nghiên cứu động lực học hệ thống treo trên xe VIOS

MỤCLỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE TOYOTA VIOS 1.1 Giới thiệu chung xe Toyota Vios 1.2 Thông số kỹ thuật xe Toyota Vios 1.3 Cấu tạo hệ thống treo .13 1.4 Phân loại 14 Các phận hệ thống treo 15 CHƯƠNG 2: Động lực học hệ thống treo .31 2.1 Mơ hình khơng gian xe 33 2.2 Chỉ tiêu đánh giá độ dao động 37 2.3 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động 38 2.4 Chỉ tiêu an toàn chuyển động tải trọng tác dụng xuống đường 39 CHƯƠNG 3: Kiểm nghiệm thông số đọng lực học hệ thống treo xe VIOS 40 3.1 Giới thiệu thiết bị đo.Bộ xử lí UC Processor 40 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cám ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả Trần Văn Ba LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Anh người trực tiếp hướng dẫn thời gian thực đề tài, PGS – Tiến sĩ Lê Hồng Quân thầy môn động lực, Khoa ƠTƠ Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện cho trinh học tập hoàn thành luận văn Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn tới thầy, cô tất người giúp đỡ tơi q trình học tập thực đề tài Tác giả Trần Văn Ba MỞ ĐẦU Trong hệ thống giao thông vận tải ngành giao thơng đường đóng vai trò chủ đạo phần lớn lượng hàng người vận chuyển nội địa ô tô Khi ôtô chạy đường không phẳng phát sinh dao động Những dao động thường ảnh hưởng xấu,đặc biệt ảnh hưởng người lái hành khách ngồi xe,tới hàng hoá,tuổi thọ xe Ở nước phát triển, dao động ôtô quan tâm đặc biệt Dao động xe nghiên cứu đưa mức tối ưu làm giảm đến mức thấp tác hại đến người đồng thời làm tăng tuổi thọ xe phận treo.Ở nước ta, mục tiêu ngành Công nghiệp ôtô năm tới nội địa phần tiến tới nội địa tồn phần sản phẩm ơtơ Khơng dừng lại đó, bắt đầu quan tâm đến tính êm dịu chuyển động, tính an tồn chuyển động hay nói cách khác tính động lực học ôtô, từ có cải tiến hợp lý với điều kiện sử dụng nước ta Chất lượng hệ thống treo phụ thuộc nhiều vào công tác bảo dưỡng sửa chữa Muốn làm tốt việc người cán kỹ thuật cần phải nắm vững kết cấu nguyên lí làm việc phận hệ thống treo 1.Lý chọn đề tài Cùng với phát triển kinh tế nước nhà nhu cầu người dân nói chung nhu cầu lại nói riêng tăng lên cách rõ rệt Khi sử dụng phương tiện giao thông yêu cầu khả thuận lợi lưu thơng phương tiện gọi tốt phải đảm bảo an tồn chuyển động, tính thẩm mỹ cao độ êm dịu cao trình sử dụng để bảo sức khỏe cho người tham gia giao thông Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam có bước ban đầu thiết kế, chế tạo ôtô Song điều kiện đường xá chất lượng, xe chưa đáp ứng số yêu cầu đòi hỏi độ êm dịu chuyển động, tính tiện nghi, tính an tồn chuyển động, Một nguyên nhân chất lượng đường hạn chế Chính vậy, việc quan tâm đến độ êm dịu cho xe tham gia giao thông quan trọng q trình chế tạo phương tiện giao thơng nói chung tơ nói riêng Trong luận văn tơi xin trình bày phương pháp nghiên cứu động lực học hệ thống treo xe du lịch Tôi xin đề xuất đề tài: “Nghiên cứu động lực học hệ thống treo xe VIOS ” để làm luận văn bảo vệ tốt nghiệp cho 2.Tính cấp thiết đề tài Ngày ngành khoa học công nghệ ngày phát triển mạnh mẽ, mục tiêu tăng suất lao động, giải phóng sức lao động người Ngành công nghệ ôtô ngành công nghiệp phát triển ưu tiên hang đầu nước ta Khi ô tô ngày hồn thiện tiêu chí đánh giá ảnh hưởng kết cấu ngày quan tâm mức Nghiên cứu để hồn thiện kết cấu tô nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động, an tồn chuyển động thân thiện với mơi trường nhu cầu cấp thiết Trong đánh giá chất lượng động học hệ thống treo vấn đề quan trọng, với điều kiện đường xá Việt Nam Hệ thống treo hệ thống quan trọng ơtơ, góp phần tạo nên độ êm dịu, ổn định tính tiện nghi xe, giúp người ngồi có cảm giác thoải mái dễ chịu Ở Việt Nam có nhiều hãng chủng loại ơtơ Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật nghành ô tô ngày phát triển Khởi đầu từ ô tô thô sơ nghành công nghiệp ô tô có phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng yêu cầu người Những ô tô ngày trở nên đẹp hơn, nhanh hơn, an toàn tiện nghi hơn… để theo kịp với xu thời đại 3.Mục tiêu đề tài a Mục tiêu cụ thể: - Kiểm nghiệm thông số động lực học hệ thống treo xe captiva - Phân tích, đánh giá kết thí nghiệm xe - Đề xuất kiến nghị góp phần cải tiến hệ thống treo b Mục tiêu lâu dài: - Nghiên cứu sâu hệ thống treo xe du lịch Từ nghiên cứu, thiết kế khắc phục hệ thống treo dòng xe du lịch tương lai - Giúp người điều khiển hành khách xe êm dịu, thoải mái xe chạy đường 3.1 Nội dung nghiên cứu -Tìm hiểu sâu động lực học hệ thống treo -Kiểm nghiệm thông số đo đường -Mô mơ hình tính tốn động lực học -Phân tích tượng suy luận tìm giải pháp khắc phục 3.2 Phương pháp nghiên cứu 3.2.1 Phương pháp luận - Sử dụng phương pháp suy luận logic - Sử dụng kết công bố hãng để từ có định hướng nghiên cứu - Tiến hành đo đạc, thu thập số liệu thực tế xe - Tính tốn phân tích động lực học đối tượng nghiên cứu - Từ phân tích từ tốn độn lực học, xây dựng tốn mơ đối tượng nghiên cứu mơ hình động lực học - Tổng kết kết quả, rút kết luận cần thiết, có ích cho đề tài nghiên cứu 3.2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: Thu thập tài liệu hãng Chevorlet - Phương pháp mô : Bằng phần mềm ADAMS/CAR máy tính -Phương pháp suy luận logic: Dựa vào sở lý thuyết kết hợp với thực tế để tính tốn động lực học Sử dụng thiết bị đo để thu thập số liệu thức tế đường thử CHƯƠNG 1: 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE TOYOTA VIOS Giới thiệu chung xe Toyota Vios Toyota Vios phiên Sedan cỡ nhỏ đời năm 2003 để thay cho dòng Soluna thị trường Đơng Nam Á Trung Quốc Thế hệ Vios phần dự án hợp tác kĩ sư Thái Lan nhà thiết kế Nhật Toyota sản xuất nhà máy Toyota Gateway, tỉnh Chachoengsao, Thái Lan Với đời Vios hệ thứ năm 2007, Toyota bắt đầu cho dòng xe tiến quân sang thị trường khác châu Á, thay Toyota Soluna, mẫu subcompact bình dân Toyota Corolla Toyota Camry khu vực Đông Nam Á Hình Hình dáng ngồi xe Toyota Vios Thế hệ đầu 2003–2007 Kiểu thiết kế thân xe: sedan chỗ Động cơ: 1.3 1.5 lít Những xe Vios đời Thái Lan bàn tay kỹ sư Thái Lan nhà thiết kế Nhật Phần lớn mẫu xe Vios quốc gia Đơng Nam Á có Việt Nam trang bị động 1,5 lít trừ Vios quốc đảo Philippines Người dân quốc đảo ưa chuộng phiên sử dụng động nhỏ với dung tích 1,3 lít Phiên Vios chế tạo dựa mẫu Toyota Platz Nhờ số cải tiến ngoại thất, Vios mang dáng vẻ khác biệt, đặc biệt với phiên 2006 Phiên chỉnh sửa đáng kể với lưới tản nhiệt, đèn pha, đèn hậu làm vành đúc nội thất Thế hệ thứ (từ năm 2007 đến nay) Kiểu thiết kế thân xe: sedan chỗ Động cơ: 1.5 lít Chiếc Toyota Vios tái lại mẫu Toyota Belta sedan trình làng tháng 11/2005 Toyota Belta có tên gọi khác Toyota Yaris (tên có Mỹ, Nhật Australia), Toyota Echo (tên gọi Canada) Toyota Vitz Nếu Vios có phiên sedan Belta có thêm phiên hachtback Toyota Vios 2007 sử dụng động cũ (ra mắt vào tháng 8/2003) I4 ký hiệu 1NZ-FE 1.5L DOHC tích hợp cơng nghệ điều khiển van biến thiên VVT-i Công suất cực đại động 107 mã lực, mô-men xoắn tối đa 144 Nm Tuy nhiên, khung gầm thiết kế hoàn toàn Phiên Vios 1.5E (5 số sàn) nâng cấp từ xe Vios 2003 1.5G (5 số sàn), phiên Vios 1.5G (4 số tự động) lần giới thiệu thị trường Việt Nam Xe Vios 2007 có kích thước lớn xe đời cũ Trang bị an tồn tiện nghi có nhiều cải tiến Về ngoại thất, thay đổi lớn lưới tản nhiệt có cấu trúc hình chữ V, cụm đèn hậu nhơ ngồi, đèn xi-nhan tích hợp gương (gương gập lại khơng sử dụng), vành hợp kim thiết kế 1.2 Thông số kỹ thuật xe Toyota Vios 1.2.1 Động 1NZ-FE (DOHC 16 xu páp với VVT-i) Động sử dụng xe Toyota Vios loại động xăng kỳ , với xy lanh đặt thẳng hàng, thứ tự làm việc 1- 3- 2- Động sử dụng trục cam q1(VVT- i), giúp cho xe tiết kiệm nhiên liệu bảo vệ môi trường - Công suất tối đa: 107 HP / 6000 rpm - Mô men xoắn tối đa: 144 Nm / 4200 rpm - Tỉ số nén: 10,5:1 - Mức tiêu hao nhiên liệu: 5,5L/100 Km (trong điều kiện thử nghiệm) - Hệ thống cung cấp nhiên liệu: xe Toyota Vios sử dụng hệ thống phun xăng điện tử đa điểm (MPI) với loại xăng có số octan RON 95, 92, 87, 83 Dung tích bình xăng 42 lít - Hệ thống làm mát: hệ thống làm mát nước theo phương pháp tuần hoàn cưỡng nhờ bơm nước - Hệ thống bôi trơn: theo nguyên lý hoạt động hỗn hợp bao gồm bôi trơn cưỡng kết hợp với vung té Xe sử dụng loại dầu bôi trơn như: SAE 5W30, SAE 10W30, SAE 15W40 1.2.2 Hệ thống truyền lực - Ly hợp: Loại đĩa ma sát khô, thường đóng , có lò xo ép hình đĩa, dẫn động khí kiểu cáp Ở loại ly hợp sử dụng lò xo dạng đĩa hình từ tận dụng kết cấu để đóng mở ly hợp mà khơng cần phải có đòn mở riêng Mặt đáy lò xo tì trực tiếp vào đĩa ép, phần lò xo liên kết với vỏ Mặt đỉnh lò xo sử dụng để mở ly hợp bạc mở ép lên - Hộp số:+ Đối với phiên 1.5G tự động cấp + Đối với phiên 1.5E hộp số thường cấp - Truyền lực vi sai: Đây loại xe du lịch động hộp số đặt ngang, cầu trước chủ động nên cặp bánh truyền lực vi sai bố trí ln cụm hộp số Xe Toyota Vios sử dụng truyền lực cấp, bánh trụ nghiêng 1.2.3 Hệ thống phanh Hệ thống phanh xe Toyota Vios bao gồm hệ thống phanh chân phanh dừng (phanh tay) - Hệ thống phanh chân có dẫn dộng phanh thuỷ lực trợ lực chân khơng hai dòng chéo nhau, sử dụng cấu phanh đĩa bánh trước bánh sau Bộ trợ lực phanh xi lanh ghép với thành khối Ty đẩy bàn đạp phanh trước tác dụng vào pittơng xi lanh có liên hệ với van phân phối cường hoá nên phanh lực tác dụng lên pittơng xi lanh bao gồm lực người lái lực trợ lực phanh - Xe Toyota Vios trang bị hệ thống chống bó cứng phanh ABS, với chế phân bố lực phanh điện tử EBD, giúp bánh xe khơng bị bó cứng ổn định phanh gấp đường trơn trượt 1.2.4 Hệ thống lái Hệ thống lái xe Toyota Vios hệ thống lái khí với tay lái trợ lực thủy lực, giúp tay lái nhẹ chạy xe tốc độ thấp trở lại mức bình thường xe chạy tốc độ cao Hệ thống lái xe Toyota Vios bao gồm cấu lái, dẫn động lái, trợ lực lái - Cơ cấu lái loại bánh trụ răng, làm ln chức lái ngang hình thang lái - Dẫn động lái gồm có: vành tay lái, vỏ trục lái, trục lái, truyền động đăng, lái ngang, cam quay khớp nối - Trợ lực lái gồm phận bản: bơm dầu, van phân phối xi lanh lực - Bán kính quay vòng: Bán kính quay vòng tối thiểu 4,9 m 2.3 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động Để đánh giá độ êm dịu chuyển động ô tô, nước có công nghiệp ô tô phát triển hàng đầu giới đưa đưa tiêu đánh giá độ êm dịu khác Dựa vào cơng trình nghiên cứu nước tài liệu Viện Khoa học Kĩ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đưa số tiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động ô tô sau: + Chỉ tiêu tần số: Con người tham gia vào giao thông hệ dao động, “đi lại” hoạt động thường xuyên người trở thành thói quen Khi người lại tương đương với hệ thực dao động, tuỳ thuộc vào hình dáng, trọng lượng riêng, thói quen người mà số lần bước phút thường khoảng 60-90 bước, tương ứng với tần số dao động khoảng 11,5Hz Vậy nên từ thói quen người chịu dao động hợp lý khoảng tần số vừa nêu Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động ô tô với điều kiện mặt đường kết cấu cụ thể tần số dao động tơ phải nằm giới hạn 1-1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh giá dao động ô tô sau: - Đối với xe con(du lịch) n = 60:90 (dđ/ph) - Đối với xe vận tải n = 100:120 (dđ/ph) + Chỉ tiêu gia tốc dao động Chỉ tiêu xác định dựa sở trị số bình phương trung bình gia tốc theo phương X, Y, Z là: Chúng có giá trị sau: X < 1,0 ( m / s ) Y < 0,7 ( m / s ) Z< 2,5( m / s ) Các số liệu xem gần để đánh giá độ êm dịu chuyển động tơ, dựa sở số liệu thống kê Mặt khác, điều quan 38 trọng dao động ô tô truyền cho người thực chất tác động ngẫu nhiên với dải tần số rộng phức tạp theo hướng tác dụng [8] 2.4 Chỉ tiêu an toàn chuyển động tải trọng tác dụng xuống đường Theo quan điểm an toàn chuyển động (xét theo khía cạnh tính điều khiển) tải trọng tác dụng xuống đường trị số lực tác dụng thẳng đứng bánh xe với đường thông số quan trọng để đánh giá Lực động xác định phức tạp phụ thuộc vào tính chất dao động ô tô, vận tốc chuyển động độ mấp mô biên dạng đường Theo quan điểm tải trọng tác dụng xuống đường dựa vào trị số lớn tải trọng bánh xe, nghĩa tương ứng với giá trị dương để đánh giá, lớn ảnh hưởng lực tác động tới lốp xe phận chi tiết xe đường bị tác động xấu nhiều Mặt khác để giảm ảnh hưởng trường hợp giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa làm giảm khả tiếp nhận lực tiếp tuyến(nhất phanh) lực ngang(quan trọng quay vòng) Trong trường hợp đặc biệt bánh xe bị nảy khỏi mặt đường lực tác dụng từ đường lên bánh xe tơ tính điều khiển Để đánh giá tính chất dao động ô tô theo quan điểm an toàn chuyển động cần xác định tỉ số lực động tải trọng tĩnh bánh xe là: K= Fd Rt K (1.1) Khảo sát dao động ô tô người ta quan tâm đến bám lốp với mặt đường, nhằm đảm bảo dao động ô tô thoả mãn tiêu độ êm dịu bánh xe phải bám đường, không đạt tiêu dẫn đến làm tính ổn định điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu Giá trị gần lực tác dụng xuống đường xác định sau: 39 Fd ≈ C L (ξ − q ) Trong đó: (1.2) C L : độ cứng lốp ξ : chuyển dịch bánh xe theo phương thẳng đứng q: chiều cao mấp mơ biên dạng đường Có thể xác định giá trị ξ td max - giá trị cực đại chuyển dịch tương đối bánh xe với đường theo biểu thức: ξ td max = Max(ξ − q ) (1.3) Giá trị ξ td max làm sở đánh giá khả bám lốp với đường CHƯƠNG 3: Kiểm nghiệm thông số đọng lực học hệ thống treo xe VIOS 3.1 Giới thiệu thiết bị đo.Bộ xử lí UC Processor 3.1.1 Tổng quan -Bộ xử lí UC thiét bị dùng để đo độ lắc dọc lắc ngang xe -Bộ xử lí UC dựa CAN tương thích với tất T cảm biến độ cao xử dụng để đo độ lắc dọc ,lắc ngang xe kết nối nhanh với cảm biến quang trục để cung cấp góc trượt xe -Thơng tin thu từ cảm biến tính tốn truyền qua xử lí UC tới hệ thống thu thập liệu,cung cấp đầy đủ phép đo độ lắc dọc lắc ngang xe cách dễ dàng 3.1.2 Ứng dụng Bộ xử lí UC sử dụng kiểm tra động lực học ,đòi hỏi phải xác thơng số sau: -Độ lắc dọc lắc ngang -Độ trượt góc -Tỷ lệ lắc ngang -Tỷ lệ lắc dọc 40 Thông số kỹ thuật • Điện áp đầu vào: 10-30V DC • Đầu cắm cảm biến: ♣ HF1: Cổng vào CAN cho Cảm biến HF-xxxC ♣ HF2: Cổng vào CAN cho Cảm biến HF-xxxC ♣ HF3: Cổng vào CAN cho Cảm biến HF-xxxC ♣ HF4: Cổng vào CAN cho Cảm biến HF-xxxC ♣ Cảm biến S-350: Cổng vào CAN cho S-350 Sensor • Đầu vào CAN cho cảm biến: CAN V2.0B • Đầu CAN cho cảm biến: ♣ CAN V2.0B ♣ Người dùng tùy chỉnh cấu hình ♣ Tất đầu CAN bảo vệ chống lại áp ngắn mạch • Giao diện PC: sử dụng USB tốc độ 2.0 • Báo hiệu đèn LED: -Báo BUS bận - Báo kết nối nguồn - Báo thị cực phân cực • Tốc độ cập nhật: 250 HZ • Giới hạn nhiệt độ: ♣ Hoạt động: 25đến 50 ºC ♣ Lưu trữ: 40 đến 85 ºC • Độ ẩm: đến 80% không ngưng tụ • Kích thước: 180x125x65 mm • Khối lượng: 745g • Độ giật: 50 g half-sine, ms • Rung: 10 g, 10 150 Hz 41 3.1.3 Cách lắp đặt Tổng quan thiết bị 42 S Tên Số lượng TT Mã sản phẩm UC processor Cáp kết nối CAN Cáp kết nối USB Cáp kết nối CAN Cáp kết nối nguồn Cáp vga dương –vga 1 1 18012482 18012483 55065150 18012367 âm Nối nguồn Kẹp nguồn cấp vào hộp cầu chì u cầu: • • Kẹp chặt, cực lắp đặt hoàn chỉnh xong mở nguồn điện 43 nối qua cầu chì Yêu cầu: nối cực, sử dụng cáp 44  Nối nguồn vào ucprocessor Yêu cầu: cắm nhẹ nhàng với chân rắc, vặn vào từ từ không gãy chân rắc 45  Nối kết nói với máy tính qua cổng usb Yêu cầu: cắm nhẹ nhàng với chân rắc, vặn vào từ từ không gãy chân rắc Chọn cáp nối Kết nối với HF 46 Yêu cầu: cắm nhẹ nhàng với chân rắc, vặn vào từ từ không gãy chân rắc Chọn cáp nối  Lắp đặt HF Yêu cầu: cắm nhẹ nhàng với chân rắc, vặn vào từ từ không gãy chân rắc Chọn cáp nối 47 48 Quy trình khởi động 49 Mở nguồn nguồn -> mở cơng tắc nguồn cầu chì -> điện cấp cho xử lý xử lý hoạt động xử lý xuất đèn xanh hình sau đây: 50 3.1.4 1- An tồn lao động Khơng đụng vào thiết bị điện bàn chân ướt bàn chân trần 2Tuân thủ quy tắc thiết bị điện 3Luôn tắt công tắc thiết bị điện tiến hành lắp đặt 45- Kiểm tra kĩ kết nối trước bật công tắc Khi làm việc thấy thiết bị có đấu hiệu hư hỏng phải ngừng công việc để kiểm tra 51 52 ... luận văn tơi xin trình bày phương pháp nghiên cứu động lực học hệ thống treo xe du lịch Tôi xin đề xuất đề tài: Nghiên cứu động lực học hệ thống treo xe VIOS ” để làm luận văn bảo vệ tốt nghiệp... thông số động lực học hệ thống treo xe captiva - Phân tích, đánh giá kết thí nghiệm xe - Đề xuất kiến nghị góp phần cải tiến hệ thống treo b Mục tiêu lâu dài: - Nghiên cứu sâu hệ thống treo xe du... hay xoắn Quan hệ bánh xe với khung xe thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng gọi quan hệ động học Khả truyền lực vị trí gọi quan hệ động lực học hệ treo 1.4.3 Bộ phận giảm chấn Trên xe ôtô giảm