Nghiên cứu về ổn định dọc thùng xe

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:

NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH DỌC THÙNG XE

GVHD : TS Lâm Mai Long
SVTH : Nơng Văn Thuận
Hồng Xn Quang
TP.Hồ Chí Minh, năm 2018


Chương I. TỔNG QUAN

Chương II. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

NỘI DUNG
ĐỒ ÁN

Chương III. ĐÁNH GIÁ BÀN LUẬN VỀ KẾT QUẢ

Chương IV. NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH THÙNG XE
TRONG THỰC TẾ


TỔNG QUAN

1.1 TÓM TẮT

CHƯƠNG I
1.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU


1.1

TÓM TẮT

 Đề tài tập trung nghiên cứu một lĩnh vực về động lực học chuyển động của ô tô.
 Đề tài dựa trên cơ sở lý thuyết quan trọng là ơ tơ được cấu tạo bởi 2 khối
lượng chính, khối lượng thùng xe thường được gọi là khối lượng được treo và
khối lượng cầu xe thường được gọi là khối lượng không được treo.
 Khi ô tô chuyển động có gia tốc, dưới tác dụng của ngoại lực tác dụng lên thùng
xe và cả cầu xe thì hệ thống treo sẽ bị biến dạng và kết quả là thùng xe sẽ dịch
chuyển tương đối so với cầu xe tạo ra góc nghiêng của thùng xe.
 Góc nghiêng của thùng xe có thể phân tích theo hai mặt phẳng, trong mặt
phẳng dọc ta gọi là góc nghiêng dọc, trong mặt phẳng ngang ta gọi là góc
nghiêng ngang.


1.1

TĨM TẮT

Góc nghiêng dọc của thùng xe sẽ phụ thuộc vào những yếu tố quan trọng sau đây:
 Đầu tiên là lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động thẳng có gia tốc.
 Thứ hai là phân bố lại tải trọng trên các cầu xe nơi có đặt hệ thống treo
 Kết hợp hai yếu tố trên một bài toán về động học dịch chuyển sẽ được giải
quyết trên cơ sở bài tốn này, lúc đó sẽ xác định được góc nghiêng dọc của
thùng xe.

 Kết quả cuối cùng của luận văn đạt được sẽ là một phương trình mô tả ảnh
hưởng của các yêu tố chuyển động tới góc nghiêng của thùng xe hoặc tới sự
phân bố lại tải trọng tác dụng lên hệ thống treo.


1.1

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Tham khảo tài liệu: thông qua tài liệu các môn học khung gầm,
internet
 Tổng hợp và phân tích tài liệu
 Phương pháp so sánh


NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
2.1 Phân tích lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động có gia tốc
Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến lên các cầu

CHƯƠNG II

2.2 Phân tích động học hệ thống treo: Chuyển động của
tâm bánh xe so với thùng xe

2.3 Đặc tính đàn hồi hệ thống treo cơ khí và thủy khí


2.1

Phân tích lực tác dụng lên ơ tơ khi chuyển động có gia tốc

Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến lên các cầu
 Phân tích lực tác dụng lên ơ tơ khi chuyển động có gia tốc trên đường bằng và
khơng kéo rơ móc
Trong đó:

+ G – Trọng lượng tồn bộ của ô tô
+ Fk1, Fk2– Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ
động.
+ Ff1, Ff2 – Lực cản lăn ở các bánh xe chủ động.
+ F – Lực cản khơng khí
+ Fj – Lực cản qn tính khi xe chuyển động
khơng ổn định (có gia tốc).
+ Fz1, Fz2 – Phản lực pháp tuyến của mặt đường
Sơ đồ các lực và mômen tác dụng lên ô tô khi chuyển động
trên đường nằm ngang khơng kéo rơ móc.

tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau.
+ Mf1, Mf2 – Mômen cản lăn ở các bánh xe cầu


2.1

Phân tích lực tác dụng lên ơ tơ khi chuyển động có gia tốc
Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến lên các cầu

Sự thay đổi tải trọng pháp tuyến lên các cầu
hợp
xe xe
chuyển
động

ổntrên
định trên
đường
nằm
ngang
không kéo
rơ
 Trường
Trường
hợp
đứng
yên
mặt
đường
nằm
ngang,
không
Trường
hợp
xe
chuyển
động
đang
tăng
tốc
trên
đường
nằm
ngang
Trường hợp xe đang phanh trên đường nằm ngang khơng kéo rơ móc

móc
kéo rơ móc
Fz10 và Fz20 được xác định bằng cách lấy
mômen với đối với điểm O1 và O2
Để xác định
định các
các lực
lựcFz
Fz1k1, Fz2k2,, ta
ta lập phương
Tươngmơmen
tự nhưđối
trênvới
ta cũng
Z
1p
trình
điểmxác
O22 định
và Ođược
rồi
rút
1
và Z2p thơng qua việc lấy mômen 1đối với
gọn ta được
được..
điểm O2 và O1 rồi rút gọn ta được.

Sơđồ
đồlực

các
lực
tácdụng
dụng
lênkhi
khi
tơ
đứng
trênngang
mặt
Sơ
tác
dụng
lên
tơ
phanh
trên
đường
Sơ
đồ
lực
tác
dụng
lênơlên
xe
xe
tăng
tốc
trên n
đường

nằm
Sơ
đồ
các
lực
tác
ơơtơtơ
khi
ơơtơ
chuyển
ổnnằm
định
trên
đường
nằm
khơng
kéo
rơngang
móc
khơng
kéo
rơkéo
mócrơ móc
đườngngang
nằm
ngang
khơng


2.2

Phân tích động học hệ thống treo: Chuyển động của
tâm bánh xe so với thùng xe

 Phân tích động học hệ thống treo
Bộ phận đàn hồi (gọi tắt là lò xo) và giảm chấn trong hệ động học xe tạo sự liên kết (tác động)
giữa 2 khối lượng nhưng không trực tiếp mà thông qua một dẫn động xác định (cơ cấu hướng)
Nếu dịch chuyển điểm 1 (tâm bánh xe) một
lượng u1 do tác dụng của lưc F1 thì lị xo sẽ
có lực nén F2 với một dịch chuyển là u2.
Theo ngun tắc cơng ảo ta có:
=0

Động học dẫn động hệ thống treo


2.2

Phân tích động học hệ thống treo: Chuyển động của
tâm bánh xe so với thùng xe

 Chuyển động của tâm bánh xe so với thùng xe khi tải trọng thay đổi
Khi chuyển động, tải trọng của xe tác dụng lên cầu xe là không ổn định, điều làm khoảng cách giữa thùng xe so
với cầu xe có sự thay đổi.
Khi xe tác dụng lên cầu xe một lực F, độ dịch chuyển lị xo Z của được tính tốn thơng qua độ cứng lị xo C của
cầu xe đó.

Nhưng đây là độ dịch chuyển lò xo, độ dịch chuyển chúng ta cần tìm là độ dịch chuyển
theo phương thẳng đứng của xe so với mặt đường. Độ dịch chuyển này được tính tốn
thơng qua độ dịch chuyển của lị xo và cơ cấu hướng của cầu xe.

2.2

Phân tích động học hệ thống treo: Chuyển động của
tâm bánh xe so với thùng xe

 Chuyển động của tâm bánh xe so với thùng xe khi tải trọng thay đổi


2.3

Đặc tính đàn hồi hệ thống treo cơ khí và thủy khí

 Đặc tính đàn hội hệ thống treo cơ khí
Các phần tử đàn hồi cơ khí bằng kim loại thường sử dụng là nhíp, thanh xoắn và lị xo.
Độ cứng của lò xo: C = Gd4/8nD3 với D là đường
kính trung bình, d là đường kính dây lị xo, n là
tổng số vòng lò xo, G là modun đàn hồi vật liệu.
 Đối với phần tử đàn hồi cơ khí thì độ cứng C
sẽ khơng đổi (khi thay đổi tải trọng) và nó chỉ
phụ thuộc vào cấu tạo và vật liệu
Lò xo trụ


2.3

Đặc tính đàn hồi hệ thống treo cơ khí và thủy khí

 Đặc tính đàn hồi hệ thống treo khí

Khí trong các phần tử đàn hồi khí thường là khơng khí đối với phần tử đàn hồi có khối
lượng khơng khí thay đổi và là khí Nitơ đối với phần tử đàn hồi với khối lượng hằng số.
Độ cứng tại thời điểm đầu sẽ là:
C0 = np0S2 /V0
Khi phần tử đàn hồi được nén thì V = Vo – S.v
với z là dịch chuyển nén.
Khi đó lực nén của phần tử đàn hồi là:
Fz = [PoVon/(Vo – S.z)n – pmt].S
Độ cứng tức thời của phần tử đàn hồi được coi
như là hệ số góc tiếp tuyến của đặc tính Fz (z)
và bằng:
C = dFz/dz = np0V0nS2 /(V0 – S.z)n+1


2.3

Đặc tính đàn hồi hệ thống treo cơ khí và thủy khí

 Đặc tính đàn hội hệ thống treo thủy khí
Piston có 2 bề mặt là Sh và Sd. Phía trên piston chịu áp
suất khí là ph ứng với thể tích khí Vh phía dưới piston
tương ứng là pd và Vd. Lực tác dụng lên phần tử đàn
hồi khi đó được xác định:
Fz = phSh – pdSd – (Sh – Sd) pmt
Độ cứng tức thời của phần tử đàn hồi là:
C = n(ph.S2h/Vh – PdS2d/Vd)
Sơ đồ phần tử đàn hồi thủy khí đối áp


ĐÁNH GIÁ BÀN LUẬN VỀ KẾT QUẢ

3.1 Sự thay đổi về lực của xe tác dụng lên cầu xe khi chuyển
Động không ổn định

CHƯƠNG III

3.2 Độ biến dạng thêm của lị xo

3.3 Phương trình mơ tả góc nghiêng thùng xe trong
mặt phẳng dọc


3.1

Sự thay đổi về lực của xe tác dụng lên cầu xe khi chuyển
động không ổn định

Bảng so sánh sự thay đổi tải trọng ở các trạng thái của xe
Trạng thái
Tăng tốc so với đứng yên
= – 0

Cầu trước

Cầu sau

 

 

=

=
 

Phanh so với đứng yên



= – 0
Chuyển động ổn định so với đứng yên
= Fz – Fz0
 
Tăng tốc so với chuyển động ổn định
= -Fz

 

 

=

=

 

 

=

=

 

 

=

=

 

Phanh so với chuyển động ổn định
= –Fz
 


3.1

Sự thay đổi về lực của xe tác dụng lên cầu xe khi chuyển
Động không ổn định
Theo như bảng so sánh

 Khi xe tăng tốc:

 Khi xe giảm tốc:

Xe có xu hướng dồn tải trọng về cầu sau

Xe có xu hướng dồn tải trọng về cầu trước

 Khi xe chuyển động ổn định:

Xe có xu hướng dồn tải trọng về cầu sau


3.2

Độ biến dạng thêm của lò xo

Giả Thiết:
-

Độ cứng lò xo luôn là một hằng số không đổi: C =
constant.

-

Bỏ qua ảnh hưởng của góc đặt bánh xe.

-

Bỏ qua ảnh hưởng của cơ cấu hướng coi như = 1.
Dịch chuyển của cơ cấu treo xem như là thẳng đứng.

-

Lốp xe tuyệt đối cứng:  .


3.2

Độ biến dạng thêm của lị xo

Lúc đó độ dịch chuyển thẳng đứng tại cầu xe bằng độ biến dạng thêm của lị xo tại cầu xe đó:

Độ biến dạng thêm của theo phương thẳng đứng đối với từng cầu như sau :
-

Khi xe tăng tốc:
= =
= =

-

Khi xe chạy ổn định:

= =
==

- Khi xe đang phanh:
= =
= =


3.2

Độ biến dạng thêm của lị xo

Từ kết quả tính toán như đã nêu trên, ta vẽ được đồ thị

Độ dịch chuyển của cầu xe khi gia tốc thay đổi


3.3

Phương trình mơ tả góc nghiêng thùng xe trong
mặt phẳng dọc
Góc nghiêng thùng xe được tính bởi cơng thức:

Khi xe tăng tốc:
=
Khi xe chuyển động ổn định:
=
Khi xe giảm tốc:
=

Sơ đồ góc nghiêng thùng xe


3.3

Phương trình mơ tả góc nghiêng thùng xe trong
mặt phẳng dọc

Từ kết quả tính tốn được về góc nghiêng thùng xe, ta vẽ được đồ thị góc
nghiêng thùng xe.


NGIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH THÙNG XE
TRONG THỰC TẾ

4.1 Lịch sử phát triển, sơ đồ khối

CHƯƠNG IV

4.2 Bộ chấp hành, giảm chấn

4.3 Các chế độ hoạt động của TEMS


4.1

Lịch sử phát triển, sơ đồ khối

 Lịch sử phát triển
Hệ thống treo điều khiển bằng điện tử do Toyota phát minh và giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1984 và được
gọi tên là Toyota Electronic Modulated Suspension tức là “Hệ thống treo điều khiển bằng điện tử của
Toyota”.

Sơ đồ khối