Nghiên cứu dao động xe khách huynđai county HD 29e bằng matlab simulink

Trong quá trình phát triển kinh tế và phục vụ đời sống xã hội, nhu cầu vận chuyển hành khách và hàng hóa ngày một tăng cao.Với những ưu điểm của mình, vận tải ô tô đáp ứng tốt hơn so với các phương tiện vận tải khác. Nhiều loại ô tô hiện đại ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu và mục đích sử dụng của con người. Nghiên cứu nhằm cải thiện chất lương ô tô là cần thiết. Trong đó nghiên cứu về dao động và ảnh hưởng của dao động đến chất lượng dịch vụ vận tải, độ bền của các chi tiết và kết cấu ô tô ngày càng được quan tâm. Dao động ô tô là một vấn đề hiện đang rất cần được quan tâm nghiên cứu để nâng cao chất lượng khai thác ô tô. Hiện nay có nhiều công cụ giúp đơn giản hóa công việc đó mà phổ biến nhất là Matlab và đặc biệt là Simulink cho phép giải quyết nhanh các bài toán kĩ thuật bằng cách lập trình, xử lí số và đồ họa mô phỏng, phân tích một hệ thống động học, giải các bài toán vi, tích phân và phương trình nhiều biến bậc cao… một cách trực quan, dễ hiểu. Đề tài”nghiên cứu dao động xe khách Huynđai County HD 29E bằng Matlab Simulink” nhằm tìm hiểu, mô phỏng, đánh giá hệ dao động ô tô khách bằng việc sử dụng công cụ simulink trong phần mềm matlab. Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo Ts Lê Lăng Vân cùng các thầy cô trong bộ môn kĩ thuật máy đã tận tình giúp đỡ em thực hiên và hoàn thành đồ án này.

M c l c ụ ụ

Danh mục hình, đồ thị 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 8

1.1.Tính cấp thiết, ý nghĩa, mục tiêu nghiên cứu 8

1.1.1.Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 8

1.3.2.Ý nghĩa, mục tiêu 9

1.2 Phương hướng nghiên cứu dao động ô tô 9

1.3.Chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô 11

1.3.1.Tần số dao động 11

1.3.2.Gia tốc dao động 12

1.3.3.Hệ số êm dịu chuyển động 12

1.3.4.Đánh giá cảm giác theo công suất dao động 13

1.3.5.Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động 13

1.4.Công cụ tính toán dao động 14

CHƯƠNG 2 : HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ 18

2.1.Chức năng và yêu cầu kĩ thuật hệ thống treo 18

2.2.Cấu tạo hệ thống treo 19

2.2.1.Bộ phận đàn hồi: Thường có: nhíp, lò xo, thanh xoắn hoặc khí nén 19

2.2.2.Bộ phận giảm chấn 21

2.2.3.Bộ phận dẫn hướng và thanh ổn định 25

2.3 Phân loại hệ thống treo 26

2.3.1 Hệ thống treo phụ thuộc 26

2.3.2 Hệ thống treo độc lập 27

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG 31

3.1.1 Mô hình ¼ 31

3.1.2 Mô hình ½ 32

3.1.3 Mô hình không gian 33

3.2 Các phần tử dao động của ô tô khách 34

3.2.1 Phần tử dao động lốp xe 34

3.2.2 Khối lượng không được treo 36

3.2.3 Phần tử hệ thống treo 39

3.2.4 Khối lượng được treo 41

3.3 Xây dựng mô hình dao động xe khách 44

3.4 Thông số của xe khách 48

3.5 Kết quả 51

3.6 Khảo sát dao động xe khách khi cộng hưởng 55

3.7 Ảnh hưởng của một số thông số đến dao động xe khách 62

3.7.1 Ảnh hưởng của vận tốc 62

3.7.2 Ảnh hưởng của lốp 63

3.8 Khảo sát dao động xe trên một số biên dạng đường 64

3.8.1 Khảo sát dao động xe trên biên dạng đường hình răng cưa 64

3.8.2 Khảo sát dao động xe trên đường có biên dạng hình chữ nhật 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

Danh mục bảng. Bảng 2 1:Các khối chức năng trong thư viện Simulink………1

Bảng 3 1: Thông số xe khách Huyndai County HD 29E 48

Bảng 3 2: Thông số tính toán của xe Huyndai County 50

Bảng 3 3:Ảnh hưởng của vận tốc đến độ êm dịu của xe 62

Bảng 3 4:Ảnh hưởng của lốp trước đến đệ êm dịu của xe 63

Bảng 3 5: Ảnh hưởng của lốp sau đến độ êm dịu của xe 63

Danh mục hình, đồ thi Hình 1 1: Sơ đồ liên hệ giữa con người-ôtô-mặt đường 7

Hình 1 2: Giao diện chính của Mathlab 12

Hình 2 1: Hệ thống treo 18

Hình 2 2: Nhíp lá 19

Hình 2 3: Giảm chấn 1 lớp vỏ 20

Hình 2 4: Giảm chấn hai lớp vỏ 21

Hình 2 5: Giảm chấn Vario 22

Hình 2 6: Giảm chấn hơi 23

Hình 2 7: Giảm chấn khí-thủy lực 23

Hình 2 8: Các thanh liên kết trong hệ thống treo 24

Hình 2 9: Hệ thống treo phụ thuộc 25

Hình 2 10: Hệ thống treo độc lập 26

Hình 2 11: Hệ thống treo kiểu Mcpherson 27

Hình 2 12: Hệ thống treo đa liên kết 27

Hình 2 13: Hệ thống treo kiểu khí nén điện tử 28

Hình 3 1: Mô hình 1/4 30

Hình 3 2: Mô hình dao động ½ 31

Hình 3 3:Mô hình không gian 32

Hình 3 4: Mô hình dao động của lốp xe 34

Hình 3 5: Sơ đồ mô tả dao động của phần tử lốp xe 34

Hình 3 6: Sơ đồ thu gọn mô tả dao động của phần tử 35

Hình 3 7: Mô hình khối lượng không được treo 35

Hình 3 8:Sơ đồ mô phỏng dao động của khối lượng không được treo 37

Hình 3 9: Sơ đồ thu gọn mô phỏng dao động của 37

Hình 3 10: Mô hình dao động của hệ thống treo 38

Hình 3 11: Sơ đồ mô phỏng dao động của phần tử hệ thống treo 39

Hình 3 12:Sơ đồ rút gọn mô phỏng dao động của phần tử hệ thống treo 39

Hình 3 13: Mô hình dao động của khối lượng được treo 40

Hình 3 14: Sơ đồ mô phỏng dao động của khối lượng được treo 42

Hình 3 15: Sơ đồ thu gọn mô phỏng dao động của khối lượng được treo 43

Hình 3 16: Mô hình dao động của xe khách 44

Hình 3 17: Sơ đồ mô phỏng dao động xe khách 46

Hình 3 18: Xe khách Huynđai county HD 29E 47

Hình 3 19: Đồ thị mô tả mấp mô mặt đường 50

Hình 3 20: Dao động theo phương thẳng đứng của thân xe 51

Hình 3 21: Gia tốc dao động theo phương thẳng đứng của thân xe 51

Hình 3 22: Dao động theo phương ngang của thân xe 51

Hình 3 23: Gia tốc dao động theo phương ngang của thân xe 51

Hình 3 24: Dao động theo phương dọc của thân xe 52

Hình 3 25: Gia tốc dao động theo phương dọc của thân xe 52

Hình 3 26: Giá trị bình phương trung bình gia tốc 52

Hình 3 27: Chuyển vị thẳng đứng của thân xe khi đầy khách 52

Hình 3 28: Gia tốc dao động thẳng đứng của thân xe khi đầy khách 53

Hình 3 29: Dao động theo phương ngang của thân xe khi đầy khách 53

Hình 3 30: Gia tốc dao theo phương ngang của thân xe khi dầy khách 53

Hình 3 31: Dao động theo phương dọc của thân xe khi đầy khách 53

Hình 3 32: Gia tốc dao động theo phương dọc của thân xe khi đầy khách 54

Hình 3 33: Giá trị bình phương trung bình gia tốc 54

Hình 3 34: Sơ đồ phân tích lực của mô hình dao động xe khách 55

Hình 3 35: Giá trị bình phương trung bình gia tốc khi cộng hưởng 58

Hình 3 36: Dao động thẳng đứng của thân xe khi cộng hưởng 59

Hình 3 37: Dao động theo phương ngang của thân xe khi cộng hưởng 59

Hình 3 38: Dao động theo phương dọc của thân xe khi cộng hưởng 59

Hình 3 39: Giá trị bình phương trung bình gia tốc khi cộng hưởng 60

Hình 3 40: Dao dộng thẳng đứng của thân xe khi cộng hưởng 60

Hình 3 41: Dao động theo phương ngang của thân xe kho cộng hưởng 60

Hình 3 42: Dao động theo phương dọc của thân xe khi cộng hưởng 60

Hình 3 43: Biên dạng đường hình răng cưa 63

Hình 3 44: Dao động theo phương thẳng đứng của thân xe với biên dạng đường hình răng cưa 63

Hình 3 45: Dao động theo phương ngang của thân xe với biên dạng đường hình răng cưa 63

Hình 3 46: Dao động theo phương dọc của thân xe với biên dạng đường hình răng cưa 64

Hình 3 47:Giá trị bình phương trung bình gia tốc của xe với biên dạng đường hình răng cưa 64

Hình 3 48: Biên dạng đường hình chữ nhật 64

Hình 3 49: Dao động thẳng đứng của thân xe với biên dạng đường hình chữ nhật .65

Hình 3 50:Dao động theo phương ngang của thân xe với biên dạng đường hình chữ nhật 65

Hình 3 51: Dao động theo phương dọc của thân xe với biên dạng đường hình chữ nhật 65Hình 3 52: Giá trị bình phương trung bình gia tốc với biên dạng đường hình chữ nhật 65

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình phát triển kinh tế và phục vụ đời sống xã hội, nhu cầu vậnchuyển hành khách và hàng hóa ngày một tăng cao.Với những ưu điểm của mình,vận tải ô tô đáp ứng tốt hơn so với các phương tiện vận tải khác Nhiều loại ô tôhiện đại ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu và mục đích sử dụng của con người Nghiêncứu nhằm cải thiện chất lương ô tô là cần thiết Trong đó nghiên cứu về dao động

và ảnh hưởng của dao động đến chất lượng dịch vụ vận tải, độ bền của các chi tiết

và kết cấu ô tô ngày càng được quan tâm

Dao động ô tô là một vấn đề hiện đang rất cần được quan tâm nghiên cứu đểnâng cao chất lượng khai thác ô tô Hiện nay có nhiều công cụ giúp đơn giản hóacông việc đó mà phổ biến nhất là Matlab và đặc biệt là Simulink cho phép giảiquyết nhanh các bài toán kĩ thuật bằng cách lập trình, xử lí số và đồ họa môphỏng, phân tích một hệ thống động học, giải các bài toán vi, tích phân và phươngtrình nhiều biến bậc cao… một cách trực quan, dễ hiểu

Đề tài”nghiên cứu dao động xe khách Huynđai County HD 29E bằng MatlabSimulink” nhằm tìm hiểu, mô phỏng, đánh giá hệ dao động ô tô khách bằng việc

sử dụng công cụ simulink trong phần mềm matlab

Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo Ts Lê Lăng Vân cùng các thầy cô trong bộmôn kĩ thuật máy đã tận tình giúp đỡ em thực hiên và hoàn thành đồ án này

giá chất lượng làm việc của chúng ngày càng được quan tâm nghiên cứu nhằmnâng cao chất lượng của ôtô

Dao động ô tô hiện nay nhận được rất nhiều sự quan tâm của các nhà nghiêncứu trong và ngoài nước Bằng chứng là đã có nhiều bài viết, bài báo cáo, luận án

Những năm trước đây nhu cầu của hành khách ngày càng tăng không chỉ về sốlượng mà còn cả chất lượng phục vụ.Một trong những tiêu chí để đánh giá chấtlượng phục vụ đó là độ êm dịu chuyển động Độ êm dịu chuyển động là ảnh hưởngcủa dao động ôtô đến con người và hàng hoá khi xe chuyển động trên đường

Ảnh hưởng của dao động ô tô:

Đối với sức khoẻ con người : dao động của xe có thể ảnh hưởng đến sức khỏehành khách, gây mệt mỏi, căng thẳng cho lái xe ảnh hưởng đến hoạt động lái xeđặc biệt là phản xạ để xử lý tình huống

Đối với hàng hoá: dao động của xe có thể làm hư hỏng hàng hoá,ảnh hưởng đếnhình dạng và tính chất hàng hóa

Đối với đường: khi xe chạy trên đường, dao động của ô tô gây ra tải trọng độngcùng với tải trọng tĩnh của xe làm hư hỏng đường và cầu cống

Đối với ô tô:

+ Tác động đến các chi tiết ô tô ảnh hưởng đến độ bền lâu của chi tiết

+ Ảnh hưởng đến khả năng truyền lực ,điều khiển hướng chuyển động của xe,

Vì vậy nghiên cứu về dao động ôtô là cần thiết để đảm bảo chất lượng phục vụvận chuyển.

1.2 Ph ươ ng h ướ ng nghiên c u dao đ ng ô tô ứ ộ

Ô tô có thể coi như một hệ dao động cưỡng bức nằm trong mối liên hệ chặt chẽgiữa con người và đường xá

Mấp mô mặt đường là tác nhân chính gây dao động ở ôtô Dao động ôtô tácđộng đến con người, nhưng nhờ hệ thống treo trên ôtô và tính đàn hồi của lốpxe,tác động giảm đi

Hình 1 1: Sơ đồ liên hệ giữa con người-ôtô-mặt đường Nghiên cứu dao động của xe thường đi theo 3 hướng cơ bản:

- Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường

- Nghiên cứu hệ dao động ô tô.

- Nghiên cứu cảm giác con người, sự an toàn của hàng hóa trên xe

Khi nghiên cứu biên dạng bề mặt đường, người ta xác định quy luật kích thíchdao động ô tô bằng cả lí thuyết và thực nghiệm Dao động của ô tô khi chuyểnđộng là dao động cưỡng bức với nguồn kích thích là mấp mô mặt đường Mấp mômặt đường thường không có qui luật, người ta dùng các phương pháp đo biên dạngđường khác nhau, xử lí các kết quả nhận được, mô tả toán học biên dạng đườngbằng các đặc trưng thống kê bao gồm: phương sai, mật độ phổ năng lượng của mấp

mô mặt đường, kì vọng toán học Trên thế giới đã có nhiều công trình về mô tảtoán học mấp mô mặt đường

Hướng nghiên cứu hệ dao động ô tô được thực hiện với mục đích: cải thiện độ

êm dịu chuyển động, tối ưu hóa hệ thống treo, tính dẫn hướng, độ ổn định chuyểnđộng, độ bền, độ tin cậy,… Người ta thường tiến hành các bước sau:

- Thay thế ô tô bằng các hệ dao động tùy theo mục đích nghiên cứu

- Sử dụng các các kiến thức cơ học và toán học, các nguyên lí động lực học đểthiết lập phương trình vi phân mô tả dao động Sử dụng các phần mềm máytính để giải phương trình

Phân tích các thống số đầu vào của hệ về tính chất tuyến tính phi tuyến của cácphần tử, nguồn kích thích là hàm điều hòa hoặc ngẫu nhiên

Nghiên cứu cảm giác con người trên ô tô là phương pháp nghiên cứu rất khó.Đối tượng nghiên cứu là người điều khiển ô tô và người chịu dao động.Mục đíchnghiên cứu là đưa ra các chỉ tiêu đánh giá về sức chịu đựng của con người theotừng nhóm người, từng lứa tuổi [2]

1.3.Ch tiêu đánh giá dao đ ng ô tô ỉ ộ

1.3.1.T n s dao đ ng ầ ố ộ

Đối với khối lượng được treo trên 1 trục, tần số dao động được xác định theocông thức:

(C C )

l t dt

C C C

 (1.1)

Trong đó: Ct: độ cứng của phần tử đàn hồi trong hệ thống treo

Cl: độ cứng của lốp

mdt: khối lượng được treo

Đối với khối lượng không được treo trên 1 trục, tần số dao động được xác địnhtheo công thức:

Chỉ số này nằm trong giới hạn:

Đối với xe con, Ωdt =1-1,5 Hz

Đối với xe tải, Ωdt = 1,6-2 Hz

Đối với xe lắp ráp trong nước, chỉ số này được đề nghị nhỏ hơn 2,5Hz.[2]

1.3.2.Gia t c dao đ ng ố ộ

Một trong những thông số quan trọng để đánh giá dao động ô tô là gia tốc của

xe Bằng thực nghiệm, người ta xác định được giá trị bình phương trung bình giatốc giới hạn theo phương Ox, Oy, Oz như sau:

2 2 2

1.0( / ) 0.7(m/ s ) 2.5(m/ s )

y z

1.3.3.H s êm d u chuy n đ ng ệ ố ị ể ộ

Hệ số êm dịu chuyển động phụ thuộc vào tần số dao động, gia tốc dao động,vận tốc dao động, phương dao động và thời gian tác động đến con người Hệ số êmdịu được xác định theo công thức:

 : tần số dao động

2 0

1.3.4.Đánh giá c m giác theo công su t dao đ ng ả ấ ộ

Chỉ tiêu này dựa trên cơ sở giả thiết rằng, cảm giác của con người khi dao độngphụ thuộc vào trị số của công suất dao động truyền cho con người Công suất trungbình truyền đến con người được xác định theo công thức:

1lim (t).V(t) dt

V(t): vận tốc dao động

Chúng ta rất dễ dàng xác định giá trị công suất theo giá trị gia tốc dao động.Con người có thể xem như là một hệ dao động và cảm giác con người phụ thuộc

vào tần số dao động, vì vậy có thể đưa vào hệ số Ky (hệ số hấp thụ) có tính đến ảnhhưởng của tần số lực kích động và hướng tác động của nó Khi tác động đồng thời

n thành phần với các giá trị bình phương trung bình của gia tốc RMS &(a)& thì công

suất dao động được xác định theo công thức:

2 1

[Nc]= 1.2÷1.3(w) – tương ứng với cảm giác thoải mái;

[Nc]= 6÷10(w) – giới hạn cho phép đối vối ô tô có tính cơ động cao;[2]

1.3.5.Đánh giá c m giác theo gia t c dao đ ng và th i gian tác đ ng ả ố ộ ờ ộ

Năm 1969, tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hoá ISO đưa ra đánh giá tác động củadao động lên con người khi đi trên xe Cảm giác được đánh giá theo ba mức: thoảimái, mệt mỏi Sự khác nhau của tiêu chuẩn ISO so với các tiêu chuẩn khác là ở chỗ

có tính đến thời gian tác động của dao động Để đánh giá cảm giác, người ta sửdụng dao động thẳng đứng điều hoà tác động lên người ngồi và người đứng trongvòng 8 giờ Nếu tần sốcó tác động ở trong giới hạn nhậy cảm nhất với dao độngcủa con người (4÷8 Hz), thì bình phương gia tốc trung bình đối với các giới hạnnhư sau:

Thoải mái: 0.1 m/s2

Mệt mỏi trong giới hạn cho phép: 0.63 m/s2; [1]

1.4.Công c tính toán dao đ ng ụ ộ

Để giải một bài toán dao động ta thường phải giải phương trình vi phân mô tả

hệ dao động đó Trước đây, người ta thường giải bằng tay sử dụng phương pháp số

gần đúng như phương pháp Runge-Kutta, Euler, Cauchy,…Với phương pháp nàyviệc giải bài toán dao động cực kì khó khăn và tốn nhiều thời gian nhất là với cácphương trình vi phân phức tạp Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học côngnghệ, nhiều phầm mềm máy tính ra đời giúp ta giải quyết những khó khăn đó màthông dụng nhất là Matlab.

MATLAB là phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, do công

ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm

số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liênkết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác

Phần mềm MATLAB đó được sử dụng nhiều trong chương trình đại học vàtrong các trung tâm nghiên cứu

Hình 1 2: Giao diện chính của Mathlab

Mathlab cung cấp cho ta phương pháp giảỉ bài toán theo hướng chuyên mônhóa gọi là Toolbox Các Toolbox cho phép người sử dụng học và áp dụng một kiến

thức chuyên dụng trong một lĩnh vực nào đó Toolbox là tập hợp các hàm củamathlab cho phép mở rộng môi trường mathlab để giải các lớp bài toán cụ thể Simulink là một công cụ trong Mathlab dùng để mô phỏng và phân tích các hệthống với môi trường giao diện sử dụng đồ họa Simulink cung cấp một giao diện

đồ họa với thư viện các khối (Block) chức năng Để xây dựng mô hình, người dùngchỉ việc lựa chọn các khối và sử dụng thao tác "nhấn và kéo" chuột sắp xếp, nốicác khối với nhau trên cơ sở mô hình toán học đó Với giao diện đồ họa và các hỗtrợ soạn thảo như cắt, dán, di chuyển ta có thể xây mô hình và khảo sát mô hìnhmột cách trực quan hơn

Simulink là một môi trường mở, nó cho phép người dùng tạo dựng thư viện cácđối tượng đồ họa mới Khi xây dựng được mô hình để khảo sát hệ thống, ta cầnnhập các thông số đầu vào cho mô hình

Để sử dụng ta click vào mục Simulink trên thanh công cụ hoặc gõ simulink rồienter

Các khối chức năng thường dùng trong thư viện Simulink:

Bảng 2 2:Các khối chức năng trong thư viện Simulink

Khối In-Out Gửi và nhận các tín hiệu ra vào

các Subsystem

Khối From –Goto

Gửi và nhận các tín hiệu đi và đếntrong cùng một Subsystem

Khối Sine Tạo các tín hiệu có dạng sóng sin

Khối

Subsystem Là khối chức năng con

Khối trễ pha Tín hiệu ra trễ pha so với tín hiệu

phân Lấy tích phân tín hiệu vào

Khối đạo hàm Lấy đạo hàm tín hiệu vào

Khối Scope Vẽ đồ thị của tín hiệu theo thời

gian

CH ƯƠ NG 2 : H TH NG TREO TRÊN Ô TÔ Ệ Ố

Hệ thống treo là một bộ phận quan trọng trong thiết kế cơ học của ô tô Nó làmột hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe với khung xe hoặc vỏ xe Hệ thống treothường bao gồm ba phần cơ bản: cơ cấu liên kết đàn hồi khung vỏ xe với các cầu

xe, đảm bảo khi xe chuyển động cầu xe không va chạm với khung vỏ; cơ cấutruyền lực bao gồm các chốt, trục, thanh đòn, dầm cầu… liên kết với bánh xe đểtruyền lực đẩy từ bánh xe và phản lực của mặt đường lên khung vỏ; cơ cấu nàyđảm bảo xe có thể chuyển động với tốc độ cao mà không bị xô lệch khung vỏ xe;

cơ cấu giảm chấn để dập tắt dao động của bánh xe khi di chuyển, nhất là khi dichuyển ở mặt đường gồ ghề

Hệ thống treo đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi xe chạy với tốc độ cao, đảm bảo các bánh luôn tiếp xúc với mặt đường, nhất là khi hai bánh dẫn hướng của cầu trước

2.1.Ch c năng và yêu c u kĩ thu t h th ng treo ứ ầ ậ ệ ố

Hệ thống treo bao gồm chức năng sau:

- Tiếp nhận và dập tắt dao động đảm bảo tính êm dịu trong chuyển động củaxe.

- Truyền lực và momen giữa bánh xe và khung xe

- Đỡ thân xe tạo điều kiện cho xe chuyển động theo phương thẳng đứng, hạnchế những chuyển động không mong muốn như lắc theo phươngngang,phương dọc

Yêu cầu kĩ thuật của hệ thống treo:

- Hệ thống treo phải đảm bảo phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹthuật của xe như chạy trên nền đường tốt hoặc có thể chạy trên nhiều địa hình khác nhau

- Bánh xe phải đảm bảo khả năng dịch chuyển linh hoạt trong một phạm vi giới hạn

- Quan hệ động học bánh xe phải hợp lý đảm bảo yêu cầu của hệ thống treo làm mềm chuyển dịch theo phương thẳng đứng nhưng không gây ảnh hưởngđến quan hệ động học và động lực học của bánh xe theo phương dịch

2.2.1.B ph n đàn h i: ộ ậ ồ Thường có: nhíp, lò xo, thanh xoắn hoặc khí nén.

Hình 2.1: Hệ thống treoa-giảm chấn; b-lò xo; c-thanh xoắn

- Nhíp lá là bộ phận hối giữa bánh xe và khung xe có tác dụng làm giảm tảitrọng động tác dụng từ bánh xe lên thùng xe đảm bảo độ êm dịu khi chuyểnđộng

Cấu tạo: gồm các lá thép có chiều dài khác nhau, được sắp xếp theo thứ tự từ ngắn đến dài Các lá thép được gắp với nhau nhờ kẹp (3) và bu long (2) Hai đầu của bó nhíp có mắt lắp (5) và quang treo (4) để lắp với khung xe

Hình 2.2: Nhíp lá

1-bó nhíp; 2-bu lông; 3-kẹp;

4-quang treo; 5-mắt lắp với thân xe

Nhíp càng dài thì càng mềm, số lá nhíp càng nhiều thì nhíp càng cứng, chịuđược tải trọng lớn hơn Do không có ma sát giữa các lá như ở nhíp nên cũng không

có khả năng tự khống chế dao động, vì vậy phải sử dụng thêm bộ giảm chấn, đôngthời nhíp không chịu được lực theo phương nằm ngang nên cần phải có các cơ cấuliên kết để đỡ trục bánh xe

- Lò xo (b) sử dụng đối với ô tô con do nó có kích thước nhỏ gọn có thể lồngvào trong giảm chấn

Các lò xo được làm bằng thanh thép lò xo đặc biệt Khi đặt tải trọng lên một lò

xo, toàn bộ thanh thép bị xoắn khi lò xo co lại Nhờ vậy năng lượng của ngoại lựcđược tích lại, và chấn động được giảm bớt Độ biến dạng của lò xo tỉ lệ thuận vớilực tác dụng

Lò xo có kết cấu đơn giản, có tuổi thọ cao hơn nhíp lá do không có ma sát khilàm việc, ít phải bảo dưỡng sửa chữa Tuy nhiên, hệ thống treo có lò xo thườngphải đi cùng với giảm chấn và các đòn dẫn hướng nên thường có kết cấu phức tạp

- Thanh xoắn ( c) là một thanh thép có tính đàn hồi có tác dụng làm giảm daođộng Thanh xoắn được sử dụng nhiều trên xe con và xe minibus do thanhxoắn có kích thước nhỏ, trọng lượng nhỏ, đơn giản, giá rẻ dễ chế tạo, tuynhiên cững giống như lò xo, hệ thống treo có thanh xoắn thường đi liền vớigiảm chấn

2.2.2.B ph n gi m ch n ộ ậ ả ấ

Công dụng: dập tắt dao động của xe, tăng tính êm dịu, ổn định của xe, tăng độbám đường, đảm bảo tính năng lái và tăng tốc của xe, bảo vệ các bộ phận đàn hồi

Để dập tắt dao động của xe, giảm chấn biến đổi cơ năng thành nhiệt năng nhờ

ma sát giữa chất lỏng và van tiết lưu

- Giảm chấn 1 lớp vỏ

Hình 2.3: Giảm chấn 1 lớp vỏ1,7-van một chiều; 2-piston; 3-cụm làm khí;4-xy lanh;

5-buồng chứa dầu;6-pis ton; 8-khoảng chúa khí

Khi piston dịch chuyển xuống dưới tạo lên sự chênh áp, dẫn đến mở van 1, chấtlỏng chảy lên phía trên của piston Khi piston đi lên mở van chất lỏng chảy xuốngphía dưới piston, áp suất của piston sẽ thay đổi không lớn và dao động xung quanh

vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu nhờ vậy mà tránh được hiệntượng tạo bọt khí, là một hiện tượng không an toàn cho sự làm việc của giảm chấn.Trong quá trình làm việc piston ngăn cách 4 di chuyển để tạo nên sự cân bằng giữachất lỏng và chất khí đó áp suất không bị hạ xuống dưới giá trị nguy hiểm

Giảm chấn này có độ nhạy cao kể cả khi piston dịch chuyển rất nhỏ,

tránh được hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho

áp suất thay đổi

- Giảm chấn hai lớp vỏ

Hình 2.4: Giảm chấn hai lớp vỏ1- Khoang vỏ trong: 2- Phớt làm kín; 3- Bạc dẫn hướng; 4- Vỏ chắn bụi;

5- Cần píton; 6- Piston; 7- Van cố định; 8- Vỏ ngoài

Khi nén bánh xe tiến lại gần khung xe, lúc đó ta có thể tích buồng B giảm nên

áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang khoang C épkhông khí ở buồng bù lại

Ở hành trình trả lại bánh xe đi xa khung xe, thể tích buồng B tăng do áp

suất giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra đẩy chất lỏng nhanh chóng điền đầy vào khoang B

Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng thì bao giờ cũng

có các lỗ van lưu thông thường xuyên Cấu trúc của nó tùy thuộc vào kết cấu cụ thể Van trả, van nén của hai cụm van nằm ở piston và xylanh trong cụm van bù có kết cấu mở theo hai chế độ, hoặc các lỗ van riêng biệt để tạo lên lực cản giảm chấn tương ứng khi nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ

Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo lên lực ma sát làm

cho giảm chấn nóng lên Nhiệt sinh ra truyền qua vỏ 8 và truyền vào không khí để cân bằng năng lượng

- Giảm chấn Vario

Giảm chấn Vario có kết cấu tương tự như loại giảm chấn hai ống Loại giảmchấn Vario có một đặc điểm nổi bật đó là có khả năng thích nghi được với điềukiện đường có rung xóc thay đổi.

Hình 2.5: Giảm chấn Vario Khi xe có tải trọng nhẹ, vị trí của piston nằm ở vùng trên của ống dầu (a), ở đó

có những khe nhỏ để tạo điều kiện cho dầu di chuyển xuống vùng dưới một cách

dễ dàng hơn vì vậy áp lực lên piston nhỏ từ đó hiệu ứng giảm chấn cũng giảm nhỏ Khi xe có tải trọng lớn, vị trí cân bằng của piston sẽ bị đẩy xuống thấp hơn (b), do dưới này không có những khe nhỏ lên dầu từ ngăn trên chảy xuống dưới sẽkhó khăn hơn vì vậy dầu sẽ chảy qua van tiết lưu trên piston từ đó áp lực tác dụnglên thân piston sẽ lớn làm tăng khả năng dập tắt dao động của giảm chấn, phần dầu

dư do áp lực cao cũng được dẫn qua van dưới đáy để vào khoang bù dầu như đốivới trường hợp giảm chấn ống kép

- Giảm chấn hơi

Đây là sự kết hợp về cấu tạo và hoạt động của lò xo khí nén và bộ giảm chấnkép với hơi áp lực

Hình 2.6: Giảm chấn hơi1-ống khí nén; 2-dầu; 3-trục ống nhún; 4-vỏ lò xo khí.

Ở phần dưới của giảm chấn là một bộ giảm chấn kép với hơi áp lực thôngthường, ở phần trên là một ống kín với hơi áp lực điều khiển được tạo ra sự chủđộng trong việc thay đổi khoảng làm việc cũng như hiệu quả tốt nhất cho cả bộgiảm xóc

Hệ thống này chỉ làm việc khi động cơ đã nổ (có cung cấp khí nén vào lò xo khí), còn khi máy tắt giảm chấn không hoạt động vì vậy cần chú ý khi sử dụng bộ giảm chấn này nếu xe đỗ ở chỗ có gờ cao thì xe dễ bị chạm gầm gây hư hỏng

của bộ giảm chấn Phần lò xo khí nằm trong một khối cầu bao bọc bởi mộtmàngcao su đặc biệt Phần tích trữ khí cùng với không gian mặt trên của Piston được nốivới nhau bởi 1 đường ống thủy lực.

Khi ống nhún và lò xo bị đè xuống, dầu bị ép chạy theo ống nối chạy sangbuồng khí nén, khí bị nén mạnh, tăng áp suất làm tăng thêm sức đàn hồi của lò xokhí, lò xo này cùng với lò xo kim loại tác động trực tiếp lên khung xe, tạo sức đànhồi tổng hợp thay đổi được theo tải trọng Không những thế, trên đường ống dẫndầu và khí về để ép túi khí, người ta còn bố trí thêm van điều khiển nhằm chủ độngthay đổi mức tác động của dầu và khí nén lên túi khí, đưa đến việc thay đổi độcứng đàn hồi tổng hợp của cả hệ thống nhún Cũng nhờ vậy mà khoảng cách giữatrục bánh xe và khung xe gần như được giữ nguyên bất chấp tải trọng, khi xenặngdầu ép mạnh làm túi khí đội lên mạnh hơn, khi xe nhẹ áp lực dầu giảm túikhí mềm đi giảm bớt tác động lên khung xe

mômen từ bánh xe lên khung hoặc thân xe Nó có thể có những chi tiết khác

nhau tùy thuộc hệ thống treo phụ thuộc hay độc lập, phần tử đàn hồi là nhíp,

lò xo hay thanh xoắn

Thanh ổn định (2) 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

Ưu điểm: Cấu tạo hệ thống khá đơn giản, ít chi tiết, dễ bảo trì bảo dưỡng Khi xevào đường vòng cua thì thân xe cũng ít bị nghiêng tạo cho xe sự ổn định chắc chắn.

Hệ thống treo phụ thuộc có độ cứng vững để chịu được tải nặng thích hợp cho cácdòng xe bán tải

Nhược điểm: cứng nhắc không có độ linh hoạt cho mỗi bánh nên độ êm của xe kém, tính bám đường kém, dễ bị trượt ngang, xe bị nghiêng,…

2.3.2 H th ng treo đ c l p ệ ố ộ ậ

Hai bánh cùng với bộ phận giảm chấn và bộ phận đàn hồi được lắp trên 2 cầu riêng, sự chuyển dịch của 2 bánh xe độc lập với nhau

Hình 2.10: Hệ thống treo độc lập1-Thân xe; 2-Đòn liên kết; 3-Phần tử giảm chấn; 4-Phần tử đàn hồi

Khối lượng phần không được treo nhỏ nên mô men quán tính nhỏ,do

đó xe chuyển động êm dịu, khả năng bám đường cao

Trọng tâm xe hạ thấp, nâng cao vận tốc xe

Hệ thống treo độc lại được chia nhỏ làm 3 loại: kiểu Mcpherson, kiểu khí nénđiện tử, kiểu đa liên kết

độ cứng vững, độ bền cao.

- Kiểu đa liên kết

Hệ thống treo đa liên kết sử dụng ít nhất ba cần bên và một cần dọc Nhữngloại cần này không nhất thiết phải dài bằng nhau và có thể xoay theo góc khác

từ hướng ban đầu

Hình 2.12: Hệ thống treo đa liên kết1-Thanh trên; 2-Thanh dưới; 3-Thanh điều khiển; 4-Thanh dẫn hướng

Ưu điểm: Hệ thống treo đa liên kết được coi là hệ thống treo độc lập lý tưởngnhất cho một chiếc xe thành phẩm bởi nó kết hợp giữa khả năng điều khiển và tiếtkiệm không gian giữ cảm giác thoải mái và khả năng điều khiển.

Nhược điểm: Giá thành cao, quá trình thiết kế và sản xuất phức tạp

6-Máy nén khí; 7-Bình chứa; 8-Đường dẫn khí

Hệ thống treo khí nén - điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý không khí có tínhđàn hồi khi bị nén Khi hoạt động máy nén cung cấp khí tới mỗi xi lanh khí theocác đường dẫn riêng, do đó độ cao của xe sẽ tăng lên tương ứng tại mỗi xi lanh tuỳtheo lượng khí được cấp vào Ngược lại độ cao của xe giảm xuống khi không khítrong các xi lanh được giải phóng ra ngoài thông qua các van Ở mỗi xi lanh khí

nén có một van điều khiển hoạt động ở theo hai chế độ bật - tắt (on - off) để nạphoặc xả khí theo lệnh của ECU Với sự điều khiển của ECU, độ cứng, độ đàn hồicủa từng giảm chấn trên các bánh xe tự động thay đổi theo độ nhấp nhô của mặtđường và do đó hoàn toàn có thể khống chế chiều cao ổn định của xe.

Hệ thống treo khí nén điện tử có thể hấp thụ những rung động nhỏ do đó tạo tính

êm dịu chuyển động tốt hơn so với lò xo kim loại, dễ dàng điều khiển được độ caosàn xe và độ cứng lò xo giảm chấn

Tuy nhiên, do giá thành sản xuất của hệ thống treo này vẫn tương đối lớn, chỉđược tích hợp ở dòng xe sang, không phổ biến trên các dòng xe phổ thông

CH ƯƠ NG 3: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PH NG Ỏ

3.1 Một số mô hình dao động ô tô điển hình.

Khi nghiên cứu dao động ô tô việc xây dựng mô hình dao động ô tô là điều bắtbuộc Tùy theo mục đích nghiên cứu ta có thể xây dựng mô hình dao động ¼, môhình dao động ½ trong mặt phẳng ngang, trong mặt phẳng dọc, mô hình khônggian của xe

3.1.1 Mô hình ¼.

Mô hình ¼ bao gồm khối lượng được treo và khối lượng không được treo Phầnđược treo và không được treo được lên kết với nhau thông qua các phần tử đàn hồi(lò xo và giảm chấn)

Hình 3 1: Mô hình 1/4 Trong đó: K11,K12 là độ cứng của lò xo

C11,C12 là hệ số cản của giảm chấn

m1,m2 lần lượt là khối lượng không được treo và khối lượng được treo

Z1,Z2 lần lượt là tọa độ suy rộng của khối lượng không được treo vàkhối lượng được treo

q là mấp mô mặt đường

Mô hình ¼ dùng để khảo sát dao động của khối lượng không được treo và khốilượng được treo khi chúng dao động độc lập.

Mô hình ¼ thường gặp trong các bài toàn tối ưu các thông số như độ cứng lốp,khối lượng không được treo m, độ cứng c và hệ số cản giảm chấn k,…

3.1.2 Mô hình ½.

Mô hình dao động gồm có: phần tử bánh xe, phần tử khối lương được treo mộtbậc tự do (hình a) hoặc hai bậc tự do (hình b), phần tử hệ thống treo, phần tử khốilượng được treo hai bậc tự do

a.Mô hình dao động trong b.Mô hình dao động trong

mặt phẳng dọc mặt phẳng ngang

Hình 3 2: Mô hình dao động ½

K11, K12, K21, K22 là độ cứng của lò xo

C11, C12, C21 ,C22 là hệ số cản của giảm chấn

m, m1, m2 lần lượt là khối lượng không được treo và khối lượng được treo

Z, Z1 lần lượt là tọa độ suy rộng của khối lượng không được treo và khốilượng được treo

q1,q2 là mấp mô mặt đường

Mô hình động lực học ½ dọc và ngang dùng để nghiên cứu dao động có liênkết, nghiên cứu các bài toán ổn định dọc và ngang, các bài toán động lực họcphanh và tăng tốc ô tô.[1]

3.1.3 Mô hình không gian.

Mô hình xe hai cầu được đưa ra như hình 2.9 tương đương với mô hình của mộtchiếc xe con Các phần tử trong hệ dao động gồm có: bốn phần tử bánh xe, haiphần tử khối lượng không được treo hai bậc tự do, bốn hần tử hệ thống treo, mộtphần tử khối lượng được treo ba bậc tự do

Hình 3 3:Mô hình không gian.

Kl1,Kl2: độ cứng của lốp trước và lốp sau;

Cl1,Cl2: hệ số cản của lốp trước và lốp sau

Kt1,Kt2: độ cứng của hệ thống treo trước và sau

Ct1,Ct2: hệ số cản của hệ thống treo trước và sau

b1, b3: khoảng cách giữa 2 bánh xe.

b2, b4: khoảng cách giữa 2 hệ thống treo

a: khoảng cách từ trục trước đến trọng tâm của xe

b: khoảng cách từ trục sau đến trọng tâm của xe

mdt: khối lượng được treo

Ik1,Ik2,Idt: momen quán tính của khối lượng không được treo trước,khối lượngkhông được treo sau, khối lượng được treo

mk,mdt: khối lượng không được treo và khối lượng được treo

Ưu điểm của mô hình không gian là mô tả đầy đủ và tổng quát các phần tử trong

hệ dao động cũng như mối liên hệ giữa chúng Đồng thời tính tương đương của môhình với điều kiện chuyển động thực tế là cao nhất

Nhược điểm khi sử dụng mô hình không gian này là quá phức tạp cho việc xácđịnh đầy đủ và chính xác các thông số của hệ phương trình vi phân dao động.[1]

3.2 Các ph n t dao đ ng c a ô tô khách ầ ử ộ ủ

Ô tô nói chung và xe khách nói riêng trong quá trình vận hành đều phát sinh daođộng do độ không bằng phẳng của mặt đường Ô tô là có thể coi một hệ dao độnggồm nhiều phần tử dao động Để phục vụ nghiên cứu dao động ta có thể chia hệdao động này thành các phần như: Phần tử dao động lốp xe, khối lượng khôngđược treo, phần tử hệ thống treo, khối lượng được treo

Ta giả thiết các khối lượng khi tính toán là một khối thống nhất được qui dẫn vềtrọng tâm khối, tác động gây dao động của ô tô là mấp mô mặt đường loại bỏ cácnguồn kích thích dao động khác

3.2.1 Ph n t dao đ ng l p xe ầ ử ộ ố

Lốp ô tô là bộ phận trực tiếp tiếp xúc với mặt đường Nó có tác dụng thu nhận

và giảm bớt các va đập khi xe chạy trên quãng đường không bằng phẳng nhờ ápsuất hơi và độ đàn hồi của lốp

Với đặc tính tương tự , ta có thể coi lốp xe như hệ dao động gồm có một lò xo vàmột giảm chấn.[2]

Hình 3 4: Mô hình dao động của lốp xe

Trong đó: KL là độ cứng của lốp;

CL là hệ số cản của lốp;

q là mấp mô mặt đường;

Zk dịch chuyển thẳng đứng của trục xe

Theo định luật 2 Newton ta có phương trình:

FL  (Zk q).KL ( Z & &k  q).CL

(3.1)

Sử dụng phần mềm Matlab/simulink ta có sơ đồ mô phỏng dao động của bánh xe:

Hình 3.5: Sơ đồ mô tả dao động của phần tử lốp xe