Xây dựng mô hình khảo sát dao động xe bus giường nằm lắp ráp tại việt nam

A1 , A2 Chuyển vị của khối lượng không được treo cầu 1, 2 m F zij Lực tác dụng lên bánh xe thứ ij theo phương thẳng đứng N F Gij , F z,stij Tải trọng tĩnh ứng với bánh xe thứ ij N F

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

-

LÊ TRUNG PHƯƠNG

XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT DAO ĐỘNG XE BUS GIƯỜNG NẰM LẮP RÁP

TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội - 2019

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

- -

LÊ TRUNG PHƯƠNG

XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT DAO ĐỘNG XE BUS GIƯỜNG NẰM LẮP RÁP

TẠI VIỆT NAM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Lê Trung Phương

Đề tài luận văn: Xây dựng mô hình khảo sát dao động xe bus giường nằm lắp ráp

tại Việt Nam

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực

Mã số HV: CA170227

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 25 tháng 4 năm 2019 với các nội dung sau:

- Bổ sung luận giải lý do chọn vùng khảo sát

- Sửa chữa lỗi soạn thảo và in ấn

- Sửa lại hình thức theo qui định của luận văn

Ngày 26 tháng 4 năm 2019

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS Hồ Hữu Hải

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ii

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Dao động của ô tô và hệ thống treo trên ô tô 4

1.1.1 Tổng quan về dao động của ô tô 4

1.1.2 Hệ thống treo trên ô tô 5

1.2 Chỉ tiêu đánh giá dao động 6

1.2.1 Chỉ tiêu về độ êm dịu 6

1.2.2 Chỉ tiêu về tải trọng động 7

1.2.3 Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo 9

1.3 Mô hình nghiên cứu dao động 9

1.3.1 Mô hình 1/4 10

1.3.2 Mô hình 1/2 10

1.3.3 Mô hình không gian 11

1.4 Các hàm kích động 12

1.5 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu đề tài 12

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 12

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 12

1.6 Phạm vi nghiên cứu 13

1.7 Nội dung nghiên cứu 14

1.8 Kết luận chương 1 14

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE BUS 15

2.1 Đặt vấn đề 15

2.2 Giả thiết khi xây dựng mô hình 15

2.3 Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả dao động xe bus 18

2.3.1 Khối lượng được treo (thân xe) 18

2.3.2 Các khối lượng không được treo (cầu xe) 19

2.3.3 Nội lực hệ thống treo 20

2.3.4 Xác định phản lực thẳng đứng từ đường tác động lên bánh xe 22

2.3.5 Hệ phương trình vi phân tổng quát 24

2.4 Mô phỏng hàm kích động mặt đường 24

2.5 Kết luận chương 2 25

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG XE BUS BẰNG MATLAB SIMULINK 26

3.1 Khái quát chung về Matlab và Simulink 26

3.1.1 Matlab 26

3.1.2 Simulink 26

3.1.2.1 Đặc điểm của Simulink 27

3.1.2.2 Cấu trúc của một sơ đồ Simulink 27

3.1.2.3 Trình tự thực hiện quá trình mô phỏng trên máy tính 30

3.2 Mô phỏng dao động xe bus bằng Matlab Simulink 30

3.2.1 Sơ đồ thuật toán của chương trình mô phỏng Simulink 30

3.2.2 Sơ đồ tổng thể mô hình dao động ô tô 31

3.2.3 Sơ đồ các khối chức năng mô phỏng động lực học dao động ô tô bus 33

3.2.3.1 Khối thân xe 33

3.2.3.2 Khối cầu trước 34

3.2.3.3 Khối cầu sau 35

2.3.3.4 Khối mặt đường 36

3.2.3.5 Khối xác định các phản lực liên kết 36

3.3 Kết luận chương 3 38

CHƯƠNG 4 KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DAO ĐỘNG CỦA XE BUS 39

4.1 Chỉ tiêu đánh giá dao động 39

4.2 Thông số kỹ thuật của xe bus 45 chỗ 40

4.3 Đánh giá dao động của xe bus dưới kích động của mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 42

4.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số đến dao động của xe bus 50

4.4.1 Ảnh hưởng của độ cứng treo sau C2 51

4.4.2 Ảnh hưởng của hệ số cản K2 55

4.5 Kết luận chương 4 60

KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

LỜI CAM ĐOAN

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 TS Trịnh Minh Hoàng, cùng các thầy giáo trong Bộ môn Ô

tô và Xe chuyên dụng - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 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 dữ liệu, số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

Hà Nội, ngày 25 tháng 03 năm 2019

Tác giả

Lê Trung Phương

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

m A1 Khối lượng không được treo trước kg

m A2 Khối lượng không được treo sau kg

M c1 Khối lượng toàn bộ phân cho cầu trước kg

M c2 Khối lượng toàn bộ phân cho cầu sau kg

b 1 Một nửa khoảng cách vết bánh xe trước m

b 2 Một nửa khoảng cách vết bánh xe sau m

xA1 , xA2 Góc lắc ngang của cầu thứ 1, 2 rad

x Góc lắc ngang của thân xe quanh trục x rad

y Góc lắc dọc của thân xe quanh trục y rad

z Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng

được treo

m

A1 , A2 Chuyển vị của khối lượng không được treo cầu 1, 2 m

F zij Lực tác dụng lên bánh xe thứ ij theo phương thẳng

đứng

N

F Gij , F z,stij Tải trọng tĩnh ứng với bánh xe thứ ij N

F Cij Lực đàn hồi hệ thống treo gần bánh xe thứ ij N

F Kij Lực cản giảm chấn hệ thống treo gần bánh xe thứ ij N

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Sources 28

của Matlab Simulink 28

Bảng 3.2 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Sinks 28

Bảng 3.3 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Continuous 28

Bảng 3.4 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Signal & System 29

Bảng 3.5 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Math 29

Bảng 3.6 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Funtion & Tables 29

Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật xe THACO BUS HB120-SL 40

Bảng 4.2 Thông số sử dụng trong tính toán mô phỏng động lực học 41

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình 1/4 10

Hình 1.2 Mô hình 1/2 11

Hình 1.2 Mô hình không gian xe bus 11

Hình 2.1: Mô hình không gian xe bus 45 chỗ 16

Hình 2.2: Mô hình các lực tác động lên khối lượng được treo (thân xe) 18

Hình 2.3: Mô hình các lực tác động lên cầu trước (nhìn từ phía trước) 19

Hình 2.4: Mô hình các lực tác động lên cầu sau (nhìn từ phía trước) 20

Hình 2.5: Nội lực hệ thống treo 20

Hình 2.6: Mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 25

Hình 3.1: Sơ đồ thuật toán của chương trình 31

Hình 3.2: Sơ đồ tổng thể mô hình dao động của xe bus 32

Hình 3.3: Sơ đồ mô phỏng khối "THAN XE" 33

Hình 3.4: Sơ đồ mô phỏng khối "CAU 1" 34

Hình 3.5: Sơ đồ mô phỏng khối cầu sau 35

Hình 3.6: Sơ đồ mô phỏng khối mặt đường 36

Hình 3.7: Sơ đồ mô phỏng khối "CAC LUC 11" 37

Hình 3.8: Sơ đồ mô phỏng khối "CAC LUC 11" 37

Hình 4.1: Mấp mô mặt đường D-E theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 42

Hình 4.2: Chuyển vị thẳng đứng(z) của trọng tâm thân xe (v = 40 km/h, đường D-E) 43

Hình 4.3 Gia tốc thẳng đứng (z) của trọng tâm thân xe (v = 40 km/h, đường D-E) 44

Hình 4.4: Góc lắc dọc thân xe (y) (v = 40 km/h, đường D-E) 44 Hình 4.5: Chuyển vị thẳng đứng (A1) của trọng tâm cầu trước (v = 40

km/h, đường D-E) 45 Hình 4.6: Chuyển vị thẳng đứng (A2) của trọng tâm cầu sau (v = 40

km/h, đường D-E) 45 Hình 4.7: Phản lực thẳng đứng từ mặt đường lên bánh xe trước Fz1 (v =

40 km/h, đường D-E) 46 Hình 4.8: Phản lực thẳng đứng từ mặt đường lên bánh xe sau Fz2 (v = 40

km/h, đường D-E) 46 Hình 4.9: Gia tốc dao động thẳng đứng cực đại của thân xe khi ô tô đi

trên các loại đường khác nhau (4 loại đường, v = 30 - 80km/h) 47 Hình 4.10: Hệ số tải trọng động cực đại ở cầu trước khi ô tô đi trên các

loại đường khác nhau (4 loại đường, v = 30 - 80km/h) 48 Hình 4.11: Hệ số tải trọng động cực đại ở cầu sau khi ô tô đi trên các loại

đường khác nhau (4 loại đường, v = 30 - 80km/h) 48 Hình 4.12: Hệ số tải trọng động cực tiểu ở cầu trước ô tô đi trên các loại

đường khác nhau (4 loại đường, v = 30 - 80km/h) 49 Hình 4.13: Hệ số tải trọng động cực tiểu ở cầu sau ô tô đi trên các loại

đường khác nhau (4 loại đường, v = 30 - 80km/h) 50 Hình 4.14: Gia tốc dao động thẳng đứng cực đại của thân xe khi thay đổi

độ cứng C2 của hệ thống treo sau (đường E-F, v = 50 - 80km/h) 51 Hình 4.15: Hệ số tải trọng động cực đại của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu trước khi thay đổi độ cứng C2 của hệ thống treo sau (đường E-F, v = 50 - 80km/h) 53 Hình 4.16: Hệ số tải trọng động cực đại của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu sau khi thay đổi độ cứng C2 của hệ thống treo sau (đường E-F, v = 50 - 80km/h) 53 Hình 4.17: Hệ số tải trọng động cực tiểu của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu trước khi thay đổi độ cứng C2 của hệ thống treo sau

(đường E-F, v = 50 - 80km/h) 54 Hình 4.18: Hệ số tải trọng động cực tiểu của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu sau khi thay đổi độ cứng C2 của hệ thống treo sau (đường E-F, v = 50 - 80km/h) 54 Hình 4.19: Gia tốc dao động thẳng đứng cực đại của thân xe khi thay đổi

hệ số cản K2 của hệ thống treo sau (đường E-F, v = 50 - 80km/h) 56 Hình 4.20: Hệ số tải trọng động cực đại của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu trước khi thay đổi hệ số cản giảm chấn K2 của hệ thống treo sau (đường E-F, v = 50 - 80km/h) 57 Hình 4.21: Hệ số tải trọng động cực đại của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu sau khi thay đổi hệ số cản giảm chấn K2 của hệ thống treo sau (đường E-F, v = 50 - 80km/h) 57 Hình 4.22: Hệ số tải trọng động cực đại của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu trước khi thay đổi hệ số cản giảm chấn K2 của hệ thống treo sau (đường E-F, v = 30 - 80km/h) 58 Hình 4.23: Hệ số tải trọng động cực đại của phản lực thẳng đứng từ mặt

đường ở cầu sau khi thay đổi hệ số cản giảm chấn K2 của hệ thống treo sau (đường E-F, v = 50 - 80km/h) 59

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá ở nước ta hiện nay, việc phát triển các ngành khoa học kỹ thuật là vô cùng cần thiết Trong đó ngành sản xuất ô tô nói chung và ô tô khách nói riêng được chú trọng phát triển, Thủ tướng Chính phủ đã

ký Quyết định số 1211/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp

ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 (Quy hoạch) Theo đó, năm

2020, sản lượng xe khách (từ 10 chỗ ngồi trở lên) sản xuất trong nước cần đạt được 14.154 chiếc, đạt 90% nhu cầu nội địa; tỷ lệ nội địa hóa xe khách đạt 35 - 45%; tổng lượng xe xuất khẩu đạt 40.000 chiếc, trong đó xe khách 5.000 chiếc.Ngành sản xuất

ô tô đang từng bước trở thành mũi nhọn của nền kinh tế, đưa nghành ô tô Việt Nam ngang bằng với các nước trong khu vực

Trên thế giới sản xuất ôtô ngày càng phát triển và đã đạt được những thành tựu công nghệ to lớn, ôtô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hoá để phát triển kinh tế và văn hóa xã hội Hiện nay ở nước ta số ô tô cũng đang gia tăng cùng với sự tăng trưởng và phát triển của nền kinh tế Do đó để đáp ứng với lưu lượng giao thông của số lượng xe ô tô không ngừng tăng lên, thì mạng lưới đường xá giao thông ngày càng được nâng cấp và mở rộng

Khi ôtô chạy trên đường tham gia giao thông thường phát sinh dao động Các dao động này sẽ ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ của xe, hàng hóa, đặc biệt là đến người lái và hành khách trên xe Một số nghiên cứu dao động gần đây về ảnh hưởng của nó đến sức khoẻ con người đều đi đến kết luận : Nếu con người bị ảnh hưởng một cách thường xuyên của dao động thì sẽ mắc phải bệnh thần kinh và não, từ đó có thể dẫn đến những nguy hiểm khi tham gia giao thông

Trong thực tế dao động của ôtô không những phụ thuộc vào kết cấu của ôtô mà còn phụ thuộc vào điều kiện đường xá, đặc trưng bởi mấp mô mặt đường Khi ô tô chuyển động, những thay đổi của mấp mô mặt đường là yếu tố kích động chủ yếu đến dao động của xe Bài toán nghiên cứu khảo sát dao động ô tô ngoài việc cho phép đánh giá chất lượng dao động của nó, ngoài ra cho phép nghiên cứu các ảnh

hưởng của nó đến cầu đường Tuy nhiên, việc đo đạc xác định mấp mô mặt đường thực tế ở Việt Nam hiện còn quá ít cũng như còn khá khó khăn trong các điều kiện thí nghiệm

Xuất phát từ nhu cầu đó hướng nghiên cứu của đề tài là: "Xây dựng mô hình khảo sát dao động xe bus giường nằm lắp ráp tại Việt Nam" Đây là nghiên cứu lý thuyết phù hợp với điều kiện còn nhiều thiếu thốn về cơ sở vật chất, trang thiết bị về thí nghiệm như hiện nay của Việt Nam, tạo cơ sở lý thuyết phục vụ đánh giá chất lượng dao động của xe bus giường nằm lắp ráp tại Việt Nam nói riêng và đóng góp

cơ sở khoa học trong quá trình hoàn thiện thiết kế ô tô nói chung

Mục tiêu của luận văn:

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng cho phép khảo sát, đánh giá dao động của ô tô bus giường nằm lắp ráp tại Việt Nam khi đi trên đường có độ mấp mô khác nhau

Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của luận văn được lựa chọn là xe bus giường nằm sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu:

Đánh giá dao động của ô tô bus giường nằm được sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam trên cơ sở một số chỉ tiêu đánh giá dao động trong các điều kiện cụ thể khi xe chuyển động trên đường với một số loại đường tiêu chuẩn

Nội dung và bố cục của luận văn:

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

- Kết luận

Những kết quả đạt được của luận văn:

- Xây dựng mô hình mô phỏng động lực học của ô tô bus giường nằm cho phép đánh giá chất lượng dao động của ô tô

- Đánh giá chất lượng dao động của xe bus giường nằm lắp ráp tại Việt Nam khi đi trên các cấp độ mặt đường khác nhau theo tiêu chuẩn

- Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng đến chất lượng dao động của ô tô từ đó đề xuất một số giải pháp cải tiến kết cấu nhằm nâng cao chất lượng dao động của xe bus giường nằm lắp ráp tại Việt Nam

Ý nghĩa thực tiễn của luận văn:

Khảo sát và đánh giá dao động của xe bus giường nằm lắp ráp và sử dụng tại Việt Nam, qua đó tạo cơ sở để đề xuất các cải tiến kỹ thuật nâng cao chất lượng dao động và cũng như mức độ ảnh hưởng của xe đến chất lượng cầu đường

Luận văn được thực hiện tại Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng, Viện Cơ khí - động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Trịnh Minh Hoàng Tác giả chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn cùng các thầy cô 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 nổ lực, nhưng do trình độ và thời gian nghiên cứu còn hạn chế nên các vấn đề được trình bày trong luận văn chưa thể đáp ứng được mọi yêu cầu đề ra

Tác giả sẽ rất cảm ơn về sự đóng góp, bổ sung để luận văn hoàn thiện hơn

Hà Nội, tháng 3/2019

Lê Trung Phương

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Dao động của ô tô và hệ thống treo trên ô tô

1.1.1 Tổng quan về dao động của ô tô

Ngành công nghiệp ôtô trên thế giới đã phát triển trên một trăm năm Ô tô ngày càng hoàn thiện hơn về độ an toàn cũng như độ êm dịu Đi cùng với sự phát triển của nền công nghiệp ô tô là một số các hệ lụy như tai nạn giao thông ngày một gia tăng, tình trạng tắc đường hay đường sá bị xuống cấp nghiêm trọng hơn Do vậy, một trong những nhu cầu cấp thiết hiện nay đặt ra chính là cần nghiên cứu để hoàn thiện các kết cấu của ôtô nhằm nâng cao tính năng an toàn trong quá trình chuyển động cũng như giảm thiểu các ảnh hưởng xấu của dao động ô tô với người dùng và môi trường bên ngoài

Nghiên cứu về dao động ôtô nói riêng và động lực học ôtô nói chung luôn được giới khoa học cùng các nhà sản xuất quan tâm Ôtô là liên kết của hệ nhiều vật, các khối lượng đó được liên kết với nhau bằng các phần tử có đặc tính phi tuyến phức tạp, ví dụ như đặc tính giảm chấn, đặc tính đàn hồi, sự va chạm của bánh xe

Khái quát về nghiên cứu dao động ta có thể thấy nội dung này bao hàm 4 lĩnh vực sau:

+ Chỉ tiêu đánh giá dao động

1.1.2 Hệ thống treo trên ô tô

Trên ô tô, Hệ thống treo có nhiệm vụ đỡ toàn bộ khối lượng thân xe, và được tỳ trên các cầu hoặc bánh xe Một mô hình xe đầy đủ thường có các khối lượng: thân xe (khối lượng được treo); cầu xe và các bánh xe (các khối lượng không được treo) Hệ thống treo là bộ phận liên kết giữa khối lượng không được treo và khối lượng được treo, hệ thống treo đặc trưng bởi độ cản giảm chấn và

độ cứng của hệ đàn hồi Liên kết giữa khối lượng không được treo với đường là bánh xe (lốp xe) Xét về mặt dao động, thân xe có ba hệ toạ độ suy rộng ứng với chuyển động theo phương thẳng đứng, chuyển động lắc dọc, chuyển động lắc ngang Với bánh xe chuyển động có ý nghĩa là chuyển động theo phương thẳng đứng, trên cơ sở đó người ta có thể đưa ra mô hình dao động của xe Ngày nay các quan điểm về nghiên cứu, đánh giá hệ thống treo đã có nhiều thay đổi Các nhà khoa học đã nêu lên 4 mục tiêu của hệ thống treo như sau:

1 Cách ly ảnh hưởng của mặt đường đối với thân xe với mục tiêu nâng cao

độ êm dịu

Độ êm dịu được xác định bởi gia tốc theo phương thẳng đứng của thân xe, xác định tại các vị trí của người ngồi Như vậy mục tiêu này cần đạt được khi gia tốc theo phương tẳng đứng thân xe đạt cực tiểu

2 Bảo đảm điều kiện bám với đường

Khả năng bám đường là thông số quan trọng quyết định đến khả năng truyền lực dọc và khả năng truyền lực ngang của bánh xe Khi dao động thì áp lực giữa bánh xe và đường thay đổi do đó khả năng truyền lực dọc và ngang ở bánh xe cũng thay đổi Sự thay đổi đó khác nhau ở các bánh xe và không đồng pha Hệ thống treo phải được thiết kế sao cho phản lực này không được giảm nhiều so với tải trọng tĩnh Thông số để đánh giá mục tiêu này là chuyển vị tương đối giữa cầu xe với mặt đường; tức là sự biến dạng hướng kính của lốp

3 Hệ thống treo phải thiết kế sao cho ít xảy ra va đập cứng giữa thân xe và bánh xe, ngoài ra cần phải hạn chế góc lắc dọc, góc lắc ngang là các yếu tố gây

ra sự thay đổi không đồng đều các phản lực ở các bánh xe Những sự thay đổi đó

làm thay đổi các lực bám dọc và lực bám ngang dẫn đến làm thay đổi quỹ đạo không mong muốn của ôtô Đối với các xe truyền thống thì vấn đề êm dịu là mục tiêu số một, nhưng đối với các xe cao tốc, khi phanh và khi tăng tốc lực truyền ở các bánh xe thường đạt ở giá trị cận vật lý Vì vậy mục tiêu số một của

hệ thống treo này là bảo đảm ổn định chuyển động ôtô

4 Hệ thống treo phải bảo đảm không gian làm việc nhỏ

Hệ thống treo phải đỡ toàn bộ khối lượng được treo, nếu chọn độ võng tĩnh quá lớn thì dẫn đến độ võng động cũng lớn làm cho không gian treo lớn, đây là bài toán cần chọn độ võng tĩnh phù hợp

1.2 Chỉ tiêu đánh giá dao động

Đánh giá ảnh hưởng của dao động có tính lịch sử và kế thừa Trước đây, người ta đánh giá ảnh hưởng của dao động ôtô theo 2 chỉ tiêu là độ êm dịu và tải trọng động, tượng trưng cho sự ảnh hưởng đến tuổi thọ chi tiết

Ngày nay, do nhận thức mới về ảnh hưởng của dao động, các chỉ tiêu được xác lập theo chỉ tiêu mới như sau: Chỉ tiêu về độ êm dịu; chỉ tiêu về tải trọng động; chỉ tiêu về không gian bố trí hệ treo

1.2.1 Chỉ tiêu về độ êm dịu

Được đánh giá bởi chỉ tiêu đối với hành khách và chỉ tiêu đối với hàng hóa khi chuyên chở trên xe

Độ êm dịu khi xe chuyển động là chỉ sự cảm nhận chủ quan của người ngồi trên xe về dao động Cảm giác đó được phỏng vấn trực tiếp các nhóm người khác nhau và như vậy độ êm dịu (ngưỡng) là chủ quan Các nhà khoa học chỉ ra rằng, dao động có ảnh hưởng xấu đến người và hàng hoá, đặc biệt làm giảm khả năng điều khiển của lái xe

- Chỉ tiêu về độ êm dịu cho hành khách: được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI được đưa ra bằng Tiêu chuẩn quốc gia VDI - 2537 và được Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế chấp nhận thành tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 [7] Độ êm dịu chuyển động là cảm giác của con người, đặc trưng bởi nhiều thông số vật lý Do đó,

người ta đưa ra khái nệm cường độ dao động KB để chỉ mức độ ảnh hưởng đến người, được thể hiện trên một số các trị số sau:

+ KB = 20 giới hạn êm dịu

+ KB = 50 giới hạn điều khiển

+ KB = 125 giới hạn gây bệnh lý

- Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá:

Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá 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, Mitschke đề ra ngưỡng cho an toàn hàng hóa như sau:

+

2 max 3 /

z  m s

giới hạn cảnh báo +

2 max 5 /

z  m s giới hạn can thiệp

Giới hạn cảnh báo, theo Mitschke [8] là tại đó hệ thống treo hoặc đường xá

đã hỏng đến mức phải có kế hoạch tu bổ, sửa chữa

Giới hạn can thiệp, theo Mitschke là tại đó đường đã hỏng nặng, cần phải sửa chữa ngay

1.2.2 Chỉ tiêu về tải trọng động

Chỉ tiêu về tải trọng động được đánh giá theo chỉ tiêu về độ bền chi tiết; chỉ tiêu về mức độ phá đường và chỉ tiêu về an toàn động lực học

Chỉ tiêu tải trọng động được đặc trưng bởi tải trọng động của cầu xe, nhiều

mô hình không xác định được yếu tố này Để xác định được chỉ tiêu tải trọng động trong mô hình, chúng ta phải xác định được phản lực từ đường lên bánh

- Hệ số áp lực đường w đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động với

đường

a Chỉ tiêu về độ bền chi tiết

Hệ số tải trọng động cực đại được xác định như sau:

, max

,

max( )

2,5

z d d

z st

F k

b Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường

Với nhu cầu vận chuyển hàng hóa và hành khách bằng đường bộ ngày càng tăng, vì vậy ôtô ngày nay đòi hỏi có tải trọng lớn để đáp ứng nhu cầu đó, mạng lưới đường xá, cầu cống giao thông cũng phát triển tỉ lệ với sự phát triển ngành công nghiệp ô tô Hệ thống cầu đường giao thông được nâng cấp Các nhà khoa học ở một số nước phát triển đã nêu vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ôtô đối với cầu và đường.Người ta thấy rằng mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô 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 ôtô đối với cầu và đường [3]

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

với F CL,d: phản lực động từ mặt đường tác động lên bánh xe

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

, 1

, 1

( )

z st i

Giới hạn trong quá trình chuyển động ôtô (khả năng truyền lực khi tăng tốc

và phanh, giữ ổn định quỹ đạo chuyển động) là phụ thuộc vào mức độ tăng giảm tải trọng động của bánh xe xuống đường Để chỉ ra sự giảm khả năng truyền lực bánh xe đối với đường, người ta đã tách ra định nghĩa hệ số tải trọng động cực tiểu, ký hiệu là k d,min và được tính bằng công thức sau

, min

k  : giới hạn can thiệp

1.2.3 Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo

Chỉ tiêu này chỉ ra khả năng chọn độ võng tĩnh và độ võng động cũng như việc xác lập vị trí đặt vấu hạn chế hành trình treo

t

d

f : độ võng động hành trình trả hệ thống treo; vị trí đặt vấu hành trình trả

1.3 Mô hình nghiên cứu dao động

Mô hình dao động của ôtô nói chung rất đa dạng và được rất nhiều tác giả

đề xuất, tùy thuộc vào mục tiêu nghiên cứu Trong phần tổng quan này, tác giả chỉ đưa ra 3 loại mô hình đặc trưng với mục đích có một cách nhìn tổng quát về

phương pháp xây dựng mô hình [3]

1.3.1 Mô hình 1/4

Hình 1.1 Mô hình 1/4

Mô hình này bao gồm hai khối lượng được treo M và không được treo m A

Các phần tử đàn hồi C, giảm chấn K, 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 1/4 được dùng để chọn tối ưu các thông số như khối lượng không

được treo m A , độ cứng C, độ cứng lốp và hệ số cản giảm chấn K

1.3.2 Mô hình 1/2

Mô hình này có một khối lượng được treo và hai khối lượng không được

treo với các thông số là (m, J x ) và (m A , J Ax), liên kết qua hệ treo với các phần tử

là C, K Lốp là phần tử đàn hồi theo cả hai phương là y và z Ngoại lực F 1 theo

phương ngang và F 2 theo phương z

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



Z m

K

h

m C

1

1 1

Các đăng

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 Phần phân tích cụ thể áp dụng của mô hình này cho xe ô tô bus giường nằm sẽ được trình bày cụ thể hơn ở chương 2

+ Đường mấp mô, đường nghiêng

Đến nay yếu tố đường mấp mô vẫn được coi là nguồn chủ đạo gây dao động

1.5 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu đề tài

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng cho phép khảo sát, đánh giá dao động của ô tô bus giường nằm khi đi trên đường có độ mấp mô khác nhau

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu lý thuyết, bao gồm những nội dung: lập mô hình toán học và mô phỏng dao động của xe bus giường nằm; đánh giá, khảo sát dao động của xe khi xe đi trên đường có độ mấp mô khác nhau bằng phần mềm mô phỏng

Mô hình dao động của xe tác động lên mặt đường khi xe đi trên đường có độ mấp mô khác nhau là một hệ nhiều vật Việc lập mô hình dựa vào phương pháp

tách cấu trúc, cho phép gộp cụm các phần tử trong cơ hệ, dễ dàng thay đổi cấu trúc và đặc tính cụm, dễ thực hiện và phù hợp với tư duy mô phỏng trên máy tính Phương pháp giải hệ phương trình vi phân trong luận văn là sử dụng phần mềm Matlab - Simulink để mô phỏng hệ thống

Từ các phân tích trên, mục tiêu của nghiên cứu này là kế thừa những yếu tố lập

mô hình của các tác giả trong nước và nước ngoài trong việc xây dựng mô hình dao động của xe tác động lên mặt đường khi xe đi trên đường có độ mấp mô khác nhau Sử dụng phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật và mô phỏng máy tính, nhằm hoàn thiện mô hình dao động của xe khi đi trên đường, mô tả chính xác hơn dao động và lực động tác động lên mặt đường Bên cạnh đó thực hiện một số khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu và sử dụng trong quá trình hoạt động của hệ thống

1.6 Phạm vi nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu, khảo sát và đánh giá dao động của ô tô bus giường nằm lắp rát tại Việt Nam khi chuyển động trên đường với mấp mô ngẫu nhiên,

bỏ qua các thành phần lực dọc và lực ngang do biến dạng của lốp

Trong thực tế, khi ô tô chuyển động trên đường, ngoài việc chịu sự ảnh hưởng của các mấp mô mặt đường, dao động của ô tô còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác như chất lượng mặt đường (hệ số bám dọc, ngang) và biến dạng của lốp xe Tuy nhiên, với mục tiêu là xây dựng phương pháp và mô hình nghiên cứu lý thuyết về dao động (theo phương thẳng đứng) của ô tô nên những yếu tố ảnh hưởng kể trên là chưa được đề cập đến trong các nội dung 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 một số hạn chế về điều kiện nghiên cứu, trang thiết bị Do đó, phần nghiên cứu thực nghiệm đánh giá mô hình là chưa đề cập đến trong luận văn

1.7 Nội dung nghiên cứu

Nội dung của luận văn gồm các phần chính sau:

- Chương 1: Tổng quan

- Chương 2 Xây dựng mô hình dao động ô tô bus

- Chương 3 Mô phỏng dao động xe ô tô bus bằng Matlab Simulink

- Chương 4 Khảo sát, đánh giá dao động của ô tô bus dưới kích động của mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO

- Kết luận của luận văn

1.8 Kết luận chương 1

Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đặt ra nhu cầu bức thiết đối với các nhà khoa học là xây dựng một nền tảng cơ sở lý thuyết phục vụ cho việc thiết kế chế tạo các bộ phận cơ bản của ô tô cũng như đánh giá chất lượng của những sản phẩm được sản xuất, lắp ráp trong nước, trong đó đánh giá dao động ô tô là khâu tất yếu

Một trong những vấn đề được nhiều nhà khoa học trú trọng nghiên cứu đó

là vấn đề về dao động của ô tô, do độ phức tạp và ý nghĩa thực tế của nó Một chiếc xe được đánh giá là có chất lượng dao động phù hợp khi đạt được các chỉ tiêu về êm dịu cho người và hàng hóa trên xe và các chỉ tiêu về an toàn động lực học khi chuyển động Những công trình nghiên cứu khoa học trên thế giới, trong

đó rất nhiều công trình đã tập trung nghiên cứu về dao động của ô tô với hàm kích động là mấp mô mặt đường Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần mềm trong những năm gần đây, đã tạo ra những công cụ tính toán tiện ích

sử dụng với mục đích nghiên cứu, thiết kế và tính toán Một trong những công

cụ mà các nhà khoa học sử dụng thường xuyên là các phần mềm toán học và mô phỏng

Trước tình hình trên, đề tài nghiên cứu dao động ô tô bus giường nằm xuất phát từ nhu cầu của thực tiễn sản xuất, đáp ứng trực tiếp những đòi hỏi của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE BUS

2.1 Đặt vấn đề

Mô hình động lực học sẽ trình bày trong chương 2 để đánh giá dao động xe bus trong trường hợp xe chuyển động trên đường được xác định từ mô hình động lực học của ô tô 2 cầu Việc thiết lập hệ phương trình mô tả động lực học ô

tô có thể sử dụng nhiều phương pháp tùy theo mức độ và các thông số cần tính toán Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật để thiết lập mô hình động lực học Để xây dựng mô hình động lực học ô tô theo phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật [2, 3, 4, 5, 8], các bước cơ bản cần thực hiện bao gồm:

- Phân tích cấu trúc ô tô và đặt các giả thiết;

- Định nghĩa hệ quy chiếu;

- Tách vật, đặt lực;

- Thiết lập hệ phương trình vi phân;

- Giải hệ phương trình vi phân bằng phương pháp số

Sau khi giải hệ phương trình vi phân, từ các kết quả thu được sẽ đánh giá các chỉ tiêu về dao động ô tô Sau đây là các nội dung của từng bước cụ thể

2.2 Giả thiết khi xây dựng mô hình

Mô hình không gian để đánh giá dao động ô tô bus 45 chỗ sử dụng các giả thiết sau:

1 Mô hình ô tô tải bus 45 chỗ có 2 trục là đối xứng theo trục dọc của xe;

2 Thân xe được coi như một tấm phẳng có khối lượng M đặt tại trọng tâm thân xe Trong bài toán xét dao động của xe khi chuyển động thẳng, thân

xe có 3 chuyển động (3 bậc tự do) bao gồm: chuyển động tịnh tiến theo trục thẳng đứng z và 2 góc xoay tương ứng: y (góc lắc dọc - quay quanh trục ngang y), x (góc lắc ngang - quay quanh trục dọc x);

3 Các cầu xe (cầu trước - 1, cầu sau - 2) là các khối lượng không được treo được coi như các thanh phẳng, có khối lượng mA1, mA2 đặt tại trọng tâm của chúng Mỗi cầu xe có 1 chuyển động tịnh tiến theo trục thẳng đứng (A1, A2) và 1 chuyển vị góc lắc ngang quanh trục dọc (xA1, xA2)

Bỏ qua góc xoay của cầu xe theo trục thẳng đứng và trục ngang;

4 Thân xe được nối với các cầu xe thông qua hệ thống treo (đặc trưng bởi các độ cứng Cij và hệ số cản giảm chấn Kij) (chỉ số i: 1 – trước; 2-sau; chỉ

số j: 1-trái; 2-phải);

5 Cầu xe liên kết với mặt đường bằng bánh xe đàn hồi, đặc trưng bởi độ cứng CLij;

6 Bỏ qua thành phần cản của lốp;

7 Bỏ qua tác động của gió đến chuyển động của xe;

8 Bánh xe tiếp xúc điểm với mặt đường

Với các giả thiết cấu trúc như vậy thì mô hình động lực học xe bus được thể hiện như trên hình 2.1

Hình 2.1: Mô hình không gian xe bus 45 chỗ

Trên mô hình sử dụng các ký hiệu sau:

- OXYZ: Hệ tọa độ cố định

- C: trọng tâm của khối lượng được treo

- A1, A2: trọng tâm của khối lượng không được treo trước (cầu 1) và sau (cầu 2)

- M: Khối lượng được treo

- mA1: Khối lượng không được treo cầu 1

- mA2: Khối lượng không được treo cầu 2

- Jy: Mô men quán tính trục y của khối lượng được treo

- Jx: Mô men quán tính trục x của khối được treo

- JAxi:Mô men quán tính trục x của khối lượng không được treo cầu thứ i (i=12)

- z: Chuyển vị theo phương thẳng đứng của trọng tâm khối lượng được treo

- x: Góc lắc ngang của thân xe

- y: Góc lắc dọc của thân xe

- A1: Chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm khối lượng không được treo trước (cầu thứ 1)

- xA1:Góc lắc ngang của cầu thứ 1

- A2: Chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm khối lượng không được treo sau (cầu thứ 2)

-xA2: Góc lắc ngang của cầu thứ 2

- Cij: Độ cứng của nhíp gần với bánh xe ij (i=12, j=12)

- Kij: Hệ số cản giảm chấn gần với bánh xe ij (i=12, j=12)

- CLij: Độ cứng hướng kính của lốp thứ ij (i=12, j=12)

- L: chiều dài cơ sở của xe

- l1: khoảng cách từ trọng tâm thân xe đến cầu trước

- l2: khoảng cách từ trọng tâm thân xe đến cầu sau

- 2b1: khoảng cách giữa tâm 2 bánh xe cầu trước

- 2b2: khoảng cách giữa tâm 2 bánh xe cầu sau

- 2w1: khoảng cách giữa 2 vị trí đặt nhíp trên cầu trước

- 2w2: khoảng cách giữa 2 vị trí đặt nhíp trên cầu sau

Như vậy, mô hình cấu trúc của xe bus 45 chỗ có 7 bậc tự do, bao gồm: 3 bậc tự do mô tả chuyển động của thân xe (z, x, y), 2 bậc tự do mô tả cầu trước (cầu thứ 1) (A1, xA1), và 2 bậc tự do mô tả cầu sau (cầu thứ 2) (A2, xA2)

2.3 Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả dao động xe bus

Hệ phương trình vi phân mô tả động lực học của xe bus được xây dựng nhờ phương pháp tách vật và đặt các ngoại lực lên từng vật là các phản lực liên kết giữa các vật, sau đó sử dụng nguyên lý D'Alambert để thiết lập các phương trình

vi phân mô tả chuyển động của từng vật theo các tọa độ suy rộng Các phương trình này được thiết lập nhờ phương pháp cân bằng lực và mô men tác động lên từng vật trong hệ thống [5-7]

2.3.1 Khối lượng được treo (thân xe)

Hình 2.2: Mô hình các lực tác động lên khối lượng được treo (thân xe)

Hình 2.2 mô tả các lực và mô men tác động lên khối lượng được treo (các đương màu đỏ) Khối lượng được treo đặc trưng bởi khối lượng M đặt tại trọng tâm thân xe Trọng tâm này thực hiện ba chuyển động là dao động thẳng đứng (z), lắc ngang (φx) và lắc dọc(φy) Các lực đặt lên khối lượng được treo là các phản lực từ hệ thống treo (lực đàn hồi FCij, lực cản giảm chấn FKij)

Phương trình vi phân mô tả dao động thẳng đứng của trọng tâm phần khối lượng được treo được viết như sau:

11 11 12 12 21 21 22 22

M zF F F F F F F F (2.1) Trong đó FCij và FKij là lực đàn hồi và cản giảm chấn của hệ thống treo gần bánh xe thứ ij(i=12, j=12) Các lực này được xác định từ các chuyển vị trên

và dưới của hệ thống treo

Đối với các góc lắc dọc và lắc ngang thân xe ta cần xác định các thành phần mô men gây ra các góc này Các thành phần này gồm có các lực liên kết hệ treo trước sau Phương trình xác định góc lắc dọc được viết như sau:

tả như sau:

2.3.2 Các khối lượng không được treo (cầu xe)

Đối với các cầu trước và sau được xét 2 bậc tự do là dao động thẳng đứng (Ai) và góc lắc ngang (xAi) (hình 2.3, 2.4)

Hình 2.3: Mô hình các lực tác động lên cầu trước (nhìn từ phía trước)

Hình 2.4: Mô hình các lực tác động lên cầu sau (nhìn từ phía trước)

Đối với các cầu trước và sau được xét 2 bậc tự do là dao động thẳng đứng (Ai) và góc lắc ngang (xAi) (hình 2.3, 2.4)

Phương trình động lực học dao động của cầu trước được viết như sau:

Các nội lực hệ thống treo FCij, FKij là lực gây chuyển động thẳng đứng, lắc dọc và lắc ngang thân xe Trong luận văn này, các lực đó là tuyến tính trong miền làm việc, được mô tả theo các hàm sau [5-10]:

- Lực đàn hồi của hệ thống treo phía trên các bánh xe được xác định như sau:

zij là chuyển vị khối lượng được treo tại vị trí lắp hệ thống treo

Aij là chuyển vị khối lượng không được treo tại vị trí lắp hệ thống treo

- Lực giảm chấn được xác định như sau:

Trong đó: Kij là hệ số giảm chấn của hệ thống treo gần bánh xe thứ ij

Như vậy các lực liên kết hệ thống treo được xác định theo mô hình hệ thống treo như sau:

 C11 11 11 11

Bánh xe phía trước bên trái (Bánh xe 11)

11 11 11 11 11 11 CL11

CL11 11 11 11 11 z11

11 11 11

0 F

CL12 12 12 12 12 z12

12 12 12

0 F

 

21 21 21 21 21 21 CL21

CL21 21 21 21 21 z21

21 21 21

0 F

CL22 22 22 22 22 z22

22 22 22

0 F

Chuyển đổi các kích thước hình học:

Trong các công thức trên, các giá trị chuyển vị zij và ξAij tại vị trí lắp hệ thống treo được xác định từ các tọa độ suy rộng như sau:

2.3.5 Hệ phương trình vi phân tổng quát

Để giải hệ phương trình toán học này, hiện nay Matlab Simulink là một phần mềm rất hữu hiệu và được sử dụng rộng rãi trong nước và thế giới Trong luận văn, việc lập trình được thực hiện theo cấu trúc mô đun Điều đó cho phép quản lý chương trình cũng như việc thay đổi hay khảo sát các thông số đầu vào hoặc hàm kích động được thực hiện một cách dễ dàng

2.4 Mô phỏng hàm kích động mặt đường

Trong nghiên cứu dao động ô tô, mấp mô mặt đường thường sử dụng theo

2 kiểu Kiểu thứ nhất là các mấp mô mặt đường có định dạng (dạng xung hoặc điều hòa), kiểu thứ hai hiện nay được sử dụng nhiều hơn là mấp mô dạng ngẫu nhiên Hiện nay, tiêu chuẩn ISO 8608:1995 là một trong những tiêu chuẩn được

sử dụng phổ biến cho phép mô tả mấp mô mặt đường trong tính toán động lực học của ô tô Tiêu chuẩn này phân biệt các dạng đường theo mật độ phổ năng lượng (PSD) và chia chúng thành 7 loại với ký hiệu quy ước từ A đến H [6, 9] Theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995 thì chiều dài 07 cấp độ mấp mô mặt đường được thể hiện trên 1 khoảng chiều dài 250m và được thể hiện như trên hình 2.6