Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô điện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHẠM THỊ THANH DUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Thái Nguyên - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHẠM THỊ THANH DUNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 8520116 KHOA CHUN MƠN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PHĨ TRƯỞNG KHOA TS Nguyễn Trung Kiên PGS TS Lê Văn Quỳnh PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Phạm Thị Thanh Dung Học viên: Lớp Cao học K19 Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên Tên đề tài luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động ô tô điện” Chuyên ngành: Cơ Khí Động Lực Mã số: 85 20116 Sau thời gian hai năm học tập, rèn luyện nghiên cứu trường Để đánh giá kết học tập nghiên cứu mình, em lựa chọn thực đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động ô tô điện” Được giúp đỡ Thầy, cô giáo Khoa Kỹ thuật Ơ tơ – MĐL, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh nỗ lực thân, đề tài em hoàn thành đáp ứng nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật khí động lực Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân em Các số liệu, kết có Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác trừ cơng bố tác giả Thái Nguyên, ngày… tháng… năm 2019 Học viên Phạm Thị Thanh Dung ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Ngun, Phịng Đào tạo Khoa kỹ thuật Ơ tô Máy động lực cho phép thực luận văn Xin cảm ơn Phòng Đào tạo Khoa kỹ thuật Ơ tơ Máy động lực hỗ trợ giúp đỡ suốt trình tơi học tập làm luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Văn Quỳnh hướng dẫn tơi tận tình chu đáo mặt chun mơn để tơi thực hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn lãnh đạo, đồng nghiệp Cơ quan nơi công tác tạo điều kiện động viên suốt q trình học tập Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận văn đồng ý đọc duyệt góp ý kiến q báu để tơi hồn chỉnh luận văn Cuối tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên khuyến khích suốt thời gian học tập Tuy nhiên cịn có hạn chế thời gian kiến thức thân nên đề tài cịn nhiều thiếu sót Tơi mong nhận góp ý để luận văn hồn thiện Học viên Phạm Thị Thanh Dung MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH v DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Thực trạng nguồn nhiên liệu, ô nhiễm môi trường phát triển ô tô điện 1.1.1 Thực trạng nguồn nhiên liệu, ô nhiễm môi trường 1.1.2 Phát triển ô tô điện[29] 1.2 Tổng quan xe ô tô điện 1.2.1 Giới thiệu chung 1.2.2 Lịch sử phát triển[26] 1.2.3 Đặc điểm cấu tạo 10 1.3 Tình hình nghiên cứu nước nước 17 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nước 17 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 20 1.4 Phương pháp phạm vi nghiên cứu luận văn 22 1.5 Kết luận chương 22 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG XE Ơ TÔ ĐIỆN 23 2.1 Dao động độ êm dịu chuyển động 23 2.2 Các tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động 26 2.2.1 Cường độ dao động 26 2.2.2 Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động 27 2.2.3 Đánh giá cảm giác theo công suất dao động 29 2.3 Xây dựng mơ hình dao động 30 2.4 Thiết lập hệ phương trình vi phân cho hệ 32 2.4.1 Khối lượng treo 33 2.4.2 Khối lượng động 34 2.4.3 Khối lượng không treo 35 2.5 Phân tích lựa chọn kích thích dao động từ mấp mơ mặt đường 36 2.5.1 Mấp mơ mặt đường hình sin 36 2.5.2 Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên xác định thực tế 37 2.5.3 Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ISO 41 2.6 Kết luận: 43 CHƯƠNG : MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG Ô TÔ ĐIỆN 45 3.1.Mô hệ dao động 45 3.2 Mô trường ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động 48 3.3 Kết luận: 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Số lượng tơ xe máy hoạt động hàng năm Việt Nam[2] Hình 1.2 Tỷ lệ phát thải khí gây nhiễm theo nguồn phát thải Việt Nam năm 2011[2] Hình 1.3 Lượng khí thải CO phương tiện giới đường gây ra[2] Hình 1.4 Tỷ lệ phát thải chất nhiễm phương tiện giới đường gây ra[2] Hình 1.5 Tỷ lệ tô, xe máy theo số năm sử dụng Hà Nội năm 2011[2] Hình 1.6 EV by Thomas Davenport (1834) Hình 1.7 Sự phát triển xe điện [26] 10 Hình 1.8 Cấu tạo ô tô điện 10 Hình 1.9 Các kiểu bố trí động điện xe tơ điện 11 Hình 1.10 Xe sử dụng motor dẫn động giới[28] 13 Hình 1.11 Hình ảnh tổng quan mơ tơ điện tích hợp bánh xe[] 14 Hình 1.12 Cấu tạo bánh xe tích hợp động điện 15 Hình 1.13 Mơ-tơ điện bánh xe, máy phát để thu hồi động phanh 15 Hình 1.14 Bánh xe gắn mơ-tơ u cầu độ kín khít, cách điện 16 Hình 1.15 Mơ hình bánh xe eConer Siemens 16 Hình 2.1 Các dạng dao động thân xe 23 Hình 2.2 Hệ thống "Đường-Xe-Người" 25 Hình 2.3 Giới hạn tác động dao động thẳng đứng 29 Hình 2.4 Mơ hình cấu tạo động điện tích hợp bánh xe [22] 30 Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thơng số hệ thống treo ô tô động điện[22] 31 Hình 2.6 Mơ hình động lực học hệ[22] 32 Hình 2.7 Các lực tác dụng lên khói lương treo 33 Hình 2.8 Hình ảnh minh họa lực kích thích động điện 34 Hình 2.9 Lực tác dụng lên khối lượng khơng treo 35 Hình 2.10 Hàm điều hồ mấp mơ 36 Hình 2.11 Sơ đồ đo mấp mô mặt đường xử lý kết đo[6] 38 Hình 2.12 Kết đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 1) 39 Hình 2.13 Kết đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn qua xử lý (đoạn 1) 39 Hình 2.14 Kết đo mấp mơ mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 2) 40 Hình 2.15 Kết đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn qua xử lý (đoạn 2) 40 Hình 2.16 Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường có chất lượng tốt) 42 Hình 2.17 Chiều cao mấp mơ mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường có chất lượng trung bình) 43 Hình 2.18 Chiều cao mấp mơ mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường có chất lượng xấu) 43 Hình 3.1 Sơ đồ khối mơ Matlab/simulink 47 Hình 3.2 So sánh gia tốc theo phương thẳng đứng thân xe điện có kể đến kích thích động điện khơng kể đến kích thích động điện 48 Hình 3.3 So sánh gia tốc theo phương thân xe trường hợp có trang bị khơng trang bị hệ thống treo động điện bánh xe 49 Hình 3.4 Các gia tốc bình phương trung bình K thay đổi 51 Hình 3.5 Các gia tốc bình phương trung bình C thay đổi 53 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1 27 Bảng 2.2 Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15] 42 Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật xe điện[22] 46 Bảng 3.2.Các gia tốc bình phương trung bình thân xe K thay đổi 50 Bảng 3.3 Các gia tốc bình phương trung bình C thay đổi 52 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT K ýĐ hn m kK gh s m kK gh e m kK gh f m kK gh t H H T ệ k NĐ s / ộ k NĐ e / ộ k NĐ r / ộ k NĐ t / ộ cNH s ệ cs N H e s ệ F NV q éc t F NV éc x Mch u x MC h C x Mh u T  Hyể z ần S MC hi v mV / ận C n hT u ấn số sau: + Từ hệ phương phương trình vi phân tổng quát tác giả sử dụng phần mềm matlab/simulink để mô hệ + Tiến hành mô trường hợp ảnh hưởng hai nguồn kích thích đến độ êm dịu chuyển động Kết mô nhận giá trị gia tốc bình phương trung bình thân xe khơng kể đến kích thích động điện aw1 = 0.3517 m/s2 có kể đến kích thích động điện aw1 = 0.3833m/s2, giá trị tăng 8.98% điều cho thấy kích thích động điện có ảnh hưởng tương đối lớn đến độ êm dịu xe ô tô điện + Tương tự với mô trường hợp hưởng hệ thống treo động điện đến độ êm dịu chuyển động So sánh ảnh hưởng có trang bị hệ thống treo động điện không trang bị hệ thống treo động điện bánh xe ô tô chuyển động mặt đường ISO cấp B với vận tốc v=70 km/h với hai nguồn kích tích dao động, giá trị gia tốc bình phương trung bình thân xe có hệ thống treo động điện aw1 = 0.3833 m/s2 khơng có hệ thống treo động bánh xe aw1 = 0.4186 m/s2, giá trị tăng 9.21% điều cho thấy hệ thống treo động điện giảm đáng kể nguồn kích thích dao động truyền lên thân xe xe ô tô điện + Cuối phân tích ảnh hưởng thơng số hệ thống treo xe ô tô đến độ êm dịu chuyển động ô tô đưa vùng thông số tối ưu cho hệ thống treo xe điện: vùng giá tri độ cứng ưu 0, 4.K0  K  0, 8.K0 (N/m) vùng giá trị hệ số cản tối ưu 0.2C0 ≤C≤ 0.8C0 nhằm nâng cao độ êm dịu thân xe ô tô điện KẾT LUẬN VÀ NHỮNG KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu, với nỗ lực thân hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh với giúp đỡ thầy Khoa Kỹ thuật Ô tô – Máy Động lực, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên với động viên kích lệ bạn bè, đồng nghiệp, em hoàn thành nội dung luận văn thạc sĩ Luận văn đạt số kết sau đây: - Phân tích tổng quan đề tài nghiên cứu; - Phân tích sơ đồ bố trí tơ điện chọn sơ đồ làm đối trượng nghiện; - Phân tích dao động tiêu đánh giá dao động; - Xây dựng mơ hình dao động ¼ xe tơ điện với hai nguồn kích thích từ mặt đường động điện; - Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động hệ với hai nguồn kích thích - Mơ phân tích ảnh hưởng lực kích thích từ động điện hệ thống treo động điện đến độ êm dịu - Phân tích ảnh hưởng hệ thống treo xe ô tô điện đến độ êm dịu đề xuất thông số hệ thống treo theo hướng nâng cao độ êm dịu thân xe Tuy nhiên luân văn số hạn chế, hy vọng tương lai hoàn thiện theo hướng sau đây: - Phát triển hồn thiện mơ hình dao động tồn xe điện; -Phân tích mơ hình tốn tối ưu điều khiển hệ thống treo; - Áp dụng thuật toán tối ưu hay nhiều hàm mục tiêu để tối ưu thông số hệ thống treo - Thí nghiệm thực tế để so sánh với kết mô TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Cao Trọng Hiền, Đào Mạnh Hùng ( 2010), Lý thuyết ô tô, Nhà xuất GTVT [2] Báo cáo môi trường quốc gia năm 2012 [3] Đào Mạnh Hùng , Dao động ô tô – máy kéo, Trường ĐH GTVT Hà Nội [4] Vũ Đức Lập (1994), Dao động ôtô, Học viện kỹ thuật quân sự, Hà Nội [5] TS Nguyễn Tuấn Anh, Bài giảng ứng dụng tin học ô tô – máy kéo [6] Phùng Quang, Matlab-Simulink 2004 [7 ] Ngơ Minh Ngọc, Mơ hình hóa, mơ điều khiển chuyển động ô tô điện”, Luận văn thạc sỹ, 2010 ĐHBK Hà Nội” [8 ] Nguyễn Ngọc Khoát " Nghiên cứu phương pháp điều khiển chuyển động cho ôtô điện", Luận văn thạc sĩ Đại học Bách khoa Hà Nội, năm 2009 [9] Bùi Đăng Quang, Tạ Cao Minh , Khảo sát đặc tính động lực học ô tô điện sử dụng công cụ mô ADVISOR, Bài báo Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hoá - VCCA-2015 [10] Nguyễn Dũng, Nguyễn Bảo Huy, Võ Duy Thành, Tạ Cao Minh, Mơ hình hóa tơ điện phương pháp EMR với mơ hình mở rộng tương tác bánh xe – mặt đường, Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hoá - VCCA-2015 [11] Đào Mạnh Hùng (2005), Nghiên cứu ảnh hưởng biên dạng mặt đường đến tải trọng tác dụng lên ô tô quốc lộ 1A đoạn đường Hà nộiLạng sơn”, đề tài cấp bộ, Trường Đại học giao thông vận tải Hà Nội [12] Nguyễn Thái Bạch Liên Aplikace matematikecho Modelu pri Reseni perovani Soupravy Silnicnich Vozidel, luận án Tiến sỹ, Brno 1979 [13] Trịnh Minh Hoàng, khảo sát dao động tơ kích động mặt đường ngẫu nhiên, luận án thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà nội, 2002” [14] Lưu Văn Tuấn, Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình, sở để tính biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động, Luận án Tiến sỹ MS 0201-39, 1993 ĐHBK Hà Nội [15] Võ Văn Hường, Nghiên cứu hoàn thiện mơ hình khảo sát dao động tơ tải nhiều cầu, Luận án Tiến sỹ LA 111/05, 2004 ĐHBK Hà Nội” Tiếng anh [16] Abdussalam Ali Ahmed Omar, Başar Özkan, Evaluation of Effect of InWheel Electric Motors Mass on the Active Suspension System Performance Using Linear Quadratic Regulator Control Method, Vol 4, Issue 1, January 2015 [17] Pei-cheng SHI, Pei-lei SHI, Qi ZHAO and Suo WANG, Vertical Vibration Simulation Analysis of In-wheel Motor Electric Vehicle Suspension, International Conference on Materials, Manufacturing and Mechanical Engineering (MMME 2016) [18] T.Z Shi, D.F Wang, S.M Chen, Investigation of Negative Influences on Ride Comfort Performance of In-Wheel Motor Vehicles with High Unsprung Mass, International Conference on Power Electronics and Energy Engineering (PEEE 2015) [19] Di Tan and Qiang Wang, Effect of the electromagnetic force on the power-train vibration of the in-wheel motor driving system with rubber bushings, Advances in Mechanical Engineering 2016, Vol 8(3) 1–11 [20] Abdussalam Ali Ahmed Omar, Evaluation Of Effect Of In-Wheel Electric Motors Mass On The Active Suspension System Performance Using Linear Quadratic Regulator Control Method, January 2015 [21] Di Tan1, Yanshou Wu2, Fan Song, Impact of road surface roughness and magnetic force on the in-wheel https://doi.org/10.21595/jve.2017.18576 motor magnet gap, DOI [22] Mingchun Liu ID , Feihong Guand Yuanzhi Zhang, Ride Comfort Optimization of In-Wheel-Motor Electric Vehicles with In-Wheel Vibration Absorbers, 20 September 2017 [23] Mitschke M (1986) Effect of road roughness on vehicle vibration, IFF Report, 33(1): 165-198 (in German) [24] Mitschke M (1992), Dynamics of vehicle Berlin: Garmany Springer Press, (in German) [25] 27 ISO 2631-1 (1997) Mechanical vibration and shock-Evanluation of human exposure to whole-body vibration, Part I: General requirements, The International Organization for Standardization Website [26] http://tudienxe.com/kien-thuc-co-ban/khai-quat-ve-xe-oto-dien-part1.html [27].https://automation.net.vn/Cong-nghe-Ung-dung/Tong-quan-tinh-hinhnghien-cuu-o-to-dien-tren-the-gioi-va-tai-Viet-Nam.html [28] http://tudienxe.com/ky-thuat-xe/ky-thuat-tim-hieu-tim-hieu-ve-banh- xe- tich-hop-dong-co-dien [29] https://thegioiotodien.vn/blogs/news/xu-huong-phat-trien-o-to-dientren- the-gioi-va-tai-viet-nam PHỤ LỤC Các khối trog simulink PHỤ LỤC THƠNG SỐ MƠ HÌNH ms=292; mt=40; me1=15; me2=30; x=1; y=0.2; ks=x*17000; cs=y*1317; ke=2615; kr=5000000; ce=3226; kt=241600; % luc tu kih thich Fy0=400; Fx0=100; wt=300; V=40/3.6; %van toc cua xe(m/s)(1km/h= 1/3.6 m/s) % THONG SO MAP MO MAT DUONG NGAU NHIEN % LOAI A: anpha1=0.132; ro1=0.0015; w1=anpha1*V; NP1=2*anpha1*V*ro1^2 % LOAI B: anpha2=0.1303; ro2=0.0032; w2=anpha2*V; NP2=2*anpha2*V*ro2^2 % LOAI C: anpha3=0.12; ro3=0.0060; w3=anpha3*V; NP3=2*anpha3*V*ro3^2 % LOAI D: anpha4=0.1007; ro4=0.0115; w4=anpha4*V; NP4=2*anpha4*V*ro4^2 %mat duong E anpha5=0.09; ro5=0.0220; w5=anpha5*V; NP5=2*anpha5*V*ro5^2 PHỤ LỤC TÍNH GIA TỐC BÌNH PHƯƠNG TRUNG BÌNH A1=simout(:,2); %Gia toc ghe ngoi; [n1,m1]=size(A1); total1=0; for i=1:n1 total1=A1(i)^2+total1 end a1=total1/n1; aw1=sqrt(a1) PHỤ LỤC ĐỒ THỊ ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TREO %Gia toc phi K thay doi; y=[0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 2] x=[0.1878 0.1953 0.2229 0.2546 0.288 0.3195 0.3529 0.3848 0.4179 0.4477] c=[0.3163 0.2676 0.267 0.2845 0.3085 0.3369 0.3683 0.3973 0.4262 0.4575] v=[0.3866 0.3283 0.3149 0.3229 0.3387 0.362 0.3887 0.4149 0.4422 0.4717] %plot(y,x,' ',y,v,'^-') %Gia toc C thay doi; y=[0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 ] x=[0.1893 0.1994 0.2168 0.2395 0.2632 0.2864 0.3075 0.3346 0.3599 0.3794] c=[0.2799 0.2832 0.2899 0.2899 0.3085 0.3191 0.3339 0.3473 0.3621 0.3805] v=[0.3643 0.3665 0.3699 0.3778 0.3827 0.3889 0.3961 0.4043 0.4144 0.4247] plot(y,x,' ',y,v,'^-') ... thiết hệ thống treo xe ô tô điện Đối tượng nghiên cứu Hệ thống treo ô tô điện Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: mô kết hợp phân tích ảnh hưởng thơng số thiết kế hệ thống treo đện độ. .. phạm vi nghiên cứu luận văn a Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: mơ kết hợp phân tích ảnh hưởng thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động ô tô điện b Phạm vi nghiên cứu. .. thích mặt đường động điện bánh xe Từ phân tích ảnh hưởng thơng số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động ô tô điện lựa chọn vùng giá trị thông số tối ưu cho hệ thống treo Ý nghĩa khoa