Phân tích động lực học theo phương thẳng đứng tổ hợp xe đầu kéo sơ mi rơmoóc bằng matlab simulink

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN NGUYÊN PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG THẲNG ĐỨNG TỔ HỢP XE ĐẦU KÉO - BÁN MÓC BẰNG MATLAB SIMULINK Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, Tháng 01 năm 2018 i CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Trần Hữu Nhân Chữ ký:………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét : TS Nguyễn Lê Duy Khải Chữ ký:………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét : TS Nguyễn Chí Thanh Chữ ký:………………………………………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 24 tháng 01 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS Huỳnh Thanh Công - Chủ tịch TS Hồng Đức Thông - Thư ký TS Nguyễn Lê Duy Khải - Phản biện TS Nguyễn Chí Thanh - Phản biện TS Nguyễn Văn Trạng - Ủy viên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Huỳnh Thanh Cơng TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG Nguyễn Lê Duy Khải ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN VĂN NGUYÊN MSHV: 1570826 Ngày, tháng, năm sinh: 19/05/1988 Nơi sinh: Tỉnh Bến Tre Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực Mã số : 60520116 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích động lực học theo phương thẳng đứng tổ hợp xe đầu kéo & sơmi rơmoóc MATLAB Simulink II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Xây dựng mơ hình vật lý mơ hình tốn học mơ tả dao động xe chuyển thẳng với tín hiệu kích thích từ mặt đường Xây dựng mơ hình mơ dao động xe phần mềm MATLAB Simulink dựa thông số kỹ thuật cụ thể xe Nhận xét kết thu từ rút kết luận ảnh hưởng thông số hệ thống treo đến trạng thái dao động xe III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 12/2017 V.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN HỮU NHÂN Tp HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) Trần Hữu Nhân Trần Hữu Nhân TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG (Họ tên chữ ký) Nguyễn Lê Duy Khải iii LỜI CẢM ƠN Trước hết xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Trần Hữu Nhân tận tình hướng dẫn, khuyến khích giúp đỡ suốt thời gian thực luận văn Xin kính chúc Thầy gia đình ln ln mạnh khỏe, vui tươi hạnh phúc Cũng xin trân trọng cảm ơn Thầy Nguyễn Lê Duy Khải Thầy Nguyễn Chí Thanh tham dự hội đồng phản biện có góp ý đáng giá để nội dung luận văn hoàn thiện Xin cảm ơn Bộ phận đào tạo sau đại học khoa Cơ khí động lực trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh giúp đỡ nhiệt tình thời gian thực bảo vệ luận văn Đặc biệt, xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân khuyến khích, động viên tạo điều kiện để tơi hồn thành tốt luận văn Cuối xin cảm ơn anh chị học viên lớp Cao học Kỹ thuật Cơ khí động lực khóa 2015 có nhiều đóng góp ý kiến giúp tơi hoàn thành luận văn Dù cố gắng nội dung luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận quan tâm, góp ý quý thầy, bạn đồng nghiệp người quan tâm tới đề tài để nội dung luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 02 năm 2018 Nguyễn Văn Nguyên iv TÓM TẮT Nội dung luận văn nghiên cứu dao động theo phương thẳng đứng tổ hợp xe đầu kéo sơmi rơmoóc ảnh hưởng mấp mơ mặt đường ngẫu nhiên Mơ hình vật lý xây dựng để nghiên cứu dao động tổ hợp xe đầu kéo sơmi rơmoóc hệ 10 bậc tự Phương pháp xây dựng mơ hình mơ sử dụng nội dung luận văn phát triển từ nghiên cứu mơ hình dao động bậc tự (4 DOF) Nội dung mô hình bao gồm thành phần đặc trưng cho hệ thống treo (a) trục xe (trục lái xe đầu kéo, trục dẫn động xe đầu kéo, trục sơmi rơmoóc), (b) lốp xe, (c) mâm móc hậu Theo tiêu chuẩn ISO 8608, biên dạng mấp mô mặt đường ngẫu nhiên phân loại thành cấp A, B, C, D, E, F, G H dựa vào độ gồ ghề mặt đường Nội dung nghiên cứu tập trung xét đến mặt đường ngẫu nhiên cấp D mức độ phổ biến điều kiện giao thông Phần mềm MATLAB/SINULINK sử dụng để xây dựng mơ hình vật lý mơ dao động tổ hợp xe đầu kéo sơmi rơmoóc biên dạng mấp mô mặt đường Thông số đầu mơ hình mơ bao gồm giá trị trung bình bình phương (RMS) gia tốc dao động trọng tâm (CG) xe đầu kéo, sơmi rơmoóc chuyển vị trục Kết mô cho phép đánh giá ảnh hưởng điều kiện hoạt động thơng số kết cấu đến tính dao động Dựa sở đó, xác định thơng số tối ưu hóa tính dao động phương tiện Mơ hình dùng làm sở để nghiên cứu đánh giá tính dao động trình thiết kế cải tiến hệ thống treo v ABSTRACT The main content of this thesis is the research in vertical vibration of tractor semitrailers with random road profile effect The model is a ten degree-of-freedom (10 DOF) tractor semi-trailer vertical dynamic ride model The modeling and simulation techniques used in this thesis are extensions of the research in four degree-of-freedom (4 DOF) model Features of the model include suspension characteristics for (a) each of the six axles (tractor steer axle, two tractor drive axles, and three trailer axles), (b) tires, and (c) a fifth wheel suspension system According to ISO 8608 standard, random road profile is classified into grades A, B, C, D, E, F, G and H based on road roughness This thesis focused on grade D due to its popularity in traffic conditions The MATLAB / SINULINK software is used to generate a physical vibration model of the tractor semi-trailers and road profile Outputs from the simulation include root mean square (RMS) accelerations at the center of gravity (CG) of the tractor, trailer and axle deflections The simulation results allow to evaluate effect of each operating condition and structural parameters on the vibration feature On this basis, can determine the parameters to optimize vibration feature of vehicle This model can be used to study and evaluate vibration in design and improvement of suspension systems vi LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng thực hướng dẫn khoa học TS Trần Hữu Nhân Các số liệu kết luận văn hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình khoa học khác Tp HCM, ngày 12 tháng 06 năm 2017 Nguyễn Văn Nguyên vii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv LỜI CAM ĐOAN vi DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xi DANH MỤC HÌNH ẢNH xiv DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU xvii Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Đối tượng nghiên cứu .3 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan hệ thống treo xe bán mooc 2.1.1 Tổng quan hệ thống treo xe bán mooc 2.1.2 Bộ phận đàn hồi hệ thống treo xe bán mooc .7 2.1.3 Bộ phận giảm chấn hệ thống treo khí .12 2.1.4 Bộ phận dẫn hướng hệ thống treo xe sơmi rơmoóc 14 2.1.5 Phương pháp điều khiển hệ thống treo khí .15 2.2 Các dạng mơ hình mơ hệ thống treo xe 18 2.2.1 Mơ hình Quarter Car .18 2.2.2 Mơ hình Half Car 19 2.2.3 Mơ hình Full Car .20 viii 2.2.4 Mơ hình Half Truck 29 2.3 Các biên dạng mặt đường .31 2.3.1 Dạng sóng hình Sin 32 2.3.2 Dạng bán bình phương hàm sin 32 2.3.3 Dạng hàm bậc 33 2.4 Tổng quan Matlab, Simulink & Simechanics 34 2.4.1 Tổng quan Matlab 34 2.4.2 Matlab Simulink & Simcape 34 2.4.3 Sim Mechanics 35 Chương 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH VẬT LÝ 38 3.1 Giới thiệu mô hình mơ 38 3.2 Mơ tả mơ hình mơ phỏng: 40 3.3 Mô khối lượng treo 41 3.4 Mô phần tử treo 42 3.5 Mô lốp xe 42 3.6 Thơng số mơ hình mơ 43 Chương 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VỚI MATLAB SIMULINK 46 4.1 Giới thiệu 46 4.2 Mô kết cấu xe với Matlab Simulink 46 4.3 Mô mấp mô mặt đường với Matlab Simulink 47 4.3.1 Mấp mô mặt đường hình bán sin theo tiêu chuẩn IRC-99-1988 47 4.3.2 Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608 48 4.4 Xây dựng cảm biến đo thông số đầu với Matlab Simulink .51 Chương 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 52 ix 5.1 Giới thiệu 52 5.2 Cơ sở đánh giá kết mô 56 5.3 Ảnh hưởng mấp mô mặt đường vận tốc xe tính dao động .58 5.3.1 Ảnh hưởng mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn IRC-99-1988 vận tốc xe tính dao động .58 5.3.2 Ảnh hưởng mấp mô mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608 vận tốc xe tính dao động 60 5.4 Ảnh hưởng thông số hệ thống treo xe đầu kéo tính dao động .62 5.4.1 Ảnh hưởng độ cứng hệ thống treo xe đầu kéo tính dao động 62 5.4.2 Ảnh hưởng hệ số giảm chấn hệ thống treo xe đầu kéo tính dao động 65 5.4.3 Ảnh hưởng độ cứng hệ số giảm chấn hệ thống treo xe đầu kéo tính dao động 67 5.5 Ảnh hưởng thông lốp xe đầu kéo tính dao động 68 5.6 Ảnh hưởng thông số hệ thống treo lốp xe đầu kéo tính dao động .71 5.7 Ảnh hưởng thơng số mâm móc hậu tính dao động 72 5.8 Ảnh hưởng toàn thông số tổ hợp xe đầu kéo sơmi rơmc tính dao động 75 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 6.1 Kết luận 78 6.2 Kiến nghị 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 ... Tre Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực Mã số : 60520116 I TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích động lực học theo phương thẳng đứng tổ hợp xe đầu kéo & s? ?mi rơmoóc MATLAB Simulink II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:... A: PHƯƠNG TRÌNH VI PHÂN MÔ TẢ DAO ĐỘNG CỦA TỔ HỢP XE ĐẦU KÉO VÀ S? ?MI RƠMOÓC 83 PHỤ LỤC B: THÔNG SỐ HÌNH HỌC CỦA MƠ HÌNH XE ĐẦU KÉO VÀ S? ?MI RƠMOÓC .100 PHỤ LỤC C: MƠ HÌNH MATLAB. .. Hình C.1 ― Mơ hình Matlab Simulink tổ hợp xe đầu kéo & s? ?mi rơmc 104 Hình C.2 ― Mơ hình Matlab Simulink thân xe đầu kéo (Tractor Body) 105 Hình C.3 ― Mơ hình Matlab Simulink s? ?mi rơmc (Trailer