Tổng quan vấn đề dao động ô tô, các tiêu chí đánh giá độ êm dịu của chuyển động. Xây dựng mô hình dao động của xe con. Khảo sát dao động của xe con trên các biên dạng đường khác nhau. Tổng quan vấn đề dao động ô tô, các tiêu chí đánh giá độ êm dịu của chuyển động. Xây dựng mô hình dao động của xe con. Khảo sát dao động của xe con trên các biên dạng đường khác nhau.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Quốc Cường NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA XE CON TRÊN CÁC BIÊN DẠNG ĐƯỜNG KHÁC NHAU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – Năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Quốc Cường NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA XE CON TRÊN CÁC BIÊN DẠNG ĐƯỜNG KHÁC NHAU Ngành: Kỹ thuật khí động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.Dƣơng Ngọc Khánh Hà Nội – Năm 2018 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Nguyễn Quốc Cường Đề tài luận văn: Nghiên cứu khảo sát dao động xe biên dạng đường khác Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số SV: 17AOTO-NB Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 27/10/2018 với nội dung sau: Sửa lỗi sai sót chế Thêm phần “Tổng quan đường Việt Nam” Bổ sung kết luận chương Ngày 08 tháng 11 năm 2018 Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG SĐH.QT9.BM11 Ban hành lần ngày 11/11/2014 LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Quốc Cƣờng Sinh ngày: 14 tháng năm 1990 Học viên cao học lớp 2017A Kỹ thuật ô tô - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Hiện công tác tại: Nhà máy lắp ráp ô tô VEAM-MOTOR Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài “Nghiên cứu khảo sát dao động xe biên dạng đường khác ” PGS.TS Dƣơng Ngọc Khánh hƣớng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tôi xin cam đoan tất nội dung luận văn nhƣ nội dung đề cƣơng yêu cầu thầy giáo hƣớng dẫn Nếu có vấn đề nội dung luận văn, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm với lời cam đoan Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2018 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Học viên PGS TS Dƣơng Ngọc Khánh Nguyễn Quốc Cƣờng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .10 LỜI MỞ ĐẦU 13 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 14 1.1 Vấn đề dao động ô tô 14 1.1.1 Các nguyên nhân gây dao động ô tô 14 1.1.2 Khái niệm dao động ô tô 14 1.1.3 Ảnh hƣởng dao động 15 1.2 Các tiêu chí đánh giá độ êm dịu chuyển động 17 1.2.1 Tiêu chí ngƣời 17 1.2.2 Tiêu chí hàng hóa 23 1.2.3 Tiêu chí tải trọng động 23 1.2.4 Tiêu chí khơng gian bố trí treo 26 1.2.5 Một số tiêu chuẩn dao động ô tô 26 1.3 Mục tiêu, phƣơng pháp nội dung nghiên cứu 32 CHƢƠNG II XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG CỦA XE CON 33 2.1 Phân tích cấu trúc hệ dao động tơ 33 2.1.1 Phân tích cấu trúc hệ dao động tơ 33 2.1.2 Giả thiết hệ tọa độ 33 2.2 Các phƣơng trình dao động 36 2.2.1 Trong mặt phẳng xoz 36 2.2.2 Mơ hình mặt phẳng yoz 37 2.2.3 Phƣơng trình xác định chuyển vị bánh xe 37 2.3 Xác định lực liên kết hệ thống treo 37 2.4 Tải trọng thẳng đứng bánh xe 42 2.5 Mô tả biên dạng mặt đƣờng 44 2.5.1 Các dạng mấp mô .46 2.5.2 Đƣờng dạng sóng .47 2.5.3 Mơ hình mặt đƣờng dạng ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 .48 2.5.4 Tổng quan đƣờng Việt Nam: 53 2.6 Mô phần mềm MATLAB SIMULINK .56 2.6.1 Giới thiệu phần mềm MATLAB 56 2.6.2 Tiến hành mô 56 CHƢƠNG III: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA XE CON TRÊN CÁC BIÊN DẠNG ĐƢỜNG KHÁC NHAU .60 3.1 Đặc điểm cấu trúc trƣờng hợp khảo sát đánh giá 60 3.1.1 Đặc điểm cấu trúc xe KIA MORNING 2013 sản xuất Việt Nam 60 3.1.2 Các trƣờng hợp khảo sát đánh giá 62 3.2 Kết khảo sát 62 3.2.1 Trƣờng hợp xe thẳng với mấp mơ cosin có chiều cao khác 62 3.2.2 Trƣờng hợp xe thẳng với nhiều vận tốc khác với mấp mô cosin cho trƣớc .72 3.2.3 Trƣờng hợp xe thẳng với nhiều vận tốc khác bên (bên trái) qua mấp mô cosin cho trƣớc 82 3.2.4 Trƣờng hợp xe thẳng qua đƣờng có biên dạng ngẫu nhiên 91 3.2.5 Trƣờng hợp xe thẳng với vận tốc khác qua đƣờng có biên dạng ngẫu nhiên .96 3.3 Nhận xét, đánh giá độ êm dịu đối tƣợng khảo sát: 101 KẾT LUẬN .102 TÀI LIỆU THAM KHẢO .103 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT A m2 Diện tích, thiết diện c Hệ số khí động kg / cm3 Mật độ khơng khí CL N / m Độ cứng hƣớng kính lốp CL1 N / m Độ cứng hƣớng kính lốp trƣớc dãy trái CL N / m Độ cứng hƣớng kính lốp trƣớc dãy phải CL N / m Độ cứng hƣớng kính lốp sau dãy phải CL N / m Độ cứng hƣớng kính lốp sau dãy trái C N / m Độ cứng hệ thống treo C1 N / m Độ cứng treo trƣớc dãy trái C2 N / m Độ cứng treo trƣớc dãy phải C3 N / m Độ cứng treo sau dãy phải C4 N / m Độ cứng treo sau dãy trái K Ns / m Hệ số cản hệ thống treo K1 Ns / m Hệ số cản hệ thống treo trƣớc dãy trái K Ns / m Hệ số cản hệ thống treo trƣớc dãy phải K3 Ns / m Hệ số cản hệ thống treo sau dãy phải K Ns / m Hệ số cản hệ thống treo sau dãy trái a1 m Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trƣớc a2 m Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau r Bán kính tự lốp Mơmen qn tính trục x xe Mơmen qn tính trục y xe J x kgm2 J y kgm2 J Ay1 kgm2 Mơmen qn tính trục y lốp trƣớc dãy trái J Ay kgm2 Mômen quán tính trục y lốp trƣớc dãy phải J Ay kgm2 Mơmen qn tính trục y lốp sau dãy phải Mơmen qn tính trục y lốp sau dãy trái J Ay kgm2 h1 m Chiều cao mấp mô đƣờng phía trƣớc dãy trái h2 m Chiều cao mấp mơ đƣờng phía trƣớc dãy phải h3 m Chiều cao mấp mơ đƣờng phía sau dãy trái h4 m Chiều cao mấp mô đƣờng phía sau dãy phải FZ N Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe FZ N Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe phía trƣớc FZ N Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe phía sau Fz1 N Fz N Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe phía trƣớc dãy trái Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe trƣớc dãy phải Fz N Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe sau dãy phải Fz N Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe phía sau dãy trái FC N Lực đàn hồi hệ thống treo FC1 N Lực đàn hồi hệ thống treo trƣớc dãy trái FC N Lực đàn hồi hệ thống treo trƣớc dãy phải FC N Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy phải FC N Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy trái FK N Lực cản hệ thống treo FK N Lực cản hệ thống treo trƣớc dãy trái FK N Lực cản hệ thống treo trƣớc dãy phải FK N Lực cản hệ thống treo sau dãy phải FK N Lực cản hệ thống treo sau dãy trái FCL N Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe FCL1 N Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe trƣớc dãy trái FCL N Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe trƣớc dãy phải FCL N Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe sau dãy phải FCL N Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe sau dãy trái M kg Khối lƣợng toàn xe m kg Khối lƣợng đƣợc treo mA1 kg Khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc dãy trái mA2 kg Khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc dãy phải mA3 kg Khối lƣợng không đƣợc treo sau dãy phải mA4 kg Khối lƣợng không đƣợc treo sau dãy trái Kbi Hệ số quy dẫn ft m Độ võng tĩnh f t1 m Độ võng tĩnh phía trƣớc dãy trái ft m Độ võng tĩnh phía trƣớc dãy phải ft m Độ võng tĩnh phía sau dãy phải ft m Độ võng tĩnh phía sau dãy trái deg Góc lắc dọc thân xe deg Góc lắc ngang thân xe 1 m Chuyển vị phƣơng thẳng đứng cầu trƣớc dãy trái 2 m Chuyển vị phƣơng thẳng đứng cầu trƣớc dãy phải 3 m Chuyển vị phƣơng thẳng đứng cầu sau dãy phải 4 m Chuyển vị phƣơng thẳng đứng cầu sau dãy trái z(m) Chuyển vị phƣơng thẳng đứng khối lƣợng đƣợc treo ̇ (m/s) Vận tốc phƣơng thẳng đứng khối lƣợng đƣợc treo ̈ (m/s2) RMS Gia tốc thẳng đứng khối lƣợng đƣợc treo Giá trị hiệu dụng Tiêu chuẩn quốc tế ISO 2631 năm 1997 - Rung động ISO 2631 chấn động học Đánh giá chịu đựng ngƣời với rung động toàn thân ISO 8608:1995 Tiêu chuẩn quốc tế ISO 8608 năm 1995 - Rung động học - Biên dạng mặt đƣờng - Báo cáo liệu đo Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6964 năm 2001 - Rung động TCVN 6964 chấn động học - Đánh giá chịu đựng ngƣời với rung động toàn thân DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các giá trị Kbi theo dải tần khác 21 Bảng 1.2 Bảng tiêu chí an tồn hàng hóa (Theo hiệp hội đóng gói Đức BFSV) 23 Bảng 1.3 Sự phản ứng thể mức rung động khác (TCVN6964) 30 Bảng 2.1 Sáu bậc tự mơ hình 3D dao động tơ .35 Bảng 2.2 Một số tƣơng quan biểu diễn mấp mô đƣờng theo miền thời gian z(t) miền tọa độ z(x), x(t)=v(t)t 51 Bảng 2.3 Thông số cấp đƣờng theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 .52 Bảng 2.4 Xếp loại đƣờng Việt Nam 56 Bảng 3.1 Thông số xe Kia Morning 2013 lắp ráp Việt Nam 61 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp thông số khảo sát phƣơng án 71 Bảng 3.3 Tổng hợp thông số khảo sát 82 Bảng 3.4 Tổng hợp thông số khảo sát 90 Bảng 3.5 Tổng hợp RMS thông số khảo sát 96 Bảng 3.6 Tổng hợp RMS thông số khảo sát 101 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các dạng dao động thân xe .14 Hình 1.2 Mơ hình thể ngƣời nhƣ hệ dao động 16 Hình 1.3 Đồ thị đặc trƣng mức êm dịu chuyển động ô tô .18 Hình 1.4 Các đƣờng cong cảm giác nhƣ dao động điều hoà 19 Hình 1.5 Gia tốc bình phƣơng trung bình phụ thuộc vào thời gian dao động 21 Hình 1.6 Gia tốc dao động phụ thuộc vào thời gian 22 Hình 1.7 Sơ đồ đặc tính đàn hồi 26 Hình 1.8 Các giới hạn gia tốc thẳng đứng khoảng thời gian tác dụng cho phép theo hệ trục tọa độ quy định ISO 2631 27 Hình 1.9 Vùng dẫn sức khỏe TCVN 6964 29 Hình 1.10 Sự phụ thuộc gia tốc bình phƣơng trung bình theo tần số 31 Hình 1.11 Quan hệ cƣờng độ êm dịu với thời gian .31 Hình 1.12 Phân bố độ êm dịu loại xe .32 Hình 2.1 Cấu trúc khơng gian hệ dao động ô tô 33 Hình 2.2 Hệ tọa độ 34 Hình 2.3 Mơ hình dao động mặt phẳng xoz 36 Hình 2.4 Mơ hình dao động mặt phẳng yoz 37 Hình 2.5 Mơ hình hệ thống treo 38 Hình 2.6 Đặc tính đàn hồi 39 Hình 2.7 Sơ đồ xác định chế độ mở tiết lƣu 39 Hình 2.8 Mơ hình đƣờng ba chiều 45 Hình 2.9 Mơ hình biên dạng đƣờng dãy cho tô 46 Hình 2.10 Mấp mơ dạng chữ nhật dạng cosin .46 Hình 2.11 Các thể miền thời gian khác tín hiệu ngẫu nhiên 48 Hình 2.12 Định nghĩa mật độ phổ 50 Hình 2.13 Phân chia phổ công suất .50 Hình 2.14 Mơ hình mơ dao động xe Kia Morning 2013 57 Hình 2.15 Sơ đồ Simulink mơ ba phƣơng trình đầu hệ 2.67 58 Hình 2.16 Sơ đồ Simulink mơ tả phƣơng trình thứ hệ 2.67 .58 Hình 2.17 Sơ đồ Simulibk mơ tả mặt đƣờng cosin .59 10 Hình 2.18 Sơ đồ Simulink xác định điểm z1 59 Hình 3.1 Đồ thị mấp mơ cosin - khảo sát 62 Hình 3.2 Đồ thị gia tốc trọng tâm thân xe 63 Hình 3.3 Đồ thị gia tốc thân xe điểm trƣớc xe .63 Hình 3.4 Đồ thị gia tốc thân xe điểm sau xe .64 Hình 3.5 Đồ thị chuyển vị thẳng đứng z thân xe 65 Hình 3.6 Đồ thị tải trọng động điểm trƣớc xe Fz1 65 Hình 3.7 Đồ thị tải trọng động điểm trƣớc xe Fz4 66 Hình 3.8 Khơng gian hệ treo trƣớc Hình 3.9 Khơng gian hệ treo sau z1 xe .67 z4 xe 67 Hình 3.10 Đồ thị lực đàn hồi hệ thống treo điểm trƣớc xe FC1 68 Hình 3.11 Đồ thị lực đàn hồi hệ thống treo điểm sau xe FC4 69 Hình 3.12 Đồ thị lực cản hệ thống treo trƣớc FK1 xe 69 Hình 3.13 Đồ thị lực cản hệ thống treo sau FK4 xe .70 Hình 3.14 Đồ thị mấp mơ cosin - khảo sát 72 Hình 3.15 Đồ thị gia tốc trọng tâm thân xe 73 Hình 3.16 Đồ thị gia tốc điểm trƣớc xe .73 Hình 3.17 Đồ thị gia tốc điểm sau xe 74 Hình 3.18 Đồ thị chuyển vị thẳng đứng z xe 75 Hình 3.19 Đồ thị tải trọng động điểm trƣớc xe Fz1 .76 Hình 3.20 Đồ thị tải trọng động điểm sau xe Fz4 77 Hình 3.21 Đồ thị khơng gian hệ treo trƣớc xe Hình 3.22.Đồ thị khơng gian hệ treo sau xe z1 .78 z4 .78 Hình 3.23 Đồ thị lực đàn hồi hệ thống treo trƣớc xe FC1 79 Hình 3.24 Đồ thị lực đàn hồi hệ thống treo sau xe FC4 79 Hình 3.25 Đồ thị lực cản hệ thống treo trƣớc xe K1 80 Hình 3.26 Đồ thị lực cản hệ thống treo sau xe FK4 81 Hình 3.27 Đồ thị mấp mơ cosin - khảo sát 83 Hình 3.28 Đồ thị gia tốc trọng tâm xe 83 Hình 3.29 Đồ thị chuyển vị thẳng đứng thân xe z 84 Hình 3.30 Đồ thị tải trọng động điểm xe Fz1 85 11 Hình 3.31 Đồ thị tải trọng động điểm xe Fz2 86 Hình 3.32 Đồ thị tải trọng động điểm xe Fz3 87 Hình 3.33 Đồ thị tải trọng động điểm xe Fz4 88 Hình 3.34 Đồ thị góc quay ngang β xe 89 Hình 3.35 Bốn loại biên dạng đƣờng ngẫu nhiên-khảo sát .91 Hình 3.36 Biên dạng đƣờng ngẫu nhiên B C 91 Hình 3.37 Gia tốc trọng tâm thân xe .92 Hình 3.38 Gia tốc chuyển vị tƣơng đối điểm xe .92 Hình 3.39 Gia tốc chuyển vị tƣơng đối điểm xe .93 Hình 3.40 Gia tốc chuyển vị tƣơng đối điểm xe .93 Hình 3.41 Gia tốc chuyển vị tƣơng đối điểm xe .94 Hình 3.42 Chuyển vị thẳng đứng z xe 94 Hình 3.43 Kết khảo sát tải trọng động điểm trƣớc xe Fz1 .95 Hình 3.44 Kết khảo sát tải trọng động điểm sau xe Fz4 95 Hình 3.45 Đồ thị biên dạng đƣờng khảo sát 97 Hình 3.46 Đồ thị quãng đƣờng khảo sát 97 Hình 3.47 Kết khảo sát gia tốc trọng tâm xe .98 Hình 3.48 Kết khảo sát gia tốc chuyển vị trƣớc xe 98 Hình 3.49 Kết khảo sát gia tốc chuyển vị tƣơng đối 99 Hình 3.50 Kết khảo sát chuyển vị thẳng đứng z xe 99 Hình 3.51 Kết khảo sát tải trọng động điểm trƣớc xe Fz1 100 Hình 3.52 Kết khảo sát tải trọng động điểm sau xe Fz4 100 12 LỜI MỞ ĐẦU Ở Việt Nam việc sở hữu xe ô tô ngày trở nên dễ dàng với phát triển kinh tế nhanh chóng đất nƣớc Sự tham gia nhiều nhà phân phối số lƣợng xe nƣớc ta tăng nhiều, phổ biến xe qua sử dụng có giá rẻ mà chất lƣợng, phát triển công nghiệp ô tơ, số lƣợng xe tơ đặc biệt xe ô tô tham gia giao thông nƣớc ta gia tăng nhanh chóng năm gần Với số lƣợng chủng loại xe đa dạng phong phú, việc đánh giá chất lƣợng xe trở nên phức tạp cần thiết Yếu tố đƣợc nhiều ngƣời ý lựa chọn xe yếu tố êm dịu chuyển động ảnh hƣởng trực tiếp đến cảm thụ ngƣời an tồn hàng hóa xe Vì thế, xe phải đảm bảo êm dịu hoạt động Trong đó, hệ thống giao thơng đƣờng Việt Nam lại phức tạp đa dạng ảnh hƣởng trực tiếp đến dao động xe tham gia giao thơng Vì cần thiết đó, tơi mong muốn thực luận văn với tên đề tài “Nghiên cứu khảo sát dao động xe biên dạng đường khác nhau” nhằm mục đích tính tốn khảo sát dao động xe tham giao thông loại đƣờng Do khả năng, trình độ điều kiện thực luận văn có hạn, nên mục tiêu đề luận văn cịn nhiều điểm chƣa hồn thiện mong đƣợc tham gia đóng góp thầy giáo, bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện Tôi xin chân thành cám ơn thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS Dƣơng Ngọc Khánh tập thể thầy giáo Bộ môn ô tô xe chuyên dụng, Viện khí động lực, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, bạn đồng nghiệp tận tình giúp đỡ trình thực luận văn Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2018 Học viên Nguyễn Quốc Cƣờng 13 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Vấn đề dao động ô tô 1.1.1 Các nguyên nhân gây dao động ô tô - Nguyên nhân bên nhƣ độ lệch tâm hình dạng khơng đồng bánh xe, độ không cân bánh xe chi tiết quay động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống treo, v.v … - Các ngoại lực xuất q trình tơ tăng tốc, phanh, quay vịng,…ví dụ nhƣ gió, mấp mô từ mặt đƣờng Cho đến mấp mơ biên dạng đƣờng ngun nhân gây dao động ô tô 1.1.2 Khái niệm dao động ô tô Dao động ô tô hệ dao động học bao gồm nhiều khối lƣợng có mối liên kết với nhau, nằm mối liên hệ chặt chẽ với bề mặt đƣờng có biên dạng phức tạp Trong lý thuyết ô tô nghiên cứu dao động ô tô thƣờng giả thiết khối lƣợng ô tô tập trung, chia làm hai phần đƣợc treo không đƣợc treo Khối lƣợng thân ô tô đƣợc đỡ lò xo đƣợc gọi khối lƣợng đƣợc treo, Khối lƣợng cầu mang bánh xe chi tiết khác không đƣợc đỡ lị xo đƣợc gọi khối lƣợng khơng đƣợc treo Khi xe chuyển động, thân xe có dao động theo trục tọa độ đƣợc nêu hình 1.1: Hình 1.1 Các dạng dao động thân xe 14 Các dao động là: - Dao động xung quanh trục dọc OX (sự lắc ngang) Là chuyển động lắc ô tô quanh trục dọc, ô tô qua mặt đƣờng mà bánh xe bị rơi xuống ổ gà qua đoạn đƣờng mấp mô Đây dao động ảnh hƣởng nhiều đến độ êm dịu chuyển động an toàn chuyển động xe - Dao động xoay xung quanh trục ngang OY (sự lắc dọc) dao động lên xuống phần trƣớc hay phần sau ô tô quanh trục ngang qua trọng tâm Dao động xảy hai bánh xe ô tô qua vết lồi hay vết lõm đƣờng - Dao động lên xuống (sự nhún) theo trục OZ thẳng đứng Là chuyển động lên xuống toàn xe xuất xe chuyển động đƣờng không phẳng - Dao động xung quanh trục OZ (sự xoay đứng) di chuyển xoay thân xe sang bên trái bên phải quanh trục thẳng đứng xe chuyển động 1.1.3 Ảnh hưởng dao động Dao động ô tô ảnh hƣởng xấu đến ngƣời, hàng hóa chuyên chở xe, đến khả làm việc tuổi thọ cụm, cấu tổng thành xe - Đối với thể ngƣời: Khi ô tô chuyển động sinh tác động lên ngƣời ngồi ô tô, làm cho thể ngƣời thực dao động riêng tắt dần dao động cƣỡng Dao động phức tạp làm biến đổi tâm sinh lý gây cảm giác mệt mỏi, giảm suất làm việc ảnh hƣởng lâu dài đến sức khỏe Tác động dao động học lên thể phụ thuộc vào: tần số dao động, cƣờng độ dao động, thời gian tác động, hƣớng tác động Nhiều thí nghiệm cho thấy: dao động với tần số từ đến Hz gây rối loạn lƣu thông máu làm bị choáng Dao động với tần số từ đến 11 Hz gây rối loạn đƣờng tải trọng, ảnh hƣởng đến dày, ruột Dao động với tần số từ 11 đến 45 Hz làm giảm thị lực, buồn nôn…Tuy nhiên, giới hạn tác động ngƣời khác thay đổi với khoảng rộng Dao động ô tô bao gồm dải tần số rộng, nên phân dao động khối 15 lƣợng đƣợc treo tần số thấp dao động khối lƣợng không đƣợc treo tần số cao Hình 1.2 Mơ hình thể người hệ dao động Dao động với tần số từ 15 đến 18 Hz ngƣời cảm nhận đƣợc gây cảm xúc khó chịu thời gian ngắn Dao động có tần số từ 15 đến 1500 Hz ngƣời cảm nhận rõ, nhƣng gây tổn hại đến sức khỏe chịu tác động thời gian dài Tình trạng dao động kéo dài gây tổn thƣơng cho thể ngƣời Mức độ tổn thƣơng tùy thuộc vào biên độ dao động, phân bố chuyển động bên thể, chiều chuyển động thời gian chuyển động Dao động ô tô gây tác hại đến thể ngƣời nhƣ sau: Bệnh cột sống: chịu dao động vùng tần số từ đến 12 Hz Bệnh tiêu hóa: ngƣời chịu dao động thời gian dài Bệnh hệ tuần hoàn: ngƣời chịu dao động đến tần số 20 Hz kéo dài nhịp tim nhịp thở tăng lên gây rối loạn cho thể Dao động tần số khoảng 0.1 Hz thấp gây say sóng chuyển động lắc ngang, quay vịng Một số dao động khơng làm nguy hại đến sức khỏe ngƣời nhƣng làm giảm khả nhạy bén, giảm khả thu thập xử lý thơng tin Điều có hại đến tài xế chạy xe đƣờng dài 16 - Đối với độ bền xe: ô tô dao động phát sinh tải trọng động tác dụng lên khung vỏ ô tô, lên cụm, hệ thống chi tiết xe nhƣ bề mặt đƣờng, … ảnh hƣởng đến độ bền tuổi thọ ô tô đƣờng Theo số liệu thống kê ngƣời ta thấy rằng, ô tô vận tải chạy đƣờng xấu gồ ghề, so với ô tô loại chạy đƣờng tốt phẳng vận tốc trung bình giảm khoảng (4050) %, quãng đƣờng chạy hai kỳ sửa chữa lớn giảm (3540) %, suất tiêu hao nhiên liệu tăng (5070) %, suất vận chuyển giảm (3540) %, giá thành vận chuyển tăng (5060) % - Đối với độ bền chi tiết tơ ảnh hƣởng của dao động đƣợc thể cách rõ rệt Khi dao động, gia tốc dao động gây tải trọng qn tính xảy tƣợng cộng hƣởng làm cho hƣ hỏng chi tiết, khung vỏ xe v.v… 1.2 Các tiêu chí đánh giá độ êm dịu chuyển động Từ ảnh hƣởng xấu dao động đến ngƣời xe dẫn đến u cầu phải có tiêu chí để đánh giá độ dao động xe Trƣớc đây, nguời ta đánh giá ảnh hƣởng dao động ô tô theo hai tiêu chí độ êm dịu tải trọng động tƣởng trƣng cho ảnh hƣởng đến tuổi thọ chi tiết Ngày nay, dao động ô tô đƣợc đánh giá tiêu chí nhƣ sau 1.2.1 Tiêu chí người a) Tiêu chí tần số dao động Thực tế ngƣời ta thƣờng lấy giá trị tần số dao động thích hợp cho loại tô nhƣ sau: n= 60 85 lần/phút xe du lịch n= 85 120 lần/phút xe vận tải b) Tiêu chí gia tốc dao động Độ êm dịu chuyển động tơ cịn đƣợc đánh giá sở thông số dao động tơ nhƣ giá trị bình phƣơng trung bình gia tốc theo , X , Y phƣơng X, Y, Z là: Z c c c 17 Cụ thể: 2.5 (m/s2) Z c 0.7 (m/s2) Y c X c 1.0 (m/s2) Các số liệu xem gần để đánh giá độ êm dịu chuyển động tơ, dựa sở số liệu thống kê c) Tiêu chí dựa số liệu cảm giác theo gia tốc vận tốc dao động Hình 1.3 Đồ thị đặc trưng mức êm dịu chuyển động ô tô Ngƣời ta đánh giá sở cho cảm giác ngƣời chịu dao động phụ thuộc vào hệ số độ êm dịu chuyển động K Hệ số K xác định theo trị số theo công thức sau đây: bình phƣơng trung bình Z biên độ gia tốc Z c K 12,5 0,01. Z 18 0,01. Zc k y Zc - tần số dao động (Hz) ̈ - gia tốc dao động (m/s2) ̈ - bình phƣơng trung bình gia tốc (m/s2) ky - hệ số hấp thụ Nếu K= const cảm giác dao động khơng thay đổi 18 (1.1) Hình 1.4 Các đường cong cảm giác dao động điều hồ Hệ số K nhỏ ngƣời dễ chịu đựng dao động K= 0.1 tƣơng ứng với ngƣỡng kích thích K= 10 ÷ 25 với xe chạy thời gian dài K= 25 ÷ 63 với xe chạy thời gian ngắn Những công thức số liệu đƣa ứng với tác động lên ngƣời hàm điều hồ Khi kích thích dao động tơ hàm ngẫu nhiên giá trị hệ số K đƣợc xác định theo công thức sau: K n K i 1 i (1.2) Ki - hệ số độ êm dịu thành phần thứ i n - số thành phần hàm ngẫu nhiên Giá trị K xác định tính toán thực nghiệm d) Đánh giá cảm giác theo cơng suất dao động Tiêu chí dựa giả thiết cảm giác ngƣời dao động phụ thuộc vào trị số công suất dao động truyền cho ngƣời Cơng suất trung bình truyền đến ngƣời là: N C lim T T T P(t ) xv(t )dt o P(t): Lực tác động lên ngƣời dao động 19 (1.3) v: Vận tốc dao động Số liệu thực nghiệm theo giá trị cho phép [Nc] + [Nc]= 0.2 0.3 (W) – tƣơng ứng với cảm giác thoải mái + [Nc]= 10 (W) – giới hạn cho phép tơ có tính thơng qua cao Ƣu điểm tiêu chí cho phép kể đến tác dụng đồng thời dao động với tần số khác theo hƣớng khác Năng lƣợng tổng cộng truyền đến ngƣời xác định nhƣ sau: n N c ( K zi Zci2 K zci Zcci K xi X ci2 K yi Yci2 ) (1.4) i 1 K(x,y, z)i: hệ số hấp thụ Zc : gia tốc dao động thẳng đứng truyền qua chân Zcc : gia tốc dao động thẳng đứng truyền qua ghế ngồi X c : gia tốc hƣớng dọc Yc : gia tốc theo hƣớng ngang Trong điều kiện Việt Nam khó tính tốn đo đạc đƣợc tồn giá trị gia tốc theo ba phƣơng X, Y, Z Vì vậy, tiêu chí cơng suất nêu mang tính tham khảo Hy vọng có lúc cơng nghệ tiến cao sử dụng tiêu chí cơng suất để đánh gia độ êm dịu chuyển động n N c K yi ( ).aci2 (1.5) i 1 e) Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động thời gian tác động Tiêu chí chủ yếu dành cho ngƣời lái ngƣời có thời gian ô tô lâu Khi ngồi xe với khoảng thời gian dài dao động làm cho thể nguời mệt mỏi ảnh hƣởng đến lao động hay sức khỏe Các thí nghiệm kéo dài giờ, với tần số dao động nằm khoảng đƣợc xem nhạy cảm sức khỏe ngƣời (4 ÷ Hz), giá trị tồn phƣơng gia tốc dao động tác động lên ngƣời tạo cảm giác: Dễ chịu : 0.1 m/s² Gây mệt mỏi: 0.315 m/s² 20 Gây ảnh hƣởng xấu đến sức khỏe: 0.63 m/s² Để thuận tiện cho tính tốn sau này, ngƣời ta dùng đồ thị gia tốc bình phƣơng trung bình phụ thuộc vào thời gian dao động có kể đến khoảng chia tần số Đối với dao động điều hoà, để đánh giá tác động cần phải biết ba giá trị: gia tốc bình phƣơng trung bình, tần số thời gian tác động Đối với dao động ngẫu nhiên với tần số khác tác động khoảng thời gian nhƣ Trong trƣờng hợp cần ba giá trị: Hình 1.5 Gia tốc bình phương trung bình phụ thuộc vào thời gian dao động Sau giá trị thành phần khác đƣợc quy dẫn giá trị gia tốc tƣơng đƣơng cách sử dụng hệ số quy dẫn Kbi: Ztd n Z i 1 i K bi2 (1.6) Theo công thức (1.6) nhận đƣợc giá trị gia tốc tƣơng ứng với khoảng tần số nhạy cảm với dao động ngƣời Bảng 1.1 Các giá trị Kbi theo dải tần khác Tần số (Hz) 12 >24 >48 >816 >1631.5 >31.563 >6390 Hệ số Kbi 0.6 0.85 1.0 0.71 0.355 0.18 0.106 21 Đối với dao động ngẫu nhiên với thời gian tác động khác thành phần tần số, có thay đổi rộng so với dạng dao động trƣớc cần thiết quy dẫn thời gian tác dụng thành phần thời gian tƣơng đƣơng tƣơng ứng với dải tần xác định (ví dụ 48 Hz) Nếu ti- thời gian thực tế; [Ti]- thời gian tác động cho phép dao động với dải tần 48 Hz, nhận đƣợc: n Ttd t i i 1 [T ] [Ti ] (1.7) f) Đánh giá dựa theo trị số hiệu gia tốc dao động (bình phương trung bình gia tốc dao động) Tác động đến ngƣời thƣờng đƣợc đánh giá theo trị số hiệu gia tốc dao động: Zhq (hoặc phƣơng sai ) Trị số hiệu gia tốc dao động đƣợc xác định nhƣ sau: Zhq T Lim Z (t ).dt T T (1.8) Nếu dao động điều hồ Zhq đƣợc xác định nhƣ sau: Z Zhq = max 0.707 Zmax Zmax- biên độ gia tốc dao động; T- tổng thời gian dao động Nếu gia tốc dao động có dáng điệu xác định Zhq nhƣ sau: Zhq = (Diện tích gạch chéo đồ thị)/T Hình 1.6 Gia tốc dao động phụ thuộc vào thời gian 22 (1.9) 1.2.2 Tiêu chí hàng hóa Đối với xe tải phƣơng tiện chở hàng nên độ êm dịu cho lái xe cần có độ êm dịu cần thiết cho hàng hố Tiêu chí an tồn hàng hố Hiệp hội đóng gói Đức BFSV nêu theo bảng dƣới Dựa vào đó, với nghiên cứu ảnh hƣởng dao động với đƣờng, Mitschke[15] đề ngƣỡng cho an tồn hàng hố nhƣ sau: amax= 3m/s2 giới hạn cảnh báo (Hệ thống treo ô tô đƣờng xá hỏng đến mức cần có kế hoạch sửa chữa) amax= 5m/s2 giới hạn can thiệp (Đƣờng hỏng nặng, cần sửa chữa ngay) Bảng 1.2 Bảng tiêu chí an tồn hàng hóa (Theo hiệp hội đóng gói Đức BFSV) Ảnh hƣởng đến hàng hố BFSV Thƣờng xun Khơng thƣờng xuyên Z”max Tần số Z”max Tần số m/s2 Hz m/s2 Hz Xe tải 0.5g 2-16 1-2g 30-100 Tàu hoả 0.3g 2-16 - - Máy bay 0.2g - 0.3g 130 Tàu thuỷ 0.1g 0.4g - Đối với với hàng hố thùng xe khơng có kẹp giữ, dây buộc thƣờng yêu cầu gia tốc sàn xe không vƣợt gia tốc trọng trƣờng xuất phát từ giá trị yều cầu giá trị bình phƣơng trung bình gia tốc khơng vựơt q (0.15- 0.3)g 1.2.3 Tiêu chí tải trọng động Khi xe chuyển động đƣờng, dao động khối lƣợng ô tô tạo nên tải trọng động tác động lên đƣờng phản lực từ đƣờng tác dụng lên bánh xe Tải trọng động cực đại làm hƣ hỏng đƣờng giảm tuổi thọ chi tiết Tải trọng động ảnh hƣởng đến an toàn động lực học xe a) Tiêu chí an tồn 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 đƣờng trị số lực tác dụng thẳng đứng 23 bánh xe với đƣờng thông số quan trọng để đánh giá Lực động đƣờng Fd(t) xác định phức tạp phụ thuộc vào tính chất dao động ô tô, vận tốc chuyển động độ mấp mô biên dạng đƣờng Trong trƣờng hợp đặc biệt bánh xe bị nảy khỏi mặt đƣờng lực tác dụng từ đƣờng lên bánh xe ô 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 Fd(t) tải trọng tĩnh bánh xe K= (1.10) Khảo sát dao động ô tô ngƣời ta quan tâm đến bám lốp với mặt đƣờng, nhằm đảm bảo dao động ô tô thoả mãn tiêu độ êm dịu nhƣng bánh xe phải bám đƣờng, 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 đƣờng xác định nhƣ sau: (1.11) : Độ cứng lốp : Chuyển dịch bánh xe theo phƣơng thẳng đứng q : Chiều cao mấp mơ biên dạng đƣờng Có thể xác định giá trị cực đại chuyển dịch tƣơng đối bánh xe với đƣờng theo biểu thức : (1.12) Giá trị làm sở đánh giá khả bám lốp với đƣờng b) Tiêu chí mức độ thân thiện với đường Một số nghiên cứu Anh Mỹ đƣa mức độ ảnh hƣởng dao động ô tô đến cầu đƣờng tỷ lệ với số mũ bậc áp lực bánh xe với đƣờng Theo Wilkinson đƣa công thức xác định hệ số áp lực đƣờng w nhƣ sau: w 6 4 24 (1.13) max( Fz ,dyn ) Fz , st (1.14) Xe có i bánh xe áp lực tồn xe là: i W w i F i z , st i F i z , st (1.15) c) Tiêu chí độ bền chi tiết Hệ số tải trọng động cực đại: kdyn,max max Fz ,dyn Fz , st 2,5 (1.16) kdyn,max: Hệ số tải trọng động cực đại Fz,dyn : Tải trọng động bánh xe Fz,st : Tải trọng tĩnh bánh xe Kích động ngẫu nhiên max (Fz,dyn) đƣợc xác định nhƣ sau: T Fz , RMS [ Fz (t ) Fz ,st ]2 dt T0 kdyn,max 1,64Fz , RMS Fz ,st 1 (1.17) d) Tiêu chí an tồn động lực học Ngƣời ta định nghĩa hệ số tải trọng động cực tiểu kdyn,min để giảm khả truyền lực bánh xe kdyn ,min Fz ,dyn kdyn,min Fz , st Kdyn,min= 0.5 giới hạn cảnh báo Kdyn,min= giới hạn can thiệp 25 (1.18) 1.2.4 Tiêu chí khơng gian bố trí treo Khả chọn độ võng động, độ võng tĩnh vị trí đặt ụ hạn chế hành trình hệ treo f dyn tr ( z ) f dyn n ( z ) (1.19) : Chuyển vị tƣơng đối khối lƣợng đƣợc treo khối lƣợng không đƣợc treo, hình 1.7 f dyntr : Độ võng động hành trình trả hệ treo f dyn n : Độ võng động hành trình nén hệ treo C= tg : Độ cứng phận đàn hồi HT treo : Hành trình nén : Hành trình trả s : Khơng gian làm việc Hình 1.7 Sơ đồ đặc tính đàn hồi 1.2.5 Một số tiêu chuẩn dao động ô tô Để đánh giá ảnh hƣởng dao động lên ngƣời, nhiều tiêu chuẩn quốc tế nhƣ tiêu chuẩn Việt Nam đƣợc đặt ra: a) Tiêu chuẩn ISO/DIS 2631 Tổ chức quốc tế tiêu chuẩn hoá ISO đƣa năm 1969 cho phép đánh giá tác dộng dao động đến ngƣời xe Khi đánh giá cảm giác, ISO sử dụng dao động thẳng đứng điều hoà tác động lên ngƣời ngồi hay đứng vịng Nếu tần số kích động nằm khoảng nhạy cảm với dao động ngƣời (4 Hz) gia tốc bình phƣơng trung bình theo mức là: 26 Hình 1.8 Các giới hạn gia tốc thẳng đứng khoảng thời gian tác dụng cho phép theo hệ trục tọa độ quy định ISO 2631 LZ 20Log Z hd [dB] Z0 (1.20) Z hd : Giá trị hiệu dụng gia tốc, [m/s2], đƣợc xác định công thức: Z hd Z (t )dt [m/s2] 0 (1.21) ̈ : 10-6, [m/s2] gia tốc chuẩn Trị số ⃛ dùng để đánh giá cƣờng độ gia tốc hiệu dụng Z hd Theo tiêu chuẩn này, giới hạn gia tốc thẳng đứng cho hình dƣới đây, đồ thị biểu diễn mối quan hệ hiệu mức cƣờng độ ⃛ gia tốc thùng xe với tần số trung bình dao động thùng xe, đo giải tần 1/3 octava (tức hệ trục tọa độ chia theo thang logarit thập phân) b) Tiêu chuẩn dao động Việt Nam Tiêu chuẩn TCVN 6964: Xác định phƣơng pháp đánh giá rung động toàn thân liên quan đến sức khỏe độ tiện nghi ngƣời, khả cảm nhận rung động, gây chóng mặt buồn nơn Cách đánh giá rung động theo chuẩn bao gồm phép đo giá trị gia tốc trung bình bình phƣơng (r.m.s) Trọng số gia tốc r.m.s tính 27 m/s2 cho dao động tịnh tiến rad/s2 cho dao động quay Gia tốc r.m.s đƣợc tính theo cơng thức sau: 1 T 2 aw a w (t )dt T (1.22) aw (t): gia tốc rung động chuyển động tịnh tiến chuyển động quay, hàm số theo thời gian, đơn vị m/s2 rad/s2 T : khoảng thời gian đo tính giây Giả thiết phản hồi liên quan với lƣợng, hai giá trị rung động tiếp xúc hàng ngày khác đƣợc coi tƣơng đƣơng khi: aw1 T11/2 = aw2 T21/2 (1.23) aw1, aw2: giá trị gia tốc r.m.s theo tần số lần tiếp xúc thứ thứ hai T1, T2 : khoảng thời gian cho lần tiếp xúc thứ thứ hai Khi tiếp xúc với rung động gồm hai hay nhiều khoảng tiếp xúc có cƣờng độ thời gian khác nhau, độ lớn rung động theo lƣợng tƣơng đƣơng ứng với tổng thời gian tiếp xúc đánh giá theo công thức: aw , e awi2 Ti Ti (1.24) aw,e : độ lớn rung động tƣơng đƣơng awi : độ lớn rung động cho thời gian tiếp xúc Ti Một số nghiên cứu độ lớn rung động tƣơng đƣơng khác xác định theo cơng thức: aw,e awi Ti Ti 28 (1.25) Giá trị rung động dự đoán e(VDV) đƣợc sử dụng vài nghiên cứu: e(VDV)= 1.4aw T ¼ (1.26) aw : gia tốc r.m.s theo tần số T : khoảng thời gian tiếp xúc tính giây Đánh giá rung động dựa vào đồ thị sau: đƣờng gạch gạch vùng cần ý với mục đích dẫn sức khỏe Đối với tiếp xúc bên dƣới vùng trên, ảnh hƣởng đến sức khỏe khơng có minh chứng tài liệu rõ ràng quan sát khách quan: vùng cần thận trọng với tiềm ẩn rủi ro sức khỏe bên vùng đó, rủi ro với sức khỏe có khả xảy Sự khuyến cáo sở tiếp xúc khoảng thời gian từ h đến h, đƣợc vùng gạch chéo hình dƣới Với thời gian tiếp xúc ngắn cần có nghiên cứu thận trọng Các nghiên cứu khác nói lên độc lập thời gian qua mối tƣơng quan sau: aw1 T11/4 = aw2 T21/4 (1.27) Chỉ dẫn sức khỏe vùng đƣờng chấm chấm hình dƣới: Hình 1.9 Vùng dẫn sức khỏe TCVN 6964 29 Bảng 1.3 Sự phản ứng thể mức rung động khác (TCVN6964) Nhỏ 0.315 m/s2 Khơng có cảm giác, thoải mái Từ 0.315 đến 0.63 m/s2 Có cảm giác chút khơng thoải mái Từ 0.5 đến m/s2 Có cảm giác rõ rệt khơng thoải mái Từ 0.8 đến 1.6 m/s2 Không thoải mái Từ 1.25 đến 2.5 m/s2 Rất không thoải mái Lớn m/s2 Cực kỳ không thoải mái Đối với ngƣời: Cƣờng độ dao động K B KB f ( z , f , t ) (1.28) Theo tiêu chuẩn ISO 2631: Cƣờng độ dao động theo phƣơng thẳng đứng Kz đƣợc xác định nhƣ sau: K z 10 az K z 20 az Kz f với f Hz (1.29) với f Hz (1.30) với f 80 Hz (1.31) 160a z f Các ngƣỡng KZ: KZ < 0.2 Không cảm nhận đƣợc dao động 0.2 KZ 0.4 Có thể cảm nhận đƣợc dao động 0.4 KZ 1.6 Cảm nhận tốt dao động 1.6 KZ 6.3 Giới hạn thoải mái với t < 24h 6.3 KZ 12.5 Cảm giác mạnh 12.5 KZ 100 Cảm giác mạnh KZ= 112 Cảm giác không chịu đƣợc nhiều phút gây ảnh hƣởng sức khỏe 30 Gia tốc bình phƣơng trung bình theo phƣơng z Ảnh hƣởng xấu đến sức khoẻ t < 1phút Cảm giác mạnh Cảm nhận mạnh Giới hạn thoải mái, t < phút Cảm nhận tốt Có thể cảm nhận đƣợc Khơng cảm nhận đƣợc Tần số kích động (Hz) Hình 1.10 Sự phụ thuộc gia tốc bình phương trung bình theo tần số Hình 1.11 Quan hệ cường độ êm dịu với thời gian Đồ thị hình 1.10 biểu thị quan hệ gia tốc bình phƣơng trung bình với tần số ngƣỡng độ êm dịu theo ISO-2631 Khi thời gian kéo dài giới hạn giảm dần, xem hình 1.11.Theo thống kê, độ êm dịu đƣợc đƣa hình 1.12 cho loại xe 31 Hình 1.12 Phân bố độ êm dịu loại xe 1.3 Mục tiêu, phương pháp nội dung nghiên cứu 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu: Luận văn xây dựng mơ hình dao động dãy xe để khảo sát trạng thái dao động, xe biên dạng đƣờng khác Thông qua việc đánh giá tiêu độ êm dịu dao động, hƣớng đến việc đánh giá xe cụ thể có phù hợp với điều kiện địa phƣơng, tiến đến phản hồi nhà sản xuất để thiết kế hệ thống tối ƣu dao động cho ô tô 1.3.2 Phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phƣơng pháp hệ nhiều vật để xây dựng mô hình dao động tơ lấy mơ tả biên dạng đƣờng đƣợc định nghĩa trƣớc nhƣ mấp mô dạng cosin biên dạng đƣờng ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608 1995 Với mơ hình xây dựng đƣợc, luận văn khảo sát dao động ô tô biên dạng đƣờng định nghĩa 1.3.3 Nội dung nghiên cứu Để khảo sát dao động ô tô biên dạng đƣờng khác luận văn đƣợc trình bày bao gồm chƣơng nhƣ sau: CHƢƠNG I : Tổng quan dao động ô tô CHƢƠNG II: Xây dựng mơ hình dao động tơ CHƢƠNG III: Khảo sát dao động ô tô biên dạng đƣờng khác KẾT LUẬN 32 CHƢƠNG II XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG CỦA XE CON 2.1 Phân tích cấu trúc hệ dao động tơ 2.1.1 Phân tích cấu trúc hệ dao động tơ Hình 2.1 Cấu trúc khơng gian hệ dao động ô tô 2.1.2 Giả thiết hệ tọa độ Sử dụng phƣơng pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật để xây dựng mơ hình mơ tả dao động xe du lịch Việc thành lập phƣơng 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 mô men phƣơng nhƣng ngƣợc chiều có cƣờng độ Cần ý sử dụng phƣơng pháp tách vật nguyên lý lực cắt, hệ hệ cần đƣợc thiết lập trạng thái cân tĩnh Khi lực cắt trở thành ngoại lực gây dao động cho vật Các bƣớc phƣơng pháp tách vật, nguyên lý lực cắt sử dụng phƣơng trình Newton - Euler để lập phƣơng trình dao động: 33 - Tách vật khỏi hệ điểm có liên kết, vật đƣợc cân lực cắt - Chọn khối tâm Ci vật i làm gốc hệ tọa độ cục (hệ tọa độ vật) - Xác lập lực cắt - Sử dụng phƣơng trình Newton - Euler viết phƣơng trình vi phân chuyển động cho vật hệ tọa độ khối tâm cố định Ta có quy định hệ tọa độ nhƣ sau: Hệ tọa độ cố định: O Hệ tọa độ cục bộ: Ci Hình 2.2 Hệ tọa độ Với giả thiết vừa nêu, ta có phƣơng trình vi phân cho vật rắn phẳng: mxc Fx J x Mi mzc Fx J x M i myc Fx J x M i Phương pháp tách vật lựa chọn lý sau: -Phƣơng pháp đơn giản, không cần quy tắc biến đổi phức tạp, không hạn chế khối lƣợng số bậc tự -Phƣơng pháp phù hợp với tƣ lập trình theo mơ đun, cho phép thay đổi nhanh cấu trúc tham số mơ hình 34 -Phƣơng pháp cho phép xác định nội lực làm sở cho toán thiết kế cụm tối ƣu cụm Bất kỳ hệ vật rắn chuyển động tự không gian cần đến bậc tự để mơ tả hồn tồn chuyển động Ơ tơ có thành phần khối lƣợng tiêu biểu (thân xe, khối lƣợng khơng đƣợc treo phía trƣớc, khối lƣợng khơng đƣợc treo phía sau) phận lò xo (4 bánh xe lò xo hệ thống treo) tiêu biểu cho hệ dao động với nhiều bậc tự Vì thế, hệ phƣơng trình vi phân cần đƣợc giải đồng thời mơ tả hồn tồn chuyển động tơ Trƣờng hợp tiêu chuẩn tiện nghi cho ngƣời đƣợc quan tâm đặc biệt, mơ hình dao động tơ phải tách riêng thêm khối lƣợng ngƣời ngồi đặt lò xo ghế ngồi Bảng 2.1 Sáu bậc tự mơ hình 3D dao động tô Chuyển động tịnh tiến Chuyển động quay Hệ trục Thân xe Trục X Tịnh tiến dọc (Performance) Trục Y Tịnh tiến ngang (Side slip) Trục Z Nhún (bounce) Trục X Quay ngang (Roll) Trục Y Quay dọc (Pitch) Trục Z Quay lệch hƣớng (Yaw) Theo bậc tự mơ hình dao động tơ có loại dao động tƣơng ứng, tất dao động ảnh hƣởng đến ngƣời song mức độ ảnh hƣởng có khác Khi nghiên cứu tính êm dịu chuyển động có số dao động ảnh hƣởng nên mơ hình đơn giản hóa thành mơ hình phẳng bậc tự Chủ yếu nhún, lắc dọc lắc ngang xét mặt phẳng xoz yoz 35 2.2 Các phương trình dao động 2.2.1 Trong mặt phẳng xoz Khi xây dựng mô hình dao động lắc dọc ta tách xe thành phần liên kết với lực liên kết: - Phần đƣợc treo m: xe có dạng vỏ chịu lực nên ta coi vật chịu lực liên kết hệ thống treo thành phần ngoại lực khác - Phần không đƣợc treo mAi: bánh xe, với đặc điểm dạng treo độc lập nên có khối lƣợng không đƣợc treo Các khối lƣợng không đƣợc treo chịu tác động lực liên kết hệ thống treo tác động mặt đƣờng gây lên dao động bánh xe - Các thành phần liên kết đƣợc xác định theo phƣơng pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật Hình 2.3 Mơ hình dao động mặt phẳng xoz Phƣơng trình cân theo phƣơng z xe kéo: mz FC1 FK FC FK FC FK FC FK (2.1) Phƣơng trình cân mơ men theo trục y: J y ( FC1 FK1 FC FK )a1 (FC FK FC FK )a Fx (h (2.2) r) 36 ( 2.2.2 Mô hình mặt phẳng yoz Hình 2.4 Mơ hình dao động mặt phẳng yoz Phƣơng trình cân mơ men theo trục x: J x ( FC1 FK FC FK )b1 ( FC FK FC FK ) b2 Fy (h r ) (2.3) 2.2.3 Phương trình xác định chuyển vị bánh xe Bánh xe 1: mA11 FCL1 ( FC1 FK1 ) (2.4) mA22 FCL ( FC FK ) (2.5) mA33 FCL3 ( FC FK ) (2.6) mA44 FCL ( FC FK ) (2.7) Bánh xe 2: Bánh xe 3: Bánh xe 4: 2.3 Xác định lực liên kết hệ thống treo Hệ thống treo phần tử liên kết bánh xe thân xe; bảo đảm êm dịu cho thân xe truyền lực phƣơng dọc, phƣơng ngang phƣơng thẳng đứng 37 Hệ thống treo đƣợc đặc trƣng độ cứng C f z hệ số cản K f z Mô tả tổng quát hệ thống treo nhƣ hình 2.5: F z K C R0 F Hình 2.5 Mơ hình hệ thống treo Lực đàn hồi đƣợc xác định nhƣ sau: C z f dt z f dt FC C z f dgt z f dn n n n C z f d Cf d z f d f dt : độ võng động (hành trình trả) fdn : độ võng động (hành trình nén) C : độ cứng hệ thống treo z : chuyển vị khối lƣợng phần đƣợc treo : chuyển vị khối lƣợng phần không đƣợc treo (2.8) Lực cản giảm chấn đƣợc xác định nhƣ sau: FK K z n (2.9) K: Hệ số cản giảm chấn Lực cản ma sát: FR R0 sign z R0 : Hệ số cản ma sát hệ thống treo C : Độ cứng hệ thống treo K : Hệ số cản hệ thống treo 38 (2.10) C K đƣợc mơ tả phi tuyến: C f z, (2.11) K f z, Hệ số độ cứng C hệ thống treo đƣợc mô nhƣ sau: C0 C C C f dt ( Z ) f dn ( Z ) f dn ( Z ) f dt ft : Độ võng tĩnh f dt : Độ võng động hành trình trả fdn : Độ võng động hành trình nén FC m z C (2.12) Hành trình nén Hành trình trả Vấu hạn chế -ft Co= tg - mg f td fnd -z fnd Hình 2.6 Đặc tính đàn hồi Xác định đặc tính giảm chấn tốn khó khăn vì: - Đặc tính giảm chấn phụ thuộc kết cấu, tức chế độ tiết lƣu hay thơng qua - Chế độ dịng chảy tổn hao Trên thực tế ngƣời ta xây dựng đặc tính giảm chấn theo điều kiện lý tƣởng, tức hệ khơng tổn hao,, sau hiệu chỉnh hệ số kinh nghiệm Xét cửa dòng chất lỏng có hai dạng: - Lỗ thơng qua, có diện tích thơng qua khơng đổi: Atq const 39 - Lỗ tiết lƣu, có diện tích thơng qua phụ thuộc vào vận tốc AV A v Giảm chấn có chế độ sau: - Thông qua ATq = const - Tiết lƣu A v = A (v) - Thông qua ATq + Av max = const - Dựa vào phƣơng trình Bernoulli, ta có cơng thức xác định lƣu lƣợng: Q fv 2gp (2.13) Nếu tính đến tổn thất, ta viết: Q ( 0f v ) 2gp Q : Lƣu lƣợng m3/s fv : Diện tích dịng chảy(m2) p : áp suất dầu (N/m2) 0 : Hệ số tổn hao (0 = 0,65 0,85) : Trọng lƣợng riêng dầu (N/m3) Dựa vào phƣơng trình liên tục ta có: Q= Fv F: Diện tích hiệu dụng piston v: Vận tốc piston Kết hợp (a) (b) ta có cơng thức tính lực cản giảm chấn nhƣ sau: FD ( F F ) v 0f v 2g 40 (2.14) Khi mở hết van, f vmax d2v với vị trí x bất kỳ, f v x d v , theo điều kiện cân bằng: pf v,max dv F p F v2 v v p v f v v cx pf v max v Fv fv ; ; c ; ; Hình 2.7 Sơ đồ xác định chế độ mở tiết lưu Ta suy cơng thức tính lực cản chế độ van: F F2c2 2/ 3 FD Fp v 2 v f v,max (2.15) Nhƣ giảm chấn có q trình nhƣ sau: - Khi v v1 : chế độ thông qua: F3 FD1 v oA Tq (2.16) - Khi v1 < v v : chế độ độ: FD F oA v max F2c2 v2 / (2.17) - Khi v > v2 : tiết lƣu mở hết (chế độ nhƣ chế độ thông qua): FD3 F3 o A Tq A v1max 41 v2 (2.18) Ngoài ra, mục tiêu giảm chấn mà lực cản hành trình trả nén cịn khác nhau; thêm vào phụ thuộc bậc vào vận tốc Giai đoạn độ v1 v v ngắn nên bỏ qua để dễ tính tốn Nhƣ vậy, đặc tính giảm chấn hợp hai đƣờng bậc K K F3 2 oA Tq F F C 2(oA v,max ) v v1 (2.19) F3 K 2 A A v,max Tq v1 v (2.21) 2.4 Tải trọng thẳng đứng bánh xe Căn vào mơ hình hệ thống ta có đƣợc lực liên kết hệ thống treo lốp nhƣ sau: C1 1 z1 FC1 n C 1 z1 f dyn FK K1 1 z1 n 1 z1 f dyn n f dyn 1 z1 n z2 f dyn n f dyn z2 n 3 z3 f dyn n f dyn 3 z3 n z4 f dyn n f dyn z4 C2 z2 FC2 n C z2 f dyn FK K z2 FK K3 3 z3 (2.23) (2.24) C4 z4 FC4 n C z4 f dyn FK K z4 (2.22) C3 3 z3 FC3 n C 3 z3 f dyn (2.25) 42 Các lực cắt bánh xe đƣợc xác định nhƣ sau: CL1 h1 1 FCL1 0 CL h2 CL h2 FCL2 FCL2 0 0 FCL3 FCL4 CL h3 3 0 CL h4 0 khi khi khi khi khi m mA1 g 0 h1 1 CL1 m mA1 g 0 h1 1 CL1 m mA2 g m h2 mA2 g h2 CL CL m mA2 g m h2 mA2 g h2 CL CL m m A3 g 0 h3 3 CL m m A3 g 0 h3 3 C L3 m mA g 0 h4 CL m mA g 0 h4 4CL 43 (2.37) (2.26) (2.38) (2.27) (2.39) (2.28) (2.29) Các quan hệ hình học lực liên kết đƣợc xác định vị trí tách vật nhƣ sau: z1 z a1 b1 ; (2.30) z2 z a1 b1 ; (2.31) z3 z a2 b2 ; (2.32) z4 z a2 b2 ; (2.33) Các phản lực mặt đƣờng: Fz1 Fzt1 FCL1 ; (2.34) Fz Fzt2 FCL ; (2.35) Fz Fzt3 FCL ; (2.36) Fz Fzt4 FCL ; (2.37) Các lực tĩnh: m Fzt1 mA1 g ; 4 m Fzt2 mA g ; 4 m Fzt3 mA3 g ; 4 m Fzt4 mA g ; 4 (2.38) (2.39) (2.40) (2.41) Các lực phanh, tăng tốc, quay vòng: (2.42) (2.43) 2.5 Mô tả biên dạng mặt đường Trong thực tế bất thƣờng biên dạng đƣờng đến từ cản trở ngẫu nhiên nhƣ rãnh, bậc Một xe đƣờng bao gồm chuyển động nhƣ: nhún, lắc dọc, lắc ngang, lệch hƣớng Ngồi cịn có ảnh hƣởng từ độ nghiêng mặt đƣờng theo chiều dọc, ngang Nhƣng đƣờng bình 44 thƣờng chuyển động ảnh hƣởng đến an toàn thoải mái lái xe Để hạn chế mô tả ngẫu nhiên ta thƣờng sử dụng mơ hình đƣờng đơn giản: Đƣờng tâm z0 y0 x0 Hình 2.8 Mơ hình đường ba chiều Các mơ hình đƣờng ba chiều tinh vi không cung cấp chiều cao đƣờng z= z (x, y) mà hệ số ma sát cục µ= µ (x, y) điểm x, y Ngồi ra, mơ hình đƣờng đơn giản thƣờng tạo khu vực đƣờng bình thƣờng cong cục Trong phƣơng pháp tiếp cận chung này, mơ hình lốp chịu trách nhiệm tính toán độ nghiêng độ cong đƣờng địa phƣơng Bằng cách tách mô tả mặt cắt ngang từ bố trí dọc đặc tính bề mặt đƣờng hầu nhƣ bố trí đƣờng tùy ý Ngày nay, phép đo có độ phân giải cao bề mặt đƣờng đƣợc thực lƣu lƣợng di chuyển cách đo xe tải tạo lƣợng lớn liệu Do đó, đại diện nhỏ gọn nhƣng xác đƣợc đo lƣờng liệu cần thiết cho ứng dụng đơn giản môi trƣờng mô Dự án mã nguồn mở đƣợc đƣa gần cung cấp mơ hình đƣờng ba chiều võng cong (CRG) đƣợc sử dụng phép đo nhỏ gọn xác.Nếu xe chạy dọc theo đƣờng định, vị trí tạm thời đƣợc mơ tả biến đƣờng s= s(t) Do đó, mơ hình đƣờng 3D hồn tồn đƣợc giảm xuống mơ hình theo dõi song song nhƣ hình 2.9 sau đây: 45 Hình 2.9 Mơ hình biên dạng đường dãy cho tơ Chiều cao đƣờng đƣờng bên trái bên phải đƣợc cung cấp hai hàm chiều z1= z1(s) z2= z2(s) Trong mơ hình theo dõi song song, khơng có thơng tin độ nghiêng đƣờng bên địa phƣơng Nếu thông tin không đƣợc cung cấp chức bổ sung, khơng tính đến tác động độ nghiêng đƣờng bên đến chuyển động xe Đối với nghiên cứu bản, bất thƣờng bên trái đƣờng bên phải đƣợc xem xét xấp xỉ nhƣ nhau, z1(s) ≈ z2(s), sau mơ hình vệt bánh xe với zR (s)= z1(x)= z2(x) đƣợc sử dụng Trong trƣờng hợp này, kích thích quay dọc xe bị bỏ qua 2.5.1 Các dạng mấp mô Các mấp mô đƣờng trở ngại có hình dạng tùy ý Có thể hình chữ nhật đơn giản, dạng vòm động lực giống lốp xe đƣợc kiểm tra đƣợc tác động đột Nếu hình dạng chƣớng ngại vật đƣợc xấp xỉ hàm tuyến tính, giống nhƣ sóng cosin, tránh đƣợc gián đoạn, sau Hình 2.10 Mấp mô dạng chữ nhật dạng cosin 46 Thông thƣờng, trở ngại mang tính xác định đƣợc mơ tả hệ tọa độ Mấp mô dạng chữ nhật đƣợc xác định bằng: (2.44) Mấp mô dạng cosin đƣợc cho bằng: (2.45) H: Chiều cao (H R > mét); - Chiều dài tầm nhìn trƣớc chƣớng ngại vật cố định (một chiều) 20 mét tầm nhìn thấy xe ngƣợc chiều (hai chiều) 40 mét; - Độ dốc tối đa 9% dài liên tục không 400 mét, trừ vị trí dốc bến phà, dốc qua đê qua cầu Cấp E: Là loại đƣờng khơng nằm cấp đƣờng nói c) Bậc đường: Mỗi cấp đƣờng loại đƣợc chia thành bậc Cơng tác bảo trì cầu đƣờng định bậc đƣờng; trƣờng hợp làm tốt công tác bảo trì, giữ cầu đƣờng ổn định tiêu chuẩn mặt đƣờng nhƣ thiết kế đƣợc xếp bậc 1; trƣờng hợp cơng tác bảo trì làm khơng tốt dẫn đến tình trạng cầu đƣờng xấu phải xếp bậc khác nhƣng không để bậc Cụ thể là: - Bậc 1: mặt đƣờng rải bê tông nhựa, bê tông xi măng phẳng, coi nhƣ ổ gà, xe chạy giữ vững tốc độ; - Bậc 2: mặt đƣờng rải bê tông nhựa, đá dăm nhựa, đá dăm, cấp phối có ổ gà nhỏ, gợn sóng vừa phải Tỷ lệ ổ gà chiếm khơng 8% diện tích đoạn mặt đƣờng; xe có xóc, có giảm tốc độ; - Bậc 3: mặt đƣờng rải bê tông nhựa, đá dăm nhựa, đá dăm, cấp phối hƣ hỏng nhiều, có từ 8% đến 20% ổ gà tối đa 15% ổ gà loại sâu 15 cm (mƣời lăm xen-ti-mét) xe lại khó khăn, có chỗ bị trơn lầy Nếu mặt đƣờng hƣ hỏng mức quy định cho Bậc đƣa vào loại đƣờng đặc biệt xấu Đƣờng cấp E không chia bậc đƣợc coi loại đƣờng đặc biệt xấu d) Xếp loại đường: - Sau phân chia cấp bậc cho đƣờng, đoạn đƣờng có cấp bậc A1, A2, A3, B1, … đến E Từ kết này, tiến hành xếp loại đƣờng theo bảng 2.4 -Để phù hợp với việc theo dõi, tính tốn thực tế, loại đƣờng đƣợc xếp theo đoạn ki-lô-mét liên tục trở lên Nếu có đoạn tốt, xấu dƣới ki-lơ-mét riêng lẻ vào tình hình trung bình đoạn liền kề để xếp lên xếp xuống cho thích hợp 55 Bảng 2.4 Xếp loại đường Việt Nam Loại (Rất tốt) Loại (Tốt) Loại (Khá) Loại (TB) Loại (Xấu) A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 Loại (Đặc biệt xấu) D3,E Và đƣờng có mặt đƣờng xấu bậc nêu - Đƣờng có tiêu chuẩn cấp E, nhƣng mặt đƣờng tốt có nhiều tiêu chuẩn cấp E nhƣng tiêu chuẩn khác đạt cao xem xét xếp vào loại loại 2.6 Mô phần mềm MATLAB SIMULINK 2.6.1 Giới thiệu phần mềm MATLAB MATLAB mơi trƣờng tính tốn số lập trình, đƣợc thiết kế cơng ty MathWorks MATLAB cho phép tính tốn số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực thuật toán, tạo giao diện ngƣời dùng liên kết với chƣơng trình máy tính viết nhiều ngơn ngữ lập trình khác MATLAB giúp đơn giản hóa việc giải tốn tính tốn kĩ thuật so với ngơn ngữ lập trình truyền thống nhƣ C, C++, Fortran MATLAB đƣợc sử dụng nhiều lĩnh vực, bao gồm xử lý tín hiệu ảnh, truyền thông, thiết kế điều khiển tự động, đo lƣờng kiểm tra, phân tích mơ hình tài chính, hay tính tốn sinh học Với hàng triệu kĩ sƣ nhà khoa học làm việc môi trƣờng công nghiệp nhƣ môi trƣờng hàn lâm, MATLAB ngơn ngữ tính tốn khoa học 2.6.2 Tiến hành mơ Mơ hình hóa lý tƣởng hóa khái qt hóa hay nhiều đối tƣợng Với tô Kia Morning ta chuyển đối tƣợng ô tô thành sơ đồ gồm vật liên kết 56 phần tử đàn hồi, cản với nhau, mơ tả dƣới dạng hệ phƣơng trình vi phân dao động nhƣ sau: mz FC1 FK FC FK FC FK FC FK J ( F F F F ) a ( F F F F ) a F ( h r ) C1 K1 C2 K2 C3 K3 C4 K4 x y J ( F F F F )b ( F F F F ) b F (h r ) C1 K1 C2 K2 C4 K4 C3 K3 y x mA11 FCL1 ( FC1 FK ) mA 2 FCL ( FC FK ) m F ( F F ) CL C3 K3 A3 mA 4 FCL ( FC FK ) Hình 2.14 Mơ hình mơ dao động xe Kia Morning 2013 57 (2.67) Hình 2.15 Sơ đồ Simulink mơ ba phương trình đầu hệ 2.67 Hình 2.16 Sơ đồ Simulink mơ tả phương trình thứ hệ 2.67 58 Hình 2.17 Sơ đồ Simulibk mơ tả mặt đường cosin Hình 2.18 Sơ đồ Simulink xác định điểm z1 Đến đây, luận văn sử dụng phƣơng pháp hệ nhiều vật để xây dựng mơ hình dao động tơ lấy mô tả biên dạng đƣờng đƣợc định nghĩa trƣớc nhƣ mấp mô dạng cosin biên dạng đƣờng ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608 1995, tiến hành xây dựng mô Matlab Simulink Từ ta bắt đầu tiến hành khảo sát, đánh giá đối tƣợng đƣợc lựa chọn xe Kia Morning 2013 biên dạng đƣờng khác 59 CHƢƠNG III: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA XE CON TRÊN CÁC BIÊN DẠNG ĐƢỜNG KHÁC NHAU 3.1 Đặc điểm cấu trúc trường hợp khảo sát đánh giá 3.1.1 Đặc điểm cấu trúc xe KIA MORNING 2013 sản xuất Việt Nam Do xe KIA MORNING hệ kết cấu phức tạp, gồm nhiều khối lƣơng không đồng liên kết với Dao động ô tô dao động biên độ lớn (0…0,5m) tần số thấp (f= 1…50 Hz) Khi lập mơ hình cần vào mục tiêu khả tính tốn Về cấu trúc khung vỏ: vỏ chịu lực, khối lƣợng đƣợc treo đƣợc coi vật cứng không biên dang; đầu hệ thống treo tác động trực tiếp vào vỏ Các bánh xe liên kết với đầu dƣới hệ thống treo Hai dầm dọc có độ cứng góc đặc trƣng, cịn khối lƣợng tính vào khối lƣợng đƣợc treo Hệ thống treo xe KIA MORNING hệ thống treo độc lập kiểu McPherson Về phƣơng thức liên kết: liên kết khối lƣơng không đƣợc treo bánh xe, cầu xe với khối lƣợng đƣợc treo thông qua hệ thống treo, hệ thống treo xe KIA Morning độc lập nên có dạng liên kết động học, chuyển động tƣơng quan khối lƣợng đƣợc treo không đƣợc treo xác định thông qua hệ địn góc hình học Các yếu tố phi tuyến: dao động ô tô chuyển động tƣơng đối khối lƣợng với Tại điếm liên kết lực liên kết Các lực phần lớn phi tuyến Có hai dạng phi tuyến phi tuyến hình học yếu tố lƣợng giác gây phi tuyết vật lý kết cấu hệ thống thuộc tính vật lý gây ví dụ đặc tính đàn hối khí nén, lực cản giảm chấn Sử dụng phần mềm máy tính để giải hệ phƣơng trình vi phân 2.67, đánh giá tiêu làm việc hệ dao động với thông số xe Kia Morning 2013 lắp ráp Việt Nam nhƣ bảng 3.1 sau: 60 Bảng 3.1 Thông số xe Kia Morning 2013 lắp ráp Việt Nam TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Khối lƣợng toàn M kg 1340 Khối lƣợng đƣợc treo m kg 911 mA1,2 kg 69 Khối lƣợng không đƣợc treo bánh xe trƣớc Khối lƣợng không đƣợc treo bánh xe sau mA3,4 kg 96 Độ cứng hệ thống treo trƣớc C1,C2 N/m 27160 Độ cứng hệ thống treo trƣớc C3,C4 N/m 29420 Hệ số cản giảm chấn trƣớc K1,K2 Ns/m 4000 Hệ số cản giảm chấn sau K3,K4 Ns/m 2500 Bán kính tự lốp r m 0.3 10 Độ cứng hƣớng kính lốp CL N/m 229000 11 Hệ số cản lăn f 12 Mật độ khơng khí 13 Hệ số khí động c 14 Diện tích cản diện A 61 0.02 kg/m3 1.24 0.35 m2 0.92 3.1.2 Các trường hợp khảo sát đánh giá Tác giả lựa chọn số trƣờng hợp khảo sát thƣờng thấy nhƣ sau: - Trƣờng hợp xe thẳng với mấp mơ cosin có chiều cao khác - Trƣờng hợp xe thẳng với nhiều vận tốc khác với mấp mô cosin cho trƣớc - Trƣờng hợp xe thẳng với nhiều vận tốc khác bên (bên trái) qua mấp mô cosin cho trƣớc - Trƣờng hợp xe thẳng qua loại đƣờng có biên dạng ngẫu nhiên - Trƣờng hợp xe thẳng qua với nhiều vận tốc qua đƣờng có biên dạng ngẫu nhiên Đối với hệ thống treo có nhiều tiêu để đánh giá Trong nghiên cứu tác giả đánh giá qua số tiêu, tiêu chuẩn dao động Và số thông số làm việc hệ thống treo nhƣ lực đàn hồi giảm chấn hệ thống treo 3.2 Kết khảo sát 3.2.1 Trường hợp xe thẳng với mấp mơ cosin có chiều cao khác Khảo sát ảnh hƣởng chiều cao mấp mô cosin đến độ êm dịu xe con: vận tốc xe v= 70 km/h, chiều rộng mấp mô L= 0.5 m bắt đầu vào thời điểm t= 1s, mấp mơ có chiều cao dạng cosin từ h= 0.01 m đến h= 0.1m nhƣ hình 3.1: Hình 3.1 Đồ thị mấp mơ cosin - khảo sát 62 Hình 3.2 Đồ thị gia tốc trọng tâm ̈ thân xe Gia tốc trọng tâm thân xe ̈ : Theo hình 3.2, với chiều cao mấp mơ h= 0.1 m gia tốc ̈ tăng lên 11 m/s², sau giảm nhanh m/s² tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy mấp mô cao dao động ̈ mạnh gây xóc nảy, khó chịu cho ngƣời lái Vì xe thẳng nên bánh bánh dao động giống nhau, bánh bánh dao động giống nên ta cần xét dao động bánh bánh Hình 3.3 Đồ thị gia tốc thân xe điểm trước xe ̈ 63 Gia tốc thân xe phía trƣớc ̈ 1: Theo hình 3.3, với chiều cao mấp mơ h= 0.06 m gia tốc ̈ tăng lên 10 m/s², sau giảm m/s² tiếp tục dao động ổn định tắt dần Hình 3.4 Đồ thị gia tốc thân xe điểm sau xe ̈ Gia tốc thân xe phía sau xe ̈ 4: Theo hình 3.4, với chiều cao mấp mơ h= 0.04m t= 1s, gia tốc ̈ tăng nhẹ lên ≈ m/s², sau giảm m/s² lúc bánh trƣớc qua mô kéo theo bánh sau dao động Tại t= 1.1 s, bánh sau qua mấp mô gia tốc tăng cao lên m/s², sau giảm nhanh m/s² tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy mấp mơ cao dao động ̈ ̈ mạnh gây xóc nảy, khó chịu cho ngƣời lái 64 Hình 3.5 Đồ thị chuyển vị thẳng đứng z thân xe Chuyển vị thẳng đứng thân xe z: Theo hình 3.5, với chiều cao mấp mô h= 0.06 m, thời điểm t= 1s, bánh xe trƣớc qua mấp mơ xe nảy lên theo theo phƣơng thẳng đứng, z tăng lên đến 0.0075 m, sau giảm xuống nảy lên lần bánh sau qua mấp mô làm xe nảy lên cao đến 0.01 m giảm xuống m, tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy mấp mô cao biên độ dao động z cao gây xóc nảy, khó chịu cho ngƣời lái Hình 3.6 Đồ thị tải trọng động điểm trước xe 65 Tải trọng động điểm trƣớc xe m tải trọng động : Theo hình 3.6, với chiều cao mấp mô h= 0.02 tăng đến 7476 N, sau giảm mức tải trọng tĩnh tiếp tục dao động ổn định tắt dần Với chiều cao mấp mơ h= 0.08 m tải trọng động tăng cao đến khoảng 20276 N, sau giảm mức tải trọng tĩnh xuống đến N, sau khoảng 0.5s lại dao động ổn định tắt dần Lúc xảy tƣợng tách bánh xe tức bánh xe rời khỏi mặt đƣờng (Fz= 0N) gây điều khiển tạm thời gây nguy hiểm cho phƣơng tiện Hình 3.7 Đồ thị tải trọng động điểm trước xe Tải trọng động điểm trƣớc xe : Theo hình 3.7, với chiều cao mấp mơ h= 0.02 m t= 1s, phần sau xe chƣa có biến động tải trọng, t≈1.05 s có dao động nhẹ phần trƣớc xe truyền đến, sau tắt dần Tại t ≈ 1.1 s bánh sau qua mấp mô, tăng đến 7869.4 N, sau giảm mức tải trọng tĩnh tiếp tục dao động ổn định tắt dần.Với chiều cao mấp mơ h= 0.08 m t= 1s, phần sau xe chƣa có biến động tải trọng, t≈1.05s có dao động nhẹ phần trƣớc xe truyền đến, sau tắt dần Tại t ≈ 1.1 s, bánh sau qua mấp mô tải trọng động tăng đến khoảng 20885.2 N, sau giảm mức tải trọng tĩnh xuống đến N, sau khoảng 0.5s lại dao động ổn định tắt dần Lúc xảy 66 tƣợng tách bánh xe tức bánh xe rời khỏi mặt đƣờng gây điều khiển tạm thời gây nguy hiểm cho phƣơng tiện Đồ thị cho thấy mấp mơ cao tỷ số tải trọng động lớn, gây hƣ hại cho xe nguy hiểm cho ngƣời ngồi Hiện tƣợng tách bánh dễ xảy gây lái, an tồn giao thơng Hình 3.8 Khơng gian hệ treo trước Khơng gian hệ treo phía trƣớc tăng đến xe : Theo hình 3.8, với chiều cao mấp mơ h= 0.08 m = 0.04m, sau giảm = 0m tiếp tục dao động ổn định tắt dần Hình 3.9 Khơng gian hệ treo sau 67 xe Khơng gian hệ treo : Theo hình 3.9, với chiều cao mấp mơ h= 0.08 m t=1s, phần sau xe chƣa có biến động khơng gian hệ treo, t ≈1.05 s có tăng lên phần trƣớc xe truyền đến Tại t ≈ 1.1 s bánh sau qua mấp mô, không gian hệ treo tăng đến = 0.039 m, sau giảm đến = - 0.034 m tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy mấp mơ cao biên độ dao động cao gây xóc nảy, gây hƣ hại cho phƣơng tiện Hình 3.10 Đồ thị lực đàn hồi hệ thống treo điểm trước xe Lực đàn hồi hệ thống treo lực đàn hồi hệ thống treo: : Theo hình 3.10, với chiều cao mấp mơ h= 0.04 m tăng đến 500 N, sau giảm -300 N tiếp tục dao động ổn định tắt dần Lực đàn hồi hệ thống treo : Theo hình 3.11, với chiều cao mấp mơ h= 0.04m t= 1s, phần sau xe chƣa có biến động lực đàn hồi hệ thống treo, t≈1.05 s có tăng lên phần trƣớc xe truyền đến Tại t ≈ 1.1 s bánh sau qua mấp mô, lực đàn hồi hệ thống treo tăng đến 500 N, sau giảm đến tiếp tục dao động ổn định tắt dần 68 -300N Hình 3.11 Đồ thị lực đàn hồi hệ thống treo điểm sau xe Đồ thị cho thấy mấp mô cao biên độ dao động lực đàn hồi hệ thống treo FC cao gây xóc nảy, khó chịu cho ngƣời ngồi xe, giảm tuổi thọ chi tiết đàn hồi hệ thống treo Hình 3.12 Đồ thị lực cản hệ thống treo trước 69 xe Lực cản hệ thống treo điểm trƣớc : Theo hình 3.12, với chiều cao mấp tăng đến mơ h= 0.03 m lực cản hệ thống treo: 1000 N, sau giảm -900N tiếp tục dao động ổn định tắt dần Hình 3.13 Đồ thị lực cản hệ thống treo sau Lực cản hệ thống treo điểm sau của xe : Theo hình 3.13, với chiều cao mấp mơ h= 0.03 m t= 1s, phần sau xe chƣa có biến động lực đàn hồi hệ thống treo, t≈1.05 s có tăng lên phần trƣớc xe truyền đến Tại t ≈ 1.1 s bánh sau tăng đến qua mấp mô, lực cản hệ thống treo đến 1000 N, sau giảm -900 N tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy mấp mơ cao biên độ dao động lực cản hệ thống treo cao gây xóc nảy, khó chịu cho ngƣời ngồi xe, giảm tuổi thọ cụm giảm chấn hệ thống treo 70 Max Min ̈ (m/s2) z(m) 5342 1.125 0.001 0.01 7869 7476 2.250 0.002 0.02 10049 9609 3.375 0.003 0.03 12230 11743 4.500 0.005 0.04 14404 13876 5.625 0.007 0.05 0.029 16572 16009 6.750 0.010 0.06 0.034 18732 18143 7.875 0.013 0.07 0.040 20885 20276 9.000 0.017 0.08 0.046 23033 22409 10.125 0.021 0.09 0.053 25179 24543 11.250 0.026 0.1 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp thông số khảo sát phương án Fz1(N) 5689 0.023 h(m) Fz4(N) 0.018 -0.011 0.013 -0.009 -6.449 0.008 -0.007 -5.902 0.0 0.004 -0.005 -5.524 0.0 0.0 ξ1-z1(m) -0.004 -5.089 0.0 0.0 -0.044 0.051 -0.003 -4.584 0.0 0.0 -0.039 -0.045 0.045 -0.002 -3.999 0.0 0.0 -0.033 -0.040 0.039 -0.001 -3.314 0.0 0.0 -0.028 -0.034 0.033 -0.001 -2.510 0.0 0.0 -0.023 -0.029 0.028 0.000 -1.673 0.0 0.0 -0.019 -0.024 0.023 z(m) -0.837 927.7 291.1 -0.014 -0.019 0.018 ̈ (m/s2) 2068.6 1364 -0.010 -0.014 0.013 Fz1(N) 24367 -0.007 -0.011 0.009 Fz4(N) -0.004 -0.007 0.005 ξ1-z1(m) -0.003 ξ4-z4(m) ξ4-z4(m) 71 Thông qua bảng tổng hợp ta rút quy luật nhƣ sau: - Với vận tốc, chiều rộng mấp mơ tăng chiều cao mấp mô dẫn đến thông số dao động lớn Nhƣ vậy, tăng chiều cao mấp mơ ta tăng độ xóc nảy, giảm độ êm dịu tăng khó chịu ngƣời ngồi xe, giảm độ bám đƣờng xe, tăng tỷ số tải trọng động gây hƣ hại cho xe nguy hiểm cho ngƣời, hàng hóa nhƣ dễ gây tai nạn giao thông Phần trƣớc xe dễ bị tách bánh phần sau xe 3.2.2 Trường hợp xe thẳng với nhiều vận tốc khác với mấp mô cosin cho trước Khảo sát ảnh hƣởng vận tốc xe đến độ êm dịu, chiều cao mấp mô dạng cosin h= 0.06 m, chiều rộng mấp mô L= 0.5 m bắt đầu vào thời điểm t= 1s, xe qua mấp mô với vận tốc từ v= 30km/h đến v= 80km/h nhƣ hình 3.23: Hình 3.14 Đồ thị mấp mơ cosin - khảo sát Khảo sát cho kết đƣợc biểu diễn đồ thị nhƣ hình sau: 72 Hình 3.15 Đồ thị gia tốc trọng tâm thân xe ̈ Gia tốc trọng tâm thân xe ̈ : Theo hình 3.15, với vận tốc xe v= 40km/h gia tốc ̈ tăng lên 8.574 m/s², sau giảm nhanh m/s² tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy vận tốc xe cao dao động ̈ thấp êm cho ngƣời ngồi xe Hình 3.16 Đồ thị gia tốc điểm trước xe ̈ 73 Hình 3.17 Đồ thị gia tốc điểm sau xe ̈ Vì xe thẳng nên bánh xe bánh xe dao động giống nhau, bánh xe bánh xe dao động giống nên ta cần xét dao động bánh bánh Đồ thị gia tốc trọng tâm điểm trƣớc xe ̈ 1: Theo hình 3.16, với vận tốc xe v=70km/h gia tốc ̈ tăng lên đến khoảng ̈ ≈ 12.5m/s², sau giảm nhanh 0m/s² tiếp tục dao động ổn định tắt dần Gia tốc trọng tâm điểm sau xe ̈ : Theo hình 3.17, với vận tốc xe v= 70km/h sau thời gian t= 1s, gia tốc ̈ tăng nhẹ lên, sau giảm m/s² lúc bánh trƣớc qua mô kéo theo bánh sau dao động tiếp tục dao động rồi ổn định trở lại Tại t ≈ 1.1 s, bánh sau qua mấp mô gia tốc đột tăng cao lên ̈ ≈ 12 m/s², sau giảm nhanh m/s² tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy vận tốc cao dao động ̈ ̈ nhỏ giảm gây xóc nảy, khó chịu cho ngƣời lái 74 Hình 3.18 Đồ thị chuyển vị thẳng đứng z xe Chuyển vị thẳng đứng xe z: Theo hình 3.18, với vận tốc xe v= 40km/h, thời điểm t= 1s, bánh xe trƣớc qua mấp mơ xe nảy lên theo theo phƣơng thẳng đứng, z tăng lên đến 0.016 m, sau giảm xuống nảy lên lần bánh sau qua mấp mô làm xe nảy lên đến z= 0.014 m giảm xuống 0m, tiếp tục dao động ổn định tắt dần Với vận tốc xe v= 70km/h, thời điểm t= 1s, bánh xe trƣớc qua mấp mô xe nảy lên theo theo phƣơng thẳng đứng, z tăng lên đến 0.0075 m, sau giảm xuống nảy lên lần bánh sau qua mấp mô làm xe nảy lên đến z= 0.01 m giảm xuống 0m, tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy mấp mô cao biên độ dao động z cao gây xóc nảy, khó chịu cho ngƣời lái Khi với vận tốc thấp, bánh trƣớc qua mấp mô cho dao động lớn bánh sau qua mấp mô ngƣợc lại với vận tốc cao dao động bánh trƣớc qua mấp mô thấp bánh sau qua mấp mơ 75 Hình 3.19 Đồ thị tải trọng động điểm trước xe Tải trọng động điểm trƣớc xe tải trọng động : Theo hình 3.19, với vận tốc xe v= 30km/h tăng đến 13437.7 N, sau giảm mức tải trọng tĩnh,, sau khoảng 1s lại dao động ổn định tắt dần Lúc xảy tƣợng tách bánh xe tức bánh xe rời khỏi mặt đƣờng gây điều khiển tạm thời gây nguy hiểm cho phƣơng tiện Với vận tốc xe v= 60km/h tải trọng động tăng đến 15722.8 N, sau giảm mức tải trọng tĩnh, tiếp tục giảm khơng,, sau khoảng 0.5s lại dao động ổn định tắt dần lúc xảy tƣợng tách bánh xe tức bánh xe rời khỏi mặt đƣờng gây điều khiển tạm thời gây nguy hiểm cho phƣơng tiện tĩnh xuống đến N, lúc xảy tƣợng tách bánh xe tức bánh xe rời khỏi mặt đƣờng gây điều khiển tạm thời gây nguy hiểm cho phƣơng tiện 76 Hình 3.20 Đồ thị tải trọng động điểm sau xe Tải trọng động điểm sau xe : Theo hình 3.20, với vận tốc xe v= 30km/h t= 1s, phần sau xe chƣa có biến động tải trọng, t≈ 1.05s có dao động nhẹ phần trƣớc xe truyền đến, sau tắt dần Tại t ≈ 1.1s bánh sau qua mấp mô, tải trọng động tăng đến 14528.9N, sau giảm mức tải trọng tĩnh tiếp tục dao động ổn định tắt dần Với vận tốc xe v= 60km/h t = 1s, phần sau xe chƣa có biến động tải trọng tĩnh, t≈1.05s có dao động nhẹ phần trƣớc xe truyền đến, sau tắt dần Tại t ≈ 1.1 s, bánh sau qua mấp mô tải trọng động tăng đến khoảng 16572.4 N, sau giảm mức tải trọng Đồ thị cho thấy vận tốc cao dao động tải trọng động lớn.Với chiều cao tối đa h= 0.06m chiều rộng mấp mơ L= 0.5m xảy tƣợng tách bánh với hầu hết vận tốc xe 77 Hình 3.21 Đồ thị khơng gian hệ treo trước xe Không gian hệ treo trƣớc xe không gian hệ treo tăng đến : Theo hình 3.21, với vận tốc xe v= 40km/h = 0.046 m, sau giảm = -0.038m tiếp tục dao động ổn định tắt dần Hình 3.22.Đồ thị khơng gian hệ treo sau xe 78 Đồ thị cho thấy vận tốc cao biên độ dao động thấp giảm xóc nảy, hƣ hại cho phƣơng tiện Hình 3.23 Đồ thị lực đàn hồi hệ thống treo trước xe Lực đàn hồi hệ thống treo điểm trƣớc xe 60km/h lực đàn hồi hệ thống treo: : Theo hình 3.23, với vận tố xe v= tăng đến N, sau giảm -720 N tiếp tục dao động ổn định tắt dần Hình 3.24 Đồ thị lực đàn hồi hệ thống treo sau xe 79 Lực đàn hồi hệ thống treo điểm sau xe : Theo hình 3.24, với vận tốc xe v=60km/h t= 1s, phần sau xe chƣa có biến động lực đàn hồi hệ thống treo, t≈ 1.05s có tăng lên phần trƣớc xe truyền đến Tại t ≈ 1.1s bánh sau qua mấp mô, lực đàn hồi hệ thống treo đến tăng đến 1000N, sau giảm -800N tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy vận tốc xe cao biên độ dao động lực đàn hồi hệ thống treo thấp giảm xóc nảy, khó chịu cho ngƣời ngồi xe, tăng tuổi thọ chi tiết đàn hồi hệ thống treo Hình 3.25 Đồ thị lực cản hệ thống treo trước xe Lực cản hệ thống treo thống treo : Theo hình 3.25, với vận tố xe v= 30km/h lực cản hệ tăng đến 1000 N, sau giảm động ổn định tắt dần 80 -900N tiếp tục dao Hình 3.26 Đồ thị lực cản hệ thống treo sau xe Lực cản hệ thống treo : Theo hình 3.26, với vận tố xe v= 30km/h t= 1s, phần sau xe chƣa có biến động lực đàn hồi hệ thống treo, t≈ 1.05s có tăng lên phần trƣớc xe truyền đến Tại t ≈ 1.1 s bánh sau qua mấp mơ, khơng gian hệ treo tăng đến 2800N, sau giảm đến -2400N tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy vận tốc xe thấp biên độ dao động lực cản hệ thống treo FK cao gây xóc nảy, khó chịu cho ngƣời ngồi xe, giảm tuổi thọ chi tiết giảm chấn hệ thống treo 81 Bảng 3.3 Tổng hợp thông số khảo sát Min Max v(km/h) 30 40 50 60 70 80 z(m) 0.021 0.016 0.013 0.011 0.010 0.008 z (m / s ) 8.956 8.574 7.965 7.336 6.750 6.226 (N) 13437.7 14603.3 15290.9 15722.8 16009.3 16207.1 (N) 14528.9 15422.9 16021.9 16380.6 16572.4 16690.9 ξ1-z1(m) 0.053 0.046 0.039 0.033 0.029 0.025 ξ4-z4(m) 0.061 0.050 0.041 0.033 0.028 0.024 z(m) -0.007 -0.006 -0.005 -0.005 -0.004 -0.003 z (m / s ) -6.244 -5.869 -5.435 -4.999 -4.584 -4.200 (N) 0 0 0 (N) 0 0 0 ξ1-z1(m) -0.046 -0.038 -0.032 -0.027 -0.023 -0.020 ξ4-z4(m) -0.052 -0.041 -0.034 -0.028 -0.024 -0.020 Với mấp mô cho trƣớc: chiều cao mấp mô dạng cosin h= 0.06 m, chiều rộng mấp mơ L= 0.5 m ta rút quy luật nhƣ sau Vận tốc cao đa số thông số dao dộng giảm nhƣng tải trọng động lại tăng nên lực tác động trực tiếp lên ngƣời hàng hóa xe tăng vận tốc xe qua mấp mô tăng, khả xảy tƣợng tách bánh tăng.Nhƣ để xe an toàn mà đảm bảo êm dịu ta nên lựa chọn vận tốc mức trung bình từ 40 km/h đến 60km/h 3.2.3 Trường hợp xe thẳng với nhiều vận tốc khác bên (bên trái) qua mấp mô cosin cho trước Khảo sát ảnh hƣởng vận tốc xe đến độ êm dịu, chiều cao mấp mô dạng cosin h= 0.06 m, chiều rộng mấp mô L= 0.5 m bắt đầu vào thời điểm t= 1s, bên trái xe qua mấp mô với vận tốc từ v= 30km/h đến v= 80km/h nhƣ hình 3.27: 82 Hình 3.27 Đồ thị mấp mô cosin - khảo sát Khảo sát cho kết đƣợc biểu diễn đồ thị nhƣ hình sau: Hình 3.28 Đồ thị gia tốc trọng tâm ̈ xe Gia tốc trọng tâm thân xe ̈ : Theo hình 3.28, với vận tốc xe v= 50km/h gia tốc ̈ tăng lên 3.983 m/s², sau giảm nhanh 0m/s² tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy vạn tốc xe thấp dao động ̈ mạnh gây xóc nảy, khó chịu cho ngƣời lái 83 Hình 3.29 Đồ thị chuyển vị thẳng đứng thân xe z Chuyển vị thẳng đứng thân xe z: Theo hình 3.29, với vận tốc xe v= 80km/h, thời điểm t= 1s, bánh xe trƣớc qua mấp mơ xe nảy lên theo theo phƣơng thẳng đứng, z tăng lên đến 0.0032 m, sau giảm xuống nảy lên lần bánh sau qua mấp mô làm xe nảy lên cao đến 0.004075 m, sau giảm xuống 0m, tiếp tục dao động ổn định tắt dần Với vận tốc xe v= 30km/h, thời điểm t= 1s, bánh xe trƣớc qua mấp mơ xe nảy lên theo theo phƣơng thẳng đứng, z tăng lên đến 0.010546 m, sau giảm xuống nảy lên lần bánh sau qua mấp mô làm xe nảy lên đến 0.008 m,sau giảm xuống 0m, tiếp tục dao động ổn định tắt dần Đồ thị cho thấy vận tốc thấp biên độ dao động z cao gây xóc nảy, khó chịu cho ngƣời lái Và có thay đổi độ sai khác biên độ lần dao động Khi với vận tốc thấp, bánh trƣớc qua mấp mô cho dao động lớn bánh sau qua mấp mô ngƣợc lại với vận tốc cao dao động bánh trƣớc qua mấp mô thấp bánh sau qua mấp mơ 84 Hình 3.30 Đồ thị tải trọng động điểm xe Vì xe thẳng nên bánh xe bánh xe dao động giống nhau, bánh xe bánh xe dao động giống nên ta cần xét dao động bánh bánh Tải trọng động điểm xe : Theo hình 3.30, với vận tốc xe v= 70km/h bánh xe qua mấp mơ t= 1s tải trọng động tăng đến 16009,07 N, sau giảm mức tải trọng tĩnh xuống đến N,sau khoảng 0.6s tiếp tục dao động ổn định tắt dần lúc xảy tƣợng tách bánh xe tức bánh xe rời khỏi mặt đƣờng gây điều khiển tạm thời gây nguy hiểm cho phƣơng tiện Với vận tốc xe v= 30km/h bánh xe qua mấp mơ t= 1s tải trọng động tăng cao đến khoảng 13434.71 N, sau giảm mức tải trọng tĩnh xuống đến N, lúc xảy tƣợng tách bánh xe tức bánh xe rời khỏi mặt đƣờng gây điều khiển tạm thời gây nguy hiểm cho phƣơng tiện 85 Hình 3.31 Đồ thị tải trọng động điểm xe Tải trọng động điểm xe : Theo hình 3.31, với vận tốc xe v= 70km/h t= 1s, phần sau xe chƣa có biến động tải trọng, t≈ 1.02s có dao động phần trái xe truyền đến, tăng lên 3300N, sau giảm xuống Tại t≈1.1s bánh qua mấp mô, tải trọng động Fz2 tăng biên độ dao động từ =2872.474N đến = 3502.736 N, sau giảm mức tải trọng tĩnh tiếp tục dao động ổn định tắt dần Trong q trình dao động có giao thoa nguồn dao động bánh bánh nên đồ thị biên độ có mấp mơ Với vận tốc xe v= 30km/h t≈1.02s có dao động phần trái xe truyền đến, Fz2 tăng lên 3400N, sau giảm xuống Tại t ≈ 1.1s bánh qua mấp mô, tải trọng động Fz2 tăng biên độ dao động từ = 2429,389N đến = 4328.377N, sau giảm mức tải trọng tĩnh tiếp tục dao động ổn định tắt dần Trong q trình dao động có giao thoa nguồn dao động bánh bánh nên đồ thị biên độ có mấp mơ 86 Hình 3.32 Đồ thị tải trọng động điểm xe Tải trọng động điểm xe : Theo hình 3.32, với vận tốc xe v= 70km/h t= 1s, phần sau xe chƣa có biến động tải trọng, t≈ 1.02s có dao động phần trái xe truyền đến, tăng lên 3950N, sau giảm xuống Tại t ≈ 1.1 s bánh qua mấp mô, tải trọng động bị giảm biên độ dao động tắt dần.Trong q trình dao động có giao thoa nguồn dao động bánh bánh nên đồ thị biên độ có mấp mơ.Với vận tốc xe v= 30km/h t≈ 1.02s có dao động bánh bánh truyền đến, tăng lên 3400N, sau giảm xuống Tại t ≈ 1.1 s bánh qua mấp mô, tải trọng động giảm xuống 3100N, sau trở giá trị tĩnh dao động tắt dần Trong trình dao động có giao thoa nguồn dao động bánh bánh nên đồ thị biên độ có mấp mơ 87 Hình 3.33 Đồ thị tải trọng động điểm xe Tải trọng động điểm xe : Theo hình 3.33, với vận tốc xe v= 70km/h t= 1s, phần sau xe chƣa có biến động tải trọng, t≈ 1.02s có dao động nhẹ phần trƣớc xe truyền đến, sau tắt dần Tại t ≈ 1.1 s bánh sau qua mấp mô, tải trọng động tăng đến khoảng 16850.65 N, sau giảm mức tải trọng tĩnh tiếp tục dao động xuống đến N, lúc xảy tƣợng tách bánh xe tức bánh xe rời khỏi mặt đƣờng gây điều khiển tạm thời gây nguy hiểm cho phƣơng tiện Sau khoảng 0.05s bánh xe quay mặt đƣờng, tiếp tục dao động tắt dần Với chiều cao mấp mơ h= 0.08 m t= 1s, phần sau xe chƣa có biến động tải trọng tĩnh, t≈1.05s có dao động nhẹ phần trƣớc xe truyền đến, sau tắt dần Tại t ≈ 1.1 s, bánh sau qua mấp mô tải trọng động tăng đến 2692.161N sau giảm mức tải trọng tĩnh xuống đến N, lúc xảy tƣợng tách bánh xe tức bánh xe rời khỏi mặt đƣờng gây điều khiển tạm thời gây nguy hiểm cho phƣơng tiện Đồ thị cho thấy vận tốc xe cao tƣợng tách bánh dễ xảy Tải trọng động tối đa tăng lên nhiều 88 Hình 3.34 Đồ thị góc quay ngang β xe Góc quay ngang β: Theo hình 3.34, với vận tốc xe v= 70km/h bánh xe qua mấp mô t= 1s góc quay ngang tăng đến β= 0.560442 deg, sau giảm hƣớng deg, nhƣng t ≈ 1.1s, bánh sau qua mấp mô lúc góc quay ngang xe tăng lên β≈ 0.3 deg, sau góc quay giảm deg dao động tắt dần Với vận tốc xe v= 30km/h bánh xe qua mấp mơ t= 1s góc quay ngang tăng đến β= 1.343774 deg, sau giảm hƣớng deg,nhƣng t ≈1.1 s, bánh sau qua mấp mơ lúc góc quay ngang xe tăng lên β≈ 1.343 deg., sau góc quay giảm deg dao động tắt dần Đồ thị cho thấy xe qua mấp mô bên vận tốc nhỏ góc quay β lớn góc quay lần rung lắc 89 Bảng 3.4 Tổng hợp thông số khảo sát Min Max v(km/h) 30 40 50 60 70 80 z(m) 0.010546 0.008193 0.006649 0.005719 0.004843 0.004075 z (m / s ) 4.477944 4.286737 3.982512 3.667567 3.374735 3.112594 (N) 13434.71 14601.82 15290.17 15722.36 16009.07 16206.92 Fz2(N) 4328.377 3969.094 3731.346 3592.677 3502.736 3436.704 Fz3(N) 4396.289 4256.436 4129.289 4023.577 3937.895 3868.824 Fz4(N) 14666.33 15252.4 16295.88 16812.9 16850.65 16776.3 ξ1-z1(m) 0.051669 0.044556 0.038007 0.032503 0.027987 0.024294 ξ2-z2(m) 0.017469 0.007787 0.002995 0.002547 0.001994 0.0015 ξ3-z3(m) 0.013072 0.01042 0.008252 0.00662 0.005415 0.004519 ξ4-z4(m) 0.059463 0.050735 0.042474 0.033044 0.026123 0.021748 β(deg) 1.343774 1.081202 0.863934 0.692739 0.560442 0.458339 z(m) -0.00383 -0.003 -0.00277 -0.00227 -0.00184 -0.00151 z (m / s ) -3.21967 -2.95583 -2.70357 -2.47491 -2.26849 -2.08087 Fz1(N) 0 0 0 Fz2(N) 2429.389 2573.566 2696.95 2795.053 2872.474 2903.958 Fz3(N) 2692.161 2910.435 3017.271 3027.607 3072.363 3156.109 Fz4(N) 0 0 0 ξ1-z1(m) -0.04008 -0.03459 -0.02965 -0.02551 -0.02212 -0.01934 ξ2-z2(m) -0.01594 -0.01247 -0.00928 -0.00622 -0.00397 -0.00291 ξ3-z3(m) -0.01578 -0.00961 -0.00732 -0.00558 -0.00398 -0.00286 ξ4-z4(m) -0.04677 -0.03678 -0.03098 -0.02487 -0.02042 -0.01761 β(deg) -0.34413 -0.24179 -0.13043 -0.13534 -0.14532 -0.1399 Thông qua bảng tổng hợp ta rút quy luật nhƣ sau: -Với mấp mô, xe lêch bên qua mấp mơ vận tốc xe tăng hầu hết thông số dao động nhỏ ngoại trừ tải trọng động xe tỷ lệ thuận với vận tốc xe dễ bị tách bánh Phần bên phải xe dao động phức tạp phần bên trái Nhƣ xe bên qua mấp mô ta cần chọn chủ động chon vận tốc phù hợp để xe qua an toàn êm dịu 90 3.2.4 Trường hợp xe thẳng qua đường có biên dạng ngẫu nhiên Khảo sát ảnh hƣởng biên dạng đƣờng ngẫu nhiên đến độ êm dịu v= 60km/h loại biên dạng đƣờng ngẫu nhiên nhƣ hình 3.35 Mơ hình biên độ đƣờng đƣợc xây dựng theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 sử dụng phƣơng pháp ngẫu nhiên ta thu đƣợc kết nhƣ sau: Hình 3.35 Bốn loại biên dạng đường ngẫu nhiên-khảo sát Hình 3.36 Biên dạng đường ngẫu nhiên B C Ta nhận thấy loại đƣờng A loại đƣờng gồ ghề đến loại đƣờng B, C sau D loại đƣờng gồ ghề 91 Hình 3.37 Gia tốc trọng tâm thân xe Loại đƣờng gồ ghề gia tốc trọng tâm lớn, sinh độ xóc nảy lớn ảnh hƣởng đến sức khỏe, sức tập trung ngƣời lái lớn Hình 3.38 Gia tốc chuyển vị tương đối điểm xe ̈ 92 Hình 3.39 Gia tốc chuyển vị tương đối điểm xe ̈ Hình 3.40 Gia tốc chuyển vị tương đối điểm xe ̈ 93 Hình 3.41 Gia tốc chuyển vị tương đối điểm xe ̈ Loại đƣờng gồ ghề gia tốc trọng tâm lớn, sinh độ xóc nảy lớn ảnh hƣởng đến sức khỏe, sức tập trung ngƣời lái lớn Hình 3.42 Chuyển vị thẳng đứng z xe Loại đƣờng gồ ghề chuyển vị thẳng đứng lớn, sinh độ xóc nảy lớn ảnh hƣởng đến sức khỏe, sức tập trung ngƣời lái lớn 94 Hình 3.43 Kết khảo sát tải trọng động điểm trước xe Hình 3.44 Kết khảo sát tải trọng động điểm sau xe Đồ thị cho thấy biên dạng đƣờng không ảnh hƣởng nhiều đến tải trọng động xe, loại A B gần nhƣ không khác nhau, loại C tải trọng động xe xuất tăng lên không rõ ràng, loại D trở lên bắt đầu có thay đổi rõ rệt tải trọng động (ta xem Bảng 3.5) 95 Bảng 3.5 Tổng hợp RMS thông số khảo sát Fz1(N) Fz4(N) 1 (m / s ) 4 (m / s ) RMS h1(m) z(m) z (m / s ) A 0.008 0.008 0.164 3211.1 3512.5 1.058 1.171 B 0.010 0.010 0.216 3211.8 3513.7 1.330 1.512 C 0.026 0.026 0.553 3226.8 3532.5 3.453 3.964 D 0.049 0.048 1.178 3281.8 3590.9 6.553 7.531 Với v= 60 km loại biên dạng đƣờng ngẫu nhiên ta rút quy luật: Đƣờng có độ mấp mơ cao(RMS h) thơng số dao động lớn.Với gia tốc thân xe (RMS ̈ ) có giá trị thấp độ êm dịu cao Theo tiêu chuẩn TCVN 6964 (hình 1.9): Đƣờng A: = 0.164 < 0.315 m/ => ngƣời ngồi không cảm thấy dao động => dễ chịu Đƣờng B: ̈ = 0.216 < 0.315 m/ gần sát mức cảm giác ngƣời ngồi xe => dễ chịu nhƣng bắt đầu thấy không thoải mái Đƣờng C: 0.5m/ < ̈ = 0.553< m/ => ngƣời ngồi có cảm giác rõ rệt không thoải mái Đƣờng D: 0.8 m/ < z''= 1.178 < 1.6 m/ => ngƣời ngồi thực khơng thoải mái trƣờng hợp này, ngồi có đoạn đƣờng có ̈ vƣợt ngƣỡng 1.6m/s2 khiến cho ngƣời ngồi vơ khó chịu Các thơng số khác tăng với biên dạng đƣờng có RMS h cao hơn=> khó chịu tăng lên 3.2.5 Trường hợp xe thẳng với vận tốc khác qua đường có biên dạng ngẫu nhiên Khảo sát ảnh hƣởng vận tốc xe đến độ êm dịu biên dạng đƣờng ngẫu nhiên C với chiều dài 300 m 96 Hình 3.45 Đồ thị biên dạng đường khảo sát Hình 3.46 Đồ thị quãng đường khảo sát Khảo sát cho kết gia tốc trọng tâm xe, chuyển vị, tải trọng động, đƣợc biểu diễn đồ thị nhƣ hình sau: 97 Hình 3.47 Kết khảo sát gia tốc trọng tâm ̈ xe Xe qua đƣờng có biên dạng xe với vận tốc lớn biên độ dao động gia tốc trọng tâm lớn, độ xóc nảy mạnh Hình 3.48 Kết khảo sát gia tốc chuyển vị trước xe ̈ 98 Hình 3.49 Kết khảo sát gia tốc chuyển vị tương đối ̈ Với vận tốc= 50km/h xe cho biên độ dao động gia tốc chuyển vị tƣơng đối ̈ cao xe với vận tốc v= 40km/h Vậy vận tốc lớn cho gia tốc dao động xe mạnh, làm tăng độ xóc nảy, gây khó chịu, tập trung cho ngƣời lái, gây nguy hiểm cho ngƣời hàng hóa xe Hình 3.50 Kết khảo sát chuyển vị thẳng đứng z xe 99 Khi xe với vận tốc v= 50km/h xe cho biên độ dao động chuyển vị z với xe với vận tốc v= 40km/h Vậy vận tốc không ảnh hƣởng nhiều đến chuyển vị xe, nhƣng rút ngắn thời gian dao động tăng tần số dao động, ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời xe Hình 3.51 Kết khảo sát tải trọng động điểm trước xe Hình 3.52 Kết khảo sát tải trọng động điểm sau xe 100 Với vận tốc v= 50km/h xe cho tải trọng động xe cao xe với vận tốc v= 40km/h nhƣng không đáng kể Đồ thị cho thấy vận tốc thấp không ảnh hƣởng nhiều đến tải trọng động xe, Bảng 3.6 Tổng hợp RMS thông số khảo sát RMS h1(m) z(m) z (m / s ) Fz1(N) Fz4(N) 1 (m / s ) (m / s ) 30 0.026 0.026 0.247 3212.6 3514.3 1.080 1.223 40 0.026 0.026 0.327 3215.7 3518.0 1.778 2.080 50 0.026 0.026 0.432 3220.3 3524.5 2.604 3.094 60 0.026 0.026 0.553 3226.8 3532.5 3.453 3.964 70 0.026 0.026 0.671 3232.1 3537.4 4.226 4.640 80 0.026 0.027 0.764 3237.4 3546.7 4.922 5.317 Với biên dạng đƣờng C xe đạt vận tốc 30km/h đến 80km/h gia tốc thân xe ̈ bắt đầu làm ngƣời ngồi cảm thấy đƣợc không thoải mái nhƣng chƣa đến mức nguy hại Vận tốc dải thƣờng gặp xe giao thông Việt Nam( từ v= 30 đến 80km/h) tải trọng động xe không bị ảnh hƣởng nhiều, có xuất tăng lên nhƣng khơng rõ ràng 3.3 Nhận xét, đánh giá độ êm dịu đối tượng khảo sát: Với đối tƣợng khảo sát xe Kia Morning 2013 sản xuất tại, luận văn khảo sát đƣợc độ êm dịu số biên dạng đƣờng thƣờng gặp Việt Nam đƣa đánh giá: Xe Kia Morning 2013 tƣơng đối phù hợp cho độ êm dịu tốt đƣờng giao thông Việt Nam - Với số đoạn đƣờng ngẫu nhiên tƣơng đối gồ ghề nhƣ biên dạng đƣờng ngẫu nhiên loại C, D; xe đảm bảo độ xóc nảy khơng q lớn, đảm bảo đƣợc an tồn sức khỏe cho ngƣời ngồi xe - Tuy nhiên, với số dạng mấp mô đơn lẻ đặt đƣờng Việt Nam (chiều cao gồ giảm tốc cao su đƣờng vào khu thị có h= 0.06m), xe chƣa giữ đƣợc độ êm dịu với vận tốc chậm (mức 30km/h) với zmax= 0.016m; ̈ max= 8.574m/s2; max=15290.9N; max=16021.9N, thơng số có độ lớn vƣợt ngƣỡng cho ảnh hƣởng trực tiếp đến tâm lý sức khỏe ngƣời ngồi xe Trƣờng hợp xe cần vận tốc chậm (v=5-10km/h) cần tối ƣu lại để đảm bảo độ êm dịu an toàn cho xe, ngƣời hàng hóa xe 101 KẾT LUẬN Với trạng ô tô ngày phổ biến Việt Nam, cần tơ an toàn, êm dịu trợ giúp ngƣời điều khiển ổn định tâm trạng tốt tham gia giao thông Vì nghiên cứu vấn đề dao động xe biên dạng đƣờng khác cấp thiết, mà tác giả lựa chọn xe KIA MORNING 2013 sản xuất Việt Nam làm mẫu độ phổ biến thị trƣờng xe Việt Nam Luận văn dùng phần mềm MATLAB Simulink khảo sát dao động xe KIA Morning 2013 biên dạng mặt đƣờng có mấp mơ dạng cosin, biên dạng đƣờng ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 số trƣờng hợp sau i) Khảo sát ảnh hƣởng chiều cao mấp mô đến dao động ô tô, kết khảo sát tăng chiều cao mấp mô: zhmax= 26*zhmin, ̈ hmax= 10* ̈ hmin, Fz tăng gần 4.6 lần, dễ gây tách bánh, z tăng 13.25 lần Mức độ khó chịu, nguy hiểm cho ngƣời xe tăng ii) Khảo sát ảnh hƣởng vận tốc đến dao động ô tô, kết khảo sát tăng dần vận tốc khoảng thƣờng dùng xe tham gia giao thông Việt Nam: zhmax 38% zhmin, ̈ vmax 69% ̈ vmin, Fz tăng gần 1.2 lần, z giảm gần 2.12 lần Cần tùy chỉnh vận tốc để đạt đƣợc mức an toàn êm dịu cân đối iii) Khảo sát ảnh hƣởng cấp độ biên dạng đƣờng ngẫu nhiên: thông số dao động bị ảnh hƣởng lớn biên dạng đƣờng, vận tốc thƣờng dùng Việt Nam không ảnh hƣởng nhiều đến dao động xe KIA Morning 2013 Kết luận: Tác giả hoàn thành mục tiêu đặt với phƣơng pháp nghiên cứu trình bày, áp dụng để khảo sát ảnh hƣởng nhiều thông số khác đến dao động tơ Từ đánh giá xe cụ thể có sở để đề xuất phƣơng án điều khiển hệ thống nhằm tối ƣu hệ thống ô tô để trạng thái dao động tốt 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Cẩn – Phan Đình Kiên, “Thiết kế tính tốn tơ máy kéo, Tập 2”, NXB ĐHTHCN Hà Nội, 1984 Nguyễn Tuấn Kiệt, “ Động lực học kết cấu khí ”, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2002 Vũ Đức Lập, “Dao động ô tô”, Học viện Kỹ Thuật Quân Sự Hà Nội, 1994 Nguyễn Văn Phụng, “Lý thuyết tính tốn dao động tơ ”, Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, 1997 Nguyễn Hoài Sơn, “Dao động kỹ thuật”, Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh, 1997 Nguyễn Hoài Sơn - Nguyễn Thanh Việt - Bùi Xuân Lâm, “ Ứng dụng MATLAB kỹ thuật, tập 1”, NXB Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2002 Toyota Service Training, “Hệ thống TEMS & Treo khí, Cơng ty Toyota Việt Nam”, 1998 Tài liệu xe Bus B47 Công ty Samco Isuzu Việt Nam Tiêu chuẩn Việt Nam – TCVN 6964-1:2001 ; ISO 2631-1: 1997; ISO 8608-1995 10 Quyết định số 32/2005/QĐ-BGTVT ngày 17 tháng năm 2005 Bộ trƣởng Bộ Giao thông vận tải 11 Emmanuel D.Blanchard, On the Control Aspects of Semiactive Suspension for Automobile Applications, Blacksburg Virginia 2003 12 Georg Rill, Road Vehicle Dynamics: Fundamentals and Modeling, Lawrence Technological University, Michigan, United States, 2012 13 Mark A McEver, Optimal Vibration Suppression Using On-line Pole/Zero Identification Pp 1-103 Master of Science Thesis Virginia Polytechnic Institute and State University Blacksburg, Virginia December 1999 103 14 Ministry of Defence, Human factors For designers of equipment Section six Vibration and shock, pp 25-56 00-25(part 5)/issue 129 may 1992 15 Manfred Mitschke - Henning Wallentowitz, “Dynamik der Kraftfahrzeuge”, NXB: Springer Vieweg, 2004 16 Ryan R.Strathearn, Active Suspension Design and Evaluation Using a Quarter Car Test Rig, The University of Michigan, 1996 17 Nguyễn Trọng Du (2008): “Nghiên cứu dao động hệ thống treo tơ có điều khiển”, Luận văn Thạc sỹ, ĐHBK Hà Nội 18 Nguyễn Khăc Trai (1997): “Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô”, nxb Giao thông, Hà Nội 19 Võ Văn Hƣờng, Thái Mạnh Cầu (2007): “Nghiên cứu chuyển động thực ô tơ mơ hình ¼”, Tuyển tập cơng trình Hội nghị học toàn quốc lần thứ VII, Hà Nội, 12/2007 104 ... đến dao động xe tham gia giao thơng Vì cần thiết đó, tơi mong muốn thực luận văn với tên đề tài ? ?Nghiên cứu khảo sát dao động xe biên dạng đường khác nhau? ?? nhằm mục đích tính tốn khảo sát dao động. .. - Nguyễn Quốc Cường NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA XE CON TRÊN CÁC BIÊN DẠNG ĐƯỜNG KHÁC NHAU Ngành: Kỹ thuật khí động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƢỜI HƢỚNG... 56 CHƢƠNG III: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA XE CON TRÊN CÁC BIÊN DẠNG ĐƢỜNG KHÁC NHAU .60 3.1 Đặc điểm cấu trúc trƣờng hợp khảo sát đánh giá 60 3.1.1 Đặc điểm cấu trúc xe KIA MORNING 2013