Nghiên cứu mô phỏng dao động của ô tô khi xét đến mấp mô của mặt đường bằng phần mềm matlab

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐINH PHƯỚC THẢO NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐINH PHƯỚC THẢO NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 8.52.01.03 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRẦN XUÂN TÙY Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Người cam đoan Đinh Phước Thảo TRANG TĨM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB Học viên: ĐINH PHƯỚC THẢO Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số : 8.52.01.03 Khóa: K35 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN Tiếng ồn rung động vấn đề ảnh hưởng đến thỏa mãn người sử dụng ô tơ Mục đích nghiên cứu đề giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động ô tô đảm bảo tiêu độ êm dịu nhằm thỏa mản tối đa yêu cầu người tiêu dùng Bài viết tiến hành phân tích quan hệ người, xe đường Tìm hiểu tác động rung động đến người Tìm hiểu xây dựng mơ hình hình tồn học mơ mơ hình chuyển động ¼ phần mềm Matlab.Kết quả: Mơ mơ hình ¼ Maplab làm sở để khảo sát thực nghiệm tác động mấp mô mặt đương đến người ngồi tơ Từ khóa: Phần mềm Matlab, mơ hình dao động, tiêu em dịu, Phương trình Laplace RESEARCH SIMULATION SIMULATION OF AUTOMOBILE WHEN CONSIDER TO LEVEL OF THE ROAD BY MATLAB SOFTWARE Noise and vibration are the two main issues affecting car users' satisfaction The purpose of the study is to propose solutions to smoothness than for cars to ensure the target in order to meet the maximum requirements of consumers The paper conducts analysis of human, vehicle and road relations Learn about the impact vibrations to people Learn and building a model ¼ on Matlab software Results: Model ¼ on Maplab as a basis for empirical survey to the impact on humans sit in the car Key words: Matlab software, oscillator model, soft indices, Laplace equation MỤC LỤC MỞ ĐẦU I.Lý chọn đề tài II.Mục địch nghiên cứu III.Đối tượng phạm vi nghiên cứu IV.Phương pháp nghiên cứu V.Ý nghĩa khoa học thực tiễn VI.Dự kiến kết đạt VII.Cấu trúc luận văn: Chương TỔNG QUAN DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ 1.1.Ảnh hưởng rung động lên thể người 1.1.1.Rung động toàn thân 1.1.2.Tác động rung động cục 1.2.Các tiêu mơ hình dao động ô tô 1.2.1.Các tiêu đánh giá độ dao động 1.2.2.Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động: 1.2.3.Chỉ tiêu an toàn chuyển động tải trọng tác dụng xuống đường: 1.3.Mơ hình dao động 1.4.Tổng quan hệ thống treo ô tô 1.4.1.Côg dụng yêu cầu hệ thống treo 1.4.2.Các phận hệ thống treo 1.4.3.Phân loại hệ thống treo Chương 2: MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ơ TƠ 2.1.Phương pháp lập hệ phương trình 2.2.Cấu trúc tơ 2.2.1.Mơ hình hệ thống treo 2.2.2.Mơ hình 1/4 2.2.3.Động lực học bánh xe Chương 3: ỨNG DỤNG MATLAB MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG 3.1.Giới thiệu phần mền Matlab-Simulink 3.2.Mơ hình dao động 3.3.1.Các giả thiết 3.3.2.Thiết lập mơ hình: 3.3.Mơ Phỏng q trình dao động 3.3.1.Sơ đồ mơ giao diện máy tính 3.3.2.Kết khảo sát thay đổi k1 3.3.3.Kết khảo sát thay đổi b1 KẾT LUẬN 1 1 2 2 3 3 4 8 16 22 22 23 24 29 33 39 39 49 49 49 52 52 53 56 60 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Cx : Độ cứng dọc/độ cứng ngang Cy Cy (kN/m): Độ cứng bên Cα (kN): Độ cứng góc le  c : Vết tiếp xúc lốp đường cy Fms1: Là lực ma sát giảm chấn; Fms2: lực ma sát lốp; Flx1: lực lị xo nhíp; Flx2: lực lị xo lốp; Fqt1: lực qn tính khối lượng M1; Fqt2: lực quán tính khối lượng M2; x1: chuyển vị khung xe; x2: chuyện trục bánh xe (cầu); Fms2  b ( Fms1  b1 ( dx du  ) u: độ nhấp nhô mặt đường dt dt dx1 dx  ) : Lực ma sát giảm chấn: dt dt Flx1  k1 (x1  x ) : Lực ma sát lốp: Flx2  k (x  u) : Lực lò xo (đàn hồi) lốp Fqt1  M1 dx : Lực quán tính khối lượng M1 dt Fqt2  M d2x : Lực quán tính khối lượng M2 dt M1: Khối lượng cầu xe M2: Khối lượng lốp trục xe k1: Độ cứng nhíp k2: Độ cứng lốp b1: Độ giảm chấn phuộc thủy lực b2: Độ giảm chấn lốp u: Độ nhấp nhô mặt đường K L : độ cứng lốp  : chuyển dịch bánh xe theo phương thẳng đứng q : chiều cao mấp mô biên dạng đường Fz: Lực tác động theo phương x Fx : Lực tác động theo phương y Fy.: Lực tác động theo phương z K = - f (ξ̇-ż ): Cản ma sát C = f (ξ - z): Độ cứng hệ thống treo Q : Lưu lượng m3/s fv: Diện tích dịng chảy(m2) p: áp suất dầu (N/m2) 0 : Hệ số tổn hao ( 0 = 0,65 ~0,85) γ: Trọng lượng riêng dầu (N/m3 ) F: Diện tích hiệu dụng piston v: Vận tốc piston m: : khối lượng treo ma : khối lượng không treo Fc  C (  z ) : lực đàn hồi hệ thống treo FK  K (  z ) : lực cản giảm chấn ft : độ võng tĩnh lốp FCL : lực đàn hồi hướng kính lốp Fkk   cAx : lực cản khơng khí diện f : hệ số cản lăn φb : hệ số bám phương x (được tính theo Ammon) rd : bán kính động bánh xe Fx' : lực đẩy từ khung xe Fz : phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe FZ' : phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe Mf : mômen cản lăn e : điểm dịch chuyển lực FZ FZ : phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe x : hệ số bám dọc y: hệ số bám ngang MỤC LỤC HÌNH Hình vẽ Trang Hình Ơ tơ du lịch cở nhỏ -1- Hình 1.Hệ thống “Đường-Xe-Người” -4- Hình Mơ hình 1/4 Hình Mơ hình phẳng dao động tơ Hình Mơ hình khơng gian xe -6-7-7- Hình Cơ cấu treo phụ thuộc dùng nhíp -8- Hình Một số dạng lị xo -9- Hình Phần tử đàn hồi khí Hình Hệ thống treo có phận đàn hồi loại túi khí cao su - 10 - 10 - Hình Sơ đồ cấu tạo giảm chấn hai lớp vỏ - 11 - Hình 10 Sơ đồ cấu tạo giảm chấn lớp vỏ Hình 11 So sánh giảm chấn lớp vỏ giảm chấn lớp vỏ - 12 - 13 - Hình 12 Ống nhún Vario Hình 13 Loại ống với áp lực(a) loại (b) Hình 14 Ống nhún khí-thủy lực Hình 15 Thanh ổn định cấu treo Hình 1.16 Các địn liên kết dẫn hướng, kết cấu lắp giáp cụm treo độc lập Hình 17 Các đệm xu Hình 18 Sơ đồ hệ thống treo Hình 19 Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc dùng lò xo lá(a) lò xo trụ(b) Hình 20 Sơ đồ nguyên lý hệ treo địn ngang Hình 21 Sơ đồ cấu tạo hệ treo Mc.Pherson Hình 22 Mối quan hệ động học hệ treo Mc.Pherson Hình 23 Hệ treo hai đòn dọc - 14 - 14 - 15 - 15 - 16 - 16 - 17 - 17 - 18 - 19 - 19 - 20 - Hình 24 Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn dọc có ngang liên kết Hình 25 Sơ đồ hệ treo địn chéo Hình Sơ đồ cấu trúc tơ Hình 2 Sơ đồ cấu trúc xoay vịng Hình Mơ hình hệ thống treo Hình Đặc tính đàn hồi Hình Sơ đồ xác định chế độ mở tiết lưu Hình Mơ hình động lực học ¼ - 21 - 21 - 23 - 24 - 25 - 26 - 27 - 30 - Hình Sơ đồ tách cấu trúc lực - 31 - Hình vẽ Hình Thơng số động lực học loại bánh xe Trang - 33 - Hình Hệ số bám dọc µB hệ số bám ngang µS Hình 10 Hệ số bám dọc, ngang phụ thuộc hệ số trượt Hình 11 Mơ hình lốp - 35 - 35 - 36 - Hình 12 Sơ đồ tính lực Fx , Fy lốp Hình 13 Đồ thị lực tương tác bánh xe theo hệ số trượt s Hình 14 Hàm Ammon - 36 - 37 - 37 - Hình Màn hình Matlab - 40 - Hình Cửa sổ tra cứu khối thư viện - 40 - Hình 3 Màn hình xây dựng sơ đồ khối (New model window) Hình Các khối thư viện Commomly Used Blocks - 41 - 41 - Hình Các khối thư viện continuous Hình Các khối thư viện Discrete Hình Các khối thư viện Discontinuities Hình Các khối thư viện Math Operrations Hình Các khối thư viện Sources Hình 10 Các khối thư viện Sinks - 43 - 44 - 44 - 45 - 46 - 47 - Hình 11 Các khối thư viện Signal Routing Hình 12 Các khối thư viện User-Defined Functions Hình 13 Mơ hình dao động 1/4 xe Hình 14 Mơ hình phân tích lực - 48 - 48 - 50 - 50 - Hình 15 Sơ đồ khối Hình 16 Mơ Matlab - 52 - 52 - 56 k1=700 3.3.3 Kết khảo sát thay đổi b1 b1=400 57 b1=450 b1=500 58 b1=550 b1=800 59 *Nhận xét: Tiến hành phân tích đại lượng lực mơ hình ¼ từ ta xây dựng mơ hình tốn học hệ Từ mơ hình tốn học ta lập phương trình laplace sơ đồ khối hệ, từ ta xây dựng mơ hình mơ Matlap Sau tiến hành khảo sát ta nhận thấy Khi độ cứng nhíp K1 độ giảm chấn phuộc b1 thay đổi ta thấy đáp ứng hệ thay đổi phù hợp với lý thuyết Từ kết qua ta phát triển hướng nghiên cứu để chọn K1 b1 Phù hợp với loại xe 60 KẾT LUẬN Luận văn giải đước vấn đề sau : 1, Phân tích q trình dao động tơ, với mơ hình ¼ mơ hình liên kết dao động tồn xe 2, Thiết lập tốn dao động mơ hình ¼ xe , đó, thiết lập mơ hình vật lý mơ tả tốn học hệ có tính đến độ mơ mặt đường Q trình nghiên cứu mơ hình ¼ có xét đến khối lương, độ giảm chấn, độ đàn hồi cụm trục, bánh xe hệ thống lò xo treo, phuộc giảm chấn khối lượng ¼ xe Giả thiết tuyến tính, bánh xe lăn khơng trượt ln tiếp xúc với đường 3, Bằng lý thuyết Lablace đại số sơ đồ khối, lập hàm truyền hệ, tìm quan hệ tín hiệu vào độ mâp mô mặt đường (u) khảo sát tín hiệu dao động khung xe (x1) Từ hàm truyền ta mơ dao động hệ matlab Trên xở mơ hình khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu ( độ cứng khâu đàn hồi nhíp k1 độ giảm phuộc b1) xe đường có mấp mơ Ứng dụng đề tài : Bài toán sở làm tài liệu tham khảo nghiên cứu, thiết kế để chọn thông số liên quan đên dao động ô tô nâng cao trịnh độ hiểu biết dao động cán kỹ thuật CTy ô tô trường hải Phát triển đề tài : Trong tương lại phát triển đề tài để nghiên cứu tối ưu xe cụ thể, tính tốn lại thơng sơ kết cấu khâu đàn hồi giảm chấn xe Nghiên cứu dao động mơ hình liên kết với thơng số mấp mơ mặt đường “u” khác Từ nghiên cứu, khảo sát thực nghiệm để tìm độ cứng độ giảm chấn tối ưu cho loại xe sản xuất công ty 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng, Lý thuyết ô tô máy kéo, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2005 [2] Bùi Hải Triều, Hàn Trung Dũng, Đặng Tiến Hịa, Nơng Văn Vìn, Ơ tơ – Máy kéo, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2001 [3] Nguyễn Văn Khang, Dao động kỹ thuật, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 1998 [5] Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2006 [6] Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh, Lập trình Matlab ứng dụng, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2005 [7] Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, Optimal design of passenger car suspension for ride and road holding,Rio de Janeiro Jan./Mar 2008 [8] Derek Maxim, Hieu Nguyen, Ryan Parent, Eric Twiest, School of Engineering Grand Valley State University, Analysis of an Automobile Suspension, August 4, 2006 [9] Một số trang web chuyên ngành kỹ thuật ứng dụng phần mềm 1.http://meslab.org/mes/forumdisplay.php?f=204 2.www.vocw.edu.vn/content/m10376/latest/ 3.http://www.engin.umich.edu/group/ctm/examples/susp/susp.html 4.http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/11199 5.www.brlsi.org/proceed05/postgrad0505.html ... ? ?nghiên cứu mô dao động ô tô xét đến mấp mô mặt đường phần mềm Matlab? ?? II Mục địch nghiên cứu Vận dụng lý thuyết dao động ô tô kết hợp với cộng cụ mô Matlab để khảo sát thông số dao động ô tô. .. đường, ô tô người 39 PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB Chương 3: MÔ 3.1 Giới thiệu phần mền Matlab- Simulink Matlab (MATric LABoratory) công cụ phần mềm. .. nghiên cứu Xây dựng mơ hình tốn học hệ dao động ô tô 2 - Mô q trình dao động mơ hình ¼ tơ tính đến mấp mơ bề mặt đường phần mềm Matlab IV Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu quan hệ đường, ô