Nghiên cứu mô phỏng dao động của ô tô khi xét đến mấp mô của mặt đường bằng phần mềm Matlab.PDF

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA     ĐINH PHƯỚC THẢO NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB Chuyên ngành: Kỹ thuật khí Mã số: 8.52.01.03 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2019 Công trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: PGS TS TRẦN XUÂN TÙY Phản biện 1: PGS.TS.LƯU ĐỨC BÌNH Phản biện 2: PGS.TS PHẠM ĐĂNG PHƯỚC Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Kỹ thuật họp Trường Đại học Bách Khoa vào ngày 12 tháng 10 năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học ĐàNẵng trường Đại Học Bách Khoa - Thư viện Khoa khí, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nhu cầu vận chuyển hàng hóa, hành khách ngày tăng nhanh, mật độ vận chuyển lớn Đồng thời với mở rộng phát triển thị ngày tăng nhanh vận chuyển ô tô lại có ưu Ở nước công nghiệp phát triển, công nghiệp ô tô nghành kinh tế mũi nhọn, tiêu biểu ô tô Trường Hải, tập đoàn Vin Group… Những năm trước nhu cầu khách hàng cần có phương tiện di chuyển để đến nơi mà yêu cầu cao chất lượng phương tiện Ngày kinh tế thị phát triển đời sống người dân nâng cao, với xu hội nhập vào kinh tế giới, nhu cầu lại người dân phải kèm theo yêu cầu thỏa mái tiện nghi Do xuất phát từ cớ sở gầm xe tải chuyển sang xe khách tồn nhiều vấn đề cần nghiên cứu giải độ em diệu chuyển động Do việc nghiên cứu dao động ô tơ vấn đề cấp thiết, góp phần đề phương hướng biện pháp nhằm nâng cao chất lượng ô tô Xuất phát từ nguyện vọng thỏa mãn người dung ngày tăng gơi ý giáo viên hướng dẫn định chọn đề tài “nghiên cứu mô dao động ô tô xét đến mấp mô mặt đường phần mềm Matlab” II Mục địch nghiên cứu Vận dụng lý thuyết dao động ô tô kết hợp với cộng cụ mô Matlab để khảo sát thông số dao động tơ Đánh giá tính khoa học chất lượng ô tô khảo sát Đề giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động ô tô đảm bảo tiêu độ êm dịu nhằm thỏa mản tối đa yêu cầu người tiêu dùng III Đối tượng phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu  Phạm vi nghiên cứu - Xây dựng mơ hình tốn học hệ dao động - Mơ q trình dao động xe tải cầu tính đến mấp mơ bề mặt đường phần mềm Matlab I Nghiên cứu mở rộng để áp dụng nghiên cứu dao động tính đến mặt phẳng mấp mơ cho dòng xe khác IV Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu quan hệ đường, ô tô, người + Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường + Nghiên cứu dao động ô tô + Nghiên cứu cảm giác người - Ứng dụng Matlab mô dao động ô tô + Xây dựng hàm tốn học + Mơ mơ hình chuyển động ô tô V Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Nghiên cứu thành công tạo điều kiện khảo sát, kiểm tra dễ dàng thông số dao động, tiêu độ êm dịu ô tô tiến đến nâng cao tính hợp lý kết cấu hệ thống treo đảm bảo độ em dịu chuyển động xe khảo sát điều kiện vận hành Việt Nam VI Dự kiến kết đạt - Xây dựng mơ hình tốn học hệ - Mơ q trình dao động xe tính đến mấp mơ bề mặt đường phần mềm Matlab - Xác định tần số, biên độ giao động thân xe VII Cấu trúc luận văn: Cấu trúc luận văn gồm chương - Chương 1: Tổng quan dao động ô tô - Chương 2: Xây dựng mơ hình tốn học hệ - Chương 3: Khảo sát ô tô phần mềm Matlab - 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.2.1 Chương TỔNG QUAN DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ Tác động rung động lên thể người Rung động toàn thân Tác động rung động cục Các tiêu mơ hình dao động tơ Các tiêu đánh giá độ dao động Người Hệ thống phanh Thân xe Hệ thống treo Đường Hình 1: Mơ hình “ Đường-Xe-Người” 1.2.2 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động: Để đánh giá độ êm dịu chuyển động tơ, nước có cơng nghiệp tô hàng đầu giới đưa tiêu đánh giá độ êm dịu khác Dựa vào cơng trình nghiên cứu nước ngồi 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: a.Chỉ tiêu tần số: Con người tham gia vào giao thông hệ dao động, di chuyển hoạt động thường xuyên người trở thành thói quen Khi người di chuyển tương đương với hệ thực dao động, số lần bước phút thường khoảng 60-85 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 ô tô phải nằm giới hạn 1-1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh giá dao động ô tô sau: - Đối với xe du lịch n = 60-85 (dđ/ph) - Đối với xe vận tải n = 85-120 (dđ/ph) b.Chỉ tiêu gia tốc dao động Các thí nghiệm kéo dài liền cho thấy nhạy cảm người dải tần 4-8 Hz Trong dải tần số giá trị cho phép toàn phương gia tốc sau [1] Dễ chịu : 0,1 (m/s2) Gây mệt mỏi : 0,315 (m/s2) Gây ảnh hưởng tới sức khỏe : 0,63 (m/s2) Các số liệu xem gần để đánh giá độ êm dịu chuyển động tơ, dựa sở số liệu thống kê Mặt khác, điều quan 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 Ngoài theo số tài liệu tham khảo tác giả đưa số tiêu khác đánh giá độ êm dịu chuyển động ô tô tiêu tính êm dịu chuyển động dựa vào gia tốc dao động thời gian tác động 1.2.3 Chỉ tiêu an toàn chuyển động tải trọng tác dụng xuống đường: 1.3 Mơ hình dao động Ơtơ thuộc hệ học nhiều vật, dao động với dải tần số thấp không vượt 50Hz Việc lập chọn mơ hình dao động phải theo tiêu chí sau: - Mục tiêu nghiên cứu (đề tài khảo sát theo mục đích chẩn đốn) - Cấu trúc riêng đối tượng nghiên cứu - Khả tính tốn phương tiện tính tốn Ngày nay, với phát triển khoa học kĩ thuật khả tính tốn khơng bị hạn chế (có nhiều phần mềm mạnh hỗ trợ tính tốn), nên chủ yếu chọn lập mơ hình thường vào mục tiêu đặc điểm kết cấu đối tượng Về mục tiêu nghiên cứu bao hàm vấn đề sau: Nghiên cứu tối ưu hệ treo, kể hệ treo tích cực Đối với mục tiêu cần khảo sát mơ hình ¼ (một bánh) Nghiên cứu dao động liên kết, thường dùng mơ hình phẳng; mơ hình phẳng dùng để nghiên cứu ảnh hưởng đường Nghiên cứu trượt lật tác động ngoại lực đường mấp mơ, gió bên nên thường sử dụng mơ hình ½ mơ hình full a Mơ hình ¼ Mơ hình ¼ bao gồm hai khối lượng treo (thay cho khối lượng thân xe) khối lượng không treo (thay cho khối lượng bánh xe, cầu xe thành phần liên kết) Phần treo không treo liên kết với thông qua phần tử đàn hồi treo giảm chấn, có độ cứng k, hệ số cản giảm chấn c Để chuyển mơ hình vật lý thành mơ hình động lực học hệ dao động tơ, cần phải có số giả thiết nhằm đơn giản cho việc tính tốn đảm bảo tính đắn kết Q trình nghiên cứu mơ hình ¼ xét dao động bốn bánh xe, dao động hệ nhỏ, tuyến tính, xung quanh vị trí cân tĩnh, bánh xe lăn không trượt tiếp xúc với đường Mơ hình 1/4 có z2 m2 thể dùng để chọn tối ưu thông số m2*g độ cứng lốp, khối c2 k2 lượng không treo m, độ cứng c z1 hệ số cản giảm chấn k m1 theo hàm mục m1*g tiêu vừa nêu c1 Việc có ý k1 nghĩa toán q điều khiển, tối ưu hệ treo Hình Mơ hình 1/4 b Mơ hình dao động liên kết Mơ hình động lực học biểu thị dao động liên kết ô tô cầu dạng mơ hình phẳng, có nghĩa tơ giả thiết đối xứng qua trục dọc xe xem độ mấp mô biên dạng đường bánh xe trái phải Khối lượng treo qui dẫn trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng m3 (đại diện cho khối lượng treo thân xe) m1, m2 (đại diện cho khối lượng không treo cầu xe) với bậc tự Z3, , Z1, Z2 z3 J z'1  lf c12 k12 z1 z'2 m3 lr m3*g m1 m2 m1*g k11 c22 k22 z2 m2*g k21 q1 q2 Hình Mơ hình phẳng dao động tơ cầu Mơ hình hiệu với tốn bố trí chung, mơ hình đơn giản nghiên cứu đường phân bổ tải phanh c Mơ hình nghiên cứu giao động xe khơng gian Mơ hình khơng gian xe hai cầu đưa hình 2.5 [7] Xe có khối lượng bé lại có yếu tố phi tuyến hình học vật lý lớn nên khơng thể bỏ qua lập mơ hình Đặc điểm kết cấu vỏ chịu lực (unibody), hệ treo độc lập có yếu tố phi tuyến hình học cao Hình 1 Mơ hình khơng gian xe 1.4 Tổng quan hệ thống treo ô tô 1.4.1 Công dụng yêu cầu hệ thống treo Hệ thống treo hiểu hệ thống liên kết mềm bánh xe khung xe vỏ xe Mối liên kết treo xe mối liên kết đàn hồi có chức sau đây: Tạo điều kiện cho bánh xe thực chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng khung xe vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạn chế tới mức chấp nhận chuyển động khơng muốn có khác bánh xe lắc ngang, lắc dọc Truyền lực bánh xe khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc lực bên Trên hệ thống treo, liên kết bánh xe khung vỏ cần thiết phải mềm phải đủ khả để truyền lực, quan hệ thể yêu cầu sau đây: Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính kỹ thuật xe (xe chạy đường tốt hay xe chạy loại đường khác nhau, hay đường đồi núi, xe du lịch hay chở hàng, chở vật liệu…) - Bánh xe chuyển dịch giới hạn định - Quan hệ động học bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích hệ thống treo làm mềm theo phương thẳng đứng không phá hỏng quan hệ động học động lực học chuyển động bánh xe - Không gây nên tải trọng lớn mối liên kết với khung vỏ - Có độ tin cậy lớn, độ bền cao khơng gặp hư hỏng bất thường - Giá thành thấp độ phức tạp hệ thống treo không lớn - Có khả chống rung chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ xe tốt - Đảm bảo tính ổn định tính điều khiển chuyển động ô tô tốc độ cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng 1.4.2 Các phận hệ thống treo 1.4.2.1 Bộ phận đàn hồi Là phận nối mềm bánh xe thùng xe, làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết di chuyển nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với thể người (khoảng 60 – 80 lần/ph) Bộ phận đàn hồi bố trí khác xe cho phép bánh xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng 1.4.2.2 Bộ phận giảm chấn Trên xe ôtô giảm chấn sử dụng với mục đích sau: + Giảm dập tắt va đập truyền lên khung bánh xe lăn đường không phẳng nhằm bảo vệ phận đàn hồi tăng tính tiện nghi cho người sử dụng + Đảm bảo dao động phần không treo (unsprung) mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt tiếp xúc bánh xe với mặt đường đảm bảo tính lái tăng tốc chuyển động an toàn + Nâng cao tính chất chuyển động xe khả tăng tốc, khả an toàn chuyển động Để dập tắt dao động xe chuyển động giảm chấn biến đổi thành nhiệt nhờ ma sát chất lỏng van tiết lưu Trên ôtô chủ yếu sử dụng giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều cấu trúc hai lớp 1.4.2.3 Thanh ổn định đòn dẫn đường Hình Thanh ổn định cấu treo Trên loại xe ngày ổn định có Trong trường hợp xe chạy đường khơng phẳng quay vòng, tác dụng lực li tâm phản lực thẳng đứng bánh xe cầu thay đổi làm cho tăng độ nghiêng thùng xe làm giảm khả truyền lực dọc, lực bên bánh xe với mặt đường Thanh ổn định có tác dụng xuất chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu chịu tải Cấu tạo chung có 10 Phân loại hệ thống treo Có nhiều cách phân loại hệ thông treo như: - Phân loại theo phận đàn hồi chia ra: loại sử dụng phận đàn hồi kim loại (nhíp lá, lò xo xoắn…); loại khí; loại thủy lực; cao su… - Phân loại theo sơ đồ phận dẫn hướng chia ra: cấu treo phụ thuộc với cầu liền; loại độc lập với cầu cắt - Phân loại theo phương pháp dập tắt chấn động: loại dùng giảm chấn thủy lực; loại giảm chấn nhờ ma sát (ma sát phận đàn hồi phận dẫn hướng) Nhưng phân loại người ta chủ yếu dựa vào sơ đồ phận dẫn hướng chia nhóm hệ thống treo độc lập hệ thống treo phụ thuộc: 1.4.2 a) Hệ thống treo phụ thuộc; b) Hệ thống treo độc lập 1- Thùng xe; 2- Bộ phận đàn hồi; 3- Bộ phận giảm chấn; 4- Dầm cầu; - Các đòn liên kết hệ treo Hình Sơ đồ hệ thống treo 11 Chương 2: MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ơ TƠ 2.1 Phương pháp lập hệ phương trình Khi nghiên cứu dao động ơtơ ta thấy hệ nhiều vật bao gồm hữu hạn vật liên kết đàn hồi với chuyển động tương biên độ lớn tần số thấp từ đến 50Hz Để lập phương trình chuyển động cho hệ nhiều vật ta sử dụng phương trình Newton Euler Phương pháp Newton Euler thân thiện hệ nhiều vật với người sử dụng Đó phương pháp tách cấu trúc, vật hệ coi hệ Việc thành lập phương trình cho hệ dựa vào nguyên lý lực cắt Nguyên lý là, điểm cắt nội lực hệ cân với ngoại lực tác dụng; nội lực mômen phương ngược chiều có cường độ Cần ý sử dụng phương pháp tách vật nguyên lý lực cắt, hệ hệ cần thiết lập trạng thái cân tĩnh Khi lực cắt trở thành ngoại lực gây dao động cho vật Các bước phương pháp tách vật, nguyên lý lực cắt sử dụng phương trình Newton Euler để lập phương trình dao động: - Cắt vật khỏi hệ điểm có liên kết; vật cân lực cắt - Chọn khối tâm Ci vật i làm gốc hệ toạ độ cục (hệ toạ độ vật) - Xác lập lực cắt - Sử dụng phương trình Newton Euler viết phương trình vi phân chuyển động cho vật hệ toạ độ khối tâm cố định - Ta có quy định hệ toạ độ sau: 12 - Hệ toạ độ cố định: Oi ( X,Y,Z,  ,  ,   ) - Hệ toạ độ cục Ci (x, y, z,  ,  ,  ) - Với giả thiết vừa nêu, ta có phương trình vi phân cho vật rắn phẳng J M j ; j=x,y,z m x j=Fj ; j 2.2 Cấu trúc ô tô Đối với xe ta coi xe hệ nhiêu vật bao gồm: khối lượng đươc treo thân xe bốn khối lượng không treo bánh xe Các yếu tố kết cấu xe như: Vị trí trọng tâm, hình dáng khí động học xe ảnh hưởng đến trình chuyển động xe ta cần xét đến khảo sát chuyển động xe Khi xe chuyển động xe chịu tác động lực thực tế là: Fx ,Fy, Fz lực mô tả tổng quát sơ đồ sau 13 Sơ đồ cấu trúc tơ Sơ đồ cấu trúc xoay vòng 14 Chương 3: ỨNG DỤNG MATLAB MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG 3.3.1 Giới thiệu phần mền Matlab-Simulink Matlab (MATric LABoratory) công cụ phần mềm MathWork với giao diện cực mạnh lợi kĩ thuật lập trình đáp ứng vấn đề đa dạng: từ lĩnh vực kỹ thuật chuyên ngành điện, điện tử, điều khiển tự động, rôbôt công nghiệp, vật lý hạt nhân ngành xử lý toán chun dụng thống kê, kế tốn Matlab có lệnh mạnh giúp giải loại toán khác nhau, đặc biệt hệ phương trình tuyến tính, phi tuyến hay ma trận với kết nhanh chóng xác Bộ lệnh lên tới hàng trăm ngày mở rộng thông qua hàm ứng dụng người sử dụng hay thông qua thư viện trợ giúp Bên cạnh Matlab cho phép xử lý liệu, biểu diễn đồ họa cách mềm dẻo, đơn giản xác khơng gian hai chiều ba chiều giúp người sử dụng quan sát cách trực quan đưa phương pháp giải tốt Phần cốt lõi chương trình bao gồm số hàm toán, chức nhập/xuất khả điều khiển chu trình mà nhờ ta dựng nên Scripts Thêm vào cơng cụ (Toolbox) bổ sung chức chuyên dụng Thường hay sử dụng Toolbox như: Control System Toolbox, Signal Processing Toolbox, Optimization Toolbox, Stateflow Blockset, Power System Blockset, Real-time Workshop Simulink Simulink Toolbox có vai trò đặc biệt quan trọng: Vai trò cơng cụ mạnh phục vụ mơ hình hố mô hệ thống Kỹ thuật - Vật lý sở sơ đồ cấu trúc dạng khối Simulink phần chương trình mở rộng Matlab nhằm mục đích mơ hình hố, mơ khoả sát hệ thống động học Giao diện đồ hoạ hình Simulink cho phép thể hệ thống dạng sơ đồ tín hiệu với khối chức quen thuộc Simulink cung cấp cho người sử dụng thư viện phong phú, có sẵn với số lượng lớn khối chức cho hệ tuyến tính, phi tuyến gián đoạn Hơn thế, người sử dụng tạo khối cho riêng Một tính đặc biệt khác Simulink nhận tín hiệu trực tiếp từ phần mềm khác giống nhận tín hiệu từ bên ngồi vào để xử lý số phần mềm 15 Dasylab sau xử lý phản hồi tín hiệu trở lại để điều khiển đối tượng 3.1.1 Thiết lập mơ hình a) Mơ hình dao động phần tử khối lượng Hình Sơ đồ lực tác động Trên hình 3.2 trình bày mơ hình dao động phần tử khối lượng Trong m khối lượng phần thân xe phân bố bánh xe khảo sát, k độ cứng lò xo, c hệ số cản giảm chấn thủy lực Trong thực tế gặp mơ hình dạng ghế ngồi máy kéo mơ hình hóa [1] b) Mơ hình dao động hai phần tử z2 m2 Clock m2*g chuyen vi z2 c2 k2 chuyen vi than xe van toc dz2 van toc dd thanxe z1 m1 q q gia toc ddz2 gia toc dd than xe chuyen vi z1 chuyen vi cau xe m1*g van toc dz1 k1 c1 Subsystem van toc dd cau xe q Hình: Mơ hình vật lý dao động hai phần tử sơ đồ mơ tổng thể 16 Trong đó:  m1: khối lượng cầu xe bánh xe (phần không treo) ;  m2: khối lượng thân xe (được treo) phân bố bánh xe;  k1 c1 độ cứng hẹ số cản lốp;  k2 c2 độ cứng lò xo hệ số cản giảm chấn thủy lực c) Mơ hình dao động liên kết Mơ hình dao động liên kết (mơ hình phẳng) trình bày sơ đồ hình 3.19 Ta gặp mơ hình thực tế xe ô tô hai cầu dùng cấu treo phụ thuộc Trong đó:  m1,m2 khối lượng khơng treo trước sau  m3: khối lượng thân xe bên trục dọc (được treo)  k11, k21: hệ số cứng lốp trước sau  k12, k22: hệ số cứng lò xo cụm treo trước sau  c12, c22: hệ số cản giảm chấn thủy lực cụm treo trước sau  J : mơ men qn tính khối lượng thân xe với trục ngang y  lf, lr khoảng cách từ trọng tâm phần treo tới cầu trước sau  g : gia tốc trọng trường lấy 9,8 (m/s2) z3 J z'1  lf c12 k12 z1 z'2 m3 lr m3*g m1 m2 m1*g k11 c22 k22 z2 m2*g k21 q1 q2 Hình Mơ hình dao động liên kết 17 Mơ hình động lực học biểu thị dao động liên kết ô tô cầu dạng mơ hình phẳng, có nghĩa tơ giả thiết đối xứng qua trục dọc xe xem độ mấp mô biên dạng đường bánh xe trái phải Khối lượng treo quy dẫn trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng m3 (đại diện cho khối lượng treo thân xe) m1, m2 3.3.2 Một số kết khảo sát mơ hình a) Mơ mô dao động ô tô matlab Mô hình dao động thiết lập với ¼ xe thể x2 M1 Fqt1 Flx1 Fms1 Flx1 Fms1 x2 M2 Fqt1 Fms2 Flx2 hình Hình Mơ hình dao động 1/4 xe x x M M k k b b x M x k b u u Hình Mơ hình phân tích lực 18 Trong đó: Fms1 – lực ma sát giảm chấn; Fms2 – lực ma sát lốp; Flx1 – lực lò xo nhíp; Flx2 – lực lò xo lốp; Fqt1 – lực qn tính khối lượng M1; Fqt2 – lực quán tính khối lượng M2; x1 – chuyển vị khung xe; x2 – chuyện trục bánh xe (cầu); u – độ nhấp nhơ mặt đường Mơ tả tốn học: - Lực ma sát giảm chấn: Fms1  b1 ( dx1 dx  ) dt dt (1) - Lực ma sát lốp: Fms2  b ( dx du  ) dt dt (2) - Lực lò xo nhíp: Flx1  k1 (x1  x ) (3) - Lực lò xo (đàn hồi) lốp: Flx2  k (x  u) (4) - Lực quán tính khối lượng M1: Fqt1  M1 dx dt - Lực quán tính khối lượng M2: d2x Fqt2  M 2 dt (5) Mơ tả tốn học mối quan hệ tín hiệu hệ thống: - Phương trình cân lực khối lượng M2: Fqt2 = Flx1 + Fms1 – Flx2 – Fms2 19 d2x dx dx dx du  M 2  k1 (x1  x )  b1 (  )  k (x  u)  b (  ) dt dt dt dt dt (6) - Phương trình cân lực khối lượng M1: Fat1 = -Flx1 – Fms1 (7) Phương trình Laplace: - Phương trình Laplace (6): M2.s2.x2(s) = k1.x1(s) – k1.x2(s) + b1.s.x1(s) – b1.s.x2(s) – k2.x2(s) + k2.u(s) – b2.s.x2(s) + b2.s.u(s) (8) Hay: [M2.s2 + (b1 + b2).s + (k1 + k2)].x2(s) = (b1.s + k1).x1(s) + (b2.s + k2).u(s) (9) - Phương trình Laplace (7): M1.s2.x1(s) = -k1.x1(s) + k1.x2(s) - b1.s.x1(s) + b1.s.x2(s) (10) Hay: (M1.s2 + b1.s + k1).x1(s) = (b1.s + k1).x2(s) (11) Từ (9), (11) ta có sơ đồi khối mơ tả hệ thống thể hình 3: x2(s) u(s) M 2s  (b1  b )s  (k1  k ) b2s + k2 b1s  k1 M1s  b1s  k1 + b1s + k1 Hình 3 Sơ đồ khối Mơ Matlab/Simulink thể hình x1(s) 20 x1 U_out To Workspace To Workspace2 a8.s + a9.s +1 U(s) Step Transfer Fcn2 -KGain5 Kn x1_sp Gain6 To Workspace3 t_out Clock ` Scope To Workspace1 Hình Mơ Matlab Trong đó: b = b1+ b2, k = k1 + k2 Các số liệu khảo sát thể bảng Bảng Các số liệu khảo sát Ký hiệu Tên gọi Đơn vị Giá trị M1 Khối lượng cầu xe kg 800 M2 Khối lượng lốp trục xe kg 320 Ghi Thay đổi khảo sát k1 Độ cứng nhíp k2 Độ cứng lốp N/m 300 Độ giảm chấn phuộc Thay đổi N.s/m 450-800 thủy lực khảo sát Độ giảm chấn lốp N.s/m 320 Độ nhấp nhô mặt đường m 0,05 b1 b2 u N/m 700~2500 k1 = 2800 21 k1 = 2500 k1 = 2300 k1 = 2000 22 b1=400 b1=450 23 3.3.3 Mô theo vận tốc, gia tốc a) Phân tích hệ thống Trước tiên nói tới hệ thống giảm xóc cho xe tơ, ta phải nói tới khả bám đường tốt, đồng thời giữ cho hành khách xe thoải mái qua đoạn đường gồ ghề, có nhiều “ổ gà” Tóm lại xe qua đoạn đường xấu, thân xe không dao động với biên độ lớn, dao động phải tắt dần cách nhanh chóng Vì khoảng cách X1 – W khó để đo đạc, bên cạnh lốp xe biến dạng ít, bỏ qua, ta chọn khoảng cách X1 – X2 thay cho X1 – W đầu hệ thống Trong hệ thống này, gồ ghề đường ( tín hiệu W ) xem đầu vào hàm xung tín hiệu Hàm xung lúc xe vừa ngang qua ổ gà Trong trường hợp muốn thiết kế điều khiển hồi đáp, đặt giả định tiêu chuẩn đầu ( X1 – X2) sau: Độ vọt lố không 5% Thời gian đáp ứng nhỏ giây Ví dụ, xe gặp đoạn gồ lên 10 cm thân xe ( hành khách ) dao động khoảng +/- mm trở lại trạng thái “mượt” giây b) Đồ thị đáp ứng nấc với đầu vào U(s) hàm nấc đơn vị Đồ Thị đáp ứng xung G Từ đồ thị trên, ta thấy hệ thống dao động tắt dần Người ngồi xe cảm thấy dao động nhẹ Tuy nhiên, xe tốn khoảng thời gian dài để đạt trạng thái ổn đinh, không chấp nhận ( từ khoảng 30 tới 50 giây) Tiếp theo, ta xét tới đáp ứng nấc tín hiệu đầu vào W(s) với biên độ 0.1 m Ta đồ thị đáp ứng G2 24 Đồ thị cho thấy xe qua đoạn gồ cao 10 cm đường ( vừa qua tảng đá cao 10 cm ), xe dao động khoảng thời gian không chấp nhận ( gần 50 s ) với biên độ đầu khoảng cm Người ngồi xe cảm thấy thoải mái xe dao động với độ vọt lố lớn thời gian tắt dần lâu ... tài nghiên cứu mô dao động ô tô xét đến mấp mô mặt đường phần mềm Matlab” II Mục địch nghiên cứu Vận dụng lý thuyết dao động ô tô kết hợp với cộng cụ mô Matlab để khảo sát thông số dao động. .. tính đến mặt phẳng mấp mơ cho dòng xe khác IV Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu quan hệ đường, ô tô, người + Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường + Nghiên cứu dao động ô tô + Nghiên cứu cảm giác... vi nghiên cứu - Xây dựng mơ hình tốn học hệ dao động - Mơ q trình dao động xe tải cầu tính đến mấp mơ bề mặt đường phần mềm Matlab I 2 Nghiên cứu mở rộng để áp dụng nghiên cứu dao động tính đến