Nghiên cứu tính chất động lực học của hệ thống treo ô tô trên phương diện lý thuyết

Ph−ơng pháp nghiên cứu lý thuyết

Đối với các mô hình tuyến tính, việc giải các ph−ơng trình vi phân này bằng giải tích có thể tiến hành theo nhiều cách khác nhau, lời giải nhận đ−ợc có độ chính xác tùy ý. Việc ứng dụng ma trận khảo sát hệ dao động này nhằm lập phương trình vi phân chuyển động của hệ, lập phương trình tần số để xác định tần số và biên độ dao động tự do cũng nh−. Để nhận được phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ, thuận lợi hơn cả là dùng phương trình Lagrăngiơ loại II để lập phương trình dưới dạng ma trận.

Trong ph−ơng trình vi phân cấp 2 dạng ma trận (2.10), ma trận M là ma trận đường chéo và gọi là ma trận khối lượng, ma trận K là ma trận đối xứng và gọi là ma trận độ cứng, ma trận chuyển vị X và ma trận đạo hàm bậc 2 của chuyển vị X&&là các ma trận cột. Dao động tự do của hệ có thể biểu diễn dưới dạng hàm điều hòa X = Asinωt với A là biên độ dao động, ω là tần số dao động tự do. Do đặc tính phi tuyến của các phần tử đàn hồi, hệ phương trình vi phân diễn tả dao động của hệ thống là hệ phương trình vi phân phi tuyến chỉ có lời giải theo các phương pháp gần đúng.

Hiện nay, do sự phát triển rộng rãi của máy tính điện tử, nhiều máy tính có bộ nhớ lớn và tốc độ tính toán rất cao có thể thực hiện đ−ợc các yêu cầu rất phức tạp của các bài toán đặt ra. Một phương pháp số được ứng dụng rộng rãi giải gần đúng các phương trình vi phân phi tuyến là ph−ơng pháp Runghe-kutta. Trong luận văn sử dụng ph−ơng pháp giải tích, ph−ơng pháp ma trận chuyển tiếp, phương pháp phân tích và tổng hợp hệ thống cơ học để thành lập phương trình dao động của hệ thống treo xe ô tô.

Ph−ơng pháp thử nghiệm máy thực

- Nghiên cứu các quá trình chuyển tiếp, dao động ổn định, các hiện t−ợng cộng h−ởng, hiện t−ợng phách;. Quá trình nghiên cứu này có thể đ−ợc thực hiện trong phòng thí nghiệm hoặc trên đ−ờng. Phương pháp nghiên cứu độ êm dịu chuyển động của ôtô trong phòng thí nghiệm.

- Ô tô đứng trên mặt phẳng dao động theo chu kỳ nhờ cơ cấu biên tay quay;. Khi dùng các bệ thiết kế theo các ph−ơng pháp nói trên ng−ời ta ghi chuyển dịch và gia tốc của các bộ phận ô tô nhờ các dụng cụ tự ghi. Gia tốc của vỏ ô tô đợc ghi nhờ các gia tốc ký đặt ở các điểm khác nhau nh− ở ghế ngồi, ở sàn xe v.v.

Chuyển dịch của vỏ ô tô đ−ợc ghi bằng cách quay phim khi thí nghiệm hoặc bằng cách chụp ảnh các điểm phát sáng đ−ợc gắn trên ô tô. Tốc độ chuyển động của ô tô khi thí nghiệm đ−ợc chọn tùy theo loại ô tô và loại đường. Chiều dài đoạn đường thí nghiệm đối với đường nhựa tốt thường là 1000 m, còn đối với các loại đường xấu hơn có tốc độ thấp, chiều dài đoạn.

Một số chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu chuyển động của

Việc nghiên cứu độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể tiến hành trong phòng thí nghiệm hoặc trên đường. Thử dao động trong phòng thí nghiệm cho phép rút ngắn thời gian, tạo đ−ợc các điều kiện dao động theo yêu cầu, giảm.

Lựa chọn thiết bị dùng trong nghiên cứu thực nghiệm tính chất dao động của ôtô

Dao động của các điểm trên ô tô đ−ợc ghi lại trên băng giấy 4 nhờ các thanh thẳng đứng nối điểm đó với cuộn giấy 4 và đầu các thanh có đặt các đầu ghi loại cơ khí. Nhờ thanh 8, giá đỡ 9 và con lắc 10 quay quanh trục của giá đỡ 9 ta có thể chuyển động theo phương nằm ngang của ghế ngồi thành dao động theo phương thẳng đứng và qua thanh 11 có thể ghi dao động theo phương thẳng. Băng chuyển động 2 của bệ thử đ−ợc dẫn động bởi tang trống chủ động 14 và đồng thời nó cũng làm điểm tựa cho các bánh xe sau của ô tô, còn tang trống 16 làm điểm tựa cho bánh xe tr−ớc.Tang trống 16 có thể dịch chuyển trên khung của bệ thử để phù hợp với chiều dài cơ sở của ô tô.

Từ các đường cong này ta có ta có thể xác định được chu kỳ dao động T của ô tô (phần đ−ợc treo) và Tbx của các bánh xe (phần không đ−ợc treo), xác định. Nh− đã nêu ở trên, nếu dùng các cảm biến gia tốc, ta có thể ghi các gia tốc của các điểm và từ đó phân tích đ−ợc tác động của các thông số dao động. Trong quá trình phát triển của kỹ thuật đo lường đã có nhiều loại thiết bị đo dao động, từ thô sơ đến hiện đại.

- Bộ phận tiếp xúc: Theo nguyên lý động học, thiết bị có đầu đo với mũi nhọn để tỳ vào điểm cần đo và đặt vào theo phương chuyển vị cần đo. - Bộ phận khuếch đại: có nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu ở đầu tiếp xúc, thường áp dụng nguyên lý khuếch đại theo kiểu đòn bẩy. Giấy căng trên hai rulô, rulô quay làm giấy di chuyển với tốc độ cần làm thí nghiệm theo phương vuông góc với phương chuyển động của kim, do đó tạo đ−ợc đồ thị quan hệ giữa đại l−ợng cần đo theo thêi gian.

Giới thiệu ph−ơng pháp và thiết bị nghiên cứu thực nghiệm

Băng thử gồm 2 cặp con lăn giống hệt nhau (hình 4.8) dùng để thử phanh, liền sau là 2 bàn rung để tạo dao động cho từng bánh xe của mỗi cầu. Phần hiển thị có một màn hình tinh thể lỏng LCD và đồng hồ chỉ thị kim cho biết trọng l−ợng cầu xe, lực phanh, góc tr−ợt ngang và tín hiệu rung (hình 4.9). - Không có sự trễ (sự phụ thuộc đơn giá trị vào và ra) - Xác định đ−ợc dạng liên hệ giữa đại l−ợng vào và ra - Độ nhạy và độ chính xác cao.

Được sự giúp đỡ của Trung tâm Đo lường và Giám định máy nông nghiệp, chúng tôi sử dụng thiết bị đo chuyên dùng đo dao động VM-82 do Nhật Bản chế tạo. Thiết bị này có thể đo đ−ợc gia tốc dao động (ACC), vận tốc dao động (VEL) và chuyển vị hay biên độ dao động của bất kỳ loại máy móc nào tùy theo lựa chọn tần số thích hợp. Ngoài khả năng hiển thị số, hiển thị đồ thị vạch để dễ quan sát, thiết bị này còn cho phép lưu trữ vào bộ nhớ trong tới 1000 địa chỉ.

Đặc biệt nó còn có các cổng xuất tín hiệu ra dưới dạng analog (1 VAC hoặc 1 VDC) hoặc dạng digital để truyền sang máy tính qua giao diện RS 232. Bộ phận cảm biến là một sensor áp điện thạch anh có độ nhạy cao, cho phép đo đ−ợc các dao động có dải biên độ và tần số rất rộng với độ chính xác rất cao. Có thể nói VM 82 là một trong những thiết bị đo dao động thuộc loại hiện đại nhất hiện nay, nó hoàn toàn đáp ứng đ−ợc việc thí nghiệm nghiên cứu dao động của ô tô nói chung và nghiên cứu động lực học của hệ thống treo nói riêng.

Kết quả nghiên cứu thực nghiệm

Qua nhiều chế độ thí nghiệm thấy rằng, biên độ và tần số dao động kích thích của bệ rung hầu nh− không phụ thuộc vào trọng l−ợng của cầu xe đứng trên bệ. Cụ thể biên độ cực đại trong dao động riêng chỉ là 1 mm, thậm chí là bằng 0 (tức là hầu nh− không có dao động) trong giai đoạn bệ rung dao động ổn định. Qua các đồ thị quan hệ giữa biên độ và tần số dao động xác định đ−ợc tại các vị trí đo trên xe TOYOTA, có thể sơ bộ nhận xét nh− sau: Bệ thử dao.

Qua đối chứng kết quả, có thể nhận thấy khi bộ giảm chấn thủy lực có tình trạng kỹ thuật kém thì biên độ dao động của khung vỏ xe sẽ tăng lên đáng kể: 2 mm so với 1.2 mm trong tr−ờng hợp giảm chấn tốt. Nếu tiến hành thêm một số thí nghiệm nữa và kết hợp với kết quả khảo sát trên mô hình lý thuyết có thể sẽ mở ra h−ớng khả thi trong kỹ thuật chẩn. • Nghiên cứu thực nghiệm về dao động của ô tô nói chung và của hệ thống treo nói riêng là cần thiết cho thiết kế cải tiến và đảm bảo sức khỏe cho những ng−ời sử dụng xe.

• Muốn có đ−ợc các thông số dao động đủ chính xác và tin cậy, nhất thiết phải sử dụng những thiết bị đo l−ờng chuyên dụng vầ những phần mềm tiên tiến. • Qua việc thử xe trên bệ rung và đo các thông số dao động của hệ thống treo, có thể xác định đ−ợc các tham số cơ bản của hệ nh− độ cứng và hệ số cản. • Với ph−ơng pháp và thiết bị nêu trên, hoàn toàn có khả năng thực hiện chẩn đoán kỹ thuật nhanh không cần tháo một số bộ phận trong hệ thống treo của ô tô.