MỤC LỤC

Mục lục

Lời nói đầu 

Chương 1- Tổng quan về các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động và phân loại hệ thống treo ôtô quân sự

1.1- Khái niệm về dao động ôtô, độ êm dịu và an toàn chuyển động

1..2- Phân loại hệ thống treo trên  ôtô quân sự điển hình

1.3-Sự phát triển của các loại  hệ thống treo

Chương 2- Thiết lập mô hình và giải bài toán dao động

2.1- Mô hình “một phần tư”

2.2- Mô hình phẳng 

2.3- Mô hình không gian

2.4- Một số kết quả tính toán

Chương 3- Sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến dao động ôtô

3.1- Ảnh hưởng của độ cứng của treo

3.2- Ảnh hưởng của độ cứng của lốp

3.3- Ảnh hưởng của khối lượng treo

3.4- Ảnh hưởng của khối lượng không treo

3.5- Ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn

Kết luận

Phụ lục

Tài liệu tham khảo

LỜI NÓI ĐẦU

Độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô nói chung và ôtô quân sự nói riêng là những chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật có ý nghĩa to lớn trong thiết kế, khai thác và sử dụng xe.

Nghiên cứu về dao động của ôtô nói chung và ôtô quân sự nói riêng nhằm mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng và độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy của ôtô là một công việc hết sức quan trọng và cần thiết. Nhất là trong sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ ngày nay, khi mà các tập đoàn sản xuất ôtô trên thế giới liên tiếp cho ra đời các loại xe hiện đại với những yêu cầu phục vụ con người, đáp ứng nhiệm vụ  ngày càng vươn tới sự hoàn hảo thì điều đó càng có ý nghĩa thực tiễn lớn lao hơn bao giờ hết.

Được sự phân công của bộ môn Xe quân sự - Khoa Động lực - Học viện Kỹ thuật Quân sự, tôi vinh dự nhận nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp “KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA ÔTÔ QUÂN SỰ BẰNG PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK”.  Đồ án đã được thực hiện nhờ sự hướng dẫn tận tụy của các thầy giáo, sự giúp đỡ của các cấp và của đồng chí đồng đội cũng như nỗ lực tìm tòi, học hỏi, sự phát huy và tổng hợp kiến thức của bản thân học viên. Mặc dù đã rất nỗ lực nhưng chắc chắn đồ án sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót do hạn chế về mặt kiến thức và thời gian. Vì vậy, tôi rất kính mong được sự chỉ bảo của các thầy giáo, sự góp ý của đồng chí đồng đội để trong những lần nghiên cứu  sau đạt được kết quả tốt hơn.

Xin chân thành cảm ơn !

Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

Học viên thực hiện

……………..

CHƯƠNG 1

 TỔNG QUAN VỀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO ÔTÔ QUÂN SỰ

1.1. KHÁI NIỆM DAO ĐỘNG, ĐỘ ÊM DỊU VÀ AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG

1.1.1. Khái niệm về độ êm dịu và an toàn chuyển động

          Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng thường phát sinh những dao động dưới tác động kích thích của độ mấp mô biên dạng đường. Dao động của ôtô ảnh hưởng tới con người, hàng hoá chuyên chở trên xe, độ bền và tuổi thọ của các kết cấu ôtô. 

Độ êm dịu chuyển động của ôtô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động của dao động có ảnh hưởng xấu tới con người, hàng hoá và các kết cấu của ôtô.

          Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì dao động của ôtô sẽ gây ra sự thay đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với bề 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 (lực kéo, lực phanh)

 và lực ngang (lực điều khiển khi quay vòng), còn khi giá trị phản lực này tăng thì sẽ làm tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường.

1.1.2. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

          Với khái niệm về độ êm dịu chuyển động ở trên, ta thấy: Một ôtô đảm bảo độ êm dịu chuyển động có nghĩa là các thông số đánh giá độ êm dịu chuyển động của nó nằm trong giới hạn cho phép, theo tiêu chuẩn  đánh giá.

Trong sơ đồ trên có 3 thành phần: Mặt đường-trên đó ôtô chuyển động, ôtô- chịu sự điều khiển của con người và con người chịu dao động do ôtô truyền đến.

          - Mặt đường mà trên đó xe chuyển động có những mấp mô và đó là nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động của ôtô. Mặt đường được đặc trưng bằng chiều cao mấp mô của nó…Trong thực tế thì mấp mô mặt đường là ngẫu nhiên và được đánh giá qua thống kê: Hàm phân phối, mật độ phổ. Trong lý thuyết, để nghiên cứu dao động của ôtô có thể coi mặt đường là hàm điều hoà hoặc là một hàm ngẫu nhiên.

          - Ôtô là một hệ cơ học dao động phức tạp, nhiều khối lượng; chịu ảnh hưởng trực tiếp của mấp mô mặt đường; sinh ra dao động tác động lên người, hàng hoá trên xe. Trên ôtô, hệ thống có ảnh hưởng quyết định nhất đến dao động của nó là hệ thống treo.

Để đánh giá độ êm dịu chuyển động, các tổ chức khác nhau trên thế giới đã đưa ra rất nhiều chỉ tiêu. Dưới đây chỉ đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động cơ bản trước tiên theo các công trình nghiên cứu khác nhau:

1) Chỉ tiêu về tần số

Chỉ tiêu về tần số dựa vào thói quen hoạt động của con người đó là đi. Khi con người đi thì thực chất là đang thực hiện một dao động. Ở mỗi người do thói quen, vóc dáng khác nhau mà việc thực hiện bước đi có khác nhau nhưng nói chung thông thường thì con người thực hiện được khoảng 60¸90 bước đi trong một phút, tức là tần số dao động tương ứng từ 1¸1,5 Hz. Nói cách khác, con người từ nhỏ đã quen thuộc, thích nghi với tần số dao động với khoảng tần số này. Do vậy người ta cho rằng ôtô có chuyển động êm dịu là khi nó chạy trên mọi địa hình thì tần số dao động riêng nằm trong khoảng 1¸1,5 Hz.

2) Chỉ tiêu về gia tốc dao động

Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Mặt khác, điều quan trọng hơn là dao động ôtô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu nhiên với dải tần số rộng và phức tạp theo cả hướng tác dụng.

4) Đánh giá cảm giác theo công suất dao động

Chỉ tiêu này dựa trên giả thiết rằng, cảm giác của con người khi dao động phụ thuộc vào trị số của công suất dao động truyền cho con người. Nếu P(t) là lực tác động lên con người khi dao động, còn v(t) là vận tốc dao động thì công suất trung bình truyền đến con người .

5) Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động của nó

Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hoá ISO đưa ra năm 1969 cho phép đánh giá tác dộng của dao động đến con người trên xe. Cảm giác được đánh giá theo 3 mức: thoải mái, mệt mỏi (cho phép dao động mà vẫn giữ được mức độ cho phép của năng suất lao động) và giới hạn cho phép (giới hạn theo tác dụng của dao động lên sức khoẻ của con người). Sự khác nhau của tiêu chuẩn ISO so với các tiêu chuẩn khác là ở chỗ là có tính đến thời gian tác động của dao động. Gia tốc bình phương trung bình khi dao động hay biên độ dao động khi dao động điều hoà được chọn làm chỉ tiêu đánh giá sự tác động của dao động.

1.1.3. Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường

Theo quan điểm về an toàn chuyển động (tính điều khiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì giá trị lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xe với đường là thông số quan trọng để đánh giá. Khi ôtô chuyển động trên đường có biên dạng mang tính ngẫu nhiên thì dáng điệu của tải trọng thẳng đứng của bánh xe R_k(t) cũng mang tính ngẫu nhiên. 

Tải trọng tĩnh của bánh xe dễ dàng được xác định từ trọng lượng của ôtô và toạ độ trọng tâm theo hướng dọc xe. Xác định lực động F_đ(t) phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ôtô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô của biên dạng mặt đường.

Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lớn nhất của tải trọng bánh xe sẽ tương ứng với giá trị dương của F_đ(t). Còn theo quan điểm về an toàn chuyển động thì ngược lại với trường hợp trên là khi giảm tải trọng bánh xe thì sẽ dẫn đến giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến (nhất là khi phanh) và lực ngang (quan trọng khi điều khiển). Trong những trường hợp đặc biệt bánh xe có thể bị nẩy khỏi mặt đường khi đó R_k = 0 và ôtô sẽ mất tính điều khiển.

Giá trị lực tác dụng xuống nền đường gần đúng có thể xác định như sau:

                                               F_d » C_L.(q - x)      

          Trong đó: C_L- là dộ cứng của lốp.

1.2. PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO TRÊN  ÔTÔ QUÂN SỰ ĐIỂN HÌNH

1.2.1. Khái niệm về hệ thống treo:

Hệ thống treo là một tổ hợp các cơ cấu thực hiện liên kết các bánh xe với khung xe (hoặc vỏ xe) để đảm bảo độ êm dịu chuyển động và an toàn chuyển động trên cơ sở tạo các dao động của thân xe và của các bánh xe theo ý muốn và giảm  các tải trọng va đập cho xe khi chuyển động trên địa hình không bằng phẳng. 

Hệ thống treo hoàn chỉnh bao gồm 3 phần tử chính với các chức năng riêng biệt:

- Phần tử đàn hồi: dùng để tiếp nhận và truyền lên khung xe các lực thẳng đứng từ đường, giảm tải trọng động và bảo đảm độ êm dịu chuyển động cho ôtô khi chuyển động trên các loại đường khác nhau.

- Phần tử giảm chấn: Năng lượng dao động của thân xe và của bánh xe được hấp thụ bởi các giảm chấn trên cơ sở biến cơ năng thành nhiệt năng.

1.2.2. Phân loại hệ thống treo

1) Theo cấu tạo của phần tử hướng

 Có các loại như sau:

- Hệ thống treo phụ thuộc là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên phải được liên kết cứng với nhau bằng dầm cầu liền hoặc vỏ cầu cứng. Khi đó dao động hoặc chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc thẳng đứng) của bánh xe bên này làm ảnh hưởng, tác động đến bánh xe bên kia và ngược lại. Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng ở rất nhiều xe như GAZ-53, GAZ-66, ZIL-131, KRAZ; KAMAZ,... 

2) Theo cấu tạo của phần tử  đàn hồi

 Có các loại như sau:

- Phần tử đàn hồi là kim loại gồm: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn. Đây là loại phổ biến nhất ở các ôtô quân sự và xe bọc thép bánh hơi.

- Phần tử đàn hồi là khí nén gồm: phần tử đàn hồi là khí nén có bình chứa là cao su kết hợp sợi vải bọc cao su làm cốt, dạng màng phân chia và dạng liên hợp.

- Phần tử đàn hồi là thuỷ khí có loại kháng áp và loại không kháng áp.

1.2.3. Yêu cầu

- Độ võng tĩnh phải nằm trong giới hạn đủ đảm bảo được các tần số dao động riêng của vỏ xe và độ võng động phải đủ để đảm bảo vận tốc chuyển động của ôtô trên đường xấu nằm trong giới hạn cho phép. Ở giới hạn này không có sự va đập lên bộ phận hạn chế.

- Động học của các bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn hướng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng.

1.3. SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC LOẠI  HỆ THỐNG TREO

1.3.1. Khái niệm về treo thụ động

Hệ thống treo thụ động là một hệ thống mà các đặc tính của các thành phần (nhíp và giảm chấn) là cố định. Các đặc tính này được xác định bởi các nhà thiết kế hệ thống treo, theo mục đích thiết kế và ứng dụng mong muốn. Thiết kế hệ thống treo thụ động là sự tối ưu hoá giữa độ ổn định và êm dịu chuyển động.

1.3.2. Hệ thống treo tích cực

Trong hệ thống treo tích cực, cả giảm  chấn và nhíp thụ động được thay thế bằng một bộ kích thích lực.

          Bộ kích thích lực có thể cung cấp thêm hoặc tiêu tán bớt năng lượng cho hệ thống (không giống với giảm chấn thụ động chỉ có thể tiêu tán năng lượng). Với một hệ thống treo tích cực, bộ kích thích lực có thể tác dụng lực mà không phụ thuộc vào dịch chuyển hoặc vận tốc của khối lượng treo và không treo. Nhờ vào bộ điều khiển chính xác, các kết quả tối ưu giữa độ êm dịu chuyển động và độ ổn định thân xe tốt hơn đối với hệ thống treo thụ động.

CHƯƠNG 2

 THIẾT LẬP MÔ HÌNH VÀ GIẢI BÀI TOÁN DAO ĐỘNG

          Trình tự và phương pháp nghiên cứu dao động của ôtô trong phạm vi đồ án này được xác định theo 5 bước, trong đó bước 3 và 4 tiến hành song song:

1) Chọn mô hình động lực học và kích thích tác động lên hệ.

2) Mô tả mô hình động lực học bằng hệ phương trình vi phân.

3) Xây dựng đặc tính tần số biên độ (đáp ứng tần số) bằng phần mềm Matlab:

Áp dụng toán tử Laplace, biến đổi các ẩn trong hệ phương trình vi phân về dạng hàm ảnh. Sau đó rút ra hệ phương trình đại số có ẩn là các hàm truyền từ mặt đường tới chuyển dịch, vận tốc, gia tốc của khối lượng treo, khối lượng không treo. 

2.1. MÔ HÌNH “MỘT PHẦN TƯ XE”

Khi khảo sát dao động ôtô, trong nhiều trường hợp để đơn giản hoá bài toán, người ta thường dùng mô hình “một phần tư xe”.

Trong đồ án này, mô hình “một phần tư xe” được nghiên cứu vì các lý do sau:

- Đây là mô hình đơn giản có tính chất làm cơ sở cho việc nghiên cứu các mô hình phức tạp khác sau này.

- Có thể dùng mô hình này để khảo sát cho một số xe có hệ số phân bố khối lượng e_y thoả mãn: 0,8 £  e_y £ 1,2 (khi đó có thể coi dao động ở phần trước và sau xe là độc lập với nhau).

2.1.1. CHỌN MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Mô hình động lực học để khảo sát dao động ôtô chính là việc tổng quát hoá hệ dao động cùng với các thông số vào-ra theo những giả thiết nhất định nào đó. Các giả thiết này nhằm làm cho quá trình tính toán trở nên thống nhất và đơn giản hơn, nhưng vẫn đảm bảo được độ chính xác cần thiết của bài toán.

Để thiết lập được mô hình động lực học hệ dao động, ta đưa ra các giả thiết sau:        

- Chỉ xét dao động của một trong 4 bánh xe.

-Xét dao động thẳng đứng của khối lượng treo và không treo.

2.1.2. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG

Trong mục này sẽ khảo sát dao động ôtô lần lượt theo trình tự sau:

- Tính toán các thông số cơ bản của hệ dao động.

- Thiết lập hệ phương trình vi phân.

- Xây dựng đặc tính tần số biên độ và đáp ứng thời gian.

1) Tính toán các thông số cơ bản của hệ dao động

Trước hết ta cần tính toán xác định các thông số cơ bản của hệ thống treo như: Tần số dao động riêng của khối lượng treo, tần số dao động riêng của khối lượng không treo, hệ số cản dao động của thân xe cũng như hành trình tĩnh, hành trình động của bánh xe.

2) Thiết lập hệ phương trình vi phân

Để khảo sát dao động của cơ hệ trên, chúng ta cần thiết lập ra hệ phương trình vi phân (mô hình toán học) mô tả chuyển động dao động của nó. Có thể thiết lập hệ phương trình bằng nhiều phương pháp khác nhau. 

Theo định lý đạo hàm gốc [8]: thì f’(t) cũng là hàm gốc và nếu f(t)®F(p) thì f’(t)®p.F(p)-f(0).

          Hay tổng quát ta có: f⁽ⁿ⁾(t)® pⁿ.F(p) - p^n-1.f(0) – p^n-2.f’(0) - ... – f^(n-1)(0).

       Cơ hệ ta xét là hệ dao động, tại thời điểm t = 0, ta quy ước các chuyển dịch, và vận tốc chuyển dịch đều bằng 0, do đó thay vào công thức trên ta sẽ có:

                                                f^’(t) ® p.F(p).

                                                f^”(t) ® p².F(p).                                        (*)

Để nhận được các hàm truyền tần số (hay còn gọi là hàm truyền Fourier) ta thay p = j.w trong các hàm truyền Laplace đã tìm được ở trên. Các hàm truyền Fourier có dạng phức như sau:

                                                W_z = A₁+j.B₁

                                                W_x = A₂+j.B₂

b) Mô hình hoá hệ dao động bằng Simulink, tìm đáp ứng thời gian

Sau khi xây dựng xong mô hình, ta tiến hành mô phỏng. Khi mô phỏng, ta phải chọn các tham số mô phỏng, có nhiều tham số. Nhưng ta quan tâm một số tham số của quá trình mô phỏng như sau:

Start time: Thời gian bắt đầu mô phỏng.

Stop time: Thời gian kết thúc mô phỏng.

Solver Option: Chọn các thông số của phương pháp giải. Trong đồ án này chọn phương pháp ode45 tức là giải theo phương pháp Runge-Kutta bậc 5. Còn lại các giá trị của các tham số khác ta chọn mặc định.

2.2. MÔ HÌNH PHẲNG

2.2.1. CHỌN MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Dao động của một vật rắn trong không gian có 6 bậc tự do: 3 bậc tự do tịnh tiến theo các trục: X, Y, Z và 3 bậc tự do quay quanh các trục đó. Tuy nhiên trong thực tế khảo sát dao động của ôtô người ta thấy thường chỉ có hai dao động có tác động lớn nhất đến con người và hàng hoá trên xe, đó là dao động tịnh tiến theo trục thẳng đứng Z và dao động góc j quanh trục Y.

-Dao động của các phần tử trong hệ là tuyến tính.

-Bánh xe lăn không trượt trên nền cứng tuyệt đối và luôn tiếp xúc với mặt đường.

-Liên kết của cơ hệ là liên kết lý tưởng.

2.2.2. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG

Ở mô hình này, việc tính toán các thông số cơ bản của hệ dao động hoàn toàn giống với trường hợp 2.2 đã xét ở trên nên không trình bày nữa mà chỉ trình bày cụ thể cách thiết lập hệ phương trình vi phân và giải bài toán dao động.

1) Thiết lập hệ phương trình vi phân

Ở mô hình này tôi chọn phương pháp lập hệ phương trình vi phân bằng phương trình Lagrange loại II.

2) Giải bài toán dao động

a) Xây dựng đặc tính tần số biên độ

 Hoàn toàn tương tự như khi giải đối với mô hình “một phần tư xe”.

Áp dụng (*) vào (2.18) tức là dùng biến đổi Laplace để đưa hệ phương trình vi phân về dạng hệ phương trình có ẩn là các hàm ảnh.

Thông thường thì lực cản của lốp (được thể hiện thông qua các hệ số n₀₁, n₀₂) có giá trị nhỏ nên có thể bỏ qua. Trong khuôn khổ của bài toán kỹ thuật dao động ôtô thì sự gần đúng này vẫn đảm bảo được mức độ chính xác cần thiết. Cho nên các hệ số n₀₁, n₀₂ có thể lấy bằng 0.

Nếu đặt các hệ số như sau:   

 a₁₃ = - (h_z1 + g_z1­²) ;  a₁₄ = - (h_z2.p + g_z2²) ;

a₂₁= (m.p + h); a₂₂= (p² + n_j.p + w_j²);

a₂₃ = - (h_j1.p + g_j1²) ;  a₂₄ = (h_j2.p + g_j2²) ;

a₃₁= - (h_z1.p + g_z1² ).a₁; a₃₂= - (h_j1.p + g_j1² ).a₁.r_y²;

a₃₃ = (p² + n_x1.p + w_x1²)  ;  a₃₄ =  0;

a₄₁= - (h_z2.p + g_z2² ).a₂; a₄₂= - (h_j2.p + g_j2² ).a₂.r_y²;

a₄₃ = 0 ;  a₄₄ =  (p² + n_x2.p + w_x2²) ;

Lấy 2 vế của các phương trình của hệ (2.21) chia cho q₁(p), ta được hệ phương trình có ẩn là các hàm truyền:

 a₂₁.W_z(p) + a₂₂.W_j(p)    + a₂₃.W_x1(p) + a₂₄.W_x2(p) = 0;             (2.22)                

a₃₁.W_z(p) + a₃₂.W_j(p) + a₃₃.W_x1(p) + a₃₄.W_x2(p) = w₀₁²;

a₄₁.W_z(p) + a₄₂.W_j(p)     + a₄₃.W_x1(p) + a₄₄.W_x2(p) = w₀₂².q₂(p)/q₁(p);

Khi cần thiết xác định các đặc tính biến dạng của các phần tử đàn hồi, ta cũng làm tương tự, ví dụ để xác định đặc tính biến dạng của nhíp trước và nhíp sau ta có:

W_Ztd1 = W_x1 - W_Z1 = C₃+j.D₃ - (C₁+a.C₂) - j. (D₁+a.D₂)

W_Ztd2 = W_x2 - W_Z2 = C₄+j.D₄ - (C₁+b.C₂) - j. (D₁+b.D₂)

b) Mô hình hoá hệ dao động bằng Simulink, tìm đáp ứng thời gian

+ Mô hình gồm có các thành phần là các phân hệ. Các phân hệ “Đồ thị lượng ra”, “Gia công đầu ra” và khối “Kích động mặt đường” hoàn toàn giống với trường hợp đã xét ở trên. Hai phân hệ “Hệ dao động trước ” và “Hệ dao động sau” tương tự  như phân hệ “Hệ dao động” ở mô hình “Một phần tư xe”.

+ Khi mô phỏng, ta cũng chọn các tham số của quá trình mô phỏng như trường hợp đã xét.

2.3. MÔ HÌNH KHÔNG GIAN

Trong thực tế, khi ôtô chuyển động, do sự khác nhau của mấp mô biên dạng mặt đường dưới từng bánh xe, nên ngoài dao động góc dọc như đã xét ở trên, ôtô sẽ thực hiện dao động góc ngang (đối với cả phần treo và phần không treo). Mặt khác, trong phần trước, khi khảo sát dao động trong mặt phẳng dọc ta coi khung vỏ cứng tuyệt đối.

2.3.1. CHỌN MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

Mô hình động lực học hệ dao động không gian của ôtô 2 cầu được đưa ra dưới đây, với 8 toạ độ suy rộng gồm:

z₁,z₂ - Chuyển dịch thẳng đứng của khối lượng treo tương ứng cầu trước và cầu sau.

b₁, b_2­ - Chuyển dịch góc ngang của khối lượng treo tương ứng cầu trước và cầu sau.

C_p1’, C_p2’ - Hệ số cứng góc của một nhíp ở treo trước và treo sau khi xoắn.

C_L1, C_L2 - Độ cứng của lốp trước và lốp sau.

K₁, K₂ -  Hệ số cản giảm chấn tương ứng treo trước và treo sau.

a, b - Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước và cầu sau.

d_p1, d_p2 -  Khoảng cách từ trục dọc xe đến nhíp trước và sau.

d_k1, d_k2 -  Khoảng cách từ trục dọc xe đến giảm chấn trước và sau.

B - Chiều rộng cơ sở của xe.

L - Chiều dài cơ sở của xe.

Ta giả thiết hệ dao động là hệ tuyến tính. Vì dao động của hệ được khảo sát là dao động nhỏ xung quanh vị trí cân bằng tĩnh và do tính ổn định của các khối lượng. 

2.3.2. KHẢO SÁT DAO ĐỘNG

   Vì hệ có 8 bậc tự do, sẽ phức tạp trong việc tính các thành phần trong phương trình Lagrange. Vì vậy tôi chọn phương pháp áp dụng nguyên lý Đalămbe để thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả hệ dao động. Mặc dù nó đòi hỏi tính mạch lạc cao.

Với cách biến đổi tương tự đối với mô hình phẳng, dùng các ký hiệu:

a₁₁= M₁.p² + 2K₁.p +2C_p1

a₁₂= M₃.p²

a₁₃= a₁₄= a₁₆ a₁₇a₁₈=0

a₁₅= -2(K₁.p + C_p1)

a₂₁= M₃.p²

a₂₂= M₂p² + 2K₂p +2C_p2

a₂₃= a₂₄ =a₂₅ =a₂₇ =a₂₈ = 0

a₂₆= -2(K₂.p + C_p2)

a₃₁= -2(K₁.p + C_p1)

a₃₂= a₃₃= a₃₄= a₃₆= a₃₇= a₃₈=0

a₃₅= m₁.p² + 2K₁.p +2(C_p1+ C_L1)

a₄₁= a₄₃= a₄₄= a₄₅= a₄₇= a₄₈=0

a₄₂= -2(K₂.p + C_p2)

a₄₆= m₂.p² + 2K₂.p +2(C_p2+ C_L2)

a₅₁= a₅₂= a₅₅= a₅₆= a₅₈=0

a₅₃= J_x1.p² + (K_H + 2K₁.d_p1²).p + C_H + C_p1^, + 2C_p1.d_p1²

Trong bài toán này chúng tôi chọn q_1t = q₀.sin(wt) và kích động bên phải chậm pha p/2 so với kích động bên trái, do vậy:

q_1p = q₀.sin[w(t-p/2w)]

q_2t = q₀.sin[w(t-L/V)]

q_2p = q₀.sin[w(t-p/2w-L/V)]

2.4. MỘT SỐ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe một cách tương đối chính xác, chúng ta cần phải tính toán cho nhiều chế độ tải khác nhau, vận tốc chuyển động của xe khác nhau và với các loại đường phù hợp điều kiện thực tế sử dụng xe; sau đó đối chiếu theo các tiêu chuẩn khác nhau. Tất cả các yếu tố đó đều rất đa dạng và phức tạp, nhất là trong điều kiện sử dụng của các xe quân sự của chúng ta hiện nay. 

2.4.1. Các thông số đầu vào của xe

- Trọng lượng phần treo: G_t = 48290 (N)

+ Phân bố lên cầu trước: G_t1 =  23170 (N)

+ Phân bố lên cầu sau:   G_t2 =  25120 (N)

- Trọng lượng phần không treo: G_kt = 10000 (N)

+ Phân bố lên cầu trước: G_kt1 =  5200 (N)

+ Phân bố lên cầu sau:   G_kt2 =  4800 (N)

- Chiều dài cơ sở của xe: L = 3,3 (m)

- Độ cứng nhíp trước: C_P1 = 98 (N/mm)

- Độ cứng nhíp sau: C_P2 = 98 (N/mm)

2.4.2. Một số thông số cơ bản của hệ dao động

1)  Tần số dao động riêng của khối lượng treo trước:

w₀₁ = 9,62  (1/s)

2)  Tần số dao động riêng của khối lượng không treo trước:

w_k1 = 43,35  (1/s)

3)  Tần số dao động riêng của khối lượng treo sau:

w₀₂ =  9,20 (1/s)

2.4.3. Các kết quả tính toán dao động

Các kết quả tính toán dao động như: Các đặc tính tần số biên độ của chuyển dịch khối lượng treo, khối lượng không treo, gia tốc của khối lượng treo; các kết quả về đáp ứng thời gian của chuyển dịch, vận tốc, gia tốc,… 

CHƯƠNG 3

SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU ĐẾN DAO ĐỘNG ÔTÔ

          Mọi sự nghiên cứu về ôtô nói chung cũng như dao động ôtô nói riêng, cũng đều hướng vào việc hoàn thiện kết cấu nhằm nâng cao chất lượng, hiệu quả sử dụng xe. Dao động của ôtô và chất lượng của hệ thống treo phụ thuộc trước hết vào các thông số kết cấu và mối tương quan giữa chúng. Các thông số chủ yếu của ôtô được dùng đến khi tính toán dao động là:

-  Độ cứng của treo.

-  Độ cứng của lốp.

-  Khối lượng treo và phân bố của nó lên các cầu.

Với các thông số kết cấu cố định như đã dùng cho tính toán đối với treo trước xe GAZ-66 (trừ thông số ta nghiên cứu là thay đổi). Sau đây sẽ lần lượt xem xét sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu.

3.1. Ảnh hưởng của độ cứng của treo

Từ các đồ thị 3.1.1; 3.1.2; 3.1.3 ta thấy, khi giảm độ cứng phần tử đàn hồi thì nhìn chung sẽ cải thiện độ êm dịu chuyển động cho xe, vì biên độ chuyển dịch thân xe giảm, đặc biệt giảm mạnh ở vùng cộng hưởng tần số thấp; ngoài ra vùng cộng hưởng tần số thấp lùi sang trái nên hiện tượng cộng hưởng (tần số thấp) chỉ xẩy ra ở đường có bước sóng lớn. 

3.2. Ảnh hưởng của độ cứng của lốp

          Lốp ôtô có tính chất đàn hồi theo cả các hướng: hướng kính, hướng tiếp tuyến, hướng ngang. Ở đây, ta chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của độ cứng hướng kính của lốp xe tới dao động ôtô. Sau đây sẽ nghiên cứu sự ảnh hưởng này khi ôtô chuyển động trên đường có mấp mô mà chiều dài lớn hơn vết tiếp xúc của bánh xe trên mặt đường. Khi nghiên cứu, ta cho độ cứng lốp xe biến thiên như sau: 300, 600, 900, 1200 (N/mm).

3.3. Ảnh hưởng của khối lượng treo

          Một trong những đặc điểm quan trọng của thông số khối lượng phần treo là nó luôn thay đổi và thay đổi nhiều trong quá trình sử dụng. Vì vậy mà nghiên cứu sự ảnh hưởng của nó tới độ êm dịu chuyển động là rất có ý nghĩa thực tiễn. Ở đây chủ yếu tập trung nghiên cứu sự ảnh hưởng của khối lượng treo mà chưa tính tới sự phân bố của nó. Khi nghiên cứu, ta xây dựng đặc tính TSBĐ với các trọng lượng phần treo khác nhau: 6000, 9000, 12000, 15000 (N)

3.4. Ảnh hưởng của khối lượng không treo

          Khối lượng phần không treo của ôtô thay đổi trong một phạm vi rộng tuỳ theo loại phần tử đàn hồi của treo, loại và kết cấu của cơ cấu hướng của treo, loại và kết cấu cũng như công nghệ chế tạo và vật liệu của truyền lực chính, khối lượng của cơ cấu phanh bánh xe. Ở đây đưa ra các đặc tính tần số biên độ khi trọng lượng không treo thay đổi: 2000, 3000, 4000, 5000 (N).

3.5. Ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn

          Dao động của ôtô được dập tắt bởi các dạng ma sát khác nhau trong hệ thống treo. Thường trong hệ thống treo, ma sát xuất hiện ở các phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi hoặc trong các khớp của đòn treo, dẫn động lái và lốp xe. Tuy nhiên, ở đây chỉ nghiên cứu sự ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn đến dao động của ôtô. Các đường đặc tính tần số biên độ nhận được khi thay đổi hệ số cản giảm chấn như sau: 3,825; 4,825. 5,825. 6,825 (N.s/mm).

KẾT LUẬN

Sau một thời gian không dài với một lượng kiến thức của bản thân còn tương đối hạn chế, được sự giúp đỡ của các thầy giáo, các đồng chí đồng đội. Đồ án tốt nghiệp “ Khảo sát dao động ôtô quan sự bằng phần mềm Matlab- Simulink” đã được hoàn thành đúng tiến độ. Đồ án đã đề cập đến một số vấn đề sau: Chương 1- Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động, các hệ thống treo cơ bản trên Xe quân sự và xu hướng phát triển của hệ thống treo trên ôtô hiện đại. Đặc biệt, chương 2 - phần chính của đồ án là đã thiết lập mô hình động lực học, nêu cơ sở lý thuyết và thực hiên phương pháp giải bài toán dao động nhờ áp dụng phần mềm Matlab-Simulink cho một số ôtô 2 cầu theo 3 trường hợp: mô hình “một phần tư xe”, mô hình phẳng và mô hình không gian. Chương 2 cũng đã đưa ra những đánh giá kết luận sơ bộ về độ êm dịu chuyển động của xe GAZ-66 ở một chế độ chuyển động. Chương trình tính toán dao động này có thể dùng cho việc khảo sát dao động của một số loại ôtô 2 cầu khác. Chương 3, chúng tôi nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến dao động của ôtô. Từ đó làm cơ sở cho việc cải tiến xe nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động trong những nghiên cứu sau này.

Chương trình Matlab - Simukink trình bày trong đồ án này như đã nói, một mặt là dùng cho việc tính toán dao động của một số loại xe 2 cầu, ngoài ra còn có thể dùng cho quá trình học tập của học viên.

Việc thực hiện đồ án đã phần nào giúp bản thân hiểu thêm các kiến thức về ôtô nói chung và dao động nói riêng, làm cơ sở cho việc học tập, công tác và nghiên cứu sau này.

Mặc dù chúng tôi đã rất nỗ lực nhưng chắc chắn đồ án này còn có nhiều hạn chế. Chúng tôi rất mong được sự đóng góp ý kiến của bạn đọc để những lần nghiên cứu sau đạt kết quả tốt hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Phúc Hiểu; Vũ Đức Lập - Lý thuyết ôtô Quân sự - HVKTQS – 2002

[2]. Vũ Đức Lập - Dao động ôtô - HVKTQS – 1994.

[3]. Nguyễn Phúc Hiểu - Hướng dẫn thiết kế môn học “Kết cấu và tính toán ôtô Quân sự”. Tập VIHVKTQS – 1986.

[4]. Vũ Đức Lập - Ứng dụng máy tính trong tính toán xe quân sự - HVKTQS – 2001

[5]. Phạm Đình Vi - Trang bị xe quân sự - HVKTQS – 2001.

[6]. Lý thuyết dao động - I.M Babacốp. NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp - 1976

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"