Luận án Tiến sĩ Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lốp đến tính dẫn hướng ô tô khách sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam

1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi dƣới hƣớng dẫn TS Đặng Việt Hà PGS.TS Cao Trọng Hiền Các số liệu, kết nghiên cứu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Ngƣời hƣớng dẫn khoa học TS Đặng Việt Hà PGS.TS Cao Trọng Hiền năm 2021 Nghiên cứu sinh Đinh Quang Vũ LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Trƣờng Ðại học Giao thông vận tải, Khoa khí, Bộ mơn Ơ tơ tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh thực luận án Trƣờng Ðại học Giao thông vận tải Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn tập thể thầy hƣớng dẫn TS Đặng Việt Hà PGS.TS Cao Trọng Hiền tận tình hƣớng dẫn việc định hƣớng nghiên cứu phƣơng pháp giải vấn đề cụ thể đặt để thực hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Thầy, Cô mơn Ơ tơ, khoa Cơ khí Trƣờng Ðại học Giao thông vận tải, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Thầy, Cô môn Ô tô Xe chuyên dụng – Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, phịng thí nghiệm Động lực học truyền động phƣơng tiện giới - Học viện Kỹ thuật Quân ủng hộ giúp đỡ để hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Cục Đăng kiểm Việt Nam, Trung tâm thử nghiệm xe giới bạn bè, đồng nghiệp ủng hộ, động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trình học tập nghiên cứu Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn đến chuyên gia ngành Động lực đóng góp ý kiến quý báu để luận án đƣợc hoàn thiện Cuối nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, ngƣời ln động viên, khuyến khích suốt thời gian tham gia nghiên cứu thực cơng trình Nghiên cứu sinh Đinh Quang Vũ MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 12 MỞ ĐẦU 17 Mục tiêu nghiên cứu 17 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 17 Phƣơng pháp nghiên cứu 18 Những kết ý nghĩa khoa học, thực tiễn luận án 18 Nội dung luận án 19 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 20 1.1 Tính dẫn hƣớng tơ 20 1.1.1 Khái niệm lăn lệch bánh xe đàn hồi 21 1.1.2 Tính quay vịng tô 24 1.1.3 Các yếu tố đánh giá tính dẫn hƣớng 27 1.2 Mơ hình động lực học nghiên cứu tính dẫn hƣớng tơ 28 1.2.1 Mơ hình phẳng khối lƣợng 29 1.2.2 Mơ hình khơng gian khối lƣợng 30 1.2.3 Mơ hình khơng gian khối lƣợng nghiên cứu tính dẫn hƣớng 32 1.3 Các nghiên cứu tính dẫn hƣớng ô tô nƣớc 33 1.3.1 Nghiên cứu nƣớc 33 1.3.2 Nghiên cứu nƣớc 35 1.4 Mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi, phƣơng pháp nghiên cứu ý nghĩa khoa học, thực tiễn 37 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 37 1.4.2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 37 1.4.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 37 1.4.4 Những kết ý nghĩa khoa học, thực tiễn luận án 38 1.4.5 Nội dung luận án 38 1.5 Kết luận chƣơng 39 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC NGHIÊN CỨU TÍNH DẪN HƢỚNG CỦA Ơ TƠ KHÁCH 40 2.1 Phân tích cấu trúc giả thiết lập mơ hình 40 2.1.1 Đối tƣợng nghiên cứu 40 2.1.2 Phân tích cấu trúc đối tƣợng 43 2.1.3 Các giả thiết xây dựng mơ hình 43 2.2 Xây dựng mơ hình động lực học 44 2.3 Hệ quy chiếu 46 2.4 Thiết lập hệ phƣơng trình tốn học 47 2.4.1 Trong mặt phẳng đƣờng xOy 47 2.5 Cấu trúc mơ hình động lực học tơ khách 65 2.6 Điều kiện đầu vào phƣơng trình vi phân 66 2.7 Kết luận chƣơng 67 CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT TÍNH DẪN HƢỚNG CỦA Ơ TƠ KHÁCH SẢN XUẤT LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM 68 3.1 Lựa chọn thông số để khảo sát 68 3.1.1 Tiêu chí đánh giá tính dẫn hƣớng 68 3.1.2 Các phƣơng án khảo sát 69 3.2 Điều kiện khảo sát 70 3.2.1 Quy luật đánh lái 70 3.2.2 Thuật toán giải hệ phƣơng trình vi phân phần mềm mơ số 71 3.3 Khảo sát ảnh hƣởng số thơng số đến tính dẫn hƣớng tơ 74 3.3.1 Khảo sát đặc tính lốp 74 3.3.3 Khảo sát ảnh hƣởng áp suất lốp đến gia tốc ngang 80 3.3.4 Khảo sát ảnh hƣởng áp suất lốp đến vận tốc góc quay thân xe 84 3.3.5 Khảo sát ảnh hƣởng áp suất lốp đến quỹ đạo chuyển động 88 3.4 Kết luận chƣơng 94 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 95 Thí nghiệm xác định thơng số đầu vào 95 Thí nghiệm tơ đƣờng bãi thử tính dẫn hƣớng 95 4.1 Thí nghiệm xác định thơng số đầu vào 95 4.1.1 Đo khối lƣợng ô tô 95 4.1.2 Đo tọa độ trọng tâm ô tô 98 4.1.3 Thí nghiệm đo tỷ số truyền hệ thống lái 101 4.1.4 Xác định số thông số kích thƣớc làm thơng số đầu vào cho tốn lý thuyết 102 4.1.5 Đo độ cứng ngang lốp 104 4.2 Thí nghiệm tơ đƣờng bãi thử tính dẫn hƣớng 114 4.2.1 Điều kiện thí nghiệm 114 4.2.2 Thiết bị thí nghiệm 115 4.2.3 Q trình thí nghiệm 120 4.2.4 Đánh giá kết đo kết luận 122 4.3 Kết luận chƣơng 127 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 130 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 131 PHỤ LỤC CÁC THAM SỐ ĐẦU VÀO CỦA MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC 136 PHỤ LỤC 2: TÍNH TỐN VÀ KIỂM BỀN ĐỒ GÁ 139 ĐO ĐỘ CỨNG NGANG CỦA LỐP 139 PHỤ LỤC GIẢI HỆ PHƢƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM MƠ PHỎNG 142 PHỤ LỤC QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM QUAY VÕNG VỚI GÓC QUAY VÀNH TAY LÁI VÀ VẬN TỐC DỌC KHÔNG ĐỔI 145 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM 148 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Thông số TT Áp suất khơng khí lốp trƣớc/ sau Áp suất khơng khí lốp Bán kính quay vịng ô tô tính đến trọng tâm xe trƣờng hợp lốp khơng biến dạng Bán kính quay vịng ô tô tính đến trọng tâm xe trƣờng hợp lốp biến dạng Ký hiệu Đơn vị Pw1/ Pw2 N/m2 Pw N/m2 R m Rb m Bán kính động lực học bánh xe rd m Mấp mô mặt đƣờng thứ ij, (i=1,2; j=T,P) hij m Chiều cao từ trọng tâm xe tới mặt đƣờng h1 m Chiều cao tâm quay tức thời cầu i, (i=1,2) hri m Chiều cao tâm khí động tác động vào xe hw m 10 Chiều dài sở xe L m 11 Đƣờng kính tự lốp D m 12 Chiều rộng tồn tô B m an, bn m hka m B1/ B2 m 16 Chuyển vị ngang cầu thứ i theo phƣơng ngang, (i=1,2) ycj m 17 Khoảng cách hệ thống treo cầu i, (i=1,2) 2wi m 18 Chuyển vị tâm cầu thứ i, (i=1,2) ξci m 13 Khoảng cách từ trọng tâm khối lƣợng đƣợc treo đến cầu trƣớc, sau 14 Khoảng cách từ trọng tâm xe đến trục nghiêng 15 Vết bánh xe trƣớc/ sau Chuyển vị theo trục x tâm vết tiếp xúc bánh xe thứ ij, (i=1,2; exij j=T,P) Chuyển vị điểm liên kết dƣới, hệ treo bánh xe thứ ij 20 ξDij, ξTij (i=1,2; j=T,P) Độ võng động (hành trình trả) hệ thống treo thứ ij (i=1,2; f dtij 21 j=T,P) 19 m m m Độ võng tĩnh (hành trình nén) hệ thống treo thứ ij (i=1,2; j=T,P) Chuyển vị thẳng đứng trọng tâm bánh xe thứ ij (i=1,2; 23 j=T,P) f dnij m ξij m 24 Chuyển vị thẳng đứng khối lƣợng đƣợc treo z m CT1, CT2 Nm/rad 26 Độ cứng ngang lốp Ky N/rad 27 Độ cứng hƣớng kính lốp thứ ij, (i=1, j=T,P) CLij N/m 28 Độ cứng hệ thống treo Cij 22 25 Độ cứng ổn định trƣớc sau 29 Gia tốc trọng tâm xe theo phƣơng x, y, z jx, jy, jz m/s2 30 Góc lăn lệch trung bình bánh xe cầu trƣớc, sau 1, 2 rad 31 Góc lăn lệch lực ngang tác dụng y rad 32 Góc lăn lệch góc vát bánh xe gây  rad βc1, βc2 rad  rad P,  rad  rad n, h rad 38 Góc lắc ngang thân xe (khối lƣợng đƣợc treo) k rad 39 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij, (i=1,2; j=T,P) Kij N/(m/s) 40 Hệ số cản giảm chấn hƣớng kính lốp thứ ij, (i=1,2; j=T,P) KLij N/(m/s) 33 Góc lắc ngang cầu trƣớc, sau 34 Góc quay trung bình bánh xe dẫn hƣớng 35 Góc quay bánh xe dẫn hƣớng cầu trƣớc bên phải, trái 36 Góc quay vành tay lái 37 Góc lắc dọc khối lƣợng đƣợc treo, không đƣợc treo 41 Hệ số trƣợt dọc bánh xe sij 42 Khối lƣợng tồn tơ ma kg 43 Khối lƣợng đƣợc treo ô tô mn kg mh1, mh2 kg 44 Khối lƣợng không đƣợc treo cầu trƣớc, sau 45 Khối lƣợng toàn phân bố lên bánh xe cầu trƣớc, sau m1, m2 kg 46 Lực dọc, ngang tác dụng lên xe ô tô Px, Py N 47 Lực quán tính ly tâm tác dụng theo phƣơng trục x, y xe Pjx, Pjy N 48 Lực cản khí động Fwx N 49 Lực đàn hồi lốp bánh xe thứ ij, (i=1, j=T,P) ZCLij N 50 Lực đàn hồi hệ thống treo thứ ij, (i=1, j=T,P) ZCij N 51 Lực cản giảm chấn lốp bánh xe thứ ij, (i=1, j=T,P) ZKLij N 52 Lực cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij, (i=1, j=T,P) ZKij N 53 Phản lực theo trục z bánh xe thứ ij, (i=1, j=T,P) ZLij N Yri N Y’ri N 56 Lực ngang bánh xe thứ ij, (i=1, j=T,P) Yij N 57 Lực dọc bánh xe thứ ij (i=1, j=T,P) X ij N 58 Phản lực dọc bánh xe thứ ij (i=1, j=T,P) X ij' N Lực liên kết ngang khối lƣợng không treo đƣợc treo tâm quay Ri (i=1,2) tác động từ cầu Lực liên kết ngang khối lƣợng không treo đƣợc treo 55 tâm quay Ri (i=1,2) tác động từ khối lƣợng đƣợc treo 54 Mx, My, Mz Nm Jx, Jy, Jz kgm2 JLij kgm2 Jc1, Jc2 kgm2 63 Mô men phanh đặt lên bánh xe thứ ij, (i=1,2; j=T,P) MPij Nm 64 Mô men chủ động đặt lên bánh xe thứ ij, (i=1,2; j=T,P) MKij Nm 65 Mô men lắc ngang ổn định cầu thứ i (i=1,2) MTi Nm 66 Mô men quay bánh xe thứ ij quanh trục y (i=1,2; j=T,P) Mij Nm 67 Phản lực bên tác dụng tâm bánh xe Yk N 59 Mô men quanh trục x, y, z tơ 60 Mơ men qn tính khối lƣợng đƣợc treo trục x, y, z 61 Mơ men qn tính bánh xe theo trục x (i=1,2; j=T,P) 62 Mơ men qn tính cầu trƣớc, cầu sau 10 68 Phản lực từ mặt đƣờng lên lốp trái, phải cầu trƣớc; Z1T, Z1P N 69 Phản lực từ mặt đƣờng lên lốp trái, phải cầu sau; Z2T, Z2P N 70 Tải trọng tĩnh lên bánh xe thứ ij, (i=1,2, j=T,P) ZTij N 71 Tỷ số truyền hệ thống lái Vận tốc góc quay theo phƣơng thẳng đứng bánh xe dẫn hƣớng i k rad/s 73 Vận tốc chuyển động dọc xe vx m/s 74 Vận tốc chuyển động ngang xe vy m/s vaxij, vayij m/s ωa rad/s 72 75 Vận tốc chuyển động bánh xe ij theo trục x, y (i=1, j=T,P) 76 Vận tốc góc quay thân xe 139 PHỤ LỤC 2: TÍNH TỐN VÀ KIỂM BỀN ĐỒ GÁ ĐO ĐỘ CỨNG NGANG CỦA LỐP + Tính chọn vật liệu Với mơi trƣờng làm việc khắc nghiệt với tải trọng lớn đòi hỏi độ bền cao Sau tính tốn thực nghiệm định đƣa vật liệu thép bon C45 với thông số độ bền bảng sau: Bảng PL2.1 Thành phần hóa học thép C45 Hàm lƣợng nguyên tố, % Mác thép Các bon Si líc mangan Phốt Lƣu huỳnh Crom Niken Không lớn C45 0,42-0,5 0,17- 0,5-0,8 0,04 0,04 0,25 0,25 0,37 Giới Độ dãn hạn Độ bền dài Mác chảy, kéo, sb tƣơng thép sch đối d5 kG/mm2 Độ thắt tƣơng đối y Độ dai va đập, kG m/cm2 Độ cứng sau thƣờng hóa (HB) Độ cứng sau ủ Ram cao (HB) % Không nhỏ C45 36 61 16 40 ≤ 229 ≤ 197 + Quá trình chia lƣới Để tính tốn đƣợc q trình chuyển vị hay độ bền dẻo cụm chi tiết trình chia lƣới vật thể khơng thể thiếu, để q trình tính tốn phần mềm rễ dàng phần tử chia phải có quy luật định nhƣ sau: 140 Hình PL2.1 Quá trình chia lưới đồ gá + Tính tốn đặt lực Với trình làm việc liên tục, lốp đƣợc gá đặt Ụ ta đặt Mơ men ngẫu lực Hình PL2.2 Các vị trí đặt lực lên đồ gá Để tránh chuyển vị mô nhƣ hoạt động băng tải thật ta đặt ngàm chặt then chữ L chữ Z (hình 43) - Với giả thiết với lực tác dụng max lên lốp xe (bằng tải trọng từ đường tác dụng lên lốp) ta có: - Mơ men tác dụng lên Ụ Với bán kính bánh xe R=0,3537 (m) 141  Vậy với thông số điều kiện nêu ta thu đƣợc kết sau: Hình PL2.3 Biểu đồ phân bố ứng suất - So sánh kiểm bền với ứng suất tới hạn vật liệu Giá trị tính tốn đƣợc độ bền là: So sánh với giá trị giới hạn bền thép C45 Bảng PL2.2 Giới hạn bền thép C45 Mác thép C45 Vậy: Tiêu chuẩn TCVN 1766 - 75 Độ bền đứt Độ bền đứt (Mpa) (Mpa) 610 360 Độ dãn dài tƣơng đối (%) 16 Độ cứng HRC 23 ) ta tính tốn đƣợc nhỏ giá trị cho phép 360 ứng với vật liệu thép C45 thỏa mãn đủ bền Kết luận đƣa đồ gá vào sử dụng an toàn 142 PHỤ LỤC GIẢI HỆ PHƢƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM MƠ PHỎNG - Khối đặc tính lốp (Một số khối chính) 143 - Khối tính dẫn hƣớng (Một số khối chính) 144 145 PHỤ LỤC QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM QUAY VÕNG VỚI GÓC QUAY VÀNH TAY LÁI VÀ VẬN TỐC DỌC KHƠNG ĐỔI Bảng PL4.1 Bảng quy trình thí nghiệm Bƣớc Nội dung thực thực hiện Chuẩn bị, khảo sát đƣờng thí nghiệm Đƣa xe vào vị trí xuất phát Ngƣời thực CB LX Thời Yêu cầu kỹ thuật gian 05ph Lắp đặt thiết bị đo: Lắp cảm biến V1 phía đầu cuối xe qua đồ gá, cảm biến V1 phải vng góc so với mặt đƣờng, chiều cao cho phép 52060mm Hiệu chỉnh vuông góc giọt nƣớc cảm biến V1 Lắp dây nguồn dây tín hiệu vào cảm biến V1 + Lắp cảm biến V1 + Nối nguồn ắc qui vào nguồn rung + Lắp đặt, kết nối máy tính với cảm biến V1 nguồn rung (hình 1.1) CB TL 20ph Hƣớng dẫn lái xe CB Nối ắc qui với nguồn rung theo cực tính Nối sơ đồ hƣớng dẫn Ở vận tốc không đổi khác nhau, lái xe giữ nguyên vành tay lái theo hiệu lệnh cán đo, giá trị góc quay tƣơng ứng 2400 (vận tốc 20 km/h), 2600 (vận tốc 30 km/h) Cảm biến vành tay lái ghi lại giá trị góc này, đồng thời cảm biến vận tốc V1, gửi thị giá trị vận tốc dọc ô tô lên hình máy tính LX + Lái xe cho xe chuyển động với góc quay vành tay lái khơng đổi, đồng thời giữ giá trị vận tốc theo yêu cầu cán đo Khu vực thí nghiệm đảm bảo bán kính quay vịng lớn (lớn 25 m), mặt đƣờng phẳng, nằm ngang, đồng (khô ướt), khơng có vật cản 02ph LX phải tn thủ động tác 146 Bƣớc Nội dung thực thực hiện thực cơng việc q trình đo Ngƣời thực Thời Yêu cầu kỹ thuật gian cán đo nêu LX Khởi động động máy tính Khởi CB động phần mềm LX Dewesoft X 03ph Đặt chế độ đo: + Đặt thuộc tính tệp tin liệu đƣợc ghi Nếu sử dụng ắc quy xe khởi động xe trƣớc khởi động máy tính Nếu nguồn ắc quy ngồi tuân thủ theo cán đo Lần 1: Góc quay vành tay lái 1800 vận tốc dọc ô tô v1= 10 km/h CB 02ph Lần 2: Góc quay vành tay lái 1800 vận tốc dọc ô tô v1= 20 km/h Lần 3: Góc quay vành tay lái 1800 vận tốc dọc ô tô v1= 30 km/h Tiến hành thí nghiệm: + Khởi hành tăng tốc xe + Khởi động chế độ sẵn sàng ghi liệu CB LX 10ph Chú ý: Các biểu an toàn + Khi xe đạt vận tốc định, lái xe quay vịng xe với góc quay vành tay lái khơng đổi Ghi kết thí nghiệm Khi xe đạt tốc độ 10; 20; 30 km/h, LX giữ cho xe quay vịng với góc quay vành tay lái khơng đổi kết thúc q trình đo CB LX 02ph CB báo hiệu cho lái xe tiếp tục đƣa xe vị trí xuất phát để đo tiếp kết thúc thí nghiệm 147 Bƣớc Nội dung thực thực hiện Ngƣời thực Kết thúc thí nghiệm CB + Tắt máy tính LX + Tắt động TL Thời Yêu cầu kỹ thuật gian 10ph Sau thoát khỏi chƣơng trình hoạt động đƣợc tắt máy tính Sau tắt máy tính tắt động Ghi chú: Các lần đo sau lặp lại bước 5,6, Đối với trƣờng hợp áp suất lốp trƣớc giảm ký hiệu lƣợt đo tƣơng tự thay Astc thành Asg Kết thu đƣợc sau tiến hành thí nghiệm giá trị góc quay vành tay lái, góc lệch hƣớng chuyển động thân xe, quỹ đạo chuyển động, góc xoay thân xe Để nhận đƣợc giá trị gia tốc ngang góc lệch bên cần xử lý số liệu thu đƣợc Các phần mềm xử lý số liệu kể đến nhƣ: Dasylab, Labview, Diadem, Dewesoft X, Excel, Trong thử nghiệm tác giả lựa chọn phần mềm Dewesoft X Excel để xử lý liệu 148 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM 149 150 151 152 153