Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (Tóm tắt LA tiến sĩ)

Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (LA tiến sĩ)

4 Phương pháp nghiên cứu

Ph g h ghiê ủ ậ ế h giữ ghiê ý h ế i h ghi

- Luận án có th c dùng làm tài li u tham kh o cho sinh viên, họ iê h ê g h C hí

7 Đóng góp mới của luận án

Luậ ã iến hành chuẩn hóa mô hình nghiên c ng l c học h thống treo khí nén bằng

th c nghi m v i sai số cho phép  10% X ịnh bằng th c nghi ờ g ặ í h h ng

l c họ hí é T ê ở h h e hí é ã ịnh tiến hành xây d ng mô hình nghiên c d ng ô tô khách có sử dụng h thống treo khí nén, trong mô hình có k ến yếu tố phi tuyến của h thống treo

Kh h h d g h h h gi h h ởng của m t số thông số kết c ặc

g ủa h thố g e hí é ến các chỉ tiêu êm dịu và an toàn chuy ng của ô tô khách s n

xu t l p ráp t i Vi t Nam:

- X ị h c nh của th tích bình khí phụ ến tính êm dịu và an toàn chuy ng ô tô Khi

h thống treo khí nén sử dụng thêm bình khí phụ gi m 11,5% góc nghiêng ngang thân xe v i

í h hí h ầu vào d ng xung, gi m 27,2% v i kích thích d ng ngẫu nhiên

- Ả h h ởng của áp su t khí nén trong h thố g ến tính êm dịu và an toàn chuy ng ô tô

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Giới hạn của đề tài

2.1 Mô hình động lực học của lò xo khí nén

S h thống e hí é c th hi ê h 2 1 C ở toán họ h h h ng l c học h thố g e hí é ặ í h h i của lò xo khí nén trong d i tần số làm vi c của ô tô t (0-20 z [55] ặ í h h i củ hí é g ối ph c t p, phụ thu q h ng

l c học và nhi ng của ch hí C i g họ ặ g b g m: áp su t, th tích, nhi t

, khối ng, mậ ă g ng củ hí é 2 g h b h hí hụ 5 (bình khí phụ là phần tử được nối với lò xo khí nén)

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống treo khí nén

1- Cầu xe ; 2- Lò xo khí nén(Ballon); 3-Khung xe (chassi); 4- Đường ống khí; 5- Bình

khí phụ ; 6- Van tải tr ng; 7- Máy nén khí; 8- Bình chứa khí nén

C ở toán học của mô hình h thống treo khí nén phụ thu q h ng l c học và nhi ng học ph c t p của khí nén bên trong h thố g [55] nghiên c ặ í h ng l c học

của lò xo khí nén, có th sử dụng mô hình vậ ý [29] [55] c gi i thi u trên Hình 2.2 Trong ó:

V b và p b - Th tích và áp su t tuy ối của khí nén trong lò xo khí nén; V r và p r- Th tích và áp su t

tuy ối của khí nén trong bình khí phụ; A s và l s - Tiết di n mặt c t ngang và chiề d i ờng ống nối lò xo khí nén và bình khí phụ; z-Biến d ng củ hí é he h g hẳ g ng; chuy n

ng của khí nén giữa lò xo khí nén và bình khí phụ ặ g bằng khối ng m s và biến

d ng z s ; n- Chỉ số biến

Gọi b ầ áp suất tuyệt đối g h hố g e hí é p 0, khi lò hí é bị é

8 7 5

h g z ó h ổi h í h g h ổi g g ∆p b ∆p r trong lò xo khí

é b h hí hụ

T mô hình vật lý Hình 2.2 xây d ng mô hình toán học cho lò xo khí nén GENSYS [29] ,[55]

c th hi h ê hình 2.3

Hình 2.2 Mô hình vật lý lò xo khí nén Hình 2.3 Mô hình toán h c lò xo khí nén GENSYS

H h g h ng l c học phi tuyến của lò xo khí nén(hệ phương trình có kể đến chuyển động của khối lượng dòng khí trong hệ thống) hi é ến chiều của vận tốc dòng khí trong

h h Ge ã d ng (2.29 c g h ủ hí é hi h h h i ờng h p phụ thu c vào tần số làm vi c của h thống: Vùng làm vi c ở tần số cao và tần số th p Khi tiến hành

é h hí é c g h K ị h h [55]:

2 0

Trong bi u th c (2.30 c g h ủa lò xo khí nén g c g h g ng áp su t p 0 ban

ầ c g d h ổi th tích V b là h ổi áp su ∆p b trong lò xo khí nén Th tích khí

n

z A V

V

0 0

2 0

1

; sin sin 2 2.35 1

T z

F t dt T

z t dt T

2.3 Mô hình dao động ô tô khách với hệ thống treo khí nén

c giả thi t khi ựng h nh: gi n trong quá trình nghiên c h h d ng

củ h h g h g gi c xây d ng d ê gi hiế :

Bỏ qua h h ởng của các ngu d ng t ê h g h thống truyền l c; Thân

xe c ng tuy ối có khối ng m s và mô men quán tính khối ng theo các trục J x và J y; Cụm cầu

b h e g e h t vật r n có khối ng m u và mô men quán tính khối ng J u;

Ghế g ời lái h h h h h hố g e g m phần tử h i k d và gi m ch n c d

Ng ời lái và ghế ng i e h t ch i m có khối ng m d chỉ d g he h g

thẳ g g; C b h e ó c ng k u iế i ặ ờ g g q rình chuy ng, bỏ qua h số c n của lốp; Khối ng của thân xe và các cầu phân bố ối x g q ặ hẳ g ối x ng

v i trụ dọ ủ ; Mặ ờng không biến d ng, tiếp xúc bánh xe v i mặ ờng là tiế i m; Khối g e h g c treo liên kết qua h thống treo bao g m lò xo khí nén theo mô hình Gensys và gi m ch n có h số c h g ổi;

H h g h d ng mô hình 1/4 ô tô v i h thống treo khí nén:

Mô hình ô tô khách sử dụng h thống treo khí nén trong không gian có 8 bậc t do: Các bậc t d

b n của mô hình có th c bi u di n bằ g é ọ suy r ng:

1 4 2

1 2

trong đó: F d -lực liên kết giữa ghế lái và thân xe; F si và F ui - lực liên kết của hệ thống treo tại vị trí

bánh xe thứ i và lực liên kết giữa các bánh xe thứ i với mặt đường (i = 1,2,3,4); M af và M ar - mô men

chống lắc sinh ra do thanh ổn định ngang ở cầu trước và cầu sau; r s và r u - t a độ của các điểm đặt

4 1

3 3 4 Biểu iễn hệ phương tr nh ao ộng t ưới ạng a trận

C h g h ủa h ph g h d ng (2.50) có th c khai tri n và bi u di n ở

Hình 2.12: Mô hình dao động của ô

tô khách trong không gian

trong đó: z  Z Z d, , , Z uf,Z ur, uf, ur Tlà véc tơ các t a độ suy rộng;  T

4 hỉ tiêu nh gi ộ ê ịu chu ển ộng

Luận án sử dụng chỉ iê h gi êm dịu chuy ng theo giá trị b h h g g b h ủa gia tố g ời lái, gia tốc l c ngang theo bi u th c toán học sau [69],[70],[71],[72]:

Sử dụng giá trị b h h g g b h ủa dịch chuy g ối giữa bánh xe v i m p mô

bề mặ ờ g h gi bám (tiếp xúc) của bánh xe v i mặ ờng ánh giá chỉ tiêu an toàn

chuy g ối v i ô tô có bốn bánh xe theo bi u th c toán học tổng quát sau:

i h i h hi h g q g hi h nh hoặc khi chuy g ê ờng dốc

Dùng h số phân bố t i trọ g g g LTR h gi ổ ịnh ô tô theo [46],[67],[60]

(2.83)

trong đó: F zT -Phản lực tại bánh xe bên trái thứ I; F zP -Phản lực tại bánh xe bên phải thứ i

Giá trị của LTR<1 ịnh kh ă g ổ ịnh của ô tô KhiLTR= 1 là khi các bánh xe ở m t

bên bị nh c khỏi mặ t có th x y ra lật ô tô Ngoài ra, m b o an toàn cho ô tô khi chuy n

ng, góc nghiêng ngang thân xe Max (góc nghiêng ngang tương đối giữa phần khối lượng được treo và khối lượng không được treo) l n nh h hé h g t quá 7-80

hí é g h hố g e ế d g g iề hời gi iề ầ ố

3.1 Mô phỏng mô hình nghiên cứu dao động ô tô trong Matlab Simulink

Sử dụng h h g h 2 75.) xây d g mô phỏng dao ng ô tô khách v i h thống treo khí nén, kh h gi hỉ iê d g h ê h 3 1 mô phỏ g d ng ô

tô khách v i h thống treo nhíp trên Hình 3.2

Kích thích m p mô mặ ờng là thông số ầ h h h c mô phỏng trong khối

“Mat duong” ê h 3 3 g m kích thích m p mô mặ ờng d g g “Mat duong dang bac”

và kích thích mặ ờng ngẫ hiê “Mat duong dang ngau nhien” Khối “switch” c sử dụ g

l a chọn tín hi í h hí h biê mặ ờng d ng xung hoặc ngẫu nhiên phù h p v i chế mô phỏng kh o sát

Hình 3.3 Khối mô tả kích thích mặt đường

Kích thích ngẫu nhiên của mặ ờ g c mô phỏng theo tiêu chuẩn ISO 8608-1995[49], Mitschke [70] (được trình bày trong PL 4), ở các bánh xe bên trái và các bánh xe bên ph i c t o

ra t hai khối “Mat duong dang ngau nhien” ê h 3 4

Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng dao động ô tô

khách trong không gian với hệ thống treo

khí nén

Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng dao động ô tô khách

trong không gian với hệ thống treo nhíp

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

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 DONG DAO DONG KHONG GIAN

qu Mat duong

q1 q2

qu

Transport Delay2

-K-Transport Delay

Switch

Out1

Subsystem

q bump

Constant2

Hình 3.4 Sơ đồ mô phỏng kích thích mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO [68]

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 h c hệ thống treo khí nén

ó ở h gi h í h i t của h thống treo khí nén, luận án xây d ng mô hình

d ng ô tô khách sử dụng h thống treo lo i hí h ê h 3.7

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

Mo hinh he thong treo khi nen

w

ws 1

Cbeta * u

inv (Mw )* u Kv*Gsw* u

uv

Integrator 3

1 s

Integrator 1 1 s

|u|

zd 2

z 1

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 Integrator3

1 Integrator2

1 Integrator1

delta_z

Zs

qs

2 u 1 ws

Hình 3.7 Sơ đồ mô phỏng các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô khách sử

Ô d g kh d g h h gi ờng nằm hai tầng chở 43 g ời g m c lái

xe, có ký hi u UNIVERSE K43-2F14, sử dụng h thố g e hí é c s n xu t l p ráp trong

c, ô tô kh o sát có tuyến hình h trên Hình 3.10

Fz 2

zd_dd 1

Ku *Gfu * u

Ku * u

K *u K*u

Total Loads Fz

Static Loads Fzt

Saturation

1 1

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 Integrator3 1

Integrator2

1 Integrator1

qs

.

1 u

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

3.3 Khảo sát dao động riêng của ô tô

3 3 Tần số ao ộng riêng của t theo phương thẳng ứng

3.4 Khảo sát dao động của ô tô trong miền thời gian

3 4 Ảnh hưởng của ấp t ường

+ Kích thích m t đường dạng xung tác động các bánh xe bên trái

Tiế h h hỏ g d g hi h b h e bê i h g q d g

g bậ h g hiề 0,1m Kh h h i ờ g h : ử dụ g h hố g treo

hí é ử dụ g h hố g e hí ó h ố g g g h g ở ậ

ố h g h h

Bảng 3 2: Các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô dùng treo nhíp và treo khí nén

với kích thích mặt đường dạng xung

Biê í h hí h gẫ hiê ủ ặ ờ g dụ g ê b h e bê i hỏ g

he iê h ẩ ISO 8608[49], Mitschke [70], i h g ờ g g b h cấp C)

Bảng 3.3: Các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô dùng treo nhíp và treo khí nén với kích thích

mặt đường dạng ngẫu nhiên

Bảng 3.4: nh hưởng của áp suất trong lò xo khí nén đến dao động ô tô

Bảng 3.6: Chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô

Bảng 3.7: Chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô

Hình 3.25 Các chỉ tiêu đánh giá dao động Hình 3.26 Tải tr ng tại các bánh xe

Hình 3.27 Các chỉ tiêu đánh giá dao động Hình 3.28 Tải tr ng tại các bánh xe

hời gi t hị bi di q h giữ ầ ố biê i ỗi gi ị ủ ầ ố f xác

chuyển, gia tốc người lái

Hình 3.32 Đặc tính biên độ-tần số của tải

tr ng bánh xe

Hình 3.35 Đặc tính biên độ-tần số của tải tr ng bánh xe số

Hình 3.37 Đặc tính biên độ-tần số dịch

chuyển, gia tốc người lái.số

Hình 3.38 Đặc tính biên độ-tần số của tải tr ng bánh xe số

ị h ủ Khi hê b h hí hụ biê d g gi h h hi i q

C hỉ iê h gi ề gi ố g ời i ố í h ổ ị h ố gi 11 5 % gó ghiê g

Hình 4.1 Máy nén khí và đồng hồ đo áp suất lò xo khí nén

Sử dụ g ng h ịnh giá trị áp su t khí trong lò xo khí nén c khi thí nghi m

+ g h hí é c tiến hành thông qua vi h ị ủa lò xo khí

nén trên thiết bị kéo- é h 300 n Thiết bị é h ị h c giá trị của l c nén và biến

d ng của lò xo khí nén t i các vị trí, tập h p các vị trí trong quá trình nén và tr h c kết qu

h ê Hình 4.2

Hình 4.2 Thiết bị kéo-nén đo độ cứng tĩnh của lò xo khí nén

4 3 Phương ph p thực hiện thí nghiệm

g h ủ hí é c tiến hành thông qua vi h ị ủa lò xo khí nén trên thiết bị kéo- é h Kết qu h ờ g ặc tính giữa giá trị của l c tác

dụng lên lò xo và biến d ng của lò xo khí nén khi nén

4.3 Thí nghiệm xác định độ cứng động lực học lò xo khí nén

4.3.1 Trang thi t bị ph c v thí nghiệm

- Thiết bị gia tải động theo tần số

Hình 4.8 Kích gia tải động theo tần số

Thiết bị gia t i g d g nén lò xo khí nén theo tần số v i dịch chuy n z, d i tần số kích

thích t : 0-20 Hz Trên thiết bị có g n các c m biế c nén và hành trình dịch chuy n của

ầu thiết bị nén

4 3 Phương ph p thực hiện thí nghiệm

g ng l c họ hí é c tiế h h h g q h ị ủa lò

xo khí nén khi gia t i v i tần số h ổi t 0 1 ến 20 Hz Thí nghi ờ g ờ g ặc tính

h i ng của lò xo khí nén, tiến hành trên thiết bị gia t i ng theo tần số t i Trung tâm

khoa học công ngh i học Giao thông vận t i

- Chuẩn bị lò xo khí nén thí nghiệm:

Hình 4.9 Lò xo khí nén thí nghiệm

Hình 4.10 Gá đặt thiết bị thí nghiệm Hình 4.6 Đặc tính nén tĩnh lò xo khí nén ở các giá trị áp suất khác nhau

- Gá đ t lò xo khí nén vào thiết bị gia tải động

số giữa giá trị g b h b h h g ủa t i trọng Fz và giá trị g b h b h h g ủa dịch

chuy n z theo công th c(2.36) T i mỗi tần số ị h c m t giá trị, tập h p các giá trị l c và

Cách tiế h h g g h ờng h p không sử dụng bình khí phụ gi ị l c và biến

d ng t i các tần số, tính giá trị K d cho t ng tần số, tập h p giá trị t i các tần số thị Hình

4.14

+ ồ thị lực tác d ng lò xo khí nén tại tần số 1Hz

4.4 Sử dụng kết quả thí nghiệm để chuẩn hóa mô hình lý thuyết

Că vào kết qu thị thí nghi h c, tiến hành hi u chỉnh giá trị của các thông số ầu vào mô hình lý thuyết m b o tính chính xác mô hình phục vụ cho quá trình nghiên c u

h gi i ố g ối giữa lý thuyết và th c nghi m Sai số g ối là tỷ số giữa sai l ch

q h g i trị số hi u qu củ i g í h c t lý thuyết theo bi u th c toán học sau: