Chơng 2
cơ sở thiết lập mô hình dao động ô tô hai cầu
trong không gian
2.1 Các mô hình nghiên cứu dao động ô tô
Khi khảo sát dao động ô tô trong không gian thờng sử dụng các mô hình
dao động tơng đơng của ôtô thay cho mô hình vật lý thực, sau đó xây dựng mô
hình toán và giải chúng để tìm ra các thông số đặc trng cho dao động của cơ
hệ..
Việc thiết lập và lựa chọn các mô hình dao động tơng đơng của ô tô phụ
thuộc vào mục tiêu nghiên cứu, cấu trúc riêng của đối tợng nghiên cứu, khả
năng tính toán và phơng tiện tính toán.
Mô hình gần thực với ô tô trong không gian cần đáp ứng đợc các yêu cầu
sau:
- Không hạn chế chuyển động (dao động) không gian của toàn xe.
- Xác lập đợc động học, động lực học của hệ thống treo.
- Xác định đợc động lực học của các bánh xe.
Sau đây giới thiệu một số mô hình cơ bản đợc nhiều tác giả sử dụng khi
nghiên cứu dao động ô tô.
2.1.1
Mô hình
1
/
4
.
Mô hình
1
/
4
bao gồm hai khối lợng đợc treo
T
M

của biên dạng đờng ở dới bánh xe trái và phải là nh nhau. Khối lợng treo đợc
25

L1T

1T

Z

K
K

1T

C

q

L1T

C

1T

1T



1T


là phần tử đàn hồi theo cả 2 phơng Z và Y. Ngoại lực là f
y
theo phơng ngang và
f
z
theo

phơng Z.
26

2

L2

L1

1

Z

K

K

C

L1

C


2

m



T

M

J

y

q

1

Z



1

1

Hình2.3. Mô hình
1
/
2

là hệ thống treo. Hệ thống treo hoàn chỉnh bao gồm 3 phần tử chính với các
chức năng riêng biệt:
- Phần tử đàn hồi: dùng để tiếp nhận và truyền lên khung xe các lực
thẳng đứng từ đờng, giảm tải trọng động và bảo đảm độ êm dịu chuyển
động cho ôtô khi chuyển động trên các loại đờng khác nhau.
28
- Phần tử giảm chấn: Năng lợng dao động của thân xe và của bánh xe đợc
hấp thụ bởi các giảm chấn trên cơ sở biến cơ năng thành nhiệt năng.
- Phần tử hớng: dùng để truyền các lực ngang, lực dọc và mômen từ mặt
đờng lên khung xe (vỏ xe). Động học của phần tử hớng xác định đặc
tính dịch chuyển của bánh xe đối với khung xe và ảnh hởng tới tính ổn
định và tính quay vòng của ôtô.
Xét về liên kết, hệ treo có ba dạng treo độc lập, treo phụ thuộc, treo cân
bằng.
- Treo độc lập
Động học của bánh xe với thân xe hoàn toàn đợc xác lập, có ảnh hởng
nhiều yếu tố phi tuyến hình học. Thuộc tính hệ treo có thể phi tuyến trong miền
làm việc. Khối lợng không đợc treo va chạm với khối lợng đợc treo (va chạm vấu).
- Treo phụ thuộc
Không xác lập về mặt động học giữa bánh xe với khối lợng đợc treo, thuộc
tính hệ treo có thể phi tuyến trong miền làm việc, có va chạm giữa khối lợng
không đợc treo với khối lợng đợc treo.
Khi khảo sát dao động ôtô liên kết bánh xe với đờng cũng đợc xem là là
các liên kết đàn hồi, chúng cũng có thể có các đặc tính phi tuyến nh khi va
chạm hoặc tách bánh xe
2.2.2 Các tham số kết cấu hệ thống treo.
a. Hệ số độ cứng của hệ thống treo.
Nhờ đờng đặc tính đàn hồi của phần tử đàn hồi ta đánh giá đợc cơ cấu đàn
hồi của hệ thống treo. Trong trờng hợp tổng quát đờng đặc tính của hệ thống
treo là đờng cong và độ cứng C của phần tử đàn hồi cũng không phải hằng số.

C
)(1000
)(
0
0


(2.2)
Trong đó:
f
t
- Độ võng tĩnh.
t
d
f
- Độ võng động trên.
d
t
f
d
Ztd
-mg
t
mg

Z
C
0
=tg


dt
tt
C
fZkhifZCCf
fZfkhiZC
fZkhifC
F
)()(
)()(
)().(



(2.3)
b. Hệ số cản giảm chấn.
Giảm chấn là một phần tử rất quan trọng của hệ thống treo, nó quyết định
mức độ dập tắt dao động. Trớc đây do phơng tiện mô phỏng cha đủ mạnh nên
trong khảo sát dao động ngời ta thờng coi hệ số cản giảm chấm là hằng số để
đơn giản hoá tham số kết cấu này. Thực tế hệ số cản giảm không phải là hằng
30
số. Đặc tính giảm chấn phụ thuộc kết cấu, tức là chế độ tiết lu hay thông qua và
chế độ chảy hay tổn hao. Trong giảm chấn thuỷ lực 2 chiều, hành trình làm việc
của giảm chấn đợc chia ra làm bốn pha với hệ số cản khác nhau: nén mạnh, nén
nhẹ, trả mạnh, trả nhẹ tơng ứng với các hệ số cản K
nm
, K
nn
, K
tm
, K

).
Theo đặc điểm kết cấu thì hệ số K cũng thay đổi theo các giai đoạn và nó
phụ thuộc vào vận tốc giảm chấn.
Hình 2.6: Đặc tính phần tử giảm chấn ô tô vận tải
I.Hành trình nén: II. Hành trình trả
Tuy nhiên trong tính toán thờng đặc tính của giảm chấn đợc tuyến tính
hoá theo từng giai đoạn và coi thời gian chuyển tiếp qua mỗi giai đoạn là tức
thời( không xét ảnh hởng của lò xo các cửa van). (chọn hệ số n=1 và thay thế
bằng 4 đoạn thẳng ứng với bốn hệ số cản nói trên). Vận tốc dịch chuyển của
piston giảm chấn đối với hành nén nhẹ và trả nhẹ nằm trong khoảng Vn= [-
31
0.3:0.3] (m/s). (dấu ứng với chiều trả). Khi đó lực cản giảm chấn tính đợc
nh sau:
Lực cản sinh ra trong quá trình nén nhẹ và trả nhẹ:
P
nn
= K
nn
.v
nnmin
: P
tn
= K
tn
.v
tnmax

Lực cản sinh ra trong quá trình nén mạnh và trả mạnh:
P
nm

v
tnmax
,v
tmmax
(mang dấu[+]) , K
tn
,K
tm
,P
tn
,P
tm
lần lợt là vận tốc, hệ số cản và
lực cản giảm chấn ứng với hành trình trả nhẹ và trả mạnh.
Trong đồ án này sẽ dùng khối hàm lôgic (khối Switch ) có trong mô đun
Simulink để mô phỏng lực cản của giảm chấn theo bốn giai đoạn trên.
c. Mô phỏng các tham số kết cấu.
Với những phân tích nh trên ta thấy để đa các tham số kết cấu giống nh
thực tế vào mô hình mô tính toán là rất khó khăn. Tuy nhiên trong mô phỏng
với những giả thiết cần thiết chúng ta có thể mô phỏng các đặc tính của các
tham số này gần sát với thực tế hơn.
Mô hình hệ treo.
Hệ treo đợc đặc trng bởi độ cứng C và hệ số cản K, cản ma sát. Mô tả
tổng quát hệ treo nh hình 2.7.
32