Mô phỏng, khảo sát đánh giá quá trình làm việc của hệ thống treo trên xe KIA MORNING 2013 sản xuất tại việt nam

Với đề tài “Mô phỏng, khảo sát đánh giá quá trình làm việc của hệ thống hình dao động xe ô tô du lịch với đặc điểm là treo độc lập cả 4 bánh từ đó phân tích đánh giá trạng thái làm việc

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH VẼ 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT 5

LỜI NÓI ĐẦU 9

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 10

1.1 Dao động và độ êm dịu của ô tô 10

1.1.1 Tác động của dao động ô tô 11

1.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu 13

1.2 Một số tiêu chuẩn về dao động ôtô 20

1.2.1.Tiêu chuẩn ISO/DIS 2631 20

1.2.2 Tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam 21

1.3 Mục đích và phương pháp nghiên cứu của đề tài 26

CHƯƠNG 2XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ 28

2.1 Kết cấu hệ dao động ô tô 28

2.1.1 Phần không được treo 28

2.1.2 Phần được treo 28

2.1.3 Các bộ phận của hệ thống treo 29

2.2 Xây dựng mô hình dao động ô tô 36

2.2.1 Phân tích cấu trúc hệ dao động ô tô 36

2.2.2 Mô hình dao động ô tô 37

2.2.3 Mô hình hệ thống treo 42

CHƯƠNG 3MÔ PHỎNG, KHẢO SÁT DAO ĐỘNG XE 50

KIA MORNING 2013 50

3.1 Đặc điểm cấu trúc và các trường hợp khảo sát đánh giá 50

3.1.1 Đặc điểm cấu trúc xe KIA MORNING 2013 sản xuất tại Việt Nam

50

3.1.2 Chương trình mô phỏng 52

3.1.3 Các trường hợp khảo sát và đánh giá 52

3.2 Kết quả khảo sát và đánh giá 53

3.2.1 Trường hợp đi thẳng với các biên dạng đường khác nhau 53

3.2.2 Trường hợp mấp mô bên trái 58

3.2.3 Trường hợp khi phanh 61

3.2.4 Trường hợp khi quay vòng 63

3.2.5 Khi xe đi thẳng trên đường dạng sin 65

KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình cơ thể con người như một hệ dao động 12

Hình 1.2 Đồ thị đặc trưng mức êm dịu chuyển động của ôtô 14

Hình 1.3 Sơ đồ đặc tính đàn hồi 19

Hình 1.4 Các giới hạn của gia tốc thẳng đứng trong các khoảng thời gian tác dụng cho phép theo và hệ trục tọa độ quy định trong ISO 2631 20

Hình 1.5 Vùng chỉ dẫn sức khỏe của TCVN 6964 23

Hình 1.6 Sự phụ thuộc của gia tốc bình phương trung bình theo tần số 25

Hình 1.7 Quan hệ cường độ êm dịu với thời gian 25

Hình 1.8 Phân bố độ êm dịu các loại xe 26

Hình 2.1 Quan hệ tần số dao động riêng phần được treo với độ võng tĩnh 30

Hình 2.2: Nhíp đơn 31

Hình 2.3: Nhíp kép 32

Hình 2.4 Lò xo trụ 33

Hình 2.5 Hệ thống treo sử dụng lò xo khí nén 33

Hình 2.6: Thanh ổn định ngang 35

Hình 2.7 Mô hình không gian hệ dao động ôtô 36

Hình2.8 Mô hình dao động trong mặt phẳng xoz 40

Hình 2.9 Mô hình dao động trong mặt phẳng yoz 41

Hình 2.10.Mô hình hệ thống treo 42

Hình 2.11 Đặc tính đàn hồi 44

Hình 2.12: Sơ đồ xác định chế độ mở của tiết lưu 46

Hình 3.1 Mô hình mô phỏng dao động xe Kia Morning 2013 52

Hình 3.2 Biên dạng mặt đường 53

Hình 3.3 Đồ thị dao động bánh xe 54

Hình 3.4 Đồ thị dao động phần thân xe 54

Hình 3.5 Đồ thị lực cản giảm chấn 55

Hình 3.6 Đồ thị lực đàn hồi hệ thống treo 56

Hình 3.7 Đồ thị gia tốc dao động thân xe 56

Hình 3.8 Đồ thị dao động thân xe 57

Hình3.9 Đồ thị dao động các bánh xe trước 58

Hình 3.10 Đồ thị dao động các bánh xe sau 58

Hình 3.11 Đồ thị dao động phần thân xe phía trước 58

Hình 3.12 Đồ thị dao động phần thân xe phía sau 59

Hình 3.13 Đồ thị góc lắc ngang thân xe 59

Hình 3.14 Đồ thị dao động thân xe 60

Hình 3.15 Đồ thị vận tốc xe khi phanh 61

Hình 3.16 Đồ thị dao động phần được treo 62

Hình 3.17 Đồ thị góc lắc ngang khi quay vòng 63

Hình 3.18 Đồ thị dao động phần được treo khi quay vòng 64

Hình 3.19 Đồ thị lực cản giảm chấn bên trái 64

Hình 3.20 Đồ thị lực đàn hồi treo bên trái 64

Hình 3.21 Đồ thị gia tốc phần thân xe 65

Hình 3.22 Đồ thị vận tốc dao động thân xe 66

Hình 3.23 Đồ thị dao động thân xe 66

Hình 3.24 Đồ thị phản lực mặt đường bánh xe trước 67

Hình 3.25 Đồ thị phản lực mặt đường bánh xe sau 67

Hình 3.26 Đồ thị hiệu dịch chuyển hệ thống treo bánh xe trước 68

Hình 3.27 Đồ thị hiệu dịch chuyển hệ thống treo bánh xe sau 68

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

- C L1N m/  : Độ cứng hướng kính lốp trước dãy trái

- C L2N m/  : Độ cứng hướng kính lốp trước dãy phải

- C L3N m/  : Độ cứng hướng kính lốp sau dãy phải

- C L4N m/  : Độ cứng hướng kính lốp sau dãy trái

- C N m /  : Độ cứng hệ thống treo

- C1N m/  : Độ cứng treo trước dãy trái

- C2N m/  : Độ cứng treo trước dãy phải

- C3N m/  : Độ cứng treo sau dãy phải

- C4N m/  : Độ cứng treo sau dãy trái

- K Ns m /  : Hệ số cản hệ thống treo

- K1Ns m/  : Hệ số cản hệ thống treo trước dãy trái

- K2Ns m/  : Hệ số cản hệ thống treo trước dãy phải

- K3Ns m/  : Hệ số cản hệ thống treo sau dãy phải

- K4Ns m/  : Hệ số cản hệ thống treo sau dãy trái

- a1 m : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước

- a2 m : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau

J kgm : Mômen quán tính trục y của lốp sau dãy trái

- h m1  : Chiều cao mấp mô của đường phía trướcdãy trái

- h2 m : Chiều cao mấp mô của đường phía trước dãy phải

- h3 m : Chiều cao mấp mô của đường phía saudãy trái

- h4 m : Chiều cao mấp mô của đường phía sau dãy phải

- F Z N : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe

- F Z1 N : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước

- F Z2 N : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau

- F z1 N :Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước dãy trái

- F z2 N : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe trước dãy phải

- F z3 N : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe sau dãy phải

- F z4 N : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau dãy trái

- F C N : Lực đàn hồi hệ thống treo

- F C1 N : Lực đàn hồi hệ thống treo trước dãy trái

- F C2 N : Lực đàn hồi hệ thống treo trước dãy phải

- F C3 N : Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy phải

- F C4 N : Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy trái

- F K N : Lực cản hệ thống treo

- F K1 N : Lực cản hệ thống treo trước dãy trái

- F K2 N : Lực cản hệ thống treo trước dãy phải

- F K3 N : Lực cản hệ thống treo sau dãy phải

- F K4 N : Lực cản hệ thống treo sau dãy trái

- F CL N : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe

- F CL1 N : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dãy trái

- F CL2 N : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dãy phải

- F CL2 N : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dãy phải

- F CL4 N : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dãy trái

- M kg  : Khối lượng toàn xe

- m kg  : Khối lượng được treo

- m A1 kg : Khối lượng không được treo trước dãy trái

- m A2 kg : Khối lượng không được treo trước dãy phải

- m A3 kg : Khối lượng không được treo sau dãy phải

- m A4 kg : Khối lượng không được treo sau dãy trái

- f t  m : Độ võng tĩnh

- f t1 m : Độ võng tĩnh phía trước dãy trái

- f t2 m : Độ võng tĩnh phía trước dãy phải

- f t3 m : Độ võng tĩnh phía sau dãy phải

- f t4 m : Độ võng tĩnh phía sau dãy trái

-  deg : Góc lắc dọc thân xe

- deg : Góc lắc ngang thân xe

-  1  m : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước dãy trái

-  2 m : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước dãy phải

-  3 m : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau dãy phải

-  4 m : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau dãy trái

, , , / , /

z z z m m s m s : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối lượng được treo

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự phát triển chung của nền kinh tế nhu cầu vận chuyển hàng hóa

và hành khách ngày một gia tăng Trong đó cùng với sự phát triển của các hệ thống giao thông công cộng thì các loại phương tiện cá nhân cũng đang có những mức tăng lớn về số lượng và chất lượng Tuy nhiên do sự phát triển không đồng bộ của hệ thống giao thông ở Việt Nam nên tình trạng quá tải thường xuyên xảy ra Điều đó dẫn đến các phương tiện khi di chuyển không phải lúc nào cũng có thể giữ được trạng thái chuyển động ổn định như thiết

kế Các phương tiện thường xuyên phải thay đổi tốc độ bằng các quá trình phanh, tăng tốc, và quay vòng trong điều kiện đường xá Việt Nam hay bị xuống cấp Chính vì vậy cần có các biện pháp làm tăng tính tiện nghi, giảm căng thẳng cho người lái và cho hành khách

Với đề tài “Mô phỏng, khảo sát đánh giá quá trình làm việc của hệ thống

hình dao động xe ô tô du lịch với đặc điểm là treo độc lập cả 4 bánh từ đó phân tích đánh giá trạng thái làm việc của các thông số cơ bản của hệ thống treo và đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo đến sự êm dịu của xe Kia Morning 2013 trong một số trạng thái phổ biến trong điều kiện Việt Nam Do khả năng trình độ và điều kiện thực hiện luận văn có hạn, nên mục tiêu đề ra của luận văn còn nhiều điểm chưa hoàn thiện rất mong được sự tham gia đóng góp của các thầy giáo, các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn;

Tôi xin chân thành cám ơn tập thể thầy giáo hướng dẫn TS Cao Hùng Phi, TS Dương Ngọc Khánh cùng tập thể các thầy giáo trong Viện Cơ khí - Động lực - trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn

Tác giả Nguyễn Thanh Triều

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Dao động và độ êm dịu của ô tô

Hệ thống treo trên ô tô làm nhiệm vụ dập tắt nhanh dao động của mặt đường tác động lên thân xe, qua đó giảm được rung xóc cho xe và tạo được cảm giác thoải mái cho người ngồi khi ô tô chuyển động trên đường không bằng phẳng Tính êm dịu chuyển động là một trong số những chỉ tiêu quan trọng của xe, mà trước hết nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống treo

Xét với đề tài làm về hệ thống treo, cần nắm bắt được các vấn đề quan trọng sau:

- Chuyển vị của khối lượng được treo z có liên quan đến sinh lý của người ngồi trên xe;

- Gia tốc chuyển vị lớn nhất của khối lượng được treo amax quyết định đến cảm giác thoải mái hay không thoải mái cho người ngồi trên xe;

- Không gian làm việc: z – ξ cần càng nhỏ càng tốt, hệ treo càng tối ưu

- Phản lực mặt đường Fz liên quan đến cường độ làm việc của hệ thống treo

và mức độ chịu tải trọng làm việc của khối lượng không được treo

Ngoài việc kiểm nghiệm yêu cầu làm việc của xe về mặt kỹ thuật thì việc

sử dụng các phần mềm và chương trình để mô phỏng các mô hình động học của xe, để qua đó từ các kết quả mô phỏng thu được ta có thể đánh giá hiệu quả làm việc của hệ thống treo từ các thông số cơ bản của xe nói chung và của hệ thống treo nói riêng Cao hơn nữa, ta cũng có thể tối ưu hóa, lựa chọn các thông số kết cấu để được một hệ thống treo có khả năng làm việc hiệu quả hơn

1.1.1 Tác động của dao động ô tô

Ôtô và các phương tiện vận tải nói chung khi chuyển động sẽ sinh ra các dao động do tác động của điều kiện bên ngoài (mặt đường, gió ) bên trong (kết cấu hệ thống treo) Các dao động này tác động trực tiếp lên người ngồi trên đó Những dao động này dưới dạng sóng cơ học được truyền trực tiếp lên

cơ thể con người làm cho cả cơ thể hoặc từng bộ phận cơ thể dao động theo Đối với sức khoẻ của người đặc biệt là của lái xe, dao động của xe có thể gây mệt mỏi, căng thẳng cho lái xe ảnh hưởng đến hoạt động lái xe, đặc biệt là phản xạ để xử lý tình huống Đối với hàng hoá, dao động của xe có thể làm hư hỏng hàng hoá như dập nát, gãy, vỡ hoặc thay đổi tính chất của hàng hoá Đối với đường: khi xe chạy trên đường, dao động của ô tô gây ra tải trọng động cùng với tải trọng tĩnh của xe làm hư hỏng đường và cầu cống Đối với ô tô, tác động từ mặt đường lên xe gây ra dao động làm va đập và gây ra tải trọng thay đổi đối với các chi tiết ô tô ảnh hưởng đến độ bền lâu của chi tiết (xuất hiện các dạng hỏng mỏi chi tiết) Ngoài ra dao động ô tô cũng ảnh hưởng đến khả năng truyền lực cũng như tính điều khiển hướng chuyển động của ô tô Thật vậy, dao động ô tô tạo lên các tải trọng động theo phương thẳng đứng trên các bánh xe làm thay đổi lực bám đường của bánh xe và tạo ra các gia tốc lắc làm ảnh hưởng đến chuyển động của xe Chuyển động tương đối giữa thân

xe và cầu xe liên quan đến việc bố trí không gian cho hệ treo khi thiết kế ô tô Tác động của dao động cơ học lên cơ thể phụ thuộc vào: tần số dao động, cường độ dao động, thời gian tác động, hướng tác động Nhiều thí nghiệm đã cho thấy:

- Dao động với tần số từ 3 đến 5 Hz gây rối loạn sự lưu thông máu làm bị choáng;

- Dao động với tần số từ 5 đến 11 Hz gây rối loạn đường tải trọng, ảnh hưởng đến dạ dày, ruột;

- Dao động với tần số từ 11 đến 45 Hz làm giảm thị lực, buồn nôn…

Tuy nhiên giới hạn tác động này đối với từng người là khác nhau và thay đổi với khoảng rộng Dao động của ôtô bao gồm một dải tần số rộng, nên có thể phân ra dao động của khối lượng được treo ở tần số thấp và dao động của khối lượng không được treo ở tần số cao

Hình 1.1 Mô hình cơ thể con người như một hệ dao động

- Dao động với tần số từ 15 đến 18 Hz con người cảm nhận được và gây

ra cảm xúc khó chịu trong thời gian ngắn;

- Rung động có tần số từ 15 đến 1500 Hz con người ít cảm nhận rõ có thể gây ra tổn hại đến sức khỏe khi chịu tác động trong thời gian dài;

Tình trạng dao động kéo dài sẽ gây tổn thương cho cơ thể con người Mức

độ tổn thương tùy thuộc vào biên độ dao động, sự phân bố chuyển động bên trong cơ thể, chiều chuyển động và thời gian chuyển động

Dao động ôtô gây ra các tác hại đến cơ thể người như sau:

- Bệnh về cột sống: khi chịu dao động trong vùng tần số từ 4 đến 12 Hz

- Bệnh về tiêu hóa: đối với những người chịu dao động trong thời gian dài

- Những người chịu dao động đến tần số 20 Hz và kéo dài thì nhịp tim và nhịp thở tăng lên gây rối loạn cho cơ thể

- Dao động ở những tần số khoảng 0.1 Hz hoặc thấp hơn gây ra say sóng

do chuyển động lắc ngang, quay vòng

Một số dao động có thể không làm nguy hại đến sức khỏe con người nhưng làm giảm khả năng nhạy bén, giảm khả năng thu thập và xử lý thông tin Điều này rất có hại đến các tài xế chạy xe đường dài

1.1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu

Cơ sở lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ôtô được dựa trên tác động dao động của con người khi đi, chạy bộ… một dạng dao động quen thuộc với đầy đủ các đặc trưng về tần số, gia tốc dao động Nếu chỉ số dao động của con người ngồi trên xe khi chuyển động, không vượt quá các giá trị của các chỉ số dao động khi đi bộ, chạy thì độ êm dịu của xe chấp nhận được Trong quá trình nghiên cứu về dao động ôtô thì việc lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu là rất quan trọng Tuy nhiên việc lựa chọn các chỉ tiêu phụ thuộc vào sự phát triển của nền kinh tế, khoa học kỹ thuật, dụng cụ đo, trình độ thí nghiệm, trình độ sản xuất chế tạo, lắp ráp ôtô Do đó các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu ở các nuớc là khác nhau, nhưng có hai chỉ tiêu chung là tần số và gia tốc dao động Sau đây là một số chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe:

a Chỉ tiêu về tần số dao động

- Đối với xe du lịch thì tần số dao động thích hợp là 60 đến 85 lần/phút

- Đối với xe tải thì tần số dao động thích hợp là 85 đến 120 lần/phút

- Đối với xe khách thì tần số dao động thích hợp là 60 đến 90 lần/phút

b Chỉ tiêu về gia tốc và vận tốc dao động

Hình 1.2 Đồ thị đặc trưng mức êm dịu chuyển động của ôtô

- Chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu chuyển động dựa vào giá trị của gia tốc thẳng đứng của dao động và số lần va đập do độ mấp mô của bề mặt đường gây ra trên một km đường chạy Muốn đánh giá được một xe có tính êm dịu chuyển động hay không, cho ôtô chạy trên một đoạn đường nhất định, trong thời gian đó dụng cụ đo đặt trên ôtô sẽ ghi lại số lần va đập i tính trung bình trên 1 km đường và gia tốc thẳng đứng của xe tương ứng Dựa vào hai thông

số đó, nguời ta so sánh với đồ thị chuẩn xem xe thí nghiệm đạt được độ êm dịu chuyển động ở thang bậc nào, tuy nhiên chưa thật sự chính xác vì theo phương pháp này chưa tính tới thời gian tác động của gia tốc thẳng đứng j

- Chỉ tiêu về gia tốc và vận tốc dao động được lựa chọn trên cơ sở đánh giá cảm giác xuất hiện trong thời gian dao động Cảm giác được xác định theo

hệ số êm dịu chuyển động K Hệ số này là đại lượng không thứ nguyên phụ thuộc vào tần số dao động và gia tốc dao động, hướng của dao động tương ứng với trục cơ thể con người:

Z : Toàn phương gia tốc

K càng nhỏ thì độ êm dịu của xe càng nâng cao, các giá trị K cho phép như sau:

- K = 10 ÷ 25 với xe chạy trong thời gian dài;

- K = 25 ÷ 63 với xe chạy trong thời gian ngắn

Nếu chịu tác động của dao động ngẫu nhiên nhiều tần số, có thể tách chúng thành các dao động điều hòa riêng lẻ, ứng với mỗi dao động điều hòa

có tần số fi ta tính được một giá trị Ki , khi đó hệ số K chung sẽ là :

2 1

n i i



c Chỉ tiêu về công suất dao động

Chỉ tiêu này dựa trên giả thuyết rằng các cảm giác của con người trong dao động phụ thuộc vào công suất truyền cho con người đó Công suất trung bình truyền cho người chịu dao động là:

1 lim ( ) ( )

2 2 2 2 1

N

C zi ci zci cci xi ci yi ci i

Tất cả các giá trị trên là toàn phương gia tốc đơn vị m/s²

Hệ số K được cho bởi thực nghiệm

Các giá trị cho phép của chỉ tiêu này là:

- Nc = 0.2 ÷ 0.3 dễ chịu;

- Nc = 6 ÷ 10 khó chịu

d Chỉ tiêu về thời gian dao động

Chỉ tiêu này chủ yếu dành cho người lái và những người có thời gian đi trên ôtô lâu Khi ngồi trên xe với khoảng thời gian dài dao động sẽ làm cho cơ thể con nguời mệt mỏi ảnh hưởng đến lao động hay sức khỏe Các thí nghiệm kéo dài trong 8 giờ, với tần số dao động nằm trong khoảng được xem là nhạy cảm hơn cả đối với sức khỏe con người (4 ÷ 8 Hz), các giá trị của toàn phương gia tốc dao động tác động lên con người tạo ra cảm giác:

Dễ chịu : 0.1 m/s²

Gây mệt mỏi: 0.315 m/s²

Gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe: 0.63 m/s²

Các chỉ tiêu trên là quan trọng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô Trong đó chỉ tiêu về tần số dao động là chỉ tiêu đầu tiên cần quan tâm đến Việc đánh giá độ êm dịu của ôtô sẽ càng xác thực nếu được phối hợp với

các chỉ tiêu khác Ưu điểm của chỉ tiêu này là có thể tính toán, đo đạc tương đối dễ dàng trong điều kiện nước ta hiện nay

e.Chỉ tiêu hạn chế sự va đập của hệ thống treo

Được xác định theo công thức:

2 2

0

1 lim [ ( ) ( )]

T t

S(t) : Chuyển vị tuyệt đối của tâm bánh xe theo thời gian

Z(t) : Chuyển vị tuyệt đối tại điểm đặt bộ hạn chế trên thân xe theo thời gian

Giá trị D2 không vượt quá giá trị cho phép [D2] cho trước với từng loại xe

và loại mặt đường

f Chỉ tiêu về độ bám của bánh xe và mặt đường

Do tác động của dao động, khi bánh bị nhấc khỏi mặt đường sẽ ảnh hưởng xấu đến độ bền, tính an toàn, kinh tế chuyển động Chỉ tiêu này được đánh giá bằng toàn phương dịch chuyển tương đối giữa tâm bánh xe với mặt đường, theo công thức:

2 0

1 lim [ ( ) ( )]

T s

Giá trị Ds không được vượt quá giá trị cho phép [Ds] cho trước với từng loại xe và loại mặt đường

g Tiêu chí về tải trọng động

Khi xe chuyển động trên đường, dao động của các khối lượng ô tô tạo nên tải trọng động tác động lên đường và phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe

Tải trọng động cực đại làm hư hỏng đường và giảm tuổi thọ của các chi tiết Tải trọng động còn ảnh hưởng đến an toàn động lực học của xe

- Mức độ thân thiện với đường

Một số nghiên cứu tại Anh và Mỹ đã đưa ra rằng mức độ ảnh hưởng của dao động ô tô đến cầu và đường tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe với đường Theo Wilkinson đưa ra công thức xác định hệ số áp lực đường w như sau:

, ,

max( z dyn)

z st

F F

, 1

i

z st i

z st

w i F i W

,

1, 64

1

z RMS dyn

z st

F k

F

(1.12)

- An toàn động lực học

Tải trọng động ảnh hưởng đến mức độ bám đường của bánh xe do vậy nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền lực dọc khi tăng tốc và khi phanh, giữ ổn đinh quỹ đạo chuyển động Người ta định nghĩa hệ số tải trọng động cực tiểu kdyn,min để chỉ ra giảm khả năng truyền lực của bánh xe

F

 

0 k dyn,min  1

(1.13)

Kdyn,min = 0,5 giới hạn cảnh báo

Kdyn,min = 0 giới hạn can thiệp

h Tiêu chí về không gian bố trí hệ treo

Khả năng chọn độ võng động, độ võng tĩnh và vị trí đặt ụ hạn chế hành trình của hệ treo

khối lượng không được treo, hình 1.8

Hình 1.3 Sơ đồ đặc tính đàn hồi

C = tg : Độ cứng bộ phận đàn hồi HT treo

n dyn

f : Hành trình nén

t dyn

f : Hành trình trả

s : Không gian làm việc của hệ thống treo

1.2 Một số tiêu chuẩn về dao động ôtô

Để đánh giá ảnh hưởng của dao động lên con người, nhiều tiêu chuẩn đã được đặt ra:

1.2.1.Tiêu chuẩn ISO/DIS 2631

Tiêu chuẩn này đánh giá tính êm dịu chuyển động theo gia tốc thẳng đứng, đưa ra các giới hạn cho phép đối với các giá trị hiệu dụng của gia tốc thẳng đứng của thùng xe, trên thanh đo loga, người ta định nghĩa hiệu các mức cường độ hiệu dụng của gia tốc bởi biểu thức:

Hình 1.4 Các giới hạn của gia tốc thẳng đứng trong các khoảng thời gian tác

dụng cho phép theo và hệ trục tọa độ quy định trong ISO 2631

Trong đó:

hd

Z : Giá trị hiệu dụng của gia tốc, [m/s2], được xác định bằng công thức:

2 0

1 ( )

độ

Z

Lcủa gia tốc thùng xe với các tần số trung bình của giao động thùng xe,

đo trên giải tần 1/3 octava (tức hệ trục tọa độ chia theo thang logarit thập phân)

1.2.2 Tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam

Tiêu chuẩn TCVN 6964: xác định các phương pháp đánh giá rung động toàn thân liên quan đến sức khỏe và độ tiện nghi của con người, khả năng cảm nhận rung động, gây chóng mặt buồn nôn Cách đánh giá rung động theo chuẩn này bao gồm phép đo giá trị gia tốc trung bình bình phương (r.m.s) Trọng số gia tốc r.m.s tính bằng m/s2 cho dao động tịnh tiến và bằng rad/s2 cho dao động quay Gia tốc r.m.s được tính theo công thức sau :

1 2 2

0

1( )

T

a a t dt T

T : khoảng thời gian đo tính bằng giây

Giả thiết các phản hồi liên quan với năng lượng, hai giá trị rung động tiếp xúc hàng ngày khác nhau được coi là tương đương khi:

aw1 T11/2=aw2 T21/2 (1.18) Trong đó:

aw1 , aw2 : các giá trị gia tốc r.m.s theo tần số đối với lần tiếp xúc thứ nhất

và thứ hai

T1 , T2 : khoảng thời gian cho lần tiếp xúc thứ nhất và thứ hai

Khi tiếp xúc với rung động gồm hai hay nhiều khoảng tiếp xúc có cường

độ và thời gian khác nhau, độ lớn của rung động theo năng lượng tương đương ứng với tổng thời gian tiếp xúc có thể đánh giá theo công thức:

a : là độ lớn của rung động cho thời gian tiếp xúc Ti

Một số nghiên cứu chỉ ra rằng độ lớn của rung động tương đương khác có thể xác định theo công thức :

4 ,

wi i

w e

i

a T a

T : là khoảng thời gian tiếp xúc tính bằng giây

Đánh giá rung động dựa vào đồ thị sau: các đường gạch gạch chỉ các vùng cần chú ý với mục đích chỉ dẫn sức khỏe Đối với các tiếp xúc bên dưới vùng trên, ảnh hưởng đến sức khỏe không có minh chứng bằng tài liệu rõ ràng hoặc quan sát khách quan: trong vùng đó cần thận trọng với các tiềm ẩn về rủi ro sức khỏe và bên trên vùng đó, các rủi ro với sức khỏe có khả năng xảy ra Sự khuyến cáo này là cơ sở chính về sự tiếp xúc trong khoảng thời gian từ 4 h đến 8 h, được chỉ ra trong vùng gạch chéo ở hình dưới Với thời gian tiếp xúc ngắn hơn cần có những nghiên cứu thận trọng Các nghiên cứu khác nói lên

sự độc lập của thời gian qua mối tương quan sau :

aw1 T11/4=aw2 T21/4 (1.22) Chỉ dẫn đối với sức khỏe trong vùng này là các đường chấm chấm trên hình dưới:

Hình 1.5 Vùng chỉ dẫn sức khỏe của TCVN 6964

Bảng sự phản ứng của cơ thể đối với những mức rung động khác

nhau (TCVN 6964)

- Đối với con người: Người ta định nghĩa cường độ dao động KB là một

hàm của gia tốc bình phương trung bình, tần số dao động và thời gian tác

dụng được tính toán phụ thuộc vào phương tác dụng:

( , , )

KB  f z f t

Theo tiêu chuẩn ISO 2631:

- Cường độ dao động theo phương thẳng đứng Kz được xác định như sau:



với 8  f  80 Hz (1.25)

- Tiêu chuẩn ISO- 2631 đưa ra các ngưỡng Kz như sau:

Kz < 0,2 Không cảm nhận được dao động

Nhỏ hơn 0,315 m/s 2 Không có cảm giác, không thoải mái

Từ 0,315 đến 0,63 m/s 2 Có cảm giác chút ít về sự không thoải mái

Từ 0,5 đến 1 m/s 2 Có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái

Từ 0,8 đến 1,6 m/s 2 Không thoải mái

Từ 1,25 đến 2,5 m/s 2 Rất không thoải mái

Lớn hơn 2 m/s 2 Cực kỳ không thoải mái

Kz = 112 Cảm giác như bị chấn động không chịu được nhiều hơn 1 phút, gây ảnh hưởng sức khỏe

Hình 1.6 Sự phụ thuộc của gia tốc bình phương trung bình theo tần số

Hình 1.7 Quan hệ cường độ êm dịu với thời gian

Cảm giác rất mạnh Cảm nhận mạnh

ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ

Đồ thị 1.6 biểu thị quan hệ giữa gia tốc bình phương trung bình với tần số

và các ngưỡng độ êm dịu theo ISO-2631 Khi thời gian kéo dài giới hạn này

sẽ giảm dần, xem hình 1.7

- Đối với hàng hoá: Theo Hiệp hội đóng gói Đức BFSV, ngưỡng an toàn cho hàng hoá như sau:

amax= 0,3g giới hạn cảnh báo

amax= 0,5g giới hạn can thiệp (g – gia tốc trọng trường)

Định nghĩa giới hạn cảnh báo và can thiệp:

+ Giới hạn cảnh báo: Hệ thống treo của ô tô hoặc đường xá đã hỏng đến mức cần có kế hoạch sửa chữa

+ Giới hạn can thiệp: đường đã hỏng nặng, cần sửa chữa ngay

Theo thống kê, hiện nay độ êm dịu được đưa ra trong hình 1.8 cho từng loại xe

Hình 1.8 Phân bố độ êm dịu các loại xe

1.3 Mục đích và phương pháp nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu, tìm hiểu,xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống,sử dụng mô hình khảo sát các trạng thái làm việc của hệ thống treo trên xe KIA MORNING 2013, đánh giá được độ êm dịu chuyển động của xe trong các trường hợp điển hình Lấy các kết quả nghiên cứu làm cơ sở để thiết kế tính

toán, cải tiến các hệ thống khác trên ô tô như hệ thống cân bằng ổn định khi

xe chuyển động cũng như việc tính toán tải trọng thiết kế cho ô tô

Phương pháp nghiên cứu của luận văn là lập mô hình dao động bằng phương pháp tách cấu trúc của hệ nhiều vật và sử dụng phương trình Newton-Euler; mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng MatLab-Simulink nhằm xác định ảnh hưởng các thông số sử dụng đối với các chỉ tiêu về êm dịu, an toàn động lực học Với hệ thống treo, việc mô hình hóa và tiến hành mô phỏng là không đơn giản

Nội dung nghiên cứu:

- Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu;

- Chương 2: Xây dựng mô hình dao động ô tô;

- Chương 3: Kháo sát dao động ô tô Kia Morning 2013

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ 2.1 Kết cấu hệ dao động ô tô

2.1.1 Phần không được treo

Gồm có cầu - dầm cầu, hệ thống chuyển động (bánh xe), cơ cấu dẫn động lái… Trọng lượng của phần này không tác dụng lên hệ thống treo Có một số cơ phận của ôtô vừa được lắp lên phần được treo, vừa được lắp lên phần không được treo như: nhíp, giảm chấn, trục các đăng…Do đó một phần khối lượng của chúng được xem như thuộc phần được treo và nửa kia thuộc phần không được treo Khối lượng không được treo m1 là những cụm chi tiết

mà trọng lượng của chúng không tác động lên hệ thống treo mà chỉ tác động lên lốp và truyền xuống mặt đường Ta có thể xem phần không được treo là vật thể đồng nhất, cứng hoàn toàn có khối lượng m1 tập trung vào tâm bánh

xe

2.1.2 Phần được treo

Là bộ phận chủ yếu của ôtô, bao gồm khung, thùng, hệ thống động lực

và các cơ phận khác liên kết với nhau Toàn bộ khối lượng của các bộ phận này được đặt lên hệ thống đàn hồi và dẫn hướng, gọi là hệ thống treo Khối lượng được treo m2 gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng chúng tác động lên hệ thống treo như khung, thùng xe, hành khách, hàng hóa và một số các chi tiết khác….Trong hệ dao động tương đương, khối lượng được treo được xem là một vật thể đồng nhất, cứng hoàn toàn

Hệ số khối lượng là tỷ số giữa khối lượng được treo m2 và khối lượng không được treo m1 :

Ôtô du lịch: m = 6,5  7,5 Ôtô tải: m = 4  5

2.1.3 Các bộ phận của hệ thống treo

Hệ thống treo trên ôtô có nhiệm vụ nối phần được treo M và phần không được treo m một cách đàn hồi Nó cùng với lốp làm giảm những chấn động gây nên do những mấp mô của mặt đường khi xe chuyển động Hệ thống treo gồm những thành phần sau:

a Thành phần đàn hồi

Có nhiệm vụ đưa vùng tần số dao động bất kì của nền đường về vùng tần

số dao động phù hợp với con người (60 – 85 dao động/phút) Nối mềm giữa bánh xe và thân xe, giảm nhẹ tải trọng động tác động từ nền đường qua bánh

xe lên thân xe và người vận hành Tạo ra các đường đặc tính đàn hồi phù hợp với các chế độ hoạt động của xe

Bộ phận đàn hồi có thể gồm một hay một số phần tử đàn hồi và chúng có thể được chia thành loại phần tử đàn hồi bằng kim loại hay loại phần tử đàn hồi phi kim loại Phần tử đàn hồi kim loại thường là nhíp (dùng ở hệ thống treo phụ thuộc và độc lập), lò xo xoắn ốc và thanh xoắn (hệ thống treo độc lập) Phần tử đàn hồi phi kim loại, gồm có các loại đàn hồi bằng cao su, loại đàn hồi khí ép, loại thủy lực Lợi dụng ưu thế của từng loại người ta thường

sử dụng kết hợp gồm hai hay nhiều phần tử đàn hồi với nhau

Khi tính đến độ êm dịu chuyển động (các dao động) tần số dao động riêng cần thiết n phải có độ võng tĩnh hiệu dụng ft quyết định Quan hệ giữa ft

và n theo công thức tính tần số dao động riêng của hệ thống treo n

Hình 2.1 Quan hệ tần số dao động riêng phần được treo với độ võng tĩnh

Phần tử đàn hồi trong hệ thống treo được chế tạo có thể từ kim loại như

lò xo nhíp, lò xo trụ, thanh xoắn Hoặc có thể từ cao su, sử dụng khí nén, thủy lực,

n : tần số dao động riêng

f : độ võng tĩnh hiệu dụng

- Nhíp lá

Nhíp lá được sử dụng khá rộng rãi trên những xe yêu cầu tải trọng lớn, làm việc trong môi trường mấp mô mặt đường lớn Nhíp được làm từ các lá thép cong, gọi là nhíp, sắp xếp lại với nhau theo thứ tự từ ngắn đến dài Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác dụng lên nhíp tăng thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính Có hai loại nhíp đơn và nhíp kép

Nhíp đơn (hình 2.2):

Nhíp đơn bao gồm những lá nhíp có chiều dài khác nhau ghép lại, để tránh xê dịch giữa các lá nhíp người ta dùng bu lông giữa và 4 đai nhíp để cố định những lá nhíp

Hình 2.2: Nhíp đơn

1 Đinh tán; 2 Chốt nhíp; 3 Bu lông tai nhíp; 4 Lá nhíp số 1; 5 Lá nhíp số 2; 6 Sát xi; 7 Lá nhíp số 3; 8 Quang treo; 9 Bu lông quang nhíp; 10 Đệm cầu; 11 Ụ hạn chế; 12 Bu lông treo giảm chấn; 13 Giảm chấn; 14 Quang treo; 15 Bích che tai nhíp; 16 Đinh tán

Nhíp kép (hình 2.3):

Nhíp kép được chế tạo bằng cách ghép hai tấm nhíp có chiều dài khác nhau lại với nhau, trong suốt quá trình hoạt động lò xo nhíp bị nén lại và hấp thụ

dao động của mặt đường, lò xo nhíp có thể bị uốn cong và bị trượt trong quá trình hoạt động

Hình 2.3: Nhíp kép

1 Sát xi; 2 Giá đỡ nhíp bên trái; 3 Bu lông; 4 Nhíp chính lắp ghép; 5 Giá

đỡ nhíp phụ; 6 Quang nhíp chính; 7 Lá nhíp chính của nhíp phụ; 8 Lá nhíp thứ hai của nhíp chính; 9 Lá nhíp phụ số 5; 10 Lá nhíp phụ số 6; 11 Bu lông quang nhíp; 12 Vỏ cầu; 13 Bán trục; 14 Đệm vênh; 15 Tấm đệm nhíp; 16

Bu lông quang nhíp; 17 Quang nhíp phụ; 18 Đinh tán; 19 Giá đỡ nhíp chính bên phải; 20 Đinh tán; 21 Tai nhíp; 22 Bạc chốt nhíp; 23 Chốt nhíp;

24 Vú mỡ; 25 Bu lông giữ các nhíp phụ; 26 Bu lông giữ các nhíp chính; 27 Bạc của bu lông quang nhíp; 28 Vít

- Lò xo trụ

Lò xo trụ có đường kính vòng ngoài không đổi nên biết dạng của nó sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với các lực tác dụng

Lò xo trụ (hình 2.4) được sử dụng rộng rãi trên ô tô con và xe tải hạng nhẹ

Độ cứng của lò xo trụ được quyết định bởi chất liệu, đường kính và chiều dài của dây kim loại chế tạo lò xo Đường kính dây thép càng lớn thì độ cứng lò

xo càng cao ngược lại chiều dài dây càng lớn thì độ cứng lò xo càng thấp, tính đàn hồi của lò xo càng cao

Hình 2.4 Lò xo trụ

- Thanh xoắn

Thanh xoắn là một thanh thép lò xo có dạng thẳng hoặc chữ L Thanh xoắn là một thanh dài, một đầu được gắn thẳng với khung xe, một đầu được liên kết với bộ phận di chuyển của hệ thống treo Thanh xoắn phải được định

vị theo phương ngang, trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống treo thanh xoắn sẽ bị xoắn lại nhờ vào độ cứng chống xoắn của thép từ đó tạo ra khả năng đàn hồi cho xe

với thanh ngang đó Chính khí nén trong xi lanh cao su đã tạo ra khả năng đàn hồi của lò xo Nếu tải trọng của xe thay đổi một van điều chỉnh lượng khí trong xi lanh được mở để cung cấp hoặc xả bớt khí trong xi lanh

b Bộ phận giảm chấn

Nếu như một hệ thống treo chỉ có lò xo thì khi chịu tác động của mặt đường xe sẽ dao động lên xuống một thời gian trước khi bị dập tắt Khi bị tác động hệ thống treo cần một bộ phận làm triệt tiêu năng lượng được tích trữ trong lò xo một cách nhanh nhất Giảm chấn là một bộ phận dùng để triệt tiêu năng lượng tích trữ này từ đó ta có thể kiểm soát được dao động của thân xe Lực cản trong hệ thống treo trực tiếp ảnh hưởng đến việc dập tắt các dao động của vỏ cầu, các dao động này phát sinh khi ôtô chạy trên đường không bằng phẳng Lực cản chính là lực ma sát trong phần tử đàn hồi, như ma sát giữa các

lá nhíp, bạc lót, chốt nhíp, ma sát trong các khớp dẫn hướng, ma sát trong vật liệu của lốp và các chi tiết bằng cao su trong hệ thống treo

Để hệ thống treo vừa mềm lại vừa dập tắt nhanh dao động, cần giảm ma sát cơ đến tối thiểu, để cho giảm chấn thủy lực đóng vai trò chính trong việc dập tắt các dao động

c Bộ phận dẫn hướng

Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo có mục đích: xác định tính chất chuyển động của bánh xe đối với mặt tựa và vỏ xe, đồng thời góp phần vào việc truyền lực và mômen giữa bánh xe và vỏ xe

Lực phát sinh giữa bánh xe và mặt đường có thể gộp lại làm ba phản lực chính: lực thẳng đứng Z, lực dọc X và lực ngang Y Các mô men do các lực

X, Y, Z lần lượt là MX, MY, MZ có thể có giá trị khác nhau đối với bánh xe bên trái hoặc bánh xe bên phải Các chi tiết hệ thống treo truyền những phản lực và mômen lên khung xe

Đường mấp mô phát sinh lực động Z và mômen MX truyền lên thùng xe nhờ bộ phận đàn hồi Lực dọc X, lực ngang Y và các mômen MX, MZ truyền qua bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo

Trên các loại xe con hiện nay thanh ổn định hầu như đều có Trong trường hợp xe chạy trên làn đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực ly tâm phản lực thẳng đứng của hai bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt đường Thanh ổn định có tác dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu nhiều sang bên cầu chịu ít tải hơn Cấu tạo chung của nó

có dạng chữ U, một phần chữ U được nối vào phần không được treo, còn đầu kia được nối vào phần thân (vỏ) xe, các đầu nối này dùng ổ đỡ bằng cao su

Hình 2.6: Thanh ổn định ngang

Thanh ổn định (hình 2.6) dùng để liên kết giữa các bánh xe trên cùng một cầu, nó được bố trí trên mặt phẳng ngang thân xe nhằm tăng khả năng ổn định ngang của xe Khi xe quay vòng nó nghiêng ra ngoài do lực ly tâm Thanh ổn định điều khiển việc này bằng lực xoắn của lò xo và giữ cho lốp bám xuống mặt đường Thanh ổn định cũng hoạt động khi lốp xe ở một bên chạy qua những bề mặt có độ cao khác nhau Khi xe bị nghiêng và lốp xe bị chìm xuống một phía, thanh ổn 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

d Lốp

Là thành phần đàn hồi thực hiện việc nâng đỡ và truyền lực cho ôtô, đảm bảo cho bánh xe tiếp xúc tốt với mặt đường và làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng lên phần không được treo

Tính chất đàn hồi của lốp ôtô có ảnh hưởng quan trọng đến đặc tính chuyển động êm dịu của ôtô Lốp có thể đàn hồi theo phương hướng kính, phương ngang và phương tiếp tuyến Sự tổn thất do nội ma sát trong sẽ phát sinh nhiệt và nung nóng lốp xe khi chuyển động, làm ảnh hưởng xấu đến đặt tính đàn hồi Vì vậy cần tìm biện pháp giảm sự ma sát trong của lốp

2.2 Xây dựng mô hình dao động ô tô

2.2.1 Phân tích cấu trúc hệ dao động ô tô

Hình 2.7 Mô hình không gian hệ dao động ôtô