- NGUYỄN THÀNH ĐƯỢC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH TẢI TRỌNG ĐỘNG THẲNG ĐỨNG CỦA BÁNH XE Ô TÔ TÁC ĐỘNG LÊN MẶT ĐƯỜNG QUA DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. - Bánh xe. - 2 1.2.2 Lốp xe. - Sơ lược về sự ra đời và phát triển của lốp xe. - Sơ lược cấu tạo của lốp xe. - Ký hiệu lốp xe. - Bán kính bánh xe. - Bán kính động lực học rd. - Độ êm dịu chuyển động. - Tần số dao động. - Gia tốc và vận tốc dao động. - Kết hợp các thông số: tần số, gia tốc và thời gian dao động. - An toàn động lực học. - Động lực học phương thẳng đứng. - Động lực học quay vòng. - Bánh xe không biến dạng. - Bánh xe đàn hồi. - Động lực học theo phương dọc. - Mô hình chuyển động của xe. - Phương trình động lực học. - Mô hình dao động 1/4. - Chọn cảm biến. - Thông tin cảm biến MPU-6050. - Hoạt động của MPU-6050. - Giao diện đồ thị gia tốc. - Trường hợp xe chạy trên đường bằng với vận tốc 20 km/h. - Trường hợp xe chạy trên đường bằng với vận tốc 30 km/h. - Trường hợp xe chạy với vận tốc 20 km/h qua mấp mô (5cm. - Trường hợp xe chạy với vận tốc 30 km/h qua mấp mô (5cm. - 59 vi DANH MỤC BẢNG BIỂU TT Tên bảng biểu 1 Bảng 1.1: Ký hiệu các thông số trên lốp xe 2 Bảng 2.1: Giá trị cho phép của gia tốc và vận tốc vii DANH MỤC HÌNH VẼ TT Tên hình vẽ 1 Hình 1.1: Bánh xe ô tô ngày nay 2 Hình 1.2: Bánh xe không có lốp 3 Hình 1.3: Lốp xe 4 Hình 1.4: Thông số cơ bản của lốp 5 Hình 1.5: Ảnh hưởng của mô men chủ động đến bán kính động lực học của bánh xe 6 Hình 1.6: Biến dạng tiếp tuyến của lốp xe khi chịu mô men xoắn 7 Hình 1.7: Ảnh hưởng của mô men chủ động đến bán kính lăn của bánh xe 8 Hình 1.8: Sự thay đổi giá trị bán kính lăn theo mô men xoắn tác dụng vào bánh xe 9 Hình 2.1: Giới hạn của gia tốc thẳng đứng theo ISO/DIN 2631 10 Hình 2.2: Lực tác động giữa bánh xe và mặt đường 11 Hình 2.3: Quay vòng hình học 12 Hình 2.4: Quan hệ giữa lực ngang và biến dạng ngang của lốp xe 13 Hình 2.5: Quay vòng xe khi lốp có biến dạng ngang 14 Hình 2.6: Mô hình quay vòng 1 dãy 15 Hình 2.7: Mô hình tách cấu trúc xe 16 Hình 2.8: Mô hình dao động ¼ 17 Hình 2.9: Tách khối lượng được treo và khối lượng không được treo viii 18 Hình 3.1: Cảm biến gia tốc MPU-6050 19 Hình 3.2: Hệ quy chiếu của cảm biến MPU-6050 20 Hình 3.3: Giá trị của tín hiệu từ cảm biến MPU-6050 khi chưa xử lý 21 Hình 3.4: Mạch Arduino UNO R3 23 Hình 3.5: Dây tín hiệu kết nối cảm biến MPU-6050 với Arduino 24 Hình 3.6: Giao diện phần mềm Arduino IDE 25 Hình 3.7: Giao diện phần mềm thu thập dữ liệu dao động trên máy tính 26 Hình 3.8: Sơ đồ mô hình hóa tín hiệu 27 Hình 3.9: Sơ đồ mô hình hóa bộ lọc Kalman 28 Hình 4.1: Giao diện của phần mềm trên máy tính 29 Hình 4.2: Kết nối 2 cảm biến MPU-6050 với Arduino 30 Hình 4.3: Gá đặt cảm biến lên xe 31 Hình 4.4: Xe chạy trên đường bằng 32 Hình 4.5: Xe chạy trên đường mấp mô 33 Hình 4.6: Đồ thị gia tốc thẳng đứng khi xe chạy với vận tốc 20 km/h 34 Hình 4.7: Đồ thị tải trọng động của xe tác động lên mặt đường khi chạy với vận tốc 20 km/h 35 Hình 4.8: Đồ thị gia tốc thẳng đứng khi xe chạy với vận tốc 30 km/h 36 Hình 4.9: Đồ thị tải trọng động của xe tác động lên mặt đường khi chạy với vận tốc 30 km/h 37 Hình 4.10: Đồ thị gia tốc thẳng đứng khi xe chạy với vận tốc 20 km/h qua mấp mô 38 Hình 4.11: Đồ thị tải trọng động của xe tác động lên mặt đường khi chạy với ix vận tốc 20 km/h qua mấp mô 39 Hình 4.12: Đồ thị gia tốc thẳng đứng khi xe chạy với vận tốc 30 km/h qua mấp mô 40 Hình 4.13: Đồ thị tải trọng động của xe tác động 1 Chương 1. - Ô tô khi chuyển động là một trong những tính chất rất quan trọng, nó được thể hiện qua đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quảng đường tăng tốc, vận tốc, gia tốc, khi chuyển động trong điều kiện mặt đường khác nhau hoặc do tác động điều kiện như tăng giảm ga, quay vòng khi phanh. - Tính chất động lực học của ô tô ảnh hưởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ im dịu và tính an toàn trong chuyển động. - Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện, vì các chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố ngẫu nhiên. - Ở trạng thái đứng yên ô tô tác dụng tải trọng lên mặt đường đó là tải trọng tĩnh. - Tuy nhiên trong quá trình chuyển động tải trọng này lại thay đổi bởi nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mặt đường, đặc tính của hệ thống treo. - Tải trọng này là yếu tố quan trọng mà giá trị của nó ảnh hưởng rất lớn đến khả năng truyền lực, khả năng phanh của xe và độ ổn định cũng như độ êm dịu chuyển động của xe, ngoài ra tải trọng động của bánh xe còn là dữ liệu đầu vào để xác định các thông số khác như hệ số trượt, hệ số bám… vì vậy việc đo được tải trọng động là rất cần thiết. - Tải trọng động của bánh xe tác động lên mặt đường theo nhiều phương khác nhau tuy 2 nhiên phương thẳng đứng là phương chính và là đối tượng ta xác định trong đề tài này. - Các tác nhân gây ra dao động thẳng đứng bao gồm các yếu tố chính như: các khối lượng của xe, bánh xe đàn hồi, hệ thống treo và mặt đường. - Dao động làm dịch chuyển thân xe theo chiều thẳng đứng, kèm theo là vận tốc và gia tốc theo chiều thẳng đứng. - Tại nơi tiếp xúc bánh xe với mặt đường, dao động của bánh xe làm thay đổi phản lực thẳng đứng giữa bánh xe và mặt đường Fz. - Nếu Fz giảm sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh) của bánh xe và ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dẫn hướng của xe. - Dao động của các khối lượng trên xe làm xuất hiện lực động ảnh hưởng đến các độ bền chi tiết của xe đồng thời ảnh hưởng đến không gian treo của xe. - Phản lực theo phương thẳng đứng được xác định thông qua mô hình dao động 1/4. - Bánh xe Bánh xe là phần tử liên kết thân xe với mặt đường. - Bánh xe có các nhiệm vụ sau. - Đỡ toàn bộ trọng lượng xe theo phương thẳng đứng - Giảm tác động từ mặt đường lên xe - Truyền lực dọc, lực ngang khi chuyển động thẳng, phanh và khi quay vòng - Kiểm soát hướng chuyển động của ô tô. - Khả năng chuyển động của ô tô phụ thuộc các lực thẳng đứng Fz, lực dọc Fx và lực ngang Fy, ta gọi là các lực tương tác bánh xe - mặt đường. - Để làm được những nhiệm vụ trên đây bánh xe vừa phải có độ cứng vững, độ bền cao lại vừa phải có tính năng đàn hồi. - 3 Bánh xe ngày nay có cấu tạo như hình 1.1 gồm có lốp (2), vành bánh xe (3), van không khí (4). - Bánh xe hình 1.1.a. - là bánh xe với lốp có săm (1). - Đây là loại bánh xe thông dụng trước đây, khi mà công nghệ làm kín chưa phát triển. - Ngày nay do có thể làm kín tốt người ta dần bỏ săm đi và bánh xe với lốp không săm có cấu tạo như hình 1.1.b. - Nghiên cứu tương tác giữa bánh xe và đường, người ta chia làm hai loại. - Bánh xe đàn hồi trên nền cứng - Bánh xe đàn hồi trên nền đường không có kết cấu bền vững Loại thứ nhất có ý nghĩa cho nghiên cứu ô tô trên đường giao thông, còn loại thứ hai có ý nghĩa cho xe quân sự, công trường, vùng mỏ, nông nghiệp. - Trong phạm vi giáo trình này chúng ta chỉ xét bánh xe đàn hồi trên nền cứng. - Khi nghiên cứu động lực học bánh xe có 3 vấn đề quan trọng đầu tiên cần được đề cập là cản lăn, bám và sự trượt của bánh xe. - a) b) Hình 1.1: Bánh xe ô tô ngày nay a) Bánh xe có săm. - b) Bánh xe không săm 1. - Vành bánh xe. - Van không khí 4 1.2.2 Lốp xe 1.2.2.1. - Sơ lược về sự ra đời và phát triển của lốp xe Lốp xe ngày nay là phần quan trọng nhất của bánh xe. - Hình 1.2: Bánh xe không có lốp Có lẽ loài người đã biết về cây cao su từ xa xưa, mủ của nó có tính đàn hồi rất cao nhưng nếu để tự nhiên thì khả năng sử dụng của nó cho cuộc sống con người còn rất hạn chế. - Sơ lược cấu tạo của lốp xe Lốp là một balông khí có cấu tạo như Phần tử cơ bản có ý nghĩa của lốp là các lớp mành. - Góc mành có vai trò quyết định đến thuộc tính của lốp. - Nếu góc mành bé, đặc tính ngang của lốp là tốt nhưng lốp lăn không được êm. - Ngược lại nếu lốp mành đan 900 có thể tạo ra đặc tính êm dịu khi chuyển động nhưng đặc tính ngang là không tốt. - Do hạn chế đó nên ngày nay phần lớn các lốp xe cao tốc có cấu trúc mành vuông góc 900. - Lớp đệm được đan bởi sợi đệm 200, nhiều 6 đệm chồng lên nhau và lệch nhau, xung quanh bao phủ cao su, tạo thành lớp đệm đàn hồi ngang, nhằm hỗ trợ khả năng đàn hồi ngang cho lốp hướng kính, tăng cường khả năng ổn định chuyển động. - Lớp ngoài cùng là bề mặt lốp là lớp cao su khi chuyển động sẽ tiếp xúc với mặt đường. - [8] Đối với lốp mành vuông góc, do chuyển động ngang của lốp so với đường giảm, nhiệt ng sinh ra trong lốp ít hơn 60% so với lốp mành chéo trong điều kiện Đối với lốp mành vuông góc, do chuyển động ngang của lốp so với đường giảm, nhiệt năng sinh ra trong lốp ít hơn 60% so với lốp mành chéo trong điều kiện tương tự nên tuổi thọ của lốp hướng kính tăng gấp 2 lần. - Ngược lại lốp mành chéo, áp suất nền thay đổi theo từng điểm trên bề mặt tiếp xúc, tạo ra các chuyển động tương đối của các phần tử cao su của bề mặt lốp. - Qua một số đặc điểm kết cấu ta dễ dàng thấy khả năng truyền lực của lốp là khác nhau, phụ thuộc cấu trúc, áp suất lốp và vì vậy chúng có đặc tính không giống nhau. - Tính chất truyền lực phụ thuộc hai thuộc tính là biến dạng của lốp (cấu trúc lốp) và tương tác lốp - đường (quan hệ tương tác). - Hình 1.3: Lốp xe
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt