Xem mẫu
- Bé Gi¸o Dôc & §µo T¹o
Tr−êng ®¹i häc Giao th«ng vËn t¶i
b¸o c¸o tæng kÕt
®Ò tµi nghiªn cøu khoa häc cÊp tr−êng
§Ò tµi:
øng dông m¸y tÝnh
gi¶i c¸c bµi to¸n dao ®éng trªn « t«
M∙ sè: T2003 CK - 01
Chñ nhiÖm ®Ò tµi: KS. TrÇn v¨n nh−
§¬n vÞ: Bé m«n C¬ khÝ ¤t«
Khoa C¬ khÝ - §H GTVT
Thêi gian thùc hiÖn: 1/2003 – 12/2003
Hµ néi 11/2006
- 1
Môc lôc
Môc lôc................................................................................................................1
Më ®Çu..................................................................................................................3
Ch−¬ng 1 Tæng quan.......................................................................................4
1.1 C¸c h−íng nghiªn cøu dao ®éng trªn « t«.....................................................4
1.2 C¸c th«ng sè vµ chØ tiªu ®¸nh gi¸ dao ®éng « t«...........................................7
1.2.1 TÇn sè dao ®éng riªng vµ hÖ sè dËp t¾t dao ®éng..................................7
1.2.2 Gia tèc dao ®éng.....................................................................................8
1.2.3 HÖ sè ªm dÞu chuyÓn ®éng (K)................................................................8
1.2.4 §¸nh gi¸ c¶m gi¸c theo c«ng suÊt dao ®éng ..........................................9
1.2.5 §¸nh gi¸ c¶m gi¸c theo gia tèc dao ®éng vµ thêi gian t¸c ®éng cña
chóng .............................................................................................................10
1.3 PhÇn mÒm matlab/simulink..........................................................................10
1.4 Môc ®Ých vµ ph¹m vi nghiªn cøu .................................................................13
Ch−¬ng II C¸c phÇn tö trong m« h×nh dao ®éng « t« ....................14
2.1 PhÇn tö lèp ®µn håi......................................................................................14
4.1.1 M« h×nh tÕp xóc ®iÓm ............................................................................14
2.1.2 M« h×nh ®ai cøng...................................................................................17
2.1.3 M« h×nh tiÕp xóc vÕt cè ®Þnh..................................................................18
2.1.4 M« h×nh tiÕp xóc vÕt thÝch øng...............................................................19
2.2 khèi l−îng kh«ng ®−îc treo..........................................................................20
2.2.1 M« h×nh khèi l−îng kh«ng ®−îc treo mét bËc tù do...............................20
2.2.2 M« h×nh khèi l−îng kh«ng ®−îc treo hai bËc tù do................................22
2.3 PhÇn tö hÖ thèng treo ..................................................................................23
2.3.1 M« h×nh hÖ thèng treo ®¬n ....................................................................25
2.3.2 M« h×nh hÖ thèng treo th¨ng b»ng ........................................................27
2.4 Khèi l−îng ®−îc treo....................................................................................29
2.4.1 M« h×nh mét bËc tù do...........................................................................29
2.4.2 M« h×nh hai bËc tù do............................................................................31
2.4.2 M« h×nh khèi l−îng ®−îc treo ba bËc tù do ...........................................34
Ch−¬ng III X©y dùng mét sè m« h×nh dao ®éng « t« ®iÓn h×nh.....37
- 2
3.1 M« h×nh 1/4 xe .............................................................................................37
3.2 M« h×nh dao ®éng trong mÆt ph¼ng ngang ..................................................39
3.3 M« h×nh ph¼ng däc dao ®éng t−¬ng ®−¬ng « t« 2 trôc ................................41
3.4 M« h×nh ph¼ng däc dao ®éng t−¬ng ®−¬ng « t« 3 trôc ................................42
3.5 M« h×nh ph¼ng däc dao ®éng t−¬ng ®−¬ng ®oµn « t« .................................44
3.5 M« h×nh kh«ng gian dao ®éng t−¬ng ®−¬ng « t« 2 trôc................................46
3.6 Mét sè kÕt qu¶ tÝnh to¸n ..............................................................................49
KÕt luËn.............................................................................................................53
Tµi liÖu tham kh¶o .........................................................................................54
- 3
Më ®Çu
Nhµ n−íc ta ®· chñ tr−¬ng ph¸t triÓn c¸c ngµnh c«ng nghiÖp nÆng, ngµnh
c«ng nghiÖp « t« ë n−íc ta v× vËy ®−îc ®Æc biÖt chó träng víi viÖc thµnh lËp hµng
lo¹t c¸c c«ng ty liªn doanh, quèc doanh vµ t− nh©n ho¹t ®éng trong lÜnh vùc s¶n
xuÊt l¾p r¸p « t«. Ngµnh c«ng nghiÖp « t« ë n−íc ta cã ®ñ ®iÒu kiÖn vÒ chÝnh s¸ch,
®iÒu kiÖn x· héi ®Ó ph¸t triÓn. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, ngµnh c«ng nghiÖp ¤t«
cña ViÖt Nam cã nh÷ng b−íc ph¸t triÓn nh¶y vät. Ngµy 03 th¸ng 12 n¨m 2002 Thñ
t−íng chÝnh phñ cã quyÕt ®Þnh sè 177/2004/Q§-TTg vÒ viÖc phª duyÖt quy ho¹ch
ph¸t triÓn ngµnh c«ng nghiÖp « t« ViÖt nam ®Õn n¨m 2010, tÇn nh×n ®Õn n¨m
2020. Theo quy ho¹ch cña chÝnh phñ b−íc ®Çu h×nh thµnh 4 tæng c«ng ty lµm
nßng cèt cho ngµnh c«ng nghiÖp « t« trong n−íc: VINAMOTOR, VEAM,
VINACOAL vµ tæng c«ng ty c¬ khÝ giao th«ng Sµi Gßn. §Ó ®¸p øng nhu cÇu nh©n
lùc cã chÊt l−îng cao ®¸p øng ®−îc sù ph¸t triÓn cña ngµnh, tr−êng §¹i häc Giao
th«ng VËn t¶i cã ®iÒu chØnh ®−a mét sè m«n häc míi vµo ch−¬ng tr×nh ®µo t¹o kü
s− C¬ khÝ ¤t« trong ®ã cã m«n häc “øng dông tin häc trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ sö
dông « t«”.
Trªn « t« tån t¹i hai d¹ng dao ®éng: dao ®éng theo ph−¬ng th¼ng ®øng chñ
yÕu do kÝch thÝch tõ mÆt ®−êng vµ dao ®éng ®éng xo¾n trong hÖ thèng truyÒn lùc
chñ yÕu do kÝch thÝch tõ ®éng c¬ vµ tõ mÆt ®−êng. Bµi kh¶o s¸t dao ®éng theo
ph−¬ng th¼ng ®øng cã ý nghÜa quan träng cho viÖc hoµn thiÖn kÕt cÊu hÖ thèng
treo. Bµi to¸n dao ®éng xo¾n trong hÖ thèng truyÒn lùc cã ý nghÜa cho viÖc hoµn
thiÖn kÕt cÊu cña cña ly hîp, cña bé ®ång tèc trong hép sè.
Tr−íc ®©y c¸c bµi to¸n dao ®éng trªn « t« ®· ®−îc thùc hiÖn víi nhiÒu ph−¬ng
ph¸p kh¸c nhau, tuy nhiªn m« h×nh tÝnh to¸n cßn rÊt ®¬n gi¶n vµ cßn nhiÒu gi¶
thiÕt lµm mÊt ®é chÝnh x¸c cña bµi to¸n. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y cïng víi sù
ph¸t triÓn cña c«ng nghÖ tin häc vµ ph−¬ng ph¸p tÝnh, c¸c bµi to¸n dao ®éng trªn
« t« cã thÓ gi¶i ®−îc víi c¸c m« h×nh phøc t¹p h¬n, tÝnh to¸n nhanh h¬n vµ ®¶m
b¶o ®é chÝnh x¸c.
Víi môc tiªu lµm tµi tiÖu tham kh¶o cho viÖc gi¶ng d¹y vµ viÕt bµi gi¶ng, ®Ò tµi
“øng dông m¸y tÝnh gi¶i c¸c bµi to¸n vÒ dao ®éng trªn « t« ” ®−a ra ph−¬ng ph¸p
tæng qu¸t x©y dùng m« h×nh to¸n häc cho c¸c d¹ng bµi to¸n dao ®éng trªn « t«
b»ng phÇn mÒn MATLAB/Simulink.
- 4
Ch−¬ng 1 Tæng quan
1.1 C¸c h−íng nghiªn cøu dao ®éng trªn « t«
Theo ph−¬ng th¼ng ®øng, « t« lµ hÖ thèng dao ®éng trong mèi quan hÖ chÆt
chÏ víi ®−êng - hµnh kh¸ch - l¸i xe (hÖ thèng quan hÖ “§−êng - ¤ t« - Con
ng−êi”). Cã ba h−íng nghiªn cøu vÒ hÖ thèng quan hÖ trªn: nghiªn cøu vÒ bÒ mÆt
®−êng; nghiªn cøu dao ®éng cña « t«; nghiªn cøu c¶m gi¸c vµ søc chÞu ®ùng cña
con ng−êi.
H−íng nghiªn cøu thø nhÊt, thùc hiÖn b»ng c¶ thùc nghiÖm vµ lý thuyÕt
nh»m môc ®Ých x¸c ®Þnh quy luËt kÝch thÝch dao ®éng « t«. B»ng c¸c ph−¬ng ph¸p
®o ghi biªn d¹ng ®−êng kh¸c nhau, tiÕn hµnh xö lý c¸c kÕt qu¶ nhËn ®−îc. Dao
®éng cña « t« khi chuyÓn ®éng lµ dao ®éng c−ìng bøc víi nguån kÝch thÝch lµ mÊp
m« cña mÆt ®−êng. MÊp m« mÆt ®−êng th−êng kh«ng cã quy luËt (mÊp m« mÆt
®−êng ngÉu nhiªn), ®Ó m« t¶ to¸n häc biªn d¹ng ®−êng dïng c¸c ®Æc tr−ng thèng
kª gåm: kú väng to¸n häc, ph−¬ng sai vµ mËt ®é phæ n¨ng l−îng cña chiÒu cao
mÊp m« mÆt ®−êng. Trªn thÕ giíi cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu vÒ viÖc m« t¶
to¸n häc ®é mÊp m« bÒ mÆt ®−êng.
H−íng nghiªn cøu thø hai, nghiªn cøu dao ®éng « t« víi môc ®Ých c¶i thiÖn
®é ªm dÞu chuyÓn ®éng, chÊt l−îng kÐo, tÝnh kinh tÕ, tÝnh dÉn h−íng, ®é æn ®Þnh
chuyÓn ®éng, ®é bÒn vµ ®é tin cËy... V× vËy, nghiªn cøu dao ®éng « t« lµ nghiªn
cøu mèi quan hÖ gi÷a dao ®éng cña « t« víi c¸c chØ tiªu cña c¸c chÊt l−îng khai
th¸c kÓ trªn.
Nghiªn cøu lý thuyÕt dao ®éng cña « t« hoÆc c¸c bé phËn cña nã th−êng
®−îc tiÕn hµnh nh− sau:
- Thay thÕ « t« b»ng hÖ dao ®éng t−¬ng ®−¬ng theo quan ®iÓm vµ môc ®Ých
nghiªn cøu;
- ThiÕt lËp ph−¬ng tr×nh dao ®éng cña hÖ trªn c¬ së sö dông c¸c ph−¬ng
ph¸p c¬ häc gi¶i tÝch hoÆc sö dông nguyªn lý §a-lam-be, ph−¬ng tr×nh La-gr¨ng.
C¸c ph−¬ng tr×nh nµy ®−îc gi¶i b»ng ph−¬ng ph¸p tÝnh ph©n sè trªn m¸y tÝnh.
Ph©n tÝch c¸c th«ng sè ®Çu vµo cña hÖ trªn c¬ së c¸c gi¶ thiÕt vÒ tÝnh chÊt
phi tuyÕn hoÆc tuyÕn tÝnh cña c¸c phÇn tö, kÝch thÝch lµ hµm ®iÒu hoµ hoÆc ngÉu
nhiªn...
- 5
Mét trong nh÷ng bµi to¸n c¬ b¶n khi nghiªn cøu dao ®éng « t« lµ lµm râ ¶nh
h−ëng c¸c th«ng sè cña hÖ ®Õn dao ®éng. Nghiªn cøu lý thuyÕt kÕt hîp víi thÝ
nghiÖm, cã thÓ ®−a bµi to¸n ph©n tÝch vÒ bµi to¸n tèi −u c¸c th«ng sè cña hÖ
thèng.
H−íng nghiªn cøu thø ba, nghiªn cøu c¶m gi¸c cña con ng−êi trªn « t«.
H−íng nghiªn cøu nµy thùc hiÖn rÊt khã. Khi ®i « t« con ng−êi sÏ c¶m thÊy mÖt
mái vÒ thÓ x¸c, c¨ng th¼ng vÒ thÇn kinh. Nghiªn cøu søc chÞu ®ùng cña con ng−êi
lµ ®−a ra c¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ vÒ søc chÞu ®ùng cña con ng−êi theo tõng nhãm
ng−êi, tõng løa tuæi. Ngoµi ra ph¶i nghiªn cøu sù ph¶n øng cña c¸c bé phËn, c¬
quan trªn c¬ thÓ con ng−êi liªn quan ®Õn viÖc ®iÒu khiÓn xe.
HiÖn nay ng−êi ta tËp trung vµo hai h−íng nghiªn cøu con ng−êi lµ ng−êi
®iÒu khiÓn « t« (l¸i xe) vµ ng−êi chÞu dao ®éng (hµnh kh¸ch). ViÖc nghiªn cøu c¶
hai h−íng trªn cÇn ®−îc hoµn thiÖn v× dao ®éng « t« lµm con ng−êi mÖt mái dÉn
®Õn ph¶n øng mÊt linh ho¹t vµ ®iÒu khiÓn mÊt chÝnh x¸c g©y tai n¹n giao th«ng...
§Ó cã thÓ chÕ t¹o ra mét hÖ thèng dao ®éng cã chÊt l−îng tèt cÇn thiÕt ph¶i
nghiªn cøu dao ®éng « t« trong mèi quan hÖ tæng thÓ “§−êng -¤ t« - Con ng−êi”.
C¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu gãp phÇn n©ng cao chÊt l−îng thiÕt kÕ chÕ t¹o « t« gãp
phÇn n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông vµ n¨ng suÊt vËn chuyÓn cña « t« trong nÒn kinh
tÕ quèc d©n. S¬ ®å cÊu tróc cña hÖ thèng “§−êng - ¤ t« - Con ng−êi” trong nghiªn
cøu dao ®éng « t« thÓ hiÖn trªn h×nh 1.1.
- 6
Nghiªn cøu thùc nghiÖm:
Nghiªn cøu lý thuyÕt:
(Nguån kÝch thÝch)
- §o nghi biªn d¹ng ®−êng;
- §Æc tÝnh thèng kª;
- Gia c«ng xö lý sè liÖu;
- BiÓu diÔn to¸n häc biªn
§−êng
- §Æc tÝnh thèng kª;
d¹ng.
- ¶nh h−ëng cña ®iÒu kiÖn sö
Nghiªn cøu lý thuyÕt: dông.
- HÖ dao ®éng t−¬ng ®−¬ng vµ
ph−¬ng tr×nh dao ®éng;
- Gi¶i ph−¬ng tr×nh dao ®éng
trªn m¸y tÝnh;
- Ph©n tÝch dao ®éng;
- ¶nh h−ëng cña c¸c th«ng sè; Liªn hÖ víi c¸c chÊt l−îng khai
- §iÒu chØnh vµ tèi −u ho¸ c¸c th¸c: ®é ªm dÞu, chÊt l−îng
th«ng sè. kÐo, tÝnh n¨ng th«ng qua, tÝnh
æn ®Þnh, tÝnh dÉn h−íng, tÝnh
Nghiªn cøu thùc nghiÖm:
(dao ®éng)
kinh tÕ, ®é tin cËy...
- KÝch thÝch dao ®éng;
¤ t«
- §o ghi dao ®éng, gia c«ng
xö lý sè liÖu.
§Æc ®iÓm dao ®éng « t« kh¸c
nhau: « t« con, « t« t¶i, « t«
Rung ®éng, tiÕng ån:
kh¸ch, « t« nhiÒu trôc, ®oµn «
- Nguån ph¸t tiÕng ån, rung
t«, « t« chuyªn dïng.
®éng.
ThiÕt kÕ hÖ thèng treo:
- ThiÕt kÕ phÇn tö ®µn håi,
gi¶m chÊn, dÉn h−íng.
Kh¶ n¨ng chÞu ®ùng cña l¸i xe:
Con ng−êi, hµng ho¸
M« h×nh ho¸:
(c¶m gi¸c, b¶o qu¶n)
- ChØ tiªu ®¸nh gi¸;
- L¸i xe
- Yªu cÇu ®èi víi l¸i xe.
- Hµng ho¸ chuyªn chë
- HÖ “®−êng-« t«-con ng−êi”
C¸c c¬ quan cña con ng−êi khi
chÞu dao ®éng.
B¶o vÖ:
BÖnh nghÒ nghiÖp cña l¸i xe, - Tõ dao ®éng;
kh¶ n¨ng chuyªn chë bÖnh - Tõ rung ®éng, tiÕng ån.
nh©n.
H×nh 1.1 S¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng “§−êng - « t« - con ng−êi” trong nghiªn cøu dao
®éng « t«.
- 7
1.2 c¸c th«ng sè vµ chØ tiªu ®¸nh gi¸ dao ®éng « t«
Khi nghiªn cøu dao ®éng « t« vµ chÊt l−îng hÖ thèng treo cÇn ph¶i quan t©m
®Õn c¸c th«ng sè dao ®éng tù do vµ th«ng sè dao ®éng c−ìng bøc d−íi t¸c dông
cña kÝch thÝch cã chu kú hoÆc kÝch thÝch ngÉu nhiªn. Trong tr−êng hîp kÝch thÝch lµ
hµm ®iÒu hoµ cã thÓ ®¸nh gi¸ dao ®éng theo ®Æc tÝnh biªn ®é tÇn sè, kÝch thÝch lµ
hµm ngÉu nhiªn cÇn ®¸nh gi¸ theo trÞ sè b×nh ph−¬ng trung b×nh cña c¸c dÞch
chuyÓn hoÆc gia tèc.
§Ó tÝnh to¸n c¸c th«ng sè dao ®éng cÇn sö dông rÊt nhiÒu ®¹i l−îng, th«ng
th−êng c¸c ®¹i l−îng nµy ®−îc chia thµnh 2 nhãm:
- C¸c th«ng sè kÕt cÊu, gåm: c¸c khèi l−îng ®−îc treo vµ kh«ng ®−îc treo;
chiÒu dµi c¬ së cña « t«; to¹ ®é träng t©m cña khèi l−îng ®−îc treo; ®é cøng cña
phÇn tö ®µn håi hÖ trong hÖ thèng treo; ®é cøng cña lèp; hÖ sè c¶n gi¶m chÊn; hÖ
sè c¶n cña lèp; lùc ma s¸t trong hÖ thèng treo...
- C¸c th«ng sè dao ®éng bao gåm: tÇn sè dao ®éng riªng; hÖ sè dËp t¾t dao
®éng; dÞch chuyÓn vµ gia tèc khèi l−îng ®−îc treo...
1.2.1 TÇn sè dao ®éng riªng vµ hÖ sè dËp t¾t dao ®éng
Trong tr−êng hîp dao ®éng tù do kh«ng cã c¶n, tÇn sè dao ®éng riªng cña
khèi l−îng ®−îc treo trªn 1 trôc cã thÓ x¸c ®Þnh gÇn ®óng biÓu thøc (1.1) vµ tÇn sè
dao ®éng riªng cña khèi l−îng kh«ng ®−îc treo trªn mét trôc ®−îc x¸c ®Þnh theo
biÓu thøc (1.2):
C s .C t
C
Ω0 = = (1.1)
m s (C s + C t )
ms
Trong ®ã: Cs - ®é cøng cña phÇn tö ®µn håi trong hÖ thèng treo;
Ct - ®é cøng cña lèp;
ms - khèi l−îng ®−îc treo.
Cs + Ct
Ω 0U = (1.2)
mu
Trong ®ã: mu - khèi l−îng kh«ng ®−îc treo.
TÇn sè dao ®éng cña « t« n»m trong giíi h¹n sau:[6]
§èi víi xe con: Ω0= 1÷1.5 Hz (60 ÷ 90 lÇn/phót);
§èi víi « t« t¶i: Ω0 = 1.6÷2 Hz (100 ÷ 120 lÇn/phót).
- 8
ë ViÖt Nam, chØ sè nµy ®ang ®−îc ®Ò nghÞ lµ nhá h¬n 2.5 Hz ®èi víi c¸c « t«
s¶n xuÊt l¾p r¸p trong n−íc.
1.2.2 Gia tèc dao ®éng
Gia tèc dao ®éng lµ th«ng sè quan träng ®¸nh gi¸ ®é ªm dÞu chuyÓn ®éng.
Gi¸ trÞ gia tèc giíi h¹n theo c¸c ph−¬ng Ox (ph−¬ng däc xe), OY (ph−¬ng ngang
xe), OZ (ph−¬ng th¼ng ®øng) ®−îc x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm nh− sau:[16]
&&
Z < 2.5 m/s2 (1.3a)
&&
Y < 0.7 m/s2 (1.3b)
&&
X < 1.0 m/s2 (1.3c)
C¸c sè liÖu trªn cã thÓ coi lµ gÇn ®óng ®Ó ®¸nh gi¸ ®é ªm dÞu chuyÓn ®éng
cña « t«, v× ®ã lµ sè liÖu thèng kª, h¬n n÷a do ®éng « t« truyÒn cho con ng−êi
mang tÝnh chÊt ngÉu nhiªn ë d¶i tÇn sè réng.
1.2.3 HÖ sè ªm dÞu chuyÓn ®éng (K)
HÖ sè ªm dÞu chuyÓn ®éng K phô thuéc vµo tÇn sè dao ®éng, gia tèc dao
®éng, vËn tèc dao ®éng, ph−¬ng dao ®éng vµ thêi gian t¸c dông cña nã ®Õn con
ng−êi. NÕu K lµ h»ng sè th× c¶m gi¸c khi dao ®éng sÏ kh«ng thay ®æi. HÖ sè K
®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
&& &&
12 .5 Z 18 .RMS( Z) &&
K= = = K y .RMS( Z) (1.4)
1 + 0.01ω 1 + 0.01ω
2 2
Trong ®ã: ω - tÇn sè dao ®éng (Hz);
&&
Z - gia tèc dao ®éng (m/s2);
Ky - hÖ sè hÊp thô;
&&
RMS( Z) - gi¸ trÞ trung b×nh cña gia tèc dao ®éng (m/s2);
T
1 && 2
T∫
&&
RMS (Z) = (T - thêi gian t¸c dông).
Z (t)dt
0
NÕu con ng−êi chÞu dao ®éng ngang ë t− thÕ n»m th× hÖ sè Ky gi¶m ®i mét
nöa. HÖ sè K cµng nhá th× con ng−êi cµng dÔ chÞu ®ùng dao ®éng vµ ®é ªm dÞu
cµng cao. K = 0.1 t−¬ng øng víi ng−ìng kÝch thÝch, khi ngåi l©u trªn xe gi¸ trÞ giíi
h¹n [K] = 10 ÷ 25; khi ®i ng¾n [K] = 25 ÷ 63.[6]
- 9
Trong thùc tÕ ®èi víi « t«, d¹ng ®iÓn h×nh dao ®éng lµ ngÉu nhiªn, khi ®ã nhê
ph©n tÝch phæ dao ®éng, gi¸ trÞ hÖ sè K ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
n
∑K
K= 2
(1.5)
i
i=1
Trong ®ã: Ki - hÖ sè ªm dÞu cña thµnh phÇn tÇn sè thø i;
n - sè thµnh phÇn tÇn sè cña hµm ngÉu nhiªn.
Gi¸ trÞ K cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng tÝnh to¸n lý thuyÕt hoÆc b»ng thùc nghiÖm.
1.2.4 §¸nh gi¸ c¶m gi¸c theo c«ng suÊt dao ®éng
ChØ tiªu nµy ®−îc dùa trªn gi¶ thiÕt, c¶m gi¸c cña con ng−êi khi chÞu dao
®éng phô thuéc vµo c«ng suÊt dao ®éng truyÒn cho con ng−êi. C«ng suÊt trung
b×nh truyÒn ®Õn con ng−êi ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
T
Nc = lim ⋅ ∫ P(t) ⋅ V(t)dt
1
(1.6)
T→∞ T
0
Trong ®ã: P(t) - lùc t¸c ®éng lªn con ng−êi khi dao ®éng;
V(t) - vËn tèc dao ®éng.
Con ng−êi cã thÓ xem lµ mét hÖ dao ®éng vµ c¶m gi¸c con ng−êi phô thuéc
vµo tÇn sè dao ®éng, do ®ã ta cã thÓ ®−a vµo hÖ sè hÊp thô Ky cã tÝnh ®Õn ¶nh
h−ëng cña tÇn sè lùc kÝch ®éng vµ h−íng t¸c ®éng cña nã. Khi t¸c ®éng n thµnh
phÇn víi c¸c gi¸ trÞ b×nh ph−¬ng trung b×nh cña gia tèc RMS( && i ) th× c«ng suÊt dao
a
®éng cã thÓ x¸c ®Þnh theo c«ng thøc:
n
Nc = ∑ K yi (ω).RMS(&& i ) 2
a (1.7)
i=1
¦u ®iÓm cña chØ tiªu nµy cho phÐp céng c¸c t¸c dông cña c¸c dao ®éng víi
c¸c tÇn sè kh¸c nhau theo c¸c ph−¬ng kh¸c nhau. VÝ dô ghÕ ngåi cña con ng−êi
&&
trªn xe chÞu dao ®éng víi bèn thµnh phÇn: RMS( Z) - gi¸ trÞ b×nh ph−¬ng trung b×nh
&&
gia tèc dao ®éng th¼ng ®øng truyÒn qua ch©n, RMS( Z g ) - gi¸ trÞ b×nh ph−¬ng trung
&&
b×nh gia tèc giao ®éng th¼ng ®øng truyÒn qua ghÕ ngåi, RMS( X ) - gi¸ trÞ b×nh
&&
ph−¬ng trung b×nh gia tèc theo ph−¬ng däc, RMS( Y ) - gi¸ trÞ b×nh ph−¬ng trung
b×nh gia tèc theo ph−¬ng ngang. C«ng suÊt tæng céng truyÒn ®Õn con ng−êi ®−îc
x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau:
- 10
n
Nc = ∑ (K zi .RMS(Z i ) 2 + K zgi .RMS(Z gi ) 2 + K xi .RMS( X i ) 2 + K yi .RMS( Yi ) 2 )
&& && && && (1.8)
i =1
Theo thùc nghiÖm, trÞ sè cho phÐp [Nc] nh− sau:[6]
[Nc] = 0,2 ÷ 0,3 (W) - t−¬ng øng víi c¶m gi¸c tho¶i m¸i;
[Nc] = 6 ÷10 (W) - giíi h¹n cho phÐp ®èi víi « t« cã tÝnh c¬ ®éng cao.
C¸c nghiªn cøu chØ ra, nh÷ng t¸c ®éng phô truyÒn qua ch©n kh«ng lín nh−
nh÷ng t¸c ®éng truyÒn qua ghÕ ngåi v× trong t− thÕ ®øng t¸c ®éng cña dao ®éng bÞ
yÕu ®i bëi c¸c khíp x−¬ng cña ch©n. C¸c dao ®éng con ng−êi chÞu trong t− thÕ
ngåi sÏ lµm tæn th−¬ng cét sèng.
1.2.5 §¸nh gi¸ c¶m gi¸c theo gia tèc dao ®éng vµ thêi gian t¸c ®éng cña
chóng
Tæ chøc quèc tÕ vÒ tiªu chuÈn ho¸ ISO ®−a ra n¨m 1969 cho phÐp ®¸nh gi¸
t¸c dông cña dao ®éng lªn con ng−êi khi ®i trªn xe. C¶m gi¸c ®−îc ®¸nh gi¸ theo
ba møc: tho¶i m¸i, mÖt mái vµ møc giíi h¹n. Sù kh¸c nhau cña tiªu chuÈn ISO so
víi tiªu chuÈn kh¸c ë chç cã tÝnh ®Õn thêi gian t¸c ®éng cña dao ®éng. §Ó ®¸nh
gi¸ c¶m gi¸c ng−êi ta sö dông dao ®éng th¼ng ®øng ®iÒu hoµ t¸c dông lªn ng−êi
ngåi vµ ng−êi ®øng trong 8 giê. NÕu tÇn sè t¸c ®éng ë trong giíi h¹n nh¹y c¶m
nhÊt víi dao ®éng cña con ng−êi (4÷8 Hz) th× b×nh ph−¬ng gia tèc trung b×nh ®èi
víi c¸c giíi h¹n:[6]
0.1 m/s2
Tho¶i m¸i:
0.315 m/s2
MÖt mái cho phÐp:
MÖt mái ë trong giíi h¹n cho phÐp: 0.63 m/s2
1.3 phÇn mÒm matlab/simulink
MATLAB lµ ch÷ viÕt t¾t cña MATrix LABoratory, lµ mét c«ng cô ®Ó gi¶i c¸c
bµi to¸n kü thuËt, ®−îc viÕt b»ng ng«n ng÷ lËp tr×nh C, lµ s¶n phÈm cña h·ng
Math Wotks. MATLAB ®−îc t¹o trªn c¬ së nh÷ng phÇn mÒm do c¸c nhµ lËp tr×nh
cña c¸c dù ¸n LINPACK vµ EISPACK viÕt b»ng ng«n ng÷ Fortran.
MATLAB cho phÐp gi¶i c¸c bµi to¸n xö lý sè liÖu, c¸c phÐp to¸n trªn ma trËn,
xö lý tÝn hiÖu, m« pháng vµ ®å ho¹... MATLAB rÊt dÔ sö dông, kh«ng cÇn khai b¸o
biÕn, c¸c c©u lÖnh ®−îc viÕt rÊt gÇn víi ng«n ng÷ tù nhiªn, tiÕt kiÖm rÊt nhiÒu thêi
- 11
gian cho viÖc lËp tr×nh. §Æc ®iÓm næi bËt cña MATLAB lµ ng−êi sö dông cã thÓ
ph¸t triÓn thªm c¸c hµm vµ cµi ®Æt vµo th− viÖn ch−¬ng tr×nh sö dông gi¶i c¸c bµi
to¸n trong lÜnh vùc chuyªn ngµnh cña m×nh.
Simulink lµ mét c«ng cô më réng cña MATLAB. Simulink lµ mét c«ng cô
m¹nh ®Ó m« h×nh hãa, m« pháng vµ kh¶o s¸t c¸c hÖ thèng ®éng. Simulink cho cã
thÓ m« t¶ hÖ thèng tuyÕn tÝnh, hÖ phi tuyÕn, c¸c m« h×nh trong thêi gian thùc.
§Ó m« h×nh hãa Simulink cung cÊp mét giao diÖn ®å häa ®Ó x©y dùng m«
h×nh nh− lµ mét s¬ ®å khèi sö dông thao t¸c “nhÊn” vµ “kÐo” chuét. Víi giao diÖn
nµy b¹n cã thÓ x©y dùng m« h×nh nh− lµ x©y dùng trªn giÊy. §©y lµ sù kh¸c xa c¸c
phÇn mÒm m« pháng tr−íc nã mµ ë ®ã ng−êi sö dông ph¶i ®−a vµo c¸c ph−¬ng
tr×nh vi ph©n vµ c¸c ph−¬ng tr×nh sai ph©n b»ng mét ng«n ng÷ lËp tr×nh.
ViÖc lËp tr×nh trªn Simulink sö dông c¸c ®èi t−îng ®å häa gäi lµ Graphic
Programming Unit. Nã ®−îc x©y dùng dùa trªn c¬ së cña c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh
h−íng ®èi t−îng, t¹o ®iÒu kiÖn hÕt søc thuËn lîi cho viÖc thay ®æi gi¸ trÞ c¸c thuéc
tÝnh trong nh÷ng khèi thµnh phÇn. Lo¹i h×nh lËp tr×nh nµy cã su thÕ ®−îc sö dông
nhiÒu trong kü thuËt bëi −u ®iÓm lín nhÊt cña nã lµ tÝnh trùc quan, dÔ hiÒu, dÔ viÕt.
Th− viÖn khèi chøc n¨ng cña Simulink rÊt phong phó, gåm c¸c khèi chøc
n¨ng ®−îc ph©n chia thµnh c¸c nhãm khèi chøc n¨ng (h×nh 1.1, h×nh 1.2). C¸c
khèi chøc n¨ng cña Simulink ®−îc x©y dùng theo mét mÉu gièng nhau: mçi khèi
cã mét hay nhiÒu ®Çu vµo/ra (trõ c¸c khèi nguån chØ cã ®Çu ra vµ c¸c khèi hiÓn thÞ,
l−u tr÷ sè liÖu chØ cã ®Çu vµo)
Sau khi t¹o lËp ra ®−îc mét m« h×nh, ng−êi sö dông cã thÓ m« pháng nã
trong Simulink b»ng c¸ch nhËp lÖnh trong cöa sæ lÖnh cña MATLAB hay sö dông
c¸c menu cã s½n. ViÖc sö dông c¸c menu ®Æc biÖt thÝch hîp cho c¸c c«ng viÖc cã
sù t¸c ®éng qua l¹i lÉn nhau, cßn sö dông dßng lÖnh th−êng hay ®−îc dïng khi
ch¹y nhiÒu c¸c m« pháng theo mét kÞch b¶n nhÊt ®Þnh.
- 12
H×nh 1.1 Th− viÖn c¸c nhãm chøc n¨ng cña Simulink
H×nh 1.2 Cña sæ tra cøu th− viÖn cña Simulink
- 13
1.4 môc ®Ých vµ ph¹m vi nghiªn cøu
§Ò tµi “øng dông m¸y tÝnh gi¶i c¸c bµi to¸n dao ®éng trªn « t«” x©y dùng th−
viÖn c¸c khèi chøc n¨ng cho c¸c phÇn tö trong m« h×nh dao ®éng cña « t« vµ sö
dông c¸c khèi chøc n¨ng ®ã x©y dùng mét sè m« h×nh dao ®éng t−¬ng ®−¬ng « t«
tõ ®¬n gi¶n ®Õn phøc t¹p. KÕt qu¶ nghiªn cøu cña ®Ò tµi cã thÓ sö dông ®Ó biªn
so¹n bµi gi¶ng, viÕt gi¸o tr×nh, lµm tµi liÖu tham kh¶o cho viÖc gi¶ng d¹y m«n häc
“øng dông tin häc trong tÝnh to¸n thiÕt kÕ vµ sö dông « t«” ®ång thêi còng rÊt cã Ých
cho c¸c nghiªn cøu vÒ dao ®éng « t«.
§Ò tµi chØ giíi h¹n trong ph©n vi øng dông Simulink ®Ó gi¶i c¸c bµi to¸n dao
®éng theo ph−¬ng th¼ng ®øng cña « t« víi nguån kÝch thÝch duy nhÊt tõ mÊp m«
biªn d¹ng ®−êng.
- 14
Ch−¬ng II
C¸c phÇn tö trong m« h×nh dao ®éng « t«
2.1 PhÇn tö lèp ®µn håi
Lèp « t« cã t¸c dông thu nhËn, gi¶m bít c¸c va ®Ëp nhá khi xe ch¹y trªn
®−êng kh«ng b»ng ph¼ng nhê ¸p suÊt h¬i vµ ®é ®µn håi cña lèp. Ngµy nay kÕt cÊu
cña lèp ®· thay ®æi, nhiÒu tÝnh n¨ng ®−îc c¶i thiÖn ®Ó n©ng cao chÊt l−îng chuyÓn
®éng cña « t«. Khi x©y dùng m« h×nh ®éng lùc phÇn tö b¸nh xe dùa trªn c¸c gi¶
thiÕt sau:
- MÆt ®−êng cøng tuyÖt ®èi;
- XÐt ®éng lùc theo ph−¬ng th¼ng ®øng, kh«ng kÓ ®Õn ph¶n lùc däc vµ ngang
gi÷a vïng tiÕp xóc gi÷a b¸nh xe víi mÆt ®−êng khi kÐo, phanh vµ quay vßng;
- Khèi l−îng cña b¸nh xe ®−îc coi lµ khèi l−îng kh«ng ®−îc treo vµ ®−îc tËp
trung t¹i trôc xe. Nh− vËy khi xÐt phÇn tö lèp cã thÓ coi nh− phÇn tö kh«ng khèi
l−îng.
Cã 4 m« h×nh ®éng lùc häc b¸nh xe [12]: m« h×nh tiÕp xóc ®iÓm; m« h×nh ®ai
cøng; m« h×nh tiÕp xóc vÕt cè ®Þnh vµ m« h×nh tiÕp xóc vÕt thÝch øng.
4.1.1 M« h×nh tÕp xóc ®iÓm
§iÓm tiÕp xóc b¸nh xe víi mÆt ®−êng ®−îc coi lµ ®iÓm n»m trªn ®−êng ®èi
xøng gi÷a hai phÇn tö ®µn håi vµ phÇn tö c¶n vµ lµ n¬i tiÕp nhËn ph¶n lùc tõ mÆt
®−êng lªn « t«. §é cøng cña phÇn tö ®µn håi phô thuéc ¸p lùc h¬i lèp vµ ®µn håi
vá lèp, phÇn tö c¶n dïng ®Ó ®¸nh gi¸ n¨ng l−îng tiªu t¸n do biÕn d¹ng cña lèp
(h×nh 2.1)
- 15
H×nh 2.1 M« h×nh b¸nh xe tiÕp xóc ®iÓm
Tæng lùc ®µn håi vµ lùc c¶n x¸c ®Þnh theo ph−¬ng tr×nh:
&&
Z0 +q− Zu q − Zu
∫ ∫ K dz
F= C t dz + & (2.1)
t
0 0
Trong ®ã: Ct - ®é cøng phÇn tö ®µn håi;
Kt - hÖ sè c¶n cña lèp;
q - chiÒu cao mÊp m« mÆt ®−êng;
Zu - dÞch chuyÓn th¼ng ®øng cña trôc xe;
&&
q, Z u - ®¹o hµm cña c¸c ®¹i l−îng theo thêi gian;
Z - biÕn d¹ng cña lèp;
Z0 - ®é biÕn d¹ng tÜnh cña lèp d−íi t¸c dông cña t¶i träng Gi.
Z0
∫ C dz = G (2.2)
t i
0
Khi coi phÇn tö ®µn håi cã ®é cøng kh«ng phô thuéc vµo biÕn d¹ng cña lèp
vµ hÖ sè c¶n cña lèp kh«ng phô thuéc vµo vËn tèc biÕn d¹ng cña lèp, khi ®ã
ph−¬ng tr×nh (2.1) cã thÓ biÕn ®æi thµnh:
&&
F = Gi + C t (q − Z u ) + K t (q − Z u ) (2.3)
dq
q = V.
& (2.4)
dx
Trong ®ã: V - vËn tèc chuyÓn ®éng cña « t«, V=dx/dt;
dq/dx - ®é dèc cña bÆt ®−êng t¹i ®iÓm tiÕp xóc.
- 16
Ph¶n lùc th¼ng ®øng t¸c dông tõ mÆt ®−êng lªn « t« Ft b»ng F khi b¸nh xe
tiÕp xóc víi mÆt ®−êng (F > 0) vµ b»ng kh«ng khi b¸nh xe t¸ch khái mÆt ®−êng (Ft
≤ 0).
Ft = F khi F > 0⎫
⎬ (2.5)
Ft = 0 khi F ≤ 0 ⎭
Thµnh phÇn ph¶n lùc ngang Fh cã quan hÖ víi thµnh phÇn lùc th¼ng ®øng
theo biÓu thøc:
Fh dq dq
= ⇒ Fh = Ft = Ft (2.6)
Ft dx dx
S¬ ®å m« pháng ®éng lùc häc cña b¸nh xe ®µn håi theo m« h×nh tiÕp xóc
®iÓm b»ng phÇn mÒm MATLAB/Simulink thÓ hiÖn trªn h×nh 2.2
H×nh 2.2 S¬ ®å Simulink m« pháng ®éng lùc häc b¸nh xe theo m« h×nh tiÕp xóc
®iÓm
H×nh 2.3 Hép tho¹i nhËp c¸c th«ng sè cña m« h×nh
- 17
2.1.2 M« h×nh ®ai cøng
S¬ ®å cña m« h×nh ®ai cøng thÓ hiÖn trªn h×nh 2.4. T−¬ng tù m« h×nh tiÕp xóc
®iÓm víi biªn d¹ng ®−êng hiÖu chØnh q( x) ®−îc x¸c ®Þnh ®Õn t©m cña ®ai cøng.
Bëi vËy, ph©n tÝch vµ x©y dùng biÓu thøc ph¶n lùc th¼ng ®øng hoµn toµn t−¬ng tù
nh− m« h×nh tiÕp xóc ®iÓ, vµ viÖc quan träng ë ®©y lµ t×m quan hÖ gi÷a biªn d¹ng
®−êng hiÖu chØnh q( x) víi biªn d¹ng ®−êng gèc q(x) vµ b¸n kÝnh ®ai cøng r.
H×nh 2.4 M« h×nh b¸nh xe ®ai cøng
Theo quan hÖ h×nh häc, q( x) ®−îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc:
q( x) = q( x + x) + r 2 − x 2 (2.7)
C¬ së ®Ó x¸c ®Þnh x lµ ®é dèc cña ®ai cøng vµ biªn d¹ng ®−êng t¹i ®iÓm tiÕp
xóc ph¶i b»ng nhau, nh− vËy:
d(q( x + x)) d( r 2 − x 2 )
= (2.8)
dx dx
d(q( x + x) − r 2 − x 2 )
=0
Hay (2.9)
dx
Trong tr−êng hîp tæng qu¸t ph−¬ng tr×nh (2.9) cã hai nghiÖm tr¸i dÊu. Theo
b¶n chÊt vËt lý th× ®iÓm tiÕp xóc chØ cã thÓ ë nöa d−íi cña ®ai cøng.
S¬ ®å m« pháng ®éng lùc häc cña b¸nh xe ®µn håi theo m« h×nh ®ai cøng
b»ng phÇn mÒm MATLAB/Simulink hoµn toµn t−¬ng tù nh− m« h×nh tiÕp xóc ®iÓm
- 18
nh−ng biªn d¹ng ®−êng q(x) ®−îc thay thÕ bëi biªn d¹ng ®−êng hiÖu chØnh q( x)
x¸c ®Þnh theo biÓu thøc (2.7).
2.1.3 M« h×nh tiÕp xóc vÕt cè ®Þnh
M« h×nh tiÕp xóc vÕt cè ®Þnh thÓ hiÖn trªn h×nh 2.5.
H×nh 2.5 M« h×nh tiÕp xóc vÕt cè ®Þnh
Tæng lùc ph©n bè t¸c cña c¸c phÇn tö ®µn håi, phÇn tö c¶n cña lèp ®−îc x¸c
®Þnh theo biÓu thøc:
&
L / 2 Z 0 + q( x ) − Z u L / 2 q( x ) − Z u
&
∫ ∫ C′dzdx + ∫ ∫ K ′dzdx
F= & (2.10)
t t
−L / 2 −L / 2
0 0
Trong ®ã: C′, K ′t - ®é cøng cña phÇn tö ®µn håi vµ hÖ sè c¶n cña lèp;
L - chiÒu dµi vÕt tiÕp xóc;
q( x) - chiÒu cao mÊp m« mÆt ®−êng t¹i to¹ ®é côc bé x
(-L/2≥ x ≤ L/2);
Zu - dÞch chuyÓn th¼ng ®øng cña trôc xe;
&
&
q( x), Z u - ®¹o hµm cña c¸c ®¹i l−îng theo thêi gian;
Z - biÕn d¹ng cña lèp;
Z0 - ®é biÕn d¹ng tÜnh cña lèp d−íi t¸c dông cña t¶i träng Gi.
Z0
dq( x)
∫ C′ .Ldz = G ; q( x) = V.
& (2.11)
t i
dx
0
- 19
Khi coi ®é cøng cña c¸c phÇn tö ®µn håi kh«ng phô thuéc vµo ®é biÕn d¹ng
cña lèp vµ hÖ sè c¶n cña lèp kh«ng phô thuéc vµo vËn tèc. Khi biÓu thøc (2.10)
biÕn ®æi thµnh.
L/2 L/2
F = Gi + ∫ C′t (q( x) − Z u )dx + ∫ K ′ (q( x) − Z
&
& )dx (2.12)
t u
−L / 2 −L / 2
T−¬ng tù môc 2.1.1, ph¶n lùc th¼ng ®øng t¸c dông tõ mÆt ®−êng lªn « t« Ft
b»ng F khi b¸nh xe tiÕp xóc víi mÆt ®−êng (F > 0) vµ b»ng kh«ng khi b¸nh xe t¸ch
khái mÆt ®−êng (Ft ≤ 0).
Ft = F khi F > 0⎫
⎬ (2.13)
Ft = 0 khi F ≤ 0 ⎭
Thµnh phÇn ph¶n lùc ngang Fh cã quan hÖ víi thµnh phÇn lùc th¼ng ®øng
theo biÓu thøc:
Fh dq dq
= ⇒ Fh = Ft = Ft (2.14)
Ft dx dx
2.1.4 M« h×nh tiÕp xóc vÕt thÝch øng
M« h×nh vÕt thÝch øng thÓ hiÖn trªn h×nh 2.6, trong h×nh vÏ chØ thÓ hiÖn mét
phÇn tö ®µn håi-gi¶m chÊn. Ph−¬ng vµ gi¸ trÞ cña ph¶n lùc tõ ®−êng t¸c dông lªn
b¸nh xe phô thuéc vµo ¸p xuÊt h¬i lèp vµ c¸c phÇn tö ®µn håi C′′ vµ gi¶m chÊn
K ′′ ®−îc ph©n bæ phi tuyÕn h−íng kÝnh.
H×nh 2.6 M« h×nh tiÕp xóc vÕt thÝch øng
nguon tai.lieu . vn