Bài viết ứng dụng phần mềm phân tích động học và động lực học ADAMS tính toán và phân tích sự ảnh hưởng điểm đặt của các khâu khớp trong phần tử dẫn hướng hệ thống treo đến hệ thống treo độc lập hai đòn ngang.
Trang 1Phân tích động học hệ thống treo độc lập hai đòn ngang
Kinematic analysis of the double wishbone independent suspension
Nguyễn Hồng Quân 1 , Nguyễn Thành Công 1 , Nguyễn Đình Cương 2 , Lê Đức Thắng 2
Email: nquan368@gmail.com
1 Trường Đại học Giao thông Vận tải, 2 Trường Đại học Sao Đỏ
Ngày nhận bài: 12/01/2019 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 25/3/2019
Ngày chấp nhận đăng: 28/3/2019
Tóm tắt
Bài báo ứng dụng phần mềm phân tích động học và động lực học ADAMS tính toán và phân tích sự ảnh hưởng điểm đặt của các khâu khớp trong phần tử dẫn hướng hệ thống treo đến hệ thống treo độc lập hai đòn ngang Kết quả của bài báo là tiền đề quan trọng để thiết kế tối ưu phần tử dẫn hướng hệ thống treo
Từ khóa: Hệ thống treo; động học; ADAMS.
Abstract
The paper applied the Multibody Dynamics Simulation Solution software ADAMS calculates and analyzes the influence of the setpoints of the joints in the suspension guide element to the double wishbone independent suspension kinematics The paper’s result is the important premise for optimizing the suspension guide element
Keywords: Suspension; kinematics; ADAMS.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Động học cơ cấu dẫn hướng hệ thống treo ảnh
hưởng trực tiếp đến tính an toàn điều khiển, động
lực học phanh, treo và lái của ô tô và dao động
của ô tô Việc khảo sự ảnh hưởng của điểm đặt
các khớp đến động học phần tử dẫn hướng rất
khó thực hiện bằng phương pháp giải tích truyền
thống Trong nước có một số công trình nghiên
cứu, có liên quan tới hệ thống treo của ô tô, nhưng
chủ yếu nghiên cứu về dao động, tính êm dịu, còn
về động học phần tử dẫn hướng ít được nghiên
cứu Công trình gần đây nhất do chính tác giả
công bố [6] đã khảo sát về động học phần tử dẫn
hướng bằng phương pháp giải tích Ở bài báo này
sẽ trình bày ứng dụng phần mềm phân tích động
học và động lực học ADAMS tính toán và khảo sát
sự ảnh hưởng của điểm đặt của các khâu khớp đến động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo độc lập hai đòn ngang Kết quả của bài báo là tiền đề quan trọng để thiết kế tối ưu phần tử dẫn hướng hệ thống treo
2 CÁC NỘI DUNG CHÍNH 2.1 Xây dựng mô hình tính
Lựa chọn đối tượng nghiên cứu là phần tử dẫn hướng của hệ thống treo trước trên ô tô con (tham khảo ô tô Toyota Land Cruiser Prado) Chọn hệ trục tọa độ xOy gốc tọa độ O và mô hình mô phỏng như hình 1 Tọa độ ban đầu của các điểm như bảng 1
Bảng 1 Tọa độ ban đầu các điểm khớp của phần tử dẫn hướng
Ghi chú
1 A1; A2 124.23 653.07 125.0 A1, A2 điểm liên kết đòn chữ A phía trên với khung xe
2 B 291.11 685.51 0.0 B liên kết đòn chữ A phía trên với ngỗng trục bánh xe
Người phản biện: 1 PGS.TS Trần Văn Như
2 TS Vũ Hoa Kỳ
Trang 22.2 Tính toán động học
2.2.1 Tính toán động học
Giới hạn dịch chuyển của bánh xe lên trên 100
mm và xuống dưới 100 mm Đồ thị quan giữa góc
nghiêng bánh xe (γ), dịch chuyển theo phương x
(ΔXF) với dịch chuyển của bánh xe theo phương y
(ΔYF) như hình 2 và hình 3
Nhận xét:
Khi bánh xe đi lên YF = 0÷100 mm, tại
YF = 100 mm, γmax = 4.01o Khi bánh xe đi xuống,
tại YF = -51.06 mm, γmin = -0.18o, tại YF = 100 mm;
γmax = 0.5o Tổng hợp hai trường hợp khi bánh xe
di chuyển từ vị trí cao nhất đến vị trí thấp nhất thì giá trị │γ│max = 0.5o+4.01o = 4.61o Khi bánh xe đi lên YF = 0÷100 mm, ΔXF đạt giá trị lớn nhất ΔXF = 1.18 mm Khi bánh xe đi xuống YF = 0÷-100 mm, giá trị │ΔXF│max = 9.01 mm Tổng hợp hai trường hợp khi bánh xe di chuyển từ vị trí cao nhất đến
vị trí thấp nhất thì giá trị│ΔXF│max = 1.18 mm+9.01
mm = 10.19 mm
Đồ thị quan hệ giữa dịch chuyển các điểm B, C, M,
E theo phương x, y với dịch chuyển của bánh xe theo phương x, y (ΔXF, ΔYF) như hình 4 và hình 5
Hình 3 Quan hệ giữa ΔXF và ΔYF
Hình 2. Quan hệ giữa γ và ΔY F
3 C 439.92 197.70 0.0 C liên kết đòn chữ A phía dưới với ngỗng trục bánh xe
4 D1; D2 0.0 189.43 150.0 D1, D2 điểm liên kết đòn chữ A phía dưới với khung xe
5 M 390.32 360.31 0.0 M điểm liên kết ngỗng trục bánh xe và càng ngỗng trục
6 E 510.32 360.98 0.0 E điểm liên kết ngỗng trục với bánh xe tại tâm bánh xe
Hình 1 Mô hình mô phỏng
Trang 3Hình 6 Khoảng thay đổi của tham số
2.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của vị trí các khâu,
khớp đến động học phần tử dẫn hướng hệ
thống treo
Để khảo sát ảnh hưởng của vị trí các khâu khớp
đến động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo, ta
cần tham số hóa vị trí các điểm trong mô hình mô
phỏng Xem M, E, F là cố định, chỉ khảo sát các
điểm A1, A2,B, C, D1, D2 Đặt tên các tham số khảo
sát là tọa độ vị trí của các điểm A1, A2, B, C, D1, D2
lần lượt là: A1(ΔX_ A1, ΔY_A1); A2(ΔX_ A2, ΔY_A2);
B(ΔX_ B, ΔY_B); C(ΔX_ C, ΔY_C); D1(ΔX_ D1, ΔY_
D1); D2(ΔX_D2, ΔY_D2) Như vậy, ta có 12 tham số,
tuy nhiên do A1, A2, D1, D2 đối xứng nhau mặt phẳng
xOy nên: ΔX_ A1 = ΔX_ A2 = ΔX_ A; ΔY_A1 = ΔY_A2
= ΔY_A; ΔX_ D1 = ΔX_ D2 = ΔX_ D; ΔY_D1 = ΔY_D2
= ΔY_D, do đó ta chỉ còn 8 tham số
Các tham số có thể dao động di chuyển trong hình vuông như hình 6, khoảng thay đổi của các tham
số từ -50 mm đến 50 mm
Bảng 2 Tọa độ các điểm sau khi tham số hóa
A1; A2 124.2331+ΔX_A 653.0704+ΔY_A -125.0
2.2.2.1 Sự ảnh hưởng của các tham số đến giá trị lớn nhất góc nghiêng bánh xe (γ max )
a Ảnh hưởng của điểm A 1 , A 2
Kết quả khảo sát như hình 7 Trường hợp bánh
xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm A1, A2 thì |γ|max tăng lên tại các vị trí 1, 2, 3, 6, 7, 8, 11, 12, 16,
17, 21, 22 và giảm tại các vị trí 4, 5, 9, 10, 13, 14,
15, 18, 19, 20, 23, 24, 25 Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 6 (7.2155 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 25 (0.61558 độ) Bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm A1, A2 thì |γ|max giảm tại các vị trí 18 và 23, còn tăng lên tại các vị trí còn lại Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 5 (4.75894 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí
18 (0.320093 độ)
a Bánh xe đi lên
Hình 4 Quan hệ giữa ΔX B ,ΔXC , ΔX M , ΔX E theo ΔX F
Hình 5 Quan hệ giữa ΔY B ,ΔYC , ΔY M , ΔY E theo ΔY F
Trang 4b Bánh xe đi xuống
Hình 7 |γ| max khi thay đổi vị trí điểm A 1 , A 2
b Ảnh hưởng của điểm B
Kết quả khảo sát như hình 8 Trường hợp bánh xe
đi lên, khi thay đổi vị trí điểm B thì |γ|max tăng lên tại
các vị trí 1, 2, 3, 6, 7, 8, 11, 12, 16, 17, 21, 22 và
giảm tại các vị trí 4, 5, 9, 10, 13, 14, 15, 18, 19, 20,
23, 24, 25 Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 25 (6.73958
độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 1 (0.641634 độ)
a Bánh xe đi lên
b Bánh xe đi xuống
Hình 8. |γ| max khi thay đổi vị trí điểm B
Trường hợp bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm B thì |γ|max giảm tại các vị trí 3 và 8 và tăng lên tại các vị trí còn lại Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 21 (5.15965 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 8 (0.320093 độ)
c Ảnh hưởng của điểm C
Kết quả khảo sát như hình 9
a Bánh xe đi lên
Trang 5b Bánh xe đi xuống Hình 9 |γ| max khi thay đổi vị trí điểm C
Trường hợp bánh xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm
C thì |γ|max tăng lên tại các vị trí 1, 2, 6, 7, 11, 12,
16, 17, 18, 21, 22, 23 và giảm tại các vị trí 3, 4, 5, 8,
9, 10, 13, 14, 15, 19, 20, 24, 25 Giá trị max(|γ|max)
tại vị trí 1 (4.83966 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị
trí 5 (2.83004độ) Trường hợp bánh xe đi xuống,
khi thay đổi vị trí điểm C thì |γ|max giảm tại các vị
trí 3, 8, 13, 17 và 22 tăng lên tại các vị trí còn lại
Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 5 (2.10243 độ) và giá trị
min(|γ|max) tại vị trí 3 (0.340272 độ)
d Ảnh hưởng của điểm D 1 ,D 2
a Bánh xe đi lên
b Bánh xe đi xuống Hình 10 |γ| max khi thay đổi vị trí điểm D 1 , D 2
Kết quả khảo sát như hình 10 Trường hợp bánh
xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm D1, D2 thì |γ|max tăng lên tại các vị trí 3, 4, 5, 8, 9, 10, 14, 15, 19,
20, 24, 25 và giảm tại các vị trí 1, 2, 6, 7, 11, 12,
13, 16, 17, 18, 21, 22, 23 Giá trị max(|γ|max) tại
vị trí 5 (5.2942 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí
21 (2.5123độ) Trường hợp bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm D1, D2 thì |γ|max giảm tại các vị trí 3, 8, 13, 17, 22 và tăng lên tại các vị trí còn lại Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 5 (2.10243 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 3 (0.340272độ)
2.2.2.2 Khảo sát sự ảnh hưởng của các tham số đến giá trị lớn nhất độ dịch chuyển bánh xe theo phương X (ΔX F ) max
a Ảnh hưởng của điểm A 1 ,A 2
Kết quả khảo sát như hình 11 Trường hợp bánh
xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm A1, A2 thì ׀ΔXF׀max giảm tại vị trí 13 và 24 và tăng tại tất cả các vị trí Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 5 (17.098 mm)
và giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 24 (0.076894 mm) Trường hợp bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm A1, A2 thì ׀ΔXF׀max tăng tại các vị trí 1, 2, 3,
6, 7, 8, 11, 12, 16, 17, 21, 22, 25, giảm tại các vị trí 4, 5, 9 ,10, 13, 14, 15, 18 ,19, 20, 23, 24 Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 1 (34.5295 mm), giá trị min(׀ΔXF׀max) tại các vị trí 14 (0.706303 mm)
Trang 6a Bánh xe đi lên
b Bánh xe đi xuống Hình 11 ׀ΔXF׀ max khi thay đổi vị trí điểm A 1 , A 2
b Ảnh hưởng của điểm B
Kết quả khảo sát như hình 12
Trường hợp bánh xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm
B thì ׀ΔXF׀max giảm tại các vị trí 2, 13, 24 và tăng
tại tất cả các còn lại Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị
trí 21 (16.6941 mm) và giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị
trí 2 (0.0268753 mm) Bánh xe đi xuống, khi thay
đổi vị trí điểm B thì ׀ΔXF׀max tăng tại vị trí 1, 4, 5,
6, 9, 10, 11, 14, 15, 18, 19, 20, 23, 24, 25, giảm
tại các vị trí 2, 3, 7, 8, 12, 13, 16, 17, 21, 22 Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 25 (31.7543 mm), giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 12 (0.449302 mm)
a Bánh xe đi lên
b Bánh xe đi xuống Hình 12 ׀ΔXF׀ max khi thay đổi vị trí điểm B
c Ảnh hưởng của điểm C
Kết quả khảo sát như hình 13 Bánh xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm C thì ׀ΔXF׀max giảm tại các vị trí
3, 8 và tăng lên tại tất cả các vị trí còn lại Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 5 (13.5079 mm) và giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 3 (0.833004 mm)
Trang 7a Bánh xe đi lên
b Bánh xe đi xuống Hình 13 ׀ΔXF׀ max khi thay đổi điểm C
Bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm C thì
׀ΔXFmaxtăng tại các vị trí 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11,
12, 15, 16, 17, 20, 21, 22, 25, giảm tại các vị trí 4,
9, 13, 14, 18 ,19, 23, 24 Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại
vị trí 1 (29.4815mm), giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí
14 (0.358804 mm)
d Ảnh hưởng của điểm D 1 ,D 2
Kết quả khảo sát như hình 14 Bánh xe đi lên, thay đổi vị trí điểm D1 và D2 thì ׀ΔXF׀maxgiảm tại vị trí 18
và tăng lên tại các tất cả các vị trí còn lại Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 21 (17.2559 mm) và giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 18 (0.925518 mm) Bánh xe
đi xuống, thay đổi vị trí điểm D1 và D2 thì ׀ΔXF׀max tăng tại các vị trí 4, 5, 9 ,10, 14, 15, 18 ,19, 20,
23, 24, 25, giảm tại các vị trí 1, 2, 3, 6, 7, 8, 11,
12, 13, 16, 17, 21, 22 Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 25 (32.4039 mm), giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 2 (0.320433 mm)
a Bánh xe đi lên
b Bánh xe đi xuống Hình 14 ׀ΔXF׀ max khi thay đổi điểm D 1 , D 2
Trang 83 KẾT LUẬN
Các kết quả đạt được của bài báo thể hiện ở các
điểm sau:
- Xây dựng mô hình mô phỏng phân tích động học
phần tử dẫn hướng hệ thống treo hai đòn ngang
Mô hình được tham số hóa nên có khả năng đánh
giá sự ảnh hưởng của vị trí các khớp đến động
học, có khả năng thay đổi thông số để tính toán
thiết kế nhiều loại phần tử dẫn hướng hệ thống
treo tương tự
- Ứng dụng mô hình tính toán động học và động
lực học hệ thống treo hai đòn ngang trên xe tham
khảo ô tô Toyota Land Cruiser Prado, khảo sát sự
ảnh hưởng của vị trí các khớp đến góc nghiêng
và dịch chuyển ngang của bánh xe Kết quả cho
thấy khi thay đổi vị trí điểm đặt của các khớp đều ảnh
ngang của bánh xe một tổ hợp vị trí các điểm đặt
sao cho tối ưu nhất
- Kết quả bài toán là tiền đề quan trọng nhằm điều
chỉnh kích thước, vị trí điểm đặt các khâu khớp
phần tử dẫn hướng hệ thống treo để đảm bảo góc nghiêng và dịch chuyển ngang của bánh xe trong giới hạn cho phép Theo yêu cầu thiết kế thì |γ| max
< 5o÷6o, ׀ΔXF׀max < 4÷5 mm
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] ADAMS Full Simulation Guide (2005).
[2] Advanced ADAMS/View Training Guide.
[3] Nguyễn Văn Khang (2007), Động lực học hệ nhiều
vật thể, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2007.
[4] S.Y Zhi and Y Luo (2011), Car Suspension
Simulation and Optimization, Applied Mechanics
and Materials, Vol 529, 636-640, 2014.
[5] Y Wang (2011), Kinematic Analysis and Optimum
Design of Double Wishbone Independent Suspension Based on Adams\View, Advanced
Materials Research, Vols 314-316, 2091-2095, 2011.
[6] Nguyễn Hồng Quân (2018), Khảo sát động học hệ
thống treo độc lập hai đòn ngang, Tạp chí Khoa học
GTVT, Số 63, trang 25-31, 2018.
Nguyễn Đình Cương
- Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu):
+ Năm 2004: Tốt nghiệp Đại học, chuyên ngành ô tô - máy kéo, Trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội
+ Năm 2009: Tốt nghiệp Thạc sĩ, ngành Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội + Năm 2015: Tốt nghiệp Tiến sĩ, ngành Kỹ thuật xe, Trường Đại học Giao thông Tây Nam
-Tứ xuyên - Trung Quốc
- Tóm tắt công việc hiện tại: Phó Trưởng khoa, Giảng viên, Khoa ô tô, Trường Đại học Sao đỏ
- Lĩnh vực quan tâm: Kết cấu ô tô, Chẩn đoán ô tô, Ma sát, mòn của phần cơ khí ô tô
- Email: nguyencuong1111980@gmail.com
- Số điện thoại: 0968900158
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ
Nguyễn Hồng Quân
- Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu):
+ Năm 2005: Tốt nghiệp Đại học, chuyên ngành Cơ khí ô tô, Trường Đại học Giao thông Vận tải
+ Năm 2012: Tốt nghiệp Thạc sĩ, ngành Kỹ thuật phương tiện, Trường Đại học Bách khoa (công nghệ) Bắc Kinh - Trung Quốc
- Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên, khoa Cơ khí, trường Đại học Giao thông Vận tải
- Lĩnh vực quan tâm: Thiết kế, sản xuất, lắp ráp ô tô, Động lực học ô tô, Đăng kiểm và thử nghiệm ô tô
- Email: nquan368@gmail.com
- Điện thoại: 0986848028
Trang 9Nguyễn Thành Công
- Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu):
+ Năm 2005: Tốt nghiệp Đại học, chuyên ngành Cơ khí ô tô, Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội
+ Năm 2009: Tốt nghiệp Thạc sĩ, ngành Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
+ Năm 2015: Tốt nghiệp Tiến sĩ, ngành Kỹ thuật phương tiện cơ giới, Trường Đại học Tứ Xuyên - Trung Quốc
- Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên, khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải
- Lĩnh vực quan tâm: Động lực học ô tô, Thiết kế, tối ưu kết cấu và thử nghiệm ô tô, Giải pháp tích hợp CAD/CAE nâng cao hiệu suất quá trình thiết kế
- Email: thanhcongoto@gmail.com
- Điện thoại: 0983555685
Lê Đức Thắng
- Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu):
+ Năm 2005: Tốt nghiệp Đại học, chuyên ngành Động lực tàu thủy, Trường Đại học Thủy sản Nha Trang
+ Năm 2012: Tốt nghiệp Thạc sĩ, chuyên ngành Kỹ thuật động cơ nhiệt, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
- Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa ô tô, Trường Đại học Sao Đỏ (Chí Linh - Hải Dương)
- Các hướng nghiên cứu chính là: Nhiên liệu thay thế và khí xả động cơ
- Email: ldt287@gmail.com
- Điện thoại: 0974123579
