Mô phỏng quỹ đạo huyển động ủa ôtô bốn bánh xe dẫn hướng

Trang 9 CÁC KÝ HIỆU DÙNG CHUNG CHO LUẬN VĂN Kí hiệu Ý nghĩa tên gọi Đơn vị a Khoảng cách từ tâm cầu trước đến trọng tâm m b Khoảng cách từ tâm cầu sau đến trọng tâm m B Chiều rộng cơ sở

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

và chưa hề được sử dụng để bảo một học vị nào

- Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Mục lục………

Bảng kê ký hiệu đại lượng ………

Bảng kê các ký hiệu hình vẽ ………

LỜI MỞ ĐẦU……… 1

Chương 1 Tổng quan……… 3

1 Tai nạn giao thông và tính điều khiển ôtô……… 3

1.1 Tai nạn giao thông……… 3

1.2 Vấn đề điều khiển hướng chuyển động của ôtô……… 6

2 Nội dung và mục tiêu nghiên cứu của đề tài……… 8

2.1 Mục tiêu……… 8

2.2 Nội dung……… 8

2.3 Phạm vi nghiên cứu……… 9

2.4 Phương pháp nghiên cứu……… 9

Chương 2 Mô hình toán học và mô hình mô phỏng trong môi trường matlab – simulink 11 1 Mô hình toán học thể hiện quan hệ động lực học của ôtô………… 11

1.1 Mô hình phẳng ….……… 11

1.1.1 Lực Fi……… 13

1.1.5 Lực ly tâm Pj……… 15

1.2 Sự nghiêng thân xe và tải trọng thẳng đứng……… 16

1.3 Mô hình hệ thống lái bốn bánh xe dẫn hướng………

1.3.1 Các trạng thái quay vòng của ô tô:………

23 24 1.3.2 Mối quan hệ giữa các bánh xe dẫn hướng……… 26

1.4 Mô hình bánh xe……… 28

1.4.1 Các chế độ làm việc của bánh xe………

1.4.2 Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe ôtô………

28 28 1.4.3 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị động……… 30

1.4.4 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động……… 31

2 Mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô trong matlab – simulink

2.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng SIMULINK……… 40

2.2 Mô phỏng chuyển động của ô tô………

2.2.1 Mô phỏng chuyển động khối thân xe……… 42

2.2.2 Hệ thống lái bốn bánh xe dẫn hướng (4WS)……… 46

2.2.3 Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe……… 47

2.2.4 Góc lệch bên α i của bánh xe……… 48

2.2.5 Bánh xe……… 49

Chương 3 Mô phỏng một số trường hợp chuyển động điển hình…… 52

3.1 Trường hợp không có tác động của góc quay vành lái (β = 0 ), không có tác động của gió bên……… 52

3.2 Trường hợp xe chuyển động thẳng chịu tác động của gió bên……… 53

3.3 Trường hợp xe chuyển làn……… 55

3.3.1 Khi xe chuyển động với vận tốc v = 5m/s……… 58

Tài liệu tham khảo ……… 66

Phụ lục 1………

Phụ lục 2………

Phụ lục 3………

Phụ lục 4………

Hình 2-3 Lực ly tâm và sự thay đổi phản lực thẳng đứng……… 19

Hình 2-4 Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa hai cầu trước và sau…… 20

Hình 2-5 Sơ đồ cân bằng lực ngang……… 21

Hình 2-6a: Lực và mômen ở cầu sau……… 21

Hình 2-6b: Lực và mômen ở cầu trước……… 21

Hình 2-7 Trường hợp xe quay vòng đủ………

Hình 2-8 Trường hợp xe quay vòng thiếu………

Hình 2-9 Trường hợp xe quay vòng thừa………

24 25 25 Hình 2-10 Quỹ đạo chuyển động của xe với hệ thống lái 4WS và 2WS… 26 Hình 2-11 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe ô tô……… 29

Hình 2-12 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe bị động……… 30

Hình 2-13 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động………… 32

Hình 2-14 Đồ thị đặc tính lốp thể hiện mối quan hệ giữa lực dọc Fi, tải trọng Zi, ………

Hình 2-15 Đồ thị đặc tính lốp thể hiện mối quan hệ giữa lực dọc Fi, góc lệch bên ………

33 Hình 2-16 Đồ thị đặc tính lốp thể hiện mối quan hệ giữa lực bên Si, tải trọng Zi và góc lệch bên α i ………

Hình 2-17 Đồ thị đặc tính lốp thể hiện mối quan hệ giữa lực bên Si, độ trượ si và góc lệch bên αi………

34 Hình 2-18 Mô hình tính góc lệch bên………

Hình 2-19 Mối quan hệ giữa hệ trục tọa độ thân xe và hệ trục tọa độ mặt đường………

36

Hình 2-23 Vận tốc, gia tốc dọc của ôtô……… 44

Hình 2-25 Góc xoay thân xe, vận tốc và gia tốc góc xoay thân xe……… 46 Hình 2-26 Sơ đồ mô phỏng quy luật của góc quay bánh xe dẫn hướng… Hình 2-27 Sơ đồ mô phỏng sự phân bố tải trọng thẳng đứng lên các bánh xe………

47

48

Hình 2-28 Sơ đồ mô phỏng góc lệch bên bánh xe……… 49 Hình 2-29 Sơ đồ mô phỏng khối bánh xe……… 50 Hình 2-30 Sơ đồ mô phỏng ứng xử của ô tô……… 51 Hình 3-1 Kết quả mô phỏng trong trường hợp không có tác động của góc quay vành lái và gió bên………

CÁC KÝ HIỆU DÙNG CHUNG CHO LUẬN VĂN

ht Chiều cao trọng tâm phần không được treo cầu trước m

hs Chiều cao trọng tâm phần không được cầu treo sau m

Jz Mô men quán tính ô tô quanh trục thẳng đứng kg.m2

MỞ Đ ẦU

Nước ta với ền kinh tế ới ội nhập n m h và phát triển, số ư l ợng ôtô nhập

khẩu, sản ất trong nước ày àngxu ng c nhiều đặc ệt là xe con, xe du lịch bi

Tính đến tháng 7 năm 2008 cả ước n có khoảng 120.000 xe ô tô, b n ê

cạnh đ ngành ó công nghiệp ản xuất s ôtô đang phát triển ất ạnh ẽ Số r m m

lượng ôtô tăng nhanh dẫn đến m lật độ ưu th ng tr n đường ngày càng ô ê

lớn Chất lượng đường bộ ngày càng được nâng cao, các ôtô được thiết

k v côế ới ng suất ớn, tốc độ cao đòi ỏi phải l h có tính ổn định chuyển động cao nhằm mục đích nâng cao tính an toàn chuyển động

Việc nghi n cứu quỹ đạo chuyển độngê và tính ổn định ướng chuyển h

động có ý nghĩa lớn trong việc nghi n cứu nhằm nâê ng cao tính ổn ịnh đchuyển động ủa ôtô c

V ới mong muốn góp phần nâng cao chất lượng nghi n c , giê ứu ảng ạy, d

h t c ọc ập ở ác trường Đại ọc, Cao đẳng h và trung t m nghi n cứu chuy n â ê ê

ngành, trung tâm đào tạo lái xe…, đề t ài : “Mô phỏng ỹ đqu ạo chuyển

động của ôt ô 4 bánh xe dẫn hướng” được thực hiện

Để nghiên cứu quĩ đạo chuyển động của ô tô ta có thể sử dụng các phương pháp khác nhau như:

- Dùng thực nghiệm trên các bãi lớn (polygôn)

- Dùng mô tả toán học

- Dùng mô hình đồng dạng trên sa bàn

Việc mô tả bằng toán học có nhiều thuận lợi vì qua nó có thể đánh giá độc lập các yếu tố, để tối ưu hoá về mặt kết cấu Các kết quả tính toán đều phải qua thực nghiệm, trên cơ sở đó đánh giá tính đúng đắn của mô hình khảo sát

Đề t ài ã chọn phương pháđ p khảo át mô hình toán học với sự trợ s giúp của phần mềm mô phỏng matlab simulink

Dưới ự ướng dẫn ủa TS Hồ ữu ải s h c H H và c ác thầy trong bộ môn, Viện Đào t ạo sau đại ọc h và c b ác ạn đồng nghiệp khác đề ài đ được t ã thực hiện ại ộ t b mô Ôtô và n xe máy chuy n dụng Viện ơ kh động lựcê - c í Trường ĐHBK Hà Nội Tác giả xin ch n thành ảm â c ơn sự ướng d h ẫn

cũng như ự đóng óp kiến qu s g ý ý b b áu để ản luận ăn được hoàn thành, v

r ất mong tiếp ục nhận được ự óp , bổ sung để luận ăn được hoàn t s g ý vthiện hơn

T ác giả

Lê Ngọc Trung

Ch ương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

1 Tai nạn giao thông và tính đ iều khiển ôtô

1.1 Tai nạn giao thông

Tai nạn giao thông (TNGT) đã có từ rất lâu trong lịch sử dưới nhiều hình thức khác nhau Tuy nhiên, hiện tại vẫn chưa có một định nghĩa thật chính xác có thể lột tả hết những đặc tính của nó Về cơ bản tai nạn giao thông có những đặc tính như:

- Xét về lỗi, chỉ có thể là lỗi vô ý hoặc là không có lỗi, không thể là lỗi cố ý

Năm 1896, tại Anh chiếc ô tô chạy thử sau khi xuất xưởng đã cán chết

2 người Và 3 năm sau, ở Mỹ mới lại có một người chết do ô tô gây nên,

từ đó những cái chết do phương tiện giao thông gây nên ngày một nhiều

Và ngày nay, TNGT đã trở nên phức tạp, đa dạng hơn rất nhiều, có thể là tai nạn ô tô, xe 2 bánh, tàu hỏa hay máy bay Nó đang là một hiểm họa không chỉ cho riêng một quốc gia nào mà là của cả thế giới, tuy nhiên TNGT vẫn tập trung chủ yếu ở các nước đang phát triển và các nước kém phát triển, đặc biệt là các quốc gia ở châu Á như: Trung Quốc, Ấn

Độ Việt Nam, , Thái Lan

Trên phạm vi toàn cầu, TNGT là một trong những nguyên nhân gây tử vong nhiều nhất cho người trưởng thành (trung bình làm chết trên dưới 1 triệu và bị thương hàng chục triệu người mỗi năm) chỉ tính riêng trong năm 2002, tai nạn giao thông trên thế giới đã làm cho 1,2 triệu người thiệt mạng và 50 triệu người bị thương Hàng năm, số vụ tai nạn giao thông lại tăng thêm 10% (con số này ở các nước nghèo và đang phát triển cao hơn tỉ lệ ở các nước công nghiệp phát triển)

Bảng 1 Số người chết vì TNGT trên 1 triệu người dân (năm 1996)

Anh Mỹ Đức Ý Pháp Việt Nam Tây Ban Nha Nhật Bản

Phổ biến nhất hiện nay ở phần lớn các quốc gia là tai nạn giao thông đường bộ, loại tai nạn này thường xảy ra đối với ô tô và xe gắn máy 2 bánh Ngoài ra còn có các loại TNGT khác như TNGT đường sắt, TNGT đường thuỷ TNGT đường hàng không,

Tai nạn giao thông đã trở thành v l c ấn đề ớn ủa quốc gia, Tổ chức Y tế Thế giới đã kêu gọi Việt Nam có biện pháp ệu quả đểhi giảm thiểu tổn thất nhân mạng trong các vụ tai nạn giao thông hiện đã trở thành một đại dịch vấn đề nghiêm trọng quốc gia Bản tin của AFP trích thuật số liệu của Ủy ban An toàn Giao thông Quốc gia cho biết Việt Nam có tỉ lệ các

vụ tử vong vì tai nạn giao thông cao nhất thế giới với bình quân 33 trường hợp tử vong mỗi ngày, trong số hơn 12,300 nạn nhân của các vụ

tai nạn giao thông trong năm 2007 Giám đốc Văn phòng Tổ chức Y tế Thế giới tại Việt Nam, ông Hans Troedsson, phát biểu tại buổi khai mạc Tuần lễ An toàn Giao thông Đường bộ Toàn cầu của Liên Hiệp Quốc rằng tai nạn giao thông ở Việt Nam đã lên tới tỉ lệ của một đại dịch Phải nói thêm rằng an toàn trên đường bộ không chỉ là vấn đề về sức khỏe mà còn là vấn đề kinh tế xã hội, ông đã trích dẫn thống kê của Ngân hàng Thế giới cho thấy hàng năm Việt Nam thiệt hại khoảng 850 triệu đô la vì các vụ tai nạn giao thông Việc không tuân thủ luật lệ giao thông và lái

xe quá tốc độ, vượt ẩu, quay vòng ngoặt thường xuyên xảy ra trên khắp đất nước Trong các vụ tai nạn giao thông gây nhiều tổn thất về người và tài sản chủ yếu là do ôtô

Tai ạn giao th ng n ô có thể do nhiều nguy n nh n: Như do yếu ốê â t môi trường, do người lái, do các h ệ thống của ôtô…

Y t ếu ố người ái chịu t l ác động ủa thức xã hội, trình c ý độ k thuật l ỹ ái

xe và trạng thái tâm sinh lý c ủa người đ ều khiển Yếu t n i ố ày thường

được c cả ộngđồng chăm lo th ng qua thể chế phápô lý, gi d xã h … áo ục ội

Y t mô ếu ố i trường gồm đường xá, thời tiết, m i trường xung ôquanh….v phà ụ uth ộc và đời sống kinh tế xã hội c o ủaquốc gia Khi đ ềui

kiện c s v ơ ở ật chất ạ ầng h t phát triển ì yth ếu t nố ày có hai mặt: Cho phép

nâng cao năng suất ận ải, nhưng lại ạo đ ều kiện gia tăng tai nạn giao v t t i thông Để ạn chế h các tai nạn giao thông trong trường h n ợp ày phải nâng cao chất lượng ỹ thuật k xe

Trong đó tính ổn định ướng ủa h c ôtô là y t ếu ố ảnh ưởng ớn đến quỹ h l

đạo chuyển ộng của đ xe, nguy n nh n chínhê â gây ra các vụ tai nạn giao thông

1.2 V i ấn đề đ ều khiển ướng h chuyển động ủa c ôtô

V i ấn đề đ ều khiển ướng chuyển động ủa h c ôtô có liên quan trực tiếp

đến qu ạo chuyển ộng, kh n ng chuyển ộng ổn ịnh và ỹ đ đ ả ă đ đ an toàn ủa côtô

S ự chuyển động ủa c ô tô trên đường đòi ỏi người ái phải luô h l n lu n ô

t ập trung quan sát và i đ ều chỉnh óc quay vành lái Khi n ng cao tốc độ g â chuyển động cần thiết phải đảm b mảo ối tương quan giữa quỹ đạo chuyển động và g quay vành áióc l Nếu ưng ời l sái ơ sẩy mất tập trung

d ẫn đến m ất quỹ đạo chuyển động có thể gây ra tai nạn Trong thực ế t khi xe chuyển động ới ận ốc v v t cao, vào đường vòng, gặp chướng ngại

v ật hoặc phanh gấp ẫn đến d bó l bết ánh xe làm ất khả ăng đ ều khiển m n i

hướng chuyển động hoặc chịu gia tốc ướng m lớn ẫn đến hiện ượng h tâ d t

trượt bên có thể gây lật xe

Ổn định ướng liê h n quan đến nhiều ếu ố như do ốp, do hệ thống lái, y t l

h ệ thống phanh… Theo thống kê có khoảng 50% các tai nạn giao th ng ô

là êli n quan đến ốp xe: do nổ ốp, lốp non, kết ấu ốp… Lốp non ẫn l l c l d

đến hiện t ợng ư quay vòng kh ng chính ác ô x gây mất n ịnh h ớng ổ đ ư

Vì v ậy việc mô phỏng quỹ đạo chuyển động ủa ôtô ốn ánh xe dẫn c b b

hướng khi quay vòng là v ấn đề được nhiều đề ài nghi n cứu ả trong t ê c

nước và quốc ế t

Ở Việt Nam, vấn n đề ày ã được nhiều à đ nh khoa học quan t m c â ở ác

mức độ khác nhau

N m ă 2001, tác giả: Đàm Hoàng Phúc đ nghi n cứu quỹ đạo ã ê và x ác

định hành lang quét nhằm x ác ịnh qu ạo chuyển ộng của ôtô con khi đ ỹ đ đchuyển động tr ên đường v c v tới ác ận ốc ác kh nhau Về ơ c bản t đề ài ã đ

mô phỏng được quỹ đạo chuyển động ủa xe con hai bánh ẫn ướng c d h

v c v t ới ác ận ốc khác nhau, ới ác óc đánh ái khác nhau khi quay vòng v c g l

chịu t dác ụng ủa ực ly t m v ực c l â à l bên, nhưng chưa x đến ét trường ợp h

b bốn ánh ẫn ướng d h và ảnh ưởng ủa h c góc lệch bên bánh xe ẫn hướngd Nguyễn Quang Hưng n m 2007 ã ă đ nghi n cứu mô ê phỏng hệ thống lái

b bá ốn nh xe dẫn ướng ùng cho h d ôtô con ác giả đã đã nghiên cứu xác T lập quan hệ góc quay dẫn hướng bánh xe cầu sau theo góc quay cầu trước và vận tốc chuyển động của ô tô tổng hợp bộ điều khiển hướng , bánh xe cầu sau trên cơ sở lô gíc mờ bằng công cụ fuzzy control toolbox của Matlab, xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống iều khiển bánh xe đcầu sau dẫn hướng và mô phỏng hệ thống một số trường hợp làm việc điển hình bằng công cụ Matlab simulink Luận v- ăn đã mô phỏng chuyển động của ô tô con bốn bánh xe dẫn hướng trong m s ột ố trường ợp l h àmviệc i hđ ển ình

Tuy nhiên luận văn đã sử dụng giả thiết bánh xe không biến dạng bên khi tính góc quay giới hạn của các bánh xe dẫn hướng (hay bỏ qua góc

lệch bên bánh xe) Đề ài t m ới chỉ ập trung nghi n cứu t ê mô phỏng quá trình làm việc ủa ệ c h thống lái, chưa x y dựng ácâ c mô hình ính to t án động lực học của ôtô

T ác giả: Nguyễn ũ Tiến Linh năm 2007 đ V ã nghi n cứuê mô phỏng

quỹ đ ạo chuyển động ủa ôtô v h c ới ệ thống ABS+ASR K ếtquả đề t ài ã đ

l ấy ra được ác th ng số động ực ọc ủa c ô l h c ôtô V c b ã ề ơ ản đ khảo át s

được độ trượt khi có t ác động của h ệ thống phanh ABS v ASR Tuy à nhi n ê khi x y dâ ựng c c mô hác ác ình toán ọc t h đề ài chưa xét đến ảnh

hưởng ủa gi c ó bên, chưa m ả được quỹ đạo chuyển động củaô t ôtô trong

c ác trường ợp àm việc khi c ác động ủa ệ thống lái h l ó t c h 4W S

Phần ớn l các đề ài đều nghi n cứu ựa tr n các giả thiết đơn giản ho t ê d ê á

để đưa quá trình chuyển ộng của xe v chuyển ộng đơn giản ẫnđ ề đ , d ến đ

k ết quả nghi n cứu òn nhiều ạn chế ới mong muốn óp phầnê c h V g nâng cao chất lượng nghi n cứu, khảo át c h ê s ủa ệ thống đem lại c kác ết quả

tương đối chính ác ắn liền với thực ế Đề ài: “M phỏng quỹ đạo x g t t ô chuyển động ủa ô tô bốn b c ánh xe dẫn hướng” được thực ện v m hi ới ục

đích: Là c sở cho các ề tài nghiên cứu tiếp theo ể hoàn thiện các hệ ơ đ đthống của ôtô nhằm nâng cao tính năng ổn ịnh ớng chuyển đ hư động của ôtô

2 M êuục ti , nội dung, phạm vi và phương pháp nghiên cứu c ủa đề

t ài

2.1 Mục êu: ti

- Khảo sát ứng ử ủa x c ôtô khi có kích động ừ ành ái t v l

- Khảo s át quỹ đạo chuyển động ủa c ôtô v h ới ệ thống lái 4 bánh xe

d hẫn ướng và 2 bánh xe dẫn ướng h

- X s ét ự ảnh ưởng ủa ận ốc ới ự ổn định ướng chuyển động h c v t t s h

c ôtôủa Từ đ ìm ra vận ốc nguy hiểm đối ớió t t v ôtô

- Xây dựng mô hình mô phỏng quỹ đạo chuyển động ủa c ôtô b ốn

bánh xe dẫn ướng trong môi trường matlab – h simulink

- Khảo s m s át ột ố trường ợp àm việc đ ển ình ủa h l i h c ôtô v b ới ốn

bánh ẫn ướng d h (4WS) v so sánh ới trường ợpà v h ôtô hai bánh

d hẫn ướng (2WS)

Với nội dung nghiên cứu trên đề t ài đượctrình ầy b trong 4 ch ng: ươ

- Chương 1 Tổng quan về vấn đềnghi n c ê ứu

- Chương 2 Mô hình toán ọc và mô h h ình mô phỏng trong m i ô

K ết quả ủa đề ài c t có thể làm c s ơ ởcho các nghi n cứu tiếp ê theo về ổn

định h ớng chuyển ộng c a ôtô à t ư đ ủ , l m ài liệu giảng dậy cho các tr ờng ư

Đại học và Cao ẳng, trung tâm đào tạo ngh … đ ề

2.3 Ph ạm vi nghi n cứuê

Do hạn chế ề ặt thời gian v kinh ph v m à í nên đề ài ới chỉ ừng ại ở t m d l

việc nghiên cứu mô ỏng lý ph thuy quết ỹ đ ạo chuyển động c ô tô ủa

2.4 Phương pháp nghi n cứuê

Thiết ập ình toán ọc thích ợp từ đó y dựng ình

phỏng và mô ỏng lý ph thuyết tr n máy ê tính quỹ đ ạo chuyển động của ô

tô b bốn ánh xe dẫn ướng h

Chương 2 Mô hình toán học và mô hình mô phỏng

trong môi trường matlab – simulink

1. Mô hình to học án thể ện quan hệ động lực học của ôtô hi

Lực cản không khí xét theo phương dọc trục xe là Pw và theo phương ngang là N

Tại trọng tâm ôtô (T) có lực quán tính Fa, và lực li tâm Pj Khi thân xe quay vòng, xuất hiện mô men quán tính xung quanh trục Tz và có giá trị là Jzε

Góc quay của các bánh xe dẫn hướng là βi , kích thước chiều rộng của vết lốp của hai cầu là B

1.1.1 Lực Fi

Lực Fi là phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động, được đặt tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, khi xe chuyển động lực kéo tiếp tuyến tại các bánh xe chủ động đóng vai trò lực dọc Đối với bánh xe chủ động dẫn hướng thì lực dọc được đặt tại tâm của vết tiếp xúc giữa bánh xe và đường, có phương nằm trên đường tâm bánh xe Khi phanh, lực phanh tại các bánh xe đóng vai trò là lực dọc

Lực kéo xuất hiện khi có mô men xoắn truyền từ động cơ qua các cơ cấu trung gian đến bánh xe chủ động, nhờ có sự tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường nên tại vùng tiếp xúc này sẽ phát sinh lực kéo tiếp tuyến hương theo chiều chuyển động

k

t c o p h e k

k

i i i i M r

- io : tỷ số truyền của truyền lực chính

- ic : tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng

- η t: hiệu suất của hệ thống truyền lực

(2-0)

Đối với bánh xe cầu trước: Pft = f.Gt = f.m b/L [1].g.

Đối với bánh xe cầu sau: Pst = f.Gs= f.m a/L [1].g

Với f là hệ số cản lăn của bánh xe :

Gt, Gs: trọng lượng phân ra cầu trước và cầu sau [N]

Hệ số cản lăn được xác định theo công thức:

)

1500 1

(

2

v f

(2-1)

lốp với đường, bánh xe bị lệch đi một góc so với mặt phẳng quay của bánh

xe, góc này được gọi là góc lệch bên αi của bánh xe

Trong trường hợp góc lệch bên nhỏ, khi đó quan hệ giữa lực bên Sivà góc lệch bên của bánh xe α i là quan hệ tuyến tính:

1.1.4 Lực cản không khí

Khi ô tô chuyển động áp suất không khí bao quanh bề mặt ngoài của xe thay đổi, làm xuất hiện các dòng xoáy khí ở phần sau của ô tô, dòng khí xoáy này gây ra sự chênh áp phía trước và sau ô tô, gây ra lực ma sát giữa dòng khí với vỏ xe và tác dụng lực theo ác phương khác nhau lên ô tôc như: lực nâng, lực cản chuyển động của ô tô Lực cản này ta gọi là lực cản gió và được phân thành hai thành phần theo hai phương vuông góc:

- Lực theo phương dọc: Pω(lực cản không khí), giá trị tương đối được xác định bằng biểu thức sau:

P =ω K S vo2 [1]

Trong đó:

– K hệ số cản không khí, phụ thuộc vào dạng khí động học của ô tô và

chất lượng bề mặt phụ thuộc vào mật độ không khí, , [Ns2/m4]

S – diện tích cản chính diện của ô tô, là diện tích hình chiếu trong mặt

phẳng vuông góc với trục dọc của ô tô, [m2]

vo - vận tốc tương đối giữa ô tô và không khí, [m/s]

(2-2)

- Lực theo phương ngang: N (lực gió bên), xuất hiện khi có gió bên hoặc khi xe chuyển động trên đường vòng Giá trị của lực gió bên là không theo quy luật để thuận tiện trong việc mô phỏng, luận văn giả định lực, gió bên là theo một số quy luật xác định và có điểm đặt tại trọng tâm xe.

1.1.5 Lực ly tâm Pj

Lực ly tâm xuất hiện khi ô tô chuyển động theo quy đạo cong Lực ly

tâm qui ước đặt tại trọng tâm ô tô và được tính theo công thức:

R

v m R

v g

G y m

Pj

2 2

Từ biểu thức ta thấy khi ô tô chuyển động ở vận tốc cao ở trên đường

vòng, lực ly tâm sẽ tăng lên sinh ra lực ngang lớn tại vị trí tiếp xúc của các bánh xe với mặt đường, nếu lực ly tâm cứ tiếp tục tăng đến quá giới hạn bám ngang của bánh xe với mặt đường sẽ gây ra hiện tượng trượt ngang hoàn toàn làm mất ổn định hoặc tính dẫn hướng của ô tô

Các phương trình chuyển động của ôtô

−

− +

i

i i

f i

i i

f i

i i

x dt

x

x

v v dt P P S

S S

S F

m

x

P P S

S S

S F

m

x

P P S

S S

S F

4 3 3 2 2 1 1 4

1

4 4 3 3 2 2 1 1 4

1

4 4 3 3 2 2 1 1 4

1

) sin

sin sin

sin cos

( 1

) sin

sin sin

sin cos

( 1

sin sin

sin sin

cos

ω ω ω

β β

β β

β

β β

β β

β

β β

β β

β

Tịnh tiến theo trục ngang ôtô:

(2-5) (2-4)

(2-6)

− +

i i

i

i i

F F

F S

m

y

N F

F F

F S

4 3 3 2 2 1 1 4

1

4 4 3 3 2 2 1 1 4

1

) sin

sin sin

sin cos

(

1

sin sin

sin sin

cos

β β

β β

β

β β

β β

β

Quay thân xe quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm T:

2 ) cos cos

( 2 ) cos cos

(

2 ) sin sin

( 2 ) sin sin

( ) cos cos

(

) cos cos

( ) sin sin

( ) sin sin

(

4 4 3 3 2

2 1

1

4 4 3 3 2

2 1 1 4

4 3

3

2 2 1 1 4

4 3 3 2

2 1 1

B F

F B F

F

B S

S

B S

S b S

S

a S

S b F

F a F

F

Jz

β β

β β

β β

β β

β β

β β

β β

β β

+

−

− +

+ +

+ +

+

−

− +

+ +

+ +

=

⇒

o

o z

dt

dt

B F

F

B F

F

B S

S

B S

S b S

S

a S

S b F

F a F

β β

β

β β

β β

β β

β β

β β

β β

( 2 ) cos cos

(

2 ) sin sin

( 2 ) sin sin

( ) cos cos

(

) cos cos

( ) sin sin

( ) sin sin

((

1

4 4 3 3 2

2 1

1

4 4 3 3 2

2 1 1 4

4 3

3

2 2 1 1 4

4 3 3 2

2 1 1

Trong đó:

vo : là vận tốc ban đầu [m/s]

xo: là tọa độ ban đầu [m]

yo: là độ lệch bên ban đầu [m]

ε o: là góc quay thân xe ban đầu [rad]

Dấu của các đại ượng F l i và Si khi viết phương trình được lấy theo chiều

của trục toạ độ đã chọn

D c ấu ủa đại ượng l β i được qui ước như sau: Khi các ánh xe dẫn b hướng

c c ủa ầu sau quay cùng chiều ác ánh ẫn ướng của ầu trước dấu (+), uay c b d h c q

ngược chiều với các bánh xe của cầu trước dấu (-)

1.2 Sự nghiêng thân xe và tải trọng thẳng đứng

(2-9)

(2-10) (2-7)

(2-8)

Trong khi chuyển động th n xe c thể ị â ó b nghi ng một góc ê ψ n ào đó, nguyên nhân có thể là do xe chuyển động tr ên mặt đường nghi ng, ê do tác

dụng gi ó bên hoặc khi quay vòng chịu tác dụng của lực ly tâm Sự nghi ng ê

thân xe có thể gây ảnh ưởng tới ổn định hướng chuyển động của ôtô, đặc h

biệt là khi xe chuyển động v v tới ận ốc cao mà góc nghiêng lớn r có ất thể ẽ s

b lị ật Mặt khác ự nghi ng th n xe sẽ ẫn đến ự ph n bố ại ải trọng tr n s ê â d s â l t êcùng một cầu và phản lực t dác ụng lên các ánh xe c b ũng s ẽ khác nhau

Chính ậy luận ăn đã đưa ra m ình kh ng gian để nghi n cứu ự ảnh

hưởng ủa óc nghi ng th n xe đến ự thay đổi ải trọng thẳng đứng ác ụng c g ê â s t t d

Hình 2-2 Sự nghiêng thân xe quanh trục nghiêng dọc

Ta sử dụng mô hình (2-2) với các giả thiết sau:

- Thân xe (hay phần treo) đặt trên bệ treo đàn ồi h và nghi ng xung quanh ê

'(

hC

C

hNym

o s

Cψt,Cψs: là độ cứng chống nghiêng của cầu xe trước và sau [N/rad]

m’o :khối ượng phần được treo kg] l [

(2-11)

S ự thay đổi ải trọng thẳng đứng t và c ác phản ực l bên tác ụng n các d lê

bánh xe được ính theo sơ đồ kh ng gian (hình 6) t ô

Hình 2-3 Lực ly tâm và sự thay đổi phản lực thẳng đứng

Gia tốc theo ph ng dươ ọc thân xe  x s gâẽ y ra sự ph n bố ại ải trọng tr n â l t ê

hai cầu trước và sau là: ∆ Z

l

hmx

Z o '



=

∆ (2-12)

a y

mg y

Hình 2-4 Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa hai cầu trước và sau

M ặt khác ải trọng tĩnh t d t ác ụng n các ánh trước và sau được tính lê b như

sau:

L

a g m Z

L

b g m Z

T s

T t

.

;

Z

ZZZ

T s s

T t t

∆

−

=

∆+

Gia tốc hương tâm y gây ra sự phân bố lại tải trọng thẳng đứng giữa các

bánh xe trên cùng một cầu, phương trình cân bằng lực được viết như sau:

m : khối lượngphần được treo

Phương trình cân bằng mômen đối với cầu trước và sau:

(2-13) (2-14)

(2-15) (2-16)

(2-17)

L

l N y m S S

t

).

( ' 0 ' ' '

2 1

−

= +

L

l N y m S

' '

4 3

−

= +

= 

s

t l

l , : là khoảng cách từ trọng tâ m tới m cầu tâ trước và cầu sau Để thuận tiện

cho việc mô phỏng trong matlab ta coi: lt = a; ls= b

Hình 2-5 Sơ đồ cân bằng lực ngang

Hình 2-6a: Lực và mômen ở cầu sau Hình 2-6b: Lực và mômen ở cầu trước

Phương trình cân bằng mômen đối v tâới m nghi ng ngang cê ủa cầu trước (Oc1)

và c ầu sau (Oc2) :

2

S)(

2

t ) Z

-

(Z

2 1

t 2

(2-20)

( ) 0

2

S)(

2

t ) Z

-

(Z

4 3

s 4

Zs −

=

∆

Pt, Ps : chiều cao tâm nghiêng ngang Oc1, Oc2 t ới mặt đường [m]

ts, tt : chiều rộng vết tiếp xúc của hai cầu sau và trước, để thuận tiện

cho tính toán ta lấy bằng chiều rộng cơ sở xe (B) [m]

mt, ms : khối lượng phần không được treo cầu trước và cầu sau [kg]

ht, hs : chiều cao từ trọng phần khối lượng không được treo cầu trước và cầu sau tới mặt đường [m]

Như ậy khi xe chuyển động ới óc quay bánh xe dẫn ướng v v g h βti>0

hoặc chuyển động trên đường nghiêng ngang thì tải trọng thẳng đứng t ác

dụng n các ánh xe như sau: lê b

) )

.(.(t1

)

.(2

S)(

2

t ) Z

-

(Z

t

t 2 1

t 2 1

yhmpL

lNymC

Z

yhmpL

lNymF

F

t t t s o

t t

t t t s o

c c

.(.(t1

)

(2

S)(

2

t ) Z

- (Z

s

' ' s 4 3

s 4

yhmpL

lNymC

Z

yhmpSSF

F

s s s t o

s s

s s s c

=

∆

⇒

−+

s T

s T

t T

t T

ZZZ

Z

ZZZ

Z

ZZZ

Z

ZZZ

Z

∆+

∆+

=

∆

−

∆+

=

)(

)(

)(

)(

4 4

1 3

2 2

1 1

Trong đó:

Z1: tải trọng phân bố lên bánh trước trái [N]

Z2: tải trọng phân bố lên bánh trước phải [N]

Z3: tải trọng phân bố lên bánh sau trái [N]

Z4: tải trọng phân bố lên bánh sau phải [N]

1.3 Mô hình hệ thống lái bốn bánh xe dẫn hướng

Hệ thống lái là một cơ cấu an toàn của ô tô, dùng để điều khiển hướng chuyển động của ô tô được thực hiện từ trên buồng lái tới các bánh xe dẫn hướng Là một trong những cụm tổng thành chính, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển ô tô trên đường Hệ thống lái ô tô thực hiện điều khiển hướng chuyển động của ô tô bằng cách quay cầu xe hoặc hoặc quay các bánh

xe dẫn hướng đi một góc nào đó quanh trụ đứng

Trước đây hệ thống lái thường gồm 2 bánh xe dẫn hướng, đa số ác xe tải c lớn và xe chuyên dụng sử dụng 4 hoặc tất cả các bánh dẫn hướng nhằm mục đích tăng khả năng quay vòng ngoặt của ô tô Thời gian qua trên xe con và du lịch thường chỉ có 2 bánh xe dẫn hướng gần đây khi tốc độ chuyển động, của

ô tô ngày càng cao khi đó các hãng xe trên thế giới bắt đầu nghiên cứu ứngdụng hệ thống lái 4 bánh xe dẫn hướng dùng trên xe con nhằm mục đích tăng khả năng quay vòng ngoặt đồng thời tăng tính ổn định chuyển động của ô tô ở

t ốc độ cao

Để có thể tăng tính ổn định chuyển động ở tốc độ cao và khả năng quay vòng ngoặt ở tốc độ thấp, á c gi trị ác góc quay này phụ thuộc vào thông số k ết

(2-26) (2-27) (2-28) (2-29)

c ấu và trạng thái hoạt động của ô tô, (vận ốc t và gia tốc chuyển động của ô tô,góc quay và vận tốc góc quay vành lái … ) Quan hệ tối ưu giữa các góc quay dẫn hướng các bánh xe sau theo những trạng thái của ô tô kể trên rất phức tạp Hiện nay trên ô tô có sử dụng nhiều loại hệ thống lái 4 bánh xe dẫn hướng khác nhau như hệ thống lái hoàn toàn cơ khí, hệ thống lái kết hợp điện - điện

tử …, các hệ thống này thực hiện quay các bánh xe dẫn hướng sau theo quan

hệ được đơn giản hóa theo góc quay vành tay lái (góc quay dẫn hướng của các bánh xe cầu trước) theo tốc độ chuyển động của ô tô

1.3.1 Các trạng thái quay vòng của ô tô:

Đối với hệ thống lái 2WS khi xe quay vòng thường xảy ra một trong các trạng thái quay vòng sau :