Nghiên cứu mô phỏng và khảo sát hệ thống treo xe con trong carsim

Trong luận văn này nghiên cứu các nội dung sau: - Nghiên cứu tổng quan về đề tài nghiên cứu - Nghiên cứu phần mềm mô phỏng CarSim - Khảo sát hệ thống treo trên phần mềm CarSim Đề tài

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

 NGUYỄN VĂN NGHIÊM

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT

HỆ THỐNG TREO XE CON TRONG CARSIM

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

LỜI MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO 7

1.1 Tổng quan về hệ thống treo 7

1.1.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo 7

1.1.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo 8

1.1.3 Phân loại hệ thống treo 15

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động 22

1.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động 23

1.2.2 Mô hình dao động 25

1.3 Tình hình nghiên cứu 29

1.4 Nội dung, phương pháp và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 31

1.4.1 Nội dung nghiên cứu 31

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 31

1.4.3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 31

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CARSIM VÀ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CHO BÀI TOÁN MÔ PHỎNG 32

2.1 Giới thiệu Carsim 32

2.1.1 Các mô hình trong CarSim 32

2.1.2 Mô hình chủng loại xe sử dụng trong CarSim 40

2.2.Một số ứng dụng điển hình của CarSim 43

2.2.1 Đánh giá các bộ phận cấu thành của xe bằng mô phỏng HIL kết hợp phần mềm hiển thị thời gian thực Labview 43

2.2.2.Mô phỏng động lực học của xe 45

2.3.Hệ thống treo trong CarSim 46

2.3.1 Hệ thống treo độc lập 47

2.3.2.Hệ thống treo phụ thuộc 48

2.3.3.Đặc tính của bộ phận đàn hồi 49

2.4 Tính toán và xây dựng các thông số đầu vào cho bài toán mô phỏng 50

2.4.1 Các thông số ban đầu của xe tham khảo 50

2.4.2 Xác các thông số cơ bản của hệ thống treo 50

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG TREO 55

3.1 Khi xe vận hành trên đường có biên dạng sóng hình sin, không thực hiện đánh lái và phanh 55

3.1.1 Khi xe chạy với tốc độ 40 km/h 59

3.1.2 Khi xe chạy với tốc độ 80 km/h 61

3.2 Khi xe các vết bánh xe đi trên đường có biên dạng hình sin khác nhau 62

3.3 Khi xe vượt chướng ngại vật 65

3.4 Khi xe chuyển động trên đường phẳng và thực hiện đánh lái 67

KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CarSim Car Simulation

TruckSim Truck Simulation

MSC Mechanical Simulation Corporation ABC Active Body Control

SUV Sport Utility Vehicle

HIL Hardware In the Loop

VS Vehicle Simulation

ABS Anti-lock braking system

ft Độ võng tĩnh

fđ Hành trình động

H0 Khoảng sáng gầm xe khi chịu tải tĩnh

Hmin Khoảng sáng gầm xe tối thiểu

a Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước

b Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu sau

L Chiều dài cơ sở

hg Chiều cao trọng tâm

mkt Khối lượng không treo

mbx Khối lượng bánh xe

N Tần số dao động

G0 Tải trọng toàn xe khi không tải

GT Tải trọng toàn xe khi đầy tải

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1: Cấu tạo lò xo 9

Hình 1 2: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ 12

Hình 1 3: Cấu tạo giảm chấn 1 lớp vỏ 13

Hình 1 4: Sơ đồ hệ treo 15

Hình 1 5: Sơ đồ nguyên lý của hệ treo 2 đòn ngang 17

Hình 1 6: Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson 18

Hình 1 7: Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson 19

Hình 1 8: Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai đòn dọc 19

Hình 1 9: Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết 20

Hình 1 10: Sơ đồ hệ treo đòn chéo 21

Hình 1 11: Mô hình 1/4 26

Hình 1 12: Mô hình 1/2 27

Hình 1 13: Mô hình phẳng dao động ô tô 2 cầu 28

Hình 1 14: Mô hình không gian xe con 29

Hình 2 1: Các thông số của mô hình hệ thống treo 34

Hình 2 2: Các thông số của mô hình hệ thống lái 35

Hình 2 3: Các thông số của mô hình hệ thống phanh 36

Hình 2 4: Các thông số của mô hình lốp 37

Hình 2 5: Các thông số của mô hình hệ thống động lực 38

Hình 2 6: Các thông số của mô hình hệ chiếu sáng 39

Hình 2 7: Mô hình các xe sử dụng trong CarSim (Hatch back, Sport Car) 40

Hình 2 8: Mô hình xe sử dụng trong CarSim (hatchback, sedan, sportcar, SUV, GT, minivan) 41

Hình 2 9: Mô hình xe sử dụng trong CarSim (tractor, wheeler, utility, axle boat trailer, pickup, fomula, stock car) 42

Hình 2 10: Sơ đồ mô phỏng HIL 43

Hình 2 11: Kết quả mô phỏng hiển thị trên labview 44

Hình 2 12: Các bước mô phỏng động lực học của xe 45

Hình 2 13: Các module trong mô hình hệ thống treo 46

Hình 2 14: Bảng thông số mô hình hệ thống treo độc lập 47

Hình 2 15: Bảng thông số hệ thống treo phụ thuộc trên xe SUV 48

Hình 2 16: Cách xây dựng đặc tính của bộ phận đàn hồi 49

Hình 3 1: Nhập các thông số cho hệ thống treo 55

Hình 3 2: Đặc tính của giảm chấn 56

Hình 3 3: Sự phụ thuộc góc camber đối với chuyển dịch của hệ thống treo 57

Hình 3 4: Sự phụ thuộc góc Toe đối với chuyển dịch của hệ thống treo 57

Hình 3 5: Biên dạng đường hình sin 58

Hình 3 6: Phản lực từ mặt đường tác dụng lên 4 bánh xe 59

Hình 3 7: gia tốc dao động của thân xe khi xe chuyển động với vận tốc 40km/h 60

Hình 3 8: Gia tốc dao động của thân xe khi xe chuyển động với vận tốc 80km/h 61

Hình 3 9: Biên dạng mặt đường của hai vết bánh xe 62

Hình 3 10: Áp lực từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe 63

Hình 3 11: Góc dao động theo phương thẳng đứng của thân xe 64

Hình 3 12: Gia tốc dao động của thân xe 64

Hình 3 13: Biên dạng 3D đường thí nghiệm 65

Hình 3 14: Biên dạng và độ dốc của đường thí nghiệm 66

Hình 3 15: Phản lực tác dụng lên các bánh xe 66

Hình 3 16: Hình ảnh đường thí nghiệm 67

Hình 3 17: Đường thí nghiệm thu nhỏ trong không gian 3D 68

Hình 3 18: phản lực từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe 68

Hình 3 19: Gia tốc dao động thân xe 69

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, các hệ thống tiện nghi trên xe ngày càng được phát triển để

đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của thị trường tiêu dùng Việc mô

phỏng nguyên lý và tính năng làm việc của hệ thống treo có vai trò quan trọng

trong khâu chế tạo và hoàn thiện sản phẩm Hiện nay có nhiều phần mềm hỗ

trợ công việc nêu trên, mức độ tác động sâu vào mô hình yêu cầu nhiều kỹ

năng về xây dựng mô hình cũng như các giả thiết để mô hình có độ tin cậy

cao Phần mềm mô phỏng CarSim đơn giản, dễ sử dụng, có độ chính xác cao,

được xây dựng trên các mô hình toán học mô tả chuyển động của xe…đáp

ứng được các yêu cầu nêu trên

Hệ thống treo nhằm đảm bảo tính năng vận hành êm dịu của xe, hệ

thống theo hấp thụ phản lực từ mặt đường tác dụng lên người lái và biến năng

lượng dao động thành nhiệt năng của chất lỏng trong giảm chấn Quá trình

dập tắt dao động diễn ra phức tạp trên nhiều địa hình khác nhau Việc mô

phỏng trên CarSim giúp tối ưu quá trình điều khiển trên các hệ thống treo tích

cực và bán tích cực Trong luận văn này nghiên cứu các nội dung sau:

- Nghiên cứu tổng quan về đề tài nghiên cứu

- Nghiên cứu phần mềm mô phỏng CarSim

- Khảo sát hệ thống treo trên phần mềm CarSim

Đề tài được thực hiện tại bộ môn ô tô và xe chuyên dụng, Viện Cơ khí

động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn trực tiếp của

TS Hoàng Thăng Bình Đề tài cũng nhận được sự hỗ trợ của các thầy trong

bộ môn và các anh chị đồng nghiệp

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO

1.1 Tổng quan về hệ thống treo

1.1.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo

Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng chính sau đây:

+ Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”, hạn chế tới mức có thể chấp nhận được những chuyển động không muốn khác của bánh xe như lắc ngang, lắc dọc

+ Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và lực bên

Trên hệ thống treo, sự liên kết giữa bánh xe và khung vỏ cần thiết phải mềm nhưng cũng phải đủ khả năng để truyền lực, quan hệ này được thể hiện ở các yêu cầu chính sau đây:

+ Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe (xe chạy trên đường tốt hay xe chạy trên các loại đường khác nhau)

+ Bánh xe có thể chuyển dịch trong một giới hạn nhất định

+ Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của

hệ thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá hỏng các quan

hệ động học và động lực học của chuyển động bánh xe

+ Không gây nên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ

+ Có độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường

Đối với xe con và xe minibus chúng ta cần phải quan tâm đến các yêu cầu sau:

+ Giá thành thấp và độ phức tạp của hệ thống treo không quá lớn

+ Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khung, vỏ xe tốt

+ Đảm bảo tính ổn định và tính điều khiển chuyển động của ô tô ở tốc độ

cao, ô tô điều khiển nhẹ nhàng

1.1.2 Các bộ phận chính của hệ thống treo

1.1.2.1 Bộ phận đàn hồi

Là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người (60  80 lần/ph) Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe nhưng nó cho phép bánh xe có thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng

Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là:

a Nhíp lá:

Nhíp được làm từ các lá thép cong, gọi là nhíp, sắp xếp lại với nhau theo thứ

tự từ ngắn đến dài Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác dụng lên nhíp tăng thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính

Trong hệ thống treo nó không chỉ có nhiệm vụ làm êm dịu chuyển động mà còn đồng thời làm nhiệm vụ của bộ phận dẫn hướng

Trên xe tải trọng lớn nhíp có thể thay thế cho đòn ngang trên của hệ thống treo Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản rẻ tiền nhưng lại có nhược điểm là thùng xe ở trên cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽ lớn ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe chuyển động

b Thanh xoắn

Thanh xoắn là 1 thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để cản lại sự xoắn Một đầu thanh xoắn được ngàm vào khung hay 1 dầm nào đó của xe, đầu kia gắn vào kết cấu chịu tải xoắn của hệ thống treo

Trên một số ô tô để dành chỗ cho việc lắp bán trục cầu chủ động người ta dùng thanh xoắn thường được gây tải trước (có ứng suất dư) do đó nó chỉ thích hợp

cho một chiều làm việc Trên các thanh xoắn ở 2 phía đều phải đánh dấu để tránh nhầm lẫn khi lắp ráp

Sử dụng thanh xoắn có các đặc điểm sau:

+ Trọng lượng nhỏ

+ Chiếm ít không gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe

+ Đơn giản, gọn, giá thành rẻ và dễ chế tạo

+ Thanh xoắn không có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn để dập tắt nhanh dao động

Trên xe con và xe minibus bộ phận đàn hồi là thanh xoắn được sử dụng phổ biến chỉ sau lò xo

c Lò xo

Bao gồm các dạng là lò xo xoắn ốc, lò xo côn và lò xo trụ Do lò xo trụ có đường kính vòng ngoài không đổi nên biến dạng của nó sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với lực tác dụng, còn đối với lò côn hay lò xo xoắn ốc thì khi tải nhẹ đầu lò xo sẽ bị nén

Hình 1 1: Cấu tạo lò xo lại và hấp thụ năng lượng va đập, còn phần giữa lò xo có độ cứng lớn hơn sẽ đủ cứng để chịu tải lớn

Lò xo có các đặc điểm chính sau:

+ Ưu điểm:

- Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn

- Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò xo trụ có khối lượng nhỏ hơn

nhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp

+ Nhược điểm:

- Khi làm việc ở giữa các vòng lò xo không có nội ma sát như nhíp nên thường phải bố trí thêm giảm chấn kèm theo để dập tắt nhanh dao động

- Do lò xo chỉ làm nhiệm vụ đàn hồi, còn nhiệm vụ dẫn hướng và giảm chấn

do các bộ phận khác đảm nhận nên với hệ thống treo dùng lò xo trụ thì có kết cấu phức tạp hơn do nó còn phải bố trí thêm hệ thống đòn dẫn hướng để dẫn hướng cho bánh xe và truyền lực kéo hay lực phanh

d Phần tử đàn hồi loại khí

Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa trên nguyên tắc không khí có tính đàn hồi khi bị nén Hệ thống treo loại khí được sử dụng tốt ở các ôtô có trọng lượng phần lớn được thay đổi khá lớn như ở ôtô trở khách, ô tô vận tải và đoàn xe Loại này có thể tự động thay đổi độ cứng của hệ thống treo bằng cách thay đổi áp suất không khí bên trong phần tử đàn hồi Giảm độ cứng của hệ thống treo sẽ làm cho độ

êm dịu chuyển động tốt hơn

Hệ thống treo khí không có ma sát trong phần tử đàn hồi, trọng lượng nhỏ và giảm được chấn động cũng như giảm được tiếng ồn từ bánh xe truyền lên buồng lái

và hành khách Nhưng hệ thống này có kết cấu phức tạp hơn vì phải có bộ phận dẫn hướng riêng và trang thiết bị cung cấp khí, bộ điều chỉnh áp suất v.v

Hiện nay bộ phận đàn hồi được làm có xu hướng “mềm mại” hơn nhằm tạo điều kiện cho bánh xe lăn “êm” trên mặt đường Đồng thời người ta dùng các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi độ cứng trong một giới hạn rộng Khi xe chạy ít tải, độ cứng cần thiết có giá trị nhỏ, khi tăng tải thì độ cứng cần phải có giá trị lớn Chính vì vậy mà cần phải có thêm các bộ phận đàn hồi phụ như: nhíp phụ, vấu tỳ bằng cao su biến dạng, đặc biệt là các bộ phận đàn hồi có khả năng thay đổi tự động

độ cứng theo tải trọng kết hợp với các bộ phận thay đổi chiều cao trọng tâm của xe

1.1.2.2 Bộ phận dẫn hướng

Bộ phận dẫn hướng có nhiệm vụ truyền các lực dọc, lực ngang và các mômen từ bánh xe lên khung hoặc thân xe Nó có thể có những chi tiết khác nhau

tùy thuộc hệ thống treo phụ thuộc hay độc lập, phần tử đàn hồi là nhíp, lò xo hay thanh xoắn

Quan hệ của bánh xe với khung xe khi thay đổi vị trí theo phương thẳng đứng được gọi là quan hệ động học Khả năng truyền lực ở mỗi vị trí được gọi là quan hệ động lực học của hệ treo

1.1.2.3 Bộ phận giảm chấn

Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích sau:

+ Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung khi bánh xe lăn trên nền đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ được bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sử dụng

+ Đảm bảo dao động của phần không treo ở mức độ nhỏ nhất, nhằm làm tốt

sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

+ Nâng cao các tính chất chuyển động của xe như khả năng tăng tốc, khả năng an toàn khi chuyển động

Để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động giảm chấn sẽ biến đổi cơ năng thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu

Trên ôtô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều ở cấu trúc hai lớp

Các van (I) và (IV) lần lượt là các van nén mạnh và nén nhẹ, còn các van (II)

và (III) lần lượt là các van trả mạnh và trả nhẹ của giảm chấn

Giảm chấn hai lớp vỏ có cấu tạo như trên hình 1.2

Hình 1 2: Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ

+ Nguyên lý làm việc:

Ở hành trình nén bánh xe tiến lại gần khung xe, lúc đó ta có thể tích buồng B giảm nên áp suất tăng, chất lỏng qua van (I) và (IV) đi lên khoang A và sang khoang C ép không khí ở buồng bù lại Trên nắp của giảm chấn có phớt che bụi, phớt chắn dầu và các lỗ ngang để bôi trơn cho trục giảm chấn trong quá trình làm việc

Ở hành trình trả bánh xe đi xa khung xe, thể tích buồng B tăng do đó áp suất giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra, đẩy chất lỏng nhanh chóng điền đầy vào khoang B

Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng bao giờ cũng có các lỗ van lưu thông thường xuyên Cấu trúc của nó tuỳ thuộc vào kết cấu cụ thể Van trả, van nén của hai cụm van nằm ở piston và xylanh trong cụm van bù có kết

cấu mở theo hai chế độ, hoặc các lỗ van riêng biệt để tạo nên lực cản giảm chấn tương ứng khi nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ

I,III - Van nén

II, IV - Van trả

Khi chất lỏng chảy qua lỗ van có tiết diện rất nhỏ tạo nên lực ma sát làm cho nóng giảm chấn lên Nhiệt sinh ra truyền qua vỏ ngoài (8) và truyền vào không khí

để cân bằng năng lượng

+ Ưu điểm của giảm chấn hai lớp có độ bền cao, giá thành hạ làm việc tin cậy ở cả hai hành trình, trọng lượng nhẹ

+ Nhược điểm là khi làm việc ở tần số cao có thể xảy ra hiện tượng không khí lẫn vào chất lỏng làm giảm hiệu quả của giảm chấn

được hiện tượng tạo bọt khí, là một trạng thái không an toàn cho sự làm việc của giảm chấn Trong quá trình làm việc piston ngăn cách 4 di chuyển để tạo nên sự cân bằng giữa chất lỏng và chất khí do đó áp suất không bị hạ xuống dưới giá trị nguy hiểm

Giảm chấn này có độ nhạy cao kể cả khi piston dịch chuyển rất nhỏ, tránh được hiện tượng cưỡng bức chảy dầu khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm cho áp suất thay đổi

So sánh giữa hai loại giảm chấn

So sánh với loại giảm chấn hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có các ưu điểm sau:

+ Khi có cùng đường kính ngoài, đường kính của cần piston có thể làm lớn hơn mà sự biến động tương đối của áp suất chất lỏng sẽ nhỏ hơn

+ Điều kiện toả nhiệt tốt hơn

+ Giảm chấn có piston ngăn cách có thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí

nào

Nhược điểm của loại giảm chấn một lớp vỏ là:

+ Làm việc kém tin cậy, có thể bị bó kẹt trong các hành trình nén hoặc trả mạnh

+ Có tính công nghệ thấp, bao kín không tốt

+ Tuổi thọ của phớt và độ mòn của piston với ống dẫn hướng cao

1.1.2.4 Thanh ổn định

Trên các loại xe con ngày nay thanh ổn định hầu như đều có Trong trường hợp xe chạy trên nền đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực li tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng

độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt đường Thanh ổn định có tác dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu chịu tải ít hơn Cấu tạo chung của nó có dạng chữ U, một đầu chữ U được nối với

phần không được treo, còn đâu kia được nối với thân (vỏ) xe, các đầu nối này dùng

ổ đỡ bằng cao su

1.1.2.5 Các vấu cao su tăng cứng và hạn chế hành trình

Trên xe con các vấu cao su thường được đặt kết hợp trong vỏ của giảm chấn Vấu cao su vừa tăng cứng vừa hạn chế hành trình của piston nhằm hạn chế hành trình làm việc của bánh xe

Vấu cao su có những ưu điểm sau:

+ Có thể được làm dưới mọi hình dạng khác nhau

+ Không có tiếng ồn khi làm việc, không phải bôi trơn

1.1.3 Phân loại hệ thống treo

Từ các cách bố trí các bộ phận trên theo các cách khác nhau sẽ tạo ra 2 nhóm chính là hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc:

a) Hệ thống treo phụ thuộc; b) Hệ thống treo độc lập

1- Thùng xe; 2- Bộ phận đàn hồi; 3- Bộ phận giảm chấn; 4- Dầm cầu; 5 - Các đòn liên kết của hệ treo

Hình 1 4: Sơ đồ hệ treo

1.1.3.1 Hệ thống treo phụ thuộc

Đối với hệ treo này thì do bộ phận đàn hồi là lò xo xoắn nên phải dùng thêm hai đòn dọc dưới và một hoặc hai đòn dọc trên Đòn dọc dưới được nối với cầu, đòn dọc trên được nối với khớp trụ Để đảm bảo truyền được lực ngang và ổn định vị trí

thùng xe so với cầu người ta cũng phải dùng thêm “đòn Panhada”, một đầu nối với cầu còn đầu kia nối với thùng xe

Cấu tạo của hệ thống treo phụ thuộc có những ưu nhược điểm như sau:

+ Nhược điểm:

- Khối lượng phần không được treo lớn, đặc biệt là ở cầu chủ động nên khi

xe chạy trên đường không bằng phẳng, tải trọng động sinh ra sẽ gây nên và đập mạnh giữa phần không treo và phần treo làm giảm độ êm dịu chuyển động

- Khoảng không gian phía dưới sàn xe phải lớn để đảm bảo cho dầm cầu có thể thay đổi vị trí, do vậy chiều cao trọng tâm lớn

- Sự nối cứng bánh xe 2 bên bờ dầm liên kết gây nên hiện tượng xuất hiện chuyển vị phụ khi xe chuyển động

Đặc điểm của hệ thống treo này là:

- Hai bánh xe không lắp trên một dầm cứng mà là lắp trên loại cầu rời, sự chuyển dịch của 2 bánh xe không phụ thuộc vào nhau (nếu như coi thùng xe đứng yên)

- Mỗi bên bánh xe được liên kết bởi các như vậy sẽ làm cho khối lượng phần không được treo nhỏ như vậy mô men quán tính nhỏ do đó xe chuyển động êm dịu

- Hệ treo này không cần dầm ngang nên khoảng không gian cho nó dịch chuyển chủ yếu là khoảng không gian 2 bên sườn xe như vậy sẽ hạ thấp được trọng tâm của xe và sẽ nâng cao được vận tốc của xe

Trong hệ thống treo độc lập còn được phân ra các loại sau :

a Dạng treo 2 đòn ngang:

Cấu tạo của hệ treo 2 đòn ngang bao gồm 1 đòn ngang trên, một đòn ngang dưới Mỗi đòn không phải chỉ là 1 thanh mà thường có cấu tạo hình tam giác hoặc hình thang Cấu tạo như vậy cho phép các đòn ngang làm được chức năng của bộ

phận hướng

1- Bánh xe; 2- Giảm chấn; 3- Lò so; 4- Đòn trên; 5- Đòn dưới; 6- Đòn đứng

Hình 1 5: Sơ đồ nguyên lý của hệ treo 2 đòn ngang Các đầu trong được liên kết với khung, vỏ bằng khớp trụ Các đầu ngoài được liên kết bằng khớp cầu với đòn đứng Đòn đứng được nối cứng với trục bánh

xe Bộ phận đàn hồi có thể nối giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới Giảm chấn cũng đặt giữa khung với đòn trên hoặc đòn dưới Hai bên bánh xe đếu dùng hệ treo

này và được đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa xe

b Dạng treo Mc.Pherson

Hệ treo này chính là biến dạng của hệ treo 2 đòn ngang nếu coi đòn ngang trên có chiều dài bằng 0 và đòn ngang dưới có chiều dài khác 0 Chính nhờ cấu trúc này mà ta có thể có được khoảng không gian phía trong xe để bố trí hệ thống truyền lực hoặc khoang hành lý Sơ đồ cấu tạo của hệ treo trên hình 1.6 bao gồm: đòn ngang dưới, giảm chấn đặt theo phương thẳng đứng làm nhiệm vụ của trụ xoay đứng có một đầu được bắt khớp cầu với đầu ngoài của đòn ngang tại B, đầu còn lại

được bắt vào khung xe Bánh xe được nối cứng với vỏ giảm chấn Lò xo được đặt lồng vào giữa vỏ giảm chấn và trục giảm chấn

1- Giảm chấn đồng thời là trụ đứng; 2- Đòn ngang dưới; 3- Bánh xe; 4- Lò xo; 5- Trục giảm trấn

Hình 1 6: Sơ đồ cấu tạo hệ Mc.Pherson Nếu so sánh với hệ treo 2 đòn ngang thì hệ treo Mc.Pherson kết cấu ít chi tiết hơn, không chiếm nhiều khoảng không và có 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 nên trục giảm chấn chịu tải lớn nên giảm chấn cần phải có độ cứng vững và độ bền cao hơn do đó kết cấu của giảm chấn phải có những thay đổi cần thiết

Hình 1 7: Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson

Trong hệ thống treo nói chung và hệ treo của cầu dẫn hướng nói riêng các góc đặt bánh xe có một ý nghĩa vô cùng quan trọng Chúng phải đảm bảo cho việc điều khiển nhẹ nhành, chính xác, không gây lực cản lớn cũng như làm mòn lốp quá nhanh

Trong quá trình chuyển động bánh xe luôn luôn dao động theo phương thẳng đứng, sự dao động này kéo theo sự thay đổi góc nghiêng ngang của bánh xe, trụ xoay dẫn hướng và khoảng cách giữa hai vết bánh xe (hình 1.7-a), độ chụm trước của bánh xe (hình 1.7-c) và góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng (hình 1.7-b) Các quan hệ giữa các thông số đó phụ thuộc vào sự chuyển vị của bánh xe theo phương

thẳng đứng đó là mối quan hệ động học của hệ treo

c Hệ treo 2 đòn dọc

Hệ treo hai đòn dọc (hình vẽ 1.8) là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một đòn dọc Các đòn dọc thường được bố trí song song sát hai bên bánh xe Một đầu của đòn dọc được gắn cố định với moayơ bánh xe, đầu còn lại liên kết bản lề với khung hoặc dầm ôtô Lò xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung Đòn dọc vừa là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọc, và là bộ phận dẫn hướng Do phải chịu tải trọng lớn nên nó thường được làm có độ cứng vững tốt

Hình 1 8: Sơ đồ nguyên lý hệ treo hai đòn dọc

Đồng thời đòn dọc đòi hỏi cần phải có độ cứng vững lớn, nhằm mục đích chịu được các lực dọc, lực bên và chịu mômen phanh lớn

Do có kết cấu như vậy, nên hệ treo này chiếm ít không gian và đơn giản về kết cấu, giá thành hạ Hệ treo này thường được bố trí cho cầu sau bị động, khi máy đặt ở phía trước, cầu trước là cầu chủ động

d Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

Hệ treo đòn dọc có thanh liên kết xuất hiện trên xe con vào những năm 70 cùng với sự hoàn thiện kết cấu cho các xe có động cơ và cầu trước chủ động Theo cấu trúc của nó có thể phân chia thành loại treo nửa độc lập và treo nửa phụ thuộc Theo khả năng làm việc của hệ treo, tuỳ thuộc vào độ cứng vững của đòn liên kết

mà có thể xếp là loại phụ thuộc hay độc lập Ở đây hệ treo được phân loại là treo độc lập tức là đòn liên kết có độ cứng nhỏ hơn nhiều so với độ cứng của dầm cầu phụ thuộc

1- Bánh xe; 2- Khớp quay trụ;3- Đòn dọc; 4- Thùng xe;5- Lò xo; 6- Giản chấn Hình 1 9: Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết (hình vẽ 1.9) có đặc điểm là hai đòn dọc được nối cứng với nhau bởi một thanh ngang Thanh ngang liên kết đóng vai trò như một thanh ổn định như đối với các hệ treo độc lập khác Cũng giống như các hệ treo độc lập khác, hệ treo đòn dọc có thanh liên kết bộ phận đàn hồi của nó có thể là

lò xo trụ xoắn Lò xo được đặt giữa khung và đòn dọc Để tiết kiệm không gian, lò

xo thường được lồng vào giảm chấn

e Hệ treo đòn chéo

Hệ thống treo trên đòn chéo là cấu trúc mang tính trung gian giữa hệ treo đòn ngang và hệ treo đòn dọc Bởi vậy sử dụng hệ treo này cho ta tận dụng được ưu điển của hai hệ treo trên và khắc phục được một số nhược điểm của chúng Đặc điểm của hệ treo này là đòn đỡ bánh xe quay trên đường trục chéo và tạo nên đòn chéo trên bánh xe

1-Dầm cầu; 2- Đòn chéo; 3- Các đăng

Hình 1 10: Sơ đồ hệ treo đòn chéo

Trong hệ treo đòn chéo (hình vẽ 1.10) chi tiết đàn hồi phần lớn là lò xo xoắn

ốc Ngoài ra đối với hệ treo này, người ta còn hay dùng thêm thanh ổn định để làm tăng sự êm dịu trong quá trình chuyển động

So với các hệ treo đã xét ở trên thì hệ treo đòn chéo có đặc điểm nổi bật ở chỗ: khi bánh xe dao động theo phương thẳng đứng thì cũng kéo theo sự thay đổi khoảng cách giữa hai vết bánh xe, góc nghiêng ngang, nhưng sự thay đổi đó nhỏ hơn các loại đã xét ở trên Riêng độ chụm trước cửa bánh xe thì thay đổi không đáng kể

Hiện nay trên thị trường trong nước và thế giới đang sử dụng nhiều loại hệ thống treo rất đa dạng và phong phú, với đủ mẫu mã và chủng loại Nhưng đối với ôtô con hiện đại ngày nay người ta thường hay sử dụng các loại hệ thống treo độc lập cho hệ treo trước như: hệ thống treo hai đòn ngang, hệ thống treo Mc.Pherson,

hệ thống treo đòn dọc, đòn chéo là những loại có cấu tạo đơn giản, ít số chi tiết, khối lượng phần không được treo nhỏ, giá thành hạ, dễ tháo lắp sửa chữa và bảo dưỡng Còn treo sau thì đa số là dùng hệ treo phụ thuộc nhưng cũng có không ít xe dùng hệ thống treo độc lập

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động

Khi ô tô chuyển động trên đường dao động xuất hiện trong toàn bộ hệ thống của xe dưới tác động kích thích của các mấp mô biên dạng đường Dao động của ô

tô ảnh hưởng đến bản thân người lái và hành khách, hàng hoá chuyên chở trên xe,

độ bền, tuổi thọ của các kết cấu ô tô Nghĩa là trong quá trình chuyển động ô tô luôn

bị dao động, với thời gian kéo dài sẽ gây ra mệt mỏi với người lái và hành khách, làm giảm hiệu suất công việc, có thể gây ra nguy cơ mắc bệnh thần kinh và não dẫn đến mất phản ứng linh hoạt và điều khiển chính xác gây ra tai nạn giao thông

Vì vậy, khi nói đến dao động của ô tô theo quan điểm của chế độ sử dụng thì:

độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động của dao động có ảnh hưởng xấu tới con người, hàng hoá và các kết cấu của ô tô

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì dao động của ô tô gây ra sự thay đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ làm giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc, ngang (lực kéo, lực phanh, lực bám ngang), dẫn đến hiện tượng tách bánh khỏi đường gây mất an toàn khi xe chuyển động, phanh và quay vòng còn khi giá trị phản lực này tăng thì sẽ làm tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường và ngược lại với các kết cấu của xe

Từ các khái niệm trên để có thể đánh giá chất lượng xe một cách khách quan, chính xác cần phải nghiên cứu và phát triển lý thuyết dao động trong tất cả lĩnh vực

liên quan Nghiên cứu tổng quát về dao động xe đó là giải quyết mối quan hệ

“Đường-Xe-Người”

Quá trình nghiên cứu dao động của ô tô là quá trình xác định các thông số của hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn và bộ phận dẫn hướng Có như vậy mới tạo ra một hệ dao động có chất lượng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao trình độ công nghệ thiết kế, cải tiến ô tô, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năng suất vận chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân

1.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động

Các tính chất dao động của ô tô thường được đánh giá theo 2 quan điểm:

- Đánh giá theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc dao động có tính chất quyết định vì nó tác dụng lên lái xe và hành khách

- Theo quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền thì giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là thông số mang tính chất quyết định

a- Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, các nước có nền công nghiệp ô

tô phát triển hàng đầu trên thế giới đã đưa đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác nhau.Dựa vào các công trình nghiên cứu của nước ngoài và các tài liệu của viện khoa học kĩ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đưa ra một số chỉ tiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau:

thì tần số dao động của ô tô phải nằm trong giới hạn 1-1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh giá dao động của ô tô như sau:

- Đối với xe con(du lịch) n = 60:90 (dđ/ph)

- Đối với xe vận tải n = 100:120 (dđ/ph)

+ Chỉ tiêu về gia tốc dao động

Chỉ tiêu này được xác định dựa trên cơ sở trị số bình phương trung bình của gia tốc theo các phương X, Y, Z là: X,Y,Z Chúng có các giá trị sau:

tô

b Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường

Theo quan điểm về an toàn chuyển động (xét theo khía cạnh về tính điều khiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường cũng là thông số quan trọng để đánh giá Lực động F d (t)xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ô tô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường

Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị số lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của F d (t)để đánh giá, nếu F d (t) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động tới lốp xe và các bộ phận chi tiết của xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn Mặt khác để giảm sự ảnh hưởng của F d (t)thì trong trường hợp giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa là làm giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến (nhất là khi

phanh) và lực ngang (quan trọng khi quay vòng) Trong trường hợp đặc biệt bánh xe

bị nảy khỏi mặt đường khi đó lực tác dụng từ đường lên bánh xe sẽ bằng 0 và ô tô

sẽ mất tính điều khiển Để đánh giá tính chất dao động của ô tô theo quan điểm về

an toàn chuyển động cần xác định tỉ số giữa lực động F d (t) và tải trọng tĩnh của bánh xe là R t K:

K t d

ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu

Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đường có thể xác định như sau:

F d C L( q)

Trong đó:

L

C : độ cứng của lốp

 : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng

q : chiều cao mấp mô biên dạng đường

Có thể xác định giá trị tdmax là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối của bánh xe với đường theo biểu thức:

- Mục tiêu nghiên cứu

- Cấu trúc riêng của đối tượng nghiên cứu

- Khả năng tính toán và phương tiện tính toán

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật khả năng tính toán hầu như không bị hạn chế (có nhiều phần mềm rất mạnh hỗ trợ tính toán), nên chủ yếu khi chọn và lập mô hình thường căn cứ vào mục tiêu và đặc điểm kết cấu của đối tượng

Về mục tiêu nghiên cứu có thể bao hàm các vấn đề sau:

- Nghiên cứu tối ưu hệ treo, kể cả hệ treo tích cực Đối với mục tiêu này thì

mô hình 1/4 là đủ

- Nghiên cứu về dao động liên kết, thường dùng mô hình phẳng; mô hình phẳng cũng còn dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của đường

- Nghiên cứu sự trượt và lật dưới tác động của ngoại lực như đường mấp

mô, gió bên nên thưòng sử dụng mô hình 1/2

Sau đây là một số mô hình cơ bản được trình bày trong nhiều tài liệu của các tác giả nổi tiếng

a) Mô hình 1/4

Mô hình 1/4 bao gồm hai khối lượng được treo M1T( thay thế cho khối lượng thân xe) và không được treo m1T(thay thế cho khối lượng bánh xe, cầu xe và các thành phần liên kết) Phần treo và không được treo liên kết với nhau thông qua các phần tử đàn hồi của treo và giảm chấn, có độ cứng là C, hệ số cản giảm chấn K, (hình 1.11)

Hình 1 11: Mô hình 1/4

Để có thể chuyển mô hình vật lý thành mô hình động lực học hệ dao động ô

tô, cần phải có một số giả thiết nhằm đơn giản cho việc tính toán nhưng vẫn đảm bảo tính đúng đắn của kết quả Quá trình nghiên cứu trong mô hình 1/4 chỉ xét dao động của một trong bốn bánh xe, dao động của hệ là nhỏ, tuyến tính, xung quanh vị trí cân bằng tĩnh, bánh xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc với đường

Mô hình 1/4 có thể dùng để chọn tối ưu các thông số như độ cứng lốp, khối lượng không được treo m, độ cứng C và hệ số cản giảm chấn K theo các hàm mục tiêu vừa nêu trên

Trong quá trình nghiên cứu các hệ số C và K có thể được mô tả phi tuyến:  n

Trên hình 1.12, mô hình 1/2 được một số tác giả phương tây như Dorling đề cập với mục tiêu nghiên cứu thanh ổn định Mô hình 1/2 có hai khối lượng được treo và không được treo với các thông số vật lý là (m, J) và (mA, JA), liên kết qua hệ treo với thông số vật lý là (C, K) Lốp là phần tử đàn hồi theo cả 2 phương Z và Y Ngoại lực là F1 theo phương ngang và F2 theophương Z

c) Mô hình dao động liên kết

Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô 2 cầu ở dạng mô hình phẳng, có nghĩa là ô tô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và xem độ mấp mô của biên dạng đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau.Khối lượng treo được qui dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng M (đại diện cho khối lượng được treo là thân xe) và m1, m2( đại diện cho khối lượng không được treo là cầu xe) với 4 bậc tự do là Z, , ξ1,ξ2

Hình 1 13: Mô hình phẳng dao động ô tô 2 cầu

Mô hình này hiệu quả với bài toán bố trí chung và là mô hình đơn giản khi nghiên cứu về đường và phân bổ tải khi phanh

d Mô hình không gian xe con

Mô hình không gian xe con được Kortum/ Lugner đưa ra trong hình 1.14 Xe con có khối lượng bé, nhưng lại có yếu tố phi tuyến hình học và vật lý lớn nên

2

L2 L1

không thể bỏ qua khi lập mô hình Đặc điểm kết cấu là vỏ chịu lực, treo độc lập có yếu tố phi tuyến hình học cao

Hình 1 14: Mô hình không gian xe con

1.3 Tình hình nghiên cứu

Trong nhiều năm trở lại đây, tính êm dịu chuyển động và dễ điều khiển được các nhà nghiên cứu xe hơi quan tâm nhiều hơn do vậy mà các hệ thống treo chủ động, bán chủ động ra đời để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng

Delphi – một công ty sản xuất phụ tùng ô tô nghiên cứu ra hệ thống treo bán chủ động làm việc theo nguyên lý điện từ Nhà sản xuất điều khiển độ nhớt của giảm chấn bằng cách thay đổi mật độ hạt kim loại nhỏ có trong dầu thủy lực của giảm chấn Hiện hệ thống treo này đang được áp dụng trên các xe Chevy Corvette, Cadillac ATS và Ferrari 458 italia

Mercedes – một hãng xe hạng sang cũng đã phát triển hệ thống mang tên kiểm soát thân xe - “Active Body Control” (ABC) Hãng xe này sử dụng các cảm biến sự dịch chuyển của thân xe theo ba phương để điều khiển áp suất dầu của giảm chấn bằng một bơm thủy lực Mỗi hãng trên thế giới cũng đã trang bị cho xe của mình các hệ thống treo riêng, chủ yếu nhằm vào phân khúc xe thể thao, sedan hay SUV…

Ở Việt nam, việc nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở công cuộc nghiên cứu, mô phỏng và kiểm nghiệm bền như:

Năm 2010, luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu bổ sung ảnh hưởng của kết cấu hệ thống treo và mô hình tính toán quỹ đạo của ô tô” của tác giả Bùi Hải Nam Trong công trình này, tác giả mới chỉ nêu ra các thông số ảnh hưởng của hệ thống treo và xây dựng được mô hình tính quỹ đạo chuyển động của xe mà chưa đánh giá hay khảo sát hệ thống treo nhất định để đưa ra khuyến cáo gì cho nhà thiết kế

Năm 2011, luận văn thạc sỹ: “Tối ưu hóa thiết kế, tính toán mô phỏng hệ thống treo xe đua Formular Car” của tác giả Hoàng Văn Quyết đã đưa ra phương pháp thiết kế 3D hệ thống treo cho xe Formular Luận văn kiểm nghiệm được độ bền của hệ thống và tối ưu về mặt kết cấu do vậy sẽ hữu ích và thực tế hơn trong cuộc đua xe formula tại Nhật Bản Do vậy phạm vi áp dụng của công trình còn hạn chế, kết quả nghiên cứu mang tính đặc thù

Năm 2011, luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu mô phỏng hệ thống treo tích cực” của tác giả Phùng Khắc Sáng đã xây dựng mô hình hệ thống treo ¼ cho xe con, tác giả xây dựng mô hình toán học và mô phỏng hệ thống trên matlab – simulink Trong công trình nghiên cứu tác giả đã đề xuất bộ điều khiển dựa vào luật điều khiển PID để điều khiển độ cứng của bộ phận đàn hồi và thay đổi hệ số giảm chấn Công trình nghiên cứu có tính thực tế cao và có thể tiến hành chế tạo thử nghiệm khi khảo sát các trường hợp mô phỏng đối với mô hình 4/4

Năm 2012, luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu hệ thống treo khí trên ô tô” của tác giả Trần Bác Hoàng tiến hành nghiên cứu hệ thống treo khí nén cho xe tải và có khảo sát sự thay đổi của bộ phận đàn hồi đến chỉ tiêu êm dịu của hệ thống Luận văn dừng lại ở việc xây dựng mô hình ¼ và khảo sát bằng sử dụng phần mềm Matlab – Simulink

Số lượng đề tài nghiên cứu về hệ thống treo đa dạng và có đặc thù riêng cho từng loại xe Việc khảo sát và mô phỏng được dùng chủ yếu trên phần mềm Matlab

– Simulink dựa trên mô hình ¼ Nhược điểm của mô hình này là chỉ khảo sát được theo phương thẳng đứng, chưa mô tả được sự thay đổi của các góc đặt bánh xe trong quá trình chuyển hướng chuyển động Phần mềm Carsim khắc phục được các nhược điểm trên và cho phép khảo sát các thông số hệ thống treo trong mọi quá trình chuyển động của xe

1.4 Nội dung, phương pháp và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

1.4.1 Nội dung nghiên cứu

Luận văn thực hiện các nội dung nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu về hệ thống treo

- Nghiên cứu về phần mềm CarSim

- Khảo sát hệ thống treo bằng phần mềm CarSim

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện được các nội dung đặt ra luận văn tiến hành nghiên cứu lý thuyết và kết hợp phần mềm CarSim để khảo sát hệ thống

1.4.3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Hệ thống treo trên xe con hiện nay được ứng dụng rất nhiều công nghệ điện

tử để điều khiển hệ thống treo nhằm nâng cao tính ổn định của xe vì vậy cũng cần phải áp dụng các công nghệ phần mềm để tính toán và thiết kế Tuy nhiên, từ việc tính toán, thiết kế đến thử nghiệm và sản xuất sau đó đưa vào ứng dụng đó là một quá trình rất khó khăn, phức tạp và tiêu hao về kinh tế Do vậy, “Nghiên cứu mô phỏng khảo sát hệ thống treo xe con trong CarSim” sẽ giúp cho chúng ta mô phỏng khảo sát hệ thống treo dựa trên những điều kiện hoạt động thực tế của hệ thống treo trên xe con Thông qua đề tài bước đầu xây dựng phương pháp để sử dụng phần mềm CarSim để mô phỏng và khảo sát hệ thống treo xe con trong Carsim

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CARSIM VÀ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ ĐẦU VÀO CHO BÀI TOÁN MÔ PHỎNG

2.1 Giới thiệu Carsim

Tổng công ty mô phỏng cơ khí MSC (Mechanical Simulation Corporation) dẫn đầu thế giới trong việc phát triển và phân phối các phần mềm tiên tiến được sử dụng để mô phỏng hành vi, phản ứng của xe khi có sự tương tác động lực học theo

3 phương của xe, các bộ điều khiển tiên tiến, dẫn hướng và đường MSC được thành lập năm 1996, công ty cung cấp các gói mô phỏng dành cho xe hơi (CarSim),

xe tải (TruckSim), dành cho các xe gắn máy (BikeSim) Ngoài ra công ty đào tạo và

hỗ trợ liên tục hơn 30 nhà sản xuất OEM, hơn 60 đại lý cấp 1, hơn 150 trường đại học và các nhóm nghiên cứu của chính phủ trên toàn thế giới

Phần mềm có thể sử dụng trên các hệ điều hành 32 bít, 64 bít cho thời gian

mô phỏng nhanh hơn so với thời gian thực Trên hệ thống có tích hợp cho kiểm tra

mô phỏng phần cứng theo vòng kín – Hardware In the Loop (HIL)

2.1.1 Các mô hình trong CarSim

CarSim cung cấp các mô hình toán học mô phỏng các hệ thống trên xe cho phép tùy chỉnh các thông số trong mô hình để đưa bài toán về tối ưu, đồng thời đưa

ra các hành động ứng xử của xe trong quá trình mô phỏng Ngoài ra, CarSim cho phép làm việc cùng một số phần mềm khác như Simulink, labView, ATAS ASCET, chương trình C/C++, Visual Basic,… để tự động hóa hay mở rộng ứng dụng của mô hình

Chức năng của bảng cấu hình

Có khả năng xác định mối quan hệ phi tuyến giữa các biến độc lập với các biến phụ thuộc trong VS (VehicleSim®) Các mối quan hệ này có thể biểu diễn dưới dạng hằng số, hệ số tuyến tính, bảng phi tuyến với phương pháp nội suy đối với một hay hai biến độc lập

Nếu lựa chọn các phương pháp đơn giản để cấu hình (Sử dụng hệ số hay nội suy tuyến tính) sẽ rút ngắn được thời gian mô phỏng

Không hạn chế độ dài của bảng khi xác định các hệ số sử dụng bảng

Điều khiển dẫn hướng

Tất cả các mô hình điều khiển dẫn hướng được xác định bằng cách sử dụng

mô hình trong CarSim hay được lập trình từ các phần mềm khác

Một mô hình điều khiển lái cho phép người dùng điều khiển theo một quỹ đạo lập trình sẵn

Các mô hình điều khiển có thể kiểm soát được tốc độ bằng cách đặt trước và khả năng gia tốc giới hạn, đường hình học 3D…

Có thể can thiệp vào hệ thống bằng cách điều khiển vòng kín hoặc vòng hở

Hiệu ứng gió và khí động học

Có 6 lực và mô men khí động được cấu hình cho khối lượng được treo của

xe Các lực và mô men này được cấu hình chức năng cho độ trượt của khí động, khoảng sáng gầm xe và các góc lượn

Tốc độ của gió xung quanh và gió chính diện được thiết lập với các bảng, hàm thời gian hay có thể được nhập từ các phần mềm khác

Hệ thống treo

Các mô hình của hệ thống treo có đầy đủ các chuyển động phi tuyến và bất đối xứng Mỗi hệ treo chịu tác động bởi lực dọc và lực theo phương thẳng đứng góc đặt các bánh xe được xác định bởi góc camber và góc toe Tất cả các thông số

có thể biểu diễn tuyến tính hoặc phi tuyến thông qua bảng cấu hình

Hệ treo cầu trước hay cầu sau có thể khai báo là hệ treo độc lập hoặc phụ thuộc Đối với hệ treo phụ thuộc, khối cầu được coi khối rắn tuyệt đối, sự tương tác

giữa các bánh được khởi tạo thông qua tương tác của dầm Đối với hệ treo độc lập,

lò xo và giảm chấn được khai báo phi tuyến có tính đến độ trễ do ma sát

Trong quá trình mô phỏng, người dùng cần khai báo các thông số về khối lượng được treo, độ cứng của lò xo và hệ số giảm chấn, chiều rộng cơ sở của xe, bán kính lăn bánh, các góc đặt bánh xe đồng thời khai báo đặc tính thay đổi của các góc đặt bánh xe khi có sự thay đổi về lực dọc, lực ngang, mô men lái…chi tiết cấc thông số cụ thể được trình bày tại hình 2.1

Hình 2 1: Các thông số của mô hình hệ thống treo

Hệ thống lái

Sự tương tác giữa hệ thống treo, hệ thống lái, lốp xe và mặt đất được xử lý với một mô hình chi tiết đa vật thể (multibody) có xét tới sự ảnh hưởng của góc kingpin

Trong mô hình hệ thống cho phép thay đổi tùy chọn lái thông thường hay trợ lực với một thời gian cố định

Hàm mô phỏng được sử dụng cho tốc độ thấp là điều kiện để xác định mô men lái

Trong quá trình mô phỏng hệ thống lái cần khai báo các đặc tính của trục lái như tính quán tính của trục và của hệ thống, hiện tượng trễ của mô men lái, cần khai báo đặc tính của góc kingpin và kiểu hệ thống lái cho cầu trước Người dùng có thể lựa chọn hệ thống lái 4 bánh (bốn bánh dẫn hướng) Chi tiết các thông số cần thiết cho mô phỏng được trình bày trong hình 2.2 dưới đây

Hình 2 2: Các thông số của mô hình hệ thống lái

Hệ thống phanh

Trong mô hình hệ thống phanh cho phép người sử dụng lựa chọn mô hình phanh thường thủy lực 4 bánh, có sử dụng ABS hoặc không, được phép lựa chọn các chế độ hiệu ứng nhiệt khi phanh và trợ lực phanh