Đang tải... (xem toàn văn)
Nhiệm vụ của hệ thống treo trên ô tô là nối đàn hồi giữa khối lượng không được treo với không được treo. Kết cấu hệ thống treo gồm: Phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi và phần tử dẫn hướng, nhiệm vụ cụ thể: - Phần tử đàn hồi có tác dụng làm giảm nhẹ dao động; - Phần tử giảm chấn có tác dụng dập tắt dao động; - Phần tử dẫn hướng có nhiệm vụ truyền lực dọc và lực ngang từ bánh xe lên thân xe.
Trang 2ĐỘNG CABIN XE ĐẦU KÉO
Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
ThS NGUYỄN HOÀNG LUÂN
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Lạc Hồng, Khoa Cơ Điện – Điện Tử và Ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô đã cho phép em được thực hiện bài báo cáo này.
Em xin chân thành biết ơn quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này Em cũng xin bày
tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS NGUYỄN HOÀNG LUÂN đã
hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng, đủ với nội dung đề tài Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù đã có nhiều cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên bài báo cáo này không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của quý thầy và các bạn để bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Trang 4LỜI CAM ĐOAN
Sau thời gian học tập và nghiên cứu môn “Dao Động Và Tiếng Ồn Ô
Tô” tại trường Để đánh giá kết quả học tập nghiên cứu sau khi kết thúc môn
học của mình, em lựa chọn thực hiện đề tài cho cuốn báo cáo là: “Mô phỏng vàphân tích hiệu quả của hệ thống treo bán chủ động cabin xe đầu kéo” Được sự
giúp đỡ và sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo ThS Nguyễn Hoàng Luân và
sự nỗ lực của bản thân, đề tài của em đã được hoàn thành đáp ứng được nội dung đề tài liên quan đến kiến thức môn học
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, ngoài ra những số liệu, công thức và hình ảnh mô phỏng em có tham khảo qua nhiều tài liệu khoa học công nghệ ô tô trên INTERNET Vận dụng kiến thức đã học, em đã chọn lọc, đúc kết các nguồn tư liệu và hoàn thành bài báo cáo theo đúng yêu cầu đề tài được giao.
Sinh viên thực hiệnHồ Văn Sơn
Trang 5MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH 2
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 5
1.1 Hệ thống treo ô tô và hệ thống treo cabin 5
1.2 Hệ thống treo bán tích cực và hệ thống treo tích cực 7
1.2.1 Hệ thống treo bị động 7
1.2.2 Hệ thống treo bán chủ động (bán tích cực) 8
1.2.3 Hệ thống treo chủ động (tích cực): 9
1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế 11
1.3.1 Đối với nhà nghiên cứu Việt Nam 11
1.3.2 Đối với nhà nghiên cứu trên thế giới 12
1.4 Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 14
1.4.1 Mục đích của đề tài: 14
1.4.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 14
1.4.3 Đối tượng nghiên cứu: 14
1.4.4 Phương pháp nghiên cứu: 14
1.4.5 Phạm vi nghiên cứu: 14
1.4.6 Nội dung chính của luận văn: 15
1.5 Kết luận Qua nghiên cứu chương tổng quan đưa ra được một số nội dung sau: 15
CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG TREOBÁN CHỦ ĐỘNG CABIN 16
2.1 Mô phỏng 16
2.1.1 Sơ đồ khối tổng thể 16
2.1.2 Thông số đầu vào cho mô phỏng 17
2.1.3 Kết quả mô phỏng và thảo luận 19
2.2 Phân tích hiệu quả của hệ thống treo bán chủ động cabin 21
2.2.1 Trường hợp 1: 21
Trang 7DANH MỤC BẢNG BIỂ
Bảng 2 1 Các thông số kỹ thuật của xe sơ mi-rơ moóc 5 cầu vụ cho mô phỏng và đánh
giá hiệu quả của thông số hệ thống treo đến mặt đường quốc lộ 17
Bảng 2 2 So sánh các giá trị gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi người điều
khiển và góc lắc dọc cabin trước và sau điều khiển giảm chấn thủy lực ở Trường hợp 1.23
Bảng 2 3 So sánh các giá trị gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi người điều khiển và
góc lắc dọc cabin trước và sau điều khiển giảm chấn thủy lực ở Trường hợp 2 2
DANH MỤC HÌNH ẢN
Trang 8Hình 1 1 Hệ thống treo phẩn từ đàn hồi lá nhíp 5
Hình 1 2 Hệ thống treo bộ phận đàn hồi khí nén 6
Hình 1 3 Hệ thống treo có kết hợp khí nén và giản chấm thủy lực 6
Hình 1 4 Mô hình các hệ thống treo 8
Hình 1 5 Hệ thống treo tích cực hoàn toàn 1Hình 2 1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink R2012b 16
Hình 2 2 Gia tốc theo phương thẳng đứng theo miền thời gian của ghế ngồi người điều khiển 20
Hình 2 3 Gia tốc góc lắc dọc của cabin theo miền thời gian 20
Hình 2 4 Sơ đồ đánh giá hiệu quả hệ thống treo bán chủ động cabin 22
Hình 2 5 So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị động: Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển ở Trường hợp 1 22
Hình 2 6 So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị động: Gia tốc góc lắc dọc của cabin ở Trường hợp 1 23
Hình 2 7 So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị động: Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển ở Trường hợp 2 24
Hình 2 8 So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị động: Gia tốc góc lắc dọc của cabin ở Trường hợp 2 25
Trang 9DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
5 Khoảng cách tâm cầu 1 và trọng tâm khung trước sơ mi-rơ moóc
6 Khoảng cách tâm cầu thứ 2 và trọng tâm khung trước sơ
7 Khoảng cách tâm cầu thứ 3 và trọng tâm khung trước sơ mi- rơ moóc
Trang 1017 Độ cứng của lốp xe 2 kt2 N/m
21 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 1 c1 N.s/m
22 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 2 c2 N.s/m
23 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 3 c3 N.s/m
24 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 4 c4 N.s/m
25 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 5 c5 N.s/m
Trang 11CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU1.1 Hệ thống treo ô tô và hệ thống treo cabin
Nhiệm vụ của hệ thống treo trên ô tô là nối đàn hồi giữa khối lượng không được treo với không được treo Kết cấu hệ thống treo gồm: Phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi
Hình 1.1 thể hiện cho hệ thống treo thụ động với bộ phần đàn hồi là các lá nhíp Phần tử đàn hồi bộ nhíp lá được cấu tạo từ các lá thép đàn hồi được bó lại với nhau, có chiều dày và cứng lớn, liên kết với khung xe qua các tai nhíp do vậy đảm bảo khả năng truyền lực hay đóng vai trò của bộ phận dẫn hướng trong khi bánh xe dịch chuyển
Trang 12Hình 1 2 Hệ thống treo bộ phận đàn hồi khí nén
Hình 1.2 hệ thống treo có phần tử đàn hồi là khí nén Hệ thống treo khí nén dùng trên ôtô được hình thành trên cơ sở khả năng điều chỉnh độ cứng của buồng đàn hồi khí nén (ballon) theo chuyển dịch của thân xe Bộ phận đàn hồi khí nén với đường đặc tính đàn hồi phi tuyến, kết cấu và việc lắp đặt khá đơn giản, được sử dụng trên các loại xe có chất lượng tốt: xe con, xe buýt chất lượng cao, xe tải có trọng tải lớn
Hệ thống treo với phần tử đàn hồi khí nén thường đi kèm với nó phần tử giảm chấn thủy lực vì hệ số cản của các lớp khí nén của phần tử đàn hồi khí nén nhỏ Hệ thống treo có kết hợp khí nén và giản chấm thủy lực được thể hiện trên Hình 1.3.
Hình 1 3 Hệ thống treo có kết hợp khí nén và giản chấm thủy lực
Trang 13b) Kết cấu hệ thống treo cabin
Nhiệm vụ của hệ thống treo cabin nối đàn hồi thân xe và cabin Bộ phận đàn hồi gồm lò xo, khí nén, điện từ, và phần tử giảm chấn thủy lực hoặc điện điện từ.
Bộ giảm chấn có tác dụng dập tắt các dao động lan truyền đến cabin người điều khiển.
Hệ thống treo cabin thông thường gồm có hệ thống treo phận đàn hồi là lò xo và giảm chấn thủy lực; hệ thống có bộ phận đàn hồi là khí nén và giảm chấn thủy lực (Hình 1.4) và hệ thống treo điện điện từ.
1.2 Hệ thống treo bán tích cực và hệ thống treo tích cực
Trong quá trình chuyển động của ô tô các mấp mô mặt đường tác động lên ô tô một cách ngẫu nhiên chính vì vậy đối với hệ thống treo thụ động khó có thể đáp ứng được vấn đề êm dịu chuyển động và giảm thiểu các tác động từ phương tiện xuống mặt đường Chính vì vậy đòi hỏi hệ thống treo phải thay đổi được đặc tính một cách linh hoạt sao cho phù hợp với các điều kiện khai thác Trên cơ sở đó thì đã có các kết cấu mới, và ứng dụng công nghệ điều khiển tự động cho cho hệ thống treo được thể hiện dưới đây.
1.2.1 Hệ thống treo bị động
Hình 1.5 mô hình hoá cho các hệ thống treo, với các dịch chuyển theo phương thẳng đứng của khối lượng được treo và khối lượng không được treo lần lượt là Zb và Za là dịch chuyển khối lượng không được treo; K là độ cứng của phần tử đàn hồi; C là hệ số cản của giảm chấn; Cs là hệ số cản giảm chấn bán tích cực; Kt là độ cứng của lốp; Fa là lực sinh ra của hệ thống treo tích cực.
Hệ thống treo bị động được thể hiện trong (Hình 1.5a) Đối với hệ thống treo này chỉ phù hợp trong điều kiện khai thác ở chế độ ổn định với mấp mô mặt đường nhất định Do đặc tính của bộ phận giảm chấn và bộ phần đàn hồi chỉ hoạt động trong giới hạn đã được tính toán nhất định
Trang 14Hình 1 4 Mô hình các hệ thống treo
a) Hệ thống treo bị động; b) Hệ thống treo bán tích cực; c) Hệ thống treo tích cực
Ưu điểm của hệ thống treo này là giá thành rẻ, tốn rất ít nhiên liệu cho hệ thống treo Song nhược điểm lại là độ êm dịu chuyển động kém, chỉ đáp ứng được cho một số loại đường, độ an toàn chuyển động không cao.
Do vậy, để đáp ứng các chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động trên tất cả các loại đường khác nhau thì các đặc tính của hệ thống treo cần phải thay đổi trong quá trình ô tô chuyển động phù hợp với các đặc tính của đường và vị trí khung vỏ xe được điều khiển nhờ hệ thống điều khiển tự động Tùy thuộc vào khả năng điều khiển các thông số của hệ thống treo có điều khiển, người ta phân thành hai loại: Hệ thống treo bán tích cực (hệ thống treo chỉ có thông số của giảm chấn được điều khiển) và hệ thống treo tích cực hoàn toàn (hệ thống treo tích cực).
1.2.2 Hệ thống treo bán chủ động (bán tích cực)
Hệ thống bán chủ động (Hình 1.5b) chỉ có thể thay đổi độ nhớt của bộ giảm chấn, và không làm tăng độ cứng cho bộ phận đàn hồi Mặc dù bị hạn chế trong việc can thiệp vào hệ thống treo, nhưng hệ thống treo bán chủ động tốn kém ít chi phí và tiêu thụ năng
Trang 15tục phát triển để tạo ra hiệu quả cao nhất, thu hẹp khoảng cách giữa các hệ thống treo bán chủ động và hoàn toàn chủ động.
Dẫn động bằng van điện từ (solenoid):
Loại này là loại cơ bản nhất của hệ thống treo bán chủ động và có giá thành thấp nhất Chúng bao gồm một van điện từ làm thay đổi lưu lượng của dòng nhớt bên trong giảm chấn, do đó thay đổi độ giảm chấn của hệ thống treo Các van điện từ được nối với máy tính, tại đó sẽ được gửi đi các lệnh phụ thuộc vào thuật toán điều khiển (thường được gọi là kỹ thuật "Sky-Hook").
Bộ giảm chấn dùng lưu chất biến từ:
Một phương pháp khác được phát triển gần đây là dùng một bộ giảm chấn có chứa chất lưu biến từ, trong hệ thống mang tên Magne Ride.
Trong hệ thống đã được phát triển trong vòng 25 năm này, dòng chất lỏng giảm chấn được chứa các hạt kim loại (vì vậy gọi là lưu chất biến từ) Thông qua các máy tính, đặc tính của giảm chấn được điều khiển bởi một nam châm điện Về cơ bản, việc tăng lưu lượng lưu chất vào giảm chấn sẽ làm tăng độ nén, phục hồi của lò xo, và việc giảm lưu lượng sẽ làm giảm hiệu quả hoạt động của giảm chấn.Thông tin từ các cảm biến bánh xe (cảm biến về độ co giãn của lò xo), cảm biến vô lăng, cảm biến gia tốc và một số cảm biến khác sẽ được sử dụng để tính toán độ cứng tối ưu Phản ứng nhanh chóng của toàn hệ thống cho phép, ví dụ như, có thể làm một bánh xe di chuyển một cách nhẹ nhàng êm ái qua một ổ gà hoặc một tảng đá trên đường
1.2.3 Hệ thống treo chủ động (tích cực):
Hệ thống treo tích cực (Hình 1.5c) sử dụng các bộ chấp hành riêng biệt để tạo ra các lực đến từng bộ phận đàn hồi 1 cách độc lập ở mỗi bánh xe để cải thiện tính năng vận hành Nhược điểm của thiết kế này là chi phí cao, làm tăng thêm sự phức tạp cũng như tăng khối lượng cho toàn hệ thống, và phải bảo dưỡng khá thường xuyên và sửa chữa khi cần phải cài đặt Việc bảo dưỡng cũng là một vấn đề, vì chỉ có các đại lý ủy quyền của hãng mới có dụng cụ và kĩ thuật viên đủ khả năng sửa chữa cũng như chẩn đoán hư hỏng 1 cách chính xác.
Thủy lực:
Trang 16Hệ thống treo thủy lực được điều khiển bằng một cơ cấu servo thủy lực Các áp lực thủy lực cho servo được cung cấp bởi một bơm thủy lực áp suất cao dùng các piston hướng kính Các cảm biến liên tục giám sát độ dịch chuyển của thân xe và chế độ lái, để từ đó liên tục cung cấp dữ kiện cho máy tính
Hình 1 5 Hệ thống treo tích cực hoàn toàn
Sau khi máy tính nhận và xử lý dữ liệu, nó tác động đến các servo thủy lực (được gắn bên cạnh mỗi bánh xe) Gần như ngay lập tức, hệ thống treo được điều chỉnh bởi servo để tạo ra các lực chống lại sự nghiêng ngang của thân xe, sự chúi đầu hay chúi đuôi trong các chế độ lái xe khác nhau.
Trong thực tế, hệ thống này luôn kết hợp chức năng tự động điều chỉnh độ cứng của bộ phận đàn hồi và chức năng điều chỉnh độ cao gầm xe, và các phiên bản sau này, nó liên quan với tốc độ xe trong mục đích cải thiện tính năng khí động học, ví dụ như làm giảm độ cao gầm xe khi chạy ở tốc độ cao.
Thu hồi điện từ:
Loại này sử dụng một mô tơ gắn liền với từng bánh xe độc lập, giúp tạo ra các phản ứng cực kỳ nhanh chóng và tái sinh năng lượng thông qua việc tận dụng các mô tơ như máy phát điện Thiết kế này gần như đã khắc phục được các nhược điểm của hệ thống thủy lực là thời gian đáp ứng chậm và tiêu thụ năng lượng cao.
Trang 17Kết luận: Trong bài báo cáo này giảm chấn chủ động làm việc lưu chất từ được
ứng dụng cho hệ thống treo bán chủ động cabin, về mặt mô phổng và đánh giá sẽ được phân tích rõ trong phần tiếp theo chương 2.
1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế.
Ngày nay, tiêu chí êm dịu là một trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá của các phương tiện giao thông trên thị trường thế giới Trong những năm gần đây đã có rất nhiều nhà nghiên cứu khoa học trong nước nói riêng và thế giới nói chung đã nghiên cứu thiết kế các hệ thống treo, cabin và ghế ngồi Ngày nay, tiêu chí êm dịu là một trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá của các phương tiện giao thông trên thị trường thế giới Trong những năm gần đây đã có rất nhiều nhà nghiên cứu khoa học trong nước nói riêng và thế giới nói chung đã nghiên cứu thiết kế các hệ thống treo, cabin và ghế ngồi nhằm nâng cao tính êm dịu khi chuyển động Vì độ êm dịu cabin có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả công việc đặc biệt là sức khỏe của con người khi thường xuyên tiếp xúc với nguồn dao động hàng ngày.
1.3.1 Đối với nhà nghiên cứu Việt Nam
Về nghiên cứu dao động các nhà khoa học trong nước được tiến hành từ khá lâu, một trong những vấn đề trong nghiên cứu về phương tiện giao thông là kết cấu, dao động và tải trọng tác dụng lên người điều khiển, hành khách, hàng hóa cũng như mặt đường và tải trọng động của các phương tiện giao thông Nghiên cứu dao động hệ thống treo và ảnh hưởng dao động đến độ êm dịu và tải trọng động bánh xe tác dụng lên mặt đường quốc lộ đang được các nhà khoa học quan tâm dưới đây là các công bố khoa học:
Công trình nghiên cứu của tác giả Hoàng Đức Thị trong luận văn thạc sĩ đã đưa ra mô hình dao động không gian xe tải hạng nặng và từ đó phân tích đánh ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo đến khả năng thân thiện mặt đường giao thông.
Công trình nghiên cứu của tác giả Đặng Ngọc Minh Tuấn trong luận văn thạc sĩ đã xây dựng mô hình dao động và tối ưu các thông số thiết kế hệ thống cho xe tải hạng nặng nhằm giảm tác động xấu đến mặt đường quốc lộ.
Trang 18Một số công trình của nhóm nghiên cứu Lê Văn Quỳnh, Nguyễn Văn Liêm và các công sự khác của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đều xuất phương án điều khiển hệ thống treo cabin nhằm nâng cao độ êm dịu của xe tải hạng nặng.
1.3.2 Đối với nhà nghiên cứu trên thế giới
Với sự phát triển khoa học và công nghệ đi đầu của các nước phát triển, mặt khác sự phát triển mạnh mẽ của khoa học máy tính dưới sự hỗ trợ của các phần mềm chuyên dụng nên việc nghiên cứu về các phương tiện giao thông khá thuận lợi.
Dưới đây là các công trình công bố khoa học của các nhà nghiên cứu trên thế giới: Leilei Zhao, Changcheng Zhou, Yuewei Yu, and Fuxing Yang Trong nghiên cứu bày đã xây dựng mô hình dao động cho hệ thống cabin trên xe tải hạng nặng Quá trình đánh giá trên bệ thử bằng các nguồn kích thích khác nhau Dựa trên phương pháp tối ưu từ đó đi tối ưu cho các thông số độ cứng của lò xo và hệ số cản của giảm chấn Kết quả cho thấy mô hình được xây dựng và phương pháp đề xuất là hoàn toàn khả thi và tạo nền tảng tốt cho phân tích lý thuyết hoặc thiết kế tối ưu của hệ thống treo cabin để cải thiện sự độ êm dịu trong quá trình chuyển động.
Công trình nghiên cứu Một trong những kết quả chính của luận án này là một phương pháp để thiết kế và thực hiện các hệ thống treo chủ động và bán chủ động trong Adams/Car để phân tích xe hoàn chỉnh Phân tích xử lý bằng các thuật toán điều khiển và chiến lược kiểm soát khác nhau nhằm nâng cao độ êm dịu Các hệ thống điều khiển dựa trên lý thuyết skyhook, được giới thiệu bởi Karnopp và cộng sự vào những năm 1970 Một hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển tuyến tính bậc hai (LQR) cũng được thiết kế và triển khai Việc thiết kế và phát triển các hệ thống điều khiển được thực hiện trong Matlab / Simulink Thuật toán điều khiển sau đó được triển khai trong Adams/Car và được sử dụng trong thử nghiệm xe.
Công trình nghiên cứu nghiên cứu này trình bày xây dựng mô hình dao động cho xe đầu kéo, với hàm mục tiêu nâng cao độ êm dịu, từ đó tác giả đã sử dụng bộ phận đàn hồi khí nén cho hệ thống treo cabin, nghiên cứu cho thấy độ êm dịu được cải thiện so với hệ