Khảo sát độ êm dịu chuyển động của ô tô Sedan trên điều kiện mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997

Chia sẻ: Lệ Minh Vũ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

1
lượt xem 0
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo "Khảo sát độ êm dịu chuyển động của ô tô Sedan trên điều kiện mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997" thực hiện khảo sát dao động của ô tô trên dòng sedan hạng B với điều kiện mặt đường ngẫu nhiên trong môi trường simulink, từ kết quả khảo sát tiến hành phân tích kết quả và so sánh với tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 (Marjanen & Mansfield, 2010). Tác giả, tiến hành xây dựng mô hình dao động ½ với nhiều bậc tự do trong không gian để tiến hành xây dựng phương trình dao động với các phần tử ghế ngồi, khung xe, hệ thống treo cầu trước và cầu sau. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khảo sát độ êm dịu chuyển động của ô tô Sedan trên điều kiện mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997

KHẢO SÁT ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ SEDAN TRÊN ĐIỀU KIỆN MẶT ĐƯỜNG THEO TIÊU CHUẨN ISO 2631-1:1997 Nguyễn Hữu Thuận, Nguyễn Văn Giao* Viện Kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh. *Tác giả liên hệ, Email: nv.giao82@hutech.edu.vn. TÓM TẮT Bài báo thực hiện khảo sát dao động của ô tô trên dòng sedan hạng B với điều kiện mặt đường ngẫu nhiên trong môi trường simulink, từ kết quả khảo sát tiến hành phân tích kết quả và so sánh với tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 (Marjanen & Mansfield, 2010). Tác giả, tiến hành xây dựng mô hình dao động ½ với nhiều bậc tự do trong không gian để tiến hành xây dựng phương trình dao động với các phần tử ghế ngồi, khung xe, hệ thống treo cầu trước và cầu sau. Sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để thực hiện khảo sát dao động với các vận tốc: 20 ,40 và 60 (km/h). Kết quả khảo sát cho thấy với dãy tốc độ trên thì người lái có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái khi lái xe trên điều kiện mặt đường ngẫu nhiên này. Như vậy xe không đáp ứng được yêu cầu về độ êm dịu chuyển động. Từ khóa: Ô tô Sedan; dao động; ISO 2631-1:1997; giá trị r.m.s; mặt đường ngẫu nhiên. 1. Tổng quan Khi ô tô chuyển động, sự dao động xảy ra và nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ êm dịu chuyển động của ô tô, dao động này tác động trực tiếp lên người dưới dạng sóng cơ học. Từ các kết quả, của các công trình nghiên cứu trước đây và khảo sát về độ êm dịu chuyển động ta giả thuyết rằng xem cơ thể con người được là một hệ dao động cơ học đàn hồi với khoảng tần số dao động riêng từ (3 - 30)Hz và đặc biệt hệ cơ học cơ thể người này có khả năng chịu được sự dao động có tần số rất cao khoảng 8000Hz (Bùi Quốc Vĩnh, 2011). Các bộ phận của cơ thể người sẽ xuất hiện các chuyển động tương đối khi chịu các kích thích từ dao động. Cơ sở đánh giá độ êm dịu của ô tô khi chuyển động là so sánh với tần số dao động được sinh ra khi con người đi bộ. Con người được xem là đang thực hiện một dao động khi thực hiện các bước đi, chạy, nhảy với nhiều hình thức với sự thay đổi về tốc độ theo thời gian. Theo các nghiên cứu, đã chứng minh rằng thông thường con người sẽ thực hiện khoảng (60 - 90) bước đi trong mỗi phút, tương ứng với đó thì tần số dao động sẽ là từ (1 - 1.5)Hz. Như vậy, tần số dao động từ (1 - 1.5)Hz được xem là êm dịu  cho nên khi ô tô chuyển động trên nhiều điều kiện mặt đường khác nhau mà tần số dao động riêng nằm trong khoảng từ (1 - 1.5)Hz thì được xem là chuyển động êm dịu. Hiện nay, phương pháp mô tả độ mấp mô mặt đường bằng hàm ngẫu nhiên (Tyan et al., 2009) đã được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn ISO 8606 (Tyan et al., 2009) được ứng dụng vào các công trình nghiên cứu, khảo sát độ êm dịu chuyển động của ô tô. Vì vậy, tác giả sử dụng hàm kích thích từ mặt đường này để tiến hành khảo sát. 33
Hình 1. Profile mặt đường (Tyan et al., 2009) Bảng 1. Độ lệch chuẩn độ gồ ghề của đường (Tyan et al., 2009). Φ( Loại đường A (rất tốt) 2 1 0.127 B (tốt) 4 4 0.127 C (trung bình) 8 16 0.127 D (xấu) 16 64 0.127 E (rất xấu) 32 256 0.127 Phương trình vi phân hàm mặt đường ngẫu nhiên mà nhóm tác giả xây dựng trong điều kiện xe chạy dọc trên một con đường với hằng số vận tốc V = , tín hiệu từ profile mặt đường (𝑡), tần số kích thích từ mặt đường theo thời gian là 𝜔(𝑡) (rad/s), góc α phụ thuộc vào trên từng loại mặt đường. 𝑡 𝑡 𝜔 𝑡 (1) Hình 2. Mô hình Simulink theo công thức (1) Từ phương trình, tác giả đưa ra đồ thị kích thích dao động ngẫu nhiên từ mặt đường với giá trị , trong môi trường Simulink. 34
Hình 3. Đồ thị biên độ dao động theo thời gian Từ đồ thị biên độ của hàm kích thích dao động ngẫu nhiên, ta có thể nhận thấy giá trị biên độ của mặt đường là luôn luôn thay đổi không tuân một quy luật cụ thể nào, giá trị này nó còn phụ thuộc vào biên dạng mặt đường, vận tốc của xe và các yếu tố môi trường khác. 2. Mô hình khảo sát Giả sử, chúng ta đi xét dao động của một chiếc xe sedan với hệ thống treo trước là độc lập và hệ thống treo sau là phụ thuộc và được mô hình hóa thành mô hình dao động nhiều bậc tự do (Yatak & Şahin, 2021). Hình 4. Mô hình dao động ô tô nhiều bậc tự do (Yatak & Şahin, 2021) Từ mô hình trên, để giải bài toán hệ dao động trên là rất phức tạp và chưa phù hợp với mục tiêu hướng đến. Bên cạnh đó, với mục tiêu có kết quả khảo sát độ êm dịu chuyển động gần nhất với thực tế, tác giả đưa ra mô hình dao động ô tô ½ với hệ dao động như hình 5, từ đó tiến hành xây dựng mô hình toán và xử lí bài toán dao động với Simulink. 35
Hình 5. Mô hình toán dao động trong mặt phẳng theo biên dạng của mặt đường điều hòa Phương trình dao động: Phương trình dao động ghế ngồi tài xế: ̈ ̇ ̇ ̇ Phương trình khối lượng được treo (sàn xe): ̈ ( ) ̇ ( ) [ ] ̇ [ ] ̇ ̇ ̇ Phương trình moment quán tính tại trọng tâm xe: ̈ [ ] ̇ [ ] [ ] ̇ [ ] ̇ ̇ ̇ Phương trình khối lượng không được treo cầu trước: ̈ ̇ ̇ ̇ Phương trình khối lượng không được treo cầu sau: ̈ ̇ ̇ ̇ Bảng 2. Các thông số liên quan trong mô hình khảo sát Khối lượng người ngồi (kg) 75 Chiều dài cơ sở của xe L (m) 2,550 Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến cầu trước a (m) 1,11 Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến cầu sau b (m) 1,44 Khoảng cách từ trọng tâm ghế ngồi người lái đến cầu trước x (m) 0,8 Độ cứng của ghế (N/m) 11000 Hệ số giảm chấn ghế (N-s/m) 1550 Độ cứng lò xo hệ thống treo phía trước (N/m) 50270 Hệ số giảm chấn hệ thống treo phía trước (N-s/m) 1280 Khối lượng không được treo hệ thống treo phía trước (kg) 110 Độ cứng lò xo hệ thống treo phía sau (N/m) 41080 36
Hệ số giảm chấn hệ thống treo phía sau (N-s/m) 1070 Khối lượng không được treo hệ thống treo phía trước (kg) 150 Khối lượng được treo M (kg) 915 Mô-men quán tính theo chiều dọc trục của xe (kg ) 2900 Độ cứng lốp xe trước (N/m) 2131190 Độ cứng lốp xe sau (N/m) 2121980 3. Kết quả và thảo luận Trường hợp 1: Điều kiện khảo sát m, km/h, 𝑡 s. Hình 6. Gia tốc dao động của các phần tử với vận tốc 20 km/h Từ kết quả hình 6 ta thấy với vận tốc 20 km/h thì trọng số R.M.S [ ( )] của ghế là 0.9805 nằm trong vùng dao động tác động đến con người ở trạng thái là có cảm giác rõ rệt về sự không thỏa mái khi so với tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997. Tuy nhiên, tần số dao động riêng của ghế là 0.753Hz nằm trong vùng tần số an toàn đối với người lái. Bảng 3. Phản ứng về tiện nghi với môi trường dao động (Thi, 2016) Nhỏ hơn 0,315 m/ Không có cảm giác khó chịu Từ 0,315 m/ đến 0,63 m/ Có cảm giác một phần về sự không thoải mái Từ 0,5 m/ đến 1 m/ Có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái Từ 0,8 m/ đến 1,6 m/ Không thoải mái Từ 1,25 m/ đến 2,5 m/ Rất không thoải mái Lớn hơn 2,5 m/ Cực kỳ không thoải mái 37
Hình 7. Chuyển vị của các phần tử với vận tốc 20 km/h Trên đồ thị chuyển vị của các phần tử khi xe di chuyển với vận tốc 20 km/h ta thấy giá trị chuyển vị của khối lượng không được treo cầu trước cao nhất là 0.0762m, chuyển vị của khối lượng không được treo cầu sau cao nhất đạt 0.117m và chuyển vị của ghế và khung xe tương đối bằng nhau và rơi vào khoảng 0.0267m. Hình 8. Vận tốc dao động của các phần tử với vận tốc 20 km/h Vận tốc chuyển vị của ghế và khung xe khi xe di chuyển với vận tốc 20 km/h lần lượt là 0.193 m/s và 0.196 m/s. Trường hợp 2: Điều kiện khảo sát m, km/h, 𝑡 s. 38
Hình 9. Gia tốc dao động của các phần tử với vận tốc 40 km/h Từ kết quả hình 9 ta thấy với vận tốc 40 km/h thì trọng số R.M.S [ ( )] của ghế là 1.105 nằm trong vùng dao động tác động đến con người ở trạng thái là có cảm giác không thỏa mái khi so với tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997. Tuy nhiên tần số dao động riêng của ghế là 0.925 Hz nằm trong vùng tần số an toàn đối với người lái. Hình 10. Chuyển vị của các phần tử với vận tốc 40 km/h Trên đồ thị chuyển vị của các phần tử khi xe di chuyển với vận tốc 40 km/h (hình 10) ta thấy giá trị chuyển vị của khối lượng không được treo cầu trước cao nhất là 0.0756m, chuyển vị của khối lượng không được treo cầu sau cao nhất đạt 0.117m và chuyển vị của ghế và khung xe tương đối bằng nhau và rơi vào khoảng 0.0267m. 39
Hình 11. Vận tốc dao động của các phần tử với vận tốc 40 km/h Vận tốc chuyển vị của ghế và khung xe khi xe di chuyển với vận tốc 40 km/h lần lượt là 0.189 m/s và 0.198 m/s. Trường hợp 3: Điều kiện khảo sát m, km/h, 𝑡 s. Hình 12. Gia tốc dao động của các phần tử với vận tốc 60 km/h Từ kết quả hình 12 ta thấy với vận tốc 60 km/h thì trọng số gia tốc R.M.S [ ( )] của ghế là 1.201 nằm trong vùng dao động tác động đến con người ở trạng thái là có cảm giác cực kỳ không thỏa mái khi so với tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997. Tuy nhiên, tần số dao động riêng của ghế là 1.039 Hz nằm trong vùng tần số an toàn đối với người lái. 40
Hình 13. Chuyển vị của các phần tử với vận tốc 60 km/h Trên đồ thị chuyển vị của các phần tử khi xe di chuyển với vận tốc 60 km/h (hình 13) ta thấy giá trị chuyển vị của khối lượng không được treo cầu trước cao nhất là 0.0856m, chuyển vị của khối lượng không được treo cầu sau cao nhất đạt 0.127m và chuyển vị của ghế và khung xe tương đối bằng nhau và rơi vào khoảng 0.0287m. Hình 14. Vận tốc dao động của các phần tử với vận tốc 60 km/h Vận tốc chuyển vị của ghế và khung xe khi xe di chuyển với vận tốc 60 km/h lần lượt là 0.212 m/s và 0.200 m/s. 4. Kết luận Khi xe chuyển động với vận tốc 20, 40 và 60 (km/h) thì trọng số trung bình bình phương gia tốc r.m.s [ ( )] của ghế lần lượt là 0.9805, 1.105 và 1.201 và tần số dao động lần lượt là 0.753 Hz, 0.925 và 1.039 Hz khi so sánh với tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 thì người lái có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái khi lái xe trên điều kiện mặt đường này. Như vậy xe không đáp ứng được yêu cầu về độ êm dịu chuyển động. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Marjanen, Y., & Mansfield, N. (2010). Validation and improvement of the ISO 2631-1 (1997) standard method for evaluating discomfort from whole-body vibration in a multi-axis environment. Ph.D., 283. 41
2. Bùi Quốc Vĩnh. (2011). Nghiên cứu đánh giá độ êm dịu của ô tô khách 29 chỗ ngồi sản xuất tại Việt Nam. 3. Thi, M. (2016). Mô phỏng độ êm dịu của xe khách giường nằm. 11(108), 25–30. 4. Tyan, F., Hong, Y.-F., Tu, S.-H., & Jeng, W. S. (2009). Generation of random road profiles. Journal of Advanced Engineering, 4(2), 151–156. 5. Yatak, M. Ö., & Şahin, F. (2021). Ride Comfort-Road Holding Trade-off Improvement of Full Vehicle Active Suspension System by Interval Type-2 Fuzzy Control. Engineering Science and Technology, an International Journal, 24(1), 259–270. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2020.10.006. 42