MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………....……3DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.............................................5DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ.............................................................7CHƯƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ1.1.NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG…………..………………….………….....…...101.2.CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG…………..….………...…....….11 1.2.1.Độ êm dịu chuyển động……………...………..…………………...…….11 1.2.2.Tiêu chí tải trọng động, an toàn động lực học và mức độ phá đường........16 1.2.3.Tiêu chí về bố trí treo…………………………………..……..…….……191.3.MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG…………………...………………19 1.3.1.Mô hình 14………………………………………………………...….…20 1.3.2.Mô hình dao động liên kết………………………..………………….......21 1.3.3.Mô hình không gian xe con………………………………..……..………221.4.HÀM KÍCH ĐỘNG……………………………………………………....…23CHƯƠNG 2 : CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA XE “CHIẾN THẮNG – CT8D1.4X4”2.1.CÁC THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC, KHỐI LƯỢNG CƠ BẢN…...……...…252.2.CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG TREO……………………..……...…27 2.2.1.Xác định hệ số cứng của hệ thống treo………………………………..…27 2.2.2.Xác định đặc tính giảm chấn……………………………………...…...…312.3.XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG XOẮN CỦA KHUNG…………………...…….…412.4.XÁC ĐỊNH MÔMEN QUÁN TÍNH CỦA XE……….……………….……422.5.MÔ HÌNH LỐP……………………………………………………..….……45CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG3.1.PHƯƠNG PHÁP LẬP HỆ PHƯƠNG TRÌNH……………………..………483.2.HỆ PHƯƠNG TRÌNH MÔ TẢ DAO ĐỘNG…………………………....…50CHƯƠNG 4 : KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN CỦA HỆ THỐNG TREO4.1.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN HỆ THỐNG TREO TRƯỚC………....……61 4.1.1.Kiểm tra điều kiện bền nhíp trước…………………………………….…61 4.1.2.Kiểm tra điều kiện bền của giảm chấn…………………………...…..…..664.2.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN HỆ THỐNG TREO SAU…………….….…68 4.2.1.Kiểm tra điều kiện bền của nhíp chính…………………………...…...…68 4.2.2.Kiểm tra điều kiện bền của nhíp phụ……………………………….……73CHƯƠNG 5 : KHẢO SÁT DAO ĐỘNG MÔ HÌNH 145.1.LẬP MÔ HÌNH 14………………………………………………….………765.2.MÔ PHỎNG MÔ HÌNH 14 BẰNG SIMULINK………………...……..….79 5.2.1.Trình tự thực hiện quá trình mô phỏng………………………….……….79 5.2.2.Xây dựng sơ đồ khối Simulink………………………………………..…805.3.ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU………………………………….………….…91KẾT LUẬN…………………………………………………………………….101TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………..……………103
Trang 1MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU……… ……3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ 7
CHƯƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG………… ……….………… … 10
1.2.CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG………… ….……… … ….11
1.2.1.Độ êm dịu chuyển động……… ……… ……… …….11
1.2.2.Tiêu chí tải trọng động, an toàn động lực học và mức độ phá đường 16
1.2.3.Tiêu chí về bố trí treo……… …… …….……19
1.3.MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG……… ………19
1.3.1.Mô hình 1/4……… ….…20
1.3.2.Mô hình dao động liên kết……… ……… 21
1.3.3.Mô hình không gian xe con……… …… ………22
1.4.HÀM KÍCH ĐỘNG……… …23
CHƯƠNG 2 : CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA XE “CHIẾN THẮNG – CT8D1.4X4” 2.1.CÁC THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC, KHỐI LƯỢNG CƠ BẢN… …… …25
2.2.CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG TREO……… …… …27
2.2.1.Xác định hệ số cứng của hệ thống treo……… …27
2.2.2.Xác định đặc tính giảm chấn……… … …31
2.3.XÁC ĐỊNH ĐỘ CỨNG XOẮN CỦA KHUNG……… …….…41
Trang 22.4.XÁC ĐỊNH MÔMEN QUÁN TÍNH CỦA XE……….……….……42
2.5.MÔ HÌNH LỐP……… ….……45
CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG 3.1.PHƯƠNG PHÁP LẬP HỆ PHƯƠNG TRÌNH……… ………48
3.2.HỆ PHƯƠNG TRÌNH MÔ TẢ DAO ĐỘNG……… …50
CHƯƠNG 4 : KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN CỦA HỆ THỐNG TREO 4.1.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN HỆ THỐNG TREO TRƯỚC……… ……61
4.1.1.Kiểm tra điều kiện bền nhíp trước……….…61
4.1.2.Kiểm tra điều kiện bền của giảm chấn……… … … 66
4.2.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN BỀN HỆ THỐNG TREO SAU……….….…68
4.2.1.Kiểm tra điều kiện bền của nhíp chính……… … …68
4.2.2.Kiểm tra điều kiện bền của nhíp phụ……….……73
CHƯƠNG 5 : KHẢO SÁT DAO ĐỘNG MÔ HÌNH 1/4 5.1.LẬP MÔ HÌNH 1/4……….………76
5.2.MÔ PHỎNG MÔ HÌNH 1/4 BẰNG SIMULINK……… …… ….79
5.2.1.Trình tự thực hiện quá trình mô phỏng……….……….79
5.2.2.Xây dựng sơ đồ khối Simulink……… …80
5.3.ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU……….………….…91
KẾT LUẬN……….101
Trang 3TÀI LIỆU THAM KHẢO……… ………103
LỜI NÓI ĐẦU
Sau hơn 20 năm thực hiện đổi mới, đặc biệt từ sau khi Việt Nam gia nhậpWTO, lượng hàng hóa thông qua các cảng tăng nhanh và làm cho nhu cầu vận tảitrong nước cũng tăng tương ứng So với các phương tiện vận tải khác thì ôtô cónhững ưu điểm như tính năng cơ động cao, giá thành vận chuyển phù hợp Do
đó, vận tải bằng ôtô chiếm 80% tỷ trọng của ngành vận tải
Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng sẽ sinh ra những daođộng Những dao động này ảnh hưởng xấu đến hàng hóa, tuổi thọ các chi tiết của
xe và nhất là ảnh hưởng tới người lái xe Mà trong vận hành của ôtô thì người láiđóng vai trò quyết định đến an toàn của chuyển động Khi con người phải chịuđựng lâu trong tình trạng xe chạy bị rung xóc nhiều dễ sinh mệt mỏi Đặc biệt làvới những loại xe tải chạy trên nhiều loại địa hình phức tạp khác nhau Các kếtquả nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ô tô tới cơ thể con người đều đi tới kếtluận là nếu con người phải chịu đựng lâu trong môi trường dao động của ôtô sẽmắc chứng bệnh thần kinh và não Vì vậy tính êm dịu chuyển động là một trongnhững chỉ tiêu quan trọng của xe Tính êm dịu chuyển động phụ thuộc vào kếtcấu của xe mà trước hết là hệ thống treo Đối với xe tải, mong muốn ngày càngchở nặng hơn nhằm hạ giá thành vận chuyển nên việc đảm bảo các yêu cầu về độbền, kết cấu đơn giản, giá thành thấp cho hệ thống treo trên xe tải là rất quantrọng
Trang 4Để đánh giá được những dao động của xe tải đến độ bền các chi tiết hệ thống
treo, sinh lý của người lái và đường xá, đề tài “Tính toán kiểm nghiệm hệ thống
treo và khảo sát dao động mô hình 1/4 xe CHIẾN THẮNG – CT8D1.4X4” sử
dụng thông số cầu trước đã được tiến hành và giải quyết các nội dung sau :
Từ các thông số thực của xe, em đã phân tích kết cấu và kiểm nghiệm cho hệthống treo, phân tích xây dựng mô hình dao động của ô tô, sử dụng phương pháptách cấu trúc hệ nhiều vật và áp dụng phương trình Newton-Euler để thành lập hệphương trình dao động Sử dụng phần mềm Matlab Simulink để mô phỏng daođộng của mô hình 1/4
Với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn Võ Văn Hường, và toàn
thể các thầy trong bộ môn ôtô và xe chuyên dụng, em đã hoàn thành được đồ ántốt nghiệp của mình Nhưng do năng lực bản thân còn hạn chế nên đồ án nàykhông tránh khỏi những thiếu xót, nhầm lẫn Em mong các thầy thông cảm vàgóp ý để đề tài của em hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cám ơn!
Hà Nội tháng 05 năm 2011 Sinh viên
Nguyễn Duy Ngọc
Trang 5DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
-m1 (kg) : Khối lượng được treo ở cầu trước
-m2 (kg) : khối lượng được treo ở cầu sau
-mA1 (kg) : khối lượng không được treo ở cầu trước
-mA2 (kg) : Khối lượng không được treo ở cầu sau
-a (m) : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến tâm cầu trước
-b (m) : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến tâm cầu sau
-B (m) : Chiều rộng cơ sở của xe
-rbx (m) : Bán kính lốp ở trạng thái tĩnh
-h (m) : Chiều cao mấp mô của đường
-Jy (kgm2) : Mômen quán tính trục y của xe
-Jx1 (kgm2) : Mômen quán tính trục x của khối lượng được treo trước
-Jx2 (kgm2) : Mômen quán tính trục x của khối lượng được treo sau
-Jxc1 (kgm2) : Mômen quán tính trục x của khối lượng không được treo trước.-Jxc2 (kgm2) : Mômen quán tính trục x của khối lượng không được treo sau.-Ctr (N/m) : Độ cứng của hệ thống treo trước
-Cc (N/m) : Độ cứng của hệ thống treo sau chính
-Cp (N/m) : Độ cứng của hệ thống treo sau phụ
-CL (N/m) : Độ cứng của lốp
Trang 6-Cx (Nm/độ): Độ cứng xoắn của khung xe.
-FZ (N) : Phản lực mặt đường tác dụng lên xe
-θ (rad) : Góc lắc thân xe quanh trục y
-φ1 (rad) : Góc lắc của khối lượng treo trước quanh trục x
-φ2 (rad) : Góc lắc của khối lượng treo sau quanh trục x
-φA1 (rad) : Góc lắc của khối lượng không được treo trước quanh trục x.-φA2 (rad) : Góc lắc của khối lượng không được treo sau quanh trục x.-z (m) : Chuyển vị của khối lượng được treo
-z (m/s) : Vận tốc dao động của khối lượng được treo
-z (m/s2) : Gia tốc dao động của khối lượng được treo
Trang 7- (m) : Chuyển vị của khối lượng không được treo.
- (m/s) : Vận tốc dao động của khối lượng không được treo
- (m/s2) : Gia tốc dao động của khối lượng không được treo
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ
Hình 1 : Sự phụ thuộc của gia tốc hiệu dụng theo tần số……….… 13
Hình 2 : Sự phụ thuộc cường độ dao động theo thời gian……… … 14
Hình 3 : Giới hạn gia tốc theo tần số và thời gian……….15
Hình 4 : Phân bố độ êm dịu theo các loại xe……….15
Hình 5 : Định nghĩa lực động……….…
17 Hình 6 : Mô hình 1/4……….….20
Hình 7 : Mô hình phẳng dao động ôtô 2 cầu……… ………21
Hình 8 : Mô hình không gian xe con……….………22
Bảng 1 : Thông số cơ bản của xe……….…… 25
Bảng 2 : Thông số tính toán chiều cao trọng tâm……… … …26
Hình 9 : Sơ đồ đặc tính đàn hồi……… …27
Bảng 3 : Thông số của nhíp……… ……28
Hình 10 : Sơ đồ xác định chế độ mở của tiết lưu……….……33
Bảng 4 : Thông số của giảm chấn……….……35
Hình 11 : Đồ thị đặc tính cản của giảm chấn……… … 40
Hình 12 : Mặt cắt khung……….41
Trang 8Hình 13 : Sơ đồ tính mô men quán tính theo chiều dọc……….….43
Hình 14 : Sơ đồ tính mô men quán tính theo chiều ngang……….….44
Hình 15 : Mô hình và sơ đồ đặc tính lốp………45
Hình 16 : Mô hình dao động thân xe tải……….……51
Hình 17 : Mô hình dao động ngang cầu trước xe tải……… …52
Hình 18 : Mô hình dao động cầu sau xe tải……….………52
Bảng 5 : Thông số sử dụng cho phương trình dao động……….….… 59
Hình 19 : Sơ đồ tính bền nhíp trước……… ………
61 Hình 20 : Sơ đồ tính ứng xuất lá nhíp trước……… ……63
Bảng 6 : Ứng suất sinh ra trong các lá nhíp……… … 63
Hình 21 : Sơ đồ tính tai nhíp trước……….64
Hình 22 : Sơ đồ tính bền nhíp chính……… … 68
Hình 23 : Sơ đồ tính ứng xuất lá nhíp chính……….… 70
Bảng 7 : Ứng suất sinh ra trong các lá nhíp……….…….70
Hình 24 : Sơ đồ tính tai nhíp chính……… …….….71
Hình 25 : Sơ đồ tính bền nhíp phụ……….….……73
Hình 26 : Sơ đồ tính ứng xuất lá nhíp phụ……… … 74
Bảng 8 : Ứng suất sinh ra trong các lá nhíp……….…….75
Hình 27 : Mô hình 1/4……….…… 76
Hình 28 : Sơ đồ mô phỏng hệ 2 phương trình……… ……… 83
Trang 9Hình 29 : Sơ đồ mô phỏng phương trình 1……… …….………84
Hình 30 : Sơ đồ mô phỏng phương trình 2……… ……….………84
Hình 31 : Sơ đồ mô phỏng FC……… …….……85
Hình 32 : Sơ đồ mô phỏng FK……… …….……86
Hình 33 : Chuyển vị khối lượng được treo……… ….……87
Hình 34 : Chuyển vị khối lượng không được treo……… ….…….87
Hình 35 : Vận tốc khối lượng được treo……… ……….……88
Hình 36 : Vận tốc khối lượng không được treo……… ………….…….88
Hình 37 : Gia tốc khối lượng được treo……….………89
Hình 38 : Gia tốc khối lượng không được treo……….….…………89
Hình 39 : Phản lực mặt đường……… …….………90
Hình 40 : Không gian làm việc……….…….90
Bảng 9 : Số liệu với hmax=0,01……….……92
Bảng 10 : Số liệu với hmax=0,02……….…….93
Bảng 11 : Số liệu hmax=0,03……….… 94
Hình 41 : Đồ thị cường độ dao động theo tần số……… ………….… 95
Hình 42 : Mức độ êm dịu ở hmax=0,01……… … 95
Hình 43 : Mức độ êm dịu ở hmax=0,02……… …… 96
Hình 44 : Mức độ êm dịu ở hmax=0,03……….….……96
Hình 45 : Đồ thị gia tốc lớn nhất theo tần số……… …….…97
Hình 46 : Đồ thị hệ số tải động theo tần số……… ….… 97
Hình 47 : Đồ thì chỉ tiêu áp lực đường theo tần số……… ….……98
Hình 48 : đồ thị phản lực mặt đường lớn nhất theo tần số………… ….…….98
Trang 10Hình 49 : Đồ thị không gian bố trí treo theo tần số……… …… 99
CHƯƠNG 1 : ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1.NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
Ngành ôtô trên thế giới đã phát triển trên một trăm năm Những sản phẩm của
nó ngày càng hàm chứa lượng công nghệ cao, ôtô ngày càng chạy nhanh hơn, sốlượng ngày càng nhiều, các xe ngày càng được hoàn thiện hơn về độ an toàncũng như độ êm dịu Những phát triển đột biến đó đã đưa đến những áp lực mớicho xã hội như tai nạn giao thông, mức độ phá hủy đường xá ngày càng nghiêmtrọng Nghiên cứu để hoàn thiện các kết cấu của ôtô nhằm nâng cao an toànchuyển động và giảm ảnh hưởng xấu của dao động với môi trường là một nhucầu cấp thiết
Nghiên cứu về dao động ôtô nói riêng và về động lực học ôtô nói chung ngàycàng được quan tâm đúng mức Ôtô là liên kết của hệ nhiều vật, các khối lượng
đó được liên kết với nhau bằng các phần tử có đặc tính phi tuyến phức tạp nhưđặc tính của giảm chấn, đặc tính đàn hồi, sự va chạm của bánh xe…
Trang 11Việc nghiên cứu dao động đã được tiến hành từ rất lâu với sự tham gia củahàng trăm tác giả Tuy nhiên, đến tận những năm 1970 những công trình đó mớiđược Mitschke biên soạn tập trung vào tác phẩm nổi tiếng của mình là “Dynamikder Fahrzeuge” Tác phẩm đó gồm 200 trích dẫn, riêng quyển B viết về dao động,tác giả đã đề cập hết các loại mô hình dao động cơ bản với đối tượng là các xecon với phương pháp tiếp cận là cơ học cổ điển.
Khái quát về nghiên cứu dao động, ta có thể thấy nội dung này bao hàm 4 lĩnhvực sau :
-Chỉ tiêu đánh giá dao đông
-Mô hình dao động, bao gồm mô hình vật lý và mô hình toán học
-Các hàm kích động
-Thí nghiệm dao động
Thí nghiệm dao động ôtô là một lĩnh vực rất rộng, đa ngành Trong khuôn khổ
đồ án, do thời gian có hạn cũng như điều kiện nên không thể có được những kếtquả thí nghiệm từ thực thế
Sau đây em xin được giới thiệu về các chỉ tiêu đánh giá dao động và mô hìnhnghiên cứu dao động và các hàm kích động
1.2.CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG
Đánh giá ảnh hưởng của dao động có tính lịch sử Trước đây người ta đánhgiá ảnh hưởng của dao động ôtô theo hai tiêu chí là độ êm dịu và tải trọng động,
Trang 12tượng trưng cho sự ảnh hưởng đến tuổi thọ chi tiết Ngày nay, do nhận thức mới
về ảnh hưởng của dao động, các tiêu chí được xác lập theo tiêu chí mới như sau:
1.2.1.Độ êm dịu chuyển động
Thí nghiệm đánh giá độ êm dịu chuyển động được tiến hành như sau : chomột người ngồi trên một chiếc ghế, ghế chuyển động lên xuống theo quy luậtz=zmaxsin(.t) sẽ tạo ra các dao động tuần hoán tác động lên người đó Sau đóngười ta sẽ phỏng vấn người đó về cảm giác của họ Các nghiên cứu như vậyđược tiến hành nhiều lần và đưa ra dưới dạng một tiêu chuẩn quốc tế ISO-2631.Tiêu chuẩn xuất phát từ đề nghị của Hiệp Hội Kỹ Sư Đức dưới dạng tiêu chuẩnngành VDI-2057
Người ta thấy rằng ảnh hưởng của dao động phụ thuộc vào tần số kích động,biên độ, hướng dao động, vị trí và thời gian tác động Dựa vào đó người ta đã đưa
ra khái niệm cường độ dao động K, một đại lượng đánh giá khả năng người láicảm thấy thoải mái trong một khoảng thời gian nhất định
Cường độ dao động K theo phương thẳng đứng được xác định như sau :
10 víi 1 4
20 víi 4 8160
Trang 13+)k> 100 : Chấn động mạnh, không chịu nhiều hơn 1 phút.
Như vậy, khi thiết kế ôtô cần có 1,6<K<6,3 Hình 1 theo ISO-2631 là kết quảthử nghiệm trên bệ thử với phương pháp phỏng vấn, xác nhận cảm giác củangười ngồi trên bệ thử
Trang 14Hình 1: Sự phụ thuộc của gia tốc hiệu dụng theo tần số.
Khi chú ý đến thời gian, người ta đưa ra các ngưỡng phụ thuộc thời gian nhưhình :
Trang 15Hình 2 : Sự phụ thuộc cường độ dao động theo thời gian.
Khi thời gian kéo dài, giới hạn này sẽ giảm dần và để dễ dàng xem xét người
ta đưa ra quan hệ giới hạn gia tốc phụ thuộc tần số f và tham số thời gian nhưhình:
Trang 16Hình 3 : Giới hạn gia tốc theo tần số và thời gian.
Hình 4 : Phân bố độ êm dịu theo các loại xe
Trang 17Tiêu chuẩn ISO-2631 đã được đưa ra từ năm 1970 nhưng đến nay vẫn khôngthay đổi, nhiều công trình vẫn coi đó là các ngưỡng để đánh giá độ êm dịu Ta sẽ
sử dụng tiêu chuẩn này để đánh giá độ êm dịu của xe
Ngoài tiêu chí đánh giá ảnh hưởng của dao động đến người, hàng hóa cũng làyếu tố chịu ảnh hưởng của dao động Hiện nay chỉ có Hiệp Hội Đóng Gói ĐứcBFSV quan tâm đến chỉ tiêu này và đưa ra trong tác phẩm “Dynamik derKraftfahrzeuge” của Mitschke (1992)
-Tiêu chí đánh giá : amax ≤ 0,5g khi 2 ≤ f ≤ 16 Hz
-Giới hạn cảnh báo : amax=3 m/s2 (đường xá hay hệ thống treo đã có vấn đề ,cần phải sửa chữa)
-Giới hạn can thiệp : amax=5m/s2 (buộc phải sửa chữa ngay tức khắc)
1.2.2.Tiêu chí về tải trọng động, an toàn động lực học và mức độ phá đường
Tiêu chí động lực học từ trước được đưa ra dưới dạng hệ số tải trọng động :
, ,1
z dyn dyn
z st
F K
Trang 18t 0
Fz,st
-Fz,st
Fz,dyn min
Fz,dyn max zdyn
z st
F K
z st
F K
F
Trang 19Từ các phân tích trên, ta sẽ kiểm nghiệm hệ thống treo theo các tiêu chí tảitrọng động như sau :
-Tiêu chí về độ bền chi tiết cũng như mức độ phá đường :
z st
F K
+) Fz,dyn=-Fz,st : giới hạn can thiệp ( là lúc xảy ra hiện tượng tách bánh Fz=0)theo Mitschke, trường hợp này không còn khả năng truyền lực
-Tiêu chí về mức độ thân thiện với đường :
Tiêu chí này được đưa ra từ sau những năm 1990 khi mà tải trọng của ôtôngày càng lớn, tỷ trọng kinh tế của cầu và đường trong ngành giao thông ngàycàng được đánh giá cao Sau quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ôtôđến cầu, đường các nhà nghiên cứu của Anh và Mỹ đã đưa ra hệ số áp lực đường
w, là hệ số có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô đối với cầu vàđường Theo đó Wilkinson đã nêu ra công thức xác định hệ số áp lực đường wnhư sau :
F
Trang 20Khi xe có i bánh thì áp lực toàn xe là :
, , 1
, , 1
i
i z st i i
z st i
w F W
F
1.2.3.Tiêu chí về bố trí treo
Trong quá trình dao động, vị trí tương đối giữa khối lượng được treo và không
được treo thay đổi, khi chuyển dịch này quá lớn sẽ ảnh hưởng đến sự ổn địnhtheo phương thẳng đứng của xe cũng như hàng hóa, đồng thời còn có thể gây ra
sự va đập giữa khối lượng được treo và không được treo Chỉ tiêu này được thểhiện thông qua hàm :
Giá trị y nhỏ cho thấy khả năng dập tắt dao động của giảm chấn cũng như độ
ổn định của xe trong quá trình di chuyển là tốt
1.3.MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG
Ôtô thuộc hệ cơ học nhiều vật, dao động với dải tần số thấp không vượt quá
50Hz Việc lập và chọn mô hình dao động phải theo 3 tiêu chí sau:
-Mục tiêu nghiên cứu (đề tài này khảo sát theo mục đích chẩn đoán)
-Cấu trúc riêng của đối tượng nghiên cứu
-Khả năng tính toán và phương tiện tính toán
Trang 21Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật khả năng tính toán hầu nhưkhông bị hạn chế (có nhiều phần mềm rất mạnh hỗ trợ tính toán), nên chủ yếukhi chọn và lập mô hình thường căn cứ vào mục tiêu và đặc điểm kết cấu của đốitượng.
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
chỉ cần khảo sát mô hình 1/4 (một trong 4 bánh).
-Nghiên cứu về dao động liên kết, thường dùng mô hình phẳng; mô hìnhphẳng cũng còn dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của đường
3 Nghiên cứu sự trượt và lật dưới tác động của ngoại lực như đường mấp
mô, gió bên nên thường sử dụng mô hình 1/2 hoặc mô hình toàn xe.
1.3.1.Mô hình 1/4
Mô hình 1/4 bao gồm hai khối
lượng được treo (thay thế cho khối
lượng thân xe) và khối lượng không
được treo (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 k, hệ số cản giảm chấn như hình 6
Hình 6 : Mô hình 1/4
Trang 22Để có thể chuyển mô hình vật lý thành mô hình động lực học hệ dao độngôtô, cần phải có một số giả thiết nhằm đơn giản cho việc tính toán nhưng vẫnđảm bảo tính đúng đắn của kết quả : quá trình nghiên cứu trong mô hình 1/4 chỉxét 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 vớiđường
Mô hình 1/4 có thể dùng để chọn tối ưu các thông số như độ cứng lốp, khốilượng không được treo mA, độ cứng c và hệ số cản giảm chấn k.Việc này có ýnghĩa trong bài toán điều khiển, tối ưu hệ treo
1.3.2.Mô hình dao động liên kết
Hình 7 : Mô hình phẳng dao động ôtô 2 cầu
Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ôtô 2 cầu ở dạng môhình phẳng, có nghĩa là ôtô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và xem
Trang 23độ mấp mô của biên dạng đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau Khốilượng treo được quy dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng
m3 (đại diện cho khối lượng được treo là thân xe) và m1, m2 (đại diện cho khốilượng không được treo là cầu xe) với 4 bậc tự do là Z3, , Z1, Z2
Mô hình này hiệu quả với bài toán bố trí chung, và là mô hình đơn giản khinghiên cứu về đường và phân bổ tải khi phanh
1.3.3.Mô hình không gian xe con
Mô hình không gian xe hai cầu được đưa ra như trong hình 8 Xe con có khốilượng bé nhưng lại có yếu tố phi tuyến hình học và vật lý lớn nên không thể bỏqua khi lập mô hình Đặc điểm kết cấu là vỏ chịu lực, hệ treo độc lập có yếu tốphi tuyến hình học cao Trong phạm vi đề tài này do hạn chế về mặt thời gian,
kỹ thuật nên chỉ đưa ra mô hình mang tính tham khảo chứ chưa khảo sát được
mô hình không gian này
Hình 8 : Mô hình không gian xe con
Trang 241.4.HÀM KÍCH ĐỘNG
Chuyển động của ôtô trên mặt đường không bằng phẳng sẽ sinh ra các daođộng của khối lượng phần không được treo và khối lượng phần được treo củaôtô Độ mấp mô của mặt đường là nguồn kích thích chính cho ôtô dao động Khinghiên cứu mô hình dao động của ôtô cần thiết phải mô tả toán học biên dạngcủa mặt đường, vì chiều cao mấp mô của biên dạng đường tại vị trí tiếp xúc củabánh xe với đường sẽ tham gia vào phương trình vi phân mô tả chuyển động của
hệ Hàm kích động là một yếu tố thuộc mô hình dao động, mô tả những yếu tốgây dao động, và thường được mô tả dưới dạng các hàm biên dạng sau:
f
-Hàm dao động ngẫu nhiên: h f t mf,Rf τ
Với mf: giá trị trung bình
Rf: Hàm quan hệ
: Thời gian tương quan
Việc chọn loại kích động nào thì phụ thuộc cụ thể vào từng mục tiêu nghiêncứu Nếu nghiên cứu về ảnh hưởng của đường thì buộc phải dùng hàm kích độngngẫu nhiên Còn nếu tối ưu hệ treo thì dùng hàm sin và hàm xung là đủ
Trang 25Ngoài mấp mô của đường là yếu tố gây dao động, còn có các yếu tố gây daođộng khác mà ta có thể kể ra như sau: Gió nhất là gió ngang; Gió dọc; Góc quay
vô lăng, đặc trưng qua gia tốc ngang với ngoại lực là lực quán tính li tâm khi vàocua Như vậy có tất cả 4 yếu tố gây ảnh hưởng đến dao động ôtô mà trong khinghiên cứu cũng phải đề cập, hoặc là riêng về từng yếu tố một, hoặc đồng thờimột số yếu tố kết hợp Trong phạm vi đề tài này chỉ khảo sát hệ dao động môhình 1/4 do đó chỉ cần dùng hàm sin
Trang 26CHƯƠNG 2: CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA XE “CHIẾN THẮNG –
CT8D1.4X4”
2.1.CÁC THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC, KHỐI LƯỢNG CƠ BẢN
Bảng 1 : Thông số cơ bản của xe :
4 Khoảng cách từ trọng tâm xe đến tâm cầu trước a1 2702 mm
5 Khoảng cách từ trọng tâm xe đến tâm cầu sau a2 1098 mm
11 Khối lượng không được treo ở cầu trước mA1 685 kg
12 Khối lượng không được treo ở cầu sau mA2 1020 kg
-Khối lượng được treo ở cầu trước : m1 3930 685 3245( ) kg
-Khối lượng được treo ở cầu sau : m2 9670 1020 8650( ) kg
-Chiều cao trọng tâm của ôtô được tính theo công thức :
i gi g
G h h
Trang 27Từ bảng thông số trên ta tính ra được hg=1,624 m.
2.2.CÁC THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG TREO
2.2.1.Xác định hệ số cứng của hệ thống treo
Hệ số cứng C của hệ thống treo được mô tả như sau :
Trang 28khi
t dyn
n dyn
=0.09 (m)
Trang 30E : môđun đàn hồi của vật liệu E=2.105MN/m2.
p
Ta có :
Trang 31 , , , 6
,
3245.9,8
0,095( )2.0,170604.10
Xác định đặc tính của giảm chấn là một bài toán khó khăn bởi hai lý do :
-Đặc tính của giám chấn phụ thuộc vào kết cấu, tức là chế độ tiết lưu hay
thông qua
-Chế độ dòng chảy và tổn hao
Trang 32Trên thực tế người ta có thể xây dựng đặc tính giảm chấn theo các điều kiện lý
tưởng, tức là hệ không tổn hao, sau đó mới hiệu chỉnh bằng các hệ số kinh
nghiệm Xét các cửa của dòng chất lỏng có hai dạng :
-Lỗ thông qua, có diện tích thông qua không đổi : A
Với giảm chấn thông thường, giai đoạn đầu khi vận tốc bé, giảm chấn làm
việc ở chế độ nén nhẹ và trả nhẹ Giai đoạn này có chế độ thông qua Khi áp suất
đủ lớn (vận tốc lớn) van bắt đầu mở, giảm chấn làm việc ở chế độ van cho đến
khi van mở hết cỡ, lúc đó tổng diện tích thông qua là không đổi Tóm lại sự làm
việc của giảm chấn có ba chế độ sau :
-Chế độ thông qua : A
tq
=const
Trang 34 : trọng lượng riêng của dầu, =9000 (N/m
d f
Trang 35Theo điều kiện cân bằng có :
2
2
v
v v
Trang 36Ngoài ra do mục tiêu thiết kế giảm chấn mà lực cản hành trình trả và nén còn
khác nhau, thêm vào đó phụ thuộc vào bậc 2 của vận tốc Giai đoạn quá độ v
1
≤ v
≤ v
2
phụ thuộc vào bậc 2/3 của vận tốc Như vậy, đặc tính giảm chấn là hợp của
hai đường bậc 2 và một đường bậc 2/3 Hệ số K không phải hằng số mà phụ
0
2 2 3
3
2 2
khi v v2
khi v2
khi v>v2
tq
v
F K
A
A F K
Trang 37Độ cứng của lò xo được tính theo công thức sức bền :
4
3 (N/m)64
d G c
Bảng 4 : Thông số của giảm chấn :
Trang 38Chiều dài buồng chứa dầu 250 mm
mmmmmm
Van trả nhẹ :
Đường kính van
Số lỗ van
24
mmmmmm
Van nén nhẹ :
Đường kính lỗ van
Số lỗ van
3,594
mm
-)Hành trình trả :
Từ các thông số của lò xo van trả mạnh ta tính được độ cứng của lò xo van trả
mạnh :
Trang 394 2.10
12,56.104
2
4 1,39.10
6,1.104
F K
Trang 409000 8,5.10 50008,5.10
=
=1866,8(Ns/m)
t qd
F K
d
Tổng diện tích lỗ nén nhẹ :
