3.2.1. Mô hình hóa hệ thống treo
Mô hình xe đầy đủ được dùng để khảo sát trong đề tài là mô hình được mô tả trên hình 2.12 của chương 2. Mô hình này sử dụng hệ thống treo trước dạng MacPherson và sau là treo hai đòn ngang (Double Wishbone). Để làm rõ tư tưởng của việc ứng dụng MBS trong ADAMS/Car khi thiết lập mô hình khảo sát dao động đối với mô hình này, phần này trình bày việc mô hình hóa một hệ treo hai đòn ngang sử dụng trong ADAMS/Car như trên hình (3.1) đến (3.4). Đây là các sơ đồ định nghĩa các vật, các joint, các khớp liên kết và qui ước tên của các vật và các points mô tả một hệ thống treo độc lập hai đòn treo ngang.
Hình 3.1 Định nghĩa các vật thành phần của hệ treo hai đòn ngang trong ADAMS/Car
Hình 3.2 Định nghĩa các joint và các liên kết mô tả hệ treo hai đòn ngang trong ADAMS/Car
Hình 3.3 Định nghĩa các ràng buộc của hệ treo hai đòn ngang trong ADAMS/Car
Hình 3.4 Định nghĩa các tên qui ước của các vật và các point của hệ treo hai đòn ngang trong ADAMS/car.
Các thông số chính xác định các point là tên định dạng và tọa độ (x, y, z) trong các hệ qui chiếu động. Đối với các vật, các thông số đặc trưng là tên định dạng, tọa độ trọng tâm, mô men quán tính khối lượng, các marker chỉ
phương để xác định vị trí tương đối của các vật trong hệ tọa độ tổng thể. Các ràng buộc trong hệ thống treo và liên kết giữa hệ thống treo với thân xe và bánh xe cũng được định nghĩa bằng các biến liên kết trong tập các biến vào ra của ADAMS.
3.2.2. Mô hình khảo sát hệ dao động ô tô bằng ADAMS/Car
Mô đun ADAMS/Car được thiết kế trên tư tưởng của phương pháp lập trình hiện đại dựa trên cấu trúc dữ liệu hướng đối tượng cho phép thiết lập mô hình hệ thống treo nói riêng và mô hình toàn xe nói chung một cách nhanh chóng. Mô hình toàn bộ được cấu thành từ các mô hình con trên cơ sở các mô đun mẫu, sau đó thiết lập các thông sô cho chúng. Các thông số này có thể thay đổi khá mềm dẻo theo mục đích mà không cần phải xây dựng lại mô hình từ đầu. Hơn nữa bằng tư tưởng sử dụng các testrig thể hiện các phương án khảo sát với các tải trọng truyền vào mô hình rất đa dạng có thể phối hợp giải quyết nhiều vấn đề của động lực học chuyển động của ô tô như đã trình bày ở phần trên.
Mô hình khảo sát dao động ô tô trong môi trường ADAMS/Car được tạo thành từ các vật thành phần. Trong ADAMS/Car các vật cơ bản tham gia vào mô hình dao động ô tô được tổ chức thành các mô hình con (subsystem) gồm có các kiểu chính sau: Mô hình con mô tả phần thân xe; Mô hình con mô tả treo trước và sau của ô tô; Mô hình con mô tả bánh xe trước và sau của ô tô; Mẫu thử có tên __ARIDE_FOUR_POST_TESTRIG khai báo các thông số đầu vào của mô hình. Các mô hình con lại có thể chứa các vật thành phần nhỏ hơn. Ví dụ mô hình hệ treo sau kiểu hai đòn ngang được chia làm 5 vật có khối lượng và mô men quán tính định nghĩa theo các trục.
Ngoài ra còn các mô hình con mô tả các hệ thống khác như : Động cơ- hệ thống truyền lực, hệ thống lái, hệ thống phanh…. Trong luận văn các mô
hình này được đưa vào chỉ nhằm phản ánh sự phân bố khối lượng phần treo khi khảo sát dao động.
Mô hình ô tô khảo sát được thiết lập trên cơ sở các mô hình mẫu trong thư viện của ADAMS/Car với các thông số khối lượng và kích thước chính của mô hình khảo sát như sau:
- Khối lượng thân xe : 995 kg - Khối lượng động cơ : 300 kg
- Khối lượng bánh xe cầu trước : 20 kg. - Khối lượng bánh xe cầu sau ; 20 kg
- Khối lượng các chi tiết của hệ treo cầu trước : 10.5 kg - Khối lượng các chi tiết của hệ treo cầu sau: 20.5 kg - Khối lượng hệ thống lái: 7.6 kg
- Chiều dài cơ sở L = 2560 mm
- Chiều rộng cơ sở cầu trước B1 = 1520 mm - Chiều rộng cơ sở cầu sau B2 = 1594 mm
Tên dịnh dạng trong ADAMS/Car và tọa độ các điểm liên kết cứng (Hardpoint) của các mô đun con mô tả thân xe , hệ treo trước và hệ treo sau theo hệ tọa độ tuyệt đối (OXYZ) trong mô hình thể hiện trên các Bảng 3.1 đến 3.3
Bảng 3.1. Tọa độ các điểm liên kết cứng của thân xe
Bảng 3.3. Tọa độ các điểm liên kết cứng của treo sau
Mô hình khảo sát được lưu trữ trong tệp MH_1_OK.asy (Xem Phụ lục A1). Trong mô hình sử dụng các mô hình con như sau:
MH_Body.sub - Thân xe;
MH_Front_Macpherson.sub - hệ treo trước;
MH_Rear_Suspension.sub - hệ treo sau;
MH_Front_Tires.sub - lốp trước;
MH_Rear_Tires.sub - lốp sau;
MH_Steering - Hệ thống lái;
Các mô hình con mô tả hệ thống treo sử dụng các thuộc tính của phần tử đàn hồi và giảm chấn được định nghĩa trong mô hình mẫu spring.tpl (MDI_125_300_spr.xml, mdi_0001_spr.xml), damper.tpl (MDI_default.dpr, mdi_0001.dpr). Đặc tính phần tử đàn hồi có dạng như trên hình 3.5 và 3.6.
Hình 3.5 Đặc tính làm việc của phần tử đàn hồi a-Treo trước ; b-Treo sau
Hình 3.6 Đặc tính làm việc của phần tử giảm chấn a-Treo trước ; b-Treo sau
Mô hình con mô tả cụm bánh xe trong mô hình được định nghĩa ở tệp _handling_tire.tpl. Chúng sử dụng thuộc tính lốp định nghĩa trong tệp TR_front_pac89.tir và TR_rear_pac89.tir. Các liên kết giữa mô hình của hệ treo với thân xe (body) được thể hiện qua các Bushing được định nghĩa có tệp dạng *.bus trong mô hình. Mẫu thử sử dụng trong mô hình là _ _ARIDE_FOUR_POST_TESTRIG
Trên hình 3.7, hình 3.8 và hình 3.9 là mô hình hệ thống treo trước dạng Macpherson, treo sau hai đòn ngang và mô hình khảo sát dao động ô tô bằng ADAMS/Car của mô hình dao động ô tô khảo sát ở dạng đồ họa. Định nghĩa các vật, các điểm liên kết chính, các ràng buộc, các biến vào ra của mô hình con MH_Front_Macpherson.sub xem trong Phụ lục A2.
Hình 3.7 Mô hình treo trước dạng Macpherson
Hình 3.9 Mô hình khảo sát dao động ô tô bằng ADAMS/Car
3.3. Khảo sát dao động ô tô trong môi trường ADAMS/Car 3.3.1. Các phương án khảo sát
Sử dụng mẫu thử __ARIDE_FOUR_POST_TESTRIG trong ADAMS/Car chúng ta có thể dễ dàng truyền vào mô hình các biến giao tiếp đã được định nghĩa tương ứng với các tải trọng khác nhau tác dụng lên ô tô.
Các tải trọng ngoài tác dụng lên mô hình có thể đưa ra dưới dạng các kích động động học, lực học dưới dạng các chuyển vị cưỡng bức, các lực cũng như các phổ lực tác dụng theo các phương.
Trong khuôn khổ luận văn chỉ xét các tác động động học là các chuyển vị cưỡng bức, tác động vào vùng tiếp xúc bánh xe với mặt đường hoặc các ngõng trục của bánh xe, được mô tả như các dịch chuyển cưỡng bức (bởi các
motion trong ADAMS). Các kích động có thể truyền vào mô hình thông qua bốn bánh xe nhờ bốn tạo bộ kích động (Actuation) có thể điều khiển được dưới ba dạng sau:
- Kích động bằng các hàm sweptsine với các tần số lớn nhất khác nhau;
- Các hàm hình học - mô tả mấp mô dạng xung hoặc bậc cũng như các hàm dạng hình sin;
- Các kích thích ngẫu nhiên được mô tả như các thể hiện ngẫu nhiên được lưu trữ dưới dạng các tệp số liệu, được xác định từ thực nghiệm.
Các kích động từ mặt đường lên xe qua 4 bộ tạo kích động cho phép xác định các thông số đánh giá dao động của mô hình khảo sát với các chế độ kích động khác nhau lên từng bánh xe, từng cầu hoặc tất cả các bánh xe. Các kích động này có thể đặt ở vết tiếp xúc bánh xe với mặt đường hoặc trực tiếp vào tâm trục bánh xe. Để làm rõ các nội dung trên luận văn tiến hành sẽ khảo sát 2 trường hợp:
Trường hợp 1: Xác định các thông số dao động của ô tô với 2 dạng kích động chính từ mặt đường là sweptsine và road pfofile.
+ Với kích động sweptsine
Kích động dạng sweptsine có phương trình như sau
)) sin( * ) (cos( ) (s f θ i θ P = + (3.1) Trong đó : f - lực kích thích cực đại θ - góc pha i - là số phức Sử dụng kích động dạng sweptsine có thể xác định vùng tần số cộng hưởng của dao động.
Ví dụ trong phạm vi 10 s, tần số kích thích thay đổi tuyến tính từ 0 đến 20 Hz mà biên độ có dạng tăng đột biến tại thời điểm 5s có nghĩa là vùng tần số
cộng hưởng của hệ sẽ là khoảng 10Hz. Đồ thị trên hình 3.10 minh họa dáng điệu dang kích động hàm sweptsine.
Hình 3.10 Minh họa kích động vào mô hình dạng sweptsine
Với dạng này, có thể khảo sát với các tùy chọn tần số kích động lớn nhất (end freq.), biên độ kích động (disp. amplitude) …
+ Dạng thứ hai (road pfofile) sử dụng để xác định các thông số dao động khi chuyển động trên đường có biên dạng khác nhau. Trong trường hợp này giả thiết kích thích được truyền vào mô hình dưới dạng hàm thời gian ở hai vệt bánh xe hai bên. Các kích thích được lưu giữ ở dạng tệp văn bản có phần mở rộng *.rpt. Với dạng này, có thể khảo sát với các vận tốc, dạng biên dạng đường khác nhau.
Trường hợp 2: Xác định ảnh hưởng của một số yếu tố đến dao động ô tô như vận tốc ô tô, độ cứng của hệ treo, ảnh hưởng của lốp xe, khối lượng bánh xe...
3.3.2. Kết quả khảo sát dao động ô tô hai cầu bằng ADAMS/Car
Khi chạy chương trình ADAMS/Car với tệp mô hình ở trên, ta có thể lựa chọn các thông số của tải trọng tác động theo các trường hợp. Từ đó ta có thể xác định không những các thông số đánh giá dao động ô tô mà các mô
hình khác đánh giá được (các thông số dao động của trọng tâm thân xe, cầu xe, bánh xe…) mà còn có thể xác định được một số các thông số khác như: các thông số đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống treo cũng như mối quan hệ về mặt động học giữa phần treo và không treo trong không gian. Các thông số này gồm: quỹ đạo chuyển động của tâm bánh xe, tiếp xúc bánh xe với mặt đường trong quá trình dao động của xe, lực động của lốp …
3.3.2.1 Khảo sát các dạng kích động khác nhau a. Kích động dạng sweptsine
Các trường hợp khảo sát với kích động sweptsine xem bảng 3.4 Bảng 3.4 Các trường hợp khảo sát sử dụng dạng kích động swept sine
STT Tên tệp kết quả Tệp đặc tính phần tử đàn hồi Khối lượng lốp sau (kg) End Fre. (Hz) Disp. Amplitude (mm) Active Actuators Input locations Beneath Tires (tir) Wheel Spindles (wh) 1 a1 mdi0001 20 30 10 All x 2 a5 MH_0001 20 30 10 All x 3 a6 MH_0002 20 30 10 All x 4 a7 MH_0003 20 30 10 All x 5 a55 MH_0001 20 30 10 All x 6 a66 MH_0002 20 30 10 All x 7 a77 MH_0003 20 30 10 All x 8 a8 mdi0001 20 30 10 Rear x 9 a9 mdi0001 25 30 10 Rear x
10 a10 mdi0001 30 30 10 Rear x
Hộp thoại truyền tham số kích động dạng này thể hiện trên hình 3.11. Kết quả tính sẽ xác định được vùng tần số có thể xảy ra cộng hưởng, các dịch chuyển tịnh tiến theo các phương hoặc các dịch chuyển góc xung quanh các trục, vận tốc, gia tốc của các điểm trọng tâm thân xe, cầu xe cũng như của các tọa độ hình học (hardpoint). Các kết quả này được lưu trữ trong các biến ra
được định nghĩa trong mẫu thử. Các biến sử dụng trong luận văn và ý nghĩa của chúng thể hiện trong Bảng 3.5.
Hình 3.11 Hộp thoại nhập thông số vào với kích động Sweptsine
Trong thuyết minh luận văn này chỉ xuất ra một số kết quả biểu diễn các tham số dao động của trọng tâm thân xe, trọng tâm bánh xe… theo
thời gian. Kết quả tính toán được thể hiện nhờ menu Review với hộp thoại PostProcessor.
T
T Tên biến Ý nghĩa
Đơn vị 1 chassis_displacements.vertical Dịch chuyển của thân
xe theo phương Z
mm 2 chassis_displacements.lateral Dich chuyển của thân
xe theo phương Y
mm 3 chassis_displacements.longitudinal Dich chuyển của thân
xe theo phương X
mm 4 chassis_volocitier.vertical Vận tốc dịch chuyển
của thân xe theo phương Z
mm/ s 6 chassis_ volocitier.lateral Vận tốc dich chuyển
của thân xe theo phương Y
mm/ s 7 chassis_ volocitier.longitudinal Vận tốc dich chuyển
của thân xe theo phương X
mm/ s 8 chassis_accelerations.vertical Gia tốc dịch chuyển
của thân xe theo phương Z
mm/ s2 9 chassis_ accelerations.lateral Gia tốc dich chuyển
của thân xe theo phương Y
mm/ s2 10 chassis_ accelerations.longitudinal Gia tốc dich chuyển
của thân xe theo phương X
mm/ s2 11 chassis_accelerations.roll Gia tốc góc của thân
xe xung quanh trục X
độ/s 2 12 chassis_ accelerations.picth Gia tốc góc của thân
xe xung quanh trục Y
độ/s 2 13 chassis_ accelerations.yaw Gia tốc góc của thân
xe xung quanh trục Z độ/s 2 14 Front_Macpherson.ges_spindle_XFR OM.Z Dịch chuyển của bánh xe phía trước theo phương Z
mm 15 Rear_Macpherson.ges_spindle_XFRO
M.Z
Dịch chuyển của bánh xe phía sau theo phương Z
mm 16 til_wheel_tire_forces.normal_front Lực tác dụng lên bánh
xe cầu trước theo phương Z
N 17 til_wheel_tire_forces.normal_rear Lực tác dụng lên lên
bánh xe cầu sau theo phương Z
Trên hình 3.12 là đồ thị kết quả gia tốc dao động và phổ gia tốc dao động theo phương thẳng đứng của trọng tâm phần treo trên mô hình trong các trường hợp khảo sát. Số liệu dạng bảng tương ứng xem Phụ lục A3.
Hình 3.12 Gia tốc dao động tịnh tiến theo phương Z của thân xe.
Có thể thấy ở tần số kích động là 3.02 Hz và 14.9 Hz biên độ gia tốc dịch chuyển thẳng đứng tăng đội ngột, đây chính là cáct tần số cộng hưởng thấp và cao của hệ dao động. Tương tự, ở các hình từ 3.13 đến 3.15 ta cũng xác định được các vùng cộng hưởng tương ứng với các dạng dao động góc khác nhau của thân xe.
Hình 3.13 Gia tốc dao động góc xung quanh trục Y của thân xe.
Hình 3.14 Gia tốc dao động góc xung quanh trục X của thân xe.
Hình 3.15 Gia tốc dao động góc xung quanh trục Z của thân xe. + Đối với dao động với dao động góc xung quanh trục X (rolling) các tần số này là 3.8 Hz và 14.77 Hz.
+ Đối với dao động với dao động góc xung quanh trục Y (pitching) các tần số này là 3.02 Hz và 15.1 Hz.
+ Đối với dao động với dao động góc xung quanh trục Z (yaw) các tần số này là 2.79 Hz và 14.7 Hz.
b. Kích động dạng road pfofile
Các kích động vào mô hình trong trường hợp này là tệp số liệu đường *.rpt được lưu trữ trong thư mục road_proffile.tpl. Số liệu có thể truyền vào mô hình dưới hai dạng: RPC hoặc table function.
Trong luận văn tập trung khảo sát dạng table function trên hình 3.16 là hộp thoại nhập thông số vào cho kích động dạng road profile
Các trường hợp khảo sát với kích động road profiles xem bảng 3.6
Hình 3.16. Hộp thoại nhập số liệu khảo sát dạng roadfile. Bảng 3.6 Các trường hợp khảo sát sử dụng dạng kích động road profiles
STT OutputPrefix hìnhMô Velocities(m/s)
Active Actuators
Road
Profiles Input Locations Left (l) Right (r) All (a) Bump (b) Sine (s) Beneath Tires (tir) Wheel Spindles (wh) 1 a2 MH1 2.56 x x x 2 a3 MH1 1.28 x x x 3 a4 MH1 0.64 x x x
Trong luận văn này sử dụng dạng tablen function để khảo sát với kích động dạng xung hình thang ở một bên vết bánh xe. Dạng xung mấp mô khảo sát là xung hình thang như ở chương 2 với các tham số là S1=0.54 m,