Đánh giá hệ thống treo hai đòn ngang (double a arm) bằng phương pháp mô phỏng

Xây dựng mô hình toán học để tính toán + Dao động tần số, biên độ của hệ thống treo hai đòn ngang; + Động học và động lực học các cơ cấu trong hệ thống treo.. 1.1.3 Mục tiêu nghiên cứu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: VÕ ĐẮC THỊNH MSHV: 10130467

Ngày, tháng, năm sinh: 16/ 01/1979 Nơi sinh: Tp HỒ CHÍ MINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật Ôtô – Máy kéo Mã số: 605235

I TÊN ĐỀ TÀI:

“ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO HAI ĐÒN NGANG

(DOUBLE A ARM) BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG”

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Phân tích các thông số cơ sở (k,c,m) của hệ thống treo hai đòn ngang

2 Xây dựng mô hình toán học để tính toán

+ Dao động (tần số, biên độ) của hệ thống treo hai đòn ngang;

+ Động học và động lực học các cơ cấu trong hệ thống treo

3 Tính toán, mô phỏng hệ thống treo

4 Phân tích, đánh giá kết quả

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/07/2012

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/11/2012

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN HỮU NHÂN

Tp HCM, ngày… tháng…….năm 2012

TS TRẦN HỮU NHÂN

TRƯỞNG KHOA

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS TRẦN HỮU NHÂN

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS NGUYỄN BÁ HẢI

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM

Ngày 24 tháng 12 năm 2012

Thành phần Hội đồng đanh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi nhận luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Thầy Cô Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM

và các Thầy Cô thuộc Bộ môn Kỹ thuật Ôtô – Máy kéo đã tận tình giảng dạy Tôi trong suốt quá trình theo học tại Trường

Tôi xin cảm ơn TS Trần Hữu Nhân đã hướng dẫn và cho Tôi hướng nghiên cứu hữu ích cùng những lời góp ý rất chân thành để hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân đã tạo điều kiện cho Tôi học tập và nghiên cứu đến nay

Xin cảm ơn quý Thầy, Cô, Ban Giám Hiệu Trường CĐKT Lý Tự Trọng đã tạo điều kiện về thời gian, cung cấp tài liệu cho Tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn này Mặc dù đã hoàn thành nhưng Tôi tin chắc không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế trong luận văn nên Tôi mong có được những lời nhận xét góp ý từ phía các Thầy Cô

Bộ môn và các bạn cùng khóa để luận văn hoàn thiện hơn

Học viên: VÕ ĐẮC THỊNH

Việc nghiên cứu ứng dụng máy tính nói chung hay Matlab/Simulink nói riêng trong

quá trình tính toán mô phỏng hệ thống treo là thực sự cần thiết góp phần giải quyết nhanh chóng và hiệu quả quá trình thiết kế Với tính cấp thiết này tác giả chọn đề tài:

“ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO HAI ĐÕN NGANG (DOUBLE A ARM) BẰNG

PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG”

Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm có các phần:

Chương 1 Nghiên cứu tổng quan về hệ thống treo hai đòn ngang trên xe ô tô

Chương 2 Nghiên cứu về các góc đặt bánh xe, tính toán động học, động lực học, phương pháp tối ưu hóa tính toán hệ thống treo dạng hai đòn ngang và xây dựng mô hình Matlab/Simulink để tính toán

Chương 3 Trong chương này tác giả bằng phương pháp thực nghiệm xác định độ cứng của bộ phận đàn hồi, dùng phần mềm Acad, Inventor xác định khối lượng, moment quán tính khối lượng, tọa độ trọng tâm của từng phần tử trong hệ thống treo Chương 4 Tính toán, phân tích các kết quả từ mô hình động học và động lực học của hệ thống treo hai đòn ngang trên xe Toyota corona bằng Matlab/Simulink

Chương 5 Kết luận và phát triển đề tài

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: VÕ ĐẮC THỊNH

Ngày, tháng, năm sinh: 16/01/1979 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh

Địa chỉ liên lạc: khoa Động lực trường CĐKT Lý Tự Trọng

Tôi xin cam đoan Luận văn “ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO HAI ĐÒN NGANG (DOUBLE A ARM) BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG” là do tôi thực hiện, không sao chép của người khác Nếu sai sự thật, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường

và pháp luật

Học viên

MỤC LỤC

Trang

Chương 1 Tổng quan 1

1.1 Tổng quan 1

1.1.1 Đặt vấn đề 1

1.1.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

1.1.3 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

1.1.5 Phương pháp nghiên cứu 2

1.2 Tổng quan nội dung 3

1.2.1 Công dụng của hệ thống treo 3

1.2.2 Yêu cầu của hệ thống treo 3

1.2.3 Phân tích kết cấu hệ thống treo dạng hai đòn ngang 4

1.2.4 Các thông số kỹ thuật của hệ thống treo hai đòn ngang 4

1.2.4.1 Bộ phận đàn hồi 4

1.2.4.2 Bộ phận giảm chấn 9

1.2.4.3 Bộ phận dẫn hướng 10

Chương 2 Cơ sở lý thuyết mô phỏng 13

2.1 Tâm quay tức thời 13

2.2 Tâm quay và trục quay 13

2.2.1 Trục quay của hệ thống treo hai đòn ngang 13

2.2.2 Tâm quay tức thời của hệ thống treo hai đòn ngang 15

2.3 Góc đặt bánh xe 16

2.3.1 Độ chụm – doãng 16

2.3.2 Góc nghiêng dọc của trục lái (Caster) 19

2.3.3 Góc nghiêng ngang của bánh xe (Camber) 20

2.3.4 Góc quay cầu xe (Trust angle) 21

2.4 Tính toán động học 21

2.5 Tính toán động lực học 24

2.6 Phương pháp tính toán tối ưu hóa hệ thống treo 27

2.6.1 Đáp ứng tần số 27

2.6.2 Tối ưu hóa 27

2.7 Kết luận 32

Chương 3 Thực nghiệm 33

3.1 Phương pháp thực nghiệm 33

3.2 Xác định giá trị độ cứng bộ phận đàn hồi (lò xo) 36

3.2.1 Thiết bị xác định độ cứng lò xo 36

3.2.2 Trình tự thí nghiệm 41

3.3 Xác định hệ số giảm chấn của bộ phận giảm chấn (theo phương pháp lý thuyết tối ưu) 43

3.4 Mô hình mô phỏng hình học (3D) 44

3.4.1 Khối lượng, tọa độ, momen quán tính khối lượng đòn treo dưới 44

3.4.2 Khối lượng, tọa độ, momen quán tính khối lượng trụ quay 45

3.4.3 Khối lượng, tọa độ, momen quán tính khối lượng đòn treo trên 46

3.5 Kết luận 46

Chương 4 Tính toán và phân tích kết quả mô phỏng 48

4.1 Động học 48

4.2 Động lực học 51

4.3 Thông số theo phương pháp tối ưu hóa 54

4.4 Kết luận 58

Chương 5 Kết luận và phát triển đề tài 59

5.1 Kết luận 59

5.2 Hướng phát triển đề tài 60 Tài liệu tham khảo

Phụ lục

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hệ thống treo dạng hai đòn ngang 4

Hình 1.2 Hệ thống treo dạng hai đòn ngang trên xe Toyota corona 4

Hình 1.3 Các dạng đường đặc tính của hệ thống treo 5

Hình 1.4 Đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo 6

Hình 1.5 Quan hệ của tần số dao động riêng của phần được treo h với độ võng hiệu dụng f 7

Hình 1.6 Ống giảm chấn 9

Hình 1.7 Cấu tạo giảm chấn 10

Hình 1.8 Sơ đồ động học hệ thống treo hai đòn ngang của bánh xe với cơ cấu hướng hai đòn hình bình hành 12

Hình 2.1 Tâm quay tức thời của I cho một khối cứng khi di chuyển 13

Hình 2.2 Hệ thống treo trước dạng hai đòn ngang điển hình 14

Hình 2.3 Cơ cấu động học cho phần hệ thống treo trước dạng hai đòn ngang 14

Hình 2.4 Tâm quay là giao điểm của hai đường và 14

Hình 2.5 Mô hình động học hệ thống treo bánh xe trước bên trái 15

Hình 2.6 Tâm quay của hệ thống treo so với bề mặt đường 16

Hình 2.7 Độ chụm - doãng của bánh xe trước 17

Hình 2.8 Thể hiện góc nghiêng dọc của trục lái âm, dương của bánh xe trước của xe 19 Hình 2.9 Thể hiện góc nghiêng ngang âm, dương của bánh xe trước của xe 20

Hình 2.10 Thể hiện góc lệch cầu 21

Hình 2.11 Một cơ cấu bốn khâu MNAB và một điểm liên kết tại C 21

Hình 2.12 Cơ cấu hệ thống treo hai đòn ngang và động học cơ cấu bốn thanh tương đương 23

Hình 2.13 Mô hình động học chuyển động trong phạm vi nhỏ 23

Hình 2.14 Mô hình động lực học hệ thống treo dạng hai đòn ngang 24

Hình 2.15 Mô hình hệ lò xo nghiêng và độ cứng lò xo tương đương 24

Hình 2.16 Mô hình ôtô chuyển động trên mặt đường mấp mô ngẫu nhiên với vận tốc v 25

Hình 2.17 Mô hình cấu trúc chương trình mô tả động lực học hệ thống treo 26

Hình 2.18 Mô hình Matlab/Simulink 26

Hình 2.19 Sơ đồ thiết kế các thông số của hệ thống treo tối ưu 28

Hình 2.20 Ứng dụng sơ đồ thiết kế tối ưu hóa hệ thống treo cho tập hợp =1, các giá trị tối ưu được xác định = 0,4 , = 10Hz 29

Hình 2.21 Mối quan hệ giữa với khi và thay đổi 29

Hình 2.22 Độ cứng đàn hồi k tối ưu theo khối lượng cho một xe có tần số dao động tự nhiên = 1 Hz 31

Hình 2.23 Hệ số giảm chấn c tối ưu theo khối lượng cho một xe có tần số dao động tự nhiên = 1 Hz 31

Hình 3.1 Tín hiệu dao động của hệ thống một bậc tự do 33

Hình 3.2 Phương pháp biến dạng tĩnh của hệ thống và tần số dao động riêng 34

Hình 3.3 Mô hình hệ thống treo xe du lịch Toyota corona 1995 34

Hình 3.4 Mô hình động học hệ thống treo hai đòn ngang xe Toyota 35

Hình 3.5 Khung mô hình đo độ cứng lò xo 37

Hình 3.6 Lò xo thí nghiệm 37

Hình 3.7 Nguyên lý hoạt động của lò xo và đường đặc tính 38

Hình 3.8 Giá đỡ lò xo 38

Hình 3.9 Mô hình thực nghiệm xác định độ cứng lò xo trụ 39

Hình 3.10 Bố trí chung mô hình 40

Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn đường đặc tính đàn hồi lò xo 42

Hình 3.12 Mô hình mô phỏng hình học tổng thể hệ thống treo dạng hai đòn ngang 44

Hình 3.13 Mô hình mô phỏng hình học đòn treo dưới 44

Hình 3.14 Mô hình mô phỏng hình học trụ quay 45

Hình 3.15 Mô hình mô phỏng hình học đòn treo trên 46

Hình 4.1 Mô hình động học hệ thống treo hai đòn ngang xe Toyota 48

Hình 4.2 Quỹ đạo chuyển động của tâm bánh xe (C) trong khoảng làm việc của hệ thống treo 48

Hình 4.3 Mô hình vật lý hệ thống treo được xây dựng bằng Matlab/Simulink 49

Hình 4.4 Mô hình vật lý hệ thống treo hai đòn ngang dưới dạng hình học 49

Hình 4.5 Xác định quỹ đạo chuyển động của điểm C bằng Matlab/Simulink 50

Hình 4.6 Quỹ đạo chuyển động của điểm C được tính theo hệ tọa độ OXY 50

Hình 4.7 Biến thiên của chuyển vị x theo thời gian ứng với v = 70 (km/h) 51

Hình 4.8 Biến thiên của chuyển vị x theo thời gian ứng với v = 70 (km/h) 51

Hình 4.9 Giá trị của X theo tần số f 52

Hình 4.10 Mô hình ôtô chuyển động trên mặt đường biên dạng thay đổi đột ngột, vận tốc v 52

Hình 4.11 Biến thiên của chuyển vị x theo thời gian ứng với v = 70 (km/h) 53

Hình 4.12 Biến thiên của lực F theo thời gian ứng với v = 70 (km/h) 53

Hình 4.13 Mô hình ¼ xe ô tô chuyển động với vận tốc v trên đường mấp mô 54

Hình 4.14 Mô hình mô phỏng Matlab/Simulink 55

Hình 4.15 Đáp ứng dao động theo thời gian cho ba hệ thống treo 56

Hình 4.16 Gia tốc tuyệt đối theo thời gian cho ba hệ thống treo 56

Hình 4.17 Biên độ dao động theo tần số 57

Hình 4.18 Gia tốc tuyệt đối theo tần số 57

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 3.1 Bảng tọa độ các điểm trên mô hình động học 35

Bảng 3.2 Bảng thông số thực nghiệm mô hình động học 36

Bảng 3.3 Thông số làm việc của thiết bị đo độ cứng lò xo 40

Bảng 3.4 Thống kê số liệu trung bình của lò xo 42

Bảng 3.5 Bảng các thông số của đòn treo dưới 44

Bảng 3.6 Bảng các thông số của trụ quay 45

Bảng 3.7 Bảng các thông số của đòn treo trên 46

Bảng 4.1 Các thông số của ba hệ thống treo khác nhau 55

Trang 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan

1.1.1 Đặt vấn đề

Nghiên cứu thiết kế hệ thống treo có vai trò rất quan trọng trong quá trình thiết

kế ôtô Nhiều tài liệu và công trình nghiên cứu về hệ thống treo đã được công bố đặc biệt là trong thời gian gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của việc ứng dụng công nghệ thông tin hỗ trợ tích cực trong tính toán, mô phỏng Tuy nhiên, việc nghiên cứu thiết kế, mô phỏng và phân tích hệ thống treo vẫn còn tồn đọng rất nhiều vấn đề cần phải giải quyết, điều này đòi hỏi sự tổng hợp nhiều lĩnh vực chuyên môn lại với nhau như: động học, động lực học, cơ học kết cấu, dao động, nhân trắc học, thống kê…

Nội dung các công trình, tài liệu nghiên cứu, giáo trình, bài giảng về lĩnh vực kết cấu cũng như tính toán mô phỏng đối với hệ thống treo trên ôtô ở nước ta còn rất nhiều hạn chế Chủ yếu là nghiên cứu về cấu tạo và chưa đi sâu vào nhiều vấn

đề tính toán chuyên sâu, đặc biệt là các mô hình toán được xây dựng phức tạp

Việc nghiên cứu ứng dụng máy tính nói chung hay Matlab/Simulink nói riêng

trong quá trình tính toán mô phỏng hệ thống treo là thực sự cần thiết góp phần giải quyết nhanh chóng và hiệu quả quá trình thiết kế Với tính cấp thiết này tác giả chọn

đề tài: “ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO HAI ĐÒN NGANG (DOUBLE A

ARM) BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG”

1.1 2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Hệ thống treo trước của xe Toyota Corona là dạng hệ thống treo hai đòn

ngang Đề tài tập trung triển khai ứng dụng Matlab/Simulink để giải các mô hình toán học về động học, động lực học của hệ thống treo Các thông số cần thiết sử dụng trong quá trình tính toán mô phỏng được xác định bằng thực nghiệm trên hệ thống treo dạng hai đòn ngang (double A-arm) đang được sử dụng cho xe du lịch Các mô hình số được xây dựng và kết quả tính toán mô phỏng có thể sử dụng cho

Trang 2

quá trình thiết kế hệ thống treo cùng loại cũng như làm cơ sở đánh giá hiệu quả của quá trình thiết kế

1.1.3 Mục tiêu nghiên cứu

 Phân tích các thông số cơ sở (k,c,m) của hệ thống treo hai đòn ngang;

 Xây dựng mô hình toán học để tính toán;

+ Dao động (tần số, biên độ) của hệ thống treo hai đòn ngang;

+ Động học và động lực học các cơ cấu trong hệ thống treo

 Tính toán, mô phỏng hệ thống treo;

 Phân tích, đánh giá kết quả

1.1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đề tài nghiên cứu sự ảnh hưởng, thay đổi của các thông số động học, động lực học hệ thống treo trước của xe Toyota Corona trong khi xe hoạt động trên các loại đường không bằng phẳng Tối ưu các thông số tính toán để đề xuất phương án thiết

kế tối ưu

1.1.5 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu của đề tài là lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

 Nghiên cứu lý thuyết kết cấu của hệ thống treo hai đòn ngang và đánh giá các thông số động học, động lực học trên phần mềm Matlab, Inventor, Acad

 Về thực tế: Đo đạc các thông số của hệ thống treo trên xe Toyota corona, từ đó

so sánh kết quả tính toán giữa lý thuyết và thực nghiệm

Trang 3

1.2 Tổng quan nội dung

1.2.1 Công dụng của hệ thống treo

Các bộ phận của hệ thống treo dùng để nối khung hay thân xe với các cầu (bánh xe) ô tô và từng bộ phận thực hiện các nhiệm vụ sau đây:

- Bộ phận đàn hồi làm giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên

khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển và truyền lực, mômen từ đường lên khung xe

- Bộ phận dẫn hướng để truyền lực dọc, ngang và mômen từ đường lên khung xe

Động học của bộ phận dẫn hướng xác định tính chất dịch chuyển tương đối của bánh xe đối với khung

- Bộ phận giảm chấn để dập tắt các dao động của phần được treo và không được

treo của ô tô

1.2.2 Yêu cầu của hệ thống treo

- Độ võng tĩnh ft (độ võng sinh ra do tác dụng của tải trọng tĩnh) phải nằm trong giới hạn đủ đảm bảo được các tần số dao động riêng của vỏ xe và độ võng động fđ(độ võng sinh ra khi ô tô chuyển động) phải đủ để đảm bảo vận tốc chuyển động của ô tô trên đường xấu nằm trong giới hạn cho phép Ở giới hạn này không có sự

va đập lên bộ phận hạn chế

- Động học của các bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn hướng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng (nghĩa là khoảng cách hai vết bánh trước

và các góc đặt trụ đứng và bánh dẫn hướng không thay đổi)

- Dập tắt nhanh các dao động của vỏ và các bánh xe

- Giảm tải trọng động khi ô tô qua những đường gồ ghề

Trang 4

1.2.3 Phân tích kết cấu hệ thống treo dạng hai đòn ngang

Hình 1.1 Hệ thống treo dạng hai đòn ngang

1 Đòn trên; 2 Ụ cao su hạn chế hành trình dao động;

3 Đòn dưới; 4 Dầm cầu dẫn hướng;

Trên hình 1.1 là kết cấu hệ thống treo độc lập thường được sử dụng trên xe du lịch Ở hệ thống treo này bộ phận dẫn hướng gồm đòn trên 1 và đòn dưới 3, chúng kết nối với đòn đứng và dầm cầu dẫn hướng 4 bằng các khớp quay Trong trường hợp này lò xo là bộ phận đàn hồi còn giảm chấn ống được gắn vào bên trong lò xo nên kết cấu rất gọn Do các đòn có hình chữ A, nên lực tác dụng lên khớp quay khi

có lực ngang và mômen của bản thân lực ngang sẽ giảm

Hình 1.2 Hệ thống treo dạng hai đòn ngang trên xe Toyota corona

1.2.4 Các thông số kỹ thuật của hệ thống treo hai đòn ngang

1.2.4.1 Bộ phận đàn hồi

Nhờ đường đặc tính đàn hồi ta đánh giá được cơ cấu đàn hồi của hệ thống treo

Trang 5

Đường đặc tính đàn hồi biểu thị quan hệ giữa lực Z thẳng đứng tác dụng lên bánh

xe và độ biến dạng của hệ thống treo f đo ngay trên trục bánh xe

Hình 1.3 Các dạng đường đặc tính của hệ thống treo

Trên hình 1.3 trình bày hai loại đường đặc tính của hệ thống treo: đường thẳng 1 ứng với hệ thống treo có độ cứng không đổi còn đường cong 2 ứng với loại hệ thống treo có độ cứng thay đổi Trục hoành biểu diễn độ võng f, trục tung biểu diễn lực Z thẳng đứng tác dụng lên bánh xe Muốn có độ võng ft của một điểm bất kỳ trên đường cong (ví dụ ở điểm D) ta vẽ đường tiếp tuyến tại điễm đó (điểm D) và hạ đường thẳng góc với trục hoành

Hoành độ AB là độ võng tĩnh ft của hệ thống treo có độ cứng thay đổi (đường cong 2) và hoành độ OB sẽ là độ võng tĩnh của hệ thống treo có độ cứng không đổi (đường thẳng 1)

Tần số dao động riêng ở các biên độ bé được xác định bằng độ võng hiệu dụng (hay độ võng tĩnh) ứng với tải trọng tĩnh Zt = G Tuy cùng một độ võng tổng quát

OC nhưng hệ thống treo có độ cứng thay đổi có độ võng hiệu dụng AB lớn hơn độ võng hiệu dụng của hệ thống treo có độ cứng không thay đổi (đoạn OB)

Thể tích động năng gọi tắt là thể động nghĩa là thế năng lớn nhất của hệ thống treo khi ô tô qua chỗ lồi lõm được biểu thị bằng diện tích có gạch EKD ứng với hệ thống treo có độ cứng thay đổi và biểu thị bằng diện tích HKD ứng với hệ thống treo có độ cứng không đổi Với những độ võng hạn chế thể động cần thiết của hệ

Trang 6

thống treo có đường đặc tính phi tuyến có thể thể hiện bằng hệ số động

mà ta sẽ khảo sát sau đây

Hình 1.4 Đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo

Trên hình 1.4 là dạng đường đặc tính đàn hồi của hệ thống treo khi chất tải và khi giảm tải Trên trục hoành ta có điểm O là điểm tựa của bộ phận hạn chế dưới, điểm

C là điểm tựa của bộ phận hạn chế trên, nên ta gọi BO là giá trị của độ võng động dưới fđd, BC là giá trị của độ võng động trên fđt Ngoài ra ta còn có điểm L là điểm tựa của vấu cao su phía dưới, điểm M là điểm tựa của vấu cao su phía trên và tương ứng với hai điểm L, M ta có độ võng f1, f2 Khi chất tải và giảm tải các thông số của

bộ phận đàn hồi là độ võng tĩnh ft, độ võng động trên fđt và độ võng động dưới fđdứng với hành trình động đến giới hạn của bộ phận hạn chế phía trên và bộ phận hạn chế phía dưới, độ cứng Ct của hệ thống treo, hệ số động Kđ và lực ma sát 2F Đường cong chất tải và giảm tải không trùng nhau do ma sát trong hệ thống treo Người ta qui ước lấy đường đặc tính đàn hồi của nhíp là đường trung bình (đường nét đứt) (nghĩa là có tính đến lực ma sát 2F)

Khi tính độ êm dịu chuyển động (các dao động) tần số dao động riêng cần thiết n phải đo độ võng tĩnh hiệu dụng ft quyết định Quan hệ giữa ft và n theo công thức tần số dao động riêng của hệ thống treo và thể hiện trên giản đồ (hình 1.4) Như vậy có thể xác định độ võng tĩnh theo tần số dao động riêng n của hệ thống treo

Độ võng tĩnh ft về giá trị khác với độ võng động fđd

Hình 1.5 Quan hệ của tần số dao động riêng của phần được treo h

với độ võng hiệu dụng f

Khi Kđ bé thì sẽ có sự va đập liên tục lên bộ phận hạn chế, làm cho địn treo bị

“gõ” Khi Kđ quá lớn, trong trường hợp dao động với biên độ lớn và giới hạn giá trị

fđ, hệ thống treo sẽ rất cứng Thực tế chứng tỏ rằng chọn Kđ thích hợp thì khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng, tải trọng động truyền qua hệ thống treo

sẽ gâyva đập rất ít lên bộ phận hạn chế Khi tính hệ thống treo có thể chọn Kđ= 1,7÷1,8 Ở CHLB Nga với các ô tô có khả năng thông qua thấp chọn Kđ = 2÷3 và ở ôtô có khả năng thông qua cao chọn Kđ = 3÷4

Độ võng động fđ của hệ thống treo (gồm cả độ biến dạng của các vú cao su) phụ thuộc vào đường đặc tính của hệ thống treo và vào độ võng tĩnh ft

 Trong ô tô du lịch fđ= (0,5÷0,6).ft

Độ võng động fđ quan hệ chặt chẽ với hệ số động Kđ Độ võng động fđ càng lớn thì độ êm dịu chuyển động tăng và dễ phối hợp với hệ số động Kđ lớn, đảm bảo sự tiếp xúc của lốp với mặt đường tốt Tuy nhiên lúc ấy độ dịch chuyển tương đối của thùng xe với lốp lại lớn làm cho tính ổn định kém, và yêu cầu đối với bộ phận hướng của hệ thống treo có chất lượng cao hơn, làm phức tạp thêm dẫn động lái các bánh trước, và tăng giới hạn khoảng sáng gầm xe trong hệ thống treo độc lập

Đường càng mấp mô và vận tốc càng lớn thì hành trình động của hệ thống treo càng phải lớn Đối với ô tô có khả năng thông qua thấp thì độ cứng của hệ thống treo thay đổi ít fđt = 70÷140 (mm) Đối với ô tô có khả năng thông qua cao fđt=

120÷160 (mm)

+ Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung xe khi bánh xe lăn trên nền đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ các bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện nghi cho người sử dụng;

+ Đảm bảo dao động của phần không treo là nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếp xúc của bánh xe với mặt đường;

+ Nâng cao các tính chất truyền động của xe như khả năng tăng tốc, khả năng an toàn khi chuyển động;

+ Để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động giảm chấn sẽ biến đổi cơ năng thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu;

+ Trên ô tô hiện nay chủ yếu sử dụng là giảm chấn ống thủy lực có tác dụng hai chiều ở cấu trúc hai lớp

Ống giảm chấn

sẽ bị ép ngược lại nhưng lúc này van đóng nên piston sẽ di chuyển chậm, làm hạn chế sự bung ra của lò xo

1.2.4.3 Bộ phận dẫn hướng

 Công dụng

Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo có công dụng: xác định tích chất chuyển động (động học) của bánh xe đối với mặt tựa và vỏ xe, đồng thời góp phần vào việc truyền lực và mômen giữa bánh xe và vỏ (lốp)

Trong hệ thống treo độc lập hai bánh xe trái và phải không có quan hệ trực tiếp với nhau Vì vậy trong khi dịch chuyển bánh xe này trong mặt phẳng ngang, bánh

xe kia vẫn đứng nguyên Do đó động học của bánh xe dẫn hướng giữ đúng hơn Nhưng không phải ở tất cả các loại hệ thống treo độc lập động học của bánh xe dẫn hướng đều đúng

 Yêu cầu

+ Giữ nguyên động học của các bánh xe khi ô tô chuyển động Điều này có nghĩa

là khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng các góc đặt bánh xe, các chiều rộng, chiều dài cơ sở phải giữ nguyên Dịch chuyển bánh xe theo chiều ngang Ybx (thay đổi chiều rộng cơ sở) sẽ làm lốp mòn nhanh và tăng sức cản chuyển động ô tô trên các

Trang 11

loại đất mềm Dịch chuyển bánh xe theo chiều dọc Xbx tuy có giá trị thứ yếu nhưng cũng gây nên sự thay đổi động học của truyền động lái Thay đổi góc nghiêng ngang của bánh xe dẫn hướng là điều nên tránh nhất vì nó kèm theo hiện tượng mômen do hiệu ứng con quay làm cho lốp bị “vẫy” (lắc qua lắc lại nhanh) Ngoài ra khi bánh xe lăn với góc nghiêng lớn sẽ làm mòn lốp, sinh ra phản lực ngang Y lớn

và làm ô tô khó bám với đường

+ Đối với các bánh dẫn hướng nên tránh sự thay đổi góc nghiêng, vì thay đổi là làm trụ đứng nghiêng về phía sau nên độ ổn định của ô tô sẽ kém đi Khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng cũng làm thay đổi độ chụm A-B (thay đổi góc) Góc thay đổi sẽ làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của ô tô làm cho ô tô không “bám” đúng đường

+ Đảm bảo truyền các lực X, Y và các mômen My, Mz từ bánh xe lên khung mà không gây nên biến dạng rõ rệt, hay không làm dịchchuyển các chi tiết của hệ thống treo

+ Giữ được đúng động học của truyền động lái Động học của truyền động lái được giữ đúng nếu sự dịch chuyển thẳng đứng và sự quay quanh trụ đứng của bánh

xe không phụ thuộc vào nhau

+ Độ nghiêng của thùng xe trong mặt phẳng ngang phải bé Bộ phận hướng có ảnh hưởng đến khoảng cách giữa các phần tử đàn hồi (gọi tắt là khoảng cách nhíp) Do

bộ phận hướng ta có khoảng cách này lớn hay bé Bộ phận hướng còn ảnh hưởng đến vị trí tâm của độ nghiêng bên

+ Bộ phận hướng phải đảm bảo bố trí hệ thống treo trên ôtô thuận tiện và không ngăn cản việc dịch chuyển động cơ về phía trước Như thế có thể sử dụng khoảng không gian trong khung xe Bộ phận hướng có thể tăng độ êm dịu chuyển động nếu

bố trí lại các phần được treo một cách hợp lí thì làm tăng mômen quán tính đối với trục ngang đi qua trọng tâm phần được treo Loại bộ phận hướng cũng ảnh hưởng đến sự dịch chuyển trục các đăng chính đối với sàn ô tô và chiều rộng của sàn giữa các vành chắn bùn

Trang 12

+ Bộ phận hướng phải có kết cấu đơn giản và dễ sử dụng Điều này phụ thuộc nhiều ở số khớp, số điểm phải bôi trơn của hệ thống treo và số cácđăng (đối với bánh chủ động)

+ Trọng lượng bộ phận hướng và đặc biệt là phần không được treo phải nhỏ

Sơ đồ cơ cấu hướng của hệ thống treo độc lập có hai đòn ngang có chiều dài bằng nhau (cơ cấu hướng hình bình hành), có hai đòn ngang có chiều dài khác nhau (cơ cấu hướng hình thang) được trình bày trên hình 1.8 a,b

Hình 1.8 Sơ đồ động học hệ thống treo hai đòn ngang của bánh xe với cơ cấu

hướng hai đòn hình bình hành

Khi sử dụng loại cơ cấu hướng hình bình hành, lúc ta nâng hay hạ bánh xe một đoạn h thì mặt phẳng quay của bánh xe sẽ chuyển dịch nhưng luôn song song với nhau (do tính chất của hình bình hành) Do đó khắc phục hoàn toàn sự phát sinh mômen hiệu ứng con quay và triệt tiêu được sự rung của bánh xe đối với trục đứng của hệ thống lái Trường hợp này có thể hoàn toàn khắc phục được sự thayđổi độ nghiêng mặt phẳng quay của bánh xe, nhưng sự thay đổi ∆B tương đối lớn Do đó lốp chống mòn và độ ổn định ngang của bánh xe sẽ kém đi

Theo các kết cấu hiện có hệ thống treo độc lập có cơ cấu hướng hình thang, khi nâng, hạ bánh xe một đoạn h góc quay của bánh xe sẽ giới hạn trong khoảng 5 - 60 (hình 1.8b)

Trang 13

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG

2.1 Tâm quay tức thời

Trong một mặt phẳng của một vật rắn, tại một thời điểm nhất định cho trước, các giá trị vận tốc tại nhiều điểm khác nhau trên vật đó có thể được thể hiện như là một chuyển động quay xung quanh một trục vuông góc với mặt phẳng Trục này cắt mặt phẳng tại một điểm gọi là tâm quay tức thời của vật thể đó

Nếu hướng của hai vận tốc đối với hai vật thể khác nhau A và B đã biết, thì tâm quay tức thời I là giao điểm của hai đường thẳng của vec tơ vận tốc và như thể hiện trên hình 2.1a

Hình 2.1 Tâm quay tức thời của I cho một khối cứng khi di chuyển

Nếu các vec tơ vận tốc và vuông góc với đường thẳng AB và nếu độ lớn của chúng đã biết thì tâm quay tức thời I là giao điểm của đường thẳng AB với đường thẳng nối liền hai đầu của vec tơ vận tốc được thể hiện ở hình 2.1b

2.2 Tâm quay và trục quay

2.2.1 Trục quay của hệ thống treo hai đòn ngang

Trục quay là một đường thẳng tức thời tạo bởi sự quay của thân xe ô tô

Trục quay được xác định bằng cách nối tâm quay của hệ thống treo trước và sau của ô tô Giả sử rằng ta cắt ngang một xe ô tô để tách biệt một nửa trước và sau của

xe Tâm xoay của hệ thống treo trước và hệ thống treo sau là tâm tức thời của sự quay thân xe so với mặt đường (hình 2.2)

Trang 14

Hình 2.2 Hệ thống treo trước dạng hai đòn ngang điển hình

Để xác định tâm quay tức thời của thân xe với mặt đường chúng ta phân tích động lực học, động học hai chiều của hệ thống cơ cấu như hình 2.3 (cơ cấu động học cho phần hệ thống treo trước dạng hai đòn ngang)

Hình 2.3 Cơ cấu động học cho phần hệ thống treo trước dạng hai đòn ngang

Tâm của vết bánh xe là tâm quay tức thời của bánh xe với mặt đường vì thế các bánh xe được liên kết bằng khớp xoay so với mặt đường tạo tâm các vết bánh xe của chúng

Hình 2.4 Tâm quay là giao điểm của hai đường và

Khung

Bánh xe Bánh xe

Khung xe

Trang 15

Tâm quay tức thời là tâm quay của thân xe so với mặt đường để xác định

chúng ta áp dụng lý thuyết Kennedy và xác định điểm giao nhau của đường

và như ở hình 2.4

Điểm và là tâm quay tức thời của bánh xe so với thân xe Tâm quay tức thời của một bánh xe so với thân xe gọi là tâm quay hệ thống treo Vì thế để xác định tâm quay của phần nửa trước hoặc nửa sau của xe phải xác định tâm quay của các hệ thống treo, và xác định giao nhau của các đường nối tâm quay của các hệ thống treo với tâm quay tương ứng của vết bánh xe

Lý thuyết Kennedy: Tâm quay tức thời của mỗi ba vật di chuyển thì nằm trên đường thẳng

2.2.2 Tâm quay tức thời của hệ thống treo hai đòn ngang

Tâm quay tức thời của hệ thống treo độc lập hệ thống treo hai đòn ngang có thể nằm ở bên trong hoặc bên ngoài Mô hình động học của hệ thống treo hai đòn ngang đối với bánh xe trước nằm bên tay trái của xe được thể hiện ở hình 2.5

Hình 2.5 Mô hình động học hệ thống treo bánh xe trước bên trái

(a) Tâm quay nằm bên trong (b) Tâm quay nằm bên ngoài

Tâm quay hệ thống treo hình 2.5a là dạng nằm trong và hình 2.5b là dạng nằm ngoài Đối với hệ thống treo có tâm quay nằm bên trong thì tâm quay sẽ hướng vào trong thân xe, trong khi đó tâm quay nằm bên ngoài thì tâm quay sẽ hướng ra ngoài thân xe Tâm quay của một hệ thống treo có thể thuộc, nằm trên hoặc nằm dưới mặt đường như hình 2.6 cho một hệ thống treo có tâm quay nằm ở phía ngoài

Trang 16

Hình 2.6 Tâm quay của hệ thống treo so với bề mặt đường

(a) Thuộc ; (b) Trên; (c) Dưới

Khi tâm quay của hệ thống treo thuộc mặt phẳng đường, nằm trên hoặc dưới mặt phẳng đường, tâm quay của ô tô sẽ thuộc mặt phẳng đường, nằm dưới mặt phẳng đường và nằm trên mặt phẳng đường một cách tương ứng

2.3 Góc đặt bánh xe

Có 4 thông số chính định hướng bánh xe, ảnh hưởng đến động lực học, chuyển động của xe bao gồm: độ chụm – doãng, góc nghiêng ngang của bánh xe so với mặt phẳng đứng (góc camber), góc nghiêng dọc của trục đứng (góc caster) và góc xoay cầu xe (trust angle)

2.3.1 Độ chụm – doãng

Khi cặp bánh xe được thiết kế sao cho các cạnh trước của nó hướng vào nhau thì cặp bánh xe đó được gọi là chụm Các cạnh trước của nó hướng xa nhau thì cặp bánh xe đó được gọi là doãng Độ chụm - doãng của bánh xe trước được thể hiện ở hình 2.7

Trang 17

Hình 2.7 Độ chụm - doãng của bánh xe trước

Độ lớn của góc chụm - doãng có thể được xác định biểu diển bằng độ so với độ không song song của bánh xe Tuy nhiên, nó thông thường được biểu diển bằng sự sai khác giữa bề rộng vết bánh xe được đo ở các cạch phía trước và phía sau của lốp

Trang 18

+ Độ chụm và ổn định dẫn hướng

Khi mômen được truyền đến các bánh xe, các bánh xe sẽ chuyển động về phía trước và cố gắng tạo ra một góc chụm Hơn nữa, khi các bánh xe tiếp xúc với mặt đường, các bánh xe bị động hoặc các bánh xe phanh sẽ có xu hướng doãng ra

Độ chụm giữ vai trò rất quan trọng trong ổn định dẫn hướng Khi bánh xe dẫn hướng ở vị trí trung gian, độ chụm là nguyên nhân làm cho các bánh xe có khuynh hướng di chuyển dọc theo hướng mà giao điểm giữa chúng ở phía trước của xe Tuy nhiên các bánh xe ở trạng thái cân bằng và không có lệch vị trị thời gian di chuyển được thiết kế làm tăng tính ổn định dẫn hướng là nguyên nhân làm cho dao động nhỏ của xe của hệ thống lái xảy ra và giữ cho xe di chuyển theo phương thẳng

Sự dao động trong hệ thống lái sinh ra do sự nhấp nhô của đường

Khi xe được thiết kế có độ doãng các bánh xe trước, được lắp đặt để giảm rung động gây ra tại cặp bánh xe khi bánh xe quay trong quá trình xe quay vòng Vì vậy độ doãng có vai trò hỗ trợ ban đầu khi xe quay vòng, trong khi độ chụm thì làm giảm tính năng hỗ trợ quay vòng Độ doãng làm cho xe quay vòng nhanh hơn Vì vậy nó được ứng dụng trong thiết kế các loại ô tô đòi hỏi đáp ứng quay vòng nhanh Việc thiết kế độ chụm - doãng cho một loại xe riêng biệt nào đó trở thành một yếu

tố cần phải cân nhắc giữa một bên là mức độ ổn định truyền động thẳng (độ chụm)

và kỹ năng đáp ứng quay vòng nhanh (độ doãng) Độ doãng là một đặc tính không được ứng dụng trong thiết kế các loại xe thông thường, tuy nhiên đối với các loại xe tốc độ cao thì việc chấp nhận độ mất ổn định chuyển động thẳng ở tốc độ thấp, thay vào đó tính năng quay vòng sẽ được đáp ứng nhanh Đối với các loại xe thông thường sẽ được thiết kế với độ chụm, đối với loại xe tốc độ cao thiết kế với độ doãng

+ Độ chụm - doãng ở cầu trước và cầu sau xe

- Độ chụm ở cầu trước: khả năng đáp ứng quay vòng thấp, độ ổn định chuyển động thẳng cao, tăng sự mài mòn lốp các cạnh phía ngoài của lốp xe

- Độ chụm - doãng bằng không ở cầu trước: đáp ứng quay vòng trung bình, mất mát công suất nhỏ nhất, độ mòn lốp xe nhỏ nhất

- Độ chụm cầu sau ổn định chuyển động thẳng, tính năng quay vòng tốt

Trang 19

2.3.2 Góc nghiêng dọc của trục lái (góc caster)

Hình 2.8 Thể hiện góc nghiêng dọc của trục lái âm, dương

của bánh xe trước của xe

Góc nghiêng dọc của trục lái là góc nghiêng về phía trước, sau so với phương thẳng đứng theo mặt phẳng ngang của xe

Theo quy ước góc nghiêng trục lái có giá trị âm hoặc dương phụ thuộc vào chiều của trục y được xác định theo quy tắc bàn tay phải trong hệ tọa độ Đề-các Oxyz Góc nghiêng trục lái âm có vai trò làm cho bánh xe dẫn hướng tự trở về vị trí trung gian khi quay vòng một cách nhanh chóng, hầu hết các xe ô tô được thiết kế góc caster âm 4-6 độ Góc nghiêng trục lái âm có xu hướng định hướng cho bánh xe theo phương thẳng khi xe chuyển động hướng về phía trước và vì thế được sử dụng

để là tăng độ ổn định chuyển động thẳng

Góc nghiêng trục lái âm có vai trò làm tăng ổn định chuyển động thẳng nhưng nó cũng là nguyên nhân tăng lực cản lái

+ Đặc tính kỹ thuật của góc nghiêng trục lái ở cầu trước

- Góc nghiêng trục lái bằng không (=0): quay vòng nhẹ nhàng ổn định chuyển động thẳng thấp;

- Góc nghiêng trục lái nhỏ hơn không (<0): tăng lực cản khi quay vòng, tăng tính năng ổn định chuyển động thẳng, tăng cảm giác lái, tăng diện tích vết tiếp xúc bánh

xe với mặt đường khi quay vòng

Trục trụ quay đứng Trục trụ quay đứng

Góc có giá trị âm Góc có giá trị dương

Trang 20

2.3.3 Góc nghiêng ngang của bánh xe (góc camber)

Góc nghiêng ngang của bánh xe là góc tạo bởi phương thẳng đứng với mặt đường so với mặt phẳng của bánh xe trong mặt phẳng ngang của xe

Hình 2.9 Thể hiện góc nghiêng ngang âm, dương của bánh xe trước của xe

Góc nghiêng ngang của bánh xe âm khi bánh xe nghiêng vào trong thân xe và dương khi nghiêng ra ngoài thân xe Lực quay vòng mà lốp xe có thể tạo ra phụ thuộc rất nhiều vào góc của lốp xe so với mặt đường, vì vậy góc nghiêng ngang của bánh xe có vai trò rất quan trọng ảnh hưởng đến khả năng bám đường của xe Một lốp xe được thiết kế có lực ngang lớn nhất khi góc nghiêng ngang của bánh xe nhỏ nhất Điều này là do sự cộng tác dụng của góc lệch cầu xe làm tăng lực ngang tạo bởi độ biến dạng đàn hồi khi bề mặt cao su của lốp xe tiếp xúc với mặt đường

Để tối ưu hóa đặc tính của lốp xe trong quá trình quay vòng, hệ thống treo phải được thiết kế với một góc nghiêng ngang của bánh xe nhỏ theo phương ngang Khi thân xe lắc ngang trong quá trình quay vòng, hệ thống treo sẽ bị biến dạng theo phương thẳng đứng Bánh xe được kết nối với khung gầm xe thông qua hệ thống treo, trong đó hệ thống treo phải cho phép sự biến dạng của bánh xe Vì thế, bánh xe

có thể chịu sự thay đổi góc nghiêng ngang của bánh xe rất lớn khi hệ thống treo di chuyển lên xuống Vì thế, khi bánh xe chuyển động xung quanh vị trí cân bằng tĩnh của nó càng nhiều, càng khó để duy trì góc nghiêng ngang của bánh xe lý tưởng Do

đó, để thiết kế xe được êm dịu thì phải cho phép các bánh xe có khả năng chuyển động trong phạm vi rộng và độ cứng xoắn phải mềm trở thành một thách thức khó khăn trong quá trình thiết kế, trong khi đó khi bánh xe dịch chuyển trong phạm vi hẹp và độ cứng xoắn cao được thiết kế trong xe chuyển động vận tốc cao

Trang 21

2.3.4 Góc lệch cầu (Trust angle)

Góc lệch cầu là góc tạo bởi đường tâm của xe và đường vuông góc với cầu sau của xe

Hình 2.10 Thể hiện góc lệch cầu

Khi góc lệch cầu bằng không (=0) điều này có nghĩa là đường tâm cầu sau song song với đường tâm cầu trước của xe và chiều dài cơ sở hai bên của xe là bằng nhau Nguyên nhân tạo ra góc lệch cầu có thể là độ chụm hoặc độ doãng ở hai bên của cầu xe

2.4 Tính toán động học

Các hệ thống treo độc lập dạng hai đòn ngang là dạng hệ thống treo được dùng phổ biến nhất hiện nay, bánh xe sẽ được kết nối với cơ cấu bốn khâu tại một điểm như thể hiện trên hình 2.11

Hình 2.11 Một cơ cấu bốn khâu MN AB và một điểm liên kết tại C

Góc lệch cầu

Trang 22

Trong phạm vi hoạt động của hệ thống treo dạng hai đòn ngang được thể hiện bằng sơ đồ nguyên lý dưới dạng cơ cấu bốn khâu như hình 2.11 thì điểm C sẽ chuyển động xung quanh một quỹ đạo nào đó Quỹ đạo chuyển động của điểm C sẽ được xác định như sau: vị trí của điểm C như trên hình 2.11 so với hệ trục tọa độ Đề-các được xác định bởi , Chiều dài của các khâu được ký hiệu như sau:

C

x a  e 

2

sin sin ( 2.5 )

C

y a  e trong đó: là góc được tính theo công thức (2.3)

Góc được tính theo định luật cosin trong tam giác BAN

2 2 2cos ( 2.6 )

2

b f c bf

  trong đó f = AN Áp dụng định luật cosin trong tam giác AMN ta có:

Trang 23

Điểm M và N ở hình 2.12, là hai điểm cố định trên thân xe và điểm A và B là hai điểm di chuyển được kết nối với bánh xe trên khâu trung gian Điểm C là tâm của bánh xe Khi bánh xe di chuyển lên xuống, sự chuyển động của tâm bánh xe trên khâu trung gian sẽ tạo thành một đường cong như trên hình 2.12

Hình 2.12 Cơ cấu hệ thống treo hai đòn ngang và động học

cơ cấu bốn thanh tương đương

Quỹ đạo chuyển động của tâm bánh xe hợp lý di chuyển theo phương thẳng đứng Tuy nhiên, tâm bánh xe chuyển động theo quỹ đạo có độ cong lớn, điều này tạo ra 1 góc nghiêng ngang của bánh xe không mong muốn

Mô hình động học chuyển động của hệ thống treo trong giới hạn chuyển động nhỏ được thể hiện ở hình 2.13

Hình 2.13 Mô hình động học chuyển động trong phạm vi nhỏ

Trang 24

2.5 Tính toán động lực học

Để tính toán các thông số động lực học hệ thống treo ôtô ta sử dụng mô hình đơn giản bao gồm hệ thống lò xo – khối lượng – giảm chấn Mô hình động lực học đơn giản mô tả hệ thống treo dạng hai đòn ngang được thể hiện ở hình 2.14

Hình 2.14 Mô hình động lực học hệ thống treo dạng hai đòn ngang

Với k và c lần lượt là độ cứng lò xo và hệ số giảm chấn của hệ thống treo Giá trị tương đương của độ cứng lò xo k e và hệ số giảm chấn c e trong mô hình được xác định theo mối quan hệ tương quan hình học như thể hiện trên hình 2.15

Hình 2.15 Mô hình hệ lò xo nghiêng và độ cứng lò xo tương đương

Các thông số khoảng cách 2 đỉnh mấp mô d 1 và sai lệch độ mấp mô giữa vị trí

cao nhất và thấp nhất của mặt đường d 2 được thể hiện trên hình 2.15 Giả sử lốp xe

Trang 25

có độ cứng lớn và bán kính rất bé so với mấp mô của mặt đường, chúng ta có thể

xem y là độ thay đổi mấp mô của mặt đường

Hình 2.16 Mô hình ôtô chuyển động trên mặt đường

mấp mô ngẫu nhiên với vận tốc v

Để đơn giản hóa sự mấp mô ngẫu nhiên của mặt đường, ta giả sử sự mấp mô thay

đổi tuần hoàn theo thời gian, như vậy ta có thể sử dụng hàm toán học tuần hoàn sin

để mô tả [2.16], được xác định như sau:

Trong đó: T: chu kỳ (s); : tần số góc (rad/s); Y: biên độ hàm tuần hoàn mô tả

mấp mô mặt đường hay hàm kích động (m)

Phương trình động lực học mô tả trạng thái hệ thống treo được xác định bằng mô

hình cân bằng của các lực tác dụng lên phần khối lượng được treo m (hình 2.14)

như sau:

mx c xy k xy ( 2.13 ) Giới hạn thay đổi tần số góc  của hàm kích động y thể hiện sự mấp mô của mặt

đường, phương trình 2.12 được xác định theo sự thay đổi của vận tốc chuyển động

của ôtô v Tương ứng với từng giá trị  trong vùng giới hạn thay đổi của nó ta có

thể tính toán được biên độ dao động X của ôtô theo phương trình sau:

Trang 26

Trong đó: Tỉ số giảm chấn của hệ:

2

e e

Hình 2.17 Mô hình cấu trúc chương trình mô tả động lực học hệ thống treo

Hình 2.18 Mô hình Matlab/Simulink

Mô hình Matlab/Simulink cho phép xác định giá chuyển vị của phần khối lượng

được treo m (hình 2.14.) theo thời gian cho từng giá trị tần số của hàm kích động y,

được thể hiện ở hình 2.18

Thông số

Chuyển vị Vận tốc

Scope Road profile

(Sine Wave)

1 s Integrator1

1 s Integrator

F.mat Force_to file

x.mat Displacement_to file

du/dt

Derivative

Hình 2.18 mô tả sơ đồ thiết kế các thông số của hệ thống treo tối ưu Trục hoành

là bình phương nhỏ nhất của chuyển vị tương đối = RMS( ), trục tung là bình phương nhỏ nhất của gia tốc tuyệt đối, = RMS( ) Hai tập hợp các đường cong tạo thành lưới trên hình Tập hợp đường cong thứ nhất là tập hợp các đường cong song song bên phần cuối tay phải, trong đó tần số dao động tự nhiên là hằng số, và tập hợp đường cong thứ 2 với điểm xuất phát từ =1, trong đó tỉ lệ giảm chấn =1 Một đường cong được gọi là đường cong thiết kế tối ưu nó có vai trò xác định các thông số tối ưu của hệ thống treo

Trang 28

Hình 2.19 Sơ đồ thiết kế các thông số của hệ thống treo tối ưu

Hầu hết các thiết bị lắp đặt trên xe ô tô có tần số dao động tự nhiên trong khoảng = 10 (Hz), trong khi đó các tần số dao động tự nhiên chính của xe là 1 (Hz)

Vì vậy chúng ta sử dụng hình 2.19 để thiết kế hệ thống treo trên xe ô tô Đường cong thiết kế tối ưu được xác định dựa trên phương pháp tối ưu như sau:

tương ứng với (2.19) Điều này có nghĩa là gia tốc tuyệt đối nhỏ nhất tương ứng với biên độ dao động tương đối, nếu điều này được xác định hệ thống treo được tối ưu xác định

Mô hình toán học tương đương

0 ( 2.20 )

X Z

S S





2

2X 0 ( 2.21 )

X

S S







Để xác định độ cứng k của bộ phận đàn hồi và hệ số giảm chấn c của bộ phận

giảm chấn tối ưu, chúng ta bắt đầu từ một giá trị giả định trên trục hoành, từ đó

vẽ 1 đường thẳng vuông góc với trục hoành cắt đường cong thiết kế tối ưu tại một điểm Giao điểm này giúp xác định được tần số dao động tự nhiên tối ưu và tương ứng để đạt được sự khử dao động tốt nhất

Đường cong thiết kế tối ưu