Tính toán mô phỏng ổn định thùng xe với hệ thống treo khí

Kết quả luận văn đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng ổn định thùng xe dựa trên thông số xe Thaco Mobihome HB120SSL, khảo sát được việc điều khiển thay đổi thông số làm việc của hệ th

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:

Họ & tên: Hồ Xuân Trường Giới tính: Nam Ngày,

tháng, năm sinh: 24/01/1990 Nơi sinh: Đồng Nai Quê

quán: Nam Định Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Vĩnh An, Vĩnh Cửu, Đồng Nai

Điện thoại cơ quan: Điện thoại nhà riêng: 0974.701.884

Fax: E-mail: hoxuantruong240190@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …/… đến …/ …

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Xây dựng mô mình hệ thống đánh lửa trực tiếp

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 07/2012 tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Tấn Lộc

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Từ năm 2014

đến nay Trường Cao đẳng nghề số 7 Giáo viên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2015

Hồ Xuân Trường

CẢM TẠ

Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

Thầy TS Lâm Mai Long- Giảng viên hướng dẫn Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt thời gian thực hiện luận văn này Xin kính chúc Thầy và gia đình luôn luôn mạnh khoẻ, vui tươi và hạnh phúc

Bộ phận Sau đại học - Phòng Đào tạo, khoa Cơ khí động lực trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, quý Thầy cô trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh và đặc biệt là quý Thầy cô giảng dạy lớp Cao học Kỹ thuật cơ khí động lực khoá 2013A

Ban Giám hiệu, khoa Công nghệ ô tô, trường Cao đẳng nghề số 7 và đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ nhiệt tình trong thời gian làm luận văn

Các học viên lớp Cao học Kỹ thuật Cơ khí động lực khoá 2013 – 2015A, anh chị khóa trước đã có nhiều đóng góp ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thành luận văn này

Đặc biệt, xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân đã cổ vũ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn thật tốt

Do nhiều điều kiện khách quan và chủ quan, việc thực hiện luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, khuyết điểm Do vậy tôi rất mong nhận được sự quan tâm, góp ý của quý thầy, các bạn đồng nghiệp cũng như những người cùng quan tâm tới đề tài này để Luận văn có thể hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 10 năm 2015

Hồ Xuân Trường

mô phỏng ổn định thùng xe bằng phần mềm sẽ đem lại một số ưu điểm: tiết kiệm thời gian, chi phí, công sức… Ngoài ra thông qua phần mềm ta có thể dễ dàng can thiệp vào các thông số tính toán Vì lí do đó tác giả chọn đề tài: “Tính toán mô phỏng ổn định thùng xe với hệ thống treo khí”

Kết quả luận văn đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng ổn định thùng xe dựa trên thông số xe Thaco Mobihome HB120SSL, khảo sát được việc điều khiển thay đổi thông số làm việc của hệ thống treo khí giúp thùng xe cân bằng khi xe này di chuyển

Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng, khi sử dụng hệ thống treo khí thì hoàn toàn có thể thay đổi được thông số độ cứng bộ phận đàn hồi theo sự phân bố tải trọng lên các bánh xe Do đó hệ thống treo khí hạn chế được các dịch chuyển thùng xe tại các

bánh xe, giúp nâng cao độ ổn định thùng xe khi di chuyển

ABSTRACT

The stability of trunk in motion is an ability to keep the car body balanced in different motion conditions The car body stability depends on many factors, and one of each factors, the stiffness suspension system factor has impacted effectively into the angle of trunk when moving The air suspension system have ability to control stiffness parameters which will improve stability of the trunk when moving

So, this thesis refers to simulate the motion of the trunk stability studies by using Matlab Simulink software and researches the air suspension effects to stability of the trunk in motion, thence have a conclusions to improved stability of the trunk by using the air suspension system By using software, the calculation and simulation of the trunk stability will gain some advantages: safe time, expenses and effort In adition, we can interfere easily the calculated parameters by using software For these reasons, I has chosen this thesis: "Calculation and simulation of the trunk stability with the air suspension system"

This thesis created successfully simulation models of the trunk stability based on vehicle specifications Thaco Mobihome HB120SSL, surveyed the air suspension system which under control different working parameters when the car is moving

The results of this simulation indicated that, when the air suspension system was used, we can change working parameters of the elastic stiffness unit which according with distribution load on particular wheel Therefore, the air suspension system can limit movement of the trunk at particular wheel which will improve

greatly stability of trunk in motion

MỤC LỤC

Nội dung Trang

Trang tựa

Quyết định giao đề tài

Lý lịch khoa học i

Lời cam đoan ii

Cảm tạ iii

Tóm tắt iv

Abstract v

Mục lục vi

Danh mục các chữ viết tắt ix

Danh sách các bảng xi

Danh sách các hình xii

Chương 1 Tổng quan 01

1.1 Dẫn nhập 01

1.2 Lý do chọn đề tài 02

1.3 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 03

1.3.1 Một số nghiên cứu trong nước 03

1.3.2 Một số nghiên cứu trên thế giới 04

1.4 Mục tiêu đề tài 05

1.5 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 06

1.5.1 Nhiệm vụ của đề tài 06

1.5.2 Giới hạn của đề tài 06

1.6 Đối tượng nghiên cứu 06

1.7 Phương pháp nghiên cứu 07

1.8 Nội dung luận văn 07

1.9 Kế hoạch thực hiện 08

Chương 2 Cơ sở lý thuyết 09

2.1 Tổng quan về hệ thống treo khí 09

2.1.1 Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo khí 10

2.1.2 Bộ phận giảm chấn của hệ thống treo khí 15

2.1.3 Bộ phận dẫn hướng 17

2.1.4 Phương pháp điều khiển của hệ thống treo khí 19

2.2 Khái niệm ổn định thùng xe 22

2.3 Giới thiệu về phần mềm Matlab Simulink 24

Chương 3 Mô hình ổn định thùng xe trong chuyển động thẳng và quay vòng 26

3.1 Mô hình tính toán ổn định thùng xe trong chuyển động thẳng 26

3.1.1 Phương trình cân bằng ngoại lực 26

3.1.2 Cân bằng cơ cấu treo khi kéo và khi phanh 29

3.1.3 Đơn giản hóa tính toán giá treo 33

3.2 Mô hình tính toán ổn định thùng xe trong chuyển động quay vòng ổn định 35

3.2.1.Tính toán góc nghiêng ngang thùng xe khi quay vòng 37

3.2.2.Phương trình cân bằng hệ thống treo ở bánh xe phải và trái 41

Chương 4 Điều khiển cân bằng thùng xe với hệ thống treo khí 46

4.1 Cân bằng thùng xe trong chuyển động thẳng 46

4.1.1 Ảnh hưởng của tải trọng thẳng đứng đến áp suất túi khí hệ thống treo 49

4.1.2 Sự thay đổi khối lượng khí bên trong các túi khí 50

4.1.3 Sự thay đổi về độ cứng 52

4.2 Cân bằng thùng xe trong chuyển động quay vòng 54

4.2.1 Ảnh hưởng của tải trọng pháp tuyến tác dụng lên túi khí hệ thống treo bê 55

4.2.2 Sự thay đổi lượng khí bên trong các túi khí 56

4.2.3 Sự thay đổi về độ cứng 57

Chương 5 Mô phỏng ổn định thùng xe với hệ thống treo khí dựa trên thông số

xe Thaco mobihome HB120SSL 59

5.1 Thông số xe Thaco Mobihome HB120SSL 59

5.2 Mô phỏng ổn định thùng xe với hệ thống treo khí trong chuyển động thẳng 64

5.2.1 Một số phương trình sử dụng trong tính toán mô phỏng 64

5.2.2 Kết quả mô phỏng và thảo luận 67

5.2.2.1 Trường hợp khi xe tăng tốc dx > 0 67

5.2.2.2 Trường hợp khi xe phanh dx < 0 72

5.3 Mô phỏng ổn định thùng xe với hệ thống treo khí trong chuyển động quay vòng.76 5.3.1 Một số phương trình được sử dụng trong mô phỏng 77

5.3.2 Kết quả mô phỏng và thảo luận 79

Chương 6 Kết luận và hướng phát triển 86

6.1 Kết luận 86

6.2 Hướng phát triển 87

Tài liệu tham khảo 88

Phụ lục 90

-ix-

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

to center of gravity of vehicle

to center of gravity of vehicle

-x-

Chữ viết tắt

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Kế hoạch thực hiện 8

Bảng 5.1 Thông số kỹ thuật xe Thaco Mobihome HB120SSL 60

Bảng 5.2 Tọa độ trọng tâm xe 61

Bảng 5.3 Thông số sử dụng trong tính toán 62

Bảng 5.4 Thông số sử dụng tính toán hệ thống treo khí 63

Bảng 5.5 Sự thay đổi độ cứng túi khí với vận tốc quay vòng của xe 30 km/h 85

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình Trang

Hình 1.1 Số lượng các loại xe hoạt động ở Việt Nam qua các năm 2

Hình 1.2 Điều chỉnh chiều cao của xe 4

Hình 1.3 Sơ đồ mô hình điều khiển trong MATLAB-Simulink 5

Hình 2.1 Sự thay đổi áp suất bên trong các túi khí 10

Hình 2.2 Quan hệ giữa Fz và ∆z 11

Hình 2.3 Đặc tính tải của buồng đàn hồi 13

Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo giảm chấn một lớp vỏ 15

Hình 2.5 Giảm chấn hai lớp vỏ 16

Hình 2.6 Đồ thị đặc tính của giảm chấn thủy lực 16

Hình 2.7 Cơ cấu dẫn hướng hệ thống treo khí 17

Hình 2.8 Hệ thống treo khí kiểu đòn dẫn và thanh ngang 18

Hình 2.9 Hệ thống treo khí nén kiểu hình thang với chạc kép 19

Hình 2.10 Sơ đồ điều chỉnh độ cứng hệ thống treo 20

Hình 2.11 Cơ cấu điều khiển treo khí sử dụng van điện từ 21

Hình 2.12 Sơ đồ điều khiển của hệ thống treo khí 21

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý kết cấu của hệ thống treo khí 22

Hình 2.14 Thư viện khối của Simulink 25

Hinh 3.1 Model ô tô chuyển động thẳng với gia tốc không đổi 26

Hình 3.2 Cơ cấu treo khi kéo và khi phanh 29

Hình 3.3 Chuyển động quay vòng ổn định 36

Hình 3.4 Mô hình sử dụng để tính toán góc nghiêng ngang thùng xe 37

Hình 3.5 Các lực tác dụng lên cầu xe với hệ thống treo phụ thuộc 42

Hình 4.1 Sự thay đổi khối lượng khí khi tải trọng thay đổi 51

Hình 5.1 Mô hình mô phỏng ổn định thùng xe trong chuyển động thẳng 67

Hình 5.2 Đồ thị sự thay đổi tải trọng lên bộ phận đàn hồi 68

Hình 5.3 Đồ thị mô tả dịch chuyển thùng xe ở những gia tốc khác nhau 68

Hình 5.4 Sự thay đổi áp suất tại các túi khí hệ thống treo 69

Hình 5.5 Sự thay đổi khối lượng khí trong túi khí 70

Hình 5.6 Sự thay đổi độ cứng của túi khí hệ thống treo trước khi kéo 71

Hình 5.7 Sự thay đổi lực pháp tuyến lên bộ phận đàn hồi khi phanh 72

Hình 5.8 Đồ thị mô tả dịch chuyển thùng xe theo gia tốc khi phanh 73

Hình 5.9 Đồ thị sự thay đổi áp suất túi khí khi phanh 74

Hình 5.10 Khối lượng khí trong các túi khí 75

Hình 5.11 Độ cứng các túi khí hệ thống treo khi phanh 75

Hình 5.12 Mô hình mô phỏng ổn định thùng xe và hệ thống treo khí 79

Hình 5.13 Thay đổi tải trọng khi xe quay vòng 79

Hình 5.14 Dịch chuyển thùng xe tại các bánh xe khi quay vòng R = 1,4 m 80

Hình 5.15 Sự thay đổi áp suất khi ô tô quay vòng 81

Hình 5.16 Sự thay đổi khối lượng khí trong túi khí khi xe quay vòng 82

Hình 5.17 Độ cứng trung bình túi khí hệ thống treo khi xe quay vòng 82

Hính 5.18 Độ cứng trung bình các túi khí kệ thống treo bên trái khi quay vòng 83

Hình 5.19 Độ cứng trung bình các túi khí hệ thống treo bên phải khi quay vòng 84

Ổn định thùng xe quyết định đến sự thoải mái và an toàn cho hành khách nên vấn

đề này được các nhà sản xuất rất quan tâm Có nhiều giải pháp đưa ra nhằm cải thiện tính ổn định thùng xe, nhưng phương pháp sử dụng hệ thống treo khí điều khiển thay đổi

độ cứng bộ phận đàn hồi, là một phương pháp có hiệu quả cao nhất trong việc nâng cao hiệu quả ổn định thùng xe Hệ thống treo khí có thể điều khiển độc lập hoạt động của các túi khí tại từng bánh xe, điều này cho phép hệ thống treo thích ứng với sự thay đổi tải trọng khác nhau mà vẫn giữ thùng xe được cân bằng Bên cạnh đó hệ thống treo khí

có thể kết hợp với các hệ thống khác nhằm nâng cao tính ổn định cho xe khi chuyển động, tăng độ thoải mái cho hành khách và tính năng an toàn khi xe quay vòng

Trong khi đó, hầu hết các hệ thống treo thông thường sử dụng bộ phận đàn hồi bằng kim loại có hệ số độ cứng không thay đổi, việc này làm giảm khả năng thích ứng của xe với nhiều loại địa hình khác nhau Khi có sự thay đổi tải trọng lên bánh xe thì hệ thống treo dễ dàng bị biến dạng, nó làm xuất hiện góc nghiêng thùng xe gây mất ổn định thùng xe khi chuyển động Vì thế, việc thay đổi hệ số độ cứng hệ thống treo ứng với các

Hình 1.1 Số lượng các loại xe hoạt động ở Việt Nam qua các năm

(Nguồn: Cục đăng kiểm Việt Nam và Vụ KHCN&MT, Bộ GTVT, 2009)

Với mật độ xe ô tô lớn như vậy lưu thông sẽ kéo theo đó là vấn đề về tai nạn giao thông tăng nhanh qua các năm, một trong những nguyên nhân gây tai nạn là do sự mất

ổn định của xe khi chuyển động

Vì thế một trong những tính năng quan trọng của chiếc xe mà các nhà nghiên cứu rất quan tâm đó là tính năng ổn định thùng xe Sở dĩ tính năng này được xem là quan trọng vì nó có ảnh hưởng đến rất nhiều các yếu tố khác nhau như: Sự an toàn, thoải mái cho người ngồi trong xe cũng như hàng hóa trên xe; sự ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô, tính năng động lực học ô tô khi chuyển động

và xe con… Nên việc nghiên cứu về hệ thống treo khí trên các dòng xe này sẽ đánh giá được tính năng cải thiện sự ổn định của xe sử dụng treo khí, đồng thời trên cơ sở nghiên cứu này có thể đưa ra các đề xuất cải tiến hoạt động của hệ thống treo khí và nâng cao

sự an toàn ổn định cho ô tô

Vì thế học viên đã chọn đề tài: “Tính toán mô phỏng ổn định thùng xe với hệ thống treo khí ”

Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

Một số nghiên cứu trong nước

Liên quan đến hướng nghiên cứu vấn đề ổn định thùng xe trong chuyển động và hệ thống treo khí ta có đề tài sau:

 Luận văn thạc sĩ của Cao Minh Đức, khoa Cơ khí động lực, ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh [4] Trong đề tài này, tác giả đã xây dựng được mô hình ổn định thùng xe trong chuyển động và đưa ra được các yếu tố ảnh hưởng đến góc nghiêng thùng

xe như: gia tốc, thông số hệ thống treo, độ cứng lốp xe… Tác giả tiến hành khảo sát và rút ra kết luận về ành hưởng của yếu tố vận tốc xe đến các dịch chuyển thùng xe, góc nghiêng thùng xe khi xe chuyển động thẳng và quay vòng

 Đề tài thiết kế hệ thống treo trước ô tô khách 46 chỗ trên cơ sở Hyundai Aerospace Nội dung đề liên quan đến việc tính toán hệ thống treo trước với việc sử dụng

hệ thống treo khí Đề tài này đã đưa ra được các phương trình xác định các thông số bộ phận đàn hồi hệ thống treo khí và phương pháp điều khiển hệ thống treo khí

 Đề tài thiết kế tính toán hệ thống treo khí nén có điều khiển EMS (xe tham khảo

là xe minibus 12 chỗ ngồi PREGIO của hãng KIA) cũng như thiết kế mô hình thử nghiệm