Nghiên cứu phương pháp xác định độ cứng và hệ số cản của hệ thống treo ô tô con

Mẫu 1a MẪU BÌA LUẬN VĂN CĨ IN CHỮ NHŨ VÀNG Khổ 210 x 297 mm HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN XUÂN THẾ NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG VÀ HỆ SỐ CẢN CỦA HỆ THỐNG TREO Ô TÔ CON CHUYÊN NGÀNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực KHỐ Hà Nội – Năm 2018 Mẫu 1b MẪU TRANG PHỤ BÌA LUẬN VĂN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Trần Xuân Thế NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG VÀ HỆ SỐ CẢN CỦA HỆ THỐNG TREO Ô TÔ CON LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành : Kỹ thuật khí động lực NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Hà Nội – Năm 2018 LỜI CAM KẾT Tôi Trần Xuân Thế, học viên lớp cao học 2016B chuyên ngành Kỹ thuật khí động lực, mã học viên CB160198, tác giả đề tài “Nghiên cứu phương pháp xác định độ cứng hệ số cản hệ thống treo ô tô con” mã đề tài 2016BOTO-KH2 Tôi xin cam đoan, tất nội dung đề tài hoàn toàn thực chưa công bố Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm nội dung trình bày luận văn Hà Nội, ngày 22 tháng 04 năm 2018 Học viên Trần Xuân Thế MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .3 DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .8 1.1 Giới thiệu chung hệ thống treo ô tô 1.1.1 Công dụng phân loại yêu cầu 1.1.2 Các phận hệ thống treo xe 1.1.3 Phân loại hệ thống treo 11 1.4 Bộ phận giảm chấn 26 1.1.5 Xu hướng phát triển hệ thống treo(HTT) 30 1.2 Các thông số đánh giá độ êm dịu chuyển động 31 1.2.1 Chỉ tiêu tần số 31 1.2.2 Chỉ tiêu gia tốc dao động 31 1.2.3 Chỉ tiêu dựa số liệu cảm giác theo gia tốc vận tốc dao động 31 1.2.4 Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động thời gian tác động chúng 32 1.3 Các dạng mơ hình mô hệ thống treo 34 1.3.1 Các khái niệm thành phần mơ hình 34 1.3.2 Các dạng mơ hình dao động tơ theo phương thẳng đứng 35 1.4 Các nghiên cứu hệ thống treo 38 1.5 Nội dung luận văn 38 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MƠ PHỎNG 39 HỆ THỐNG TREO Ô TÔ CON .39 2.1 Phân tích lựa chọn mơ hình 39 2.1.1 Xây dựng mơ hình dao động ¼ hệ phương trình vi phân mơ 39 2.1.3 Xây dựng mơ hình khơng gian hệ phương trình vi phân mơ 44 2.2 Xây dựng mơ hình mơ 45 2.3 Mô mấp mô mặt đường 47 2.3.1.Mô mấp mô mặt đường 47 2.3.2 Mô mấp mô mặt đường theo ISO 8608 49 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN KHẢO SÁT HỆ THỐNG TREO Ơ TƠ CON .55 3.1 Phương pháp tính tốn hệ số cản độ cứng hệ thống treo 55 3.1.1 Tính tốn độ cứng phần tử đàn hồi 55 3.1.2 Tính tốn hệ số cản giảm chấn 56 3.1.3 Áp dụng với trường hợp cụ thể 59 3.2 Xây dựng chương trình kiểm nghiệm kết tính toán Matlab – Simulink 60 3.2.1 Xây dựng chương trình mơ hàm mấp mơ mặt đường Matlab 60 3.2.2 Xây dựng chương trình xác định thơng số đặc trưng mơ hình dao động ½ xây dựng 61 3.3 Tính tốn thơng số ứng với điều kiện mặt đường khác 63 3.3.1 Các dạng mấp mô mặt đường 63 3.2.2 Các dạng mấp mơ mặt đường kết chương trình theo ISO 8608 70 3.4 Khảo sát ảnh hưởng thông số tới độ êm dịu chuyển động 80 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 4.1 Kết luận kiến nghị 85 4.2 Tài liệu tham khảo 856 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa ma kg Khối lượng treo muf kg Khối lượng không treo trước mur kg Khối lượng không treo sau kf kN/m Độ cứng treo trước kr kN/m Độ cứng treo sau cf kN.s/m Hệ số cản treo trước cr kN.s/m Hệ số cản treo sau kt kN/m Độ cứng lốp (195/65R15) ct kN.s/m Hệ số cản lốp (195/65R15) Gt N Trọng lượng xe DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Một số dạng mấp mô mặt đường phương trình mơ tả chúng 47 Bảng 2.2: Tiêu chuẩn ISO 8608 phân loại đường .50 Bảng 3.1: Thơng số hình học xe Elantra 1992 dùng để tính tốn hệ thống treo .58 Bảng 3.2: Thông số độ cứng hệ số cản xe Elantra 1992 xác định từ tính tốn 58 Bảng 3.3: Thông số đặc trưng mơ hình dao động 60 Bảng 3.4: Khảo sát ktr .820 Bảng 3.5: Khảo sát kf 811 Bảng 3.6: Khảo sát ctf .82 Bảng 3.7: Khảo sát cr 82 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1.: Sơ đồ hệ thống treo 11 Hình 1.2:Treo phụ thuộc loại lò xo xoắn ốc .12 Hình 1.3: Sự thay đổi vị trí bánh xe xe xe trèo lên mô đất 13 Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn ngang 15 Hình 1.5: Một số dạng lị xo đặc biệt .16 Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson 19 Hình 1.7: Mối quan hệ động học hệ treo Mc.Pherson 20 Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai đòn dọc 20 Hình 1.9: Đồ thị quan hệ góc ngăng nghiêng thân xe .21 Hình 1.10: Sơ đồ ngun lý hệ treo địn dọc có ngang liên kết 23 Hình 1.11: Sơ đồ vị trí tâm quay bánh xe O, tâm nghiêng 24 Hình 1.12: Sơ đồ hệ treo đòn chéo 25 Hình 1.13: Sơ đồ hệ thống treo khí 26 Hình 1.14: Sơ đồ cấu tạo giảm chấn hai lớp vỏ có tác dụng hai chiều 27 Hình 1.15: Sơ đồ cấu tạo giảm chấn ống thuỷ lực lớp vỏ có tác dụng hai chiều .29 Hình 1.16: Chỉ tiêu cảm giác theo gia tốc 32 Hình 1.17: Giới hạn tác động dao động thẳng đứng 34 Hình 1.18: Mơ hình 1/4 hệ thống treo ô tô 36 Hình 1.19: Mơ hình 1/2 hệ thống treo tơ 36 Hình 1.20: Mơ hình 1/2 hệ thống treo tơ 37 Hình 1.21: Mơ hình khơng gian hệ thống treo tơ 37 Hình 2.1: Mơ hình 1/4 hệ thống treo ô tô 39 Hình 2.2: Các lực tác dụng vào khối lượng treo 39 Hình 2.3: Mơ hình 1/2 hệ thống treo tô 41 Hình 2.4: Các lực tác dụng lên khối lượng treo .42 Hình 2.5: Các lực tác dụng vào khối lượng không treo 43 Hình 2.6: Mơ hình khơn gian dao động hệ thống treo ô tô .44 Hình 2.7: Sơ đồ mơ phương trình số hệ phương trình vi phân dao động hệ thống treo ô tô .45 Hình 3.1: Đáp ứng gia tốc khối lượng treo 65 Hình 3.2: Đáp ứng vận tốc khối lượng treo 65 Hình 3.3: Chuyển vị khối lượng treo 65 Hình 3.4: Đáp ứng gia tốc khối lượng khơng treo 66 Hình 3.5: Đáp ứng vận tốc khối lượng không treo 67 Hình 3.6: Chuyển vị khối lượng không treo 67 Hình 3.7: Gia tốc góc delta .68 Hình 3.8: Đáp ứng vận tốc góc delta .68 Hình 3.9: Chuyển vị góc delta 69 Hình 3.10: Gia tốc khối lượng treo ISO A-B 70 Hình 3.11: Vận tốc khối lượng treo ISO A-B Error! Bookmark not defined Hình 3.12: Chuyển vị khối lượng treo ISO A-B 71 Hình 3.13: Gia tốc khối lượng khơng treo ISO A-B 71 Hình 3.14: Vận tốc khối lượng không treo ISO A-B .72 Hình 3.15: Chuyển vị khối lượng khơng treo ISO A-BError! Bookmark not defined.72 Hình 3.16: Gia tốc góc quay delta ISO A-B Error! Bookmark not defined.73 Hình 3.17: Vận tốc góc quay delta ISO A-B 723 Hình 3.18: Chuyển vị góc quay delta ISO A-B 734 Hình 3.19: Gia tốc khối lượng treo ISO C-D 75 Hình 3.20: Vận tốc khối lượng treo ISO C-D 75 Hình 3.21: Chuyển vị khối lượng treo ISO C-D 76 Hình 3.22: Gia tốc khối lượng không treo ISO C-D 76 Hình 3.23: Vận tốc khối lượng khơng treo ISO C-DError! defined.77 Bookmark not Hình 3.24: Chuyển vị khối lượng không treo ISO C-D 77 Hình 3.25: Gia tốc góc quay delta ISO C-D Error! Bookmark not defined.78 Hình 3.26: Vận tốc góc quay delta ISO C-D 728 Hình 3.27: Chuyển vị góc quay delta ISO C-D 739 Hình 3.28: Khảo sát ktr 820 Hình 3.29: Khảo sát kf 821 Hình 3.30: Khảo sát ctf 822 Hình 3.31: Khảo sát cr 823 Hình 3.12: Chuyển vị khối lượng treo ISO A-B Hình 3.13: Gia tốc khối lượng treo ISO A-B 72 Hình 3.14: Vận tốc khối lượng không treo ISO A-B Hình 3.15: Chuyển vị khối lượng treo 73 Hình 3.16: Gia tốc góc delta ISO A-B Hình 3.17: Vận tốc góc quay delta ISO A-B 74 Hình 3.18: Chuyển vị góc quay delta ISO A-B 3.2.2.2 Khảo sát đáp ứng hệ thống treo với loại mặt đường C-D Đầu vào: Loại mặt đường C-D; L = 100m, B = 0.05m (chiều dài vết tiếp xúc lốp với mặt đường) V = 60 km/h = 16.7 m/s; i = 0; i = ; k = 6; n0 = 0.1 chu kỳ/m Khi đó: Giới hạn tần số không gian 1/L = 0,01 m-1 giới hạn 1/B=20m-1, với B chiều dài vết tiếp xúc B = 0,05m Phương trình 3.1 viết lại sau:  n  h(t ) = n.2k.10−3   cos(2 nV t ) = 64.10−3.sin(1.047 t + ) (m)  n  Phương trình mơ tả mấp mơ bánh sau: L  h(t ) = 8.10−3.sin(1.047(t + ) + ) = 64.10−3.sin(1.047 t +1.727) V 75 (m) Kết mô phỏng: Hình 3.19: Gia tốc khối lượng treo ISO C-D Hình 3.20: Vận tốc khối lượng treo ISO C - D 76 Hình 3.21: Chuyển vị khối lượng treo ISO C - D Hình 3.22: Gia tốc khối lượng không treo ISO C - D 77 Hình 3.23: Vận tốc khối lượng không treo ISO C - D Hình 3.24: Chuyển vị khối lượng không treo ISO C - D 78 Hình 3.25: Gia tốc góc delta ISO C - D Hình 3.26: Vận tốc góc delta ISO C - D 79 Hình 3.27: Chuyển vị góc delta ISO C - D 3.4 Khảo sát ảnh hưởng thông số tới độ êm dịu chuyển động Như biết thông số ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động bao gồm gia tốc khối lượng treo độ bám đường bánh xe Tuy nhiên, hai thông số lại gây tác động theo chiều hướng trái ngược Cụ thể, gia tốc khối lượng treo tối ưu (tức nhỏ) khả bám đường xe bị hạn chế kéo theo ảnh hưởng tới tính an tồn, tính điều khiển , phanh xe Để trung hòa đặc điểm trên, cần thiết kế hệ thống treo tích cực, nhiên phạm vi luận văn, đề tài tập trung vào tiêu chí gia tốc khối lượng treo để phân tích xây dựng nên phương pháp xác định xác thông số hệ số cản độ cứng hệ thống treo Căn vào phương pháp mô xây dưng trên, cố định giá trị hệ số cản độ cứng để khảo sát ảnh hưởng hai thông số đến gia tốc khối lượng treo sau khoảng thời gian 1s, 5s, 10s trường hợp đường ISO từ C-D xây dựng 80 3.4.1 Cố định hệ số cản c, thay đổi độ cứng k Khảo sát ktr Cố định thông số c sau: cf=1.3854; cr=1.6352; ctf = 0.0138; ctr = 0.0138 kf=12.394; kr=14.662; ktf = 181.8 Đơn vị m/s2 Bảng 3.4: Khảo sát ktr ktr t = 1s t = 5s t = 10s 171.8 0.0060 0.0016 0.0022 176.8 0.0060 0.0016 0.0021 181.8 0.0055 0.0015 -0.0019 186.8 0.0053 0.0018 -0.0018 191.8 0.0050 0.0017 -0.0016 Khảo sát ktr 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 -0.001 171.8 176.8 181.8 186.8 191.8 -0.002 -0.003 t = 1s t = 5s t = 10s Hình 3.28: Khảo sát ktr Khảo sát kf Cố định thông số c sau: cf=1.3854; cr=1.6352; ctf = 0.0138; ctr = 0.0138 kr=14.662; ktf = 181.8; ktr = 181.8 Đơn vị m/s2 81 Bảng 3.5: Khảo sát kf kf t = 1s t = 2s t = 5s 8.394 0.0057 0.0010 -0.0017 10.394 0.0048 0.0015 -0.0018 12.394 0.0055 0.0015 -0.0019 14.394 0.0058 0.0018 -0.0021 16.394 0.0040 0.0010 -0.0024 Khảo sát kf 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 -0.001 8.394 10.394 12.394 14.394 16.394 -0.002 -0.003 t = 1s t = 2s t = 5s Hình 3.29: Khảo sát kf 3.4.2 Cố định độ cứng k, thay đổi hệ số cản c Khảo sát ctf Cố định thông số c sau: cf=1.3854; cr=1.6352; ctr = 0.0138 kr=14.662; ktf = 181.8; ktr = 181.8 Đơn vị m/s2 Bảng 3.6: Khảo sát ctf ctf t = 1s t = 5s t = 10s 0.0098 0.0056 0.0017 -0.0020 0.0118 0.0056 0.0016 -0.0020 0.0138 0.0055 0.0015 -0.0019 82 0.0158 0.0057 0.0017 -0.0020 0.0178 0.0058 0.0017 -0.0020 Khảo sát ctf 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 -0.001 0.0098 0.0118 0.0138 0.0158 0.0178 -0.002 -0.003 t = 1s t = 5s t = 10s Hình 3.30: Khảo sát ctf Khảo sát cr Cố định thông số c sau: cf=1.3854; ctf = 0.0138; ctr = 0.0138 kr=14.662; ktf = 181.8; ktr = 181.8 Đơn vị m/s2 Bảng 3.6: Khảo sát cr cr t = 1s t = 5s t = 10s 1.2353 0.0056 0.0016 -0.0019 1.4352 0.0057 0.0016 -0.0019 1.6352 0.0055 0.0015 -0.0019 1.8352 0.0057 0.0017 -0.0020 2.0352 0.0058 0.0017 -0.0021 83 Khảo sát cr 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 -0.001 1.2353 1.4352 1.6352 1.8352 2.0352 -0.002 -0.003 t = 1s t = 5s t = 10s Hình 3.31: Khảo sát cr Nhận xét: - Gia tốc khối lượng treo giảm tăng độ cứng lò xo - Các độ cứng kf, kr có tác động đến gia tốc khối lượng treo nhiều ktf, ktr - Gia tốc khối lượng treo giảm giảm hệ số cản giảm chấn tăng, nhiên độ thay đổi - Các hệ số cản cf, cf có tác động đến gia tốc khối lượng treo tương đương ctf, ctr - Việc lựa chọn thông số cho kf, kr, ktf, ktr, cf, cf, ctf, ctr cần kết hợp yếu tố khả bám đường để cân êm dịu có yếu tố động lực học khác xe - Qua khảo sát nhận thấy thơng số có theo tính tốn tương đối hợp lý so sánh thông số gia tốc khối lượng treo so với thông số liền kề 84 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận kiến nghị Với mục đích nghiên cứu phương pháp xác định độ cứng hệ số cản cho hệ thống treo xe ô tô con, đề tài đạt số kết sau: - Xây dựng mơ hình vật lý, mơ hình tốn mơ dao động hệ thống treo xe ô tô - Khái quát dạng mấp mô mặt đường (nguồn dao động) đưa phương pháp xây dựng phương trình mơ tả mấp mô mặt đường theo ISO 8608 - Xây dựng chương trình Matlab Simulink mơ mấp mơ mặt đường theo ISO 8608 - Xây dựng chương trình Matlba Simulink xác định thông số động lực học hệ thống treo trường hợp cụ thể - Đưa so sánh đáp ứng hệ thống treo xe ô tô trường hợp làm việc khác - Xây dựng đồ thị quan hệ gia tốc – hệ số cản, gia tốc – độ cứng qua làm sở lựa chọn thông số hệ số cản độ cứng q trình thiết kế tơ Tuy nố lực nhận giúp đỡ, hướng dẫn tận tình PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan song đề tài khơng tránh khỏi cịn có sai sót, mong nhận góp ý bạn đọc Trong thời gian tới, hướng phát triển đề tài vào thử nghiệm nhiều loại xe khác để kiểm chứng chặt chẽ tính xác phương pháp tính Bên cạnh đó, đề tài kết hợp phương pháp nghiên cứu hệ thống treo chủ động để tối ưu hóa tính êm dịu đặc tính động lực học xe 4.2 Tài liệu tham khảo Semiha Turkay and Huseyin Akcay, Aspects of achievable performance for quarter-car active suspensions, Journal of Sound and Vibration 311 (2008) 440–460 85 Huseyin Akcay and Semiha Turkay, Influence of tire damping on mixed H2/H synthesis of half-car active suspensions, Journal of Soundand Vibration 322 (2009) 15–28 Yuping He and John McPhee, Multidisciplinary design optimization of mechatronic vehicles with active suspensions, Journal of Sound and Vibration 283 (2005) 217–241 Y He, J McPhee, Design optimization of rail vehicles with passive and active suspensions: a combined approach using genetic algorithms and multibody dynamics, Vehicle System Dynamics 37 (Suppl.) (2002) 397–408 J Sobieski, J Kodiyalam, R Yang, Optimization of car body for noise, vibration and harshness and crash, in: Proceedings of the 41st AIAA/ASME/AHS/ASC, Structures, Structural Dynamics, and Materials, Number AIAA- 2001-1273, Atlanta, 2000 Qin Zhu, Mitsuaki Ishitobi, Chaotic vibration of a nonlinear full-vehicle model, International Journal of Solids and Structures 43 (2006) 747–759 Hyo-Jun Kim, Hyun Seok Yang, Improving the vehicle performance with active suspension using road-sensing algorithm, Computers and Structures 80 (2002) 1569– 1577 86 ... mô phương trình số hệ phương trình vi phân dao động hệ thống treo ô tô 45 Hình 2.10: Sơ đồ mô phương trình số hệ phương trình vi phân dao động hệ thống treo ô tô Hình 2.11: Sơ đồ mô phương. .. thống treo ô tô 36 Hình 1.20: Mô hình 1/2 hệ thống treo ô tô − Mô hình động lực học 4/4 chủ yếu dùng để nghiên cứu động lực học đánh giá tổng thể dao động ô tô Hình 1.21: Mô hình không gian hệ. .. gian hệ thống treo ô tô 37 1.4 Các nghiên cứu hệ thống treo Với cạnh tranh khốc liệt thị trường ô tô, doanh nghiệp đẩy mạnh đầu tư cho trình nghiên cứu tối ưu hệ thống treo ô tô Một số hướng nghiên