỡ lớn với sức chứa đến 76 người, sử dụng nhiên liệu CNG để hoạt động Xe buýt Samco City HI76 là một trong những loại xe có kiểu dáng mới, phát triển trên cơ sở của xe buýt Samco H68 với kiểu dáng mới, phù hợp với đặc điểm và yêu cầu theo tiêu chuẩn quy định Hiện nay, dòng xe buýt này đang được sử dụng làm phương tiện giao thông vận tải hành khách trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh
Hình 4.14: Xe buýt Samco City HI76
Hình 4.15: Bản vẽ kích thước Samco City HI76
Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật Samco City HI76
TT Thông tin chung Đơn vị Giá trị
1.1 Loại phương tiện Ô tô khách (thành phố)
1.2 Nhãn hiệu SAMCO-CITY HI-CLASS HI.76
2.1 Kích thước bao (dài x rộng x cao) mm 11060 x 2500 x 3200
2.2 Chiều dài cơ sở mm 5400
2.3 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước mm 3439
2.4 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau mm 1961
2.5 Vết bánh trước/sau mm 2010/1825
2.6 Khoảng sáng gầm xe mm 225
2.7 Chiều dài đầu xe mm 2300
2.8 Chiều dài đuôi xe mm 3360
2.9 Góc thoát trước/sau độ 12/11
3 Thông số về khối lượng
3.1 Khối lượng toàn tải kg 15700
3.1.1 Phân bố khối lượng toàn tải lên cầu trước kg 5700
3.1.2 Phân bố khối lượng toàn tải lên cầu sau kg 10000
3.2 Khối lượng bản thân kg 10760
Phân bố khối lượng bản thân lên cầu trước kg 3320
3.2.2 Phân bố khối lượng bản thân lên cầu sau kg 7440
3.3 Số người cho phép chở kể cả người lái người 76 (26 chỗ ngồi + 50 chỗ đứng)
4.1 Động cơ ENGINE HYUNDAI CNG
CNG, 4 Kỳ, 6 xy lanh thẳng hàng, làm mát bằng nước, làm mát khí nạp, tăng áp
4.4 Dung tích xy lanh cc 11149
4.8 Momen xoắn cực đại N.m/rpm 1079/1200
4.9 Dung tích nhiên liệu lít 876
5.1 Ly hợp 1 đĩa ma sát khô; Dẫn động thủy lực; trợ lực khí nén
5.2 Loại hộp số M1055; 5 số tiến, 1 số lùi
6.1 Kiểu Trục vít, Ecu-bi, điều chỉnh được độ nghiêng và độ cao thấp
7.1 Phanh chính Kiểu tang trống, phanh hơi toàn hệ thống 02 dòng độc lập
7.2 Phanh tay Khí nén, tác động lên các bánh xe cầu sau
7.3 Phanh phụ Tác động lên ống xả
8.1 Treo trước Phụ thuộc, 6 nhíp lá, giảm chấn thủy lực, thanh cân bằng
8.2 Treo sau Phụ thuộc, 10 nhíp lá, giảm chấn thủy lực
8.3 Khả năng chịu tải kg 1600
10 Hệ thống điện Điện áp Volt 24 Ắc quy 2 bình, 12V, 200Ah
Bảng 4.3: Thông số đầu vào cho mô hình
Thứ tự Tên gọi Kí hiệu Giá trị Đơn vị Ghi chú
1 Khối lượng được treo 𝑀 2 14400 kg Cho trước
2 Khối lượng không được treo cầu trước 𝑀 1𝑡 472 kg Tính toán
3 Khối lượng không được treo cầu sau 𝑀 1𝑠 828 kg Tính toán
4 Momen quán tính khối lượng quanh Oy
5 Chiều dài cơ sở 𝑙 5400 mm Cho trước
6 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước 𝑎 3439 mm Cho trước
7 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau 𝑏 1961 mm Cho trước
8 Độ cứng nhíp trước 𝐶 2𝑡 363177 N/m Tính toán
9 Độ cứng nhíp sau 𝐶 2𝑠 486111 N/m Tính toán
10 Độ cứng lốp trước 𝐶 1𝑡 899472 N/m Tính toán
11 Độ cứng lốp sau 𝐶 1𝑠 1578020 N/m Tính toán
12 Độ cản giảm chấn trước 𝐾 2𝑡 17431 Ns/m Tính toán
13 Độ cản giảm chấn sau 𝐾 2𝑠 26708 Ns/m Tính toán
14 Độ cản lốp trước 𝐾 1𝑡 32765 Ns/m Cho trước
15 Độ cản lốp sau 𝐾 1𝑠 48730 Ns/m Cho trước
4.4.3.1 Khối lượng không được treo
Khối lượng toàn bộ của xe 𝑀 = 𝑀 1 + 𝑀 2
𝑀 1 : Khối lượng không được treo, [kg];
𝑀 2 : Khối lượng được treo, [kg];
Theo [8] ta có công thức xác định khối lượng phần không được treo phân bố lên cầu trước và cầu sau như sau:
- Khối lượng phần không được treo phân bố lên cầu trước
- Khối lượng phần không được treo phân bố lên cầu sau
4.4.3.2 Độ cứng lốp xe trước/sau
Do hạn chế về đo đạc thực nghiệm nên nhóm chọn phương pháp tính độ cứng lốp xe theo [2], công thức xác định biên dạng lốp như sau:
Ma: Tải trọng đặt lên lốp xe chính là khối lượng toàn bộ đặt lên cầu trước Mt
[kg]; g=9,81 m/s 2 : Gia tốc trọng trường;
𝑓 𝐿 = (1 − 𝜆 𝐿 ) 𝑟 0 : Độ biến dạng của lốp, [m] Độ cứng lốp xe trước:
- 𝑀 𝑡 : tải trọng đặt lên cầu trước, [kg];
- 𝜆 𝐿 : hệ số biến dạng lốp xe;
- 𝑟 0 : bán kính thiết kế của bánh xe
B: bề rộng của lốp (inch); d: đường kính vành bánh xe (inch)
Theo [3] ta có hệ số biến dạng của lốp xe:
+ Đối với lốp có áp suất thấp: 𝜆 𝐿 = 0,93 − 0,935 ;
+ Đối với lốp có áp suất cao: 𝜆 𝐿 = 0,945 − 0,95 ;
Do lốp trên ô tô khảo sát thuộc loại áp suất cao, chọn hệ số biến dạng của lốp xe là 𝜆 𝐿 = 0,945, lốp xe có kích thước 11R22,5
= 899472 [𝑁/𝑚] Độ cứng lốp xe sau:
𝑀 𝑠 : khối lượng toàn bộ cầu sau, [kg];
𝜆 𝐿 : hệ số biến dạng lốp xe;
𝑟 0 : bán kính thiết kế của bánh xe, [m]
Tương tự, ta chọn hệ số biến dạng của lốp xe là 𝜆 𝐿 = 0,945
Bảng 4.4: Thông số lá nhíp trước và sau
Các thông số tính toán nhíp lá cầu trước
Bề dày lá nhíp h 1,3 cm
Chiều rộng lá nhíp b1 9 cm
Chiều dài lá nhíp chính La1 140 cm Độ võng tĩnh f1 8 cm
Các thông số tính toán nhíp lá cầu sau
Bề dày lá nhíp h 1,3 cm
Chiều rộng lá nhíp b2 10 cm
Chiều dài lá nhíp chính La2 156 cm Độ võng tĩnh f2 10,2 cm Để xác định độ cứng của nhíp, ta dựa vào độ võng tĩnh đo được để xác định theo công thức:
Pi: tải trọng đặt lên nhíp
Ci: độ cứng lá nhíp ứng với cầu thứ i
Do mô hình chúng ta lựa chọn xem 2 bánh xe quy dẫn về 1 bánh, nên tải trọng tương đương sẽ bằng một nửa của tải trọng phần được treo đặt lên nhíp:
Do trong quá trình đo đạc thực nghiệm độ võng tĩnh của cầu trước và cầu sau, do điều kiện đo đạc còn hạn chế nên có vẻ độ võng tĩnh chưa chính xác, không đủ độ tin cậy Để có thể kiểm nghiệm lại các thông số trên, từ các thông số của bộ nhíp bao gồm số lá nhíp, chiều dài, bề dày, chiều rộng, nhóm sử dụng công thức để tính toán và kiểm tra lại kết quả độ võng tĩnh của xe, trên cở sở đó so sánh với kết quả đo đạc
*Tính toán kiểm nghiệm lại độ võng tĩnh
Theo [8] đối với nhíp khảo sát trên ô tô Samco HI H76 sử dụng loại nhíp hình elip bán đối xứng, với các lá nhíp có cùng chiều dài và tiết diện hình chữ nhật, ta có công thức xác định độ cứng nhíp như sau:
E: modul đàn hồi vật liệu n: số lá nhíp b: chiều rộng lá nhíp h: bề rộng lá nhíp
La: chiều dài lá nhíp chính
Hệ số điều chỉnh ℵ được chọn theo tỷ lệ của bề rộng lá nhíp chính so với bề rộng của các lá nhíp còn lại Do khi đo thực tế các lá nhíp có cùng bề rộng, nên hệ số điều chỉnh ℵ = 1
Lá nhíp theo tiêu chuẩn thường được chế tạo bằng théo cán mỏng, ứng suất cho phép [σ]
