DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU.iv
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.vi
DANH MỤC CÁC BẢNG.vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.vii
MỞ ĐẦU.1
Chƣơng I. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.5
1.1. Xu hƣớng phát triển ô tô khách ở Việt Nam. . 5
1.1.1. Đặc điểm và sự phát triển mạng lưới giao thông ở Việt Nam. 5
1.1.2. Hiện trạng phát triển ô tô khách ở Việt Nam. . 6
1.1.3. Tình hình sản xuất lắp ráp ô tô khách ở Việt Nam. 8
1.2. Hệ thống treo h n n. . 10
1.2.1. Đặc điểm hệ thống treo khí nén. 10
1.2.2. Hệ thống treo khí nén trên ô tô khách . 11
1.2.3. Các mô hình nghiên cứu động lực học hệ thống treo khí nén . 12
1.3. Khái quát về các công trình nghiên cứu liên quan đến nội dung đề tài. 15
1.3.1. Các công trình nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến tài. 18
1.3.2. Các công trình nghiên cứu dao động ô tô trong nước. . 20
1.4. Vấn đề còn tồn tại v hƣớng nghiên cứu. . 23
1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án . 24
KẾT LUẬN CHƢƠNG I . 24
Chƣơng II. THIẾT LẬP MÔ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ KHÁCH SỬ DỤNG HỆ
THỐNG TREO KHÍ NÉN.26
2.1. Mô hình động lực học của lò xo h n n . 26
2.1.1. Cơ sở lý thuyết nhiệt động học . 26
2.1.2. Các thông số đặc trưng của l o h n n . 28
2.1.3. Mô hình toán học của lò xo khí nén. 29
2.2. Đ c t nh đ n hồi lò xo h n n. . 33
2.2.1. Đặc t nh đ n hồi t nh. . 33
2.2.2. Đặc t nh động lực học lò xo khí nén. . 35
2.3. Mô hình dao động ô tô h ch với hệ thống treo khí nén. 38
2.3.1 C c giả thiết hi dựng ô h nh . 38
2.3.2. Mô h nh dao động 1/4 ô tô với hệ thống treo khí nén. 39ii
2.3.3. Mô h nh dao động ô tô trong không gian với hệ thống treo khí nén . 42
2.4. C c ch tiêu đ nh gi dao động ô tô. 54
2.4.1. Chỉ tiêu đ nh gi độ êm dịu chuyển động . 54
2.4.2. Chỉ tiêu đ nh gi an to n chu ển động. 55
KẾT LUẬN CHƢƠNG II. 60
Chƣơng III. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN DAO ĐỘNG CỦA Ô
TÔ KHÁCH SỬ DỤNG HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN.61
3.1. Mô phỏng mô hình nghiên cứu dao động ô tô trong Matlab Simulink. 61
3.2. Ô tô khách UNIVERSE. . 66
3.3. Khảo s t dao động riêng của ô tô. 68
3.3.1. Tần số dao động riêng của ô tô theo phương thẳng đứng. 68
3.3.2. Tần số dao động riêng lắc ngang . 69
3.4. Khảo s t dao động của ô tô trong miền thời gian. . 69
3.4.1. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường. 69
3.4.2. Ảnh hưởng của p suất trong l o h n n. 74
3.4.3. Ảnh hưởng của thể tích bình khí phụ. 77
3.5. Khảo s t dao động của ô tô trong miền tần số . 81
3.5.1. Ảnh hưởng của áp suất trong l o h n n đến êm dịu chuyển động. 82
3.5.2. Ảnh hưởng của thể tích bình khí phụ đến êm dịu chuyển động. 85
3.5.3. Ảnh hưởng của thể tích bình khí phụ đến tính ổn định chuyển động . 86
KẾT LUẬN CHƢƠNG III. 88
Chƣơng IV: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .89
4.1. Mục đ ch của nghiên cứu thực nghiệm . 89
4.2. Thí nghiệm x c định độ cứng tĩnh lò xo h n n. 89
4.2.1. Điều kiện khi thực hiện thí nghiệm . 89
4.2.2. Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm. 90
4.2.3. Phương ph p thực hiện thí nghiệm. 91
4.2.4. Kết quả thí nghiệm. 92
4.3. Thí nghiệm x c định độ cứng động lực học lò xo khí nén . 94
4.3.1. Trang thiết bị phục vụ thí nghiệm. 94
4.3.2. Phương ph p thực hiện thí nghiệm. 94
4.3.3. Kết quả thí nghiệm. 97
4.4. Sử dụng kết quả thí nghiệm để chuẩn hóa mô hình lý thuyết . 100
4.4.1. Sử dụng kết quả lý thuyết để chuẩn hóa đường đặc t nh t nh l o h n n 101
4.4.2. Sử dụng kết quả thí nghiệ để chuẩn hóa ô h nh dao động trong không
gian ô tô khách. 102iii
4.5. Thí nghiệm x c định tần số dao động riêng của ô tô h ch theo phƣơng
thẳng đứng. . 103
4.5.1. Mục đ ch th nghiệm . 103
4.5.2. Giới thiệu thiết bị thí nghiệm. 104
4.5.3. Phương ph p thực hiện thí nghiệm. 107
4.5.4. Kết quả thí nghiệm. 110
KẾT LUẬN CHƢƠNG IV.111
KẾT LUẬN CHUNG .112
MỘT SỐ KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT.115
HƢỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP THEO CỦA LUẬN ÁN .115
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .116
TÀI LIỆU THAM KHẢO.117
PHỤ LỤC .1
PL1. THÍ NGHIỆM ĐO ĐỘ CỨNG ĐỘNG LỰC HỌC LÒ XO KHÍ NÉN . 1
PL2.THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH TĨNH LÒ XO KHÍ NÉN. 12
PL3. MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM. 22
PL5. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE THÍ NGHIỆM . 27iv
162 trang |
Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 663 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén - Trương Mạnh Hùng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
s
0
0
g
g
f fGG
x
x
T T
T T T T T
4 8 4 8
mu
us s fs e fs v vs v s u u fu u u mu
us s fs us e fs v vs u u fu mu us v s u u u
uu uu
z
K
G C G z + K G + K G z K w G K G z K q K z
G C G z G K G + K G G K G K z G K w G K q
C K
x x
Dạng ma trận của hệ phương trình dao động các cầu xe là:
T T u u uu uu us v s u u uM y C z + K z G K w G K q (2.72)
Hệ phương trình chu ển động của hối lượng h n n
Hệ phương trình phi tuyến của khối lượng khí nén (2.44) có thể được biểu diễn ở
dạng ma trận qua các biến đổi sau:
, (1,2,3,4)( )i si vi si si i si uSi si uSic w z sign w z iM w k z w
53
111 1 1
222 2 2
3 3 33 3
4 4 44 4
0 0 00 0 0
0 0 00 0 0
0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0
s s uS
s s uS
s s uS
s s uS
M
M
M
M
cw z
cw z
w zc
w zc
w
w
w
w
sw
s uS
wM C w z
1 1
2 2
3 3
4 4
1 1 1
2 2 2
3 3 3
4 4 4
0 0 0
0 0 0
0 0 0
0 0 0
s uS
s uS
s uS
s uS
v s s
v s s
v s s
v s s
sign w z
sign w z
sign w z
sign w z
sign
k z w
k z w
k z w
k z w
s uS
v s s
w z
K z w
4 4 4 4
4 8
3 3
3 8
, ,
, ,
sign
sign
s uS u s uS u v s s s
s uS s uS
uw
v s v s
sw
C w G y w G y K G y w
C w G 0 I z w G 0 I z
G
K G 0 I 0 z K w
G
x x
x
x
x
Hệ phương trình chuyển động của khối lượng khí nén trong hệ thống treo được biểu
diễn ở dạng ma trận như sau:
4 8sign w s s uw s v sw v suwM w C w G z w G z K G z K wx (2.73)
Hệ phương trình dao động của t
Kết hợp các phương trình ma trận (2.60) – (2.73), hệ phương trình dao động của ô tô
khách (2.50) được biểu diễn dưới dạng ma trận tổng quát như sau:
T
T T
7 1 8 8 8 88 8 8 4 8 7
dm fd fd
s
s ss ss s v s
u
u uu uu us v u u
w
0c k0 0 0 0
q
0 M 0 z C z K z G K w I 0
q
0 0 M C K G K 0 G K
uM KC K Q
M z C z K z
xx xx x x
w sK w Q u
(2.74)
C ng với phương trình (2.73) ta có hệ phương trình dao động của ô tô khách với hệ
thống treo khí nén ở dạng ma trận:
54
4 8
sign
w s
w s s uw s v sw v suw
M z C z K z K w Q u
M w C w G z w G z K G z K wx
(2.75)
trong đó:
T
, , , , , ,d uf ur uf urZ Z Z Z z l v c tơ c c tọa độ su rộng;
T
1 2 3 4, , ,s s s sw w w wsw l v c tơ chu ển vị của hối lượng h n n;
T TT T
1 2 3 4, 0, , , , , ,s y r s x pm a h m a h q q q q s u
u q q l v c tơ c c ngoại lực
su rộng ha v c tơ c c lực ch th ch; M, Mw l c c a trận hối lượng;C, Cβ là
c c a trận hệ số cản; K, Kw, Kv l c c a trận độ cứng; Guw, Gsw l c c a trận
ch thước h nh học; Q l a trận ch th ch.
2.4. C c ch tiêu đ nh gi dao động ô tô
Chất lượng dao động của ô tô thường được đánh giá theo nhiều chỉ tiêu khác nhau.
Nhìn chung, các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô bao gồm:
- Chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động.
- Chỉ tiêu về an toàn chuyển động.
- Chỉ tiêu về lực động tác d ng xuống nền đường.
Ngoài ra để đảm bảo cho chuyển động cần xét đến chỉ tiêu đánh giá tính ổn định
chuyển động.
T y thuộc vào m c đích nghiên cứu, người thiết kế có thể đánh giá ảnh hưởng của
dao động ô tô theo tất cả hoặc một số trong các chỉ tiêu kể trên. Trong giới hạn cho
phép, luận án sử d ng hai chỉ tiêu đánh giá sự ảnh hưởng của dao động ô tô, đó là chỉ
tiêu về độ êm dịu chuyển động và chỉ tiêu an toàn chuyển động.
2.4.1. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động
Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô. Các công trình
nghiên cứu của các tác giả trên thế giới đã đưa ra một số chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
chuyển động của ô tô theo tác giả Mitschke [71],[72],[73],[74],[75]. Đánh giá thông qua
tần số dao động, gia tốc dao động...
* Gia tốc dao động
Gia tốc dao động có thể coi là thông số rất quan tr ng để đánh giá độ êm dịu chuyển
động. Cơ sở để xác định chỉ tiêu về gia tốc dao động chính là giá trị bình phương trung
55
bình (Root Mean Square - RMS) của gia tốc theo các phương d c xe Ox, phương ngang
xe Oy và phương thẳng đứng Oz.
Tùy thuộc vào điều kiện và m c đích nghiên cứu, trong luận án sử d ng chỉ tiêu
đánh giá độ êm dịu chuyển động theo giá trị bình phương trung bình của gia tốc người
lái, gia tốc lắc ngang theo biểu thức toán h c sau:
2
0
1
( ) ( )
T
d dRMS Z Z t dt
T
< 2,5 [m/s
2
] (2.76)
2
0
1
S ( )
T
RM t dt
T
Gia tốc bình phương trung bình có giới hạn là [51] :
+ Thoải mái: 0,1 (m.s- 2 ).
+ Mệt mỏi cho phép: 0,315 (m.s-2 )
+ Mệt mỏi ở giới hạn cho phép: 0,63 (m.s- 2 ).
+Tương đối khó chịu: 0,8 ÷1,6 (m.s- 2 ).
+Rất khó chịu: 1,25 ÷2,5 (m.s- 2 ).
+ Cực kỳ khó chịu: Lớn hơn: 2 (m.s- 2 ).
* Giá trị gia tốc tới hạn eVDV [6]
- Giá trị gia tốc tới hạn eVDV (Estimate Vibration Dose Value) đặc trưng cho giới
hạn nguy hiểm đến sức khỏe con người, do dao động của ô tô khách trong khoảng thời
gian dài. Các giá trị này ph thuộc vào thời gian dao động và gia tốc bình phương trung
bình theo tần số.
- Chỉ tiêu về giá trị dao động tới hạn là giá trị ước lượng của gia tốc trung bình bậc 4
VDV. Phương pháp này cho ra kết quả chính xác hơn phương pháp định lượng cơ sở
bằng cách sử d ng luỹ th a bậc 4 thay luỹ th a bậc 2.
Trong luận án, sử d ng chỉ tiêu gia tốc dao động (2.76) đánh giá tính êm dịu chuyển
động ô tô.
2.4.2. Chỉ tiêu đánh giá an toàn chu ển động
Trong quá trình chuyển động, lực tương tác giữa bánh xe và mặt đường gồm các
thành phần: lực theo phương thẳng đứng, gồm lực tĩnh do tr ng lượng bản thân ô tô và
lực động do ô tô dao động; lực d c theo phương tiếp tuyến tại vết tiếp xúc với bánh xe,
gồm có lực kéo và lực phanh; lực ngang theo phương tiếp tuyến tại vết tiếp xúc xuất
56
hiện khi xe quay vòng, chạy trên mặt đường nghiêng. Các lực này có ảnh hưởng đến
tính êm dịu cũng như an toàn chuyển động của ô tô.
* Đánh giá an toàn chuyển động thông qua tải trọng tại bánh xe
Theo quan điểm về an toàn chuyển động [75], tải tr ng thẳng đứng của bánh xe tác
d ng xuống nền đường tạo ra lực bám giữa bánh xe với mặt đường, đảm bảo cho ô tô
chuyển động an toàn và là thông số quan tr ng để đánh giá tính an toàn chuyển động.
Khi ô tô chuyển động trên đường thì dáng điệu của tải tr ng thẳng đứng của bánh xe
Fz(t) cũng mang đặc tính ngẫu nhiên. Các giá trị của Fz(t) dao động xung quanh vị trí
giá trị trung bình zF (gọi là kỳ vọng toán học), theo kết quả thử nghiệm thì giá trị này
bằng giá trị tải tr ng tĩnh đặt trên bánh xe Fzt.
z ztF F (2.77)
Tải tr ng thẳng đứng của bánh xe Fz(t) được xác định bằng tổng của tải tr ng tĩnh
và tải tr ng động giữa bánh xe và bề mặt đường:
( ) ( )z zt zdF t F F t (2.78)
Tải tr ng tĩnh của bánh xe dễ dàng xác định được t tr ng lượng của ô tô. Tải tr ng
động ( )zdF t xác định phức tạp hơn vì nó ph thuộc vào tính chất dao động của ô tô, vào
vận tốc chuyển động và độ mấp mô của biên dạng bề mặt đường. Có thể xác định tải
tr ng động bánh xe theo biểu thức toán h c sau:
( )zd t uF t k z q (2.79)
trong đó:kt - Độ cứng của lốp xe,
zu - Chuyển dịch của b nh e theo phương thẳng đứng,
q - Biên độ mấp mô mặt đường.
Theo quan điểm về tải tr ng tác d ng xuống nền đường, sẽ dựa vào trị số lớn nhất
của tải tr ng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của tải tr ng động:
Fz = Fzt + Fzd (2.80)
Theo quan điểm về an toàn chuyển động, được hiểu là khả n ng truyền lực kéo, lực
phanh của bánh xe và ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô. Khả n ng đó ph thuộc
vào mức độ thay đổi lực động tại các bánh xe.
Khi bánh xe tách khỏi mặt đường, tải tr ng thẳng đứng của bánh xe tác d ng xuống
nền đường Fz = 0. Lúc này, bánh xe mất khả n ng truyền lực kéo, lực phanh và lực
57
ngang. Đồng thời, nếu là bánh xe dẫn hướng thì ở thời điểm đó ô tô sẽ mất tính điều
khiển.
Để đánh giá ô tô theo quan điểm về an toàn chuyển động, cần thiết xác định tỷ số
giữa tải tr ng động và tải tr ng tĩnh của bánh xe Fzd (t)/Fzt .
Tải tr ng động ( )zdF t luôn thay đổi theo thời gian, nên chúng ta sử d ng giá trị bình
phương trung bình của tải tr ng động S zdRM F .
Ngoài ra, khi ô tô dao động, người ta quan tâm tới sự bám của lốp với mặt đường. Ô
tô dao động thỏa mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng bánh xe bám đường kém nên làm
mất tính ổn định khi điểu khiển xe. Vì vậy, có thể sử d ng giá trị bình phương trung
bình của dịch chuyển tương đối giữa bánh xe với độ mấp mô bề mặt đường để đánh giá
sự bám (tiếp xúc) của bánh xe với mặt đường.
Do vậy, có thể đánh giá chỉ tiêu an toàn chuyển động đối với ô tô có bốn bánh xe
theo biểu thức toán h c sau [71],[72],[75]:
4
2
1 0
1 1
S
4
T
zd zdi
i
RM F F dt
T
[N] (2.81)
Trong luận án, sử d ng chỉ tiêu (2.81) đánh giá an toàn chuyển động ô tô.
* Ch tiêu đánh giá khả năng ổn định ngang.
Tính ổn định của ô tô là một trong những tính chất khai thác quan tr ng. Trong
trường hợp tổng quát, được hiểu là khả n ng đảm bảo ô tô chuyển động không bị trượt
hoặc lật trong m i điều kiện khai thác, khi chuyển động quay vòng, khi phanh hoặc khi
chuyển động trên đường dốc. Tính ổn định của ô tô kém sẽ làm giảm tốc độ chuyển
động và dễ gây ra các tai nạn. Theo hướng trượt hoặc lật, tính ổn định của ô tô được
chia thành ổn định d c và ổn định ngang. Trong thực tế hiện tượng mất ổn định ngang
xảy ra nhiều hơn và nguy hiểm hơn so với mất ổn định d c.
a. Đ nh gi lật ngang tĩnh
Để đánh giá tính ổn định chống lật của ô tô, người ta sử d ng hệ số ổn định tĩnh
(SSF - Static Stability Factor) và phân loại ô tô theo tính ổn định tĩnh [61] dựa trên các
thông số về kích thước cơ sở của ô tô.
2 g
B
SSF
h
(2.82)
58
trong đó: B- Chiều rộng cơ sở của ô tô
hg - Chiều cao trọng tâm ô tô
NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration) dựa vào SSF để phân
loại an toàn ổn định lật của ô tô theo 5 cấp như sau: Mối quan hệ giữa xác suất lật xe
trong một tại nạn ph thuộc vào chỉ số SSF, xác suất xảy ra lật xe đối với ô tô có chỉ số
SSF cấp1 lớn hơn 40% tương ứng với chỉ số SSF=1→1,04, t 30% đến 40%
(SSF=1,04→1,12), 20% đến 30% (SSF=1,12→1,24), 10% đến 30% (SSF=1,24→1,45)
và nhỏ hơn 10% đối với ô tô có SSF > 1,45.
Quy định về góc ổn định ở một số quốc gia như sau:
+Việt Nam: góc ổn định tĩnh ngang của ô tô khi không tải không nhỏ hơn giá trị sau:
- 28
0
đối với xe khách hai tầng.
- 30
0
đối với xe có khối lượng toàn bộ không lớn hơn 1,2 lần khối lượng bản thân;
- 35
0
đối với các loại xe còn lại.
+ Ấn Độ: tiêu chuẩn áp d ng theo độ ổn định ngang tĩnh là 350, và kiểm tra lật khi quay
vòng.
+ Trung Quốc: thử nghiệm theo độ ổ định ngang tĩnh tiêu chuẩn ở 35°.
+ Nhật Bản: Thử độ ổn định ngang tĩnh 35°, 30° trong trường hợp phương tiện có tốc độ
dưới 20 km/h và phương tiện có khối lượng toàn bộ không vượt quá 1,2 lần khối lượng
không tải.
b. Đ nh gi lật khi ô tô chuyển động
Phương pháp đơn giản đánh giá lật xe là bằng việc phân tích tĩnh mô hình xe tuyệt
đối cứng, được trình bày bởi Gillespie [44]. Dựa trên mô hình đó có thể thấy rằng, lật xe
sẽ xảy ra nếu gia tốc ngang vượt qua giá trị cho phép. Có nhiều tác giả đề cập tới đại
lượng này và d ng để xét khả n ng lật của xe. Như vậy, khi sử d ng mô hình đơn giản,
thông số kết cấu của xe ảnh hưởng đến lật xe là chiều rộng cơ sở và chiều cao tr ng tâm
ô tô.
Phương pháp khác d ng hệ số phân bố tải tr ng ngang LTR để đánh giá ổn định ô
tô theo [47],[69],[62].
(2.83)
trong đó: FzT- Phản lực tại bánh xe bên trái thứ i
FzP- Phản lực tại bánh xe bên phải thứ i
59
Giá trị của LTR<1 xác định khả n ng ổn định của ô tô. Khi LTR= 1 là khi các
bánh xe ở một bên bị nhấc khỏi mặt đất có thể xảy ra lật ô tô. Nếu tần số dao động riêng
lật của ô tô giống tần số kích thích, có thể gây ra cộng hưởng và có thể gây lật xe. Do đó
lật xe có thể xảy ra thậm chí chưa đạt được đến giới hạn lật tĩnh. Gia tốc ngang không
phải là đại lượng phù hợp để dự đoán lật xe trong các trạng thái tức thời, tức là gia tốc
ngang có thể đạt đến giá trị lớn trong thời gian rất ngắn nhưng không gây ra lật xe.
Ngoài ra, Baumann [29] cho rằng gia tốc ngang lớn thì không nhất thiết dẫn tới lật xe
nếu chúng xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn. Để tránh sự tác động của gia tốc
ngang, Hecker [49] xây dựng bộ điều khiển để nhận biết xem nếu lực ngang lớn có thực
sự dẫn tới lật xe hay không. Khi gia tốc ngang lớn hơn giá trị cho phép, bộ điều khiển
xách định các bánh xe bên trong có nâng lên hay không bằng cách tác d ng lực phanh
lên chúng và kiểm soát vận tốc của chúng.
Giới hạn lật tĩnh có thể t ng lên nếu đưa vào các thông số động lực h c. Solmaz
[62] xây dựng hệ số phân bố tải tr ng ngang động LTRd, đối chiếu với hệ số phân bố tải
tr ng ngang truyền thống, có xét tới độ cứng và hệ số cản lật nhưng không xét đến độ
nghiêng ngang của tâm lật. Giống với LTR tĩnh, chỉ số LTRd động ≥ 1 chỉ ra xu hướng
dẫn tới lật xe.
Ngoài ra, để đảm bảo an toàn cho ô tô khi chuyển động, góc nghiêng ngang thân
xe Max ( góc nghiêng ngang tương đối giữa phần khối lượng được treo và khối lượng
hông được treo) lớn nhất cho phép không vượt quá 7-80.
0
7 8ax ui (2.84)
trong đó:Max - Góc nghiêng ngang tương đối giữa phần khối lượng được treo và khối
lượng hông được treo; - Góc nghiên phần khối lượng được treo;ui - Góc nghiên
phần khối lượng hông được treo.
Nhận xét: Nhìn chung có nhiều chỉ tiêu để đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động.
Trong đó, gia tốc dao động kể đến đồng thời biên độ, tần số dao động có ảnh hưởng
trực tiếp đến lái xe, hành khách và hàng hóa. Vì vậy, gia tốc dao động là chỉ tiêu quan
tr ng có tính chất quyết định đến độ êm dịu chuyển động. Trong giới hạn cho phép,
luận án tập trung nghiên cứu đánh giá độ êm dịu chuyển động theo chỉ tiêu gia tốc dao
động theo công thức (2.76). Đánh giá an toàn chuyển động của ô tô theo chỉ tiêu tải
tr ng động thẳng đứng tác d ng giữa bánh xe với mặt đường theo công thức (2.81). Góc
60
lắc ngang và gia tốc lắc ngang thân xe đánh giá tính ổn định của ô tô khách, tiêu chuẩn
đánh giá ổn định theo công thức (2.83) và xét thêm góc nghiêng ngang thân xe lớn nhất
Max theo công thức (2.84).
KẾT LUẬN CHƢƠNG II
- Trong chương này, nghiên cứu sinh đã xây dựng được mô hình dao động ô tô khách
1/4 và mô hình trong không gian với hệ thống treo khí nén, mô hình có kể đến các yếu
tố phi tuyến, xây dựng được đường đặc tính đàn hồi tĩnh và động lực h c hệ thống treo
khí nén, lựa ch n các chỉ tiêu đánh giá dao động và ổn định ô tô.
- Đặc tính của lò xo khí nén có ảnh hưởng lớn đến thông số dao động và tính ổn định
chuyển động ô tô, các thông số ảnh hưởng đó là: áp suất trong lò xo khí nén và bình khí
ph ; thể tích bình khí ph . Ngoài ra còn có ảnh hưởng của chiều dài, tiết diện đường
ống nối giữa bình khí ph và lò xo khí nén.
- Mô hình chuyển động ô tô trong không gian gồm 8 bậc tự do, thông số kích thích đầu
vào là mấp mô mặt đường, gia tốc d c và gia tốc ngang. Mô hình được d ng để đánh
giá các chỉ tiêu dao động.
- NCS đã xác định và lựa ch n các chỉ tiêu đánh giá về độ êm dịu và an toàn chuyển
động ô tô để khảo sát dao động ô tô.
- Các kết quả nghiên cứu trong chương II là cơ sở cho việc khảo sát mô hình dao động ô
tô khách trong không gian sử d ng hệ thống treo khí nén. Khảo sát đánh giá ảnh hưởng
các thông số kết cấu trong hệ thống treo khí nén đến dao động của ô tô.
61
CHƢƠNG III. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN
DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHÁCH SỬ DỤNG HỆ THỐNG
TREO KHÍ NÉN
Trong chương này, NCS tiến hành khảo sát dao động ô tô khách, đánh giá ảnh
hưởng của một số thông số kết cấu lò xo khí nén trong hệ thống treo đến dao động ô tô.
Khảo sát được tiến hành trong miền thời gian và miền tần số. Các chỉ tiêu về êm dịu và
an toàn chuyển động được xem xét đồng thời để đánh giá xác định ảnh hưởng. Kết quả
đánh giá được ảnh hưởng của lò xo khí nén trong hệ thống treo đến dao động của ô tô
khách.
3.1. Mô phỏng mô hình nghiên cứu dao động ô tô trong Matlab Simulink
MATLAB là ngôn ngữ lập trình mạnh để giải quyết những vấn đề quan tr ng và
khó kh n trong các bài toán ứng d ng kỹ thuật.
MATLAB cung cấp một môi trường phong phú dùng cho biểu diễn dữ liệu, đồ h a.
Ngoài ra, MATLAB còn có các hộp công c ứng d ng (MATLAB Application
Toolboxes) để giải quyết những vấn đề đặc biệt trong các lĩnh vực chuyên ngành như:
công c điều khiển hệ thống, cơ sở dữ liệu, thống kê, tối ưu hóa,...
SIMULINK là một công c quan tr ng hàng đầu của MATLAB được sử d ng để
mô hình hoá, mô phỏng và phân tích các hệ thống động lực h c. SIMULINK cho phép
mô tả các hệ tuyến tính và phi tuyến trong miền thời gian liên t c hay rời rạc.
Trong khuôn khổ đề tài, NCS sử d ng Matlab Simulink [15] để giải quyết các
nhiệm v : xây dựng mô hình và khảo sát dao động, đánh giá tính êm dịu và an toàn
chuyển động của ô tô.
+ Mô hình dao động ô tô khách sử dụng hệ thống treo khí nén.
Sử d ng hệ phương trình (2.75.) xây dựng sơ đồ mô phỏng dao động ô tô khách
trong không gian với hệ thống treo khí nén, d ng để khảo sát đánh giá các chỉ tiêu dao
động ô tô như trên Hình 3.1, sơ đồ mô phỏng dao động ô tô khách với hệ thống treo
nhíp trên Hình 3.2.
62
Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng dao động trong không gian ô tô khách
với hệ thống treo khí nén
Trên sơ đồ gồm 3 khối chính: Khối mô phỏng phương trình dao động thân xe ô tô
khách; khối mô phỏng động lực h c hệ thống treo khí nén và khối mô phỏng các chỉ
tiêu đánh giá dao động (gia tốc dao động của người lái dZ ; gia tốc dao động thân xe
, , Z ; tải tr ng động ở các bánh xe zdiF ; chuyển dịch tương đối của khối lượng
được treo và không được treo tại các vị trí bánh xe zi si uiz z ).
Hình 3.2. Sơ đồ mô phỏng dao động trong không gian ô tô khách với
hệ thống treo nhíp
Kích thích mấp mô mặt đường là thông số đầu vào cho mô hình, được mô phỏng
trong khối “Mat duong” trên Hình 3.3, gồm kích thích mấp mô mặt đường dạng xung
“Mat duong dang bac” và kích thích mặt đường ngẫu nhiên “Mat duong dang ngau
Mo hinh dao dong o to trong khong gian voi he thong treo khi nen
THAN XE KHONG GIAN
HE TREO KHI NEN
CHI TIEU DAO DONG
qu
Mat duong
z
zdd
qu
zd_dd
Fz
z
zd
ws
ws
u
z
zd
zdd
Mo hinh dao dong o to khach trong khong gian voi he thong treo nhip
CHI TIEU DANH GIA DAO DONGDAO DONG KHONG GIAN
qu
Mat duong
z
zdd1
qu
zd_dd1
Fz1
u
z1
zdd1
63
nhien”. Khối “switch” được sử d ng để lựa ch n tín hiệu kích thích biên độ mặt đường
dạng xung hoặc ngẫu nhiên ph hợp với chế độ mô phỏng khảo sát.
Hình 3.3. Sơ đồ mô phỏng kích thích mặt đường
Kích thích ngẫu nhiên của mặt đường tác d ng lên các bánh xe được thể hiện trên
Hình 3.3, Trong đó, kích thích ở các bánh xe phía sau tương tự kích thích ở các bánh xe
phía trước nhưng thời gian chậm tác d ng một khoảng là Δt = L/v (s).
Kích thích ngẫu nhiên của mặt đường được mô phỏng theo tiêu chuẩn ISO 8608-
1995 [50], Mitschke [72] (được tr nh b trong PL 4), ở các bánh xe bên trái và các
bánh xe bên phải được tạo ra t hai khối “Mat duong dang ngau nhien” trên Hình 3.4
.
Hình 3.4. Sơ đồ mô phỏng kích thích mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO [70]
Mat duong bac thang
q3
q4
q1
q2
Mat duong dang ngau nhien
1
qu
1
s
-K-
v0
2*pi*0.1*v0
Transport
Delay2
Transport
Delay
Switch
Product1
Product
sqrt
Math
Function
q
bump
Constant2
1.55e-4
Constant1
1
Constant
Band-Limited
White Noise
Mat duong dang ngau nhien
1
qu
1
s
v0
2*pi*0.1*v0
Product1
Product
sqrt
Math
Function
1.55e-4
Constant1
1
Constant
Band-Limited
White Noise
64
Hình 3.5. Sơ đồ mô phỏng dao động thân xe sử dụng hệ thống treo khí
nén trong không gian
Hình 3.6. Sơ đồ mô phỏng động lực học hệ thống treo khí nén
Sơ đồ khối mô phỏng các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô, sử d ng hệ thống treo loại
nhíp như trên Hình 3.7 xác định gia tốc dao động của người lái, gia tốc dao động thân
xe và tải tr ng động tại các bánh xe. Chuyển động của thân xe được tính toán bằng cách
tích phân liên tiếp các gia tốc dao động theo thời gian.
Mo hinh dao dong than xe trong khong gian
zdd
3
zdd
2
zd
1
z
Gfs* u
inv(M)* u
C* u
Q* u
K* u
Kw* u
1
s
Integrator3
1
s
Integrator2
1
s
Integrator1
delta_z
Zs
qs
.
2
u
1
ws
Mo hinh he thong treo khi nen
w
ws
1
Cbeta * u
inv(Mw)* uKv*Gsw* u
Kv* u
Guw* u
beta
Sign
Product
Math
Function
u
v
Integrator 3
1
s
Integrator 1
1
s
|u|
zd
2
z
1
65
Hình 3.7. Sơ đồ mô phỏng các chỉ tiêu đ nh gi dao động ô tô khách sử dụng hệ
thống treo nhíp
Hình 3.8. Sơ đồ mô phỏng dao động trong không gian thân xe sử dụng hệ
thống treo nhíp
Cac thong so danh gia dao dong
Fz
2
zd_dd
1
Ku*Gfu * u
Ku* u
K*u
K*u
Total Loads
Fz
Static Loads Fzt
Saturation
1
s
1
s
Dynamic Loads
Fzd
theta
phi
z
zd
theta _dd
phi _dd
z_dd
zd_dd
qu
3
zdd
2
z
1
zdd
Mo hinh dao dong o to trong khong gian
2
zdd1
1
z1
inv(M)* u
S1* u
K2* u
Q1* u
1
s
Integrator3
1
s
Integrator2
1
s
Integrator1
qs
.
1
u
66
Hình 3.9. Sơ đồ mô phỏng các chỉ tiêu đ nh gi dao động ô tô khách có hệ
thống treo nhíp
3.2. Ô tô khách UNIVERSE.
Ô tô được d ng để khảo sát dao động là ô tô khách giường nằm hai tầng chở 43
người gồm cả lái xe, có ký hiệu UNIVERSE K43-2F14, sử d ng hệ thống treo khí nén,
được sản xuất lắp ráp trong nước, ô tô khảo sát có tuyến hình như trên Hình 3.10.
Hình 3.10. Ô tô thí nghiệm UNIVERSE K43-2F14
Cac thong so danh gia dao dong
2
Fz1
1
zd_dd1
Ku*Gfu* u
Ku* u
K*u
K*u
Fz1
Total Loads
Fzt
Static Loads
Saturation
1
s
1
s
Fzd1
Dynamic Loads
theta1
phi1
z1
zd1
theta_dd1
phi_dd1
z_dd1
zd_dd1
3
qu
2
zdd1
1
z
67
Ô tô UNIVERSE có các thông số kỹ thuật được trình bày trong Ph l c 5. Sơ đồ hệ
thống treo khí nén ô tô UNIVERSE được trình bày như trên Hình 3.11:
Hình 3.11. Sơ đồ hệ thống treo khí nén trên ô tô UNIVERSE K43-2F14
1-Máy nén khí; 2- B nh ngưng nước; 3- Bầu tách ẩm; 4- Bình xả nước;
5- Bình chứa khí nén dẫn động phanh; 6- Lò xo khí nén; 7- Van điều chỉnh áp
suất khí nén; 8- Thanh điều chỉnh áp suất; 9- Bình khí nén dùng cho hệ thống
treo.
Hệ thống treo trên ô tô UNIVERSE khảo sát, sử d ng 02 lò xo khí nén cho cầu
trước như trên Hình 3.12 và 04 lò xo khí nén cho cầu sau như trên Hình 3.13, trên các
cầu có sử d ng van tải tr ng để điều chỉnh áp suất khí nén trong hệ thống.
Hình 3.12. Hệ thống treo trước
1- Đ n dẫn hướng; 2- Khung xe; 3- Thanh ổn định ngang; 4- Giảm chấn
thủy lực; 5- Lò xo khí nén
2
43 5
1
68
Hình 3.13. Hệ thống treo sau
1- Lò xo khí nén; 2- Khung xe; 3-Giảm chấn thủy lực; 4- Đ n dẫn hướng
dọc phía trên; 5- Thanh ổn định ngang; 6- Van điều chỉnh áp suất cầu sau;
7- Đ n dẫn hướng dọc phía dưới
3.3. Khảo s t dao động riêng của ô tô
3.3.1. Tần số dao động riêng của ô tô theo phương thẳng đứng
Để xác định các đặc trưng dao động riêng của ô tô, sử d ng mô hình dao động ô tô
đã xây dựng ở chương 2. Để mô phỏng tần số dao động riêng của ô tô theo phương
thẳng đứng, trong mô hình dao động cho phần khối lượng được treo dao động tự do tắt
dần bằng cách cho kích thích ban đầu là 0,1m vào phần khối lượng không được treo.
Tần số dao động riêng khi đầy tải theo phương thẳng đứng của thân xe ( cách xác
định được trình bày như trong mục 4.5.3 của Chương 4) là 1,553 ,zsf Hz hệ số dập tắt
dao động 0,285zs .
Hình 3.14. Dao động riêng của ô tô theo phương thẳng đứng.
2 3
1
4 5 6
7
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
t [s]
z s
[
m
]
69
3.3.2. Tần số dao động riêng lắc ngang
Mô phỏng dao động riêng lắc ngang được thực hiện với điều kiện góc nghiêng ban
đầu của thân xe 0= 5
0
. Kết quả mô phỏng thể hiện trên Hình 3.15. Tần số dao động lắc
ngang thân xe là 0,6463sf Hz và hệ số dập tắt dao động 0,5892s .
Hình 3.15. Dao động lắc ngang tự do của thân xe
3.4. Khảo s t dao động của ô tô trong miền thời gian.
3.4.1. Ảnh hưởng của ấp ặt đường.
+ K ch th ch m t đƣờng dạng xung t c động c c b nh xe bên tr i.
Tiến hành mô phỏng dao động ô tô khi cho các bánh xe bên trái chuyển động qua
mặt đường mấp mô dạng xung bậc thang, chiều cao mấp mô 0,1m. Các bánh xe bên
phải chu
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- luan_an_nghien_cuu_dao_dong_cua_o_to_khach_co_su_dung_he_tho.pdf