0 ( ) ( ) w z z − Ω Φ Ω = Φ Ω Ω (2.22) Ω0 là t n s ầ ố bước sóng chuẩn λ0: λ0 = 0 2 Ω π = 6.28 m Ω0 = 1 (m-1)
ΦZ(Ω0) là đại lượng đặc trưng cho độ mấp mô; mũ (w) đặc trưng cho bước sóng đường. Với đường ô tô thì 1,7 < w < 3.3 ; phân b w = 2.4 là giá tr trung bình. ố ị
Bảng 2.1. Thông số của các cấp đư ng theo tiêu chu n ISO 8608:1995ờ ẩ
Cấp đường
Cấp độ mấp mô
( )0
Φ Ω (10-6m3) Φ n( )0 (10-6m3)
Gi i hớ ạn
dưới Trung bình Gi i hớ ạn trên Gi i hdưới ớ ạn Trung bình Gi i hớ ạn trên A B C D E F G H - 2 8 32 128 512 2048 8192 1 4 16 64 256 1024 4096 16384 2 8 32 128 512 2048 8192 - - 32 128 512 2048 8192 32768 131072 16 64 256 1024 4096 16384 65536 262144 32 128 512 2048 8192 32768 131072 - Ω0=1rad/m n0=0,1cycles/m
V bề ản chất đường ngẫu nhiên là các chiều cao mấp mô ngẫu nhiên với từng cấp độ. Biên dạng đường ngẫu nhiên theo phương dọc xe có th ể được xây dựng theo phương pháp Sinusoidal Approximation b ng tằ ổng các hàm điều hòa v i các bư c ớ ớ sóng, biên độ và pha ng u ẫ nhiên. Đây là phương pháp được các nghiên c u v dao ứ ề động ô tô s d ng ph bi n. Gi s xe chuyử ụ ổ ế ả ử ển động v i v n tớ ậ ốc v (m/s) không đổi trên chiều dài đường L(m). M t biên dộ ạng đường h(x) (m) có thể được mô tả theo công th c sau: ứ N i i i i 1 h(x) A sin( x ) = =∑ Ω − ϕ (2.23) Trong đó: Ai là biên độ; Ωi là tần số góc không gian; φi là pha của hàm điều
hòa được t o ra ng u nhiên trong khoạ ẫ ảng [0,2π]. Phương sai của biên d ng m t ạ ặ
đường ph thu c vào t n s ụ ộ ầ ố góc không gian và bước th i gian ΔΩ=(Ωờ N-Ω1)/(N-1) s t o ra mẽ ạ ật độ ph công suổ ất Φ(Ω) nếu Aiđược xác định theo công th c sau: ứ
i i
A = Φ Ω( )∆Ω (i 1 N)= ÷
π ( 2.24)
Ngoài ra, có thể ạo ra đườ t ng ng u nhiên trong mi n th i gian h(t) (m) theo ẫ ề ờ công th c sau: ứ N n o n i 1 h(t) A sin(n t ) = =∑ ω − ϕ (2.25) n n A = Φ Ω( ) ∆Ω (i= ÷1 N) π (2.26) Trong đó: ω0=2v.π/L
Khi xây d ng biên dự ạng đường ngẫu nhiên theo ISO8608 Φ(Ω0), Φ(Ωn) được l y theo b ng 2.1. ấ ả
2.3. Xây dựng mô hình mô phỏng dao động ¼ bằng Matlab Simulink 2.3.1. Giới thiệu về phần mềm Matlab Simulink
MATLAB là một môi trường tính toán số và lập trình, được thi t kế ế ở b i công ty MathWorks. MATLAB cho phép tính toán số ớ v i ma tr n, vậ ẽ đồ ị th hàm s hay ố biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ ập trình khác. MATLAB l giúp đơn giản hóa vi c gi i quyệ ả ết các bài toán tính toán kĩ thuật so v i các ngôn ng ớ ữ lập trình truyền thống như C, C++, và FORTRAN. MATLAB được sử ụ d ng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xử lý tín hiệu và ảnh, truyền thông, thi t k ế ế điều khi n t ể ự động, đo lường ki m tra, phân tích mô hình tài chính, hay tính toán sinh h c. V i ể ọ ớ hàng triệu kĩ sư và nhà khoa học làm việc trong môi trường công nghiệp cũng như ở môi trường hàn lâm, MATLAB là ngôn ng c a tính toán khoa h c. ữ ủ ọ
2.3.2. Các kh i mô phố ỏng mô hình dao động
Hình 2.19. Sơ đồ Simulink mô t ả mô hình dao động 1/4 50
Hình .2.20. Sơ đồ Simulink mô t ả dao động c a thân xe ủ
Hình 2.21. Sơ đồ Simulink mô t h th ng treo khí nén ả ệ ố
Hình .2.22. Sơ đồ Simulink mô t chuyả ển động c a khí nén ủ
Hình .2.23. Sơ đồ Simulink mô t ả dao động c a khủ ối lượng không được treo
Hình .2.2 4. Sơ đồ Simulink mô t biên d ng mả ạ ặt đường d ng cô sin ạ
CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT NH HƯ NG CỦẢ Ở A BIÊN D NG Ạ
MẶT ĐƯ NG ĐỜ ẾN DAO ĐỘNG Ô TÔ BẰNG MÔ HÌNH 1/4
3.1. Thông s ố và các phương án khảo sát 3.1.1. Thông s kh o sát ố ả
Thông số đầu vào để tính toán đượ c tham kh o tả ừ ầ c u sau của xe ô tô UNIVERSE K43-2F14 theo Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Các thông số khảo sát mô hình 1/4
STT Đại lượng Giá tr ị
1 Khối lượng được treo m = 4388 (kg)
2 Khối lượng không treo mA = 578 (kg)
3 H s gi m ch n ệ ố ả ấ K = 9804 (Ns/m) 4 Độ ứ c ng l p ố KL1 =986422 (N/m) 5 Áp suất khí nén ban đầu p0 = 800 (kPa) 6 S ố mũ đa biến n = 1,4 7 Diện tích mặt cắt ngang balon khí nén cầu trước Ae= 0,048 (m2) 8 Th tích bình khí chính cể ầu trước Vb0 = 0,028 (m3) 9 Th tích bình khí ph ể ụ Vr0 = 0,025 (m3) 10 Ti t diế ện đường ống nối bình khí ph ụ ds = 0,01 (m) 11 H s t n ệ ố ổ thấ ổt t ng cộng kT = 3,5
12 Khối lượng riêng c a khí nén ủ ρ = 1,293 (kg/m3)
Khi tiến hành nén tĩnh lò xo khí nén, độ ứng tĩnh K c tđược xác định như sau:
K = + p (3. 1)
Trong bi u th c (3.ể ứ 1) độ ứng tĩnh củ c a lò xo khí nén gồm độ cứng tĩnh tương ứng áp suất ban đầu và độ ứng do thay đổ c i th tích Vể b làm thay đổi áp su t Δpấ b
trong lò xo khí nén. Thể tích khí nén trong lò xo khí nén thay đổi giả thuyết ch do ỉ dịch chuyển là z: Vb=Vb0-Ae.z. Do đó áp suất tuyệt đối trong lò xo khí pb được viết như sau:
p = p = p . (3. 2)
Gi thuyả ết Aethay đổi không đáng kể nên (3.11) được viết như sau:
K = (3. 3)
L c nén Fự zđược đặt lên lò xo khí nén chi u cao làm viở ề ệc z:
F = p p A = p . p A (3. 4)
Lựa chọn thông số ban đầu cho lò xo khí nén, cho áp suất ban đầu p0 thay đổi: p0= 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900 kPa. Kết quả thu được đ c tính tải tĩnh lò xo ặ khí nén Fz (Hình 3.1).
Hình 3.1. Đặc tính tải tĩnh lò xo khí nén cầu sau
Luận văn có sử ụ d ng các thông s kh o sát cho h th ng treo khí theo b ng ố ả ệ ố ả 3.1. v i áp su t pớ ấ 0=800kPa. Riêng đố ới v i các k t qu h th ng treo nhíp trong lu n ế ả ệ ố ậ văn được đưa xác đ nh b ng vi c s dị ằ ệ ử ụng mô hình dao động ¼ v i vi c thay hệ ớ ệ thống treo khí nén bằng hệ ống treo nhíp với các thông số độ ứng nhíp là tương th c đương khi thể tích bình ph Vụ R0=0.
3.1.2. Các phương án khảo sát
Mục tiêu của luận văn là khảo sát hệ thống treo khí nén bằng mô hình ¼ đã xây dựng theo các điều kiện đường khác nhau. Chính vì v y luận văn có lựa chọn ậ m t s ộ ố phương án để khảo sát như sau:
- Phương án 1: Khảo sát ảnh hưởng c a chi u cao mủ ề ấp mô cô sin đến dao động c a h th ng treo khí có so sánh v i h th ng treo nhíp. ủ ệ ố ớ ệ ố
- Phương án 2: Kh o sát nh ả ả hưởng c a các loủ ại đường ng u nhiên t ẫ ừ A đến F đến dao động c a h th ng treo khí có so sánh v i h th ng treo nhíp. ủ ệ ố ớ ệ ố - Phương án 3: Kh o sát ả ảnh hưởng c a v n t c xe trên đư ng ng u nhiên ủ ậ ố ờ ẫ
loại D đến dao động c a h th ng treo khí có so sánh v i h th ng treo nhíp. ủ ệ ố ớ ệ ố 3.2. Kh o sát ả ảnh hư ng củở a chi u cao mề ấp mô cô sin đến dao động ô tô
Điều ki n kh o sát là xe chuyệ ả ển động v i v n t c đ u v=60km/h khi qua m p ớ ậ ố ề ấ mô cô sin v i chi u dài m p mô L=0,5m vớ ề ấ ới các chiều cao mấp mô khác nhau hmax=[0,01;0,02;0,03;0,04;0,05;0,06;0,07;0,08;0,09;0,1] m như hình 3. . Các kết 2 qu ả đánh giá là các thông số dao động c a ô tô vủ ới mô hình ¼ như: gia tốc dao động thân xe, tải trọng thẳng đứng, l c liên kự ết tại các điểm treo…
Hình 3.2. Dạng m p mô cô sin v i ấ ớ chiều dài L=0,5m
Hình 3.3. Gia tốc thân xe khi đi qua mấp mô hmax=0,05m
Hình 3.4. Tải tr ng thọ ẳng đứng tại bánh xe khi đi qua ấm p mô hmax=0,05m
Hình 3.5. Đồ ị ực đàn hồ ại điểm treo khi xe đi qua mấ th l i t p mô hmax=0,05m
Hình 3.6. Đồ ị ực cả th l n gi m ch n tả ấ ại điểm treo khi xe đi qua mấp mô hmax=0,05m
Hình 3.7. Đồ ị Δz khi xe đi qua mấ th p mô hmax=0,05m
Các kết qu so sánh gi a mô hình có h thả ữ ệ ống treo thường và treo khí qua cùng m t mộ ấp mô dạng cô sin v i hớ max=0,05m (t hình 3.ừ 3 đến hình 3. ) cho th7 ấy: Gia t c thố ẳng đứng của thân xe đố ớ ệ ối v i h th ng treo khí là nhỏ hơn so với hệ ố th ng treo nhíp. Điều này cho thấy ưu điểm của hệ thống treo khí so v i hớ ệ thống treo thường là gi m đư c dao đ ng c a thân xe. Các l c liên k t tả ợ ộ ủ ự ế ại điểm treo cũng có xu hướng biên độ nh ỏ hơn so vớ ệ ống treo nhíp. Điềi h th u này là do các ph n t khí ầ ử
nén đóng vai trò giảm ch n tấ ốt hơn so với h ệ treo nhíp. Đối v i t i tr ng th ng ớ ả ọ ẳ đứng, trong giai đoạn vào mấp mô là giai đoạn nén thì s khác bi t là không nhi u. ự ệ ề
Nhưng khi ở giai đoạn tr (hành trình gi m c a t i trả ả ủ ả ọng) thì biên độ ả t i tr ng t i ọ ạ giai đoạn này đố ới v i treo khí nén là nh ỏ hơn (Hình 3.4).
Hình 3.8. Đồ ị th gia t c thân xe cố ủa mô hình ¼ treo khí khi đi trên các mấp mô khác nhau
Hình 3.9. Đồ ị ả th t i tr ng thọ ẳng đứng của mô hình ¼ treo khí khi đi trên các mấp mô khác nhau
Khi kh o sát v i hả ớ ệ ố th ng treo khí ở các mấp mô khác nhau đã cho kết quả là khi chi u cao m p mô càng l n thì các thông sề ấ ớ ố dao động này càng tăng. Tổng h p ợ các giá trị RMS đố ới v i hai thông s ố đánh giá dao động là gia t c thố ẳng đứng và t i ả tr ng thọ ẳng đứng được bảng 3.3 và độ ị hóa đượ th c các hình 3.10 và 3.11.
Hình 3.10. Đồ ị đặ th c tính gia t c thố ẳng đứng của mô hình ¼ khi đi trên các mấp mô khác nhau
Hình 3.11. Đồ ị đặ th c tính tải trọng thẳng đứng của mô hình ¼ khi đi trên các m p mô khác nhau ấ
Bảng 3.2. Giá trị RMS c a m t s thông s ủ ộ ố ố hmax(m) 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 RMS(z) (m/s2) Nhíp 0.030 0.059 0.089 0.118 0.148 0.177 Khí 0.024 0.048 0.071 0.095 0.119 0.143 RMS(Fz) Nhíp 48718.4 48724.1 48733.5 48746.8 48763.9 48784.7 Khí 48718.2 48723.2 48731.5 48743.1 48758.0 48776.2 T ừ các đồ th ị đặc tính hình 3.9; 3.10 và kết quả ảng 3.2 cho thấy, với điều b kiện đo qua một mấp mô cô sin đơn thì trọng số gia tốc thẳng đứng tăng dần với cả h thệ ống treo khí và treo nhíp. Tuy nhiên, với hệ ống treo khí thì giá trị này nhỏ th hơn treo nhíp. Đố ớ ải v i t i tr ng thọ ẳng đứng thì xu hướng là tương tự nhưng chênh l ch gi a treo khí và treo nhíp là không nhi u. ệ ữ ề
3.3. Ảnh hư ng củở a các cấp đ đường đến dao độộ ng c a ô tô ủ
Trong phương án này, xe được cho chuyển động đều v i v n t c v=60km/h ớ ậ ố qua các mấp mô được xây dựng theo mật độ ph công suổ ất theo phương pháp Sin v i 6 cớ ấp độ ừ A đếp F như hình 3.1 t 7.
Hình 3.12. Đồ ị th 6 loại đường t ừ A đến F xây d ng theo ISO8608 ự
Hình 3.13. Gia t c thân xe khi chuyố ển động trên đường loại A
Hình 3.14. Tải tr ng thọ ẳng đứng khi chuyển động trên đường loại A
T ừ các kết quả thu được các đồ th ị 3.13 và 3.14 ta thấy tạ khi xe đi qua i đường lo i A t i các hành trình nén, hành trình nh gia t c thạ ạ ả ố ẳng đứng và t i ả
trọng thẳng đứng c ở ả 2 hệ ống treo khí và hệ th thống treo nhíp có các giá trị thay đổi liên t c v i gia t c thụ ớ ố ẳng đứng l n nhớ ất thu được ~ 0,1 m/s .
Hình 3.15. Gia t c thố ẳng đứng khi chuyển động trên đường lo i D ạ
Hình 3.16. Tải tr ng thọ ẳng đứng khi chuyển động trên đường loại D
Kết quả thu được ở đồ th ị hình 3.15 ta thấy gia tốc thẳng đứng của hệ thống treo nhíp lớn hơn gia tốc ở ệ ống treo khí là khá lớn cả ở 2 hành h th trình nén và hành trình nh . ả
Hình 3.17. Đồ ị đặ th c tính gia t c thố ẳng đứng của mô hình ¼ khi đi trên các loại đường ng u nhiên ẫ
Khi xe đi qua đường lo i A gia tạ , ốc th ng ng cẳ đứ a xe có h th ng treo nhíp ủ ệ ố tương ứng là 0,029 (m/s2) và hệ ống treo th khí có giá trị nhỏ hơn là 0,023 (m/s2), đường loại B các giá trị tương ứng thu được hệ ống treo nhíp bằng th 0.062 (m/s2), treo khí có giá tr là ị 0.048 (m/s2), tập hợp các giá trị RMS theo bảng 3.3 và nối các giá trị lại ta có đồ ị đường đặc tính như 3.17, ta thấ ừ th y t khoảng cách 2 đường trên đồ ị th khi tăng chiều cao các m p mô lên thì ngày càng xu th xa nhauấ ế ,k qu ế ả thu được hệ thống treo nhíp có ưu điểm lớn 20%. ậ V y thấy đ êm dịu hệộ thống treo khí có ưu điểm tối ưu hơn so vớ ệ ối h th ng treo nhíp.
Hình 3.18. Đồ ị đặ th c tính t i tr ng thả ọ ẳng đứng của mô hình ¼ khi đi trên các loại đường ng u nhiên ẫ
Bảng 3.3. Các giá trị RMS theo các cấp đư ng ờ
Các loại đường A B C D E F
RMS(z)
(m/s2) Nhíp Khí 0.029 0.023 0.062 0.048 0.116 0.089 0.201 0.278 0.382 0.491 0.978 0.715 RMS(Fz) Nhíp 48717.1 48716.4 48726.1 48765.8 48884.7 49410.7
Khí 48718.4 48720.5 48731.4 48748.5 48859.2 49357.6 Khi xe đi qua đường lo i A, t i tr ng thạ ả ọ ẳng đứng c a xe có h th ng treo nhíp ủ ệ ố tương ứng là 48717.1 N và hệ th ng treo ố khí có giá trị nh ỏ hơn là 48718.4 ( N), đường lo i B các giá tr ạ ị tương ứng thu được h th ng treo nhíp b ng ệ ố ằ 48716.4 (N ) treo khí có giá tr là ị 48720.5 (N), tập h p các giá tr RMS theo b ng 3.3 và nợ ị ả ối các giá trị ại ta có đồ ị đườ l th ng đặc tính như 3.17, ta thấy rằng không có s khác biự ết quá l n giớ ữa 2 hệ ố th ng treo khí, và h th ng treo nhíp. ệ ố
3.4. Kh o sát ả ảnh hư ng củở a vận tốc xe đến dao động c a ô tô trên ủ đường ngẫu nhiên
Hình 3.19. Đầu vào biên d ng mạ ặt đường ng u nhiên lo i D theo ISO8608 ẫ ạ ở các v n t c khác nhau ậ ố
Hình 3.20. Đồ ị th gia t c thố ẳng đứng c a thân xe v n tủ ở ậ ốc 30km/h
Dựa bảng đồ th ị ta thấy khi xe đi với vận tốc 30 km/h gia tốc tương ứng hệ thống treo nhíp là 0.178 (m/s2) và treo khí là 0.136 (m/s2), kết quả thu được của hệ thống treo nhíp luôn lớn hơn hệ thống treo khí , ở ả 2 hành hình nén và hành trình c nh , ả
Hình 3.21. Đồ ị th gia t c thố ẳng đứng c a thân xe v n tủ ở ậ ốc 80km/h
Dựa bảng đồ ị ta thấy khi xe đi với vậ th n t c 80 km/h, gia tố ốc tương ứng h ệ thống treo nhíp 0.296 (m/s2),và treo khí 0.223 (m/s2), kết quả thu được của hệ ố th ng treo nhíp luôn lớn hơn hệ ố th ng treo khí , c 2 hành hình nén và hành trình tr . ở ả ả