NGHIÊN cứu và CHẾ tạo THIẾT bị xác ĐỊNH hệ số cản GIẢM CHẤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP đo TRỰC TIẾP

NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CẢN GIẢM CHẤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO TRỰC TIẾP Tác giả Nguyễn Trịnh Nguyên, Nguyễn Văn Trà, Phan Minh Hiếu, Lê Quang Trí, Nguyễn Văn Tuấn Anh Ngày xuất bản 2017 Hội thảo KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ TOÀN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐỘNG LỰC 2017 Tập 1 Số phát hành ISBN: 978 – 604 – 73 – 5602 – 7 Trang 281-285 Nhà xuất bản ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGHIÊN CỨU VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH

HỆ SỐ CẢN GIẢM CHẤN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO TRỰC TIẾP

Nguyễn Trịnh Nguyên 1 , Nguyễn Văn Trà 2 , Phan Minh Hiếu 1

,

Lê Quang Trí 1 , Nguyễn Văn Tuấn Anh 1

1 Trường Đại học Nông Lâm Thành phố Hồ Chí Minh

2 Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội

TÓM TẮT:

Các nghiên cứu về dao động của ô tô không

ngừng tăng lên trong những năm gần đây, cho

thấy sự quan tâm không nhỏ của các nhà khoa

học trong các vấn đề nâng cao chất lượng độ êm

dịu và khả năng bám đường của ô tô Trong nước,

việc nghiên cứu dao động của ô tô phần lớn đều

được thực hiện dưới dạng nghiên cứu lý thuyết kết

hợp với thử nhiệm mô phỏng Các thông số kết

cấu của các phần tử trong hệ thống treo như: độ cứng của phần tử đàn hồi, hệ số cản của giảm chấn được tham khảo từ các tài liệu hoặc xác định bằng phương pháp lý thuyết Bài báo này trình bày một phương pháp xác định hệ số cản của giảm chấn trực tiếp, bằng mô hình và thiết bị này sẽ cho ra các kết quả sát với thực tế hơn

Từ khóa: hệ thống treo ô tô, hệ số cản giảm chấn, thí nghiệm hệ thống treo ô tô

1 GIỚI THIỆU

Như đã trình bày sơ lược trong phần tóm tắt,

nội dung nghiên cứu của bài báo, các nghiên cứu

về hệ thống treo trên cơ sở lý thuyết hầu hết sử

dụng các thông số kết cấu của hệ thống như

những giá trị cố định, chưa có nghiên cứu cụ thể

xác định rõ các giá trị thực để làm dữ kiện đầu

vào cho các bài toán lý thuyết Do vậy, việc thiết

kế các hệ điều khiển cho hệ thống treo hiện đại

còn nhiều khoảng cách so giữa các mô phỏng lý

thuyết và thực nghiệm các hệ điều khiển trên hệ

thống thực

Các thông số kết cấu dùng trong lý thuyết hiện

nay phần lớn được xác định thông qua các tài liệu

tham khảo hoặc được xác định bằng thực nghiệm

thông qua các phép đo gián tiếp Trong các

phương pháp này, giá trị của các thông số kết cấu

hầu hết là các hằng số Trên thực tế cho thấy các

thông số này thay đổi theo các điều kiện đầu vào

khác cho hệ thống treo như tải trọng, điều kiện

làm việc,…

Trong nội dung nghiên cứu của bài báo này,

nhóm tác giả tiến hành xác định các phương pháp

đo hiện có, nghiên cứu và chế tạo bộ thiết bị đo

mới có khả năng đo trực tiếp các giá trị và đánh

giá các yếu tố của nó, từ đó có thể giúp xác định

chính xác hệ số cản giảm chấn

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 PHƯƠNG PHÁP ĐO GIÁN TIẾP

Trong các phương pháp đo gián tiếp nhằm xác định hệ số cản giảm chấn của một hệ dao động, người ta thường xác định chúng trên một công thức tổng quát, trong nghiên cứu này, nhóm tác giả tiến hành thực nghiệm và đo lường trên mô hình hệ thống treo ¼ xe thực [1]

Hình 1 Mô hình thí nghiệm hệ thống treo theo

mô hình ¼ xe

Mô hình thực nghiệm được thiết kế theo mô hình lý thuyết ¼ xe [2]

Hình 2: Mô hình lý thuyết ¼ xe

Trên thiết bị thí nghiệm, việc tạo xung kích

thích cho hệ dao động được tiến hành bằng

phương pháp cho hệ rơi tự do, khoảng cách rơi

tương ứng được thay đổi theo từng bước 3 cm,

tải trọng cũng được thay đổi với từng bước tương

ứng 10 kg

2.2 CƠ SỞ XÂY DỰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO

TRỰC TIẾP

Phương pháp đo trực tiếp được nhóm tác giả

sử dụng căn cứ theo phương pháp phân tích thứ

nguyên của đại lượng cần đo Đại lượng cần đo ở

đây là hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo với

đơn vị N.s/m

Để xác định được hệ số cản giảm chấn với ba

thông số vật lý là trọng lượng, biến dạng dài, và

thời gian, nhóm tác giả cố định một đại lượng vật

lý cho tất cả các phép đo và khảo sát hai đại

lượng vật lý còn lại [3][4]

Cụ thể trong nghiên cứu này, đại lượng biến

dạng dài của giảm chấn khi làm việc được thay

đổi để đánh giá sự ảnh hưởng của hành trình làm

việc của giảm chấn, khối lượng thêm vào cũng

được dùng để ghi nhận các kết quả giúp đánh giá

sự ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn qua tải

trọng Kết quả đo cuối cùng được phân tích thành

giá trị thứ nguyên của hệ số cản giảm chấn thông

qua ba đại lượng vật lý như trong hình:

Hình 3: Phân tích kết quả thí nghiệm

3 CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO

Thiết bị thu thập số liệu được thiết kế dựa trên nền thiết kế chip PSoC Các tài nguyên trên chíp được cấu hình cho phép đọc vào một bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số dùng để đọc giá trị của cảm biến vị trí tuyến tính

Cảm biến vị trí tuyến tính giúp ghi nhận sự thay đổi chiều dài làm việc của giảm chấn trong cả hai trường hợp giảm chấn nén và giảm chấn trả Tín hiệu này được truyền về máy tính bằng cổng USB thông qua mạch chuyển đổi chuẩn giao tiếp UART và USB Quá trình đo và thu thập số liệu được khái quát theo sơ đồ khối sau:[5]

Hình 4 Sơ đồ khối quá trình đo và thu thập

số liệu

Hình 5 Mạch thu thập số liệu dùng cho thiết bị

Chuyển đổi tượng tự - số (ADC) Cảm biến vị trí tuyến tính

Vi xử lý PsoC4(ARM Cortex-M0) Chuyển đổi UART-USB

Mạch thu thập số liệu

Biểu đồ quan

Máy tính Phần mềm thu thập số liệu

m

C1

C2

M

K2

K1

z1

z0

z2

Khoảng biến dạng Thời gian

biến dạng

Điểm bắt đầu và kết thúc đo

Thí nghiệm với một tải trọng nhất định

Cảm biến vị trí tuyến tính giúp xác định khoảng

làm việc của giảm trấn, có các thông số như sau:

- Hành trình 400 mm

- Khoảng điện áp 0 VDC đến 5 VDC

- Điện trở 5 k

- Sai số ±0.05%

Hình 6 Cảm biến vị trí tuyến tính KTC-400

Trên môi trường máy tính, để thu thập, hiển thị

và lưu dữ kết quả đo từ những tín hiệu gửi về máy

tính qua mạch thu thập số liệu Nhóm tác giả xây

dựng ứng dụng đo lường trên máy tính dựa vào

nền tảng LabVIEW Quá trình đọc và xử lý tín hiệu

trên LabVIEW như sau:[6][7]

Hình 7: Màn hình làm việc của thiết bị đo

Hình 8: Màn hình làm việc của phần mềm phân

tích dữ liệu

Hình 9: Hình ảnh thiết bị thực tế khi thực hiện

thí nghiệm Đối tượng thí nghiệm là giảm chấn xe Toyota Vios 2005 đã được tháo rời phần tử đàn hồi

4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ

Kết quả của quá trình đo và xác định hệ số cản giảm chấn giúp hiểu rõ hơn về các ảnh hưởng của các điều kiện làm việc đến hệ số cản giảm chấn Sự ảnh hưởng của hành trình làm việc đến giá trị của giảm chấn được thể hiện qua hai biểu đồ:

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

5000

Khoi luong 70 Kg

Khoi luong 90 Kg Khoi luong 100 Kg

Khoi luong 120 Kg

Khoi luong 140 Kg

Khoi luong 160 Kg

Hanh trinh lam viec (mm)

Hình 10: Sự ảnh hưởng của hành trình làm việc

đến hệ số cản giảm chấn khi nén

1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 4400

Khoi luong 30 kg

Khoi luong 50 kg

Khoi luong 70 kg

Khoi luong 90 kg Khoi luong 100 kg

Khoi luong 120 kg

Hanh trinh lam viec (cm)

Hình 11: Sự ảnh hưởng của hành trình làm việc đến hệ số cản giảm chấn khi trả

Ảnh hưởng của tải trọng tác dụng đến hệ số

cản giảm chấn ở quá trình giảm chấn nén và trả

được thể hiện bằng hai biểu đồ sau:

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500 K giam chan dich chuyen 3cm

K giam chan dich chuyen 9cm

K giam chan dich chuyen 12cm

Khoi luong (Kg)

Hình

giảm chấn khi nén

1000

2000

3000

4000

hanh trinh 3cm

hanh trinh 9cm

hanh trinh 12cm

Khoi luong (Kg)

Hình 13: Sự ảnh hưởng của tải trọng đến hệ số

cản giảm chấn khi trả Biểu đồ ở Hình 14 và 15 biểu thị trạng thái làm

việc của giảm chấn khi nén với hành trình 6 cm và

khi trả với hành trình 9 cm

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Khoi luong thi nghiem 30kg

Khoi luong thi nghiem 70kg

Khoi luong thi nghiem 110kg

Thoi gian (ms)

Hình 14: Giảm chấn làm việc khi nén với hành

trình 6 cm

Khoi luong thi nghiem 70kg

Khoi luong thi nghiem 110kg

Khoi luong thi nghiem 150kg

Thoi gian (ms)

Hình 15: Giảm chấn làm việc khi trả với hành

trình 9 cm

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 11000 12000

Khoi luong (kg)

Ktra3cm Ktra12cm Knen3cm Knen12cm

200 250

Hình 16: Xác định hệ số cản giảm chấn bằng các

đồ thị kết quả

Để chọn đúng hệ số cản giảm chấn chung cho

cả hệ số cản giảm chấn nén và trả cần xác định khoảng tải trọng làm việc Trong nghiên cứu này, tải trọng cho mô hình ¼ xe là [200:250] kg, bằng

đồ thị ta xác định được hệ số cản giảm chấn K=5756 N.s/m

5 KẾT LUẬN

Các kết quả đo lường và quá trình thí nghiệm với nhiều điều kiện khác nhau cho thấy hành trình làm việc của giảm chấn và tải trọng tác dụng tỉ lệ thuận với hệ số cản giảm chấn Hệ số cản giảm chấn khi trả lớn hơn hệ số cản giảm chấn khi nén Khi hồi quy đơn biến đối với hệ số cản giảm chấn theo sự ảnh hưởng của tải trọng tác dụng cho thấy hành trình làm việc của giảm chấn có liên quan đến hệ số góc của các đường quan hệ giữa

hệ số cản giảm chấn và tải trọng tác dụng Kết quả của nghiên cứu giúp xác định chính xác hơn

hệ số cản giảm chấn cho các mô phỏng tính toán,

và là dữ kiện quan trọng đầu vào khi thiết kế hệ thống treo có điều khiển khi cần biết chính xác hệ

số cản của trường hợp nén và trả Đồng thời xác

định được quan hệ toán học của hệ số cản giảm

chấn với các thông số vật lý khác thay đổi theo

điều kiện làm việc Kết quả này còn giúp dự đoán

hệ số cản giảm chấn khi được sử dụng trong các

phương pháp điều khiển hiện đại

Nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo thành công

một thiết bị giúp xác định và phân tích hệ số cản giảm chấn, sản phẩm có ý nghĩa quan trọng phục

vụ các nghiên cứu sâu về hệ thống treo và cũng là thiết bị tăng tính trực quan trong giảng dạy về hệ thống treo hiện nay

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyen, Nguyen Trinh, Nguyen Văn Tra, and

Do Van Dung "Nghiên cứu và chế tạo mô

hình hệ thống treo ¼ xe phục vụ cho nghiên

cứu và thử nghiệm" Proceedings Of The

National Science And Technology Conference

(Nscmet 2016) Vol 3 No ISBN:

978-604-95-0042-8 Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội,

2016

[2] Vũ Đức Lập "Dao động ô tô" Nhà xuất bản

Quân đội Nhân dân Hà Nội, 2011 Trang 85

measurement of damping coefficients using

an inverse eigenvalue method No

WARFARE CENTER NEWPORT DIV NEW

DETACHMENT, 1992

Patent No 5,410,906 2 May 1995

[5] Thắng, Cao Diệp, et al "Lập trình C và hệ

thống nhúng" Lập trình C và hệ thống

nhúng (2016): 175.

programming Tata McGraw-Hill Education,

1997

for everyone: graphical programming made

RESEARCH AND MANUFACTURE EQUIPMENT FOR DETERMINATION DAMPING COEFFICIENT BY DIRECT

METHOD OF MEASURING

ABSTRACT:

Automobile oscillation studies have been

steadily increasing in recent years, these

things show great interest of scientists in

matters of improving the quality of smooth

and safe motion In the country, automotive

oscillation studies have been done by

theoretical research combined with

simulation experiment In previous studies,

structural parameters of the elements in the suspension system such as spring stiffness and value of damping eferenced from scientific documents or determined by theoretical method This article presents a method of directly determine the damping value, by model and equipment, this method gives more realistic results

Keywords: automotive suspension, determine the damping value, experiment automotive

suspension