Đề tài Nghiên cứu thiết kế thử nghiệm hệ thống mô phỏng động lực học cho một số loại cabin tập lái

thể đáp ứng việc gá lắp các thiết bị cũng như truyền chuyển động. Yêu cầu mô hình: Từ thực tiễn nghiên cứu của một số trang thiết bị ô tô xe tăng, xe bọc thép và dựa trên địa hình nghiên cứu ở Việt Nam, chúng em đã xác định một số tiêu chuẩn của hệ thống cabin tập lái cần phải đạt được như sau: Số bậc tự do: phù hợp với bài toán Chuyển vị (theo các trục tọa độ ứng với các bậc tự do): chuyển vị góc (a, b, g) ± 300, chuyển vị dài (e, h, l) ±13cm. Gia tốc: 0,4G. Vận tốc: 30 0/s. Tải trọng: 500 kg. 2.2. Xây dựng mô hình động học dao động của thân xe: 2.2.1. Thiết lập hệ phương trình vi phân phi tuyến của thân xe: Xét mô hình cụ thể của xe cơ giới chuyển động đều với vận tốc V trên mặt đường mấp mô ngẫu nhiên. Mô hình tổng quát nhất gồm có các thành phần: Thân xe, 2 trục bánh xe (xe 4 bánh), liên kết đàn hồi phi tuyến giữa thân xe và trục bánh xe. Mô hình xét trong hệ trục toạ độ Đềcác 3 chiều, gốc tọa độ trùng với trọng tâm thân xe tại thời điểm ban đầu, ứng với vị trí cân bằng tĩnh: Ly1 Ly2 Lx2 Lx1 2 1 4 3 Z Y X C2 C1 P2 P1 hx lx bx Hình 2.7: Mô hình dao động của xe Thiết lập mô hình 2 toạ độ suy rộng: Hình 2.8: Véc tơ định vị các điểm dao động quan trọng của xe j2: Dao động góc quanh trục X j1: Dao động góc quanh trục Y Ta giả thiết rằng: Trọng tâm xe chuyển động theo phương X và không có dịch chuyển ngang của thân xe ( không có hiện tượng trượt ngang của bánh xe trên đường) và không có dịch chuyển thẳng đứng. Tức là không tính đến dao động góc quanh trục OZ và dao động dọc theo phương z. Bỏ qua phần khối lượng không treo (2 cầu xe và các bánh xe). Coi các bánh xe luôn tiếp xúc với mặt đường. Bỏ qua trọng lượng và dao động của phần không được treo (trục và bánh xe). Gốc tọa độ trùng với trọng tâm xe tại thời điểm ban đầu, là vị trí cân bằng. Toạ độ yi (i=1...4) là hàm biên dạng mặt đường tại vị trí thứ i. Ta chỉ xét biên dạng mặt đường theo 2 vệt bánh xe. Theo mô hình mô tả quan hệ các véc tơ định vị của các điểm dao động ta có: (2.2.1) Chiếu các véc tơ này lên trục Z ta có: (2.2.2) Ngoại lực tác động lên cơ hệ bao gồm: Lực kéo cho xe chuyển động Lực cản ( bao gồm cả lực phanh) Trọng lực tác động lên các khối lượng của cơ hệ Phản lực của mặt đường. Ngoài ra, do tác động của gia tốc sẽ xuất hiện các thành phần lực quán tính: Khi phanh xe sẽ xuất hiện lực quán tính hướng theo phương chuyển động của xe. Kết hợp với lực phanh tạo ra mô men có xu hướng làm giảm góc j1. ; Fph – Lực phanh tổng cộng của mặt đường tác động vào bánh xe; h – Chiều cao trọng tâm xe (m); M – Khối lượng xe (kg); x – Chuyển dịch dọc trục của xe; v – Vận tốc xe (m/s); Khi tăng tốc sẽ xuất hiện lực quán tính hướng ngược lại phương chuyển động của xe. Kết hợp với lực kéo tạo ra mô men có xu hướng làm tăng góc j1. Khi chuyển hướng chuyển động sẽ xuất hiện lực quán tính ly tâm có xu hướng kéo trọng tâm xe ra xa tâm quay vòng. Kết hợp với lực bám của bánh xe sẽ tạo ra mô men có xu hướng làm thay đổi góc j2. Giá trị của lực quán tính ly tâm: ; Giá trị của mô men: ; M – Khối lượng xe (kg); h – độ cao trọng tâm xe (m); v – Vận tốc xe (m/s); R = (-∞ ÷ +∞) – Bán kính quay vòng (m) lx1 - k/c từ trọng tâm đến bánh trước bên phải theo phương X lx2 - k/c từ trọng tâm đến bánh sau bên phải theo phương X ly1 - k/c từ trọng tâm đến bánh trước bên trái theo phương Y ly2 - k/c từ trọng tâm đến bánh trước bên phải theo phương Y Sử dụng nguyên lý Đalambe để lập phương trình chuyển động của thân xe: (2.2.3) Trong đó: Fpi - Lực đàn hồi tác động từ hệ treo của bánh thứ i lên thân xe Fci - Lực cản nhớt của bộ giảm chấn của bánh thứ i m(Fph) – Mô men phanh. Jp - Mô men quán tính tương ứng với từng trục toạ độ; p = x, y, z lxk - khoảng cách theo trục X từ trọng tâm xe đến bánh xe thứ k (k=1,2) lyk - khoảng cách theo trục Y từ trọng tâm xe đến bánh xe thứ k (k=1,2) Zi là dịch chuyển thẳng đứng của thân xe tại các điểm tương ứng với bánh xe thứ i: yi - độ dịch chuyển của bánh xe theo phương thẳng đứng so với gốc toạ độ, gốc toạ độ trùng với tâm bánh xe khi chưa có kích động. Dịch chuyển xảy ra dưới tác động ngẫu nhiên của biên dạng mặt đường. (2.2.4) Thay (2.2.4) vào (2.2.3) ta nhận được hệ phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ: (2.2.5) Thiết lập mô hình 3 toạ độ suy rộng: Lx2 2 1 4 3 Ly1 Z Hình 2.9: Véc tơ định vị các điểm dao động quan trọng của xe Với 3 toạ độ suy rộng là: Z : Dao động thẳng đứng dọc trục Z j2: Dao động góc quanh trục X j1: Dao động góc quanh trục Y Ta giả thiết rằng: Trọng tâm xe chuyển động theo phương X và không có dịch chuyển ngang của thân xe ( Không có hiện tượng trượt ngang của bánh xe trên đường). Tức là không tính đến dao động góc quanh trục OZ. Bỏ qua phần khối lượng không treo ( 2 cầu xe và các bánh xe). Coi các bánh xe luôn tiếp xúc với mặt đường. Bỏ qua trọng lượng và dao động của phần không được treo ( Trục và bánh xe). Gốc toạ độ trùng với trọng tâm xe tại thời điểm ban đầu, là vị trí cân bằng. Toạ độ yi (i=1...4) là hàm biên dạng mặt đường tại vị trí thứ i. Ta chỉ xét biên dạng mặt đường theo 2 vệt bánh xe. Theo mô hình mô tả quan hệ các véc tơ định vị của các điểm dao động ta có: (2.2.6) Chiếu các véc tơ này lên trục Z ta có: (2.2.7) Ngoại lực tác động lên cơ hệ bao gồm: Lực kéo cho xe chuyển động, Lực cản (bao gồm cả lực phanh), Trọng lực tác động lên các khối lượng của cơ hệ, Phản lực của mặt đường. Ngoài ra, do tác động của gia tốc sẽ xuất hiện các thành phần lực quán tính: Khi phanh xe sẽ xuất hiện lực quán tính hướng theo phương chuyển động của xe. Kết hợp với lực phanh tạo ra mô men có xu hướng làm giảm góc j1. ; Fph – Lực phanh tổng cộng của mặt đường tác động vào bánh xe; h – Chiều cao trọng tâm xe (m); M – Khối lượng xe (kg); x – Chuyển dịch dọc trục của xe; v – Vận tốc xe (m/s); Khi tăng tốc sẽ xuất hiện lực quán tính hướng ngược lại phương chuyển động của xe. Kết hợp với lực kéo tạo ra mô men có xu hướng làm tăng góc j1. Khi chuyển hướng chuyển động sẽ xuất hiện lực quán tính ly tâm có xu hướng kéo trọng tâm xe ra xa tâm quay vòng. Kết hợp với lực bám của bánh xe sẽ tạo ra mô men có xu hướng làm thay đổi góc j2. Giá trị của lực quán tính ly tâm: ; Giá trị của mô men: ; M – Khối lượng xe (kg); h – độ cao trọng tâm xe (m); v – Vận tốc xe (m/s); R = (-∞ ÷ +∞)– Bán kính quay vòng (m) lx1 - k/c từ trọng tâm đến bánh trước bên phải theo phương X lx2 - k/c từ trọng tâm đến bánh sau bên phải theo phương X ly1 - k/c từ trọng tâm đến bánh trước bên trái theo phương Y ly2 - k/c từ trọng tâm đến bánh trước bên phải theo phương Y Sử dụng nguyên lý Đalambe để lập phương trình chuyển động của thân xe: (2.2.8) Trong đó: Fpi - Lực đàn hồi tác động từ hệ treo của bánh thứ i lên thân xe Fci - Lực cản nhớt của bộ giảm chấn của bánh thứ i m(Fph) – Mô men phanh. Jp - Mô men quán tính tương ứng với từng trục toạ độ; p = x,y,z lxk - khoảng cách theo trục X từ trọng tâm xe đến bánh xe thứ k (k=1,2) lyk - khoảng cách theo trục Y từ trọng tâm xe đến bánh xe thứ k (k=1,2) Z là dịch chuyển của trọng tâm xe theo trục OZ; Zi là dịch chuyển thẳng đứng của thân xe tại các điểm tương ứng với bánh xe thứ i: yi - độ dịch chuyển của bánh xe theo phương thẳng đứng so với gốc toạ độ, gốc toạ độ trùng với tâm bánh xe khi chưa có kích động. Dịch chuyển xảy ra dưới tác động ngẫu nhiên của biên dạng mặt đường. (2.2.9) Thay (2.2.9) vào (2.2.8) ta nhận được hệ phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ: Để có thể sử dụng phương pháp Runge - Kutta như đã chọn, ta tiến hành hạ cấp hệ phương trình vi phân. Đặt biến như sau: Thay vào hệ 3 phương trình vi phân cấp 2, ta nhận được hệ 6 phương trình vi phân cấp 1: (2.2.10) 2.2.2 Giải phương trình bằng Matlab-Simulink: Hệ thống được mô hình hóa bằng Simulink, thể hiện chủ yếu qua 3 khối phương trình . Các tham số đầu vào gồm các thông số kết cấu của xe: M, Jx, Jy, lx1, lx2, ly1, ly2, C1, C2, P1, P2, h (các tham số đã giải thích ở trên); và các tham số liên quan đến tác động từ bên ngoài: H, Ω, v, R. Vận tốc v và bán kính quay vòng R được chọn là tham số thay đổi trong quá trình khảo sát. Số liệu tính toán: Biên dạng mặt đường được mô tả như một hàm có 2 thành phần: Thành phần tiền định có dạng một hàm điều hoà: H sin(Wt) Thành phần ngẫu nhiên với mật độ phổ đã biết. Vì xét mô hình 3 chiều nên ta có 2 hàm biên dạng mặt đường cho 2 vệt bánh xe. Hai hàm này ta coi là có cùng dạng nhưng thành phần ngẫu nhiên thì khác nhau (nếu bỏ qua thành phần ngẫu nhiên thì chúng hoàn toàn giống nhau). Hàm biên dạng mặt đường cho 2 bánh xe cùng bên là như nhau nhưng lệch pha là: ( 2.2.11) Trong tính toán thông thường theo phương pháp tiền định, người ta thường bỏ qua thành phần ngẫu nhiên mà chỉ xét đến thành phần tiền định. Nếu không tính đến thành phần này có thể cho d=0, biên dạng mặt đường trở về dạng tiền định. ui(t) là quá trình ngẫu nhiên có mật độ phổ Suu(w) [14] , a là hằng số phụ thuộc vận tốc V. (2.2.12) Với bài toán cụ thể ở đây chỉ tính đến thành phần tiền định, không giải bài toán ngẫu nhiên: Số liệu tính toán cụ thể được lấy từ xe ô tô vận tải GAZ -66. C1 = 100 000 N/m; C2 = 106 000 N/m; g = 103 000 N/m3; m = 4715 kg lx1 = 1,79 m; lx2 = 1.57 m; ly1 = ly2 = 0,9 m; P1 = 10 700 N.s/m P2 = 14 150 N.s/m; lx = 5 m; bx = 1,8 m; hx = 1,8 m Các tham số đặc trưng cho kích động ngoài: w = 1 rad/s; H = 0,05 m; ls = lx1 + lx2 = 3,36 m; V = 14 m/s (~50,4 km/h) Jx = 3208 kgm2 ; Jy = 11178kgm2 ( Xác định bằng công thức thực nghiệm J = A.M.L2, A= 0,21) Số liệu tính toán cụ thể được lấy từ xe UAZ-3160. C1 = 45 000 N/m; C2 = 55 000 N/m; g = 103 000 N/m3; m = 1930kg lx1 = 1,30 m; lx2 = 1,10 m; ly1 = ly2 = 0,723 m; P1 = 2400 N.s/m P2 = 7800 N.s/m; lx = 4,240 m; bx = 2,020 m; hx = 0,8 m Các tham số đặc trưng cho kích động ngoài: w = 1 rad/s; H = 0,05 m; ls = lx1 + lx2 = 2,4 m; V = 14 m/s (~50,4 km/h) Jx = 847,5 kgm2 ; Jy = 2384,64 kgm2 ( Xác định bằng công thức thực nghiệm J = A.M.L2; A = 0,21) Số liệu tính toán cụ thể được lấy từ xe UAZ-31512: C1 = 50 000 N/m; C2 = 38 000 N/m; g = 103 000 N/m3; m = 2070kg lx1 = 1,25 m; lx2 = 1,13 m; ly1 = ly2 = 0,7225 m; P1 = 3825 N.s/m P2 = 2550 N.s/m; lx = 4,025 m; bx = 1,785 m; hx = 0,8 m Các tham số đặc trưng cho kích động ngoài: w = 1 rad/s; H = 0,05 m; ls = lx1 + lx2 = 2,380 m; V = 14 m/s (~50,4 km/h) Jx = 847,5 kgm2 ; Jy = 2384,64 kgm2 ( Xác định bằng công thức thực nghiệm J = A.M.L2; A = 0,21) Đồ thị kết quả thể hiện chuyển động của hệ ( Phụ lục kèm theo). Đồ thị kết quả mô hình 2 toạ độ suy rộng: a, b, Hình 3.9: Dịch chuyển góc ngang khi xe đi thẳng đều a) và quay vòng b) Đồ thị kết quả mô hình 3 toạ độ suy rộng: Hình 2.10: Dao động thẳng đứng của thân xe a) b) Hình 4.11: Dịch chuyển góc ngang khi xe đi thẳng đều a) và quay vòng b) 2.3. Xây dựng mô hình dao động của sàn mô phỏng: Hình 2.12: Vector mô hình Hình 7 cho thấy sơ đồ vector cho một mô hình điển hình sàn mô phỏng. Khung {P} là nằm ở trung tâm của sàn trên và khung {B} là trung tâm của sàn thấp hơn. Hình 7 cũng cho thấy trục PZ hương lên và trục Xp vuông góc với đường dây kết nối P1 và P6. Góc giữa P1 và P2 được ký hiệu là qP .Tương tự như vậy đối với sàn dưới B là trục X vuông góc với đường nối liềnB1và B6, góc giữa 1B và B2 là ký hiệu qB và góc độ từ B1 và B3, B 3 và B 5 là 120 °. Sau đó, các góc giữa PP1 và Xp được kí hiệu là li các góc giữa BB1 và XB được kí hiệu là Li. Ta có: Với trục dẫn động 1,3,5: Li=60i0- qB /2 , li=60i0- qP /2 Với trục dẫn động 2,4,6: Li=L i-1+ qB , li=li-1 +qp Với , Cụ thể ta có: L1= , L2= , L3= , L4= , L5= , L6= l1=, l2=, l3=, l4=, l5=, l6= (2.3.1) Vetor được biểu diễn trên hình vẽ là vec tơ tương đối của Pi và Bi Vị trí của sàn trên (p) Vị trí của của điểm Pi trên khung (p): Pi = (Pix ,Piy ,Piz)T Vị trí của sàn dưới bi =( bix ,biy ,biz)T chúng ta có thể được viết như sau: Pi= (Pix ,Piy ,Piz)T = (rpcosli , rpsinli,0)T, (2.3.2) bi= ( bix ,biy ,biz)T = (rBcos Li, rBsinLi,0)T, với i=1,2,3,4,5,6 (2.3.3) rp, rB bán kính của sàn trên và sàn dưới tương ứng LI, lI là các góc được tính trong (1) Áp dụng phép biến đổi (phép quay của một vật quanh một trục tọa độ) ta có: Với góc quay quanh trục x, với góc quay quanh trục y, với góc quay quanh trục z. Ma trận chuyển từ hệ tọa độ 0xyz đối với hệ tọa độ tuyệt đối: (2.3.4) Chiều dài của vector được tính như sau: Từ công thức: Ta có: li = Bi Pi== rp , rB bán kính của sàn trên và sàn dưới tương ứng. Từ đó ta có phương trình chung: F(x,y,z,α,β,γ) = x2 + y2 + z2 + + rB2 + 2(r11 pix +r12 piy)(x-bix) + 2(r21 pix + r22 piy)(y-biy) + 2(r31 pix+r32 piy)z - 2(xbix +ybiy) - li2 =0 Từ đó ta có các phương trình thể hiện vị trí của các thanh tại 6 vị trí lần lượt là: x2 + y2 + z2 + rB2 + 2(r11 p1x +r12 p1y)(x-b1x) + 2(r21 p1x + r22 p1y)(y-b1y) + 2(r31 p1x+r32 p1y)z - 2(xb1x +yb1y) +(r11 p1x +r12 p1y )2+(r21 p1x + r22 p1y)2 +(r31 p1x+r32 p1y)2 – l12=0 x2 + y2 + z2 + rB2 + 2(r11 p2x +r12 p2y)(x-b2x) + 2(r21 p2x + r22 p2y)(y-b2y) + 2(r31 p2x+r32 p2y)z - 2(xb2x +yb2y) +(r11 p2x +r12 p1y )2+(r21 p2x + r22 p2y)2 +(r31 p2x+r32 p2y)2 – l22 =0 x2 + y2 + z2 + rB2 + 2(r11 pix +r12 p3y)(x-b3x) + 2(r21 p3x + r22 p3y)(y-b3y) + 2(r31 p3x+r32 p3y)z - 2(xb3x +yb3y) +(r11 p3x +r12 p3y )2+(r21 p3x + r22 p3y)2 +(r31 p3x+r32 p3y)2 – l32 =0 x2 + y2 + z2 + rB2 + 2(r11 p4x +r12 p4y)(x-b4x) + 2(r21 p4x + r22 p4y)(y-b4y) + 2(r31 p4x+r32 p4y)z - 2(xb4x +yb4y) +(r11 p4x +r12 p4y )2+(r21 p4x + r22 p4y)2 +(r31 p4x+r32 p4y)2– l42 =0 x2 + y2 + z2 + rB2 + 2(r11 p5x +r12 p5y)(x-b5x) + 2(r21 p5x + r22 p5y)(y-b5y) + 2(r31 p5x+r32 p5y)z - 2(xb5x +yb5y) +(r11 p5x +r12 p5y )2+(r21 p5x + r22 p5y)2 +(r31 p5x+r32 p5y)2 – l52 =0 x2 + y2 + z2 + rB2 + 2(r11 p6x +r12 p6y)(x-b6x) + 2(r21 p6x + r22 p6y)(y-b6y) + 2(r31 p6x+r32 p6y)z - 2(xb6x +yb6y) +(r11 p6x +r12 p6y )2+(r21 p6x + r22 p6y)2 +(r31 p6x+r32 p6y)2– l62 =0 Thế các giá trị (1), (2), (3), (4) vào các biểu thức trên ta có: Với rp= 0,45, rb= 0,55 x2 + y2 + z2 + rB2 + 2 [()(rpcos)+() (rpsin)][x-rBcos] + 2[()( rpcos) + ()(rpsin)](y- rB sin) + 2[()(rpcos)+() (rpsin)]z - 2(x .rBcos+ y .rB sin) [()(rpcos)+() (rpsin)]2+[()( rpcos) + ()(rpsin)]2+[()( rpcos) + ()(rpsin)]2– l12 = 0 (2.3.5) x2 + y2 + z2+ rB2 + 2 [()(rpcos)+() (rpsin)][x-rBcos] + 2[()( rpcos) + ()(rpsin)](y- rB sin) + 2[()(rpcos)+() (rpsin)]z - 2(x .rBcos+ y .rB sin) +[()(rpcos)+() (rpsin)]2+[()( rpcos) + ()(rpsin)]2+[()(rpcos)+() (rpsin)]2– l22 = 0 (2.3.6) x2 + y2 + z2 + rB2 + 2 [()(rpcos)+() (rpsin)][x-rBcos] + 2[()( rpcos) + ()(rpsin)](y- rB sin) + 2[()(rpcos)+() (rpsin)]z - 2(x .rBcos+ y .rB sin) +[()(rpcos)+() (rpsin)]2+[()( rpcos) + ()(rpsin)]2+[()(rpcos)+() (rpsin)]2– l32 = 0 (2.3.7) x2 + y2 + z2 + rB2 + 2 [()(rpcos)+() (rpsin)][x-rBcos] + 2[()( rpcos) + ()(rpsin)](y- rB sin) + 2[()(rpcos)+() (rpsin)]z - 2(x .rBcos+ y .rB sin)+[()(rpcos)+() (rpsin)]2+ [()( rpcos) + ()(rpsin)]2+[()(rpcos)+() (rpsin)]2– l42 = 0 (2.3.8) x2 + y2 + z2 + rB2 + 2 [()(rpcos)+() (rpsin)][x-rBcos] + 2[()( rpcos) + ()(rpsin)](y- rB sin) + 2[()(rpcos)+() (rpsin)]z - 2(x .rBcos+ y .rB sin) +[()(rpcos)+() (rpsin)]2+[()( rpcos) + ()(rpsin)]– l52 = 0 (2.3.9) x2 + y2 + z2 + rB2 + 2 [()(rpcos)+() (rpsin)][x-rBcos] + 2[()( rpcos) + ()(rpsin)](y- rB sin) + 2[()(rpcos)+() (rpsin)]z - 2(x .rBcos+ y .rB sin)+[()(rpcos)+() (rpsin)]2+[()( rpcos) + ()(rpsin)]2+[()(rpcos)+() (rpsin)] – l62 = 0 (2.3.10) Vận tốc góc của thân xe trong hệ tọa độ gắn với thân xe (hệ tọa độ tương đối): Vận tốc góc của thân xe trong hệ tọa độ tuyệt đối: Hay là vận tốc góc của thân xe quanh các trục Các thông số yêu cầu của sàn mô phỏng: Kích thước của sàn: L x W x H = 1350 x 1200 x 760 (mm) Tải trọng: 500 (kg) Gia tốc: 1g (m/s2) Gia tốc góc: 600/s2 Góc quay được: 300 Sử dụng chương tính toán bằng phần mềm Matlab Simulink giải từ phương trình (5) đến (11): (m) (m) (m) Với f = 0,5 (Hz) Đồ thị kết quả: a, b, c, d, e, f m, n, k, Hình 2.13: Chiều dài thanh và vận tốc a, b, c, d, e, f thể hiện chiều dài của các thanh tương ứng với các vị trí khác nhau m, n, k lần lượt là vận tốc góc quanh các trục x, y, z. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG Nguyên lý làm việc tổng quan của hệ thống như sau: Bố trí hệ thống hệ điều hành sàn chuyển động được giao tiếp với mô hình quản lý để thực hiện các tín hiệu chuyển động. Bố trí hệ thống được trình bày trong hình 1.5. Thứ nhất, mong muốn các vị trí sàn chuyển động được đưa vào mô hình mô phỏng từ UTMVDM. Các mô hình sàn mô phỏng chuyển động sau đó tính độ dài cần thiết để thiết bị truyền động thực hiện các tín hiệu chuyển động. Mô hình này sẽ gửi các tín hiệu đầu vào và đi qua một PID điều khiển hệ thống thu thập dữ liệu (DAQ). Trong khi đó, các mô hình mô phỏng cũng đi qua các dữ liệu đầu ra để mô phỏng sàn. Liên kết giữa mô hình toán học và DAQ được thành lập bằng cách sử dụng hàm Chức năng viết bằng ngôn ngữ lập trình C. Các tín hiệu số được chuyển thành tín hiệu tương tự và điều chế độ rộng xung (PWM) tín hiệu Kiểm soát các trình điều khiển động cơ mà các ổ đĩa của thiết bị truyền động DC. Các thiết bị truyền động DC vị trí tín hiệu lấy bằng cách sử dụng chiết áp. Tín hiệu được chuyển thành tín hiệu số thông qua các DAQ và được lọc với bộ lọc chậm trước khi phản hồi thông tin .Điều khiển (PID) là tín hiệu báo lỗi. Điều này hoàn thành việc kiểm soát chặt chẽ hệ thống. Hình 3.1: Bố trí hệ thống 3.1. Nguyên lý làm việc và tính toán sơ bộ kích thước khung sàn chuyển động: Sàn có mô hình như hình vẽ: 3.1.1. Nguyên lý làm việc: Chọn hệ trục tọa độ không gian 03 chiều, có gốc tọa độ đặt tại tâm của hình chữ nhật (sàn trên) dùng để lắp ca bin. Mọi dao động của giàn sẽ được quy về dao động của trục toạ độ này với hình chiếu của nó tại sàn dưới (cố định) vào thời điểm tĩnh (thời điểm cố định bắt đầu hoạt động). Trục Y của hệ tọa độ có chiều dương hướng từ trái sang phải (song song mặt phẳng nằm ngang). Trục X của hệ tọa độ có chiều dương hướng từ ngoài vào trong (song song mặt phẳng nằm ngang). Trục Z của hệ tọa độ có chiều dương hướng từ dưới lên trên (vuông góc với mặt phẳng nằm ngang). xy Hình 3.2: Mô hình 3 bậc tự do Với hệ tọa độ đã chọn như trên ta có thể coi các chuyển động nghiêng dọc thân xe (đi lên dốc, xuống dốc) là quay quanh trục oY. Các chuyển động nghiêng theo phương ngang của xe (xe bị nghiêng phải, trái) là quay quanh trục OX. Yêu cầu đặt ra là tạo được những góc nghiêng của sàn trên với hình chiếu của nó trên mặt phẳng sàn dưới (quy về các trục OX, OY). Khung sàn có các chuyển động trong hệ tọa độ đã chọn như sau: Chuyển động quay quanh OX. Đây là chuyển động được tạo bởi sự chênh lệch độ cao tương đối với mặt phẳng sàn dưới của giàn mô phỏng nhờ hai thanh B và C (hình vẽ). Thực chất chuyển động này sẽ tạo ra những góc nghiêng phải, trái và bị giới hạn bởi một góc cung xác định trước là góc β. Chuyển động quay quanh OY. Đây là chuyển động được tạo bởi sự chênh lệch độ cao tương đối với mặt phẳng sàn dưới của giàn mô phỏng của trung điển đường thẳng nối hai tâm khớp cầu hai thanh B và C với tâm khớp cầu thanh A (hình vẽ). Thực chất chuyển động này sẽ tạo ra những góc nghiêng lên, xuống (dọc trục) và bị giới hạn bởi một góc cung α, như trên đã trình bày. Chuyển động tịnh tiến theo OX. Với chuyển động này chỉ là chuyển động phụ, nảy sinh trong quá trình thiết kế nhưng vì không gây hại và cũng không cản trở hoạt động của giàn mô phỏng nên không cần triệt tiêu. Chuyển động tịnh tiến của tâm sàn trên theo trục 0X đi kèm với chuyển động thay đổi góc nghiêng dọc trục của giàn mô phỏng một phần nào đó giúp cho quá trình mô phỏng được sát thực tế hơn. 3.1.2.Tính toán kích thước sàn mô phỏng: Từ nhiệm vụ, yêu cầu của bài toán sàn mô phỏng cần đáp ứng một số tiêu chí sau: + Tạo góc nghiêng mô phỏng góc nghiêng trục ngang xe là 300. + Tạo góc nghiêng mô phỏng góc nghiêng trục dọc xe là 300. + Không gây dao động ngoài ý muốn. + Chịu được tải trọng 500 kg gắn lên sàn trên. + Có kích thước dài * rộng là: 1900 x 1400mm. 3.2. Nguyên lý làm việc và tính toán kích thước của thanh: 3.2.1. Nguyên lý làm việc: Hệ thống mô phỏng được xây dựng trên nguyên tắc tạo dao động trọng tâm sàn trên trong một không gian giả định (XYZ) bằng cách thay đổi các giá trị độ lớn của góc quay. Trong đó tại thời điểm ban đầu các thanh đều nằm ở vị trí thẳng đứng tương ứng với các cần quay ở vị trí nằm ngang. Các thanh được bố trí trong các mặt phẳng tượng trưng thanh 01, 02 trong mặt phẳng (OY, OZ), thanh 03 trong mặt phẳng (OX,OZ). Nếu giả thiết thanh 01, 02 không hoạt động, với những thay đổi độ dài thanh 03 ta sẽ có những dao động của hệ quanh trục 0Y với bán kính tính toán và với một góc giới hạn trong phạm vi 300. Nếu giả thiết thanh 03 không hoạt động, với những thay đổi độ dài thanh 01, 02 ngược chiều nhau ta sẽ có những đao động của hệ (sàn trên) quanh trục 0X, với bán kính tính toán và với một góc giới hạn trong phạm vi 300. Kết hợp những chuyển động của cả ba thanh ta sẽ có những miền của hai trục 0X, 0Y mà sàn trên sẽ dao động quanh đó. Các chuyển động (thay đổi về độ dài của thanh) 01, 02 mô tả sự dịch chuyển trong mặt phẳng (OYZ) hay diễn tả các góc lệch ngang trục của sàn trên (nơi giá đặt cabin tập lái). Các chuyển động (thay đổi về độ dài của thanh) 03 so với khoảng cách tương đối của trung điểm đoạn thẳng nối hai đầu thanh 01, 02 mô tả sự dịch chuyển trong mặt phẳng (OXZ) hay diển tả các góc lệch dọc trục của sàn cabin tập lái. Giá trị độ dài các thanh 01, 02 và trong mặt phẳng OZY giá trị độ dài thanh 03 trong mặt phẳng (OXZ) thay đổi liên tục sẽ cho sự thay đổi các góc dọc và ngang trục ca bin lái một cách liên tục. Các thanh chuyển động theo các vị trí được tính toán trước sẽ tạo ra những trạng thái mất cân bằng đối với cơ cấu cân bằng sinh học của con người, tạo ra sự thay đổi tư thế, góc nghiêng liên tục phù hợp với các góc nghiêng của địa hình giả định. Nếu trước mặt người đó là những hình ảnh động phù hợp, người đó sẽ có cảm giác đang tham gia vào chuyển động trên địa hình đó. 3.2.2. Tính toán kích thước và vị trí bố trí thanh truyền: Với hệ truyền động đã chọn như trên, dựa vào kích thước của khung ca bin ta bố trí các thanh thành một tam giác cân như hình vẽ. Với việc bố trí đầu trên các thanh theo trên nó có thể đáp ứng được các chuyển động được đặt ra. A B C x y Chiều dài của thanh phải đủ để cho ca bin chuyển động mà không bị hạn chế. Chiều dài này phụ thuộc vào độ cao lớn nhất khi ca bin chuyển động đến điểm biên, do vậy nó sẽ phụ thuộc vào hành trình của thanh và cách lắp ghép. Chiều dài này được tính dựa vào hình học, với các kích thước của khung, thanh và các khớp nối, các kích thước lắp ghép ta dựng lên sơ bộ khung cơ khí sau đó hiệu chỉnh lại. Từ khung cơ khí được dựng, ta có thể tính sơ bộ chiều dài của thanh bằng cách: Đo trực tiếp từ hình vẽ. Dựa vào công thức lương giác. Để dựa vào công thức lượng giác ta có thể kẻ một đường vuông góc từ điểm đầu trên của thanh, với các kích thước của giàn cơ khí, kích thước khung, kích thước khớp cầu, kích thước lắp ghép ta có thể tính sơ bộ chiều dài đường vuông góc này, góc nghiêng ta có thể do được từ đó ta áp dụng định nghĩa hàm tg. Giả sử chiều dài cần tính là l, chiều dài đường vuông góc là h, góc nghiêng đo được là .điều kiên để khung không chạm sàn khi chuyển động Ta có l > h (3.2.1) Tại vị trí khung ở vị trí biên: h = 1900 x sin30 : 2 = 475 mm Chọn sơ bộ đường kính các thanh và chiều dài thanh như sau: Sở dĩ chọn kích thước như vậy để thuận tiện gá lắp cũng như trong quá trình sử dụng. 3.3. Nguyên lý làm việc và tính toán kích thước của tay quay 3.3.1. Nguyên lý làm việc: Tay quay quay quanh trục động cơ có tac dụng điều chỉnh vị trí thanh truyền.thanh truyền nâng lên hay hạ xuống phụ thuộc vào độ lớn góc quay.Vị trí của góc quay được điều chỉnh bằng động cơ và phản hồi vị trí thật của nó qua sensor phản hồi được điều khiển sao cho vị trí thật của nó và giá trị được điều khiển là như nhau. 3.3.2. Tính toán kích thước: Để tính hành trình của các thanh đáp ứng được theo yêu cầu ta có thể gọi chiều dài hành trình các cần thanh là h. Trên hình vẽ theo công thức lượng giác trong tam giác vuông ta có: Với hành trình của thanh đã chọn đã có thể đáp ứng được góc nghiêng của cabin theo chiều ngang thân xe là 300. Để không phải hạn chế cho chuyển động và các kích thước lắp đặt ta chọn hành trình của thanh là 480 mm. Để có kích thước trên ta chọn cần quay có kích thước tương ứng là l = 240 mm. Vậy kích thước của cần quay là l = 240 mm (3.3.1) 3.4. Nguyên lý làm việc và tính toán kết cấu của lò xo: 3.4.1. Nguyên lý làm việc: Lò xo chuyển động theo trục z, lò xo một đầu được nối với sàn chuyển động, đầu còn lại gắn chặt với sàn cố định. Lò xo chuyển động theo trọng tâm của sàn, sự thay đổi chiều dài của lò xo phụ thuộc vào việc đi lên hay đi xuống của các thanh. Lò xo chịu tác dụng của lực kéo (nén) và chịu mômen uốn. 3.4.2. Tính toán kết cấu: Chọn lò xo có hệ số đàn hồi C =105 N/m. Xét lò xo tại vị trí ban đầu khi đó các thanh truyền ở vị trí nằm ngang lưc đàn hồi cân bằn