Tải bản đầy đủ (.pdf) (55 trang)

tính toán Hệ thống treo trên ô tô

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.49 MB, 55 trang )

Lời nói đầu
Nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho các bạn sinh viên có tài liệu ơn tập và
cũng cố kiến thức ở mơn học lý thuyết ơtơ. Mình và các bạn đã biện soạn tài
liệu này để phục vụ cho nhu cầu học tập thật tốt của các bạn cũng như là tài
liệu để các thế hệ đàn em dễ dàng học và hiểu về môn học lý thuyết ôtô.

Trong quá trình biên soạn tài liệu sẽ không tránh được những sai xót cũng
như những chỗ cần phải bổ sung và chỉnh sữa mong các bạn xem đọc tài liệu
góp ý chân thành để tài liệu được hồn thiên hơn.

1
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


Mục lục
I.

Mục Tiêu.......................................................................................................................................4
Cơ Sở Lý Thuyết .......................................................................................................................4

II.

1. Nhiệm vụ, cấu trúc và phân loại hệ thống treo .........................................................................4
2. Tâm quay và trục lăn...............................................................................................................16
3. Vị trí tương đối của lốp xe. .....................................................................................................18
4. Hệ trục tọa độ. .........................................................................................................................22
5. Mơ hình tốn học ....................................................................................................................25
6. Đáp ứng theo thời gian............................................................................................................33
7. Đáp ứng theo tần số ................................................................................................................38
III.


Tính Tốn Và Phân Tính Kết Quả ..........................................................................................40

1.Tính dao dộng 1 dof bằng matlad ............................................................................................... 40
2. Tính tốn mơ hình dao động ơ tơ trong mặt phẳng dọc .............................................................45
3. Tính tốn mơ hình ơ tơ trong mặt phẳng ngang .........................................................................50
IV.

Kết Luận Và Đánh Giá ...........................................................................................................54

V.

Tài Liệu Tham Khảo ...............................................................................................................55

2
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


BẢNG PHÂN CÔNG VIỆC
ST
T
1

MSSV

HỌ VÀ TÊN

1510316

Hồ Xuân Chuyển


CÔNG VIỆC
1.Nhiệm vụ, cấu trúc và phân loại hệ
thống treo (mục II)
4.Hệ trục tọa độ (mục II).

2

3

1510728

1511155

Đồn Văn Đăng

Trần Thanh Hồng

5.Mơ hình tốn học (mục II).
6.Đáp ứng theo thời gian (mục II).
7.đáp ứng theo tần số (mục II).
Phân cơng, tổng hợp hồn chỉnh file

4

1511346

Nguyễn Duy Hùng

tiểu luận.
Làm mục tiêu (mục I).


5

6

7

1512561

Mai Xuân Phụng

NHÓM

2.Tâm quay và trục lăn (mục II).
3.Vị trí tương đối của lốp xe (mục

Nhóm 10
- Mục tiêu
(mục I).
- Cơ sở lý
thuyết (mục
II).
- Gộp file,
chỉnh sửa
hồn chỉnh.

II).
2.Tính tốn mơ hình dao động ơ tơ

1510035

1510346

8

1510609

9

G1301382

Bùi Tuấn Anh
Chú Phú Cường
Trần Đình Dương
Lương Bảo Hịa

10

1511231

Lê Đình Huy

11

1513856

Nguyễn Vũ Anh
Tuấn

trong mặt phẳng dọc (mục III).


Nhóm 9

2.Tính tốn mơ hình dao động ơ tơ

- phân tích

trong mặt phẳng dọc ( mục III).

và tính tốn

Kết luận đánh giá (mục IV).

kết quả (mục

1.Tính dao động 1dof bằng matlab

III).

(mục III)

- kết luận

3.Tính tốn mơ hình dao động ơ tơ

(mục IV).

trong mặt phẳng ngang (mục III).
1.Tính dao động 1dof bằng matlab
(mục III)


3
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


I. Mục Tiêu
 Nắm vững nhiệm vụ, phương pháp phân loại, thành phần cấu tạo của hệ thống
treo.
 Nắm vững các thơng số liên quan: góc đặt bánh xe, tâm quay, trục quay, hệ
trục tọa độ.
 Nắm vững trình tự và phương pháp xây dựng phương trình động lực học hệ
thống treo.
 Giải được bài toán cụ thể động lực học dao động hệ thống treo.
 Có khả năng phân tích được ảnh hưởng các thơng số mặt đường, tải trọng, hệ
số đàn hồi và hệ số giảm chấn đến đáp ứng dao động theo miền thời gian và miền
tần số.

II. Cơ Sở Lý Thuyết
1. Nhiệm vụ, cấu trúc và phân loại hệ thống treo
 Nhiệm vụ:
- Hệ thống treo kết nối các bánh xe với thân xe và cho phép chúng chuyển động
tương đối với nhau. Các bánh xe, thông qua liên kết với hệ thống treo hổ trợ lái
và dừng xe, và hỗ trợ các lực liên kết.
 Phân loại:
a. Hệ thống treo với trục xe

Hệ thống treo dùng nhíp lá

Hình 2.1.1: Hệ thống treo đàn hồi dùng nhíp lá.
4
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô



- Các trục được gắn liền với khung xe sao cho có thể dao động lên và xuống
theo trục z, cũng như quay vịng quanh trục x. Vì vậy, sẽ khơng có chuyển động
về phía trước và ngang. Có rất nhiều kết hợp nhiều lị xo có thể cung cấp các
yêu cầu động học và động lực. Các thiết kế đơn giản nhất trục ở trung điểm
của nhíp lá với đầu của lá nhíp được gắn vào khung xe .

Hình 2.1.2: Mặt bên của hệ thống treo nhiều nhíp lá.
- Hình 2.1.2 thể hiện lực theo chiều ngang và chiều dọc có tỉ lệ khối lượng 𝜀 =
𝑚𝑠
với 𝑚𝑠 là khối lượng bị treo cịn 𝑚𝑢 là khối khơng treo.
𝑚𝑢

- Khối lượng bị treo chỉ tất cả khối lượng được hỗ trợ bởi lị xo, như thân xe.
Khối lượng khơng treo chỉ tất cả khối lượng được gắn vào và khơng được hỗ
trợ bởi lị xo, như bánh, trục, hoặc phanh.
- Hệ thống treo nhíp lá có nhiều nhược điểm. Vấn đề chính là chúng nằm ở các
vị trí định sẵn. Lò xo được đặt dưới tải, nhưng chỉ được dao động theo một
hướng. Nhíp lá lại khơng phù hợp để chịu lực kéo và nén theo theo chiều
ngang. Những lực này có xu hướng gây biến dạng lá nhíp thành hình chữ S. Lá
nhíp dài giúp chịu lực dọc trục Z tốt hơn. Tuy nhiên, các lò xo dài làm tăng mô
ment uốn và xoắn dưới các điều kiện tải khác nhau.

5
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


Hình 2.1.3: Nhíp lá biến dạng chữ S khi xe tăng tốc và phanh.
- Để giảm ảnh hưởng của lực ngang và sự biến dạng hình chữ S giữa trục xe

với nhíp lá, trục xe được gắn vào khung gầm bởi một thanh dọc được gọi là
thanh chống biến dạng.

6
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


Hình 2.1.4: (a) Có thêm thanh chống biến dạng dẫn hướng cho trục xe.
(b) Mơ hình động học.
- Một trục xe có thanh chống biến dạng có thể mơ tả bằng liên kết bốn khâu,
như trong hình 1.4 (b). Thanh chống biến dạng có thể kiểm sốt hình dạng của
lá nhíp, nó dẫn hướng khi trục di chuyển lên và xuống.

Hình 2.1.5: Thanh chống biến dạng giảm được góc xoắn cho nhíp lá .
(a) Bánh xe di chuyển lên.
(b) bánh xe di chuyển xuống.

7
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


 Hệ thống treo cơ cấu tam giác

Hình 2.1.6: Trục xe được bố trí hệ thống treo cơ cấu tam giác.

 Thanh xoắn

Hình 2.1.7: Trục xe với một thanh xoắn dẫn hướng.

Hình 2.1.8: Cơ cấu tam giác và thanh xoắn dẫn hướng.

8
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


- Vấn đề của nhíp lá là đàn hồi cao theo tỉ lệ. Giảm độ cứng bằng cách thu hẹp
tiết diện và giảm số lá nhíp và làm tăng sự ổn định của hệ thống treo. Thanh
xoắn là một thanh gắn hệ thống treo của trục xe vào khung gầm.
 Liên kết thanh thẳng

Hình 2.1.9: Một số liên kết chuyến động thanh thẳng.

9
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


Hình 2.1.10: Hệ thống treo Watt với một thanh xoắn.
- Có rất nhiều cơ chế cung cấp cho chuyển động thẳng. Cơ chế đơn giản nhất là
nối bốn thanh với một điểm di chuyển thẳng .

(a)

10
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


(b)

(c)

Hình 2.1.11: Hệ thống treo Robert với thanh xoắn.

 Hệ thống treo dùng lị xo

Hình 2.1.12 Hệ thống treo với lò xo trụ.
11
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


- Giảm khối lượng không bị treo và tăng độ dao động theo chiều dọc có thể
dung lị xo. Hình 8.14 Hệ thống treo với làm bằng bốn thanh dọc giữa khung và
trục xe.
b. Hệ thống treo độc lập
- Hệ thống treo phụ thuộc là hệ thống treo mà khi một bánh xe dao động lên
xuống không gây ảnh hưởng tới bánh xe đối diện
 Hệ thống treo tay đòn chữ A kép

Hình 2.1.13: Hệ thống treo tay địn chữ A kép.

Hình 2.1.14: Hệ thống treo khung chữ A kép ở hai bánh xe.
12
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


- Hệ thống treo tay đòn chữ A kép bao gồm bốn thanh liên kết với khung gầm
bằng các khớp bản lề và được liên kết cẩn thận với bánh xe bằng các khớp nối.
Tay chữ A kép có là lò xo nằm giữa hai cánh tay đòn,dưới cánh tay địn nối với
khung gầm. Cũng có thể đặt lị xo giữa khung trên và khung gầm xe hoặc giữa
khung trên và dưới. Tay đòn chữ A hổ trợ lò xo được làm vững chắc hơn cánh
tay đòn kia
 Hệ thống treo McPherson


(a)

(b)

Hình 2.1.15: Hệ thống treo McPherson.

13
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


 Hệ thống treo đa liên kết

Hình 2.1.16: Hệ thống treo đa liên kết.
- Khi hai thanh bên của khung chữ A gắn liền với nhau bằng một khớp, thì
khung chữ A kép được gọi là một cơ chế đa liên kết. Cơ chế đa liên kết là cơ
chế sáu thanh có thể hoạt động tốt hơn là một cơ chế khung chữ A kép. Tuy
nhiên, cơ chế hệ thống treo đa liên kết đắt hơn, độ ổn định thấp hơn,và phức tạp
hơn hung chữ A kép bốn liên kết. Những ơ tơ có hệ thống treo nhiều hơn sáu
liên kết có cơ cấu động học tốt hơn.
 Hệ thống treo với tay địn di động

Hình 2.1.17: Hệ thống treo tay đòn di động.
- Đây là một hệ thống treo độc lập đơn giản với một tam giác. Các đỉnh của tam
giác được nối với khung gầm và và đầu bánh xe. Đáy của tam giác thẳng chiều
dọc của xe. Sự thay đổi góc camber cho hệ thống treo tay đòn di động là lớn
nhất so với hệ thống treo khác.
14
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô



 Hệ thống treo tay địn kéo

Hình 2.1.18:. Hệ thống treo với tay địn kéo.
- Có cánh tay địn dọc với trục quay ngang góc camber của bánh xe được hỗ trợ
bởi địn kéo nên sẽ khơng thay đổi trong q trình chuyển động. Hệ thống treo
có địn kéo được sử dụng nhiều ở xe dẫn động cầu trước.
 Hệ thống treo với tay địn bán chủ động

Hình 2.1.19: Hệ thống treo tay đòn bán chủ động.
- Đây là sựu kết hợp giữa hệ thống treo cánh tay đòn di động và tay địn kéo.
Góc hợp với trục khơng q 45o , hệ thống treo này có thể chấp nhận thay đổi
góc camber và chịu tác dụng của lực ngang và lực dọc. Hệ thống treo tay đòn
bán chủ động được ấp dụng cho xe dẫn động cầu sau nhiều thập kỷ.
15
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


 Hệ thống treo chống uốn và độ bền uốn

Hình 2.1.20: Trục chống uốn và độ bền uốn.
- Lò xo cuộn được dùng trong ơ tơ vì nó thuận tiện hơn nhíp lá. Độ bền uốn
ngang của lị xo cuộn bé hơn nhíp lá. Để tăng độ cứng cho lị xo cần phải có
thanh chống uốn. Nhíp lá được giảm lớp, lá đơn, hình thang, độ dày khơng
đồng đều cũng cần thanh chống uốn để bù cho độ cứng. Thanh chống uốn được
gọi là bộ ổn định.

2. Tâm quay và trục lăn.
- Tâm quay của hệ thống treo trước hoặc sau là tâm tức thời giữa chuyển
động tương đối giữa thân với hệ quy chiếu mặt đường. Tâm quay là khái
niệm trừu tượng nhằm xác định khả năng chuyển vị của bánh xe trong khơng

gian.
- Trục lăn được hình thành bởi tâm quay với hệ thống treo trước hoặc sau.
Trục lăn cũng là những đường thay đổi tạo giữa thân và bánh xe.

16
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


Hình 2.2.1: Một ví dụ về một cặp kiểu tay địn hình chữ A của hệ thống treo
trước.

Hình 2.2.2: Mơ hình kết cấu của cặp tay địn hình chữ A của hệ thống treo
trước.

17
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


Hình 2.2.3: Tâm quay tức thời I18 được hình thành từ giao điểm của 2 đường
nối tâm I12I28 và I13I38.
- Trước hết kéo dài đường tâm đòn trên 4 và đòn dưới 6 chúng gặp nhau tại
I28 , I28 được gọi là tâm quay tức thời của bánh xe.
- Điểm I12 là điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường nối 2 điểm vừa tìm được
ở trên lại với nhau.
- Tương tự ta làm cho bên cịn lại sau đó kéo dài hai đường I12I28 và I13I38
điểm cắt nhau I18 chính là tâm quay giữa khung xe với mặt đường.

3. Vị trí tương đối của lốp xe.
- Bốn thơng số chính ảnh hưởng đến lốp xe là : Toe, camber, caster, trust.


18
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


Hình 2.3.1: Đồ thị ảnh hưởng của gốc γ đến h.
 Toe:
- Độ chùm của bánh xe, các bánh xe được thiết lập sao cho hai bánh hướng
tới lẫn nhau thì gọi là toe-in , hướng ra ngồi thì được gọi là toe- out như
trong hình.
- Tuy nhiên phổ biến người ta đo góc toe từ cạnh trong hoặc ngồi của lốp.
Việc chỉnh góc toe này ảnh hưởng đến độ mòn, sự ổn định của chuyển động
khi xe chạy thẳng và sử lý khi xe vào cua.
- Khi xe chuyển động thẳng thì vieevj điều chỉnh góc toe-in có thể làm lốp xe
bị mịn phần bên ngồi nược lại góc toe-out làm lốp bị mịn phía trong.
- Toe-in tăng khả năng định hướng, tue-out sẽ cho cảm giác lái tốt hơn điều
này khiến người lái sẽ khơng được thối mái khi hoạt động lâu do đó để thỏa
mái người ta thường chọn góc toe-in và nó mang tính thương mại, góc toeout dùng tốc độ cao do đó thích hợp với các loại xe đua

19
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


Hình 2.3.2: Độ chụm của bánh xe.
 Caster angle:

Hình 2.3.3: Phương pháp điều chỉnh góc caster.
- Góc Caster là góc nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trục xoay đứng.
20
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô



- Góc Caster được xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đường
thẳng đứng nhìn từ cạnh xe. Khi trục xoay đứng nghiêng về phía sau thì được
gọi là góc Caster Dương (+), cịn trục nghiêng về phía trước được gọi là góc
Caster Âm (-)
- Khoảng cách từ giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng và mặt đường
đến tâm điểm tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường được gọi là khoảng caster
của trục đứng.
- Góc caster có ảnh hưởng đến độ ổn định khi xe chạy trên đường thẳng, cịn
khoảng caster thì ảnh hưởng đến tính năng trả lái bánh xe sau khi chạy trên
đường vòng. Nếu các bánh xe có góc caster dương lớn thì ổn định trên đường
thẳng tăng lên nhưng lại khó chạy trên đường vịng.
 Camber:

Hình 2.3.4: Góc camber dương và âm của bánh xe trước.
- Các bánh xe trước (hoặc sau) với phía trên được nghiêng vào trong hoặc
nghiêng ra ngồi (xem hình). Góc này được gọi là góc Camber, và được xác
định bằng góc nghiêng so với phương thẳng đứng. Phần bánh xe được
nghiêng ra ngoài gọi là Camber Dương (+), phần bánh xe nghiêng vào trong
gọi là Camber Âm (-).
- Khi xe chạy vào đường vòng, lực ly tâm ln có xu hướng buộc xe phải đi
cung trịn lớn hơn ý muốn của người tài xế. Để hạn chế điều này, người ta sẽ
21
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


chỉnh góc Camber Âm (-). Camber Âm (-) có tác dụng làm giảm lực quay
vịng như hình bên dưới. Khi xe quay vịng, lực đẩy ngang làm bánh xe phía
ngồi sẽ có tác dụng làm giảm lực quay vịng.
- Camber Dương (+) sẽ có những tác dụng làm giảm tải trọng thẳng đứng.

Trong trường hợp góc Camber bằng 0, trọng lực tác dụng xuống mặt đường,
tạo phản lực F, do Camber bằng 0 nên lực tác dụng trực tiếp vào ổ bi. Nếu
Camber Dương sẽ làm giảm tải trọng thẳng đứng, nhờ thế mô-men tác dụng
lên bánh xe và cam lái sẽ giảm xuống. Ngăn ngừa bánh xe tuột ra khỏi mayơ, do có F tác dụng lên bánh xe phân làm 2 lực: F1 và F2. F2 xu hướng kéo
bánh xe nhằm ngăn ngừa bánh xe tuột ra.
 Trust:
- Là góc lệch giữa đường thẳng vng góc với các trục tại tâm của nó

Hinh 2.3.5: Góc lệch giữa đường thẳng vng góc với các trục tại tâm.

4. Hệ trục tọa độ.
- Ba hệ trục tọa độ được dùng để thể hiện sự định hướng của lốp xe và bánh xe
đối với chiếc xe. Bánh xe hệ trục W, mâm xe hệ tọa độ C, lốp xe hệ tọa độ T.
22
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


Hệ trục tọa độ W(xw,Yw,Zw) được xác định tại điểm trọng tâm bánh xe. Nó sinh
ra tất cả các chuyển động tịnh tiến và quay của bánh xe trừ chuyển động xoắn
trịn quanh trục YW. Do đó, trục Xw và trục Zw luôn nằm trong mặt phẳng lốp xe,
trong khi trục Yw luôn nằm dọc theo trục quay.
- Khi bánh xe được đặt thẳng đứng và hệ trục W được song song với hệ trục
tọa độ của xe. Chúng ta cố định hệ trục của thân mâm xe C(xc,Yc,Zc) tại tọa độ
trọng tâm của bánh xe và song song với hệ trục xe. Hệ trục mâm xe C đứng yên
đối với với hệ trục tọa độ của xe và không sinh ra một bất kì một chuyển động
nào của bánh xe.
-

Hệ trục tọa độ lốp xe T(XT,YT,ZT) được xác định tại trọng tâm của điểm tiếp


xúc lốp xe mặt đường. Trục ZT luôn thẳng đứng đối với mặt đất. Truc XT dọc
theo đường giao nhau giữa mặt phẳng lốp xe và mặt đường. Hệ trục lốp xe không
sinh ra chuyển động quay và góc xoay camber của lốp xe, tuy nhiên sinh ra góc
quay lái đối với trục ZT.

23
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


Hình 2.4.1: Minh họa hệ trục tọa độ của lốp và bánh xe.
- Sự thể hiện hệ trụ tọa độ của bánh, lốp xe và mâm xe.

Hình 2.4.2: Minh họa hệ trục tọa độ của lốp, bánh và mâm xe.

- Hình 2.4.2 biểu diễn mối quan hệ về mặt cấu trúc của hệ trục mâm xe C, lốp
xe T, và bánh xe W. Nếu trục lái dọc theo XC, khi đó chuyển động quay của
bánh xe quanh trục ZC là góc lái δ. Dao động quay XT là góc camber.
- Trục lái có thể có nhiều góc và có thể đi xuyên qua nhiều điểm của mặt phẳng
đường.
- Chuyển từ hệ trục tọa độ bánh xe đến hệ trục lốp xe.

24
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


5. Mơ hình tốn học
- Hình 5.1 biểu diễn mơ hình của hệ thống dao động tuyến tính với 1 bậc tự do.
Nó có thể biểu diễn mơ hình dao động theo phương thẳng đứng của xe.

Hình 2.5.1: Mơ hình dao động tuyến tính.

- 1/4 giá trị của thân xe được mơ hình hóa như giá trị m và bao gồm cả khối
lượng lò xo. Độ cứng lò xo k và bộ giảm chấn thủy lực C, chống đỡ khối lượng
của lị xo và thể hiện hệ thống treo chính xác trên xe. Thông số treo k và C là giá
trị hằng số của độ cứng vững và giảm chấn cho bánh xe, được đo chinh xác tại
điểm trọng tâm bánh xe. Bởi vì chúng ta bỏ qua giá trị độ cứng của bánh và độ
mềm lốp xe. Mơ hình này cịn được gọi là 1/8 mơ hình xe.
- Phương trình của chuyển động cho hệ thống này là:






m x  c x kx  c y  ky (1)

-

Có thể biến đổi thành phương trình:






m z  c z  kz  m y (2)

-

Với Z=x-y ta có:


25
Động lực học hệ thống treo và dao động ô tô


×