Tài liệu Nghiên cứu mô phỏng dao động của ô tô khi xét đến mấp mô của mặt đường bằng phần mềm matlab

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐINH PHƯỚC THẢO NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Đà Nẵng - Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐINH PHƯỚC THẢO NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số: 8.52.01.03 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. TRẦN XUÂN TÙY Đà Nẵng - Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Người cam đoan Đinh Phước Thảo TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI XÉT ĐẾN MẤP MÔ CỦA MẶT ĐƯỜNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB Học viên: ĐINH PHƯỚC THẢO Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Mã số : 8.52.01.03 Khóa: K35 Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN Tiếng ồn và rung động là 2 vấn đề chính ảnh hưởng đến sự thỏa mãn của người sử dụng ô tô. Mục đích của nghiên cứu là đề ra những giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô đảm bảo được chỉ tiêu về độ êm dịu nhằm thỏa mản tối đa yêu cầu của người tiêu dùng. Bài viết tiến hành phân tích quan hệ người, xe và đường. Tìm hiểu về tác động của rung động đến con người. Tìm hiểu xây dựng mô hình hình toàn học và mô phỏng mô hình chuyển động ¼ trên phần mềm Matlab.Kết quả: Mô phỏng được mô hình ¼ trên Maplab làm cơ sở để khảo sát thực nghiệm tác động của mấp mô mặt đương đến người ngồi trên ô tô. Từ khóa: Phần mềm Matlab, mô hình dao động, chỉ tiêu em dịu, Phương trình Laplace RESEARCH SIMULATION SIMULATION OF AUTOMOBILE WHEN CONSIDER TO LEVEL OF THE ROAD BY MATLAB SOFTWARE Noise and vibration are the two main issues affecting car users' satisfaction. The purpose of the study is to propose solutions to smoothness than for cars to ensure the target in order to meet the maximum requirements of consumers. The paper conducts analysis of human, vehicle and road relations. Learn about the impact vibrations to people. Learn and building a model ¼ on Matlab software. Results: Model ¼ on Maplab as a basis for empirical survey to the impact on humans sit in the car. Key words: Matlab software, oscillator model, soft indices, Laplace equation MỤC LỤC MỞ ĐẦU I.Lý do chọn đề tài II.Mục địch nghiên cứu. III.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu IV.Phương pháp nghiên cứu. V.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. VI.Dự kiến kết quả đạt được. VII.Cấu trúc của luận văn: Chương 1. TỔNG QUAN DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ 1.1.Ảnh hưởng của rung động lên cơ thể người. 1.1.1.Rung động toàn thân. 1.1.2.Tác động của rung động cục bộ. 1.2.Các chỉ tiêu và mô hình dao động ô tô. 1.2.1.Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động 1.2.2.Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động: 1.2.3.Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường: 1.3.Mô hình dao động. 1.4.Tổng quan về hệ thống treo trên ô tô. 1.4.1.Côg dụng và yêu cầu của hệ thống treo. 1.4.2.Các bộ phận chính của hệ thống treo. 1.4.3.Phân loại hệ thống treo. Chương 2: MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ 2.1.Phương pháp lập hệ phương trình. 2.2.Cấu trúc ô tô. 2.2.1.Mô hình hệ thống treo. 2.2.2.Mô hình 1/4. 2.2.3.Động lực học bánh xe . Chương 3: ỨNG DỤNG MATLAB MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG 3.1.Giới thiệu phần mền Matlab-Simulink. 3.2.Mô hình dao động. 3.3.1.Các giả thiết. 3.3.2.Thiết lập mô hình: 3.3.Mô Phỏng quá trình dao động. 3.3.1.Sơ đồ mô phỏng và giao diện trên máy tính. 3.3.2.Kết quả khảo sát khi thay đổi k1 3.3.3.Kết quả khảo sát khi thay đổi b1 KẾT LUẬN 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 5 6 8 8 8 16 22 22 23 24 29 33 39 39 49 49 49 52 52 53 56 60 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Cx : Độ cứng dọc/độ cứng ngang Cy Cy (kN/m): Độ cứng bên Cα (kN): Độ cứng góc le  c : Vết tiếp xúc giữa lốp và đường cy Fms1: Là lực ma sát của bộ giảm chấn; Fms2: là lực ma sát của lốp; Flx1: lực lò xo của nhíp; Flx2: lực lò xo của lốp; Fqt1: lực quán tính của khối lượng M1; Fqt2: lực quán tính của khối lượng M2; x1: chuyển vị của khung xe; x2: chuyện của trục bánh xe (cầu); Fms2  b 2 ( Fms1  b1 ( dx 2 du  ) u: độ nhấp nhô của mặt đường dt dt dx1 dx 2  ) : Lực ma sát của bộ giảm chấn: dt dt Flx1  k1 (x1  x 2 ) : Lực ma sát của lốp: Flx2  k 2 (x 2  u) : Lực lò xo (đàn hồi) của lốp Fqt1  M1 dx 2 : Lực quán tính của khối lượng M1 dt 2 Fqt2  M 2 d2x 2 : Lực quán tính của khối lượng M2 dt 2 M1: Khối lượng cầu xe M2: Khối lượng lốp và trục xe k1: Độ cứng của nhíp k2: Độ cứng của lốp b1: Độ giảm chấn của phuộc thủy lực b2: Độ giảm chấn của lốp u: Độ nhấp nhô của mặt đường K L : độ cứng của lốp  : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng. q : chiều cao mấp mô biên dạng đường. Fz: Lực tác động theo phương x Fx : Lực tác động theo phương y Fy.: Lực tác động theo phương z K = - f (ξ̇-ż ): Cản ma sát. C = f (ξ - z): Độ cứng hệ thống treo Q : Lưu lượng m3/s fv: Diện tích dòng chảy(m2) p: áp suất dầu (N/m2) 0 : Hệ số tổn hao ( 0 = 0,65 ~0,85) γ: Trọng lượng riêng của dầu (N/m3 ) F: Diện tích hiệu dụng của piston v: Vận tốc piston. m: : khối lượng được treo ma : khối lượng không được treo Fc  C (  z ) : lực đàn hồi của hệ thống treo FK  K (  z ) : lực cản giảm chấn ft : độ võng tĩnh của lốp FCL : lực đàn hồi hướng kính lốp Fkk  1  cAx 2 : lực cản không khí chính diện 2 f : hệ số cản lăn φb : hệ số bám phương x (được tính theo Ammon) rd : bán kính động bánh xe Fx' : lực đẩy từ khung xe Fz : phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe FZ' : phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe Mf : mômen cản lăn e : điểm dịch chuyển của lực FZ FZ : phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe x : hệ số bám dọc y: hệ số bám ngang MỤC LỤC HÌNH Hình vẽ Trang Hình 1. Ô tô du lịch cở nhỏ -1- Hình 1. 1.Hệ thống “Đường-Xe-Người” -4- Hình 1. 2. Mô hình 1/4 Hình 1. 3. Mô hình phẳng dao động ô tô Hình 1. 4 Mô hình không gian xe -6-7-7- Hình 1. 5. Cơ cấu treo phụ thuộc dùng nhíp lá. -8- Hình 1. 6 Một số dạng lò xo -9- Hình 1. 7 Phần tử đàn hồi là khí. Hình 1. 8 Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi loại túi khí cao su - 10 - 10 - Hình 1. 9 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn hai lớp vỏ. - 11 - Hình 1. 10 Sơ đồ cấu tạo của giảm chấn 1 lớp vỏ. Hình 1. 11 So sánh giảm chấn 1 lớp vỏ và giảm chấn 2 lớp vỏ. - 12 - 13 - Hình 1. 12 Ống nhún Vario Hình 1. 13 Loại 2 ống với hơi áp lực(a) và loại hơi (b) Hình 1. 14 Ống nhún khí-thủy lực Hình 1. 15 Thanh ổn định trong cơ cấu treo Hình 1.16 Các đòn liên kết và dẫn hướng, kết cấu lắp giáp cụm treo độc lập Hình 1. 17 Các đệm xu. Hình 1. 18 Sơ đồ hệ thống treo Hình 1. 19 Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc dùng lò xo lá(a) và lò xo trụ(b) Hình 1. 20 Sơ đồ nguyên lý của hệ treo 2 đòn ngang. Hình 1. 21 Sơ đồ cấu tạo hệ treo Mc.Pherson. Hình 1. 22 Mối quan hệ động học của hệ treo Mc.Pherson. Hình 1. 23 Hệ treo hai đòn dọc - 14 - 14 - 15 - 15 - 16 - 16 - 17 - 17 - 18 - 19 - 19 - 20 - Hình 1. 24 Sơ đồ nguyên lý hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết. Hình 1. 25 Sơ đồ hệ treo đòn chéo. Hình 2. 1 Sơ đồ cấu trúc ô tô. Hình 2. 2 Sơ đồ cấu trúc xoay vòng Hình 2. 3 Mô hình hệ thống treo Hình 2. 4 Đặc tính đàn hồi Hình 2. 5 Sơ đồ xác định chế độ mở của tiết lưu. Hình 2. 6 Mô hình động lực học ¼ - 21 - 21 - 23 - 24 - 25 - 26 - 27 - 30 - Hình 2. 7 Sơ đồ tách cấu trúc và lực - 31 - Hình vẽ Hình 2. 8 Thông số động lực học các loại bánh xe. Trang - 33 - Hình 2. 9 Hệ số bám dọc µB và hệ số bám ngang µS Hình 2. 10 Hệ số bám dọc, ngang phụ thuộc hệ số trượt Hình 2. 11 Mô hình lốp - 35 - 35 - 36 - Hình 2. 12 Sơ đồ tính lực Fx , Fy của lốp. Hình 2. 13 Đồ thị lực tương tác bánh xe theo hệ số trượt s Hình 2. 14 Hàm Ammon - 36 - 37 - 37 - Hình 3. 1. Màn hình Matlab - 40 - Hình 3. 2 Cửa sổ tra cứu các khối trong thư viện - 40 - Hình 3. 3 Màn hình xây dựng sơ đồ khối (New model window) Hình 3. 4 Các khối của thư viện Commomly Used Blocks - 41 - 41 - Hình 3. 5 Các khối của thư viện continuous Hình 3. 6 Các khối của thư viện Discrete Hình 3. 7 Các khối của thư viện Discontinuities Hình 3. 8 Các khối của thư viện Math Operrations Hình 3. 9 Các khối của thư viện Sources Hình 3. 10 Các khối của thư viện Sinks - 43 - 44 - 44 - 45 - 46 - 47 - Hình 3. 11 Các khối của thư viện Signal Routing Hình 3. 12 Các khối của thư viện User-Defined Functions Hình 3. 13 Mô hình dao động của 1/4 xe Hình 3. 14 Mô hình phân tích lực - 48 - 48 - 50 - 50 - Hình 3. 15 Sơ đồ khối Hình 3. 16 Mô phỏng trong Matlab - 52 - 52 - 1 MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài Ngày nay do nhu cầu vận chuyển hàng hóa, hành khách ngày càng tăng nhanh, mật độ vận chuyển lớn. Đồng thời cùng với sự mở rộng và phát triển đô thị ngày càng tăng nhanh thì vận chuyển bằng ô tô lại càng có ưu thế. Ở các nước công nghiệp phát triển, công nghiệp ô tô là ngành kinh tế mũi nhọn, tiêu biểu như ô tô Trường Hải, tập đoàn Vin Group…. Những năm trước đây nhu cầu của khách hàng là chỉ cần có phương tiện di chuyển để đi đến nơi mà ít yêu cầu cao về chất lượng phương tiện. Ngày nay kinh tế thị phát triển hơn đời sống người dân được nâng cao, cùng với xu thế hội nhập vào nền kinh tế thế giới, nhu cầu đi lại của người dân phải kèm theo yêu cầu về sự thỏa mái tiện nghi. Do xuất phát từ cớ sở gầm xe tải khi chuyển sang xe khách còn tồn tại nhiều vấn đề cần nghiên cứu giải quyết như độ em diệu chuyển động. Do vậy việc nghiên cứu dao động ô tô là vấn đề hết sức cấp thiết, góp phần đề ra phương hướng và biện pháp nhằm nâng cao chất lượng ô tô. Xuất phát từ nguyện vọng thỏa mãn người dung ngày càng tăng cùng sự gơi ý của giáo viên hướng dẫn tôi quyết định chọn đề tài “nghiên cứu mô phỏng dao động của ô tô khi xét đến mấp mô của mặt đường bằng phần mềm Matlab” II. Mục địch nghiên cứu. Vận dụng lý thuyết dao động ô tô kết hợp với cộng cụ mô phỏng Matlab để khảo sát các thông số dao động của ô tô. Đề ra những giải pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động của loại ô tô đảm bảo được chỉ tiêu về độ êm dịu nhằm thỏa mản tối đa yêu cầu của người tiêu dùng. III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu  Đối tượng nghiên cứu. Nghiên cứu mô phỏng dao động của ô tô cở nhỏ. Hình 2 Ô tô du lịch cở nhỏ  - Phạm vi nghiên cứu. Xây dựng mô hình toán học của hệ dao động của ô tô. 2 - Mô phỏng quá trình dao động của mô hình ¼ ô tô khi tính đến mấp mô bề mặt đường bằng phần mềm Matlab. IV. Phương pháp nghiên cứu. - Nghiên cứu quan hệ đường, ô tô, người. + Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường. + Nghiên cứu các dao động của ô tô. + Nghiên cứu cảm giác của con người. - Ứng dụng Matlab mô phỏng dao động của ô tô. + Xây dựng các hàm toán học. + Mô phỏng mô hình chuyển động của ô tô. V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. - Nghiên cứu thành công sẽ tạo điều kiện khảo sát, kiểm tra các thông số dao động, cũng như các chỉ tiêu về độ êm dịu của ô tô cở nhỏ tiến đến nâng cao tính hợp lý kết cấu hệ thống treo đảm bảo độ em dịu chuyển động của xe khảo sát trong điều kiện vận hành ở Việt Nam. VI. Dự kiến kết quả đạt được. - Xây dựng mô hình toán học của hệ - Mô phỏng được quá trình dao động của xe khi tính đến mấp mô của bề mặt đường bằng phần mềm Matlab. VII. Cấu trúc của luận văn: Cấu trúc của luận văn gồm 3 chương. - Chương 1: Tổng quan dao động trên ô tô. - Chương 2: Xây dựng mô hình toán học của hệ. - Chương 3: Khảo sát của ô tô bằng phần mềm Matlab. 3 Chương 1. TỔNG QUAN DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ 1.1. Ảnh hưởng của rung động lên cơ thể người. 1.1.1. Rung động toàn thân. Phụ thuộc các thông số: Biên độ, tần số, gia tốc dao động và thời gian tiếp xúc với rung động. Tác động nguy hiểm nhất của rung động toàn thân là các tần số dao động của nó, đặc biệt là các tần số trùng với tần số dao động tự nhiên của các bộ phận cơ thể người. Ở tần số thấp, rung động thường gây tổn thương cơ bắp. Ở tần số cao, rung động thường gây những biến đổi trong thành mạch, ngăn cản lưu thông tuần hoàn, lâu dài có thể phá hoại hệ thống mạch máu. Rung động toàn thân gây thương tổn đến hệ thần kinh trung ương, phá huỷ sự điều chỉnh của thần kinh thể dịch và sự trao đổi chất, dẫn đến rối loạn chức năng các hệ thống khác. Rung động toàn thân mạnh gây nên thương tổn các cơ quan nội tạng, tác động lâu ngày gây ra các biến đổi về tổ chức tế bào, phát sinh các rối loạn dinh dưỡng. Rung động toàn thân có tần số cao 30-80Hz và biên độ dao động lớn có tác động đến thị giác, làm giảm độ rõ nét, thu hẹp thị trường, giảm độ nhạy cảm màu và phá hoại chức năng tiền đình 1.1.2. Tác động của rung động cục bộ. Bắt đầu bằng những rối loạn cảm giác ngoài da: tê nhức, kiến bò, giảm cảm giác đau, ra nhiều mồ hôi, khó cầm nắm dụng cụ, da tay mỏng hoặc dày lên có màu đỏ hay xanh tím, trắng bạch, móng tay biến dạng dễ gẫy. Nặng hơn là các rối loạn hệ vận động, đau các khớp ngón tay, cổ tay, khuỷu tay và khớp vai. Những bệnh lý của rung động cục bộ gồm: - Rối loạn vận mạch: gây bệnh ngón tay trắng. - Tổn thương gân cơ, thần kinh, đau gân cơ dẫn đến teo cơ. - Tổn thương xương khớp: có các triệu chứng như đau khớp xương, cử động hạn chế, có thể gây mất sức lao động hoàn toàn. X quang có hình ảnh: khuyết xương, lồi xương, thưa xương, hoại tử xương bán nguyệt, hư khớp xương thuyền. - Tác động đến các cơ quan khác như rối loạn thần kinh, hô hấp, tuần hoàn, tiêu hoá. - Đối với phụ nữ còn ảnh hưởng đến bộ phận sinh dục, đau bụng nhiều khi hành kinh, lệch tử cung, sa âm đạo. 4 1.2. Các chỉ tiêu và mô hình dao động ô tô. 1.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ dao động Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì dao động của ô tô gây ra sự thay đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ làm giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc, ngang dẫn đến hiện tượng tách bánh khỏi đường gây mất an toàn khi xe chuyển động, phanh và quay vòng... còn khi giá trị phản lực này tăng thì sẽ làm tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường và tác động ngược lại đối với các kết cấu của xe. Nghiên cứu tổng quát về dao động xe đó là giải quyết mối quan hệ “ĐườngXe-Người”. Hình 1. 1 Hệ thống “Đường-Xe-Người” Quá trình nghiên cứu dao động của ô tô là quá trình xác định các thông số của hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn và bộ phận dẫn hướng. Có như vậy mới tạo ra một hệ dao động có chất lượng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao khả năng thiết kế, cải tiến công nghệ ô tô, nâng cao hiệu quả sử dụng, tăng tính tiện nghi và năng suất vận chuyển của ô tô. Các tính chất dao động của ô tô thường đánh giá theo 2 quan điểm: - Quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc dao động có tính chất quyết định vì nó tác dụng lên lái xe và hành khách. - Quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền thì giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là thông số mang tính chất quyết định. 1.2.2. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động: 5 Một số chỉ tiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau: a.Chỉ tiêu về tần số: Con người cảm thấy thỏa mái với tần số với tần số dao động khoảng 1-1,5Hz. Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô với các điều kiện mặt đường cũng như kết cấu cụ thể thì tần số dao động của ô tô phải nằm trong giới hạn 1-1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh giá dao động của ô tô như sau: - Đối với xe du lịch n = 60-85 (dđ/ph) - Đối với xe vận tải n = 85-120 (dđ/ph). b.Chỉ tiêu về gia tốc dao động. Các thí nghiệm káo dài trong 8 giờ liền cho thấy nhạy cảm hơn cả đối với người là dải tần 4-8 Hz. Trong dải tần số này các giá trị cho phép của toàn phương gia tốc như sau [1]. (m/s2) Dễ chịu : 0,1 Gây mệt mỏi : 0,315 (m/s2) Gây ảnh hưởng tới sức khỏe : 0,63 (m/s2) 1.2.3. Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường: Theo quan điểm về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường cũng là thông số quan trọng để đánh giá. Lực động Fd (t ) xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ô tô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường. Fd (t ) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động tới lốp xe và các bộ phận chi tiết của xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn. Để giảm sự ảnh hưởng của Fd (t ) thì cần giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nhưng khi Fd (t ) bằng 0 và ô tô sẽ mất tính điều khiển. Để đánh giá tính chất dao động của ô tô theo quan điểm về an toàn chuyển động cần xác định tỉ số giữa lực tác động Fd (t ) và tải trọng tĩnh của bánh xe là R t K : K  Fd Rt k Khảo sát dao động của ô tô ta quan tâm đến sự bám của lốp với mặt đường, nhằm đảm bảo dao động của ô tô thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng bánh xe vẫn phải bám đường, nếu không đạt 2 chỉ tiêu đó sẽ dẫn đến làm mất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu... Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đường có thể xác định như sau: Fd  K L (  q) 6 Trong đó: K L : độ cứng của lốp.  : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng. q : chiều cao mấp mô biên dạng đường. Có thể xác định giá trị  td max là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối của bánh xe với đường theo biểu thức:  td max  Max(  q) Giá trị  td max cũng có thể làm cơ sở đánh giá khả năng bám của lốp với đường. 1.3. Mô hình dao động. Về mục tiêu nghiên cứu có thể bao hàm các vấn đề sau: 1. Nghiên cứu tối ưu hệ treo, kể cả hệ treo tích cực. Đối với mục tiêu này thì chỉ cần khảo sát mô hình ¼ (một trong 4 bánh). 2. Nghiên cứu về dao động liên kết, thường dùng mô hình phẳng; mô hình phẳng cũng còn dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của đường. 3. Nghiên cứu sự trượt và lật dưới tác động của ngoại lực như đường mấp mô, gió bên nên thường sử dụng mô hình ½ hoặc mô hình full. a. Mô hình ¼ Mô hình ¼ bao gồm hai khối lượng được treo và khối lượng không được treo. Phần treo và không được treo liên kết với nhau thông qua các phần tử đàn hồi của treo và giảm chấn, có độ cứng là k, hệ số cản giảm chấn c Quá trình nghiên cứu trong mô hình ¼ chỉ xét dao động của một trong bốn bánh xe, dao động của hệ là nhỏ, tuyến tính, xung quanh vị trí cân bằng tĩnh, bánh xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc với đường... Mô hình 1/4 có thể dùng để chọn tối ưu các thông số như độ cứng lốp, khối lượng không được treo m, độ cứng c và hệ số cản giảm chấn k theo các hàm mục tiêu vừa nêu trên. Việc này có ý nghĩa trong bài toán điều khiển, tối ưu hệ treo. Hình 1. 2 Mô hình 1/4 b. Mô hình dao động liên kết. 7 Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô ở dạng mô hình phẳng, ô tô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và xem độ mấp mô của biên dạng đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau. Khối lượng treo được qui dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng m3 và m1, m2 với 4 bậc tự do là Z3, , Z1, Z2 . Hình 1. 3 Mô hình phẳng dao động ô tô c. Mô hình nghiên cứu giao động của xe trong không gian Mô hình không gian xe hai cầu được đưa ra như trong hình Hình 1. 4 Mô hình không gian xe d. Kết luận Vì nghiên cứu chỉ tập trung vào tác động của mấp mô mặt đường đồng thời để nhanh chóng trong việc đạt kết quả và dể dàng mở rộng đối tượng nghiên cứu tác giả quyết định chọn mô hinh ¼ để tiến hành mô phỏng dao động. 8 1.4. Tổng quan về hệ thống treo trên ô tô. 1.4.1. Công dụng và yêu cầu của hệ thống treo. Hệ thống treo ở đây được hiểu là hệ thống liên kết mềm giữa bánh xe và khung xe hoặc vỏ xe. Mối liên kết treo của xe là mối liên kết đàn hồi có chức năng chính sau đây: - Tạo điều kiện cho bánh xe thực hiện chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với khung xe hoặc vỏ xe theo yêu cầu dao động “êm dịu”. - Truyền lực giữa bánh xe và khung xe bao gồm lực thẳng đứng, lực dọc và lực bên. 1.4.2. Các bộ phận chính của hệ thống treo. 1.4.2.1. Bộ phận đàn hồi. Là bộ phận nối mềm giữa bánh xe và thùng xe, làm giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển nhằm biến đổi tần số dao động cho phù hợp với cơ thể con người. Bộ phận đàn hồi có các phần tử đàn hồi thường gặp là: a) Nhíp lá. Hình 1. 5 Cơ cấu treo phụ thuộc dùng nhíp lá. Bó nhíp được làm từ các lá thép cong, gọi là lá nhíp, sắp xếp lại với nhau theo thứ tự từ ngắn đến dài. Đặc tính làm việc của nhíp là khi tải trọng tác dụng lên nhíp tăng thì biến dạng của nhíp cũng tăng theo quy luật tuyến tính. Ưu điểm của kiểu treo này là không cần thanh ổn định, đơn giản rẻ tiền, dễ chăm sóc bảo dưỡng nhưng lại có nhược điểm là khối lượng lớn, thùng xe ở trên cao nên chiều cao trọng tâm xe sẽ lớn ảnh hưởng đến tốc độ và sự ổn định khi xe chuyển động, mặt khác vết bánh sẽ thay đổi khi một bánh bị nâng lên làm phát sinh lực ngang và tính chất bám đường kém và dễ bị trượt ngang. b) Thanh xoắn 9 Thanh xoắn là một thanh bằng thép lò xo, dùng tính đàn hồi xoắn của nó để cản lại sự dao động. Sử dụng thanh xoắn có các đặc điểm sau: + Chiếm ít không gian, có thể bố trí để điều chỉnh chiều cao thân xe. + Trọng lượng nhỏ, Đơn giản, gọn, giá thành rẻ và dễ chế tạo. + Thanh xoắn không có nội ma sát nên thường phải lắp kèm giảm chấn để dập tắt nhanh dao động. c) Lò xo. Bao gồm các dạng là lò xo xoắn ốc, lò xo côn và lò xo trụ. Do lò xo trụ có đường kính vòng ngoài không đổi nên biến dạng của nó sẽ thay đổi tỷ lệ thuận với lực tác dụng, còn đối với lò côn hay lò xo xoắn ốc thì khi tải nhẹ đầu lò xo sẽ bị nén lại và hấp thụ năng lượng va đập, còn phần giữa lò xo có độ cứng lớn hơn sẽ đủ cứng để chịu tải lớn. Lò xo có các đặc điểm chính sau:  Ưu điểm - Kết cấu rất gọn gàng nhất là khi được bố trí lồng vào giảm chấn. - Nếu cùng độ cứng và độ bền với nhíp thì lò xo trụ có khối lượng nhỏ hơn nhíp và tuổi thọ cao hơn nhíp, kết cấu gọn nên tiết kiệm không gian và cho phép hạ thấp trọng tâm xe nhằm nâng cao tốc độ. Hình 1. 6 Một số dạng lò xo  Nhược điểm - Khi làm việc ở giữa các vòng lò xo không có nội ma sát như nhíp nên thường phải bố trí thêm giảm chấn kèm theo để dập tắt nhanh dao động. - Do lò xo chỉ làm nhiệm vụ đàn hồi, còn nhiệm vụ dẫn hướng và giảm chấn do các bộ phận khác đảm nhận nên với hệ thống treo dùng lò xo trụ thì có kết cấu phức tạp hơn do nó còn phải bố trí thêm hệ thống đòn dẫn hướng để dẫn hướng cho bánh xe và truyền lực kéo hay lực phanh. 10 d) Phần tử đàn hồi loại khí. Hình 1. 7 Phần tử đàn hồi là khí. Phần tử đàn hồi sử dụng đệm khí dựa trên nguyên tắc không khí có tính đàn hồi khi bị nén. Hệ thống treo khí không có ma sát trong phần tử đàn hồi, trọng lượng nhỏ và giảm được chấn động cũng như giảm được tiếng ồn từ bánh xe truyền lên buồng lái và hành khách. Nhưng hệ thống này có kết cấu phức tạp hơn vì phải có bộ phận dẫn hướng riêng và trang thiết bị cung cấp khí, bộ điều chỉnh áp suất, lọc, các van v...v...điều chỉnh độ cứng một cách chủ động. Hình 1. 8 Hệ thống treo có bộ phận đàn hồi loại túi khí cao su 1.4.2.2. Bộ phận giảm chấn Trên xe ôtô giảm chấn được sử dụng với các mục đích sau: