Nghiên cứu mô phỏng hoạt động của giảm chấn thủy lực một lớp vỏ trong hệ thống treo ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- LÊ MINH DUY NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA GIẢM CHẤN THUỶ LỰC MỘT LỚP VỎ TRONG HỆ THỐNG TREO Ô TÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ TH

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

-

LÊ MINH DUY

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA GIẢM CHẤN THUỶ LỰC MỘT LỚP VỎ

TRONG HỆ THỐNG TREO Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

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

-

LÊ MINH DUY

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA GIẢM CHẤN THUỶ LỰC MỘT LỚP VỎ

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khı́ đô ̣ng lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HỒ HỮU HẢI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn

của PGS.TS Hồ Hữu Hải 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

Các kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được

công bố trong bất kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2017

T c iả

Lê Minh Duy

LỜI CẢM ƠN

Với tư cách là tác giả của Luận văn này, tôi xin bài tỏ lòng biết ơn chân

thành đến PGS.TS Hồ Hữu Hải thầy trong thời gian qua đã hướng dẫn, tư

vấn và hỗ trợ cho tôi hết sức tận tình để thực hiện hoàn thành luận văn theo đúng tiến độ đã đề ra

Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cảm ơn đến quý thầy, quý cô ở Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và cơ sở đối tác của Trường, lời cảm ơn đến quý Lãnh đạo và các anh, chị đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện về cơ

sở vật chất, thiết bị trong thời gian tôi học và làm đề tài luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể học viên lớp 15BCKĐL-VL, gia đình, bạn bè, những người đã quan tâm, động viên và chia

sẽ với tôi trong thời gian học tập và làm luận văn

T c iả

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT 2

DANH MỤC TÊN HÌNH 6

DANH MỤC TÊN BẢNG 8

LỜI MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO 12

1.1 Lịch sử hình thành 12

1.2 Công dụng, phân loại và yêu cầu của hệ thống treo 13

1.3 Cấu tạo hệ thống treo 16

1.4 Đặc tính của giảm chấn 22

1.5 Nghiên cứu mô phỏng giảm chấn 24

1.6 Kết luận 24

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG GIẢM CHẤN MỘT LỚP VỎ BẰNG MATLAB- SIMULINK 26

2.1 Giới thiệu về Matlab và Simulink 26

2.2 Cơ sở xây dựng mô hình 33

2.3 Mô phỏng dao động của giảm chấn một lớp vỏ bằng Simulink 37

2.4 Kết luận 47

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 48

3.1 Điều kiện mô phỏng 48

3.2 Kết quả mô phỏng 50

3.3 Kết luận 57

KẾT LUẬN CHUNG 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

K gn Hệ số cản giảm chấn ở hành trình nén Pa

K gt Hệ số cản giảm chấn ở hành trình trả Pa

V g Vận tốc của piston giảm chấn m/s

Z Độ dịch chuyển của piston giảm chấn m

Q a Lưu lượng chảy ra khỏi khoang A m3/s

Q b Lưu lượng chảy ra khỏi khoang B m3/s

A 2 Diện tích phía bên trên piston m2

Q AB Lưu lượng dầu lọt từ khoang A sang khoang B m3/s

Q BA Lưu lượng dầu lọt từ khoang B sang khoang A m3/s

M Khối lượng được treo Kg

A Diện tích tiết diện tiết lưu m2

Δp Độ chênh áp suất trước và sau tiết lưu Pa

p 0 Áp suất ban đầu của khoang khí nén Pa

 Khối lượng riêng của dầu ở trạng thái bình thường Kg/m3

 Hệ số lưu lượng chảy qua van m3/s

Sign (x) Hàm dầu của x

Diện tích van nén mạnh cực đại m2

l Chiều dài ban đầu của khoang A và B m

Dịch chuyển của piston tự do m

p C Áp suất của khoang khí nén C Pa

V 0 Thể tích ban đầu của khoang khí nén m3

Z (t) Dịch chuyển của khối lƣợng đƣợc treo m

h Biên dạng đường m

Z 1 Dịch chuyển khối lượng được treo m

Z 2 Dịch chuyển khối lượng được treo m

̇ Vận tốc dịch chuyển khối lượng được treo m/s

̈ Gia tốc khối lượng được treo m/s2

̇ Vận tốc dịch chuyển khối lượng không được treo m/s

̈ Gia tốc khối lượng không được treo m/s2

DANH MỤC TÊN HÌNH

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ 18

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn ống thuỷ lực một lớp vỏ 20

Hình 1.4 Đặc tính giảm chấn của hệ thống treo 23

Hình 2.1 Khối chất lỏng trong dòng chảy 33

Hình 2.2 Sự dịch chuyển của pitton trong xy lanh 35

Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn ống thuỷ lực một lớp vỏ 38

Hình 2.4 Sơ đồ mô hình hệ thống treo ¼ một khối lƣợng 42

Hình 2.5 Mô hình mô phỏng giảm chấn 1 lớp vỏ trong hệ thống

treo ¼ một khối lƣợng

44

Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống treo ¼ hai khối lƣợng 44

Hình 2.7 Mô hình mô phỏnghệ thống treo ¼ hai khối lƣợng 46

Hình 3.1 Sơ đồ giảm chấn một lớp vỏ 48

Hình 3.2 Đồ thị giảm chấn thay đổi theo dịch chuyển của piston

khi tần số kích thích dạng hình sin với tần số 1 Hz

50

Hình 3.3 Đồ thị lực cản giảm chấn thay đổi theo biên độ dao

động với tần số kích thích 1 Hz

51

Hình 3.4 Đồ thị lực giảm chấn thay đổi theo áp suất mở van giảm

tải pk (với tần số kích thích 1 Hz)

52

Hình 3.5 Đồ thị lực giảm chấn thay đổi theo vận tốc dao động 53

Hình 3.6 Đồ thị dao động của khối lƣợng đƣợc treo theo thời gian 54

Hình 3.7: Đồ thay đổi áp suất trong giảm chấn 55

Hình 3.8 Dao động của khối lƣợng không 56

Hình 3.9 Dao động của khối lƣợng đƣợc treo 56

DANH MỤC TÊN BẢNG

Bảng 2 1 Bảng khối chức năng trong thƣ viện Sources 29

Bảng 2.3 Thƣ viện các khối Continuous 31

Bảng 2.4 Thƣ viện các khối Nonlinear 31

Bảng 2.5 Thƣ viện khối Signal và System 32

Bảng 2.6 Thƣ viện các khối toán học Math 32

Bảng 2.7 Thƣ viện chứa các khối Function và Tables 33

lượng động lực học và tính tiện nghi

Chất lượng độ êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng hệ thống treo, việc bố trí chung của ô tô, điều kiện mặt đường và chế độ chuyển động của ô tô Ngày nay điều kiện các loại đường của Việt Nam tuy được ngày càng hoàn thiện về chất lượng nhưng vẫn chưa đảm bảo tối ưu cho tất cả các hoạt động của ô tô Xuất phát từ những lý do trên, việc nghiên cứu mô phỏng hoạt động của hệ thống giảm chấn thuỷ lực trong hệ thống treo trên ô tô là một vấn đề cấp thiết cần được nghiên cứu.Với yêu câù của đề tài, tác giả đã trình bày các vấn

đề cơ bản về phương pháp lập mô hình dao động, mô phỏng hoạt động của giảm chấn khi di chuyển trên đường mấp mô

Ở những nước phát triển, dao động của ôtô được quan tâm đặc biệt Dao động của xe được nghiên cứu đưa về mức tối ưu làm giảm đến mức thấp nhất những tác hại của n đến con người đồng thời làm tăng tuổi thọ của xe cũng như các bộ phận được treo

Ở nước ta, mục tiêu của ngành Công nghiệp ôtô trong những năm tới là nội địa từng phần và tiến tới nội địa toàn phần sản phẩm ôtô Không chỉ dừng lại ở đ , chúng ta đã bắt đầu quan tâm đến tính êm dịu chuyển động, tính an toàn chuyển động Hay n i cách khác là tính năng động lực học ôtô, từ đ c những cải tiến hợp lý với điều kiện sử dụng của nước ta Để hoàn thành được mục tiêu này, chúng

ta phải thiết kế các cụm, các chi tiết sao cho phù hợp với điều kiện sử dụng mặt khác còn phải đảm bảo tính công nghệ tại Việt Nam

Trước những yêu cầu thực tế để đảm bảo tính ổn định và êm dịu cho người ngồi

trên ô tô nên em được giao Nghiên cứu mô phỏng hoạt động của giảm chấn thuỷ

lực một lớp vỏ trong hệ thống treo ô tô

Mục tiêu của đề tài là xây dựng được mô hình mô phỏng giảm chấn thuỷ lực một lớp vỏ trong Matlab/simulink trên cơ sở tham khảo các tài liệu về động lực học

hệ thuỷ lực và mô phỏng một số tình huống hoạt động điển hình của giảm chấn trong hệ thống treo ô tô

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu : giảm chấn 1 lớp vỏ dùng trên ô tô du lịch, trong hệ thống treo ¼ (một và hai khối lượng)

Trong quá trình thực hiện luận văn này trên cơ sở tham khảo, sử dụng kiến thức chuyên môn, các kết quả công trình nghiên cứu của những người đã từng nghiên cứu trước tại các tài liệu, giáo trình, các bài báo, các thông tin khoa học và các kết quả nghiên cứu, mô phỏng tính toán tại luận văn này đã giải quyết được cơ bản cơ sở lý thuyết các vấn đề nghiên cứu, mô phỏng hoạt động của giảm chấn thuỷ lực 1 lớp vỏ trong hệ thống treo ô tô

Trên cơ sở đ , bố cục luận văn được thực hiện và trình bày gồm ba chương như sau:

Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO

Chương 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MỘT LỚP

VỎ BẲNG MATLAB - SIMULINK

Chương 3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Trong đ , ở Chương 1 tiến hành tìm hiểu tổng quan về các hệ thống treo nói chung và hệ thống giảm chấn thuỷ lực 1 lớp vỏ nói riêng

Chương 2 là chương cơ bản của đề tài, tiến hành tìm hiểu về ứng dụng của phầm mềm Matlab – Simulink, xây dựng được mô hình mô phỏng giảm chấn một lớp vỏ đặt trong mô hình mô phỏng hệ thống treo ¼ nhằm mô phỏng khảo sát đặc tính của giảm chấn

Nội dung chương 3 của luận văn đánh giá kết quả mô phỏng được khi xây

hệ thống treo ¼ của giảm chấn Tuy vậy, ở đây mới tiến hành thực hiện trên cơ sở nghiên cứu mô phỏng, để hiểu sâu hơn về sự ảnh hưởng các thông số ta cần tiến hành thực hiện triên cơ sở khoa học vừa lý thuyết kết hợp với thực tiễn

Trong quá trình thực hiện luận văn tác giả được sự giúp đỡ tận tình của thầy

giáo hướng dẫn Hồ Hữu Hải nhưng do năng lực bản thân còn hạn chế và kinh

nghiệm thiết kế còn chưa c nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được các ý kiến đ ng để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cám ơn!

Học viên thực hiện

Lê Minh Duy

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TREO 1.1 Lịch sử hình thành

Xã hội loài người khi bắt đầu xuất hiện những phương tiện đi lại đầu tiên đã quan tâm đến vấn đề dao động của chúng Ngay từ khi xuất hiện những phương tiện giao thông là xe kéo, ban đầu người ta nối cứng bánh xe với khung xe Việc di chuyển chỉ thích hợp cho việc thồ hàng mà không tiện cho người ngồi trên xe Về sau con người tìm ra xăm, lốp đế có thể giảm bớt được các chấn động trên xe Và khi khoa học phát triển đã tìm ra cách dập tắt, làm giảm các dao động qua đ hình thành nên các hệ thống treo của các xe như hiện nay

Hệ thống treo dùng để nối đàn hồi khung vỏ ô tô với bánh xe có tác dụng làm êm dịu quá trình chuyển động, đảm bảo đúng động học bánh xe (bánh xe dao động trong mặt phẳng đứng) và truyền lực giữa khung vỏ với bánh xe

Ta biết rằng xe chuyển động có êm dịu hay không phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng hệ thống treo Khi xe chuyển động trên đường không bằng sẽ phát sinh ra dao động do đường không bằng phẳng gây ra nhưng dao động này ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ của xe, làm hư hỏng hàng hoá và ảnh hưởng tới hành khách trên xe Theo số liệu thống kê cho thấy khi xe chạy trên đường xấu, gồ ghề mà so sánh với một ô tô cùng loại chạy trên đường tốt thì vận tốc của xe chạy trên đường xấu sẽ giảm 40÷50% quãng đường chạy, giữa hai kì đại tu giảm đi 3540%, suất tiêu hao nhiên liệu xẽ tăng lên 30÷40%, do đ năng suất vận chuyển sẽ giảm đi 35÷40% và giá thành vận chuyển sẽ tăng lên 50÷60% Còn đối với con người nếu phải chịu trong tình trạng rung sóc nhiều sẽ gây ra mệt mỏi và các phản ứng khác

Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động ô tô tới cơ thể con người đều đi đến kết luận Nếu con người phải chịu đựng lâu trong môi trường giao động sẽ mắc chứng bệnh thần kinh và não Chính vì vậy độ êm dịu của xe là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính tiện nghi cho ô tô Tính êm dịu của

ô tô phụ thuộc vào kết cấu của ô tô và trước hết là phụ thuộc vào hệ thống treo, chất

lượng mặt đường và sau đ là đến kỹ thuật người lái Nếu xét đến phạm vi khả năng chế tạo ôtô thì hệ thống treo mang tính quyết định êm dịu chuyển động của ôtô

1.2 Công dụng, phân loại và yêu cầu của hệ thống treo

1.2.1 Công dụng

Hệ thống treo là một hệ thống liên kết giữa bánh xe với khung xe hoặc vỏ xe,

liên kết ở đây là liên kết đàn hồi Hệ thống treo có những chức năng chính sau:

 Đỡ thân xe lên trên cầu xe, cho phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng với vỏ xe hoặc khung xe Hạn chế những chuyển động không mong muốn khác của bánh xe như: chuyển động lắc ngang hay lắc dọc của bánh xe

 Những bộ phận của hệ thống treo làm nhiệm vụ hấp thụ và dập tắt những dao động, rung động, va đập từ mặt đường truyền lên đảm bảo tính êm dịu trong chuyển động của xe

 Hệ thống treo còn có nhiệm vụ truyền lực và momen giữa bánh xe và khung xe: Bao gồm lực thẳng đứng (tải trọng xe, phản lực từ đường), lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh, lực đẩy hoặc lực đẩy với khung vỏ), lực ngang (lực ly tâm, lực gió bên hoặc phản lực ngang, .), momen chủ động hoặc momen phanh

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

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

 Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý, thỏa 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 lên tải trọng lớn tại các mối liên kết với khung hoặc vỏ

 C độ tin cậy lớn, độ bền cao và không gặp hư hỏng bất thường

1.2.2 Phân loại

Hệ thống treo trên ô tô được phân loại dựa vào cấu tạo của bộ phận đàn hồi, bộ

phận dẫn hướng và theo phương pháp dập tắt dao động

a Phân loại hệ thống treo theo cấu tạo của bộ phận dẫn hướng

 Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh xe

bên phải được liên kết với nhau bằng dầm cứng (liên kết dầm cầu liền), cho nên khi một bánh xe bị chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng) thì bánh xe bên kia cũng bị dịch chuyển Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc là cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, chịu được tải lớn và đảm bảo độ êm dịu chuyển động cho các xe có tốc độ chuyển động không cao lắm Nếu ở hệ thống treo phụ thuộc có bộ phận đàn hồi là nhíp thì n làm được cả nhiệm

vụ của bộ phận dẫn hướng và bộ phận giảm chấn

 Hệ thống treo cân bằng : dùng ở các xe c tính năng thông qua cao, với 3

hoặc 4 cầu chủ động để tạo mối quan hệ phụ thuộc giữa hai hàng bánh xe ở

hai cầu liền nhau

 Hệ thốn treo độc lập : là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên phải

không có liên kết cứng Do đ , sự dịch chuyển của một bánh xe không gây nên sự dịch chuyển ở bánh xe kia Hệ thống treo độc lập chỉ sử dụng ở những xe có kết cấu rời, c độ êm dịu của cả xe cao, tải trọng nhỏ, tuy nhiên kết cấu của bộ phận hướng phức tạp, giá thành đắt

ph h đ p

Hình 1.1: Sơ đồ hệ hống

1 h ng ph n đ n hồi ph n gi h n

đ n i n hệ

b Phân loại hệ thốn treo theo cấu tạo của phần tử đàn hồi

Phần tử đàn hồi là kim loại : nhíp, lò xo, thanh xoắn

Phần tử đàn hồi là khí nén gồm : phần tử đàn hồi khí nén c bình chứa là cao su kết hợp sợi vải bọc làm cốt, dạng màng phân chia và dạng liên hợp

Phần tử đàn hồi là thủy khí c loại kháng áp và không kháng áp

Phần tử đàn hồi là cao su c loại làm việc ở chế độ nén và làm việc ở chế độ xoắn

c Phân loại hệ thốn treo phươn ph p dập tắt dao độn

Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn thủy lực gồm giảm chấn dạng đòn và dạng ống

Dập tắt dao động nhờ ma sát cơ học ở trong phần tử đàn hồi và trong phần tử hướng

1.2.3 Yêu cầu

Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của

xe (xe chạy được trên các loại đường khác nhau)

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

Đảm bảo tần số dao động riêng thích hợp cho phần tử được treo (phụ thuộc chủ yếu vào độ võng tĩnh)

C độ võng động hợp lý để không sinh ra va đập lên các ụ hạn chế bằng cao su

C độ dập tắt dao động hợp lý

Đảm bảo vỏ ô tô không bị nghiêng khi quay vòng hoặc khi phanh

Đảm bảo chiều rộng cơ sở và các g c đặt của các trụ đứng của bánh xe dẫn hướng không thay đổi

Đảm bảo sự tương thích giữa động học bánh xe dẫn hướng và động học của bánh xe dẫn động lái

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

C độ bền cao, c độ tin cậy lớn, không gặp hư hỏng bất thường

Giá thành thấp và cấu tạo hệ thống không quá phức tạp

Có khả năng chống rung và chống ồn truyền từ bánh xe lên thùng, vỏ 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

1.3 Cấu tạo hệ thốn treo

Hệ thống treo trên các phương tiện ô tô con và vận tải dù là dạng nào thì đều c cấu tạo chung giống nhau, bao gồm c các bộ phận chính dưới đây:

1.3.1.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/phút) Bộ phận đàn hồi có thể bố trí khác nhau trên xe nhưng n cho phép bánh xe c thể dịch chuyển theo phương thẳng đứng

Trên xe con bộ phận đàn hồi thường gặp là loại : Nhíp lá, lò xo trụ, lò xo côn hoặc lò xo xếp, thanh xoắn, khí nén, thuỷ lực

Hiện nay bộ phận đàn hồi được làm c xu hướng “mềm mại” hơn nhằm tạo điều kiện cho bánh xe lăn “êm” trên mặt đường

Hiện nay 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

1.3.2.Bộ phận dẫn hướng

Cho phép các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng ở mỗi vị trí của nó so với khung

vỏ, bánh xe phải đảm nhận khả năng truyền lực đầy đủ Bộ phận dẫn hướng phải thực hiện tốt chức năng này Trên mỗi hệ thống treo thì bộ phận dẫn hướng có cấu tạo khác nhau 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

Trong mối quan hệ động học các thông số chính được xem xét là: sự dịch chuyển (chuyển vị) của các bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổi theo phương thẳng đứng Mối quan hệ động lực học được biểu thị qua khả năng truyền các lực và các mô men khi bánh xe ở các vị trí khác nhau

1.3.3 Bộ phận giảm chấn

Đây là bộ phận hấp thụ năng lượng dao động cơ học giữa bánh xe và thân xe

Bộ phận giảm chấn có ảnh hưởng tới biên độ dao động Trên các xe hiện đại chỉ dùng loại giảm chấn ống thuỷ lực có tác dụng hai chiều trả và nén Trong hành trình trả (bánh xe đi xa khung và vỏ) giảm chấn có nhiệm vụ giảm bớt xung lực va đập truyền từ bánh xe lên khung

Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với 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

Hiện nay để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động người ta dùng giảm chấn thủy lực Giảm chấn thuỷ lực sẽ biến cơ năng các dao động thành nhiệt năng

và sự làm việc của nó là nhờ ma sát giữa các chất lỏng và lỗ tiết lưu là ma sát chủ yếu để dập tắt các dao động Giảm chấn phải đảm bảo dập tắt nhanh các dao động nếu tần số dao động lớn nhằm mục đích tránh cho thùng xe lắc khi đường mấp mô

và phải dập tắt chậm các dao động nếu ôtô chạy trên đường ít mấp mô để cho ôtô chuyển động êm dịu

7 8 6

I,II,III,IV Van 1 chiều

A,B,C Buồng thuỷ lực

Ở hành trình trả (bánh xe đi xa khung xe) Thể tích buồng B tăng do đ áp suất giảm, chất lỏng qua van (II, III) vào B, không khí ở buồng bù giãn ra, đẩy chất lỏng nhanh ch ng điền đầy vào khoang B Trong quá trình làm việc của giảm chấn để tránh bó cứng bao giờ cũng c 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

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

* Ưu điểm: Giảm chấn hai lớp c độ bền cao, giá thành hạ làm việc ở cả hai

hành trình, trọng lượng nhẹ

* Nhược điểm: 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

Sự khác nhau giữa các giảm chấn hiện nay là ở các kết cấu van trả van nén, cụm bao kín và đường kính, hành trình làm việc Việc bố trí trên xe cho phép giảm chấn đặt nghiêng tối đa là 450

Khi piston dịch chuyển xuống dưới tạo nên sự chênh áp dẫn đến mở van (1) chất lỏng chảy lên phía trên của piston Khi piston đi lên làm mở van (7) chất lỏng chảy xuống phía dưới piston Áp suất trong giảm chấn sẽ thay đổi không lớn và dao động xung quanh vị trí cân bằng với giá trị áp suất tĩnh nạp ban đầu, nhờ vậy mà tránh được hiện tượng tạo bọt khí, một trạng thái không an toàn và làm giảm tính năng làm việc của giảm chấn Trong quá trình làm việc piston ngăn cách (4) di chuyển tạo nên sự cân bằng giữa chất lỏng và chất khí do đ áp suất không bị hạ xuống dưới giá trị nguy hiểm Giảm chấn c độ nhạy cao kể cả 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 hai lớp vỏ, giảm chấn một lớp vỏ có

ưu điểm sau :

 Khi c 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

 Ở nhiệt độ thấp (vùng băng giá) giảm chấn không bị bó kẹt ở những hành trình đầu tiên

 Giảm chấn c piston ngăn cách c thể làm việc ở bất kỳ góc nghiêng bố trí nào Nhờ các ưu điểm này mà giảm chấn một lớp một lớp vỏ được sử dụng rộng rãi trên hệ treo Mc.pherson và hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết

* Nhược điểm:

 Giảm chấn 2 lớp vỏ dẫn hướng cần piston hỏng trước phớt bao kín

 Ở loại giảm chấn một lớp vỏ phớt bao kín hỏng trước ống dẫn hướng của

cần piston

1.3.4.Thanh ổn định

Trên xe con thanh ổn định hầu như đều c 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 Các đầu chữ U nối với bánh xe còn thân nối với

vỏ nhờ các ổ đỡ cao su

1.3.5 Các vấu cao su tăn 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 bánh xe nhằm hạn chế hành trình làm việc của bánh xe

1.3.6 C c cơ cấu điều chỉnh hoặc x c định góc bố trí bánh xe

Hệ thống treo đảm nhận mối liên kết giữa bánh xe và thùng vỏ, do vậy trên hệ thống treo c thêm các cơ cấu điều chỉnh hoặc xác định góc bố trí bánh xe Các cơ cấu này rất đa dạng nên ở mỗi loại xe lại có cách bố trí khác nhau, các loại khác nhau

Vg: vận tốc của piston giảm chấn

z : Độ dịch chuyển của piston giảm chấn

m: số mũ c giá trị phụ thuộc kích thước lỗ tiết lưu, độ nhớt của chất lỏng và kết cấu các van, thường m = 2, khi tính toán ta thừa nhận gần đúng m = 1

Trong trường hợp tổng quát thì đặc tính giảm chấn là một đường phi tuyến, khi chọn m = 1 thì đặc tính là tuyến tính

f

Hình 1.4: Đặc tính gi m ch n c a hệ thống treo

Dựa vào đặc tính của giảm chấn ta thấy các điểm a, b, c, d, e, f và các hệ số cản

Kgn ,K’gn , Kgt ,K’gt Các điểm a, d tương ứng với lúc giảm chấn mở van giảm tải Lúc này các hệ số cản giảm chấn K’gn , K’gt giảm xuống, hạn chế áp suất cực đại của chất lỏng và cường độ tăng lực cản K’gn , K’gt được chọn xuất phát từ giá trị tải trọng lớn nhất tác dụng lên piston giảm chấn và tốc độ dịch chuyển lớn nhất Vgmaxnằm trong giới hạn từ 5060 cm/s Từ đ ta biết được tung độ các điểm a, b, c, d, e,

f Để xác định tung độ các điểm a và d ta cần xác định các hệ số cản Kgn và Kgt của giảm chấn

Kgn và Kgt được xây dựng theo điều kiện êm dịu thông qua hệ số cản K của hệ thống treo (thực chất là hệ số cản của giảm chấn quy về trục bánh xe) được xác định theo hệ số tắt chấn tương đối :

√ (1.3)

Hành trình nén và trả của giảm chấn ta thấy áp suất giảm chấn (Pgt) thay đổi khi vận tốc giảm chấn (Vg) thay đổi Khi có van giảm tải đường đặc tính của giảm chấn thay đổi làm dập tắc áp suất giảm chấn giữ ổn định và tạo êm dịu cho xe Nếu

không có van giảm tải thì hành trình trà của giảm chấn Vgmax> Pgtmax tương ứng với điểm c sẽ gây xóc cho xe, giảm chấn không có tác dụng

1.5 Nghiên cứu mô phỏng giảm chấn

Ở trên thế giới có rất nhiều nhà nghiên cứu và nói về giảm chấn như:

 Nghiên cứu bộ giảm chấn thuỷ lực c những đặc điểm không đối xứng và không tuyến tính [15]

 Nghiên cứu lý thuyết đánh giá hiệu suất của bộ giảm chấn được sử dụng trong hệ thống treo, xem xét tham số tương ứng với rung động của thân xe phía trên, cũng như lực kéo bánh xe [15]

Đại đa số các nghiên cứu trong lĩnh vực này hướng tới các van dự trữ hoạt động và bán chủ động [15]

Ở nước ta cũng c những nghiên cứu bước đầu về hệ giảm chấn như:

 Nghiên cứu thiết kế hệ thống treo cho xe du lịch 7 chỗ [17]

 Nghiên cứu thiết kế tính toán hệ thống treo cho xe con [18]

Những nghiên cứu chỉ dừng lại ở bước đầu chưa chuyên sâu về hoạt động của 1 loại giảm chấn và chưa mô phỏng được mấp mô của mặt đường tác động như thế nào lên bộ giảm chấn và cách làm việc của giảm chấn khi mặt đường mấp mô Vì vậy luận văn này sẽ tập trung vào nghiên cứu mô phỏng quá trình làm việc của giảm chấn khi mặt đường mấp mô thì giảm chấn sẽ hoạt động như thế nào Và cụ thể là

“Nghiên cứu mô phỏng hoạt động của giảm chấn thuỷ lực một lớp vỏ trong hệ thống treo ô tô”

Trình bày được tổng quan về tình hình nghiên cứu hệ thống giảm chấn trên thế giới và trong nước, từ đ nêu được trọng tâm của vấn đề cần nghiên cứu trong luận văn này

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG GIẢM CHẤN MỘT

m-Đối với phần mềm Matlab người dùng có thể sử dụng nhiều cách m-Đối với những người sử dụng thành thạo và biết nhiều về lập trình thì có thể viết một chương trình trong m-file và sau đ suất vào Matlab và chạy chương trình muốn thực hiện Còn với kỹ sư kỹ thuật mới làm quen với Matlab thì có thể vào phần model (Simulink) và vẽ hệ thống cần mô phỏng, sau khi vẽ xong chỉ cần cho chạy cũng mô phỏng được hệ thống

2.1.2 Simulink

Simulink là phần chương trình mở rộng của Matlab nhằm mục đích mô hình hóa, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học Simulink cung cấp cho người sử dụng một thư viện rất phong phú, có sắn với số lượng lớn các khối chức năng cho

hệ tuyến tính, phi tuyến và gián đoạn Hơn thế nữa người dùng có thể tạo nên khối riêng cho mình

Để mô phỏng một hệ thống đang được mô tả ở dạng phương trình vi phân, phương trình trạng thái, hàm truyền đạt hay sơ đồ cấu trúc, chúng ta cần chuyển sang chương trình Simulink dưới dạng các khối cơ bản khác nhau theo cấu trúc cần khảo sát Với cách lập trình như vậy người nghiên cứu sẽ thấy trực quan và dễ hiểu Trong môi trường Simulink có thể tận dụng được các khả năng tính toán, phân tích dữ liệu, đồ họa của Matlab và sử dụng các khả năng của Toolbox khác như Toolbox xử lý tín hiệu số, logic mờ và điều khiển mờ, nhận dạng, điều khiển thích nghi, điều khiển tối ưu… Việc Simulink kết hợp được các Toolbox đã tạo ra công

cụ rất mạnh để khảo sát động học các hệ tuyến tính và phi tuyến trong một môi trường thống nhất, trong miền thời gian liên tục hay gián đoạn hoặc một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn

Để sử dụng tốt chương trình này, người sử dụng phải có kiến thức cơ bản về điều khiển, xây dựng mô hình toán học theo quan điểm của lý thuyết điều khiển và

từ đ thành lập nên mô hình của bài toán Để mô hình hóa, Simulink cung cấp một giao diện đồ họa với thư viện các khối (Block) chức năng Để xây dựng mô hình, người dùng chỉ việc lựa chọn các khối và sử dụng các thao tác “nhấn và kéo” chuột sắp xếp, nối các khối với nhau trên cơ sở mô hình toán học đã c (hệ phương trình

vi phân mô tả hệ thống)

Với giao diện đồ họa và các hỗ trợ soạn thảo như cắt, dán, di chuyển ta có thể xây dựng mô hình và khảo sát mô hình một cách trực quan hơn Đây là sự khác xa các phần mềm trước đ mà người sử dụng phải đưa vào các phương trình vi phân và các phương trình sai phân bằng một ngôn ngữ lập trình Simulink là một môi trường

mở, n cho phép người dùng tạo dựng thư viện các đối tượng đồ họa mới cho mình Khi xây dựng mô hình để khảo sát hệ thống, ta cần nhập các thông số đầu vào cho mô hình Việc làm này có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau trong đ c hai cách cơ bản nhất hay được sử dụng đ là:

 Nhập trực tiếp vào mô hình (Kích đúp chuột vào khối, sẽ xuất hiện cửa sổ Block Parametrs … tại đây ta c thể nhập, thay đổi dữ liệu theo ý muốn) Cách này chỉ dùng khi mô hình là đơn giản và việc khảo sát không phức tạp, không yêu cầu phải tự động hóa

 Nhấp thông số đầu vào cho mô hình bằng cách soạn thảo m-file sau đ vào menu Configuration Parameter\Data Import\Export để nhập vào mô hình hoặc chạy trực tiếp m-file Cách này cho phép nhập thông số đầu vào và điều khiển việc khảo sát hệ thống một cách tự động

Chạy mô hình: Ta có thể chạy mô hình bằng cách kích trực tiếp vào nút Start Simulation hoặc lập trình trong mfile để điều khiển việc chạy mô hình theo ý muốn Lấy giữ liệu ra sau khi chạy chương trình: Ta c thể lấy bất cứ dữ liệu đầu ra nào sau khi đã chạy chương trình ở các định dạng Array, Structure hay Structure with time hoặc ở dạng đồ thị

Các phương pháp giải toán mô phỏng trong Simulink: Trong Simulink việc giải các bài toán mô phỏng có nhiều phương pháp giải khác nhau Sau đây là các cách giải được áp dụng trong Simulink:

 Phương pháp Euler: Là phương pháp cổ điển với biến là bước Phương pháp này khả thi cho bất cứ hệ thống nào có những bước nhỏ Do đ những bài toán c liên quan đến việc tính toán quá nhiều thì không chính xác Phương pháp này chỉ nên dùng cho việc kiểm tra kết quả

 Phương pháp Rungu-Kutta 3 và Rungu-Kutta 5: Đây là phương pháp thông dụng áp dụng cho mọi loại bài toán và nó có thể đạt chỉ tiêu chất lượng so với các phương pháp đặc biệt khác Phương pháp này thích hợp cho hệ liên tục và hệ phi tuyến, không làm việc với hệ có ma sát

 Phương pháp Adams: Là phương pháp tự chỉnh áp dụng cho hệ thống không

có ma sát