Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu xe đua F-SAE

Để đánh giá các ảnh hưởng này, một mô hình dao động không gian của xe được xây dựng dựa trên cơ sở các thông số kỹ thuật của xe đua F-SAE do TNUT sản xuất năm 2013. Phần mềm Matlab-Simulink7.04 được sử dụng để mô phỏng và tính toán các thông số ảnh hưởng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự phối hợp hợp lý giữa thông số độ cứng và hệ số cản của hệ thống treo có ảnh hưởng rất lớn đến độ êm dịu, ổn định hướng. Ngoài ra, nghiên cứu này đã đưa ra một bộ thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu xe đua F-SAE Nguyễn Thành Công và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 118(04): 49 - 54 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU XE ĐUA F-SAE Nguyễn Thành Công*, Nguyễn Khắc Tuân, Lê Văn Quỳnh Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Độ êm dịu và ổn định hướng xe đua F-SAE là một trong các chỉ số quan trọng để đánh chất lượng thiết kế của xe. Mục tiêu chính của nghiên cứu này phân tích ảnh hưởng các thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu của xe dựa vào tiêu chuẩn ISO2631-1(1997-E). Để đánh giá các ảnh hưởng này, một mô hình dao động không gian của xe được xây dựng dựa trên cơ sở các thông số kỹ thuật của xe đua F-SAE do TNUT sản xuất năm 2013. Phần mềm Matlab-Simulink7.04 được sử dụng để mô phỏng và tính toán các thông số ảnh hưởng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy sự phối hợp hợp lý giữa thông số độ cứng và hệ số cản của hệ thống treo có ảnh hưởng rất lớn đến độ êm dịu, ổn định hướng. Ngoài ra, nghiên cứu này đã đưa ra một bộ thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo. Từ khóa: Xe F-SAE, hệ thống treo, thông số thiết kế, mô hình dao động, độ êm dịu. GIỚI THIỆU* Ô tô đua sinh viên FSAE là cuộc thi được tổ chức bởi Hiệp hội Kỹ sư ngành ô tô SAE (Society of Automotive Engineering). Đây là sân chơi bổ ích dành cho sinh viên tất cả các trường đại học cao đẳng có chuyên ngành ô tô của các quốc gia trên thế giới. Hàng năm, cuộc thi này quy tụ hàng trăm đội đua đến từ các quốc gia khác nhau, từ những quốc gia phát triển mạnh về công nghệ, công nghiệp ô tô đến các nước đang phát triển muốn khẳng định vị thế quốc gia mình trên trường quốc tế. Ở Việt Nam, thiết kế xe đua sinh viên vẫn còn là vấn đề mới mẻ đối với sinh viên các trường đại học. Năm 2013, nhóm nghiên cứu của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã thiết kế và chế tạo thành công xe đua sinh viên thế hệ thứ nhất. Hiện nay sản phẩm này đang được kế hoàn thiện, tối ưu thiết kế các cụm, hệ thống nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của xe đáp ứng các tiêu chuẩn của SAE nhằm đưa xe tham dự các cuộc thi quốc tế. Các thông số thiết kế hệ thống treo có ảnh hưởng trực tiếp đến độ êm dịu và ổn định hướng của xe. Do vậy, nó đã * Tel:0984381411; Email: nguyencong_124@.tnut.edu.vn và đang được nhiều nhà thiết kế xe đua FSAE thế giới đặc biệt quan tâm. Trong số các công trình đã công bố, tài liệu [3,4] đã tính toán, thiết kế các thông số hình học hệ thống treo xe đua F-SAE để nâng cao ổn định hướng của xe; tài liệu [4] tập trung nghiên cứu ảnh hưởng thông số thiết kế thống treo đến độ êm dịu của xe đua F-SAE. Tuy nhiên các nghiên cứu này chỉ dừng lại khảo sát mô hình dao động 1/2 của xe và kích thích dao động là các hàm toán học đơn giản. Chính vì vậy, ý tưởng chính của bài báo này là nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của xe. Để nghiên cứu các ảnh hưởng của nó, một mô hình dao động không gian của xe được thiết lập và mô phỏng đánh giá dựa vào tiêu chuẩn ISO2631-1(1997-E)[8]. Kết quả nghiên cứu đã đưa ra được bộ thông số thiết kế tối ưu cho hệ thống treo xe F-SAE nhằm nâng cao độ êm dịu cho người lái. MÔ HÌNH DAO ĐỘNG CỦA XE F-SAE Xây dựng mô hình dao động: Dựa vào kết cấu cụ thể xe F-SAE do TNUT sản xuất (hình 1), mô hình dao động không gian của xe được xây dựng như hình 2. 49 Nguyễn Thành Công và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 118(04): 49 - 54 Dựa vào kết cấu thực tế của xe F-SAE thì khối lượng không được treo rất nhỏ và có thể bỏ qua, do vậy hệ thống treo và lốp xe được mắc nối tiếp với nhau. Độ cứng và hệ số cản tương đương được xác định theo công thức (1) và (2). Hình 1. Xe đua F-SAE do TNUT sản xuất K2T Jy K2P C2P Y BS q2P C1T b K1P q1T C1P q1P BT L a Hình 2. Mô hình dao động xe F-SAE Các ký hiệu trên hình 2: M, Jx, Jy lần lượt là khối lượng đuợc treo (bao gồm cả khối lượng và ghế ngồi người lái) và mô men quán tính treo trục X,Y; q1P, q1T, q2P, q2T lần lượt là các kích thích của mặt đuờng lên lốp xe. K1T,P, K2T,P và C1T,P, C2T,P lần lượt là độ cứng và hệ số cản t ương đương của lốp xe và hệ thống treo trái và phải; a,b là toạ độ trọng tâm xe; Z, ϕ,θ l ần lượt là chuyển vị t ại trọng tâm thân xe theo phương Z, X, Y; BT, BS là bề rộng vết bánh truớc và sau; L là chiều dài cơ sở xe. K1T,K1P,K2T,K2P lần lượt là hệ số độ cứng của hệ thống treo trước trái phải và hệ thống treo sau trái phải của xe. 50 C= C LCT (2) C L + CT Thiết lập phương trình dao động q2T ϕ Jx M C2T X K1T K L KT (1) K L + KT Trong đó, KL, KT và CL, CT là độ cứng và hệ số cản của lốp xe và hệ thống treo. Z θ K= Hiện nay có rất nhiều phương pháp thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của xe như phương trình Newton – Euler, phương trình Lagrange II, nguyên lý D’alambe kết hợp nguyên lý hệ nhiều vật. Trong nghiên cứu này các tác giả sử dụng nguyên lý D’alambe kết hợp cơ hệ nhiều vật để thiết lập phương trình vi phân cho cơ hệ hình 1 và dưới đây là hệ phương trình vi phân.  BT    u u  K 1 j  Z + ( − 1) φ a + ( − 1) θ 2 − q1 j      M Zɺɺ + ∑  +  ɺ  j =T  u ɺ u ɺ BT − q1 j    + C1 j  Z + ( − 1) φ a + ( − 1) θ 2    P P ∑ j =T  BS    u u  K 2 j  Z + ( − 1) φ b + ( − 1) θ 2 − q 2 j       =0  B   u ɺ u ɺ S − q2 j    + C 2 j  Zɺ + ( − 1) φ b + ( − 1) θ 2    (3)  BT    u u  K1 j  Z + ( − 1) φ a + ( −1) θ 2 − q1 j      J yφɺɺ − ∑  a+ B  ɺ  j =T  u ɺ u ɺ T − q1 j    + C1 j  Z + ( −1) φ a + ( −1) θ 2    P  BS    u u  K 2 j  Z + ( −1) φ b + ( −1) θ 2 − q2 j      +∑  b=0  ɺ  j =T  u ɺ u ɺ BS ( 1) ( 1) + C Z + − b + − − q φ θ  2j  2 j  2    P (4) Nguyễn Thành Công và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ     u u BT K1 j  Z + (−1) φa + (−1) θ 2 − q1 j      BT − Jxθɺɺ − ∑(−1)v   ɺ  2 j =T u ɺ u ɺ BT φ θ + C Z + ( − 1) a + ( − 1) − q  1j  1 j  2    P     u u BS K2 j  Z + (−1) φb + (−1) θ 2 − q2 ...