Luận án Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén - Trương Mạnh Hùng

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

pdf162 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 507 | Lượt tải: 1download
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 wsw 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:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_dao_dong_cua_o_to_khach_co_su_dung_he_tho.pdf
Tài liệu liên quan