MỤC LỤC

Mục lục

Lời nói đầu

1.1.Phân tích một số loại hệ thống treo xe chỉ huy

1.1.1. Hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi là nhip lá

1 .1.2. Hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi là lò xo

1.1.3. Hệ thống treo độc lập

1.2 Phân tích kết cấu hệ thống treo xe UAZ-31512

1.2.1. Bộ phận hướng

1.2.2. Bộ phận đàn hồi

1.2.3. Bộ phận giảm chấn

Chương 2- Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô

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

2.2. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

2.2.1. Chỉ tiêu về tần số

2.2.2. Chỉ tiêu về gia tốc dao động

2.2.3. Chỉ tiêu dựa trên số liệu cảm giác theo gia tốc và vận tốc dao động

2.2.4. Đánh giá cảm giác theo công suất dao động

2.2.5. Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động của chúng

2.2.6) Đánh giá dựa theo trị số hiệu quả của gia tốc dao động

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

Chương 3. Khảo sát dao động xe UAZ-31512

3.1.  Xây dựng đặc tính tần số biên độ dao động xe UAZ-31512

3.1.1. Chọn mô hình động lực học

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

3.1.3. Thiết lập hệ phương trình vi phân

3.1.4. Giải bài toán dao động 

3.2. Ả nh hưởng của các thông số tới độ êm dịu và an toàn chuyển động

3.2.1. Ảnh hưởng của động cứng của nhíp

3.2.2. Ảnh hưởng của độ cứng của lốp

3.2.3. Ảnh hưởng của khối lượng treo

3.2.4. Ảnh hưởng của khối lượng không treo (m)

3.2.5. Ảnh hưởng của hệ số giảm chấn K

Chương 4- Một số giải pháp nâng cao độ êm dịu cho xe chỉ huy

4.1. Kết cấu của phần tử đàn hồi

4.1.1. Hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo

4.1.2. Hệ thống treo khí nén và thuỷ khí

4.2. Kết cấu của phần tử hướng

4.3 Kết cấu phần tử giảm chấn

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

LỜI NÓI ĐẦU

Nền kinh tế nước ta đang trong đà phát triển. Hiện nay nhiều loại xe hiện đại đã và đang sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam. Ở nước ta nói chung và trong quân đội nói riêng, vẫn còn sử dụng các thế hệ ô tô được sản xuất tại Liên Xô (trước đây) và với nhiều chủng loại khác nhau. Từ xe con đến xe ca, từ xe tải hạng nhẹ đến xe tải hạng nặng, xe chuyên dùng. Do thời gian sử dụng đã lâu nên nhiều hệ thống, cụm đã xuống cấp và hỏng. Chính vì vậy việc đánh giá tính toán thiết kế các hệ thống, cụm, cơ cấu để đề ra các biện pháp nâng cao hiệu quả làm việc của chúng là vấn đề hết sức cần thiết.

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của KHKT, cùng với mức sống ngày càng được nâng cao và sự cạnh tranh khốc liệt của thị trường, các hãng sản xuất  ôtô không chỉ đòi hỏi phát triển về số lượng mà còn phải nâng cao chất lượng sử dụng phù hợp với tiêu chuẩn khắt khe nhất của thị trường, có như vậy họ mới tồn tại và phát triển. Từ đó, họ buộc phải đầu tư ngiên cứu vào nền công nghệ chế tạo. Hiện nay, hướng nghiên cứu chủ yếu là tập trung vào: Tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm, an toàn và tiện nghi chuyển động, giảm giá thành…Muốn thế, cần có sự kết hợp chặt chẽ nhiều ngành khoa học: Công nghệ vật liệu, công nghệ kỹ thuật điều khiển …

Ngành công nghiệp ôtô Việt Nam trong những năm gần đây đang trong quá trình hình thành và phát triển, và cũng đã đạt được những thành tựu bước đầu, đang trên đà hội nhập với khu vực và thế giới . Chủ trương hiện nay của Chính phủ là tăng tỉ lệ nội địa hoá trong các sản phẩm đã và đang và chế tạo, dần tiến tới chế tạo được các sản phẩm mang thương hiệu Việt Nam. Đây là xu thế mà các nhà nghiên cứu và sản xuất ô tô Việt Nam cần quan tâm. Để đạt được những mục tiêu này chúng ta cần quan tâm nghiên cứu sâu hơn về các cụm chi tiết, các hệ thống cũng như các điều kiện làm việc của ô tô để có thể có những giải pháp và can thiệp sâu hơn vào trong các cụm, hệ thống đó nhằm tạo ra sản phẩm chất lượng cao.

Nghiên cứu dao động ôtô mục đích nâng cao độ êm dịu và an toàn chuyển động cũng là một vấn đề rất cấp thiết, Trong thời gian vừa qua đã có nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước đề cập tới vấn đề này. Tuy nhiên, hiện nay các xe chủ yếu hệ thống treo là bị động nên phần lớn các tác giả đều hướng vào nghiên cứu với mục đích là đưa ra cách sử dụng và biện pháp nâng cao độ êm dịu, nhưng chưa triệt để, dẫn tới kết quả nghiên cứu còn hạn chế.

Xuất phát từ thực tế trên cùng với sự gợi ý của giáo viên, tôi đã lựa chọn đồ án: "Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao độ êm dịu cho xe chỉ huy”.

 Nội dung chính trong đồ ỏn gồm các vấn đề sau:

 Chương I: Giới thiệu chung về hệ thống treo xe chỉ huy.

 Chương II: Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô.

 Chương III: KHảo sát giao động xe UAZ-1512.

 Chương VI: Một số giải pháp nâng cao độ êm dịu cho xe chỉ huy.

 Cùng với các bản vẽ: Kết cấu hệ thống treo, kết cấu và nguyên lý hoạt động giảm chấn thủy lực, mô hình khảo sát và đặc tính tần số biên độ dao động của xe UAZ-31512.

 Trong quá trình làm đồ án bản thân đã cố gắng hết mình để đồ án hoàn thiện tốt nhất. Nhưng do khả năng của bản thân còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu sót nhất định, kính mong nhận được sự chỉ bảo tận                                                          

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG HỆ THỐNG TREO CHỈ HUY

1.1 Phân tích một số loại hệ thống treo xe chỉ huy

Thực tế trên ô tô sử dụng nhiều loại hệ thống treo khác nhau, tùy thuộc vào cấu tạo các phần tử trong hệ thống mà người ta phân loại:

a. Theo cấu tạo của phần tử hướng: Có các loại: 

- 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 độc lập: Là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh xe bên phải không có liên kết cứng, mà chúng chỉ được nối gián tiếp với nhau qua khung xe hoặc vỏ xe...Chính vì vậy mà dao động hay chuyển dịch của các bánh xe là độc lập nhau.

b. 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.

- 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.

c. 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.

c. 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.

1.1.2. Hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi là lò xo.

Loại này gồm có giảm chấn 1, lò xo 2 và các thanh phản lực dọc và ngang (để truyền các lực bên, lực phanh, lực kéo từ bánh xe qua dầm cầu lên khung hoặc vỏ xe). Bộ phận dẫn hướng chính là các thanh phản lực. Kết cấu hệ thống treo phụ thuộc với phần tử đàn hồi lò xo được thể hiện trên hình 1.2.

1.2. Phân tích kết cấu hệ thống treo xe UAZ-31512.

Ôtô UAZ-31512 là xe con hai cầu chủ động có tính năng thông qua cao được sử dụng chủ yếu trong quân đội với chức năng là xe chỉ huy đã được nhập vào Việt Nam  từ nhiều năm nay. Vỏ xe có 4 cửa, xe có phủ bạt, thành xe sau có thể mở được. Động cơ bố trí trong khoang phía trước. Lốp dự phòng để ở giá phía sau. Hình dáng kích thước UAZ- 31512 thể hiện trên hình 1.4.

Hệ thống treo xe UAZ-31512 cầu trước cũng như câu sau gồm 3 bộ phận chính:

- Phần tử đàn hồi.

- Phần tử giảm chấn.

- Phần tử hướng.

1.2.1. Bộ phận hướng.

Bộ phận hướng của hệ thống treo có chức năng: Truyền các lực ngang, lực dọc và mômen từ mặt đường lên khung xe (vỏ xe) và ngược lại. Động học của phần tử hướng xác định đặc tính dịch chuyển của bánh xe đối với khung xe và ảnh hưởng tới tính ổn định và tính quay vòng của ô tô.

Độ nghiêng bánh xe thay đổi làm phát sinh mô men do hiệu ứng con quay và mô men này có quan hệ đến độ dịch chuyển góc của cầu và các bánh dẫn hướng quanh trụ đứng. Khi nhíp mềm còn phát sinh những dao động nguy hiểm của bánh xe trong giới hạn vận tốc chuyển động. Một nhược điểm của hệ thống treo phụ thuộc là khó bố trí các cụm của ôtô vì đưa động cơ lên phía trước thường vướng cầu.

1.2.2. Bộ phận đàn hồi.

Dùng để biến dao động tần số cao của mấp mô mặt đường về dao động tần số thấp của khung xe, truyền các lực theo phương thẳng đứng từ đường lên khung xe và ngược lại, giảm tải trọng động và bảo đảm độ êm dịu cho ôtô khi chuyển động trên các loại đường. Bộ phận đàn hồi có thể chia làm các loại sau:

Phần tử đàn hồi là kim loại thường là nhíp ( hệ thống treo phụ thuộc, độc lập), lò xo xoắn ốc và thanh xoắn ( hệ thống treo độc lập).

Phần tử đàn hồi trên xe UAZ-31512 là nhíp. Nhíp hiện nay được dùng phổ biến nhất vì nhíp vừa là bộ phận đàn hồi, vừa là cơ cấu hướng và một phần làm nhiệm vụ giảm chấn, nghĩa là thực hiện toàn bộ chức năng của hệ thống treo.

1.2.3. Bộ phận giảm chấn.

Từ đó, giảm chấn cần có những yêu cầu:  

- Dập tắt nhanh các dao động của thân xe có tần số và biên độ lớn.

- Dập tắt chậm các dao động của thân xe có tần số và biên độ nhỏ.

- Hạn chế các lực truyền qua giảm chấn lên thân xe.

- Làm việc ổn định trong mọi điều kiện làm việc.

- Tuổi thọ cao, kích thước, trọng lượng nhỏ, giá thành thấp.

Gồm có xy lanh công tác (15) bắt với dầm cầu, pít tông (13) lắp với cần (11) rồi bắt với khung xe trên pít tông có vòng găng để bao kín. Van thông phía trên (12) và van thông qua phía dưới (17), van trả (14) van nén (ép) (18), ống dẫn hướng cần pít tông (9), vòng bít (7) vành khít dưới (8) và vành khít trên (6), vỏ chống bụi (10). Khoang (16) giới hạn bởi xy lanh ngoài và xy lanh công tác gọi là khoang bù.

CHƯƠNG 2.

CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM DỊU VÀ AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ

2.1. 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. 

Vì vậy khi nói đến dao động ô tô theo quan điểm chế độ sử dụng: Độ êm dịu chuyển động của ô tô 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 ô tô.

2.2. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

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

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

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

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

2.2.1. Chỉ tiêu về tần số.

Con người từ nhỏ đã có quen với nhịp điệu bước đi (dao động). Tuy nhiên mỗi người có vóc dáng, thói quen khác nhau nên bước đi có khác nhau nhưng thường thì họ thực hiện được khoảng 60¸90 bước/phút, tương ứng từ 1¸1,5Hz. Do vậy mà ôtô có chuyển động êm dịu là khi nó chạy trên mọi địa hình thì tần số dao động riêng nằm trong khoảng 1¸1,5 Hz. 

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

2.2.3. 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. (Do các kỹ sư Đức đưa ra).

Nếu K = const thì cảm giác khi dao động sẽ không thay đổi. Hệ số K phụ thuộc vào tần số dao động, gia tốc dao động hoặc vận tốc dao động và phụ thuộc vào hướng dao động đối với trục thân con người (theo phương thẳng đứng và phương ngang) và phụ thuộc vào thời gian tác động của chúng lên cơ thể con người.

2.2.5. Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động của chúng.

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     

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

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

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

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

F_d » C_L.(q - x)

Trong đó:  C_L- là dộ cứng của lốp.

CHƯƠNG 3

KHẢO SÁT DAO ĐỘNG XE UAZ-31512

3.1. Xây dựng đặc tính tần số biên độ dao động xe UAZ-31512.

3.1.1. 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.

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

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.

3.1.2. 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.

- Hệ số cản dao động của khối lượng phần treo : h₀ = K/M

- Hệ số cản dao động của khối lượng phần không treo : h_k = K/m

3.1.4.  Giải bài toán dao động

3.1.4.1 Phương pháp giải bài toán dao động

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. 

3.1.4.2 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. 

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

Cơ hệ ta xét là hệ dao động, tại thời điểm t = 0, ta quy ước các chuyển dịch, và vận tốc chuyển dịch đều bằng 0, do đó thay vào công thức trên ta sẽ có:    f^’(t) -> p.F(p).   

f^”(t) -> p².F(p).                              (*)

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. 

Cho nên các hệ số n₀₁, n₀₂ có thể lấy bằng 0. Vì vậy hệ phương trình (3.5) được viết lại như sau:            

(p² + n_z.p + w_z²).Z(p) + (m.p + h).r_y².j(p) - (h_z1 + g_z1­²).x₁(p) - (h_z2.p + g_z2²).x₂(p) = 0.

(p² + n_j.p + w_j²).j(p) + (m.p + h).Z(p) - (h_j1.p + g_j1²).x₁(p) + (h_j2.p + g_j2²).x₂(p) = 0.                                                                  (3.6)

(p² + n_x1.p + w_x1²).x₁(p) - (h_z1.p + g_z1² ).a₁.Z(p) - (h_j1.p + g_j1² ).a₁.r_y².j(p)  = w₀₁².q₁(p).

(p² + n_x2.p + w_x2²).x₂(p) - (h_z2.p + g_z2² ).a₂.Z(p) - (h_j2.p + g_j2² ).a₂.r_y².j(p)  = w₀₂².q₂(p).

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) ;

Lấy 2 vế của các phương trình của hệ (3.7) chia cho q₁(p), ta được hệ phương trình có ẩn là các hàm truyền: 

a₁₁.W_z(p) + a₁₂.W_j(p)+ a₁₃.W_x1(p) + a₁₄.W_x1(p) = 0;

a₂₁.W_z(p) + a₂₂.W_j(p)+ a₂₃.W_x1(p) + a₂₄.W_x2(p) = 0;                 (3.8)

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

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

Khi khảo sát dao động của ô tô theo các tọa độ suy rộng Sau khi thực hiện biến đổi Laplace cho các ẩn của hệ (3.10), tiếp đó chia 2 vế của các phương trình trong hệ cho q₁(p) 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)

Ta chọn kích động động học có dạng hàm điều hòa:

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

V- vận tốc chuyển động của ô tô

L- Chiều dài cơ sở của xe

S- Chiều dài sóng mặt đường

w- tần số kích thích   w = 2pV/S

Từ đây ta xác định 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)  (3.12)

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)     (3.13)

Cũng tiến hành giải tương tự như các trường hợp trên, ta thu được các đặc tính tần số biên độ. Trong chương trình tính toán, đồ án cũng giải bài toán phẳng dao động liên kết cho cả hai trường hợp: Không xét đến dao động góc dọc và có xét đến dao động góc dọc.

3.2 Ảnh hưởng của các thông số tới độ êm dịu và an toàn chuyển động

- Nhóm có thông số kết cấu: kích thước, trọng lượng, độ cứng nhíp, cản giảm chấn...

- Nhóm các thông số về vận hành, sử dụng: Vận tốc, điều khiển ....

- Nhóm các thông số về đường.

3.2.1. Ảnh hưởng của động cứng của nhíp

Bộ phận chính của hệ thống treo là phần tử đàn hồi. Kết cấu phổ biến nhất hiện nay sử dụng phần tử đàn hồi là nhíp lá, lo xo và thanh xoắn. Hiện nay, một số loại xe còn sử dụng phần tử đàn hồi dạng khí nén. Trong phần này đồ án không xét đặc tính riêng của nhíp mà xét sự ảnh hưởng của độ cứng của phần tử đàn hồi (nhíp) đến hệ dao động của hệ. 

3.2.1.1 Ảnh hưởng độ cứng của nhíp đến dịch chuyển khối lượng phần treo.

Ảnh hưởng độ cứng của nhíp đến dịch chuyển khối lượng phần treo đượ thể hiện trên đồ thị hình 3.4.

3.2.1.3. Ảnh hưởng độ cứng của nhíp đến dịch chuyển khối lượng phần không treo.

_­Chuyển dịch của khối lượng không treo thể hiện trên hình có hai giá trị lớn nhất là:

- Giá trị lớn nhất vùng cộng hưởng tần số thấp do ảnh hưởng của dao động khối lượng treo lên nó.

-Giá trị lớn thứ 2 là khi trùng tần số kích thích với tần số riêng của khối lượng không treo, ở vị trí này dịch chuyển không đáng kể [cộng hưởng tần số cao (w= w_k).

3.2.2. Ảnh hưởng của độ cứng của lốp

3.2.2.1. Ảnh hưởng độ cứng của lốp đến chuyển dịch khối lượng phần treo.

Ảnh hưởng độ cứng của lốp đến chuyển dịch khối lượng phần treo được thể hiện trên đồ thị hình 3.7.

3.2.2.2. Ảnh hưởng độ cứng của lốp đến gia tốc khối lượng phần treo.

Đối với biên độ gia tốc thân xe (hình 3.8) khi giảm độ cứng lốp sẽ làm giảm một khoảng rộng ở vùng tần số cao và đồng thời tăng gia tốc trong vùng tương đối hẹp của tần số thấp giá trị tăng không đáng kể.

3.2.3. Ảnh hưởng của khối lượng treo

3.2.3.1. Ảnh hưởng của khối lượng treo đến chuyển dịch khối lượng phần treo.

Từ các đường đặc tính trên đồ thị hình 3.10 ta thấy, khi giảm khối lượng phần treo thì biên độ chuyển dịch của thân xe vùng cộng hưởng thấp chuyển dịch về phía tần số cao, đồng thời giá trị cực đại của chuyển dịch và khoảng tần số  vùng cộng hưởng tăng lên, đặc biệt khi M nhỏ.

3.2.3.3. Ảnh hưởng của khối lượng treo đến chuyển dịch khối lượng phần không treo.

Ảnh hưởng của khối lượng treo đến chuyển dịch khối lượng phần không treo được thể hiện trên đồ thị hình 3.12.

3.2.4. Ảnh hưởng của khối lượng không treo (m)

Khối lượng phần không treo của 1 loại xe nhất định thay đổi trong phạm vi rộng tuỳ theo:

- Loại phần tử đàn hồi của treo.

- Loại và kết cấu của cơ cấu hướng của treo.

- Loại, kết cấu và vật liệu, công nghệ chế tạo của truyền lực chính.

- Khối lượng của cơ cấu phanh bánh xe, bánh xe.

3.2.4.1 Ảnh hưởng của khối lượng không treo đến chuyển dịch khối lượng phần treo.

Từ đường đặc tính trên đồ thị hình 3.13 ta nhận thấy, khi giảm m thì biên độ chuyển dịch của thân xe ở vùng cộng hưởng tần số thấp giảm. ở vùng cộng hưởng tần số cao tăng lên và chuyển dịch về phía lớn

3.2.4.3 Ảnh hưởng của khối lượng không treo đến chuyển dich khối lượng phần không treo.

Từ đường đặc tính trên đồ thị hình 3.15 ta nhận thấy, chuyển dịch khối lượng phần không treo có dáng điệu gần giống với chuyển dịch của thân xe ở vùng cộng hưởng tần số thấp, ở vùng cộng hưởng tần số cao thì có dáng điệu giống gia tốc thân xe tức là tăng khối lượng không treo thì giá trị cực đại chuyển đến vùng tần số cao hơn.

3.2.5. Ảnh hưởng của hệ số giảm chấn K

Dao động của xe được dập tắt bởi các lực cản dạng ma sát khác nhau của hệ thống treo. Thường trong hệ thống treo, ma sát xuất hiện ở phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi hoặc trong các khớp của đòn treo, dẫn động lái và lốp. ở đây ta xét ảnh hưởng của hệ số giảm chấn K đến dao động xe, cho K thay đổi {1000; 2000; 3000; 4000 (N/m)}

Kết quả thể hiện trên các đường đặc tính hình3.16,hình 3.17,hình 3.18.

CHƯƠNG 4

MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ ÊM DỊU CHO XE CHỈ HUY

4.1. Kết cấu của phần tử đàn hồi

4.1.1. Hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo

So với hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá, thì hệ thống treo phụ thuộc lò xo có khối lượng phần không treo nhỏ hơn. điều này làm tăng độ êm dịu chuyển động của xe. Loại này thường sử dụng ở các cầu sau chủ động của ôtô con. So với hệ thống treo loại nhíp thì loại lò xo có trọng lượng nhỏ, tuổi thọ cao; Nhược điểm chủ yếu là phải thêm các bộ phận giảm chấn và dẫn hướng. Do đó mà sử dụng hệ thống treo này cũng không phải là giải pháp tối ưu.

4.1.2. Hệ thống treo khí nén và thuỷ khí

So với hệ thống treo có phần tử đàn hồi lá nhíp thì hệ thống treo với phần tử đàn hồi là khí nén và phần tử đàn hồi là thuỷ khí có nhiều ưu điểm hơn hẳn do:

- Khối lượng phần không treo nhỏ hơn so với các xe cùng trọng tải.

- Ma sát trong hệ thống treo nhỏ hơn nhiều do không có nội ma sát giữa các lá nhíp mà thay vào đó là các bình khí nén và các bộ phận thuỷ lực.

- Cơ cấu không chiếm nhiều không gian so với phần tử đàn hồi là kim loại.

- Áp suất làm việc tương đối cao.

4.2. Kết cấu của phần tử hướng

Đối với hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo mặc dù khối lượng phần không treo có nhỏ hơn so với khối lượng phần không treo của hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá. Tuy nhiên khi sử dụng hệ thống treo phụ thuộc loại lò xo thì khi xe ôtô chuyển động trên những biên dạng đường mấp mô mà biên dạng đường của các bánh xe ở hai bên không bằng nhau thì sự dịch chuyển của bánh xe bên này có ảnh hưởng đến sự dịch chuyển của bánh xe bên kia do vậy mà độ êm dịu chuyển động của xe cũng không đảm bảo với mọi loại đường. 

1. Hệ thống treo độc lập với bộ phận dẫn hướng một đòn treo

Loại này kết cấu đơn giản nhưng có nhược điểm khi hành dịch chuyển của bánh xe lớn thì mặt phẳng bánh xe bị nghiêng một góc lớn gây hiệu ứng con quay làm dao động bánh xe, đồng thời bánh xe bị trượt ngang lớn dẫn đến lốp bị mòn nhanh cho nên sơ đồ này chỉ bố trí ở cầu không dẫn hướng để không làm ảnh hưởng tới ổn định lái trong hệ thống lái.

2. Hệ thống treo độc lập với cơ cấu hai đòn treo dài bằng nhau

Loại này có ưu điểm là khi bánh xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng, mặt phẳng bánh xe không bị nghiêng, do đó bánh xe chuyển động ổn định. Nhược điểm ở sơ đồ này là độ trượt ngang lớn, lốp mòn nhanh.

3. Hệ thống treo độc lập với cơ cấu hai đòn treo dài không bằng nhau

Đặc điểm loại này là khi bánh xe dịch chuyển theo phương thẳng đứng khá lớn nhưng mặt phẳng bánh xe bị nghiêng một góc nghiêng nhỏ (thường 5⁰¸6⁰), khi đó hiệu ứng con quay có thể loại trừ ma sát trong hệ thống treo. ở đây độ trượt ngang không lớn lắm cho nên có thể kết hợp việc sử dụng lốp có độ đàn hồi tốt để bù cho độ trượt ngang. 

4.3. Kết cấu phần tử giảm chấn

Trong chương 4 đã khảo sát dao động của ô tô có hệ thống treo bị động trong miền tần số và miền thời gian, đồng thời cũng đã đưa ra kết luận cần thiết phải điều khiển hệ thống treo và một số thông số trong hệ thống treo có khả năng điều khiển được để nâng cao độ êm dịu. 

Đối với hệ thống treo tích cực thì độ êm dịu chuyển động của xe được thực hiện bằng cách điều khiển độ cứng của phần tử đàn hồi. Điều này thực hiện là khó khăn do để điều khiển được độ cứng của hệ thống treo cần công suất rất lớn để điều khiển trong khi đó đối với hệ thống treo bán tích cực thì việc đảm bảo độ êm dịu chuyển động của ôtô được thực hiện bằng cách thay đổi hệ số cản của giảm chấn mà việc điều khiển thay đổi hệ số cản của giảm chấn cần một công suất rất nhỏ và điều khiển nhẹ nhàng hơn đối với hệ thống treo tích tực. Do vậy mà hệ thống treo bán tích cực đang được chế tạo và áp dụng trong thực tế đem lại hiệu quả cao.

KẾT LUẬN

Sau một thời gian làm đồ án với sự nỗ lực của bản thân, sự giúp đỡ của các thầy giáo trong bộ môn đặc biệt thầy: TS……………., cùng đồng đội, bạn bè, tôi đã hoàn thành đồ án theo đúng tiến độ với tên đồ án: “ Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao độ êm dịu cho xe chỉ huy ”. Với các nội dung đã thực hiện như sau:

1. Giới thiệu chung về hệ thống treo. Phân tích kết cấu trong hệ thống treo và đưa ra ưu nhược điểm của từng loại hệ thống treo cũng như những áp dụng cụ thể trên các loại ôtô khác nhau.

2. Đưa ra các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động của  xe ôtô.

4. Xây dựng mô hình khảo sát cũng như thiết lập các hệ phương trình vi phân mô  tả dao động của ôtô và mô hình phẳng, đồng thời có ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink vào để khảo sát dao động của ôtô thông qua việc xây dựng các hàm truyền ĐTTSBĐ và tìm đáp ứng thời gian đem lại kết quả nhanh và chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống trước đây. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến độ êm dịu chuyển động của ôtô dựa trên các chỉ tiêu đã đưa ra.

5. Trên cơ sở đã khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến độ êm dịu chuyển động của ôtô tôi đưa ra các giải pháp nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động cho xe chỉ huy.

Hướng nghiên cứu tiếp:

- Xem xét tính chất phi tuyến của hệ thống treo và có kể đến hiện tượng “tách bánh”. Có thể xem xét hệ thống này trong lý thuyết điều khiển tối ưu, lý thuyết điều khiển phi tuyến.

- Tiến hành lắp đặt và thử nghiêm các loại hệ thống treo mới có nhiều ưu điểm hơn so với hệ thống treo phụ thuộc loại nhíp lá trước đây của xe chỉ huy như: Hệ thống treo độc lập, hệ thống treo bán tích cực, hệ thống treo khí nén đối với xe chỉ huy nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe.

- Tiến hành khảo sát với mô hình không gian

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Việt Anh - Nguyễn Hoàng Hải. Lập trình matlab và ứng dụng. NXB khoa học và kỹ thuật - 2005

[2]. Nguyễn Hữu Cần. Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo. Tập II. NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp - 1971

[3]. Nguyễn Tăng Cường. MATLAB. HVKTQS - 2001

[4]. Trần Xuân Hiển. Phương trình vi phân ĐHBKHN

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