Lập mô hình khảo sát hệ thống treo khí xe bus

Lập mô hình khảo sát hệ thống treo khí xe bus Lập mô hình khảo sát hệ thống treo khí xe bus Lập mô hình khảo sát hệ thống treo khí xe bus luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VĂN BẰNG LẬP MÔ HÌNH KHẢO SÁT HỆ THỐNG TREO KHÍ XE BUS LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN PHÚ HÙNG PGS.TS VÕ VĂN HƯỜNG HÀ NỘI – 2012 MỤC LỤC Danh mơc c¸c ký hiệu chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị M u Chng Tng quan 1.1 Các yếu tố gây dao động đến ô tô 1.2 Ảnh hưởng dao động tơ 1.2.1 Tiêu chí độ êm dịu 1.2.2 Tiêu chí tải trọng động 1.2.3 Tiêu chi khơng gian bố trí hệ treo 1.3 Phương pháp lập mơ hình dao động tô 1.3.1 Đặc điểm cấu trúc 1.3.2 Phương pháp lập mơ hình dao động 1.3.3 Các mơ hình dao động Chương Mơ hình dao động xe bus 2.1 Các giả thiết xây dựng mơ hình 2.2 Phân tích đặc điểm dao động khối lượng 2.3 Mơ hình 2.3.1 Xác định lực đặt lên hệ 2.3.2 Phương trình dao động xe bus 2.3.3 X¸c định quan hệ động học 2.3.4 Xác định lùc c¾t 2.3.5 Chương trình MatLab – Simulink mơ tả hệ dao động xe bus Chương Khảo sát dao động xe khách với hệ treo 3.1 Lịch sử phát triển Hệ thống treo khí nén 3.2 Những ứng dụng treo khí 3.3 Ứng dụng khí, thủy khí hệ thống treo điều khiển mức 3.4 Cơ sở tính tốn với treo khí 3.5 Chương trình mơ 3.6 Khảo sát ảnh hưởng độ cao mấp mô đường với hệ treo khí 3.7 Khảo sát với tần số thay đổi 3.8 Khảo sát so sánh khí nén với kim loại Kết luận Tài liệu tham khảo 11 11 12 12 15 16 17 17 18 19 20 20 21 21 21 24 26 26 28 34 34 36 39 48 53 57 63 66 72 74 LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Văn Bằng, cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, Ngày 30 tháng năm 2012 Tác giả Nguyễn Văn Bằng DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ý Nghĩa Ký hiệu Đơn vị A m2 CL N/m Độ cøng h­íng kÝnh cđa lèp Cy N/m §é cøng ngang cđa lèp C1j N/m §é cøng nhÝp tr­íc C2j N/m §é cøng nhÝp sau K1j N/m HƯ sè c¶n treo tr­íc Kn, Kt N/m B1 m ChiỊu réng c¬ së cầu trước B2 m Chiều rộng sở cầu sau s1 m Khoảng cách hai nhíp trước s2 m Khoảng cách hai nhíp sau Diện tích, thiết diện Hệ số cản hệ thống treo hành trình nén hành trình trả hs1 Hệ số phát sinh di chuyển vị trí đặt lực cầu trước hs2 Hệ số phát sinh di chuyển vị trí đặt lực cầu sau Ct Nm/rad Độ cứng ổn định ngang Ck Nm/rad Độ cứng chống xoắn khung xe Rad, Góc lắc dọc thân xe Rad, Góc lắc ngang khối lượng treo trước Rad, Góc lắc ngang khối lượng treo sau A1 Rad, Góc lắc ngang cầu trước A2 Rad, A1 m Chuyển vị phương thẳng đứng trọng tâm cầu trước A2 m Chuyển vị phương thẳng đứng trọng tâm cầu sau Z1 m Z2 m FLij N Lực đàn hồi hướng kính lốp Fy N Lực đàn hồi theo phương ngang lốp FC N Lực đàn hồi hệ thống treo Fk N Lực cản hệ thống treo Fz,t N Tải trọng tĩnh phương thẳng đứng FZ, dyn N Tải trọng động phương thẳng đứng m kg Khối lượng toàn xe mA kg Khối lượng phần không treo m1 kg Khối lượng đựơc treo trước m2 kg Khối lượng treo sau Mt Nm/rad Mô men chống xoắn ổn định ngang Mk Nm/rad Mô men chống xoắn khung xe Góc lắc ngang cầu sau Chuyển vị phương thẳng đứng trọng tâm khối lượng treo trước Chuyển vị phương thẳng đứng trọng tâm khối lượng treo sau W Hệ số áp lực đường KB, Kz Cường độ dao động Kdyn,max Hệ số tải trọng động cực đại f Hz Tần số p0 pa k áp suất buồng khí nén trạng thái tĩnh Số mũ đa biến a1 m Khoảng cách từ cầu trước đến trọng tâm xe a2 m Khoảng cách từ cầu sau đến trọng tâm xe Jy kgm2 Jx1 kgm2 Jx2 kgm2 JAx1 kgm2 JAx2 kgm2 h11 m Độ cao cầu trước h12 m Độ cao tâm quay tức thời khối lượng treo trước h13 m Độ cao trọng tâm khối lượng treo trước h21 m Độ cao cầu sau h22 m Độ cao tâm quay tức thời khối lượng treo sau h23 m Độ cao trọng tâm khối lượng treo sau Mô men quán tính trục y qua trọng trâm thân xe Mô men quán tính trục dọc qua trọng tâm khối lượng treo trước Mô men quán tính trục dọc qua trọng tâm khối lượng treo sau Mô men quán tính trục dọc qua trọng tâm khối lượng không treo trước Mô men quán tính trục dọc qua trọng tâm khối lượng không treo sau DANH MC CC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sự phụ thuộc gia tốc bình phương trung bình theo tần số 13 Hình 1.2: Quan hệ cường độ êm dịu với thời gian 14 Hình 1.3: Phân bố độ êm dịu loại xe 14 Hình 1.4: Sơ đồ đặc tính đàn hồi 16 Hình 2.1: Sơ đồ khơng gian xe khách hai cầu định nghĩa hệ toạ độ 22 Hình 2.2: Sơ đồ đặt lực phần đầu xe 23 Hình 2.3: Sơ đồ đặt lực phần thùng xe 24 Hình 3.1: Ứng dụng treo khí cho xe đầu kéo 35 Hình 3.2: Ứng dụng treo khí cho xe bus 36 Hình 3.3: Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động 37 Hình 3.4: Hệ treo khí cầu treo phụ thuộc cầu chủ động 37 Hình 3.5: Hệ treo khí cầu dẫn hướng 38 Hình 3.6: Hệ treo khí cầu dẫn hướng 38 Hình 3.7: Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động 39 Hình 3.8: Hệ treo khí túi khí để hạ thấp trọng tâm 39 Hình 3.9: Ngun lý hệ thống treo thủy khí điều khiển độ cao 40 Hình 3.10: Ngun lý treo thủy khí 40 Hình 3.11: Ngun lý điều khiển treo khí 41 Hình 3.12: Hệ thống treo thủy khí 41 Hình 3.13: Hệ treo thủy khí có điều khiển 44 Hình 3.14: Hệ treo khí có điều khiển 47 Hình 3.15: Sơ đồ xác định độ cứng theo thực nghiệm 49 Hình 3.16: Đồ thị độ cứng C phụ thuộc biến dạng treo 51 Hình 3.17: Đồ thị Tần số phụ thuộc biến dạng treo 52 Hình 3.18: Đồ thị đặc tính phụ thuộc biến dạng treo 52 Hình 3.19: Biên dạng đường 57 Hình 3.20: Chuyển vị trọng tâm xe 57 Hình 3.21: Gia tốc trọng tâm xe 58 Hình 3.22: Góc lắc ngang 58 Hình 3.23: Vận tốc góc lắc ngang 59 Hình 3.24: Độ êm dịu 59 Hình 3.25: Lực đàn hồi treo trước, trái 59 Hình 3.26: Lực đàn hối treo trước, phải 60 Hình 3.27: Lực cản treo trước, trái 60 Hình 3.28: Lực cản treo trước, phải 61 Hình 3.29: Phản lực bánh trước, trái 61 Hình 3.30: Phản lực bánh trước, phải 61 Hình 3.31: Phản lực đơng bánh trước, trái 62 Hình 3.32: Phản lực đơng bánh trước, phải 62 Hình 3.33: Khơng gian treo trước, trái 62 Hình 3.34: Khơng gian treo trước, trái 63 Hình 3.35: Lực đàn hồi treo trước, trái 64 Hình 3.36: Lực đàn hồi treo trước, phải 64 Hình 3.37: Phản lực động lốp trước, trái 64 Hình 3.38: Phản lực lốp trước, trái 65 Hình 3.39: Hệ số êm dịu 65 Hình 3.40: Khơng gian treo 65 Hình 3.41: Gia tốc phương z 66 Hình 3.42: Đặc tính đàn hồi Kim loại Khí nén 66 Hình 3.43: Lực đàn hồi treo trước, trái 67 Hình 3.44: Lực đàn hồi treo trước, trái 67 Hình 3.45: Lực đàn hồi treo trước, phải 67 Hình 3.46: Lực đàn hồi treo trước, trái 68 Hình 3.47: Tải trọng động bánh xe trước, trái 68 Hình 3.48: Tải trọng động bánh xe trước, phải 68 Hình 3.49: Phản lực đường bánh xe trước trái 69 Hình 3.50: Phản lực đường bánh xe trước phải 69 Hình 3.51: Đặc tính êm dịu 69 Hình 3.52: Đặc tính dịch chuyển treo 70 Hình 3.54: Đặc tính gia tốc thân xe 70 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận văn Ngµy tiến khơng ngừng khoa học công nghệ, ngành công nghiệp ô tô giới có bước chuyển biến mạnh mẽ thiết kế chế tạo Các mẩu xe liên tục đời nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao hành khách người sử dụng Hướng phát triển mong muốn tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiểm môi trường, nâng cao chất lượng an toàn lao động Ở nước ta, nhà máy sản xuất lắp sáp đứng trước hội phát triển giao thông không ngừng mở rộng nâng cấp, nhu cầu lại vận chuyển ngày gia tăng Sự lựa chọn người sử dụng hứng vào xe có chất lượng cao, đặc biệt ý đến an tồn thối mái sử dụng Theo số liệu thống kê, sở sản xuất lắp ráp ô tô nước mổi năm cho đời khoảng 20000 ô tô khách loại Theo dự báo phủ, nhu cầu sản lượng ô tô khách loại đến 2020 30000 ô tô năm, tăng 50% Với phương pháp thiết kế nay, loại ô tô khách chế tạo nước khó đảm bảo thoả hiệp tối ưu mục tiêu mâu thuẫn tiêu chất lượng động lực học, tiêu độ bền chi phí sản xuất Khi tơ chuyển động có nhiều yếu tố giây dao động làm tính an tồn êm dịu chuyển động Đây hai tiêu chí quan trọng, tách rời lại mâu thuẫn với tình chuyển động, định chủ yếu chất lượng hệ thống treo Tuy nhiên, hầu hết thiết kế ô tô khách nghiên cứu hệ thống treo ô tô nước ta thường tập trung chủ yếu vào tiêu êm dịu quan tâm đến an toàn chuyễn động Trên sở lý thuyết, tồn khảo sát dao động hệ thống treo tơ với hai hàm mục tiêu đồng thời độ an toàn êm dịu chuyển động giải nhanh chóng nhờ phần mền tiên tiến Xuất phát từ thực trạng trên, đề tài “Lập mơ hình khảo sát hệ thống treo khí xe bus ” nhằm nghiên cứu hoàn thiện kết cấu hệ thống treo để nâng cao độ êm dịu an toàn chuyển động thực cần thiết có ý nghĩa khoa học điều kiện thực tế ngành cơng nghiệp Ơ tơ Việt Nam Hình 3.29 Lực cản treo trước, phải Hình 3.30 Phản lực bánh trước, trái Hình 3.31 Phản lực bánh trước, phải 61 Hình 3.32 Phản lực đơng bánh trước, trái Hình 3.33 Phản lực đơng bánh trước, phải Hình 3.34 Khơng gian treo trước, trái 62 Nhận xét kết :Trong hình (3.34) dịch chuyển tương đối khối lượng treo không treo treo trước trái 11.10-3m bé, nhỏ không gian treo cho phép (0,1 m), nghĩa chưa va đập cứng Tương tư hình (3.35) khơng gian treo trước, phải Hình 3.35 Không gian treo trước, trái 3.7 Khảo sát với tần số thay đổi Để nhận biết vùng tần số có ảnh hưởng lớn đến tiêu dao động khảo sát thay đổi tần số kích động hàm h = h0 sin(2π ft ) Ta chọn ba giá trị đặc trưng, f=1.4 Hz, đặc trưng cho cộng hưởng tần thấp, f=8 đặc trưng cho cộng hưởng tần cao Từ kết đồ thị hinh (3.36) đến (3.42) ta thấy giá trị tương ứng tăng đột biến với tần số Hz Điều chưa lý giải cách thỏa đáng Có thể se phải khả sát tồn miền tần số để có kết luận xác 63 Hình 3.36 Lực đàn hồi treo trước, trái Hình 3.37 Lực đàn hồi treo trước, phải Hình 3.38 Phản lực động lốp trước, trái 64 Hình 3.39 Phản lực lốp trước, trái Hình 3.40 Hệ số êm dịu Hình 3.41 Khơng gian treo 65 Hình 3.42 Gia tốc phương z 3.8 Khảo sát so sánh khí nén với kim loại Để có tương quan hệ thống treo có phần tử đàn hồi kim loại với hệ thống treo có phần tử đàn hồi khí nén, ta khảo sát theo đặc tính tính hình (3.43) Đường đặc tính treo khí lấy theo Catalog Hãng Firestone [], cịn đặc tính nhíp lấy tương đương, đường tiếp tuyến qua điểm uốn đường khí nén Như vậy, ứng với tải tĩnh, hai hệ có độ cứng tần số dao động riêng Khi tải thay đổi, tần số dao động riêng khơng đổi, xấp xỉ 0,8…1,2 Hz (hình 3.18) Hình 3.43 Đặc tính đàn hồi Kim loại Khí nén Nhận xét đồ thị hình (3.44,45,46): Đây nội lực hệ thống treo với phần tử đàn hồi tuyến tính (kim loại) phi tuyến (khí nén) theo độ thị hình (3.43) 66 Với bánh xe trước có thay đổi Các bánh sau thay đổi rõ nét (hình 3.46,47) Hình 3.44 Lực đàn hồi treo trước, trái Hình 3.45 Lực đàn hồi treo trước, trái Hình 3.46 Lực đàn hồi treo trước, phải 67 Hình 3.47 Lực đàn hồi treo trước, trái Nhận xét hình (3.48,49,50,51): Các đặc tính có dáng điệu nhau, khơng lệch nhiều, sau có xu trùng Hình 3.48 Tải trọng động bánh xe trước, trái Hình 3.49 Tải trọng động bánh xe trước, phải 68 Hình 3.50 Phản lực đường bánh xe trước trái Hình 3.51 Phản lực đường bánh xe trước phải Hình 3.52 Đặc tính êm dịu 69 Nhận xét độ êm dịu (hình 3.52,54): Về gia tốc tuyến tính phi tuyến khơng lệch nhiều (hình 3.54) độ êm dịu K gần giống Về độ dịch chuyển treo khí nhỏ (hình 3.53) Điều bảo đảm xe lắc Hình 3.53 Đặc tính dịch chuyển treo Hình 3.54 Đặc tính gia tốc thân xe Kết luận phần 3.8: Các đặc tính vừa thể tính chất treo khí so với treo kim loại Các đại lượng gia tốc thân xe, nội lực hệ thống treo, phản lực đường lên bánh xe, tải trọng động bánh xe lơn hệ treo Riêng dịch chuyển treo treo khí thấp Như vậy, hệ treo khí có lợi khía cạnh thay đổi tần số khơng gian treo bé hơn, bảo đảm êm dịu ổn định (ít lắc ngang 70 lắc dọc) Một ưu điểm suy gián tiếp với xe tải thay đổi tải trọng, thuộc tính vừa tốt đặc tính đàn hối phi tuyến tăng 71 KẾT LUẬN Với phát triển công nghệ điện tử – tin học ngày nay, việc sử dụng phần mềm mô để giải toán dao động việc làm có ý nghĩa hiệu quả, cho phép nghiên cứu hệ dao động cách thuận lợi sâu Trong q trình mơ phải đặt giả thiết cho toán nhằm hạn chế phức tạp thời gian mơ theo mục đích việc nghiên cứu Bởi kết mô gần so với thực tế Việc lựa chọn giả thiết để vừa giảm bớt phức tạp toán mà đáp ứng mục đích nghiên cứu cần phải cân nhắc kỹ trước tiến hành xây dựng chương trình mơ Trong luận văn tác giả thực số nghiên cứu kết sau: - Đưa yếu tố gây dao động ô tô, đánh giá nguồn kích động; - Nghiên cứu ảnh hưởng dao động tiêu đánh giá xe khách liên quan đến dao động - Nghiên cứu lập mơ hình dao động xe khách với yếu tố phi tuyến phần tử đàn hồi khí nén Sử dụng phương pháp tách vật xây dựng hệ phương trình vi phân mơ tả dao động, ứng dụng Phần mềm MATLAB – Simulink để khảo sát dao động ô tô theo tiêu đánh giá tiêu chuẩn ISO-2631 tiêu độ em dịu, tiêu khơng gian bố trí hệ thống treo, khảo sát phản lực Fz liên quan đến động lực học bánh xe - Xây dựng mơ hình nghiên cứu dao động xe khách tương đối phức tạp, có yếu tố phi tuyến (giảm chấn có hệ số cản khác hành trình nén trả, phận đàn hồi, hệ thống treo có vấu hạn chế hành trình trên) Xây dựng mơ hình vật lý, mơ hình tốn học ứng dụng MATLAB – Simulink xây dựng chương trình mơ dao động tơ kh¸ch Lập trình chương trình điều khiển mơ cách tự động để kiểm nghiệm tính đắn mơ hình Simulink -Về phần tử đàn hồi khí nén có ưu điểm tần số thay đổi, bảo đảm êm dịu dịch chuyển (không gian treo ) bé nên hạn chế lắc ngang dọc, có khả cải thiện độ ổn định 72 Bên cạnh luận văn cịn có số hạn chế sau: - Khi lập mơ hình giả thiết xe đối xứng qua mặt phẳng dọc qua trọng tâm xe Tâm quay tức thời khối lượng coi cố định, không kể đến ảnh hưởng ma sát nhíp - Chưa nghiên cứu ảnh hưởng nguồn kích động gây dao động rung động động cơ, dao động phanh xe - Trong khảo sát dừng lại hàm kích động tường minh Thực tế xe hoạt động đường có biên dạng thay đổi ngẫu nhiên Tóm lại cịn nhiều hạn chế luận văn đạt số kết khả quan, sử dụng kết nghiên cứu đặc tính phận đàn hồi khí nén luận văn để nghiên cứu dao động xe tơ có hệ thống treo khí nén, sử dụng mơ hình nghiên cứu xe khách để tiếp tục nghiên cứu tiêu khác xe khách tương tự, sử dụng hệ thống treo thiết kế ô tô kết hợp với việc xây dựng mơ hình đường để nghiên cứu xác dao động xe khách 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO TiÕng ViƯt [1] Vũ Thành Niêm (2012): Lập mơ hình khảo sát động lực học xe bán mooc, LV Thac sỹ Kỹ thuật, ĐHBK Hà Nội, hướng dẫn: Vừ Vn Hng [2] Võ Văn Hường (2004), Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ôtô tải nhiều cầu, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [3] Nguyễn Văn Khang (2001), Dao động kỹ thuật, NXB khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Võ Văn Hường (2012), Bi ging ng lc hc ụ tụ , Trường Đại học B¸ch Khoa Hà Nội [5] Tạ Tuấn Hưng (2009): Nghiên cứu, khảo sát động lực học phanh đoàn xe, LV Thac sỹ Khoa học, ĐHBK Hà Nội, hướng dẫn: Võ Văn Hường [6] Nguyễn Tiến Thành (2010): Nghiên cứu ổn định phanh đoàn xe, LV Thac sỹ khoa học, ĐHBK Hà Nội, hướng dẫn: Võ Văn Hường TiÕng Anh [7] NguyÔn TuÊn Anh (2006), Application of Optimization Methods to Controller Design for Active Suspension.Ph D Thesis Barandenburg TU Cottbus [8] Rajanmani, R., (2005),, Vehicle Dynamics and control Berlin: Springer [9] Pacejka, H B., (2006), Tyre and Vehicle Dynamics Elsevier, UK [10] Nielsen, L (2005): Automotive Control Systeme, nxb Springer, Heildelberg, Berlin [11] Wolfgang, Bauer (2011): Hydropneumatic suspension systems, VDI-Spriner [12] Airide/Design Guide: Firestone Catalog [13] Neway Bus Suspension SAF Holland, www.safholland.com TiÕng §øc [14] Ammon, D (1997), Modellbilung und Systementwicklung in der Fahrzeugdynamik, nxb B.G Teubner Stuttgart 74 [15] Mitschke M., Wallentowitz H (2004), Dynamik der Kraftfahrzeuge, Berlin, Springer [16] Reimpell, J.; Buchhardt, M (1993), Fahrwerktechmik: Radschlussregel- systeme, Wolburg, nxb Volgel [17] Willumeit H (1998), Modelle und Modellierungsverfahren in der Fahrzengdynamik, Stuttgart, B.G Tenbner 75 ... Simulink mô tả hệ dao động xe bus Chương Khảo sát dao động xe khách với hệ treo 3.1 Lịch sử phát triển Hệ thống treo khí nén 3.2 Những ứng dụng treo khí 3.3 Ứng dụng khí, thủy khí hệ thống treo điều... dụng treo khí cho xe đầu kéo 35 Hình 3.2: Ứng dụng treo khí cho xe bus 36 Hình 3.3: Hệ treo khí phụ thuộc cầu chủ động 37 Hình 3.4: Hệ treo khí cầu treo phụ thuộc cầu chủ động 37 Hình 3.5: Hệ treo. .. mooc, gồm hệ thống treo cho bán mooc, hệ thống treo cầu nâng cho bán mooc, hệ thống treo cầu chủ động xe kéo, hệ thống treo khí cầu dẫn hướng, hệ thống treo khí cabin, ghế lái xe Tương tự hình 3.2