Thiết kế bệ thử dao động hệ thống treo ô tô con

Hệ thống treo là một hệ thống quan trọng của ô tô, nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động của ô tô. Chất lượng của hệ thống treo không chỉ ảnh hưởng đến cảm giác của hành khách mà còn tác động đến quá trình làm việc cũng như độ bền của những chi tiết khác. Vì vậy, những nghiên cứu nhằm hoàn thiện hệ thống treo có ý nghĩa thực tiễn cao. Các thông số của quá trình dao động như tần số lực kích động, gia tốc, vận tốc, chuyển vị của phần khối lượng được treo cũng như phần khối lượng không được treo là những cơ sở chủ yếu để đánh giá chất lượng của hệ thống treo. Những thông số này có được thông qua các thử nghiệm được tiến hành trên bệ thử cũng như trong thực tế. Do đó việc thiết kế bệ thử đo dao động của hệ thống treo ngày càng được chú ý phát triển.

MỤC LỤC 01

LỜI NÓI ĐẦU 03

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 05

1.1 Dao động của ô tô và các chỉ tiêu đánh giá 05

1.1.1 Dao động của ô tô , 05

1.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá 08

1.2 Các phương pháp thử nghiệm về dao động 18

1.2.1 Phương pháp mô phỏng 18

1.2.2 Phương pháp tiến hành trên bệ thử 18

1.2.3 Phương pháp thí nghiệm trong thực tế (trên đường) 19

1.3 Một số bệ thử dao động trong và ngoài nước 19

1.3.1 Các thiết bị nước ngoài 19

1.3.2 Các thiết bị trong nước 20

1.4 Lựa chọn phương pháp, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu 22

CHƯƠNG II THIẾT KẾ BỆ THỬ 25

2.1 Đặt vấn đề 25

2.2 Nhiệm vụ thiết kế 25

2.3 Lựa chọn thông số cần đo và phương án thiết kế bệ thử ……… 25

2.3.1 Lựa chọn thông số cần đo……… 25

2.3.2 Lựa chọn phương án thiết kế bệ thử……… 26

2.4 Sơ đồ bệ thử ……… 27

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý chung của thiết bị……… 27

2.4.2 Sơ đồ bố trí chung bệ thử……… 28

CHƯƠNG III THIẾT KẾ MẠCH ĐO 29

3.1 Đặt vấn đề 29

3.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đo ghi 29

3.2.2.Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đo dao động 30

3.3 Kết cấu các khối cụ thể của hệ thống đo ghi 32

3.3.1 Khối cảm biến 32

3.3.2 Khối biến đổi tín hiệu 37

3.3.3 Bộ truyền nhận tín hiệu 39

3.3.4 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ 40

3.3.5 Sơ đồ mạch mắc các cảm biến 40

3.4 Sử lý số liệu và đánh giá kết quả 43

3.4.1 Tổng quan về phần mềm Lab VIEW 43

3.4.2 Các hàm và các bảng công cụ trong Lab VIEW 46

3.4.3 Giao diện điều khiển và hiển thị 50

3.5 Mô phỏng đánh giá một hệ thống treo 56

3.5.1 Xây dựng mô hình dao động hệ thống treo 56

3.5.2 Tiến hành mô phỏng và đánh giá kết quả 59

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành công nghiệp ô tô trên thế giới đang có những bước chuyển biến mạnh

mẽ trong thiết kế và chế tạo nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sửdụng Phương hướng mà các nhà sản xuất hướng đến đó là nâng cao tính tiện nghi,

an toàn chuyển động, nâng cao chất lượng, giảm giá thành…Trong những năm gầnđây, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam bắt đầu chú trọng phát triển theo những xuhướng này

Hệ thống treo là một hệ thống quan trọng của ô tô, nó ảnh hưởng trực tiếpđến độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động của ô tô Chất lượng của hệthống treo không chỉ ảnh hưởng đến cảm giác của hành khách mà còn tác động đếnquá trình làm việc cũng như độ bền của những chi tiết khác Vì vậy, những nghiêncứu nhằm hoàn thiện hệ thống treo có ý nghĩa thực tiễn cao

Các thông số của quá trình dao động như tần số lực kích động, gia tốc, vậntốc, chuyển vị của phần khối lượng được treo cũng như phần khối lượng khôngđược treo là những cơ sở chủ yếu để đánh giá chất lượng của hệ thống treo Nhữngthông số này có được thông qua các thử nghiệm được tiến hành trên bệ thử cũngnhư trong thực tế Do đó việc thiết kế bệ thử đo dao động của hệ thống treo ngàycàng được chú ý phát triển

Đề tài: “Thiết kế bệ thử dao động hệ thống treo ô tô con” nhằm tiến hành

thí nghiệm, đo các thông số của quá trình dao động thẳng đứng, đánh giá ảnhhưởng của các chi tiết trong hệ thống treo với dao động của ô tô, điều khiển quátrình thí nghiệm và hiển thị kết quả trên máy tính Từ đó là cơ sở để thiết kế hệthống treo có điều khiển

Trong quá trình làm đồ án, chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn,

chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS Đào Mạnh Hùng và ThS Nguyễn Thành Công,

cùng các thầy cô giáo trong bộ môn cơ khí ô tô trường Đại Học Giao Thông VậnTải đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này Do nhận thức của bản thân còn hạn

chế nên trong quá trình làm đồ án không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhậnđược sự đóng góp ý kiến của thầy, cô cùng các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 14 tháng 05 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Tô Hồng Dương

CHƯƠNG I TỔNG QUAN1.1 Dao động của ô tô và các chỉ tiêu đánh giá

1.1.1 Dao động của ô tô

Trong quá trình ô tô chuyển động, mấp mô mặt đường được coi như nguồnkích thích chính, tác động tới bánh xe qua hệ thống treo và gây dao động thân xe

Lực cản không khí sẽ tác động gây ra dao động vỏ xe Rung động của động

cơ và hệ thống truyền lực thông qua các mối ghép, giá đỡ truyền dao động tớikhung xe Dao động của các khối lượng không cân bằng như kích thước, độ cứngkhác nhau của bánh xe và lốp được truyền qua hệ thống treo tới thân xe và một sốtác động khác

Từ những lý do trên mà trong quá trình chuyển động ô tô có thể chịu các daođộng theo các trục tọa độ của xe đó là:

Hình 1.1 Dao động của ô tô

- Dao động lên xuống theo trục thẳng đứng (sự nhún): là sự chuyển động lênxuống của toàn bộ thân xe xuất hiện khi ô tô chuyển động trên mặt đường khôngbằng phẳng

- Dao động xoay quanh trục thẳng đứng (sự xoay đứng): là sự di chuyểnxoay của thân xe sang bên trái hoặc bên phải quanh trục thẳng đứng khi ôtô chuyển

- Dao động xoay quanh trục dọc (sự lắc ngang): là chuyển động lắc của ô tôquanh trục dọc khi ô tô qua mặt đường mà một bên bánh xe bị rơi xuống ổ gà hoặcqua chỗ mấp mô.

- Dao động xoay quanh trục ngang (sự lắc dọc): là dao động lên xuống củaphần trước hay sau ô tô quanh trục ngang đi qua tâm của nó Dao động này xảy rakhi cả hai bánh xe của ô tô cùng đi qua vết lõm hay chỗ lồi trên đường

Trong những dao động này thì dao động lên xuống theo trục thẳng đứng là daođộng gây ảnh hưởng lớn nhất đến sức khỏe của con người cũng như đến tuổi thọ cácchi tiết, các hệ thống khác

Rung động của xe trong quá trình chuyển động hay cụ thể hơn là dao độngcủa phần khối lượng được treo gây ảnh hưởng đến cảm giác thoải mái, tiện nghi đốivới hành khách Khi biên độ, tần số lớn tác dụng trong thời gian dài sẽ làm chohành khách bị mệt mỏi, không có khả năng duy trì các hoạt động thần kinh hoặcsinh lý gây nôn mửa, chóng mặt, nhức đầu Ngoài ra nó cũng ảnh hưởng trực tiếpđến an toàn của hàng hoá được chuyên chở trên xe

Khi xe chuyển động trên đường mấp mô, các dao động của thùng xe (phầnkhối lượng được treo) với biên độ lớn sẽ làm va đập lên các ụ hạn chế, ảnh hưởngđến độ bền của khung vỏ cũng như các chi tiết của hệ thống treo Dao động của bánh

xe với gia tốc lớn sẽ gây tác dụng lên mặt đường tạo nên tải trọng va đập từ đó sẽgây lên hiện tượng phá hủy đường

Khi nghiên cứu dao động, người ta thường coi ô tô như một hệ thống nằmtrong một mối liên hệ chặt chẽ với đường và con người trên xe Dao động của ô tôgây ảnh hưởng xấu tới con người (lái xe và hành khách) và ảnh hưởng tới sự bảođảm an toàn của hàng hóa chuyên chở Đồng thời con người với tư cách là khốilượng được treo, do vậy nó cũng có ảnh hưởng tới dao động của ô tô Sơ đồ liên hệcủa hệ thống ‘‘Đường - ô tô - con người’’ được trình bày trên hình 1.2 Trong sơ đồtrên, các mối liên hệ chủ yếu được vẽ bằng nét liền

Hình 1.2 Sơ đồ liên hệ của hệ thống ‘‘Đường - ô tô - con người’’

Ngày nay, việc nghiên cứu dao động của ô tô cũng đã đạt được các thành tựuđáng kể Nghiên cứu về dao động của ô tô là cần thiết với mục đích cải thiện độ êmdịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng và độ ổn định chuyểnđộng, độ bền và độ tin cậy của ô tô Vì vậy, nghiên cứu dao động ô tô là xác lậpmối quan hệ giữa dao động của ô tô với các chỉ tiêu của các chất lượng khai thác kểtrên

Ô tô với các dạng khác nhau có những đặc điểm riêng của mình Ví dụ : cácthông số đặc trưng cho treo của ô tô du lịch sẽ khác so với của ô tô vận tải, hoặc daođộng của ô tô vận tải xảy ra sẽ khác dao động của xe kéo (dạng sơ mi rơ moóc) cùngchiều dài cơ sở Vì vậy cần thiết phải đo đạc và thu thập các số liệu của thông số daođộng của các loại ô tô khác nhau

Trong quá trình chế tạo và thử nghiệm hệ thống treo chỉ ra rằng việc chọn cácthông số của hệ thống treo không làm giảm dao động của ô tô đến giới hạn mongmuốn Cho nên người ta tiến hành sử dụng biện pháp điều chỉnh các thông số của hệ

động Việc áp dụng mô hình của hệ tự động điều chỉnh cho phép cải thiện tốt quátrình thiết kế chế tạo hệ dao động, nhất là khi thiết kế nhờ máy tính.

Hiện nay, việc nghiên cứu thực nghiệm dao động của ô tô có ý nghĩa lớn, bởi

vì khi tiến hành thử nghiệm người ta cần giải quyết hàng loạt vấn đề như: Bằngphương pháp nào kích thích cho ô tô dao động, đo ghi và xử lý gia công số liệu thựcnghiệm ra sao Trong thực tế ô tô dao động tự nhiên do chuyển động trên đườngkhông bằng phẳng Khi thử nghiệm có thể tạo kích thích nhân tạo trên băng thử hoặctạo ra các đoạn đường bằng phẳng nhưng có các mấp mô nhân tạo Hiện nay việc ghicác số liệu thử nghiệm thường phổ biến dùng băng từ hoặc được đưa vào máy tínhqua bộ chuyển đổi AD, nó tiện lợi cho việc cất giữ thông tin và gia công sử lý saunày

Dao động của ô tô bao gồm một dải tần số rộng Có thể phân ra dao động củakhối lượng treo ở tần số thấp và dao động của khối lượng không được treo ở tần sốcao (rung động) Các nguồn gây ra rung động là: động cơ, hệ thống truyền lực, bánh

xe, mặt đường

1.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá

1.1.2.1 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô Cácnước có nền công nghiệp ô tô phát triển đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịuchuyển động khác nhau Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã đưa ramột số chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau :

bước đi là thực hiện dao động thì con người đã quen với tần số dao động 60

90 lần/phút Tấn số dao động của ô tô nằm trong giới hạn sau :

- Đối với xe con : 60 90 lần/phút, (1 1,5 Hz)

- Đối với ô tô : 100 120 lần/phút, (1,6 2 Hz)

b) Gia tốc dao động

Gia tốc dao động là thông số quan trọng đánh giá độ êm dịu chuyển động.Gia tốc dao động kể đến đồng thời biên độ và tần số dao động Chúng ta biết rằngdao động tự do tắt dần chỉ tồn tại trong một số chu kỳ, do vậy việc xác định gia tốcdao động sẽ có ý nghĩa lớn khi nghiên cứu dao động cưỡng bức với sự kích thíchcủa mặt đường

Giá trị gia tốc giới hạn theo các phương (phương dọc xe), (phương

ngang xe), (phương thẳng đứng) được xác định bằng thực nghiệm như sau:

.Các số liệu trên có thể coi là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển độngcủa ô tô, vì nó dựa trên cơ sở thống kê Hơn nữa, dao động của ô tô truyền cho con

c) Hệ số êm dịu chuyển động

Hệ số êm dịu chuyển động K được đưa ra do tập thể các kỹ sư Đức (VDI).Tác giả cho rằng cảm giác con người khi chịu dao động phụ thuộc vào hệ số độ êmdịu chuyển động K Hệ số êm dịu chuyển động K phụ thuộc vào tần số dao động,gia tốc dao động, vận tốc dao động, phương dao động và thời gian tác động củachúng lên con người Nếu K là hằng số thì cảm giác dao động sẽ không thay đổi

Hệ số K được xác định theo công thức:

càng cao Giá trị K= 0,1 tương ứng với ngưỡng kích thích Khi ngồi lâu trên xe, chophép K=10 25, còn khi đi ngắn hoặc trên xe tự hành K= 25 63.

Trong thực tế đối với ô tô, dạng điển hình dao động là ngẫu nhiên, khi đónhờ phân tích phổ dao động, giá trị hệ số K được xác định theo công thức:

Trong đó:

: Hệ số êm dịu của thành phần tần số thứ i

n: Số thành phần tần số của hàm ngẫu nhiên

Giá trị K có thể xác định bằng tính toán lý thuyết hoặc bằng thực nghiệm

d) Chỉ tiêu công suất dao động

Chỉ tiêu này dựa trên giả thiết rằng, cảm giác của con người khi chịu daođộng phụ thuộc vào trị số của công suất dao động truyền cho con người Nếu gọiP(t) là lực tác động lên con người khi dao động, còn v(t) là vận tốc dao động (chỗngồi hoặc bàn rung) thì công suất trung bình truyền đến con người sẽ là:

thành phần với các giá trị bình phương trung bình của gia tốc RMS( ) thì côngsuất dao động có thể xác định theo công thức:

Ưu điểm của các chỉ tiêu này cho phép cộng các tác dụng của các dao độngvới các tần số khác nhau theo các phương khác nhau

Ví dụ, ghế ngồi của con người trên xe chịu dao động với bốn thành phần: RMS( ): Giá trị bình phương trung bình gia tốc dao động thẳng đứng truyềnqua chân

RMS( ): Giá trị bình phương trung bình gia tốc giao động thẳng đứngtruyền qua ghế ngồi

RMS( ): Giá trị bình phương trung bình gia tốc theo phương dọc

RMS( ): Giá trị bình phương trung bình gia tốc theo phương ngang

Công suất tổng cộng truyền đến con người được xác định theo công thứccsau:

Theo thực nghiệm, trị số cho phép như sau:

= 0.2 0.3 (W): Tương ứng với cảm giác thoải mái

= 6 10 (W): Giới hạn cho phép đối với ô tô có tính cơ động cao.

Các nghiên cứu chỉ ra, những tác động phụ truyền qua chân không lớn hơnnhư những tác động truyền qua ghế ngồi vì trong tư thế đứng tác động của daođộng bị yếu đi bởi các khớp xương của chân Các dao động con người chịu trong tưthế ngồi sẽ làm tổn thương cột sống

e) Chỉ tiêu đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và độ dài thời gian tác động

Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa ISO đưa ra năm 1969 cho phép đánh giátác dụng của dao động lên con người khi đi trên xe Cảm giác được đánh giá theo

ba mức: thoải mái, mệt mỏi (cho phép dao động mà vẫn giữ được mức độ cho phépcủa cường độ lao động) và mức giới hạn (giới hạn theo tác dụng của dao động lênsức khỏe của con người) Sự khác nhau của tiêu chuẩn ISO so với tiêu chuẩn khác

là ở chỗ có tính đến thời gian tác động của dao động thẳng đứng điều hòa tác độnglên người ngồi và người đứng trong 8 giờ Nếu tần số tác động trong giới hạn nhạycảm nhất với dao động của con người (4 8 Hz) thì bình phương gia tốc trungbình đối với các giới hạn là:

- Thoải mái: 0.1 (m/s2)

- Mệt mỏi cho phép: 0.315 (m/s2)

- Mệt mỏi ở trong giới hạn cho phép: 0.63 (m/s2)

Với sự thay đổi tần số và thời gian tác động thì các giá trị trên sẽ thay đổi.Khoảng tần số nhạy cảm nhất đối với con người là 4 8 Hz, trong khoảng này cảmgiác tỷ lệ hằng số với gia tốc và có giá trị nhỏ nhất

f) Cường độ dao động

Tiêu chuẩn ISO 2631 đưa ra phương pháp xác định thời gian chịu đựng củacon người với những giá trị dao động tương ứng Người ta thấy rằng ảnh hưởng củadao động phụ thuộc tần số kích động, biên độ, hướng dao động, vị trí và thời giantác dụng.

Dựa vào đó người ta đã đưa ra khái niệm cường độ dao động K nhằm đánhgiá khả năng người lái cảm thấy thoải mái trong một thời gian nhất định

Cường độ dao động K theo phương thẳng đứng z:

Với

Với

Với:

K = 20 giới hạn êm dịu

K = 50 giới hạn điều khiển

K = 125 giới hạn gây bệnh nghề nghiệp

Hình 1.3 Ảnh hưởng của tần số kích động, gia tốc bình phương trung bình

đến K.

Người ta đưa ra quan hệ giữa cường độ dao động tương đương với thời gianchịu đựng của con người

Hình 1.4 Sự phụ cường độ dao động theo thời gian g) Giá trị dao động tới hạn (eVDV)

Giá trị gia tốc tới hạn eVDV (estimate Vibration Dose Value) đặc trưng chogiới hạn nguy hiểm đến sức khỏe con người do dao động của xe ô tô khách trongkhoảng thời gian dài Các giá trị này phụ thuộc vào thời gian dao động và gia tốcbình phương trung bình theo tần số

Chỉ tiêu về giá trị dao động tới hạn là giá trị ước lượng của gia tốc trung bìnhbậc 4 eVDV Phương pháp này cho ra kết quả chính xác hơn phương pháp địnhlượng cơ sở bằng cách sử dụng lũy thừa bậc 4 thay vào lũy thừa bậc 2

Hoàn toàn có thể tính được giá trị eVDV bằng lý thuyết Các giá trị này phụthuộc vào thời gian dao động và gia tốc bình phương trung bình theo tần số

Tính giá trị gia tốc trung bình bậc 4 như sau:

(m/s1.75)

Trong đó:

a(t): Là gia tốc tức thời.

T: Khoảng thời gian khảo sát

Thực tế người ta ít xây dựng trực tiếp giá trị gia tốc trung bình bậc 4 mà xâydựng giá trị dao động tới hạn eVDV xuất phát từ công thức tính VDV (lượng daođộng) Nhờ kết quả biến đổi toán học sẽ có được công thức tính giá trị dao động tớihạn eVDV theo gia tốc bình phương trung bình và thời gian khảo sát

Công thức được xác định như sau:

Giá trị : Là giá trị bình phương trung bình qua bộ lọc tần số

1.1.2.2 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường

Theo quan điểm về an toàn chuyển động (tính điều khiển) và tải trọng tácdụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường làthông số quan trọng để đánh giá Khi ô tô chuyển động trên đường có biên dạngmang đặc tính ngẫu nhiên thì dáng điệu của tải trọng thẳng đứng của bánh xe

cũng mang đặc tính ngẫu nhiên Các giá trị của cũng dao động xung quanh vị trí

giá trị trung bình (gọi là kỳ vọng toán học), theo kết quả thử nghiệm thì giá

trị này bằng giá trị tải trọng tĩnh đặt lên bánh xe :

=

Tải trọng thẳng đứng của bánh xe được xác định bằng tổng của tải

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì sai lệch quân phương:

sao cho là nhỏ nhất, có nghĩa là: Tải trọng tĩnh của bánh xe dễ dàng xác định được từ trọng lượng của ô tô vàtọa độ trọng tâm theo hướng dọc xe Lực động xác định phức tạp hơn vì nóphụ thuộc vào tính chất dao động của ô tô, vào vận tốc chuyển động và độ mấp môcủa biên dạng bề mặt đường

Hình 1.5 Dáng điệu của tải trọng thẳng đứng của bánh xe

Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị sốlớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì ngược lại với phần trên làtrường hợp giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa là:

Và nhất là khi thì ở bánh xe sẽ mất khả năng truyền lực kéo, lựcphanh và lực ngang, đồng thời nếu là bánh xe dẫn hướng thì ở thời điểm đó ô tô sẽmất tính điề khiển

Để đánh giá tính chất của ô tô theo quan điểm về an toàn chuyển động cầnthiết xác định tỷ số giữa lực động và tải trọng tĩnh của bánh xe :

Lực động thay đổi theo thời gian cho nên chúng ta sử dụng giá trị sai lệch

quân phương của lực động thay thế vị trí của nghĩa là sử dụng tiêu chuẩn:

Ngoài ra khi dao động người ta qua tâm sự bám lốp với mặt đường Có thể ô

tô dao động bảo đảm thỏa mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng bánh xe bám đườngkém nên làm mất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu Vìvậy có thể sử dụng giá trị bình phương trung bình của dịch chuyển tương đối giữabánh xe với độ mấp mô bề mặt đường để đánh giá sự bám (tiếp xúc) của bánh xetrên đương:

Trong đó:

: Chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng

q: Chiều cao mấp mô biên dạng đường

Có thể xác định giá trị - là giá trị chuyển dịch tương đối của bánh xevới đường theo biểu thức:

Giá trị cũng có thể làm cơ sở đánh giá khả năng bám của lốp vớiđường.

1.2 Các phương pháp thử nghiệm về dao động

Trong quá trình thiết kế, chế tạo một hệ thống treo đáp ứng được những chỉtiêu chất lượng trong quá trình làm việc thì việc nghiên cứu dao động có vai trò rất quan trọng

Hiện nay có 3 phương pháp chủ yếu để nghiên cứu dao động của hệ thốngtreo bao gồm:

1.2.1 Phương pháp mô phỏng

Thí nghiệm được tiến hành bằng cách mô phỏng quá trình làm việc thực tếcủa hệ thống treo trên máy tính

Từ các thông số ban đầu, dựa trên những công thức đã được thiết lập sẽ đưa

ra các thông số của hệ thống treo thí nghiệm

- Ưu điểm: Thiết bị thí nghiệm đơn giản, có thể thay đổi các thông số của quá

trình thí nghiệm như loại hệ thống treo, lực kích động bằng cách thay đổi các sốliệu đầu vào nhằm xác định các thông số trong quá trình dao động của hệ thống treo

ở các điều kiện làm việc khác nhau Phương pháp thí nghiệm này có thể kiểm soátđược các yếu tố ảnh hưởng đến dao động của hệ thống treo như hệ số ma sát khôcủa giảm chấn

Đó là những yếu tố khó xác định được trong thực tế, qua đó có thể đánh giáđược ảnh hưởng của các nhân tố này

- Nhược điểm: Không mô phỏng được chính xác điều kiện làm việc thực tế

của hệ thống treo do các thông số đầu vào thay đổi rất phức tạp

1.2.2 Phương pháp tiến hành trên bệ thử

Thí nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm, trên một bệ thử đượcthiết kế sao cho mô phỏng được gần đúng nhất với điều kiện làm việc thực tế của

hệ thống treo Kết quả thí nghiệm được đưa ra nhờ hệ thống đo có sử dụng các loạicảm biến gia tốc, vận tốc

- Ưu điểm: So với phương pháp mô phỏng thì phương pháp thí nghiệm trên

bệ thử có kết quả chính xác hơn do mô hình thí nghiệm được thiết kế gần đúng vớiđiều kiện làm việc thực tế

- Nhược điểm: Các chế độ thí nghiệm bị giới hạn do kết cấu bệ thử không thể

thay đổi linh hoạt Độ chính xác của kết quả phụ thuộc nhiều vào độ chính xáctrong quá trình thiết kế bệ thử

1.2.3 Phương pháp thí nghiệm trong thực tế (trên đường)

Thí nghiệm được tiến hành trong điều kiện thực tế trên xe thật Các thông sốcủa dao động đo được thông qua các cảm biến

- Ưu điểm: Kết quả thu được chính xác, độ tin cậy cao.

- Nhược điểm: Vốn đầu tư lớn, không xác định được ảnh hưởng của từng

nhân tố đến dao động của hệ thống treo

1.3 Một số bệ thử về dao động trong và ngoài nước

1.3.1 Các thiết bị nước ngoài

* Bệ thử dao động MSD 300 của hãng MAHA- Đức

Hình 1.6 Bệ thử MSD 3000

Thiết bị kiểm tra dao động cho một cầu xe Nguyên lý tạo dao động về cơbản giống với cơ cấu trục khuỷu thanh truyền Sử dụng các cảm biến đo thông sốdao động theo phương thẳng đứng và hiển thị các thông số đó trên màn hình Sau

đó kết quả được in ra phiếu

* Bệ thử dao động của hãng KNORR-BREMSE

Hình 1.7 Mô hình bệ thử dao động của hãng KNORR-BREMSE

1 Các cảm biến đo gia tốc; 2 Các cảm biến đo chuyển vị; 3 Thiết bị tạo dao động; 4.Trục dẫn hướng; 5 Bánh xe; 6 Hệ thống treo; 7 Phần khối lượng

được treo.

1.3.2 Các thiết bị trong nước

* Thiết bị tạo dao động VC 150 (Creating Vibration Equipment 150) của Trung tâm thử nghiệm xe cơ giới - Đăng kiểm Việt Nam.

Thiết bị tạo dao động CV 150 là thiết bị tạo ra dao động tuần hoàn để nghiêncứu ảnh hưởng dao động của xe đối với sức khỏe của ngồi trên xe đặc biệt là người

Cơ sở thiết kế thiết bị:

Thiết bị CV 150 được thiết kế chế tạo theo yêu cầu của tiêu chuẩn ISO-2631

để tạo ra dao động có tần số, biên độ, thời gian dao động khác nhau

Hình 1.8 Mô hình thiết bị tạo dao động CV 150

* Bệ thử đo dao động 1/4 xe tạo dao động bằng cách sử dụng tang trống, trên tang trống có gắn các vấu.

Trên tang trống có gắn các vấu, khi tang trống quay sẽ tạo ra dao động Daođộng do tang trống gây ra là dao động cưỡng bức Tang trống được dẫn động bởiđộng cơ thông qua bộ truyền đai Tần số lực kích động được thay đổi bằng cáchthay đổi số vấu gắn trên trống

Hình 1.9 Mô hình bệ thử tạo dao động

1 Khung bệ thử; 2 Khung đỡ khối lượng được treo; 3 Hệ thống treo; 4 Bánh xe;

5 Động cơ điện; 6 Đai truyền động; 7 Tang trống; 8 Vấu tạo dao động.

1.4 Lựa chọn phương pháp, đối tượng thí nghiệm, phạm vi nghiên cứu

* Lựa chọn phương pháp nghiên cứu

Với mục đích nghiên cứu, quy mô của một đồ án tốt nghiệp và dựa vào điềukiện thực tế ta chọn phương pháp thí nghiệm trên bệ thử

* Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu ở đây là hệ thống treo độc lập trên các xe ô tô con

* Phạm vi nghiên cứu:

Khảo sát một số hệ thống treo điển hình:

- Hệ thống treo độc lập Mc.pherson:

1 2

3

45

67

8

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống treo Mc.pherson Bảng 2.1

Tên xe Vị trí

Công thứcbánh xeToyota

Hệ thống treo độc lập hai đòn ngang:

Hình 1.11 Sơ đồ hệ thống treo độc lập hai đòn ngang Bảng 2.2

Tên xe Vị trí

Toyota

Zace Trước 120 220 130 280 120 280 380 230 200 360 280 100Lexus

LX570 Trước 100 250 120 250 180 240 350 380 250 430 440 160Santafe Sau 160 300 160 320 260 300 640 280 240 500 290 140

Misubisi

Jolie Trước 100 200 100 250 100 230 350 240 220 370 120 60

Qua khảo sát một số loại xe trên thực tế hiện nay, với các số liệu đo đạc đượcghi trong bảng 2.1 và 2.2 Dựa vào các số liệu trên để làm cơ sở thiết kế bệ thử daođộng hệ thống treo

CHƯƠNG II THIẾT KẾ BỆ THỬ

2.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, việc nghiên cứu thực nghiệm dao động ô tô có ý nghĩa lớn, bởi khitiến hành thử nghiệm người ta cần giải quyết hàng loạt vấn đề như: bằng phươngpháp nào kích thích cho ô tô dao động, đo ghi và xử lí gia công số liệu thực nghiệm

ra sao đế các kết quả thí nghiệm là chính xác nhất

Từ mục đích thí nghiệm và dựa vào điều kiện thực tế, ta đi thiết kế bệ thửdao động hệ thống treo trên xe ô tô con Bệ thử phải tạo dao động sao cho gần đúngnhất với quá trình ô tô chuyển động thực tế trên đường, sau đó tiến hành đo ghi và

xử lý số liệu

2.2 Nhiệm vụ thiết kế

Thiết kế bệ thử dao động để thực hiện chức năng:

- Tạo được dao động cho hệ thống treo Đo các thông số của quá trình daođộng thẳng đứng: tần số lực kích động, gia tốc thẳng đứng của phần được treo vàkhông được treo

- Tiến hành thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các chi tiết trong hệ thốngtreo với dao động của ô tô

- Điều khiển quá trình thí nghiệm và hiển thị kết quả trên máy tính Từ đó là

cơ sở để thiết kế hệ thống treo có điều khiển

2.3 Lựa chọn thông số cần đo và phương án thiết kế bệ thử

2.3.1 Lựa chọn thông số cần đo

Trong những dao động đã phân tích ở trên, dao động thẳng đứng là dao độnggây ảnh hưởng lớn nhất đến sức khỏe của con người cũng như đến tuổi thọ các chitiết, các hệ thống khác Ngoài ra nó cũng ảnh hưởng trực tiếp đến hàng hoá đượcchuyên chở

Do đó các thông số quan trọng nhất để đánh giá chất lượng hệ thống treo đó

là tần số lực kích động, gia tốc của dao động thẳng đứng của khối lượng được treo

và không được treo

2.3.2 Lựa chọn phương án thiết kế bệ thử

* Các phương án thiết kế bệ thử:

+ Nguồn kích thích:

Hiện nay có nhiều loại bệ thử với các nguồn kích thích dao động khác nhauđiển hình như:

- Bệ thử tạo dao động bằng băng tải

- Bệ thử tạo dao động bằng cam lệch tâm

- Bệ thử tạo dao động bằng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

- Bệ thử tạo dao động bằng cách lập trình trên máy tính

+ Bệ thử:

Hiện nay có 2 loại bệ thử dao động ô tô điển hình là:

- Bệ thử dao động cho mô hình 1/4 xe

- Bệ thử dao động cho cầu xe

* Chọn phương án thiết kế bệ thử:

Với mục đích đo các thông số dao động thẳng đứng của hệ thống treo và dựatrên điều kiện thực tế, đồ án lựa chọn phương án thiết kế bệ thử dao động cho môhình 1/4 xe, với nguồn tạo dao động bằng cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

* Lựa chọn thông số ban đầu:

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống treo trước độc lập Mc.pherson của xeToyota Corolla Altis, với các thông số ghi trong bảng 2.1

Đặc điểm của hệ thống treo Mc.pherson:

- Hệ thống treo MacPherson là một dạng biến thể của hệ thống treo hai đònngang với độ dài đòn ngang trên là bằng 0

- Giảm chấn được bố trí giữa đầu đòn ngang dưới và thân xe, lò xo đượclồng vào giảm chấn, trục bánh xe gắn với vỏ giảm chấn Để tăng khả năng truyềnlực dọc đòn ngang cũng được làm dạng chữ A hoặc có thêm đòn dọc chịu lực

- Cấu tạo đơn giản gọn nhẹ nên giảm được khối lược phần không được treo

do đó có thể bố trí khoang xe rộng rãi hơn

- Giá trục bánh xe có thể liên kết với vỏ giảm chấn bằng khớp cầu và có bốtrí cơ cấu điều chỉnh góc nghiêng của bánh xe

2.4 Sơ đồ bệ thử

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý chung của thiết bị

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý bệ thử dao động

1 Trục khuỷu; 2 Thanh truyền; 3 Pittông; 4 Bánh xe; 5 Bộ phận đàn hồi; 6 Bộ

phận giảm chấn; 7.Phần khối lượng được treo.

2.4.2 Sơ đồ bố trí chung của bệ thử

Hình 2.2 Sơ đồ bố trí chung của bệ thử

1 Khung đỡ phần khối lượng được treo; 2.Cột dẫn hướng; 3.Tấm trượt; 4.Giá bắt

đòn ngang; 5 Bộ phận tạo dao động; 6 Hệ thống treo.

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ MẠCH ĐO3.1 Đặt vấn đề

Trong những dao động đã phân tích ở chương I ,dao động thẳng đứng là daođộng gây ảnh hưởng lớn nhất đến sức khỏe của con người cũng như đến tuổi thọcác chi tiết, các hệ thống khác Ngoài ra nó cũng ảnh hưởng trực tiếp đến hàng hoáđược chuyên chở Do đó chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng hệ thốngtreo đó là tần số lực kích động, biên độ ,vận tốc ,gia tốc của dao động thẳng đứng

Đề tài tiến hành đo gia tốc của khối lượng được treo và tốc độ động cơ từ đótính ra tần số lực kích động

Đặc điểm của hệ thống đo cần xây dựng :

- Hệ thống đo lường các đại lượng không điện (tần số lực kích động, gia tốc)bằng phương pháp điện

- Hệ thống đo được sử dụng cùng lúc đo nhiều thông số đồng thời (gia tốc,vận tốc)

- Hệ thống đo có khả năng hiển thị quá trình đo và ghi lại kết quả

3.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đo ghi.

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý chung.

Hình 3.1: Sơ đồ một hệ thống đo điều khiển điện tử thông thường

- Các cảm biến: Tiếp nhận những trạng thái thay đổi của đối tượng đo (tínhiệu vật lý) và biến đổi chúng thành những tín hiệu điện tương ứng và gửi đến bộ

xử lý trung tâm

- Bộ xử lý trung tâm: Tiếp nhận tín hiệu gửi đến từ cảm biến và tính toán rakết quả cần đo

- Khối kết nối: Truyền nhận tín hiệu giữa bộ vi xử lý và máy tính

- Máy tính: Điều khiển quá trình đo, đưa ra kết quả mà bộ xử lý trung tâm đãtính toán được đồng thời đóng vai trò hiển thị và lưu lại kết quả của quá trình đo

- Cơ cấu chấp hành: Thực thi lệnh điều khiển từ vi xử lý

Theo sơ đồ tín hiệu mà cảm biến thu được từ đối tượng đo được gửi tới bộ

xử lý trung tâm chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu số rồi được gửi lên máy tínhthông qua khối kết nối Máy tính có thể tác động tới đối tượng đo thông qua cơ cấuchấp hành, tín hiệu điều khiển từ máy tính được gửi xuống bộ xử lý trung tâmthông qua khối kết nối

3.2.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống đo dao động

Nguyên lý cơ bản của hệ thống đo dao động là chuyển năng lượng cơ học từđối tượng dao động thành năng lượng điện bằng đầu đo rung , tín hiệu từ đầu đo,qua khuếch đại, lọc là tín hiệu liên tục (analog), nó sẽ được chuyển thành tín hiệurời rạc (digital) qua bộ chuyển đổi A/D để chuyển vào máy tính để xử lý , phân tích

và hiển thị