----- 1 ----LỜI CAM ĐOAN
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------------------------------
Đây là đề tài nghiên cứu khoa học của tôi với sự hƣớng dẫn của thầy
giáo TS. Lê Quốc Phong. Trong quá trình xây dựng luận văn, tôi có sử dụng
tài liệu tham khảo là một số đề tài nghiên cứu về lĩnh vực ô tô và thừa kế một
số kết quả nghiên cứu của các đề tài đã đƣợc ứng dụng nhƣ: Báo cáo tổng kết
đề tài NCKH cấp bộ về nghiên cứu ảnh hƣởng của biên dạng đƣờng đến tải
trọng tác dụng lên ôtô tại quốc lộ 1A đoạn Hà Nội-Lạng Sơn, Trƣờng
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
ĐHGTVT Hà Nội; Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ôtô tải
MÔ PHỎNG DAO ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
VÀ XEM XÉT ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ LÊN ĐỘ ÊM DỊU
CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ DU LỊCH
nhiều cầu, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trƣờng ĐHBK Hà Nội, ... để làm cơ sở
cho luận văn.
Tôi cam đoan đề tài của tôi không có sự trùng lặp với các đề tài đã
nghiên cứu trƣớc đó.
Thái nguyên, ngày
Ngành :
Mã số:23.0
Học viên:
Người HD Khoa học:
tháng 10 năm 2009
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY
Học viên
NGUYỄN TÂN CHÍNH
TS. LÊ QUỐC PHONG
Nguyễn Tân Chính
Khoa đào tạo SĐH
Người HD khoa học
Học viên
Lê Quốc Phong
Nguyễn Tân Chính
THÁI NGUYÊN - 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 2 -----
----- 3 -----
MỤC LỤC
Trang
2.2.3. Khối lƣợng đƣợc treo (thân xe)
43
2.2.4. Khối lƣợng của động cơ
48
Mục lục
2
2.3. Các yếu tố phi tuyến có thể có trong mô hình dao động
51
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
4
2.3.1. Các đặc tính phi tuyến
51
Danh mục các hình vẽ và bảng biểu
9
2.3.2. Phi tuyến do đặc tính động học của phần tử đàn hồi
52
LỜI NÓI ĐẦU
11
2.3.3. Phi tuyến do đăc tính động học của cơ cấu dẫn hƣớng
52
Chƣơng I. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
13
2.3.4. Đặc tính phi tuyến của giảm chấn thuỷ lực
53
1.1. Tổng quan về tình hình phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam
13
2.3.5. Mô phỏng ma sát khô
54
1.1.1. Nhu cầu về ôtô và định hƣớng của chính phủ
13
2.4. Nghiên cứu mấp mô mặt đƣờng
55
1.1.2. Thực trạng các cơ sở lắp ráp ôtô ở Việt Nam
17
2.4.1. Các phƣơng pháp định hàm kích động mặt đƣờng
55
1.2. Sơ lƣợc tình hình nghiên cứu dao động của ôtô
18
2.4.2. Cơ sở lý thuyết hàm ngẫu nhiên
56
1.2.1. Nghiên cứu dao động của ôtô trên thế giới
18
2.4.3. Chọn hàm kích động ngẫu nhiên mặt đƣờng
58
1.2.2. Nghiên cứu dao động ôtô ở Việt Nam
22
1.2.3. Mục tiêu và phƣơng pháp nghiên cứu của luận án
23
Chƣơng 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SIMULINK-MATLAB 7.0
ĐỂ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ
1.3. Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô
25
3.1. Sơ đồ mô phỏng dao động của động cơ
1.3.1. Đánh giá độ êm dịu chuyển động
25
3.1.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể
1.3.2. Chỉ tiêu về tải trọng động
27
3.1.2. Sơ đồ các khối chức năng
1.3.3. Chỉ tiêu về không gian bố trí treo
29
3.2. Thông số mô phỏng
Chƣơng II. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG TƢƠNG
ĐƢƠNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
30
3.3. Một số kết quả đánh giá
2.1. Xây dựng mô hình dao động tƣơng đƣơng của động cơ
30
3.3.2. Các chuyển vị và gia tốc theo phƣơng thẳng đứng của thân xe
2.1.1. Các khái niệm tƣơng đƣơng
30
2.1.2. Các giả thiết
31
2.1.3. Mô hình dao động tƣơng đƣơng
32
3.3.3. Khảo sát thông số dao động của động cơ đến độ êm dịu
chuyển động
Chƣơng 4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
85
2.2. Thiết lập hệ phƣơng trình vi phân mô tả dao động của động cơ
35
4.1.Kết luận
85
2.2.1. Khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc
37
4.2. Kiến nghị
86
40
TÀI LIỆU THAM KHẢO
2.2.2. Khối lƣợng không đƣợc treo sau
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3.3.1. Lực của hệ thống treo tác dụng lên vỏ xe:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
87
----- 4 -----
----- 5 -----
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Đơn vị
Giải nghĩa
KL1
Nm/s
Hệ số cản giảm chấn lốp cầu trƣớc
KL1
Nm/s
Hệ số cản giảm chấn lốp cầu sau
Knn1
Nm/s
Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén nhẹ hệ thống treo
phía trƣớc
Khối lƣợng không đƣợc treo cầu sau phải
Knm1
Nm/s
kg
Khối lƣợng đƣợc treo của xe (không tính khối lƣợng của
động cơ) khi đầy tải
Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén mạnh hệ thống
treo phía trƣớc
Ktn1
Nm/s
Mdc
kg
Khối lƣợng động cơ
Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả nhẹ hệ thống treo
phía trƣớc
Jx
Nms2
Mô men quán tính khối lƣợng đƣợc treo đối với trục
quay Y
Ktm1
Nm/s
Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả mạnh hệ thống
treo phía trƣớc
Jy
Nms2
Mô men quán tính khối lƣợng đƣợc treo đối với trục
quay X
Knn2
Nm/s
Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén nhẹ hệ thống treo
phía trƣớc
Jdcx
Nms2
Mô men quán tính khối lƣợng động cơ đối với trục quay
Y1
Knm2
Nm/s
Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén mạnh hệ thống
treo phía trƣớc
Jdcy
Nms2
Mô men quán tính khối lƣợng động cơ với trục quay X 1
Ktn2
Nm/s
Bdc
m
Chiều rộng của động cơ tính vị trí bắt 2 bu lông
Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả nhẹ hệ thống treo
phía sau
Nm/s
m
Chiều dài của động cơ tính vị trí bắt 2 bu lông
Ktm2
Ldc
Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả mạnh hệ thống
treo phía sau
L
m
Chiều dài cơ sở ô tô
G1
KG
Trọng lƣợng đặt lên cầu trƣớc khi ô tô đầy tải
BT
m
Vết bánh xe cầu trƣớc
Trọng lƣợng đặt lên cầu sau khi ô tô đầy tải
BS
m
Vết bánh xe cầu sau
a
m
Khoảng cách trọng tâm a
b
m
Ký hiệu
Đơn vị
Giải nghĩa
m1T
kg
Khối lƣợng không đƣợc treo cầu trƣớc trƣớc trái
m1P
kg
Khối lƣợng không đƣợc treo cầu trƣớc trƣớc phải
m2T
kg
Khối lƣợng không đƣợc treo cầu sau trái
m2T
kg
M
G2
KG
( -z)
m
Khoảng cách trọng tâm b
fndyn
m
Độ võng động hành trình nén của hệ treo
m
Độ võng động hành trình trả của hệ treo
Chuyển vị tƣơng đối giữa khối lƣợng không đƣợc treo
và khối lƣợng đƣợc treo.
C1
N/m
Độ cứng nhíp của hệ thống treo trƣớc
ftdyn
C2
N/m
Độ cứng nhíp của hệ thống treo sau
CL1P
N/m
Độ cứng lốp xe phía trƣớc bên phải xe
K1
Nm/s
Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo trƣớc
CL1T
N/m
Độ cứng lốp xe phía trƣớc bên trái xe
K2
Nm/s
Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo sau
KL1P
Ns/m
Hệ số cản giảm chấn của lốp xe phía trƣớc bên phải
Ns/m
Hệ số cản giảm chấn của lôp xe phía trƣớc bên trái
N/m
Độ cứng lốp xe phía sau bên phải xe
CL1
N/m
Độ cứng lốp cầu trƣớc
KL1T
CL2
N/m
Độ cứng lốp cầu sau
CL2P
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 6 ----Ký hiệu
Đơn vị
CL2P
N/m
KL2P
----- 7 -----
Giải nghĩa
Ký hiệu
Đơn vị
Độ cứng lốp xe phía sau bên trái xe
rad
Chuyển động quay của động cơ quanh trục Y1
Ns/m
Hệ số cản giảm chấn của lốp phía sau bên phải
Fqt1T
N
Lực quán tính khối lƣợng m1T bên trái
KL2T
Ns/m
Hệ số cản giảm chấn của lốp phía sau bên trái
FCL1T
N
Lực đàn hồi của bánh xe phía trƣớc bên trái
V
m/s
FKL1T
N
Lực giảm chấn của bánh xe phía trƣớc bên trái
FC1T
N
Lực đàn hồi của hệ thống treo trƣớc bên trái
FK 1T
N
Lực giảm chấn của hệ thống treo trƣớc bên trái
Fqt1P
N
Lực quán tính khối lƣơng m1P bên phải
FCL1P
N
Lực đàn hồi của bánh xe phía trƣớc bên phải
Độ cứng lò xo vị trí lắp động cơ thứ ba
FKL1P
N
Lực giảm chấn của bánh xe phía trƣớc bên phải
N
Lực đàn hồi của hệ thống treo trƣớc bên phải
Vận tốc chuyển động của ôtô
Trọng tâm của động cơ
T1
Cđc1
N/m
Độ cứng lò xo vị trí lắp động cơ thứ nhất
Kđc1
Nm/s
Hệ số cản của giảm chấn vị trí lắp động cơ thứ nhất
Cđc2
N/m
Độ cứng lò xo vị trí lắp động cơ thứ hai
Kđc2
Nm/s
Hệ số cản của giảm chấn vị trí lắp động cơ thứ hai
Cđc3
N/m
Giải nghĩa
Kđc3
Nm/s
Hệ số cản của giảm chấn vị trí lắp động cơ thứ ba
FC1P
Cđc4
N/m
Độ cứng lò xo vị trí lắp động cơ thứ tƣ
FK1P
N
Lực giảm chấn của hệ thống treo trƣớc bên phải
Hệ số cản của giảm chấn vị trí lắp động cơ thứ tƣ
FCL2T
N
Lực đàn hồi của bánh xe phía sau bên trái
N
Tổng các ngoại lực tác dụng lên vật
FKL2T
N
Lực giảm chấn của bánh xe phía sau bên trái
N
Tổng các lực quán tính tác dụng lên vật
FC 2T
N
Lực đàn hồi của khối lƣợng treo sau bên trái
rad
Chuyển động quay quanh trục Y
FK 2T
N
Lực giảm chấn của hệ thống treo saubên trái
rad
Chuyển động quay quanh trục X
FCL 2 P
N
Lực đàn hồi của bánh xe sau bên phải
1T
m
Toạ độ suy rộng khối lƣợng không đƣợc treo phia trƣớc
bên trái
FKL2 P
N
Lực giảm chấn của bánh xe sau bên phải
FC 2 P
N
Lực đàn hồi của hệ thống treo sau bên phải
1P
m
Toạ độ suy rộng khối lƣợng không đƣợc treo phia trƣớc
bên phải
FK 2 P
N
Lực giảm chấn của hệ thống treo sau bên phải
2T
m
Toạ độ suy rộng khối lƣợng không đƣợc treo phia sau
bên trái
Fqtdc
N
Lực quán tính của đông cơ
FdcC1
N
Lực đàn hồi của vị trí bắt động cơ thứ nhất
FdcK 1
N
Lực giảm chấn của vị trí bắt động cơ thứ nhất
FdcC 2
N
Lực đàn hồi của vị trí bắt động cơ thứ hai
FdcK 2
N
Lực giảm chấn của vị trí bắt động cơ thứ hai
FdcC 3
N
Lực đàn hồi của vị trí bắt động cơ thứ ba
Kđc4
F
Fqt
2P
Nm/s
m
trọng tâm của động cơ
T1
Toạ độ suy rộng khối lƣợng không đƣợc treo phia sau
bên phải
rad
Chuyển động quay của động cơ quanh trục X1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 8 -----
----- 9 ----DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Ký hiệu
Đơn vị
Giải nghĩa
FdcK 3
N
Lực giảm chấn của vị trí bắt động cơ thứ ba
FdcC 4
N
FdcK 4
N
Bảng 1.1. Dự kiến sản lƣợng ô tô các loại đến năm 2020
13
Bảng 1.2. Biểu cân đối năng lực, nhu cầu và bổ sung sản lƣợng ô tô đến năm
2010
14
Lực đàn hồi của vị trí bắt động cơ thứ tƣ
Lực giảm chấn của vị trí bắt động cơ thứ tƣ
Hình 2.1. Mô hình dao dao động của động cơ trong ôtô con hai cầu
33
Eq
Kỳ vọng toán học hoặc giá trị tung độ trung bình của các
mấp mô mặt đƣờng
Hình 2.2. Mô hình dao dao động trƣơng đƣơng của động cơ trong ôtô
con hai cầu
34
K
Số lƣợng các giá trị đo đạc
Hình .2.3. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cơ hệ
36
qi
Giá trị độ cao mấp mô tại điểm đo thứ i
Hình 2.4. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc trái
38
Pi
Xác suất xuất hiện độ cao mấp mô thứ i
Hình 2.5. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc phải
39
Dy
Phƣơng sai các mấp mô
Hình 2.6. Sơ đồ lực tác dụng của khối lƣợng không đƣợc treo sau trái
40
Hình 2.7. Sơ đồ lực tác dụng của khối lƣợng không đƣợc treo sau
42
Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe
42
Hình 2.9. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lƣợng đƣợc treo(của động cơ)
48
Hình 2.10. Hệ treo 2 đòn ngang
53
Hình 2.11. Kết quả đo mấp mô mặt đƣờng quốc lộ 1A (đoạn 1)
61
Hình 2.12. Kết quả đo mấp mô đã qua xử lý (đoạn 1)
61
Hình 2.13. Kết quả đo mấp mô mặt đƣờng quốc lộ 1A (đoạn 2)
62
Hình 2.14. Kết quả đo mấp mô đã qua xử lý (đoạn 2)
62
Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động động cơ
63
Hình 3.2. Sơ đồ mô tả khối kích động mặt đƣờng
64
Hình 3.3- Sơ đồ mô tả khối các lực lốp xe trƣớc trái và phải
65
Hình 3.4. Sơ đồ mô tả khối các lực lốp xe sau trái và phải
65
Hình 3.5. Mô tả các chuyển vị của khối lƣợng không đƣợc treo
66
Hình 3.6. Sơ đồ mô tả đặc tính phi tuyến của hệ số cản giảm chấn của
hệ thống treo phía trƣớc
Hình 3.7. Sơ đồ mô tả đặc tính phi tuyến của hệ số cản giảm chấn của
hệ thống treo phía trước
67
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
67
----- 10 -----
----- 11 ----LỜI NÓI ĐẦU
Hình 3.8.. Sơ đồ các lực tác dụng của hệ thống treo phía sau
68
Hình 3.9. Sơ đồ mô tả đặc tính phi tuyến của hệ số cản giảm chấn của
hệ thống treo phía sau
68
Hình 3.10. Sơ đồ khối mô tả khối vỏ xe
69
tướng chính phủ về việc phê duyệt chiến lược công nghiệp ôtô Việt Nam đến
Hình 3.11. Sơ đồ khối các lực hệ thống treo của động cơ
70
năm 2010. Trong đó nhấn mạnh đến công nghệ chế tạo các linh kiện, các
Hình 3.12. Sơ đồ khối mô tả các chuyển vị của động cơ
71
cụm, các hệ thống của ôtô mang thương hiệu Việt Nam. Tuy nhiên hiện nay
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe minibus 8 chỗ ngồi MEFA5LAVI-304
72
ngành công nghiệp ôtô Việt Nam cũng mới chỉ dừng lại ở sản xuất một số chi
Hình 3.13. Lực tác dụng lên vỏ xe ở các vị trí bắt bu lông động cơ ở
trƣờng hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi nhƣ đệm đàn hồi.
75
Hình 3.14.Lực tác dụng lên vỏ xe ở các vị trí bắt bu lông động cơ ở
trƣờng hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi nhƣ đệm đàn hồi chỉ đặc
trƣng Cdc
76
Hình 3.15. Lực tác dụng lên vỏ xe ở các vị trí bắt bu lông động cơ ở
trƣờng hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi nhƣ đệm đàn hồi chỉ đặc
trƣng Cdc tăng.
77
Hình 3.16.Chuyển vị và gia tốc theo phƣơng thẳng đứng ở vị trí trọng
tâm xe ở trƣờng hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi nhƣ đệm đàn
hồi chỉ đặc trƣng C dc và Kdc
78
Hình 3.17.Chuyển vị và gia tốc theo phƣơng thẳng đứng ở vị trí trọng
tâm xe ở trƣờng hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi nhƣ đệm đàn
hồi chỉ đặc trƣng C dc
79
Hình 3.18.Chuyển vị và gia tốc theo phƣơng thẳng đứng ở vị trí trọng
tâm thân xe ở trƣờng hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi nhƣ đệm
đàn hồi chỉ đặc trƣng C dc tăng
80
Hình 3.19. Độ lêch quân phƣơng gia tốc theo phƣơng thẳng đứng khi
Cdc thay đổi
81
Hình 3.20. Độ lêch quân phƣơng gia tốc theo phƣơng thẳng đứng khi
Kdc thay đổi
83
Hiện nay công nghiệp ôtô Việt Nam phát triển rất nhanh thông qua các
cơ chế của Nhà nước, cụ thể là Quyết định số: 175/2002/QĐ-TTg của Thủ
tiết, cụm chi tiết và lắp ráp dựa trên dây truyền của nước ngoài.
Theo số liệu thống kê trong những năm gần đây đã có nhiều nhà khoa
học Việt Nam cũng như Thế giới đã quan tâm nghiên cứu ảnh hưởng của dao
động đến độ êm dịu chuyển động của ô tô và giảm ảnh hưởng của dao động
của ôtô đến đường giao thông. Tuy nhiên đối tượng nghiên cứu của các nhà
khoa học là nghiên cứu về hệ thống treo, hệ thống lốp xe, khối lượng không
được treo, vv Nhằm nâng cao độ êm dịu và giảm thiểu khả năng phá huỷ
đường của các phương tiện tham gia giao thông. Qua tìm hiểu các tài liệu
nghiên cứu và các cơ sở lắp ráp ở Việt Nam tác giả nhận thấy các nhà khoa
học Việt Nam chưa quan tâm đến dao động của động cơ đốt trong ảnh hưởng
đến độ êm dịu chuyển động của ô tô. Chính vì vậy nghiên cứu dao động của
động cơ đốt trong ảnh hưởng đến độ êm dịu của ôtô là rất cần thiết.
Chính vì các lý do trên tác giả chọn đề tài “Mô phỏng dao động của
động cơ đốt trong và xem xét ảnh hưởng của nó lên độ êm dịu chuyển động
của ô tô du lịch” làm đề tài của luận án thạc sỹ của mình dưới sự hướng dẫn
khoa học của thầy giáo TS. Lê Quốc Phong.
Đây là một mảng đề tài khá rộng, trong khuôn khổ thời gian có hạn của
một luận văn cao học, tác giả chọn lĩnh vực nghiên cứu về ảnh hưởng của các
thông số kết cấu của đệm đàn hồi ở các vị trí lắp ráp động cơ với vỏ xe.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 12 -----
----- 13 -----
Thông số các đệm đàn hồi được đặc trưng bởi độ cứng và hệ số cản ảnh
Chương I
hưởng đến độ em dịu chuyển động ôtô. Để đạt được các mục đích đó trong đề
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
tài giải quyết những vấn đề sau:
1.1. Tổng quan về tình hình phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam
- Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô
1.1.1. Nhu cầu về ôtô và định hướng của chính phủ
trong điều kiện đường xá Việt Nam, phù hợp với người Việt Nam.
Theo Quyết định số 177/2004/QĐ-TTg ngày 5 tháng 10 năm 2004 của
- Xây dựng mô hình dao động động cơ xe du lịch lắp ráp tại Việt Nam.
Thủ tƣớng Chính phủ về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành công
- Thiết lập hệ phương vi phân mô tả dao động của động cơ xe du lịch
nghiệp ôtô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến 2020. Trong Quy hoạch
lắp ráp tại Việt Nam.
tình bày Quan điểm và mục tiêu phát triển nhƣ sau:
- Ứng dụng thành công kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A Hà
Nội – Lạng Sơn vào bài toán dao động động cơ.
- Quan điểm phát triển: Công nghiệp ô tô là ngành công nghiệp rất
quan trọng cần đƣợc ƣu tiên phát triển để góp phần phục vụ có hiệu quả quá
- Giải hệ phương trình vi phân mô tả dao động bằng phần mềm Matlab
trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá và xây dựng tiềm lực an ninh, quốc phòng
của đất nƣớc; trên cơ sở thị trƣờng và hội nhập với nền kinh tế thế giới; lựa
Simulink 7.0.
- Nghiên cứu và đề xuất bộ thông số kết cấu đệm đàn hồi ở các vị trí
lắp động cơ lên vỏ xe theo quan điểm độ êm dịu.
chọn các bƣớc phát triển thích hợp, khuyến khích chuyên môn hoá - hợp tác
hoá nhằm phát huy lợi thế, tiềm năng của đất nƣớc; trên cơ sở tiếp thu công
Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo
nghệ tiên tiến của thế giới, kết hợp với việc đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu -
hướng dẫn khoa học TS. Lê Quốc Phong người hướng dẫn trực tiếp tôi trong
phát triển trong nƣớc và tận dụng có hiệu quả cơ sở vật chất, trang thiết bị
suốt thời gian làm luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy trong
hiện có, nhằm nhanh chóng đáp ứng nhu cầu trong nƣớc về các loại xe thông
Khoa Cơ khí, Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, các bạn
dụng với giá cả cạnh tranh, tạo động lực thúc đẩy các ngành công nghiệp hỗ
bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
trợ trong nƣớc phát triển nhằm đẩy nhanh quá trình sản xuất linh kiện, phụ
Do trình độ của bản thân và thời gian còn hạn nên đề tài chắc chắn
tùng trong nƣớc; phải phù hợp với chính sách tiêu dùng của đất nƣớc và phải
không tránh khỏi những sai sót nhất định, rất mong nhận được sự đóng góp
bảo đảm đồng bộ với việc phát triển hệ thống hạ tầng giao thông; các yêu cầu
của các thầy, độc giả quan tâm để đề tài hoàn thiện hơn.
về bảo vệ và cải thiện môi trƣờng.
Thái Nguyên, ngày
tháng 10 năm 2009
Tác giả
- Mục tiêu phát triển:
Bảng 1.1. Dự kiến sản lƣợng ô tô các loại đến năm 2020.
Nguyễn Tân Chính
TT
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2005
Tổng số ô tô
120.000
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Đơn vị: xe
2010
239.000
2020
398.000
----- 14 ----TT
2005
----- 15 ----2010
2020
Loại xe
Sản lƣợng
Năng lực
Sản lƣợng
yêu cầu năm
hiện tại
cần bổ sung
2010 (dự
năm 2003
năm 2010
báo)
8.000
36.000
28.000
2
Xe con đến 5 chỗ ngồi
32.000
60.000
116.000
3
Xe con từ 6 - 9 chỗ ngồi
3.000
10.000
28.000
4
Xe khách
15.000
36.000
79.900
+ 10 - 16 chỗ ngồi
9.000
21.000
44.000
+ 10 16 chỗ ngồi
21.000
21.000
ĐT thêm
+ 17 - 25 chỗ ngồi
2.000
5.000
11.200
+ 17 25 chỗ ngồi
5.000
5.000
ĐT thêm
+ 26 - 46 chỗ ngồi
2.400
6.000
15.180
+ 26 46 chỗ ngồi
+ > 46 chỗ ngồi
1.600
4.000
9.520
7.000
6.000
(đến 2010)
Xe tải
68.000
127.000
159.800
5
6
STT
3
4
Xe khách
Không cần
ĐT thêm
+ > 46 chỗ ngồi
2.000
4.000
2.000
Xe tải
14.000
127.000
113.000
ĐT thêm
+ Đến 2 tấn
40.000*
57.000*
50.000
+ > 2 tấn - 7 tấn
14.000
35.000
53.700
+ Đến 2 tấn
10.000
57.000
47.000
ĐT thêm
+ > 7 tấn - 20 tấn
13.600
34.000
52.900
+ > 2 tấn - 7 tấn
4.000
35.000
31.000
ĐT thêm
+ > 20 tấn
400
1.000
3.200
+ > 7 tấn - 20 tấn
34.000
34.000
ĐT thêm
Xe chuyên dung
2.000
6.000
14.400
1.000
1.000
ĐT thêm
6.000
6.000
ĐT thêm
+ > 20 tấn
5
Xe chuyên dùng
300
Nguồn: Quyết định 175/2000/QĐ-TTg
Kể cả thay thế 55.000 xe vận chuyển nông thôn (xe công nông) trong
Định hƣớng đầu tƣ: Giao các doanh nghiệp nhà nƣớc nhƣ: Tổng công
thời gian từ nay đến hết 2007.
Trên cơ sở cân đối năng lực hiện tại và nhu cầu dự báo, dự kiến sản
Bảng 1.2. Cân đối năng lực, nhu cầu và bổ sung sản lƣợng ô tô đến năm 2010
Đơn vị: xe
Sản lƣợng
Năng lực
Sản lƣợng
yêu cầu năm
STT
Loại xe
hiện tại
cần bổ sung
Ghi chú
2010 (dự
năm 2003
năm 2010
báo)
1
Xe con đến 5 chỗ
100.000 60.000
Không cần
ĐT thêm
Xe con từ 6 - 9 chỗ
4.000
10.000
(đến 2010)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ty Công nghiệp ô tô Việt Nam, Tổng công ty Máy động lực và Máy nông
nghiệp, Tổng công ty Than Việt Nam, Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải
lƣợng ô tô bổ sung đến 2010 nhƣ Biểu sau.
2
Ghi chú
6.000
Đầu tƣ thêm
Sài Gòn đảm nhiệm vai trò nòng cốt trong ngành công nghiệp ô tô Việt Nam,
xây dựng và triển khai các dự án đầu tƣ sản xuất, lắp ráp ô tô và phụ tùng theo
hƣớng:
+ Tổng công ty Công nghiệp ô tô Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp
xe khách, xe tải cỡ trung và nhỏ, xe con, động cơ, hộp số, cụm truyền động.
+ Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp: tập trung sản xuất,
lắp ráp xe khách, xe tải trung và nhỏ, động cơ, hộp số, cụm truyền động.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 16 -----
----- 17 -----
+ Tổng công ty Than Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp xe tải
hạng trung và nặng, xe chuyên dùng và các thiết bị công tác kèm theo.
+ Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải Sài Gòn: tập trung lắp ráp,
sản xuất xe khách, xe chuyên dùng và một số loại phụ tùng ô tô.
Trong những năm gần đây với sự phát triển của cơ sở hạ tầng, mặng
Vì vậy từng bƣớc nâng cao tỷ lệ nội địa hoá sản phẩm và trong tƣơng lai
không xa chúng ta có thể sản xuất những xe ôtô mang thƣơng hiệu Việt Nam.
Với chủ trƣơng nhƣ vậy, nhiều nhà máy đã đƣợc đầu tƣ nâng cấp và đầu tƣ
mới đáp ững nhu cầu phát triển chung của ngành công nghiệp ôtô Việt Nam.
1.1.2. Thực trạng các cơ sở lắp ráp ôtô ở Việt Nam
lƣới đƣờng xuyên quốc gia và liên tỉnh phát triển, kể cả các đƣờng làm mới và
Đến thời điểm hiện nay trên cả nƣớc đã có các cơ sở lắp ráp ôtô có
nâng cấp dựa trên các dự án xây dựng và nâng cấp đƣờng quốc gia đƣợc Tổ
thƣơng hiệu nhƣ: Vinamotor; Cơ khí ôtô Đà Nẵng; Trƣờng Hải; Samco;
chức Ngân hàng Thế giới và các dự án khác, do vậy đã có nhiều tuyến đƣờng
Vinaxuki; Daewoo; Hino; Mercedes-Benz ...
có chất lƣợng cao đảm bảo cho xe ôtô chạy với tốc độ cao và an toàn. Giải
- Các sản phẩm của Vinamotor (Công ty cơ khí ôtô 1-5, công ty ôtô 3-
pháp nâng cấp hạ tầng giao thông đƣợc cải thiện, từ đó nhu cầu về sử dụng xe
2, ...) thuộc Tổng công ty công nghiệp ôtô Việt Nam rất đa dạng, các cơ sở
ôtô ngày càng lớn, các xe có chất lƣợng cao ra đời để đáp ứng nhƣ cầu sử
này đã sản xuất và lắp ráp các chủng loại ôtô khách từ 24 80 ghề ngồi dựa
dụng của của những khách hàng khó tính. Cùng đó, việc ban hành nghị định
trên dây truyền lắp ráp của Hàn Quốc, đã đáp ứng đƣợc hàng nghìn xe khách
số 23/2004/NĐ-CP của Chính phủ ngày 13/1/2004 quy định niên hạn sử dụng
mỗi năm, phục vụ đắc lực cho yêu cầu vận tải hành khách (xe khách công
ôtô đã loại bỏ hàng ngàn ôtô chở khách quá hạn sử dụng. Trên cả nƣớc sẽ có
cộng) ở các thành phố.
trên 31.000 xe ôtô quá hạn sử dụng phải loại bỏ, hơn 55.000 xe vận chuyển
nông thôn phải thay thế vì vậy nhu cầu về xe ôtô là rất lớn. Riêng Thành phố
Hồ Chí Minh có nhu cầu thay thế hàng ngàn xe buýt loại: 45-50 chỗ ngồi và
7.000 xe lam cần đƣợc thay thế bằng xe 6-8 chỗ ngồi.
- Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp: tập trung sản xuất,
lắp ráp xe khách, xe tải trung và nhỏ, động cơ, hộp số, cụm truyền động.
- Tổng công ty Than Việt Nam: tập trung sản xuất, lắp ráp xe tải hạng
trung và nặng, xe chuyên dùng và các thiết bị công tác kèm theo.
Theo số liệu của Bộ Công nghiệp (nay là bộ Công Thƣơng), hiện cả
nƣớc có trên 200 doanh nghiệp tham gia sản xuất, lắp ráp, sửa chữa ôtô và chế
- Tổng công ty Cơ khí giao thông vận tải Sài Gòn: tập trung lắp ráp, sản
xuất xe khách, xe chuyên dùng và một số loại phụ tùng ô tô.
tạo phụ tùng ôtô, trong đó có khoảng 90 cơ sở sản xuất, lắp ráp ôtô. Tuy
- Các công ty Ôtô Đà Nẵng, Trƣờng Hải, Vinaxuki đã sản xuất và lắp
nhiên, chƣa có nhà máy nào đầu tƣ hoàn chỉnh vào chế tạo các bộ phận quan
ráp các loại ôtô tải cỡ nhẹ và cỡ trung, xe chở khách từ 24-45 chỗ với sản
trọng của xe nhƣ động cơ, hộp số và hệ thống truyền động. Trong khi theo
lƣợng bán ra hàng năm từ 500-1.000 xe các loại trên mỗi đơn vị. Đó là những
một số nhận định, khi sản xuất đƣợc động cơ xe có nghĩa là đã có nền công
cơ sở sản xuất có uy tín và phù hợp với nhu cầu sử dụng của ngƣời Việt Nam.
nghiệp ôtô phát triển tốt.
- Tổng công ty SAMCO
Quy hoạch này cũng đã phân tích đánh giá năng lực của các cơ sở sản
Sài Gòn sản xuất và lắp ráp các loại ôtô
khách cỡ 24-45 chỗ ngồi. Các xe do SAMCO sản xuất, lắp ráp có tính năng
xuất hiện nay và đề ra nhu cầu bổ sung sản lƣợng sản xuất ôtô đến năm 2020.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 18 -----
----- 19 -----
kỹ thuật khá cao và đều có nguồn gốc cơ bản của hãng Isuzu (Nhật Bản)
nên có sức cạnh tranh lớn, đặc biệt là ở thị trƣờng phía Nam.
- Hai hãng liên doanh là Daewoo và Mercedes-Benz đều sản xuất các
loại xe chở khách tiên tiến, rất đƣợc ƣa chuộng ở các thành phố lớn nhƣ Hà
Nội, Thành Phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đã Nẵng. Đó là những xe có chất
lƣợng cao, có sức cạnh tranh lớn về chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
đừng ngày càng nghiêm trọng. Nghiên cứu để hoán thiện các kết cấu của
ôtô nhằm nâng cao an toàn chuyển động và giảm ảnh hƣởng sấu của dao động
đến sực khoẻ con ngƣời và các công trình giao thông là một nhu cầu cấp thiết
của nhiều Quốc gia.
Nghiên cứu về dao động của ô tô nói riêng và động lực học ôtô nói
chung ngày càng đƣợc quan tâm đúng mức. Ôtô là môt liên kết của một hệ
Tất cả các cơ sở sản xuất, lắp ráp ôtô trên đây thực chất là các cơ sở lắp
nhiều vật (MBS), các khối lƣợng đó liên kết với nhau bằng các phần tử có đặc
ráp xe trên cơ sở các phụ từng nhập khẩu. Phần công việc chính thực hiện
tính phi tuyến phức tạp. Ví dụ nhƣ đặc tính giảm chấn, đặc tính đàn hồi, sự va
trong nƣớc là sản xuất khung, vỏ, các chi tiết phụ trợ bằng công nghệ hàn,
chạm của bánh xe.
sơn, lắp ráp nội thất, gia cơ khí các chi tiết phụ trợ. Với mức đầu tƣ trang thiết
Những mô hình đơn giản thông thƣờng chỉ có thể xác định đƣợc các
bị còn khiêm tốn, chất lƣợng của các sản phẩm lắp ráp trong nƣớc còn ở mức
chuyển động (dao động) riêng rẽ, độc lập ở phƣơng dọc (X), phƣơng ngang
hạn chế. Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ôtô chở khách chủ yếu cho thị
(Y) và phƣơng thẳng đứng (Z). Do các yếu tố phi tuyến xuất phát từ động lực
trƣờng trong nƣớc hiện nay nhờ có ƣu thế về giá thành.
học của hệ thống treo, sự biến dạng của lốp và tách bánh xe không đƣợc mô tả
Qua phân tích ở trên chúng ta thấy công nghiệp ôtô Việt Nam chỉ dừng
lại ở phần lắp ráp, sản xuất khung, vỏ, bố trí nội thất, tiện nghi và một số chi
trong các mô hình tuyến tính, nên kết quả nghiên cứu của dao động ôtô tuyến
tính thƣờng không chính xác.
tiết phụ trợ. Trong đó công nghệ lắp ráp là phần quan trọng nhất, mặc dù vậy
Mô hình gần thực với ôtô cần đáp ừng các yêu cầu sau: Không hạn chế
nhƣng vấn đề dao động của động cơ đốt trong có ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến
chuyển động (dao động), không gian của toàn xe; xác lập đƣợc động học,
độ êm dịu của ôtô, ảnh hƣởng gì đến sức khoẻ con ngƣời thì chƣa đƣợc chú ý
động lực học phi tuyến của hệ thống treo; xác lập đƣợc động lực học phi
quan tâm đúng mức. Trong đề tài này tác giả tập trung nghiên cứu dao động
tuyến của bánh xe.
của động cơ đột trong ảnh hƣởng đến độ êm dịu của ôtô nhƣ thế nào và sử
dụng phần mềm Matlab Simulink giải phƣơng trình vi phân mô tả dao động.
Độ êm dịu của chuyển động ôtô là chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất
lƣợng ôtô. Do vậy vấn đế dao động của ô tô đƣợc các nhà khoa học, các
1.2. Sơ lược tình hình nghiên cứu dao động của ôtô
chuyên gia sản xuất ôtô trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu với các
1.2.1. Nghiên cứu dao động của ôtô trên thế giới
hƣớng nghiên cứu nhƣ sau:
Ngành ôtô thê giới đã phát triển trên 100 năm. Những sản phẩm của nó
* Nghiên cứu các chỉ tiếu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô:
ngày càng chứa hàm lƣợng công nghệ cao hơn, ôtô ngày càng chạy nhanh
Sự phối hợp nghiên cứu của các chuyên gia thuộc nhiều lĩnh vực nhƣ:
hơn, số lƣợng ngày càng nhiều. Những yếu tố phát triển đột biến đó đã đƣa
Công nghệ ôtô; bảo hộ lao động, y tế, tập trung chủ yếu ở các vấn đề: Nghiên
đến những áp lực mới cho xã hội nhƣ: tai nạn gia thông, mức độ phá huỷ
cứu dao động ảnh hƣởng đến sức khoẻ con ngƣời và tìm ra các vùng thông số
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 20 -----
----- 21 -----
của dao động nhƣ tần số, vận tốc, gia tốc, biên độ dao động ảnh hƣởng đến
khiển là giảm chấn dạng ON-OFF đã khảo sát đặc tính tần số- biên độ của
sức khoẻ con ngƣời. Vấn đề ảnh hƣởng của các biên độ và tần số rung động
gia tốc khối lƣợng phần đƣợc treo, dịch chuyển của hệ thống treo và của lốp
đối với cơ thể con nguời Trong đó có 02 công trình nổi tiếng của
xe với tác động đầu vào có vận tốc dịch chuyển theo phƣơng thẳng đứng ngẫu
M.V.Vinôgrađôv và Anđreva Galania. Công trình nghiên cứu của Vinôgrađôv
nhiên. Trong những năm gần đây đã ứng dựng điều khiển mở dùng để điều
nghiên cứu ảnh hƣởng của rung động toa xe đối với cơ thể hành khách và đƣa
khiển giảm chấn của các tác giả Titli và Roukieh điều khiển tối ƣu hơn
ra chỉ số xác định mức độ ảnh hƣởng rung động đối với con ngƣời theo tần số
phƣơng pháp điều khiển ON-OFF.
và biên độ. Anđreva Galinia cũng nghiên cứu ảnh hƣởng của rung động và có
kết luận mức độ ảnh hƣởng của rung động đến các loại bênh tật con ngƣời.
Đƣa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của chuyển động của các ôtô
phụ thuộc vào sự phát triển của khoa học của từng nƣớc, phụ thuộc vào tâm
Cùng với sự phát triển của hệ thống treo bán tích cực (semi active
suspension) thì hệ thống treo tích cực (active suspension) cũng phát triển song
song có nghĩa là hệ thống treo điều khiển hai thông số là điều khiển phần tử
giảm chấn và điều khiển phần tử đàn hồi của các hệ thống treo.
sinh lý hành khách của mỗi nƣớc và các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác
* Nghiên cứu nguồn gây dao động:
nhau.
Dao động của ôtô khi chuyển động không phải dao động tự do mà là
* Nghiên cứu các hệ thống treo và các phần tử hệ thống treo nhằm
nâng cao chất lượng của độ êm dịu chuyển động của ôtô:
dao động cƣỡng bức, trong đó có nguồn gây kích thích xuất phát từ mấp mô
đƣờng. Từ thập kỷ 50, các nƣớc phát triển trên thế giới nhƣ: Mỹ Anh, Pháp ...
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là các ngành
đã có nhiều công trình nghiên cứu về công nghệ, thiết bị và đã ban hành các
công nghệ thông tin, điều khiển tự động, công nghệ vật liệu ... đã góp phần
quy trình đo đạc, đánh giá chất lƣợng đƣờng ôtô thông qua chỉ tiêu độ mấp
không nhỏ để phát triển công nghiệp ôtô. Các hệ thống ôtô, trong đó hệ thống
mô. Nghiên cứu phƣơng pháp đo đạc và sử lý các số số liệu để tìm ra các quy
treo và các phần tử của hệ thống treo đã đƣợc cải tiến đáng kể theo hƣớng
luật của mốp mô đƣờng là một vấn đề rộng lớn đƣợc nhiều tác gải trên thế
nâng cao chất lƣợng của độ êm dịu chuyển động của ôtô. Năm 1974 phần tử
giới quan tâm và các hƣớng nghiên cứu nhƣ sau: Mô hình hoá mấp mô mặt
giảm chấn đƣợc điều khiển đầu tiên đƣa vào áp dụng cho hệ thống treo đã
đƣờng (thực hiện việc mô hình hoá, các tác giả phải khảo sát các loại mặt
đánh dấu một bƣớc ngoặt quan trọng trong nghiên cứu hoàn thiện hệ thống
đƣờng, từ đó phân chia đƣờng ra từng loại. Trong đó tác giả Yasenko và
treo. Từ đó một loạt các công trình ra đời nhƣ: Hai tác giả Kqrrnop, Crosby và
Prutrikôp trong các công trình nghiên cứu của mình đã phân chia các dập mấp
Harwood sử dụng giảm chấn có điều khiển dạng ON-OFF trên mô hình với
mô). Phƣơng pháp thực nghiệm (đo đạc trực tiếp trên mặt đƣờng bằng các
hệ một bậc tự do đã nghiên cứu, mô tả thành công các đặc tính tần số - biên
thiết bị đặc biệt) quy luật của các mấp mô sẽ đƣợc biểu diễn dƣới dạng số, kết
độ của gia tốc, vận tốc và dịch chuyển của phần khối lƣợng đƣợc treo với các
quả này rất thuận tiện cho việc xử lý bằng máy tính thành các hàm toán học
kích thƣớc đơn giản. Các tác giả Ahmadian và Marjoram bằng việc sử dụng
mô tả mấp mô của đƣờng với sai số có thể chấp nhận đƣợc hoặc bằng các
mô hình treo bán tích cực (semi active suspension) 1/4 xe với các phần tử điều
phép toán xác suất thống kê đối với đại lƣợng ngâu nhiên, rời rạc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 22 -----
----- 23 -----
* Giải bài toán dao động ôtô:
- Công trình [6] “Nguyễn Thanh Hải, khảo sát ôtô nhiều cầu, luận án
Giải bài toán dao động đã đƣợc đƣa ra từ lâu. Từ những năm 50 của thế
thạc sỹ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật Quân sự HN, 2000 nghiên cứu ảnh hƣởng
kỷ 20 E.A.Truđakốp trong các công trình của mình đã đƣa ra mô hình dao
của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu chuyển
động ôtô hai bậc tự do. Từ đó đến nay, mô hình dao động ôtô ngày càng hoàn
động. Trong luận án tác giả giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do với kích
thiện theo hƣớng ngày càng tiến gần sát với mô hình thật và đặc biệt sự phát
động mặt đƣờng là hàm phổ của Iasenko.
triển của công nghệ thông tin thì việc giải quyết các bài toán dao động ngày
- Công trình [10] “Phạm Đình Vi, Zvysovani kvality odpruzeni vozidel,
cảng dễ dàng hơn. Ngày nay, các nhà nghiên cứu đã giải quyết các bài toán
DIS, 1992, BRONO nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo có điều khiển để
dao động phi tuyến trong đó hệ số cản của giảm chấn không phải là hằng số
nâng cao chất lƣợng độ êm dịu chuyển động của ôtô. Trong luận án này các
hoặc hệ số cứng của phần tử đàn hồi cũng không phải hằng số.
tác giả tập trung nghiên cứu hệ thống treo bán tự động với các mô hình và
1.2.2. Nghiên cứu dao động ôtô ở Việt Nam
với kích động mặt đƣờng ngẫu nhiên với các phổ đƣợc đo với các đƣờng ở
Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ôtô nƣớc ta đã có bƣớc
Việt Nam.
phát triển đáng kể và đã đƣợc Nhà nƣớc đặc biệt quan tâm nhƣ đã trình bày
- Công trình [9] “Lƣu Văn Tuấn, Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình,
phần trên. Do vậy một loạt các công trình nghiên cứu về vấn đề dao động ôtô
trên cơ sở đó để tính các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động, Luận án
đã đƣợc ra đời. Sau đâu là một số công trình tiêu biểu:
Tiến sỹ MS 02-01-39, 1993. ĐHBK Hà Nội nghiên cứu hoàn thiện kết cấu
- Công trình cấp nhà nƣớc mạng mã số: 58A-02-04 thuộc chƣơng trình
nhà nƣớc, 58A-02 cũng đã nghiên cứu về rung động trong bảo hộ lao động và
các tác giả đã đƣa ra một số kết quả về vấn đề này.
của các hệ thống treo, kết cấu xe dựa trên quan điển êm dịu, từ đó tác giả tiến
hành tối ƣu hoá các thông số này.
- Công trình nghiên cứu về mấp mô đƣờng và chế tạo thiết bị đo xóc
- Công trình của tác giả Triệu Quốc Lộc, cũng có công trình nghiên cứu
kiểu phản ứng của MDX-73 của GS. Nguyễn Xuân Đào và đƣợc thử nghiệm
về ghế của máy kéo và đã có thiết kế dùng cho máy kéo Việt Nam và bao tay
trên các tuyến đƣờng chính của Việt Nam, từ đó ban hành quy trình của ngành
dùng cho công nhân lái máy kéo.
(TCVN-1015/QĐKT4).
- Công trình của tác giả và PGS.TS Dƣ Quốc Thịnh chủ nhiệm đề tài
- Công trình [11] nghiên cứu ảnh hƣởng của biến dạng mặt đƣờng đến
mang mã số: B91-03, T16/90-CK, T18/91-CK đã có nghiên cứu mạng tính
tải trọng tác dụng lên ôtô tại Quốc lộ 1A. Trong công trình này tác giả đo đạc
chất lý thuyết và định hƣớng về vấn đề dao động.
và thu thập đƣợc số liệu mấp mô biến dạng đƣờng trên tuyến đƣờng 1A Hà
- Công trình nghiên cứu “Nguyễn Tiến Thành, thiết kế hệ thống treo,
Nội- Lạng Sơn, xử lý số liệu và đƣa vào bài toán dao động để xác định tải
tính toán dao động xe ba cầu, ĐATS 2004, ĐHBKHN đã đề ra mục tiêu êm
trọng tác dụng lên ôtô. kết quả bộ số liệu mấp mô biến dạng đƣờng đƣợc sử
dịu cho xe ca. Trong luận án tác giả chủ ý đến mô tả thuộc tính đàn hồi giữa
dụng nguồn kích động dao động trong luận án.
khung và vỏ là yếu tố đặc trƣng cho xe ca - kết cấu khung, vỏ chịu lực.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1.2.3. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu của luận án
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 24 -----
----- 25 -----
Dựa trên cơ sở phân tích ở phần phần trên và đƣợc sự đồng ý của
Để giải hệ phƣơng trình dao động sử dụng phần mền Matlab
thầy hƣớng dẫn khoa học tôi chọn đề tài ‘’Mô phỏng dao động của động cơ đốt
Simulink 7.0 làm công cụ chủ yếu cho việc tính toán và mô phỏng. Đây là
trong và xet xét ảnh hưởng của nó lên độ êm dịu chuyển động của ôtô du lịch’’.
phần mềm hiện nay đƣợc áp dụng nhiều để giải các bài toán về kỹ thuật.
Trong khuôn khổ của một luận án Thạc sĩ khoa học tôi tập chung nghiên cứu
một số vần cơ bản sau đây:
1.3. Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô
* Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu ô tô:
Đánh giá ảnh hƣởng của dao động có tính lịch sử. Trƣớc đây, ngƣời ta
Dựa trên cơ sở các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô của
các tác giả trong, ngoài nƣớc và các kết quả nghiên cứu trong nƣớc về định
mức rung, về ảnh hƣởng của dao động đến sức khoẻ con ngƣời Việt Nam đề
ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của ôtô. Các tiêu chí này phải thoả mãn các
yêu cầu sau đây:
đánh giá ảnh hƣởng dao động ôtô theo 2 chỉ tiêu là độ êm dịu và tải trọng
động, tƣợng trƣng cho sự ảnh hƣởng đến tuổi thọ chi tiết.
Ngày nay, do nhận thức mới về ảnh hƣởng của dao động, các chỉ tiêu
đƣợc xác lập theo tiêu chí mới nhƣ sau:
1. Chỉ tiêu về độ êm dịu
- Phù hợp với sức khoẻ ngƣời Việt Nam.
+ Chỉ tiêu đối với khách;
- Các chỉ tiêu phải ở dạng tƣờng minh và phù hợp với điều kiện Việt
+ Chỉ tiêu đối với hàng hoá.
Nam.
2. Chỉ tiêu về tải trọng động
* Xây dựng mô hình và thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao
+ Chỉ tiêu về độ bền chi tiết;
động:
+ Chỉ tiêu về mức độ phá đƣờng;
- Xây dựng mô hình dao động: xây dựng mô hình dao động động
cơ tƣơng đƣơng cho loại xe du lịch sản xuất ở Việt Nam.
- Thiết lập hệ phương trình vi phân: Trên cơ sở mô hình dao động
+ Chỉ tiêu về an toàn động lực học.
3. Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ treo
1.3.1. Đánh giá độ êm dịu chuyển động
tƣơng đƣơng tiến hành thiết lập hệ phƣơng trình vi phân biểu diễn dao động.
Độ êm dịu chuyển động Drive comfort là một khái niệm chỉ sự cảm
Trong bản luận văn này sử dụng nguyên lý Dalambe để thiết lập hệ phƣơng
nhận chủ quan của con ngƣời ngƣời về dao động. Cảm giác đó đƣợc phỏng
trình vi phân mô tả dao động.
vấn trực tiếp các nhóm ngƣời khác nhau và nhƣ vậy độ êm dịu (ngƣỡng) là
* Giải hệ phương trình vi phân mô tả dao động:
chủ quan. Lĩnh vực này đƣợc đông đảo các nhà khoa học trong ngành cơ kỹ
Sử dụng kết quả đo hàm biểu diễn kích động mặt đƣờng là mật độ phổ
thuật, y tế, bảo hiểm lao động, kỹ thuật chống rung, chống ồn quan tâm.
mặt đƣờng ngẫu nhiên trên quốc lộ 1A tuyến đƣờng Hà Nội – Lạng Sơn của
Các nhà khoa học chỉ ra rằng, dao động có ảnh hƣởng xấu đến ngƣời và
tác giả Đào Mạnh Hùng chủ nhiệm với đề tài cấp bộ mã số B2003-35-42.
hàng hoá; đặc biệt làm giảm khả năng điều khiển của lái xe [8].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 26 -----
----- 27 -----
Chỉ tiêu về độ êm dịu cho hành khách dƣợc Hiệp hội kỹ sƣ Đức VDI
đƣa ra bằng tiêu chuẩn quốc gia VDI [8] và đƣợc Tổ chức Tiêu chuẩn quốc tế
phƣơng gia tốc theo phƣơng thẳng đứng đƣợc xác định theo công thức dƣới
đây:
chấp nhận thành tiêu chuẩn ISO [8].
Z
t
Độ êm dịu chuyển động là cảm giác của con ngƣời, đặc trƣng bởi nhiều
Z
''
c
thông số vật lý. Do đó, ngƣời ta đƣa ra khái niệm Cƣờng độ dao động KB để
'' 2
dt
0
(1.1)
t
Trong đó:
chỉ mức độ ảnh hƣởng của dao động với ngƣời.
Cường độ dao động KB phụ thuộc:
Z’’c- Độ lệch quân phƣơng gia tốc theo phƣơng thẳng đƣng.
- Gia tốc: z’’, y’’, x’’;
Z’’- Gia tốc theo phƣơng thẳng đứng .
- Tần số kích động;
t- Thời gian khảo sát.
- Thời gian kích động.
Theo các nghiên cứu này thì đối với ngƣời Việt Nam thỏa mãn ngồi lên
Cách xác định hệ số KB và sự phụ thuộc của các tham số trong giá trị
các dao động trong thời gian t nhất định vẫn đảm bảo đƣợc độ thỏa mái khi và
chỉ thảo mãn điều kiện Zc’’00,6 g (trong đó g là gia tốc trọng trƣờng).
tham số KB [8].
Theo đó ba ngưỡng được dùng để đánh giá:
1.3.2. Chỉ tiêu về tải trọng động
- KB = 20 giới hạn êm dịu;
Chỉ tiêu này đặc trƣng bởi tải trọng động của cầu xe; nhiều mô hình
- KB = 50 giới hạn điều khiển;
không xác định đƣợc yếu tố này. Muốn xác định đƣợc chỉ tiêu tải trọng động,
- KB = 125 giới hạn gây bệnh lý.
trong mô hình phải xác định đƣợc phản lực từ đƣờng lên bánh xe, khác với
Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá: Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá hiện nay
nhiều tác giả lấy Fzmax = G0kđ.
mới chỉ thấy Hiệp hội Đóng gói Đức BFSV [8]. Dựa vào đó, với nghiên cứu
ảnh hƣởng của dao động với đƣờng, Mitschke [8] đề ra ngƣỡng cho an toàn
Dao động của cầu xe có hai hành trình nén và trả, điều này làm mâu
thuẫn trong mục tiêu thiết kế.
Tải trọng động cực đại (Fzdyn, max) làm giảm tuổi thọ chi tiết, gây tổn hại
hàng hoá nhƣ sau:
- amax = 3m/s2 giới hạn cảnh báo.
cho đƣờng. Hệ số tải trọng động Kdyn, max đánh giá mức độ ảnh hƣởng đến chi
- amax = 3 m/s2 giới hạn can thiệp.
tiết, hệ số áp lực đƣờng W đánh giả mức độ ảnh hƣởng của dao động với
Giới hạn cảnh báo, theo Mitschke [8], là ở đó hệ thống treo hoặc đƣờng
đƣờng.
* Chỉ tiêu về độ bền chi tiết.
xá đã hỏng đến mức phải có kế hoạch sửa chữa ngay.
Theo tài liệu [8] tác giả các đƣa ra đánh giá độ êm dịu chuyển động ô tô
thông qua độ lệch quân phƣơng gia tốc theo phƣơng thẳng đứng dựa theo vào
các công trình nghiên cứu của Viện bảo hộ lao động Việt Nam. Độ lệch quân
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Định nghĩa lại tải trọng chi tiết, tải trọng động cực đại nhƣ sau:
Kdyn, max = 1+
max( Fzdyn )
Fz , st
2,5
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
(1.2)
----- 28 -----
----- 29 -----
Trong đó:
* Chỉ tiêu về an toàn động lực học
Kdyn, max : Hệ số tải trọng động cực đại
Giời hạn chuyển động của ôtô, tức là khả năng truyền lực khi tăng tốc
Fz,dyn : Tải trọng động bánh xe
và phanh, giữ ổn định quỹ đạo chuyển động, đều phụ thuộc vào mức độ tăng
Fz,st : Tải trọng tĩnh bánh xe
giảm tải trọng động của bánh xe xuống đƣờng. Do vậy, ngƣời ta đã tách ra hệ
Với kích động ngẫu nhiêm max (Fz,dyn) đƣợc xác định nhƣ sau:
số tải trọng động cực tiểu Kdyn, min để chỉ ra sự giảm khả năng truyền lực của
T
1
( Fz (t ) Fz , st ) 2 dt
T
Fz FZ , RMS
1,64FZ , RMS
Và: kdyn, max =
Fz , st
(1.3)
bánh xe:
Kdyn, min = 1
min( Fdyn )
1
* Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường
Fz , st
vời 0 kdyn, min 1
Kdyn,min = 0,5
giới hạn cảnh báo [8]
Kdyn, min = 0
giới hạn can thiệp [8]
Sau những năm 1990, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế
1.3.3. Chỉ tiêu về không gian bố trí treo
Chỉ tiêu này chỉ ra khả năng chọn độ võng động và độ võng tĩnh cũng
của cầu và đƣờng trong ngành giao thông ngày càng đƣợc đánh giá cao. Các
nhƣ việc xác lập vị trí đặt vấu hạn chế hành trình treo. Nhiều mô hình trƣớc
nhà nghiên cứu của Anh, Mỹ [8] đã đặt vấn đề nghiên cứu ảnh hƣởng của dao
động ôtô đối với cầu và đƣờng. Ngƣời ta thấy rằng mức độ ảnh hƣởng của
đây đã không chú ý yếu tố đớn giản này:
ftdyn y = max( - z) fndyn
dao động ôtô đến cầu và đƣờng tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe với
Trong đó: ( -z) là chuyển vị tƣơng đối giữa khối lƣợng không đƣợc
đƣờng. Họ đã đƣa ra khái niệm Road stress Coefficient, tạm gọi là hệ số áp
lực đƣờng W, là hệ số có thể đánh giá mức độ ảnh hƣởng của dao động ôtô
treo và đƣợc treo.
Fndyn là độ võng động hành trình nén của hệ treo; vị trí đặt vấu
với cầu và đƣờng. Trong một số tài liệu còn có tên tiếng anh là Dynamic wear
factor. Theo đó, Wilkinson [8] đã nêu ra công thức xác định hệ số áp lực
đƣờng w nhƣ sau:
W = 1+62 +44
=
max( f z ,dyn )
Ftdyn là độ võng động hành trình trả của hệ treo; vị trí đặt vấu hành trình
trả.
(1.4)
Fz , st
tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động thông qua chỉ tiêu độ lệch quân phƣơng
i
z , st
W=
(1.5)
i
F
z , st
gia tốc theo phƣơng thẳng đứng với các lý do sau:
(i )
1
(i )
- Thông qua mô phỏng có thể xác định đƣợc gia tốc theo phƣơng thẳng
đứng và thời gian dao động.
1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Qua phân tích các chỉ tiêu đánh giá mức độ ảnh hƣởng của dao động
cũng nhƣ chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, tác giả chọn chỉ
Khi xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là:
w(i).F
hạn chế hành trình nén.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 30 -----
----- 30 -----
- Thỏa mãn đƣợc điều kiện phù hợp với ngƣời và đƣờng Việt Nam.
Chƣơng II
XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG TƢƠNG ĐƢƠNG
CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
2.1. Xây dựng mô hình dao động tƣơng đƣơng của động cơ
2.1.1. Các khái niệm tƣơng đƣơng
Ôtô là một hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau. Mỗi bộ
phận có khối lượng và thông số đặc trưng cho nó. Bộ phận có tác dụng giảm
các chấn từ mặt đường lên xe là hệ thống treo.
Để tính toán được dao động ôtô một cách dễ dàng ta phải mô tả ôtô
bằng một sơ đồ dao động tương đương. Trong đó sơ đồ tương đương phải có
mặt các thông số liên quan đến dao động của ôtô.
Do vậy trước khi lập sơ đồ dao động tương đương cần phải chỉ ra một
số khái niệm sau:
2.1.1.1. Khối lượng được treo M
Khối lượng được treo M gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng của
chúng tác dụng lên hệ thống treo. Đó là khung, thùng, hàng hoá và một số chi
tiết khác. Giữa chúng thực ra được nối với nhau một cách đàn hồi nhờ các
đệm đàn hồi, ổ tựa đàn hồi bằng cao su, dạ, nỉ, giấy công nghiệp, ... Hơn nữa
bản thân các bộ phận này cũng không phải cứng hoàn toàn, cho nên khối
lượng treo thực ra là một nhóm các khối lượng được liên kết đàn hồi thành
một hệ thống. Tuỳ sơ đồ bố trí cụ thể của ôtô, mà có thể chia khối lượng được
treo thành 2 hoặc nhiều khối lượng, giữa các khối lượng liên kết với nhau
bằng các phần tử đàn hồi và giảm chấn. Tuy nhiên các mối đàn hồi giữa các
thành phần của khối lượng được treo có biến dạng rất nhỏ so với biến dạng
của hệ thống treo và nốp. Cho nên trong trường hợp đơn giản có thể coi rằng
khối lượng được treo M là một khối lượng đồng nhất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 31 -----
----- 32 -----
2.1.1.2. Khối lượng không được treo m
- Vỏ xe là một tấm phẳng tuyệt đối cứng đặt tại trọng tâm T và có các
Khối lượng không được treo gồm những cụm mà trọng lượng của chúng
không được tác dụng lên hệ thống treo mà chỉ tác dụng lên lốp và truyền xuống
mặt đường. Đó là: Bán trục, đầm cầu, bánh xe, một phần chi tiết của hệ thống
treo, truyền động lái, nhíp, giảm chấn, một phần của trục các đăng.
mô men quán tính Jx,, Jy, nối với khối lượng không được treo thông qua các hệ
thống treo được đặc trưng bởi độ cứng C và hệ số cản K;
- Khối lượng phần không được treo phía trước được chia thành hai khối
lượng m1p, m1t mỗi khối lượng không được treo liên kết với đường thông qua
Coi khối lượng không được treo là một vật thể đồng nhất, cứng tuyệt
các lò xo có độ cứng là C L1P; CL1T và các giảm chấn có hệ số cản KL1P; KL1T.
đối và có khối lượng m tập trung vào tâm bánh xe. Bánh xe ngoài tác dụng là
Các thông số này được đặc trưng cho độ đàn hồi của lốp và dập tắt dao động
hệ thống di chuyển và đỡ toàn bộ trọng lượng của xe còn có tác dụng làm
của lốp trước;
giảm các chấn động từ mặt đường lên xe, tăng độ êm dịu cho xe. Bánh xe là
- Khối lượng phần không được treo phía sau được chia thành hai khối
hình ảnh thu nhỏ của hệ thống treo, có nghĩa là cũng bao gồm một thành phần
lượng m2p, m2t mỗi khối lượng không được treo liên kết với đường thông qua
đàn hồi và một thành phần giảm chấn.
các lò xo có độ cứng là C L2P; CL2T và các giảm chấn có hệ số cản KL2P; KL2T.
2.1.1.3. Hệ thống treo
Các thông số này được đặc trưng cho độ đàn hồi của lốp và dập tắt dao động
Hệ thống treo trong ôtô có nhiệm vụ nối phần được treo M và phần
của lốp sau;
khối lượng không được treo m một cách đàn hồi. Hệ thống treo cùng với lốp
- Cầu trước và cầu sau có thể coi như những thanh phẳng nhưng do đây
làm giảm những chấn động gây nên do sự mấp mô của bề mặt đường khi xe
là hệ thống treo độc lập nên chúng ta chỉ coi chuyển động tịnh tiến của cầu xe
chạy. Hệ thống treo gồm những thành phần sau:
theo phương Z mà không có chuyển động xoay theo trục X;
- Thành phần đàn hồi: Lò xo, nhíp, thanh xoắn, bình khí ... Nó được
biểu diễn bằng một lò xo có độ cứng C.
- Bỏ qua các nguồn kích động trên xe và coi nguồn kích động duy nhất
là sự không bằng phẳng của mặt đường.
- Thành phần giảm chấn: có nhiệm vụ dập tắt các chấn động. Nó được
đặc trưng bằng hệ số cản giảm chấn K.
- Ôtô chuyển động đều với vận tốc V bằng hằng số V = const;
- Bốn vị trí bắt bu lông giữa động cơ và vỏ xe được coi là đệm đàn hồi
Với các khái niệm và các mô hình tương đương của các bộ phận của
ôtô có thể xây dựng mô hình dao động tương đương của ôtô.
và được đặc trung bởi lò xo và các giảm chấn.
- Khối lượng của động cơ là một tấm tuyệt đối cứng đặt tại trọng tâm
2.1.2. Các giả thiết
T1 và có các mô men quán tính Jdcx,, Jdcy, nối với vỏ xe thông quá các đệm đàn
Để xây dựng mô hình dao động tương đương của động cơ chúng ta
hồi đặc trưng độ cứng Cdc và hệ số cản Kdc;
phải đưa ra các giả thiết dưới đây
2.1.3. Mô hình dao động tƣơng đƣơng
- Thân xe đối xứng qua trục dọc của xe;
Với các giả thiết trên ta có mô hình dao động tương đương của động cơ
dưới đây:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 35 -----
----- 37 ----+ Khối lượng không được treo trước coi như là hai vật có khối lượng
2.2. Thiết lập hệ phƣơng trình vi phân mô tả dao động của động cơ
Để có thể xác định được các thông số dao động của xe ta cần phải từ
mô hình cơ học thiết lập được các phương trình vi phân mô tả chuyển động
bên trái và bên phải là m1P , m1T chuyển động tịnh tiến theo phương Z tương
ứng toạ độ suy rộng 1T , 1P .
dao động của hệ. Có rất nhiều phương pháp để có thể thiết lập phương trình vi
+ Khối lượng không được treo sau coi như là hai vật có khối lượng bên
phân chuyển động của cơ hệ như: phương trình Lagrange loại II hoặc theo
trái và bên phải là m2 P , m2T chuyển động tịnh tiến theo phương Z tương ứng
nguyên lý D’Alambe. Hiện nay người ta sử dụng nhiều cơ sở lý thuyết hệ
toạ độ suy rộng 2T , 2 P .
nhiều vật để thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả động lực của cơ hệ. Đầu
tiên là thiết lập hệ phương trình cân bằng cho từng vật của cơ hệ sau đó liên
* Vật 6: Mặt đường: là nguồn kích thích dao động của cơ hệ và là một
tập hợp các mấp mô ngẫu nhiên trên toàn bộ chiều dài của nó.
kết chúng lại với nhau bằng quan hệ lực và momen.
* Vật 7: Động cơ coi như 1 vật có khối lượng M dc đặt tại trọng tâm T1
Theo nguyên lý D’Alambe: F Fqt 0
và các momen quán tính: J dcx , J dcy . Chuyển động của động cơ là hợp của ba
Trong đó:
F : là tổng các ngoại lực tác dụng lên vật.
Fqt : là tổng các lực quán tính tác dụng lên vật.
chuyển động:
+ Chuyển động tịnh tiến theo phương Z1 ứng với toạ độ suy rộng Z1;
+ Chuyển động quay quanh trục Y1 tương ứng toạ độ suy rộng
Ở đây chúng ta xây dựng mô hình là một cơ hệ gồm 7 vật: thân xe, khối
+ Chuyển động quay quanh trục X1 tương ứng toạ độ suy rộng
lượng không được treo trước trái( phải), khối lượng không được treo sau trái
Vì trong luận văn này chỉ nghiên cứu và mô phỏng dao động của ô tô
(phải), mặt đường và động cơ, sau đó ta thiết lập hệ phương trình vi phân dao
với hệ thống treo độc lập nên cầu xe không có chuyển động quay quanh trục
động cho từng vật của cơ hệ và nối chúng lại với nhau (hình 2.3)
dọc của xe.
Mô hình xây dựng gồm 7 vật:
Sau khi đã phân tích xe thành các vật riêng biệt với đầy đủ các đại
* Vật 1: Thân xe (phần khối lượng được treo) coi như 1 vật có khối
lượng M đặt tại trọng tâm T và các momen quán tính: J y , J x . Chuyển động của
lượng cần thiết sẽ lập phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ theo
nguyên lý D’Alambe.
thân xe là hợp của ba chuyển động:
2.2.1. Khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc:
+ Chuyển động tịnh tiến theo phương Z ứng với toạ độ suy rộng Z;
+ Chuyển động quay quanh trục Y tương ứng toạ độ suy rộng
Phương trình dao động của khối lượng không được treo phía trước
trái:
+ Chuyển động quay quanh trục X tương ứng toạ độ suy rộng
* Vật 2,3,4,5: Các khối lượng không được treo trước trái, phải và
sau bên trái, phải
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 38 -----
----- 39 ----B
FK 1T K1T ( Z a T 1T )
2
FC1T FK1T
(2.4)
Phương trình cân bằng lực theo phương 1T của khối lượng không được
treo trước trái:
m1Tg
m1T 1T FC1T FK1T FCL1T FKL1T 0
1T
(2.5)
Phương trình dao động của khối lượng không được treo trước phải:
FCL1T FKL1T
Hình 2.4. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lượng không được treo trước trái.
Theo phương chuyển vị 1P
FC1P FK1P
Theo phương chuyển vị 1T
Các lực tác dụng:
- Lực quán tính:
Fqt1T m1T .1T
(2.1)
m1Pg
1P
- Trọng lực:
Ftl1T m1T .g
(2.2)
- Lực từ đường truyền lên cầu xe thông qua lốp:
- Lực đàn hồi của bánh xe trái:
FCL1P FKL1P
FCL1T C L1T .(1T q1T )
- Lực giảm chấn của bánh xe trái: FKL1T K L1T (1T q1T )
Hình 2.5. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lượng không được treo trước phải.
- Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo:
Gọi Z 1T là điểm bên trái trên cầu trứơc nối với thân xe thông qua hệ
thống treo phía trước bên trái.
+ Lực đàn hồi của treo trước bên trái:
FC1T C1T .( Z 1T 1T )
+ Lực giảm chấn của treo trước bên trái: FK 1T K1T ( Z1T 1T )
Toạ độ Z 1T có quan hệ với Z, qua phương trình quan hệ sau:
Z1T
B
Z a T
2
(2.3)
Thay quan hệ trên vào các phương trình ta có lực từ thân xe truyền qua
- Lực quán tính: Fqt1P m1P .1P
(2.6)
- Trọng lực:
(2.7)
Ftl1P m1P .g
- Lực từ đường truyền lên cầu xe thông qua lốp:
+ Lực đàn hồi của bánh xe phải:
FCL1P C L1P .(1P q1P )
+ Lực giảm chấn của bánh xe phải: FKL1P K L1P (1P q1P )
- Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo:
Gọi Z 1P là điểm bên phải trên cầu trứơc nối với thân xe thông qua hệ
hệ thống treo trước bên trái:
FC1T C1T ( Z a
Các lực tác dụng:
thống treo phía trước phải.
BT
1T )
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- Lực đàn hồi của treo trước bên phải:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
FC1P C1P .( Z 1P 1P )
----- 40 -----
----- 41 -----
- Lực giảm chấn của treo trước bên phải: FK 1P K1P ( Z1P 1P )
Các lực tác dụng:
- Lực quán tính:
Toạ độ Z 1P có quan hệ với Z, qua phương trình quan hệ sau:
Z1P Z a
BT
2
Fqt 2T m2T .2T
(2.11)
(2.8)
- Trọng lực:
Thay quan hệ trên vào các phương trình ta có lực từ thân xe truyền qua
Ftl 2T m2T .g
- Lực từ đường truyền lên cầu xe thông qua lốp:
hệ thống treo trước bên phải:
+ Lực đàn hồi của bánh xe trái:
FC1P C1P ( Z a
BT
1P )
2
B
FK 1P K1P ( Z a T 1P )
2
FCL 2T C L 2T .( 2T q 2T )
+ Lực giảm chấn của bánh xe trái: FKL2T K L 2T (2T q 2T )
- Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo:
(2.9)
Phương trình cân bằng lực theo phương 1P của khối lượng không
Gọi Z 2T là điểm bên trái trên cầu trứơc nối với thân xe thông qua hệ
thống treo phía trước bên trái.
được treo trước phải:
m1P1P FC1P FK1P FCL1P FKL1P 0
(2.12)
+ Lực đàn hồi của treo trước bên trái:
(2.10)
FC 2T C 2T .( Z 2T 2T )
2.2.2. Khối lƣợng không đƣợc treo sau:
+ Lực giảm chấn của treo trước bên trái:
Hoàn toàn tương tự như khi thiết lập phương trình dao động của khối
lượng không được treo trước có thể mô tả dao động của khối lượng không
được treo sau.
FK 2T K 2T ( Z 2T 2T )
Toạ độ Z 1T có quan hệ với Z, qua phương trình quan hệ sau:
Z 2T Z b
Phương trình dao động của khối lượng không được treo sau trái:
FC2T FK2T
BS
2
(2.13)
Thay quan hệ trên vào các phương trình ta có lực từ thân xe truyền qua
hệ thống treo trước bên trái:
FC 2T C 2T ( Z b
m2Tg
2T
BS
2T )
2
B
FK 2T K 2T ( Z b S 2T )
2
FCL2T FKL2T
Phương trình cân bằng lực theo phương 2T của khối lượng không được
Hình 2.6. Sơ đồ lực tác dụng của khối lượng không được treo sau trái.
Theo phương chuyển vị 2T
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
(2.14)
treo sau trái:
m2T 2T FC 2T FK 2T FCL2T FKL2T 0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
(2.15)
----- 42 -----
----- 43 ----Thay quan hệ trên vào các phương trình ta có lực từ thân xe truyền
qua hệ thống treo trước bên phải:
FC 2 P C 2 P ( Z b
Phương trình dao động của “1/4” cầu sau phải:
BS
2P )
2
FK 2 P K 2 P ( Z b
FC2P FK2P
BS
2P )
2
(2.19)
Phương trình cân bằng lực theo phương 2 P của khối lượng không
2P
được treo sau phải:
m2Pg
m2 P2 P FC 2 P FK 2 P FCL2 P FKL2 P 0
FCL2P FKL2P
(2.20)
2.2.3. Khối lƣợng đƣợc treo (thân xe):
Hình 2.7. Sơ đồ lực tác dụng của khối lượng không được treo sau phải.
Các lực tác dụng:
- Lực quán tính: Fqt 2 P m2 P .2 P
(2.16)
- Trọng lực:
(2.17)
Ftl 2 P m2 P .g
F K 1T
Fq t
- Lực từ đường truyền lên cầu xe thông qua lốp:
+ Lực đàn hồi của bánh xe phải:
M q t1
Fd c K 2 F
dcC 2
Fd c K 1 F
dcC 1
+ Lực giảm chấn của bánh xe phải: FKL2 P K L 2 P (2 P q 2 P )
Fd c K 3
F K 1T
FC 1T
Z
F K 1P
FC 2 P C 2 P .( Z 2 P 2 P )
- Lực giảm chấn của treo trước bên phải: FK 2 P K 2 P ( Z 2 P 2 P )
Toạ độ Z 1P có quan hệ với Z, qua phương trình quan hệ sau:
Z 2 P Z b
BS
2
F C 1P
Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe.
a. Phương trình cân bằng theo phương Z:
Các lực tác dụng:
-Trọng lực:
(2.18)
Y
Fd c C 4
X
thống treo phía trước phải.
- Lực đàn hồi của treo trước bên phải:
F C 2P
Fd c C 3
Fd c K 4
Gọi Z 1P là điểm bên phải trên cầu trứơc nối với thân xe thông qua hệ
F K 2P
M q t2
T
FCL 2 P C L 2 P .( 2 P q 2 P )
- Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo:
F C 2T
Ftl 3 Mg
- Lực quán tính: Fqt 3 MZ
(2.21)
(2.22)
- Lực truyền từ hệ thống treo trước trái:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 44 ----FC1T C1T ( Z a
FK 1T K1T ( Z a
----- 45 -----
BT
1T )
2
BT
1T )
2
FdcC 3 C dc 3 ( Z1
L
B
FdcK 3 K dc 3 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x3 . y3 .)
2
2
(2.23)
- Lực truyền từ hệ thống treo trước phải:
FC1P C1P ( Z a
FdcC 4 Cdc 4 ( Z1
B
FK 1P K1P ( Z a T 1P )
2
(2.24)
(2.25)
- Lực truyền từ hệ thống treo sau phải:
- Momen quán tính: M qt1 jY .
(2.26)
Ldc
B
1 dc 1 Z x1 . y1 . )
2
2
L
B
K dc1 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x1 . y1 .)
2
2
(2.27)
- Lực vị trí bắt bu lông thứ hai:
FdcC 2 C dc 2 ( Z1
FdcK 2
Ldc
B
1 dc 1 Z x2 . y 2 . )
2
2
L
B
K dc 2 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x2 . y2 .)
2
2
(2.28)
- Lực vị trí bắt bu lông thứ ba:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
b. Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng
chiều quay của
BS
2P )
2
- Lực vị trí bắt bu lông thứ nhất:
FdcK 1
(2.31)
Các momen tác dụng với qui ước dấu có chiều dương cùng chiều với
B
K 2 P ( Z b S 2 P )
2
FdcC1 C dc1 ( Z1
(2.30)
[ FdcC 1 FdcK 1 ] [ FdcC 2 FdcK 2 ] [ FdcC 3 FdcK 3 ] [ FdcC 4 FdcK 4 ] 0
B
K 2T ( Z b S 2T )
2
FK 2 P
Ldc
B
1 dc 1 Z x4 . y 4 .)
2
2
MZ - FC1T FK 1T FC1P FK 1P FC 2T FK 2T FC 2 P FK 2 P
BS
2T )
2
FC 2 P C 2 P ( Z b
FdcK 4 K dc 4 ( Z1
Ldc
B
1 dc 1 Z x4 . y4 . )
2
2
Phương trình cân bằng lực của thân xe theo phương Z:
- Lực truyền từ hệ thống treo sau trái:
FK 2T
(2.29)
- Lực vị trí bắt bu lông thứ tư:
BT
1P )
2
FC 2T C 2T ( Z b
Ldc
B
1 dc 1 Z x3 . y3 . )
2
2
- Momen truyền từ hệ thống treo trước trái:
M C1T aC1T ( Z a
BT
1T )
2
M K 1T aK1T ( Z a
BT
1T )
2
(2.33)
- Momen truyền từ hệ thống treo trước phải:
M C1P aC1P ( Z a
BT
1P )
2
M K 1P aK1P ( Z a
BT
1P )
2
(2.34)
- Momen truyền từ hệ thống treo sau trái:
M C 2T bC2T ( Z b
(2.32)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
BS
2T )
2
----- 46 -----
----- 47 -----
B
M K 2T bK 2T ( Z b S 2T )
2
(2.35)
x1.[ FdcC1 FdcK 1 ] x2 .[ FdcC 2 FdcK 2 ] x3 [ FdcC 3 FdcK 3 ] x4 [ FdcC 4 FdcK 4 ] 0
- Momen truyền từ hệ thống treo sau phải:
M C 2 P bC2 P ( Z b
M K 2 P bK 2 P ( Z b
Các momen tác dụng với quy ước dấu có chiều dương cùng chiều với
BS
2P )
2
chiều quay của
(2.36)
- Momen quán tính: M qt 2 j x .
Ldc
B
1 dc 1 Z x1 . y1 .)
2
2
M C1T
(2.37)
Ldc
B
1 dc 1 Z x2 . y 2 .)
2
2
(2.38)
Ldc
B
1 dc 1 Z x3 . y3 . )
2
2
M dcK 3 x3 .K dc 3 ( Z1
Ldc
B
1 dc 1 Z x3 . y3 .)
2
2
Ldc
B
1 dc 1 Z x4 . y4 . )
2
2
M dcK 4 x 4 .K dc 4 ( Z1
Ldc
B
1 dc 1 Z x4 . y 4 .)
2
2
BT
B
C1P ( Z a T 1P )
2
2
M K 1P
M C 2T
(2.39)
BT
B
K1P ( Z a T 1P )
2
2
(2.40)
Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng
M K 2T
BS
B
C 2T ( Z b S 2T )
2
2
BS
B
K 2T ( Z b S 2T )
2
2
M C 2P
BS
B
C 2 P ( Z b S 2 P )
2
2
M K 2P
BS
B
K 2 P ( Z b S 2 P )
2
2
(2.45)
(2.46)
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất:
M dcC1 y1 .C dc1 ( Z1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
(2.44)
-Momen truyền từ hệ thống treo sau phải:
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ tư:
M dcC 4 x4 .Cdc 4 (Z1
(2.43)
- Momen truyền từ hệ thống treo sau trái:
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba:
M dcC 3 x3 .C dc 3 ( Z1
BT
B
K1T ( Z a T 1T )
2
2
M K 1T
M C 1P
Ldc
B
1 dc 1 Z x2 . y 2 . )
2
2
M dcK 2 x 2 .K dc 2 ( Z1
BT
B
C1T ( Z a T 1T )
2
2
- Momen truyền từ hệ thống treo trước phải:
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai:
M dcC 2 x 2 .C dc 2 ( Z1
(2.42)
- Momen truyền từ hệ thống treo trước trái:
Ldc
B
1 dc 1 Z x1 . y1 . )
2
2
M dcK 1 x1 .K dc1 ( Z1
(3.41)
c. Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng
BS
2P )
2
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất:
M dcC1 x1 .C dc1 ( Z1
J y aFC1T FK 1T aFC1P FK 1P bFC 2T FK 2T bFC 2 P FK 2 P +
Ldc
B
1 dc 1 Z x1 . y1 . )
2
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 48 -----
----- 49 -----
L
B
M dcK 1 y1 .K dc1 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x1 . y1 .)
2
2
Fq td c
(2.47)
Fd c K 2
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai:
M dcC 2 y 2 .C dc 2 ( Z1
Fd c C 2
M q t4
M q t3
Ldc
B
1 dc 1 Z x 2 . y 2 . )
2
2
Fd c K 1
L
B
M dcK 2 y 2 .K dc 2 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x 2 . y 2 .)
2
2
1
Fd c C 1
M dcK 3
Y1
Fd c K 4
Fd c C 4
Z1
Hình 2.9. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lượng được treo(của động cơ).
(2.49)
a. Phương trình cân bằng theo phương Z1:
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ tư:
M dcC 4 y 4 .C dc 4 ( Z1
Fd c C 3
Fd c K 3
(2.48)
Ldc
B
1 dc 1 Z x3 . y3 . )
2
2
L
B
y3 .K dc 3 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x3 . y3 .)
2
2
1
X1
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba:
M dcC 3 y3 .C dc 3 ( Z1
T1
Các lực tác dụng:
Ldc
B
1 dc 1 Z x 4 . y 4 . )
2
2
L
B
M dcK 4 y4 .K dc 4 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x4 . y4 .)
2
2
-Trọng lực:
(2.50)
- Lực quán tính: Fqtdc M dc Z
(2.52)
(2.53)
- Lực vị trí bắt bu lông thứ nhất:
Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng
B
B
B
B
J X T FC1T FK1T T FC1P FK1P S FC 2T FK 2T S FC 2 P FK 2 P
2
2
2
2
y1 .[ FdcC 1 FdcK 1 ] y 2 .[ FdcC 2 FdcK 2 ] y3 [ FdcC 3 FdcK 3 ] y 4 [ FdcC 4 FdcK 4 ] 0
Fdc M dc g
(2.51)
2.2.4. Khối lƣợng của động cơ:
FdcC1 C dc1 ( Z1
Ldc
B
1 dc 1 Z x1 . y1 . )
2
2
Ldc
B
1 dc 1 Z x1 . y1 .)
2
2
FdcK 1 K dc1 ( Z1
(2.54)
- Lực vị trí bắt bu lông thứ hai:
FdcC 2 C dc 2 ( Z1
Ldc
B
1 dc 1 Z x2 . y 2 . )
2
2
FdcK 2 K dc 2 ( Z1
Ldc
B
1 dc 1 Z x2 . y 2 .)
2
2
(2.55)
-Lực vị trí bắt bu lông thứ ba:
FdcC 3 C dc 3 ( Z1
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Ldc
B
1 dc 1 Z x3 . y3 . )
2
2
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
----- 50 -----
----- 51 ----- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ tư:
L
B
FdcK 3 K dc 3 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x3 . y3 .)
2
2
M dcC 4 x 4 .C dc 4 ( Z1
(2.56)
- Lực vị trí bắt bu lông thứ tư:
FdcC 4
L
B
M dcK 4 x 4 .K dc 4 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x 4 . y 4 .)
2
2
L
B
Cdc 4 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x4 . y4 . )
2
2
(2.57)
M dc Z1 - [ FdcC 1 FdcK 1 ] [ FdcC 2 FdcK 2 ] [ FdcC 3 FdcK 3 ] [ FdcC 4 FdcK 4 ] 0
(2.58)
b. Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng
Các momen tác dụng với qui ước dấu có chiều dương cùng chiều với
chiều quay của
(2.65)
Ldc
B
1 dc 1 Z x1 . y1 . )
2
2
(2.66)
M dcC 2 y 2 .C dc 2 ( Z1
Ldc
B
1 dc 1 Z x 2 . y 2 . )
2
2
L
B
M dcK 2 y 2 .K dc 2 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x 2 . y 2 .)
2
2
Ldc
B
1 dc 1 Z x2 . y 2 .)
2
2
(2.61)
M dcC 3 x3 .C dc 3 ( Z1
Ldc
B
1 dc 1 Z x3 . y3 . )
2
2
M dcK 3 x3 .K dc 3 ( Z1
Ldc
B
1 dc 1 Z x3 . y3 .)
2
2
Ldc
B
1 dc 1 Z x3 . y3 . )
2
2
L
B
M dcK 3 y3 .K dc 3 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x3 . y3 .)
2
2
(2.62)
(2.67)
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba:
M dcC 3 y3 .C dc 3 ( Z1
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- Momen quán tính: M qt 3 j dcx .1
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai:
(2.60)
Ldc
B
1 dc 1 Z x 2 . y 2 . )
2
2
M dcK 2 x 2 .K dc 2 ( Z1
chiều quay của
L
B
M dcK 1 y1 .K dc1 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x1 . y1 .)
2
2
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai:
M dcC 2 x 2 .C dc 2 ( Z1
Các momen tác dụng với quy ước dấu có chiều dương cùng chiều với
M dcC1 y1 .C dc1 ( Z1
Ldc
B
1 dc 1 Z x1 . y1 . )
2
2
Ldc
B
1 dc 1 Z x1 . y1 .)
2
2
c. Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất:
(2.59)
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất:
M dcK 1 x1 .K dc1 ( Z1
J dcy1 x1 .[ FdcC1 FdcK 1 ] x2 .[ FdcC 2 FdcK 2 ] x3 [ FdcC 3 FdcK 3 ] x4 [ FdcC 4 FdcK 4 ] 0
(2.64)
Phương trình cân bằng lực của thân xe theo phương Z:
M dcC1 x1 .C dc1 ( Z1
(2.63)
Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng
L
B
FdcK 4 K dc 4 ( Z1 dc 1 dc 1 Z x 4 . y 4 .)
2
2
- Momen quán tính: M qt 4 jdcy .1
Ldc
B
1 dc 1 Z x4 . y 4 . )
2
2
(2.68)
- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ tư:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên