Đề tài Thiết kế hệ thống treo trên ô tô bằng phần mềm Adams/car

i được thiết kế để tạo ra không gian bên trong nhằm đạt được thể tích cần thiết không khí trong lò xo. Khi chọn các kích thước cơ bản và hình dạng đế hợp lý sẽ nhận được dáng điệu độ cứng thay đổi phi tuyến. Hình 1.10: Lò xo khí nén dạng liên hợp 1.Nắp trên; 2.Vòng kim loại; 3.Vỏ;4.Đế hình trụ; 5.Nắp dưới. (theo [4]) Trên hình 1.10 đưa ra cấu tạo của lò xo khí nén dạng liên hợp. Nó kết hợp ưu điểm của hai loại lò xo khí nén ở trên. Phần trên gồm vỏ có dạng hình sóng còn phần dưới có dạng hình trụ. Cùng với hạn chế đảm bảo không cho piston chuyển dịch quá lớn và sự mở rộng thể tích bên trong của phần tử. Lò xo dạng liên hợp có đặc tính thay đổi nhỏ ở gần giá trị tải trọng tĩnh, khi tăng tải trọng cho đến piston tiến đến gần bộ hạn chế thì độ cứng thay đổi với tốc độ lớn hơn. Hình 1.11: Cách bố trí chung hệ thống treo khí nén 1.Lò xo; 2.Cầu xe; 3.Khung xe; 4.Bình khí nén phụ; 5.đường ống dẫn; 6. Thanh kéo; 7.Đòn; 8.Van điều chỉnh; 9.Bầu lọc khí; 10.Bình chứa khí nén; 11.Điều chỉnh áp suất; 12.Bộ xả nước và dầu; 13.Máy nén khí. H 0- Chiều cao của lò xo khí nén ở dạng tĩnh. (theo [4]) Nguyên lý làm việc của lò xo khí : Lò xo khí nén hình sóng 1 được bố trí giữa cầu xe 2 và khung xe 3. Lò xo được ghép nối với hệ thống khí nén qua bình khí nén 4, đường ống 5, van điều chỉnh 8 để điều chỉnh chiều cao không đổi ở trạng thái tĩnh H0. Khí nén được máy nén khí 13 cung cấp qua bộ xả nước và dầu 12, điều chỉnh áp suất 11 và bình chứa 10, qua bầu lọc 9 rồi van điều chỉnh 8. Van điều chỉnh 8 được bắt cố định trên phần treo (khung, vỏ xe) và liên hệ động học với phần không treo (cầu xe) qua đòn 7 và thanh kéo 6. Nhiệm vụ của van điều chỉnh 8 là tự động giữ chiều cao không đổi của của lò xo khí nén tuỳ theo sự thay đổi của tải trọng tĩnh. Trong trường hợp khi tăng tải trọng, lò xo khí nén bị ép, thông qua thanh 6 và đòn 7 sẽ làm dịch chuyển piston trong van điều chỉnh xuống dưới, sau đó sẽ mở thông cho khí nén từ bình chứa 10 cung cấp cho bình phụ 4 và vào lò xo khí nén. Áp suất khí nén trong lò xo sẽ được tăng lên và khắc phục được sự tăng của tải trọng đưa khung hoặc vỏ xe lên cao cho đến khi piston ở van điểu chỉnh trở về vị trí giữa để đóng cửa cung cấp khí, nhờ vậy giữ được chiều cao không đổi của lò xo. Ưu điểm của hệ thống treo dùng lò xo khí: Có khả năng tự điều chỉnh độ cứng của lò xo nhờ việc điều chỉnh lượng khí nén trong xi lanh. Không có ma sát trong phần tử đàn hồi, kích thước và khối lượng phần tử đàn hồi nhỏ, việc truyền rung động và tiếng ồn từ bánh xe lên thân xe là nhỏ. Đặc tính thay đổi đảm bảo tần số dao động riêng không đổi trong toàn bộ khoảng thay đổi của tải trọng ô tô. Đảm bảo chiều cao của thân xe với mặt đường không thay đổi, không phụ thuộc vào sự thay đổi tải trọng. Độ nghiêng ngang và dọc thân xe không thay đổi ngay cả khi xếp tải không đều. Nhược điểm: Không có khả năng tự dẫn hướng do độ cứng ngang là nhỏ. Hệ thống điều khiển phức tạp, cần phải có hệ thống cung cấp khí nén như máy nén khí, bình chứa,... Thường xuyên phải kiểm tra độ kín khít của hệ thống khí nén, không để dầu mỡ văng vào túi cao su của lò xo khí nén. Bộ phận giảm chấn Khi xe dao động khi chịu kích thích từ lực của mặt đường thì bộ phận đàn hồi của hệ thống treo thực hiện chức năng nối mềm giữa thân xe và nền đường tạo cảm giác dễ chịu cho người ngồi trên xe. Tuy nhiên nếu cứ dao động mãi thì sẽ gây cảm giác khó chịu cho con người và ta cần dập tắt nhanh dao động đó. Do đó hệ thống treo cần một bộ phận làm triệt tiêu năng lượng được tích trữ trong lò xo một cách nhanh nhất. Giảm chấn là một bộ phận dùng để triệt tiêu năng lượng tích trữ này từ đó ta có thể kiểm soát được dao động của thân xe. Bộ phận giảm chấn có hai loại. Ngoài ra còn chia bộ phận giảm chấn ra hai loại tác dụng một chiều và tác dụng hai chiều ở giảm chấn tác dụng một chiều dao động được dập tắt ở hành trình trả, nghĩa là khi bánh xe đi ra khỏi khung, còn ở giảm chấn tác dụng hai chiều dao động được dập tắt ở hai hành trình trả và nén. Ngày nay, ở các hệ thống treo thường dùng giảm chấn tác dụng hai chiều để dập tắt dao động nhanh hơn. Chức năng giảm chấn Thực tế mặt đường không bao giờ hoàn toàn bằng phảng cùng với sự chuyển hướng của xe trong quá trình di chuyển luôn luôn hình thành các dao động tác động lên bánh xe, và qua đó truyền tới thân xe và người lái ...lò xo nhằm giảm xung lực tác động, song bản thân nó lại bị dao động theo nhừng xung va đập từ mặt đường dội tới và khối lượng xe đè bên trên. Dao động của hệ thân xe và lo xò sẽ kéo dài rất lâu nếu như nó không bị triệt tiêu đi, chiếc xe sau một lần dằn xóc sẽ bị bồng bềnh như 1 chiếc thuyền trong suốt thời gian dài sau đó và mang đến nhiều nguy hiềm tiềm tàng trong giao thông.  Nhiệm vụ của giảm chấn là dập tắt dao động tự đo này. Đảm bảo dao động của phần không được treo nhỏ nhất, đảm bảo sự tiếp xúc của bánh xe trên mặt đường, nâng cao khả năng bám đường và an toàn trong quá trình chuyển động. Yêu cầu của giảm chấn Đảm bảo giảm trị số và sự thay đổi đường đặc tính của các dao động như dập tắt càng nhanh các dao động nếu tần số dao động càng lớn mục đích là để thùng. Xe khỏi bị lắc qua lắc lại khi qua đường mấp mô, dập tắt chậm các dao động nếu .ôtô chạy trên đường ít mấp mô. Hạn chế lực truyền qua giảm chấn lên thùng xe. Làm việc ổn định khi ôtô chuyển động trong các địa hình thay đổi. Có tuổi thọ làm việc cao. Trọng lượng kích thước nhỏ gọn giá thành hạ. Cấu tạo giảm chấn Giảm chấn có chức năng dập tắt những dao động của xe sinh ra trong suốt quá trình chuyển động của xe. Cấu tạo của giảm chấn gồm những thành phần chính: Hình 1.12: Cấu tạo giảm chấn ( Phân loại giảm chấn Tùy theo cấu tạo, nguyên lý hoạt động và môi chất làm việc của giảm chấn ta có thể phân loại giảm chấn gồm một số loại chính sau: Giảm chấn loại một ống (ống đơn) Giảm chấn loại hai ống (ống kép) Giảm chấn hơi áp lực loại ống kép Giảm chấn với lò xo hơi Giảm chấn thủy lực Giảm chấn Vario Hình 1.13: Giảm chấn loại ống đơn ( Giảm chấn loại ống đơn Giảm chấn loại này bên dưới có một buồng hơi làm chức năng bù trừ dầu trong quá trình làm việc của giảm chấn. Giữa buồng dầu và hơi được ngăn cách bởi một piston chuyển động tự do và kín khít, cả dầu và hơi đều chịu một áp lực khoảng 20 – 30 bar khi xe chuyển động và gặp rung xóc. Hoạt động của giảm chấn ống đơn: Khi xe nhún xuống (khi nén), trục piston chính ép sâu xuống buồng dầu, áp lực dầu ép mở van một chiều để cho dầu chuyển động lên khoang phía trên của piston. Khi xe gặp rung xóc lớn, piston chính chuyển động xuống dưới với gia tốc lớn, dầu không kịp chuyển động qua các lỗ tiết lưu khi đó áp lực dầu ở khoang dưới tăng cao đẩy piston tự do chuyển động xuống dưới nén khối hơi phía dưới lại, khi đó áp lực của nền đường được hấp thụ. Tương tự khi xe chuyển động lên trên, lượng khí trong khoang chứa bên dưới giúp quá trình rung xóc được giảm thiểu bằng cách bù trừ lượng dầu thiếu trong khoang chứa dầu. Giảm chấn loại ống kép Đây là loại giảm chấn được dùng phổ biến trong các xe con. Giảm chấn bao gồm một ống bên trong chứa đầy dầu cùng với một piston chuyển động bên trong và một ống bao bên ngoài. Giữa hai ống hình thành một không gian nhỏ để cân bằng lượng dầu do piston tác động từ trong buồng dầu. Trên thân piston và nền của khoang chứa dầu có những van tiết lưu. Bên ngoài là một ống bảo vệ chung ngăn dầu chảy ra ngoài. Hình 1.14: Giảm chấn loại ống kép ( Trục của piston được nối vào thân xe, đầu kia của giảm chấn được nối vào giá treo bánh xe. Khi xe nhún xuống, lực đẩy của Piston ép dầu chạy qua van trên mặt piston tràn về phía trên của buồng dầu, cùng với sự xâm nhập của trục Piston, dầu bị ép mạnh hơn nữa, bắt buộc phải thoát ra van ở dưới nền của ống chứa dầu, và tràn ra bên ngoài không gian giữa 2 ống như đã mô tả ở trên. Như vậy, nhiệm vụ chủ yếu của phần không gian giữa 2 ống là để bù trừ lượng dầu chênh lệch do quá trình nhún xuống và bung lên của Piston vì sự xuất hiện của trục Piston trong không gian buồng dầu (Không được lọt khí ). Khi giảm chấn bung lên quá trình diễn ra ngược lại, dầu từ buồng trên chạy qua van nghịch dồn xuống dưới, đồng thời với việc dầu từ buồng ngoài chạy trở lại thông qua một van thứ 2 dưới đáy buồng dầu . Loại giảm chấn này có tuổi thọ khá dài, giảm dao động tốt. Tuy nhiên có nhược điểm đó là khả năng dễ bị rò rỉ dầu qua các khe chuyển động, khi lắp ráp yêu cầu chính xác, chỉ được chuyển hướng theo một phương ngiêng vì vậy nếu xe thường xuyên đi trên địa hình rung lắc ngang (sườn núi, dốc ngiêng,...) loại ống nhún này rất nhanh chóng bị hỏng. Giảm chấn kép với hơi áp lực Hình 1.15: Giảm chấn kép với hơi áp lực ( Loại này là sự kết hợp của hai loại trên về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động. Tuy nhiên loại giảm chấn này có một đặc điểm đó là khi ở trạng thái đứng yên của xe thì khoang dưới của giảm chấn không chứa đầy dầu mà 1/3 thể tích của nó chứa khí nén ở áp suất 6-7 bar. Do kết hợp ưu điểm của hai loại trên nên loại giảm chấn này có khả năng dập tắt dao động rất tốt. Loại này được dùng thích hợp với những xe hoạt động ở địa hình xấu, rung xóc ở tần số cao, mạnh và đột ngột. Yêu cầu chế tạo loại giảm chấn này rất cao về chính xác, đòi hỏi việc kiểm tra bảo dưỡng thường xuyên, gắt gao vì vậy loại này ít được sử dụng rộng rãi. Giảm chấn Vario Hình 1.16: Giảm chấn Vario ( Giảm chấn Vario có kết cấu tương tự như loại giảm chấn hai ống. Loại giảm chấn Vario có một đặc điểm nổi bật đó là có khả năng thích nghi được với điều kiện đường có rung xóc thay đổi. Khi xe có tải trọng nhẹ, vị trí của piston nằm ở vùng trên của ống dầu (trên hình vẽ), ở đó được thiết kế những khe nhỏ để tạo điều kiện cho dầu di chuyển xuống vùng dưới một cách dễ dàng hơn vì vậy áp lực lên piston nhỏ từ đó hiệu ứng giảm chấn cũng giảm nhỏ. Khi xe có tải trọng lớn, vị trí cân bằng của piston sẽ bị đẩy xuống thấp hơn (hình vẽ), do dưới này không có những khe nhỏ lên dầu từ ngăn trên chảy xuống dưới sẽ khó khăn hơn vì vậy dầu sẽ chảy qua van tiết lưu trên piston từ đó áp lực tác dụng lên thân piston sẽ lớn làm tăng khả năng dập tắt dao động của giảm chấn, phần dầu dư do áp lực cao cũng được dẫn qua van dưới đáy để vào khoang bù dầu như đối với trường hợp giảm chấn ống kép. Giảm chấn hơi Hình 1.17: Giảm chấn hơi ( Đây là sự kết hợp về cấu tạo và hoạt động của lò xo khí nén (như đã trình bày ở trên) và bộ giảm chấn kép với hơi áp lực. Ở phần dưới của giảm chấn là một bộ giảm chấn kép với hơi áp lực thông thường, ở phần trên là một ống kín với hơi áp lực điều khiển được tạo ra sự chủ động trong việc thay đổi khoảng làm việc cũng như hiệu quả tốt nhất cho cả bộ giảm xóc. Hệ thống này chỉ làm việc khi động cơ đã nổ (có cung cấp khí nén vào lò xo khí), còn khi máy tắt giảm chấn không hoạt động vì vậy cần chú ý khi sử dụng bộ giảm chấn này nếu xe đỗ ở chỗ có gờ cao thì xe dễ bị chạm gầm gây hư hỏng. Giảm chấn khí – thủy lực Hình 1.18: Giảm chấn khí – thủy lực ( Đây là tổng hợp của lò xo đàn hồi có giảm chấn cùng với lò xo khí thủy lực. Trong hệ thống này, piston của phần đàn hồi cũng như trục của nó đồng thời là trục của bộ giảm chấn. Phần lò xo khí nằm trong một khối cầu bao bọc bởi 1 màng cao su đặc biệt. Phần tích trữ khí cùng với không gian mặt trên (theo quy ước trên dưới khi giảm chấn thẳng đứng) của piston được nối với nhau bởi một đường ống thủy lực. Khi giảm chấn và lò xo bị đè xuống, dầu bị ép chạy theo ống đó chạy sang buồng khí nén, khi xe bị nén mạnh, tăng áp suất, làm tăng thêm sức đàn hồi của lò xo khí, lò xo này cùng với lò xo kim loại tác động trực tiếp lên khung xe, tạo sức đàn hồi tổng hợp thay đổi được theo tải trọng. Không những thế, trên đường ống dẫn dầu và khí về để ép túi khí, người ta còn bố trí thêm van điều khiển nhằm chủ động thay đổi mức tác động của dầu và khí nén lên túi khí, đưa đến việc thay đổi độ cứng đàn hồi tổng hợp của cả hệ thống giảm chấn. Cũng nhờ cơ chế hồi tiếp như vậy mà khoảng cách giữa trục bánh xe và khung xe gần như được giữ nguyên khi thay đổi tải trọng. Khi xe nặng, dầu ép mạnh làm túi khí đội lên mạnh hơn. Khi xe nhẹ, áp lực dầu giảm, túi khí mềm đi, giảm bớt tác động lên khung xe. Bộ phận ổn định và thanh dẫn hướng Hình 1.19: Thanh ổn định ngang ( Thanh ổn định (hình 1.19) dùng để liên kết giữa các bánh xe trên cùng một cầu, nó được bố trí trên mặt phẳng ngang thân xe nhằm tăng khả năng ổn định ngang của xe. Khi xe quay vòng nó nghiêng ra ngoài do lực ly tâm. Thanh ổn định điều khiển việc này bằng lực xoắn của lò xo và giữ cho lốp bám xuống mặt đường. Thanh ổn định cũng hoạt động khi lốp xe ở một bên chạy qua những bề mặt có độ cao khác nhau. Khi xe bị nghiêng và lốp xe bị chìm xuống một phía, thanh ổn định bị xoắn lại và có tác dụng như một lò xo nó nâng lốp xe cùng toàn thân xe ở bên bị chìm xuống lên phía trên. Tất nhiên trong trường hợp các lốp xe ở hai bên đều bị chìm xuống như nhau thì thanh ổn định sẽ không làm việc. CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TREO Mô hình không gian cả xe Ô tô là một hệ cơ học, bao gồm nhiều khối lượng như: thân vỏ, bánh xe, trục, động cơ, hệ thống truyền lực,...Giữa chúng có mối liên hệ rất phức tạp với nhau thông qua các phần tử đàn hồi và giảm chấn. khối lượng của ô tô được chia thành khối lượng được treo và khối lượng không được treo. Số bậc tự do của mỗi khối lượng là số toạ độ đủ để xác định vị trí của nó ở từng thời điểm trong không gian. Tuỳ từng mục đích nghiên cứu có thể xây dựng mô hình dao động trong mặt phẳng dọc, mặt phẳng ngang. Trong mặt phẳng dọc, dao động thẳng đứng và quay của khối lượng được treo ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động. Trong mặt phẳng ngang, dao động của chúng ảnh hưởng đến tính dẫn hướng và độ ổn định chuyển động của ô tô. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, ô tô có phân bố khối lượng đối xứng qua mặt phẳng dọc thì dao động trong mặt phẳng dọc, mặt phẳng ngang độc lập với nhau. Mô hình dao động ô tô được xây dựng phải thoả mãn yêu cầu sát với thực tế, đơn giản, thuân tiện trong tính toán và kết quả thu được chính xác nhất. Mục đích của việc xây dựng mô hình hệ thống treo: Hiểu thêm cách xây dựng mô hình hệ thống treo của phần mềm. Xác định các tham số đầu ra cần thiết theo phương trình, từ đó đánh giá mức độ chính xác của phần mềm khi mô phỏng hệ thống treo. Nghiên cứu dao động ô tô thường được tiến hành như sau: Thay thế ô tô bằng hệ dao động tương đương (mô hình vật lý) phù hợp quan điểm và mục đích nghiên cứu. Thiết lập phương trình chuyển động (mô hình toán học) của hệ. Khảo sát mô hình toán học trên miền thời gian và miền tần số. Xác định các thông số “ra”, khi thay đổi các thông số “vào” và các thông số kết cấu. Thí nghiệm kiểm chứng độ chính xác của phương pháp tính. Mô vật lý trong không gian cho toàn xe Hình 2.1: Mô hình không gian hệ thống treo xe cầu trước và sau độc lập Thông số chủ yếu của hệ thống k1, k2,k3,k4: độ cứng của các phần tử đàn hồi. c1, c2,c3,c4: hệ số cản giảm chấn của các giảm chấn thủy lực. c11 ,cl2,c11 ,cl2: hệ số cản của các lốp (thông thường thì hệ số giảm chấn của các lốp bằng không ). k11 ,kl2,k11 ,kl2: độ cứng của các lốp. a: khoảng cánh từ trục trước tới trọng tâm. b: khoảng cách từ trục sau tới trọng tâm. 21t: khoảng cách tâm hai lốp trước. 2ls: khoảng cách tâm hai lốp sau. M: Khối lượng được treo của thân xe. m1,m2,m3,m4: khối lượng không được treo tương ứng các lốp 1,2,3,4. Ju,Jv: là mô mem quán tính quay quanh các trục 0u và 0v. Trong đó k1, k2, c1, c2, cl1, cl2, k11, kl2 thuộc hệ thống treo trước và k3, k4, c3, c4, cl3 ,cl4, c13, cl4 là thuộc hệ thống treo sau. Những giả thiết Khi thiết lập mô hình dao động ô tô cần một số giả thiết. Những giả thiết này nhằm làm cho quá trình nghiên cứu, tính toán đơn giản hơn, song không làm mất đi tính tổng quát của bài toán, đảm bảo độ chính xác cần thiết. Các giả thiết căn bản khi xây dựng mô hình như sau: Khối lượng ô tô phân bố đối xứng qua mặt phẳng dọc; Phần khối lượng được treo coi như cứng tuyệt đối có khối lượng là M và mô men quán tính khối lượng phần treo đối với trục ngang đi qua trọng tâm phần treo Ju mô men quán tính với trục dọc đi qua trọng tâm Jv; Phần khối lượng không được treo được coi là cứng tuyệt đối có khối lượng tương ứng là m1, m2, m3, m4 và mô men quán tính với các trục bằng không. Bỏ qua các nguồn kích thích dao động khác trên xe, coi lực kích thích từ mặt đường là nguồn kích thích dao động duy nhất; Mặt đường được coi là cứng tuyệt đối; Tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường là tiếp xúc điểm, trong các mô hình phi tuyến cho phép bánh xe tách khỏi mặt đường. Chọn hệ trục tọa độ Hệ trục tọa độ cố định: Gốc tọa độ trùng với hình chiếu của trọng tâm khối lượng được treo xuống nền đường, các trục tọa độ x dọc theo thân xe và trục z vuông góc với nền đường. Hệ tọa độ suy rộng: Hệ tọa độ có gốc tại trọng tâm của các khối lượng trong hệ. Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng dọc Hình 2.2: Mô hình vật lý hệ thống treo độc lập trong mặt phẳng dọc Trong đó : M: khối lượng được treo; m1,m4: khối lượng không được treo; Jv: mô men quán tính với trục 0v; z ,φv: tọa độ suy rộng cảu khối lượng được treo M; z1,z4: tọa độ suy rộng của các khối lượng không được treo m1,m4; a,b: khoảng cách từ tâm xe tới tâm hai lốp 1 và 4. Sơ đồ phân tích lực: Hình 2.3: Sơ đồ phân tích lực cho hệ thống treo độc lập trong mặt phẳng dọc Áp dụng nguyên lý Dalambe ta có : Trong đó : F1: lực tác dụng tư khối lượng không được treo m1 lên khối lượng được treo M và ngược lại thông qua lò xo k1 và giảm chấn c1. F2: lực tác dụng tư khối lượng không được treo m4 lên khối lượng được treo M và ngược lại thông qua lò xo k4 và giảm chấn c4. F3: lực tác dụng từ mặt đường lên khối lượng không được treo m1 thông qua lò xo k1 và giảm chấn c1. F4: lực tác dụng từ mặt đường lên khối lượng không được treo m4 thông qua lò xo k4 và giảm chấn c4. Áp dụng định luật 2 Newton với từng khối ta có các phương trình cân bằng lực: Với khối lượng được treo M ta có hai phương trinh là phương trình tịnh tiến và quay: Phương trình chuyển động tịnh tiến: Phương trình chuyển động quay: Với khối lượng không được treo m1: Với khối lượng không được treo m4: Thành lập hệ phương trình gồm 4 phương trình (2.1),(2.2),(2.3),(2.4) có dạng: Viết lại hệ phương trình (2.5) dưới dạng ma trận: Đây chính là phương trình vi phân chuyển động của hệ thống treo độc lập trong mặt phẳng dọc . Trong đó : là véc tơ tọa độ suy rộng: là ma trận quán tính có dạng là ma trận đường chéo: là ma trận cản nhớt có dạng đối xứng qua đường chéo chính: là ma trận độ cứng có dạng đối xứng qua đường chéo chính: là véc tơ lực kích thích mặt đường trong mặt phẳng dọc: Giả sử biên dạng mặt đường có dạng hình sin, trong đó độ lệch pha giữa hai bên xe băng không thì ta có: Với v là vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe. Từ phương trình (5) nhân cả hai vế cho ngịch đảo của ma trận quán tín: Hay : Ở đây : là ma trận vuông cỡ 4x4 có các phần tử đều bằng 0. là ma trận đơn vị cỡ 4x4. là ma trận nghịch đảo của ma trận quán tính Đặt : Thì phương trình (7) sẽ có dạng là: Đây chính là phương trình trạng thái của hệ thống treo trong mặt phẳng dọc. Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho một phần hai xe trong mặt phẳng ngang Mô hình vật lý cho hệ thống treo trong mặt phẳng ngang: Hình 2.4: Mô hình vật lý cho hệ thống treo trong mặt phẳng ngang Mô hình phân tích lực : Hình 2.5: Mô hình phân tích lực cho hệ thống treo trong mặt phẳng ngang Về cơ bản phương pháp xây dựng mô hình này hoàn toàn giống xây dựng mô hình cho một phần hai xe theo mặt phẳng dọc xe, áp dụng kết quả trên cho trường hợp xây dựng mô hình xe trong mặt phẳng ngang. Phương trình vi phân chuyển động của hệ thống treo theo mặt phẳng ngang: Phương trạng thái của hệ thống treo theo mặt phẳng ngang: Trong đó: là véc tơ tọa độ suy rộng: là ma trận quán tính có dạng là ma trận đường chéo: là ma trận cản nhớt có dạng đối xứng qua đường chéo chính: là ma trận độ cứng có dạng đối xứng qua đường chéo chính: là véc tơ lực kích thích mặt đường trong mặt phẳng dọc: Xây dựng mô hình và tính toán động lực học cho toàn bộ xe trong không gian Mô hình vật lý cho toàn xe: Hình 2.6: Mô hình vật lý cho hệ thống treo toàn xe Trong đó: z, φu, φv là tọa độ suy rộng của khối lượng được treo M. z1, z2, z3, z4 là tọa độ suy rộng của các khối lượng không được treo. M, Ju, Jv là khối lượng, mô men quán tính với trục 0u, 0v của khối lượng được treo. m1, m2,m3, m4 là các khối lượng không được treo. k1, k2, k3, k4 là độ cứng của các lò xo hệ thống treo. c1, c2, c3, c4 là hệ số giảm chấn của các giảm chấn hệ thống treo. kl1, kl2, kl3, kl4 độ cứng của các lốp. cl1, cl2, cl3, cl4 hệ số giảm chấn của các lốp. y1, y2, y3, y4 là biên dạng mặt đường tại các lốp. 2lt là khoảng cách hai lốp của hệ thống treo trước. 2lt là khoảng cách hai lốp của hệ thống treo sau. Mô hình phân tích lực: Hình 2.7: Sơ đồ phân tích lực cho hệ thống treo toàn xe Áp dụng nguyên lý Dalambe ta có trị số các lực như sau: Trong đó: F1: lực tác dụng từ khối lượng không được treo m1 lên khối lượng được treo M và ngược lại. F2: lực tác dụng từ khối lượng không được treo m2 lên khối lượng được treo M và ngược lại. F3: lực tác dụng từ khối lượng không được treo m3 lên khối lượng được treo M và ngược lại. F4: lực tác dụng từ khối lượng không được treo m4 lên khối lượng được treo M và ngược lại. F5: lực tác dụng từ mặt đường lên khối lượng không được treo m1. F6: lực tác dụng từ mặt đường lên khối lượng không được treo m2. F7: lực tác dụng từ mặt đường lên khối lượng không được treo m3. F8: lực tác dụng từ mặt đường lên khối lượng không được treo m4. Áp dụng định luật 2 Newton cho các khối lượng được treo và không được treo. Với khối lượng được treo M ta xét 3 phương trình là tịnh tiến theo 0z, quay quanh 0u và 0v: Phương trình tịnh tiến theo 0z: Phương trình quay quanh 0v: Phương trình quay quanh 0u: Phương trình tịnh chuyển động tịnh tiến của khối lượng không được treo m1 theo 0z: Phương trình tịnh chuyển động tịnh tiến của khối lượng không được treo m2 theo 0z : Phương trình tịnh chuyển động tịnh tiến của khối lượng không được treo m3 theo 0z: Phương trình tịnh chuyển động tịnh tiến của khối lượng không được treo m4 theo 0z: Từ các phương trình (2.12) tới (2.18) ta thành lập hệ phương trình: Ta viết lại hệ phương trình (2.19) dưới dạng ma trận : Đây chính là phương trình vi phân chuyển động của hệ thống treo độc lập trong trên toàn xe. Trong đó: là véc tơ tọa độ suy rộng: là ma trận quán tính có dạng đường chéo: là ma trận độ cản nhớt có dạng đối xứng nhau qua đường chéo chính: là ma trận độ cứng có dạng đối xứng nhau qua đường chéo chính: Là véc tơ lực kích thích của mặt đường: Giả sử xe chuyển động trên mặt đường có biên dạng hình sin mà độ lệch pha hai bên bằng không thì ta có: Từ phương trình (2.20) nhân cả hai vế cho nghịch đảo của ma trận quán tính được phương trình: Hay Trong đó: là ma trận cơ 7x7 mà các phần tử đều bằng 0. là ma trận đơn vị cỡ 7x7. là ma trận nghịch đảo của ma trận quán tính Đặt : Thì phương trình (2.23) sẽ có dạng là: Đây chính là phương trình trạng thái của hệ thống treo toàn xe. CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO BẰNG PHẦN MỀM ADAMS/CAR Giới thiệu chung về phần mềm Adams/car Hình 3.1: Adams/car ( Adams/car là một bộ phận trong bộ phần mềm MD Adams, đây là phần mềm mô phỏng động lực học cơ khí rất mạnh, là một môi trường chuyên môn hóa để mô hình hóa phương tiện ô tô. Nó cho phép chúng tạo ra các mẫu thử nghiệm ảo của hệ thống phụ xe và phân tích các nguyên mẫu ảo giống như phân tích các mẫu thử nghiệm vật lý. Tuy nhiên nó không dễ sử dụng vì hỗ trợ đồ họa hơi kém. Không như các phần mềm mô phỏng thông thường, ngoài chức năng xây dựng một hệ thống theo yêu cầu còn mà còn hỗ trợ cho người dùng với những hệ thống có sẵn trong thư viện của chương trình với các mối quan hệ với nhau và các phương trình động học, động lực học được tích hợp trước. Do đó trong quá trình mô phỏng thể thay đổi các thông số đầu vào của hệ thống như độ cứng lò xo, các khối lượng được treo và không được treo, mô hình mặt đường …Từ đó tiến hành mô phỏng thay vì xây dựng một hệ thống từ đầu. Khả năng của phần mềm Adams/car so với các phần mềm mô phỏng thông thường thể hiện qua các ưu điểm sau: Biết được hiệu suất của các thiết kế và cải tiến thiết kế trước khi xây dựng và thử nghiệm một mẫu thử nghiệm vật lý. Phân tích thay đổi thiết kế nhanh hơn và với chi phí thấp hơn so với mẫu thí nghiệm vật lý. Ví dụ, có thể thay đổi các thông số vật lý như độ cứng lò xo với một vài cú kích chuột thay vì trực tiếp thay đổi thông số cho mẫu thí nghiêm trước khi thẩm định thiết kế cho hệ thống. Thay đổi các loại phân tích nhanh hơn và dễ dàng hơn nếu phải sửa đổi thiết bị đo đạc và kiểm tra mẫu thí nghiệm, và thủ tục thử nghiệm. Làm việc trong một môi trường an toàn hơn mà không sợ bị mất dữ liệu từ thất bại cụ hoặc mất thời gian thử nghiệm vì điều kiện thời tiết xấu. Làm việc trong môi trường an toàn thay vì trực tiếp làm việc trong môi trường nguy hiểm khi tiến hành thí nghiệm cho mẫu thử vật lý. Trong thư viện của phần mềm hỗ trợ khá nhiều các hệ thống của ô tô như hệ thống treo, lái, khung gầm…Do đó thay vì thiết kế lại một hệ thống từ phần mềm khác hay chính trong môi trường làm việc của phần mềm thì có thể lấy trực tiếp từ thư viện của chương trình, tiến hành thay đổi các thông số của hệ thống và tiến hành mô phỏng chúng. Sử dụng Adams/car, người dùng có thể nhanh chóng tạo ra hệ thống treo hoặc toàn bộ hệ thống ô tô. Và sau đó phân tích chúng để hiểu được hoạt động và trạng thái làm việc của chúng. Khi ta tạo ra những hệ thống lắp ghép trong Adams/car bằng cách xác định các hệ thống phụ xe như là hệ thống treo phía trước và sau, hệ thống lái, thân xe. Căn cứ vào các hệ thống mẫu chuẩn tương ứng có sẵn trong adams/car. Ví dụ như hệ thống treo thanh chống macpherson, thanh răng của hệ thống lái... Ngoài ra cũng có thể xây dựng hệ thống dữ liệu của riêng của mỗi người bằng cách sử dụng môi trường làm việc Template Builder trong Adams/Car. Khi phân tích một hệ thống lắp ghép, Adams/xe áp dụng các yếu tố phân tich đầu vào mà đã chỉ định ban đầu. Ví dụ khi phân tích một hệ thống treo có thể chỉ định đầu vào để: Thông số đầu xác định các ra của hệ thống như chuyển vị, vận tốc hay lực đàn hồi của bộ phận giảm chấn. Dịch chuyển bánh xe và xác định các thông số như: góc doãng (camper), góc nghiêng dọc (caster), góc nghiêng của trục lái( kingpin ). Áp dụng tải trọng ngang và mô men ở chỗ tiếp xúc bánh xe và đường để tính toán, sau đó đưa ra sự thay đổi góc toe và độ uốn ngang của bánh xe. Xoay vô lăng một góc và tính toán đưa ra góc quay của bánh xe phải và trái, đồng thời đưa ra giá trị sai lệch giữa góc quay bánh phải và trái. Dựa trên kết quả phân tích, có thể nhanh chóng làm thay đổi hình học hệ thống treo và hệ số đàn hồi sau đó phân tích lại để đánh giá ảnh hưởng của sự biến đổi từ đó có những giá trị tối ưu cho các thông số hệ thống trong khi chế tạo hệ thống thực tế. Khi hoàn thành việc phân tích các mô hình, có thể chia sẻ công việc của mình với người khác. Ngoài ra cũng có thể in đồ thị các đặc tính của hệ thống treo và các đặc trưng động học của phương tiện. Adams/car cho phép người dùng làm việc nhanh hơn và thông minh hơn, có thêm thời gian để nghiên cứu và hiểu được sự thay đổi thiết kế ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất xe. Xây dựng một hệ thống treo từ thư viện của chương trình và chạy mô phỏng hệ thống treo Sau đây ta đi mô phỏng hệ thống treo của xe Mitsubishi Pajero có các thông số được cho ở bảng dưới đây: STT Tên gọi Ký hiệu Giá trị Đơn vị 1 Khối lượng được treo ms 1779 Kg 2 Khối lượng không được treo mu1= mu2 57 kg 3 Mô men quán tính với trục y Jy 1840 Kg.m2 4 Mô men quán tính với trục x Jx 750 Kg.m2 5 Mô men quán tính của khối lượng không được treo với trục x Iu 445 Kg.m2 6 Khoảng cách cầu trước đến tâm a 1.36 m 7 Khoảng cách cầu sau đến tâm b 1.36 m 8 Khoảng cách bánh xe trái, phải đến tâm xe dq 0.72 m 9 Khoảng cách từ phần tử hệ thống treo đến tâm xe d 0.71 m 10 Độ cứng lò xo cầu trước ks1 30000 N/m 11 Độ cứng lò xo cầu sau ks2 32500 N/m 12 Độ cứng lốp kt 160000 N/m 13 Hệ số giảm chấn cầu trước cs1 1000 N.s/m 14 Hệ số giảm chấn cầu sau cs2 1100 N.s/m 15 Hệ số giảm chấn lốp ct 0 N.s/m Bảng 3.2: Thông số xe Mitsubishi Pajero (Hãng Mitsubishi) Trình tự xây dựng và mô phỏng một hệ thống treo từ thư viện của phần mềm Adam/car: Tạo một Front Suspension Subsystem; Xây dựng một Suspension Assembly; Lựa chọn các chương trình phân tích; Chạy mô phỏng hệ thống và in kết quả dưới dạng đồ thị các tham số của hệ thống. Tạo một Front Suspension Subsystem Đầu tiên khởi động chương trình Adams/car R3 bằng cách nháy đúp vào biểu tượng của chương trình trên màn hình Desktop hoặc vào Start→Programs→MSC.Software→MD Adams R3→ACar→Adams Car. Khi đó màn hình của giao diện Adams/car xuất hiện: Hình 3.3: Giao diện làm việc của Adams/car Để làm việc chương trình cho hai lựa chọn là Standrd Interface và Template Builder. Ở lựa chọn Template Builder ngoài lựa chọn thiết kế một hệ thống khác từ dao diện của chương trình hoặc một phần mềm lựa chọn thiết chuyên dụng khác. Ngoài ra người dùng thể dùng một hệ thống có sẵn trong thư viện của chương trình và thay đổi bất cứ thông số nào của chương trình theo yêu cầu mô phỏng. Ở lựa chọn Standrd Interface người dùng có thể tham khảo hay sử dụng mẫu tiêu chuẩn của chương trình hoặc tạo một tập tin hệ thống. Người sử dụng tiêu chuẩn có thể sửa đổi các thông số chỉ chọn trong giao diện chuẩn. Nếu chương trình cho không hỏi vào lựa chọn nào thì mặc định là Standrd Interface. Để tiến hành quá trình xây dựng một hệ thống treo trước từ thư viện của chương trình chọn Standrd Interface. Việc chuyển đổi giữa hai lựa chọn ta có thể dùng phím F9 hoặc từ Tools ta chọn môi trường làm việc. Để mô phỏng, lấy trong thư viện của chương trình một hệ thống treo độc lập, thay đổi các thông số theo các thông số của hệ thống treo cần thiết kế và tiến hành chạy mô phỏng. Để tiến hành ta lấy một hệ thống treo có sẵnbằng cách kích chuột trái vào File, chọn Open. Khi chương trìng xuất hiện hộp thoại: Hình 3.4: Hộp thoại open của chương trình Trong Subsystem Name nhập tên cho hệ thống phụ; Trong Minor Role chọn front (hệ thống treo trước); Trong Template Name kích chuột phải chọn Search chọn /template.tbl (hệ thống có sẵn trong thư viện của chương trình). Lúc đó chương trình cho ta hộp thoại ta chọn file “_double_wishbone.tpl”. Hình 3.5: Các hệ thống treo trong thư viện của chương trình Được hệ thống phụ như hình vẽ sau đó ta có thể thay đổi các thông số của hệ thống rồi tiến hành lưa file vàu tạo: Hình 3.6: Mô hình hệ thống phụ được xây dựng trong Adams/car Xây dựng một Suspension Assembly Từ menu file chọn new sau đó chọn Suspension Assembly chương trình cho ra một hộp thoại: Hình 3.7: Hộp thoại xây dựng một Suspension Assembly Trong Assembly Name ta nhập “My_Assembly Name “(tên hệ thống treo); Trong Suspension Subsystem ta nhấp chuột phải chọn search →/subsystems.tbl. khi hộp thoại xuất hiện ta chọn file “double_wishbone.tpl” mà ta xây dựng ở trên. Kết quả ta được một hệ thống treo hoàn chỉnh. Hình 3.8: Mô hình hệ thống treo độc lập trong Adams/car Khi đi xây dựng một hệ thống treo phụ thuộc, về nguyên tắc xây dựng một hệ thống treo phụ thuộc và độc lập là như nhau. Khi xây dựng một hệ thống treo phụ thuộc thay vì chọn file “_double_wishbone.tpl” như trong khi thành lập hệ thống treo độc lập ta chọn file “_uad_link_axle.sub” khi đi xây dựng một Front Suspension Subsystem kết quả được một hệ thống treo phụ thuộc như hình vẽ. Hình 3.9: Mô hình hệ thống treo phụ thuộc xây dựng trong Adams/car Lựa chọn các chương trình phân tích Định nghĩa các tham số cho phương tiện Từ Simulate chon Suspension Analysis chọn Set Suspension Parameters. Một hộp thoại định nghĩa tham số cho phân tích hệ thống treo xuất hiện. Hình 3.10: hộp thoại lựa chọn các chương trình phân tích - Trong Tire Unloaded Radius ta nhập bán kính lốp xe. - Trong Tire Stiffness nhập độ cứng lốp xe. - Trong Wheel Mass nhập khối lượng lốp xe. - Trong Sprung Mass nhập khối lượng được treo. - Trong Wheelbase khoảng cách hai lốp. - Trong Drive Ratio nhập % lực dẫn động được truyền tới bánh trước. - Trong Brake Ratio % lực hãm được truyền tới bánh trước. Thay đổi hệ số giảm chấn cho bộ phận giảm chấn và hệ số đàn hồi của bộ phận đàn hồi Để thay đổi thông số của bộ phận đàn hồi (lò xo) kích chuột phải vào lo xo chọn Modify khi đó chương trình cho một hộp thoại Modify Spring trong đó gồm có các thông số khác nhau: Hình 3.11: Hộp thoại sửa đổi thông số cho lò xo bộ phận đàn hồi - Trong mục Spring Name nhập tên tên lò xo cần thay đổi thông số. Nếu - chọn sửa đổi từ một lò xo xác định thì tên của nó là xác định. - Trong mục Installed Length nhập chiểu dài của lò xo. - Trong mục Spring Diameter nhập bán kính của lò xo. - Trong mục Number of Coils nhập số vòng của lò xo. Muốn thay đổi độ cứng của lò xo ta nháy vào nút lúc đó chương trình cho hộp thoại: Hình 3.12: Hôp thoại thay đổi độ cứng cho lò xo bộ phận đàn hồi Ở đây chương trình cho ta một đồ thị mô tả sự phụ thuộc của lực đàn hồi của lò xo và độ co giãn của nó, hay nói cách khác hệ số góc của đồ thị là giá trị của độ cứng lò xo. Có thể thay đổi các đơn vị trong quá trình mô phỏng bằng cách chọn Settings chọn Unit và thay đổi các đơn vị thuận lợi cho quá trình mô phỏng hệ thống. Hình 3.13: Hộp thoại định nghĩa các đơn vị đo trong quá trình mô phỏng Nhập mối quan hê giữa lực đàn hồi của bộ phận đàn hồi và biến dạng của nó theo một hàm bất kỳ. Tuy nhiên ở đây ta coi như bộ phận đàn hồi có độ cứng không thay đổi, do đó trong mục Slope ta nhập giá trị của độ cứng là 30 (30N/mm). Điều này cũng có nghĩa hệ số góc của đường thẳng biểu diễn mối quan hệ giữa lực đàn hồi và biến dạng chính là 30. Kết quả được đồ thị sau : Hình 3.14: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực đàn hồi và độ biến dạng của lò xo bộ phận đàn hồi Tương tự như bộ phận giảm chấn nhập giá trị cho hệ số giảm chấn của giảm chấn thủy lực được thể hiện qua đường biểu diễn mối quan hệ giữa lực của bộ phận giảm chấn và vận tốc của nó như sau: Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực giảm chấn và vận tốc của giảm chấn Nhập hàm của lực kích thích mặt đường lên hai lốp Từ Suspension Analysis chọn Dynamic chương trình cho hộp thoại Hình 3.16: Hôp thoại nhập thông số lực kích thích đầu vào lên hai lốp Ở đây giả sử lực kích thích từ mặt đường của hai lốp trái và phải là như nhau và Là một hình sin có biên độ 5mm và tần số 4πHz có phương trình: Chạy mô phỏng hệ thống và in kết quả dưới dạng đồ thị các tham số của hệ thống. Để mô phỏng hệ thống treo ta ta vào Review chọn Animation Controls lúc đó chương trình cho ta hộp thoại điều khiển quá trình mô phỏng: Hình 3.17: Hộp thoại điều khiển quá trình chạy mô phỏng hệ thống treo Sau khi chạy mô phỏng hệ thống treo ta ta đi in kết quả tham số hệ thống. Muốn vậy ta vào Review-Postprocessing Window hoặc dùng phím F8 Hình 3.18: Hộp thoại xuất đồ thị các thông số đầu ra Trong mục Simulation bao gồm các file mà ta xây dựng, mỗi file mang giá trị các thông số hệ thống khác nhau. Vì vậy đồ thị các tham số đầu ra tương ứng mỗi file là khác nhau. Muôn vẽ đồ thị tương ứng với thông số nào tương ứng ta chọn vào file đó; Trong mục Request cho ta các đồ thị của các chi tiết; Trong mục Component là các thành phần của đồ thị theo các phương tương ứng. Sau khi chọn được tên đồ thị cần vẽ ta chọn Add curves đồ thị sẽ tự động vẽ.Ở đây chúng ta có thể vẽ chung nhiều đồ thị với nhau bằng cách bỏ chọn Surf hoặc vẽ riêng từng đồ thị ta chọn Surf và kích vào đồ thị tương ứng. Sau đây là đồ thị một số tham số của hệ thống treo tương ứng với giá trị các thông số cho ở bảng trên. Hình 3.19: Đồ thị chuyển vị dài của khung xe dọc theo 0x Hình 3.20: Đồ thị chuyển vị dài của khung xe dọc theo 0y Hình 3.21: Đồ thị chuyển vị dài của khung xe dọc theo 0z Hình 3.22: Chuyển vị góc của khung xe quanh 0x Hình 3.23: Chuyển vị góc của khung xe quanh 0y Hình 3.24: Chuyển vị góc của khung xe quanh 0z Hình 3.25: Vận tốc dài của khung theo phương 0x Hình 3.26: Vận tốc dài của khung theo phương 0y Hình 3.27: Vận tốc dài của khung theo phương 0z Hình 3.28: Vận tốc góc của khung quanh 0x Hình 3.29: Vận tốc góc của khung quanh 0y Hình 3.30: Vận tốc góc của khung quanh 0z Hình 3.31: Gia tốc dài của khung theo phương 0x Hình 3.32: Gia tốc dài của khung theo phương 0y Hình 3.33: Gia tốc dài của khung theo phương 0z Hình 3.34: Gia tốc góc của khung quanh 0x Hình 3.35: Gia tốc góc của khung quanh 0y Hình 3.36: Gia tốc góc của khung quanh 0z Đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống khi thay đổi thông số cho hệ thống treo Bằng việc thay đổi giá trị các thông số đầu vào cho hệ thống treo thì có thể thay đổi được giá thị các tham số đầu ra từ đó ta có những đánh giá cụ thể cho chất lượng hệ thống treo. Trong nội dung đề tài này giá trị thông số đầu vào được thay đổi là độ cứng bộ phận đàn hồi (lò xo) và hệ số cản của giảm chấn thủy lực. Việc đánh giá chất lượng hệ thống thông qua sự đánh giá về gia tốc giao động của khối lượng được treo tức khung xe vì thông số này có tác dụng trực tiếp lên con người. Độ êm dịu chuyển động của ô tô được đánh giá trên cơ sở các thông số về dao động của ô tô như giá trị bình phương trung bình của gia tốc dao động theo các phương X, Y, Z là: Zx’’, Yy’’, Xz’’ Giá trị gia tốc giới hạn theo các phương được xác định bằng thực nghiệm: Zx’’< 2,5 ( m/s2) Zy’’< 0,7 (m/s2 ) Zz’’< 1,0 ( m/s2) Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Mặt khác, quan trọng hơn cả là dao động ô tô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu nhiên với dải tần số rộng và phức tạp cả theo hướng tác dụng. Ảnh hưởng của dao động đến con người còn được đánh giá theo trị số hiệu quả của gia tốc dao động thẳng đứng. Công thức: Đối với dao động điều hoà ta có: trong đó: là biên độ lớn nhất của gia tốc dao động. Nếu gia tốc dao động có dáng điệu bất kỳ, có thể xác định giá trị: ở đây: Ddt - diện tích được giới hạn bởi đường cong với trục hoành; T - tổng thời gian dao động (T=10s). Trị số hiệu quả của gia tốc thẳng đứng được đánh giá theo bảng đồ thị sau: Hình 3.37: Đồ thị biểu thị sự phụ thuộc vào gia tốc thẳng đứng và tần số dao động (Theo [4]) Ngoài việc đánh giá chất lượng của một hệ thống treo, người ta còn đánh giá trên cơ sở cho rằng cảm giác con người khi chịu dao động phụ thuộc vào hệ số êm dịu chuyển động K. Hệ số êm dịu chuyển động K phụ thuộc vào tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động, phương dao động và thời gian tác dụng của nó đến con người. Nếu K = const thì cảm giác khi dao động sẽ không thay đổi. Hệ số K xác định theo trị số của biên độ gia tốc hoặc bình phương trung bình : ở đây: - tần số dao động (Hz). Vì dao động của hệ thống treo là dao động cưỡng bức nên tần số dao động của hệ chính là tần số của lực kích thích do đó ω=4π (Hz) - gia tốc dao động (m/s2); -bình phương trung bình của gia tốc (m/s2); ky - hệ số hấp thụ; T - thời gian tác dụng (T=10s). Nếu hệ số k càng nhỏ thì con người càng dễ chịu đựng dao động, K = 0,1 tương ứng với ngưỡng kích thích. Khi ngồi lâu dài trên xe [K] = 10 ¸ 25; khi ngồi ngắn hạn [K] = 25 ¸ 63. Khi kích thích dao động là hàm ngẫu nhiên: Trong đó: Ki - hệ số êm dịu của thành phần thứ i; n- số thành phần của hàm ngẫu nhiên. Giá trị K có thể xác định bằng tính toán hoặc bằng thực nghiệm. Để đánh giá chất lượng hệ thống qua sự thay đổi độ cứng của hệ số giảm chấn ta thực hiện thay đổi giá trị của nó thông qua các giá trị k=25000N/m, k=30000N/m và k=35000N/m khi giá trị của c không đổi (1000N.s/m) và trường hợp thay đổi giá trị c=1000N.s/m, c=500N.s/m và c=1500N.s/m trong khi giá trị của k=30000N/m là không thay đổi. Đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống khi thay đổi độ cứng của bộ phận đàn hồi Đánh giá theo biên độ gia tốc dao động Gia tốc dài theo phương 0x Hình 3.38: Gia tốc dài khung theo phương 0x khi thay đổi giá trị k k (N/m) Max (mm) Min (mm) Avg (mm) 25000 0,2849 -0,4665 -0,0036 30000 0,3506 -0,5519 -0,0047 35000 0,4157 -0,6352 -0,0059 Gia tốc dài theo phương 0z Hình 3.39:Gia tốc dài khung theo phương 0z khi thay đổi giá trị k k (N/m) Max (mm) Min (mm) Avg (mm) 25000 1,5594 -1,5285 -0,0033 30000 1,8941 -1,7196 -0,0090 35000 2,2212 -1,9134 -0,0145 Gia tốc góc theo phương 0y Hình 3.40: Gia tốc góc khung theo phương 0y khi thay đổi giá trị k k (N/m) Max (độ) Min (độ) Avg (độ) 25000 0,0114 -0,0072 1,2948.10-4 30000 0,0101 -0,0061 1,1105.10-4 35000 0,0089 -0,0050 9,3434.10-5 Nhận xét: Lực kích thích từ mặt đường đối xứng nên gia tốc dài theo phương 0y bằng không và gia tốc góc theo phương 0x và 0z bằng không. Khi độ cứng k tăng thì giá trị cực đại càng tăng và giá trị cực tiểu giảm và giá trị trung bình của đồ thị cũng tăng về trị số, do đó khi xét tới gia tốc dài thì khi độ cứng càng gần tới giá trị k=25000 N/m xe càng dao động êm hơn. Ngược lại với gia tốc dài thì gia tốc góc theo phương 0y có sự biến thiên ngược lại, khi giá trị của k càng tăng tới giá trị k= 35000 N/m thì gia tốc góc lại giảm về biên độ và giá trị trung bình cũng giảm theo. Do đó khi xét tới gia tốc góc thì khi giá trị k càng tăng thì khả năng ổn định của xe cũng tăng theo. Đánh giá theo giá trị trung bình của gia tốc thẳng đứng , hệ số êm dịu K và trị số hiệu quả của gia tốc thẳng đứng Giá trị trung bình của gia tốc thẳng đứng: Trị số hiệu quả của gia tốc thẳng đứng: Trong đó: S: Diện tích phần được giới hạn bởi trục t (trục hoành) và đồ thị gia tốc sau khi tịnh tiến lên phía trên trục hoành một khoảng đúng bằng giá trị của cực tiểu đồ thị; là giá trị cực tiểu của gia tốc dài của khung; là giá trị trung bình của đồ thị hàm số gia tốc sau khi tịnh tiến; T là thời gian tác dụng (T=10s). Trường hợp k=30000 N/m Hình 3.41: Gia tốc dài của khung khi k=30000N/m Giá trị Phương 0x Phương 0y Phương 0z Trung bình 0.5472 0 1.7106 -0.5519 0 -1.7196 0.2168 0 0.300 ky 11.2082 11.2082 11.2082 K 2.4300 0 3.36246 0.01885 0 0.0996 Trường hợp k=25000N/m Hình 3.42: Gia tốc dài của khung khi k=25000N/m Giá trị Phương 0x Phương 0y Phương 0z Trung bình 0.4629 0 1.5252 -0.4665 0 -1.5285 0.1897 0 0.1817 ky 11.2082 11.2082 11.2082 K 2.1262 0 2.0365 0.01595 0 0.08531 Trường hợp k=35000 N/m Hình 3.43: Gia tốc dài của khung khi k=25000N/m Giá trị Phương 0x Phương 0y Phương 0z Trung bình 0.6293 0 1.8989 -0.6352 0 -1.9134 0.2429 0 0.3808 ky 11.2082 11.2082 11.2082 K 2.7225 0 4.2681 0.02169 0 0.1136 Nhận xét: Nếu xét theo tiêu chuẩn gia tốc trung bình theo phương thẳng đứng thì các gia tốc đều đảm bảo tiêu chuẩn: Nếu xét theo tiêu chuẩn hệ số êm dịu K thì không phù hợp do không thỏa mãn chế độ làm việc ngắn hạn ( [K] = 25 ¸ 63). Tuy nhiên hệ số êm dịu K không thay đổi cho mỗi trường hợp nên cảm giác gây ra cho con người là không thay đổi. Nếu xét trị số hiệu quả theo gia tốc thẳng đứng thì các giá trị theo phương 0x và 0z đều thỏa mãn (mỗi điểm có tọa độ là tương ứng và ω=4π đều nằm dưới đường biểu thị mối quan hệ được cho bởi đồ thị hình 3.37). Đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống khi thay đổi hệ số giảm chấn của bộ phận giảm chấn Đánh giá theo biên độ gia tốc dao động Gia tốc dài theo phương 0x Hình 3.44: Gia tốc góc khung theo phương 0x khi thay đổi giá trị c C (N.s/m) Max (mm) Min (mm) Avg (mm) 500 0,3201 -0,6897 -0,0062 1000 0,3506 -0,5519 -0,0047 1500 0,3856 -0,4542 -0,0036 Gia tốc dài theo phương 0z Hình 3.45: Gia tốc góc khung theo phương 0z khi thay đổi giá trị c C (N.s/m) Max (mm) Min (mm) Avg (mm) 500 1,7193 -1,4882 -0,0163 1000 1,8941 -1,7196 -0,0090 1500 2,0857 -2,1422 -0,0033 Gia tốc góc theo phương 0y Hình 3.46: Gia tốc góc khung theo phương 0y khi thay đổi giá trị c C (N.s/m) Max (độ) Min (độ) Avg (độ) 500 0,0102 -0,0061 1,1695.10-4 1000 0,0101 -0,0061 1,1105.10-4 1500 0,0100 -0,0061 1,0779.10-4 Nhận xét: Khi giá trị của c càng tăng tới giá trị c=1500 (N.s/m) thì giá trị cực đại gia tốc dài theo hai phương 0x và 0z tăng và giá trị cực tiểu giảm, tuy nhiên giá trị trung bình lại giảm. Gia tốc góc theo phương 0y biến thiên ngược lại với gia tốc dài. Giá trị của c càng tăng thì giá trị cực đại càng giảm và cực tiểu gần như không đổi, giá trị trung bình của đồ thị càng giảm. Đánh giá theo bình phương trung bình của gia tốc thẳng đứng , hệ số êm dịu K và trị số hiệu quả của gia tốc thẳng đứng Trường hợp c=1000N.s/m Hình 3.47: Gia tốc dài của khung khi c=1000N.s/m Giá trị Phương 0x Phương 0y Phương 0z Trung bình 0.5472 0 1.7106 -0.5519 0 -1.7196 0.2168 0 0.3 ky 11.2082 11.2082 11.2082 K 2.4300 0 3.36246 0.01885 0 0.0996 Trường hợp c=500N.s/m Hình 3.48: Gia tốc dài của khung khi c=500N.s/m Giá trị Phương 0x Phương 0y Phương 0z Trung bình 0.6835 0 1.4719 -0.6897 0 -1.4882 0.2490 0 0.4037 ky 11.2082 11.2082 11.2082 K 2.7908 0 4.5248 0.01619 0 0.0853 Trường hợp c=1500N.s/m Hình 3.49: Gia tốc dài của khung khi c=1500N.s/m Giá trị Phương 0x Phương 0y Phương 0z Trung bình 0.4506 0 2.1389 -0.4542 0 -2.1422 0.1897 0 0.1817 ky 11.2082 11.2082 11.2082 K 2.1262 0 2.0365 0.0217 0 0.1158 Nhận xét: Nếu xét theo tiêu chuẩn gia tốc trung bình theo phương thẳng đứng thì các gia tốc đều đảm bảo tiêu chuẩn: Nếu xét theo tiêu chuẩn hệ số êm dịu K thì không phù hợp do không thỏa mãn chế độ làm việc ngắn hạn ([K] = 25 ¸ 63). Tuy nhiên hệ số êm dịu K không thay đổi cho mỗi trường hợp nên cảm giác gây ra cho con người là không thay đổi. Nếu xét trị số hiệu quả theo gia tốc thẳng đứng thì các giá trị theo phương 0x và 0z đều thỏa mãn (mỗi điểm có tọa độ là tương ứng và ω=4π đều nằm dưới đường biểu thị mối quan hệ được cho bởi hình 3.37). KẾT LUẬN Việc nghiên cứu mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống treo ô tô không phải là một vấn đề mới, tuy nhiên nó có ý nghĩa hết sức quan trọng trong quá trình nghiên cứu thiết kế cũng như chế tạo ô tô. Trong thời gian qua với nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn Ths. Phạm Thế Minh cùng tập thể thầy cô bộ môn Kỹ thuật máy em đã hoàn thành đồ án của mình. Đồ án đã đạt được những kết quả sau: 1. Nghiên cứu, tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một số hệ thống treo đang được sử dụng rộng rãi tại thị trường Việt Nam, đặc biệt là việc nghiên cứu, tìm hiểu về nguyên lý hoạt động và cấu tạo của một số loại lò xo và giảm chấn thông dụng trên ô tô hiện nay. 2. Xây dựng được mô hình xe hai cầu trong mặt phẳng dọc và mặt phẳng ngang thân xe và mô hình không gian cho toàn xe. Qua đó viết được phương trình động lực học cho từng trường hợp. 3. Dùng phần mềm Adam/car mô phỏng hoạt động và vẽ đồ thị các tham số đầu ra quan trọng cho mô hình hệ thống treo trong mặt phẳn dọc xe. Thông qua phương trình động lực học và các thông số đầu vào tính được hàm truyền của các tham số đầu ra cơ bản. 4. Đánh giá chất lượng hệ thống treo khi thay đổi các thông số đầu vào của hệ thống treo là độ cứng k của bộ phận đàn hồi và hệ số giảm chấn c của bộ phận giảm chấn thông qua sự thay đổi của các tham số đầu ra. Sau quá trình tiến hành thực hiện đề tài em đã thu được những kết quả như yêu cầu tuy nhiên do trình độ bản thân và thời gian có hạn nên việc thực hiện đề tài vẫn còn những thiếu sót. Vì vậy ta có thể tiếp tục phát triển đề tài theo một số hướng sau: Tiếp tục nghiên cứu đánh giá chất lượng hệ thống treo trên cơ sở sử dụng biên độ nền đường và mô hình hệ thống treo sát với thực tế hơn, cụ thể ta có thể sử dụng mô hình nền đường thực tế đo đạc được đồng thời mô hình vật lý xe phải kể đến ảnh hưởng của thông số thanh ổn định ngang và thanh dẫn hướng, ảnh hưởng của thông số hình học hệ thống treo. Việc mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống treo thông qua mô hình không gian cho toàn xe sẽ cho một kêt quả chính xác hơn và cần thiết hơn trong quá trình nghiên cứa và tính toán cho hệ thống treo. Việc đánh giá những thông số sẽ có ý nghĩa hơn nếu ta so sánh với các thông số thực nghiệm. Vì là sinh viên chưa được tiếp cận với thực tế nên việc đánh giá đơn thuần chỉ trên cơ sở lý thuyết với các giả thiết khi xây dựng. Để hoàn thiện hơn chất lượng đề tài em rất mong nhận được sự đóng góp đánh giá của các thầy cô cùng toàn thể các bạn. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Nguyễn Bá Nghị Bài giảng động lực học máy Trường đại học giao thông vận tải [2]. An Tri Tân Bài giảng mô phỏng thiết kế hệ thống tự động Trường đại học giao thông vận tải [3]. Nguyễn Ngọc Lâm Lý thuyết ô tô Trường đại học giao thông vận tải Hà Nội – 1984. [4]. Một số đồ án tốt nghiệp của khóa trước về hệ thống treo trên ô tô-Trường đại học giao thông vận tải. Nguyễn Anh Nguyên-Lớp: Cơ khí ô tô B - K43 “Nghiên cứu ảnh hưởng kết cấu các hệ thống treo đến chỉ tiêu an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường ” Nguyễn Công Trường-Lớp: Cơ điện tử K45 “Đánh giá ảnh hưởng của một số thông số đến hệ thống treo ô tô” [5]. Một số Website và Forum PHỤ LỤC Hình 4.1: Chuyển vị dài của khung Hình 4.2: Vận tốc dài của khung theo phương 0x khi thay đổi giá trị c theo phương 0x khi thay đổi giá trị c Hình 4.3: Chuyển vị dài của khung Hình 4.4: Vận tốc dài của khung theo phương 0z khi thay đổi giá trị c theo phương 0z khi thay đổi giá trị c Hình 4.5: Chuyển vị góc của khung Hình 4.6: Vận tốc góc của khung theo phương 0y khi thay đổi giá trị c theo phương 0y khi thay đổi giá trị c Hình 4.7: Chuyển vị dài của khung Hình 4.8: Vận tốc dài của khung theo phương 0x khi thay đổi giá trị k theo phương 0x khi thay đổi giá trị k Hình 4.8: Chuyển vị dài của khung Hình 4.9: Vận tốc dài của khung theo phương 0z khi thay đổi giá trị k theo phương 0z khi thay đổi giá trị k Hình 4.10: Chuyển vị góc của khung Hình 4.11: Vận tốc góc của khung theo phương 0y khi thay đổi giá trị k theo phương 0y khi thay đổi giá trị