Phân tích động học hệ thống treo độc lập hai đòn ngang

t Bài báo ứng dụng phần mềm phân tích động học và động lực học ADAMS tính toán và phân tích sự ảnh hưởng điểm đặt của các khâu khớp trong phần tử dẫn hướng hệ thống treo đến hệ thống treo độc lập hai đòn ngang. Kết quả của bài báo là tiền đề quan trọng để thiết kế tối ưu phần tử dẫn hướng hệ thống treo. Từ khóa: Hệ thống treo; động học; ADAMS. Abstract The paper applied the Multibody Dynamics Simulation Solution software ADAMS calculates and analyzes the influence of the setpoints of the joints in the suspension guide element to the double wishbone independent suspension kinematics. The paper’s result is the important premise for optimizing the suspension guide element. Keywords: Suspension; kinematics; ADAMS. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Động học cơ cấu dẫn hướng hệ thống treo ảnh hưởng trực tiếp đến tính an toàn điều khiển, động lực học phanh, treo và lái của ô tô và dao động của ô tô. Việc khảo sự ảnh hưởng của điểm đặt các khớp đến động học phần tử dẫn hướng rất khó thực hiện bằng phương pháp giải tích truyền thống. Trong nước có một số công trình nghiên cứu, có liên quan tới hệ thống treo của ô tô, nhưng chủ yếu nghiên cứu về dao động, tính êm dịu, còn về động học phần tử dẫn hướng ít được nghiên cứu. Công trình gần đây nhất do chính tác giả công bố [6] đã khảo sát về động học phần tử dẫn hướng bằng phương pháp giải tích. Ở bài báo này sẽ trình bày ứng dụng phần mềm phân tích động học và động lực học ADAMS tính toán và khảo sát sự ảnh hưởng của điểm đặt của các khâu khớp đến động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo độc lập hai đòn ngang. Kết quả của bài báo là tiền đề quan trọng để thiết kế tối ưu phần tử dẫn hướng hệ thống treo. 2. CÁC NỘI DUNG CHÍNH 2.1. Xây dựng mô hình tính Lựa chọn đối tượng nghiên cứu là phần tử dẫn hướng của hệ thống treo trước trên ô tô con (tham khảo ô tô Toyota Land Cruiser Prado). Chọn hệ trục tọa độ xOy gốc tọa độ O và mô hình mô phỏng như hình 1. Tọa độ ban đầu của các điểm như bảng 1. Bảng 1. Tọa độ ban đầu các điểm khớp của phần tử dẫn hướng TT Tên điểm Tọa độ Ghi chúX Y Z 1 A 1 ; A 2 124.23 653.07 125.0 A 1 , A 2 điểm liên kết đòn chữ A phía trên với khung xe 2 B 291.11 685.51 0.0 B liên kết đòn chữ A phía trên với ngỗng trục bánh xe Người phản biện: 1. PGS.TS. Trần Vĕn Như 2. TS. Vũ Hoa Kỳ 42 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019 2.2. Tính toán động học 2.2.1. Tính toán động học Giới hạn dịch chuyển của bánh xe lên trên 100 mm và xuống dưới 100 mm. Đồ thị quan giữa góc nghiêng bánh xe (γ), dịch chuyển theo phương x (ΔXF) với dịch chuyển của bánh xe theo phương y (ΔYF) như hình 2 và hình 3. Nhận xét: Khi bánh xe đi lên YF = 0÷100 mm, tại YF = 100 mm, γmax = 4.01o. Khi bánh xe đi xuống, tại YF = -51.06 mm, γmin = -0.18o, tại YF = 100 mm; γmax = 0.5o. Tổng hợp hai trường hợp khi bánh xe di chuyển từ vị trí cao nhất đến vị trí thấp nhất thì giá trị │γ│max = 0.5o+4.01o = 4.61o. Khi bánh xe đi lên YF = 0÷100 mm, ΔXF đạt giá trị lớn nhất ΔXF = 1.18 mm. Khi bánh xe đi xuống YF = 0÷-100 mm, giá trị │ΔXF│max = 9.01 mm. Tổng hợp hai trường hợp khi bánh xe di chuyển từ vị trí cao nhất đến vị trí thấp nhất thì giá trị│ΔXF│max = 1.18 mm+9.01 mm = 10.19 mm. Đồ thị quan hệ giữa dịch chuyển các điểm B, C, M, E theo phương x, y với dịch chuyển của bánh xe theo phương x, y (ΔXF, ΔYF) như hình 4 và hình 5. Hình 3. Quan hệ giữa ΔXF và ΔYF Hình 2. Quan hệ giữa γ và ΔYF 3 C 439.92 197.70 0.0 C liên kết đòn chữ A phía dưới với ngỗng trục bánh xe 4 D 1 ; D 2 0.0 189.43 150.0 D 1 , D 2 điểm liên kết đòn chữ A phía dưới với khung xe 5 M 390.32 360.31 0.0 M điểm liên kết ngỗng trục bánh xe và càng ngỗng trục 6 E 510.32 360.98 0.0 E điểm liên kết ngỗng trục với bánh xe tại tâm bánh xe 7 F 512.33 0.0 0.0 F điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường Hình 1. Mô hình mô phỏng LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 43Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019 Hình 6. Khoảng thay đổi của tham số 2.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của vị trí các khâu, khớp đến động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo Để khảo sát ảnh hưởng của vị trí các khâu khớp đến động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo, ta cần tham số hóa vị trí các điểm trong mô hình mô phỏng. Xem M, E, F là cố định, chỉ khảo sát các điểm A 1 , A 2 , B, C, D 1 , D 2 . Đặt tên các tham số khảo sát là tọa độ vị trí của các điểm A 1 , A 2 , B, C, D 1 , D 2 lần lượt là: A 1 (ΔX_ A 1 , ΔY_A 1 ); A 2 (ΔX_ A 2 , ΔY_A 2 ); B(ΔX_ B, ΔY_B); C(ΔX_ C, ΔY_C); D 1 (ΔX_ D 1 , ΔY_ D 1 ); D 2 (ΔX_D 2 , ΔY_D 2 ). Như vậy, ta có 12 tham số, tuy nhiên do A 1 , A 2 , D 1 , D 2 đối xứng nhau mặt phẳng xOy nên: ΔX_ A 1 = ΔX_ A 2 = ΔX_ A; ΔY_A 1 = ΔY_A 2 = ΔY_A; ΔX_ D 1 = ΔX_ D 2 = ΔX_ D; ΔY_D 1 = ΔY_D 2 = ΔY_D, do đó ta chỉ còn 8 tham số. Các tham số có thể dao động di chuyển trong hình vuông như hình 6, khoảng thay đổi của các tham số từ -50 mm đến 50 mm. Bảng 2. Tọa độ các điểm sau khi tham số hóa Điểm X Y Z A 1 ; A 2 124.2331+ΔX_A 653.0704+ΔY_A -125.0 B 291.1098+ΔX_B 685.5119+ΔY_B 0.0 C 439.9222+ΔX_C 197.7057+ΔY_C 0.0 D 1 ; D 2 0.0+ΔX_D 189.43+ΔY_D 150 2.2.2.1. Sự ảnh hưởng của các tham số đến giá trị lớn nhất góc nghiêng bánh xe (γ max ) a. Ảnh hưởng của điểm A 1 , A 2 Kết quả khảo sát như hình 7. Trường hợp bánh xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm A 1 , A 2 thì |γ|max tĕng lên tại các vị trí 1, 2, 3, 6, 7, 8, 11, 12, 16, 17, 21, 22 và giảm tại các vị trí 4, 5, 9, 10, 13, 14, 15, 18, 19, 20, 23, 24, 25. Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 6 (7.2155 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 25 (0.61558 độ). Bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm A 1 , A 2 thì |γ|max giảm tại các vị trí 18 và 23, còn tĕng lên tại các vị trí còn lại. Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 5 (4.75894 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 18 (0.320093 độ). a. Bánh xe đi lên Hình 4. Quan hệ giữa ΔXB, ΔXC, ΔXM, ΔXE theo ΔXF Hình 5. Quan hệ giữa ΔYB, ΔYC, ΔYM, ΔYE theo ΔYF 44 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019 b. Bánh xe đi xuống Hình 7. |γ| max khi thay đổi vị trí điểm A 1 , A 2 b. Ảnh hưởng của điểm B Kết quả khảo sát như hình 8. Trường hợp bánh xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm B thì |γ|max tĕng lên tại các vị trí 1, 2, 3, 6, 7, 8, 11, 12, 16, 17, 21, 22 và giảm tại các vị trí 4, 5, 9, 10, 13, 14, 15, 18, 19, 20, 23, 24, 25. Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 25 (6.73958 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 1 (0.641634 độ). a. Bánh xe đi lên b. Bánh xe đi xuống Hình 8. |γ| max khi thay đổi vị trí điểm B Trường hợp bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm B thì |γ|max giảm tại các vị trí 3 và 8 và tĕng lên tại các vị trí còn lại. Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 21 (5.15965 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 8 (0.320093 độ). c. Ảnh hưởng của điểm C Kết quả khảo sát như hình 9. a. Bánh xe đi lên LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 45Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019 b. Bánh xe đi xuống Hình 9. |γ| max khi thay đổi vị trí điểm C Trường hợp bánh xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm C thì |γ|max tĕng lên tại các vị trí 1, 2, 6, 7, 11, 12, 16, 17, 18, 21, 22, 23 và giảm tại các vị trí 3, 4, 5, 8, 9, 10, 13, 14, 15, 19, 20, 24, 25. Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 1 (4.83966 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 5 (2.83004độ). Trường hợp bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm C thì |γ|max giảm tại các vị trí 3, 8, 13, 17 và 22 tĕng lên tại các vị trí còn lại. Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 5 (2.10243 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 3 (0.340272 độ). d. Ảnh hưởng của điểm D 1 ,D 2 a. Bánh xe đi lên b. Bánh xe đi xuống Hình 10. |γ| max khi thay đổi vị trí điểm D 1 , D 2 Kết quả khảo sát như hình 10. Trường hợp bánh xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm D 1 , D 2 thì |γ|max tĕng lên tại các vị trí 3, 4, 5, 8, 9, 10, 14, 15, 19, 20, 24, 25 và giảm tại các vị trí 1, 2, 6, 7, 11, 12, 13, 16, 17, 18, 21, 22, 23. Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 5 (5.2942 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 21 (2.5123độ). Trường hợp bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm D 1 , D 2 thì |γ|max giảm tại các vị trí 3, 8, 13, 17, 22 và tĕng lên tại các vị trí còn lại. Giá trị max(|γ|max) tại vị trí 5 (2.10243 độ) và giá trị min(|γ|max) tại vị trí 3 (0.340272độ). 2.2.2.2. Khảo sát sự ảnh hưởng của các tham số đến giá trị lớn nhất độ dịch chuyển bánh xe theo phương X (ΔXF)max a. Ảnh hưởng của điểm A 1 ,A 2 Kết quả khảo sát như hình 11. Trường hợp bánh xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm A 1 , A 2 thì ׀ΔXF׀max giảm tại vị trí 13 và 24 và tĕng tại tất cả các vị trí. Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 5 (17.098 mm) và giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 24 (0.076894 mm). Trường hợp bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm A 1 , A 2 thì ׀ΔXF׀max tĕng tại các vị trí 1, 2, 3, 6, 7, 8, 11, 12, 16, 17, 21, 22, 25, giảm tại các vị trí 4, 5, 9 ,10, 13, 14, 15, 18 ,19, 20, 23, 24. Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 1 (34.5295 mm), giá trị min(׀ΔXF׀max) tại các vị trí 14 (0.706303 mm). 46 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019 a. Bánh xe đi lên b. Bánh xe đi xuống Hình 11. ׀ΔXF׀ max khi thay đổi vị trí điểm A 1 , A 2 b. Ảnh hưởng của điểm B Kết quả khảo sát như hình 12. Trường hợp bánh xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm B thì ׀ΔXF׀max giảm tại các vị trí 2, 13, 24 và tĕng tại tất cả các còn lại. Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 21 (16.6941 mm) và giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 2 (0.0268753 mm). Bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm B thì ׀ΔXF׀max tĕng tại vị trí 1, 4, 5, 6, 9, 10, 11, 14, 15, 18, 19, 20, 23, 24, 25, giảm tại các vị trí 2, 3, 7, 8, 12, 13, 16, 17, 21, 22. Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 25 (31.7543 mm), giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 12 (0.449302 mm). a. Bánh xe đi lên b. Bánh xe đi xuống Hình 12. ׀ΔXF׀ max khi thay đổi vị trí điểm B c. Ảnh hưởng của điểm C Kết quả khảo sát như hình 13. Bánh xe đi lên, khi thay đổi vị trí điểm C thì ׀ΔXF׀max giảm tại các vị trí 3, 8 và tĕng lên tại tất cả các vị trí còn lại. Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 5 (13.5079 mm) và giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 3 (0.833004 mm). LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 47Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019 a. Bánh xe đi lên b. Bánh xe đi xuống Hình 13. ׀ΔXF׀ max khi thay đổi điểm C Bánh xe đi xuống, khi thay đổi vị trí điểm C thì ׀ΔXFmax tĕng tại các vị trí 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 15, 16, 17, 20, 21, 22, 25, giảm tại các vị trí 4, 9, 13, 14, 18 ,19, 23, 24. Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 1 (29.4815mm), giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 14 (0.358804 mm). d. Ảnh hưởng của điểm D 1 ,D 2 Kết quả khảo sát như hình 14. Bánh xe đi lên, thay đổi vị trí điểm D 1 và D 2 thì ׀ΔXF׀max giảm tại vị trí 18 và tĕng lên tại các tất cả các vị trí còn lại. Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 21 (17.2559 mm) và giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 18 (0.925518 mm). Bánh xe đi xuống, thay đổi vị trí điểm D 1 và D 2 thì ׀ΔXF׀max tĕng tại các vị trí 4, 5, 9 ,10, 14, 15, 18 ,19, 20, 23, 24, 25, giảm tại các vị trí 1, 2, 3, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 16, 17, 21, 22. Giá trị max(׀ΔXF׀max) tại vị trí 25 (32.4039 mm), giá trị min(׀ΔXF׀max) tại vị trí 2 (0.320433 mm). a. Bánh xe đi lên b. Bánh xe đi xuống Hình 14. ׀ΔXF׀ max khi thay đổi điểm D 1 , D 2 48 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019 3. KẾT LUẬN Các kết quả đạt được của bài báo thể hiện ở các điểm sau: - Xây dựng mô hình mô phỏng phân tích động học phần tử dẫn hướng hệ thống treo hai đòn ngang. Mô hình được tham số hóa nên có khả nĕng đánh giá sự ảnh hưởng của vị trí các khớp đến động học, có khả nĕng thay đổi thông số để tính toán thiết kế nhiều loại phần tử dẫn hướng hệ thống treo tương tự. - Ứng dụng mô hình tính toán động học và động lực học hệ thống treo hai đòn ngang trên xe tham khảo ô tô Toyota Land Cruiser Prado, khảo sát sự ảnh hưởng của vị trí các khớp đến góc nghiêng và dịch chuyển ngang của bánh xe. Kết quả cho thấy khi thay đổi vị trí điểm đặt của các khớp đều ảnh hưởng khá lớn đến góc nghiêng và dịch chuyển ngang của bánh xe một tổ hợp vị trí các điểm đặt sao cho tối ưu nhất. - Kết quả bài toán là tiền đề quan trọng nhằm điều chỉnh kích thước, vị trí điểm đặt các khâu khớp phần tử dẫn hướng hệ thống treo để đảm bảo góc nghiêng và dịch chuyển ngang của bánh xe trong giới hạn cho phép. Theo yêu cầu thiết kế thì |γ| max < 5o÷6o, ׀ΔXF׀max < 4÷5 mm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. ADAMS Full Simulation Guide (2005). [2]. Advanced ADAMS/View Training Guide. [3]. Nguyễn Vĕn Khang (2007), Động lực học hệ nhiều vật thể, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2007. [4]. S.Y. Zhi and Y. Luo (2011), Car Suspension Simulation and Optimization, Applied Mechanics and Materials, Vol. 529, 636-640, 2014. [5]. Y. Wang (2011), Kinematic Analysis and Optimum Design of Double Wishbone Independent Suspension Based on Adams\View, Advanced Materials Research, Vols. 314-316, 2091-2095, 2011. [6]. Nguyễn Hồng Quân (2018), Khảo sát động học hệ thống treo độc lập hai đòn ngang, Tạp chí Khoa học GTVT, Số 63, trang 25-31, 2018. Nguyễn Đình Cương - Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Nĕm 2004: Tốt nghiệp Đại học, chuyên ngành ô tô - máy kéo, Trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội + Nĕm 2009: Tốt nghiệp Thạc sĩ, ngành Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội + Nĕm 2015: Tốt nghiệp Tiến sĩ, ngành Kỹ thuật xe, Trường Đại học Giao thông Tây Nam - Tứ xuyên - Trung Quốc - Tóm tắt công việc hiện tại: Phó Trưởng khoa, Giảng viên, Khoa ô tô, Trường Đại học Sao đỏ - Lĩnh vực quan tâm: Kết cấu ô tô, Chẩn đoán ô tô, Ma sát, mòn của phần cơ khí ô tô - Email: nguyencuong1111980@gmail.com - Số điện thoại: 0968900158 THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ Nguyễn Hồng Quân - Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Nĕm 2005: Tốt nghiệp Đại học, chuyên ngành Cơ khí ô tô, Trường Đại học Giao thông Vận tải + Nĕm 2012: Tốt nghiệp Thạc sĩ, ngành Kỹ thuật phương tiện, Trường Đại học Bách khoa (công nghệ) Bắc Kinh - Trung Quốc - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên, khoa Cơ khí, trường Đại học Giao thông Vận tải - Lĩnh vực quan tâm: Thiết kế, sản xuất, lắp ráp ô tô, Động lực học ô tô, Đĕng kiểm và thử nghiệm ô tô - Email: nquan368@gmail.com - Điện thoại: 0986848028 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 49Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190 Số 1(64).2019 Nguyễn Thành Công - Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Nĕm 2005: Tốt nghiệp Đại học, chuyên ngành Cơ khí ô tô, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội + Nĕm 2009: Tốt nghiệp Thạc sĩ, ngành Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội + Nĕm 2015: Tốt nghiệp Tiến sĩ, ngành Kỹ thuật phương tiện cơ giới, Trường Đại học Tứ Xuyên - Trung Quốc - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên, khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thông Vận tải - Lĩnh vực quan tâm: Động lực học ô tô, Thiết kế, tối ưu kết cấu và thử nghiệm ô tô, Giải pháp tích hợp CAD/CAE nâng cao hiệu suất quá trình thiết kế - Email: thanhcongoto@gmail.com - Điện thoại: 0983555685 Lê Đức Thắng - Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Nĕm 2005: Tốt nghiệp Đại học, chuyên ngành Động lực tàu thủy, Trường Đại học Thủy sản Nha Trang + Nĕm 2012: Tốt nghiệp Thạc sĩ, chuyên ngành Kỹ thuật động cơ nhiệt, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa ô tô, Trường Đại học Sao Đỏ (Chí Linh - Hải Dương) - Các hướng nghiên cứu chính là: Nhiên liệu thay thế và khí xả động cơ - Email: ldt287@gmail.com - Điện thoại: 0974123579