Luận văn Tóm tắt Mô phỏng khảo sát dao động ô tô vận tải hành khách bằng Matlab - Simulink

b
CAU TRUOC
CAU SAU
HAM MAT DUONG
BANH XE TRUOC BANH XE SAU
1
Hình 3.21 : Mô hình Simulink mô phỏng dao động ô tô hai cầu. 
 16 
3.3. Thông số kỹ thuật xe khảo sát 
3.4. Tính tần số dao động riêng và gia tốc bình phương trung 
bình 
Tần số dao động riêng và gia tốc bình phương trung bình là hai chỉ 
tiêu quan trọng, đề tài sử dụng hai chỉ tiêu này để đánh giá độ êm dịu 
chuyển động của ô tô. 
3.4.1. Tính tần số dao động riêng thân xe 
Tần số riêng của hệ dao động được tính ở trạng thái không 
có lực kích động từ ngoài vào, lực cản giảm chấn bằng không. 
 Đây là hệ dao động điều hoà, phương trình chuyển động 
tổng quát có dạng: 
0=+
••
cXXm 
 Hay: 02 =+
••
XX ω 
Trong đó: 
- m là ma trận khối lượng của hệ xác định theo công thức (2.30) 
- c là ma trận độ cứng của hệ xác định theo công thức (2.31) 
- 
••
X là ma trận gia tốc chuyển vị của hệ xác định theo công thức 
(2.33) 
- X là ma trện chuyển vị của hệ xác định theo công thức (2.35) 
- ω là tần số dao động riêng của hệ xác định bởi công thức : 
m
c
=ω (rad/s) 
Khi khảo sát hệ dao động có giảm chấn, không chịu lực kích 
động từ bên ngòai, hệ dao động sẽ được mô tả bởi quy luật không 
 17 
tuần hoàn, nhưng toạ độ của vật thể vẫn thay đổi theo quy luật tuần 
hoàn. Vì thế người ta quy ước rằng có “tần số riêng” đối với hệ dao 
động có giảm chấn. 
 Gọi ω, ωd lần lượt là tần số riêng của hệ không giảm chấn và 
hệ có giảm chấn ta có công thức liên như sau: 
21 id ζωω −= 
Trong đó ζi là hệ số tỷ lệ tắt dần được tính theo công thức: 
ii
i
i
cm
k
2
=ζ 
- ki là phần tử thứ i trong ma trận hệ số k xác định bởi (2.32) 
- mi là phần tử thứ i trong ma trận khối lượng m 
- ci là phần tử thứ i trong ma trận độ cứng c 
Đối với thân xe ta có : 
)(2 21
21
CCM
KK
i
+
+
=ξ 
Trong đó : - C1, C2 là độ cứng của treo trước và treo sau (N/m) 
 - K1, K2 là hệ số cản của treo trước và treo sau (Ns/m) 
 - M khối lượng phần treo (kg) 
Ngoài ra trong Matlab ở nhóm lệnh khảo sát mô hình động 
học, có lệnh dùng để tính tần số riêng của hệ thống động học [6] rất 
nhanh chóng như sau : 
 [ω,d] = damp(sys) 
Trong đó : 
 - ω là tần số riêng của hệ 
 18 
 - d là hệ số tắt dần 
 - sys là tên mô hình hệ thống động học 
 Cả hai cách tính đều cho kết quả giống nhau, do đó trong 
luận văn này sử dụng cách tính thứ hai để tính tần số riêng. 
3.4.2. Tính gia tốc bình phương trung bình 
 Gia tốc bình phương trung bình được tính toán bằng cách lập 
mô hình mô phỏng thể hiện trong mục 3.2.3.6. 
 Kết quả tính toán tần số riêng và gia tốc bình phương trung 
bình được hiển thị ngay trên giao diện khảo sát dao động ô tô (được 
trình bày chi tiết ở phần tiếp theo). 
3.5. Thiết kế giao diện với Matlab 
3.5.1. Giao diện chính dùng cho báo cáo và mô phỏng 
Hình 3.22 : Giao diện chính dùng cho báo cáo và mô phỏng 
 19 
3.5.2. Giao diện khảo sát các thông số dao động trong miền thời 
gian. 
3.5.3. Giao diện khảo sát các thông số dao động trong miền tần số. 
3.5.4. Giao diện khảo sát độ êm dịu theo độ cứng của hệ thống 
treo. 
3.5.5. Giao diện khảo sát độ êm dịu theo hệ số cản của hệ thống 
treo 
3.6. Kết quả khảo sát dao động ô tô chở khách 26 chỗ đóng từ 
khung xe tải KIA K3600. 
3.6.1. Kết quả khảo sát trong miền thời gian 
Hình 3.27 : Đồ thị chuyển dịch thân xe 
 20 
3.6.2. Kết quả khảo sát trong miền tần số. 
Hình 3.38 : Đồ thị đặc tính biên độ tần số gia tốc thân xe 
3.6.3. Nhận xét 
Thông qua kết quả khảo sát các thông số dao động trong 
miền thời gian và tần số ta nhận thấy phương pháp mô phỏng bằng 
Simulink kết hợp với lập trình giao diện GUI trong Matlab giúp cho 
việc khảo sát các thông số dao động ô tô một cách thuận tiện, nhanh 
chóng và trực quan. Xe khảo sát có thời gian dập tắt dao động tương 
đối lớn (khoảng 2.7s: thể hiện rõ trên đồ thị đáp ứng bước nhảy đơn 
vị), tần số dao động riêng 1.84Hz, gia tốc bình phương trung bình 
0.9m/s2. Độ êm dịu không đạt yêu cầu về chỉ tiêu tần số (yêu cầu 
nằm trong khoảng 1 – 1.5 Hz) và gia tốc dao động (nằm trong vùng 
0.8 – 1.6 m/s2, theo TCVN 1694 - 1:2001 : hành khách có cảm giác 
 21 
không thoải mái). Yêu cầu đặt ra là phải cải tạo lại hoặc thay thế hệ 
thống treo cho phù hợp, nhằm nâng cao độ êm dịu đạt với yêu cầu 
của tiêu chuẩn về độ êm dịu đối với xe vận tải hành khách. 
CHƯƠNG 4 
GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ ÊM DỊU 
4.1. Các thông số ảnh hưởng chính đến độ êm dịu. 
4.2. Sự thay đổi toạ độ trọng tâm xe, khi đóng mới xe khách 26 
chỗ trên cơ sở xe tải nhẹ KIA K3600. 
4.3. Phân tích ảnh hưởng của các thành phần trong hệ dao động 
ô tô, mô phỏng khảo sát chọn bộ thông số kết cấu tối ưu. 
4.3.1. Sự phân bố độ cứng nhíp trước và nhíp sau 
4.3.2. Độ cứng nhíp trước và nhíp sau, mô phỏng khảo sát độ êm 
dịu theo độ cứng của nhíp 
4.3.3. Hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo trước và sau, mô 
phỏng khảo sát độ êm dịu theo độ hệ số cản giảm chấn. 
4.3.4. Sự phân bố độ cứng lốp trước, lốp sau. 
4.4. Khảo sát đáp ứng của hệ dao động sau khi thay đổi các 
thông số của hệ thống treo 
4.4.1. Khảo sát đặc tính trong miền thời gian 
 22 
Hình 4.3 : Đồ thị Chuyển dịch thân xe 
-Đường nét mảnh ứng với bộ thông số cũ 
-Đường nét đậm ứng với bộ thông số mới 
Hình 4.10: Đồ thị đáp ứng bước nhảy đơn vị của chuyển dịch thân xe 
-Đường nét mảnh ứng với bộ thông số cũ 
-Đường nét đậm ứng với bộ thông số mới 
 23 
4.4.2.Khảo sát đặc tính trong miền tần số 
Hình 4.12 : Đồ thị Đặc tính biên độ tần số gia tốc thân xe 
 -Đường nét mảnh là ĐTBĐTS gia tốc thân xe với bộ thông số cũ 
 -Đường nét đậm là ĐTBĐTS gia tốc thân xe với bộ thông số mới 
4.4.3. Nhận xét 
Quan sát đáp ứng của hệ dao động sau khi cải tiến hệ thống 
treo, trong miền tần số ta nhận thấy các thông số dao động của xe sau 
khi cải tạo luôn có biên độ nhỏ hơn so với hệ ban đầu và các vùng 
cộng hưởng luôn dịch về phía bên trái của đồ thị (dịch về phía có tần 
số nhỏ) do đó độ êm dịu của xe được tăng lên một cách đáng kể. 
Quan sát đáp ứng của hệ dao động trong miền thời gian, ta 
có nhận xét biên độ dao động của hệ sau khi cải tạo hệ thống treo 
cũng luôn nhỏ hơn so với hệ ban đầu. Khi đi vào đường mấp mô, dao 
 24 
động được dập tắt nhanh hơn (khoảng 1.7s), tần số dao động bình ổn 
của xe bằng với tần số lực kích động từ mặt đường. Năng lượng dao 
động truyền lên con người nhỏ thể hiện qua gia tốc bình phương 
trung bình aw= 0.476m/s2, nằm trong phạm vi 0.315 – 0.63: hành 
khách có cảm giác chút ít về sự không thoải mái (Theo TCVN 
4964-1:2001), tần số dao động riêng f = 1.173 Hz là phù hợp với 
yêu cầu về độ êm dịu đối với xe chở khách (f = 1.0 - 1.5). 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
1.Kết luận. 
Đề tài : “MÔ PHỎNG KHẢO SÁT DAO ĐỘNG Ô TÔ 
VẬN TẢI HÀNH KHÁCH BẰNG MATLAB-SIMULINK” đã 
được thực hiện trong 6 tháng. Trong khoản thời gian đó, tác giả đã 
nghiên cứu và tham khảo các tài liệu sách giáo khoa, các tài liệu trên 
mạng cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy TS Nguyễn Hòang 
Việt. Đến nay, đề tài đã hoàn thành và đạt được các kết quả như 
mong muốn. Cụ thể như sau: 
Đề tài đã trình bày một cách tổng thể về phương pháp nghiên 
cứu mô phỏng hệ dao động ô tô bằng Matlab-Simulink. Về bản chất, 
hạt nhân của sơ đồ Simulink là giải phương trình vi phân theo 
phương pháp gần đúng Rung-Kutta. Tuy nhiên với phương pháp 
dùng Simulink, mô hình dao động được giải theo sơ đồ cấu trúc cho 
nên rất trực quan, dễ hiểu và dễ thực hiện. Với Simulink có thể giải 
mô hình dao động với tư duy hệ thống, coi ô tô là một hệ thống dao 
động và chia hệ thống này thành nhiều hệ thống con chuẩn như : hệ 
 25 
thống treo, bánh xe, khối lượng được treo, khối lượng không được 
treo, thân xe…Và hệ thống dao động ô tô được tổng hợp từ các hệ 
thống con. Phương pháp này có nhiều ưu điểm hơn so với phương 
pháp giải truyền thống. Bởi vì, với phương pháp giải truyền thống 
phải sử dụng phương trình Lagrăng loại 2 hoặc phương pháp 
Đalambe để xây dựng phương trình vi phân (công việc này rất khó 
khi xây dựng mô hình phức tạp) và áp dụng phương pháp gần đúng 
để giải. Với phương pháp Simulink, nhờ tách nhỏ hệ cho nên việc 
xây dựng các phương trình cho hệ con rất đơn giản và công việc cuối 
cùng là liên kết các hệ con thành mô hình mô phỏng. 
Đề tài đã thực hiện chuyển đổi thành công mô hình Simulink 
sang mô hình Dữ liệu đặc tính tần số, giúp cho việc đánh giá các 
thông số dao động ô tô một cách đầy đủ, hiệu quả và tổng quát hơn, 
bởi vì khảo sát được dao động ô tô cả trên miền thời gian và miền tần 
số (bản chất mô hình Simulink chỉ có kết quả trên miền thời gian). 
Mặt khác, đề tài đã kết hợp hợp giữa mô hình Simulink và lập trình 
GUI trong Matlab, tạo ra giao diện đồ hoạ giúp cho việc khảo sát dao 
động ô tô được dễ dàng, nhanh chóng và sinh động. 
Thực hiện áp dụng mô hình mô phỏng đã thiết lập, khảo sát 
đánh giá được chất lượng dao động của xe khách đóng từ khung xe 
tải KIA K3600, có độ êm dịu chưa cao. 
Đề tài áp dụng mô phỏng khảo sát được sự biến thiên của tần 
số riêng và gia tốc bình phương trung bình theo độ cứng, hệ số giảm 
chấn, cuối cùng chọn được bộ thông số kết cấu tốt nhất cho hệ thống 
treo của xe khảo sát (thể hiện trong bảng 4.3). Với bộ thông số đó, độ 
 26 
êm dịu của xe đã nâng lên một cách đáng kể đáp ứng yêu cầu về độ 
êm dịu của xe khách. 
Quan trọng hơn, sản phẩm của đề tài là một phần mềm có 
thể sử dụng để khảo sát đánh giá chất lượng dao động của ô tô hai 
cầu một cách thuận tiện và nhanh chóng. 
2. Hướng phát triển đề tài . 
Trên cơ sở đề tài đã thực hiện xây dựng mô hình mô phỏng 
bằng Matlab-Sinulink với tất cả các loại mô hình dao động ô tô, từ 
đó có thể áp dụng khảo sát đánh giá chất lượng dao động dao với bất 
kỳ loại ô tô nào. 
Chính xác các mô hình và kết quả nhận được bằng cách loại 
bỏ dần các giả thiết, tiến hành thực nghiệm đo các thông số dao 
động. Nghiên cứu thêm một số yếu tố ảnh hưởng đến dao động của 
xe như tải trọng, gia tốc khi phanh, khi vào cua, gió bên, vận tốc 
chuyển động của xe…