Nghiên cứu đặc tính hệ thống treo khí nén dạng mc pherson

Tjổng quan về dao động ô tô, ảnh hưởng của dao động ô tô đối với con người, đường giao thông, độ bền xe và tính an toàn kinh tế chuyển động; chỉ tiêu đánh giá dao động; hệ thống treo trên ô tô; mô hình nghiên cứu dao động ô tô. Đặc tính động lực học hệ thống treo khí nén dạng Mc.Pherson. Khảo sát đặc tính hệ thống treo Mc.Pherson có phần tử đàn hồi khí nén. Tjổng quan về dao động ô tô, ảnh hưởng của dao động ô tô đối với con người, đường giao thông, độ bền xe và tính an toàn kinh tế chuyển động; chỉ tiêu đánh giá dao động; hệ thống treo trên ô tô; mô hình nghiên cứu dao động ô tô. Đặc tính động lực học hệ thống treo khí nén dạng Mc.Pherson. Khảo sát đặc tính hệ thống treo Mc.Pherson có phần tử đàn hồi khí nén. Tjổng quan về dao động ô tô, ảnh hưởng của dao động ô tô đối với con người, đường giao thông, độ bền xe và tính an toàn kinh tế chuyển động; chỉ tiêu đánh giá dao động; hệ thống treo trên ô tô; mô hình nghiên cứu dao động ô tô. Đặc tính động lực học hệ thống treo khí nén dạng Mc.Pherson. Khảo sát đặc tính hệ thống treo Mc.Pherson có phần tử đàn hồi khí nén.

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

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

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 9

LỜI NÓI ĐẦU 10

Chương 1- TỔNG QUAN 13

1.1 Tổng quan về dao động ô tô 13

1.2 Ảnh hưởng của dao động ô tô đối với con người, đường giao thông, độ bền xe và tính an toàn kinh tế chuyển động 13

1.2.1 Ảnh hưởng của dao động ô tô lên cơ thể con người 13

1.2.2 Ảnh hưởng của dao động ô tô đến đường giao thông, độ bền xe và độ an toàn kinh tế chuyển động 14

1.3 Chỉ tiêu đánh giá dao động 15

1.3.1 Chỉ tiêu về độ êm dịu 16

1.3.2 Chỉ tiêu về an toàn hàng hóa 16

1.3.3 Chỉ tiêu về tải trọng động 17

1.3.4 Chỉ tiêu về độ bền chi tiết 17

1.3.5 Chỉ tiêu mức độ thân thiện với đường 18

1.3.6 Chỉ tiêu về an toàn động lực học 18

1.3.7 Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo 19

1.4 Hệ thống treo trên ô tô 19

1.4.1 Công dụng 19

1.4.2 Yêu cầu 20

1.5 Mô hình nghiên cứu dao động ô tô 21

1.5.1 Mô hình ¼ 22

1.5.2 Mô hình ½ 23

1.5.3 Mô hình không gian 24

1.6 Thí nghiệm ô tô 24

1.7 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu đề tài 25

1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu 25

1.7.2 Phương pháp nghiên cứu 25

1.8 Phạm vi nghiên cứu 25

1.9 Nội dung nghiên cứu 26

1.10 Kết luận chương 1 26

CHƯƠNG 2- ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN DẠNG MC.PHERSON 27

2.1 Đặt vấn đề 27

2.2 Đặc điểm hệ thống treo khí nén 27

2.3 Cơ sở lý thuyết của bộ phận đàn hồi 28

2.3.1 Đặc tính tải của buồng đàn hồi 30

2.3.2 Độ cứng của buồng đàn hồi khí nén: 33

2.4 Tính toán bộ phận đàn hồi 36

2.4.1 Các thông số của treo khí nén 36

2.4.2 Đường đặc tính của treo khí 37

2.5 Đặc tính hình học hệ thống treo 37

2.6 Mối quan hệ hình học của hệ treo Mc.Pherson 38

2.7 Động lực học hệ thống treo khí nén 40

2.7.1 Tính đường kính piston dw 41

2.7.2 Xây dựng đường đặc tính của bộ phận đàn hồi 43

CHƯƠNG 3- KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH HỆ THỐNG TREO MC.PHERSON CÓ PHẦN TỬ ĐÀN HỒI KHÍ NÉN 46

3.1 Cấu tạo hệ thống treo khí nén cầu trước 46

3.2 Thông số kỹ thuật của xe con 48

3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến dao động xe con 49

3.3.1 Tính đường kính piston dw 49

3.3.2 Xây dựng đường đặc tính của bộ phận đàn hồi 50

3.4 Kết luận chương 3 58

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là : Nguyễn Tiến Thọ

Sinh ngày: 02 tháng 12 năm 1981

Hoạc viên cao học lớp 2017A- Kỹ thuật ô tô – Trường Đại học Bách khoa hà Nội Hiện đang công tác tại: Nhà máy ô tô VEAM

Luận văn cao học với đề tài “Nghiên cứu đặc tính hệ thống treo khí nén dạng Mc.Pherson” do PGS.TS Đàm Hoàng Phúc hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Những nội dung được trình bày trong luận văn do chính tôi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo PGS.TS Đàm Hoàng Phúc, cùng các thầy giáo trong Bộ môn ô tô và xe chuyên dụng- Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Toàn bộ nội dung trong luận văn hoàn toàn phù hợp với nội dung đã được đăng ký và phê duyệt của Hiệu trưởng Trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2018

Học viên

Nguyễn Tiến Thọ

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục các ký hiệu

G10 Trọng lượng đặt lên cầu trước khi không tải N

G1t Trọng lượng đặt lên cầu trước khi đầy tải N

G20 Trọng lượng đặt lên cầu sau khi không tải N

G2t Trọng lượng đặt lên cầu sau khi đầy tải N

δ0 Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng ( góc Kingpin) rad

γ0 Góc nghiêng ngang bánh xe ( góc Camber) rad

hs Tâm quay tức thời của thùng xe dưới mặt đường mm

F20 Lực tác dụng lên bộ phận đàn hồi xe không tải N

U Hệ số biến đổi diện tích làm việc ở trạng thái tức thời

Us Hệ số biến đổi diện tích làm việc ở trạng thái tĩnh

p0 Áp suất ban đầu ở trạng thái không tải N/m2

pps Áp suất buồng đàn hồi ở chiều cao tĩnh N/m2

pp Áp suất buồng đàn hồi ở chiều cao tức thời N/m2

V Thể tích buồng đàn hồi ở chiều cao tức thời m3

n Trị số mũ đa biến của phương trình trạng thái khí lý tưởng

ω0z Tần số dao động riêng ở trạng thái làm việc

dw1 Đường kính piston tương ứng với hành trình trả lớn nhất mm

dw2 Đường kính piston tương ứng với hành trình nén lớn nhất mm

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Bảng chỉ tiêu về an toàn hàng hóa ( theo hiệp hội đóng gói Đức BFSV) 17

Bảng 3.1: Giá trị áp suất khí nén tương ứng với các phần trăm tải 52

Bảng 3.2 Giá trị lực đàn hồi ( N) tương ứng tại các vị trí chuyển vị 56

Bảng 3.3 Tỷ lệ thay đổi lực đàn hồi của balon khí so với trạng thái không tải 57

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ liên hệ của hệ thống “ Đường- ô tô- con người” 22

Hình 1.2 Sơ đồ nghiên cứu dao động ô tô 23

Hình 1.3 Mô hình ¼ 25

Hình 1.5 Mô hình không gian 26

Hình 2.1 Độ cứng và tần số dao động của hệ thống treo cơ khí và treo khí nén 30

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán 31

Hình 2.3 Quan hệ của F và z 31

Hình 2.4 Xác định độ cứng của buồng đàn hồi 35

Hình 2.5 Quan hệ giữa lực và đường kính piston 38

Hình 2.6 Đường kính balon tại vị trí nén, trả lớn nhất 39

Hình 2.7 Phương pháp đồ thị xây dựng quan hệ động học hệ treo Mc.pherson 40

Hình 2.8 Đồ thị quan hệ động học hệ treo Mc.pherson 41

Hình 2.9 Mối quan hệ động học giữa các góc đặt 41

Hình 2.10 Góc quay của đòn ngang ………42

Hình 2.11 Kết cấu động học hệ thống 43

Hình 3.1 Cấu tạo hệ thống treo khí nén 48

Hình 3.2 Đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo khí cầu sau 57

LỜI NÓI ĐẦU

Trên thế giới sản xuất ô tô ngày càng tăng vượt bậc và đã đạt được những thành tựu công nghệ vô cùng to lớn, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hóa cho sự phát triển kinh tế, đồng thời trở thành phương tiện giao thông

tư nhân ở nước có nền kinh tế phát triển

Ở nước ta, trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, việc phát triển các ngành khoa học kỹ thuật là vô cùng quan trọng và cần thiết Trong đó sản xuất ô tô cũng là một trong những ngành cần chú trọng hàng đầu Công nghệ sản xuất ô tô không ngừng được cải tiến với sự giúp đỡ về khoa học kỹ thuật của các nước tiên tiến Ngành sản xuất ô tô đang từng bước trở thành mũi nhọn của nền kinh tế, đưa đất nước ngày càng phát triển, nền kinh tế Việt Nam có những bước phát triển vượt bậc, đời sống người dân được nâng cao, cùng với việc chính phủ đang đầu tư rất nhiều vào quy hoạch và xây dựng hệ thống giao thông vận tải, đã khiến ô tô trở thành phương tiện đi lại tiện nghi và phổ biến và đang dần khẳng định được nhu cầu vận tải, di chuyển trong nội địa, được nhiều người quan tâm

Không như các nước phát triển, với Việt Nam thì ô tô vẫn là chủ đề mới mẻ, đặc biệt

là những ứng dụng công nghệ tiên tiến trên xe Vì thế việc nghiên cứu về ô tô là rất cần thiết

Việc nắm bắt những tiến bộ khoa học kỹ thuật không chỉ bó gọn trong chuyên ngành

đã học mà yêu cầu thực tế chúng ta phải tìm hiểu kỹ các lĩnh vực liên quan Hiện nay,

do đời sống con người ngày càng cao, nhu cầu đi lại của con người ngày càng lớn thì ô

tô vẫn là phương tiện chưa thể thay thay thế Chính vì lý do đó mà chiếc ô tô ngày càng được hoàn thiện

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang có những bước đi ban đầu về thiết kế, chế tạo ô tô Song do điều kiện đường xá kém chất lượng là một trong những nguyên nhân quan trọng gây ảnh hưởng tới chuyển động, tính tiện nghi, tính an toàn chuyển động,…

Chính vì vậy, việc quan tâm đến độ êm dịu của một chiếc xe khi tham gia giao thông là vấn đề quan trọng trong quá trình chế tạo phương tiện tham gia giao thông nói chung và chế tạo ô tô nói riêng

Khi ô tô chuyển động trên đường, đặc biệt là đường mấp mô, không bằng phẳng, ô

tô thường chịu các dao động do bề mặt đường sinh ra, đồng thời có cả các dao động do bản thân ô tô sinh ra như: vận tốc chuyển động của ô tô, lực cản không khí,…Những dao động này ảnh hưởng xấu tới tưởi thọ của xe, hàng hóa trên xe và đặc biệt là người lái và người ngồi trên xe Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động đối với con người đều đi đến kết luận là con người nếu phải chịu đựng lâu trong môi trường dao động của

ô tô sẽ mắc bệnh về thần kinh và não Đặc biệt là người lái xe, nếu dao động của xe vượt quá ngưỡng cho phép (80-120 lần/ phút) thì sẽ làm tăng lỗi điều khiển của người lái Vì vậy, tính êm dịu trong chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của xe Tính năng này phụ thuộc khá nhiều yếu tố, trong đó hệ thống treo đóng vai trò vô cùng quan trọng và quyết định tới tính êm dịu trong quá trình chuyển động của xe

Hệ thống treo sử dụng nhíp lá, lò xo, … ra đời từ rât sớm không thể đáp ứng được nhu cầu đòi hỏi về độ êm dịu của xe, hệ thống treo sử dụng khí nén cũng không phải là phát minh mới, hệ thống treo dạng Mc pherson cũng chưa phải là lựa chọn tốt nhất để đáp ứng được yêu cầu này Do đó, để đáp ứng được nhu cầu về khả năng êm dịu và an toàn chuyển động, ngày nay trên nhiều xe, đặc biệt là cá xe ô tô chở người đã trang bị hệ thống treo khí nén có điều khiển điện tử với nhiều ưu điểm như có thể thay đổi chiều cao thân xe và độ cứng của hệ thống treo phù hợp với sự thay đổi tải trọng và bề mặt đường khác nhau

Xuất phát từ vấn đề trên, hướng nghiên cứu của đề tài là: “Nghiên cứu đặc tính

hệ thống treo khí nén dạng Mc.Pherson” theo phương pháp giải tích tạo cơ sở lý thuyết

phục vụ đánh giá chất lượng dao động của xe con nói riêng và đóng góp cơ sở khoa học trong quá trình hoàn thiện thiết kế ô tô nói chung

Khảo sát và đánh giá ảnh hưởng động lực học hệ thống treo Mc.Pherson của xe ô tô con, qua đó tạo cơ sở để đề xuất các sáng kiến, cải tiến kỹ thuật nâng cao chất lượng dao động và cũng như mức độ ảnh hưởng tính êm dịu chuyển động của xe

Luận văn được thực hiện tại Bộ môn ô tô và xe chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực, Đại học Bách khoa Hà Nội, dưới sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo PGS.TS Đàm Hoàng Phúc Tác giả chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn cùng các thầy trong bộ môn đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện luận văn cũng như học tập tại trường Mặc dù đã có nhiều nỗ lực, nhưng do trình độ, thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên các vấn đề được trình bày trong luận văn không tránh khỏi những sai sót Tác giả sẽ rất cảm ơn về mọi sự đóng góp, bổ sung để luận văn được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2018

Học viên

Nguyễn Tiến Thọ

Chương 1- TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về dao động ô tô

Ô tô là một hệ dao động cơ học bao gồm liên kết của nhiều hệ vật, nhiều khối lượng

có mối liên kết với nhau bằng các phần tử có đặc tính phi tuyến phức tạp và nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với bề mặt đường có biên dạng phức tạp Trong khi nghiên cứu dao động ô tô thường giả thiết khối lượng ô tô là tập trung, được chia làm hai phần được treo

và không được treo Dao động của phần được treo là dao động phức tạp, và có thể xem

là tập hợp của nhiều dao động đơn giản khác nhau Khi đó phần được treo có thể thực hiện đồng thời 3 dịch chuyển tịnh tiến theo 3 trục Ox, Oy, Oz và 3 dịch chuyển góc xung quanh các trục này Trong đó, dịch chuyển tịnh tiến theo phương trục Oz và dịch chuyển góc tương đối theo phương trục Oy ( lắc dọc), Ox ( lắc ngang) có ảnh hưởng nhiều nhất tới độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động của ô tô

1.2 Ảnh hưởng của dao động ô tô đối với con người, đường giao thông, độ bền xe

và tính an toàn kinh tế chuyển động

1.2.1 Ảnh hưởng của dao động ô tô lên cơ thể con người

Dao động của ô tô ảnh hưởng xấu đến con người, hàng hóa chuyên chở trên xe, đến khả năng làm việc và độ bền của các cụm, các cơ cấu tổng thành trên xe Khi ô tô chuyển động sinh ra các dao động tác động lên người ngồi trên xe ô tô làm cho cơ thể con người vừa thực hiện dao động riêng tắt dần và dao động cưỡng bức Lực kích thích tác động lên cơ thể con người bằng một trong hai đường truyền: tác động từ ghế nếu người đó ngồi và tác động từ sàn xe nếu người đó đứng Ngoài ra, đối với người lái còn bị tác động từ vô lăng vào tay người lái Dao động phức tạp này gây biến đôi tâm sinh lý làm

cơ thể mệt mỏi, giảm năng suất làm việc gây ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe

Ảnh hưởng của dao động ô tô lên cơ thể con người còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố: thời gian tác động, hướng tác động, đặc tính của hàm kích dao động, cũng như các đại lượng đặc trưng cho dao động như: tần số, biên độ, vận tốc, gia tốc dao động,…

1.2.2 Ảnh hưởng của dao động ô tô đến đường giao thông, độ bền xe và độ an toàn kinh tế chuyển động

Khi ô tô dao động sẽ phát sinh các tải trọng động tác dụng lên khung vỏ ô tô, lên các cụm, các hệ thống và các chi tiết của xe cũng như bề mặt đường,…ảnh hưởng tới tuổi thọ, độ bền của xe và độ bền của đường Theo số liệu thống kê, người ta thấy rằng, khi

ô tô chạy trên đường xấu, gồ ghề so với ô tô cùng loại chạy trên đường tốt, bằng phẳng thì vận tốc trung bình giảm khoảng (40÷ 50)%, quãng đường chạy giữa 2 kỳ sửa chữa lớn giảm (35÷ 40)%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng (50÷ 70)%, năng suất vận chuyển giảm (35÷ 40)%, giá thành vận chuyển tăng ( 50÷ 60)% Đối với độ bền chi tiết ô tô thì ảnh hưởng của dao động được thể hiện một cách rõ rệt Khi dao động, gia tốc dao động gây

ra các tải trọng quán tính và có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng làm hư hỏng các chi tiết, khung vỏ của xe,…

Dao động của ô tô sẽ gây ra sự thay đổi giá trị phản lực tiếp tuyến giữa mặt tiếp xúc của bánh xe với bề mặt đường Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc (lực kéo, lực phanh) và lực ngang, còn khi giá trị phản lực này tăng lên thì sẽ tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường

Trong quá trình chuyển động xe có thể xảy ra hiện tượng tách bánh xe (bánh xe bị nhấc khỏi bề mặt đường) làm độ an toàn chuyển động giảm vì lúc đó mất khả năng bám của bánh xe với mặt đường Đối với bánh xe chủ động, khi có hiện tượng tách bánh thì công suất của động cơ truyền tới bánh xe lúc này thành vô ích, năng lượng của ô tô không trực tiếp đẩy ô tô chyển động mà làm bánh xe quay tự do, sau đó bánh xe lại tiếp xúc với mặt đường tạo ra ma sát trượt giữa bánh xe với mặt đường làm mòn lốp, gây va đập trong

hệ thống truyền lực Nếu hiện tượng này xảy ra nhiều và liên tục sẽ làm tăng tiêu hao nhiên liệu ảnh hưởng đến kinh tế của ô tô Ngoài ra, chính các lực tác động thường xuyên xuống mặt đường làm hỏng hệ thống mặt đường

Dao động của ô tô chủ yếu phụ thuộc vào thông số kết cấu của hệ thống treo Vì vậy, yêu cầu khi thiết kế chế tạo phải lựa chọn các thông số của hệ thống treo hợp lý vừa đảm bảo độ êm dịu, độ bền, độ cứng vững, vừa tuân theo điều kiện làm việc nhất định của hệ thống treo

Khái quát về nghiên cứu dao động của ô tô ta có thể thấy nội dung này bao hàm các lĩnh vực sau :

- Chỉ tiêu đánh giá dao động

1.3 Chỉ tiêu đánh giá dao động

Đánh giá ảnh hưởng của dao động có tính lịch sử, trước đây, người ta đánh giá ảnh hưởng của dao động ô tô theo 2 chỉ tiêu là độ êm dịu và tải trọng động, đặc trưng cho sự ảnh hưởng đến tuổi thọ của chi tiết

Ngày nay, do nhận thức mới về ảnh hưởng của dao động, các chỉ tiêu được xác lập mới như sau:

a) Chỉ tiêu về độ êm dịu

- Chỉ tiêu đối với hành khách và người ngồi trên xe

- Chỉ tiêu đối với hàng hóa

b) Chỉ tiêu về tải trọng động

- Chỉ tiêu về độ bền chi tiết

- Chỉ tiêu về mức độ phá đường

- Chỉ tiêu về an toàn động lực học

- Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ treo

1.3.1 Chỉ tiêu về độ êm dịu

Độ êm dịu chuyển động là ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người và hàng hóa khi xe chuyển động trên đường Việc đánh giá độ êm dịu chuyển động là rất khó khăn

do phụ thuộc nhiều vào sự cảm nhận chủ quan và sức chịu đựng của con người Độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động ảnh hưởng xấu của dao động tới con người, hàng hóa, đến kết cấu của ô tô

Với khái niệm về độ êm dịu chuyển động ở trên, ta thấy một ô tô đảm bảo độ êm dịu chuyển động có nghĩa là các thông số đánh giá độ êm dịu chuyển động của nó nằm trong giới hạn cho phép, theo tiêu chuẩn đánh giá

Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa ISO đưa ra năm 1969 cho phép đánh giá tác động của dao dộng đến con người trên xe

Khi đánh giá cảm giác, ISO đã sử dụng dao động thẳng đứng điều hòa tác động lên người ngồi hay đứng trong vòng 8 giờ Nếu tần số kích động nằm trong khoảng nhạy cảm nhất với dao động của con người thì gia tốc bình phương trung bình theo các mức là:

- Thoải mái : 0,1 m/s2

- Mệt mỏi cho phép: 0,135 m/s2

- Giới hạn cho phép : 0,63 m/s2

1.3.2 Chỉ tiêu về an toàn hàng hóa

Chỉ tiêu về an toàn hàng hóa mới chỉ thấy Hiệp hội đóng gói Đức BFSV nêu vấn đề Dựa vào đó, với việc nghiên cứu ảnh hưởng của dao động với đường, ngưỡng cho an toàn hàng hóa như sau:

- 𝑍̈𝑚𝑎𝑥 = 3 m/s2 giới hạn cảnh báo

- 𝑍̈𝑚𝑎𝑥 = 5 m/s2 giới hạn can thiệp

Giới hạn cảnh báo là tại đó hệ thống treo hoặc mặt đường đã hỏng đến mức phải có

kế hoạch sửa chữa Giới hạn can thiệp là tại đó đường đã hỏng nặng, các nhà giao thông phải can thiệp sửa chữa ngay

Bảng 1.1: Bảng chỉ tiêu về an toàn hàng hóa ( theo hiệp hội đóng gói Đức BFSV)

BFSV

Ảnh hưởng đến hàng hóa Thường xuyên Không thường xuyên Z”max

Tải trọng động cực đại ( Fzd,max) làm giảm tuổi thọ chi tiết, gây tổn hại cho đường

Hệ số tải trọng động kdmax đánh giá mức độ ảnh hưởng đến chi tiết, hệ số áp lực đường đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động với đường

1.3.4 Chỉ tiêu về độ bền chi tiết

Trong chỉ tiêu này, người ta định nghĩa Hệ số tải trọng động như sau:

𝐹𝑧,𝑠𝑡 + 1 ≤ 2,5 Trong đó

Kdmax: hệ số tải trọng động cực đại (dương)

Fz,d : Phản lực động từ mặt đường tác động lên bánh xe

Fz,st : Phản lực tĩnh từ mặt đường tác động lên bánh xe

1.3.5 Chỉ tiêu mức độ thân thiện với đường

Sau những năm 1990, ô tô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế của cầu và đường trong ngành giao thông ngày càng được đánh giá cao Các nhà nghiên cứu của Anh, Mỹ đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ô tô đối với cầu và đường Người ta thấy rằng, mức độ ảnh hưởng của dao động ô tô đến cầu và đường tỷ lệ với số

mũ bậc 4 của áp lực bánh xe với đường Họ đưa ra khái niệm Road Strees Coeficient,

tạm gọi là hệ số áp lực đường w là hệ số có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động

ô tô đối với cầu và đường

Theo các tác giả, công thức xác định hệ số áp lực đường w như sau:

Trong đó:

𝜂𝑗 = max⁡(𝐹𝐶𝑙𝑑)

𝐹 𝑧,𝑠𝑡Với FCl,d : là phản lực từ mặt đường tác động lên bánh xe

Khi xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là

𝑖 1

∑ 𝐹𝑖1 𝑧,𝑠𝑡(𝑖)

1.3.6 Chỉ tiêu về an toàn động lực học

Giới hạn về chuyển động của ô tô, tức là khả năng truyền lực khi tăng tốc và phanh, giữ ổn định quỹ đạo chuyển động, đều phụ thuộc vào mức độ tăng giảm tải trọng động của bánh xe xuống đường Do vậy, người ta đã tách ra định nghĩa hệ số tải trọng động cực tiểu kd,min để chỉ ra sự giảm khả năng truyền lực bánh xe

𝐹𝑧,𝑠𝑡

kd,min = 0,5: Giới hạn cảnh báo, tại đây, phản lực từ đường lên bánh xe đã giảm

đi một nửa, báo hiệu hệ thống đường đã xuống cấp cần có kế hoạch sửa chữa

kd,min = 0 : Giới hạn can thiệp, tại đây tải trọng từ đường lên bánh xe đã giảm hoàn toàn, bánh xe tách khỏi mặt đường không còn khả năng truyền lực

1.3.7 Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo

Chỉ tiêu này chỉ ra khả năng chọn độ võng động và độ võng tĩnh cũng như việc xác lập vị trí đặt vấu hạn chế hành trình treo Với một loại xe cụ thể, việc xác định khi nào

có sự va đập vào vấu hạn chế là việc làm có ý nghĩa

Chỉ tiêu này căn cứ vào độ chuyển dịch tương đương giữa thân xe và cầu xe so với

độ võng động trên của hệ thống treo

có khả năng truyền lực và mômen theo các quan hệ nhất định Trong chức năng của phần chuyển động nếu bị mất một phần hoặc thay đổi khả năng truyền lực và mômen có thể làm phá hỏng chức năng của phần chuyển động

Sự chuyển động của ôtô trên đường phụ thuộc nhiều vào khả năng lăn êm bánh xe trên nền và hạn chế tối đa các rung động truyền từ bánh xe lên thân xe Do vậy giữa bánh

xe và khung vỏ cần thiết có sự liên kết mềm Hệ thống treo là tập hợp tất cả những chi

tiết tạo nên liên kết đàn hồi giữa bánh xe và thân vỏ hoặc khung xe nhằm thỏa mãn các chức năng chính sau đây:

- Đảm bảo yêu cầu về độ êm dịu trong chuyển động, tạo điều kiện nâng cao được tính

an toàn cho hàng hóa trên xe, đó là tập hợp các điều kiện nhằm đảm bảo duy trì sức khoẻ

và giảm thiểu những mệt mỏi vật lý và tâm sinh lý của con người (lái xe, hành khách) Các dao động cơ học của ôtô trong quá trình chuyển động bao gồm: biên độ, tần số, gia tốc, các yếu tố này có thể ảnh hưởng tới sự an toàn của hàng hóa và trạng thái làm việc của con người trên ôtô

- Đảm bảo yêu cầu về khả năng tiếp nhận các thành phần lực và mômen tác dụng giữa bánh xe và đường nhằm tăng tối đa sự an toàn trong chuyển động, giảm thiểu sự phá hỏng nền đường của ôtô, trong đó một chỉ tiêu quan trọng là độ bám đường của bánh xe

1.4.2 Yêu cầu

Hệ thống treo là tập hợp tất cả những chi tiết tạo nên liên kết đàn hồi giữa bánh xe

và khung vỏ hay khung xe nhằm thoả mãn các chức năng chính sau đây:

- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của xe như chạy trên đường tốt hoặc có khả năng chạy trên nhiều loại địa hình khác nhau Đảm bảo tần số dao động riêng thích hợp cho phần được treo

- Bánh xe có khả năng dịch chuyển trong một giới hạn không gian hạn chế

- Quan hệ động học của bánh 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 lực học

và động học của chuyển động bánh xe

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

- Có độ bền cao

- Có độ tin cậy lớn, trong điều kiện sử dụng phù hợp với tính năng kỹ thuật không gặp

hư hỏng bất thường

Đối với ô tô con còn được chú ý thêm các yêu cầu sau:

- Giá thành thấp và mức độ phức tạp của kết cấu không quá lớn

- Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên khoang hành khách

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

Hệ thống treo của ô tô con đang dần được hoàn thiện, các yêu cầu được thoả mãn ở các mức độ cao, bởi vậy tính đa dạng của chúng rất lớn

1.5 Mô hình nghiên cứu dao động ô tô

Ô tô có thể coi như một hệ dao động cưỡng bức nằm trong mối liên hệ chặt chẽ giữa con người (hành khách, người lái, đối với xe tải còn kể đến hàng hóa…) và đường xá

Để nghiên cứu dao động ô tô sát với điều kiện thực tế, người ta nghiên cứu nó trong tổng thể của hệ thống “Đường- ô tô- con người”, phương pháp này thường được tiến hành đồng bộ theo các nội dụng sau:

- Nghiên cứu về biên dạng bề mặt đường với tư các là các hàm kích động động học lên ô tô

- Nghiên cứu các mô hình dao động ô tô ( gồm có mô hình vật lý và mô hình toán học)

- Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá dao động còn gọi là các hàm mục tiêu

- Thử nghiệm dao động ô tô

Nghiên cứu dao động ô tô hoặc các bộ phân của nó thường được tiến hành như sau:

Thay thế ô tô bằng hệ dao động tương đương theo các quan điểm và mục đích nghiên cứu Sau đó thiết lập mô hình toán là phương trình vi phân chuyển động của hệ trên cơ sở sử dụng các phương trình Lagranger loại 2 hoặc sử dụng nguyên lý

D’Alamber Các phương trình này được giải nhờ các phương pháp giải tích hoặc các phương pháp số trên máy tính Hiện nay có nhiều công cụ có thể nghiên cứu ô tô

Mô hình nghiên cứu dao động ô tô có thể biểu thị bằng sơ đồ sau:

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ 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 khảo sát thường căn cứ vào mục tiêu và đặc điểm kết cấu của đối tượng

Mô hình dao động của ô tô nói chung rất đa dạng và được nhiều tác giả đề xuất, phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu Trong phẩn tổng quan này, tác giả chỉ đưa ra 3 loại mô hình đặc trưng với mục đích một cách tổng quan về phương pháp xây dựng mô hình

1.5.1 Mô hình ¼

Mô hình ¼ bao gồm hai khối lượng được treo M và không được treo mA Có các phần tử đàn hồi C, giảm chấn K, phần tử cản ma sát R đặc trưng cho hệ thống treo, là cơ cấu liên kết giữa khối lượng được treo và khối lượng không được treo

Mô hình ¼ được dùng để chọn tối ưu các thông số như độ cứng lốp, khối lượng không được treo mA, độ cứng C và hệ số cản K theo các chỉ tiêu vừa nêu trên

Thông số đầu vào

+ Độ mấp mô của đường

+ Vận tốc chuyển động

+ Các yếu tố khác

Ô tô

Hệ dao động tương đương

Thông số ra

+ tần số, chuyển dịch, vận tốc

và gia tốc + Các lực tác dụng xuống đường và lên thân xe

Chỉ tiêu đánh giá

+ Độ êm dịu chuyển động

+ An toàn chuyển động

+ Lực tác động lên thân xe và xuống nền đường

+ Không gian bố trí hệ treo

Hình 1.2 - Sơ đồ nghiên cứu dao động ô tô

Mô hình ½

Mô hình ½ có một khối lượng được treo và 2 khối lượng không được treo với các thông số vật lý là ( m, Jx) và ( mA, JAx), liên kết qua hệ treo với các phần tử là C,K Lốp là phần tử đàn hồi theo cả 2 phương là y và z Ngoại lực F1 theo phương ngang và

F2 theo phương z

Hình 1.3 - Mô hình ¼

Hình 1.4 - Mô hình ½

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

1.5.2 Mô hình không gian

Mô hình không gian là mô hình tổng thể của xe bao gồm một khối lượng được treo và các khối lượng không được treo ( hai hoặc bốn khối lượng) Ở đây, khối lượng được treo coi như một tấm phẳng cứng tuyệt đối Đây là mô hình không gian tương đối đầy đủ, cho phép mô tả các yếu tố phi tuyến hình học và vật lý lớn

1.6 Thí nghiệm ô tô

Việc nghiên cứu mô hình dao động tương đương chưa thể phản ánh đầy đủ các thông

số đánh giá chất lượng dao động của ô tô trong thực tế Do vậy, cần phải tiến hành các

Hình 1.5 - Mô hình không gian

nghiên cứu trong lĩnh vực thử nghiệm để có được các kết quả sát hơn với thực tế Thử nghiệm dao động ô tô là vấn đề rất rộng Trong luận văn này, chỉ mang tính giới thiệu một số khía cạnh về nội dung thí nghiệm vì không có điều kiện và thời gian thực hiện Thử nghiệm ô tô có 3 dạng

- Thử nghiệm xác định đặc tính các cụm của hệ thống treo như phần tử đàn hồi và phần tử giảm chấn, thuộc tính vật lý của chúng

- Thử nghiệm dao động xe trên bệ thử

- Thử nghiệm dao động xe trên đường

Do khoa học và công nghệ đo lường phát triển, ba dạng thử nghiệm trên hoàn toàn được giải quyết mà không gặp cản trở nào, tuy nhiên vấn đề hạn chế là khả năng tài chính, vì mỗi lần thử nghiệm là rất tốn kém Luận văn này không đi sâu vào lĩnh vực này

1.7 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu đề tài

1.7.1 Mục tiêu nghiên cứu

Trong nội dung nghiên cứu này, mục tiêu đặt ra là

- Xác định lực của phần tử đàn hồi khí nén

- Xác định đặc tính tĩnh của hệ thống treo Mc Pherson có phần tử đàn hồi khí nén trên

xe con khi tải trọng thay đổi

1.7.2 Phương pháp nghiên cứu

Thiết lập phương trình giải tích động học hệ thống treo Mc.Pherson, xây dựng phương trình tính toán lực của phần tử đàn hồi khí nén có tiết diện thay đổi, các phương pháp trên dễ thực hiện và phù hợp với tư duy mô phỏng trên máy tính

Phương pháp tính: Sử dụng phần mềm Matlab khảo sát đặc tính của hệ thống

1.8 Phạm vi nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu, định đặc tính tĩnh của hệ thống treo Mc.Pherson có phần tử đàn hồi khí nén trên xe con , bỏ qua các thành phần lực dọc và lực ngang do biến dạng của lốp

Trong thực tế, tần số dao động của ô tô sẽ ảnh hưởng tới đặc tính đàn hồi của bình khí nén Đây chính là đặc tính động của phần tử đàn hồi khí nén Tuy nhiên, với mục tiêu là xây dựng phương pháp và mô hình nghiên cứu lý thuyết đặc tính tĩnh nên những yếu tố ảnh hưởng kể trên là chưa được đề cập đến trong các kết quả nghiên cứu của luận văn

Ngoài ra, việc đánh giá độ tin cậy của mô hình dao động bằng thực nghiệm hiện tại chưa thể thực hiện được ngay do mộ số hạn chế về điều kiện nghiên cứu, trang thiết

bị Do đó, phần nghiên cứu thực nghiệm đánh giá mô hình là chưa được đề cập đến trong

luận văn

1.9 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm các phần chính như sau:

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2: Đặc tính động lực học của hệ thống treo khí nén

- Chương 3: Khảo sát ảnh hưởng động lực học hệ thống treo Mc.Pherson khi tải trọng thay đổi

- Kết luận

1.10 Kết luận chương 1

Dao động của ô tô thường nhận được sự quan tâm rộng rãi của các nhà nghiên cứu

do mức độ phức tạp và ý nghĩa thực tế của nó Một chiếc ô tô được đánh giá là chất lượng dao động phù hợp khi đạt được các chỉ tiêu về êm dịu cho người và hàng hóa trên

xe cũng như các chỉ tiêu về an toàn động lực học Những công trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới, trong đó rất nhiều công trình đã tập trung nghiên cứu

về dao động của ô tô với sự thay đổi áp suất khí nén của bộ phận đàn hồi khí nén Trước tình hình trên, đề tài nghiên cứu đặc tính hệ thống treo khí nén dạng Mc.pherson trên xe

ô tô con xuất phát từ nhu cầu của thực tiễn của sản xuất, đáp ứng trực tiếp những đòi hỏi của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam

Giải pháp cho vấn đề này là việc sử dụng hệ thống treo khí có điều khiển điện tử với những ưu điểm như:

- Thay đổi được độ cứng của bộ phận đàn hồi ứng với chế độ tải trọng khác nhau, đảm bảo độ võng tĩnh và tần số dao động riêng không đổi

- Thay đổi được chiều cao thân xe tuỳ thuộc vào bề mặt địa hình và vận tốc chuyển động nhằm ổn định chiều cao thân xe Phù hợp với cấu trúc ô tô và điều kiện chuyển động trên đường

2.2 Đặc điểm hệ thống treo khí nén

Hệ thống treo khí nén thực chất là hệ thống treo cơ bản với phần tử đàn hồi là buồng đàn hồi khí nén, trong đó có môi chất là khí nén Hệ thống treo khí nén làm việc đảm bảo mọi yêu cầu như đối với các hệ thống treo khác, tuy nhiên việc bố trí hệ thống treo khí nén trên xe con ngoài những ưu điểm riêng nó còn có khả năng nâng cao tính tiện nghi cho xe Mặt khác, do đặc thù của loại treo khí nén là buồng đàn hồi không đảm nhận thêm vai trò dẫn hướng như đối với hệ treo cơ khí nên không thể truyền được lực ngang, lực dọc của xe Do vậy, đối với hệ treo này phải có các đòn dẫn hướng riêng biệt

- Hệ thống treo khí là một hệ thống treo có chiều cao thân xe đa dạng do có thể biến đổi áp suất khí và có thể kết hợp với hệ thống thay đổi hệ số giảm chấn Hệ thống treo khí nén có điều khiển điện tử giữ cho thân xe ở mức không đổi, vị trí điều khiển được

xác định bằng khoảng cách giữa tâm xe và mép lề thấp nhất, tương ứng với khoảng cách tới mặt đất đó được xác định trước

Việc điều khiển các mức vị trí thân xe được thưc hiện bằng cách thay đổi áp suất khí

và thể tích khí bên trong balon khí

Do đó, hệ thống treo khí có điều khiển điện tử có các ưu điểm như:

+ Ở trạng thái tĩnh, mức chiều cao xe là không đổi đối với mọi tải trọng

+ Giảm thiểu sự mòn lốp

+ Hành trình nén và trả được giữ vững ở tất cả các trạng thái tải

+ Không làm thay đổi góc toe và góc camber cho dù tải trọng có thay đổi

2.3 Cơ sở lý thuyết của bộ phận đàn hồi

Bộ phận đàn hồi là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, làm giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người (khoảng 60 – 90 lần/ph)

Hình 2.1- Độ cứng và tần số dao động của hệ thống treo cơ khí và treo khí nén

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 khí nén sử dụng đệm khí dựa trên nguyên tắc không khí có tính đàn hồi khi bị nén

Với:

- Fp: Tải trọng đặt lên buồng đàn hồi

- Pa: Áp suất khí quyển

- P: Áp suất khí nén trong buồng đàn hồi

- S: Diện tích làm việc buồng đàn hồi

Fp = (p -pa)S (2.1)

Hay là:

Fp = PzS

Trong đó:

- z: là khoảng dịch chuyển của piston

- Pz là độ chênh áp của buồng khí nén

- S=𝜋

4𝑑𝑤2 là diện tích làm việc của buồng khí nén với đường kính dw

Khi z thay đổi, đường kính của piston dw thay đổi theo, dẫn tới diện tích buồng đàn hồi S cũng thay đổi, có thể viết: S= f(z)

Ở trạng thái tĩnh, tải trọng đặt trên lên buồng đàn hồi là:

Fs = (ps- pa)S (2.2)

Trong đó: ps là áp suất khí nén ở trạng thái tĩnh

Mối quan hệ của Fs và z được thể hiện qua đồ thị Hình 2.3:

Với loại buồng gấp, trong khoảng làm việc nhất định, buồng đàn hồi khi bị nén lại,

có thể làm giảm diện tích làm việc, do đó cần thiết phải tạo hình dáng piston một cách thích hợp

Trên đường đặc tính xác định tại z=0, tương ứng với chiều cao tĩnh của buồng đàn hồi, quan hệ của áp suất pz là không thay đổi Trong thực tế, các đường cong này còn xác định sao cho áp suất pz được giữ cho không thay đổi ( khoảng 0,5 Mpa) Như vậy

Hình 2.2 - Sơ đồ tính toán