Phân tích cấu trúc của mô hình cho phép khái quát cơ hệ về mặt cấu trúc, để có thể lột tả chính xác đối tượng mà mô hình nghiên cứu cũng không quá phức tạp.
Trong cơ hệ có nhiều khái niệm vật. Vật là một thực thể vật lý, trong vật các khoảng cách giữa các điểm là không thay đổi theo thời gian. Vật được đặc trưng bởi khối lượng m, mô men quán tính J và có một khối tâm. Khối lượng được treo và không được treo là các vật. Dựa vào các khái niệm trên, ta thấy xe tải có cấu trúc như sau.
+ Xe hai cầu. Hai khối lượng không được treo, là hai vật trong hệ dao động độc lập tương đối với nền đường và thân xe. Các khối lượng này nằm dưới
hệ thống treo, hệ thống treo nằm dưới hai dầm dọc.
38
+ Hai dầm dọc có đặc tính cứng vững theo chiều mô men uốn, nhưng lại mềm trong phương xoắn vì đây là dầm dài. Có thể coi khung dài như một phần tử đàn hồi không khối lượng, khối lượng của nó được tính cho khối lượng được treo.
+ Trên hai dầm dọc là hai khối lượng được treo, khối lượng được treo trước bao gồm: Ca bin, lái xe, động cơ, hộp số, một số phần tử khung xe và hệ treo trước.
Các thông số đặc trưng là: Khối lượng được treo trước và mô men quán tính và mô men quán tính dọc trục. Khối lượng được treo sau bao gồm: Thùng xe, hàng hóa ( nếu có), một phần khung và hệ treo sau. Các thông số đặc trưng là: Khối lượng được treo sau và mô men quán tính dọc trục. Hai khối lượng này biệt lập đặt trên hai dầm dọc, có thể quay ngang với nhau thông qua độ cứng xoắn của khung.
Sau khi phân tích ta có 4 khối lượng, gọi là vật với qui ước.
Vật 1: Khối lượng được treo trước mR1R. Vật 2: Khối lượng được treo sau mR2R.
Vật 3: Khối lượng không được treo trước mR1VR. Vật 4: Khối lượng không được treo sau mR1HR.
Vật đặc biệt: Khối lượng được treo trước mR1Rvà khối lượng được treo sau mR2R
nằm trên hai dầm dọc và dao động liên kết trong phương dọc với trục quay là trục ngang X, nên gọi tổng khối lượng mR1R + mR2R là vật thứ 5.
Để lập hệ tọa độ vật và hệ tọa độ cố định, cần phân tích chuyển động của các vật.
Mỗi vật trong không gian có 6 chuyển động tự do ( 6 tọa độ suy rộng), trong đó 3 chuyển động tịnh tiến và 3 chuyển động quay tương ứng 3 trục của chuyển động tịnh tiến. Trong 6 chuyển động có những chuyển động quá bé có thể bỏ qua. Trong dao động xe tải, dao động chủ yếu là dao động theo phương thẳng đứng do tác động của đường và lắc ngang do hai bên đường trái phải không như nhau. Như vậy mỗi vật 1, 2, 3, 4 có chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng và chuyển động lắc ngang. Trong mối liên kết của khối lượng được treo và khối lượng không được treo, chúng chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng, trong mặt phẳng ngang chúng sẽ quay tương đối với nhau một góc nhất định. Do kết cấu của nhíp nên giữa
39
khối lượng được treo và khối lượng không được treo không dịch ngang mà chỉ trượt theo phương thẳng đứng và quay.
Các liên kết và giới hạn vật lý.
Chuyển động của các khối lượng không phải là vô cùng, chúng bị hạn chế bởi ràng buộc động học và lực liên kết. Các bánh xe khi chuyển động đi lên sẽ bị giới hạn bởi vấu hạn chế hành trình ( Có thể xẩy ra hiện tượng tách bánh ), khi chuyển động đi xuống bánh xe bị hạn chế bởi mặt đường.
2.6.1 Các giả thiết khi xây dựng mô hình không gian xe tải
Khi xây dựng mô hình dao động ô tô cần một số giả thiết. Những giả thiết này sẽ làm cho quá trình nghiên cứu cũng như tính toán đơn giản hơn, xong không làm mất đi tính tổng quát của bài toán mà vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết.
+ Coi trọng tâm của khối lượng được treo trước mR1R nằm trong mặt phẳng ngang chứa trọng tâm của khối lượng không được treo trước mR1VR, trọng tâm của khối lượng được treo sau mR2R nằm trong mặt phẳng ngang chứa trọng tâm của khối lượng không được treo sau mR1HR. Trọng tâm của các khối lượng không lệch khỏi mặt phẳng ngang khi dao động.
+ Phần được treo trước và phần được treo sau liên kết với nhau qua khung xe, coi khung xe như một thanh xoắn không có khối lượng có độ cứng xoắn là CRtR. + Cấu trúc vật lý đối xứng qua mặt phẳng dọc trung gian.
+ Bỏ qua các nguồn kích thích dao động trên xe, coi mấp mô đường là nguồn kích thích dao động duy nhất.
+ Mặt đường coi là cứng tuyệt đối.
+ Tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường là tiếp xúc điểm, trong các mô hình phi tuyến cho phép bánh xe tách khỏi mặt đường.
+ Ô tô chuyển động đều.
+ Lực đàn hồi của hệ thống treo là tuyến tính và được tính bằng công thức:
( )
c C z
F = ξ −
+ Lực cản giảm chấn của hệ thống treo là tuyến tính và được tính bằng công thức: F K=K(ξ−z)
40
2.6 . .2 Định nghĩa và chọn hệ tọa độkhi xâydựng mô hình không gian xe tải + Hệ tọa độ cố định: Gốc hệ tọa độ cố định chung cho cả hệ, là điểm chiếu của trọng tâm khối lượng được treo xuống mặt chuẩn dưới đường.
+ Hệ tọa độ động: Hệ tọa độ động được đặt tại trọng tâm của các khối lượng trong hệ.
- Khối lượng được treo trước mR1R:
ZR1R: Chuyển vị theo phương thẳng đứng.
γ1: Góc lắc ngang khối lượng được treo trước.
- Khối lượng được treo sau mR2R.
ZR2R: Chuyển vị theo phương thẳng đứng.
γ2 : Góc lắc ngang khối lượng được treo sau.
- Khối lượng không được treo trước ( cầu trước ) mR1VR:
ξ1: Chuyển vị theo phương thẳng đứng khối lượng không được treo trước ( cầu trước ).
γ1V: Góc lắc ngang khối lượng không được treo cầu trước.
- Khối lượng không được treo sau ( cầu sau ) mR1HR:
ξ 2: Chuyển vị theo phương thẳng đứng khối lượng không được treo sau ( cầu sau ).
γ1H: Góc lắc ngang khối lượng không được treo sau ( cầu sau ) - Tổng khối lượng được treo chung m = mR1R + mR2R:
2Z = Z R1R + ZR2R: Chuyển vị theo phương thẳng đứng.
ϕ: Góc lắc dọc ( Quay quanh trục Oy )
Như vậy có tất cả là 5 khối lượng và mô tả chúng bằng 9 tọa độ suy rộng là:
ZR1R, ZR2R, γR1R, γR2R, ξR1R, γR1VR, ξR2R, γR1HR, ϕ .
41 2.6 . .3 Mô hình vật lý xe tải
- C C C CRL1, LL1, RL2, LL2 ( N / m): Độ cứng hướng kính lốp trước dãy phải, trái và lốp sau dãy phải, trái.
- C C C C1R, 1L, 2R, 2L ( N / m ): Độ cứng treo trước dãy phải, trái và độ cứng treo sau dãy phải, trái.
- K K K K1R, 1L, 2R, 2L ( Ns / m): Hệ số cản hệ thống treo trước dãy phải, trái và sau phải, trái.
- h h h h1R, ,1L 2R, 2L ( m): Chiều cao mấp mô của đường phía trước bên phải, trái và phía sau bên phải, trái.
- l l1, 2 ( ):m Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước, cầu sau.
- d d1, 2 ( ): m Khoảng cách giữa hai nhíp của cầu trước và cầu sau.
- dp dp1, 2 ( m ): Khoảng cách giữa hai tâm vết lốp trước và lốp sau.
m1
MK
X Y
Z
X Y Z1
1 1
X Y
Z2
2 2
K11 C11
CL11
K21 C21
CL21
FX11 F FZ11 Y11
FX21 F FZ21 Y21
m2
Hình 2.11: Mô hình không gian xe tải.
42
m1 Z m2
X y Z11 θ
Z12 Z22
Z21
C21 C22 C11
C12
K11 K12
K21 K22
ξA1 ξA2
mA2 mA2
CL11 CL12
CL21 CL22
q11 q12
q21 q22 a1 a2
mt mt
Hình 2.12: Sơ đồ cấu trúc xe tải hai cầu.
mt
y1
m1
Z1 ϕ1
F1
z11
z12
yA1
K11 C11
c12 k12
ξΑ1 mA1JA1
CL12 Cy1 Cy1 CL11
ξ12 ξ11
ϕΑ1
JAX1ϕΑ1
y x
Z
q12 q11
b1 b1
F1' F1'
h11 h12
h13
jx1ϕ1
Hình 2.13: Sơ đồ cấu trúc phần ca bin và cầu trước.
43 ξ1
ξ ξ ξ
JAx1 ϕ Jx1ϕ1
h1
h h
b1
b1
Hình 2.14: Sơ đồ đặt lực phần đầu xe
b2 b2
h h
h2 Jx2ϕ2
ξ ξ
ξ
ξ2
JAx2 ϕ
Hình 2.15: Sơ đồ đặt lực phần thùng xe