- 5 LỜI NÓI ĐẦU Chương 1 TỔNG QUAN Sự trượt và lật của ô tô Tổng quan về động lực ô tô Mục tiêu đề tài Nội dung của luận văn Chương 2 LẬP MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ Phân tích cấu trúc động lực học ô tô Phương trình chuyển động tổng quát Phương pháp xác định lực tương tác bánh xe Chương 3 MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÕNG Các phương trình mặt phẳng đứng Phương trình mặt phẳng cạnh Lập trình mô hình Các thông số khảo sát và phương án khảo sát Chương 4 KẾT QUẢ, ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN Khi xe quay vòng không phanh Khi xe quay vòng và phanh Khi xe quay vòng và phanh ở các vận tốc khác nhau KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. - Động lực học bánh xe khi phanh Hình 1.3. - Động lực học bánh xe khi tăng tốc Hình 1.4. - Lực tương tác bánh xe phụ thuộc hệ số trượt Hình 1.5.Sơ đồ điều khiển ô tô Hình 1.6. - Quan hệ động lực học ô tô: j Hình 2.1. - Cấu trúc mô hình động lực học ô tô Hình 2.2 Mô đun động lực học mặt phẳng nền&mô đun bánh xe Hình 2.3. - Mô đun hệ thống treo và động lực học ngang cầu Hình 2.5 Mô hình chuyển động ô tô Hình 2.6 Cấu trúc lốp Hình 2.7 Định nghĩa hệ tạo độ và lực bánh xe Hình 2.8 Định nghĩa hệ tọa độ và lực bánh xe theo SAE Hình 2.9 Đặc tính lực Fx(s) tham số Hình 2.10 Đặc tính lực bên Fy(s) tham số Hình 3.1 Mô hình động lực học trong mặt phẳng chiếu đứng Hình 3.2 Mô hình động lực học trong mặt phẳng chiếu bằng Hình 3.3 Mô hình động lực học cầu trước Hình 3.3 Mô hình động lực học cầu sau Hình 4.1.1 Đồ thị góc đánh lái tại bánh xe dẫn hướng Hình 4.1.2 Đồ thị trọng tâm của xe khi quay vòng Hình 4.1.3 Đồ thị vận tốc dọc xe khi quay vòng Hình 4.1.4 Đồ thị vận tốc ngang xe khi quay vòng Hình 4.1.5 Đồ thị gia tốc ngang xe khi quay vòng Hình 4.1.6 Đồ thị gia tốc dọc xe khi quay vòng Hình 4.1.7 Đồ thị hiệu góc trượt bên phải Hình 4.1.8 Đồ thị hiệu góc trượt bên trái Hình 4.1.9 Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe Hình 4.1.10 Đồ thị vận tốc và gia tốc góc xoay thân xe Hình 4.1.11 Đồ thị góc hướng vận tốc thân xe Hình 4.1.12 Đồ thị lực ngang và lực quán tính trước trái Hình 4.1.13 Đồ thị lực ngang và lực quán tính trước phải Hình 4.1.14 Đồ thị lực ngang và lực quán tính sau trái Hình 4.1.15 Đồ thị lực ngang và lực quán tính sau phải Hình 4.1.16 Đồ thị lực ngang và lực quán tính cầu sau Hình 4.1.17 Đồ thị lực ngang và lực quán tính cầu trước Hình 4.2.1 Đồ thị góc đánh lái tại bánh xe dẫn hướng Hình 4.2.2 Đồ thị góc đánh lái tại bánh xe dẫn hướng Hình 4.2.3 Đồ thị trọng tâm của xe khi quay vòng Hình 4.2.4 Đồ thị vận tốc dọc xe khi quay vòng Hình 4.2.5 Đồ thị vận tốc ngang xe khi quay vòng Hình 4.2.6 Đồ thị gia tốc ngang xe khi quay vòng Hình 4.2.7 Đồ thị hiệu góc trượt bên phải Hình 4.2.8 Đồ thị hiệu góc trượt bên trái Hình 4.2.9 Đồ thị vận tốc và gia tốc góc xoay thân xe Hình 4.2.10 Đồ thị góc hướng vận tốc thân xe Hình 4.2.11 Đồ thị lực ngang và lực quán tính trước trái Hình 4.2.12 Đồ thị lực ngang và lực quán tính trước phải Hình 4.2.13 Đồ thị lực ngang và lực quán tính sau trái Hình 4.2.14 Đồ thị lực ngang và lực quán tính sau phải Hình 4.2.15 Đồ thị lực ngang và lực quán tính cầu trước Hình 4.2.15 Đồ thị lực ngang và lực quán tính cầu sau Hình 4.3.1 Đồ thị góc đánh lái tại bánh xe dẫn hướng Hình 4.3.2 Đồ thị vận tốc dọc xe khi quay vòng Hình 4.3.3 Đồ thị vận tốc ngang xe khi quay vòng Hình 4.3.4 Đồ thị hiệu góc trượt bên phải Hình 4.3.5 Đồ thị hiệu góc trượt bên trái Hình 4.3.6 Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe Hình 4.3.7 Đồ thị vận tốc và gia tốc góc xoay thân xe Hình 4.3.8 Đồ thị góc hướng vận tốc thân xe Hình 4.3.9 Đồ thị lực ngang và lực quán tính trước trái Hình 4.3.10 Đồ thị lực ngang và lực quán tính trước phải Hình 4.3.11 Đồ thị lực ngang và lực quán tính sau trái Hình 4.3.12 Đồ thị lực ngang và lực quán tính sau phải Hình 4.3.13 Đồ thị lực ngang và lực quán tính cầu trước Hình 4.3.14 Đồ thị lực ngang và lực quán tính cầu sau DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. - ZFN : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe. - 1ZFN : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước. - 2ZFN : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau 7. - 1RZFN :Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước dãy phải. - 1LZFN : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước dãy trái. - 2RZFN : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau dãy phải. - 2LZFN : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau dãy trái. - ZtFN : Tải trọng tĩnh của bánh xe. - 1,ZtFN : Tải trọng tĩnh bánh xe phía trước. - 2,ZtFN : Tải trọng tĩnh bánh xe phía sau. - ZdFN : Tải trọng động bánh xe. - 1,ZdFN : Tải trọng động bánh xe phía trước. - 2,ZdFN : Tải trọng động bánh xe phía sau. - CLFN : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe. - 1CLFN : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước. - 2CLFN : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau. - 1RClFN : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dãy phải. - 1LClFN : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dãy trái. - 2RClFN : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dãy phải. - 2LClFN : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dãy trái. - Trượt/ lật ngang là quá trình giới hạn vật lý của động lực học ô tô. - thực chất là mô hình động lực quay vòng, (ii) mô hình động lực học lật. - Với các tác động đó của lái xe, sẽ xuất hiện các gia tốc ngang và gia tốc dọc cũng như gia tốc góc trục đứng, làm thay đổi phản lực từ đường lên bánh xe phương thẳng đứng. - Chuyển động của ô tô phụ thuộc các lực và mô men tương tác bánh xe yj,,xj zjF F M.Các lực tương tác này có bản chất truyền lực theo nguyên lý “khớp-đàn hồi-ma sát”. - Từ kết luận ở (iii) ta thấy mô hình nghiên cứu về trượt là mô hình động lực học ô tô. - 1.2 Tổng quan về động lực ô tô Mô hình động lực học ô tô là mô hình có thể mô tả 3 quá trình quay vô lăng, tăng tốc và phanh ô tô. - 15 Tăng tốc là một quá trình truyền lực giống quá trình phanh ôtô, chỉ khác mô men cấp cho bánh xe là mô men dương, là quá trình tính từ khi người lái phát hiện thấy có nhu cầu tăng vận tốc đến một giá trị xác định theo yêu cầu của người lái. - Ngày nay hệ truyền lực ô tô còn là cơ cấu tích hợp điều khiển ổn định EPS, ACC và ô tô tự động GCC.Động cơ đốt trong tạo ra mô men tại bánh đà, truyền qua hộp số, các đăng, cầu xe và đến bánh xe. - Động lực học bánh xe khi tăng tốc 17 Hình 1.3 là sơ đồ động lực học bánh xe khi tăng tốc. - còn hình 1.2 là bánh xe phanh. - Phương trình mô tả chuyển động của bánh xe trong các ô tô cơ điện tử là như nhau: ij ij ij ij ij 0ij ij ijij Aij ij. - ma sát giữa bánh xe với mặt đường. - Ma sát giữa bánh xe với mặt đường đặc trưng bằng hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. - Ma sát giữa guốc phanh, má phanh và trống phanh làm giảm tốc độ quay của bánh xe. - Ma sát giữa bánh xe và mặt đường làm giảm tốc độ chuyển động của ôtô. - Bản chất truyền lực giữa bánh xe và đường là. - Khi phanh/tăng tốc, lái xe đạp phanh/ga, tạo ra mô men cho bánh xe BijM/AijM. - Hình (1.2;1.3) các thông số động lực học của bánh xe khi phanh và tăng tốc. - hình (1.4) là đặc tính lốp. - Lực tương tác bánh xe phụ thuộc hệ số trượt Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng truyền lực bánh xe đàn hồi. - Động lực học bánh xe: cường độ phanh, tốc độ tăng mômen khi phanh. - Điều này dẫn đến sự trượt bánh xe. - Người ta thường biểu diễn lực tương tác bánh xe theo hệ số bám,xy và phản lựcZF: X Z xFF (1.1) Y Z yFF (1.2) Như vậy các lực tương tác khi phanh phụ thuộc hai yếu tố: +ZF: thông số này phụ thuộc động lực học phương thẳng đứng, phụ thuộc các yếu tố như mấp mô mặt đường, đường nghiêng, gió, lực quán tính ly tâm khi tăng tốc, khi phanh, quay vô lăng. - Điều này gây mất ổn định và mất khả năng điều khiển do lực phanh hai phía khác nhau và bánh xe không có khả năng truyền lực.Hệ truyền lực hiện đại có ba vi sai, có thể là vi sai có điều khiển nhờ mô men cấp cũng khác nhau, vì vậy bánh xe có thể trượt lết khi phanh. - Có biện pháp kết cấu nâng cao hiệu quả truyền lực bánh xe thông qua ABS+TCS . - Hình 1.5.Sơ đồ điều khiển ô tô Nhìn vào hình 1.5 chúng ta thấy lái xe có ba tác động: Ga để thay đổi mômen của động cơ (MA), phanh để tạo ra mô mem phanh (MB) và quay vô lăng δ. - Dưới điều kiện ngoại cảnh như gió, đường nghiêng, lực quán tính, có thể làm thay đổi phản lực Fz lên các bánh xe và từ đó làm thay đổi các lực phương dọc và phương ngang tại các bánh xe, khi đó ô tô sẽ chuyển động với vận tốc dọcx, vận tốc ngang y, vận tốc góc quay thân xe. - Quan hệ động lực học ô tô: j = 1,2,3,4 Các yếu tố ảnh hưởng: 1. - (ii) Lý thuyết lập mô hình động lực học. - Thân xe liên kết với 4 bánh xe. - động lực học bánh xe như một mô hình con. - Động lực học của ô tô được mô tả trong hệ cố định G(OXYZ). - Trong sơ đồ hình 2.1 là cấu trúc hệ động lực học ô tô. - (i) Mô đun chính “XY” là mô hình động lực học ô tô trong mặt phẳng nền XOY, mô tả chuyển động tịnh tiến phương x, phương ngang y và chuyển động quay thân xe. - (ii) Mô đun “mô hình lốp” xác định lực/mô men tương tác bánh xe yj,,xj zjF F M. - Thông số đầu vào cho mô hình lốp là hệ số trượt dọc và hệ số lệch bên bánh xe. - Để xác định các hệ số trượt dọc ta cần mô đun động lực học “bánh xe” với thông số ra là vận tốc góc. - Các thông số động học bánh xe 25 “vận tốc dọc, vận tốc ngang ww,jjxy” được xác định qua ma trận xoay giữa hai hệ tọa độ cố định và cục bộ. - Cấu trúc mô hình động lực học ô tô (iii) Mô đun bánh xe “R” mô tả động lực học (quay) của bánh xe trong mặt phẳng thẳng đứng. - Trong mô đun bánh xe “lốp” có thông số vào zjF, vì vậy ta cần thiết lập mô hình động lực học phương thẳng đứng z. - Mô đun xác định phản lực Fz Hình 2.2 Mô đun động lực học mặt phẳng nền&mô đun bánh xe 27 Hình 2.4. - Mô đun hệ thống treo và động lực học ngang cầu 2.2 Phương trình chuyển động tổng quát Các thông số của mô hình được biểu diễn trong hình 2.2: G (XYZ) là hệ toạ độ cố định. - 28 Hình 2.5 Mô hình chuyển động ô tô Phương trình chuyển động viết trong hệ vật B: BBGFBGGBBGBB B BB G B BF R GR (m a )mam v m v. - 31 2.3 Phương pháp xác định lực tương tác bánh xe Cần nhấn mạnh là khả năng chuyển động của ô tô (như tăng tốc, khả năng phanh, khả năng ổn định quỹ đạo) phụ thuộc hoàn toàn vào các lực Fx, Fy, Fz. - Xác định các lực tương tác bánh xe là một công việc khó khăn, phức tạp và khó có kết quả mong muốn. - Có ba phương pháp xác định lực tương tác bánh xe là i) Phương pháp vật lý, ii) Phương pháp thực nghiêm, iii) Phương pháp hỗn hợp. - Phương pháp này phức tạp mà không phù hợp cho nghiên cứu động lực học ô tô. - Trong phạm vi luận văn này chúng ta chỉ xét bánh xe đàn hồi tương tác trên nền cứng. - Có thể hiểu sự truyền lực bánh xe - đường là một quá trình hợp giữa truyền lực khớp (kiểu bánh răng) giữa các mấp mô tế vi của đường 32 với các biến dạng tế vi của lốp và mặt khác là quá trình truyền lực ma sát Culông. - Mô hình lốp (thuần) vật lý là dạng mô hình được mô tả bằng hệ phương trình vi phân chuyển động (của các phần tử trong lốp). - Với lý do trên, mô hình vật lý không thể hiện liên kết với mô hình động lực học ô tô. - Mô hình lốp (thuần) số có một khó khăn là khó chuyển đổi cho các loại lốp khác nhau (không có tính tổng quát). - Đến nay mô hình dùng trong nghiên cứu động lực học là mô hình hỗn hợp. - Mô hình lốp Dugoff [10]. - Để nghiên cứu động lực học ô tô, dù là mô hình nào ta cũng phải xác định các lực tương tác bánh xe dưới dạng ij ij ijyij ij yij1,2. - (2.27) 34 Trong đó ijxF là lực tiếp tuyến (tăng tốc hoặc phanh);yijF là lực ngang bánh xe;zijF là phản lực thẳng đứng phương z và các hệ số truyền lực dọc và ngang (ijx yij. - Hệ số bám ,xy được xác định theo Hàm Ammon (2.28), các lực bánh xe xác đinh theo (2.29 và w22w(1. - (2.30) Hệ số trượt dọc và góc lệch bánh xe khi phanh. - (2.31) Hệ số trượt dọc và góc lệch bánh xe khi tăng tốc. - (2.32) Bánh xe đàn hồi là phần tử chính liên kết lốp-đường. - Để hiểu 35 được thuộc tính của bánh xe đàn hồi ta coi chuyển động của ô tô trong các phương dọc, ngang và thẳng đứng là độc lập. - Hình 2.6 Cấu trúc lốp Tọa độ vết tiếp xúc bánh xe và các lực tương tác lốp-đường Để nghiên cứu đặc tính bánh xe ta định nghĩa hệ tọa độ cục bộ như hình (2.7). - Góc nghiêng mặt phẳng bánh xe (Camber) là góc hợp giữa mặt phẳng bánh xe với mặt phẳng chứa trục xz. - góc lệch bên bánh xe α là góc hợp giữa trục bánh xe x và trục vận tốc v. - Lực Fx là lực tiếp tuyển nằm trên trục x, nếu Fx>0 xe tăng tốc, nếu Fx40 thì quỹ đạo của xe có xu hướng không thể quay vòng theo hướng nữa mà bị trượt ngang theo quán tính của xe (đường màu đỏ) Hình 4.1.3 Đồ thị vận tốc dọc xe khi quay vòng 48 Hình 4.1.4 Đồ thị vận tốc ngang xe khi quay vòng Nhận xét: khi quay vòng với góc tại bánh xe nhỏ thì vận tốc dọc vxvà ngang vy chuyển động ổn định với độ giảm của vận tốc dọc và độ tăng của vận tốc ngang tương đương, tức là vận tốc thực của xe khi quay vòng không thay đổi nhiều. - Điều này có thể do khi góc lái lớn thì xe có xu hướng bị ảnh hưởng của quán tính, dẫn đến bánh xe bị trượt. - 4.1.3 Kết quả gia tốc 49 Hình 4.1.6 Đồ thị gia tốc dọc xe khi quay vòng Hình 4.1.5 Đồ thị gia tốc ngang xe khi quay vòng 50 Nhận xét: Xu hướng xe bị trượt ngang khi chuyển động được thể hiện rõ ràng trên các đồ thị gia tốc của xe. - Trên hình 4.1.5 là đồ thị gia tốc ngang xe. - Điều này là do gia tốc ngang xe được chiếu trên hệ tọa độ cố định.Và góc lái càng lớn thì độ giảm càng lớn.Khi góc lái lớn thì bánh xe có xu hướng trượt. - 4.1.4 Kết quả hướng chuyển động Hình 4.1.7 Đồ thị hiệu góc trượt bên phải α1-α3(deg) 51 Hình 4.1.8 Đồ thị hiệu góc trượt bên trái Hình 4.1.9 Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe α2- α4(deg) 52 Nhận xét: Dựa vào đồ thị góc xoay thân xe (Hình 4.1.9) tác giả nhận thấy, Thì xe quay vòng thừa. - Đối với các góc đánh lái nhỏ thì tốc độ góc xoay thân xe có hình dạng gần giống với đường góc đánh lái tại bánh xe dẫn hướng. - 53 Hình 4.1.10 Đồ thị vận tốc và gia tốc góc xoay thân xe Nhận xét: Khi quay vòng phải 0& 0. - Để đánh giá trạng thái chuyển động đầy đủ của xe, tác giả căn cứ vào đồ thị kết hợp vận tốc và gia tốc góc xoay thân xe khi quay vòng (hình 4.1.10) Trên đồ thị này tác giả quy ước đường liên là các đường vận tốc góc xoay, còn đường nét đứt là các đường gia tốc góc xoay thân xe
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt