luận văn: ỨNG DỤNG PHẦN MỀN SIMULINK-MATLAB 7.0 ĐỂ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SIMULINK-MATLAB 7.0 ĐỂ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ.”

-----  1  -----

LỜI CAM ĐOAN

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

ĐHGTVT Hà Nội; Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ôtô tải

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 tháng 10 năm 2009

Học viên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Nguyễn Tân Chính

-----  2  -----

MỤC LỤC

Trang

Mục lục 2

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 4

Danh mục các hình vẽ và bảng biểu 9

LỜI NÓI ĐẦU 11

Chƣơng I. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 13

1.1. Tổng quan về tình hình phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam 13

1.1.1. Nhu cầu về ôtô và định hƣớng của chính phủ 13

1.1.2. Thực trạng các cơ sở lắp ráp ôtô ở Việt Nam 17

1.2. Sơ lƣợc tình hình nghiên cứu dao động của ôtô 18

1.2.1. Nghiên cứu dao động của ôtô trên thế giới 18

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

1.3. Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô 25

1.3.1. Đánh giá độ êm dịu chuyển động 25

1.3.2. Chỉ tiêu về tải trọng động 27

1.3.3. Chỉ tiêu về không gian bố trí treo 29

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 30

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

2.2. Thiết lập hệ phƣơng trình vi phân mô tả dao động của động cơ 35

2.2.1. Khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc 37

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.2.2. Khối lƣợng không đƣợc treo sau 40

-----  3  -----

2.2.3. Khối lƣợng đƣợc treo (thân xe) 43

2.2.4. Khối lƣợng của động cơ 48

2.3. Các yếu tố phi tuyến có thể có trong mô hình dao động 51

2.3.1. Các đặc tính phi tuyến 51

2.3.2. Phi tuyến do đặc tính động học của phần tử đàn hồi 52

2.3.3. Phi tuyến do đăc tính động học của cơ cấu dẫn hƣớng 52

2.3.4. Đặc tính phi tuyến của giảm chấn thuỷ lực 53

2.3.5. Mô phỏng ma sát khô 54

2.4. Nghiên cứu mấp mô mặt đƣờng 55

2.4.1. Các phƣơng pháp định hàm kích động mặt đƣờng 55

2.4.2. Cơ sở lý thuyết hàm ngẫu nhiên 56

2.4.3. Chọn hàm kích động ngẫu nhiên mặt đƣờng 58

Chƣơng 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SIMULINK-MATLAB 7.0 ĐỂ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ

3.1. Sơ đồ mô phỏng dao động của động cơ

3.1.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể

3.1.2. Sơ đồ các khối chức năng

3.2. Thông số mô phỏng

3.3. Một số kết quả đánh giá

3.3.1. Lực của hệ thống treo tác dụng lên vỏ xe:

3.3.2. Các chuyển vị và gia tốc theo phƣơng thẳng đứng của thân xe

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

4.1.Kết luận 85

4.2. Kiến nghị 86

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

TÀI LIỆU THAM KHẢO 87

-----  4  -----

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa

kg Khối lƣợng không đƣợc treo cầu trƣớc trƣớc trái m1T

kg Khối lƣợng không đƣợc treo cầu trƣớc trƣớc phải m1P

kg Khối lƣợng không đƣợc treo cầu sau trái m2T

kg Khối lƣợng không đƣợc treo cầu sau phải m2T

kg M

Khối lƣợng đƣợc treo của xe (không tính khối lƣợng của động cơ) khi đầy tải

kg Khối lƣợng động cơ Mdc

Nms2 Mô men quán tính khối lƣợng đƣợc treo đối với trục Jx

quay Y

Nms2 Mô men quán tính khối lƣợng đƣợc treo đối với trục Jy

quay X

Nms2 Mô men quán tính khối lƣợng động cơ đối với trục quay Jdcx

Jdcy

Nms2 Mô men quán tính khối lƣợng động cơ với trục quay X1 Chiều rộng của động cơ tính vị trí bắt 2 bu lông m Bdc

m Chiều dài của động cơ tính vị trí bắt 2 bu lông Ldc

m L Chiều dài cơ sở ô tô

m Vết bánh xe cầu trƣớc BT

m Vết bánh xe cầu sau BS

m a Khoảng cách trọng tâm a

m b Khoảng cách trọng tâm b

N/m Độ cứng nhíp của hệ thống treo trƣớc C1

N/m Độ cứng nhíp của hệ thống treo sau C2

Nm/s Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo trƣớc K1

Nm/s Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo sau K2

N/m Độ cứng lốp cầu trƣớc CL1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

N/m Độ cứng lốp cầu sau CL2

-----  5  -----

Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa

Nm/s Hệ số cản giảm chấn lốp cầu trƣớc KL1

Nm/s Hệ số cản giảm chấn lốp cầu sau KL1

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén nhẹ hệ thống treo Knn1

phía trƣớc

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén mạnh hệ thống Knm1

treo phía trƣớc

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả nhẹ hệ thống treo Ktn1

phía trƣớc

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả mạnh hệ thống Ktm1

treo phía trƣớc

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén nhẹ hệ thống treo Knn2

phía trƣớc

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén mạnh hệ thống Knm2

treo phía trƣớc

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả nhẹ hệ thống treo Ktn2

phía sau

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả mạnh hệ thống Ktm2

treo phía sau

KG Trọng lƣợng đặt lên cầu trƣớc khi ô tô đầy tải G1

KG Trọng lƣợng đặt lên cầu sau khi ô tô đầy tải G2

m ( -z)

Chuyển vị tƣơng đối giữa khối lƣợng không đƣợc treo và khối lƣợng đƣợc treo.

dyn

m Độ võng động hành trình nén của hệ treo

dyn

fn ft m Độ võng động hành trình trả của hệ treo

N/m Độ cứng lốp xe phía trƣớc bên phải xe CL1P

N/m Độ cứng lốp xe phía trƣớc bên trái xe CL1T

Ns/m Hệ số cản giảm chấn của lốp xe phía trƣớc bên phải KL1P

Ns/m Hệ số cản giảm chấn của lôp xe phía trƣớc bên trái KL1T

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

N/m Độ cứng lốp xe phía sau bên phải xe CL2P

-----  6  -----

Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa

N/m Độ cứng lốp xe phía sau bên trái xe CL2P

Ns/m Hệ số cản giảm chấn của lốp phía sau bên phải KL2P

Ns/m Hệ số cản giảm chấn của lốp phía sau bên trái KL2T

V m/s Vận tốc chuyển động của ôtô

Trọng tâm của động cơ T1

N/m Độ cứng lò xo vị trí lắp động cơ thứ nhất Cđc1

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn vị trí lắp động cơ thứ nhất Kđc1

N/m Độ cứng lò xo vị trí lắp động cơ thứ hai Cđc2

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn vị trí lắp động cơ thứ hai Kđc2

N/m Độ cứng lò xo vị trí lắp động cơ thứ ba Cđc3

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn vị trí lắp động cơ thứ ba Kđc3

N/m Độ cứng lò xo vị trí lắp động cơ thứ tƣ Cđc4

Nm/s Hệ số cản của giảm chấn vị trí lắp động cơ thứ tƣ Kđc4

N Tổng các ngoại lực tác dụng lên vật

N Tổng các lực quán tính tác dụng lên vật

rad Chuyển động quay quanh trục Y 

rad Chuyển động quay quanh trục X 

Toạ độ suy rộng khối lƣợng không đƣợc treo phia trƣớc bên trái

Toạ độ suy rộng khối lƣợng không đƣợc treo phia trƣớc bên phải

Toạ độ suy rộng khối lƣợng không đƣợc treo phia sau bên trái

Toạ độ suy rộng khối lƣợng không đƣợc treo phia sau bên phải

trọng tâm của động cơ T1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

rad Chuyển động quay của động cơ quanh trục X1 

-----  7  -----

Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa

rad Chuyển động quay của động cơ quanh trục Y1 

N Lực quán tính khối lƣợng m1T bên trái

N Lực đàn hồi của bánh xe phía trƣớc bên trái

N Lực giảm chấn của bánh xe phía trƣớc bên trái

N Lực đàn hồi của hệ thống treo trƣớc bên trái

N Lực giảm chấn của hệ thống treo trƣớc bên trái

N Lực quán tính khối lƣơng m1P bên phải

N Lực đàn hồi của bánh xe phía trƣớc bên phải

N Lực giảm chấn của bánh xe phía trƣớc bên phải

N Lực đàn hồi của hệ thống treo trƣớc bên phải

N Lực giảm chấn của hệ thống treo trƣớc bên phải

N Lực đàn hồi của bánh xe phía sau bên trái

N Lực giảm chấn của bánh xe phía sau bên trái

N Lực đàn hồi của khối lƣợng treo sau bên trái

N Lực giảm chấn của hệ thống treo saubên trái

N Lực đàn hồi của bánh xe sau bên phải

N Lực giảm chấn của bánh xe sau bên phải

N Lực đàn hồi của hệ thống treo sau bên phải

N Lực giảm chấn của hệ thống treo sau bên phải

N Lực quán tính của đông cơ

N Lực đàn hồi của vị trí bắt động cơ thứ nhất

N Lực giảm chấn của vị trí bắt động cơ thứ nhất

N Lực đàn hồi của vị trí bắt động cơ thứ hai

N Lực giảm chấn của vị trí bắt động cơ thứ hai

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

N Lực đàn hồi của vị trí bắt động cơ thứ ba

-----  8  -----

Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa

N Lực giảm chấn của vị trí bắt động cơ thứ ba

N Lực đàn hồi của vị trí bắt động cơ thứ tƣ

N Lực giảm chấn của vị trí bắt động cơ thứ tƣ

Kỳ vọng toán học hoặc giá trị tung độ trung bình của các mấp mô mặt đƣờng

K Số lƣợng các giá trị đo đạc

Giá trị độ cao mấp mô tại điểm đo thứ i qi

Xác suất xuất hiện độ cao mấp mô thứ i Pi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Phƣơng sai các mấp mô Dy

-----  9  -----

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

13 Bảng 1.1. Dự kiến sản lƣợng ô tô các loại đến năm 2020

Bảng 1.2. Biểu cân đối năng lực, nhu cầu và bổ sung sản lƣợng ô tô đến năm 2010

33 Hình 2.1. Mô hình dao dao động của động cơ trong ôtô con hai cầu

Hình 2.2. Mô hình dao dao động trƣơng đƣơng của động cơ trong ôtô con hai cầu

36 Hình .2.3. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cơ hệ

38 Hình 2.4. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc trái

39 Hình 2.5. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc phải

40 Hình 2.6. Sơ đồ lực tác dụng của khối lƣợng không đƣợc treo sau trái

42 Hình 2.7. Sơ đồ lực tác dụng của khối lƣợng không đƣợc treo sau

-



Hình 2.8. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe

2

Hình 2.9. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lƣợng đƣợc treo(của động cơ)

9



-

Hình 2.10. Hệ treo 2 đòn ngang

-

61 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)

62 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)

63 Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động động cơ

64 Hình 3.2. Sơ đồ mô tả khối kích động mặt đƣờng

65 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

66 Hình 3.5. Mô tả các chuyển vị của khối lƣợng không đƣợc treo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

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

-----  10  -----

68 Hình 3.8.. Sơ đồ các lực tác dụng của hệ thống treo phía sau

Hình 3.9. Sơ đồ mô tả đặc tính phi tuyến của hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo phía sau

69 Hình 3.10. Sơ đồ khối mô tả khối vỏ xe

70 Hình 3.11. Sơ đồ khối các lực hệ thống treo của động cơ

71 Hình 3.12. Sơ đồ khối mô tả các chuyển vị của động cơ

Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe minibus 8 chỗ ngồi MEFA5- LAVI-304

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.

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

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.

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 Cdc và Kdc

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 Cdc

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 Cdc tăng

Hình 3.19. Độ lêch quân phƣơng gia tốc theo phƣơng thẳng đứng khi Cdc thay đổi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.20. Độ lêch quân phƣơng gia tốc theo phƣơng thẳng đứng khi Kdc thay đổi

-----  11  -----

LỜI NÓI ĐẦU

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

tướng chính phủ về việc phê duyệt chiến lược công nghiệp ôtô Việt Nam đến

năm 2010. Trong đó nhấn mạnh đến công nghệ chế tạo các linh kiện, các

cụm, các hệ thống của ôtô mang thương hiệu Việt Nam. Tuy nhiên hiện nay

ngành công nghiệp ôtô Việt Nam cũng mới chỉ dừng lại ở sản xuất một số chi

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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

thông số kết cấu của đệm đàn hồi ở các vị trí lắp ráp động cơ với vỏ xe.

-----  12  -----

Thông số các đệm đàn hồi được đặc trưng bởi độ cứng và hệ số cản ảnh

hưởng đến độ em dịu chuyển động ôtô. Để đạt được các mục đích đó trong đề

tài giải quyết những vấn đề sau:

- Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô

trong điều kiện đường xá Việt Nam, phù hợp với người Việt Nam.

- Xây dựng mô hình dao động động cơ xe du lịch lắp ráp tại Việt Nam.

- Thiết lập hệ phương vi phân mô tả dao động của động cơ xe du lịch

lắp ráp tại Việt Nam.

- 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.

- Giải hệ phương trình vi phân mô tả dao động bằng phần mềm Matlab

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.

Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo

hướng dẫn khoa học TS. Lê Quốc Phong người hướng dẫn trực tiếp tôi trong

suốt thời gian làm luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy trong

Khoa Cơ khí, Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, các bạn

bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.

Do trình độ của bản thân và thời gian còn hạn nên đề tài chắc chắn

không tránh khỏi những sai sót nhất định, rất mong nhận được sự đóng góp

của các thầy, độc giả quan tâm để đề tài hoàn thiện hơn.

Thái Nguyên, ngày tháng 10 năm 2009

Tác giả

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Nguyễn Tân Chính

-----  13  -----

Chương I

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về tình hình phát triển công nghiệp ôtô Việt Nam

1.1.1. Nhu cầu về ôtô và định hướng của chính phủ

Theo Quyết định số 177/2004/QĐ-TTg ngày 5 tháng 10 năm 2004 của

Thủ tƣớng Chính phủ về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành công

nghiệp ôtô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến 2020. Trong Quy hoạch

tình bày Quan điểm và mục tiêu phát triển nhƣ sau:

- 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

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

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

nghệ tiên tiến của thế giới, kết hợp với việc đẩy mạnh hoạt động nghiên cứu -

phát triển trong nƣớc và tận dụng có hiệu quả cơ sở vật chất, trang thiết bị

hiện có, nhằm nhanh chóng đáp ứng nhu cầu trong nƣớc về các loại xe thông

dụng với giá cả cạnh tranh, tạo động lực thúc đẩy các ngành công nghiệp hỗ

trợ trong nƣớc phát triển nhằm đẩy nhanh quá trình sản xuất linh kiện, phụ

tùng trong nƣớc; phải phù hợp với chính sách tiêu dùng của đất nƣớc và phải

bảo đảm đồng bộ với việc phát triển hệ thống hạ tầng giao thông; các yêu cầu

về bảo vệ và cải thiện môi trƣờng.

- Mục tiêu phát triển:

Bảng 1.1. Dự kiến sản lƣợng ô tô các loại đến năm 2020. Đơn vị: xe

TT 2005 2010 2020

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1 Tổng số ô tô 120.000 239.000 398.000

-----  14  -----

2005 2010 2020 TT

2 Xe con đến 5 chỗ ngồi 32.000 116.000 60.000

3 Xe con từ 6 - 9 chỗ ngồi 3.000 10.000 28.000

4 Xe khách 36.000 15.000 79.900

21.000 9.000 44.000 + 10 - 16 chỗ ngồi

5.000 2.000 11.200 + 17 - 25 chỗ ngồi

6.000 2.400 15.180 + 26 - 46 chỗ ngồi

4.000 1.600 9.520 + > 46 chỗ ngồi

5 Xe tải 68.000 127.000 159.800

50.000 + Đến 2 tấn 40.000* 57.000*

35.000 14.000 53.700 + > 2 tấn - 7 tấn

34.000 13.600 52.900 + > 7 tấn - 20 tấn

1.000 400 3.200 + > 20 tấn

6.000 2.000 14.400

6 Xe chuyên dung

Kể cả thay thế 55.000 xe vận chuyển nông thôn (xe công nông) trong

thời gian từ nay đến hết 2007.

Trên cơ sở cân đối năng lực hiện tại và nhu cầu dự báo, dự kiến sản

lƣợng ô tô bổ sung đến 2010 nhƣ Biểu sau.

Bảng 1.2. Cân đối năng lực, nhu cầu và bổ sung sản lƣợng ô tô đến năm 2010 Đơn vị: xe

Ghi chú STT Loại xe

Năng lực hiện tại năm 2003 Sản lƣợng cần bổ sung năm 2010 Sản lƣợng yêu cầu năm 2010 (dự báo)

cần 1 Xe con đến 5 chỗ 100.000 60.000

Không ĐT thêm

2 Xe con từ 6 - 9 chỗ 10.000 6.000 Đầu tƣ thêm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4.000 (đến 2010)

-----  15  -----

STT Loại xe Ghi chú

Năng lực hiện tại năm 2003 Sản lƣợng cần bổ sung năm 2010 Sản lƣợng yêu cầu năm 2010 (dự báo)

3 Xe khách 8.000 36.000 28.000

+ 10 16 chỗ ngồi 21.000 21.000 ĐT thêm

+ 17 25 chỗ ngồi 5.000 5.000 ĐT thêm

+ 26 46 chỗ ngồi 6.000 cần

Không ĐT thêm 7.000 (đến 2010)

+ > 46 chỗ ngồi 2.000 4.000 2.000 ĐT thêm

127.000 113.000 4 Xe tải 14.000

+ Đến 2 tấn 10.000 57.000 47.000 ĐT thêm

+ > 2 tấn - 7 tấn 4.000 35.000 31.000 ĐT thêm

+ > 7 tấn - 20 tấn 34.000 34.000 ĐT thêm

+ > 20 tấn 1.000 1.000 ĐT thêm

5 Xe chuyên dùng 300 6.000 ĐT thêm

Nguồn: Quyết định 175/2000/QĐ-TTg

6.000

Định hƣớng đầu tƣ: Giao các doanh nghiệp nhà nƣớc nhƣ: Tổng công

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

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,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

lắp ráp xe khách, xe tải trung và nhỏ, động cơ, hộp số, cụm truyền động.

-----  16  -----

+ 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

lƣới đƣờng xuyên quốc gia và liên tỉnh phát triển, kể cả các đƣờng làm mới và

nâng cấp dựa trên các dự án xây dựng và nâng cấp đƣờng quốc gia đƣợc Tổ

chức Ngân hàng Thế giới và các dự án khác, do vậy đã có nhiều tuyến đƣờng

có chất lƣợng cao đảm bảo cho xe ôtô chạy với tốc độ cao và an toàn. Giải

pháp nâng cấp hạ tầng giao thông đƣợc cải thiện, từ đó nhu cầu về sử dụng xe

ôtô ngày càng lớn, các xe có chất lƣợng cao ra đời để đáp ứng nhƣ cầu sử

dụng của của những khách hàng khó tính. Cùng đó, việc ban hành nghị định

số 23/2004/NĐ-CP của Chính phủ ngày 13/1/2004 quy định niên hạn sử dụng

ôtô đã loại bỏ hàng ngàn ôtô chở khách quá hạn sử dụng. Trên cả nƣớc sẽ có

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.

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

tạo phụ tùng ôtô, trong đó có khoảng 90 cơ sở sản xuất, lắp ráp ôtô. Tuy

nhiên, chƣa có nhà máy nào đầu tƣ hoàn chỉnh vào chế tạo các bộ phận quan

trọng của xe nhƣ động cơ, hộp số và hệ thống truyền động. Trong khi theo

một số nhận định, khi sản xuất đƣợc động cơ xe có nghĩa là đã có nền công

nghiệp ôtô phát triển tốt.

Quy hoạch này cũng đã phân tích đánh giá năng lực của các cơ sở sản

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  17  -----

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

Đến thời điểm hiện nay trên cả nƣớc đã có các cơ sở lắp ráp ôtô có

thƣơng hiệu nhƣ: Vinamotor; Cơ khí ôtô Đà Nẵng; Trƣờng Hải; Samco;

Vinaxuki; Daewoo; Hino; Mercedes-Benz ...

- Các sản phẩm của Vinamotor (Công ty cơ khí ôtô 1-5, công ty ôtô 3-

2, ...) thuộc Tổng công ty công nghiệp ôtô Việt Nam rất đa dạng, các cơ sở

này đã sản xuất và lắp ráp các chủng loại ôtô khách từ 24 80 ghề ngồi dựa

trên dây truyền lắp ráp của Hàn Quốc, đã đáp ứng đƣợc hàng nghìn xe khách

mỗi năm, phục vụ đắc lực cho yêu cầu vận tải hành khách (xe khách công

cộng) ở các thành phố.

- 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.

- 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.

- Các công ty Ôtô Đà Nẵng, Trƣờng Hải, Vinaxuki đã sản xuất và lắp

ráp các loại ôtô tải cỡ nhẹ và cỡ trung, xe chở khách từ 24-45 chỗ với sản

lƣợng bán ra hàng năm từ 500-1.000 xe các loại trên mỗi đơn vị. Đó là những

cơ sở sản xuất có uy tín và phù hợp với nhu cầu sử dụng của ngƣời Việt Nam.

- Tổng công ty SAMCO Sài Gòn sản xuất và lắp ráp các loại ôtô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

khách cỡ 24-45 chỗ ngồi. Các xe do SAMCO sản xuất, lắp ráp có tính năng

-----  18  -----

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.

Tất cả các cơ sở sản xuất, lắp ráp ôtô trên đây thực chất là các cơ sở lắp

ráp xe trên cơ sở các phụ từng nhập khẩu. Phần công việc chính thực hiện

trong nƣớc là sản xuất khung, vỏ, các chi tiết phụ trợ bằng công nghệ hàn,

sơn, lắp ráp nội thất, gia cơ khí các chi tiết phụ trợ. Với mức đầu tƣ trang thiết

bị còn khiêm tốn, chất lƣợng của các sản phẩm lắp ráp trong nƣớc còn ở mức

hạn chế. Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ôtô chở khách chủ yếu cho thị

trƣờng trong nƣớc hiện nay nhờ có ƣu thế về giá thành.

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

tiết phụ trợ. Trong đó công nghệ lắp ráp là phần quan trọng nhất, mặc dù vậy

nhƣng vấn đề dao động của động cơ đốt trong có ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến

độ êm dịu của ôtô, ảnh hƣởng gì đến sức khoẻ con ngƣời thì chƣa đƣợc chú ý

quan tâm đúng mức. Trong đề tài này tác giả tập trung nghiên cứu dao động

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.

1.2. Sơ lược tình hình nghiên cứu dao động của ôtô

1.2.1. Nghiên cứu dao động của ôtô trên thế giới

Ngành ôtô thê giới đã phát triển trên 100 năm. Những sản phẩm của nó

ngày càng chứa hàm lƣợng công nghệ cao hơn, ôtô ngày càng chạy nhanh

hơn, số lƣợng ngày càng nhiều. Những yếu tố phát triển đột biến đó đã đƣa

đến những áp lực mới cho xã hội nhƣ: tai nạn gia thông, mức độ phá huỷ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  19  -----

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

nhiều vật (MBS), các khối lƣợng đó liên kết với nhau bằng các phần tử có đặc

tính phi tuyến phức tạp. Ví dụ nhƣ đặc tính giảm chấn, đặc tính đàn hồi, sự va

chạm của bánh xe.

Những mô hình đơn giản thông thƣờng chỉ có thể xác định đƣợc các

chuyển động (dao động) riêng rẽ, độc lập ở phƣơng dọc (X), phƣơng ngang

(Y) và phƣơng thẳng đứng (Z). Do các yếu tố phi tuyến xuất phát từ động lực

học của hệ thống treo, sự biến dạng của lốp và tách bánh xe không đƣợc mô tả

trong các mô hình tuyến tính, nên kết quả nghiên cứu của dao động ôtô tuyến

tính thƣờng không chính xác.

Mô hình gần thực với ôtô cần đáp ừng các yêu cầu sau: Không hạn chế

chuyển động (dao động), không gian của toàn xe; xác lập đƣợc động học,

động lực học phi tuyến của hệ thống treo; xác lập đƣợc động lực học phi

tuyến của bánh xe.

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

chuyên gia sản xuất ôtô trên thế giới đặc biệt quan tâm nghiên cứu với các

hƣớng nghiên cứu nhƣ sau:

* Nghiên cứu các chỉ tiếu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô:

Sự phối hợp nghiên cứu của các chuyên gia thuộc nhiều lĩnh vực nhƣ:

Công nghệ ôtô; bảo hộ lao động, y tế, tập trung chủ yếu ở các vấn đề: Nghiên

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  20  -----

của dao động nhƣ tần số, vận tốc, gia tốc, biên độ dao động ảnh hƣởng đến

sức khoẻ con ngƣời. Vấn đề ảnh hƣởng của các biên độ và tần số rung động

đối với cơ thể con nguời Trong đó có 02 công trình nổi tiếng của

M.V.Vinôgrađôv và Anđreva Galania. Công trình nghiên cứu của Vinôgrađôv

nghiên cứu ảnh hƣởng của rung động toa xe đối với cơ thể hành khách và đƣa

ra chỉ số xác định mức độ ảnh hƣởng rung động đối với con ngƣời theo tần số

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

sinh lý hành khách của mỗi nƣớc và các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác

nhau.

* 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:

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là các ngành

công nghệ thông tin, điều khiển tự động, công nghệ vật liệu ... đã góp phần

không nhỏ để phát triển công nghiệp ôtô. Các hệ thống ôtô, trong đó hệ thống

treo và các phần tử của hệ thống treo đã đƣợc cải tiến đáng kể theo hƣớng

nâng cao chất lƣợng của độ êm dịu chuyển động của ôtô. Năm 1974 phần tử

giảm chấn đƣợc điều khiển đầu tiên đƣa vào áp dụng cho hệ thống treo đã

đánh dấu một bƣớc ngoặt quan trọng trong nghiên cứu hoàn thiện hệ thống

treo. Từ đó một loạt các công trình ra đời nhƣ: Hai tác giả Kqrrnop, Crosby và

Harwood sử dụng giảm chấn có điều khiển dạng ON-OFF trên mô hình với

hệ một bậc tự do đã nghiên cứu, mô tả thành công các đặc tính tần số - biên

độ của gia tốc, vận tốc và dịch chuyển của phần khối lƣợng đƣợc treo với các

kích thƣớc đơn giản. Các tác giả Ahmadian và Marjoram bằng việc sử dụng

mô hình treo bán tích cực (semi active suspension) 1/4 xe với các phần tử điều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  21  -----

khiển là giảm chấn dạng ON-OFF đã khảo sát đặc tính tần số- biên độ của

gia tốc khối lƣợng phần đƣợc treo, dịch chuyển của hệ thống treo và của lốp

xe với tác động đầu vào có vận tốc dịch chuyển theo phƣơng thẳng đứng ngẫu

nhiên. Trong những năm gần đây đã ứng dựng điều khiển mở dùng để điều

khiển giảm chấn của các tác giả Titli và Roukieh điều khiển tối ƣu hơn

phƣơng pháp điều khiển ON-OFF.

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.

* Nghiên cứu nguồn gây dao động:

Dao động của ôtô khi chuyển động không phải dao động tự do mà là

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 ...

đã có nhiều công trình nghiên cứu về công nghệ, thiết bị và đã ban hành các

quy trình đo đạc, đánh giá chất lƣợng đƣờng ôtô thông qua chỉ tiêu độ mấp

mô. Nghiên cứu phƣơng pháp đo đạc và sử lý các số số liệu để tìm ra các quy

luật của mốp mô đƣờng là một vấn đề rộng lớn đƣợc nhiều tác gải trên thế

giới quan tâm và các hƣớng nghiên cứu nhƣ sau: Mô hình hoá mấp mô mặt

đƣờng (thực hiện việc mô hình hoá, các tác giả phải khảo sát các loại mặt

đƣờng, từ đó phân chia đƣờng ra từng loại. Trong đó tác giả Yasenko và

Prutrikôp trong các công trình nghiên cứu của mình đã phân chia các dập mấp

mô). Phƣơng pháp thực nghiệm (đo đạc trực tiếp trên mặt đƣờng bằng các

thiết bị đặc biệt) quy luật của các mấp mô sẽ đƣợc biểu diễn dƣới dạng số, kết

quả này rất thuận tiện cho việc xử lý bằng máy tính thành các hàm toán học

mô tả mấp mô của đƣờng với sai số có thể chấp nhận đƣợc hoặc bằng các

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  22  -----

* Giải bài toán dao động ôtô:

Giải bài toán dao động đã đƣợc đƣa ra từ lâu. Từ những năm 50 của thế

kỷ 20 E.A.Truđakốp trong các công trình của mình đã đƣa ra mô hình dao

động ôtô hai bậc tự do. Từ đó đến nay, mô hình dao động ôtô ngày càng hoàn

thiện theo hƣớng ngày càng tiến gần sát với mô hình thật và đặc biệt sự phát

triển của công nghệ thông tin thì việc giải quyết các bài toán dao động ngày

cảng dễ dàng hơn. Ngày nay, các nhà nghiên cứu đã giải quyết các bài toán

dao động phi tuyến trong đó hệ số cản của giảm chấn không phải là hằng số

hoặc hệ số cứng của phần tử đàn hồi cũng không phải hằng số.

1.2.2. Nghiên cứu dao động ôtô ở Việt Nam

Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ôtô nƣớc ta đã có bƣớc

phát triển đáng kể và đã đƣợc Nhà nƣớc đặc biệt quan tâm nhƣ đã trình bày

phần trên. Do vậy một loạt các công trình nghiên cứu về vấn đề dao động ôtô

đã đƣợc ra đời. Sau đâu là một số công trình tiêu biểu:

- 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.

- Công trình của tác giả Triệu Quốc Lộc, cũng có công trình nghiên cứu

về ghế của máy kéo và đã có thiết kế dùng cho máy kéo Việt Nam và bao tay

dùng cho công nhân lái máy kéo.

- Công trình của tác giả và PGS.TS Dƣ Quốc Thịnh chủ nhiệm đề tài

mang mã số: B91-03, T16/90-CK, T18/91-CK đã có nghiên cứu mạng tính

chất lý thuyết và định hƣớng về vấn đề dao động.

- Công trình nghiên cứu “Nguyễn Tiến Thành, thiết kế hệ thống treo,

tính toán dao động xe ba cầu, ĐATS 2004, ĐHBKHN đã đề ra mục tiêu êm

dịu cho xe ca. Trong luận án tác giả chủ ý đến mô tả thuộc tính đàn hồi giữa

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  23  -----

- Công trình [6] “Nguyễn Thanh Hải, khảo sát ôtô nhiều cầu, luận án

thạc sỹ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật Quân sự HN, 2000 nghiên cứu ảnh hƣởng

của thông số kết cấu và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu chuyển

động. Trong luận án tác giả giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do với kích

động mặt đƣờng là hàm phổ của Iasenko.

- Công trình [10] “Phạm Đình Vi, Zvysovani kvality odpruzeni vozidel,

DIS, 1992, BRONO nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo có điều khiển để

nâng cao chất lƣợng độ êm dịu chuyển động của ôtô. Trong luận án này các

tác giả tập trung nghiên cứu hệ thống treo bán tự động với các mô hình và

với kích động mặt đƣờng ngẫu nhiên với các phổ đƣợc đo với các đƣờng ở

Việt Nam.

- Công trình [9] “Lƣu Văn Tuấn, Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình,

trên cơ sở đó để tính các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động, Luận án

Tiến sỹ MS 02-01-39, 1993. ĐHBK Hà Nội nghiên cứu hoàn thiện kết cấu

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

kiểu phản ứng của MDX-73 của GS. Nguyễn Xuân Đào và đƣợc thử nghiệm

trên các tuyến đƣờng chính của Việt Nam, từ đó ban hành quy trình của ngành

(TCVN-1015/QĐKT4).

- Công trình [11] nghiên cứu ảnh hƣởng của biến dạng mặt đƣờng đến

tải trọng tác dụng lên ôtô tại Quốc lộ 1A. Trong công trình này tác giả đo đạc

và thu thập đƣợc số liệu mấp mô biến dạng đƣờng trên tuyến đƣờng 1A Hà

Nội- Lạng Sơn, xử lý số liệu và đƣa vào bài toán dao động để xác định tải

trọng tác dụng lên ôtô. kết quả bộ số liệu mấp mô biến dạng đƣờng đƣợc sử

dụng nguồn kích động dao động trong luận án.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1.2.3. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu của luận án

-----  24  -----

Dựa trên cơ sở phân tích ở phần phần trên và đƣợc sự đồng ý của

thầy hƣớng dẫn khoa học tôi chọn đề tài ‘’Mô phỏng dao động của động cơ đốt

trong và xet xét ảnh hưởng của nó lên độ êm dịu chuyển động của ôtô du lịch’’.

Trong khuôn khổ của một luận án Thạc sĩ khoa học tôi tập chung nghiên cứu

một số vần cơ bản sau đây:

* Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu ô tô:

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:

- Phù hợp với sức khoẻ ngƣời Việt Nam.

- Các chỉ tiêu phải ở dạng tƣờng minh và phù hợp với điều kiện Việt

Nam.

* Xây dựng mô hình và thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao

động:

- 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

tƣơng đƣơng tiến hành thiết lập hệ phƣơng trình vi phân biểu diễn dao động.

Trong bản luận văn này sử dụng nguyên lý Dalambe để thiết lập hệ phƣơng

trình vi phân mô tả dao động.

* Giải hệ phương trình vi phân mô tả dao động:

Sử dụng kết quả đo hàm biểu diễn kích động mặt đƣờng là mật độ phổ

mặt đƣờng ngẫu nhiên trên quốc lộ 1A tuyến đƣờng Hà Nội – Lạng Sơn của

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

tác giả Đào Mạnh Hùng chủ nhiệm với đề tài cấp bộ mã số B2003-35-42.

-----  25  -----

Để giải hệ phƣơng trình dao động sử dụng phần mền Matlab

Simulink 7.0 làm công cụ chủ yếu cho việc tính toán và mô phỏng. Đây là

phần mềm hiện nay đƣợc áp dụng nhiều để giải các bài toán về kỹ thuật.

1.3. Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô

Đánh giá ảnh hƣởng của dao động có tính lịch sử. Trƣớc đây, ngƣời ta

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

+ Chỉ tiêu đối với khách;

+ Chỉ tiêu đối với hàng hoá.

2. Chỉ tiêu về tải trọng động

+ Chỉ tiêu về độ bền chi tiết;

+ Chỉ tiêu về mức độ phá đƣờng;

+ 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

Độ êm dịu chuyển động Drive comfort là một khái niệm chỉ sự cảm

nhận chủ quan của con ngƣời ngƣời về dao động. Cảm giác đó đƣợc phỏng

vấn trực tiếp các nhóm ngƣời khác nhau và nhƣ vậy độ êm dịu (ngƣỡng) là

chủ quan. Lĩnh vực này đƣợc đông đảo các nhà khoa học trong ngành cơ kỹ

thuật, y tế, bảo hiểm lao động, kỹ thuật chống rung, chống ồn quan tâm.

Các nhà khoa học chỉ ra rằng, dao động có ảnh hƣởng xấu đến ngƣời và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hàng hoá; đặc biệt làm giảm khả năng điều khiển của lái xe [8].

-----  26  -----

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

chấp nhận thành tiêu chuẩn ISO [8].

Độ êm dịu chuyển động là cảm giác của con ngƣời, đặc trƣng bởi nhiều

thông số vật lý. Do đó, ngƣời ta đƣa ra khái niệm Cƣờng độ dao động KB để

chỉ mức độ ảnh hƣởng của dao động với ngƣời.

Cường độ dao động KB phụ thuộc:

- Gia tốc: z’’, y’’, x’’;

- Tần số kích động;

- Thời gian kích động.

Cách xác định hệ số KB và sự phụ thuộc của các tham số trong giá trị

tham số KB [8].

Theo đó ba ngưỡng được dùng để đánh giá:

- KB = 20 giới hạn êm dịu;

- KB = 50 giới hạn điều khiển;

- KB = 125 giới hạn gây bệnh lý.

Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá: Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá hiện nay

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

hàng hoá nhƣ sau:

- amax = 3m/s2 giới hạn cảnh báo. - amax = 3 m/s2 giới hạn can thiệp.

Giới hạn cảnh báo, theo Mitschke [8], là ở đó hệ thống treo hoặc đƣờng

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  27  -----

phƣơng gia tốc theo phƣơng thẳng đứng đƣợc xác định theo công thức dƣới

đây:

(1.1)

c- Độ lệch quân phƣơng gia tốc theo phƣơng thẳng đƣng.

Trong đó:

Z’’ Z’’- Gia tốc theo phƣơng thẳng đứng .

t- Thời gian khảo sát.

Theo các nghiên cứu này thì đối với ngƣời Việt Nam thỏa mãn ngồi lên

’’00,6 g (trong đó g là gia tốc trọng trƣờng).

các dao động trong thời gian t nhất định vẫn đảm bảo đƣợc độ thỏa mái khi và

chỉ thảo mãn điều kiện Zc

1.3.2. Chỉ tiêu về tải trọng động

Chỉ tiêu này đặc trƣng bởi tải trọng động của cầu xe; nhiều mô hình

không xác định đƣợc yếu tố này. Muốn xác định đƣợc chỉ tiêu tải trọng động,

trong mô hình phải xác định đƣợc phản lực từ đƣờng lên bánh xe, khác với

nhiều tác giả lấy Fzmax = G0kđ.

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

cho đƣờng. Hệ số tải trọng động Kdyn, max đánh giá mức độ ảnh hƣởng đến chi

tiết, hệ số áp lực đƣờng W đánh giả mức độ ảnh hƣởng của dao động với

đƣờng.

* Chỉ tiêu về độ bền chi tiết.

Định nghĩa lại tải trọng chi tiết, tải trọng động cực đại nhƣ sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

(1.2) Kdyn, max = 1+

-----  28  -----

Trong đó:

Kdyn, max : Hệ số tải trọng động cực đại

Fz,dyn : Tải trọng động bánh xe

Fz,st : Tải trọng tĩnh bánh xe

Với kích động ngẫu nhiêm max (Fz,dyn) đƣợc xác định nhƣ sau:

(1.3)

Và: kdyn, max =

* Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường

Sau những năm 1990, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, tỷ trọng kinh tế

của cầu và đƣờng trong ngành giao thông ngày càng đƣợc đánh giá cao. Các

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

dao động ôtô đến cầu và đƣờng tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe với

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

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+62 +44

 = (1.4)

Khi xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

W = (1.5)

-----  29  -----

* Chỉ tiêu về an toàn động lực học

Giời hạn chuyển động của ôtô, tức là khả năng truyền lực khi tăng tốc

và phanh, giữ ổn định quỹ đạo chuyển động, đều phụ thuộc vào mức độ tăng

giảm tải trọng động của bánh xe xuống đƣờng. Do vậy, ngƣời ta đã tách ra hệ

số tải trọng động cực tiểu Kdyn, min để chỉ ra sự giảm khả năng truyền lực của

bánh xe:

Kdyn, min = vời 0 kdyn, min 1

giới hạn cảnh báo [8]

giới hạn can thiệp [8] Kdyn,min = 0,5 Kdyn, min = 0

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

nhƣ việc xác lập vị trí đặt vấu hạn chế hành trình treo. Nhiều mô hình trƣớc

đây đã không chú ý yếu tố đớn giản này:

dyn y = max( - z) fn

dyn

Trong đó: ( -z) là chuyển vị tƣơng đối giữa khối lƣợng không đƣợc

treo và đƣợc treo.

dyn là độ võng động hành trình nén của hệ treo; vị trí đặt vấu

hạn chế hành trình nén.

dyn là độ võng động hành trình trả của hệ treo; vị trí đặt vấu hành trình

trả.

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

tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động thông qua chỉ tiêu độ lệch quân phƣơng

gia tốc theo phƣơng thẳng đứng với các lý do sau:

- Thông qua mô phỏng có thể xác định đƣợc gia tốc theo phƣơng thẳng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

đứng và thời gian dao động.

-----  30  -----

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

- Thỏa mãn đƣợc điều kiện phù hợp với ngƣời và đƣờng Việt Nam.

-----  30  -----

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  31  -----

2.1.1.2. Khối lượng không được treo m

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.

Coi khối lượng không được treo là một vật thể đồng nhất, cứng tuyệt

đối và có khối lượng m tập trung vào tâm bánh xe. Bánh xe ngoài tác dụng là

hệ thống di chuyển và đỡ toàn bộ trọng lượng của xe còn có tác dụng làm

giảm các chấn động từ mặt đường lên xe, tăng độ êm dịu cho xe. Bánh xe là

hình ảnh thu nhỏ của hệ thống treo, có nghĩa là cũng bao gồm một thành phần

đàn hồi và một thành phần giảm chấn.

2.1.1.3. Hệ thống treo

Hệ thống treo trong ôtô có nhiệm vụ nối phần được treo M và phần

khối lượng không được treo m một cách đàn hồi. Hệ thống treo cùng với lốp

làm giảm những chấn động gây nên do sự mấp mô của bề mặt đường khi xe

chạy. Hệ thống treo gồm những thành phần sau:

- Thành phần đàn hồi: Lò xo, nhíp, thanh xoắn, bình khí ... Nó được

biểu diễn bằng một lò xo có độ cứng C.

- Thành phần giảm chấn: có nhiệm vụ dập tắt các chấn động. Nó được

đặc trưng bằng hệ số cản giảm chấn K.

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.

2.1.2. Các giả thiết

Để xây dựng mô hình dao động tương đương của động cơ chúng ta

phải đưa ra các giả thiết dưới đây

- Thân xe đối xứng qua trục dọc của xe;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  32  -----

- Vỏ xe là một tấm phẳng tuyệt đối cứng đặt tại trọng tâm T và có các

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

các lò xo có độ cứng là CL1P; CL1T và các giảm chấn có hệ số cản KL1P; KL1T.

Các thông số này được đặc trưng cho độ đàn hồi của lốp và dập tắt dao động

của lốp trước;

- Khối lượng phần không được treo phía sau được chia thành hai khối

lượng m2p, m2t mỗi khối lượng không được treo liên kết với đường thông qua

các lò xo có độ cứng là CL2P; CL2T và các giảm chấn có hệ số cản KL2P; KL2T.

Các thông số này được đặc trưng cho độ đàn hồi của lốp và dập tắt dao động

của lốp sau;

- Cầu trước và cầu sau có thể coi như những thanh phẳng nhưng do đây

là hệ thống treo độc lập nên chúng ta chỉ coi chuyển động tịnh tiến của cầu xe

theo phương Z mà không có chuyển động xoay theo trục X;

- Bỏ qua các nguồn kích động trên xe và coi nguồn kích động duy nhất

là sự không bằng phẳng của mặt đường.

- 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

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

T1 và có các mô men quán tính Jdcx,, Jdcy, nối với vỏ xe thông quá các đệm đàn

hồi đặc trưng độ cứng Cdc và hệ số cản Kdc;

2.1.3. Mô hình dao động tƣơng đƣơng

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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  35  -----

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

dao động của hệ. Có rất nhiều phương pháp để có thể thiết lập phương trình vi

phân chuyển động của cơ hệ như: phương trình Lagrange loại II hoặc theo

nguyên lý D’Alambe. Hiện nay người ta sử dụng nhiều cơ sở lý thuyết hệ

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

kết chúng lại với nhau bằng quan hệ lực và momen.

Theo nguyên lý D’Alambe:

Trong đó:

: là tổng các ngoại lực tác dụng lên vật.

: là tổng các lực quán tính tác dụng lên vật.

Ở đây chúng ta xây dựng mô hình là một cơ hệ gồm 7 vật: thân xe, khối

lượng không được treo trước trái( phải), khối lượng không được treo sau trái

(phải), mặt đường và động cơ, sau đó ta thiết lập hệ phương trình vi phân dao

động cho từng vật của cơ hệ và nối chúng lại với nhau (hình 2.3)

Mô hình xây dựng gồm 7 vật:

* 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: . Chuyển động của

thân xe là hợp của ba chuyển động:

+ 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 

+ 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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  37  -----

+ Khối lượng không được treo trước coi như là hai vật có khối lượng

bên trái và bên phải là chuyển động tịnh tiến theo phương Z tương

ứng toạ độ suy rộng .

+ Khối lượng không được treo sau coi như là hai vật có khối lượng bên

trái và bên phải là chuyển động tịnh tiến theo phương Z tương ứng

toạ độ suy rộng .

* 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.

* Vật 7: Động cơ coi như 1 vật có khối lượng Mdc đặt tại trọng tâm T1

và các momen quán tính: . Chuyển động của động cơ là hợp của ba

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 

+ Chuyển động quay quanh trục X1 tương ứng toạ độ suy rộng 

Vì trong luận văn này chỉ nghiên cứu và mô phỏng dao động của ô tô

với hệ thống treo độc lập nên cầu xe không có chuyển động quay quanh trục

dọc của xe.

Sau khi đã phân tích xe thành các vật riêng biệt với đầy đủ các đại

lượng cần thiết sẽ lập phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ theo

nguyên lý D’Alambe.

2.2.1. Khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc:

Phương trình dao động của khối lượng không được treo phía trước

trái:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  38  -----

Hình 2.4. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lượng không được treo trước trái.

Theo phương chuyển vị

Các lực tác dụng:

- Lực quán tính: (2.1)

- Trọng lực: (2.2)

- Lực từ đường truyền lên cầu xe thông qua lốp:

- Lực đàn hồi của bánh xe trái:

- Lực giảm chấn của bánh xe trái:

- Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo:

Gọi 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:

+ Lực giảm chấn của treo trước bên trái:

Toạ độ có quan hệ với Z,  qua phương trình quan hệ sau:

(2.3)

Thay quan hệ trên vào các phương trình ta có lực từ thân xe truyền qua

hệ thống treo trước bên trái:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  39  -----

(2.4)

Phương trình cân bằng lực theo phương của khối lượng không được

treo trước trái:

(2.5)

Phương trình dao động của khối lượng không được treo trước phải:

Theo phương chuyển vị

Hình 2.5. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lượng không được treo trước phải.

Các lực tác dụng:

- Lực quán tính: (2.6)

- Trọng lực: (2.7)

- Lực từ đường truyền lên cầu xe thông qua lốp:

+ Lực đàn hồi của bánh xe phải:

+ Lực giảm chấn của bánh xe phải:

- Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo:

Gọi là điểm bên phải trên cầu trứơc nối với thân xe thông qua hệ

thống treo phía trước phải.

- Lực đàn hồi của treo trước bên phải:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  40  -----

- Lực giảm chấn của treo trước bên phải:

Toạ độ có quan hệ với Z,  qua phương trình quan hệ sau:

(2.8)

Thay quan hệ trên vào các phương trình ta có lực từ thân xe truyền qua

hệ thống treo trước bên phải:

(2.9)

Phương trình cân bằng lực theo phương của khối lượng không

được treo trước phải:

(2.10)

2.2.2. Khối lƣợng không đƣợc treo sau:

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.

Phương trình dao động của khối lượng không được treo sau trái:

Hình 2.6. Sơ đồ lực tác dụng của khối lượng không được treo sau trái.

Theo phương chuyển vị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  41  -----

Các lực tác dụng:

- Lực quán tính:

(2.11)

- Trọng lực: (2.12)

- Lực từ đường truyền lên cầu xe thông qua lốp:

+ Lực đàn hồi của bánh xe trái:

+ Lực giảm chấn của bánh xe trái:

- Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo:

Gọi 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:

+ Lực giảm chấn của treo trước bên trái:

Toạ độ có quan hệ với Z, qua phương trình quan hệ sau:

(2.13)

Thay quan hệ trên vào các phương trình ta có lực từ thân xe truyền qua

hệ thống treo trước bên trái:

(2.14)

Phương trình cân bằng lực theo phương của khối lượng không được

treo sau trái:

(2.15)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  42  -----

Phương trình dao động của “1/4” cầu sau phải:

Hình 2.7. Sơ đồ lực tác dụng của khối lượng không được treo sau phải.

Các lực tác dụng:

- Lực quán tính: (2.16)

- Trọng lực: (2.17)

- Lực từ đường truyền lên cầu xe thông qua lốp:

+ Lực đàn hồi của bánh xe phải:

+ Lực giảm chấn của bánh xe phải:

- Lực truyền từ thân xe thông qua hệ thống treo:

Gọi là điểm bên phải trên cầu trứơc nối với thân xe thông qua hệ

thống treo phía trước phải.

- Lực đàn hồi của treo trước bên phải:

- Lực giảm chấn của treo trước bên phải:

Toạ độ có quan hệ với Z, qua phương trình quan hệ sau:

(2.18)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  43  -----

Thay quan hệ trên vào các phương trình ta có lực từ thân xe truyền

qua hệ thống treo trước bên phải:

(2.19)

Phương trình cân bằng lực theo phương của khối lượng không

được treo sau phải:

(2.20)

2.2.3. Khối lƣợng đƣợc treo (thân xe):

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: (2.21)

- Lực quán tính: (2.22)

- Lực truyền từ hệ thống treo trước trái:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  44  -----

(2.23)

- Lực truyền từ hệ thống treo trước phải:

(2.24)

- Lực truyền từ hệ thống treo sau trái:

(2.25)

- Lực truyền từ hệ thống treo sau phải:

(2.26)

- Lực vị trí bắt bu lông thứ nhất:

(2.27)

- Lực vị trí bắt bu lông thứ hai:

(2.28)

- Lực vị trí bắt bu lông thứ ba:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  45  -----

(2.29)

- Lực vị trí bắt bu lông thứ tư:

(2.30)

Phương trình cân bằng lực của thân xe theo phương Z:

(2.31)

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 

- Momen quán tính: (2.32)

- Momen truyền từ hệ thống treo trước trái:

(2.33)

- Momen truyền từ hệ thống treo trước phải:

(2.34)

- Momen truyền từ hệ thống treo sau trái:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  46  -----

(2.35)

- Momen truyền từ hệ thống treo sau phải:

(2.36)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất:

(2.37)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai:

(2.38)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba:

(2.39)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ tư:

(2.40)

Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng 

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  47  -----

(3.41)

c. Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng 

Các momen tác dụng với quy ước dấu có chiều dương cùng chiều với

chiều quay của

- Momen quán tính: (2.42)

- Momen truyền từ hệ thống treo trước trái:

(2.43)

- Momen truyền từ hệ thống treo trước phải:

(2.44)

- Momen truyền từ hệ thống treo sau trái:

(2.45)

-Momen truyền từ hệ thống treo sau phải:

(2.46)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  48  -----

(2.47)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai:

(2.48)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba:

(2.49)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ tư:

(2.50)

Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng

(2.51)

2.2.4. Khối lƣợng của động cơ:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  49  -----

Hình 2.9. Sơ đồ lực tác dụng lên khối lượng được treo(của động cơ).

a. Phương trình cân bằng theo phương Z1:

Các lực tác dụng:

-Trọng lực: (2.52)

- Lực quán tính: (2.53)

- Lực vị trí bắt bu lông thứ nhất:

(2.54)

- Lực vị trí bắt bu lông thứ hai:

(2.55)

-Lực vị trí bắt bu lông thứ ba:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  50  -----

(2.56)

- Lực vị trí bắt bu lông thứ tư:

(2.57)

Phương trình cân bằng lực của thân xe theo phương Z:

- (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 

- Momen quán tính: (2.59)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất:

(2.60)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai:

(2.61)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba:

(2.62)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  51  -----

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ tư:

(2.63)

Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng 

(2.64)

c. Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng 

Các momen tác dụng với quy ước dấu có chiều dương cùng chiều với

chiều quay của 

- Momen quán tính: (2.65)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ nhất:

(2.66)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ hai:

(2.67)

- Momen động cơ truyền từ vị trí bắt bu lông thứ ba:

(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 http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  52  -----

(2.69)

Phương trình cân bằng momen theo toạ độ suy rộng

(2.70)

Trên đây đã thiết lập được hệ phương trình vi phân toán học gồm 10

phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ. Đây chính là hệ phương trình

vi phân cơ sở để áp dụng mô phỏng bằng phần mềm Matlab-Simukink sẽ

được trình bày ở phần sau.

2.3. Các yếu tố phi tuyến có thể có trong mô hình dao động.

2.3.1. Các đặc tính phi tuyến.

Phần 2.2 ở trên đã trình bày mô phỏng tổng thể của ô tô hai cầu dạng

không gian trên cơ sở mô hình toán học, mô tả qua hệ phương trình vi phân.

Trong hệ thống dao động của ô tô nói chung có rất nhiều yếu tố phi tuyến vật

lý như: đặc tính cản của giảm chấn, ma sát trong hệ thống treo, hiện tượng va

đập, hiện tượng tách bánh cũng như các yếu tố phi tuyến hình học. Phần này

sẽ trình bày một số yếu tố phi tuyến thường gặp trong quá trình nghiên cứu

dao động của ô tô.

2.3.2. Phi tuyến do đặc tính động học của phần tử đàn hồi.

- Đối với xe du lịch và xe tải cỡ nhỏ có sử dụng hệ thống treo độc lập

thì các phần tử đàn hồi là lò xo trụ hoặc thanh xoắn cũng có các đặc tính phi

tuyến riêng của nó.

- Đối với xe buýt thì phần tử đàn hồi dạng balon khí hoặc phần tử đàn

hồi thuỷ lực có đặc tính là hàm phi tuyến bậc cao.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  53  -----

- Đối với xe tải thì phần tử đàn hồi thường là nhíp lá, để cải thiện tính

thích ứng của nhíp khi tải thay đổi, ở hệ treo sau người ta thường lắp thêm

nhíp phụ hoặc ụ hạn chế nên đặc tính động học của phần tử đàn hồi có dạng

phi tuyến (đường đặc tính bị gãy ở đường chuyển tiếp).

2.3.3. Phi tuyến do đăc tính động học của cơ cấu dẫn hƣớng:

Phần cơ cấu dẫn hướng của hệ thống treo thường là đòn (đối với xe con

và xe du lịch). Nếu ta xem xét trường hợp tổng quát thì theo Uspenskii độ

cứng được xác định bằng biểu thức sau:

Trong đó:

: là dịch chuyển thẳng đứng của khối lượng không được treo.(quy

đổi về tâm bánh xe).

: tương ứng là lực tác dụng lên lò xo và biến dạng theo phương

thẳng đứng của lò xo.

: lực ngang tác động lên lò xo và dịch chuyển theo phương

ngang của lò xo.

: tương ứng là momen uốn tác động lên lò xo và góc xoay.

Trong trường hợp lò xo chỉ bị ngàm một đầu (trường hợp b) sẽ không

có thành phần momen uốn, còn khi lò xo được liên kết bằng khớp (trường hợp

c) trong công thức chỉ còn thành phần chứa lực .

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  54  -----

Hình 2.10. Hệ treo 2 đòn ngang.

Như vậy trong mọi trường hợp độ cứng qui đổi của lò xo sẽ không phải

là một hằng số mà là một hàm phụ thuộc vào dịch chuyển của khối lượng

không được treo.

2.3.4. Đặc tính phi tuyến của giảm chấn thuỷ lực.

Trong các hệ thống treo của ô tô thì thành phần cản chủ yếu là giảm

chấn thuỷ lực, trước kia do không có phương tiện mô phỏng nên coi đặc tính

cản của giảm chấn là tuyến tính. Tuy nhiên trong giảm chấn thuỷ lực 2 chiều,

hành trình làm việc của giảm chấn được chia ra làm bốn pha với hệ số cản

khác nhau: nén mạnh, nén nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ. Ta cũng có quan hệ của lực

giảm chấn và vận tốc của piston giảm chấn là quan hệ hàm bậc hai. Do đó đặc

tính cản của giảm chấn thuỷ lực chính là đặc tính phi tuyến với hàm bậc hai.

v: là vận tốc của dao động.

k: hệ số cản của giảm chấn.

2.3.5. Mô phỏng ma sát khô.

Dao động của ô tô được dập tắt bởi các dạng ma sát khác nhau trong hệ

thống treo. Thường thì trong hệ thống treo ma sát xuất hiện ở các phần tử

giảm chấn, phần tử đàn hồi hoặc trong các khớp của đòn treo, dẫn động lái và

lốp xe. Bên cạnh lực cản của giảm chấn thuỷ lực thì trong một vài trường hợp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  55  -----

đặc biệt chúng ta không thể bỏ qua giá trị cản do ma sát khô trong các khớp

nối phần tử đàn hồi với khung vỏ xe xuất hiện trong quá trình dao động.

Trong phần lớn các dạng cơ học thì ma sát được mô hình hoá dưới dạng ma

sát khô. Cũng trong cơ học thì ma sát được đặc trưng bằng lực ngược chiều

chuyển động và có độ lớn bằng tích số của lực pháp tuyến và hệ số ma sát.

Đối với hệ động lực ma sát khô thường được coi là bằng hằng số có phương

ngược chiều chuyển động. Cũng giống như ma sát nhớt thì nó là hàm của vận

tốc,song khác với ma sát nhớt hàm đặc tính của ma sát khô nằm ngang.

Trong giới hạn luận văn thạc sỹ tác giả chỉ nghiên cứu nghiên cứu yếu

tố phi tuyến của lốp và hệ số cản của hệ thống treo:

- Lực cản giảm chấn hệ thống treo vào vận tốc dao động được mô tả

bằng phương trình:

(2.71)

Từ các phương trình cân bằng lực, mô men tác (2.5), (2.10), (2.15),

(2.20), (2.31), (2.41), (2.51), (2.58), (2.64), (2.70) và phường trình phi tuyến

(2.71) ta có hệ phương trình mô tả dao động của động cơ đốt trong gồm 10

phương trình với 10 hệ tọa độ suy rộng.

2.4. Nghiên cứu mấp mô mặt đƣờng

2.4.1. Các phƣơng pháp định hàm kích động mặt đƣờng

Trong các bài toán khảo sát dao động của ôtô, khảo sát dao động ghế

ngồi, tính toán tải trọng động tác động lên các cụm của hệ thống truyền lực

ôtô, các hệ thống khác của ôtô… thì hàm kích mặt đường có thể được mô tả

bằng 3 phương pháp chính dưới đây: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  56  -----

- Mô tả mấp mô mặt đường bằng các hàm điều hoà: thường mô tả

mấp mô biên dạng của đường bằng các hàm điều hoà là các hàm số sin hoặc

cosin. Phương pháp này đã được nhiều tác giả áp dụng trong các bài toán như:

đánh giá chất lượng êm dịu chuyển động ôtô, nghiên cứu các thông số kết cấu

của ôtô, kết cấu của hệ thống treo, kết cấu của lốp xe… ảnh hưởng đến độ êm

dịu chuyển động của ôtô. Tuy nhiên phương pháp này chưa mô tả chính xác

biên dạng mấp mô mặt đường thực tế do vậy kết quả của các bài toán chưa

đạt độ chính xác cao.

- Mô tả mấp mô mặt đường bằng các hàm nội suy: phương pháp này

dùng các hàm nội suy tuyến tính, nội suy bậc, nội suy đa thức Lagrange hoặc

Splain bậc 2, bậc 3. Đối với phương này các tác giả thường sử dụng nội suy

đa thức Splain bậc 3 do nó cho phép làm trơn biên dạng thay thế ở các mốc

nội suy và sai lệch giữa biên dạng thay thế và biên dạng thực là nhỏ nhất. Tuy

nhiên phương pháp phức tạp, nhưng chưa mô tả chính xác biên dạng thực tế

do vậy hiện nay ít dùng trong các bài toán dao động ôtô.

- Mô tả mấp mô mặt đường bằng các hàm ngẫu nhiên: trong thực tế các

mấp mô mặt đường không tuân theo quy luật nào cả mà chúng hoàn toàn là

các đại lượng ngẫu nhiên. Để xác định được các hàm ngẫu nhiên mấp mô mặt

đường hiện này người ta sử dụng các thiết bị đo mấp mô mặt đường như: thiết

bị trắc địa, thiết bị đo mấp mô mặt đường theo phương pháp tham chiếu tương

đối của hãng General Motor, thiết bị đo mấp mô mặt đường bằng bánh xe số

5, thiết bị đo ARRB LASER PROFILER…Các thiết bị có thể tiến hành đo

trực tiếp hoặc gián tiếp mấp mô mặt đường. Phương pháp đo trực tiếp tiến

hành đo và ghi toạ độ chiều cao mấp mô mặt đường theo chiều dài đường còn

phương pháp đo gián tiếp ghi các thông số dưới dạng mật độ phổ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  57  -----

Phương pháp mô tả mấp mô mặt đường bằng hàm ngẫu nhiên mô tả

biên dạng đường sát với thực tế. Trong luận án này chúng tôi chọn hàm kích

động mặt đường là hàm ngẫu nhiên

2.4.2. Cơ sở lý thuyết hàm ngẫu nhiên

a, Các đại lượng đặc trưng cho hàm ngẫu nhiên

Hàm ngẫu nhiên q(t) là một hàm mà giá trị của nó thời điểm ti hoặc

quãng đường si là một một đại lượng ngẫu nhiên. Có thể biểu diễn hàm ngẫu

nhiên tổng quát dưới đây:

q(k,s) (2.73)

Trong đó: k – chỉ số phép thử thứ.

Hàm ngẫu nhiên có thể đặc trưng bởi các đại lượng như: tung độ trung

bình của các mấp mô hoặc kỳ vọng toán học, độ lệch quân phương hoặc

phương sai của tung độ, các hàm tương quan, hàm mật độ phổ.

* Kỳ vọng toán học: là đặc trưng quan trọng nhất về vị trí biến ngẫu nhiên và

được xác định bằng công thức dưới đây:

(2.74)

Trong đó: Eq- kỳ vọng toán học hoặc giá trị tung độ trung bình của

các mấp mô mặt đường.

K- số lượng các giá trị đo đạc.

qi- giá trị độ cao mấp mô tại điểm đo thứ i.

Pi- xác suất xuất hiện độ cao mấp mô thứ i.

Trong trường hợp này coi xác suất xuất hiện các mấp mô là như nhau

do vậy: P1=P2=….=PK=1/K khi đó công thức (3-106) có thể viết lại như sau:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  58  -----

(2.75)

* Phương sai: là vọng số của bình phương độ lệch. Phương sai đặc

trưng cho độ tản mát của biến ngẫu nhiên xung quanh vọng số. Phương sai

càng bé thì giá trị của biến ngẫu nhiên càng quy tụ gần vọng số, phương sai

được xác định theo công thức dưới đây:

(2.76)

Trong đó: DY- phương sai các mấp mô.

Khai căn bậc phương sai được gọi là độ lệch quân phương của biến

ngẫu nhiên.

* Hàm phân bố (hàm phân bố xác suất): của một biến ngẫu nhiên là

một hàm được định nghĩa như sau:

Fk(q1, q2,…,qk; t1, t2,…,tk)=P{Q1q1,…,  Qkqk} (2.77)

b, Quá trình ngẫu nhiên dừng

Trong thực tế thường xuất hiện các quá trình mà theo thời gian gần như

không đổi và có các dạng sóng ngẫu nhiên. Các đặc tính của sóng đó theo thời

gian cơ bản là đồng nhất. Quá trình như vậy được gọi là quá trình dừng. Từ

định nghĩa giá trị trung bình, phương sai và những tính chất của quá trình

dừng có thể nhận thấy: giá trị trung bình và phương sai không phụ thuộc vào

thời gian. Có nghĩa là:

Eq=const.

DY=const.

Hàm tương quan là một hàm chỉ duy nhất một biến =t2- t1.

R(t1,t2)=R() (2.78)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  59  -----

Quá trình thảo mãn hai tính chất trên được gọi là quá trình

ngẫu nhiên dừng.

c, Hàm ngẫu nhiên Ergodic

Ergodic là một tính chất của quá trình ngẫu nhiên dừng. Tính chất đó biểu

hiện như một sự ổn định của từng vọng số đạt được trong nhiều lần thử và vọng

số theo thời gian của phép thử nghiệm trong quá trình đó. Tính chất này giúp cho

ta có khả năng dự đoán các đặc tính thông kê từ một thử nghiệm đầy đủ.

Có thể hiểu tính chất Ergodic theo khái niệm lấy trung bình theo tập

hợp các thể hiện và lấy trung bình theo thời gian của một thể hiện. Ta có Eq

giá trị trung bình của nhiều thể hiện hoặc trung bình theo tập hợp.

(2.79)

Giá trị trung bình theo thời gian của một thể hiện q(t) của quá trình

được định nghĩa như sau:

(2.80)

thì quá trình được gọi là Ergodic. Nếu Eq=

Kết luận: trong thực tế ta chỉ cần xác định các giá trị trung bình theo

thời gian, không cần thiết phải xác định các giá trị trung bình trong nhiều lần

thử. Chính vì lý do này ta nhận thấy đặc tính dừng là điều kiện cần thiết của

Ergodic.

2.4.3. Chọn hàm kích động ngẫu nhiên mặt đƣờng

Như phần phần trên đã trình bày mấp mô mặt đường không tuân theo

một quy luật nào cả, nó là hàm ngẫu nhiên. Hiện này có rất nhiều tác giả trong

nước và thế giới nghiên cứu về vấn đề này. Trong phạm vi của luận án thạc sỹ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  60  -----

chúng tôi không nghiên cứu phần mặt đường mà chỉ sử dụng kết quả nghiên

cứu của một đề tài cấp bộ B2003-35-42 của tác giả Đào Mạnh Hùng. Trong

đề tài này tác giả sử dụng thiết bị ARRB LASER PROFILER. Thiết bị ARRB

là thiết bị đo mấp mô mặt đường với tốc độ cao mà không phải định chuẩn do

đó không mặc số và rất thuận tiện cho người sử dụng. Số liệu đo đạc được lưu

trữ trong các phần mền hiện đại, ngoài ra thiết bị này còn đo được liên tục,

đồng thời đo được độ nhám vĩ mô của mặt đường tại các vết bánh xe. Thiết bị

này đang có tại Viện khoa học công nghệ GTVT và nó là thiết bị đo mấp mô

hiện đại nhất hiện nay ở nước ta.

Quy trình đo mấp mô của thiết bị ARRB:

- Lắp thiết bị.

- Cài đặt phần mềm hệ thống.

- Định chuẩn hệ thống.

- Định chuẩn cảm biến khoảng cách.

- Định chuẩn cảm biến laser.

- Định chuẩn cảm biến gia tốc.

- Điều chỉnh vị trí cảm biến laser

- Kiểm tra và điều chỉnh phần cứng thu nhận số liệu.

- Kiểm tra trạng thái tĩnh và xung (Still and Bounce Test).

- Kiểm tra đo thử độ sâu (Rut Measurement Check).

- Tiến hành đo đạc trên đường.

- Xem và in dữ liệu.

Phần mềm sử dụng cho hệ thống: RoadRup “The University of

Michgan Tranportation” số liệu nhận được:

- Phần nguồn: ghi lại các giá trị cao độ so với độ cao tiêu chuẩn với cự

ly 200 mm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  61  -----

- Tuỳ theo mục đích sử dụng có thể nhận được các giá trị IRI hoặc

mật độ phổ biên độ tần số biên dạng mặt đường.

Gia tốc kết

Phần cứng xử lý

Cấu trúc của thiết bị ARRB LASER PROFILER:

Có bù dịch chuyển theo

- Chuyển đổi và đọc dữ liệu.

phƣơng thẳng đứng.

- Giao diện với cảm biến.

- Điều khiển nguồn laser.

- Kiểm soát hoạt động của

Cảm biến laser

cảm biến.

Đo khoảng cách đến bề mặt

- Ghi nhận và điều khiển

đƣờng.

dữ liệu.

- Nguồn điện

Thiết bị chuyển đổi

Đo tốc độ và khoảng cách dịch

chuyển của ôtô.

Máy tính

- Phần mềm hệ thống.

- Cài đặt hệ thống.

- Dữ liệu nguồn.

- Xử lý dữ liệu.

- Hiển thị kết quả.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  62  -----

)

m c ( ô m p ấ m o a c

u ề i h C

Chiều dài đường (m)

* Một số kết quả đo [11] trên các đoạn khác sử dụng trong luận án:

)

( ô m p ấ m o a c

u ề i h C

Chiều dài đường (m)

Hình 2.11. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A (đoạn 1)

Hình 2.12. Kết quả đo mấp mô đã qua xử lý (đoạn 1). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

)

m c ( ô m p ấ m o a c

u ề i h C

Chiều dài đường (m)

-----  63  -----

ô m p ấ m o a c

)

u ề i h C

m c (

Hình 2.13. Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A (đoạn 2)

Chiều dài đường (m)

Hình 2.14. Kết quả đo mấp mô đã qua xử lý (đoạn 2).

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  63  -----

Chương 3

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SIMULINK-MATLAB 7.0 ĐỂ KHẢO SÁT

DAO ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ

3.1. Sơ đồ mô phỏng dao động của động cơ

3.1.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể

Dựa vào hệ phương trình vi phân mô tả dao động của động cơ đốt trong

đã được trình bày ở chương 2. Dưới đây là sơ đồ mô phỏng tổng quát dao

động động cơ đốt trong:

Động cơ

Thân xe

Cầu xe

Đường

Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động động cơ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  64  -----

3.1.2. Sơ đồ các khối chức năng

a. Khối kích động mặt đường:

Khối này mô tả hàm kích động của mặt đường lấy tín hiệu đầu vào là

bộ số liệu đo trên đoạn đường quốc lộ 1A và đầu ra hàm kích động các bánh

xe trên các cầu:

Hình 3.2. Sơ đồ mô tả khối kích động mặt đường.

b, Khối các lực của lốp xe phía trước:

Khối này lấy tín hiệu vào là các toạ độ (dao động của cầu

trước và kích động của mặt đường) sau đó các tín hiệu này sẽ được đưa đến

các khối chức năng tương ứng với lốp trước bên trái và bên phải. Tín hiệu ra

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

là lực sinh ra do phản ứng của các lốp trước.

-----  65  -----

Hình 3.3. Sơ đồ mô tả khối các lực lốp xe trước trái và phải.

c, Khối các lực của lốp xe phía sau.

Khối này lấy tín hiệu vào là các toạ độ (dao động của

cầu sau và kích động của mặt đường lên bánh sau) sau đó các tín hiệu này sẽ

được đưa đến các khối chức năng tương ứng với lốp sau bên trái và bên

phải.Tín hiệu ra là lực sinh ra do phản ứng của các lốp sau.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.4. Sơ đồ mô tả khối các lực lốp xe sau trái và phải.

-----  66  -----

d, Khối mô tả các chuyển vị của khối lượng không được treo

Khối này lấy các tín hiệu vào là các lực các lực của hệ thống treo và các lực của lốp xe cầu trước và sau, tín hiệu ra là các chuyển vị của khối lượng không được treo:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.5. Mô tả các chuyển vị của khối lượng không được treo

-----  67  -----

e, Khối mô tả các lực hệ thống treo trước:

Khối này lấy tín hiệu vào là các chuyển vị của các khối lượng không

được treo trước và vỏ xe, tín hiệu ra là các lực hệ thống treo trước:

Hình 3.6. Sơ đồ các lực tác dụng của hệ thống treo phía trước

Hình 3.7. Sơ đồ mô tả đặc tính phi tuyến của hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo phía trước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

-----  68  -----

f, Khối mô tả các lực hệ thống treo sau:

Khối này lấy tín hiệu vào là các chuyển vị của các khối lượng không

được treo sau và vỏ xe, tín hiệu ra là các lực hệ thống treo sau:

Hình 3.8. Sơ đồ các lực tác dụng của hệ thống treo phía sau

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.9. Sơ đồ mô tả đặc tính phi tuyến của hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo phía sau.

-----  69  -----

i, Khối mô tả vỏ xe:

Khối này lấy tín hiệu vào là các lực của hệ thống treo và các lực hệ

thống treo của động cơ, tín hiệu ra là các chuyển vị của thân xe:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.10. Sơ đồ khối mô tả khối vỏ xe

-----  70  -----

k, Khối các lực của hệ thống treo động cơ:

Khối này lấy tín hiệu vào là các chuyển vị của vỏ xe và động cơ, tín

hiệu ra là các lực của hệ thống treo động cơ:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.11. Sơ đồ khối các lực hệ thống treo của động cơ

-----  71  -----

l, Khối mô tả động cơ:

Khối này lấy tín hiệu vào từ các lực tác dụng lên động, tín hiệu ra là các

chuyển vị của động cơ:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.12. Sơ đồ khối mô tả các chuyển vị của động cơ.

-----  72  -----

3.2. Thông số mô phỏng

Trên cơ sở mô phỏng dao động động của cơ xe ô tô du lịch hai cầu đã

được trình bày ở phần trên. Tác giả tiến hành mô phỏng với xe cụ thể, do điều

kiện thời gian có hạn chúng tác giả chọn bộ thông số kĩ thuật của xe minibus 8

chỗ ngồi MEFA5-LAVI-304N sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam

Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe minibus 8 chỗ ngồi MEFA5-

LAVI-304:

TT Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị

1 Khối lượng không được treo cầu trước kg 40 m1T

trước trái

2 Khối lượng không được treo cầu trước kg 40 m1P

trước phải

3 Khối lượng không được treo cầu sau kg 50 m2T

trái

4 Khối lượng không được treo cầu sau kg 50 m2T

phải

5 Khối lượng được treo của xe (không M kg 1205

tính khối lượng của động cơ) khi đầy

tải

6 Khối lượng động cơ 350 Mdc

7 Mô men quán tính khối lượng được kg Nms2 2567,6 Jx

treo đối với trục quay Y

8 Mô men quán tính khối lượng được Nms2 2125,6 Jy

treo đối với trục quay X

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

9 Mô men quán tính khối lượng động cơ Nms2 144,5 Jdcx

-----  73  -----

đối với trục quay Y1

10 Mô men quán tính khối lượng động cơ Nms2 1018,1 Jdcy

với trục quay X1

11 Chiều rộng của động cơ tính vị trí bắt m 1,08 Bdc

2 bu lông

12 Chiều dài của động cơ tính vị trí bắt 2 m 0,78 Ldc

bu lông

m 2,35 L 13 Chiều dài cơ sở

m 1,28 14 Vết bánh xe trước Bt

m 1,29 15 Vết bánh xe sau Bs

m 1,292 a 16 Khoảng cách trọng tâm a

m 1058 b 17 Khoảng cách trọng tâm b

N/m 21931x2 18 Độ cứng nhíp trước C1

N/m 26446x2 19 Độ cứng nhíp sau C2

Nm/s 865x2 20 Hệ số cản giảm chấn treo trước K1

Nm/s 1050x2 21 Hệ số cản giảm chấn treo sau K2

N/m 142000x2 22 Độ cứng lốp trước CL1

N/m 260000x2 23 Độ cứng lốp sau CL2

Nm/s 1211x2 24 Hệ số cản giảm chấn lốp trước KL1

Nm/s 1524x2 25 Hệ số cản giảm chấn lốp sau KL1

26 Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén Knn1 Nm/s 432

nhẹ hệ thống treo phía trước

27 Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén Nm/s 302 Knm1

mạnh hệ thống treo phía trước

28 Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả Nm/s 1297 Ktn1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

nhẹ hệ thống treo phía trước

-----  74  -----

29 Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả Nm/s 908 Ktm1

mạnh hệ thống treo phía trước

30 Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén Nm/s 525 Knn2

nhẹ hệ thống treo phía trước

31 Hệ số cản của giảm chấn quá trình nén Nm/s 210 Knm2

mạnh hệ thống treo phía trước

32 Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả Nm/s 1575 Ktn2

nhẹ hệ thống treo phía sau

33 Hệ số cản của giảm chấn quá trình trả Nm/s 630 Ktm2

mạnh hệ thống treo phía sau

34 Trọng lượng đặt lên cầu trước khi đầy KG 700 G1

tải

35 Trọng lượng đặt lên cầu trước khi đầy KG 855 G1

tải

- Thông số mặt đường đã được chọn phần trên.

3.3. Một số kết quả đánh giá

Với các số liệu mô phỏng đã được trình bày ở phần trên tác giả tiến

hành mô phỏng và đưa ra một số kết quả dưới đây:

3.3.1. Lực của hệ thống treo tác dụng lên vỏ xe:

a, Trường hợp 1:

Các vị trí lắp động cơ vị trí vỏ xe được đặc trưng bởi các đệm đàn hồi

trong trường hợp này đệm đàn hồi vừa có đàn hồi vừa có tác dụng dập tắt dao

động, độ cứng và hệ số cản của giảm chấn ở các vị trí lần lượt: Cdc1=7130

N/m; Cdc2=7300N/m; Cdc3=7300N/m; Cdc4=7130N/m; Kdc1=713Nm/s;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Kdc2=730Nm/s; Kdc3=730Nm/s; Kdc4=713Nm/s:

-----  75  -----

)

N

N ( 1 L B

( 2 L B

í r t ị v ở e x

ỏ v n ê l

g n ụ d c á t c ự L

Thời gian t(s)

)

N ( 3 L B

N ( 4 L B

í r t ị v ở e x

ỏ v n ê l

g n ụ d c á t c ự L

Thời gian t(s)

Hình 3.13. Lực tác dụng lên vỏ xe ở các vị trí bắt bu lông động cơ ở trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi.

b, Trường hợp 2:

Trường hợp này coi các vị trí lắp ráp động cơ với vỏ xe đệm đàn hồi

trong trường hợp này chỉ có tác dụng đàn hồi không các tác dụng dập tắt dao

động, các độ cứng bộ phận đàn hồi ở vị trí lắp ráp Cdc1=7130 N/m; Cdc2=7300;

Cdc3=7300N/m; Cdc4=7130N/m; Trường hợp này hệ số cản ở các vị trí lắp ráp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

coi như Kdc1=0Nm/s; Kdc2=0Nm/s; Kdc3=0Nm/s; Kdc4=0Nm/s:

-----  76  -----

)

N ( 1 L B

N ( 2 L B

í r t ị v ở e x

ỏ v n ê l

g n ụ d c á t c ự L

Thời gian t(s)

)

N ( 3 L B

N ( 4 L B

í r t ị v ở e x

ỏ v n ê l

g n ụ d c á t c ự L

Thời gian t(s)

Hình 3.14.Lực tác dụng lên vỏ xe ở các vị trí bắt bu lông động cơ ở trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi chỉ đặc trưng Cdc.

* Nhận xét: Dựa vào kết quả hình 3 và hình 3 ta thấy ở trường hệ Kdc=0

thời gian dập tắt dao động trễ hơn. Trường hợp này không có lợi cho độ êm

chuyển động của ô tô.

c, Trường hợp 3:

Trường hợp này coi các vị trí lắp ráp động cơ với vỏ xe có độ cứng

tăng gấp 5 lần so với trường hợp 2, các độ cứng bộ phận đàn hồi ở vị trí lắp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ráp Cdc1=7130 x5N/m; Cdc2=7300x5; Cdc3=7300x5N/m; Cdc4=7130x5N/m;

-----  77  -----

Trường hợp này hệ số cản ở các vị trí lắp ráp coi như Kdc1=0Nm/s;

Kdc2=0Nm/s; Kdc3=0Nm/s; Kdc4=0Nm/s:

)

N ( 2 L B

N ( 1 L B

í r t ị v ở e x

ỏ v n ê l

g n ụ d c á t c ự L

Thời gian t(s)

)

N ( 3 L B

N ( 4 L B

í r t ị v ở e x

ỏ v n ê l

g n ụ d c á t c ự L

Thời gian t(s)

Hình 3.15. Lực tác dụng lên vỏ xe ở các vị trí bắt bu lông động cơ ở trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi chỉ đặc trưng Cdc tăng.

* Nhận xét: Trường hợp tăng độ cứng ở các vị trí lắp ráp động cơ vào

vỏ xe lên 5 lần chúng ta có thể coi động cơ được găn cứng vỏ xe. Lực tác

dụng lên vỏ xe lớn và không co khả năng dập tắt dao động. Trường hợp này

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ảnh hưởng xấu đến độ êm dịu chuyển động của ô tô.

-----  78  -----

3.3.2. Các chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng của thân xe

a, Trường hợp 1:

Các vị trí lắp động cơ vị trí vỏ xe được đặc trưng bởi các đệm đàn hồi

trong trường hợp này đệm đàn hồi vừa có đàn hồi vừa có tác dụng dập tắt dao

động, độ cứng và hệ số cản của giảm chấn ở các vị trí lần lượt: Cdc1=7130

N/m; Cdc2=7300 N/m; Cdc3=7300N/m; Cdc4=7130N/m; Kdc1=713Nm/s;

Kdc2=730Nm/s; Kdc3=730Nm/s; Kdc4=713Nm/s, ảnh hưởng như thế nào đến

các chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng của thân xe:

)

m ( z

g n ứ đ g n ă h t

) d a r (  e x n â h t g n a g n y a o x

ị v n ể y u h C

g n ơ ư h p o e h t ị v n ể y u h C

Thời gian t(s)

)

2 s /

) d a r (  e x n â h t c ọ d y a o x

ị v n ể y u h C

m ( z g n ứ đ g n ă h t g n ơ ư h p o e h t c ố t a i G

Thời gian t(s)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.16.Chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng ở vị trí trọng tâm xe ở trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi chỉ đặc trưng Cdc và Kdc.

-----  79  -----

Nhận xét: trong trường hợp này thỏa mãn với yêu cầu êm dịu chuyển

động của ô tô.

b, Trường hợp 2:

Trường hợp này coi các vị trí lắp ráp động cơ với vỏ xe đệm đàn hồi

trong trường hợp này chỉ có tác dụng đàn hồi không các tác dụng dập tắt dao

động, các độ cứng bộ phận đàn hồi ở vị trí lắp ráp Cdc1=7130 N/m;

Cdc2=7300N/m; Cdc3=7300N/m; Cdc4=7130N/m; Trường hợp này hệ số cản ở

các vị trí lắp ráp coi như Kdc1=0Nm/s; Kdc2=0Nm/s; Kdc3=0Nm/s; Kdc4=0Nm/s,

ảnh hưởng như thế nào đến các chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng

của thân xe:

)

m ( z

g n ứ đ g n ă h t

) d a r (  e x n â h t g n a g n y a o x

ị v n ể y u h C

Thời gian t(s)

g n ơ ư h p o e h t ị v n ể y u h C

Thời gian t(s)

)

2 s /

) d a r (  e x n â h t c ọ d y a o x

ị v n ể y u h C

Thời gian t(s)

m ( z g n ứ đ g n ă h t g n ơ ư h p o e h t c ố t a i G

Hình 3.17.Chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng ở vị trí trọng tâm xe

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ở trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi chỉ đặc

trưng Cdc.

-----  80  -----

* Nhận xét: Dựa vào kết quả hình 3 và hình 3 ta thấy ở trường hệ Kdc=0 thời gian dập tắt dao động trễ hơn. Trường hợp này không có lợi cho độ êm chuyển động của ô tô.

c, Trường hợp 3:

)

Trường hợp này coi các vị trí lắp ráp động cơ với vỏ xe có độ cứng tăng gấp 5 lần so với trường hợp 2, các độ cứng bộ phận đàn hồi ở vị trí lắp ráp Cdc1=7130 x5N/m; Cdc2=7300x5; Cdc3=7300x5N/m; Cdc4=7130x5N/m; Trường hợp này hệ số cản ở các vị trí lắp ráp coi như Kdc1=0Nm/s; Kdc2=0Nm/s; Kdc3=0Nm/s; Kdc4=0Nm/s ảnh hưởng như thế nào đến các chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng của thân xe: m ( z

g n ứ đ g n ă h t

) d a r (  e x n â h t g n a g n y a o x

Thời gian t(s)

ị v n ể y u h C

)

2 s /

g n ơ ư h p o e h t ị v n ể y u h C

) d a r (  e x n â h t c ọ d y a o x

ị v n ể y u h C

m ( z g n ứ đ g n ă h t g n ơ ư h p o e h t c ố t a i G

Thời gian t(s)

Hình 3.18.Chuyển vị và gia tốc theo phương thẳng đứng ở vị trí trọng tâm thân xe ở

trường hợp vị trí lắp ráp động cơ và vỏ xe coi như đệm đàn hồi chỉ đặc trưng Cdc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

tăng. * Nhận xét: Trường hợp tăng độ cứng ở các vị trí lắp ráp động cơ lên vỏ xe tăng lên 5 dựa vào hình vẽ ta thấy khi lắp cứng động cơ vào vỏ xe ảnh

-----  81  -----

hưởng rất xâu không những độ êm dịu chuyển động của ô tô mà còn ảnh

hưởng xấu đến ổn định hướng chuyển động của ô tô.

3.3.3. Khảo sát thông số dao động của động cơ đến độ êm dịu chuyển

động

Như phần trên trình bày các vị trí lắp ráp của động cơ với vỏ xe được đặc trưng bởi các đệm đàn hồi. Do vậy thông số kết cấu các đệm đàn hồi được đặc trưng bởi độ cứng và hệ số cản, các thông số ảnh hưởng rất nhiều đến độ êm dịu chuyển động của ô tô:

- Độ cứng của đệm đàn hồi ở vị trí lắp ráp động cơ Cdc - Hệ số cản của đệm đàn hồi ở vị trí lắp ráp động động cơ Kdc a, ảnh hưởng của độ cứng Cdc Để khảo sát ảnh hưởng của độ cứng đến Cdc ở các vị trí lắp ráp ảnh hưởng đến độ ệm dịu chuyển động của ô tô thông qua chỉ tiêu đánh giá là độ lệch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng khi hệ số cản Kdc bằng các hằng số.

Khảo sát Cdc thay đổi trong khoảng Cdc=[5000 8000 12000 14000

18000] N/s, trong 3 trường hợp Kdc= const: + Kdc=800Ns/m;

+ Kdc=1000Ns/m;

+Kdc=1200 Ns/m.

)

2 s /

m ( c Z c ố t a i g

g n ơ ư h p n â u q h c ệ l

ộ Đ

Độ cứng Ccd (N/m)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Hình 3.19. Độ lêch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng khi Cdc thay đổi

-----  82  -----

* Nhận xét:

Nhìn vào kết quả dạng đồ thị hình chúng ta có thể đưa ra một số nhận

xét sau:

- Khi tăng độ cứng của đệm đàn hồi thì độ lệch quân phương gia tốc

theo phương thẳng đứng cũng tăng lên. Để đảm bảo được chỉ tiêu êm dịu

chuyển động của ô tô thì độ cứng của đệm đàn hồi Cdc≤18000N/s khi hệ số

cản Kdc≤1200Ns/m.

+ Khi độ cứng Cdc≤1400N/s khi hệ số cản Kdc≤1200Ns/m thì đảm bảo

được tối ưu độ êm dịu chuyển ô tô, tuy nhiên độ cứng vững của mối lắp giữa

động cơ và vỏ xe thấp.

+ Khi độ cứng 14000N/s

thì vừa đảm bảo được độ êm dịu chuyển động cơ và độ cứng của mối lắp giữa

động cơ và vỏ xe.

- Khi tăng hệ số cản của đệm đàn hồi trong 3 trường hợp:

Kdc=800Ns/m; Kdc=1000Ns/m;Kdc=1200 Ns/m thì độ độ lệch quân phương

gia tốc theo phương thẳng đứng cũng tăng lên, do lực tác dụng từ động cơ

xuống vỏ xe tăng lên ảnh hưởng xấu đến độ êm dịu chuyển động của ô tô,

cũng như ổn định hưởng chuyển động của ô tô.

b, Khảo sát ảnh hưởng hệ số cản của giảm chấn Kdc

Để khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản của đệm đàn hồi Kdc ở các vị trí

lắp ráp ảnh hưởng đến độ ệm dịu chuyển động của ô tô thông qua chỉ tiêu

đánh giá là độ lệch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng khi hệ số

cản Cdc bằng các hằng số.

Khảo sát Kdc thay đổi trong khoảng Kdc=[600 1000 1400 1800 2200]

Ns/m, trong 3 trường hợp Kdc= const:

+ Cdc=10000Ns/m;

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

+ Cdc=14000Ns/m;

-----  83  -----

+ Cdc=18000 Ns/m.

)

2 s /

m ( c Z c ố t a i g

g n ơ ư h p n â u q h c ệ l

ộ Đ

Hệ số cản của động cơ Kcd (Ns/m)

Hình 3.20. Độ lêch quân phương gia tốc theo phương thẳng đứng khi Kdc thay đổi

Nhận xét:

- Khi tăng hệ số cản của đệm đàn hồi thì độ lệch quân phương gia tốc theo

phương thẳng đứng cũng tăng lên. Để đảm bảo được chỉ tiêu êm dịu chuyển động

của ô tô thì hệ số cản của đệm đàn hồi Kdc≤1400Ns/m khi hệ số cản Cdc-

≤18000N/m.

+ Khi hệ số Kdc≤1000Ns/m khi hệ số cản Cdc≤18000N/m thì đảm bảo

được tối ưu độ êm dịu chuyển ô tô.

+ Khi độ cứng 1000N/s

đảm bào chỉ tiêu êm dịu, tuy nhiên khi xe vào các địa hình có tình trạng mặt

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

đường xấu thì rất dễ vượt chỉ tiêu của độ êm dịu chuyển động.

-----  84  -----

- Khi tăng hệ số cản của đệm đàn hồi trong 3 trường hợp:

Cdc=10000N/m; Cdc=14000N/m;Cdc=18000 N/m thì độ độ lệch quân phương gia

tốc theo phương thẳng đứng cũng tăng lên do lực tác dụng từ động cơ xuống vỏ

xe tăng lên ảnh hưởng xấu đến độ êm dịu chuyển động của ô tô, cũng như ổn định

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

hưởng chuyển động của ô tô.

-----  85  -----

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

4.1.KẾT LUẬN

Sau một thời gian nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân được sự

hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Lê Quốc Phong cùng với sự giúp đỡ của

các thầy trong Khoa Cơ khí, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái

Nguyên cùng với sự động viên kích lệ của bạn bè, đồng nghiệp tác giả bản

luận án đã hoàn thành cơ bản nội dung của đề tài. Luận án đã đạt được một số

kết quả sau đây:

- Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô nói

chung và chuyển động của động cơ đốt trong nói riêng trong điều kiện đường

xá Việt Nam, phù hợp với người Việt Nam.

- Xây dựng mô hình dao động động cơ xe du lịch lắp ráp tại Việt Nam.

- Thiết lập hệ phương vi phân mô tả dao động của động cơ xe du lịch

lắp ráp tại Việt Nam.

- Đề cập đặc tính phi tuyết của hệ thống treo, lốp xe ảnh hưởng đến độ

êm dịu chuyển động của ô tô.

- 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.

- Giải hệ phương trình vi phân dao động bằng phần mềm Matlab Simulink

7.0.

- Nghiên cứu và đề xuất bộ thông số kết cấu đệm đàn hồi ở một số vị

trí theo quan điểm êm dịu.

Với các kết quả thu trong luận văn đã thể hiện một cách cơ bản tác

động qua lại trong mối quan hệ động học “Đường - Xe - Người”.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Tuy nhiên, bên cạnh đó luận án còn một số hạn chế dưới đây:

-----  86  -----

- Trong mô hình dao động chưa xét đến thanh ổn định ngang vào

bài toán dao động.

- Chưa có điều kiện kinh tế cũng như thời gian để thí nghiệm thực tế

để kiểm chứng mô hình dao động.

Qua đây tác giả cũng mạnh dạn đưa ra một số đề xuất cho hướng

nghiên cứu tiếp theo như sau:

- Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá dao động của động cơ đốt trong

và hệ thống lắp sát với thực tế hơn.

- Nghiên cứu mô hình dao động động cơ xe dụng lịch với mô hình thực tế

hơn.

- Thí nghiệm thực tế để kiểm chứng tính đúng đắn của mô hình dao

động.

4.2. KIẾN NGHỊ

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 là lĩnh vực không mới nhưng

mang ý nghĩa thiết thực. Từ quá trình mô phỏng dao động của động cơ và

xem xét đến ảnh hưởng của nó lên dao động của ô tô, để từ đó có được biện

pháp tối ưu nhất trong quá trình lắp ráp, nhằm tăng chất lượng của sản phẩm,

đảm bảo sức khoẻ của người sử dụng.

Vì vậy, các doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô của Việt Nam cần có

sự đầu tư thích đáng cho các hoạt động nghiên cứu, đánh giá, khái thác và ứng

dụng của việc mô phỏng dao động của động cơ. Đẩy mạnh nghiên cứu, phát

triển công nghệ nhằm tăng chất lượng cũng như thương hiệu của các loại xe ô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

tô sản xuất tại Việt Nam, mang thương hiệu Việt Nam.

-----  87  -----

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Hữu Cẩn và Một số tác giả khác (1998), Lý Thuyết ôtô máy

kéo, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.

2. Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Hữu Nam (2004), Thí nghiệm ôtô, NXB

Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội.

3. Vũ Đức Lập (1994), Dao động ôtô quân sự , Học viện kỹ thuật quân

sự, Hà Nội.

4. Nguyễn Văn Khang (1998), Dao động kỹ thuật, NXB Khoa học Kỹ

thuật, Hà Nội.

5. Trần Văn Nghĩa (2004), Tin học trong thiết cơ khí, NXB Giáo Dục,

Hà Nội.

6. Đặng Việt Hà (1996), Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kết cấu

và điều kiện làm việc của ôtô đến độ êm dịu chuyển động, Luận văn thạc sỹ

kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội.

7. Trịnh Minh Hoàng (2002), Khảo sát dao động xe tải hai cầu dưới

kích động ngẫu nhiên của mặt đường, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường

ĐHBK Hà Nội, Hà Nội.

8. Võ Hường (2004), Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao

động ôtô tải nhiều cầu, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà

Nội.

9. Lưu Văn Tuấn (1994), Nghiên cứu dao động xe ca Ba- Đình trên cơ

sở đề xuất các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyên động, Luận án tiến sỹ kỹ

thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội.

10. Nguyễn Văn Trà (2004), Nghiên cứu hệ thống treo có điều khiển để

nâng cao chất lượng êm dịu chuyển động của ôtô, Luận án tiến sỹ kỹ thuật,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Học viện kỹ thuật quân sự Hà Nội, Hà Nội.

-----  88  -----

11. Đào Mạnh Hùng (2005), Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp bộ về

nghiên cứu ảnh hưởng của biên dạng đường đến tải trọng tác dụng lên ôtô tại

quốc lộ 1A đoạn Hà Nội-Lạng Sơn, Trường ĐHGTVT Hà Nội, Hà Nội,

12. Lê Văn Quỳnh(2006), Nghiên cứu dao động ghế ngồi xe khách sản

xuất tại Việt Nam, , Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà

Nội.

13. Adian Biran - Moshe Briener, Matlab for Engineers, Addison-

Wesley Publishing Company Inc, 1995.

14. J.Y.Wong (1998), Theory of ground vehicle, A wiley-interscience

publication John wiley & Sons, New York.

15. Nguyen Van Tan, Luu Van Tuan, Vo Van Huong (2002), Effect of

dynamics paramaters on objective functions in the problems of automotive

dynamics, International conference on automotive technology (ICAT), VSAE

ICAT 2002, 1/4-4/4.

16. Dao Manh Hung, Nguyen Van Bang (2002), The equipment and the

measuring autoroad roughness, International conference on automotive

technology (ICAT), VSAE ICAT 2002, 1/4-4/4, VSAE- ICAT 2002, 1/4-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4/4

luận văn: ỨNG DỤNG PHẦN MỀN SIMULINK-MATLAB 7.0 ĐỂ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ

Tham khảo luận văn - đề án 'luận văn: ứng dụng phần mền simulink-matlab 7.0 để khảo sát dao động của động cơ', luận văn - báo cáo, cơ khí - chế tạo máy phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: “ỨNG DỤNG PHẦN MỀM SIMULINK-MATLAB 7.0 ĐỂ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ.”

-

-

-

-

-

2

9

-

-

-

-

-

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Có bù dịch chuyển theo

- Chuyển đổi và đọc dữ liệu.

phƣơng thẳng đứng.

- Giao diện với cảm biến.

- Điều khiển nguồn laser.

- Kiểm soát hoạt động của

cảm biến.

Đo khoảng cách đến bề mặt

- Ghi nhận và điều khiển

đƣờng.

dữ liệu.

- Nguồn điện

Đo tốc độ và khoảng cách dịch

chuyển của ôtô.

- Phần mềm hệ thống.

- Cài đặt hệ thống.

- Dữ liệu nguồn.

- Xử lý dữ liệu.

- Hiển thị kết quả.

Chiều dài đường (m)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Động cơ

Thân xe

Cầu xe

Đường

Hình 3.1. Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động động cơ.

Hình 3.2. Sơ đồ mô tả khối kích động mặt đường.

Hình 3.8. Sơ đồ các lực tác dụng của hệ thống treo phía sau

)

)

N

N ( 1 L B

( 2 L B

í r t ị v ở e x

í r t ị v ở e x

ỏ v n ê l

ỏ v n ê l

g n ụ d c á t c ự L

g n ụ d c á t c ự L

Thời gian t(s)

Thời gian t(s)