IV Danh mục cỏc hỡnh vẽ và bảng biểu
1.4 Tổng quan cỏc nghiờn cứu về lĩnh vực dao động của ụtụ và hệ thống treo
Đó cú rất nhiều nghiờn cứu về dao động, độ ờm dịu chuyển động, đặc tớnh động học cũng như động lực học của ụ tụ nhằm lựa chọn cỏc thụng số tối ưu cho hệ thống treo. Dưới đõy là một số cụng trỡnh nghiờn cứu về dao động của ụ tụ trong nước :
- Cụng trỡnh nghiờn cứu “Thiết kế hệ thống treo, tớnh toỏn dao động xe ba cầu”.Tỏc giả Nguyễn Tiến Thành, ĐATS 2004,ĐHBKHN đó đề ra mục tiờu ờm dịu cho xe ca. Trong luận ỏn tỏc giả chỳ ý đến mụ tả thuộc tớnh đàn hồi giữa khung và vỏ là yếu tố đặc trưng cho xe ca, kết cấu khung, vỏ chịu lực.
- Cụng trỡnh Khảo sỏt ụ tụ nhiều cầu, tỏc giả Nguyễn Thanh Hải, luận ỏn thạc
sỹ kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quõn Sự HN, 2000 nghiờn cứu ảnh huởng của thụng số kết cấu và điều kiện làm việc của ụ tụ đến độ ờm dịu chuyển động. Trong luận ỏn tỏc giả giải quyết bài toỏn giao động 7 bậc tự do với kớch động là mặt đuờng là hàm phổ của Iasenko.
- Nghiờn cứu dao động xe ca Ba Đỡnh trờn cơ sở đề xuất cỏc biện phỏp nõng cao độ ờm dịu chuyển động. Lưu Văn Tuấn (1994) Luận ỏn Tiến Sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội[9].
- Nghiờn cứu ảnh hưởng của thụng số kết cấu và điều kiện làm việc của ụ tụ đến độ ờm dịu chuyển động. Đặng Việt Hà (1996),Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội.
- Khảo sỏt dao động xe tải hai cầu dưới kớch động ngẫu nhiờn của mặt đường. Trịnh Minh Hoàng(2002). Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật.Trường ĐHBK Hà Nội.[8]
- Nghiờn cứu hoàn thiện mụ hỡnh khảo sỏt dao động ụ tụ tải nhiều cầu. Vừ Hường (2004). Luận ỏn tiến sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội[7].
- Nghiờn cứu hệ thống treo cú điều khiển để nõng cao chất lượng ờm dịu chuyển động của ụ tụ. Nguyễn văn Trà (2004). Luận ỏn Tiến sỹ Kỹ thuật, Học viện kỹ thuật quõn sự Hà Nội.
- Mụ phỏng khảo sỏt dao động ụ tụ vận tải hành khỏch bằng MatLab – Simulink.Nguyễn Hữu Thảo (2012). Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật ĐH Đà Nẵng.
Nhỡn chung cỏc đề tài đó tập trung vào việc khảo sỏt dao động theo quan điểm độ ờm dịu và an toàn chuyển động, thực hiện bài toỏn tớnh toỏn kiểm nghiệm. Cỏc kết quả thu được làm cơ sở để lựa chọn và cải tiến hệ thống treo cho phự hợp với điều kiện ở Việt Nam.
1.4.2 Trờn thế giới :
Nghiờn cứu về dao động của ụ tụ núi riờng và động lực học ụ tụ núi chung ngày càng đuợc quan tõm đứng mức. ễ tụ là liờn kết của một hệ nhiều vật, cỏc khối đú liờn kết với nhau bằng cỏc phần tử cú đặc tớnh phi tuyến phức tạp. Vớ dụ như giảm chấn, đặc tớnh đàn hồi sự va chạm của bỏnh xe.
Những mụ hỡnh thụng thuờng chỉ cú thể xỏc định đuợc cỏc chuyển động (dao động) riờng rẽ, độc lập ở cỏc phương dọc (X), phương ngang (Y) và phuơng thẳng đứng (Z). Do cỏc yếu tố phi tuyến xuất phỏt từ động lực học của hệ thống treo sự biến dạng của lốp và tỏch bỏnh xe khụng đuợc mụ tả trong mụ hỡnh tuyến tớnh, nờn kết quả nghiờn cứu của dao động ụ tụ tuyến tớnh thường khụng chớnh xỏc.
Mụ hỡnh gần thực với ụ tụ cần đỏp ứng cỏc yờu cầu sau: Khụng hạn chế chuyển động (dao động), khụng gian của toàn xe, xỏc lập được cỏc động học, động lực học phi tuyến của hệ thống treo, xỏc lập được động lực học phi tuyến của bỏnh xe.
Độ ờm dịu của chuyển động ụ tụ là chỉ tiờu quan trọng đỏnh giỏ chất lượng ụ tụ. Do vậy vấn đề dao động ụ tụ được cỏc nhà khoa học, cỏc chuyờn gia sản xuất ụ tụ trờn thế giới đặc biệt quan tõm nghiờn cứu với cỏc hướng nghiờn cứu sau :
- Nghiờn cứu cỏc chỉ tiờu đỏnh giỏ độ ờm dịu chuyển động của ụ tụ:
Nghiờn cứu dao động ảnh hưởng đến sức khỏe con người và tỡm cỏc vựng thụng số của dao động như tần số, vận tốc, biờn độ dao động ảnh hưởng đến sức khỏe của con người. Vấn đề ảnh huởng của cỏc biờn độ và tần số rung động đối với cơ thể của con nguời trong đú cú hai cụng trỡnh nổi tiếng của M.V.Vinụgrađụv và Anđreva Galania. Cụng trỡnh nghiờn cứu của Vinụgrađụv nghiờn cứu ảnh huởng của rung động xe đối với cơ thể hành khỏch và đưa ra chỉ số xỏc định mức độ ảnh huởng rung động đối với con nguời theo tần số và biờn độ. Anđreva Galinia cũng nghiờn cứu ảnh huởng của rung động và cú kết luận mức độ ảnh huởng của rung động đến cỏc loại bệnh tật của con nguời.
Đưa ra cỏc chỉ tiờu đỏnh giỏ độ ờm dịu chuyển động của ụtụ phụ thuộc vào sự phỏt triển khoa học từng nước, phụ thuộc tõm sinh lý hành khỏch mỗi nước và cỏc chỉ tiờu đỏnh giỏ độ ờm dịu khỏc nhau.
-Nghiờn cứu cỏc hệ thống treo và cỏc phần tử hệ thống treo nhằm nõng cao chất lƣợng của độ ờm dịu chuyển động của ụtụ: Ngày nay với sự phỏt triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt cỏc ngành cụng nghệ thụng tin, điều khiển tự động,
cụng nghệ vật liệu...đó gúp phần để phỏt triển ngành cụng nghiệp ụtụ. Hệ thống treo và cỏc phần tử hệ thống treo đó đuợc cải tiến đỏng kể theo huớng nõng cao chất luợng độ ờm dịu chuyể động của ụtụ. Năm 1974 phần tử giảm chấn được điều khiển đầu tiờn đưa vào ỏp dụng cho hệ thống treo đó đỏnh dấu một buớc ngoặt quan trọng trong nghiờn cứu hoàn thiện hệ thống treo. Từ đú một loạt cỏc cụng trỡnh ra đời như: Hai tỏc giả Kqrrnop, Crosby và Harood sử dụng giảm chấn cú điều khiển dạng ON-OFF trờn mụ hỡnh với hệ một bậc tự do đó nghiờn cứu ,mụ tả thành cụng cỏc đặc tớnh tần số - biờn độ của gia tốc, vận tốc và dịch chuyển của phần khối luợng đuợc treo với cỏc kớch thuớc đơn giản. Cỏc tỏc giả Ahmadian và Marjoram[13] bằng
việc sử dụng mụ hỡnh treo bỏn tớch cực (semi active suspension) ẳ xe với cỏc phần
tử điều khiển là giảm chấn dạng ON-OFF đó khảo sỏt đặc tớnh tần số - biờn độ của gia tốc khối luợng phần đuợc treo,dịch chuyển của hệ thống treo và của lốp xe với tỏc động đầu vào cú vận tốc dịch chuyển theo phương thẳng đứng ngẫu nhiờn. Trong những năm gần đõy đó ứng dụng điều khiển mờ dựng để điều khiển giảm chấn của cỏc tỏc giả Titli và Roukieh điều khiển tối ưu hơn phuơng phỏp điều khiển ON-OFF.
Cựng với sự phỏt triển của hệ thống treo bỏn tớch cực thỡ hệ thống treo tớch
cực (active suspension) cũng phỏt triển song song cú nghĩa là hệ thống treo điều
khiển hai thụng số điều khiển phần tử giảm chấn và điều khiển phần tử đàn hồi.
-Nghiờn cứu nguồn gõy dao động: Dao động của ụtụ khi chuyển động khụng phải là dao động tự do mà là dao động cững bức, trong đú cú nguồn gõy kớch thớch xuất phỏt từ mấp mụ mặt đuờng. Từ thập kỷ 50, cỏc nuớc phỏt triển trờn thế giới như: Mỹ, Anh, Phỏp... đó cú nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu về cụng nghệ, thiết bị và đó ban hành cỏc quy trỡnh đo đạc, đỏnh giỏ chất lượng đường ụtụ thụng qua chỉ tiờu độ mấp mụ. Nghiờn cứu phương phỏp đo đạc và sử lý cỏc số liệu để tỡm ra cỏc quy luật của mấp mụ đường là một vấn đề rộng lớn đuợc nhiều tỏc giả trờn thế giới quan tõm và cỏc hướng nghiờn cứu như sau: Mụ hỡnh hoỏ mấp mụ mặt đuờng, cỏc tỏc giả phải khảo sỏt cỏc loại mặt đuờng, từ đú phõn chia đường ra từng loại. Trong đú tỏc giả Yasenko và Prutrikụp[8] trong cỏc cụng trỡnh nghiờn cứu đó phõn chia cỏc dạng
mấp mụ. Phương phỏp thực nghiệm (đo đạc trực tiếp trờn mặt đường bằng cỏc thiết bị đặc biệt) quy luật của mấp mụ sẽ đuợc biểu diễn duới dạng số, kết quả này rất thuận tiện cho việc sử lý bằng mỏy tớnh thành cỏc hàm toỏn học mụ tả mấp mụ của đường với sai số cú thể chấp nhận được hoặc bằng cỏc phộp toỏn xỏc xuất thống kờ đối với đại lượng ngẫu nhiờn, rời rạc.
- Giải bài toỏn dao động ụ tụ: Giải bài toỏn dao động đó đuợc đưa ra từ lõu. Từ những năm 50 của thế kỷ 20 E.A.Truđakốp trong cỏc cụng trỡnh của mỡnh đó đưa ra mụ hỡnh ụtụ hai bậc tự do. Cho đến nay mụ hỡnh dao động của ụ tụ càng ngày càng hoàn thiện theo hướng tiến sỏt với mụ hỡnh thật cựng với sự phỏt triển của tin học thỡ việc giả bài toỏn dao động càng trở lờn dễ dàng. Ngày nay cỏc nhà khoa học đó giả quyết cỏc bài toỏn dao động phi tuyến trong đú hệ số giảm chấn, hệ số độ cứng phần tử đàn hồi khụng phải là hằng số.
Dưới đõy là một số đề tài nghiờn cứu về dao động của ụ tụ và hệ thống treo trờn thế giới :
- Fuzzy control for active suspensions. Fernando J.D’Amato, Daniel E Viasolo. IN 47907-1282,USA. Accepted 13 September 1999. Trỡnh bầy một phương phỏp luận cho thiết kế hệ thống treo mục tiờu tối thiểu húa gia tốc thẳng của xe cho hành khỏch cảm thấy thoải mỏi và trỏnh ảnh hưởng đến hệ thống treo. Cỏc tham số điều khiển được tớnh toỏn dựa vào thuật toỏn gen.
- Studies on Ride Comfort and Road Handling Factors in Automotive Control. Editor Hazlina Selamat Shahdan Sudin. First dition 2007. Tài liệu này nghiờn cứu
về điều khiển ụ tụ như là hệ thống treo chủ động (pasive suspension), hệ thống treo
bị động (active suspension) hệ thống phanh và hệ thống lỏi nhằm nõng cao cảm giỏc
thoải mỏi cho người điều khiển.
- Design of a Suspension for a Formula Student Race Car.Adam Theander.Verhicle dynamics aeronautical and vehicle engineering royal institute of technology. Trita-ave-2004-26.ISSN 1651-7660. Tài liệu này trỡnh bầy về thiết kế hỡnh học cho hệ thống treo và hệ thụng lỏi cho xe Formula.
- Redesign and optimization of a Formula SAE open wheel race car suspension. Christian Andrade PID 2283035 Jaime Cardona PID 2117551 .Giovanni Valdes PID 1390166. April 8th, 2009. Tài liệu này phỏt triển từ phiờn bản thiết kế hệ thống treo xe Formua 2009 và đề xuất phương phỏp tối ưu mụ hỡnh động học hệ bốn thanh liờn kết, mụ hỡnh hệ thống giảm chấn, và phõn tớch ứng suất trờn một số bộ phận của xe.
- Statistical analysis of vehicle vibration and dynamic load, and selection of suspension design parameters. By Kong-Hui guo. Visting Sholar. Report No. UM- MEAM-82-15. Tài liệu này nghiờn cứu rung động và động lực học của phương tiện, đưa ra phương phỏp xỏc định biờn dạng mặt đường từ đú giải bài toỏn giao động xỏc định cỏc tham số cho hệ thống treo.
1.5 Mục tiờu, phạm vi và nội dung nghiờn cứu của luận văn.
1.5.1. Mục tiờu nghiờn cứu.
Đề tài Nghiờn cứu, thiết kế chế tạo hệ thống treo cho xe Formula Student
nhằm khảo sỏt mụ hỡnh mụ phỏng dao động của xe để lựa chon cỏc thụng số tối ưu qua đú tiến hành chế tạo một hệ thống treo hoàn chỉnh cho xe Formula. Kết quả nghiờn cứu này sẽ đúng gúp vào quỏ trỡnh giải mó cụng nghệ và chế tạo thử xe Formula SAE của trường ĐH Kỹ Thuật Cụng Nghiệp.
Trong khuụn khổ một luận văn Thạc sỹ khoa học tụi tập trung nghiờn cứu một số vấn đề sau đõy :
-Xỏc định cỏc thụng số hỡnh học cho xe F-SAE.
- Xõy dựng mụ hỡnh dao động của xe F-SAE : Xõy dựng mụ hỡnh dao động cho xe tương đương với mụ hỡnh thực tế.
- Thiết lập hệ phương trỡnh vi phõn: Trờn cơ sở mụ hỡnh dao động tương đương thiết lập hệ phương trỡnh vi phõn biểu diễn dao động cho xe. Trong luận văn này sử dụng nguyờn lý D’alambe để thiết lập hệ phương trỡnh vi phõn dao động.
- Giải hệ phương trỡnh vi phõn dao động: Sử dụng phần mềm Matlab Simulink 7.04 làm cụng cụ chủ yếu cho việc tớnh toỏn và mụ phỏng. Đõy là phần mềm rất mạnh để giải cỏc bài toỏn kỹ thuật hiện nay.
- Lựa chọn cỏc thụng số tối ưu cho hệ thống treo xe F-SAE. Chế tạo hệ thống treo cầu trước và cầu sau xe F-SAE.
1.5.2. Phạm vi nghiờn cứu và đối đƣợng nghiờn cứu.
Phạm vi nghiờn cứu: Xỏc định cỏc thụng số dao động như chuyển dịch, vận tốc, gia tốc của thõn xe và cầu xe, cỏc chỉ tiờu về độ ờm dịu chuyển động của ụ tụ dưới tỏc động kớch thớch từ mặt đường.
Đối tượng: Xe đua sinh viờn Formula Student sản xuất bởi nhúm nghiờn cứu Trường ĐH Kỹ Thuật Cụng Nghiệp.
1.5.3. Phƣơng phỏp nghiờn cứu.
Nghiờn cứu lý thuyết kết hợp với chế tạo thực nghiệm.
1.5.4. Nội dung nghiờn cứu
Nội dung chớnh của luận văn như sau:
Chƣơng 1. Tổng quan về đề tài nghiờn cứu
Chƣơng 2. Thiết kế hệ thống treo xe F-SAE
Chƣơng 3. Xõy dựng mụ hỡnh dao động xe F-SAE
Chƣơng 4. Mụ phỏng dao động và lựa chọn cỏc thụng số cho hệ thống treo xe F-SAE
Chƣơng 5. Chế tạo hệ thống treo xe F-SAE Kết luận và những kiến nghị.
CHƢƠNG 2 - THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO F-SAE
Mục đớch của chương này là từ những phõn tớch ưu nhược điểm của từng loại hệ thống treo tiến hành lựa chọn loại hệ thống treo cho xe F-SAE, tớnh toỏn xỏc định cỏc thụng số kỹ thuật và cỏc thụng số hỡnh học cho hệ thống treo.
2.1. Phõn tớch, lựa chọn hệ thống treo cho xe F-SAE.
Từ cỏc đặc điểm phõn tớch ở mục 1.2.3 ta lựa chọn kết cấu hệ thống treo cho xe F-SAE là hệ thống treo Mac Pherson. Hệ treo này chớnh là biến dạng của hệ treo 2 đũn ngang nếu coi đũn ngang trờn cú chiều dài bằng 0 và đũn ngang dưới cú chiều dài khỏc 0. Chớnh nhờ cấu trỳc này mà ta cú thể cú được khoảng khụng gian phớa trong xe để bố trớ hệ thống truyền lực. Sơ đồ cấu tạo của hệ treo trờn Hỡnh 2.1 bao gồm: đũn ngang dưới, giảm chấn đặt theo phương thẳng đứng làm nhiệm vụ của trụ xoay đứng cú một đầu được bắt khớp cầu với đầu ngoài của đũn ngang tại B, đầu cũn lại được bắt vào khung xe. Bỏnh xe được nối cứng với vỏ giảm chấn. Lũ xo được đặt lồng vào giữa vỏ giảm chấn và trục giảm trấn.
1- Giảm chấn đồng thời là trụ đứng. 2- Đũn ngang dưới.
3- Bỏnh xe. 4- Lũ xo.
5- Trục giảm trấn.
Hỡnh 2.1 Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson.
Nếu ta so sỏnh với hệ treo 2 đũn ngang thỡ hệ treo Mc.Pherson kết cấu ớt chi tiết hơn, khụng chiếm nhiều khoảng khụng và cú thể giảm nhẹ được trọng lượng kết cấu. Nhưng nhược điểm chủ yếu của hệ treo Mc.Pherson là do giảm chấn vừa phải làm chức năng của giảm chấn lại vừa làm nhiệm vụ của trụ đứng nờn trục giảm chấn chịu tải lớn nờn giảm chấn cần phải cú độ cứng vững và độ bền cao hơn do đú kết cấu của giảm chấn phải cú những thay đổi cần thiết.
Hỡnh 2.2. Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson.
Trong hệ thống treo núi chung và hệ treo của cầu dẫn hướng núi riờng cỏc gúc đặt bỏnh xe cú một ý nghĩa vụ cựng quan trọng. Chỳng phải đảm bảo cho việc điều khiển nhẹ nhành, chớnh xỏc, khụng gõy lực cản lớn cũng như làm mũn lốp quỏ nhanh.
Trong quỏ trỡnh chuyển động bỏnh xe luụn luụn dao động theo phương thẳng đứng, sự dao động này kộo theo sự thay đổi gúc nghiờng ngang của bỏnh xe, trụ xoay dẫn hướng và khoảng cỏch giữa hai vết bỏnh xe Hỡnh 2.2 -a độ chụm trước của bỏnh xe Hỡnh 2.2-c và gúc nghiờng dọc của trụ xoay đứng Hỡnh 2.2 -b. Cỏc quan hệ giữa cỏc thụng số đú phụ thuộc vào sự chuyển vị của bỏnh xe theo phương thẳng đứng đú là mối quan hệ động học của hệ treo.
2.2. Xỏc định cỏc thụng số cơ bản của hệ thống treo. 2.2.1. Cỏc thụng số kĩ thuật của xe Formual SAE. 2.2.1. Cỏc thụng số kĩ thuật của xe Formual SAE.
Cỏc thụng số kĩ thuật của hệ thống treo[1] :
- Tải trọng toàn xe G: G= 350 (kg).
- Tải trọng đặt lờn HTT trước trỏi, phải G1T=G1P =75 (kg).