Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống treo đến dao động của xe đua FSAE

Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kết cấu hệ thống treo đến dao động xe đua FSAE, cung cấp cái nhìn sâu sắc cho thiết kế và hiệu suất.

• Tác giả: Nguyễn Kiều Hưng
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Văn Quỳnh
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Thông Số Kết Cấu Hệ Thống Treo Đến Dao Động Xe Đua FSAE
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• PHẦN MỞ ĐẦU. PHẦN MỞ ĐẦU
• 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 1.2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
• 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA NGHIÊN CỨU
• 1.5. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu về xe F-SAE (Formula Student)
• 1.2. Giới thiệu về hệ thống treo xe đua sinh viên
• 1.2.1. Phân tích đặc điểm cấu tạo của hệ thống treo xe đua sinh viên
• 1.2.2. Một số sơ đồ hệ thống treo thực tế
• 1.3. Tổng quan các nghiên cứu dao động xe đua sinh viên FSAE
• 1.3.1. Trên thế giới
• 1.3.2. Các tiêu chuẩn đánh giá sự êm dịu chuyển động của ô tô
• 1.3.3. Tần số dao động
• 1.3.4. Gia tốc và vận tốc dao động
• 1.3.5. Công suất dao động
• 1.3.6. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động
• 1.3.7. Chỉ tiêu đánh giá tải trọng động bánh xe
• 1.3.8. Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với môi trường
• 1.3.9. Chỉ tiêu về độ bền chi tiết
• 1.3.10. Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo
• 1.3.11. Chỉ tiêu về độ bám của bánh xe với mặt đường
• 1.3.12. Cường độ dao động
• 1.3.13. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN
• 2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG Ô TÔ
• 2.2. Phương pháp thực nghiệm
• 2.3. Phương pháp mô phỏng nghiên cứu dao động ô tô
• 2.4. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN
• 2.5. Mô hình dao động ¼ xe
• 2.6. Mô phỏng dao động của hệ thống khi sử dụng phần mềm Matlab/Simulink
• 2.7. Mô phỏng bằng phần mềm Adams
• 2.8. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG XE ĐUA SINH VIÊN
• 3.1. THIẾT KẾ MÔ HÌNH XE ĐUA FSAE BẰNG PHẦN MỀM ADAMS
• 3.2. THIẾT LẬP CÁC THÔNG SỐ, CHẠY MÔ HÌNH VÀ XUẤT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRONG ADAMS
• 3.3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU HỆ THỐNG TREO ĐẾN DAO ĐỘNG XE ĐUA FSAE
• 3.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ chuyển động đến dao động của xe
• 3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống treo đến dao động của xe đua sinh viên FSAE
• 3.4. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo đến dao động xe đua FSAE

Nghiên cứu về hệ thống treo xe đua là một lĩnh vực quan trọng trong kỹ thuật ô tô, đặc biệt là trong các cuộc thi như FSAE. Hệ thống treo không chỉ ảnh hưởng đến độ êm dịu của xe mà còn quyết định hiệu suất và an toàn khi vận hành. Việc tối ưu hóa các thông số kết cấu của hệ thống treo có thể giúp cải thiện đáng kể khả năng xử lý và độ ổn định của xe đua. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến dao động xe đua và cách mà các thông số kết cấu có thể được điều chỉnh để đạt được hiệu suất tối ưu.

1.1. Giới thiệu về xe đua FSAE và hệ thống treo

Xe đua FSAE là một loại xe được thiết kế và chế tạo bởi sinh viên, với mục tiêu tham gia vào các cuộc thi quốc tế. Hệ thống treo của xe đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ êm dịu và khả năng xử lý. Các hệ thống treo phổ biến như MacPherson và xương đòn kép thường được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất.

1.2. Tầm quan trọng của việc nghiên cứu dao động xe đua

Nghiên cứu dao động của xe đua không chỉ giúp cải thiện trải nghiệm lái mà còn đảm bảo an toàn cho người điều khiển. Việc hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến dao động xe đua sẽ giúp các kỹ sư thiết kế ra những chiếc xe có khả năng vận hành tốt hơn trên đường đua.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu hệ thống treo xe đua

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về hệ thống treo xe đua, vẫn còn nhiều thách thức trong việc tối ưu hóa các thông số kết cấu. Các yếu tố như tải trọng, tốc độ và điều kiện đường có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống treo. Việc xác định các thông số tối ưu cho từng điều kiện cụ thể là một nhiệm vụ phức tạp và đòi hỏi sự nghiên cứu kỹ lưỡng.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến dao động xe đua

Các yếu tố như độ cứng của lò xo, hệ số cản của giảm chấn và tải trọng đều có ảnh hưởng lớn đến dao động xe đua. Việc phân tích các yếu tố này sẽ giúp xác định được cách tối ưu hóa hệ thống treo.

2.2. Thách thức trong việc mô phỏng và thực nghiệm

Mô phỏng và thực nghiệm là hai phương pháp chính trong nghiên cứu. Tuy nhiên, việc tạo ra mô hình chính xác và thực hiện các thí nghiệm trong điều kiện thực tế gặp nhiều khó khăn. Điều này đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành để đạt được kết quả tốt nhất.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kết cấu hệ thống treo

Để nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến dao động xe đua, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm mô phỏng số và thực nghiệm, giúp xác định được các thông số tối ưu cho hệ thống treo. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như Adams và Matlab/Simulink đã giúp nâng cao độ chính xác trong nghiên cứu.

3.1. Mô phỏng số trong nghiên cứu hệ thống treo

Mô phỏng số cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu mà không cần phải thực hiện thí nghiệm thực tế. Phần mềm như Adams giúp mô phỏng hành vi của hệ thống treo dưới các điều kiện khác nhau.

3.2. Phương pháp thực nghiệm để kiểm tra kết quả

Phương pháp thực nghiệm là cách để xác minh các kết quả từ mô phỏng. Việc thực hiện các thí nghiệm trên xe đua thực tế giúp đảm bảo rằng các thông số tối ưu được áp dụng hiệu quả trong điều kiện thực tế.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu hệ thống treo

Kết quả nghiên cứu về hệ thống treo xe đua đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số kết cấu có thể cải thiện đáng kể độ êm dịu và khả năng xử lý của xe. Các thông số như độ cứng của lò xo và hệ số cản của giảm chấn đã được điều chỉnh để đạt được hiệu suất tối ưu. Những kết quả này không chỉ có giá trị trong lĩnh vực xe đua mà còn có thể áp dụng cho các loại xe khác.

4.1. Kết quả từ mô phỏng và thực nghiệm

Kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng việc điều chỉnh độ cứng của lò xo và hệ số cản có thể giảm đáng kể độ dao động của xe. Thực nghiệm cũng xác nhận rằng các thông số này có ảnh hưởng lớn đến độ êm dịu chuyển động.

4.2. Ứng dụng trong thiết kế xe đua tương lai

Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thiết kế các mẫu xe đua mới, giúp nâng cao hiệu suất và an toàn. Việc tối ưu hóa hệ thống treo sẽ là một yếu tố quan trọng trong việc phát triển xe đua trong tương lai.

V. Kết luận và hướng phát triển trong nghiên cứu hệ thống treo

Nghiên cứu về hệ thống treo xe đua đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số kết cấu là rất cần thiết để nâng cao hiệu suất và độ an toàn của xe. Các kết quả đạt được từ nghiên cứu này sẽ là cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc áp dụng công nghệ mới và các phương pháp nghiên cứu tiên tiến hơn.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc áp dụng các công nghệ mới trong thiết kế hệ thống treo. Việc sử dụng vật liệu nhẹ và công nghệ cảm biến có thể giúp cải thiện hiệu suất của xe đua.

5.2. Hướng phát triển bền vững cho xe đua

Hướng phát triển bền vững cho xe đua không chỉ tập trung vào hiệu suất mà còn cần chú trọng đến yếu tố môi trường. Việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống treo thân thiện với môi trường sẽ là một xu hướng quan trọng trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Xe đua sinh viên Formula Student (FSAE) là một sân chơi kỹ thuật toàn cầu, thu hút sinh viên các trường đại học và cao đẳng chuyên ngành kỹ thuật tham gia thiết kế, chế tạo và thi đấu xe đua. Tại Việt Nam, lĩnh vực này còn khá mới mẻ nhưng đã có những bước tiến đáng kể, tiêu biểu là chiếc xe đua sinh viên do Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên chế tạo. Xe FSAE có thể đạt tốc độ lên đến 100 km/h, tương đương khoảng 1/3 tốc độ của xe đua F1, với các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt về kích thước, động cơ, hệ thống treo, phanh và an toàn.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống treo đến dao động và độ êm dịu chuyển động của xe đua FSAE. Mục tiêu cụ thể là xây dựng mô hình mô phỏng hoạt động hệ thống treo, phân tích ảnh hưởng của các thông số kết cấu như độ cứng lò xo, hệ số cản giảm chấn, khối lượng được treo và không được treo đến dao động xe, từ đó đề xuất bộ thông số tối ưu nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động. Nghiên cứu tập trung trên mô hình xe đua sinh viên của Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên, sử dụng tiêu chuẩn ISO 2631-1 (2005) về gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động để đánh giá độ êm dịu.

Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích các thông số kết cấu hệ thống treo trong điều kiện vận hành thực tế với tốc độ dao động từ 10 đến 90 km/h. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho thiết kế hệ thống treo xe đua sinh viên, góp phần nâng cao hiệu suất vận hành, giảm chi phí và thời gian thử nghiệm thực tế.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Mô hình dao động ¼ xe: Mô hình này mô phỏng dao động của một phần tư xe, gồm khối lượng được treo (thân xe), khối lượng không được treo (bánh xe), lò xo và giảm chấn hệ thống treo, cùng lò xo và giảm chấn lốp. Mô hình có hai bậc tự do, cho phép phân tích chi tiết ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến dao động theo phương thẳng đứng.

• Tiêu chuẩn ISO 2631-1 (2005): Tiêu chuẩn quốc tế đánh giá độ êm dịu chuyển động dựa trên gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động. Các mức độ êm dịu được phân loại rõ ràng, ví dụ: awz < 0,315 m/s² là thoải mái, awz > 2 là cực kỳ khó chịu.

• Các chỉ tiêu đánh giá dao động: Bao gồm tần số dao động (1-1,5 Hz cho xe chở người), gia tốc và vận tốc dao động, công suất dao động, tải trọng động bánh xe, độ bền chi tiết, độ bám bánh xe với mặt đường và cường độ dao động KB.

• Mô hình hệ thống treo độc lập hai đòn ngang (Double Wishbone Suspension): Hệ thống treo phổ biến trên xe đua FSAE, gồm hai đòn chữ A trên và dưới, khớp cầu và khớp trụ, giúp bánh xe chuyển động độc lập, tối ưu độ ổn định và êm dịu.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu nghiên cứu được thu thập từ mô hình xe đua sinh viên do Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên thiết kế, các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nước, tiêu chuẩn ISO 2631-1, cùng các kết quả mô phỏng và thực nghiệm trước đó.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô phỏng số bằng phần mềm chuyên dụng Adams và Matlab/Simulink để xây dựng mô hình dao động ¼ xe, thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả động học hệ thống treo, phân tích ảnh hưởng của các thông số kết cấu như độ cứng lò xo (K), hệ số cản giảm chấn (C), khối lượng được treo (M) và không được treo (m) đến gia tốc dao động.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình mô phỏng dựa trên thông số kỹ thuật thực tế của xe đua sinh viên, với các biến đổi có hệ thống các thông số kết cấu để khảo sát ảnh hưởng đến dao động. Các trường hợp mô phỏng được thực hiện với tốc độ vận hành từ 10 đến 90 km/h.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2018, bao gồm giai đoạn xây dựng mô hình, chạy mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất thông số tối ưu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của độ cứng lò xo (K) đến dao động: Khi tăng độ cứng lò xo từ 25.000 N/m đến 200.000 N/m, gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng (awz) của khung xe tăng rõ rệt, từ dưới 0,315 m/s² (mức thoải mái) lên đến trên 1,0 m/s² (mức khá khó chịu). Điều này cho thấy độ cứng lò xo cao làm giảm khả năng hấp thụ dao động, gây giảm êm dịu chuyển động.

2. Ảnh hưởng của hệ số cản giảm chấn (C): Thay đổi hệ số cản giảm chấn trong khoảng 2.500 N.s/m đến 75.000 N.s/m có tác động đáng kể đến gia tốc dao động. Hệ số cản giảm chấn tối ưu nằm trong khoảng 5.000 - 10.000 N.s/m giúp giảm gia tốc dao động xuống mức dưới 0,315 m/s², cải thiện độ êm dịu.

3. Ảnh hưởng của tốc độ vận hành (v): Gia tốc dao động tăng theo tốc độ xe, với gia tốc bình phương trung bình awz tăng từ khoảng 0,2 m/s² ở 10 km/h lên gần 0,6 m/s² ở 90 km/h. Tốc độ cao làm tăng biên độ dao động, đòi hỏi hệ thống treo phải được thiết kế phù hợp để duy trì độ êm dịu.

4. Tối ưu hóa thông số kết cấu: Bộ thông số kết cấu tối ưu được xác định là độ cứng lò xo khoảng 50.000 N/m và hệ số cản giảm chấn khoảng 7.500 N.s/m, giúp duy trì gia tốc dao động bình phương trung bình theo phương thẳng đứng dưới 0,315 m/s², đạt mức thoải mái theo tiêu chuẩn ISO 2631-1.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy sự thay đổi các thông số kết cấu hệ thống treo ảnh hưởng trực tiếp đến dao động và độ êm dịu chuyển động của xe đua FSAE. Độ cứng lò xo quá cao làm tăng gia tốc dao động, gây khó chịu cho người lái và giảm hiệu suất vận hành. Ngược lại, hệ số cản giảm chấn hợp lý giúp hấp thụ năng lượng dao động hiệu quả, giảm biên độ gia tốc.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả phù hợp với các báo cáo trong nước và quốc tế về thiết kế hệ thống treo xe đua sinh viên, đồng thời khẳng định tính khả thi của phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm Adams và Matlab/Simulink. Việc sử dụng tiêu chuẩn ISO 2631-1 làm chỉ tiêu đánh giá giúp đảm bảo tính khách quan và chuẩn hóa kết quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng tương ứng với các giá trị độ cứng lò xo, hệ số cản giảm chấn và tốc độ vận hành, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của từng thông số đến độ êm dịu chuyển động.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu thiết kế hệ thống treo: Hành động điều chỉnh độ cứng lò xo và hệ số cản giảm chấn trong khoảng giá trị tối ưu (K ≈ 50.000 N/m, C ≈ 7.500 N.s/m) nhằm duy trì gia tốc dao động dưới 0,315 m/s², nâng cao độ êm dịu chuyển động. Thời gian thực hiện: 6 tháng. Chủ thể: Nhóm thiết kế xe đua sinh viên.

2. Áp dụng mô phỏng số trong thiết kế: Khuyến nghị sử dụng phần mềm Adams và Matlab/Simulink để mô phỏng và đánh giá các phương án thiết kế hệ thống treo trước khi chế tạo thực tế, giúp tiết kiệm chi phí và thời gian thử nghiệm. Thời gian triển khai: liên tục trong quá trình phát triển xe. Chủ thể: Trung tâm nghiên cứu và phát triển kỹ thuật.

3. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo về mô phỏng động lực học và thiết kế hệ thống treo cho sinh viên và kỹ sư trẻ nhằm nâng cao năng lực nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới. Thời gian: 1 năm. Chủ thể: Trường Đại học và các tổ chức đào tạo.

4. Nghiên cứu mở rộng và thử nghiệm thực tế: Tiến hành thử nghiệm thực tế trên xe đua với các thông số kết cấu được tối ưu để đánh giá hiệu quả mô phỏng và điều chỉnh thiết kế phù hợp với điều kiện vận hành thực tế. Thời gian: 1-2 năm. Chủ thể: Nhóm nghiên cứu và đội đua sinh viên.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Cơ khí động lực: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về thiết kế và mô phỏng hệ thống treo xe đua, giúp nâng cao kỹ năng nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.

2. Giảng viên và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực ô tô: Tài liệu tham khảo hữu ích cho việc giảng dạy, phát triển đề tài nghiên cứu liên quan đến động lực học xe và hệ thống treo.

3. Kỹ sư thiết kế và phát triển xe đua sinh viên: Cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp luận để tối ưu hóa thiết kế hệ thống treo, nâng cao hiệu suất và độ an toàn của xe.

4. Các tổ chức và đội đua sinh viên FSAE: Hỗ trợ trong việc lựa chọn thông số kỹ thuật phù hợp, áp dụng mô phỏng số để giảm thiểu chi phí và thời gian thử nghiệm thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn mô hình dao động ¼ xe để nghiên cứu?
   Mô hình dao động ¼ xe đơn giản nhưng đủ để phân tích chi tiết ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống treo đến dao động theo phương thẳng đứng, giúp tiết kiệm thời gian và tài nguyên tính toán mà vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết.

2. Phần mềm Adams có ưu điểm gì trong mô phỏng hệ thống treo?
   Adams cung cấp thư viện các modul chuẩn cho hệ thống treo, cho phép mô phỏng động lực học cơ khí chính xác, dễ dàng thay đổi thông số và phân tích kết quả, giúp rút ngắn thời gian thiết kế và thử nghiệm.

3. Tiêu chuẩn ISO 2631-1 được áp dụng như thế nào trong nghiên cứu?
   Tiêu chuẩn ISO 2631-1 dùng để đánh giá độ êm dịu chuyển động dựa trên gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động, giúp định lượng mức độ thoải mái hoặc khó chịu của người lái khi xe vận hành.

4. Các thông số kết cấu nào ảnh hưởng nhiều nhất đến dao động xe?
   Độ cứng lò xo và hệ số cản giảm chấn là hai thông số chính ảnh hưởng đến biên độ và tần số dao động, từ đó quyết định độ êm dịu chuyển động của xe đua FSAE.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào thực tế?
   Kết quả mô phỏng giúp xác định bộ thông số tối ưu cho hệ thống treo, từ đó đội ngũ thiết kế có thể điều chỉnh thiết kế, chế tạo và thử nghiệm thực tế nhằm nâng cao hiệu suất và độ an toàn của xe đua sinh viên.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng dao động ¼ xe đua sinh viên FSAE, phân tích ảnh hưởng của các thông số kết cấu hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động.
• Kết quả cho thấy độ cứng lò xo và hệ số cản giảm chấn là các yếu tố quyết định đến gia tốc dao động, ảnh hưởng trực tiếp đến sự thoải mái của người lái.
• Bộ thông số tối ưu được đề xuất giúp duy trì gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng dưới 0,315 m/s², đạt mức thoải mái theo tiêu chuẩn ISO 2631-1.
• Phương pháp mô phỏng sử dụng phần mềm Adams và Matlab/Simulink được đánh giá là hiệu quả, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong thiết kế hệ thống treo.
• Đề xuất các bước tiếp theo bao gồm áp dụng thiết kế tối ưu vào chế tạo thực tế, đào tạo kỹ thuật viên và mở rộng nghiên cứu thử nghiệm thực tế nhằm nâng cao hiệu quả vận hành xe đua sinh viên FSAE.

Call-to-action: Các nhóm nghiên cứu và đội đua sinh viên nên áp dụng phương pháp mô phỏng và bộ thông số tối ưu này để nâng cao chất lượng thiết kế, đồng thời tiếp tục phát triển nghiên cứu nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật ngày càng cao trong lĩnh vực xe đua sinh viên.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Mục đích chương này là nghiên cứu tổng quan về xe đua và hệ thống treo xe đua sinh viên FSAE; phân tích các nghiên cứu có liên quan đến dao động xe đua sinh viên FSAE; tìm hiểu các tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô nói chung từ đó đề xuất nội dung nghiên cứu của đề tài. Giới thiệu về xe F-SAE (Formula Student) Xe đua sinh viên (Formula Student) là chiếc xe có thể đạt tốc độ lên đến 100 km/h, có nghĩa bằng khoảng 1/3 tốc độ tối đa của một chiếc xe F1 ngoài trường đua. Mỗi bộ phận, hệ thống trên xe được quy định rõ ràng trong bộ luật do ban tổ chức đưa ra 21.

Trong đó, một số tiêu chuẩn kỹ thuật quan trọng để một chiếc xe đua sinh viên được phép tham gia vào cuộc thi như sau: + Hình dạng xe: - Xe phải có bốn bánh và khoang lái hở (giống xe đua công thức 1); - Chiều dài cơ sở của xe phải không nhỏ hơn 1525 mm; - Vết bánh trước hoặc bánh sau không nhỏ hơn 75% của vết bánh lớn nhất. + Về động cơ: Động cơ trên xe đua sinh viên được quy định phải là loại động cơ 4 kỳ, dung tích xy lanh không vượt quá 600cm3, công suất động cơ được giới hạn không quá 100 mã lực (tương đương khoảng 74 Kw). + Hệ thống treo: - Mỗi chiếc xe đua sinh viên được tùy chọn sử dụng hệ thống treo. Nhưng để đảm bảo tối ưu về độ êm dịu và ổn định hướng chuyển động, các đội đua thường sử dụng hệ thống treo độc lập Mac Pherson hoặc hệ thống treo xương đòn kép (Double – Wishbone Suspension); LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 - Xe phải được trang bị hệ thống treo đầy đủ với giảm chấn trước và sau, bánh xe dịch chuyển một khoảng ít nhất là 50,8 mm với 25,4 mm khi nén và 25,4 mm khi trả; - Kích thước lốp không nhỏ hơn 203,2 mm; - Xe sử dụng lốp khô, nếu lốp ướt thì talong lốp (hoa lốp) phải lớn hơn 2,4 mm.

+ Hệ thống lái: - Phải tác dụng lên ít nhất hai bánh xe; - Cho phép hành trình tự do là 7 độ; - Phải là hệ thống lái cơ khí với bánh trước dẫn động. + Hệ thống phanh: - Xe phải được trang bị hệ thống phanh tác động lên bốn bánh xe thông qua một sự tác động điều khiển; - Hệ thống phanh phải có hai đường dầu độc lập; - Đèn phanh tối thiểu là 15 W. + Hệ thống truyền lực: - Có thể dùng xích, đai hay một vài loại khác. + Hệ thống khí xả: - Phải được trang bị giảm âm.

+ Về độ an toàn: Các quy tắc hay bộ luật do ban tổ chức đưa ra đều nhằm mục đích an toàn cho các tay đua. Trên một chiếc xe đua kiểu này bắt buộc phải có bộ phận để giảm va đập đặt ở mũi xe (impact attenuator), hệ thống phanh thủy lực, đai an toàn,… 1. Giới thiệu về hệ thống treo xe đua sinh viên 1. Phân tích đặc điểm cấu tạo của hệ thống treo xe đua sinh viên Để đảm bảo tối ưu về độ êm dịu và ổn định hướng chuyển động, các xe đua sinh viên thường sử dụng hệ thống treo độc lập Mac Pherson hoặc hệ LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 thống treo xương đòn kép (Double – Wishbone Suspension).

Mỗi hệ thống treo phía trước và phía sau đều được bố trí hai càng chữ A. Hệ thống treo loại này còn được gọi là hệ thống treo độc lập trên hai đòn ngang. Phần tử dẫn hướng của hệ thống treo 1- Bánh xe; 2- Đòn trên; 3- Khớp trụ trên; 4- Khớp cầu trên; 5- Khớp cầu dưới; 6- Khớp trụ dưới Hình 1.1 mô tả hệ treo độc lập trên hai đòn ngang, bao gồm một đòn ngang trên, một đòn ngang dưới có các đầu trong liên kết với khung, vỏ xe bằng khớp trụ, các đầu ngoài liên kết bằng khớp cầu với đòn đứng. Đòn đứng nối cứng với trục bánh xe.

Đòn đứng có chức năng như trụ đứng trong hệ thống treo phụ thuộc. Bánh xe có thể quay quanh đường nối tâm của hai khớp cầu. Hai bên bánh xe đều dùng hệ treo này và được đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc giữa xe. Khớp cầu: Ràng buộc chuyển vị tương đối tại một điểm.

Như vậy khớp cầu hạn chế 3 bậc tự do tịnh tiến, còn lại 3 bậc tự do quay. Khớp trụ: Ràng buộc 5 bậc tự do, chỉ cho phép phần tử tịnh tiến dọc. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Cấu tạo một bên của hệ thống treo của xe đua FSAE [24] Các đòn chữ A được cấu tạo tương đơn đối đơn giản, gồm hai ống thép hợp kim hàn lại với nhau tạo ra một góc khoảng 450, đầu trong liên kết với khung hay vỏ xe bằng khớp trụ còn các đầu ngoài liên kết bằng khớp cầu với đòn đứng.

Cấu tạo của đòn ngang dạng chữ A [25] 1. Một số sơ đồ hệ thống treo thực tế Có rất nhiều cách bố trí hệ thống treo trên xe đua sinh viên tùy thuộc vào cách đặt bộ phận giảm chấn. Sau đây tác giả sẽ giới thiệu một số hệ thống treo được ưa chuộng cho một chiếc xe FSAE [6,11,24,25]. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau ngang theo xe Hình 1. Hai giảm chấn trước song song khung hai bên xe, hai giảm chấn sau dọc theo xe Hình 1. Một giảm chấn trước ngang xe, một giảm chấn sau dọc xe LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Hai giảm chấn trước dọc theo xe, hai giảm chấn sau đặt thằng đứng Hình 1.

Hai giảm chấn trước hợp thành hình chữ V, hai giảm chấn sau dọc theo xe Hình 1. Giảm giảm chấn trước và hai giảm chấn sau đặt thẳng đứng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Xe FSAE trường Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên chế tạo [4] 1. Tổng quan các nghiên cứu dao động xe đua sinh viên FSAE Đã có rất nhiều nghiên về dao động xe đua sinh viên ở trong và ngoài nước nhằm lựa chọn ra các thông số tối ưu cho hệ thống treo trên ô tô.

Dưới đây, tác giả giới thiệu một số công trình nghiên cứu dao động điển hình. Trong nước Xe đua sinh viên là một lĩnh vực rất mới mẻ với sinh viên Việt Nam. Tuy nhiên, đã có một số công trình nghiên cứu về dao động ô tô sinh viên như sau: - Công trình “Giải mã công nghệ thiết kế, chế tạo xe đua sinh viên F- SAE” [4]. Nguyễn Khắc Tuân, đề tài cấp cơ sở, Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên, 2013.

Trong công trình này, tác giả đã xây dựng được mô hình dao động không gian xe đua sinh viên, từ đó thiết kế nên chiếc xe đua FSAE. Tác giả đã dùng chỉ tiêu gia tốc bình phương trung bình để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe đua sinh viên này và cho ra kết quả đáp ứng được yêu cầu đề ra. - Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống treo cho xe Formula Student 1 , Nguyễn Thành Công, 2014. Luận văn Thạc sỹ, Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên.

Trong công trình này, tác giả sử dụng hệ thống treo trên chiếc xe đua sinh viên do nhóm nghiên cứu thuộc đại học LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 11 Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên chế tạo năm 2013. Tác giả đã sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng hệ thống treo và chỉ tiêu về gia tốc bình phương trung bình theo thời gian để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe. Qua đó, tác giả đã lựa chọn được bộ thông số kết cấu tối ưu cho hệ thống treo xe đua sinh viên FSAE. - Nghiên cứu dao động ô tô bằng phần mềm Adams, Vũ Khắc Trai, 2011 [5].

Luận văn Thạc sỹ, Trường Học viện Kỹ thuật Quân sự. Trong công trình này, tác giả nghiên cứu dao động của ô tô bằng phương pháp hệ nhiều vật và mô hình hóa hệ dao động số. Đồng thời tác giả có giới thiệu sơ lược về phần mềm Adam car và dùng mô hình hệ thống treo có sẵn trong thư viện để khảo sát dao động của ô tô. - Thiết kế, chế tạo xe đua sinh viên thuộc nhóm sinh viên đại học Bách Khoa Hà nội.

Nhóm tác giả đã cho ra đời một chiếc xe đua hoàn chỉnh và đã mang sang Nhật thi đấu năm 2014 với mã số 86. Đây là chiếc xe đua sinh viên đầu tiên của Việt Nam tham gia thi đấu trên trường quốc tế. Trên thế giới Xe đua sinh viên là lĩnh vực được các nhà nghiên cứu ô tô trên thế giới rất quan tâm. Hàng năm, có những cuộc thi được tổ chức để tạo điều kiện cho sinh viên trên toàn thế giới tham gia thi tài.

Từ đó, những chiếc xe mang thương hiệu sinh viên được ra đời. Dưới đây là một số nghiên cứu về dao động xe đua sinh viên trên thế giới: - Race Car Vehicle Dynamics [16], Milliken; William F. (1995), SAE Inc, USA. Cuốn sách này đặt ra những quy định kỹ của chiếc xe đua nói chung và các nội quy để các đội tham gia cuộc thi tuân theo.

- Dynamik der Fahrzeuge [14], Mitschke. Cuốn sách đó gồm 200 trích dẫn; riêng quyển B viết về dao động ôtô. Trong đó hầu hết ông đề cập đến các mô hình dao động của ô tô du lịch. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 12 - Một số đội đua trên thế giới cho ra đời những chiếc xe đua sinh viên khá hoàn chỉnh cả về thiết kế lẫn tính năng vận hành, đặc biệt là hệ thống treo.

Hầu hết các đội đều sử dụng phần mềm Adam để thiết kế chiếc xe đua sinh viên của mình. Một số hệ thống treo trên xe FSAE [22] HỆ THỐNG HỆ THỐNG ĐỘI XE KÝ HIỆU XE TREO TRƯỚC TREO SAU FSM3 Indigo (2009) FSM3 Indigo (2010) Hai càng A và Hai càng A và ĐỘI MADI FSM4 Rebel (2011) thanh đẩy thanh kéo FSM5 (2012) Iguana Evo (2009) Iguana Evo4 (2012) Hai càng A và Hai càng A và ĐỘI MAMI Iguana Generation 6 thanh đẩy thanh kéo (2013) ĐỘI Bauman Hai càng A và Hai càng A và BRT-2 Racing thanh đẩy thanh kéo Nhìn chung, các nghiên cứu đều tập trung vào một số vấn đề sau: - Nghiên cứu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô; - Nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô thông qua việc nghiên cứu các hệ thống treo và các phần tử hệ thống treo; - Nghiên cứu nguồn gây dao động; - Giải bài toán dao động ô tô.