Ứng dụng phần mềm simulink-Matlab 7.0 đểkhảo sát dao động của động cơ

c treo sau trái: Hình 2.6. Sơ đồ lực tác dụng của khối lượng không được treo sau trái. Theo phương chuyển vị T2 FFCL2T KL2T g2Tm FFC2T K2T 2T Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  41  ----- Các lực tác dụng: - Lực quán tính: TTTqt mF 222 . (2.11) - Trọng lực: gmF TTtl .22  (2.12) - Lực từ đường truyền lên cầu xe thông qua lốp: + Lực đàn hồi của bánh xe trái: ).( 2222 TTTLTCL qCF   + Lực giảm chấn của bánh xe trái: )( 2222 TTTLTKL qKF     - Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo: Gọi TZ2 là điểm bên trái trên cầu trứơc nối với thân xe thông qua hệ thống treo phía trước bên trái. + Lực đàn hồi của treo trước bên trái: ).( 2222 TTTTC ZCF  + Lực giảm chấn của treo trước bên trái: )( 2222 TTTTK ZKF   Toạ độ TZ1 có quan hệ với Z, qua phương trình quan hệ sau:  2 2 S T B bZZ  (2.13) Thay quan hệ trên vào các phương trình ta có lực từ thân xe truyền qua hệ thống treo trước bên trái: ) 2 ( 222 T S TTC B bZCF   ) 2 ( 222 T S TTK B bZKF    (2.14) Phương trình cân bằng lực theo phương T2 của khối lượng không được treo sau trái:     0222222  TKLTCLTKTCTT FFFFm  (2.15) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  42  ----- Phương trình dao động của “1/4” cầu sau phải: Hình 2.7. Sơ đồ lực tác dụng của khối lượng không được treo sau phải. Các lực tác dụng: - Lực quán tính: PPPqt mF 222 . (2.16) - Trọng lực: gmF PPtl .22  (2.17) - Lực từ đường truyền lên cầu xe thông qua lốp: + Lực đàn hồi của bánh xe phải: ).( 2222 PPPLPCL qCF   + Lực giảm chấn của bánh xe phải: )( 2222 PPPLPKL qKF     - Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo: Gọi PZ1 là điểm bên phải trên cầu trứơc nối với thân xe thông qua hệ thống treo phía trước phải. - Lực đàn hồi của treo trước bên phải: ).( 2222 PPPPC ZCF  - Lực giảm chấn của treo trước bên phải: )( 2222 PPPPK ZKF   Toạ độ PZ1 có quan hệ với Z, qua phương trình quan hệ sau:  2 2 S P B bZZ  (2.18) KL2PCL2PF F K2PF FC2P 2P g2Pm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  43  ----- Thay quan hệ trên vào các phương trình ta có lực từ thân xe truyền qua hệ thống treo trước bên phải: ) 2 ( 222 P S PPC B bZCF   ) 2 ( 222 P S PPK B bZKF    (2.19) Phương trình cân bằng lực theo phương P2 của khối lượng không được treo sau phải:     0222222  PKLPCLPKPCPP FFFFm  (2.20) 2.2.3. Khối lƣợng đƣợc treo (thân xe): F dcK 2 F dcC 2 F dcK 1 F dcC 1 F dcK 3 F dcC 3 dcK 4 F dcC 4 F C 2T FK 1TF C 1T FK 1TF C 2PFK 2P F C 1P Y X Z T  F K 1P F qt1 qt2M qtF M Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe. a. Phương trình cân bằng theo phương Z: Các lực tác dụng: -Trọng lực: MgFtl 3 (2.21) - Lực quán tính: ZMFqt 3 (2.22) - Lực truyền từ hệ thống treo trước trái: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  44  ----- ) 2 ( 111 T T TTC B aZCF   ) 2 ( 111 T T TTK B aZKF    (2.23) - Lực truyền từ hệ thống treo trước phải: ) 2 ( 111 P T PPC B aZCF   ) 2 ( 111 P T PPK B aZKF    (2.24) - Lực truyền từ hệ thống treo sau trái: ) 2 ( 222 T S TTC B bZCF   ) 2 ( 222 T S TTK B bZKF    (2.25) - Lực truyền từ hệ thống treo sau phải: ) 2 ( 222 P S PPC B bZCF   ) 2 ( 222 P S PPK B bZKF    (2.26) - Lực vị trí bắt bu lông thứ nhất: ).. 22 ( 1111111  yxZBLZCF dcdcdcdcC  ).. 22 ( 1111111   yxZBLZKF dcdcdcdcK  (2.27) - Lực vị trí bắt bu lông thứ hai: ).. 22 ( 2211122  yxZBLZCF dcdcdcdcC  ).. 22 ( 2211122   yxZBLZKF dcdcdcdcK  (2.28) - Lực vị trí bắt bu lông thứ ba: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  45  ----- ).. 22 ( 3311133  yxZBLZCF dcdcdcdcC  ).. 22 ( 3311133   yxZBLZKF dcdcdcdcK  (2.29) - Lực vị trí bắt bu lông thứ tư: ).. 22 ( 4411144  yxZBLZCF dcdcdcdcC  ).. 22 ( 4411144   yxZBLZKF dcdcdcdcK  (2.30) Phương trình cân bằng lực của thân xe theo phương Z: ZM  -         PKPCTKTCPKPCTKTC FFFFFFFF 22221111 0][][][][ 44332211  dcKdcCdcKdcCdcKdcCdcKdcC FFFFFFFF (2.31) b. Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng  Các momen tác dụng với qui ước dấu có chiều dương cùng chiều với chiều quay của  - Momen quán tính: .1 Yqt jM  (2.32) - Momen truyền từ hệ thống treo trước trái: ) 2 ( 111 T T TTC B aZaCM   ) 2 ( 111 T T TTK B aZaKM    (2.33) - Momen truyền từ hệ thống treo trước phải: ) 2 ( 111 P T PPC B aZaCM   ) 2 ( 111 P T PPK B aZaKM    (2.34) - Momen truyền từ hệ thống treo sau trái: ) 2 ( 222 T S TTC B bZbCM   Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  46  ----- ) 2 ( 222 T S TTK B bZbKM    (2.35) - Momen truyền từ hệ thống treo sau phải: ) 2 ( 222 P S PPC B bZbCM   ) 2 ( 222 P S PPK B bZbKM    (2.36) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất: ).. 22 (. 11111111  yxZBLZCxM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 11111111   yxZBLZKxM dcdcdcdcK  (2.37) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai: ).. 22 (. 22111222  yxZBLZCxM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 22111222   yxZBLZKxM dcdcdcdcK  (2.38) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba: ).. 22 (. 33111333  yxZBLZCxM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 33111333   yxZBLZKxM dcdcdcdcK  (2.39) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ tư: ).. 22 (. 44111444  yxZBLZCxM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 44111444   yxZBLZKxM dcdcdcdcK  (2.40) Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng  Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  47  -----  yJ        PKPCTKTCPKPCTKTC FFbFFbFFaFFa 22221111  + 0][][].[].[ 444333222111  dcKdcCdcKdcCdcKdcCdcKdcC FFxFFxFFxFFx (3.41) c. Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng  Các momen tác dụng với quy ước dấu có chiều dương cùng chiều với chiều quay của - Momen quán tính: .2 xqt jM  (2.42) - Momen truyền từ hệ thống treo trước trái: ) 2 ( 2 111 T T T T TC B aZC B M   ) 2 ( 2 111 T T T T TK B aZK B M    (2.43) - Momen truyền từ hệ thống treo trước phải: ) 2 ( 2 111 P T P T PC B aZC B M   ) 2 ( 2 111 P T P T PK B aZK B M    (2.44) - Momen truyền từ hệ thống treo sau trái: ) 2 ( 2 222 T S T S TC B bZC B M   ) 2 ( 2 222 T S T S TK B bZK B M    (2.45) -Momen truyền từ hệ thống treo sau phải: ) 2 ( 2 222 P S P S PC B bZC B M   ) 2 ( 2 222 P S P S PK B bZK B M    (2.46) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất: ).. 22 (. 11111111  yxZBLZCyM dcdcdcdcC  Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  48  ----- ).. 22 (. 11111111   yxZBLZKyM dcdcdcdcK  (2.47) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai: ).. 22 (. 22111222  yxZBLZCyM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 22111222   yxZBLZKyM dcdcdcdcK  (2.48) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba: ).. 22 (. 33111333  yxZBLZCyM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 33111333   yxZBLZKyM dcdcdcdcK  (2.49) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ tư: ).. 22 (. 44111444  yxZBLZCyM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 44111444   yxZBLZKyM dcdcdcdcK  (2.50) Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng 2 T X B J           PKPCSTKTCSPKPCTTKTC FF B FF B FF B FF 22221111 222 0][][].[].[ 444333222111  dcKdcCdcKdcCdcKdcCdcKdcC FFyFFyFFyFFy (2.51) 2.2.4. Khối lƣợng của động cơ: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  49  ----- FdcK 2 FdcC 2 FdcK 1 FdcC 1 FdcK 3 FdcC 3 dcK 4F dcC 4F 1YX1 T 1   1 1 Z 1 qt3M M qt4 qtdcF Hình 2.9. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lượng được treo(của động cơ). a. Phương trình cân bằng theo phương Z1: Các lực tác dụng: -Trọng lực: gMF dcdc  (2.52) - Lực quán tính: ZMF dcqtdc  (2.53) - Lực vị trí bắt bu lông thứ nhất: ).. 22 ( 1111111  yxZBLZCF dcdcdcdcC  ).. 22 ( 1111111   yxZBLZKF dcdcdcdcK  (2.54) - Lực vị trí bắt bu lông thứ hai: ).. 22 ( 2211122  yxZBLZCF dcdcdcdcC  ).. 22 ( 2211122   yxZBLZKF dcdcdcdcK  (2.55) -Lực vị trí bắt bu lông thứ ba: ).. 22 ( 3311133  yxZBLZCF dcdcdcdcC  Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  50  ----- ).. 22 ( 3311133   yxZBLZKF dcdcdcdcK  (2.56) - Lực vị trí bắt bu lông thứ tư: ).. 22 ( 4411144  yxZBLZCF dcdcdcdcC  ).. 22 ( 4411144   yxZBLZKF dcdcdcdcK  (2.57) Phương trình cân bằng lực của thân xe theo phương Z: 1ZM dc  - 0][][][][ 44332211  dcKdcCdcKdcCdcKdcCdcKdcC FFFFFFFF (2.58) b. Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng  Các momen tác dụng với qui ước dấu có chiều dương cùng chiều với chiều quay của  - Momen quán tính: 14 .dcyqt jM  (2.59) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất: ).. 22 (. 11111111  yxZBLZCxM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 11111111   yxZBLZKxM dcdcdcdcK  (2.60) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai: ).. 22 (. 22111222  yxZBLZCxM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 22111222   yxZBLZKxM dcdcdcdcK  (2.61) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba: ).. 22 (. 33111333  yxZBLZCxM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 33111333   yxZBLZKxM dcdcdcdcK  (2.62) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  51  ----- - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ tư: ).. 22 (. 44111444  yxZBLZCxM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 44111444   yxZBLZKxM dcdcdcdcK  (2.63) Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng   1dcyJ 0][][].[].[ 444333222111  dcKdcCdcKdcCdcKdcCdcKdcC FFxFFxFFxFFx (2.64) c. Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng  Các momen tác dụng với quy ước dấu có chiều dương cùng chiều với chiều quay của  - Momen quán tính: 13 .dcxqt jM  (2.65) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất: ).. 22 (. 11111111  yxZBLZCyM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 11111111   yxZBLZKyM dcdcdcdcK  (2.66) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai: ).. 22 (. 22111222  yxZBLZCyM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 22111222   yxZBLZKyM dcdcdcdcK  (2.67) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba: ).. 22 (. 33111333  yxZBLZCyM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 33111333   yxZBLZKyM dcdcdcdcK  (2.68) - Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ tư: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  52  ----- ).. 22 (. 44111444  yxZBLZCyM dcdcdcdcC  ).. 22 (. 44111444   yxZBLZKyM dcdcdcdcK  (2.69) Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng  1dcXJ 0][][].[].[ 444333222111  dcKdcCdcKdcCdcKdcCdcKdcC FFyFFyFFyFFy (2.70) Trên đây đã thiết lập được hệ phương trình vi phân toán học gồm 10 phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ. Đây chính là hệ phương trình vi phân cơ sở để áp dụng mô phỏng bằng phần mềm Matlab-Simukink sẽ được trình bày ở phần sau. 2.3. Các yếu tố phi tuyến có thể có trong mô hình dao động. 2.3.1. Các đặc tính phi tuyến. Phần 2.2 ở trên đã trình bày mô phỏng tổng thể của ô tô hai cầu dạng không gian trên cơ sở mô hình toán học, mô tả qua hệ phương trình vi phân. Trong hệ thống dao động của ô tô nói chung có rất nhiều yếu tố phi tuyến vật lý như: đặc tính cản của giảm chấn, ma sát trong hệ thống treo, hiện tượng va đập, hiện tượng tách bánh cũng như các yếu tố phi tuyến hình học. Phần này sẽ trình bày một số yếu tố phi tuyến thường gặp trong quá trình nghiên cứu dao động của ô tô. 2.3.2. Phi tuyến do đặc tính động học của phần tử đàn hồi. - Đối với xe du lịch và xe tải cỡ nhỏ có sử dụng hệ thống treo độc lập thì các phần tử đàn hồi là lò xo trụ hoặc thanh xoắn cũng có các đặc tính phi tuyến riêng của nó. - Đối với xe buýt thì phần tử đàn hồi dạng balon khí hoặc phần tử đàn hồi thuỷ lực có đặc tính là hàm phi tuyến bậc cao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  53  ----- - Đối với xe tải thì phần tử đàn hồi thường là nhíp lá, để cải thiện tính thích ứng của nhíp khi tải thay đổi, ở hệ treo sau người ta thường lắp thêm nhíp phụ hoặc ụ hạn chế nên đặc tính động học của phần tử đàn hồi có dạng phi tuyến (đường đặc tính bị gãy ở đường chuyển tiếp). 2.3.3. Phi tuyến do đăc tính động học của cơ cấu dẫn hƣớng: Phần cơ cấu dẫn hướng của hệ thống treo thường là đòn (đối với xe con và xe du lịch). Nếu ta xem xét trường hợp tổng quát thì theo Uspenskii độ cứng được xác định bằng biểu thức sau: 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ....                    k lx lx lx k lx lx k lx lx lx k lx lx k lx lx lx k lx lxtd dsd dM ds M ds x dx Q ds fd Q ds f df P ds fd PC  Trong đó: kS : là dịch chuyển thẳng đứng của khối lượng không được treo.(quy đổi về tâm bánh xe). lxlx fP , : tương ứng là lực tác dụng lên lò xo và biến dạng theo phương thẳng đứng của lò xo. lxlx XQ , : lực ngang tác động lên lò xo và dịch chuyển theo phương ngang của lò xo. lxlx YM , : tương ứng là momen uốn tác động lên lò xo và góc xoay. Trong trường hợp lò xo chỉ bị ngàm một đầu (trường hợp b) sẽ không có thành phần momen uốn, còn khi lò xo được liên kết bằng khớp (trường hợp c) trong công thức chỉ còn thành phần chứa lực lxP . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  54  ----- Hình 2.10. Hệ treo 2 đòn ngang. Như vậy trong mọi trường hợp độ cứng qui đổi của lò xo sẽ không phải là một hằng số mà là một hàm phụ thuộc vào dịch chuyển của khối lượng không được treo. 2.3.4. Đặc tính phi tuyến của giảm chấn thuỷ lực. Trong các hệ thống treo của ô tô thì thành phần cản chủ yếu là giảm chấn thuỷ lực, trước kia do không có phương tiện mô phỏng nên coi đặc tính cản của giảm chấn là tuyến tính. Tuy nhiên trong giảm chấn thuỷ lực 2 chiều, hành trình làm việc của giảm chấn được chia ra làm bốn pha với hệ số cản khác nhau: nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ. Ta cũng có quan hệ của lực giảm chấn và vận tốc của piston giảm chấn là quan hệ hàm bậc hai. Do đó đặc tính cản của giảm chấn thuỷ lực chính là đặc tính phi tuyến với hàm bậc hai. kVF .2 v: là vận tốc của dao động. k: hệ số cản của giảm chấn. 2.3.5. Mô phỏng ma sát khô. Dao động của ô tô được dập tắt bởi các dạng ma sát khác nhau trong hệ thống treo. Thường thì trong hệ thống treo ma sát xuất hiện ở các phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi hoặc trong các khớp của đòn treo, dẫn động lái và lốp xe. Bên cạnh lực cản của giảm chấn thuỷ lực thì trong một vài trường hợp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  55  ----- đặc biệt chúng ta không thể bỏ qua giá trị cản do ma sát khô trong các khớp nối phần tử đàn hồi với khung vỏ xe xuất hiện trong quá trình dao động. Trong phần lớn các dạng cơ học thì ma sát được mô hình hoá dưới dạng ma sát khô. Cũng trong cơ học thì ma sát được đặc trưng bằng lực ngược chiều chuyển động và có độ lớn bằng tích số của lực pháp tuyến và hệ số ma sát. Đối với hệ động lực ma sát khô thường được coi là bằng hằng số có phương ngược chiều chuyển động. Cũng giống như ma sát nhớt thì nó là hàm của vận tốc,song khác với ma sát nhớt hàm đặc tính của ma sát khô nằm ngang. Trong giới hạn luận văn thạc sỹ tác giả chỉ nghiên cứu nghiên cứu yếu tố phi tuyến của lốp và hệ số cản của hệ thống treo: - Lực cản giảm chấn hệ thống treo vào vận tốc dao động được mô tả bằng phương trình:             30VKhiVK 30V0KhiVK 0V30KhiVK 30VKhiVK F 2 nm 2 nn 2 tn 2 tm .. .. .. .. (2.71) Từ các phương trình cân bằng lực, mô men tác (2.5), (2.10), (2.15), (2.20), (2.31), (2.41), (2.51), (2.58), (2.64), (2.70) và phường trình phi tuyến (2.71) ta có hệ phương trình mô tả dao động của động cơ đốt trong gồm 10 phương trình với 10 hệ tọa độ suy rộng. 2.4. Nghiên cứu mấp mô mặt đƣờng 2.4.1. Các phƣơng pháp định hàm kích động mặt đƣờng Trong các bài toán khảo sát dao động của ôtô, khảo sát dao động ghế ngồi, tính toán tải trọng động tác động lên các cụm của hệ thống truyền lực ôtô, các hệ thống khác của ôtô… thì hàm kích mặt đường có thể được mô tả bằng 3 phương pháp chính dưới đây: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  56  ----- - Mô tả mấp mô mặt đường bằng các hàm điều hoà: thường mô tả mấp mô biên dạng của đường bằng các hàm điều hoà là các hàm số sin hoặc cosin. Phương pháp này đã được nhiều tác giả áp dụng trong các bài toán như: đánh giá chất lượng êm dịu chuyển động ôtô, nghiên cứu các thông số kết cấu của ôtô, kết cấu của hệ thống treo, kết cấu của lốp xe… ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động của ôtô. Tuy nhiên phương pháp này chưa mô tả chính xác biên dạng mấp mô mặt đường thực tế do vậy kết quả của các bài toán chưa đạt độ chính xác cao. - Mô tả mấp mô mặt đường bằng các hàm nội suy: phương pháp này dùng các hàm nội suy tuyến tính, nội suy bậc, nội suy đa thức Lagrange hoặc Splain bậc 2, bậc 3. Đối với phương này các tác giả thường sử dụng nội suy đa thức Splain bậc 3 do nó cho phép làm trơn biên dạng thay thế ở các mốc nội suy và sai lệch giữa biên dạng thay thế và biên dạng thực là nhỏ nhất. Tuy nhiên phương pháp phức tạp, nhưng chưa mô tả chính xác biên dạng thực tế do vậy hiện nay ít dùng trong các bài toán dao động ôtô. - Mô tả mấp mô mặt đường bằng các hàm ngẫu nhiên: trong thực tế các mấp mô mặt đường không tuân theo quy luật nào cả mà chúng hoàn toàn là các đại lượng ngẫu nhiên. Để xác định được các hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt đường hiện này người ta sử dụng các thiết bị đo mấp mô mặt đường như: thiết bị trắc địa, thiết bị đo mấp mô mặt đường theo phương pháp tham chiếu tương đối của hãng General Motor, thiết bị đo mấp mô mặt đường bằng bánh xe số 5, thiết bị đo ARRB LASER PROFILER…Các thiết bị có thể tiến hành đo trực tiếp hoặc gián tiếp mấp mô mặt đường. Phương pháp đo trực tiếp tiến hành đo và ghi toạ độ chiều cao mấp mô mặt đường theo chiều dài đường còn phương pháp đo gián tiếp ghi các thông số dưới dạng mật độ phổ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  57  ----- Phương pháp mô tả mấp mô mặt đường bằng hàm ngẫu nhiên mô tả biên dạng đường sát với thực tế. Trong luận án này chúng tôi chọn hàm kích động mặt đường là hàm ngẫu nhiên 2.4.2. Cơ sở lý thuyết hàm ngẫu nhiên a, Các đại lượng đặc trưng cho hàm ngẫu nhiên Hàm ngẫu nhiên q(t) là một hàm mà giá trị của nó thời điểm ti hoặc quãng đường si là một một đại lượng ngẫu nhiên. Có thể biểu diễn hàm ngẫu nhiên tổng quát dưới đây: q(k,s)      ...2,1k s (2.73) Trong đó: k – chỉ số phép thử thứ. Hàm ngẫu nhiên có thể đặc trưng bởi các đại lượng như: tung độ trung bình của các mấp mô hoặc kỳ vọng toán học, độ lệch quân phương hoặc phương sai của tung độ, các hàm tương quan, hàm mật độ phổ. * Kỳ vọng toán học: là đặc trưng quan trọng nhất về vị trí biến ngẫu nhiên và được xác định bằng công thức dưới đây: i K i iPqEq    1 (2.74) Trong đó: Eq- kỳ vọng toán học hoặc giá trị tung độ trung bình của các mấp mô mặt đường. K- số lượng các giá trị đo đạc. qi- giá trị độ cao mấp mô tại điểm đo thứ i. Pi- xác suất xuất hiện độ cao mấp mô thứ i. Trong trường hợp này coi xác suất xuất hiện các mấp mô là như nhau do vậy: P1=P2=….=PK=1/K khi đó công thức (3-106) có thể viết lại như sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  58  -----    K i iq K Eq 1 1 (2.75) * Phương sai: là vọng số của bình phương độ lệch. Phương sai đặc trưng cho độ tản mát của biến ngẫu nhiên xung quanh vọng số. Phương sai càng bé thì giá trị của biến ngẫu nhiên càng quy tụ gần vọng số, phương sai được xác định theo công thức dưới đây:     K i i Eqq K DY 1 21 (2.76) Trong đó: DY- phương sai các mấp mô. Khai căn bậc phương sai được gọi là độ lệch quân phương của biến ngẫu nhiên. * Hàm phân bố (hàm phân bố xác suất): của một biến ngẫu nhiên là một hàm được định nghĩa như sau: Fk(q1, q2,…,qk; t1, t2,…,tk)=P{Q1q1,…,  Qkqk} (2.77) b, Quá trình ngẫu nhiên dừng Trong thực tế thường xuất hiện các quá trình mà theo thời gian gần như không đổi và có các dạng sóng ngẫu nhiên. Các đặc tính của sóng đó theo thời gian cơ bản là đồng nhất. Quá trình như vậy được gọi là quá trình dừng. Từ định nghĩa giá trị trung bình, phương sai và những tính chất của quá trình dừng có thể nhận thấy: giá trị trung bình và phương sai không phụ thuộc vào thời gian. Có nghĩa là: Eq=const. DY=const. Hàm tương quan là một hàm chỉ duy nhất một biến =t2- t1. R(t1,t2)=R() (2.78) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  59  ----- Quá trình thảo mãn hai tính chất trên được gọi là quá trình ngẫu nhiên dừng. c, Hàm ngẫu nhiên Ergodic Ergodic là một tính chất của quá trình ngẫu nhiên dừng. Tính chất đó biểu hiện như một sự ổn định của từng vọng số đạt được trong nhiều lần thử và vọng số theo thời gian của phép thử nghiệm trong quá trình đó. Tính chất này giúp cho ta có khả năng dự đoán các đặc tính thông kê từ một thử nghiệm đầy đủ. Có thể hiểu tính chất Ergodic theo khái niệm lấy trung bình theo tập hợp các thể hiện và lấy trung bình theo thời gian của một thể hiện. Ta có Eq giá trị trung bình của nhiều thể hiện hoặc trung bình theo tập hợp. )( 1 ][ 1 tq K qEE K i iq    (2.79) Giá trị trung bình theo thời gian của một thể hiện q(t) của quá trình được định nghĩa như sau:   T q dttq T E 0 )( 1 (2.80) Nếu Eq=  qE thì quá trình được gọi là Ergodic. Kết luận: trong thực tế ta chỉ cần xác định các giá trị trung bình theo thời gian, không cần thiết phải xác định các giá trị trung bình trong nhiều lần thử. Chính vì lý do này ta nhận thấy đặc tính dừng là điều kiện cần thiết của Ergodic. 2.4.3. Chọn hàm kích động ngẫu nhiên mặt đƣờng Như phần phần trên đã trình bày mấp mô mặt đường không tuân theo một quy luật nào cả, nó là hàm ngẫu nhiên. Hiện này có rất nhiều tác giả trong nước và thế giới nghiên cứu về vấn đề này. Trong phạm vi của luận án thạc sỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  60  ----- chúng tôi không nghiên cứu phần mặt đường mà chỉ sử dụng kết quả nghiên cứu của một đề tài cấp bộ B2003-35-42 của tác giả Đào Mạnh Hùng. Trong đề tài này tác giả sử dụng thiết bị ARRB LASER PROFILER. Thiết bị ARRB là thiết bị đo mấp mô mặt đường với tốc độ cao mà không phải định chuẩn do đó không mặc số và rất thuận tiện cho người sử dụng. Số liệu đo đạc được lưu trữ trong các phần mền hiện đại, ngoài ra thiết bị này còn đo được liên tục, đồng thời đo được độ nhám vĩ mô của mặt đường tại các vết bánh xe. Thiết bị này đang có tại Viện khoa học công nghệ GTVT và nó là thiết bị đo mấp mô hiện đại nhất hiện nay ở nước ta. Quy trình đo mấp mô của thiết bị ARRB: - Lắp thiết bị. - Cài đặt phần mềm hệ thống. - Định chuẩn hệ thống. - Định chuẩn cảm biến khoảng cách. - Định chuẩn cảm biến laser. - Định chuẩn cảm biến gia tốc. - Điều chỉnh vị trí cảm biến laser - Kiểm tra và điều chỉnh phần cứng thu nhận số liệu. - Kiểm tra trạng thái tĩnh và xung (Still and Bounce Test). - Kiểm tra đo thử độ sâu (Rut Measurement Check). - Tiến hành đo đạc trên đường. - Xem và in dữ liệu. Phần mềm sử dụng cho hệ thống: RoadRup “The University of Michgan Tranportation” số liệu nhận được: - Phần nguồn: ghi lại các giá trị cao độ so với độ cao tiêu chuẩn với cự ly 200 mm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  61  ----- - Tuỳ theo mục đích sử dụng có thể nhận được các giá trị IRI hoặc mật độ phổ biên độ tần số biên dạng mặt đường. Cấu trúc của thiết bị ARRB LASER PROFILER: Gia tốc kết Có bù dịch chuyển theo phƣơng thẳng đứng. Cảm biến laser Đo khoảng cách đến bề mặt đƣờng. Thiết bị chuyển đổi Đo tốc độ và khoảng cách dịch chuyển của ôtô. Phần cứng xử lý - Chuyển đổi và đọc dữ liệu. - Giao diện với cảm biến. - Điều khiển nguồn laser. - Kiểm soát hoạt động của cảm biến. - Ghi nhận và điều khiển dữ liệu. - Nguồn điện Máy tính - Phần mềm hệ thống. - Cài đặt hệ thống. - Dữ liệu nguồn. - Xử lý dữ liệu. - Hiển thị kết quả. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  62  ----- * Một số kết quả đo [11] trên các đoạn khác sử dụng trong luận án: Chiều dài đường (m) C h iề u c ao m ấp m ô ( cm ) Hình 2.11. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A (đoạn 1) Chiều dài đường (m) C h iề u c ao m ấp m ô ( m ) Hình 2.12. Kết quả đo mấp mô đã qua xử lý (đoạn 1). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  63  ----- Chiều dài đường (m) C h iề u c ao m ấp m ô ( cm ) Hình 2.13. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A (đoạn 2) Chiều dài đường (m) C h iề u c ao m ấp m ô (c m ) Hình 2.14. Kết quả đo mấp mô đã qua xử lý (đoạn 2). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  63  ----- Chương 3 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SIMULINK-MATLAB 7.0 ĐỂ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ 3.1. Sơ đồ mô phỏng dao động của động cơ 3.1.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể Dựa vào hệ phương trình vi phân mô tả dao động của động cơ đốt trong đã được trình bày ở chương 2. Dưới đây là sơ đồ mô phỏng tổng quát dao động động cơ đốt trong: Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động động cơ. Động cơ Thân xe Đường Cầu xe Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  64  ----- 3.1.2. Sơ đồ các khối chức năng a. Khối kích động mặt đường: Khối này mô tả hàm kích động của mặt đường lấy tín hiệu đầu vào là bộ số liệu đo trên đoạn đường quốc lộ 1A và đầu ra hàm kích động các bánh xe trên các cầu: b, Khối các lực của lốp xe phía trước: Khối này lấy tín hiệu vào là các toạ độ PTPT qq 1111 ,,, (dao động của cầu trước và kích động của mặt đường) sau đó các tín hiệu này sẽ được đưa đến các khối chức năng tương ứng với lốp trước bên trái và bên phải. Tín hiệu ra là lực sinh ra do phản ứng của các lốp trước. Hình 3.2. Sơ đồ mô tả khối kích động mặt đường. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  65  ----- Hình 3.3. Sơ đồ mô tả khối các lực lốp xe trước trái và phải. c, Khối các lực của lốp xe phía sau. Khối này lấy tín hiệu vào là các toạ độ PTPT qq 2222 ,,, (dao động của cầu sau và kích động của mặt đường lên bánh sau) sau đó các tín hiệu này sẽ được đưa đến các khối chức năng tương ứng với lốp sau bên trái và bên phải.Tín hiệu ra là lực sinh ra do phản ứng của các lốp sau. Hình 3.4. Sơ đồ mô tả khối các lực lốp xe sau trái và phải. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  66  ----- d, Khối mô tả các chuyển vị của khối lượng không được treo Khối này lấy các tín hiệu vào là các lực các lực của hệ thống treo và các lực của lốp xe cầu trước và sau, tín hiệu ra là các chuyển vị của khối lượng không được treo: Hình 3.5. Mô tả các chuyển vị của khối lượng không được treo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  67  ----- e, Khối mô tả các lực hệ thống treo trước: Khối này lấy tín hiệu vào là các chuyển vị của các khối lượng không được treo trước và vỏ xe, tín hiệu ra là các lực hệ thống treo trước: Hình 3.6. Sơ đồ các lực tác dụng của hệ thống treo phía trước Hình 3.7. Sơ đồ mô tả đặc tính phi tuyến của hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo phía trước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  68  ----- f, Khối mô tả các lực hệ thống treo sau: Khối này lấy tín hiệu vào là các chuyển vị của các khối lượng không được treo sau và vỏ xe, tín hiệu ra là các lực hệ thống treo sau: Hình 3.8. Sơ đồ các lực tác dụng của hệ thống treo phía sau Hình 3.9. Sơ đồ mô tả đặc tính phi tuyến của hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo phía sau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  69  ----- i, Khối mô tả vỏ xe: Khối này lấy tín hiệu vào là các lực của hệ thống treo và các lực hệ thống treo của động cơ, tín hiệu ra là các chuyển vị của thân xe: Hình 3.10. Sơ đồ khối mô tả khối vỏ xe Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  70  ----- k, Khối các lực của hệ thống treo động cơ: Khối này lấy tín hiệu vào là các chuyển vị của vỏ xe và động cơ, tín hiệu ra là các lực của hệ thống treo động cơ: Hình 3.11. Sơ đồ khối các lực hệ thống treo của động cơ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  71  ----- l, Khối mô tả động cơ: Khối này lấy tín hiệu vào từ các lực tác dụng lên động, tín hiệu ra là các chuyển vị của động cơ: Hình 3.12. Sơ đồ khối mô tả các chuyển vị của động cơ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  72  ----- 3.2. Thông số mô phỏng Trên cơ sở mô phỏng dao động động của cơ xe ô tô du lịch hai cầu đã được trình bày ở phần trên. Tác giả tiến hành mô phỏng với xe cụ thể, do điều kiện thời gian có hạn chúng tác giả chọn bộ thông số kĩ thuật của xe minibus 8 chỗ ngồi MEFA5-LAVI-304N sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe minibus 8 chỗ ngồi MEFA5- LAVI-304: TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị 1 Khối lượng không được treo cầu trước trước trái m1T kg 40 2 Khối lượng không được treo cầu trước trước phải m1P kg 40 3 Khối lượng không được treo cầu sau trái m2T kg 50 4 Khối lượng không được treo cầu sau phải m2T kg 50 5 Khối lượng được treo của xe (không tính khối lượng của động cơ) khi đầy tải M kg 1205 6 Khối lượng động cơ Mdc kg 350 7 Mô men quán tính khối lượng được treo đối với trục quay Y Jx Nms 2 2567,6 8 Mô men quán tính khối lượng được treo đối với trục quay X Jy Nms 2 2125,6 9 Mô men quán tính khối lượng động cơ Jdcx Nms 2 144,5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  73  ----- đối với trục quay Y1 10 Mô men quán tính khối lượng động cơ với trục quay X1 Jdcy Nms 2 1018,1 11 Chiều rộng của động cơ tính vị trí bắt 2 bu lông Bdc m 1,08 12 Chiều dài của động cơ tính vị trí bắt 2 bu lông Ldc m 0,78 13 Chiều dài cơ sở L m 2,35 14 Vết bánh xe trước Bt m 1,28 15 Vết bánh xe sau Bs m 1,29 16 Khoảng cách trọng tâm a a m 1,292 17 Khoảng cách trọng tâm b b m 1058 18 Độ cứng nhíp trước C1 N/m 21931x2 19 Độ cứng nhíp sau C2 N/m 26446x2 20 Hệ số cản giảm chấn treo trước K1 Nm/s 865x2 21 Hệ số cản giảm chấn treo sau K2 Nm/s 1050x2 22 Độ cứng lốp trước CL1 N/m 142000x2 23 Độ cứng lốp sau CL2 N/m 260000x2 24 Hệ số cản giảm chấn lốp trước KL1 Nm/s 1211x2 25 Hệ số cản giảm chấn lốp sau KL1 Nm/s 1524x2 26 Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén nhẹ hệ thống treo phía trước Knn1 Nm/s 432 27 Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén mạnh hệ thống treo phía trước Knm1 Nm/s 302 28 Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả nhẹ hệ thống treo phía trước Ktn1 Nm/s 1297 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  74  ----- 29 Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả mạnh hệ thống treo phía trước Ktm1 Nm/s 908 30 Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén nhẹ hệ thống treo phía trước Knn2 Nm/s 525 31 Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén mạnh hệ thống treo phía trước Knm2 Nm/s 210 32 Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả nhẹ hệ thống treo phía sau Ktn2 Nm/s 1575 33 Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả mạnh hệ thống treo phía sau Ktm2 Nm/s 630 34 Trọng lượng đặt lên cầu trước khi đầy tải G1 KG 700 35 Trọng lượng đặt lên cầu trước khi đầy tải G1 KG 855 - Thông số mặt đường đã được chọn phần trên. 3.3. Một số kết quả đánh giá Với các số liệu mô phỏng đã được trình bày ở phần trên tác giả tiến hành mô phỏng và đưa ra một số kết quả dưới đây: 3.3.1. Lực của hệ thống treo tác dụng lên vỏ xe: a, Trường hợp 1: Các vị trí lắp động cơ vị trí vỏ xe được đặc trưng bởi các đệm đàn hồi trong trường hợp này đệm đàn hồi vừa có đàn hồi vừa có tác dụng dập tắt dao động, độ cứng và hệ số cản của giảm chấn ở các vị trí lần lượt: Cdc1=7130 N/m; Cdc2=7300N/m; Cdc3=7300N/m; Cdc4=7130N/m; Kdc1=713Nm/s; Kdc2=730Nm/s; Kdc3=730Nm/s; Kdc4=713Nm/s: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  75  ----- b, Trường hợp 2: Trường hợp này coi các vị trí lắp ráp động cơ với vỏ xe đệm đàn hồi trong trường hợp này chỉ có tác dụng đàn hồi không các tác dụng dập tắt dao động, các độ cứng bộ phận đàn hồi ở vị trí lắp ráp Cdc1=7130 N/m; Cdc2=7300; Cdc3=7300N/m; Cdc4=7130N/m; Trường hợp này hệ số cản ở các vị trí lắp ráp coi như Kdc1=0Nm/s; Kdc2=0Nm/s; Kdc3=0Nm/s; Kdc4=0Nm/s: L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 1 (N ) L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 2 ( N ) Thời gian t(s) Thời gian t(s) Thời gian t(s) Thời gian t(s) L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 3 (N ) L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 4 (N ) Hình 3.13. Lực tác dụng lên vỏ xe ở các vị trí bắt bu lông động cơ ở trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  76  ----- * Nhận xét: Dựa vào kết quả hình 3 và hình 3 ta thấy ở trường hệ Kdc=0 thời gian dập tắt dao động trễ hơn. Trường hợp này không có lợi cho độ êm chuyển động của ô tô. c, Trường hợp 3: Trường hợp này coi các vị trí lắp ráp động cơ với vỏ xe có độ cứng tăng gấp 5 lần so với trường hợp 2, các độ cứng bộ phận đàn hồi ở vị trí lắp ráp Cdc1=7130 x5N/m; Cdc2=7300x5; Cdc3=7300x5N/m; Cdc4=7130x5N/m; Thời gian t(s) Thời gian t(s) L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 1 (N ) L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 2 (N ) Thời gian t(s) Thời gian t(s) L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 3 (N ) L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 4 (N ) Hình 3.14.Lực tác dụng lên vỏ xe ở các vị trí bắt bu lông động cơ ở trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi chỉ đặc trưng Cdc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  77  ----- Trường hợp này hệ số cản ở các vị trí lắp ráp coi như Kdc1=0Nm/s; Kdc2=0Nm/s; Kdc3=0Nm/s; Kdc4=0Nm/s: * Nhận xét: Trường hợp tăng độ cứng ở các vị trí lắp ráp động cơ vào vỏ xe lên 5 lần chúng ta có thể coi động cơ được găn cứng vỏ xe. Lực tác dụng lên vỏ xe lớn và không co khả năng dập tắt dao động. Trường hợp này ảnh hưởng xấu đến độ êm dịu chuyển động của ô tô. L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 1 (N ) L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 2 (N ) Thời gian t(s) Thời gian t(s) L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 3 (N ) L ự c tá c d ụ n g l ên v ỏ x e ở v ị tr í B L 4 (N ) Thời gian t(s) Thời gian t(s) Hình 3.15. Lực tác dụng lên vỏ xe ở các vị trí bắt bu lông động cơ ở trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi chỉ đặc trưng Cdc tăng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  78  ----- 3.3.2. Các chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng của thân xe a, Trường hợp 1: Các vị trí lắp động cơ vị trí vỏ xe được đặc trưng bởi các đệm đàn hồi trong trường hợp này đệm đàn hồi vừa có đàn hồi vừa có tác dụng dập tắt dao động, độ cứng và hệ số cản của giảm chấn ở các vị trí lần lượt: Cdc1=7130 N/m; Cdc2=7300 N/m; Cdc3=7300N/m; Cdc4=7130N/m; Kdc1=713Nm/s; Kdc2=730Nm/s; Kdc3=730Nm/s; Kdc4=713Nm/s, ảnh hưởng như thế nào đến các chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng của thân xe: C h u y ển v ị t h eo p h ư ơ n g t h ă n g đ ứ n g z (m ) C h u y ển v ị x o a y n g a n g t h â n x e  (r a d ) Thời gian t(s) Thời gian t(s) C h u y ển v ị x o a y d ọ c th â n x e  (r a d ) G ia t ố c th eo p h ư ơ n g t h ă n g đ ứ n g z (m /s 2 ) Thời gian t(s) Thời gian t(s) Hình 3.16.Chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng ở vị trí trọng tâm xe ở trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi chỉ đặc trưng Cdc và Kdc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  79  ----- Nhận xét: trong trường hợp này thỏa mãn với yêu cầu êm dịu chuyển động của ô tô. b, Trường hợp 2: Trường hợp này coi các vị trí lắp ráp động cơ với vỏ xe đệm đàn hồi trong trường hợp này chỉ có tác dụng đàn hồi không các tác dụng dập tắt dao động, các độ cứng bộ phận đàn hồi ở vị trí lắp ráp Cdc1=7130 N/m; Cdc2=7300N/m; Cdc3=7300N/m; Cdc4=7130N/m; Trường hợp này hệ số cản ở các vị trí lắp ráp coi như Kdc1=0Nm/s; Kdc2=0Nm/s; Kdc3=0Nm/s; Kdc4=0Nm/s, ảnh hưởng như thế nào đến các chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng của thân xe: C h u y ển v ị t h eo p h ư ơ n g t h ă n g đ ứ n g z (m ) C h u y ển v ị x o a y n g a n g t h â n x e  (r a d ) Thời gian t(s) Thời gian t(s) C h u y ển v ị x o a y d ọ c th â n x e  (r a d ) G ia t ố c th eo p h ư ơ n g t h ă n g đ ứ n g z (m /s 2 ) Thời gian t(s) Thời gian t(s) Hình 3.17.Chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng ở vị trí trọng tâm xe ở trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi chỉ đặc trưng Cdc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  80  ----- * Nhận xét: Dựa vào kết quả hình 3 và hình 3 ta thấy ở trường hệ Kdc=0 thời gian dập tắt dao động trễ hơn. Trường hợp này không có lợi cho độ êm chuyển động của ô tô. c, Trường hợp 3: Trường hợp này coi các vị trí lắp ráp động cơ với vỏ xe có độ cứng tăng gấp 5 lần so với trường hợp 2, các độ cứng bộ phận đàn hồi ở vị trí lắp ráp Cdc1=7130 x5N/m; Cdc2=7300x5; Cdc3=7300x5N/m; Cdc4=7130x5N/m; Trường hợp này hệ số cản ở các vị trí lắp ráp coi như Kdc1=0Nm/s; Kdc2=0Nm/s; Kdc3=0Nm/s; Kdc4=0Nm/s ảnh hưởng như thế nào đến các chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng của thân xe: * Nhận xét: Trường hợp tăng độ cứng ở các vị trí lắp ráp động cơ lên vỏ xe tăng lên 5 dựa vào hình vẽ ta thấy khi lắp cứng động cơ vào vỏ xe ảnh C h u y ển v ị t h eo p h ư ơ n g t h ă n g đ ứ n g z (m ) Thời gian t(s) C h u y ển v ị x o a y d ọ c th â n x e  (r a d ) Thời gian t(s) Hình 3.18.Chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng ở vị trí trọng tâm thân xe ở trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi chỉ đặc trưng Cdc tăng. G ia t ố c th eo p h ư ơ n g t h ă n g đ ứ n g z (m /s 2 ) Thời gian t(s) C h u y ển v ị x o a y n g a n g t h â n x e  (r a d ) Thời gian t(s) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  81  ----- hưởng rất xâu không những độ êm dịu chuyển động của ô tô mà còn ảnh hưởng xấu đến ổn định hướng chuyển động của ô tô. 3.3.3. Khảo sát thông số dao động của động cơ đến độ êm dịu chuyển động Như phần trên trình bày các vị trí lắp ráp của động cơ với vỏ xe được đặc trưng bởi các đệm đàn hồi. Do vậy thông số kết cấu các đệm đàn hồi được đặc trưng bởi độ cứng và hệ số cản, các thông số ảnh hưởng rất nhiều đến độ êm dịu chuyển động của ô tô: - Độ cứng của đệm đàn hồi ở vị trí lắp ráp động cơ Cdc - Hệ số cản của đệm đàn hồi ở vị trí lắp ráp động động cơ Kdc a, ảnh hưởng của độ cứng Cdc Để khảo sát ảnh hưởng của độ cứng đến Cdc ở các vị trí lắp ráp ảnh hưởng đến độ ệm dịu chuyển động của ô tô thông qua chỉ tiêu đánh giá là độ lệch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng khi hệ số cản Kdc bằng các hằng số. Khảo sát Cdc thay đổi trong khoảng Cdc=[5000 8000 12000 14000 18000] N/s, trong 3 trường hợp Kdc= const: + Kdc=800Ns/m; + Kdc=1000Ns/m; +Kdc=1200 Ns/m. Độ cứng Ccd (N/m) Đ ộ l ệc h q u â n p h ư ơ n g g ia t ố c Z c( m /s 2 ) Hình 3.19. Độ lêch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng khi Cdc thay đổi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  82  ----- * Nhận xét: Nhìn vào kết quả dạng đồ thị hình chúng ta có thể đưa ra một số nhận xét sau: - Khi tăng độ cứng của đệm đàn hồi thì độ lệch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng cũng tăng lên. Để đảm bảo được chỉ tiêu êm dịu chuyển động của ô tô thì độ cứng của đệm đàn hồi Cdc≤18000N/s khi hệ số cản Kdc≤1200Ns/m. + Khi độ cứng Cdc≤1400N/s khi hệ số cản Kdc≤1200Ns/m thì đảm bảo được tối ưu độ êm dịu chuyển ô tô, tuy nhiên độ cứng vững của mối lắp giữa động cơ và vỏ xe thấp. + Khi độ cứng 14000N/s<Cdc≤18000N/s khi hệ số cản Kdc≤1200Ns/m thì vừa đảm bảo được độ êm dịu chuyển động cơ và độ cứng của mối lắp giữa động cơ và vỏ xe. - Khi tăng hệ số cản của đệm đàn hồi trong 3 trường hợp: Kdc=800Ns/m; Kdc=1000Ns/m;Kdc=1200 Ns/m thì độ độ lệch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng cũng tăng lên, do lực tác dụng từ động cơ xuống vỏ xe tăng lên ảnh hưởng xấu đến độ êm dịu chuyển động của ô tô, cũng như ổn định hưởng chuyển động của ô tô. b, Khảo sát ảnh hưởng hệ số cản của giảm chấn Kdc Để khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản của đệm đàn hồi Kdc ở các vị trí lắp ráp ảnh hưởng đến độ ệm dịu chuyển động của ô tô thông qua chỉ tiêu đánh giá là độ lệch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng khi hệ số cản Cdc bằng các hằng số. Khảo sát Kdc thay đổi trong khoảng Kdc=[600 1000 1400 1800 2200] Ns/m, trong 3 trường hợp Kdc= const: + Cdc=10000Ns/m; + Cdc=14000Ns/m; Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  83  ----- + Cdc=18000 Ns/m. Nhận xét: - Khi tăng hệ số cản của đệm đàn hồi thì độ lệch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng cũng tăng lên. Để đảm bảo được chỉ tiêu êm dịu chuyển động của ô tô thì hệ số cản của đệm đàn hồi Kdc≤1400Ns/m khi hệ số cản Cdc- ≤18000N/m. + Khi hệ số Kdc≤1000Ns/m khi hệ số cản Cdc≤18000N/m thì đảm bảo được tối ưu độ êm dịu chuyển ô tô. + Khi độ cứng 1000N/s<Kdc1400N/s khi hệ số cản Cdc≤18000Ns/m cũng đảm bào chỉ tiêu êm dịu, tuy nhiên khi xe vào các địa hình có tình trạng mặt đường xấu thì rất dễ vượt chỉ tiêu của độ êm dịu chuyển động. Hệ số cản của động cơ Kcd (Ns/m) Đ ộ l ệc h q u â n p h ư ơ n g g ia t ố c Z c( m /s 2 ) Hình 3.20. Độ lêch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng khi Kdc thay đổi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  84  ----- - Khi tăng hệ số cản của đệm đàn hồi trong 3 trường hợp: Cdc=10000N/m; Cdc=14000N/m;Cdc=18000 N/m thì độ độ lệch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng cũng tăng lên do lực tác dụng từ động cơ xuống vỏ xe tăng lên ảnh hưởng xấu đến độ êm dịu chuyển động của ô tô, cũng như ổn định hưởng chuyển động của ô tô. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  85  ----- Chương 4 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1.KẾT LUẬN Sau một thời gian nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Lê Quốc Phong cùng với sự giúp đỡ của các thầy trong Khoa Cơ khí, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên cùng với sự động viên kích lệ của bạn bè, đồng nghiệp tác giả bản luận án đã hoàn thành cơ bản nội dung của đề tài. Luận án đã đạt được một số kết quả sau đây: - Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô nói chung và chuyển động của động cơ đốt trong nói riêng trong điều kiện đường xá Việt Nam, phù hợp với người Việt Nam. - Xây dựng mô hình dao động động cơ xe du lịch lắp ráp tại Việt Nam. - Thiết lập hệ phương vi phân mô tả dao động của động cơ xe du lịch lắp ráp tại Việt Nam. - Đề cập đặc tính phi tuyết của hệ thống treo, lốp xe ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động của ô tô. - Ứng dụng thành công kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A Hà Nội – Lạng Sơn vào bài toán dao động động cơ. - Giải hệ phương trình vi phân dao động bằng phần mềm Matlab Simulink 7.0. - Nghiên cứu và đề xuất bộ thông số kết cấu đệm đàn hồi ở một số vị trí theo quan điểm êm dịu. Với các kết quả thu trong luận văn đã thể hiện một cách cơ bản tác động qua lại trong mối quan hệ động học “Đường - Xe - Người”. Tuy nhiên, bên cạnh đó luận án còn một số hạn chế dưới đây: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  86  ----- - Trong mô hình dao động chưa xét đến thanh ổn định ngang vào bài toán dao động. - Chưa có điều kiện kinh tế cũng như thời gian để thí nghiệm thực tế để kiểm chứng mô hình dao động. Qua đây tác giả cũng mạnh dạn đưa ra một số đề xuất cho hướng nghiên cứu tiếp theo như sau: - Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá dao động của động cơ đốt trong và hệ thống lắp sát với thực tế hơn. - Nghiên cứu mô hình dao động động cơ xe dụng lịch với mô hình thực tế hơn. - Thí nghiệm thực tế để kiểm chứng tính đúng đắn của mô hình dao động. 4.2. KIẾN NGHỊ Mô phỏng dao động của động cơ đốt trong và xem xét ảnh hưởng của nó lên độ êm dịu chuyển động của ô tô du lịch là lĩnh vực không mới nhưng mang ý nghĩa thiết thực. Từ quá trình mô phỏng dao động của động cơ và xem xét đến ảnh hưởng của nó lên dao động của ô tô, để từ đó có được biện pháp tối ưu nhất trong quá trình lắp ráp, nhằm tăng chất lượng của sản phẩm, đảm bảo sức khoẻ của người sử dụng. Vì vậy, các doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô của Việt Nam cần có sự đầu tư thích đáng cho các hoạt động nghiên cứu, đánh giá, khái thác và ứng dụng của việc mô phỏng dao động của động cơ. Đẩy mạnh nghiên cứu, phát triển công nghệ nhằm tăng chất lượng cũng như thương hiệu của các loại xe ô tô sản xuất tại Việt Nam, mang thương hiệu Việt Nam. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  87  ----- TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Hữu Cẩn và Một số tác giả khác (1998), Lý Thuyết ôtô máy kéo, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội. 2. Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Hữu Nam (2004), Thí nghiệm ôtô, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội. 3. Vũ Đức Lập (1994), Dao động ôtô quân sự , Học viện kỹ thuật quân sự, Hà Nội. 4. Nguyễn Văn Khang (1998), Dao động kỹ thuật, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội. 5. Trần Văn Nghĩa (2004), Tin học trong thiết cơ khí, NXB Giáo Dục, Hà Nội. 6. Đặng Việt Hà (1996), Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu chuyển động, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội. 7. Trịnh Minh Hoàng (2002), Khảo sát dao động xe tải hai cầu dưới kích động ngẫu nhiên của mặt đường, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội. 8. Võ Hường (2004), Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ôtô tải nhiều cầu, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội. 9. Lưu Văn Tuấn (1994), Nghiên cứu dao động xe ca Ba- Đình trên cơ sở đề xuất các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyên động, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội. 10. Nguyễn Văn Trà (2004), Nghiên cứu hệ thống treo có điều khiển để nâng cao chất lượng êm dịu chuyển động của ôtô, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật quân sự Hà Nội, Hà Nội. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên -----  88  ----- 11. Đào Mạnh Hùng (2005), Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp bộ về nghiên cứu ảnh hưởng của biên dạng đường đến tải trọng tác dụng lên ôtô tại quốc lộ 1A đoạn Hà Nội-Lạng Sơn, Trường ĐHGTVT Hà Nội, Hà Nội, 12. Lê Văn Quỳnh(2006), Nghiên cứu dao động ghế ngồi xe khách sản xuất tại Việt Nam, , Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội. 13. Adian Biran - Moshe Briener, Matlab for Engineers, Addison- Wesley Publishing Company Inc, 1995. 14. J.Y.Wong (1998), Theory of ground vehicle, A wiley-interscience publication John wiley & Sons, New York. 15. Nguyen Van Tan, Luu Van Tuan, Vo Van Huong (2002), Effect of dynamics paramaters on objective functions in the problems of automotive dynamics, International conference on automotive technology (ICAT), VSAE ICAT 2002, 1/4-4/4. 16. Dao Manh Hung, Nguyen Van Bang (2002), The equipment and the measuring autoroad roughness, International conference on automotive technology (ICAT), VSAE ICAT 2002, 1/4-4/4, VSAE- ICAT 2002, 1/4- 4/4