Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống treo đến dao động của xe đua fsae

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊNTRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---NGUYỄN KIỀU HƯNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG CỦA XE ĐUA FSAE Chuyên ngành : Kỹ thu

Trang 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-NGUYỄN KIỀU HƯNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU

HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG CỦA XE ĐUA FSAE

Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí động lực

Mã số : 8520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÁI NGUYÊN - 2018

Trang 2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-NGUYỄN KIỀU HƯNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU

HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG CỦA XE ĐUA FSAE

Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí động lực

Mã số : 8520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KHOA CHUYÊN MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PGS.TS LÊ VĂN QUỲNH TS NGUYỄN KHẮC TUÂN

THÁI NGUYÊN - 2018

Trang 3

i

Trang 4

Họ và tên: Nguyễn Kiều Hưng

LỜI CAM ĐOAN

Học viên: Lớp Cao học K18 - Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên

Nơi công tác:

Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết

cấu hệ thống treo đến dao động xe đua FSAE

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực

Mã số: 8520116

Đây là công trình nghiên cứu của tôi với sự hướng dẫn của thầy giáo

TS Nguyễn Khắc Tuân Trong quá trình làm luận văn tôi có sử dụng tài liệutham khảo là một số đề tài nghiên cứu, một số tiêu chuẩn ISO, têu chuẩnViệt Nam và kế thừa một số kết quả nghiên cứu của các đề tài đã được ứngdụng để làm cơ sở cho luận văn

Tôi cam đoan các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực, chưatừng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2018

Tác giả

Nguyễn Kiều Hưng

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian học tập, nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sỹ, tôi đãnhận được sự truyền đạt, trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quýthầy cô trong Nhà trường, Khoa Kỹ thuật Ô tô & Máy động lực Trường Đạihọc Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên và các đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám hiệu nhà trường, Tổ đào tạosau đại học - Phòng Đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tìnhhướng dẫn tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Khắc Tuân vàtập thể cán bộ giáo viên Khoa Kỹ thuật Ô tô & Máy động lực đã hướng dẫncho tôi hoàn thành luận văn

Trong quá trình thực hiện, mặc dù đã có nhiều cố gắng song do kiếnthức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên luận văn còn nhiều thiếusót, rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp đểluận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả

Nguyễn Kiều Hưng

Trang 6

MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG

LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM

ƠN ii DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN vi DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN vii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN xii PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU 2

5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 4

1.1 Giới thiệu về xe F-SAE (Formula Student) 4

1.2 Giới thiệu về hệ thống treo xe đua sinh viên 5

1.2.1 Phân tích đặc điểm cấu tạo của hệ thống treo xe đua sinh 5

viên 1.2.2 Một số sơ đồ hệ thống treo thực tế 7

1.3 Tổng quan các nghiên cứu dao động xe đua sinh viên FSAE 10

1.3.1 Trong nước 10

1.3.2 Trên thế giới 11

1.4 Các tiêu chuẩn đánh giá sự êm dịu chuyển động của ô tô 13

1.4.1 Tần số dao động 14

1.4.2 Gia tốc và vận tốc dao động 14

1.4.3 Công suất dao động 15

1.4.4 Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động 16

1.4.5 Chỉ tiêu đánh giá tải trọng động bánh xe 17

Trang 7

1.4.6 Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với môi trường 17

1.4.7 Chỉ tiêu về độ bền chi tiết 18

1.4.8 Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo 18

1.4.9 Chỉ tiêu về độ bám của bánh xe với mặt đường 19

1.4.10 Cường độ dao động 19

1.5 Kết luận chương 1 19

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DAO 21

ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG Ô TÔ 21

2.1.1 Phương pháp thực nghiệm 21

2.1.2 Phương pháp mô phỏng nghiên cứu dao động ô tô 25

2.2 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG NGHIÊN 32

CỨU DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN 2.2.1 Mô hình dao động ¼ xe 33

2.2.2 Mô phỏng dao động của hệ thống khi sử dụng phần mềm 34

Matlab/Simulink 2.2.3 Mô phỏng bằng phần mềm Adams 35

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 41

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG 42

SỐ KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN 3.1 THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE ĐUA FSAE BẰNG PHẦN MỀM 42

ADAMS 3.2 THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ, CHẠY MÔ HÌNH VÀ 43

XUẤT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRONG ADAMS 3.3 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT 46

CẤU HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG XE ĐUA FSAE 3.3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ chuyển động đến dao 46

Trang 8

động của xe

3.3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống 51

treo đến dao động của xe đua sinh viên FSAE 3.4 Kết luận chương 3 62

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ 67

PHỤ LỤC 68

Trang 9

DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN TÊN BẢNG BIỂU TRANG Bảng 1.1 Một số hệ thống treo trên xe FSAE 12

Bảng 1.2 Mối liên hệ giữa tần số dao động với gia tốc và vận 15

tốc dao động

Bảng 1.3 Đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo tiêu chuẩn 16

ISO 2631-1

Bảng 3.1 Thông số xe đua sinh viên FSAE do trường Đại học 46

Kỹ Thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên chế tạo

Bảng 3.2 Gia tốc theo phương thẳng đứng khi Ct = Cc và thay 54đổi K

Bảng 3.3 Gia tốc theo phương thẳng đứng khi Kt = Kc và thay 55đổi C

Bảng 3.4 Gia tốc theo phương thẳng đứng khi V = 90 km/h; 58

thay đổi K và C

Trang 10

DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN TÊN HÌNH VẼ TRANG Hình 1.1.

Phần tử dẫn hướng của hệ thống treo 6

Hình 1.2 Cấu tạo một bên của hệ thống treo của xe đua FSAE 7

Hình 1.3 Cấu tạo của đòn ngang dạng chữ A 7

Hình 1.4 Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau 8

ngang theo xe Hình 1.5 Hai giảm chấn trước song song khung hai bên xe, hai 8

giảm chấn sau dọc theo xe Hình 1.6 Một giảm chấn trước ngang xe, một giảm chấn sau dọc 8

xe Hình 1.7 Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau đặt 9

thằng đứng Hình 1.8 Hai giảm chấn trước hợp thành hình chữ V, hai giảm 9

chấn sau dọc theo xe Hình 1.9 Giảm giảm chấn trước và hai giảm chấn sau đặt thẳng 9

đứng Hình 1.10 Xe FSAE trường Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái 10

Nguyên chế tạo Hình 1.11 Sơ đồ liên hệ của hệ thống Người - Xe - Đường 13

Hình 2.1 Bệ thử dao động ô tô loại băng chuyển động 22

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý bệ thử dao động ô tô kiểu thủy lực 23

điện từ Hình 2.3 Các đường cong dao động của ô tô được ghi trên bệ 23

thử Hình 2.4 Thí nghiệm xác định độ lắc ngang của ô tô 24

Trang 11

Hình 2.5 Sơ đồ các phương pháp mô phỏng 26

Hình 2.6 Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương 27

trình vi phân Hình 2.7 Mô phỏng dao động ô tô trên phần mềm Universal 29

Machenie Hình 2.8 Mô phỏng hệ thống treo bằng phần mềm Adams 30

Hình 2.9 Hai giảm chấn thẳng đứng, với hai đòn chữ A 31

Hình 2.10 Hai giảm chấn đặt ngang, với hai đòn chữ A 31

Hình 2.11 Hai giảm chấn đặt thẳng trên hai đòn chữ A 31

Hình 2.12 Mô hình dao động ¼ xe 33

Hình 2.13 Lực tác dụng lên khối lượng được treo và không được 34

treo Hình 2.14 Cấu trúc Simulink nghiên cứu dao động mô hình ¼ xe 35

Hình 2.15 Mô hình ¼ hệ thống treo theo Adams 37

Hình 2.16 Màn hình mô phỏng và in kết quả trong Adams 38

Hình 2.17 Gia tốc theo phương thẳng đứng của khối lượng được 39

treo Hình 2.18 Gia tốc theo phương Z của khối lượng không được 40

treo Hình 3.1 Mô hình hệ thống treo trước 42

Hình 3.2 Mô hình hệ thống treo sau 43

Hình 3.3 Mô hình toàn xe 43

Hình 3.4 Đồ thị khi thay đổi thông số của hệ số cản 44

Trang 12

Hình 3.5 Đồ thị thay đổi thông số của lò xo 44

Hình 3.6 Gia tốc dài của khung theo phương X 45

Hình 3.7 Gia tốc dài của khung theo phương Y 45

Hình 3.8 Gia tốc dài của khung theo phương Z 45

Hình 3.9 Gia tốc bình phương trung bình của khung theo 47

phương Z khi K = 200000 N/m Hình 3.10 Gia tốc bình phương trung bình của khung theo 47

phương Z khi C = 10000 N.s/m Hình 3.15 Gia tốc bình phương trung bình của khung theo 50

phương Z khi C = 2500 N.s/m Hình 3.18 Gia tốc theo phương Z khi C t = C c ; K t = 0,25K c 52

Hình 3.19 Gia tốc theo phương Z khi C t = C c ; K t = 0,5K c 52

Trang 13

Hình 3.20 Gia tốc theo phương Z khi C t = C c ; K t = 1,5K c 53

Hình 3.21 Gia tốc theo phương Z khi C t = C c ; K t = 2K c 53

Hình 3.22 Gia tốc khung xe theo phương Z khi thay đổi K và giữ 54

nguyên C Hình 3.23 Gia tốc theo phương Z khi K t = K c ; C t = 02,5C c 55

Hình 3.24 Gia tốc theo phương Z khi K t = K c ; C t = 0,5C c 55

Hình 3.25 Gia tốc theo phương Z khi K t = K c ; C t = 1,5C c 55

Hình 3.26 Gia tốc theo phương Z khi K t = K c ; C t = 2C c 56

Hình 3.27 Gia tốc khung xe theo phương Z khi thay đổi C và giữ 57

nguyên K Hình 3.28 Gia tốc bình phương trung bình khung xe theo 58

phương Z khi thay đổi cả C và K với v = 90km/h Hình 3.29 Gia tốc bình phương trung bình khung xe theo 59

phương Z khi thay đổi cả C và K với v = 80km/h Hình 3.33 Vùng gia tốc khung xe theo phương Z khi thay đổi C 61

Hình 3.34 Vùng gia tốc khung xe theo phương Z khi thay đổi K 62

Trang 14

3 Độ cứng của phần tử đàn hồi hệ thống treo K 1 N/m

12 Chuyển vị thân xe theo phương thẳng đứng Z cm

13 Lực tác dụng từ mặt đường theo phương thẳng

Trang 15

PHẦN MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Xe đua sinh viên (Formula Student) hay còn gọi là Formula SAE làcuộc thi được tổ chức bởi hiệp hội kỹ sư ô tô SAE (Society of AutomotveEngineers) dành cho sinh viên các trường Đại học và Cao đẳng chuyên ngành

kỹ thuật trên toàn thế giới, được bắt đầu vào năm 1981 Tuy nhiên, ởViệt Nam đây vẫn được coi là sân chơi hoàn toàn mới mẻ Mặc dù vậy, cũng

đã có một số trường nghiên cứu và chế tạo thành công như Đại học Kỹ ThuậtCông Nghiệp – Đại học Thái Nguyên cho ra đời chiếc xe đua sinh viên thế hệthứ nhất Năm 2014, nhóm sinh viên Đại học Bách Khoa Hà Nội cũng cho rađời chiếc xe đua sinh viên và đã mang sang Nhật thi đấu Đó là niềm tự hàocủa không chỉ sinh viên mà còn của tất cả những ai theo ngành cơ khí độnglực ở Việt Nam

Vì lý do đó, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống treo đến dao động của xe đua FSAE” làm luận

văn thạc sĩ dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Nguyễn Khắc Tuân Trongluận văn này, tác giả sử dụng mô hình xe đua sinh viên của trường Đại học

Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên và một số công trình nghiêncứu trước đó để làm tư liệu Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng cácthông số kết cấu đến độ êm dịu chuyển động của xe đua sinh viên, từ đóchọn ra những thông số tối ưu cho hệ thống Luận văn dựa trên tiêu chuẩn

về gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động (theo têuchuẩn ISO

2631-1 (1997-E)) Kết quả của luận văn đã đưa ra được bộ thông số thiết

kế tối ưu cho hệ thống treo xe FSAE nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển độngcủa xe

2 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Mục

đích nghiên cứu:

Trang 16

Xây dựng được mô hình cho phép mô phỏng hoạt động, nghiên cứuảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống treo nhằm nâng cao tính êmdịu chuyển động của xe đua sinh viên FSAE

Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu trong luận văn là hệ thống treo xe đua sinh viên

do nhóm tác giả Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học TháiNguyên thiết kế và chế tạo

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu thông qua phương pháp mô hình hóa hệ thống và

mô phỏng số bằng phần mềm chuyên dụng

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU

Ý nghĩa khoa học của nghiên cứu:

- Việc nghiên cứu thông qua mô hình hóa và mô phỏng hệ thống treocho phép nghiên cứu một cách chi tiết ảnh hưởng của nhiều yếu tố khácnhau đến động học và động lực học của ô tô mà không cần đến mô hìnhthực;

- Phương pháp nghiên cứu trong luận văn cho phép áp dụng nghiêncứu cho các hệ thống treo trên các loại ô tô khác nhau;

- Sử dụng phương pháp nghiên cứu có thể giúp lựa chọn đượccác thông số kết cấu hợp lý, làm cơ sở định hướng khoa học cho giai đoạnthiết kế ban đầu

Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu:

Luận văn cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệthống treo đến độ êm dịu chuyển động của xe, từ đó xác định đượcvùng thông số kết cấu tối ưu của các chi tiết trong hệ thống treo trên ô tô.Đây có thể là một tài liệu tham khảo cho việc tính toán, thiết kế chế tạo hệthống treo trên các ô tô khác nhau Nếu được áp dụng trong thực tế nó sẽgóp phần giảm chi phí, tiết kiệm thời gian và giảm giá thành sản phẩm dogiảm được thời

Trang 17

gian nghiên cứu thực nghiệm Do vậy, đề tài có ý nghĩa thực tiễn lớn nhất

là trong sự phát triển của xe đua sinh viên FSAE

5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN

Luận văn nghiên cứu các nội dung sau:

Chương I TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG

TREO XE ĐUA SINH VIÊN

+ Giới thiệu về xe F-SAE (Formula Student);

+ Giới thiệu về hệ thống treo xe đua sinh viên;

+ Tổng quan về các nghiên cứu;

+ Các tiêu chuẩn đánh giá;

+ Kết luận chương1

Chương II PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG TRONG NGHIÊN CỨU

DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN

+ Vấn đề mô phỏng trong kỹ thuật;

Trang 18

CHƯƠNG I.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

Mục đích chương này là nghiên cứu tổng quan về xe đua và hệ thống treo xe đua sinh viên FSAE; phân tích các nghiên cứu có liên quan đến dao động xe đua sinh viên FSAE; tìm hiểu các tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô nói chung từ đó đề xuất nội dung nghiên cứu của đề tài.

1.1 Giới thiệu về xe F-SAE (Formula Student)

Xe đua sinh viên (Formula Student) là chiếc xe có thể đạt tốc độ lênđến 100 km/h, có nghĩa bằng khoảng 1/3 tốc độ tối đa của một chiếc xe F1ngoài trường đua

Mỗi bộ phận, hệ thống trên xe được quy định rõ ràng trong bộ luật doban tổ chức đưa ra 21 Trong đó, một số tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng

để một chiếc xe đua sinh viên được phép tham gia vào cuộc thi như sau:

+ Hình dạng xe:

- Xe phải có bốn bánh và khoang lái hở (giống xe đua công thức 1);

- Chiều dài cơ sở của xe phải không nhỏ hơn 1525 mm;

- Vết bánh trước hoặc bánh sau không nhỏ hơn 75% của vết bánh lớn

Trang 19

+ Hệ thống treo:

- Mỗi chiếc xe đua sinh viên được tùy chọn sử dụng hệ thống treo.Nhưng để đảm bảo tối ưu về độ êm dịu và ổn định hướng chuyển động,các đội đua thường sử dụng hệ thống treo độc lập Mac Pherson hoặc hệthống treo xương đòn kép (Double – Wishbone Suspension);

Trang 20

- Xe phải được trang bị hệ thống treo đầy đủ với giảm chấn trước

và sau, bánh xe dịch chuyển một khoảng ít nhất là 50,8 mm với 25,4 mm khinén và 25,4 mm khi trả;

- Kích thước lốp không nhỏ hơn 203,2 mm;

- Xe sử dụng lốp khô, nếu lốp ướt thì talong lốp (hoa lốp) phải lớn hơn2,4 mm

- Hệ thống phanh phải có hai đường dầu độc lập;

- Đèn phanh tối thiểu là 15 W

1.2 Giới thiệu về hệ thống treo xe đua sinh viên

1.2.1 Phân tích đặc điểm cấu tạo của hệ thống treo xe đua sinh viên

Để đảm bảo tối ưu về độ êm dịu và ổn định hướng chuyển động, các xeđua sinh viên thường sử dụng hệ thống treo độc lập Mac Pherson hoặc hệ

Trang 21

thống treo xương đòn kép (Double – Wishbone Suspension) Mỗi hệthống treo phía trước và phía sau đều được bố trí hai càng chữ A Hệ thốngtreo loại này còn được gọi là hệ thống treo độc lập trên hai đòn ngang.

Hình 1.1 Phần tử dẫn hướng của hệ thống treo

1- Bánh xe; 2- Đòn trên; 3- Khớp trụ trên; 4- Khớp cầu trên; 5- Khớp

cầu dưới; 6- Khớp trụ dưới

Hình 1.1 mô tả hệ treo độc lập trên hai đòn ngang, bao gồm một đòn

ngang trên, một đòn ngang dưới có các đầu trong liên kết với khung, vỏ xebằng khớp trụ, các đầu ngoài liên kết bằng khớp cầu với đò n đứng.Đòn đứng nối cứng với trục bánh xe Đòn đứng có chức năng như trụđứng trong hệ thống treo phụ thuộc Bánh xe có thể quay quanh đườngnối tâm của hai khớp cầu Hai bên bánh xe đều dùng hệ treo này vàđược đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa xe

Khớp cầu: Ràng buộc chuyển vị tương đối tại một điểm Như vậy khớp cầu hạn chế 3 bậc tự do tịnh tiến, còn lại 3 bậc tự do quay

Khớp trụ: Ràng buộc 5 bậc tự do, chỉ cho phép phần tử tịnh tiến dọc

Trang 22

Hình 1.2 Cấu tạo một bên của hệ thống treo của xe đua FSAE [24]

Các đòn chữ A được cấu tạo tương đơn đối đơn giản, gồm hai ốngthép hợp kim hàn lại với nhau tạo ra một góc khoảng 450, đầu trong liên kếtvới khung hay vỏ xe bằng khớp trụ còn các đầu ngoài liên kết bằng khớpcầu với đòn đứng

Hình 1.3 Cấu tạo của đòn ngang dạng chữ A [25]

1.2.2 Một số sơ đồ hệ thống treo thực tế

Có rất nhiều cách bố trí hệ thống treo trên xe đua sinh viên tùy thuộcvào cách đặt bộ phận giảm chấn Sau đây tác giả sẽ giới thiệu một số hệthống treo được ưa chuộng cho một chiếc xe FSAE [6,11,24,25]

Trang 23

Hình 1.4 Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau ngang theo xe

Hình 1.5 Hai giảm chấn trước song song khung hai bên xe, hai giảm chấn

sau dọc theo xe

Hình 1.6 Một giảm chấn trước ngang xe, một giảm chấn sau dọc xe

Trang 24

Hình 1.7 Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau đặt thằng đứng

Hình 1.8 Hai giảm chấn trước hợp thành hình chữ V, hai giảm chấn sau dọc

theo xe

Hình 1.9 Giảm giảm chấn trước và hai giảm chấn sau đặt thẳng đứng

Trang 25

Hình 1.10 Xe FSAE trường Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên chế tạo [4] 1.3 Tổng quan các nghiên cứu dao động xe đua sinh viên FSAE

Đã có rất nhiều nghiên về dao động xe đua sinh viên ở trong và ngoàinước nhằm lựa chọn ra các thông số tối ưu cho hệ thống treo trên ô tô Dướiđây, tác giả giới thiệu một số công trình nghiên cứu dao động điển hình

1.3.3 Trong nước

Xe đua sinh viên là một lĩnh vực rất mới mẻ với sinh viên Việt Nam.Tuy nhiên, đã có một số công trình nghiên cứu về dao động ô tô sinh viên nhưsau:

- Công trình “Giải mã công nghệ thiết kế, chế tạo xe đua sinh viên

F-SAE” [4] Tác giả TS Nguyễn Khắc Tuân, đề tài cấp cơ sở, Đại học Kỹ Thuật

Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên, 2013 Trong công trình này, tác giả đãxây dựng được mô hình dao động không gian xe đua sinh viên, từ đó thiết kếnên chiếc xe đua FSAE Tác giả đã dùng chỉ tiêu gia tốc bình phương trungbình để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe đua sinh viên này và cho

ra kết quả đáp ứng được yêu cầu đề ra

- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống treo cho xe Formula Student

Trang 26

Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên chế tạo năm 2013 Tác giả đã

sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng hệ thống treo và chỉ têu về gia tốcbình phương trung bình theo thời gian để đánh giá độ êm dịu chuyểnđộng của xe Qua đó, tác giả đã lựa chọn được bộ thông số kết cấu tối ưucho hệ thống treo xe đua sinh viên FSAE

- Nghiên cứu dao động ô tô bằng phần mềm Adams, Vũ Khắc Trai,

2011 [5] Luận văn Thạc sỹ, Trường Học viện Kỹ thuật Quân sự Trong côngtrình này, tác giả nghiên cứu dao động của ô tô bằng phương pháp hệnhiều vật và mô hình hóa hệ dao động số Đồng thời tác giả có giới thiệu sơlược về phần mềm Adam car và dùng mô hình hệ thống treo có sẵn trongthư viện để khảo sát dao động của ô tô

- Thiết kế, chế tạo xe đua sinh viên thuộc nhóm sinh viên đại học BáchKhoa Hà nội Nhóm tác giả đã cho ra đời một chiếc xe đua hoàn chỉnh và đãmang sang Nhật thi đấu năm 2014 với mã số 86 Đây là chiếc xe đua sinhviên đầu tiên của Việt Nam tham gia thi đấu trên trường quốc tế

1.3.4 Trên thế giới

Xe đua sinh viên là lĩnh vực được các nhà nghiên cứu ô tô trên thế giớirất quan tâm Hàng năm, có những cuộc thi được tổ chức để tạo điều kiệncho sinh viên trên toàn thế giới tham gia thi tài Từ đó, những chiếc xe mangthương hiệu sinh viên được ra đời Dưới đây là một số nghiên cứu vềdao động xe đua sinh viên trên thế giới:

- Race Car Vehicle Dynamics [16], Milliken; William F & Milliken;

Douglas L (1995), SAE Inc, USA Cuốn sách này đặt ra những quy định kỹ củachiếc xe đua nói chung và các nội quy để các đội tham gia cuộc thi tuântheo

- Dynamik der Fahrzeuge [14], Mitschke (1970) Cuốn sách đó gồm

200 trích dẫn; riêng quyển B viết về dao động ôtô Trong đó hầu hết ông đềcập đến các mô hình dao động của ô tô du lịch

Trang 27

- Một số đội đua trên thế giới cho ra đời những chiếc xe đua sinh viênkhá hoàn chỉnh cả về thiết kế lẫn tính năng vận hành, đặc biệt là hệthống treo Hầu hết các đội đều sử dụng phần mềm Adam để thiết kế chiếc

xe đua sinh viên của mình

Bảng 1.1 Một số hệ thống treo trên xe FSAE [22]

TREO TRƯỚC

HỆ THỐNG TREO SAU

ĐỘI MADI

FSM3 Indigo (2009)FSM3 Indigo (2010) FSM4 Rebel (2011) FSM5 (2012)

Hai càng A vàthanh đẩy

Hai càng A và thanh kéo

ĐỘI MAMI

Iguana Evo (2009)Iguana Evo4 (2012)Iguana Generation 6(2013)

Hai càng A và thanh kéo

ĐỘI Bauman

Racing BRT-2

Hai càng A vàthanh kéoNhìn chung, các nghiên cứu đều tập trung vào một số vấn đề sau:

- Nghiên cứu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô;

- Nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô thông qua việc nghiên cứu các hệ thống treo và các phần tử hệ thống treo;

- Nghiên cứu nguồn gây dao động;

- Giải bài toán dao động ô tô

Trang 28

1.4 Các tiêu chuẩn đánh giá sự êm dịu chuyển động của ô tô

Theo quan điểm độ êm dịu chuyển động thì dao động của ô tô đượcnghiên cứu thông qua ảnh hưởng của nó đến cơ thể con người và hànghóa trên xe

Độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tínhchất đảm bảo hạn chế các tác động ảnh hưởng xấu của dao động tới conngười, hàng hoá, đến các kết cấu của ô tô và đường

Với khái niệm về độ êm dịu chuyển động ở trên, ta thấy: Một ô tô đảmbảo độ êm dịu chuyển động có nghĩa là các thông số đánh giá độ êm dịuchuyển động của nó nằm trong giới hạn cho phép, theo têu chuẩn đánh giá

Khi nghiên cứu dao động theo quan điểm này người ta sử dụng mô

hình người - xe - đường, sơ đồ nghiên cứu như hình 1.11.

Hình 1.11 Sơ đồ liên hệ của hệ thống Người - Xe - Đường

Mô hình này phản ánh mối quan hệ qua lại giữa ô tô, con người vàđường giao thông Trong các nghiên cứu trước đây thì các thông số dao độngảnh hưởng đến con người thường được xác định từ mô hình dao động tươngđương của ô tô Các mô hình này được nghiên cứu một các riêng rẽ phụthuộc vào các mục đích nghiên cứu Ví dụ như: mô hình ¼ dùng để đánhgiá chất

Trang 29

Z Z

lượng hệ thống treo [9,10]; mô hình phẳng đánh giá các dao động liênkết giữa các cầu cũng như giữa các bánh xe trong mặt phẳng dọc hoặc ngangxe; mô hình toàn bộ xe nhằm xác định các thông số dao động góc xung quanhcác trục dọc và ngang xe

Có rất nhiều têu chuẩn để đánh giá độ êm dịu chuyển động của

xe như tần số dao động; gia tốc và vận tốc dao động; công suất dao động;gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động; chỉ tiêu về tải trọngđộng; chỉ tiêu về mức độ thân thiện với môi trường; chỉ tiêu về độ bền chitiết; chỉ têu về không gian bố trí hệ thống treo; chỉ têu độ bám củabánh xe với mặt đường; cường độ dao động;… Sau đây tác giả sẽ giớithiệu một số tiêu chuẩn thường được dùng để đánh giá sự êm dịuchuyển động của xe

f = 1  1,5 Hz hay  = (1  1,5)2  rad/s hoặc  = 60  90 lần/ph

1.4.2 Gia tốc và vận tộc dao động

Gia tốc và vận tốc ảnh hưởng lớn đến độ êm dịu chuyển động của xe.Gia tốc của xe ( ) được giới hạn như sau:

Giới hạn cảnh báo: = 3m/s2

Giới hạn can thiệp: = 5m/s2

Theo kết quả đề tài 58A-02-04 của Viện Bảo hộ lao động thì mức chophép với thời gian tác động 480 phút đối với nhóm 1 (là hành khách trêncác

Trang 30

phương tiện giao thông) ta có bảng thể hiện mối liên hệ giữa tần số giao động với gia tốc và vận tốc dao động như sau:

Bảng 1.2 Mối liên hệ giữa tần số dao động với gia tốc và vận tốc dao động

Tần số (Hz)

Mức cho phép Gia tốc (m/s 2 ) Vận tốc (m/s) Phương Z Phương X, Y Phương Z Phương X, Y

Kết hợp tần số dao động và gia tốc gia động, người ta đưa ra chỉ tiêu về

độ êm dịu K như sau:

Trang 31

(m/s2); f (Hz); c là độ lệch quân phương gia tốctheo phương thẳng

Độ êm dịu K được đánh giá như sau:

Với xe chạy trong thời gian dài thì K = 10  25;

Với xe chạy trong thời gian ngắn thì K = 25  63

Tuy nhiên, gia tốc tác động đến người ngồi trên xe thay đổi liên tục nênnếu dùng độ lệch quân phương gia tốc thì thích hợp hơn Nhưng hạn chế củaviệc dùng độ lệch quân phương gia tốc là chưa có tài liệu chính thức nàođưa ra giá trị này

1.4.3 Công suất dao động

Nc =Trong đó:

n

(K zi ci zci cci xi ci yi ci

i 1 , (W) (1-2)

Trang 33

Z Z

ngồi;

c : Truyền qua chân; cc : Truyền qua ghế; Kzc: Thẳng đứng qua ghế

Kz: Thẳng đứng qua chân; Kx: Theo phương dọc; Ky: Theo phươngngang

Kết quả nghiên cứu thu được như sau:

Với Nc = 0,2  0,3 W thì dễ chịu;

Với Nc = 6  10 W thì khó chịu

1.4.4 Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động

Theo têu chuẩn ISO 2631-1 (2005) [12] hay còn gọi là TCVN 6964-1:

2001 đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe thông qua gia tốc

bình phương trung bình theo phương thẳng đứng

awz: Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng

T: Thời gian khỏa sát

aw(t): Gia tốc theo thời gian

Trang 35

Tiêu chuẩn ISO 2631-1 5 có ưu điểm là thuận lợi cho việc phân tích

và đánh giá dao động toàn bộ của xe Trong luận văn này, tác giả sử dụngtiêu chuẩn ISO 2631-1 để đánh giá sự êm dịu chuyển động của xe đua sinhviên Với việc tối ưu hóa các thông số kết cấu của hệ thống treo xe đua sinhviên đã cho ra kết quả là gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳngđứng awz

< 0,315 m/s2

1.4.5 Chỉ tiêu đánh giá tải trọng động bánh xe

Tải trọng động bình phương trung bình:

FdMRS: Tải trọng động bình phương trung bình;

Fd(t): tải trọng động theo thời gian;

T: Thời gian khảo sát

Hệ số tải trọng động DLC (Dynamic Load Coeficient):

DLC =Trong đó: Ft: Tải trọng tĩnh

F

d M R S

Với tải trọng động bình phương trung bình DLC = 0,05  0,3 thì xe đạt

độ êm dịu trong chuyển động

1.4.6 Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với môi trường

Càng ngày ô tô càng có tải trọng lớn Vì thế, tải trọng kinh tế của cầuđường trong lĩnh vực giao thông ngày càng được đánh giá cao Có rất nhiềunghiên cứu về sự ảnh hưởng của dao động ô tô đối với cầu đường, đi đầu

là các nhà nghiên cứu của Anh, Mỹ Các nghiên cứu chỉ ra rằng mức độ ảnhhưởng của dao động ô tô đến cầu đường tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lựcbánh xe lên đường Người ta đưa ra khái niệm hệ số áp lực đường W (Roadstress Coeficient) [14] dùng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động

ô tô với

Trang 36

cầu đường Từ đó, Wilkinson đã nêu ra công thức xác định hệ số áp lựcđường W như sau:

Trang 37

1.4.7 Chỉ tiêu về độ bền chi tiết

Người ta đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe nhờ chỉ tiêu về độ bền chi tiết thông qua hệ số tải trọng động cực đại theo công thức:

max(F )

Kdyn,max = 1 + z , d y n

F z ,st  2,5 (1-9)Trong đó:Kdyn,max: Hệ số tải trọng động cực đại;

Fz,st: Tải trọng tĩnh bánh xe

1.4.8 Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo

Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo chỉ ra khả năng chọn độvõng động và độ võng tĩnh cũng như việc xác lập vị trí đặt vấu hạn chế hànhtrình treo:

Trong đó:

ft dyn  y = max (  - z)  fn

dyn (1-10)(  - z): chuyển vị tương đối giữa khối lượng không được treo và khốilượng được treo;

Trang 38

1.4.9 Chỉ tiêu về độ bám của bánh xe với mặt đường

Chỉ tiêu về độ bám của bánh xe với mặt đường được đánh giá bằng độ

lệch quân phương của dịch chuyển tương đối giữa tâm bánh xe và mặt đường thông qua công thức:

 T 2 

Trang 39

Theo MADI có thể chọn Dz như sau:

Dz   / 3 ; với  = 2,5 cm là biến dạng của lốp

- KB = 20: Giới hạn êm dịu;

- KB = 50: Giới hạn điều khiển;

- KB = 125: Giới hạn gây bệnh lý

1.5 Kết luận chương 1

Qua nghiên cứu các tài liệu đã công bố liên quan đến xe đua sinhviên và hệ thống treo xe đua FSAE cho thấy, các công bố tập trung chủ yếuvào việc thiết kế một chiếc xe đua hoàn chỉnh và tiến hành thử nghiệmtổng thể

Trang 40

toàn xe, do vậy chưa xem xét kỹ bài toán tối ưu cho từng cụm, hệ thốngcủa xe đua FSAE trong đó có hệ thống treo Với mục têu cung cấp thêm cơ

sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu cho việc thiết kế tối ưu hệ thốngtreo xe đua sinh viên FSAE, đề tài này lựa chọn phương pháp nghiêncứu là mô phỏng lý thuyết bằng phần mềm chuyên dùng, lựa chọn chỉ tiêuđánh giá hệ thống treo là gia tốc dao động bình phương trung bình theophương thẳng đứng theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 Nội dung chính của đề tàinhư sau:

- Chương 1: Nghiên cứu tổng quan;

- Chương 2: Các phương pháp nghiên cứu dao động xe đua sinh viên;

- Chương 3: Nghiên cứu dao động xe đua sinh viên với sự trợ giúp của phần mềm Adam.

Định dạng
Số trang	121
Dung lượng	10,68 MB