Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc đến dao động của ô tô toyota vios 1.5g khi qua gờ giảm tốc

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc đến dao động của ô tô Toyota Vios 1.5G khi qua gờ giảm tốc. Tác giả sử dụng phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật MBS và phương trình Newton-Euler để thiết lập hệ phương trình động lực học ô tô Toyota Vios 1.5G.

HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VẬN TỐC ĐẾN DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ TOYOTA VIOS 1.5G KHI QUA GỜ GIẢM TỐC STUDY ON THE EFFECTS OF SPEED TO OSCILLATION OF TOYOTA VIOS 1.5G WHILE OVER SPEED HUMPS NGUYỄN THANH TÙNG*, KHẤU TẤN PHÁT, NGUYỄN HOÀNG NHÂN Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long *Email liên hệ: tungnt@vlute.edu.vn Tóm tắt Bài báo trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng vận tốc đến dao động ô tô Toyota Vios 1.5G qua gờ giảm tốc Tác giả sử dụng phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật MBS phương trình Newton-Euler để thiết lập hệ phương trình động lực học ô tô Toyota Vios 1.5G Sử dụng phần mềm Matlab-simulink để khảo sát ảnh hưởng vận tốc đến dao động ô tô Toyoya Vios 1.5G qua gờ giảm tốc Kết nghiên cứu cho thấy, để đảm bảo độ êm dịu chuyển động, an tồn động lực học tuổi thọ tơ ô tô Toyota Vios 1.5G chạy qua gờ giảm tốc có chiều cao 0.06m chiều dài mấp mơ 2,5m tốc độ chuyển động tơ phải nhỏ 40km/h Từ khóa: Dao động tơ, êm dịu chuyển động, gờ giảm tốc, mấp mơ đơn hình sin Abstract The article presents the results of research on the influence of speed on the vibration of Toyota Vios 1.5G cars when passing the speed humps The author uses the method of separating the structure of the MBS system and the Newton-Euler equation to establish the Toyota Vios 1.5G car dynamics equation system Using Matlab-simulink software to investigate the effect of speed on vibration of Toyoya Vios 1.5G car when passing speed humps The research results show that, in order to ensure the smoothness of movement, dynamic safety and car life, when the Toyota Vios 1.5G car runs through the speed bump with a height of 0.06m and a bumpy length of 2.5m, then the speed of the car must be less than 40km/h Keywords: Car oscillation, smooth motion, speed bump, simple sinusoidal bump Đặt vấn đề Khi ô tô chạy vào khu vực đông dân cư qua giao lộ cần giảm tốc độ để đảm bảo an tồn 218 giao thơng Do đó, giao lộ hay bắt đầu vào khu đông dân cư người ta thường lắp gờ giảm tốc đường để cảnh báo cho lái xe giảm tốc độ nhằm giảm thiểu tối đa tai nạn giao thông Khi xe chuyển động qua gờ giảm tốc với tốc độ khác dao động thay đổi liên tục, dẫn đến ổn định chuyển động xảy tượng trượt quay bánh xe độ êm dịu chuyển động vượt ngưỡng chịu đựng người Vì vậy, tác giả xây dựng mơ hình động lực học khảo sát dao động ô tô Toyota Vios 1.5G để xác định mức độ ảnh hưởng tốc độ chuyển động đến dao động độ êm dịu tơ Vios 1.5G Từ đưa lời khuyên cho người sử dụng lựa chọn vận tốc phù hợp chạy qua gờ giảm tốc để đảm bảo tuổi thọ ô tô độ êm dịu cho hành khách Bài báo sử dụng tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 để đánh giá dao động độ êm dịu chuyển động ô tô Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 sử dụng tiêu chí gia tốc thẳng đứng cực đại phương gia tốc trung bình tiêu chí bình để đánh giá dao động độ êm dịu chuyển động ô tô, cụ thể sau: êm dịu 0,16m / s < Z S ,tb £ 0,315m / s êm dịu 0,315m / s < Z S ,tb £ 0,63m / s ngưỡng chịu đựng q mức chịu đựng Mơ hình động lực học Để nghiên cứu dao động ô tô Toyota Vios 1.5G, tác giả xây dựng mơ hình khơng gian mơ tả động lực học tơ Hình Ơ tơ Toyota Vios 1.5G hệ nhiều vật có cấu trúc phức tạp gồm khối lượng treo khối lượng không treo nối với qua hệ thống treo nhíp, SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 mô tả nội lực hệ thống treo hàm phi tuyến Tác giả sử dụng phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật MBS để thiết lập mơ hình động lực học ô tô Toyota Vios 1.5G Bài báo chia ô tô 1.5G thành vật (khối lượng) sau: (i) Khối lượng treo ô tô (ms) có chuyển động gồm chuyển động tịnh tiến theo phương Z (Zs), chuyển động xoay quanh trục X góc (θ sx), chuyển động xoay quanh trục Y góc (θsy); (ii) Khối lượng khơng treo cầu trước bên phải (mu1) chuyển động tịnh tiến theo phương Z Zu1; (iii) Khối lượng không treo cầu trước bên trái (mu2) chuyển động tịnh tiến theo phương Z Zu2; (iv) Khối lượng không treo cầu sau (mu3) chuyển động tịnh tiến theo phương Z Zu3 chuyển động xoay quanh trục x góc (θu3) (3) Phương trình chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng khối lượng không treo cầu trước độc lập bên phải là: m Z = -K Z -Z - l - d - C Z -Z - l - d u1 u1 Lx1 u1 s sy sx Lx1 u1 s sy sx -K ổ Z -C Z -h L1 ỗố u1 h11 ÷ø L1 u1 11 (4) Phương trình chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng khối lượng không treo cầu trước độc lập bên trái là: (5) Phương trình chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng khối lượng không treo cầu sau phụ thuộc là: m Z = -2 K Z - Z +q l - 2C Z - Z +q l + u3 u3 Lx u s sy Lx u s sy -K ö ổ Z +C Z -h L ỗố u h 21 h22 ÷ø L u 21 (6) Bảng Thông số khảo sát Tên gọi Khối lượng treo Moment quán tính khối lượng treo quanh trục x Moment quán tính khối lượng treo quanh trục y Hình Mơ hình động lực học tô Toyota Vios 1.5G Tác giả sử dụng phương pháp tách cấu trúc phương trình Newton-Euler để thiết lập hệ phương trình dao động tơ gồm phương trình sau: Phương trình chuyển động tịnh tiến khối lượng treo theo phương thẳng đứng z: (1) Phương trình chuyển động quay khối lượng treo quanh trục y (góc lắc dọc thân xe) là: (2) SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) Đơn Giá vị trị ms kg 1100 Jsx kgm 606,1 Jsy kgm 4192 Khối lượng không treo cầu mu1, trước mu2 Khối lượng không treo cầu sau mu3 Độ cứng phận đàn hồi phía CLx1 trước phía sau CLx2 Độ cứng lốp phía trước CL1 phía sau CL2 Hệ số cản giảm chấn phía trước KLx1 phía sau KLx2 Hệ số cản lốp phía trước phía sau Khoảng cách hai điểm liên kết bánh xe trái, phải Khoảng cách từ tâm khối lượng Phương trình chuyển động quay khối lượng treo quanh trục x (góc lắc ngang thân xe) là: Ký hiệu treo đến tâm điểm chịu lực trước phía sau kg kg N/m N/m Ns/m KL1 Ns/m B m l1 l2 m 90 90 180 16000 16000 160000 160000 910 910 14000 14000 1.475 1,7 0,845 219 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Phương trình chuyển động lắc khối lượng không treo cầu sau ô tô quanh trục x (góc lắc ngang cầu sau ô tô) là: 2 q = -2K d (q u - q s ) - 2C d (q u - q s ) u3 u Lx x Lx x - K B (2q u B - h 21 + h 22 ) - C B(2q B - h + h ) L2 L2 u3 21 22 J việc đảm bảo độ êm dịu chuyển động, không gây mệt mỏi cho người ngồi xe đảm bảo tuổi thọ ô tô [4] (7) Kết khảo sát Tác giả sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để khảo sát dao động ô tô Toyota Vios 1.5G Sử dụng mấp mô đơn dạng sin làm hàm đầu vào cho mơ hình khảo sát Hình Mấp mơ lệch pha bên có kết cấu đơn giản, sử dụng phổ biến, chiều cao mấp mơ tính theo cơng thức sau: p Hình Chuyển vị thân xe Zs V=40km/h (8) Với vận tốc không đổi xe v chiều cao mấp mơ theo thời gian tính theo cơng thức: Hình Gia tốc thân xe V=40km/h (9) Trong đó: H - chiều cao mấp mô cực đại, (m); L - chiều dài mấp mô, (m); v - vận tốc chuyển động xe, (m/s); Hình Góc lắc dọc thân xe V=40km/h t - thời gian qua mấp mô, (s) z H x y Hình Mấp mơ đơn dạng sin Hình đến Hình đồ thị chuyển vị thẳng đứng thân xe, gia tốc thẳng đứng thân xe, góc lắc dọc thân xe, góc lắc ngang thân xe tơ chạy qua mấp mơ hình sin có chiều cao 0,06m, chiều dài mấp mơ 2,5m vận tốc 40km/h Từ Hình ta thấy ô tô mấp mô lệch pha bên có chiều cao 0,06m, chiều dài mấp mơ 2,5m với vận tốc khảo sát 40km/h gia tốc cực đại Z s ,max = 5.5m / s < 6.3m / s bình phương gia tốc 2 trung bình Z s ,tb = 0.3m / s < 0,315m / s nên tơ làm 220 Hình Góc lắc ngang thân xe V=40km/h Hình đến Hình 10 đồ thị chuyển vị thẳng đứng thân xe, gia tốc thẳng đứng thân xe, góc lắc dọc thân xe, góc lắc ngang thân xe tơ qua mấp mơ hình sin có chiều cao 0,06m, chiều dài mấp mô 2,5m với vận tốc khảo sát 60km/h Quan sát Hình ta thấy tơ qua mấp mơ hình sin có chiều cao 0,06m, chiều dài mấp mô 2,5m với vận tốc khảo sát 60km/h gia tốc cực đại bình phương gia tốc trung bình nên dao động tơ vượt giới hạng cho phép đánh giá độ êm dịu chuyển động hư hỏng xe qua mấp mô [4] SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Hình Chuyển vị thân xe Zs V=60km/k Hình 11 Chuyển vị thân xe Zs V=80km/h Hình 12 Gia tốc thân xe Hình Gia tốc thân xe Hình 13 Góc lắc dọc thân xe Hình Góc lắc dọc thân xe Hình 10 Góc lắc ngang thân xe V=80km/h V=60km/h V=60km/h Hình 11 đến Hình 14 đồ thị chuyển vị thẳng đứng thân xe, gia tốc thẳng đứng thân xe, góc lắc dọc thân xe, góc lắc ngang thân xe tơ qua mấp mơ hình sin có chiều cao 0,06m, chiều dài mấp mô 2,5m với vận tốc khảo sát 80km/h Theo Hình 12 ta thấy tơ qua mấp mơ lệch pha bên có chiều cao 0,06m, chiều dài mấp mô 2,5m với vận tốc khảo sát 60km/h gia tốc cực đại bình phương gia tốc trung bình nên dao động tơ vượt giới hạng cho phép đánh giá độ êm dịu chuyển động hư hỏng xe qua mấp mô [4] SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) V=80km/h V=60km/h Hình 14 Góc lắc ngang thân xe V=80km/h Kết luận Để đảm bảo độ êm dịu chuyển động, an toàn động lực học tuổi thọ tơ Toyota Vios 1.5G lái ô tô mấp mô lệch pha bên có chiều cao 0,06m, chiều dài mấp mô 2,5m tài xế phải cho xe chạy chậm tốc độ từ 40km/h trở lại Nếu chạy qua mấp mô lệch pha bên có chiều cao 0,06m, chiều dài mấp mơ 2,5m tốc độ 40km/h tơ dao động mạnh vượt giới hạn cho phép khả chịu đựng người, ô tô không đảm bảo an toàn chuyển động tuổi thọ ô tô giảm 221 HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Văn Hường tác giả, Động lực học ô tô, NXB Giáo dục Việt Nam, 2014 [2] Trần Thanh An, Nghiên cứu tối ưu thông số hệ thống treo ôtô, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 2012 [3] Nguyễn Quốc Cường, Nghiên cứu khảo sát dao động xe biên dạng đường khác nhau, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, 2018 [4] ISO 2631-1:1997, Mechanical vibration and shock - Evaluation of human exposure to wholebody vibration - Part 1: General requirements vibration, 1997 [5] Wuwei Chen, Integrated vehicle dynamic and control, John Wiley & Sons, Singapore, 2016 [6] Reza N Jazar (2017), Vehicle dynamics theory and application, Springer Switzerland [7] P Sundstroăm, M Jonasson, J Andreasson, A Stensson Trigell, and B Jacobsson,- Path and control optimisation for over-actuated vehicles in two safety - critical maneuvers, in10th Int Symp on Advanced Vehicle Control (AVEC), (Loughborough, United Kingdom), 2010 222 [8] J Andreasson, - Enhancing active safety by extending controllability - How much can be gained?,in IEEE Intelligent Vehicles Symp., (Xi’an, Shaanxi, China), pp.658-662, June 2009 [9] H B Pacejka, Tyre and Vehicle Dynamics Oxford, United Kingdom: ButterworthHeinemann, second ed., 2006 [10] U Kiencke and L Nielsen, Automotive Control Systems-For Engine, Driveline and Vehicle Berlin Heidelberg: Springer - Verlag, second ed., 2005 [11] K Berntorp, -Derivation of a six degrees-offreedom ground - vehicle model for automotive applications, Technical Re- port ISRN LUTFD2/TFRT 7627 SE, Department of Automatic Control, Lund University, Sweden, Feb 2013 Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 11/6/2021 05/8/2021 15/8/2021 SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) ... chuyển động, không gây mệt mỏi cho người ngồi xe đảm bảo tuổi thọ ô tô [4] (7) Kết khảo sát Tác giả sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để khảo sát dao động ô tô Toyota Vios 1.5G Sử dụng mấp mô đơn... xe ô tô qua mấp mô hình sin có chiều cao 0,06m, chiều dài mấp mơ 2,5m với vận tốc khảo sát 60km/h Quan sát Hình ta thấy ô tô qua mấp mô hình sin có chiều cao 0,06m, chiều dài mấp mơ 2,5m với vận. .. mơ 2,5m với vận tốc khảo sát 60km/h gia tốc cực đại bình phương gia tốc trung bình nên dao động ô tô vượt giới hạng cho phép đánh giá độ êm dịu chuyển động hư hỏng xe qua mấp mô [4] SỐ ĐẶC BIỆT