Tối ưu hóa hệ thống giảm xóc ô tô 5 bậc tự do

Học viên: Nguyễn Quang Vinh ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  NGUYỄN QUANG VINH TỐI ƢU HÓA HỆ THỐNG GIẢM XĨC Ơ TƠ BẬC TỰ DO Chuyên ngành : CƠ HỌC ỨNG DỤNG Mã số: 605202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2011 Luận văn Thạc sĩ Học viên: Nguyễn Quang Vinh CƠNG TRÌNH ĐÃ ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hƣớng dẫn khoa hoc : TS TRẦN HUY LONG Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… Tháng …… năm ……… 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) Luận văn Thạc sĩ Học viên: Nguyễn Quang Vinh Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Luận văn Thạc sĩ Bộ môn quản lý chuyên ngành Học viên: Nguyễn Quang Vinh ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN QUANG VINH MSHV: 02308227 Ngày, tháng, năm sinh: 05/08/1985 Nơi sinh: Hà Tĩnh Chuyên ngành: Cơ học kỹ thuật Mã số : I TÊN ĐỀ TÀI: TỐI ƢU HÓA HỆ GIẢM XÓC Ô TÔ BẬC TỰ DO II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: N ghiên cứu tổng quan, sở lý thuyết dao động tối ƣu N ghiên cứu phƣơng pháp giải toán dao động Maple14 N ghiên cứu phần mềm mô động lực học Adams N ghiên cứu phần mềm mô động lực học Maplesim4 M hình hóa hệ động lực tơ bậc tự do, dùng phƣơng pháp Gradient tối ƣu hệ thống giảm xóc tơ, sau mơ lại phần mềm Maplesim4 Adams Car III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 05/09/2011 Luận văn Thạc sĩ Học viên: Nguyễn Quang Vinh IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/7/2011 V CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS TRẦN HUY LONG Tp HCM, ngày 04 tháng 07 năm 2011 2.1 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 2.3 Luận văn Thạc sĩ 2.2 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƢỞNG KHOA Học viên: Nguyễn Quang Vinh LỜI CẢM ƠN học văn cao học ―Tối ƣu hóa hệ thống giảm xóc ô tô bậc tự do‖ Mục tiêu đề tài tìm đƣợc thơng số kĩ thuật tốt cung cấp cho nhà sản xuất ô tơ, giúp hãng tạo dịng tơ tốt đáp ứng nhu cầu sống ngày cao xã hội Với tận t giúp đỡ, xin chân thành cảm ơn thầy Trần Huy Long, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn ề tài Thầy truyền đạt cho kiến thức từ lý thuyết nhƣ thực tế thầy ận văn! gi gửi lời đến quý thầy cô môn Cơ kỹ thuật – trƣờng đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh đặc biệt thầy Vũ Cơng Hịa, thầy Trƣơng Tích Thiện, Ngơ Kiều Nhi, đồng nghiệp trƣờng đại học Kĩ Thuật Công Nghệ, bạn lớp cao học K2009 bạn Nguyễn Thanh Long Cuối khơng nhắc đến giúp đỡ nhiệt tình nhóm sinh viên Olympic Cơ học trƣờng Đại Học Kĩ thuật Cơng Nghệ thành phố Hồ Chí Minh: Bạch Văn Thành, Hong Choi Mãn, Dƣơng Văn Trƣờng Dƣơng Tùng Luận văn Thạc sĩ Học viên: Nguyễn Quang Vinh TÓM TẮT Trƣớc phát triển nhƣ vũ bão ngành công nghệ ô tô, xe máy Việc thiết kế xe an toàn, êm nhu cầu quan trọng nhà cung cấp nhƣ ngƣời tiêu dùng Trong luận văn này, tơi nghiên cứu ảnh hƣởng hệ thống giảm xóc ô tô đến ngƣời ngồi, cụ thể độ cứng phuộc nhún Với việc sử dụng định lý Lagrang loại II tơi mơ hình hóa đƣợc tơ bậc tự do, sau dùng lý thuyết tối ƣu để tìm độ cứng phù hợp, cuối dùng phần mềm Adams Maplesim4 để mô lại chuyển động ô tô Mục tiêu để ghế ngồi dịch chuyển nhỏ nhất, gia tốc nhỏ ngƣời cảm thấy thoải mái khơng bị chóng mặt ngồi xe ABSTRACT Up to the stomy development of the automobile technology Design a comfortable car is an important demand of both company and customer In this thesis, I research in the effect of suspension in people who sit in car, in detail, that is the stiffness of spring With using Lagrang II, I imitate the car with degrees, after that I use the optimal theory to find out the most suitable stiffness of spring, and the end using Adams and Maplesim4 software to model the reaction of the car under ground Final purpose is reducing the movement and acceleration of the seat to make sure that people feel good Luận văn Thạc sĩ Học viên: Nguyễn Quang Vinh MỤC LỤC CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Nội dung nghiên cứu ý nghĩa khoa học đề tài .3 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.4 Tổng quan hệ thống giảm xóc tơ .4 CHƢƠNG LÝ THUYẾT DAO ĐỘNG CƠ HỆ MỘT BẬC TỰ DO 11 2.1 Dao động cƣỡng hệ chịu kích động điều hòa 11 2.1.1 Các dạng kích động phƣơng trình vi phân dao động 11 2.1.2 Tính tốn dao động cƣỡng không cản 15 2.1.3 Tính tốn dao động cƣỡng có masat nhớt 19 2.2 Dao động cƣỡng hệ chịu kích động đa tần tuần hồn 24 2.2.1 Tính tốn dao động hệ chịu kích động đa tần .24 2.2.2 Tính tốn dao động hai kích động điều hịa có tần số gần 25 2.2.3 Tính tốn dao động hệ chịu kích động tuần hồn .28 2.2.4 Tính tốn dao động hệ chịu kích động xung tuần hồn 30 2.3 Dao động cƣỡng hệ chịu kích động khơng tuần hồn 33 2.3.1 Phƣơng pháp biến thiên số Lagrang 33 2.3.2 Tìm nghiệm hàm va chạm 35 2.3.3 Tìm nghiệm hàm bƣớc nhảy 38 CHƢƠNG DAO ĐỘNG TUYẾN TÍNH CỦA HỆ NHIỀU BẬC TỰ DO .42 3.1 Phƣơng pháp sử dụng phƣơng trình Lagrang loại II .43 3.2 Phƣơng pháp lực 43 3.3 Dao động tự không cản .44 3.4 Các tần số riêng dao động riêng 44 Luận văn Thạc sĩ Học viên: Nguyễn Quang Vinh 3.5 Tính chất trực giao vecto riêng 46 3.6 Các tọa độ 47 3.7 Các tọa độ chuẩn 48 3.8 Dao động tự có cản 50 3.8.1 Phƣơng pháp giải trực tiếp 50 3.8.2 Phƣơng pháp ma trận dạng riêng .53 CHƢƠNG LÝ THUYẾT TỐI ƢU – PHƢƠNG PHÁP GRADIENT 55 4.1 Biến thiết kế biến trạng thái 55 4.2 Xây dựng toán tối ƣu 55 4.2.1 Phƣơng pháp Gradient không gian biến thiết kế .56 4.2.2 Các bƣớc tính tốn 58 CHƢƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG TREO 60 5.1 Mơ hình khơng gian xe .60 5.1.1 Mục đích việc xây dựng hệ thống treo .60 5.1.2 Các bƣớc tiến hành mô hình hóa .60 5.1.3 Mơ hình vật lý 3D .61 5.1.4 Các giả thiết .62 5.2 Mơ hình 2D 63 CHƢƠNG TỐI ƢU HÓA THAM SỐ CỦA HỆ BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU TRONG KHÔNG GIAN TRẠNG THÁI .65 6.1 Mơ hình tính tốn phẳng tốn 65 6.2 Xác định toán 66 6.3 Phƣơng trình chuyển động hệ 66 6.4 Viết phƣơng trình dƣới dạng ma trận 68 6.5 Hàm mặt đƣờng .69 6.6 Tối ƣu hóa tham số k2, k3 .70 Luận văn Thạc sĩ Học viên: Nguyễn Quang Vinh 6.6.1 Phƣơng trình nghiệm riêng 70 6.6.2 Hàm mục tiêu 78 6.6.3 Ràng buộc 80 6.6.4 Sơ đồ giải thuật 81 CHƢƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO BẰNG PHẦN MỀM ADAMS/CAR .83 7.1 Giới thiệu chung 83 7.2 Xây dựng hệ thống treo từ thƣ viện chƣơng trình chạy mơ .86 7.2.1 Tạo Front Susoension Subsystem 87 7.2.2 Lựa chọn chƣơng trình phân tích 92 7.2.3 Chạy mô hệ thống xuất đồ thị 97 CHƢƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO BẰNG PHẦN MỀM MAPLESIM4 108 8.1 Giới thiệu chung 108 8.2 Xây dựng hệ thống treo từ thƣ viện chƣơng trình chạy mơ 109 8.2.1 Tổng quan công cụ 87 8.2.2 Mô 111 8.2.3 Mơ hình .117 8.2.3 Chạy mô hệ thống xuất đồ thị 117 CHƢƠNG KẾT LUẬN .123 9.1 Kết luận 123 9.2 Hƣớng phát triển 123 PHỤ LỤC A CHƢƠNG TRÌNH MAPLE 124 Tài liệu tham khảo Luận văn Thạc sĩ 10 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 186 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 187 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 188 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 189 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 190 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 191 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 192 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 193 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 194 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 195 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 196 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 197 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 198 Học viên: Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 199 Học viên: Nguyễn Quang Vinh LÝ LỊCH TRÍCH NGANG SƠ LƢỢC BẢN THÂN: Họ tên: NGUYỄN QUANG VINH Ngày sinh: 05/08/1985 Địa liên lạc: 1112/32 Kha Vạn Cân, Phƣờng Linh Chiểu, Quận Thủ Đức, Thành Phố Hồ Chí Minh Điện thoại liên lạc: 0905949528 Email: nguyenquangvinh_hutech_edu@yahoo.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Từ năm 2003 đến 2008: học đại học trƣờng đại học Nông Lâm Tp HCM Từ năm 2009 đến 2011: học cao học trƣờng đại học Bách Khoa Tp HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC: Từ tháng năm 2009 – nay: giảng viên trƣờng Đại học Kỹ thuật Công Nghệ Tp HCM Tôi xin cam đoan lời khai hoàn toàn thật , có sai Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm TP Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 07 năm 2011 Ngƣời khai Nguyễn Quang Vinh Luận văn Thạc sĩ 200 ... đề tài: ? ?Tối ƣu hóa hệ giảm xóc bậc tự do? ?? Đề tài nêu bật lên đƣợc mối quan hệ khoa học phận hệ thống giảm xóc: lốp xe, hệ thống treo ghế ngồi Qua mối quan hệ khăng khít đƣợc mơ hình hóa cụ thể... mềm mô động lực học Adams N ghiên cứu phần mềm mô động lực học Maplesim4 M hình hóa hệ động lực ô tô bậc tự do, dùng phƣơng pháp Gradient tối ƣu hệ thống giảm xóc. .. Nguyễn Quang Vinh Hệ thống giảm chấn làm nhiệm vụ chủ yếu giảm dao động tự nhiên lò xo cách chuyển phần thành nhiệt Dƣới cấu tạo hệ thống giảm chấn Hình 1 .5 Hệ thống thủy lực hệ thống treo Luận