MỤC LỤC
Trang phụ bìa...............................................................................................
Nhiệm vụ đồ án............................................................................................
MỤC LỤC..................................................................................................
MỞ ĐẦU.................................................................................................. 1
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về dao động ôtô............................................................... 3
1.1.1. Các khái niệm cơ bản............................................................... 3
1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô......................................... 6
1.1.3. Mô hình dao động tương đương của ô tô................................. 7
1.2. Dao động lắc ngang của ôtô............................................................ .14
1.3. Tình hình nghiên cứu dao động lắc ngang trong và ngoài nước.......... 17
1.4. Nghiên cứu dao động lắc ngang trên thế giới .......................... 17
1.5. Các nghiên cứu dao động lắc ngang trong nước...................... 18
Chương 2. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC DAO ĐỘNG LẮC NGANG CỦA ÔTÔ
2.1. Kết cấu hệ thống treo độc lập......................................................... 20
2.1.1. Các loại hệ thống treo độc lập................................................ 20
2.1.2. Đặc điểm kết cấu treo độc lập hai đòn ngang.......................... 28
2.2. Động học và động lực học hệ thống treo.......................................... 34
2.2.1. Động học hệ thống treo......................................................... 34
2.2.2. Động lực học hệ thống treo.................................................... 37
2.3. Trục lắc ngang................................................................................ 41
2.3.1. Tâm lắc ngang, Tâm nghiêng ngang........................................ 41
2.3.2. Trục lắc ngang và phương pháp xác định................................ 42
2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến dao động lắc ngang ô tô.......................... 43
2.4.1. Mặt đường............................................................................. 43
2.4.2. Chế độ chuyển động (Quĩ đạo, vận tốc, phanh)...................... 43
Chương 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG LẮC NGANG CỦA Ô TÔ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG LẮC NGANG CỦA ÔTÔ TREO ĐỘC LẬP
3.1. Phần mềm ADAMS......................................................................... 44
3.1.1. Giới thiệu chung về phần mềm ADAMS.................................. 44
3.1.2. Giới thiệu về mô đun ADAMS/Car......................................... 49
3.2. Xây dựng mô hình khảo sát dao động lắc ngang ô tô bằng phần mềm ADAMS……57
3.2.1. Thông số đầu vào của mô hình ô tô khảo sát.......................... 57
3.2.2. Xây dựng mô hình................................................................. 58
3.3. Khảo sát, xác định các thông số đánh giá dao động lắc ngang của ô tô có treo độc lập….61
3.3.1. Xác định các thông số đánh giá dao động lắc ngang ô tô bằng ADAMS…… 61
3.3.2. Các bước xác định các thông số đánh giá dao động lắc ngang ô tô bằng ADAMS…..62
3.3.3. Các trường hợp khảo sát........................................................ 65
3.3.4. Kết quả của một số trường hợp khảo sát................................. 67
KẾT LUẬN............................................................................................. 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................... 79
PHỤ LỤC...................................................................................................81
LỜI NÓI ĐẦU
Ô tô là phương tiện vận tải có vai trò hết sức quan trọng trong mọi nền kinh tế. Nó có những ưu điểm đặc biệt hơn hẳn các loại phương tiện vận tải khác: thông dụng, đơn giản, dễ sử dụng và có tính cơ động cao... được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực dân sự cũng như quân sự. Dao động khi chuyển động trên đường mấp mô của xe ảnh hưởng nhiều đến hàng hóa chuyên chở, bộ đội ngồi trên xe; đến độ ổn định, tính dẫn hướng cũng như ảnh hưởng đến đến độ an toàn chuyển động, tuổi thọ và chất lượng đường xá. Vì vậy việc nghiên cứu dao động của ô tô trở nên hết sức quan trọng.
Dao động ô tô có nhiều dạng và đã được nghiên cứu khá nhiều, tuy nhiên các nghiên cứu có liên quan đến dao động lắc ngang ở nước ta còn rất ít ỏi. Dạng dao động này phụ thuộc nhiều vào kiểu loại hệ thống treo được sử dụng trên ô tô. Các hệ treo nói chung và hệ treo độc lập nói riêng cũng có kết cấu và đặc tính làm việc rất đa dạng. Xuất phát từ lí do này tôi chọn đề tài “ Khảo sát dao động lắc ngang của ôtô có treo độc lập”.
Mục đích của đồ án là xây dựng mô hình dao động của ôtô có tính đến động học hệ thống treo để xác định các thông số đánh giá dao động của ôtô nói chung và dao động lắc ngang nói riêng làm cơ sở cho việc khảo sát, đánh giá chất lượng dao động lắc ngang của ô tô có treo độc lập .
Đối tượng nghiên cứu ở đây là nghiên cứu dao động lắc ngang của xe có treo độc lập.
Hiện nay phương pháp mô phỏng số đang được sử dụng rộng rãi cho phép nghiên cứu các cơ hệ phức tạp trong không gian, đặc biệt là hệ dao động của ô tô. Cùng với sự phát triển của máy tính, quá trình mô phỏng đã thể hiện được tính ưu việt của nó, đặc biệt là có thể mô tả được cả các hệ phi tuyến cũng như các quá trình vật lý phức tạp.
Đồ án bao gồm những nội dung sau:
Mở đầu.
Chương 1: Tổng quan về dao động ôtô.
Chương 2: Động học và động lực học dao động lắc ngang của ôtô.
Chương 3: Xây dựng mô hình và khảo sát dao động lắc ngang của ôtô.
Kết luận.
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về dao động ôtô
1.1.1. Các khái niệm cơ bản
Ô tô là một hệ dao động cơ học bao gồm nhiều khối lượng có mối liên kết với nhau và nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với bề mặt đường có biên dạng phức tạp. Trong lý thuyết ô tô khi nghiên cứu dao động ô tô thường giả thiết là khối lượng của ô tô là tập trung, được chia làm hai phần được treo và không được treo.
Khi xe chuyển động, thân xe có thể có các dao động theo các trục tọa độ được nêu trong hình 1.1.
Các dao động đó là:
- Dao động xung quanh trục dọc OX (sự lắc ngang). Là sự chuyển động lắc của ô tô quanh trục dọc khi ô tô đi qua mặt đường mà một bánh xe bị rơi xuống ổ gà hoặc qua những đoạn đường mấp mô. Đây là dao động ảnh hưởng nhiều nhất đến độ êm dịu chuyển động và an toàn chuyển động của xe.
- Dao động xoay xung quanh trục ngang OY (sự lắc dọc) là dao động lên xuống của phần trước hay phần sau ô tô quanh trục ngang đi qua trọng tâm của nó. Dao động này xảy ra khi cả hai bánh xe của ô tô cùng đi qua vết lồi hay vết lõm trên đường.
- Các ngoại lực xuất hiện trong quá trình của ô tô khi tăng tốc, khi phanh, quay vòng.
- Kích động từ các mấp mô từ mặt đường. Cho đến nay mấp mô biên dạng đường được coi là nguyên nhân chính gây ra dao động của ô tô.
1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô
Từ những ảnh hưởng xấu của dao động đến người và xe dẫn đến yêu cầu phải có các chỉ tiêu để đánh giá độ dao động của xe. Trước đây nguời ta đánh giá ảnh hưởng của dao động ô tô theo hai chỉ tiêu là độ êm dịu và tải trọng động tượng trưng cho sự ảnh hưởng đến tuổi thọ chi tiết. Ngày nay, dao động của ôtô được đánh giá qua các tiêu chí chính sau đây:
a. Các chỉ tiêu về độ êm dịu.
- Chỉ tiêu đối với con người thông thường bao gồm : Chỉ tiêu về tần số, chỉ về gia tốc dao động, chỉ tiêu dựa trên số liệu cảm giác theo gia tốc và vận tốc dao động, đánh giá cảm giác theo công suất dao động, đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động của nó, đánh giá dựa theo trị số hiệu quả của gia tốc dao động (bình phương trung bình của gia tốc dao động).
- Chỉ tiêu đối với hàng hoá.
d. Các chỉ tiêu về không gian bố trí treo
Các chỉ tiêu này có thể xác định từ các thông số dao động của ô tô. Các thông số dao động của ô tô là các dịch chuyển tịnh tiến UX, UY, UZ, các dịch chuyển xoay RX, RY, RZ. Các thông số này lại có thể xác định bằng thực nghiệm hoặc tính toán nhờ khảo sát các mô hình dao động tương đương của ô tô.
1.1.3. Mô hình dao động tương đương của ô tô
Khi khảo sát dao động ô tô thường sử dụng các mô hình dao động tương đương của ôtô thay cho mô hình vật lý thực, sau đó xây dựng mô hình toán và giải chúng để tìm ra các thông số đặc trưng cho dao động của cơ hệ.
Các mô hình khảo sát có thể là #, #, hoặc cả xe. Các dạng dao động có thể khảo sát bằng các mô hình này thực chất là các dịch chuyển thẳng đứng của phần treo, không treo. Các dịch chuyển góc cũng được xác định từ các dịch chuyển thẳng đứng nói trên.
Trên hình 1.2 là mô hình dao động tương đương ôtô con hai cầu được thiết lập với các giả thiết chính sau đây :
- Coi khối lượng được treo M1, M2 nằm trong mặt phẳng ngang chứa trọng tâm khối lượng không treo m1,m2.
- Bỏ qua các yếu tố phi tuyến hình học ví dụ như độ lệch tâm khối lượng treo so với mặt phẳng ngang.
- Vận tốc xe là hằng số.
Công cụ nghiên cứu khảo sát hệ dao động ô tô có thể sử dụng các chương trình phần mềm có sẵn như MATLAB, các công cụ mô phỏng khác như ALASKA, SAP2000, ANSYS hoặc các phần mềm tự xây dựng trên cơ sở các thuật toán đã có bằng các ngôn ngữ lập trình bậc cao.
Các khối cơ bản của mô hình SIMULINK ở hình 1.3 gồm:
Khối 1 mô tả kích động mặt đường
Khối 2 và 4 mô tả lốp và hệ treo ôtô
Khối 3 và 5 mô tả các khối lượng không treo và được treo của xe
Các khối này được thiết lập trên cơ sở của các phương trình cân bằng, các phương trình quan hệ động học ở phần trên.
Thứ tư là sử dụng khả năng giải các bài toán động của các phần mềm phân tích kết cấu trên cơ sở lý thuyết cơ học hệ nhiều vật hoặc phần tử hữu hạn để khảo sát dao động của hệ.
1.2. Dao động lắc ngang của ôtô.
Trước đây khi nghiên cứu dao động ô tô, thường sử dụng dịch chuyển xoay RX xung quanh trục dọc OX đi qua trọng tâm phần được treo để dánh giá dao động lắc ngang. Tuy nhiên trong thực tế trọng tâm của khối lượng phần được treo sẽ địch chuyển xoay xung quanh một trục lắc ngang không song song với trục OX, không đi qua trọng tâm của khối lượng phần được treo và đặc biệt là trục lắc này thay đổi tùy thuộc vào dịch chuyển tương đối giữa bánh xe và thân xe.
Trong thực tế các điểm này có dịch chuyển trong không gian phụ thuộc vào động học của từng loại hệ thống treo, ngay cả khi bánh xe giả thiết là cứng tuyệt đối. Do vậy, một mô hình dao động ô tô trong không gian cần đáp ứng được các yêu cầu sau:
- Không hạn chế chuyển động (dao động) không gian của toàn xe.
- Xác lập được động học, động lực học của hệ thống treo.
- Xác định được động lực học của các bánh xe.
Hiện chưa có các tiêu chuẩn đánh giá ảnh hưởng của dao động lắc ngang đến sức khỏe con người, đa số các tài liệu nghiên cứu [1,2] đều sử dụng gia tốc bình phương trung bình gia tốc dao động tịnh tiến theo phương ngang làm thông số trung gian để đánh giá. Trên hình 1.5 là tiêu chuẩn ISO-2631 về gia tốc bình phương trung bình của gia tốc theo theo phương ngang xe.
1.3. Tình hình nghiên cứu dao động lắc ngang trong và ngoài nước.
1.3.1. Nghiên cứu dao động lắc ngang trên thế giới
Trên thế giới dao động lắc ngang đã được nhiều tác giả quan tâm, ban đầu là các nghiên cứu đối với xe thể thao [3, 5, 10, 11]. Các công trình này phần lớn là các bài báo tập trung vào phân tích động học hệ thống treo, xác định tâm nghiêng ngang đối với các loại hệ treo độc lập như treo hai đòn ngang, các hệ treo đa điểm ...[5,11]. Trên thế giới hiện có khá nhiều phần mềm phân tích động học hệ thống treo ô tô nói chung và hệ thống treo độc lập nói riêng ví dụ như phần mềm tính toán xác định chiều cao tâm nghiêng ngang [13].
1.1.2. Các nghiên cứu dao động lắc ngang trong nước
Các nghiên cứu về dao động ô tô nói chung ở nước ta có khá nhiều, tuy nhiên các tác giả cũng tập trung vào nghiên cứu, đánh giá, khảo sát chủ yếu là các dạng dao động tịnh tiến thẳng đứng của các khối lượng treo và không treo, các lực động tác dụng lên xe và đường khi chuyển động trên đường mấp mô.
Chương 2
DAO ĐỘNG LẮC NGANG ÔTÔ
2.1. Đặc điểm kết cấu hệ thống treo độc lập
Như chương 1 đã trình bày, động học (kinematics) hệ thống treo mô tả chuyển động của bánh xe do chuyển vị thẳng đứng của bánh xe khi chuyển động trên đường mấp mô và chuyển vị góc của bánh xe dẫn hướng xung quanh trụ đứng khi quay vòng gây ra.
2.1.1. Các loại treo độc lập
Đặc trưng của hệ thống treo độc lập là bánh xe bên trái và bánh xe bên phải không có liên kết cứng. Do đó, sự dịch chuyển của một bánh xe không gây nên sự dịch chuyển của bánh xe kia.
Dựa theo đặc tính động học và đặc điểm kết cấu của phần tử này người ta còn phân ra các loại sau:
- Dạng treo hai đòn ngang
- Dạng treo Mc. Pherson
- Dạng treo kiểu một đòn dọc
- Dạng treo kiểu đòn dọc có thanh liên kết
- Dạng treo đòn chéo.
a. Dạng treo 2 đòn ngang:
Hệ treo trên 2 đòn ngang được sử dụng nhiều trong các giai đoạn trước đây nhưng hiện nay hệ treo này đang có xu hướng ít dần do kết cấu phức tạp, chiếm khoảng không gian quá lớn.
b. Dạng treo Mc.Pherson:
Hệ treo này chính là biến dạng của hệ treo 2 đòn treo ngang. Coi đòn treo trên có chiều dài bằng 0 và đòn ngang dưới có chiều dài khác 0. Chính nhờ cấu trúc này mà ta có thể có được khoảng không gian phía trong để bố trí hệ thống truyền lực hoặc khoang hành lý.
c. Dạng treo đòn dọc:
Hệ treo đòn dọc (Hình 2.3) là hệ treo độc lập mà mỗi bên có một đòn dọc. Mỗi đầu của đòn dọc được gắn cứng với trục quay của bánh xe, một đầu liên kết với khung vỏ bởi khớp trụ. Lò xo và giảm chấn đặt giữa đòn dọc và khung. Đòn dọc vừa là nơi tiếp nhận lực ngang, lực dọc, và là bộ phận dẫn hướng. Do phải chịu tải trọng lớn nên nó thường được làm có độ cứng vững cao.
d. Hệ treo đòn dọc có thanh ngang liên kết:
Hệ treo này xuất hiện trên xe con vào những năm 70 cùng với sự hoàn thiện kết cấu cho các xe có động cơ và cầu trước chủ động. Theo cấu trúc của nó có thể phân chia thành loại treo nửa độc lập và treo nửa phụ thuộc. Theo khả năng làm việc của hệ treo, tuỳ thuộc vào độ cứng vững của đòn liên kết mà có thể xếp là loại phụ thuộc hay độc lập. ở đây hệ treo được phân loại là treo độc lập tức là đòn liên kết có độ cứng nhỏ hơn nhiều so với độ cứng của dầm cầu phụ thuộc.
2.1.2. Đặc điểm kết cấu treo độc lập hai đòn ngang
Trên hình 2.6 và 2.7 là kết cấu của hệ thông treo độc lập hai đòn ngang ở cầu trước của xe ô tô MAZ-543 có công thức bánh xe 8x8.
Hệ thống treo có phần tử đàn hồi là kim loại, thanh xoắn đơn với trọng lượng kích thước nhỏ chiếm thể tích nhỏ trong xe, dễ bố trí, thế năng đàn hồi cao, làm việc tin cậy, khả năng bị sát thương nhỏ. Các trục xoắn phía trên 5 và dưới 3 (như hình 2.1) có một đầu nối với ống 3 và 7 của cần hệ thống treo qua mối ghép then hoa 10 và 6. Đầu then hoa kia của trục xoắn được lắp vào giá đỡ sau 15, nối với giá đỡ của khung. Hãm trục xoắn khỏi di chuyển dọc được giữ bằng tấm chặn 4 và bu lông 9, bu lông này được hãm bằng đệm phẳng.
Để bảo vệ trục xoắn khỏi hư hỏng cơ khí được lắp ống bảo vệ 13 và 14. ống bảo vệ được ép qua giá định tâm vào giá đỡ sau và được giữ bằng bu lông có lắp chốt chẻ.
Trên hệ thống treo trước xe Moskvich sử dụng hệ thống treo độc lập hai đòn ngang. Sơ đồ bố trí chung hệ thống treo trước xe Moskvich được thể hiện trên hình 2.8. Kết cấu của nó thể hiện trên hình 2.9.
2.2. Động học và động lực học hệ thống treo
2.2.1. Động học hệ thống treo
Động học hệ thống treo nghiên cứu mối quan hệ động học giữa bánh xe với khung xe, nó mô tả dịch chuyển tương đối của bánh xe do chuyển vị thẳng đứng của bánh xe khi chuyển động trên đường mấp mô.
Các thông số chính được xem xét trong động học hệ thống treo là : sự dịch chuyển (chuyển vị) của bánh xe trong không gian ba chiều khi vị trí bánh xe thay đổi theo phương thẳng đứng. Các dịch chuyển này ảnh hưởng đáng kể đến khả năng truyền các lực và các mômen khi bánh xe ở các vị trí khác nhau.
Trên hình 2.14 là mối quan hệ giữa sự thay đổi góc nghiêng của trụ đứng D# phụ thuộc vào chuyển vị của bánh xe theo phương thẳng đứng Dh của một số ô tô [11].
2.2.2. Động lực học hệ thống treo
Động lực học của hệ thống treo, được hiểu là mối quan hệ giữa các lực tác dụng lên các phần tử của hệ thống treo. Các lực này bao gồm các phản lực từ mặt đường tác dụng lên hệ thống treo thông qua điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. Chúng gồm có phản lực thẳng đứng, phản lực ngang, và lực kéo, lực phanh.
Sơ đồ xác định tỷ số này thể hiện trên hình 2.15. Trong phần này ta xác định tỷ số truyền lực học với trường hợp lực thẳng đứng.
Mặt khác ta có:
Cy = tg(á).Cx (2.5)
By = tg(â).Bx (2.6)
Từ (2.2), (2.3), (2.5) rút ra được:
Z1 = -tg(á).Bx - By (2.7)
2.3. Trục lắc ngang
2.3.1. Tâm quay tức thời, Tâm nghiêng ngang
2.3.1.1. Tâm quay tức thời
Tâm quay tức thời của bánh xe là một khái niệm của cơ lý thuyết, được dùng trong khi xem xét động học của hệ treo. Người ta sử dụng khái niệm này nhằm xác định khả năng chuyển dịch của bánh xe trong không gian.
Tâm quay tức thời thay đổi khi bánh xe dẫn hướng dịch chuyển theo phương thẳng đứng.
2.3.1.2. Tâm nghiêng ngang và phương pháp xác định
Chiều cao tâm lắc ngang đưa ra một cách chính xác ảnh hưởng của liên kết, đặc tính truyền tải trọng của 1 hệ treo được xác định bằng phân tích treo chi tiết, hoặc là thông số đầu vào đối với mô phỏng điều khiển đơn giản. Nếu biết chiều cao tâm lắc ngang có thể xác định góc lắc ngang và truyền tải trọng tại từng trục trước và sau (quan trọng trong điều khiển khi gia tốc bên lớn bởi nó ảnh hưởng tới lực thẳng đứng và lực bên tại bánh xe).
2.3.2. Trục lắc ngang và phương pháp xác định
Trục lắc ngang là đường thẳng C-C nối tâm nghiêng ngang cầu trước S1và cầu sau S 2 thể hiện trên hình 2.17. Trên hình 2.17 treo trước là treo độc lập hai đòn ngang, ở trạng thái tĩnh tâm S 1 nằm trên bề mặt đường
2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến dao động lắc ngang ô tô
2.4.1. Mặt đường
Mặt đường đóng vai trò kích thích động học tác dụng lên ô tô. Các kích thích này tác dụng tại các tiếp xúc bánh xe với mặt đường. Khi các kích thích này không những gây ra dao động lắc ngang còn các dạng dao động khác. Tuy nhiên tần số dao động riêng của các dạng dao động này khác nhau. Nếu tần số kích thích trùng với tần số dao động riêng của dao động lắc ngang, ô tô cũng có thể có góc lắc ngang lớn.
2.4.2. Chế độ chuyển động (Quĩ đạo, vận tốc, Phanh)
Khi chuyển động với quĩ đạo cong, lực quán tính ly tâm tại trọng tâm phần treo có thể làm tăng góc lắc ngang do phân bố lại tải trọng phân ra hai bên bánh xe.
Chương 3
XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG LẮC NGANG CỦA ÔTÔ TREO ĐỘC LẬP
3.1. Phần mềm ADAMS
3.1.1. Giới thiệu chung về phần mềm ADAMS
3.1.1.1. Khả năng của phần mềm ADAMS
ADAMS là một công cụ mô phỏng chuyển động dùng để phân tích quá trình chuyển động của các cơ hệ phức tạp trong không gian. ADAMS cho phép tạo ra hệ thống ảo và điều chỉnh nó sao cho thiết kế hoàn thiện, tiện nghi, an toàn mà không cần phải chế tạo và kiểm tra qua nhiều mô hình thử thực tế.
Các máy tính với hệ thống điều hành Windows XP thông dụng như hiện nay sử dụng cài đặt phần mềm ADAMS phải có bộ nhớ tối thiểu 2GB, RAM 128MB. Khi cài đặt phần mềm trên hệ điều hành này cần cài đặt Services với license cho phần mềm hoạt động trên hệ điều hành đó. Quá trình cài đặt được tiến hành qua 3 bước cơ bản là:
+ Cài đặt MSC. Licensing
+ Cài đặt MSC. ADAMS
+ Kích hoạt FLEXlm Configuration hoạt động trong hệ điều hành của máy tính.
3.1.1.2. Các phần tử cơ bản của mô hình trong ADAMS
Để khảo sát động học và động lực học của một cơ hệ trong phần mềm ADAMS/VIEW của phần mềm ADAMS thì ta phải thiết lập được mô hình ADAMS của cơ hệ mà ta tiến hành khảo sát. Mô hình đó bao gồm các phần tử cơ bản là các Markers, các Points, các Parts, các Joints và các Motions [12].
3.1.1.3. Cấu trúc phần mềm ADAMS
Các mô đun con của ADAMS được lưu trữ dưới dạng các thư mục con của ADAMS theo hướng đối tượng bao gồm:
ADAMS/Aircraft, ADAMS/AutoFlex, ADAMS/Car, ADAMS/Chassis,
ADAMS/Controls, ADAMS/Driveline, ADAMS/Durability, ADAMS/Engine, ADAMS/Exchange, ADAMS/Flex, ADAMS/Hydraulics, ADAMS/Insight, ADAMS/Linear, ADAMS/PostProcessor, ADAMS/Rail, ADAMS/Solver, ADAMS/Tire, ADAMS/Vibration, ADAMS/View
3.1.2. Giới thiệu về mô đun ADAMS/Car
Khả năng của ADAMS/Car
ADAMS/Car là một mô đun của phần mềm ADAMS, là một môi trường dành riêng cho việc khảo sát động học, động lực học của hệ thống treo nói riêng và cả ô tô nói chung. Nó cho phép tạo ra một mô hình hệ thống treo hoặc mô hình ô tô ảo và phân tích mô hình này giống như việc phân tích mô hình vật lý.
a. Các mô hình mẫu (templates)
Việc xây dựng mô hình trong ADAMS/Car Ride được dựa trên các kiểu file đã có được lưu trong cơ sở dữ liệu bao gồm các bước sau:
* Bước 1: Khởi động phần mềm làm việc.
Start\Program\MSC.Software\MSC.ADAMS2005\Acar\ADAM-Car.
* Bước 2: Chọn thư mục làm việc:
Vào thực đơn File\Select Directory, hộp thoại Browse for Folde hiện ra cho phép chọn thư mục làm việc.
* Bước 3: Xây dựng mô hình.
3.2. Xây dựng mô hình khảo sát lắc ngang ô tô bằng phần mềm ADAMS
Như trong chương 2 đó trỡnh bày mụ hỡnh khảo sỏt dao động lắc ngang ô tô trong môi trường ADAMS được tạo thành từ các mụ hỡnh con:
Body/chassis;
Front suspension; rear suspension;
Front wheel; rear wheel;
Steering; powertrain; brake system
Testrig.
3.2.1. Thông số đầu vào của mô hình ô tô khảo sát
3..2.1.1. Các thông số vào của hệ thống treo (suspension system)
Hệ thống treo sử dụng trong mụ hỡnh là hệ thống treo độc lập hai đũn ngang chữ A (cho cả treo trước và treo sau). Các thông số của nó được trỡnh bày trong Bảng 3.1.
3.2.1.3. Các thông số vào của bánh xe
- Lốp: 205/60 R15
- Vành bánh xe: rộng 152 mm;
- Bán kính vành bánh xe r = 190mm
- Khối lượng bánh xe m = 25 kg.
3.2.2. Xây dựng mô hình khảo sát
3.2.2.1. Tạo các mô hình mẫu
Trong mô hình khảo sát có sử dụng các mô hình mẫu sau:
- Spings.tbl: mô tả các thông số của phần tử đàn hồi;
- Damper.tbl: mô tả các thông số của phần tử giảm chấn;
- Double_wishbone.tbl: mô tả hệ thống treo loại hai đòn ngang;
- Rack_pinion_steering.tbl: mô tả hệ thống lái;
- Handing_tire.tbl: mô tả bánh xe;
3.2.2.2. Tạo các mô hình con
Từ các templates đã được tạo ra ở trên (đã định nghĩa về cấu trúc liên kết và các thông số kết cấu) ta đi xây dựng các subsystems:
- Front suspension.sub;
- Rear suspension.sub;
- Steering.sub;
- Front wheel.sub;
- Rear wheel.sub;
3.2.2.4. Tạo mô hình
Vào thực đơn File\New\Full-Vehicle assembly, một hộp thoại hiện ra. Thực hiện các bước sau:
- Nhập tên assembly:_Mo_hinh_khảo_sat_dd_lac_ngang.
- Nhập các hệ thống con đã tạo ra ở trên vào hộp thoại. Chọn OK.
Mô hình khảo sát có dạng như trên hình 3.6 và 3.7.
3.3. Khảo sát, xác định các thông số đánh giá dao động lắc ngang ô tô có treo độc lập
3.3.1. Xác định các thông số đánh giá dao động lắc ngang ô tô bằng ADAMS
Để đánh giá dao động lắc ngang của ô tô người ta sử dụng các thông số sau:
- Góc lắc ngang, vận tốc lắc ngang và gia tốc lắc ngang
- Tần số dao động riêng của dao động lắc ngang ô tô
Bằng mô hình khảo sát khảo sát dao động lắc ngang của ô tô ở phần trên (hình 3.6 và 3.7), có thể xác định được các thông số đánh giá dao động lắc ngang nói riêng và dao động ô tô nói chung, bằng cách tiến hành phân tích mô hình theo trình tự ở phần sau đây.
3.2.2. Các bước xác định thông số đánh giá dao động lắc ngang ô tô bằng ADAMS
Sau khi khởi động ADAMS/Car và chọn thư mục làm việc (xem bước 1 và 2 trong phần 3.1.2.3. Trình tự xây dựng mô hình khảo sát trong ADAMS/Car) để thực hiện khảo sát dao động lắc ngang của ô tô ta làm như sau:
* Bước 1: mở tệp mô hình khảo sát bằng cách vào thực đơn File\Open\Assembly. Hộp thoại Open assembly hiện ra, chuột phải vào assembly name, chọn search/browse rồi tìm đến thư mục chứa assembly cần khảo sát Open\OK. Đợi phần mềm chạy mô hình rồi chọn Close.
* Bước 4: Xuất kết quả (Animate and Plot).
Từ thực đơn Review chọn Animation controls để thực hiện animate hoặc chọn Postprocessing Window/F8 để thực hiện Plot.
3.3.4. Kết quả của một số trường hợp khảo sát
3.3.4.1. Các kết quả với dạng kích động swept sine.
a. Ảnh hưởng của vị trí kích thích đến tần số cộng hưởng dao động lắc ngang.
Kết quả tính toán thể hiện trên hình 3.12, có thể thấy rõ hệ có 2 tần số cộng hưởng đối với dao động lắc ngang là khoảng 2.92 Hz và 9.86 Hz. Để khảo sát ảnh hưởng của vị trí kích thích đến tần số cộng hưởng dao động lắc ngang, trong phần này thể hiện góc lắc ngang của thân xe tương ứng khi kích động ở cả hai cầu và từng cầu riêng rẽ, với dạng kích động thứ nhất (swept sine).
b. Ảnh hưởng của lốp đến tần số cộng hưởng dao động lắc ngang
Ảnh hưởng của lốp đến tần số cộng hưởng dao động lắc ngang thể hiện trên hình 3.8. Khi đặt kích động vào tâm bánh xe (tùy chọn wheel spindles), trong trường hợp này lốp được coi là cứng tuyệt đối và bỏ qua khối lượng phần không treo thì tần số cộng hưởng thứ hai sẽ không còn tồn tại (đường màu xanh trên hình 3.8).
3.3.4.2. Các kết quả liên quan đến xác định sự ảnh hưởng của các yếu tố đến dao động lắc ngang.
a. Ảnh hưởng của biên dạng mặt đường
Để xem xét sự ảnh hưởng của biên dạng đường đến dao động lắc ngang của ô tô ta thực hiện khảo sát dao động lắc ngang của xe trong hai trường hợp r_L_l_b_tir và r_L_l_s_tir (hai trường hợp này tất cả các thông số đầu vào là như nhau chỉ khác nhau nhau ở biên dạng đường, trường hợp thứ nhất biên dạng đường dạng bump (b), trường hợp còn lại biên dạng đường là dạng sine (s)) rồi so sánh kết quả của hai trường hợp này với nhau.
c. Ảnh hưởng của lốp đến dao động lắc ngang
Để khảo sát ảnh hưởng của lốp đến dao động lắc ngang ta thực hiện khảo sát trong hai trường hợp có cùng điều kiện về kích động (cùng kiểu nguồn kích động (road profiles), cùng biên dạng đường (sine), kích động lên cả bốn bánh xe (all)), nhưng ở trường hợp thứ nhất có kể đến ảnh hưởng của lốp (kích động mặt đường tác động lên lốp) còn trường hợp thứ hai kích động lên ô tô thông qua trục bánh xe (không kể đến ảnh hưởng của lốp – coi lốp cứng tuyệt đối).
Có thể thấy dao động tịnh tiến theo phương trục OZ là hoàn toàn trùng nhau, tuy nhiên dao động góc xung quanh trục OX và dao động lắc ngang của thân xe xung quanh trục lắc ngang là khác nhau. Tuy nhiên sự khác biệt là nhỏ, vào khoảng nhỏ hơn 1 độ.
KẾT LUẬN
Vấn đề đánh giá dao động của ô tô nói chung và dao động lắc ngang của ô tô nói riêng có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Nó có liên quan mật thiết đến độ êm dịu và an toàn chuyển động của xe, an toàn cho người, hàng hoá chuyên chở cũng như sự ổn định chuyển động của ô tô ở vận tốc cao... Những kết quả chính của đồ án có thể tóm tắt ở những điểm chính sau:
1. Đồ án đã hệ thống hóa những khái niệm chung về dao động ô tô nói chung và dao động lắc ngang của ô tô nói riêng (phương pháp tiếp cận, nguồn kích thích dao động, các chỉ tiêu đánh giá của dao động lắc ngang ô tô, phương pháp xác định các chỉ tiêu đó; hệ thống lại các nghiên cứu về dao động...).
2. Xây dựng mô hình khảo sát dao động lắc ngang của ô tô có hệ treo độc lập hai đòn ngang bằng phần mềm ADAMS. Mô hình xây dựng có thể xác định được không những là thông số cơ bản của dao động lắc ngang mà còn xác định được các thông số đánh giá dao động của phần được treo như UZ,RX,RY.
3. Khảo sát các thông số đánh giá dao động lắc ngang của ô tô như góc lắc ngang, vận tốc góc và gia tốc góc lắc ngang, nhằm làm rõ các ảnh hưởng của các yếu tố chính như kích động từ mặt đường, vận tốc chuyển động của ô tô và một số các thông số kết cấu của hệ thống treo đến dao động lắc ngang.
Hướng phát triển của đồ án :
1. Tiếp tục khai thác các khả năng của ADAMS để hoàn thiện mô hình dao động ô tô nói riêng và mô hình mô phỏng chuyển động của cả xe nói chung.
2. Xây dựng mô hình khảo sát với các hệ thống treo khác nhau làm cơ sở xây dựng tiêu chuẩn đánh giá dao động lắc ngang ô tô.
3. Khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố khác như quĩ đạo chuyển động, chế độ chuyển động khi phanh, tăng tốc, tác động của lực cản gió đến dao động lắc ngang của ô tô có các hệ thống treo khác nhau.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do trình độ bản thân còn nhiều hạn chế nên đồ án không tránh khỏi những sai sót, tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy và sự đóng góp của các bạn để đồ án của tôi được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn.
Hà nội, ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
……………….
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ Đức Lập (2002) - Lý thuyết ô tô quân sự - NXB Quân đội nhân dân.
2. Vũ Đức Lập - Dao động ô tô - Học viện kỹ thuật quân sự
3. Tài liệu về phần mềm ADAMS.
4. Clarence W. De Silva (2007) - Vibration: fundamentals and practice - CRC Press.
5.. Ernest O. Doebelin (1998) - System dynamics: modeling, analysis, simulation, design - CRC Press.
6. Giancarlo Genta (1997) - Vibration: modeling and simulation - World Scientific.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"