Nghiên cứu mô hình xác định lực tác dụng trên vô lăng khi đánh lái

Bài viết Nghiên cứu mô hình xác định lực tác dụng trên vô lăng khi đánh lái tập trung vào việc thiết lập mô hình động lực học một dãy tuyến tính cho xe 3 cầu. Để đơn giản hóa bài toán, bánh xe đã được giả thiết là biến dạng trong vùng tuyến tính với góc đánh lái đủ nhỏ.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH XÁC ĐỊNH LỰC TÁC DỤNG TRÊN VÔ LĂNG KHI ĐÁNH LÁI Nguyễn Ngọc Linh1, Nguyễn Tuấn Anh1, Đặng Ngọc Duyên1, Bùi Đức Tiến1 Trường Đại học Thủy lợi, email: anhngtu@tlu.edu.vn TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Khi xe di chuyển đường, có nhiều tình ngẫu nhiên xảy mà khiến người lái phải thay đổi hướng chuyển động gặp phải chướng ngại vật, chuyển đường, quay vòng,… Nhờ vào hệ thống lái, ổn định hướng chuyển động tơ đảm bảo [1] Hệ thống lái ô tô hệ quan trọng, có liên kết chặt chẽ với bánh xe dẫn hướng Để thay đổi hướng chuyển động xe, người lái cần phải tác dụng mômen cần thiết lên vành tay lái Mômen cần thiết để thay đổi hướng chuyển động xe cần phải thắng tổng mômen cản quay vịng xe đánh lái Theo [2], mơmen cản quay vòng xe lớn xe quay vòng chỗ (vận tốc xe xấp xỉ khơng) Mơmen cản quay vịng bánh xe dẫn hướng M bao gồm thành phần: Mômen cản lăn (M1), mômen cản lực ngang (M2) mômen ổn định (M3) Mômen cản lăn bánh xe xác định dựa tải trọng tác dụng lên bánh xe: M1 = m1gfa (1) Khi xe quay vòng, lực ngang Fy xuất lốp xe Lực nằm cách tâm khoảng b, gây nên mơmen M2: M = Fy b (2) Thực tế, trụ quay đứng thường đặt nghiêng phương ngang () phương dọc () để đảm bảo tính dẫn hướng ổn định đánh lái Mômen ổn định góc đặt trụ quay đứng sinh hàm phụ thuộc vào giá trị này: M3 = f  δ, , γ  (3) Khi xác định mơmen cản quay vịng bánh xe dẫn hướng, lực tác dụng cần thiết vành tay lái dễ dàng tính thơng qua tỉ số truyền hệ thống lái M (4) F= Riη Trong đó: m1: khối lượng cầu dẫn hướng, kg; g: gia tốc trọng trường, m/s2; a, b: khoảng cách đặt lực, m; : góc đánh lái, rad; : góc kingpin, rad; : góc caster, rad; R : bán kính vành lái, m; i: tỉ số truyền hệ thống lái; : hiệu suất hệ thống lái THIẾT LẬP MƠ HÌNH Để tính tốn giá trị lực tác dụng cần thiết vành tay lái, bên cạnh thơng số có sẵn xe, giá trị lực ngang Fy cần phải xác định Với mục đích đơn giản hóa q trình mơ phỏng, mơ hình động lực học dãy tuyến tính mô tả chuyển động xe cầu đưa Hình Mơ hình xe cầu sử dụng báo bao gồm cầu chủ động (đồng thời cầu dẫn hướng) hai cầu bị động phía sau Hệ phương trình mơ tả chuyển động xe đưa bên dưới: 18 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0  Fx = Fx1cosδ - Fy1sinδ + Fx2 + Fx3 (5) KẾT QUẢ  Fy = Fx1sinδ + Fy1cosδ + Fy2 + Fy3 (6) Quá trình mơ thực trường hợp góc đánh lái đủ nhỏ (Hình 2), xe chuyển động ổn định vận tốc v = 40 (km/h) Độ cứng lốp thay đổi ứng với trường hợp cụ thể: TH1: Lốp mềm; TH2: Lốp cứng  Mz = a1Fx1sinδ + a1Fy1cosδ + a Fy2  a 3Fy3 (7) Giả thiết góc đánh lái  vô nhỏ, xe chuyển động với vận tốc ổn định, hệ phương trình thu gọn lại sau: & y Fx1 + Fx2 + Fx3 = m  v&x  ψv (8) & x Fy1 + Fy2 + Fy3 = m  v&y + ψv (9) & & a1Fy1 + a Fy2  a 3Fy3 = Iz ψ (10) Hình Góc đánh lái 3.1 Trường hợp lốp mềm Đồ thị Hình cho thấy thay đổi lực ngang bánh xe theo thời gian đánh lái tốc độ ổn định Giá trị Fy bánh xe dẫn hướng đạt lớn với 620 (N), sau giảm dần giữ ổn định Sự thay đổi giá trị lực ngang bánh xe cầu thứ hai cầu thứ ba hoàn toàn phù hợp với hướng chuyển động xe Hình Mơ hình dãy tuyến tính Với giả thiết góc đánh lái bánh xe đủ nhỏ, lốp xe coi biến dạng miền tuyến tính Khi đó, lực ngang Fy bánh xe đơn giản hóa dạng: Fyi = Cαi αi (11) Hình Lực ngang bánh xe Để xác định giá trị góc trượt bánh xe i, cần phải xác định góc hướng βi chúng α i = δi  βi (12) Trong đó:  v yi    v xi  βi = arctan  (13) Hình Lực đánh lái cần thiết 19 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2021 ISBN: 978-604-82-5957-0 Dựa cơng thức tính tốn lực tác động cần thiết vành lái thiết lập (4), giá trị trường hợp xe sử dụng lốp mềm thể đồ thị Hình Giá trị lớn lực cản quay vòng đạt 28.4 (N), sau có xu hướng giảm dần giữ ổn định góc lái khơng thay đổi 3.2 Trường hợp lốp cứng Đặc tính lốp có ảnh hưởng lớn tới trình đánh lái Trong báo này, đặc tính biến dạng đàn hồi lốp xe thể thơng qua độ cứng góc C lốp Đồ thị Hình giá trị lực ngang bánh xe trường hợp xe sử dụng lốp cứng Rõ ràng, lực ngang Fy bánh xe trường hợp lớn nhiều so với trường hợp xe sử dụng lốp mềm thơng thường Giá trị cực đại chúng lên tới 790 (N) vị trí bánh xe dẫn hướng Hình Lực ngang bánh xe Khi lực ngang tăng lên, mơmen cản quay vịng bánh xe thay đổi theo Do đó, lực cản lái vành tay lái lớn xe sử dụng lốp cứng để thay cho lốp mềm thông thường Dựa đồ thị Hình 6, giá trị cực đại mà người lái cần tác dụng lên vành tay lái Fmax = 32.5 (N), giá trị lớn khoảng 14.4% so với trường hợp nêu Do đó, dễ dàng nhận thấy độ cứng lốp có tác động tới q trình thay đổi hướng chuyển động xe, khiến lực ngang bánh xe tham gia chuyển động tăng lên, đồng thời lực cần thiết để làm quay bánh xe dẫn hướng tăng lên Hình Lực đánh lái cần thiết KẾT LUẬN Hệ thống lái có vai trị quan trọng việc đảm bảo ổn định hướng chuyển động ô tô Để xe thay đổi hướng, người lái phải tác dụng lực cần thiết lên vành tay lái cho đủ để thắng lực cản quay vòng bánh xe dẫn hướng Lực cản quay vòng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có ảnh hưởng lực ngang bánh xe Bài báo tập trung vào việc thiết lập mơ hình động lực học dãy tuyến tính cho xe cầu Để đơn giản hóa tốn, bánh xe giả thiết biến dạng vùng tuyến tính với góc đánh lái đủ nhỏ Kết nghiên cứu cho thấy xe sử dụng lốp có độ cứng lớn hơn, giá trị lực ngang lực đánh lái tăng lên tương ứng so với trường hợp sử dụng lốp mềm thông thường Trong thời gian tới, cần tiến hành thực nghiệm để đánh giá hiệu mơ hình cách xác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] N K Trai, N T Hoan, H H Hải, P H Hường, N V Chưởng, T M Hoàng 2020 Kết cấu ô tô Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội [2] V V Hường, N T Dũng, D N Khánh, Đ H Phúc 2014 Động lực học ô tô Nhà xuất Giáo Dục Việt Nam 20 ... vùng tuyến tính với góc đánh lái đủ nhỏ Kết nghiên cứu cho thấy xe sử dụng lốp có độ cứng lớn hơn, giá trị lực ngang lực đánh lái tăng lên tương ứng so với trường hợp sử dụng lốp mềm thông thường... biến dạng miền tuyến tính Khi đó, lực ngang Fy bánh xe đơn giản hóa dạng: Fyi = Cαi αi (11) Hình Lực ngang bánh xe Để xác định giá trị góc trượt bánh xe i, cần phải xác định góc hướng βi chúng... đổi theo Do đó, lực cản lái vành tay lái lớn xe sử dụng lốp cứng để thay cho lốp mềm thông thường Dựa đồ thị Hình 6, giá trị cực đại mà người lái cần tác dụng lên vành tay lái Fmax = 32.5 (N), giá