xây dựng và mô phỏng hệ thống treo trên xe ô tô

Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục Mục lục Mục lục 1 LỜI NÓI ĐẦU 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ 5 1.1 Giới thiệu hệ thống treo: 5 1.2 Công dụng, phân loại và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống treo: 6 1.2.1 Công dụng: 6 1.2.2 Phân loại 7 1.2.2.1 Giới thiệu một số loại hệ thống treo thông dụng 8 1.2.2.1.1 Hệ thống treo phụ thuộc: 8 1.2.2.1.2 Hệ thống treo độc lập: 10 1.2.2.1.3 Hệ thống treo MacPherson (hình 1.4 ) 11 1.2.2.1.4 Hệ thống treo đa liên kết 12 1.2.2.1.5 Hệ thống treo khí nén - điện tử 15 1.2.3 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống treo 20 1.3. Cấu tạo hệ thống treo 21 1.3.1 Bộ phận đàn hồi 21 1.3.1.1 Chức năng của bộ phận đàn hồi 21 1.3.1.2 Cấu tạo bộ phận đàn hồi 21 1.3.2 Bộ phận giảm chấn 26 1.3.2.1 Chức năng giảm chấn: 26 1.3.2.2 Cấu tạo giảm chấn 27 1.3.2.3 Phân loại giảm chấn 27 1.3.3 Bộ phận ổn định và thanh dẫn hướng 35 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO TRÊN XE Ô TÔ MEFA5-LAVI-304N 37 2.1 Giới thiệu xe ô tô MEFA5-LAVI-304N 37 2.2 Mô hình không gian cả xe 38 2.3 Mô hình xe trong mặt phẳng dọc. 42 2.4 Mô hình xe trong mặt phẳng ngang: 47 2.4.1.Hệ thống treo phụ thuộc 47 2.4.2. Hệ thống treo độc lập 54 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ MEF5-LAVI-304N 60 SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 1 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục 3.1 Giới thiệu về Matlab và Simulink 60 3.1.1. Matlab 60 3.1.2 Simulink 60 3.2 Mô phỏng hệ thống treo của xe ô tô MEFA5-LAVI-304N 61 3.2.1 Mô hình nền đường 62 3.2.2 Mô hình xe 64 3.2.2.1 Mô hình xe trong mặt phẳng dọc 64 3.2.2.2 Mô hình xe trong mặt phẳng ngang 68 3.2.2.2.1 Hệ thống treo phụ thuộc 68 3.2.2.1.2 Hệ thống treo độc lập 71 3.3 Đánh giá độ êm dịu của xe 74 3.3.1 Khái niệm và các chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu của chuyển động 75 3.3.1.1 Khái niệm về tính êm dịu của chuyển động 75 3.3.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu của chuyển động 75 3.3.1.2.1 Tần số dao động thích hợp 76 3.3.1.2.2 Gia tốc thích hợp 77 3.3.1.2.3 Thời gian tác động của gia tốc 77 3.4 Đánh giá ảnh hưởng của thông số hệ thống treo đến tính êm dịu của xe 79 3.4.1 Trong mặt phẳng dọc 80 3.4.2 Trong mặt phẳng ngang 83 3.4.2.1 Đối với treo độc lập 84 3.4.2.2 Đối với treo phụ thuộc 87 KẾT LUẬN: 91 Tài liệu tham khảo 93 Phụ lục 95 SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 2 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống treo là một hệ thống quan trọng trên ô tô, nó có tính quyết định đến chất lượng, độ êm dịu, tính an toàn chuyển động của xe. Đề tài “Xây dựng và mô phỏng hệ thống treo trên xe ô tô MEFA5-LAVI-304N ” nhằm tìm hiểu, nghiên cứu, mô phỏng và đánh giá những chất lượng hệ thống treo bằng việc sử dụng công cụ Simulink trong phần mềm Matlab. Qua đó đánh giá chiếc xe đó đã đảm bảo tốt về chỉ tiêu êm dịu hay chưa. Trong đề tài em xin trình bày những vấn đề sau: Chương 1: Tổng quan về hệ thống treo trên ô tô. Tổng quan về hệ thống treo bao gồm: Công dụng, phân loại, cấu tạo và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống treo. Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống treo trên xe ô tô MEFA5-LAVI-304N: + Giới thiệu xe ô tô MEFA5-LAVI-304N. + Xây dựng mô hình xe trong không gian xe, mô hình cả xe, mô hình trong mặt phẳng ngang, mặt phẳng dọc của hệ thống treo phụ thuộc và độc lập trên xe. + Thiết lập, xây dựng các phương trình động lực học trên các mặt phẳng dọc, ngang, sau đó chuyển về phương trình không gian trạng thái để chuẩn bị cho việc mô phỏng trên Simulink. Chương 3: Mô phỏng dao động của hệ thống treo trên ô tô MEFA5-LAVI-304N. + Giới thiệu về Matlab và Simulink + Bằng những thông số của xe ô tô MEFA5-LAVI-304N và các phương trình không gian trạng thái, em thực hiện việc mô phỏng trên Simulink và đưa ra các đồ thị thể hiện gia tốc, vận tốc, chuyển vị của thân xe trong các mặt phẳng. SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 3 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục + Tìm hiểu chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của hệ thống treo. Sau đó ứng dụng Matlab và Simulink để thực hiện đánh giá sự êm dịu của xe MEFA5-LAVI-304N. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo: Th.s Phạm Thế Minh cùng toàn thể các thầy cô trong bộ môn Kỹ Thuật Máy đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên do thời gian và trình độ bản thân còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những sai xót, vì vậy em mong nhận được những ý kiến chỉ bảo của các thầy cô giáo cùng toàn thể các bạn sinh viên để đồ án được thêm hoàn thiện. Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Toàn SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 4 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ. 1.1 Giới thiệu hệ thống treo: Hệ thống treo của ô tô du lịch cũng như ô tô tải nói chung, là hệ thống liên kết đàn hồi các cầu xe (cầu chủ động và bị động) với khung và thân xe. Hệ thống treo thường bao gồm ba phần cơ bản: cơ cấu liên kết đàn hồi khung vỏ xe với các cầu xe, đảm bảo khi xe chuyển động cầu xe không va chạm với khung vỏ; cơ cấu truyền lực bao gồm các chốt, trục, thanh đòn, dầm cầu… liên kết với bánh xe để truyền lực đẩy từ bánh xe và phản lực của mặt đường lên khung vỏ; cơ cấu này đảm bảo xe có thể chuyển động với tốc độ cao mà không bị xô lệch khung vỏ xe; cơ cấu giảm chấn để dập tắt dao động của bánh xe khi di chuyển, nhất là khi di chuyển ở mặt đường gồ ghề. Hệ thống treo đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi xe chạy với tốc độ cao, đảm bảo các bánh luôn tiếp xúc với mặt đường, nhất là khi hai bánh dẫn hướng của cầu trước. Chính trên cơ sở này hệ thống treo được phân ra làm hai loại: Hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc. Trong hệ thống treo độc lập, dầm cầu trước không liền khối mà chế tạo thành nhiều bộ phận rồi lắp ghép với nhau (thường gồm hai dầm chữ A chế tạo rời có lắp cơ cấu giảm chấn rồi lắp với dầm cầu trước) do đó các bánh xe dẫn hướng dao động độc lập, được lò xo hình trụ (cơ cấu liên kết đàn hồi) luôn luôn đẩy cho áp suất mặt đường. Hệ thống treo độc lập thường dùng loại giảm xóc ống, kiểu thủy lực lắp lồng bên trong lò xo liên kết. Loại giảm xóc khí nén (giảm xóc hơi) hoặc giảm xóc kiểu thủy khí (hyudragaz) chỉ dùng trong các xe du lịch cao cấp: dùng hệ thống treo độc lập kiểu khí nén hoặc thủy lực như hệ thống treo dynamic-drive của BMW 745Li của Đức hay Citroen DS19 của Pháp. Các loại xe phổ thông (compact class) và các loại xe tải thường dùng hệ thống treo phụ thuộc. Loại hệ thống treo này có đặc điểm là dầm cầu trước liền khối. Các bánh xe lắp trên cầu chịu cùng SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 5 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục một dao động vì vậy khi vận hành trên đường xấu thường xảy ra hiện tượng có lúc bánh xe bị hẫng, không tiếp xúc với mặt đường gây mất ổn định. 1.2 Công dụng, phân loại và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống treo: 1.2.1 Công dụng: Hệ thống treo là một hệ thống liên kết giữa bánh xe với khung xe hoặc vỏ xe, liên kết ở đây là liên kết đàn hồi. Hệ thống treo có những chức năng chính sau: • Đỡ thân xe lên trên cầu xe, cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng với vỏ xe hoặc khung xe. Hạn chế những chuyển động không mong muốn khác của bánh xe như: chuyển động lắc ngang hay lắc dọc của bánh xe. • Những bộ phận của hệ thống treo làm nhiệm vụ hấp thụ và dập tắt những dao động, rung động, va đập từ mặt đường truyền lên đảm bảo tính êm dịu trong chuyển động của xe. • Hệ thống treo còn có nhiệm vụ truyền lực và momen giữa bánh xe và khung xe: Bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng xe, phản lực từ đường ), lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực đẩy với khung vỏ), lực ngang (lực ly tâm, lực gió bên hoặc phản lực ngang, ), momen chủ động hoặc momen phanh. • Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe (xe chạy trên đường tốt hay các loại đường khác nhau). • Bánh xe có thể dịch chuyển trong một giới hạn nhất định. • Quan hệ đông học của bánh xe phải hợp lý thỏa mãn mục đích chính của hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan hệ động học và động lục học của chuyển động bánh xe. • Không gây lên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ. • Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường. SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 6 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục 1.2.2 Phân loại Có rất nhiều cách phân loại hệ thống treo trên ô tô. Dựa vào những căn cứ khác nhau ta có thể phân loại hệ thống treo trên ô tô thành các loại cơ bản sau: Dựa vào bộ phận dẫn hướng ta chia thành: • Hệ thống treo phụ thuộc với cầu liền (loại riêng và loại thăng bằng). • Loại độc lập (một đòn, hai đòn, ). Dựa theo loại của bộ phận đàn hồi ta có thể chia ra: • Bộ phận đàn hồi bằng kim loại: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn. • Bộ phận đàn hồi bằng khí nén: loại bọc bằng cao su – sợi, màng hoặc loại ống. • Bộ phận đàn hồi bằng thủy lực: loại ống. • Bộ phận đàn hồi bằng cao su. Dựa vào phương pháp dập tắt dao động (giảm chấn) ta chia ra: • Giảm chấn thủy lực: có loại tác động một chiều và hai chiều. • Giảm chấn ma sát cơ: có thể là ma sát trong bộ phận đàn hồi hoặc trong bộ phận dẫn hướng. Dựa vào phương pháp điều khiển ta có thể chia ra: • Hệ thống treo bị động (không có điều khiển) – passive suspension. • Hệ thống treo chủ động (có điều khiển được) – active suspension. • Hệ thống treo bán chủ động (sự kết hợp của hai loại trên) – semi active suspension. SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 7 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục 1.2.2.1 Giới thiệu một số loại hệ thống treo thông dụng. 1.2.2.1.1 Hệ thống treo phụ thuộc: Hình 1.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống treo phụ thuộc (a) và độc lập (b). Trong hệ thống treo phụ thuộc (hình1.1 a) các bánh xe được đặt trên một dầm cầu liền, bộ phận giảm chấn và bộ phận đàn hồi đặt giữa thùng xe và dầm cầu liền đó. Do đó sự dịch chuyển của một bánh xe theo phương thẳng đứng sẽ gây lên chuyển vị nào đó của bánh xe phía bên kia. Đặc trưng của hệ thống treo phụ thuộc là các bánh xe lắp trên một dầm cứng. Trong trường hợp cầu xe là bị động thì dầm đó là một thanh thép định hình, còn trong trường hợp là cầu chủ động thì dầm là phần vỏ cầu trong đó có một phần là hệ thống truyền lực. Trong hệ thống treo phụ thuộc có các phần tử đàn hồi là nhíp thì nó vừa là phần tử đàn hồi đồng thời làm luôn bộ phận dẫn hướng. Vì nhíp làm bộ phận dẫn hướng nên trong hệ thống treo này không cần đến các thanh giằng để truyền lực dọc hay lực ngang nữa. SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 8 Lớp: Cơ Điện Tử K46 1- Thùng xe 2- Bộ phận đàn hồi. 3- Bộ phận giảm chấn 4- Dầm cầu . 5- Các đòn liên kết của hệ treo. 1 4 5 3 6 2 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục Hình 1.2: Hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc. 1- Dầm cầu; 2- Lò xo xoắn ốc; 3- Giảm chấn; 4- Đòn dọc dưới; 5- Đòn dọc trên; 6- Thanh giằng Panhada. Đối với hệ thống treo này thì bộ phận đàn hồi là do lò xo xoắn nên phải dùng thêm hai đòn dọc dưới và một hoặc hai đòn dọc trên. Đòn dọc dưới được nối với cầu, đòn dọc trên được nối với khớp trụ. Để đảm bảo truyền lực ngang và ổn định vị trí thùng xe so với cầu, người ta cũng phải dùng thêm “đòn panhada” một đầu nối với thùng xe. Nhược điểm: - Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động nên xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây lên va đập mạnh giữa phần treo và phần không treo làm giảm độ êm dịu của chuyển động. SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 9 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục - Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu có thể thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm cần phải lớn. - Sự nối cứng bánh xe 2 bên bờ dầm liên kết gây nên hiên tượng xuất hiện chuyển vị phụ khi xe chuyển động. Ưu điểm: - Trong quá trình chuyển động vết bánh xe được cố định do vậy không xảy ra hiện tượng mòn lốp nhanh như hệ thống treo độc lập. - Khi chịu lực bên (lực ly tâm, lực gió bên, đường nghiêng) 2 bánh xe liên kết cứng bởi vậy hạn chế hiện tượng trượt bên bánh xe. - Công nghệ chế tạo đơn giản, dễ sửa chữa tháo lắp. - Giá thành thấp. 1.2.2.1.2 Hệ thống treo độc lập: Đặc điểm của hệ thống treo này là: - Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà lắp trên hai loại cầu rời, sự dịch chuyển của hai bánh xe không phụ thuộc vào nhau (nếu coi như thùng xe đứng yên). - Mỗi bánh xe được liên kết bởi cách như vậy sẽ làm cho phần khối lượng không được treo nhỏ, như vậy mô men quán tính nhỏ do đó chuyển động của xe êm dịu. - Hệ thống treo này không cần dầm ngang nên khoảng không gian cho nó dịch chuyển chủ yếu là khoảng không gian 2 bên sườn của xe như vậy có thể hạ thấp được trọng tâm của xe và sẽ nâng cao được vận tốc của xe. Dạng treo hai đòn ngang. SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 10 Lớp: Cơ Điện Tử K46 [...]... K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục Hình 1.7 Hệ thống treo khí nén điện tử [14] Vì tính êm dịu trong chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của xe Tính năng này phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó hệ thống treo đóng vai trò quyết định Hệ thống treo của xe con ngày nay thường sử dụng hai kiểu chính: hệ thống treo chủ động và hệ thống treo độc lập Hai hệ thống treo này tuy khác nhau về cấu tạo nhưng... của xe, vì vậy cảm giác khi lái xe sẽ nhẹ nhàng và dễ chịu Với hệ thống treo khí nén điện tử, những chỗ mấp mô hay ổ gà hầu như không ảnh hưởng tới người ngồi trong xe Tuy vậy đối với bất kỳ hệ thống treo nào tác dụng giảm chấn của lốp cũng rất quan trọng Kiểu dáng lốp và áp suất lốp luôn có vai trò hỗ trợ tác dụng giảm xóc của tất cả các loại hệ thống treo 1.2.3 Yêu cầu kỹ thuật của hệ thống treo. .. được nối với trục bánh xe Bộ phận đàn hồi có thể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới Giảm chấn cũng đặt giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới Hai bên bánh xe nếu dùng hệ thống treo này và đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa xe 1.2.2.1.3 Hệ thống treo MacPherson (hình 1.4 ) Đặc điểm của hệ thống treo MacPherson là giảm thiểu được số điểm lắp với thân xe so với hệ thống treo thông thường (từ 4 điểm... đòn chữ A đôi và thêm một cần điều khiển SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 13 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục thứ 5 Audi 4 được trang bị hệ thống treo trước 4 thanh có kiểu dáng tương tự đòn chữ A đôi Hyundai Genesis sở hữu hệ thống treo trước và sau với 5 thanh thể thao Hệ thống treo trước có hai thanh trên, hai thanh dưới và một thanh giằng trong khi hệ thống treo sau gồm hai thanh trên, một thanh... ra hệ thống treo khí nén – điện tử Thế nào là hệ thống treo khí nén - điện tử ? Hệ thống treo sử dụng nhíp lá, lò xo xoắn…ra đời từ rất sớm nhưng chưa thể đáp ứng đòi hỏi cao về độ êm dịu của xe con, hệ thống treo khí nén cũng không phải là một phát minh mới, nó xuất hiện từ những năm 1950 cùng với hệ thống SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 16 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục treo Mc person Ở hệ thống. .. chấn và độ cứng hệ thống treo Bộ chấp hành điều khiển điện tử phản ứng chính xác với sự thay đổi liên tục về điều kiện hoạt động của xe Ưu điểm của hệ thống treo khí nén-điện tử: “Thông minh” và “linh hoạt” đó là những gì có thể nói về hệ thống treo khí nén điện tử Khả năng điều khiển độ cứng của từng xy lanh khí cho phép đáp ứng với độ nghiêng khung xe và tốc độ xe khi vào cua, góc cua và góc quay vô... một thanh dưới, một thanh kéo và một thanh điều khiển chân răng Ưu và nhược điểm Hệ thống treo đa liên kết được coi là hệ thống treo độc lập lý tưởng nhất cho một chiếc xe thành phẩm bởi nó kết hợp giữa khả năng điều khiển và tiết kiệm không gian giữ cảm giác thoải mái và khả năng điều khiển Hơn nữa, hệ thống treo đa liên kết còn giúp cho xe uốn cong nhiều hơn Với hệ thống treo đa liên kết các nhà thiết... công tơ mét, nó ghi nhận và gửi tín hiệu tốc độ đến ECU hệ thống treo + ECU hệ thống treo: Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ tất cả các cảm biến để điều khiển lực của giảm chấn và độ cứng của lò xo, độ cao xe theo điều kiện hoạt động của xe thông qua bộ chấp hành điều khiển hệ thống Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo được đặt tại mỗi đỉnh của xylanh khí Nó đồng thời dẫn động van quay của giảm chấn và. .. Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục Hình 1.6: Hệ thống treo đa liên kết nhìn từ trên xuống [10] Tuy nhiên nhờ những thành tựu về công nghệ giá thành của hệ thống treo đa liên kết đã được giảm đi đáng kể Một trong những công ty chuyên sản xuất hệ thống treo đa liên kết giá thành thấp là Magneti Marelli-nhà cung cấp cho đội F1 của Ferrari 1.2.2.1.5 Hệ thống treo khí nén - điện tử SVTH: Nguyễn Xuân Toàn... thống treo đa liên kết các nhà thiết kế có thể thay đổi một thông số mà không ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống Đây chính là điểm khác biệt rõ ràng nhất so với hệ thống treo đòn chữ A đôi Bên cạnh những ưu điểm, nhược điểm của hệ thống treo đa liên kết là giá thành cao, quá trình thiết kế và sản xuất phức tạp Trên thực tế, hình dáng của hệ thống treo cần được kiểm tra bằng phần mềm phân tích thiết kế: SVTH: . quan về hệ thống treo trên ô tô. Tổng quan về hệ thống treo bao gồm: Công dụng, phân loại, cấu tạo và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống treo. Chương 2: Xây dựng mô hình hệ thống treo trên xe ô tô MEFA5-LAVI-304N: +. ĐẦU Hệ thống treo là một hệ thống quan trọng trên ô tô, nó có tính quyết định đến chất lượng, độ êm dịu, tính an toàn chuyển động của xe. Đề tài Xây dựng và mô phỏng hệ thống treo trên xe ô tô. định và thanh dẫn hướng 35 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO TRÊN XE Ô TÔ MEFA5-LAVI-304N 37 2.1 Giới thiệu xe ô tô MEFA5-LAVI-304N 37 2.2 Mô hình không gian cả xe 38 2.3 Mô hình xe trong