Tài liệu Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén (tt)

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài i g h g ghi i N g g h i h i h hi g i gi h g h g g g g ở g Nhiề i ờ g ó h g ờ g ố h h h ử dụ g Thê hí h h hỗ ủ Nh hiề i ã g ặ bi i h h ỡ hụ ụ ế ờ gd i hụ ụ d ị h b ý hụ ụ ậ i g g hố g e hí é hi g ử dụ g g ối hổi biế ê h h b ý d ó hữ g í h ă g i h i h hố g e i hí T hiê ở i N g ă gầ ề ử dụ g h h ờ g d i ó h hố g e hí é i ố ề h ị h ề í h í h ổ ị h hi h g ê ờ g dố ầ h i e é ử dụ g ố h hố g ê ở g ầ ó g h ghiê h Nghiê gi i h i g h g ủ h hố g e hí é g h b hậ h g g ê ầ ề ê dị í h h g ầ hiế D ậ i ặ ề “Nghiên cứu dao động của ô tô khách có sử dụng hệ thống treo khí nén” h g ghiê ó ý gh h i ầ hiế ở i N hi 2. Mục đích nghiên cứu Nghiê h gi d g h h ử dụ g h hố g e hí é h g q hỉ iê ê dị h g hụ ụ h g hiế ế hế g h h i h khách ử dụ g h hố g e hí é ở i N 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - ối g ghiê ủ ậ h h ó ử dụ g h hố g e hí é ở i N - Ph i ghiê ủ ậ ghiê ý h ế h ghi ềd g h h ó ử dụ g h hố g e hí é ở i N 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Ph g h ghiê ủ ậ ế h giữ ghiê ý h ế i h ghi - ề ghiê ý h ế ã họ h h hầ ử h i hí é ó h g ób h hí hụ ê ở ó d g h hd g h g gi h h ử dụ g h hố g e hí é h h hd g bằ g M b - Si i h gi hh ở g ủ ố h g ố ế ử dụ g ế hỉ iê ề ê dị h g - Sử dụ g ế q ghiê h ghi i h g í h hí h ủ h h hi hỉ h h h ý h ế g hời ị h h g ố ầ h h h 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài * Ý nghĩa khoa học -L họ h h họ d g h h ghiê g họ h hố g e hí é h hd g h h g h g gi ó ế ế ố hi ế ủ hí é g h hố g e L họ hỉ iê h h gi h h ở g ủ h hố g e hí é ế d g -L ậ ó g gó ghiê i ề ố h g ố ế ử dụ g h hố g e hí é hh ở g ế d g h h ở i N Th g q i d g h hd g ghiê ý h ế ậ gó hầ h hi h g h h gi h hố g e hí é hằ g í h ê dị h g ủ h h ử dụ g g * Ý nghĩa thực tiễn - Kết qu nghiên c u của luận án sẽ góp phần hoàn thi n cho vi c thiết kế, chế t o và s n xu t l p ráp ô tô khách sử dụng h thống treo khí nén. - Luận án trình bày m t số ề xu t về sử dụng h thống treo khí nén trên các ô tô khách, giúp các nhà qu ý ó ở b h h q ịnh về khai thác, sử dụng ô tô khách có h thống treo khí nén m t cách hi u qu và an toàn. 1 - Luận án có th c dùng làm tài li u tham kh o cho sinh viên, họ iê h ê g h C hí ô tô. 6. Bố cục của luận án L ậ g hữ g hầ h g : - Chương 1: Tổ g q ề ề ghiê - Chương 2: Thiế ậ h hd g h h ử dụ g h hố g e hí é - Chương 3: Kh ế ố hh ở g ế d g ủ h h ử dụ g h hố g treo khí nén - Chương 4: Nghiê h ghi - Kết luận và kiến nghị, Phần phụ lục 7. Đóng góp mới của luận án Luậ ã iến hành chuẩn hóa mô hình nghiên c ng l c học h thống treo khí nén bằng th c nghi m v i sai số cho phép   10% X ịnh bằng th c nghi ờ g ặ í h h ng l c họ hí é T ê ở h h e hí é ã ịnh tiến hành xây d ng mô hình nghiên c d ng ô tô khách có sử dụng h thống treo khí nén, trong mô hình có k ến yếu tố phi tuyến của h thống treo. Kh h hd g h h h gi h h ởng của m t số thông số kết c ặc g ủa h thố g e hí é ến các chỉ tiêu êm dịu và an toàn chuy ng của ô tô khách s n xu t l p ráp t i Vi t Nam: -X ị h c nh của th tích bình khí phụ ến tính êm dịu và an toàn chuy ng ô tô. Khi h thống treo khí nén sử dụng thêm bình khí phụ gi m 11,5% góc nghiêng ngang thân xe v i í h hí h ầu vào d ng xung, gi m 27,2% v i kích thích d ng ngẫu nhiên. - Ả h h ởng của áp su t khí nén trong h thố g ến tính êm dịu và an toàn chuy ng ô tô. CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU L ậ ã ghiê h í h g h g ghi h g h i h hở i N T hh h h h ó ử dụ g h hố g e hí é ề i h g q ó ị h ụ iê ghiê ; h í h h gi ghiê ó iê q ế h hố g treo khí nén. H hố g e ó hầ ử h i i hí é g i là hệ thống treo khí nén g g d g hổ biế ê i h h ỡ D ó í h i ề í h ê dị h g h hố g e hí é hi ã dầ h hế h hố g e ử dụ g hầ ử h i i i h : hí h ặ h h Phầ ử h i hí é ủ h hố g ó h ă g h ổi g hờ ặ í h hị é ủ h g hí g bầ h ó h dụ g i g iề hi h ặ b g h ổi g h h i hế h g Q hi ề g h ghiê g g i h h ghiê d g h h ó ử dụ g h hố g e hí é ở g hi gd g iở ố ghiê ý h ế g bố q b ib ậ ă h ỹ h g ghiê ý h ế ế h i hí ghi i h g h h hd g h h ó ử dụ g h hố g e hí é ở g g h g ở Kế q ghiê ó h ử dụ g i i h h h i hiế ế hế ử dụ g h hố g e hí é h h hở g Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án Tê ở h í h h h h ghiê g ê hế gi i g h ụ í h ối g h i ghiê ã h ị h Nhi ụ ặ ối i ậ : -L họ h h họ hỏ g hầ ử h i hí é h hố g e ị h ặ í h h g họ hí é - Nghiê d g h hd g h h ó ử dụ g h hố g e hí é g h g gi g h h ó ế ế ố hi ế ủ hí é T ê ở h hd g ã d g ghiê g dụ g hầ ề M b - Si i hỏ g d g ủa ô tô h h g h g gi h h h hé ghiê g hời ặ g g họ ủ ềd g g iề i h g hẳ g h gi hh ở g ủ ế ố hi 2 ế g h hố g e ế d g h g ủ Tê ở ó ố h ế h i ử dụ g h h ó h hố g e hí é - Nghiê hh ở g ủ ố h g ố ế h hố g e hí é ế d h h i i N h gi i ậ ế q ghiê ý h ế bằ g i h i ế q q ó h ẩ hó i h h ý h ế ã d g ị h ố h g ố ầ hình. Giới hạn của đề tài. -T g h hổ ậ hỉ ghiê hh ở g ủ h g ố ế ặ hí é g h hố g e ế d g h h - Ch ghiê hh ở g ậ i hế hi iế g h hố g e hí g - C hí ghi ậ g ị h ặ í h h g họ hí é d h h g ử dụ g ở i N ị h ố h g ố i h g h ã d g ề g hí ghi h g ủ é ế d g ê h ý h ế CHƢƠNG 2. THIẾT LẬP MÔ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ KHÁCH SỬ DỤNG HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN L ậ hb ở ý h ế ề h hí L họ h h họ d g h h g họ hầ ử h i hí é Kh hh ở g ủ h g ố ế ế ặ í h g họ ủ hầ ử h i hí é X d g h hd g trong không gian ô tô khách ó ử dụ g h hố g e hí é h h ó ế hh ở g ủ ế ố hi ế L họ hỉ iê h gi í h ê dị h g h h i i Nam. 2.1. Mô hình động lực học của lò xo khí nén S h thống e hí é c th hi ê h 2 1 C ở toán họ h h h ng l c học h thố g e hí é ặ í h h i của lò xo khí nén trong d i tần số làm vi c của ô tô t (0-20 z [55] ặ í h h i củ hí é g ối ph c t p, phụ thu q h ng l c học và nhi ng của ch hí C i g họ ặ g b g m: áp su t, th tích, nhi t , khối ng, mậ ă g ng củ hí é 2 g h b h hí hụ 5 (bình khí phụ là phần tử được nối với lò xo khí nén). 3 4 5 6 7 2 8 1 Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống treo khí nén 1- Cầu xe ; 2- Lò xo khí nén(Ballon); 3-Khung xe (chassi); 4- Đường ống khí; 5- Bình khí phụ ; 6- Van tải tr ng; 7- Máy nén khí; 8- Bình chứa khí nén C ở toán học của mô hình h thống treo khí nén phụ thu q h ng l c học và nhi ng học ph c t p của khí nén bên trong h thố g [55] nghiên c ặ í h ng l c học của lò xo khí nén, có th sử dụng mô hình vậ ý [29] [55] c gi i thi u trên Hình 2.2. Trong ó: Vb và pb- Th tích và áp su t tuy ối của khí nén trong lò xo khí nén; Vr và pr- Th tích và áp su t tuy ối của khí nén trong bình khí phụ; As và ls- Tiết di n mặt c t ngang và chiề d i ờng ống nối lò xo khí nén và bình khí phụ; z -Biến d ng củ hí é he h g hẳ g ng; chuy n ng của khí nén giữa lò xo khí nén và bình khí phụ ặ g bằng khối ng ms và biến d ng zs; n- Chỉ số biến. Gọi b ầ áp suất tuyệt đối g h hố g e hí é p0, khi lò hí é bị é 3 h gz ó h ổi h í h g h ổi g g ∆pb ∆pr trong lò xo khí é b h hí hụ. T mô hình vật lý Hình 2.2 xây d ng mô hình toán học cho lò xo khí nén GENSYS [29] ,[55] c th hi h ê hình 2.3 Fz Fz pa Fzt z Ae z zs ke ls pb ,Vb kv M ws As pr ,Vr cw mk Hình 2.2. Mô hình vật lý lò xo khí nén Hình 2.3. Mô hình toán h c lò xo khí nén GENSYS H h g h ng l c học phi tuyến của lò xo khí nén(hệ phương trình có kể đến chuyển động của khối lượng dòng khí trong hệ thống) hi é ến chiều của vận tốc dòng khí trong ờng ố g c viế h :  Fz   p0  pa  Ae  ke zs  kv  z  ws  ,  2.29     Mw  kv  z  ws   cw ws sign  ws  . 2.2. Đ c tính đàn h i lò xo khí nén. c t nh n hồi tĩnh Khi d ng, chiều cao bu g h i biế ổi h ờng xuyên, dẫn t i h ổi giá trị di n tích làm vi c và th tích của bu g h i. C hai giá trị này chịu h h ởng của kết c u bu g h i (hình d ng củ i Khi h ổi th tích dẫn t i h ổi áp su t trong bu g h i, theo mô h h Ge ã d ng (2.29 c g h ủ hí é hi h h h i ờng h p phụ thu c vào tần số làm vi c của h thống: Vùng làm vi c ở tần số cao và tần số th p. Khi tiến hành é h hí é c g hK ị h h [55]: p0 Ae2n dA Kt   pb e Vb0  Vr 0 dz  2.30  Trong bi u th c (2.30 c g h ủa lò xo khí nén g c g h g ng áp su t p0 ban ầ c gd h ổi th tích Vb là h ổi áp su ∆pb trong lò xo khí nén. Th tích khí é g hí é h ổi do có dịch chuy n z là: Vb= Vb0 - Aez. T i trọng Fz ặt lên bu g h i ở chiều cao làm vi c (z) và di n tích hời Ae: Fz= Ae (pb- pa)  V  n    Vbn0 p 0  p a  Ae Fz =  b 0  p0  pa  Ae =  (2.33) n ( V  A z )  Vb   e  b0  -3 3 -2 2 L a chọn thông số cho lò xo khí nén: Vb0=28.10 m ; Ae=4,8.10 m ; n=1,4 cho áp su p0= 400; 500; 600 kPa. Kết qu h c trên Hình 2.4. 4 h ổi Hình 2.4. Đặc tính tĩnh lò xo khí nén c t nh ộng lực học lò xo khí nén. ặ í h g họ ủ hí é g g họ Kd bằ g q dụ g ê hí é dị h h zở ầ ố í h hí h ầ h h ủ g g họ ị h bằ g ỷ ố giữ gi ị gb hb h h g ủ Fz gi ị gb hb h h g ủ dị h h z he g h : Kd  1T 2 Fz  t  dt T 0 1T 2 z  t  dt T 0 Ch í h hí h ầ ng l c họ hí é ; z  t   zmax sin t   zmax sin  2 ft  . ủa mô hình khi nén ở ê Hình 2.5 ầ ố h h giữ i ọ g  2.35 h h ờ g ặ í h Hình 2.5. Đặc tính động lực h c lò xo khí nén 2.3. Mô hình dao động ô tô khách với hệ thống treo khí nén. c giả thi t khi ựng h nh: gi n trong quá trình nghiên c h hd ng củ h h g h g gi c xây d ng d ê gi hiế : Bỏ qua h h ởng của các ngu d ng t ê h g h thống truyền l c; Thân xe c ng tuy ối có khối ng ms và mô men quán tính khối ng theo các trục Jx và Jy; Cụm cầu b h e g e h t vật r n có khối ng mu và mô men quán tính khối ng Ju; Ghế g ời lái h hh h h hố g e g m phần tử h i kd và gi m ch n cd. Ng ời lái và ghế ng i e h t ch i m có khối ng md chỉ d g he h g thẳ g g; C b h e ó c ng ku iế i ặ ờ g g q rình chuy ng, bỏ qua h số c n của lốp; Khối ng của thân xe và các cầu phân bố ối x g q ặ hẳ g ối x ng v i trụ dọ ủ ; Mặ ờng không biến d ng, tiếp xúc bánh xe v i mặ ờng là tiế i m; Khối g e h g c treo liên kết qua h thống treo bao g m lò xo khí nén theo mô hình Gensys và gi m ch n có h số c h g ổi; H h g hd ng mô hình 1/4 ô tô v i h thống treo khí nén: 5 ms zs  cs  zs  zu   ke  zs  zu   kv  z s  ws   0    mu zu  cs  zs  zu   ke  zs  zu   cw ws  zu sign  ws  zu   kt  zu  q   0     Mws  kv  zs  ws   cw ws  zu sign  ws  zu   0  2.45 Mô hình ô tô khách sử dụng h thống treo khí nén trong không gian có 8 bậc t do: Các bậc t d b n của mô hình có th c bi u di n bằ g é ọ suy r ng: z = [Zd, Z, Ф, Θ, Zuf, Zuf, Фuf, Фur]T = [Zd,ysT,yuT]T; H h g h d trong không gian: ng của ô tô khách  md Z d   Fd ,  4 m Z  F F , s  si d  i 1  4  2  J x  ms hr    Fsi rsyi  M af  M ar  Fd ryd  ms a y hr , i 1   4  J  ms h 2    F r  F r  m a h , p si sxi d xd s x p  y i 1  2  m Z  (2.50)  uf uf   Fsi  Fui , i 1  4   mur Zur    Fsi  Fui ,  i 3  2 2 J   F r  F r M , af  uf uf  si syi  ui uyi i 1 i 1  4 4   J urur   Fsi rsyi   Fui ruyi  M ar . i 3 i 3      (2.49) Hình 2.12: Mô hình dao động của ô tô khách trong không gian trong đó: Fd -lực liên kết giữa ghế lái và thân xe; Fsi và Fui - lực liên kết của hệ thống treo tại vị trí bánh xe thứ i và lực liên kết giữa các bánh xe thứ i với mặt đường (i = 1,2,3,4); Maf và Mar- mô men chống lắc sinh ra do thanh ổn định ngang ở cầu trước và cầu sau; rs và ru- t a độ của các điểm đặt lực. H h g h bằng l c củ he h g ị h h : 4   ms  md  mu  ax   Fxi  i 1  4   ms  md  mu  a y   Fyi  i 1  4 m z  m z  m z  m z  F  zi s s uf uf ur ur  d d i 1  (2.51) T g ờ gh h g hẳ g ề hi ó q í h he h g dọ = =0 T g ờ g h q g ề =0 3 3 4 Biểu iễn hệ phương tr nh ao ộng t ưới ạng a trận C h g h ủa h ph g hd ng (2.50) có th c khai tri n và bi u di n ở d ng ma trận theo trình t d i :  M z  C z  K z  K w ws  Q u    M w  C  w s  Guw z sign w s  Guw  4 x 8 z  K vGsw z  K v w s   w s   6 (2.75) trong đó: z   Zd , Z , , Zuf , Zur ,uf ,ur  là véc tơ các t a độ suy rộng; ws   ws1, ws 2 , ws3 , ws 4 T là T T véc tơ chuyển vị của khối lượng khí nén; u  qsT , quT   0,  ms a y hr  ,  ms ax hp  , q1, q2 , q3 , q4  là T     véc tơ các ngoại lực suy rộng hay véc tơ các lực kích thích; M, Mw - các ma trận khối lượng; C, Cβ -các ma trận hệ số cản; K, Kw, Kv - các ma trận độ cứng; Guw, Gsw - Các ma trận kích thước hình h c; Q - Ma trận kích thích. 2.4. Các ch tiêu đánh giá dao động ô tô Ch gd g ủ h ờ g h gi he hiề hỉ iê h h T g ậ NCS ử dụ g hỉ iê h gi d g h : 4 hỉ tiêu nh gi ộ ê ịu chu ển ộng Luận án sử dụng chỉ iê h gi êm dịu chuy ng theo giá trị b h h g g b h ủa gia tố g ời lái, gia tốc l c ngang theo bi u th c toán học sau [69],[70],[71],[72]: RMS ( Z d )  RMS    T 1 Z d2 (t )dt  T0 < 2,5 [m/s2] (2.76) T 1  2 (t )dt T 0 Gi ố b h h g g b h ó gi i h n là: + Thoải mái: 0,1 (m.s- 2 ) + Mệt mỏi cho phép: 0,315 (m.s-2 ) + Mệt mỏi ở giới hạn cho phép: 0,63 (m.s- 2 ). 4 hỉ tiêu nh gi an to n chu ển ộng Sử dụng giá trị b h h g g b h ủa dịch chuy g ối giữa bánh xe v i m p mô bề mặ ờ g h gi bám (tiếp xúc) của bánh xe v i mặ ờng. ánh giá chỉ tiêu an toàn chuy g ối v i ô tô có bốn bánh xe theo bi u th c toán học tổng quát sau: T  1 4 1 2  RMS  Fzd     F dt zdi 4  i 1 T 0    [N] (2.81) hỉ tiêu nh gi khả năng ổn ịnh ngang Tí h ổ ị h ủ g hữ g í h h h i h q ọ g T g ờ gh ổ g q ó hi h ă g b h g h g bị h ặ ậ g ọi iề i h i h hi h gq g hi h nh hoặc khi chuy g ê ờng dốc. Dùng h số phân bố t i trọ g g g LTR h gi ổ ịnh ô tô theo [46],[67],[60]. (2.83) trong đó: FzT -Phản lực tại bánh xe bên trái thứ I; FzP -Phản lực tại bánh xe bên phải thứ i Giá trị của LTR<1 ịnh kh ă g ổ ịnh của ô tô. KhiLTR= 1 là khi các bánh xe ở m t bên bị nh c khỏi mặ t có th x y ra lật ô tô. Ngoài ra, m b o an toàn cho ô tô khi chuy n ng, góc nghiêng ngang thân xe Max (góc nghiêng ngang tương đối giữa phần khối lượng được treo và khối lượng không được treo) l n nh h hé h g t quá 7-80. KẾT LUẬN CHƢƠNG II -L ậ h hố g e h i h tô. - ặ í h g hí hụ Ng xo khí nén. -M h h ặ ã d g h hd hí é h h ó ế g họ h hố g e hí é ủ h g ố i h ờ g gi g ế h h 1/4 h h ố hi ế d g họ hỉ iê h gi d hí é ó h h ở g ế h hh ở g ó : g ó h h ở g ủ hiề d i iế di g ố dọ g h g gi g 8 bậ gi ố g g M h h 7 g h g gi i ờ g ặ í h g ổ ị hô g ốd g í hổ ị h h hí é b h hí hụ; h í h b h ờ g ố g ối giữ b h hí hụ d d h g g ố í h hí h ầ h gi hỉ iê d g - NCS ã ị h họ hỉ iê h d g -C ế q ghiê g h g g h g gi ử dụ g h hố g e hí é g h hố g e hí é ế d g ủ h gi ề ở h Kh ê i dị h h h gi h hd hh ở g g h g h h g ố ế CHƢƠNG III. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHÁCH SỬ DỤNG HỆ THỐNG TREO KHÍ NÉN L ậ hí é ã h d g h hố g e g ế d h h g h gi hh ở g ủ g iề hời gi ố h g ố ế iề ầ ố 3.1. Mô phỏng mô hình nghiên cứu dao động ô tô trong Matlab Simulink Sử dụng h h g h 2 75.) xây d g khí nén, kh h gi hỉ iê d g tô khách v i h thống treo nhíp trên Hình 3.2. mô phỏng dao ng ô tô khách v i h thống treo h ê h31 mô phỏ g d ng ô Mo hinh dao dong o to khach trong khong gian voi he thong treo nhip Mo hinh dao dong o to trong khong gian voi he thong treo khi nen DAO DONG KHONG GIAN z z zd zd CHI TIEU DANH GIA DAO DONG ws ws z1 z zd_dd1 qu u qu HE TREO KHI NEN zdd u Mat duong zdd1 Mat duong THAN XE KHONG GIAN zdd1 z zd_dd Fz1 zdd qu Fz qu CHI TIEU DAO DONG Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng dao động ô tô khách trong không gian với hệ thống treo khí nén Hình 3.2. Sơ đồ mô phỏng dao động ô tô khách trong không gian với hệ thống treo nhíp Kích thích m p mô mặ ờng là thông số ầ h h h c mô phỏng trong khối “Mat duong” ê h 3 3 g m kích thích m p mô mặ ờng d g g “Mat duong dang bac” và kích thích mặ ờng ngẫ hiê “Mat duong dang ngau nhien” Khối “switch” c sử dụ g l a chọn tín hi í h hí h biê mặ ờng d ng xung hoặc ngẫu nhiên phù h p v i chế mô phỏng kh o sát. Mat duong bac thang q1 q2 bump Mat duong ngau nhien -K- Constant2 Transport Delay2 q3 1 qu q4 Out1 Switch Transport Delay q Subsystem Hình 3.3. Khối mô tả kích thích mặt đường Kích thích ngẫu nhiên của mặ ờ g c mô phỏng theo tiêu chuẩn ISO 8608-1995[49], Mitschke [70] (được trình bày trong PL 4), ở các bánh xe bên trái và các bánh xe bên ph i ct o ra t hai khối “Mat duong dang ngau nhien” ê h34 8 Mat duong dang ngau nhien Band-Limited White Noise 1.55e-4 v0 sqrt Constant1 Math Function Product 1 s Product1 1 1 2*pi*0.1*v0 qu Constant Hình 3.4. Sơ đồ mô phỏng kích thích mặt đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO [68] Mo hinh dao dong than xe trong khong gian C* u Gfs* u delta_z Zs 1 s K* u Integrator2 zdd inv(M)* u 1 1 s 1 s Integrator1 Integrator3 1 z Kw* u ws 2 2 u zd Q* u qs 3 zdd . Hình 3.5. Sơ đồ mô phỏng dao động thân xe sử dụng hệ thống treo khí nén trong không gian Mo hinh he thong treo khi nen Guw * u 2 zd Sign Product Cbeta * u |u| u v beta 1 Kv*Gsw* u z 1 s inv (Mw )* u Math Function Integrator 3 1 s w Integrator 1 Kv* u 1 ws d Hình 3.6. Sơ đồ mô phỏng động lực h c hệ thống treo khí nén ó ở h gi h í h i t của h thống treo khí nén, luận án xây d ng mô hình ng ô tô khách sử dụng h thống treo lo i hí h ê h 3.7. 9 Cac thong so danh gia dao dong 1 zd_dd zd_dd zd z_dd z K*u phi _dd K *u phi theta _dd 2 1 s zdd theta 1 s Fzd Ku *Gfu * u 1 z Dynamic Loads Fz Total Loads Saturation 3 Ku * u Static Loads qu 2 Fzt Fz Hình 3.7. Sơ đồ mô phỏng các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô khách sử Mo hinh dao dong o to trong khong gian dụng hệ thống treo nhíp S1* u 1 s K2* u zdd inv(M)* u Integrator2 1 s 1 s Integrator1 Integrator3 1 z1 1 2 u zdd1 Q1* u qs . Hình 3.8. Sơ đồ mô phỏng dao động thân xe sử dụng hệ thống treo nhíp trong không gian Cac thong so danh gia dao dong 1 zd_dd1 zd_dd1 zd1 z_dd1 z1 K*u phi_dd1 K*u phi1 theta_dd1 2 1 s zdd1 1 theta1 1 s Fzd1 Ku*Gfu* u z Dynamic Loads Fz1 Saturation 3 qu Total Loads Ku* u 2 Static Loads Fz1 Fzt Hình 3.9. S hỏ g hỉ iê h gi d g h h ó h hố g e hí 3.2. Ô tô khách UNIVERSE. Ô d g kh d g h h gi ờng nằm hai tầng chở 43 g ời g m c lái xe, có ký hi u UNIVERSE K43-2F14, sử dụng h thố g e hí é c s n xu t l p ráp trong c, ô tô kh o sát có tuyến hình h trên Hình 3.10. 10 Hình 3.10. Ô tô thí nghiệm UNIVERSE K43-2F14 Hình 3.11. Sơ đồ hệ thống treo khí nén trên ô tô UNIVERSE K43-2F14 1-Máy nén khí; 2- Bình ngưng nước; 3- Bầu tách ẩm; 4Bình xả nước; 5- Bình chứa khí nén dẫn động phanh; 6- Lò xo khí nén; 7- Van điều chỉnh áp suất khí nén; 8- Thanh điều chỉnh áp suất; 9- Bình khí nén dùng cho hệ thống treo. 3.3. Khảo sát dao động riêng của ô tô 3 3 Tần số ao ộng riêng của t theo phương thẳng ứng ị h ặ gd g iê g ủ ử dụ g h hd g ã d gở Ch ng 2, hỏ g ầ ố d g iê g he h g hẳ g g Tầ ố d g iê g he h g hẳ g g ủ h e fzx= 1,553 Hz h ố dậ d g zs=0,285 3.3.2. Tần số ao ộng riêng lắc ngang Mô phỏ g d ng riêng l g g c th c hi n v i iều ki gó ghiê g b ầu của thân 0 xe 0=5 . Tần số d ng l c ngang thân xe là f s  0,6463Hz và h số dập t d ng  s  0,5892 . 3.4. Khảo sát dao động của ô tô trong miền thời gian. 3 4 Ảnh hưởng của ấp t ường + Kích thích m t đƣờng dạng xung tác động các bánh xe bên trái. Tiế h h hỏ g d g hi h b h e bê i h g bậ h g hiề 0,1m. Kh h h i ờ gh : hí é ử dụ g h hố g e hí ó h ố g g g ố h g h h . Hình 3.16. Các chỉ tiêu đánh giá dao động, v=60 km/h gq d g ử dụ g h hố g treo h gở ậ Hình 3.17. Tải tr ng tại các bánh xe với kích thích mặt đường dạng xung, v=60 km/h. Bảng 3 2: Các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô dùng treo nhíp và treo khí nén với kích thích mặt đường dạng xung TT Vận tốc v [km/h] 1 5[km/h] Hệ thống treo Ô tô Hyundai UNIVERSE K43-2F14 Ch tiêu êm dịu Ch tiêu an toàn 2 RMS (Z d ) [m/s ] RMS  Fzd  [N] hố g e hí 1,0221 38569 hố g e hí é 0,7777 38390 11 Tỷ lệ thay đổi 2 10[km/h] -23,91% -0,46% hố g e hí 0,9600 38432 hố g e hí é 0,8395 38441 -12,55% +0,02% Tỷ lệ thay đổi 3 20[km/h] hố g e hí 0,8985 38346 hố g e hí é 0.7486 38228 -16,68% -0,31% Tỷ lệ thay đổi 4 40[km/h] hố g e hí 0,8934 38318 hố g e hí é 0.7535 38243 -15,66% -0,20% Tỷ lệ thay đổi 5 80[km/h] hố g e hí 0,9186 38302 hố g e hí é 0,7656 38227 -16,65% -0,20% Tỷ lệ thay đổi + Kích thích m t đƣờng dạng ngẫu nhiên. Biê í h hí h gẫ hiê ủ ặ ờ g dụ g ê he iê h ẩ ISO 8608[49], Mitschke [70], i h g b h e bê i ờ g g b h cấp C). Hình 3.19. Các chỉ tiêu đánh giá dao động hỏ g Hình 3.20. Tải tr ng tại các bánh xe, v=60 km/h. Bảng 3.3: Các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô dùng treo nhíp và treo khí nén với kích thích mặt đường dạng ngẫu nhiên. TT Vận tốc v [km/h] 1 5[km/h] 2 10[km/h] 3 20[km/h] 4 40[km/h] 5 80[km/h] Hệ thống treo Ô tô Hyundai UNIVERSE K43-2F14 hố g e hố g e Tỷ lệ thay đổi hố g e hố g e Tỷ lệ thay đổi hố g e hố g e Tỷ lệ thay đổi hố g e hố g e Tỷ lệ thay đổi hố g e hố g e Tỷ lệ thay đổi hí hí é hí hí é hí hí é hí hí é hí hí é 3 4 Ảnh hưởng của p suất trong o kh n n Kh hh ở g ủ hí é g h g ủ h gở g + Kích thích m t đƣờng dạng ngẫu nhiên. 12 ậ Ch tiêu êm dịu 2 RMS (Z d ) [m/s ] Ch tiêu an toàn RMS  Fzd  [N] 0,3527 0,2428 -31,16% 0,4978 0,3469 -30,31% 0,6985 0,5068 -27,44% 0,9277 0,7032 -24,19% 1,1475 0,9162 -20,15% 38093 38044 -0,12% 38134 38132 -0,005% 38243 38246 -0,008% 38427 38299 -0,33% 38698 38439 -0,67% hí é ế ố 60 km/h. í h ă gê dị Hình 3.21. Các chỉ tiêu đánh giá dao động, v=60 km/h. Hình 3.22. Tải tr ng tại các bánh xe, v=60 km/h. Bảng 3.4: nh hưởng của áp suất trong lò xo khí nén đến dao động ô tô TT 1 2 3 P0 Chỉ tiêu êm dịu RMS (Z d ) Chỉ tiêu an toàn RMS  Fzd  Hệ số LTRMax [Pa] 4.105 [m/s2] 0,8429 [N] 38757 0,388 5 0,8447 0,8536 38799 37400 6.10 8.105 0,400 0,408 + Kích thích m t đƣờng dạng xung. Hình 3.23. Các chỉ tiêu đánh giá dao động, v=60 km/h. Hình 3.24. Tải tr ng tại các bánh xe, v=60 km/h. Bảng 3.5: nh hưởng của áp suất trong lò xo khí nén đến dao động ô tô TT 1 2 3 4 5 6 P0 Chỉ tiêu êm dịu 2 RMS (Z d ) [m/s ] Chỉ tiêu an toàn RMS  Fzd  [N] [Pa] [m/s2] [N] 4.10 5 0,6012 38180 0,271 5.10 5 0,5932 38204 0,265 6.10 5 0,6405 38214 0,271 7.10 5 0,6407 38225 0,289 8.10 5 0,6200 38217 0,302 0,7081 38285 0,329 10 6 3 4 3 Ảnh hưởng của thể t ch nh kh ph + Kích thích m t đƣờng dạng xung tác động bánh xe bên trái. 13 Hệ số LTRMax Hình 3.25. Các chỉ tiêu đánh giá dao động. Hình 3.26. Tải tr ng tại các bánh xe Bảng 3.6: Chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô TT Thông số Chỉ tiêu êm dịu 2 RMS (Z d ) [m/s ] Chỉ tiêu an toàn RMS  Fzd  [N] Góc nghiêng ngang thân xe Max [độ] Hệ số LTRMax 1 H thống treo khí nén có bình khí phụ 0,4855 38265 1,1974 0,3016 2 H thống treo khí nén không có bình khí phụ 0,5416 38207 1,3531 0,3769 3 So sánh m c i thi n khi có bình khí phụ -10,4% + 0,2% -11,5% -19,97% + Kích thích m t đƣờng ngẫu nhiên Hình 3.27. Các chỉ tiêu đánh giá dao động. Hình 3.28. Tải tr ng tại các bánh xe. Bảng 3.7: Chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô TT 1 2 3 Thông số H thống treo khí nén có bình khí phụ H thống treo khí nén không có bình khí phụ So sánh m c i thi n khi có bình khí phụ Chỉ tiêu an toàn RMS  Fzd  [N] Góc nghiêng ngang thân xe Max [độ] Hệ số LTRMax 1,0630 38777 1,3516 0,409 0,9535 38933 1,8700 +10,4% - 0,5% -27,2% Chỉ tiêu êm dịu 2 RMS (Z d ) [m/s ] 0,423 -3,3% 3.5. Khảo sát dao động của ô tô trong miền tần số ặ í h biê ầ ố biê h hé ị h g ầ ố ó h d g g h ở g g g i ậ ố h g h h ủ h g hd g ô tô khách ử dụ g h hố g e hí é ã d g h h g h i h hi ế ử dụ g biế ổi L e g iề hời gi g iề ầ ố biê bằ g h ề g ối h và khó h hi ặ bi ih ặ ờ g gẫ hiê . L ậ d gh hí h ặ ờ g ó d g h h i : q(x)=q0 sin(x/L), g ó: q0 biê h L hiề d i ó g ặ he ậ ố ầ ố ó d g: q(t)=q0 sin2 f. Nh ậ ó h iế h h h d g i í h hí h ầ he ậ ố v h ặ he ầ ố f cho h hd g h h ã hỏ g g Si i T i ỗi gi ị ầ ố f ị h iế h h gi i h h g h i h 2 75 ẽ gi ị z hụ h hời gi t T ó ị h gi ị ủ h g ố ầ he 14 hời gi t. hị bi di q h giữ ầ ố biê i ỗi gi ị ủ ầ ố f xác ị h gi ị h h g ố ầ ủ h hố g gi ị hi h í h hí h ầ h b ầ q0 Kh h h i ậ ố h g 0 ÷ 100 km/h, g g i ầ ố 0 ÷25Hz khi L=0,5m Tậ h gi ị he ầ ố hị ặ í h biê - ầ ố ủ i g 3 5 Ảnh hưởng của p suất trong o kh n n n ê ịu chu ển ộng. + Trƣờng hợp không sử dụng bình khí phụ: Hình 3.31 Đặc tính biên độ-tần số dịch chuyển, gia tốc người lái. Hình 3.32. Đặc tính biên độ-tần số của tải tr ng bánh xe. + Trƣờng hợp sử dụng bình khí phụ: Hình 3.34. Đặc tính biên độ-tần số dịch chuyển, gia tốc người lái.số 35 Ảnh hưởng của thể t ch nh kh ph Hình 3.35. Đặc tính biên độ-tần số của tải tr ng bánh xe. số nê Hình 3.37. Đặc tính biên độ-tần số dịch chuyển, gia tốc người lái.số ịu chu ển ộng Hình 3.38. Đặc tính biên độ-tần số của tải tr ng bánh xe. số 15 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 ã h d g i h g ố ầ h h gi ờ g ằ h i ầ g ó ý hi UNIVERSE K43-2F14 g iề hời gi h hỉ iê d g h h i ờ g h ử dụ g h hố g e hí é h hố g e hí ó g g h T g h g ậ ố h ờ g h i h hỉ iê ề gi ố g ời i i h hố g e hí é i hi ê 12 55% i h hố g e d g hí i í h hí h d g g gi ê 20% i ích hí h ặ ờ g gẫ hiê Th í h b h hí hụ g ủ h hổ ị h g g hh ở g ế í hổ ị h ủ Khi hê b h hí hụ biê d g gi h h hi i q C hỉ iê h gi ề gi ố g ời i ố í h ổ ị h ố gi 11 5 % gó ghiê g g g h ủ Khi ă g ă gb h h g g b h gi ố h e ă gb h h g g b h gi ố g g h e gi í h ă g ê dị h g ủ Kế q h h h h ố h gi ậ ở ằ g gi i h ổ ị h LTR< 07 g h i ờ gh ó h g b h hí hụ T g iề ầ ố h g hí é ó h h ở g ế í h ê dị h g hi ă g ă g dị h h g ời i Khi hê b h hí hụ h hố g e gi dị h h ủ g ời i gi gó g g gi ố g g thân xe. i h hố g e hí é h h ã h h g ố hh ở g ế hỉ iê d g b g : h í h g hí é í h h ờ g ố g ối giữ b h hí hụ hí é ặ bi hi hê b h hí hụ ó h í h h ý h hố g ă g í hổ ị h ủ gi dị h h hẳ g g ủ h e gó g g h xe. CHƢƠNG IV: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM L ậ ị h h g ố í h h ủ hí é b h hí hụ h hi hí ghi ị h ờ g ặ í h ủ hầ ử h i hí é ị h ố h g ố ầ h h h h hố g e hí é độ cứng tĩnh độ cứng động lực h c lò xo khí nén .. Thí ghi ầ ốd g iê g ủ họ h ế q hí ghi i h g hi hỉ h i h h ý h ế ã d g ị h ố h g ố ầ h h h 4.1. Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm Mụ í h ủ hí ghi ố h g ố ủ hầ ử h i hí é h g ố ầ h h hd g iế h h ờ g ặ í h h i ủ hầ ử h i hí é ê h h ế q hí ghi ở i h g h h ý h ế ã d g h gi hh ở g ủ h g ố ế ế d g í h h g h h ó ử dụ g h hố g treo khi nén, trên các h h i i N 4.2. Thí nghiệm xác định độ cứng tĩnh lò xo khí nén 4.2.1. Điều kiện khi thực hiện thí nghiệm Thí ghi é h hí é iế h h i T g Kh họ g gh ờ g i họ Gi h g ậ i i iề i h hi ụ h h : - Nhi g h g 300C ẩ 75% 4 Trang thi t ị ph c v th nghiệ +M é hí ng h t khí nén trong lò xo khí nén khí thí nghi m. 16 Hình 4.1. Máy nén khí và đồng hồ đo áp suất lò xo khí nén. Sử dụ g ng h ịnh giá trị áp su t khí trong lò xo khí nén c khi thí nghi m + g h hí é c tiến hành thông qua vi h ị ủa lò xo khí nén trên thiết bị kéo- é h 300 n. Thiết bị é h ị h c giá trị của l c nén và biến d ng của lò xo khí nén t i các vị trí, tập h p các vị trí trong quá trình nén và tr h c kết qu h ê Hình 4.2 Hình 4.2. Thiết bị kéo-nén đo độ cứng tĩnh của lò xo khí nén 3 Phương ph p thực hiện thí nghiệm g h ủ hí é c tiến hành thông qua vi h ị ủa lò xo khí nén trên thiết bị kéo- é h Kết qu h ờ g ặc tính giữa giá trị của l c tác dụng lên lò xo và biến d ng của lò xo khí nén khi nén. + Lò xo khí nén Lò xo khí nén c sử dụ g thí nghi m là lo i c dùng trên ô tô khách, có ký hi u UNIVERSE K43-2F14. 4 300 137 M16×1.5 180 Hình 4.5. Bình khí phụ Hình 4.3. Lò xo khí nén Thông số lò xo khí nén: Ae=0,055 m2; Vb= 0,017 m3. + Bình khí ph Bình khí phụ c sử dụng thí nghi m có kết c h trên Hình 4.5. Bình khí phụ c nối v i lò xo khí nén h g q ờng ố g ó ờng kính d và chiều dài l. 4.2.4. K t quả thí nghiệm Kết qu thí nghi c th hi h ê Hình 4.6, thí nghi m v i các áp su t khác nhau ờng h p không có bình khí phụ. Vị í i m 0 trên trụ h h g ng v i vị trí t i trọng h ủ Tê thị chiề d g hiề ă g i và chiề g ng là chiều gi m t i. 17 Hình 4.6. Đặc tính nén tĩnh lò xo khí nén ở các giá trị áp suất khác nhau 4.3. Thí nghiệm xác định độ cứng động lực học lò xo khí nén 4.3.1. Trang thi t bị ph c v thí nghiệm - Thiết bị gia tải động theo tần số. Hình 4.8. Kích gia tải động theo tần số Thiết bị gia t i gd g nén lò xo khí nén theo tần số v i dịch chuy n z, d i tần số kích thích t : 0-20 Hz. Trên thiết bị có g n các c m biế c nén và hành trình dịch chuy n của ầu thiết bị nén. 4 3 Phương ph p thực hiện thí nghiệm g ng l c họ hí é c tiế h h h g q h ị ủa lò xo khí nén khi gia t i v i tần số h ổi t 0 1 ến 20 Hz. Thí nghi ờ g ờ g ặc tính h i ng của lò xo khí nén, tiến hành trên thiết bị gia t i ng theo tần số t i Trung tâm khoa học công ngh i học Giao thông vận t i. - Chuẩn bị lò xo khí nén thí nghiệm: Hình 4.9. Lò xo khí nén thí nghiệm Hình 4.10. Gá đặt thiết bị thí nghiệm 18 - Gá đ t lò xo khí nén vào thiết bị gia tải động 4.3.3. K t quả thí nghiệm Kết qu thí nghi c g ng l c học của lò xo khí nén gh i ờng h p có bình khí phụ và không có bình khí phụ áp su t trong lò xo khí nén 6e5 P h hb ởd i a. Trƣờng hợp không có bình khí phụ Tiế h h c và biến d ng t i các tần số khác nhau t 0,5 z ế 20 z thị l c tác dụng lò xo khí nén t i 1 z h ê Hình 4.12 l n củ c g ng l c họ ịnh bằng tỷ số giữa giá trị gb hb h h g ủa t i trọng Fz và giá trị gb hb h h g ủa dịch chuy n z theo công th c(2.36). T i mỗi tần số ị h c m t giá trị, tập h p các giá trị l c và biến d ng của lò xo khí nén. Hình 4.12. Đồ thị lực tác dụng lò xo khí nén tại tần số 1Hz. Tí h gi ị Kd h g ầ ố hí ghi 0,5 ế 20 Z Gi ị Kd i ầ ị h bằ g ă bậ h i gi ị b h h g gb h hi h biế d g ủ Tậ h gi ị g g họ ê Hình 4.13. + ồ thị ộ cứng ộng học lò xo khí nén tại các tần số khác nhau ố hí é Hình 4.13. Độ cứng động lực h c lò xo khí nén K t luận: Khi không có bình khí phụ c g ng học củ hí é h g h ổi nhiều khi h ổi tần số kích thích. T i mỗi tần số í h hí h c giá trị l c tác dụng và chuy n vị của lò xo khí nén, các giá trị c ghi trong phần phụ lục. b. Trƣờng hợp có bình khí phụ Cách tiế h h g g h ờng h p không sử dụng bình khí phụ gi ị l c và biến d ng t i các tần số, tính giá trị Kd cho t ng tần số, tập h p giá trị t i các tần số thị Hình 4.14. + ồ thị lực tác d ng lò xo khí nén tại tần số 1Hz. 19 + Hình 4.14. Đồ thị lực tác dụng lò xo khí nén tại tần số 1Hz. ồ thị bi n dạng lò xo khí nén tại tần số 1Hz. Hình 4.15. Đồ thị biến dạng lò xo khí nén tại tần số 1Hz. Tí h gi ị Kd h g ầ ố hí ghi 0,5 ế 20 Z Gi ị Kd i ầ ị h bằ g ă bậ h i gi ị b h h g gb h hi h biế d g ủ Tậ h gi ị g g họ ê Hình 4.16. + ồ thị ộ cứng ộng học lò xo khí nén tại các tần số khác nhau ố hí é Hình 4.16. Độ cứng động lực h c lò xo khí nén có bình khí phụ với đường kính ống d=0.005m, l=1m. 4.4. Sử dụng kết quả thí nghiệm để chuẩn hóa mô hình lý thuyết Că vào kết qu thị thí nghi h c, tiến hành hi u chỉnh giá trị của các thông số ầu vào mô hình lý thuyết m b o tính chính xác mô hình phục vụ cho quá trình nghiên c u. h gi i ố g ối giữa lý thuyết và th c nghi m. Sai số g ối là tỷ số giữa sai l ch q h g i trị số hi u qu củ i g í h c t lý thuyết theo bi u th c toán học sau:   X hq _ lt 20 (4.1)