LUẬN văn THẠC sĩ HAY nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống treo đến dao động của xe đua fsae
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.42 MB, 93 trang )
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
------------------------------
NGUYỄN KIỀU HƯNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ
KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG
CỦA XE ĐUA FSAE
Chuyên ngành
Mã số
: Kỹ thuật Cơ khí động lực
: 8520116
LUẬN VĂN THẠC SĨ
THÁI NGUYÊN - 2018
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
-----------------------------
NGUYỄN KIỀU HƯNG
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ
KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG
CỦA XE ĐUA FSAE
Chuyên ngành
Mã số
: Kỹ thuật Cơ khí động lực
: 8520116
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KHOA CHUYÊN MÔN
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
PGS.TS. LÊ VĂN QUỲNH
TS. NGUYỄN KHẮC TUÂN
THÁI NGUYÊN - 2018
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
i
LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên: Nguyễn Kiều Hưng
Học viên: Lớp Cao học K18 - Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại
học Thái Nguyên
Nơi công tác:
Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết
cấu hệ thống treo đến dao động xe đua FSAE
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực
Mã số: 8520116
Đây là cơng trình nghiên cứu của tơi với sự hướng dẫn của thầy giáo
TS. Nguyễn Khắc Tuân. Trong quá trình làm luận văn tơi có sử dụng tài liệu
tham khảo là một số đề tài nghiên cứu, một số tiêu chuẩn ISO, tiêu chuẩn Việt
Nam và kế thừa một số kết quả nghiên cứu của các đề tài đã được ứng dụng
để làm cơ sở cho luận văn.
Tôi cam đoan các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực, chưa
từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Thái Nguyên, ngày
tháng năm 2018
Tác giả
Nguyễn Kiều Hưng
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập, nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sỹ, tôi đã
nhận được sự truyền đạt, trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của q thầy
cơ trong Nhà trường, Khoa Kỹ thuật Ơ tô & Máy động lực Trường Đại học
Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên và các đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn đến Ban Giám hiệu nhà trường, Tổ đào tạo
sau đại học - Phòng Đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình
hướng dẫn tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn này.
Tôi xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân và
tập thể cán bộ giáo viên Khoa Kỹ thuật Ơ tơ & Máy động lực đã hướng dẫn
cho tơi hồn thành luận văn.
Trong q trình thực hiện, mặc dù đã có nhiều cố gắng song do kiến thức
và kinh nghiệm chun mơn cịn hạn chế nên luận văn cịn nhiều thiếu sót, rất
mong được sự đóng góp của q thầy cơ và các bạn đồng nghiệp để luận văn
được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
Tác giả
Nguyễn Kiều Hưng
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
iii
MỤC LỤC
NỘI DUNG
TRANG
LỜI CAM ĐOAN
i
LỜI CẢM ƠN
ii
DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN
vi
DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
vii
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
xii
PHẦN MỞ ĐẦU
1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
1
2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
1
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU
2
5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
4
1.1. Giới thiệu về xe F-SAE (Formula Student)
4
1.2. Giới thiệu về hệ thống treo xe đua sinh viên
5
1.2.1. Phân tích đặc điểm cấu tạo của hệ thống treo xe đua sinh
5
viên
1.2.2. Một số sơ đồ hệ thống treo thực tế
7
1.3. Tổng quan các nghiên cứu dao động xe đua sinh viên FSAE
10
1.3.1. Trong nước
10
1.3.2. Trên thế giới
11
1.4. Các tiêu chuẩn đánh giá sự êm dịu chuyển động của ô tô
13
1.4.1. Tần số dao động
14
1.4.2. Gia tốc và vận tốc dao động
14
1.4.3. Cơng suất dao động
15
1.4.4. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động
16
1.4.5. Chỉ tiêu đánh giá tải trọng động bánh xe
17
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
iv
1.4.6. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với môi trường
17
1.4.7. Chỉ tiêu về độ bền chi tiết
18
1.4.8. Chỉ tiêu về khơng gian bố trí hệ thống treo
18
1.4.9. Chỉ tiêu về độ bám của bánh xe với mặt đường
19
1.4.10. Cường độ dao động
19
1.5. Kết luận chương 1
19
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DAO
21
ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN
2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG Ô TÔ
21
2.1.1. Phương pháp thực nghiệm
21
2.1.2. Phương pháp mô phỏng nghiên cứu dao động ô tơ
25
2.2. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP MƠ PHỎNG NGHIÊN
32
CỨU DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN
2.2.1. Mơ hình dao động ¼ xe
33
2.2.2. Mô phỏng dao động của hệ thống khi sử dụng phần mềm
34
Matlab/Simulink
2.2.3. Mô phỏng bằng phần mềm Adams
35
2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
41
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG
42
SỐ KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG XE ĐUA
SINH VIÊN
3.1. THIẾT KẾ MƠ HÌNH XE ĐUA FSAE BẰNG PHẦN MỀM
42
ADAMS
3.2. THIẾT LẬP CÁC THƠNG SỐ, CHẠY MƠ HÌNH VÀ
43
XUẤT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRONG ADAMS
3.3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT
46
CẤU HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG XE ĐUA FSAE
3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ chuyển động đến dao
46
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
v
động của xe
3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống
51
treo đến dao động của xe đua sinh viên FSAE
3.4. Kết luận chương 3
62
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
63
TÀI LIỆU THAM KHẢO
64
CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
67
PHỤ LỤC
68
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN VĂN
TÊN BẢNG BIỂU
TRANG
Bảng 1.1. Một số hệ thống treo trên xe FSAE
12
Bảng 1.2. Mối liên hệ giữa tần số dao động với gia tốc và vận
15
tốc dao động
Bảng 1.3. Đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo tiêu chuẩn
16
ISO 2631-1
Bảng 3.1. Thông số xe đua sinh viên FSAE do trường Đại học
46
Kỹ Thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên chế tạo
Bảng 3.2. Gia tốc theo phương thẳng đứng khi Ct = Cc và thay
54
đổi K
Bảng 3.3. Gia tốc theo phương thẳng đứng khi Kt = Kc và thay
55
đổi C
Bảng 3.4. Gia tốc theo phương thẳng đứng khi V = 90 km/h;
58
thay đổi K và C
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
vii
DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN
TÊN HÌNH VẼ
TRANG
Hình 1.1. Phần tử dẫn hướng của hệ thống treo
6
Hình 1.2. Cấu tạo một bên của hệ thống treo của xe đua FSAE
7
Hình 1.3. Cấu tạo của địn ngang dạng chữ A
7
Hình 1.4. Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau
8
ngang theo xe
Hình 1.5. Hai giảm chấn trước song song khung hai bên xe, hai
8
giảm chấn sau dọc theo xe
Hình 1.6. Một giảm chấn trước ngang xe, một giảm chấn sau dọc
xe
8
Hình 1.7. Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau đặt
thằng đứng
9
Hình 1.8. Hai giảm chấn trước hợp thành hình chữ V, hai giảm
9
chấn sau dọc theo xe
Hình 1.9. Giảm giảm chấn trước và hai giảm chấn sau đặt thẳng
đứng
9
Hình 1.10. Xe FSAE trường Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Thái
Ngun chế tạo
10
Hình 1.11. Sơ đồ liên hệ của hệ thống Người - Xe - Đường
13
Hình 2.1. Bệ thử dao động ơ tơ loại băng chuyển động
22
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý bệ thử dao động ô tơ kiểu thủy lực
23
điện từ
Hình 2.3. Các đường cong dao động của ơ tơ được ghi trên bệ
23
thử
Hình 2.4. Thí nghiệm xác định độ lắc ngang của ô tô
24
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
viii
Hình 2.5. Sơ đồ các phương pháp mơ phỏng
26
Hình 2.6. Phương pháp mơ phỏng thơng qua thiết lập hệ phương
27
trình vi phân
Hình 2.7. Mơ phỏng dao động ơ tơ trên phần mềm Universal
29
Machenie
Hình 2.8. Mơ phỏng hệ thống treo bằng phần mềm Adams
30
Hình 2.9. Hai giảm chấn thẳng đứng, với hai địn chữ A
31
Hình 2.10. Hai giảm chấn đặt ngang, với hai địn chữ A
31
Hình 2.11. Hai giảm chấn đặt thẳng trên hai địn chữ A
31
Hình 2.12. Mơ hình dao động ¼ xe
33
Hình 2.13. Lực tác dụng lên khối lượng được treo và khơng được
34
treo
Hình 2.14. Cấu trúc Simulink nghiên cứu dao động mơ hình ¼ xe
35
Hình 2.15. Mơ hình ¼ hệ thống treo theo Adams
37
Hình 2.16. Màn hình mơ phỏng và in kết quả trong Adams
38
Hình 2.17. Gia tốc theo phương thẳng đứng của khối lượng được
39
treo
Hình 2.18. Gia tốc theo phương Z của khối lượng khơng được
40
treo
Hình 3.1. Mơ hình hệ thống treo trước
42
Hình 3.2. Mơ hình hệ thống treo sau
43
Hình 3.3. Mơ hình tồn xe
43
Hình 3.4. Đồ thị khi thay đổi thông số của hệ số cản
44
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
ix
Hình 3.5. Đồ thị thay đổi thơng số của lị xo
44
Hình 3.6. Gia tốc dài của khung theo phương X
45
Hình 3.7. Gia tốc dài của khung theo phương Y
45
Hình 3.8. Gia tốc dài của khung theo phương Z
45
Hình 3.9. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo
phương Z khi K = 200000 N/m
47
Hình 3.10. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo
47
phương Z khi K = 150000 N/m
Hình 3.11. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo
48
phương Z khi K = 100000 N/m
Hình 3.12. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo
48
phương Z khi K = 50000 N/m
Hình 3.13. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo
49
phương Z khi K = 25000 N/m
Hình 3.14. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo
49
phương Z khi C = 10000 N.s/m
Hình 3.15. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo
50
phương Z khi C = 75000 N.s/m
Hình 3.16. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo
50
phương Z khi C = 5000 N.s/m
Hình 3.17. Gia tốc bình phương trung bình của khung theo
51
phương Z khi C = 2500 N.s/m
Hình 3.18. Gia tốc theo phương Z khi Ct = Cc; Kt = 0,25Kc
52
Hình 3.19. Gia tốc theo phương Z khi Ct = Cc; Kt = 0,5Kc
52
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
x
Hình 3.20. Gia tốc theo phương Z khi Ct = Cc; Kt = 1,5Kc
53
Hình 3.21. Gia tốc theo phương Z khi Ct = Cc; Kt = 2Kc
53
Hình 3.22. Gia tốc khung xe theo phương Z khi thay đổi K và giữ
54
nguyên C
Hình 3.23. Gia tốc theo phương Z khi Kt = Kc; Ct = 02,5Cc
55
Hình 3.24. Gia tốc theo phương Z khi Kt = Kc; Ct = 0,5Cc
55
Hình 3.25. Gia tốc theo phương Z khi Kt = Kc; Ct = 1,5Cc
55
Hình 3.26. Gia tốc theo phương Z khi Kt = Kc; Ct = 2Cc
56
Hình 3.27. Gia tốc khung xe theo phương Z khi thay đổi C và giữ
57
nguyên K
Hình 3.28. Gia tốc bình phương trung bình khung xe theo
58
phương Z khi thay đổi cả C và K với v = 90km/h
Hình 3.29. Gia tốc bình phương trung bình khung xe theo
59
phương Z khi thay đổi cả C và K với v = 10km/h
Hình 3.30. Gia tốc bình phương trung bình khung xe theo
59
phương Z khi thay đổi cả C và K với v = 60km/h
Hình 3.31. Gia tốc bình phương trung bình khung xe theo
60
phương Z khi thay đổi cả C và K với v = 70km/h
Hình 3.32. Gia tốc bình phương trung bình khung xe theo
60
phương Z khi thay đổi cả C và K với v = 80km/h
Hình 3.33. Vùng gia tốc khung xe theo phương Z khi thay đổi C
61
Hình 3.34. Vùng gia tốc khung xe theo phương Z khi thay đổi K
62
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
xi
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
Thông số
TT
Ký
Đơn
hiệu
vị
1
Khối lượng được treo
M
kg
2
Khối lượng không được treo
m
kg
3
Độ cứng của phần tử đàn hồi hệ thống treo
K1
N/m
4
Độ cứng của phần tử đàn hồi lốp
K2
N/m
5
Hệ số cản của giảm chấn hệ thống treo
C1
N.s/m
6
Hệ số cản của giảm chấn lốp
C2
N.s/m
7
Lực tác dụng từ bộ phận đàn hồi hệ thống treo
KK1
N
8
Lực tác dụng từ bộ phận đàn hồi lốp
KK2
N
KC1
N
KC2
N
cm
Z
cm
q
N
9
10
11
12
13
Lực tác dụng từ bộ phận giảm chấn hệ thống
treo
Lực tác dụng từ bộ phận giảm chấn lốp
Chuyển vị hệ thống treo theo phương thẳng
đứng
Chuyển vị thân xe theo phương thẳng đứng
Lực tác dụng từ mặt đường theo phương thẳng
đứng
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
1
PHẦN MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Xe đua sinh viên (Formula Student) hay còn gọi là Formula SAE là
cuộc thi được tổ chức bởi hiệp hội kỹ sư ô tô SAE (Society of Automotive
Engineers) dành cho sinh viên các trường Đại học và Cao đẳng chuyên ngành
kỹ thuật trên toàn thế giới, được bắt đầu vào năm 1981. Tuy nhiên, ở Việt
Nam đây vẫn được coi là sân chơi hoàn toàn mới mẻ. Mặc dù vậy, cũng đã có
một số trường nghiên cứu và chế tạo thành cơng như Đại học Kỹ Thuật Công
Nghiệp – Đại học Thái Nguyên cho ra đời chiếc xe đua sinh viên thế hệ thứ
nhất. Năm 2014, nhóm sinh viên Đại học Bách Khoa Hà Nội cũng cho ra đời
chiếc xe đua sinh viên và đã mang sang Nhật thi đấu. Đó là niềm tự hào của
khơng chỉ sinh viên mà cịn của tất cả những ai theo ngành cơ khí động lực ở
Việt Nam.
Vì lý do đó, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của các
thông số kết cấu hệ thống treo đến dao động của xe đua FSAE” làm luận
văn thạc sĩ dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân. Trong
luận văn này, tác giả sử dụng mơ hình xe đua sinh viên của trường Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên và một số cơng trình nghiên
cứu trước đó để làm tư liệu. Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng các
thông số kết cấu đến độ êm dịu chuyển động của xe đua sinh viên, từ đó chọn
ra những thơng số tối ưu cho hệ thống. Luận văn dựa trên tiêu chuẩn về gia
tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động (theo tiêu chuẩn ISO
2631-1 (1997-E)). Kết quả của luận văn đã đưa ra được bộ thông số thiết kế
tối ưu cho hệ thống treo xe FSAE nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của
xe.
2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Mục đích nghiên cứu:
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
2
Xây dựng được mơ hình cho phép mơ phỏng hoạt động, nghiên cứu ảnh
hưởng của các thông số kết cấu hệ thống treo nhằm nâng cao tính êm dịu
chuyển động của xe đua sinh viên FSAE.
Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu trong luận văn là hệ thống treo xe đua sinh viên
do nhóm tác giả Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái
Nguyên thiết kế và chế tạo.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu thông qua phương pháp mơ hình hóa hệ thống và mơ
phỏng số bằng phần mềm chuyên dụng.
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU
Ý nghĩa khoa học của nghiên cứu:
- Việc nghiên cứu thơng qua mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống treo
cho phép nghiên cứu một cách chi tiết ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau
đến động học và động lực học của ô tô mà không cần đến mơ hình thực;
- Phương pháp nghiên cứu trong luận văn cho phép áp dụng nghiên cứu
cho các hệ thống treo trên các loại ô tô khác nhau;
- Sử dụng phương pháp nghiên cứu có thể giúp lựa chọn được các
thông số kết cấu hợp lý, làm cơ sở định hướng khoa học cho giai đoạn thiết kế
ban đầu.
Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu:
Luận văn cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ
thống treo đến độ êm dịu chuyển động của xe, từ đó xác định được vùng
thơng số kết cấu tối ưu của các chi tiết trong hệ thống treo trên ô tơ. Đây có
thể là một tài liệu tham khảo cho việc tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống treo
trên các ô tô khác nhau. Nếu được áp dụng trong thực tế nó sẽ góp phần giảm
chi phí, tiết kiệm thời gian và giảm giá thành sản phẩm do giảm được thời
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
3
gian nghiên cứu thực nghiệm. Do vậy, đề tài có ý nghĩa thực tiễn lớn nhất là
trong sự phát triển của xe đua sinh viên FSAE.
5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
Luận văn nghiên cứu các nội dung sau:
Chương I. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG
TREO XE ĐUA SINH VIÊN
+ Giới thiệu về xe F-SAE (Formula Student);
+ Giới thiệu về hệ thống treo xe đua sinh viên;
+ Tổng quan về các nghiên cứu;
+ Các tiêu chuẩn đánh giá;
+ Kết luận chương1.
Chương II. PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG TRONG NGHIÊN CỨU
DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN
+ Vấn đề mô phỏng trong kỹ thuật;
+ Các phương pháp mô phỏng;
+ Mô phỏng dao động của xe đua sinh viên bằng phương pháp xây
dựng hệ phương trình;
+ Mơ phỏng dao động của xe đua sinh viên bằng phương pháp mô tả
vật và liên kết;
+ Phân tích lựa chọn phương phương pháp mơ phỏng dao động xe đua
FSAE.
Chương III. NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN VỚI
SỰ TRỢ GIÚP CỦA PHẦN MỀM ADAM
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến dao động xe đua
FSAE bằng phần mềm Adam;
+ Nghiên cứu tối ưu một số thơng số chính của xe đua FSAE.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
4
CHƯƠNG I.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Mục đích chương này là nghiên cứu tổng quan về xe đua và hệ thống
treo xe đua sinh viên FSAE; phân tích các nghiên cứu có liên quan đến dao
động xe đua sinh viên FSAE; tìm hiểu các tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu
chuyển động của ơ tơ nói chung từ đó đề xuất nội dung nghiên cứu của đề tài.
1.1. Giới thiệu về xe F-SAE (Formula Student)
Xe đua sinh viên (Formula Student) là chiếc xe có thể đạt tốc độ lên
đến 100 km/h, có nghĩa bằng khoảng 1/3 tốc độ tối đa của một chiếc xe F1
ngoài trường đua.
Mỗi bộ phận, hệ thống trên xe được quy định rõ ràng trong bộ luật do
ban tổ chức đưa ra 21 . Trong đó, một số tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng để
một chiếc xe đua sinh viên được phép tham gia vào cuộc thi như sau:
+ Hình dạng xe:
- Xe phải có bốn bánh và khoang lái hở (giống xe đua công thức 1);
- Chiều dài cơ sở của xe phải không nhỏ hơn 1525 mm;
- Vết bánh trước hoặc bánh sau không nhỏ hơn 75% của vết bánh lớn
nhất.
+ Về động cơ:
Động cơ trên xe đua sinh viên được quy định phải là loại động cơ 4 kỳ,
dung tích xy lanh không vượt quá 600cm3, công suất động cơ được giới hạn
không quá 100 mã lực (tương đương khoảng 74 Kw).
+ Hệ thống treo:
- Mỗi chiếc xe đua sinh viên được tùy chọn sử dụng hệ thống treo.
Nhưng để đảm bảo tối ưu về độ êm dịu và ổn định hướng chuyển động, các
đội đua thường sử dụng hệ thống treo độc lập Mac Pherson hoặc hệ thống treo
xương đòn kép (Double – Wishbone Suspension);
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
5
- Xe phải được trang bị hệ thống treo đầy đủ với giảm chấn trước và
sau, bánh xe dịch chuyển một khoảng ít nhất là 50,8 mm với 25,4 mm khi nén
và 25,4 mm khi trả;
- Kích thước lốp khơng nhỏ hơn 203,2 mm;
- Xe sử dụng lốp khô, nếu lốp ướt thì talong lốp (hoa lốp) phải lớn hơn
2,4 mm.
+ Hệ thống lái:
- Phải tác dụng lên ít nhất hai bánh xe;
- Cho phép hành trình tự do là 7 độ;
- Phải là hệ thống lái cơ khí với bánh trước dẫn động.
+ Hệ thống phanh:
- Xe phải được trang bị hệ thống phanh tác động lên bốn bánh xe thông
qua một sự tác động điều khiển;
- Hệ thống phanh phải có hai đường dầu độc lập;
- Đèn phanh tối thiểu là 15 W.
+ Hệ thống truyền lực:
- Có thể dùng xích, đai hay một vài loại khác.
+ Hệ thống khí xả:
- Phải được trang bị giảm âm.
+ Về độ an toàn:
Các quy tắc hay bộ luật do ban tổ chức đưa ra đều nhằm mục đích an
tồn cho các tay đua. Trên một chiếc xe đua kiểu này bắt buộc phải có bộ
phận để giảm va đập đặt ở mũi xe (impact attenuator), hệ thống phanh thủy
lực, đai an toàn,…
1.2. Giới thiệu về hệ thống treo xe đua sinh viên
1.2.1. Phân tích đặc điểm cấu tạo của hệ thống treo xe đua sinh viên
Để đảm bảo tối ưu về độ êm dịu và ổn định hướng chuyển động, các xe
đua sinh viên thường sử dụng hệ thống treo độc lập Mac Pherson hoặc hệ
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
6
thống treo xương đòn kép (Double – Wishbone Suspension). Mỗi hệ thống
treo phía trước và phía sau đều được bố trí hai càng chữ A. Hệ thống treo loại
này cịn được gọi là hệ thống treo độc lập trên hai địn ngang.
Hình 1.1. Phần tử dẫn hướng của hệ thống treo
1- Bánh xe; 2- Đòn trên; 3- Khớp trụ trên; 4- Khớp cầu trên; 5- Khớp
cầu dưới; 6- Khớp trụ dưới
Hình 1.1 mơ tả hệ treo độc lập trên hai đòn ngang, bao gồm một đòn
ngang trên, một đòn ngang dưới có các đầu trong liên kết với khung, vỏ xe
bằng khớp trụ, các đầu ngoài liên kết bằng khớp cầu với đòn đứng. Đòn
đứng nối cứng với trục bánh xe. Địn đứng có chức năng như trụ đứng
trong hệ thống treo phụ thuộc. Bánh xe có thể quay quanh đường nối tâm
của hai khớp cầu. Hai bên bánh xe đều dùng hệ treo này và được đặt đối
xứng qua mặt phẳng dọc giữa xe.
Khớp cầu: Ràng buộc chuyển vị tương đối tại một điểm. Như vậy khớp
cầu hạn chế 3 bậc tự do tịnh tiến, còn lại 3 bậc tự do quay.
Khớp trụ: Ràng buộc 5 bậc tự do, chỉ cho phép phần tử tịnh tiến dọc.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
7
Hình 1.2. Cấu tạo một bên của hệ thống treo của xe đua FSAE [24]
Các đòn chữ A được cấu tạo tương đơn đối đơn giản, gồm hai ống thép
hợp kim hàn lại với nhau tạo ra một góc khoảng 450, đầu trong liên kết với
khung hay vỏ xe bằng khớp trụ cịn các đầu ngồi liên kết bằng khớp cầu
với địn đứng.
Hình 1.3. Cấu tạo của địn ngang dạng chữ A [25]
1.2.2. Một số sơ đồ hệ thống treo thực tế
Có rất nhiều cách bố trí hệ thống treo trên xe đua sinh viên tùy thuộc
vào cách đặt bộ phận giảm chấn. Sau đây tác giả sẽ giới thiệu một số hệ
thống treo được ưa chuộng cho một chiếc xe FSAE [6,11,24,25].
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
8
Hình 1.4. Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau ngang theo xe
Hình 1.5. Hai giảm chấn trước song song khung hai bên xe, hai giảm chấn
sau dọc theo xe
Hình 1.6. Một giảm chấn trước ngang xe, một giảm chấn sau dọc xe
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
9
Hình 1.7. Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau đặt thằng đứng
Hình 1.8. Hai giảm chấn trước hợp thành hình chữ V, hai giảm chấn sau dọc
theo xe
Hình 1.9. Giảm giảm chấn trước và hai giảm chấn sau đặt thẳng đứng
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
10
Hình 1.10. Xe FSAE trường Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Thái Nguyên chế tạo [4]
1.3. Tổng quan các nghiên cứu dao động xe đua sinh viên FSAE
Đã có rất nhiều nghiên về dao động xe đua sinh viên ở trong và ngồi
nước nhằm lựa chọn ra các thơng số tối ưu cho hệ thống treo trên ô tô. Dưới
đây, tác giả giới thiệu một số cơng trình nghiên cứu dao động điển hình.
1.3.3. Trong nước
Xe đua sinh viên là một lĩnh vực rất mới mẻ với sinh viên Việt Nam.
Tuy nhiên, đã có một số cơng trình nghiên cứu về dao động ơ tơ sinh viên như
sau:
- Cơng trình “Giải mã công nghệ thiết kế, chế tạo xe đua sinh viên FSAE” [4]. Tác giả TS. Nguyễn Khắc Tuân, đề tài cấp cơ sở, Đại học Kỹ Thuật
Công Nghiệp – Đại học Thái Ngun, 2013. Trong cơng trình này, tác giả đã
xây dựng được mơ hình dao động khơng gian xe đua sinh viên, từ đó thiết kế
nên chiếc xe đua FSAE. Tác giả đã dùng chỉ tiêu gia tốc bình phương trung
bình để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe đua sinh viên này và cho ra
kết quả đáp ứng được yêu cầu đề ra.
- Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống treo cho xe Formula Student 1 ,
Nguyễn Thành Công, 2014. Luận văn Thạc sỹ, Trường Đại học Kỹ Thuật
Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Trong cơng trình này, tác giả sử dụng
hệ thống treo trên chiếc xe đua sinh viên do nhóm nghiên cứu thuộc đại học
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
11
Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên chế tạo năm 2013. Tác giả đã
sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng hệ thống treo và chỉ tiêu về gia tốc
bình phương trung bình theo thời gian để đánh giá độ êm dịu chuyển động
của xe. Qua đó, tác giả đã lựa chọn được bộ thông số kết cấu tối ưu cho hệ
thống treo xe đua sinh viên FSAE.
- Nghiên cứu dao động ô tô bằng phần mềm Adams, Vũ Khắc Trai,
2011 [5]. Luận văn Thạc sỹ, Trường Học viện Kỹ thuật Qn sự. Trong cơng
trình này, tác giả nghiên cứu dao động của ô tô bằng phương pháp hệ nhiều
vật và mơ hình hóa hệ dao động số. Đồng thời tác giả có giới thiệu sơ lược về
phần mềm Adam car và dùng mơ hình hệ thống treo có sẵn trong thư viện để
khảo sát dao động của ô tô.
- Thiết kế, chế tạo xe đua sinh viên thuộc nhóm sinh viên đại học Bách
Khoa Hà nội. Nhóm tác giả đã cho ra đời một chiếc xe đua hoàn chỉnh và đã
mang sang Nhật thi đấu năm 2014 với mã số 86. Đây là chiếc xe đua sinh
viên đầu tiên của Việt Nam tham gia thi đấu trên trường quốc tế.
1.3.4. Trên thế giới
Xe đua sinh viên là lĩnh vực được các nhà nghiên cứu ô tô trên thế giới
rất quan tâm. Hàng năm, có những cuộc thi được tổ chức để tạo điều kiện cho
sinh viên trên tồn thế giới tham gia thi tài. Từ đó, những chiếc xe mang
thương hiệu sinh viên được ra đời. Dưới đây là một số nghiên cứu về dao
động xe đua sinh viên trên thế giới:
- Race Car Vehicle Dynamics [16], Milliken; William F. & Milliken;
Douglas L. (1995), SAE Inc, USA. Cuốn sách này đặt ra những quy định kỹ
của chiếc xe đua nói chung và các nội quy để các đội tham gia cuộc thi tuân
theo.
- Dynamik der Fahrzeuge [14], Mitschke. (1970). Cuốn sách đó gồm
200 trích dẫn; riêng quyển B viết về dao động ơtơ. Trong đó hầu hết ông đề
cập đến các mô hình dao động của ô tô du lịch.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
12
- Một số đội đua trên thế giới cho ra đời những chiếc xe đua sinh viên
khá hoàn chỉnh cả về thiết kế lẫn tính năng vận hành, đặc biệt là hệ thống
treo. Hầu hết các đội đều sử dụng phần mềm Adam để thiết kế chiếc xe đua
sinh viên của mình.
Bảng 1.1. Một số hệ thống treo trên xe FSAE [22]
ĐỘI XE
KÝ HIỆU XE
HỆ THỐNG
HỆ THỐNG
TREO TRƯỚC
TREO SAU
FSM3 Indigo (2009)
ĐỘI MADI
FSM3 Indigo (2010)
Hai càng A và
Hai càng A và
FSM4 Rebel (2011)
thanh đẩy
thanh kéo
Iguana Evo4 (2012)
Hai càng A và
Hai càng A và
Iguana Generation 6
thanh đẩy
thanh kéo
Hai càng A và
Hai càng A và
thanh đẩy
thanh kéo
FSM5 (2012)
Iguana Evo (2009)
ĐỘI MAMI
(2013)
ĐỘI Bauman
Racing
BRT-2
Nhìn chung, các nghiên cứu đều tập trung vào một số vấn đề sau:
- Nghiên cứu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô;
- Nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô thông qua việc nghiên cứu
các hệ thống treo và các phần tử hệ thống treo;
- Nghiên cứu nguồn gây dao động;
- Giải bài toán dao động ô tô.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add
