Bài viết này sẽ trình bày phương pháp và kết quả tối ưu động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo nói trên khi có kể đến tính đàn hồi của phần tử dẫn hướng.
BÀI BÁO KHOA HỌC TỐI ƯU ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG TREO ĐỘC LẬP HAI ĐỊN NGANG CĨ KỂ ĐẾN TÍNH ĐÀN HỒI CỦA PHẦN TỬ DẪN HƯỚNG Nguyễn Hồng Quân1 Tóm tắt: Trước tác giả cơng bố 02 cơng trình khoa học (Nguyễn Hồng Qn, nnk 2018; Nguyễn Hồng Quân, nnk 2019) 02 tạp chí khoa học khảo sát, phân tích động học phần tử dẫn hệ thống treo hai đòn ngang Bài báo trình bầy phương pháp kết tối ưu động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo nói có kể đến tính đàn hồi phần tử dẫn hướng Từ khóa: Hệ thống treo; động học, động lực học, ADAMS, tối ưu ĐẶT VẤN ĐỀ Động học cấu dẫn hướng hệ thống treo ảnh hưởng trực tiếp đến tính an tồn điều khiển, động lực học phanh, treo, lái dao động ô tô Trong 02 cơng trình khoa học 02 tạp chí khoa học (Nguyễn Hồng Quân, nnk 2018; Nguyễn Hồng Quân, nnk 2019) khảo sát, phân tích động học xét ảnh hưởng kích thước vị trí khâu, khớp phần tử dẫn hệ thống treo hai đòn ngang đến động học hệ thống treo Bài báo trình bầy phương pháp kết tối ưu động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo nói có kể đến tính đàn hồi phần tử dẫn hướng Kết báo ứng dụng thiết kế phần tử dẫn hướng hệ thống treo CÁC NỘI DUNG CHÍNH 2.1 Xây dựng mơ hình, tính tốn khảo sát ảnh hưởng kích thước vị trí đặt khâu, khớp phần tử dẫn hướng đến động học hệ thống treo độc lập hai đòn ngang Nội dung trình bày cơng trình (Nguyễn Hồng Qn, nnk 2018; Nguyễn Hồng Quân, nnk 2019) nên sử dụng lại kết 02 cơng trình Đối tượng nghiên cứu phần tử dẫn hướng hệ thống treo trước ô tô (tham khảo tơ Toyota Land Cruiser Prado) có mơ hình động học hình hình Các số liệu ban đầu xem (Nguyễn Hồng Quân, nnk 2018; Nguyễn Hồng Quân, nnk 2019) y a a L1 b h 1 2 j b m L2 L4 m e e d j 3 o L3 c Rbx f Hình Sơ đồ động học x a) Mơ hình khơng đàn hồi b) Mơ hình đàn hồi Hình Mơ hình mơ ADAMS Theo* kết tính tốn (Nguyễn Hồng Qn, nnk 2018; Nguyễn Hồng Quân, nnk 2019), bánh xe dịch chuyển từ vị trí cân tĩnh lên xuống 100mm thì│γ│max = 4,610 và│ΔXF│max = 10,19mm vậy│ΔXF│max vượt giới hạn cho phép yêu cầu thiết kế│ΔXF│max ≤5 ÷ 60 Bộ mơn Cơ khí Ơ tô, Trường Đại học Giao thông Vận tải KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 103 │ΔXF│max ≤4 ÷ 5mm (Trịnh Chí Thiện, nnk 1984) cần tiến hành tính tốn tối ưu 2.2 Tính tốn tối ưu động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo độc lập hai địn ngang 2.2.1 Xây dựng mơ hình toán tối ưu 2.2.1.1 Lựa chọn hàm mục tiêu Đối với động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo độc lập cần giới hạn hai thông số góc nghiêng bánh xe γ độ dịch chuyển bánh xe theo phương ngang ΔXF hệ thống treo biến dạng, hàm mục tiêu tối ưu lựa chọn sau: Hàm mục tiêu 1: Giá trị tuyệt đối lớn góc nghiêng bánh xe đạt nhỏ tức: f = (|γ|max) Hàm mục tiêu 2: Giá trị tuyệt đối lớn độ dịch chuyển bánh xe theo phương ngang đạt nhỏ tức: f = (|ΔXF| max) Phụ thuộc vào mục tiêu thiết kế, tiến hành tính tốn tối ưu ta tối ưu hai hàm mục tiêu kiểm tra mục tiêu lại phải thỏa mãn yêu cầu thiết kế 2.2.1.2 Lựa chọn tham số tối ưu Tham số tối ưu lựa chọn tọa độ vị trí điểm đặt điểm A1, A2, B, C, D1, D2 là: A1(ΔX_A, ΔY_A); A2(ΔX_A, ΔY_A); B(ΔX_B, ΔY_B); C(ΔX_C, ΔY_C); D1(ΔX_D, ΔY_D); D2(ΔX_D, ΔY_D) Vậy ta có tất tham số tối ưu, xem[6] 2.2.1.3 Điều kiện ràng buộc Căn vào kết cấu khơng gian bố trí phẩn tử dẫn hướng hệ thống treo, lựa chọn điều kiện ràng buộc vị trí điểm A 1, A2, B, C, D1, D2 từ vị trí ban đầu dịch chuyển theo phương X, Y khoảng (-50 ÷ 50)mm tức: -50 ≤ ΔX_A ≤ 50; -50 ≤ ΔY_A ≤ 50; -50 ≤ ΔX_B ≤ 50; -50 ≤ ΔY_B ≤ 50; -50 ≤ ΔX_C ≤ 50; -50 ≤ ΔY_C ≤ 50; -50 ≤ ΔX_D ≤ 50; -50 ≤ ΔY_D ≤ 50, xem [6] 2.2.1.4 Mơ hình tốn tối ưu Bài tốn tối ưu có mơ hình tốn học sau: Bài tốn 1: Tìm: ΔX_A; ΔY_A; ΔX_B; ΔY_B; ΔX_C; ΔY_C; ΔX_D; ΔY_D Sao cho: f = min(|γ|max) Thỏa mãn: -50 ≤ ΔX_A ≤ 50; -50 ≤ ΔY_A ≤ 50; -50 ≤ ΔX_B ≤ 50; -50 ≤ ΔY_B ≤ 50; -50 ≤ ΔX_C ≤ 50; -50 ≤ ΔY_C ≤ 50; -50 ≤ ΔX_D ≤ 50; 50 ≤ ΔY_D ≤ 50 Bài tốn 2:Tìm: ΔX_A; ΔY_A; ΔX_B; ΔY_B; ΔX_C; ΔY_C; ΔX_D; ΔY_D Sao cho: f = min(|ΔXF|max).Thỏa mãn: -50≤ ΔX_A≤ 50; -50 ≤ ΔY_A ≤ 50; -50 ≤ ΔX_B ≤ 50; -50 ≤ ΔY_B ≤ 50; 50 ≤ ΔX_C ≤ 50; -50 ≤ ΔY_C ≤ 50; -50 ≤ ΔX_D ≤ 50; -50 ≤ ΔY_D ≤ 50 Từ mơ hình thuật toán trên, báo ứng dụng phần mềm ADAMS xây dựng mơ hình thiết kế tối ưu theo hàm mục tiêu Để giảm khối lượng tính tốn trước hết báo xây dựng mơ hình mơ coi khâu, khớp cứng tuyệt đối (hình 2a) (nếu trực tiếp xây dựng mơ hình có kể đến tính đàn hồi số bậc tự mơ hình lên đến hàng nghìn bậc từ khó đạt kết tính) tiến hành tính tốn tối ưu theo hàm mục tiêu để xác định kích thước tọa độ vị trí tham số tối ưu Bước xây dựng mơ hình có kể đến tính đàn hồi khâu, khớp với thơng số kích thước tọa độ vị trí sau tối ưu (hình 2b) Cuối kiểm tra động học hệ thống treo sau tối ưu có kể đến tính đàn hồi khâu, khớp phần tử dẫn hướng Khi tính tốn cần xét trường hợp bánh xe lên bánh xe xuống để xác định tổng dịch chuyển |γ|maxvà |ΔXF|max 2.2.2 Tối ưu với hàm mục tiêu f = min(|γ|max) 2.2.2.1 Tối ưu trường hợp bánh xe lên Xây dựng mơ hình ADAMS (Nguyễn Hồng Qn, nnk 2018) tiến hành phân tích tối ưu ta thông số γ, ΔXF biến thiên theo ΔYF trước sau tối ưu hình 3, hình Hình Biểu đồ γ ΔYF sau tối ưu Hình Biểu đồ ΔXF ΔYFsau tối ưu 104 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2.2.2.2 Tối ưu trường hợp bánh xe xuống Thông số γ ΔXF biến thiên theo ΔYF trước sau tối ưu hình hình Hình Biểu đồ γ, ΔYF trước sau tối ưu Hình Biểu đồ ΔXF , ΔYF trước sau tối ưu 2.2.3 Tối ưu với hàm mục tiêu f = min(|ΔXF|max) 2.2.3.1 Tối ưu trường hợp bánh xe lên Thông số γ ΔXF biến thiên theo ΔYF trước sau tối ưu hình hình Hình Biểu đồ γ, ΔYF trước sau tối ưu Hình Đồ thị ΔXF, ΔYF trước sau tối ưu 2.2.3.2 Tối ưu trường hợp bánh xe xuống Thông số γ ΔXF biến thiên theo ΔYF trước sau tối ưu hình hình 10 Hình Biểu đồ γ, ΔYF trước sau tối ưu Hình 10 Đồ thị ΔXF, ΔYF trước sau tối ưu Bảng Bảng tổng hợp so sánh kết Trường hợp 2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.3.1 2.2.3.2 Khi bánh xe lên Khi bánh xe xuống Tổng hợp tồn hành trình Trước tối Sau tối Trước tối Sau tối Trước tối Sau tối Giảm ưu ưu ưu ưu ưu ưu (%) |γ|max 4.01 0.57 0.50 8.67 4.01 8.67 -116.00 |ΔXF| max 1.18 21.80 9.01 31.45 9.01 31.45 -249.00 |γ|max 4.01 4.10 0.50 0.32 4.01 4.10 -2.00 |ΔXF| max 1.18 1.86 9.01 10.44 9.01 10.44 -16.00 |γ|max |ΔXF| max trước sau tối ưu không thay đổi |γ|max 4.01 3.21 0.50 2.34 4.01 3.21 20.00 |ΔXF| max 1.18 5.09 9.01 0.26 9.01 5.09 43.50 Thông số KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 105 Từ biểu đồ bảng tổng hợp kết tính tốn ta thấy trường tối ưu với hàm mục tiêu f = min(|ΔXF|max) trường hợp bánh xe xuống (mục 2.2.3.2.) cho kết tốt với |γ|max = 3.210 giảm 20%, |ΔXF| max = 5.09mm giảm 43.5%, đồng thời thỏa mãn giới hạn cho phép yêu cầu thiết kế│ΔXF│max ≤5 ÷ 60 │ΔXF│ max ≤4 ÷ 5mm Tọa độ vị trí khớp sau tối ưu bảng Bảng Tọa độ dịch chuyển tham số so với tọa độ vị trí ban đầu sau tối ưu Y_A (mm) 6.18 X_B (mm) -1.70 Y_B (mm) -6.20 2.3 Kiểm tra động học hệ thống treo sau tối ưu có kể đến tính đàn hồi khâu, khớp Sử dụng kết tọa độ vị trí khớp sau tối ưu bảng để xây dựng mơ hình tính có kể đến tính đàn hồi thanh, đòn phần tử dẫn hướng (hình 2b.) Khảo sát động học hệ thống treo tương tự mơ hình địn cứng tuyệt đối Sau so sánh động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo độc lập có kể đến tính đàn hồi khâu trước sau tối ưu nhằm xem xét có thỏa mãn yêu cầu thiết kế Khi kể đến tính đàn hồi khâu, khớp phần tử dẫn hướng tác dụng lực lên bánh xe trường hợp quay vòng, phanh vừa quay vòng vừa phanh làm biến dạng phần tử dẫn hướng dó ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị γmax ΔXF max Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe hình 11 2.3.1 Xác định lực tác dụng lên bánh xe - Phản lực tác dụng lên bánh xe theo phương thẳng đứng: Z1 = 430*9.81 = 4218 (N) - Lực ngang lớn tác dụng lên bánh xe: Y = Z1φn = 4218*0.8 = 3374 (N) - Lực phanh lớn tác dụng lên bánh xe: P= Z1φ = 4218*0.7 = 2953 (N) Hình 12 Biểu đồ γ, ΔYF trước sau tối ưu X_C (mm) 0.62 Y_C (mm) 6.37 X_D (mm) -0.61 Y_D (mm) -6.25 Trong đó: φ - hệ số bám dọc, chọn φ = 0.7; φn hệ số bám ngang, chọn φn= 0.8 Mx, My, Mz- mô men lực Z1, Y, P sinh Mơ hình đặt lực hình 2.b z X_A (mm) 1.68 MZ x V Mx My y Y P Z1 Hình 11 Lực tác dụng lên bánh xe 2.3.2 Khi ô tô chạy thẳng không phanh Thông số γ ΔXF theo ΔYF trước sau tối ưu hình 12 hình 13 Hình 13 Biểu đồ ΔXF, ΔYF trước sau tối ưu 2.3.3 Khi phanh ô tô chạy thẳng đường Thông số γ ΔXF theo ΔYF trước sau tối ưu hình 14 hình 15 106 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Hình 14 Biểu đồ γ, ΔYF trước sau tối ưu Hình 15 Biểu đồ ΔXF, ΔYF trước sau tối ưu 2.3.4 Khi ô tô quay vòng (chỉ cần xét bánh xe bên bên phải) 2.3.4.1 Khi tơ quay vịng phải Thơng số γ ΔXF theo ΔYF trước sau tối ưu hình 16 hình 17 Hình 16 Biểu đồ γ, ΔYF trước sau tối ưu Hình 17 Biểu đồ ΔXF, ΔYF trước sau tối ưu 2.3.4.2.Khi ô tô quay vịng bên trái Thơng số γ ΔXF theo ΔYF trước sau tối ưu hình 18 hình 19 Hình 18 Biểu đồ γ, ΔYF trước sau tối ưu Hình 19 Biểu đồ ΔXF, ΔYF trước sau tối ưu 2.3.5 Khi ô tô vừa quay vịng vừa phanh Thơng số γ ΔXF theo ΔYF trước sau tối ưu hình 20 hình 21 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 107 Hình 21 Biểu đồ ΔXF, ΔYF trước sau tối ưu Hình 20 Biểu đồ γ, ΔYF trước sau tối ưu Bảng Bảng tổng hợp so sánh kết Trường hợp Thông số 2.3.2 |γ|max |ΔXF| max 2.3.3 |γ|max |ΔXF| max 2.3.4.1 |γ|max |ΔXF| max 2.3.4.2 |γ|max |ΔXF| max 2.3.5 |γ|max |ΔXF| Khi bánh xe lên Trước tối Sau tối ưu ưu 1.51 0.88 Khi bánh xe xuống Trước tối Sau tối ưu ưu 0.50 0.42 Tổng hợp tồn hành trình Trước tối Sau tối Giảm ưu ưu (%) 1.51 0.88 26.00 0.86 5.11 9.57 1.05 9.57 5.11 47.00 1.51 1.06 1.02 0.70 1.51 1.06 -8.00 0.95 5.95 9.39 1.04 9.39 5.95 37.00 1.57 1.09 1.03 0.52 1.57 1.09 30.00 0.74 5.35 9.50 1.05 9.50 5.35 44.00 1.51 0.99 1.01 0.62 1.51 0.99 34.00 0.84 5.61 9.60 0.96 9.60 5.61 42.00 1.52 1.03 1.02 0.67 1.52 1.03 32.00 1.08 5.92 9.43 1.01 9.43 5.92 37.00 max KẾT LUẬN Tiếp tục nghiên cứu phát triển từ kết hai cơng trình[5,6] Bài báo tiến hành tính tốn tối ưu động học hệ thống treo hai đòn ngang với hàm mục tiêu |γ|maxvà |ΔXF| max phải đạt giá trị nhỏ Từ biểu đồ bảng ta thấy, sau tối ưu |γ|max, |ΔXF| max trường hợp (2.2.2.1.; 2.2.2.2.; 2.2.3.1.) tăng, kết khơng thỏa mãn u cầu tối ưu Duy trường hợp 2.2.3.2., tối ưu theo hàm mục tiêu f = (|ΔXF|max) bánh xe xuống có kết phù hợp với mục tiêu, |γ|max = 3.210 giảm 20%, |ΔXF| max = 5.09mm giảm 43.5%, đồng thời giá trị chúng thỏa mãn yêu cầu thiết kế phần tử dẫn hướng hệ thống treo độc lập hai địn ngang Từ cho kết 108 tọa độ vị trí khớp sau tối ưu bảng Sử dụng tọa độ vị trí khớp sau tối ưu, báo xây dựng mơ hình mơ có kể đến tính đàn hồi thanh, địn phần tử dẫn hướng từ kiểm tra động học hệ thống treo sau tối ưu.Kết cho thấy, trường hợp khai thác ô tô phanh ô tô chạy thẳng, quay vịng phanh tơ quay vịng γ ΔXF giảm lớn so với trước tối ưu; Các giá trị giới hạn γ ΔXF nhỏ thảo mãn yêu cầu thiết kế Kết cho thấytrường hợp ô tô phanh trường hợp tơ vừa phanh vừa quay vịng bánh xe dao động lớn Kết báo sử dụng để thiết kế tối ưu hệ thống treo hai đòn ngang KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hồng Quân, nnk (2018) Khảo sát động học hệ thống treo độc lập hai địn ngang, Tạp chí Khoa học GTVT, Số 63, 25-31 Nguyễn Hồng Quân, nnk (2019), Phân tích động học hệ thống treo độc lập hai địn ngang, Tạp chí Sao đỏ, Quý I Trịnh Chí Thiện, nnk(1984), Kết cấu tính tốn tơ NXB Giao thơng vận tải, Hà Nội S.Y.Zhi and Y.Luo (2014), Car Suspension Simulation and Optimization, Applied Mechanics and Materials, Vol 529, 636-640 Y.Wang, et al (2011), Kinematic Analysis and Optimum Design of Double Wishbone Independent Suspension Based on Adams\View, Advanced Materials Research, Vols 314-316, 2091-2095 陈德民、槐创锋等 (2010), 精通 ADAMS 2005/2007虚拟样机技术.北京, 化学工业出版社 Abstract: OPTIMIZING KINEMATIC OF THE DOUBLE WISHBONE INDEPENDENT SUSPENSION WITH CONSIDERING THE ELASTICITY OF THE DOUBLE WISHBONE INDEPENDENT Previously, the author has published 02 scientific researches[5,6] on 02 scientific journals associated to survey and kinetic analysis of the double wishbone independent suspension This paper will present the method for optimizing kinematic of guiding component of suspension system and the results when taking the elasticity of the guiding element into consideration Keywords: Suspension; kinematics, dynamics, ADAMS, Optimal Ngày nhận bài: 24/6/2019 Ngày chấp nhận đăng: 28/8/2019 KHOA HỌC KỸ THUẬT THỦY LỢI VÀ MÔI TRƯỜNG - SỐ ĐẶC BIỆT (10/2019) - HỘI NGHỊ KHCN LẦN THỨ XII - CLB CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 109 ... sánh động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo độc lập có kể đến tính đàn hồi khâu trước sau tối ưu nhằm xem xét có thỏa mãn yêu cầu thiết kế Khi kể đến tính đàn hồi khâu, khớp phần tử dẫn hướng. .. hành tính tốn tối ưu 2.2 Tính toán tối ưu động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo độc lập hai đòn ngang 2.2.1 Xây dựng mơ hình tốn tối ưu 2.2.1.1 Lựa chọn hàm mục tiêu Đối với động học phần tử dẫn. .. hình có kể đến tính đàn hồi khâu, khớp với thơng số kích thước tọa độ vị trí sau tối ưu (hình 2b) Cuối kiểm tra động học hệ thống treo sau tối ưu có kể đến tính đàn hồi khâu, khớp phần tử dẫn hướng