Mô phỏng và phân tích đáp ứng hệ thống treo ghế ngồi người lái xe buýt trên miền tần số

Giới thiệu mô hình tổng thể

Mô hình hệ thống treo ghế ngồi người lái xe buýt hình 3.1 được lắp trên bệ đỡ dạng thép chữ U với cao độ vừa phải theo chiều cao của một người bình thường. Người ngồi được mô tả dưới dạng khối lượng tập trung thành một khối trên mặt ghế. Xét tổng thể mô hình hình 3.1 có dạng mô hình 1DOF với khả năng chuyển động theo phương đứng.

Hệ thống treo ghế hình 3.1 thuộc dạng hệ thống treo ghế bị động với phần tử đàn hồi dạng bầu hơi, phần tử giảm chấn thủy lực dạng ống đơn và cơ cấu dẫn hướng dạng chữ X. Trong đó, bầu hơi được cấp khí từ nguồn áp suất trên xe có thể điều chỉnh được bằng van điều khiển ba vị trí có khả năng tăng, giảm và cố định áp suất. Phần tử giảm chấn dạng ống thủy lực đơn có khả năng điều chỉnh độ giảm chấn thông qua thay đổi tiết diện lỗ tiết lưu bằng núm xoay.

Giới thiệu các phần tử mô hình

Khi bầu hơi làm việc, hình 3.6, pít-tông ở trạng thái bình thường (bầu hơi không biến dạng,  z 0) dưới tác dụng của ngoại lực sẽ di chuyển ra theo chiều dương trục z (quá trình giãn,    z z0 z1 0) hoặc di chuyển vào trong theo chiều âm trục z (quá trình nén,    z z0 z2 0) và cuốn theo vỏ bầu hơi, nên khi biến dạng, thể tích bầu hơi chủ yếu thay đổi theo phương dọc trục z, sự thay đổi theo phương ngang không đáng kể và gần như chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi chiều cao của bầu hơi theo mức độ chuyển vị. Mối quan hệ giữa lực tác dụng F và độ biến dạng của bầu hơi z Đường đặc tính của bầu hơi trên hình 3.7 mô tả mối liên hệ giữa lực tác dụng F (kéo, nén) và độ biến dạng của bầu hơi z là một dạng đường cong phi tuyến. Tuy nhiên, theo nhiều nghiên cứu về bầu hơi cho hệ thống treo xe nói chung và cho hệ thống treo ghế nói riêng thì sự ảnh hưởng của việc co dãn ở vật liệu làm bầu hơi chiếm trọng số không lớn khi kết quả thực nghiệm so với kết quả từ mô hình mô phỏng (không xét vật liệu) có mức độ tương đồng cao [55-58].

Trong thực tế vận hành, sự thay đổi trạng thái của khối khí trong bầu hơi ngoài ảnh hưởng của sự thay đổi thể tích còn bị ảnh hưởng lớn bởi tốc độ thay đổi thể tích (hay phụ thuộc tần số kích thích). Mối quan hệ giữa lực tác dụng F và tốc độ chuyển vị tương đối v Xét cấu tạo của giảm chấn hình 3.8 thấy được ở trạng thái tĩnh giảm chấn hoàn toàn không sinh ra phản lực như bầu hơi. Mức độ thuận lợi trong việc truyền lưu chất phụ thuộc vào đường kính lỗ tiết lưu và số lượng lỗ làm việc ở kì nén và kì giãn, từ đó làm cho lực giảm chấn lớn nhỏ theo trạng thái vận hành.

Cơ cấu dẫn hướng hệ thống treo ghế ngồi người lái xe buýt hình 3.11 có dạng tổng thể là cơ cấu chữ X với tính năng chính là chuyển vị được theo phương đứng nhưng vẫn đảm bảo vị trí trọng tâm người lái không thay đổi theo phương ngang. Kích thước hình học của cơ cấu dẫn hướng như chiều dài cánh dẫn hướng và vị trí liên kết với bầu hơi, giảm chấn trên cơ cấu sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tương tác lực, mô-men giữa các phần tử này khi vận hành (mục 3.2.3).

Mô hình mô phỏng

Khi bầu hơi chịu tác động của lực F(t) theo thời gian, hình 3.13, bầu hơi bị nén hoặc giãn đoạn Δx tương ứng với thay đổi thể tích dẫn tới khối khí lí tưởng bên trong bầu hơi sẽ nhận hoặc sinh công và trao đổi năng lượng với môi trường bên ngoài, từ đó làm cho áp suất và nhiệt độ bên trong bầu hơi thay đổi theo thời gian. Do không có sự trao đổi khí giữa bên trong và ngoài bầu hơi nên tổng khối lượng khí của bầu hơi mas không đổi theo thời gian hay mas 0 dẫn tới Uas= m .c .Tas v as. Theo giả định ban đầu, xem như bầu hơi chỉ biến dạng theo phương đứng (biến dạng theo phương ngang không đáng kể) nên thể tích bầu hơi Vas và sự biến thiên thể tích Vas dưới kích thích y(t) hình 3.14 theo thời gian được tính theo (3.4), (3.5).

Tương tự việc mô phỏng bầu hơi, mục đích cuối cùng của việc mô phỏng phần tử giảm chấn là tìm phương trình toán học mô tả sự thay đổi của áp suất bên trong phần tử theo thời gian qua sự biến đổi thể tích khi chịu ngoại lực, từ đó, tính toán ra được phản lực mà phần tử này tác động lên hệ thống. Trong thực tế vận hành giá trị β chỉ thay đổi trong môi trường làm việc với áp suất cao trên 100 bar, đối với giảm chấn trên ô tô áp suất không đạt đến mức này nên có thể xem như β là hằng số [61]. Mô hình tính cơ cấu dẫn hướng hệ thống treo ghế Giả định vật m đang di chuyển đi lên và hệ thống treo đang doãn ra.

Vận tốc tương đối của K so với D theo phương DK với chiều dương hướng từ D về K, được tính theo (3.37). Tổng hợp tất cả các mô hình toán học mô tả các phần tử thành phần thu được mô hình toán học tổng thể mô tả toàn bộ hệ thống mô hình 3DOF hình 3.3.