MỤC LỤC
MỤC LỤC...........................................................................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................................................................................1
DANH MỤC BẢNG............................................................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT........................................................................................................................................4
LỜI NÓI ĐẦU.....................................................................................................................................................................5
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ...................................................................................................7
1.1. Đặc điểm dao động của ô tô........................................................................................................................................7
1.1.1. Đặc điểm chính.........................................................................................................................................................7
1.1.2. Sơ đồ dao động tương đương của ô tô....................................................................................................................9
1.2. Các hướng nghiên cứu về dao động ô tô...................................................................................................................11
1.2.1. Nghiên cứu về BDMĐ..............................................................................................................................................11
1.2.2. Nghiên cứu DĐOT...................................................................................................................................................12
1.2.3. Nghiên cứu cảm giác con người.............................................................................................................................13
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá chuyển động trên ô tô..............................................................................................................13
1.3.1. Những ảnh hưởng của dao động lên cơ thể con người.........................................................................................13
1.3.2. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động...............................................................................................................14
1.3.3. Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường..............................................................21
Chương 2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC HỆ DAO ĐỘNG CỦA XE ZIL-130.............................................................................25
2.1. Mô hình 1/4.................................................................................................................................................................25
2.1.1. Chọn mô hình động lực học.....................................................................................................................................25
2.1.2. Khảo sát dao động...................................................................................................................................................26
2.2. Mô hình phẳng............................................................................................................................................................31
2.2.1. Chọn mô hình động lực học.....................................................................................................................................31
2.2.2. Khảo sát dao động...................................................................................................................................................32
2.3. Một số kết quả tính toán..............................................................................................................................................39
2.3.1. Các thông số đầu vào của xe...................................................................................................................................40
2.3.2. Một số thông số cơ bản của hệ dao động................................................................................................................40
2.3.3. Một số thông số đánh giá độ êm dịu chuyển động (với chế độ đã cho)...................................................................41
Chương 3. NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG THIẾT BỊ ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG TRÊN XE ZIL 130...........43
3.1. Thuật toán điều khiển..................................................................................................................................................43
3.2. Giới thiệu thiết bị..........................................................................................................................................................44
3.2.1. Mạch STM32F103C8T6...........................................................................................................................................44
3.2.2. MPU6050..................................................................................................................................................................47
3.2.3. Mạch nạp ST – LINK V2...........................................................................................................................................48
3.2.4. Mạch 18650 Battery Shield V3.................................................................................................................................49
3.2.5. Bluetooth HC-05.......................................................................................................................................................50
3.2.6. Màn hình LCD Grove 16x2.......................................................................................................................................51
3.3. Quá trình xây dựng thiết bị .........................................................................................................................................52
3.3.1. Chương trình điều khiển...........................................................................................................................................52
3.3.2. Xây dựng thiết bị......................................................................................................................................................53
3.3.3. Các bước xây dựng thiết bị......................................................................................................................................55
3.4. Xây dựng ứng dụng Android truy xuất cơ sở dữ liệu..................................................................................................58
3.4.1. Giới thiệu hệ điều hành Android và ứng dụng Android............................................................................................58
3.4.2. Xây dựng ứng dụng với phần mềm lập trình Kodular..............................................................................................60
3.5. Cách thức truy xuất kết quả........................................................................................................................................68
3.5.1. Truy xuất kết quả bằng máy tính Laptop.................................................................................................................68
3.5.2. Truy xuất kết quả bằng ứng dụng đã được lập trình...............................................................................................71
3.6. Đánh giá kết quả........................................................................................................................................................72
3.6.1. Kết quả đo được thực tế.........................................................................................................................................72
3.6.2. Đánh giá kết quả.....................................................................................................................................................78
PHỤ LỤC..........................................................................................................................................................................79
KẾT LUẬN........................................................................................................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................................................................83
LỜI NÓI ĐẦU
Đất nước ta đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, xây dựng nền kinh tế phát triển, nến quốc phòng vững mạnh. Trong bối cảnh đó, việc vận chuyển hàng hoá, hành khách có vai trò to lớn. Với việc vận chuyển bằng ô tô có khả năng đáp ứng tốt hơn về nhiều mặt so với các phương tiện vận chuyển khác do đặc tính đơn giản, an toàn, cơ động, thích hợp nhất khi vận chuyển trên các loại đường ngắn và trung bình. Ô tô có thể đến được nhiều vùng, nhiều khu vực địa điểm mà các phương tiện vận chuyển khác khó có thể thực hiện được.
Do điều kiện nước ta có nhiều rừng núi, đèo dốc, và có khí hậu thay đổi nhiều, ngoài ra do đặc thù của xe quân sự nên hiện nay trong quân đội ta phần lớn vẫn sử dụng các xe ô tô nhập của Liên Xô (cũ) và của Nga (hiện nay), các xe này chưa đáp ứng được một số các yêu cầu đòi hỏi về độ êm dịu chuyển động, tính tiện nghi, tính an toàn chuyển động.
Nguyên nhân chính của việc xe không đáp ứng được những yêu cầu trên là do xe chuyển động trên đường không bằng phẳng bị kích động liên tục bởi mấp mô mặt đường gây lên dao động ô tô. Tuy nhiên những dòng xe này có tính việt dã và khả năng thông qua cao nên vẫn giữ vị trí quan trọng và không thể thay thế. Vì thế cần phải có biện pháp kiểm tra lại chất lượng xe sau khi được tiếp nhận theo đúng thực tế sử dụng trong nước nhằm đáp ứng với yêu cầu, nhiệm vụ của Quân đội.
Xe Zil-130 là loại xe vận tải loại nhỏ 2 cầu được chuyên dùng để chở hàng hoá và chở người, phù hợp với mọi loại đường, mọi địa hình. Vì vậy yêu cầu tìm hiểu nắm chắc tính năng thông qua của xe là nhiệm vụ cần thiết để nâng cao khả năng sử dụng, đảm bảo duy trì tình trạng hoạt động tốt nhất cho các cụm, hệ thống trên xe.
Hệ thống treo là một hệ thống quan trọng trên ô tô, có tính quyết định đến chất lượng, độ êm dịu, tính an toàn chuyển động. Vì vậy, nghiên cứu dao động của ô tô có một ý nghĩa rất quan trọng trong thiết kế chế tạo cũng như trong khai thác sử dụng. Xuất phát từ các chỉ tiêu về độ êm dịu, độ an toàn chuyển động, thông qua các nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn về dao động để đưa ra các thông số hợp lý khi thiết kế, chế tạo hệ thống treo như: các chỉ số về độ cứng của phần tử đàn hồi, độ cản của giảm chấn và phần tử dẫn hướng.
Trong quá trình học tập cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo : ThS ……………….., tôi đã thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài: ‘‘Khảo sát độ êm dịu chuyển động ô tô Zil-130’’. Do trình độ còn hạn chế nên đề tài chỉ tập trung chủ yếu vào tổng quan về dao động trên ô tô, xây dựng mô hình dao động của xe Zil-130 và đưa ra thiết bị đánh giá độ êm dịu chuyển động trên xe Zil-130.
Nội dung của đồ án gồm 3 phần chính sau:
Chương 1. Tổng quan về dao động trên ô tô
Chương 2. Mô hình toán học hệ dao động của xe Zil-130
Chương 3. Nghiên cứu, xây dựng thiết bị đánh giá độ êm dịu chuyển động trên xe Zil-130
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ
1.1. Đặc điểm dao động của ô tô
1.1.1. Đặc điểm chính
Ô tô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với đường có mối liên hệ rất phức tạp. Dao động của ô tô không những ảnh hưởng đến con người, hàng hoá chuyên chở, độ bền của các cụm tổng thành ảnh hưởng tới độ an toàn chuyển động của ô tô, mà còn ảnh hưởng tới tuổi thọ của đường. Đặc biệt trong quá trình chuyển động, sự kích thích động học của mấp mô bề mặt đường kích thích động lực học của động cơ làm cho ô tô dao động. Khi ô tô dao động làm phát sinh TTĐ lớn tác dụng nên hệ thống chịu tải của xe khung, cơ cấu tống thành…ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chúng.
Nguồn kích thích chủ yếu cho ô tô dao động cưỡng bức là do sự tác động tương hỗ của các bánh xe với bề mặt đường không bằng phẳng, do lốp xe không đồng nhất và không cân bằng. Độ mấp mô của biên dạng đường gồm các phần lồi và phần lõm thường có chiều dài sóng từ 100 m đến 10 cm (được gọi là micrôprôfil) là nguồn kích thích cho ô tô dao động.
Để nghiên cứu đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động khi ô tô dao động, chúng ta có thể sử dụng mô hình ở hình 1.2.
1.1.2. Sơ đồ dao động tương đương của ô tô
Hệ dao động của ô tô khi chuyển động là hệ dao động nhiều bậc tự do rất phức tạp.
Để có thể tìm ra quy luật và nguyên nhân chủ yếu gây dao động, ta xét dao động này trong các mặt phẳng toạ độ như những dao động riêng biệt.
- Tịnh tiến theo phương thẳng đứng trục OZ;
- Tịnh tiến trong mặt phẳng ngang theo trục OX;
- Tịnh tiến trong mặt phẳng ngang theo trục OY;
- Quay tương đối quanh trục nằm ngang OY (dao động góc dọc);
- Quay tương đối quanh trục nằm ngang OX (dao động góc ngang);
- Quay tương đối quanh trục thẳng đứng (dao động góc bên).
1.2. Các hướng nghiên cứu về dao động ô tô
1.2.1. Nghiên cứu về biên dạng mặt đường
Nghiên cứu về biên dạng bề mặt đường thường được tiến hành bằng thực nghiệm và lý thuyết nhằm mục đích xác định quy luật kích thích DĐOT. Bằng các phương pháp đo ghi biên dạng đường khác nhau tiến hành xử lý các kết quả nhận được như xác xuất thống kê. Dao động của ô tô khi chuyển động không phải là dao động tự do mà là dao động cưỡng bức, trong đó nguồn gây kích thích là do độ mấp mô của bề mặt đường. Độ mấp mô mặt đường không có quy luật.Vậy để giải bài toán dao động trước tiên ta phải xác lập biên dạng đường bằng hàm toán học .
Tuỳ theo kích thước hình học của mấp mô và tính chất thay đổi của chúng mà biên dạng đường có thể phân ra thành các nhóm đặc trưng khác nhau. Cụ thể:
Nhóm 1: Mấp mô đơn vị
Nhóm 2: Mấp mô có dạng hàm điều hoà (hàm sin hay cos).
Nhóm 3: Mấp mô thay đổi liên tục với hình dạng bất kỳ.
1.2.2. Nghiên cứu dao động ô tô
Nghiên cứu DĐOT là cần thiết với mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng, độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy...
Nghiên cứu DĐOT thường được tiến hành như sau:
- Thay thế ô tô bằng hệ dao động tương đương này hay khác tuỳ theo quan điểm và mục đích nghiên cứu.
- Sau đó tiến hành thiết lập phương trình chuyển động của hệ trên cơ sở sử dụng các phương pháp của cơ học giải tích hoặc nguyên lý Dalambe.
- Giải hệ phương trình nhờ máy tính điện tử hoặc máy tính số. Phân tích các thông số đầu vào của hệ trên cơ sở các giả thiết về dao động tuyến tính hoặc phi tuyến tính, kích thích dao động là hàm điều hoà hay ngẫu nhiên.
1.2.3. Nghiên cứu cảm giác con người
Nghiên cứu cảm giác của con người. Công việc này làm rất khó khăn. Thông thường khi đi ô tô chúng ta sẽ cảm thấy mệt mỏi, căng thẳng về thần kinh. Vì vậy, việc nghiên cứu cảm giác của con người trên ô tô và đưa ra các chỉ tiêu đánh giá cho từng nhóm người, từng lứa tuổi là rất quan trọng. Ngoài ra phải nghiên cứu sự phản ứng của các bộ phận, cơ quan trên cơ thể con người liên quan đến việc điều khiển xe, tạo cơ sở cho công việc tuyển chọn lái xe.
1.3. Các chỉ tiêu đánh giá chuyển động trên ô tô
1.3.1. Những ảnh hưởng của dao động lên cơ thể con người
Các tính chất dao động của ô tô thường được đánh giá theo hai mặt: đánh giá theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc dao động có tính chất quyết định vì nó tác dụng lên lái xe, hành khách và hàng hoá, theo quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì giá trị TTĐ giữa bánh xe và nền đường là thông số mang tính chất quyết định.
Lực kích thích tác động lên cơ thể con người bằng một trong hai đường truyền: có thể là tác dụng vào phần mông (nếu ngồi trên ghế) hoặc tác dụng vào bàn chân nếu người đó đứng. Ngoài ra đối với người lái có tác động của vô lăng vào tay người lái.
1.3.2. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động
Độ êm dịu chuyển động là ảnh hưởng của DĐOT đến con người và hàng hoá khi xe chuyển động trên đường. Việc đánh giá độ êm dịu chuyển động là rất khó khăn do phụ thuộc nhiều vào sự cảm nhận chủ quan và sức chịu đựng dao động của con người. Độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động ảnh hưởng xấu của dao động tới con người, hàng hoá, đến các kết cấu của ô tô.
1.3.2.1. Chỉ tiêu về tần số dao động
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. Do vậy người ta cho rằng ô tô 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.
1.3.2.3. 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.
Hệ số K phụ thuộc vào tần số dao động, gia tốc dao động hoặc vận tốc dao động, phương dao động (theo phương thẳng đứng và phương ngang) và thời gian tác động của chúng lên cơ thể con người.
Hệ số K càng nhỏ thì con người càng dễ chịu đựng dao động, K = 0,1 tương ứng với ngưỡng kích thích. Khi ngồi lâu dài trên xe K = 10 ÷ 25; khi ngồi ngắn hạn K = 25 ÷ 63.
1.3.2.4. 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.
Trong điều kiện Việt Nam hiện nay khó có thể tính toán đo đạc được toàn bộ giá trị của gia tốc theo ba phương X, Y, Z. Vì vậy chỉ tiêu công suất trên nêu ra chỉ mang tính tham khảo. Hy vọng có một lúc nào đó khi công nghệ tiến cao hơn chúng ta có thể sử dụng chỉ tiêu công suất đề đánh gia độ êm dịu chuyển động.
1.3.2.5. Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động của nó
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.
- Thoải mái: 0,1m/s2
- Mệt mỏi cho phép: 0,315 m/s2
- Giới hạn cho phép: 0,63 m/s2
Khi thay đổi tần số và thời gian tác dụng, giá trị nêu trên sẽ thay đổi. Các giá trị tương ứng với giới hạn mệt mỏi cho phép được xác định bằng thực nghiệm mô tả trên hình 1.4.
1.3.2.6. Đánh giá dựa theo trị số hiệu quả của gia tốc dao động (bình phương trung bình của gia tốc dao động)
Tác động đến con người thường được đánh giá theo trị số hiệu quả của gia tốc dao động (giá trị bình phương trung bình của gia tốc dao động): aRMS.
Nhìn chung, các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô đã nêu còn đơn lẻ chưa đồng bộ và đã lạc hậu, kể cả các tiêu chuẩn hiện hành ở Việt Nam. Do đó, đồ án sử dụng chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô đó là: Chỉ tiêu 2 và Chỉ tiêu 6: Đánh giá dựa theo trị số hiệu quả của gia tốc dao động (bình phương trung bình của gia tốc dao động).
1.3.3. 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 ô tô chuyển động trên đường có biên dạng mang tính ngẫu nhiên thì dáng điệu của tải trọng thẳng đứng của bánh xe Rk (t) cũng mang tính ngẫu nhiên.
Chương 2
MÔ HÌNH TOÁN HỌC HỆ DAO ĐỘNG CỦA XE ZIL-130
2.1. Mô hình 1/4
Khi khảo sát DĐOT, trong nhiều trường hợp để đơn giản hoá bài toán, người ta thường dùng mô hình 1/4.
Trong đồ án này, mô hình 1/4 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 ey thoả mãn: 0,8 £ ey £ 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 DĐOT 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.
- Liên kết của cơ hệ là liên kết lý tưởng.
2.1.2. Khảo sát dao động
2.1.2.1. 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…
2.1.2.2. 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. Ở mô hình này để đơn giản, chúng ta chọn phương pháp lập hệ phương trình vi phân bằng việc tách hệ và áp dụng nguyên lý Đălămbe.
2.1.2.3. Phương pháp giải bài toán dao động
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. Hàm truyền tần số nhận được bằng cách thay p trong hàm truyền Laplace bằng j.w - với w là tần số kích thích.
- Cơ sở về toán tử Laplace:
Ta gọi hàm f(t) của biến thực t là hàm gốc nếu thoả mãn các điều kiện sau đây:
+ Hàm f(t) liên tục từng khúc khi t ³ 0, nghĩa là nếu lấy một khoảng [a,b] bất kỳ trên nửa trục t ³ 0, bao giờ cũng có thể chia nó thành một số hữu hạn khoảng nhỏ sao cho trong mỗi khoảng nhỏ, f(t) liên tục và tại các nút của mỗi khoảng nhỏ, nó có giới hạn một phía.
+ Khi t ® +¥, hàm f(t) tăng không nhanh hơn một hàm mũ, nghĩa là tồn tại các số M > 0, s0 ³ 0
+ f(t) = 0 khi t < 0.
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) - pn-1.f(0) – pn-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:
Wz = A1 + j.B1
Wx = A2 + j.B2
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 ô tô 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 ô tô 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.
- Liên kết của cơ hệ là liên kết lý tưởng.
Mô hình phẳng dao động liên kết ô tô 2 cầu có xét đến góc dọc như hình 2.3.
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 2.1 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.
2.2.2.1. Thiết lập hệ phương trình vi phân
Ở mô hình này sử dụng phương pháp lập hệ phương trình vi phân bằng phương trình Lagrange loại II.
i=1,2,...,n.
n: số toạ độ suy rộng (số bậc tự do của cơ hệ).
qi: toạ độ suy rộng thứ i.
: đạo hàm của toạ độ suy rộng.
Ek: động năng của hệ.
En: thế năng của hệ.
Ep: năng lượng khuếch tán của hệ.
Fi: lực suy rộng tác dụng theo phương của toạ độ qi.
2.2.2.2. 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 1/4.
Nếu đặt các hệ số như sau:
a11= (p2 + nz.p + wz2) a12= (m.p + h).ry2;
a13 = - (hz1 + gz12) a14 = - (hz2.p + gz22) ;
a21= (m.p + h) a22= (p2 + nj.p + wj2);
a23 = – (hj1.p + gj12) a24 = (hj2.p + gj22) ;
a31= – (hz1.p + gz12 ).a1 a32= - (hj1.p + gj12 ).a1.ry2;
a33 = (p2 + nx1.p + wx12) a34 = 0;
a41= – (hz2.p + gz22 ).a2 a42= - (hj2.p + gj22 ).a2.ry2;
a43 = 0 a44 = (p2 + nx2.p + wx22) ;
Cũng tương tự như trường hợp mô hình 1/4, ta tìm được các hàm truyền tần số:
Wz = C1+j.D1 ;
Wj = C2+j.D2 ;
Wx1 = C3+j.D3 ;
Wx2 = 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:
WA = Wz + x
Wj = (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:
WZtd1 = Wx1 – WZ1 = C3+j.D3 - (C1+a.C2) - j.(D1+a.D2)
WZtd2 = Wx2 – WZ2 = C4+j.D4 - (C1+b.C2) - j.(D1+b.D2)
- Khi khảo sát DĐOT, 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 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 1/4 và đặt các hệ số như sau:
a11= (M1.p2 + K1.p + CP1); a12= M3
a13 = - (K1..p + CP1) ; a14 = 0
a21= M3; a22= (M2.p2 + K2.p + CP2)
a23 = 0 ; a24 = - (K2..p + CP2)
a31= – (K1.p + Cp1 ) ; a32= 0
a33 = (m1.p2 + K1.p + CP1+CL1) ; a34 = 0
a41= 0 ; a42= – (K2.p + Cp2 )
a43 = 0 ; a44 = m2.p2 + K2.p + (CP2+CL2)
2.3. Một số kết quả tính toán
2.3.1. Các thông số đầu vào của xe
1. Trọng lượng phần treo: Gt = 51280 (N)
- Phân bố lên cầu trước: Gt1 = 25170 (N)
- Phân bố lên cầu sau: Gt2 = 26110 (N)
2. Trọng lượng phần không treo: Gkt = 10000 (N)
+ Phân bố lên cầu trước: Gkt1 = 5200 (N)
+ Phân bố lên cầu sau: Gkt2 = 4800 (N)
3. Chiều dài cơ sở của xe: L = 3,8 (m)
4. Độ cứng nhíp trước: CP1 = 98 (N/mm)
5. Độ cứng nhíp sau: CP2 = 98 (N/mm)
6. Độ cứng lốp trước: CL1 = 400 (N/mm)
11. Hệ số cản giảm chấn treo sau khi trả: K2t = 7,8 (N.s/mm)
12. Hệ số kinh nhiệm tính mô men quán tính: A = 0,2
13. Góc nghiêng giảm chấn so với phương thẳng đứng: a = 300
14. Tỷ số truyền giảm chấn: i = 1
2.3.2. 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: wk1 = 43,35 (1/s)
3. Tần số dao động riêng của khối lượng treo sau: w02 = 9,20 (1/s)
4. Tần số dao động riêng của khối lượng không treo sau: wk2 = 45,12 (1/s)
5. Hệ số dập tắt dao động của khối lượng treo trước: h01 = 3,61 (1/s)
6. Hệ số dập tắt dao động của khối lượng không treo trước: hk1 = 14,43 (1/s)
7. Hệ số dập tắt dao động của khối lượng treo sau: h02 = 3,30 (1/s)
2.3.3. Một số thông số đánh giá độ êm dịu chuyển động (với chế độ đã cho)
Các thông số được cho trong bảng 2.1.
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 DĐOT sau này.
Chương 3
NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG THIẾT BỊ ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG TRÊN XE ZIL 130
3.1. Thuật toán điều khiển
Để giải quyết bài toán êm dịu chuyển động cho ô tô, tác giả dùng module cảm biến gia tốc MPU6050 tích hợp cảm biến gia tốc 3 trục (3-axis accelerometer) và con quay hồi chuyển 3 trục (3-axis gyroscope) giúp đo đạc gia tốc bình phương trung bình, các góc nghiêng của thân xe với độ chính xác cao
Dựa vào các thông số đo được của cảm biến gia tốc, sử dụng ngôn ngữ lập trình tính toán được gia tốc bình phương trung bình. Thuật toán được mô tả trên hình 3.1.
3.2. Giới thiệu thiết bị
3.2.1. Mạch STM32F103C8T6
Một số ứng dụng chính: dùng cho Driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay và công suất thấp, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, khai thác dữ liệu GPS, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ…
Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR Embedded Workbench, Keil C… Tác giả tập trung sử dụng phần mềm Arduino IDE 1.8.10 để lập trình.
Mạch nạp: có khá nhiều loại mạch nạp như : ULINK, J-LINK , CMSIS-DAP, STLINK… Đồ án sử dụng mạch STLINK để nạp code cho mạch.
Thông số kỹ thuật của mạch STM32F103C8T6 như bảng 3.1.
3.2.2. MPU6050
MPU6050 là một chip tích hợp thiết bị dò chuyển động (Motion Tracking) 6 trục kết hợp một con quay hồi chuyển 3 trục (3-axis gyroscope), một bộ đo gia tốc 3 trục (3-axis accelerometer), và một bộ tính toán chuyển động tín hiệu số (Digital Motion Processor – DMP). MPU6050 đọc dữ liệu từ các cảm biến gia tốc và con quay hồi chuyển, sau đó lưu vào thanh ghi dữ liệu. Các vi xử lý/vi điều khiển có thể đọc thông tin này qua bus I2C.
Con quay hồi chuyển: ± 250, 500, 1000, 2000, dps.
Gia tốc: ± 2 ± 4 ± 8 ± 16g.
3.2.4. Mạch 18650 Battery Shield V3
Mạch 18650 Battery Shield V3 được sử dụng trong các giải pháp cấp nguồn bằng pin cho Arduino, ESP8266, ESP32, Raspberry Pi,..., mạch được tích hợp mạch sạc pin chuyên dụng và IC chuyển áp từ pin sang 5VDC (USB, Pinout Header) / 3VDC (Pinout Header) để cấp nguồn bằng pin cho vô số các ứng dụng khác nhau, mạch có chất lượng linh kiện và gia công tốt, độ bền cao.
3.2.6. Màn hình LCD Grove 16x2
Grove - 16x2 LCD (White on Blue) là dạng màn hình LCD Text với 32 ký tự (16 x 2 dòng) trên màn hình giúp hiển thị các thông tin điều khiển, giá trị cảm biến, thông báo... trực quan.
3.3. Quá trình xây dựng thiết bị
3.3.1. Chương trình điều khiển
Để xây dựng các chương trình điều khiển chúng ta có thể sử dụng nhiều công cụ phần mềm khác nhau. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, với sự lớn mạnh của một chương trình lập trình đó là Arduino đã tạo ra một môi trường lập trình hiệu quả trong việc giao tiếp đa kênh giữa các thiết bị.
3.3.2. Xây dựng thiết bị
Thiết bị được xây dựng trên cơ sở là sự kết nối giữa module cảm biến gia tốc MPU6050 kết nối với mạch điều khiển. Thiết bị sử dụng mạch nhúng STM32F103C8T6, màn hình LCD Grove 16x2, Bluetooth HC-05 để truy xuất các thông số. Sơ đồ kết nối mạch được thể hiện trên Hình 3.10.
3.4. Xây dựng ứng dụng Android truy xuất cơ sở dữ liệu
3.4.1. Giới thiệu hệ điều hành Android và ứng dụng Android
3.4.1.1. Giới thiệu về hệ điều hành Android
Android là một hệ điều hành dựa trên nền tảng Linux được thiết kế dành cho các thiết bị di động có màn hình cảm ứng như điện thoại thông minh và máy tính bảng.
Android có mã nguồn mở và Google phát hành mã nguồn theo Giấy phép Apache. Chính mã nguồn mở cùng với một giấy phép không có nhiều ràng buộc đã cho phép các nhà phát triển thiết bị, mạng di động và các lập trình viên nhiệt huyết được điều chỉnh và phân phối Android một cách tự do.
3.4.1.2. Ứng dụng Android
Các ứng dụng cho Android được phát triển bằng ngôn ngữ Java sử dụng Bộ phát triển phần mềm Android (SDK). SDK bao gồm một bộ đầy đủ các công cụ dùng để phát triển, gồm có công cụ gỡ lỗi, thư viện phần mềm, bộ giả lập điện thoại dựa trên QEMU, tài liệu hướng dẫn, mã nguồn mẫu và hướng dẫn từng bước. Môi trường phát triển tích hợp (IDE) được hỗ trợ chính thức là Eclipse sử dụng phần bổ sung Android Development Tools (ADT).
3.4.2. Xây dựng ứng dụng với phần mềm lập trình Kodular
3.4.2.1. Đăng nhập tài khoản
* Bước 1. Đầu tiên truy cập vào địa chỉ https://www.kodular.io.
* Bước 2. Sau đó bấm vào nút “Create Apps” như hình dưới
* Bước 3. Ở màn hình tiếp theo sẽ nhập địa chỉ Emai và mật khẩu đã đăng ký
3.4.2.2. Cấu trúc dự án Kodular
a. Tạo mới 1 project
Sau khi đăng nhập tài khoản sẽ tiến hành tạo project mới.
b. Cài đặt 1 project
Trên giao diện gồm một màn hình điện thoại để minh họa, thanh bên trái là các đối tượng – chức năng chúng ta muốn đưa vào ứng dụng. Với mỗi đối tượng – chức năng ta chỉ cần kéo & thả chuột vào vùng màn hình là sẽ được thêm vào ứng dụng.
c. Nhóm thành phần chính được sử dụng để xây dựng phần mềm
- Bluetooth Cilent:
Cho phép thiết bị trao đổi dữ liệu không dây với các thiết bị Bluetooth khác. Khung ứng dụng cung cấp quyền truy cập vào chức năng Bluetooth thông qua các API Bluetooth. Các API này cho phép các ứng dụng kết nối với các thiết bị Bluetooth khác, cho phép các tính năng không dây điểm - điểm và đa điểm.
- ListPicker:
Đây là một nút nhấn, khi được nhấp vào, sẽ hiển thị danh sách các văn bản để người dùng chọn trong số đó, cụ thể ở đây là danh sách các địa chỉ Bluetooth. Văn bản có thể được chỉ định thông qua Trình thiết kế hoặc Trình chỉnh sửa khối bằng cách đặt thuộc ElementsFromString tính thành nối được phân tách bằng chuỗi của chúng (Ví dụ: lựa chọn 1, lựa chọn 2, lựa chọn 3) hoặc bằng cách đặt thuộc Elements trong trình chỉnh sửa Khối.
- Ngoài ra đồ án còn sử dụng các thành phần như các nút ấn (Button) để thực hiện các chức năng cần thiết; các hàng kẻ dọc (VerticalArrangement), các hàng kẻ ngang (HorizontalArrangement) để căn chỉnh và trình bày ứng dụng.
d. Xuất ứng dụng đã được lập trình ra điện thoại
Sau khi đã lập trình xong ứng dụng, tiến hành xuất ứng dụng ra điện thoại.
Vào mục Export và chọn Android App (.apk)
3.5. Cách thức truy xuất kết quả
3.5.1. Truy xuất kết quả bằng máy tính Laptop
Đồ án sử dụng Serial Plotter trong phần mềm Arduino để có thể vẽ đồ thị đầu ra của gia tốc trong thời gian thực. Việc vẽ đồ thị 1 cách nối tiếp theo thời gian thực là một phần mềm tiện ích có giá trị, và nó được sử dụng thông qua kết nối USB. Đồ thị gồm 2 trục X và Y . Trục dọc Y sẽ tự động điều chỉnh khi giá trị của thông số gia tốc cần vẽ tăng hoặc giảm. Trục X không phải là trục thời gian, nhưng mỗi khi có thêm 1 lệnh println() nó sẽ được vẽ nối tiếp luôn vào đồ thị.
Các bước tiến hành như sau:
* Bước 1. Khởi động phần mềm Arduino.
* Bước 3. Trong phần mềm Arduino, để mở Serial Monitor để truy xuất dãy thông số, chọn Tools, sau đó chọn Serial Monitor trong menu chính (hoặc bấm Ctrl + Shift + M trong Windows).
3.5.2. Truy xuất kết quả bằng ứng dụng đã được lập trình
Các bước tiến hành như sau:
* Bước 1. Khởi động ứng dụng trên điện thoại.
* Bước 2. Bật Bluetooth theo yêu cầu.
* Bước 4. Chọn vào biểu tượng để kết nối Bluetooth.
Lúc này đồ thị sẽ được tự động tạo lập và các thông số: Gia tốc trọng trường, Gia tốc bình phương trung bình, Góc nghiêng dốc, Thời gian dao động, Chất lượng dao động sẽ được hiển thị.
3.6. Đánh giá kết quả
3.6.1. Kết quả đo được thực tế
* Giả thiết ban đầu: Các chế độ tính toán dựa trên các thông số của mặt đường, tần số dao động, thời gian dao động. Thông số mặt đường có dạng hình sin (hàm điều hòa) chiều cao mấp mô mặt đường q0 = [0,04; 0,06; 0,08] m và bước sóng mấp mô mặt đường S = L = 4,24m.
Sau khi xây dựng thành công thiết bị đánh giá độ êm dịu chuyển động trên xe Zil-130, tiến hành thực hiện các bước như sau:
* Bước 1. Lắp đặt thiết bị tại ghế ngồi trên xe sao cho cảm biến gia tốc MPU6050 song song với mặt đường (giọt nước cân bằng ở chính giữa tâm).
* Bước 3. Kết nối thiết bị với máy tính hoặc kết nối bluetooth với điện thoại.
* Bước 4. Cho xe chạy thực tế trên đường trong 20 giây đối với mỗi lần đo và truy xuất kết quả.
3.6.2. Đánh giá kết quả
So sánh với lý thuyết đã đưa ra ở Chương 2, thiết bị cho ra kết quả đảm bảo theo yêu cầu đề ra.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian với một lượng kiến thức của bản thân còn tương đối hạn chế, được sự giúp đỡ của thầy: ThS……………….., các đồng chí đồng đội, đồ án tốt nghiệp “Khảo sát độ êm dịu chuyển động ô tô Zil-130” đã được hoàn thành đúng tiến độ.
Đồ án đã đề cập đến một số vấn đề sau:
- Tổng quan về dao động của ô tô, Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động.
- Thiết lập mô hình động lực học, nêu cơ sở lý thuyết và thực hiện phương pháp giải bài toán dao động cho xe Zil-130 theo 2 trường hợp: mô hình 1/4, mô hình phẳng.
- Nghiên cứu, xây dựng thiết bị đánh giá độ êm dịu chuyển động để kiểm nghiệm lại những nội dung đã được tính toán ở trên.
Thiết bị đánh giá độ êm dịu chuyển động này có thể dùng cho việc khảo sát, đánh giá dao động của một số loại ô tô 2 cầu khác, có thể dùng cho quá trình học tập của học viên.
Mặc dù trong quá trình làm đồ án đã cố gắng song do bản thân còn nhiều hạn chế nên trong đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót, do vậy tôi rất mong sự chỉ bảo của các thầy giáo để đề tài được hoàn chỉnh hơn.
TP.HCM, ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
………………….
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Vũ Đức Lập, “ Dao động Ô tô ”, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 1994.
2. Vũ Đức Lập, “ Ứng dụng máy tính trong tính toán xe Quân sự ”, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội, 2001.
3. Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ Đức Lập, Lý thuyết ô tô quân sự, Nhà Xuất bản Quân đội nhân dân, Hà Nội, 2002.
4. Nguyễn Khắc Chanh, “Lý thuyết – Kết cấu Ô tô”, Trường Sĩ quan Kỹ thuật quân sự, TP.Hồ Chí Minh, 2010.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"