MỤC LỤC

MỤC LỤC

MỞ 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 dao động, độ êm dịu và an toàn chuyển động

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

1.1.2. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

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

1.2. Phân loại hệ thống treo trên  ôtô quân sự điển hình

1.2.1. Khái niệm về hệ thống treo

1.2.2. Phân loại hệ thống treo

1.2.3. Yêu cầu

1.3. Sự phát triển của các loại  hệ thống treo

1.3.1. Khái niệm về treo thụ động    

1.3.2. Hệ thống treo tích cực

1.3.3. Hệ thống treo điều chỉnh

1.3.4. Các hệ thống treo bán tích cực

CHƯƠNG 2. THIẾT LẬP MÔ HÌNH VÀ GIẢI BÀI TOÁN DAO ĐỘNG

2.1. Mô hình “một phần tư xe”

2.1.1. Chọn mô hình động lực học

2.1.2. Khảo sát dao động

2.2. Mô hình phẳng

2.2.1. Chọn mô hình động lực học

2.2.2. Khảo sát dao động

2.3. Mô hình không gian

2.3.1. Chọn mô hình động lực học

2.3.2. Khảo sát dao động

2.4. Một số kết quả tính toán

2.4.1. Các thông số đầu vào của xe

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

2.4.3. Các kết quả tính toán dao động

2.4. 4. Một số thông số đánh giá độ êm dịu chuyển động (với chế độ đã cho)

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

TÀI LIỆU THAM KHẢO

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 ôtô quan sự bằng phần mềm Matlab- Simulink”.

Đồ án bao gồm những nội dung sau:

Mở 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

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

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

Kết luận.

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.

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.

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. 

2) Chỉ tiêu về gia tốc dao động

Xác định dựa trên cơ sở trị số của bình phương trung bình gia tốc theo các phương X, Y, Z.

3) Chỉ tiêu dựa trên số liệu cảm giác theo gia tốc và vận tốc dao động

Người ta đánh giá trên cơ sở cho rằng cảm giác con người khi chịu dao động phụ thuộc vào hệ số độ êm dịu chuyển động K.

Nếu con người chịu dao động ngang ở tư thế nằm thì hệ số k_y giảm đi một nửa. Hệ số K càng nhỏ thì càng dễ chịu đựng dao động và lúc này độ êm dịu của ôtô càng cao. Giá trị K= 0,1 tương ứng với ngưỡng kích thích. Khi đi lâu trên xe, cho phép K= 10 - 25, còn khi đi ngắn hoặc trên xe tự hành thì K= 25 - 63.

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.

Khi đánh giá cảm giác, ISO đã sử dụng dao động thẳng đứng điều hoà tác động lên người ngồi hay đứng trong vòng 8 giờ. Nếu tần số kích động nằm trong khoảng nhạy cảm nhất với dao động của con người (4 ¸ 8 Hz) thì gia tốc bình phương trung bình theo các mức là:

- Thoải mái             : 0,1      m.s^-2     

- Mệt mỏi cho phép: 0,315  m.s^-2     

- Giới hạn cho phép : 0,63     m.s^-2   

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. 

Ngoài ra, khi khảo sát dao động người ta quan tâm tới sự bám của lốp xe tới mặt đường. Có thể ôtô dao động bảo đảm thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu, nhưng bánh xe bám đường kém nên làm mất ổn định khi điều khiển xe, dẫn đến tăng tiêu hao nhiên liệu.

Có thể xác định giá trị x_tđmax- là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối của bánh xe với đường theo biểu thức:

x_tđmax= max(x - q)

Giá trị x_tđmax cũng có thể làm cơ sở đánh giá khả năng bám của lốp với mặt đường.

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. Ngoài ra hệ thống treo còn dùng để truyền các lực và mômen tác động giữa bánh xe và khung xe (vỏ xe).

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.

3) Theo phương pháp dập tắt dao động

 Gồm có:

- Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn (mà chủ yếu là các giảm chấn thuỷ lực dạng đòn và dạng ống).

 - Dập tắt dao động nhờ ma sát giữa các chi tiết của phần tử đàn hồi và trong phần tử hướng. 

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.

- Dập tắt nhanh các dao động của vỏ và các bánh xe.

- Giảm tải trọng động khi ôtô qua những đường gồ ghề.

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.

1.3.3. Hệ thống treo điều chỉnh

Một hệ thống treo điều chỉnh được tổ hợp từ phần tử đàn hồi trong hệ thống treo thụ động và phần tử giảm chấn với đặc điểm là có thể điều chỉnh được bởi người lái. Lái xe có thể dùng thiết bị chọn để đặt mức độ cản dựa trên cảm giác chủ quan của họ. Hệ thống này có ưu điểm là nó cho phép người lái điều chỉnh sức cản theo tính chất đường. 

1.3.4. Các hệ thống treo bán tích cực

Các hệ thống treo bán tích cực được đề cập lần đầu tiên vào đầu những năm 70. Trong loại hệ thống này, phần tử đàn hồi truyền thống được giữ lại, nhưng phần tử giảm chấn được thay thế bằng giảm chấn điều khiển. Trong khi hệ thống treo tích cực yêu cầu một nguồn năng lượng ngoài nhằm cung cấp các kích thích để điều khiển xe, thì hệ thống treo bán tích cực chỉ dùng năng lượng ngoài để điều chỉnh các mức độ cản, và làm cho bộ điều khiển ghi cùng các cảm biến làm việc. 

CHƯƠNG 2

 THIẾT LẬP MÔ HÌNH VÀ GIẢI BÀI TOÁN DAO ĐỘNG

2.1. 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).

- Ta sẽ dùng mô hình này để khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến dao động của khối lượng treo và khối lượng không treo.

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.

- Coi 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 đường.

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…

3) Phương pháp giải bài toán dao động

a) Xây dựng đặc tính tần số biên độ

Như ở phần trên đã nói, để xây dựng các đặc tính tần số biên độ của các lượng ra, ta dùng toán tử Laplace, đưa các ẩn của hệ phương trình vi phân về dạng hàm ảnh và biến đổi tiếp để đưa hệ phương trình vi phân về dạng hệ phương trình đại số có các ẩn là hàm truyền, sau đó giải hệ phương trình đại số để tìm các hàm truyền Laplace. 

Để giải bài toán dao động, ta phải giải hệ phương trình vi phân nhằm tìm lượng ra (chuyển dịch, vận tốc, gia tốc của các khối lượng,...). Có nhiều phương pháp khác nhau để giải hệ phương trình vi phân. Nhưng trong đồ án này, khi giải hệ phương trình vi phân nhờ mô hình hoá bằng Simulink, tôi chọn phương pháp Runge-Kutta bậc 5 (tương ứng với lựa chọn ode45 khi mô phỏng). 

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

Mô hình dùng để khảo sát dao động của cơ hệ có dạng dưới đây:

Mô hình trên gồm có 4 thành phần:

- Khối Sine Wave biểu diễn kích động đầu vào từ mặt đường. 

- Phân hệ Hệ dao động biểu diễn các thành phần của hệ dao động ôtô.

- Phân hệ Đồ thị lượng ra dùng để quan sát các đồ thị của các lượng ra.

- Phân hệ Gia công đầu ra dùng để gia công xử lý số liệu đầu ra.

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. Vì những lý do đó, ta đưa ra các giả thiết sau nhằm đơn giản hoá bài toán:

- Mô hình tính toán là mô hình phẳng. Có nghĩa là ôtô được giả thiết là đối xứng đối với trục dọc và xem độ mấp mô của biên dạng đường ở hai bánh xe hai bên của một cầu là như nhau.

- Xét dao động thẳng đứng và dao động góc dọc trong mặt phẳng dọc của xe.

- 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.

Ta sử dụng các ký hiệu ở trên cùng với những ký hiệu sau đây trong suốt quá trình tính toán:

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

L- Chiều dài cơ sở của xe.

z- Chuyển dịch thẳng đứng của trọng tâm thân xe theo trục Z.

j- Chuyển dịch góc của thân xe quanh trục Y.

x₁, x₂- Chuyển dịch của khối lượng phần không treo.

q₁, q₂- Kích thích động học lên bánh trước và bánh sau,

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.

Ta có:

i=1,2,...,n.

n- số toạ độ suy rộng (số bậc tự do của cơ hệ).

q_i- toạ độ suy rộng thứ i.

E_k- Động năng của hệ.

E_n- Thế năng của hệ.

E_p-Năng lượng khuếch tán của hệ.

F_i- Lực suy rộng tác dụng theo phương của toạ độ q_i.

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”.

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:     

 a₁₁= (p² + n_z.p + w_z²); a₁₂= (m.p + h).r_y²;

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) ;

Thì hệ phương trình (2.20) sẽ được viết lại:

a₁₁.Z(p) + a₁₂. j(p)  + a₁₃.x₁(p) + a₁₄.x₂(p) = 0;

 a₂₁.Z(p) + a₂₂. j(p)  + a₂₃.x₁(p) + a₂₄.x₂(p) = 0;                                     (2.21)           

a₃₁.Z(p) + a₃₂. j(p) + a₃₃.x₁(p) + a₃₄.x₂(p) = w₀₁². q₁(p);

a₄₁.Z(p) + a₄₂. j(p)   + a₄₃.x₁(p) + a₄₄.x₂(p) = w₀₂².q₂(p);

Như đã nói ở trên ta chọn kích động động học có dạng hàm điều hòa:                                   

q₁ = q₀.sin(wt); q₂ = q₀.sin[w(t-L/V)]              

Cũng tương tự như trường hợp mô hình “một phần tư xe”, ta tìm được các hàm truyền tần số:

W_z = C₁+j.D₁ ;

W_j = C₂+j.D₂ ;

W_x1 = C₃+j.D₃ ;

W_x2 = C₄+j.D₄ ;

Để xác định đặc tính truyền từ mặt đường tới một điểm A bất kỳ trên xe có toạ độ x (tính từ trọng tâm xe), ta xác định như sau:

W_A = W_z+x.         W_j = (C₁+x.C₂) + j. (D₁+x.D₂)

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)

* Khi khảo sát dao động ôtô, nhiều khi chỉ cần khảo sát chuyển dịch thẳng đứng của những điểm trên xe tương ứng trên trục bánh trước và trục bánh sau mà ít quan tâm tới dao động góc dọc, khi đó chúng ta có thể mô tả toán học theo các tọa độ z₁, z₂.

Sau khi thực hiện biến đổi Laplace cho các ẩn của hệ (2.24), tiếp đó chia 2 vế của các phương trình trong hệ cho q₁(p) tương tự như đối với mô hình “một phần tư xe” và đặt các hệ số như sau:

a₁₁= (M₁.p² + K₁.p + C_P1);  a₁₂= M₃

a₁₃ = - (K_1..p + C_P1­) ;  a₁₄ = 0

a₂₁= M₃; a₂₂= (M₂.p² + K₂.p + C_P2)

a₂₃ = 0 ;  a₂₄ = - (K_2..p + C_P2­)

a₃₁= – (K₁.p + C_p1 ) ; a₃₂= 0

a₃₃ = (m₁.p² + K₁.p + C_P1+C_L1)  ;  a₃₄ =  0

a₄₁= 0 ; a₄₂= - (K₂.p + C_p2 )

a₄₃ = 0 ;  a₄₄ =  m₂.p² + K₂.p + (C_P2+C_L2)

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

Trên hình 2.9 đưa ra mô hình dùng để khảo sát dao động của cơ hệ:

+ 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

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.

x₁, x₂ - Chuyển dịch thẳng đứng của khối lượng  không treo tương ứng ở cầu trước và cầu sau.

b_m1, b_m2­ - Chuyển dịch góc ngang của khối lượng không treo tương ứng ở cầu trước và cầu sau.

q_1t,  q_1p,  q_2t,  q_2p - Chiều cao mấp mô của biên dạng mặt đường ở bánh xe trái, phải, trước, sau theo thứ tự đó.

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)

q1 = q2 = q5 = q6 = 0

q3 = C_L1(1+q_1p/q­_1t)

 q4 = C_L2(q_2t/q_1t+q_2p/q_1t)

 q7 = C_L1.B(q_1p/q_1t-1)/2

q8 = C_L2.B(q_2p/q_1t-q_2t/q_1t)

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)]

Theo đó, sau khi biến đổi Laplace, ta có:

q1 = q2 = q5 = q6 = 0

q3 = =C_L1(1-p/w)

q4=C_L2[cos(2pL/S)-sin(2pL/S)- p.(cos(2pL/S)+sin(2pL/S))/ w]

q7=-C_L1.B(1+(p/ w))/2

q8=-C_L2.B.[cos(2pL/S)+sin(2pL/S)+ s.(cos(2pL/S)-sin(2pL/S))/w]/2

Bằng cách tương tự với khi khảo sát ở mô hình “một phần tư xe” và mô hình phẳng, chúng ta cũng tìm được các hàm truyền Laplace, sau đó tìm ra các hàm truyền tần số và xây dựng các đặc tính tần số biên độ của chuyển dịch, vận tốc, gia tốc của khối lượng treo, khối lượng không treo,…

2.4. Một số kết quả tính toán

- Coi xe chuyển động đều trên đường với vận tốc V = 50 km/h

- Biên dạng đường hình sin có biên độ q₀=30 mm

-  Bước sóng mặt đường là hằng số S = 4m

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)

- Độ cứng lốp trước: C_L1 = 400 (N/mm)

- Độ cứng của lốp sau: C_L2 = 400 (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)

9) Hành trình tĩnh bánh xe cầu trước:

f_t1 =  118,21 (mm)

10) Hành trình tĩnh bánh xe cầu sau:

f_t2 =  128,16 (mm)

2.4.4. Một số thông số đánh giá độ êm dịu chuyển động (với chế độ đã cho)

Các thông số được cho trong bảng dưới.

Như đã nói ở trên, để đánh giá được một cách tương đối chính xác độ êm dịu chuyển động, ta cần phải có một sự đánh giá toàn diện hơn. Ở đây chỉ chủ yếu đánh giá sơ bộ ở một chế độ để làm cơ sở cho việc nghiên cứu về dao động ôtô sau này.

CHƯƠNG 3

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

3.1. Ảnh hưởng của độ cứng của treo

Bộ phận chính của hệ thống treo là phần tử đàn hồi. Kết cấu phổ biến nhất hiện nay của phần tử đàn hồi là nhíp lá, lò xo và thanh xoắn. Hiện nay trên một số xe đã sử dụng phần tử đàn hồi khí nén. Như đã nói ở trên, chúng ta sử dụng đặc tính tần số biên độ để đánh giá sự ảnh hưởng của độ cứng phần tử đàn hồi tới dao động. Trong nghiên cứu này, đặc tính tần số biên độ được xây dựng với các giá trị độ cứng khác nhau: 50, 100, 150, 200 (N/mm).

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)

3.5. 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).

Như từ đầu đã nói, việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến dao động ôtô trình bày trong chương này chỉ mang tính định tính là chủ yếu. Các kết quả đã được chỉ ra trong chương này nhằm cung cấp cho người nghiên cứu về dao động ôtô hiểu thêm về sự đa dạng và tính phức tạp trong sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu ôtô, từ đó làm cơ sở cho những nghiên cứu sau này để đạt được mục đích hoàn thiện hơn nữa về kết cấu nhằm nâng cao độ êm dịu và an toàn chuyển động nói riêng và nâng cao chất lượng, hiệu quả thiết kế, khai thác và sử dụng xe nói chung.

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

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

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

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

 "TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"