Xây dựng và mô phỏng hệ thống treo trên xe ô tô MEFA5-LAVI-304N

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.

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 .6 1.2.2.1 Giới thiệu một số loại hệ thống treo thông dụng 7 1.2.2.1.1 Hệ thống treo phụ thuộc: 7 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 19 1.3. Cấu tạo hệ thống treo .20 1.3.1 Bộ phận đàn hồi .20 1.3.1.1 Chức năng của bộ phận đàn hồi .20 1.3.1.2 Cấu tạo bộ phận đàn hồi .20 1.3.2 Bộ phận giảm chấn 25 1.3.2.1 Chức năng giảm chấn: .25 1.3.2.2 Cấu tạo giảm chấn .26 1.3.2.3 Phân loại giảm chấn .26 1.3.3 Bộ phận ổn định và thanh dẫn hướng 33 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO TRÊN XE Ô TÔ MEFA5-LAVI-304N 35 2.1 Giới thiệu xe ô tô MEFA5-LAVI-304N 35 2.2 Mô hình không gian cả xe .36 2.3 Mô hình xe trong mặt phẳng dọc. 39 2.4 Mô hình xe trong mặt phẳng ngang: 45 2.4.1.Hệ thống treo phụ thuộc 45 2.4.2. Hệ thống treo độc lập 52 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ MEF5-LAVI-304N .58 SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 1 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục 3.1 Giới thiệu về Matlab và Simulink 58 3.1.1. Matlab 58 3.1.2 Simulink 58 3.2 Mô phỏng hệ thống treo của xe ô tô MEFA5-LAVI-304N .59 3.2.1 Mô hình nền đường .60 3.2.2 Mô hình xe 62 3.2.2.1 Mô hình xe trong mặt phẳng dọc .62 3.2.2.2 Mô hình xe trong mặt phẳng ngang .66 3.2.2.2.1 Hệ thống treo phụ thuộc 66 3.2.2.1.2 Hệ thống treo độc lập 69 3.3 Đánh giá độ êm dịu của xe 72 3.3.1 Khái niệm và các chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu của chuyển động .73 3.3.1.1 Khái niệm về tính êm dịu của chuyển động 73 3.3.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu của chuyển động 73 3.3.1.2.1 Tần số dao động thích hợp 74 3.3.1.2.2 Gia tốc thích hợp 75 3.3.1.2.3 Thời gian tác động của gia tốc .75 3.4 Đánh giá ảnh hưởng của thông số hệ thống treo đến tính êm dịu của xe 77 3.4.1 Trong mặt phẳng dọc .78 3.4.2 Trong mặt phẳng ngang .81 3.4.2.1 Đối với treo độc lập .82 3.4.2.2 Đối với treo phụ thuộc 85 KẾT LUẬN: .89 Tài liệu tham khảo .91 Phụ lục 93 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. 1.2.2 Phân loại SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 6 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục 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. 1.2.2.1 Giới thiệu một số loại hệ thống treo thông dụng. 1.2.2.1.1 Hệ thống treo phụ thuộc: SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 7 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục 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. - 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. SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 9 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục - 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. Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, 1 đòn ngang dưới. Mỗi đòn không phải chỉ một thanh mà thường có cấu tạo hình tam giác hoặc hình thang. Cấu tạo như vậy cho phép các đòn ngang làm được chức năng của bộ phận dẫn hướng. 1-Bánh xe. 2- Giảm chấn. 3- Lò xo. 4-Đòn trên. SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 10 Lớp: Cơ Điện Tử K46 6 5 4 3 2 1 [...]... Phụ Lục 1.2.2.1.5 Hệ thống treo khí nén - điện tử 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... giữa thông số cơ bản, thông số kết cấu và điều kiện chuyển động thực tế của ô tô trên đường 2.2 Mô hình không gian cả xe Ô tô là một hệ cơ học phức tạp bao gồm nhiều bộ phận, khối lượng như: Thân vỏ xe, trục, bánh xe phận, khối lượng của ô tô thành hai khối lượng chính đó là khối lượng được treo (là động cơ, hệ thống truyền lực, giữa những khối lượng đó có mối liên hệ rất phức tạp với nhau thông qua... định bị xoắn lại và có tác dụng như một lò xo nó nâng lốp xe cùng toàn thân xe ở bên bị chìm xuống lên phía trên Tất nhiên trong trường hợp các lốp xe ở hai bên đều bị chìm xuống như nhau thì thanh ổn định sẽ không làm việc SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 34 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ lục CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO TRÊN XE Ô TÔ MEFA5-LAVI-304N 2.1 Giới thiệu xe ô tô MEFA5-LAVI-304N. .. dọc và để tăng tính ổn định của thân vỏ ô tô trong hệ thống này cũng bố trí một thanh ổn định Điều kiện địa hình của Việt Nam rất phức tạp Để đảm bảo cho xe ô tô hoạt động tốt trên địa hình như vậy thì hệ thống treo của xe có vai trò hết sức quan trọng, nó góp phần nâng cao độ êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô Đánh giá chất lượng hệ thống treo góp phần không nhỏ trong quá trình kiểm định, thiết... 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. .. thanh trên, hai thanh dưới và một thanh giằng trong khi hệ thống treo sau gồm hai thanh trên, 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. .. 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 SVTH: Nguyễn Xuân Toàn 15 Lớp: Cơ Điện Tử K46 Đồ án tốt nghiệp Phụ Lục phải là một phát minh mới, nó xuất hiện từ những năm 1950 cùng với hệ thống 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... lược “Công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước”, công nghiệp ô tô Việt Nam nói chung được đi lên bằng lắp ráp từ liên doanh lắp ráp của các hãng hàng đầu thế giới Trọng tâm của quá trình xây dựng ô tô Việt Nam là hình thành công nghiệp sản xuất từ các chi tiết, bộ phận, linh kiện và các cụm tổng thành tiến tới sản xuất hoàn chỉnh xe ô tô Việt Nam có chất lượng cao hơn Từ năm 1997, Bộ Giao Thông Vận... 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