Để có thể vận hành, khai thác tốt hơn đồn xe trong cơng tác vận tải ở nước ta, đề tài “ Xây dựng chương trình mô phỏng quỹ đạo chuyển động của đoàn xe kéo bán rơmoóc khi chuyển động trên
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
An toàn giao thông với đoàn xe
Theo thống kê của Ủy ban An toàn Giao thông Cao tốc Mỹ năm 2004, có 42.636 người thiệt mạng trong tổng số 6.181.000 vụ tai nạn giao thông, trong đó 2.788.000 người bị thương và nhiều tài sản bị phá hủy Chi phí cho các vụ tai nạn giao thông tại Mỹ ước tính lên tới 230,6 tỷ đô la vào năm 2002 Tai nạn xảy ra với nhiều loại phương tiện, bao gồm 815.000 vụ lật xe liên quan đến xe tải, trong đó có 9.400 vụ tai nạn liên quan đến đoàn xe bán rơmoóc.
Tai nạn giao thông xảy ra với đoàn xe có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng, bao gồm phá hủy các công trình giao thông, thiệt hại lớn về hàng hóa và đặc biệt là nguy cơ gây tai nạn nghiêm trọng cho các phương tiện khác tham gia giao thông Một trong những nguyên nhân chính dẫn đến tai nạn giao thông với đoàn xe là sự cố mất ổn định chuyển động, điều này đòi hỏi sự quan tâm và giải pháp kịp thời để đảm bảo an toàn giao thông.
Hiện tượng mất ổn định chuyển động của ô tô và đoàn xe có thể xảy ra do sự thay đổi ngẫu nhiên của mặt đường, đặc biệt trong quá trình phanh hoặc tránh chướng ngại vật Các dạng mất ổn định chủ yếu bao gồm: mất ổn định do xoay thân đoàn xe, lắc ngang có thể dẫn đến lật ngang, và hiện tượng bẻ gãy thân đoàn xe.
Hiện tượng trượt xe có thể xảy ra trên mọi loại xe khi quay vòng quá mức hoặc không đủ, dẫn đến sự sai khác về lực giữa các bánh xe trên đầu kéo và rơmoóc, gây ra tình trạng xoay không mong muốn Để khắc phục hiện tượng này, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm nâng cao độ ổn định của xe, phát hiện và kiểm soát khả năng mất ổn định, từ đó giảm thiểu tai nạn giao thông Một trong những giải pháp hiệu quả là chương trình điều khiển ổn định điện tử ESP (Electronic Stability Program), giúp duy trì sự ổn định trong quá trình di chuyển.
Hình 1.1 Hiện tượng mất ổn định do xoay thân xe b) Hiện tượng bẻ gãy thân xe
Hiện tượng bẻ gãy thân xe thường xảy ra ở các loại đoàn xe có khớp nối, chẳng hạn như bán rơmoóc và rơmoóc Tình trạng này xảy ra khi xe đầu kéo hoặc bán rơmoóc/rơmoóc bị trượt, như minh họa trong hình 1.2.
Hiện tượng mất ổn định hướng ở xe đầu kéo thường xảy ra khi đi trên đường trơn, phanh gấp hoặc thay đổi tải trọng Đặc biệt, khi các bánh xe cầu sau bị mất khả năng bám do phanh quá mạnh hoặc gia tốc lớn trên bề mặt có hệ số bám thấp, xe có thể bị trượt Trong trường hợp này, bánh xe có thể bị khóa cứng, dẫn đến mất khả năng kéo Khi xe đầu kéo trượt, rơmoóc có thể bị đẩy sang bên, gây ra hiện tượng mất ổn định hướng.
Hiện tượng bẻ gãy là tình trạng mất ổn định của đoàn xe khi bị bẻ gãy, khiến người lái khó kiểm soát hướng di chuyển Hiện tượng này cũng xảy ra với bán rơmoóc hoặc rơmoóc phía sau, khi các bánh xe trên cầu sau bị khóa cứng và trượt trong quá trình phanh, dẫn đến tình trạng cắt kéo rơmoóc.
Bẻ gãy đoàn xe là một hiện tượng mất an toàn chuyển động đáng chú ý, và nghiên cứu giải quyết vấn đề này đang được quan tâm phát triển Các hệ thống điều khiển như ABS được lắp đặt trên xe đầu kéo hoặc rơmoóc nhằm ngăn chặn hiện tượng bẻ gãy bằng cách kiểm soát tình trạng khóa cứng của các bánh xe Bên cạnh đó, hệ thống AYC (Active Yaw Control) cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ ổn định của đoàn xe.
Hệ thống kiểm soát (Control) được kết hợp với ABS nhằm điều chỉnh lực phanh tại các bánh xe cầu sau của xe đầu kéo và rơmoóc, đồng thời giảm mômen kéo từ động cơ Hiện tượng lật ngang có thể xảy ra khi đoàn xe bị tác động bởi lực lên phần khối lượng trên trục lắc ngang, dẫn đến nguy cơ lật toàn bộ xe hoặc bẻ vặn bán rơmoóc Điều này thường xảy ra khi xe quay vòng với tốc độ thấp, phanh gấp hoặc chuyển hướng đột ngột Tai nạn giao thông liên quan đến lật ngang chiếm tỷ lệ cao, không chỉ ở đoàn xe mà còn ở các loại xe khác, đặc biệt là xe có chiều cao lớn Các hệ thống như VDC (Vehicle Dynamic Control) đã được nghiên cứu nhằm giảm thiểu khả năng lật ngang của đoàn xe.
Dynamics ontrol) bằng việc điều khiển trực tiếp lực phanh tại các bánh xe C
Quỹ đạo chuyển động của đoàn xe
Nghiên cứu động lực học chuyển động ô tô đang được hoàn thiện nhằm xây dựng tiêu chuẩn động lực học, nâng cao chất lượng chuyển động, và cải thiện tính tiện nghi, êm dịu cũng như an toàn giao thông trong cả chuyển động thẳng và quay vòng Một phần quan trọng trong nghiên cứu này là xác định quỹ đạo chuyển động của ô tô.
Quỹ đạo chuyển động của ô tô là một đường cong, được xác định bởi các vị trí liên tiếp của trọng tâm Ô tô có khả năng chuyển động thẳng, quay vòng hoặc vượt chướng ngại vật theo yêu cầu.
Nghiên cứu động lực học chuyển động của đoàn xe cần thiết phải được thực hiện trong hệ tọa độ không gian ba chiều Tùy thuộc vào độ phức tạp và mục đích của bài toán, có thể xem xét trong mặt phẳng của đường (tọa độ hai chiều) nhưng vẫn cần chú ý đến kết cấu đặc trưng trong không gian Bài toán xác định quỹ đạo chuyển động của đoàn xe được thực hiện trong hệ tọa độ cố định, cụ thể là hệ tọa độ quán tính trái đất Oxoyozo, với quỹ đạo chuyển động của xe đầu kéo.
Hiện tượng mất ổn định lật ngang của đoàn xe được xác định thông qua các chuyển vị theo trục Oxo và Oyo, cùng với góc xoay thân xe ε Khâu liên kết giữa xe đầu kéo và bán rơmoóc được thiết lập qua khâu bản lề, trong khi quỹ đạo chuyển động của bán rơmoóc được xác định bởi góc lệch φ giữa trục dọc của bán rơmoóc và trục dọc của xe đầu kéo.
Khảo sát quỹ đạo chuyển động của đoàn xe là nghiên cứu phản ứng của nó trước tác động điều khiển từ vành lái Tùy thuộc vào mục đích khảo sát, các yếu tố ảnh hưởng sẽ được xem xét để đánh giá tính ổn định của quỹ đạo chuyển động, nhằm đáp ứng các yêu cầu mong muốn.
Trong quá trình điều khiển, đoàn xe cần đảm bảo quỹ đạo chuyển động theo đường cong mặt đường để đảm bảo an toàn giao thông Tuy nhiên, quỹ đạo thực tế thường phức tạp với vận tốc thay đổi và các yếu tố liên quan đến mặt đường, chướng ngại vật Người lái phải liên tục thích ứng và tối ưu hóa quá trình chuyển động thông qua việc điều khiển góc quay vành lái, phanh, ga, v.v Mối quan hệ giữa quỹ đạo chuyển động và các yếu tố ảnh hưởng là rất quan trọng; nếu không được đảm bảo, nguy cơ mất quỹ đạo dẫn đến mất an toàn giao thông sẽ tăng cao.
Khảo sát quỹ đạo chuyển động của đoàn xe là một bài toán cơ sở trong nghiên cứu động lực học Kết quả đạt được sẽ cung cấp cơ sở lý thuyết quan trọng cho các nhà lãnh đạo và kỹ thuật viên trong việc thiết lập tiêu chuẩn pháp lý Đồng thời, nghiên cứu này cũng góp phần bổ sung kiến thức cho đào tạo và hướng dẫn sử dụng phương tiện.
Tình hình nghiên cứu động lực học đoàn xe
Công tác nghiên cứu động lực học ô tô đã đạt được nhiều tiến bộ, đặc biệt trong việc xác định quy luật điều khiển ở các tốc độ khác nhau Gần đây, sự chú trọng đã chuyển sang động lực học cho xe tải trọng lớn như xe buýt và xe tải nặng, trong khi nghiên cứu về đoàn xe vẫn còn hạn chế Nguyên nhân chính là tính phức tạp của bài toán cơ học hệ nhiều vật, khi đoàn xe được mô hình hóa như một con lắc kép chịu tác động từ các lực ngoại vi Tại Việt Nam, tài liệu và nghiên cứu về động lực học cho đoàn xe còn ít ỏi, với một số công trình như luận văn của Phạm Tất Thắng (2006) tập trung vào động học chuyển động thẳng và quay vòng của đoàn ô tô.
Nghiên cứu động lực học đoàn xe đã thu hút sự quan tâm của nhiều tác giả trên thế giới David John và Matthew Sampson từ Đại học Cambridge (2000) đã nghiên cứu “Điều khiển lắc ngang tích cực của đoàn xe có khớp nối”, tập trung vào việc cải thiện khả năng ổn định ngang cho đoàn xe thông qua hệ thống điều khiển và thiết bị chống lắc ngang Dunwoody A.B đã trình bày nghiên cứu “Điều khiển tích cực lắc ngang của đoàn xe bán rơ moóc” (SAE 933045, 1993), trong khi Stefan Edlund, John Aurell và Niklas Frojd từ Tập đoàn xe tải Volvo (2001) phát triển thuật toán đánh giá ổn định xoay thân của đoàn xe có khớp nối Venu Gopal GORU cũng đóng góp vào lĩnh vực này với nghiên cứu vào năm 2007.
Nghiên cứu và mô phỏng ổn định lắc ngang của đoàn xe bán rơ moóc xi téc chở nhiên liệu lỏng là chủ đề chính của bài viết Tác giả đã tiến hành mô hình hóa xitéc và phân tích sự ổn định lắc ngang của đoàn xe bằng cách sử dụng phần mềm chuyên dụng để thực hiện các mô phỏng.
Tác giả J.W.L.H Mass (2007 Eindhoven) nghiên cứu hiện tượng bẻ gãy đoàn xe trong đề tài “nghiên cứu ổn định bẻ gãy đoàn xe kéo bán rơmoóc” bằng cách sử dụng mô hình đoàn xe một vết, với hàm kích động là góc quay vành lái cùng điều khiển lực phanh Ông khảo sát các thông số ảnh hưởng và xây dựng chương trình điều khiển nhằm giảm thiểu hiện tượng bẻ gãy Trên thế giới, nhiều công trình tập trung vào nghiên cứu ổn định lật ngang của đoàn xe thông qua mô hình toán học và phần mềm đóng gói, thiết lập thuật toán điều khiển và khảo sát ổn định Tại Việt Nam, mặc dù đoàn xe đã được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả kinh tế, nhưng tài liệu kỹ thuật và việc khai thác, sử dụng phương tiện vẫn còn nhiều hạn chế.
Phương pháp nghiên cứu
Đoàn xe, hay còn gọi là "Combination of Vehicle" hoặc "Long Vehicle" trong tiếng Anh, là một phương tiện có chiều dài lớn, bao gồm hai hoặc nhiều khâu ghép nối phức tạp Trong đó, có một khâu chủ động nhận nguồn động lực từ động cơ, trong khi các khâu còn lại thường là khâu bị động với nhiều chủng loại khác nhau như đoàn xe kéo bán rơmoóc, đoàn xe kéo rơmoóc đơn và rơmoóc kép (tổ hợp nhiều rơmoóc đơn).
Hướng nghiên cứu của đề tài rất rộng, với nhiều cách tiến hành như:
• Khảo sát trên mô hình thực với bãi thí nghiệm lớn
• Dùng mô hình đồng dạng trên sa bàn
• Dùng mô tả toán học và mô phỏng bằng công cụ máy tính
Sử dụng thực nghiệm trên bãi lớn mang lại kết quả tin cậy, nhưng lại tốn kém và nguy hiểm, không phù hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật trong nước Mô hình đồng dạng trên sa bàn giúp hạn chế tổn thất, nhưng việc chế tạo mô hình này cũng phức tạp và đòi hỏi nhiều thiết bị đo đạc chính xác, dẫn đến chi phí cao Sự phát triển của khoa học máy tính, đặc biệt trong ứng dụng mô phỏng, mang lại nhiều ưu điểm, cho phép mô tả toán học và chuyển đổi sang mô hình mô phỏng bằng phần mềm hiện đại Mô phỏng trên máy không chỉ rút ngắn thời gian nghiên cứu mà còn dễ dàng thay đổi thông số, đạt độ chính xác tương đối cao Đề tài lựa chọn khảo sát quỹ đạo chuyển động của đoàn xe kéo bán rơmoóc thông qua công cụ mô phỏng trên máy tính.
Mục tiêu của nghiên cứu này là mô tả quỹ đạo chuyển động của đoàn xe kéo bán rơmoóc, với sự chú trọng vào các lực kích động phức tạp Đề tài sẽ tập trung phân tích tác động của góc quay vành lái cùng với điều khiển lực dọc trên các cầu xe, nhằm hiểu rõ hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động của đoàn xe.
Dựa trên mô hình khảo sát tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của xe ô tô hai cầu, bài viết xây dựng mô hình phẳng cho đoàn xe kéo bán rơ moóc hai vết, đồng thời giữ tính tổng quát với các điều kiện ràng buộc Nghiên cứu cũng tiến hành khảo sát quỹ đạo chuyển động trên mô hình đoàn xe một vết, với mối liên kết giữa xe đầu kéo và bán rơ moóc được thiết lập qua khớp bản lề lý tưởng, không có khe hở và bỏ qua mômen ma sát trong khớp nối.
Mục đích và nhiệm vụ của đề tài
Đề tài này tập trung vào việc mô phỏng quỹ đạo chuyển động của đoàn xe bán rơmoóc, nhằm xác định và tìm hiểu các quan hệ động học của chúng thông qua các thông số như vận tốc góc quay, góc lệch bên, gia tốc bên thân xe và góc lệch tương đối giữa xe đầu kéo và bán rơmoóc Kết quả đạt được sẽ giúp kiểm tra tính đúng đắn của mô hình tuyến tính đã lựa chọn, đặc biệt là thông qua việc xem xét gia tốc bên thân xe.
Xây dựng quỹ đạo chuyển động và hành lang quét cho đoàn xe trong các tình huống cụ thể là cần thiết, đặc biệt khi xem xét động lực học của hệ thống phanh trong những trạng thái khác nhau Đề tài này sử dụng công cụ Matlab Simulink để mô phỏng quỹ đạo chuyển động của đoàn xe với các phương án lựa chọn đa dạng.
1.5.2 Nhiệm vụ của đề tài: a Tổng quan về đoàn xe trong đó có đoàn xe kéo bán rơmoóc, đưa ra ý nghĩa và mục tiêu của đề tài nghiên cứu b Xây dựng ô hình vật lý và thiết lập hệ phương trình vi phân toán học m mô tả quỹ đạo chuyển động của đoàn xe bán rơmoóc lựa chọn c Mô phỏng chương trình bằng Matlab Simulink d Các kết quả, phân tích, đánh giá kết quả và đưa ra kết luận.
Các nhiệm vụ trên được cụ thể hóa trong nội dung của đề tài với các chương mục chính sau:
Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2 Cơ sở lý luận
Chương 3 Chương trình mô phỏng và số liệu
Chương 4 Phân tích kết quả và đánh giá.
CƠ SỞ LÝ LUẬN
Mô hình đoàn xe kéo bán rơmoóc
Quỹ đạo chuyển động của đoàn xe được khảo sát trong hai hệ tọa độ
Hệ tọa độ quán tính OXoYoZolà được đặt tại mặt đường, trong khi hệ tọa độ TXY là hệ tọa độ di động tại các trọng tâm Với hệ tọa độ này, đoàn xe có thể được xem như một cơ hệ bao gồm hai vật rắn: vật rắn thứ nhất với khối tâm tại trọng tâm của xe đầu kéo và vật rắn thứ hai với khối tâm tại trọng tâm của bán rơmoóc Khâu bản lề đóng vai trò kết nối giữa hai vật rắn này.
Nghiên cứu mô phỏng quỹ đạo chuyển động của đoàn xe được xác định qua các thông số như tọa độ trọng tâm của xe đầu kéo và bán rơmoóc (xo, yo), góc quay thân xe đầu kéo ε, góc chuyển hướng α1, và góc lệch φ giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc Mỗi thông số này tạo thành một điểm trong quỹ đạo chuyển động, và khi kết hợp theo thời gian, chúng hình thành đường cong quỹ đạo chuyển động của đoàn xe Để xác định quỹ đạo, cần tính toán vận tốc góc quay, vận tốc biến đổi góc lệch bên, và gia tốc bên, tức là đạo hàm của các thông số này, đây chính là hàm mục tiêu của nghiên cứu.
Hệ quy chiếu OXoYoZo được gắn cố định với hệ quy chiếu trái đất, trong đó chiều dương của góc quay và mô men được quy ước là ngược chiều kim đồng hồ.
Hệ quy chiếu di động T1X1Y1Z1 được xác định với trọng tâm của xe đầu kéo, trong đó trục T1X1 nằm theo chiều dọc, trục T1Y1 theo chiều ngang và trục T1Z1 theo chiều thẳng đứng, tất cả đều trùng với trục OZo của hệ quy chiếu cố định Hướng dương được quy ước quay ngược chiều kim đồng hồ.
Hệ tọa độ di động T2X2Y2Z2 được thiết lập tại trọng tâm của bán rơmoóc trục T, với trục 2X2 hướng dọc, trục T2Y2 hướng ngang và trục T2Z2 hướng thẳng đứng, trùng với trục OZo của hệ quy chiếu cố định Chiều dương được quy ước quay ngược chiều kim đồng hồ.
Các kích thước hình học cơ bản của đoàn xe kéo bán rơmoóc được thể hiện trong hình 2.1 Sự thay đổi hướng chuyển động của đoàn xe diễn ra nhờ vào các bánh xe dẫn hướng, chịu tác động từ vành lái.
Hình 2.1 Các thông số hình học cơ bản của đoàn xe kéo bán rơmoóc
Mô hình động lực học hai vết đoàn xe kéo bán rơmoóc
Để đạt được mục tiêu của đề tài, cần xác định các hàm mục tiêu bao gồm: góc lệch bên của xe đầu kéo α1 và bán rơmoóc α2, góc xoay của xe đầu kéo ε1 và bán rơmoóc ε2, cùng với góc lệch tương đối giữa xe đầu kéo và bán rơmoóc φ Mô hình phẳng của đoàn xe kéo bán rơmoóc hai vết quay vòng được thể hiện trong hình 2.2.
Mô hình khảo sát với một số giả thiết sau:
- Ô tô chuyển động trên nền đường bằng phẳng
- Thân xe được coi là vật rắn cứng tuyệt đối
- Bỏ qua quan hệ động học và động lực học theo phương ngang của đoàn xe
- Bỏ qua ảnh hưởng của mô men hiệu ứng con quay
- Bỏ qua lực cản không khí tác động lên chính diện đầu xe và trên toàn bộ chiều dài thân xe
- Bỏ qua mômen đàn hồi bánh xe
- Góc quay của các bánh xe dẫn hướng trên cầu trước là bằng nhau Các thông số trong mô hình đoàn xe kéo bán rơmoóc bao gồm:
* Các thông số động học:
- Góc quay bánh xe dẫn hướng phía trước của xe đầu kéo: β
- Véc tơ vận tốc đặt tại trọng tâm xe đầu kéo: V1
- Góc lệch bên thân xe đầu kéo (góc giữa véc tơ vận tốc V1 và trục dọc của xe đầu kéo): α1
- Véc tơ vận tốc đặt tại trọng tâm bán rơmoóc: V2
- Góc lệch bên thân bán rơmoóc (góc giữa véc tơ vận tốc V2 và trục dọc bán rơmoóc): α2
- Góc xoay thân xe đầu kéo (góc giữa trục dọc xe đầu kéo với trục dọc của hệ tọa độ cố định): ε1
- Góc lệch tương đối giữa trục dọc xe đầu kéo và bán rơmoóc: φ
- Góc xoay thân bán rơmoóc (góc giữa trục dọc bán rơmoóc với trục dọc của hệ tọa độ cố định): ε2= ε1- φ.
- LF1: Khoảng cách từ tâm cầu trước đến trọng tâm xe đầu kéo T1
- LR1: Khoảng cách từ tâm cầu sau đến trọng tâm xe đầu kéo T1
- LK: Khoảng cách từ vị trí khớp nối đến trọng tâm xe đầu kéo T1
- LF2: Khoảng cách từ khớp nối đến trọng tâm bán rơmoóc T2
- LR2: Khoảng cách từ cầu sau bán rơmoóc đến trọng tâm bán rơmoóc
* Các lực tác dụng lên đoàn xe kéo bán rơmoóc:
Lực quán tính tịnh tiến và lực quán tính ly tâm tại trọng tâm T1 của xe đầu kéo được xác định với giá trị P IF 1 = m 1 V 1 và P CF 1 = m 1 V 1 ( ε 1 + α 1 ) Trong đó, m1 đại diện cho khối lượng của xe đầu kéo, ε 1 là vận tốc góc xoay của thân xe.
Khi xe đầu kéo quay, mômen quán tính xung quanh trục thẳng đứng của xe được biểu diễn bằng công thức M Z 1 = J Z 1 ε 1, trong đó JZ1 là mômen quán tính của xe đối với trục Z đi qua trọng tâm T1, và ε 1 là gia tốc góc quay của thân xe.
Lực quán tính tịnh tiến và lực quán tính ly tâm tại trọng tâm T2 của bán rơmoóc được xác định với công thức P IF 2 = m2.V̇2 và P CF 2 = m2.V2 (ε̇1 − ϕ̇ − α̇2), trong đó m2 là khối lượng của bán rơmoóc.
Khi thân bán rơmoóc quay, mômen quán tính xuất hiện quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm T2 của bán rơmoóc, được xác định bởi công thức M Z 2 = J Z 2 ( ε 1 − ϕ ) Trong đó, JZ2 là mômen quán tính của bán rơmoóc đối với trục Z.
- Lực bên tác dụng lên bánh xe phía trước bên trái và phải của xe đầu kéo: FyFL; FyFR
- Lực dọc tác dụng lên bánh xe phía trước bên trái và phải của xe đầu kéo: FxFL; FxFR
- Lực bên tác dụng lên bánh xe phía sau bên trái và phải của xe đầu kéo:
- Lực dọc tác dụng lên bánh xe phía sau bên trái và phải của xe đầu kéo:
- Lực bên tác dụng lên bánh xe cầu sau bên trái và phải của bán rơmoóc:
- Lực dọc tác dụng lên bánh xe cầu sau bên trái và phải của bán rơmoóc:
- Phản lực liên kết đặt tại khớp nối: FxK; FyK
H ìn h 2 2 Độ n g lự c h ọc đ oà n x e ké o bá n r ơm oó c
Khâu liên kết K là khớp bản lề liên kết giữa xe đầu kéo và bán rơmoóc
Rỡ bỏ khâu liên kết K, thay vào đó là các phản lực liên kết ta có mô hình xe đầu kéo và bán rơmoóc tách biệt sau:
2.2.1 Mô hình động lực học xe đầu kéo:
Mô hình động lực học xe đầu kéo sau khi tách khớp liên kết K, thay vào đó là các phản lực liên kết được thể hiện trên hình 2.4
Phương trình chuyển động của xe đầu kéo được xác định bằng các phương trình cân bằng lực và mômen theo nguyên lý Đalămbe như sau:
Hình 2.3 Động lực học xe đầu kéo
- Phương trình cân bằng lực theo trục T1X1
− xK xRR xRL yFR yF xFR xFL CF
- Phương trình cân bằng lực theo trục T1Y1
− yK yRR yRL yFR yFL xFR xFL CF
- Cân bằng mômen đối với trọng tâm T1của đầu kéo
F xFR xFL F yFR yFL xFR xFL
2.2.2 Mô hình động lực học bán rơmoóc
Mô hình động lực học bán rơmoóc khi tách khớp nối K được thể hiện trên hình 2.4
Hình 2.4 Động lực học bán rơmoóc
Tương tự xe đầu kéo, chuyển động của bán rơmoóc khi tách khớp liên kết được xác định qua các phương trình cân bằng lực và mômen, dựa trên nguyên lý Đalămbe.
- Phương trình cân bằng lực theo trục T2X2
− P IF α P CF α F xML F xMR F xK ϕ F yK ϕ (2.4)
- Phương trình cân bằng lực theo trục T2Y2
− P IF α P CF α F yK ϕ F yK ϕ F yML F yMR (2.5)
- Phương trình cân bằng mômen quanh trọng tâm T2của rơmoóc
Mô hình động lực học một vết đoàn xe kéo bán rơmoóc
Mô hình phẳng động lực học của xe kéo bán rơ-moóc một vết được thể hiện trong hình 2.5, với các bánh xe tương đương trên các cầu được bố trí ở vị trí trung tâm.
Các lực tác dụng lên đoàn xe kéo bán rơmoóc như trên hình đã được trình bày ở phần trước
Để mô tả chuyển động của đoàn xe kéo bán rơmoóc với hai khâu phức hợp, ta cần lập phương trình tương tự như mô hình hai vết, trong đó phản lực được thay thế.
2.3.1 Mô hình động lực học một vế xe đầu kéo:
- Phương trình cân bằng lực theo trục dọc xe đầu kéo ( trục T1X1)
− P IF α P CF α F xF β F yF β F xR F xK (2.7)
- Phương trình cân bằng lực theo trục ngang xe đầu kéo( trục T1Y1)
− P IF α P CF α F xF β F yF β F yR F yK (2.8)
- Phương trình cân bằng mômen đối với trọng tâm T1của xe đầu kéo
− M Z F xF β F yF β L F F yR L r F yK L KR (2.9) Trong đó:
Hình 2.6 Động lực học xe đầu kéo
Biến đổi hệ phương trình (2.7), (2 ), (2.9.8 ) ta được hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của xe đầu kéo như sau:
1 ( sin cos ) sin cos ) sin cos
1 ( α β β α β β yK yR yF xF xK xR yF xF
1 ( sin cos ) cos sin ) sin cos
= − yK yR yF xF xK xR yF xF
( xF yF F yR R yK KR )
FxK; FyKlà các phản lực liên kết tại khớp bản lề K
Hai phản lực này được tìm từ phương trình cân bằng lực và mômen đối với bán rơmoóc
3.1.2 Mô hình động lực học một vết bán rơmoóc:
Hình 2.7 Động lực học bán rơmoóc
Phương trình cân bằng lực theo trục dọc bán rơmoóc sau khi chiếu lên trục KX1:
= xM yM IF CF xK F F P P
- Phương trình cân bằng lực theo trục ngang bán rơmoóc sau khi chiếu lên trục KY1:
= xM yM IF CF yK F F P P
- Phương trình cân bằng mômen quay xung quanh trọng tâm bán rơmoóc
− M Z F yM L R F yK ϕ F xK ϕ L F (2.16) Trong đó:
- P IF 2 = m 2 V 2; P CF 2 = m 2 V 2 ( ε 1 − ϕ − α 2 ); M Z 2 = J Z 2 ( ε 1 − ϕ ) Biến đổi ta có phương trình vi phân sau:
Để giải quyết hệ các phương trình vi phân và tìm phản lực liên kết tại khớp nối K, cần thiết phải có các phương trình bổ trợ, cụ thể là các phương trình liên kết động học giữa các khâu.
Quan hệ động học trong mô hình đoàn xe kéo bán rơmoóc
Các thông số động học cần xác định là:
- Góc lệch bên các bánh xe trên các cầu của xe đầu kéo: αF, αR; của bán rơmoóc: αM; Góc lệch bên thân bán rơmoóc: α2
- Vận tốc của khớp nối K: VK; Vận tốc trọng tâm bán rơmoóc: V2
Trên hình 2.8 và 2.9 với các thông số kích thước của đoàn xe, hoàn toàn xác định được các thông số động học trên như sau:
Hình 2.9 Các thông số động học bán rơmoóc
V M ϕ ε1 Hình 2.8 Các thông số động học xe đầu kéo
- Vận tốc, góc lệch bên bánh xe phía trước của đầu kéo: VF; αF
- Vận tốc, góc lệch bên bánh xe phía sau của đầu kéo: VR; αR
- Vận tốc, góc lệch bên tại vị trí khớp nối: VK; αK
- Vận tốc, góc lệch bên thân bán rơmoóc: V2; α2
- Vận tốc, góc lệch bên bánh xe cầu sau bán rơmoóc: VM; αM
(2.2Các thông số động học trên có chứa các hàm mục tiêu được giải từ các phương trình vi phân trên với các thông số ban đầu xác định.
Mô hình hệ thống lái
Kết cấu hệ thống lái trên ô tô, đặc biệt là ô tô vận tải, là một cơ hệ đàn hồi với nhiều khâu khớp, giúp nâng cao an toàn thụ động cho người điều khiển Tuy nhiên, điều này làm cho quá trình khảo sát trở nên phức tạp Để đơn giản hóa, đề tài lựa chọn mô hình hệ thống lái không đàn hồi với công thức tính toán là: r vl FR.
- ir: Tỷ số truyền của hệ thống lái
- βFL; βFR: Góc quay của bánh xe dẫn hướng trước trái và trước phải, với giả thiết góc quay của bánh xe dẫn hướng là bằng nhau và bằng β
- βvl: Góc quay trên vành lái
Giả sử rằng tác động của hệ thống treo lên hệ thống lái không được xem xét, thì hệ thống lái có thể được coi là không đàn hồi, nghĩa là sự dẫn động từ vành lái đến đòn quay đứng hoàn toàn cứng nhắc.
Mô hình bánh xe
Lốp ô tô sử dụng là loại lốp biến dạng đàn hồi, chịu ảnh hưởng từ bề mặt đường và tải trọng Khi di chuyển, lốp sẽ biến dạng tùy thuộc vào tình trạng mặt đường và tải trọng tác động Trong nghiên cứu, biến dạng của lốp có thể được phân loại là tuyến tính hoặc phi tuyến, tùy thuộc vào độ phức tạp của bài toán.
Nghiên cứu mô hình bánh xe bao gồm các yếu tố ảnh hưởng như góc lệch bên, khoảng dịch chuyển, độ trượt và hệ số bám của bánh xe Trong phạm vi đề tài, lựa chọn mô hình lốp tuyến tính với sự biến dạng nhỏ và bỏ qua ảnh hưởng của mômen đàn hồi bánh xe Giá trị lực bên phát sinh tại các bánh xe được xem xét một cách chi tiết.
Hình 2.10 Sự biến dạng đàn hồi của lốp khi chịu lực bên
- Ck: Độ cứng góc lệch bên của bánh xe thứ k
- αk : Góc lệch bên của bánh xe thứ k
Với các góc lệch bên đã được xác định bằng quan hệ động học ta có:
- Lực bên sinh ra tại bánh xe tương đương trên cầu trước của đầu kéo
- Tại bánh xe tương đương trên cầu sau của đầu kéo:
- Tại bánh xe tương đương trên cầu sau bán rơmoóc:
Xác định tọa độ trọng tâm và hành lang quét đoàn xe
Trong quá trình chuyển động, tọa độ trọng tâm của xe đầu kéo thay đổi liên tục và được xác định từ vận tốc tức thời V1, tiếp tuyến với đường cong quỹ đạo trong hệ quy chiếu cố định Khi chiếu véc tơ vận tốc tức thời V1 lên hệ tọa độ cố định của mặt đường, ta có thể xác định các thành phần vận tốc của trọng tâm xe đầu kéo.
Các thành phần gia tốc trên hệ quy chiếu cố định là:
Vị trí trọng tâm của xe đầu kéo được xác định thông qua việc tích phân các phương trình (2.30) và (2.31) trong khoảng thời gian ∆t = t i +1 − t i, với giả thiết rằng các giá trị V1, ε1 và α1 giữ nguyên trong khoảng thời gian Δt.
Với hệ tọa độ mặt đường, việc xác định vị trí xe đầu kéo tại một thời điểm nhất định trở nên khả thi khi có tọa độ ban đầu, góc lệch bên thân xe α1 và góc xoay thân xe đầu kéo ε1.
Tọa độ trọng tâm của bán rơmoóc và điểm K (khớp nối) có thể xác định thông qua tích phân vận tốc của trọng tâm T2 và vận tốc khớp nối K Bằng các quan hệ hình học, quỹ đạo của các điểm T2 và K có thể được xác định dựa trên quỹ đạo của trọng tâm xe đầu kéo T1.
Để xác định nh lang quét của đoàn xe hà, cần xác định tọa độ các điểm mép biên của đầu kéo và bán rơmoóc tương ứng với kích thước bao lớn nhất thông qua các quan hệ hình học.
Hình 2.11.Hành lang của đoàn xe kéo bán rơmoóc
Xác định hành lang xe đầu kéo:
Tọa độ trọng tâm của xe đầu kéo được xác định thông qua quan hệ hình học, cho phép xác định tọa độ các điểm A, B, C, D, K tương ứng với tọa độ trọng tâm T1 của xe đầu kéo.
- Các khoảng cách hình học T1A, T1B, T1C, T1D và góc θt, θt được xác định từ hình 2.12
Hình 2.12 Hành lang của xe đầu kéo θ t θ s
Xác định hành lang bán rơmoóc:
Tọa độ của điểm khớp nối K đã được xác định, tọa độ các điểm mút E,
F là điểm ứng với kích thước bao ngoài lớn nhất của bán rơmoóc được xác định thông qua tọa độ điểm K
Tọa độ trọng tâm của bán rơmoóc
Trong đó các khoảng cách hình học KE, KF và góc θM được xác định như trên hình 2.13
Hình 2.13 Hành lang của bán rơmoóc
CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ SỐ LIỆU
3.1 CÁC HÀM MỤC TIÊU CỦA BÀI TOÁN
Hàm mục tiêu của bài toán là các bộ thông số sau:
- Góc lệch bên thân xe đầu kéo và bán rơmoóc: α1, α2 và các vi phân: α 1 ; α 2 ; α 1 ; α 2
- Vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo và bán rơmoóc: ε1, ε2 và các vi phân: ε 1 ; ε 2 ; ε 1 ; ε 2
- Góc lệch giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc: φ và các vi phân: ϕ ; ϕ
Các hàm mục tiêu được giải từ hệ phương trình vi phân và các phương trình liên kết cho phép xác định và quản lý đầy đủ các thông số của bài toán động học của đoàn xe Các thông số quan trọng cần biểu diễn bao gồm α, ε, và φ, vì chúng cung cấp thông tin về trạng thái chuyển động và biến động của đoàn xe Để xác định quỹ đạo chuyển động và hành lang quét, cần các thông số bổ sung và thông số kết cấu khác Ngoài ra, các thông số như ε̇1, ε̇2, ay1, và ay2 sẽ được sử dụng để đánh giá tính chất động lực học của đoàn xe trong phần sau.
3.2 HÀM GÓC QUAY VÀNH LÁI. Đề tài đề cập tới quỹ đạo chuyển động đoàn xe trong trạng thái quay vòng với giả thiết quy luật của hàm góc quay vành lái, được cụ thể hóa thành góc quay bánh xe dẫn hướng như hình 3.1
- Thời gian đánh lái quá độ kéo dài trong 1 giây và góc quay bánh xe dẫn hướng đạt giá trị lớn nhất β=0,14(rad)=8 0
- Giữ nguyên góc quay vành lái tương ứng với góc quay bánh xe dẫn hướng đạt giá trị lớn nhất 8 0 trong suốt thời gian mô phỏng
Quỹ đạo chuyển động và hành lang quét của đoàn xe được xác định thông qua các hàm mục tiêu bằng cách giải các phương trình vi phân mô tả chuyển động của đoàn xe Hiện nay, nhiều phương pháp giải hệ phương trình toán học được sử dụng, như phần mềm Maple, Mathcad, Mathematica và Matlab-Simulink Một trong những phương pháp phổ biến để giải phương trình vi phân trên máy tính là phương pháp RUNGE-KUTTA, với độ chính xác tương đối cao Cơ sở của phương pháp này dựa trên khai triển Taylor.
Hình 3.1 Hàm goc quay vành lái Hình 3.1 Đồ thị góc quay bánh xe dẫn hướng
Hàm số y=f(x), tồn tại phương trình vi phân cấp 1 có dạng: y’=f(x,y); với điều kiện đầu: y(xo)=yo Khai triển Taylor hàm y=f(x) tại các vị trí lân cận điểm xi+1
Nếu lấy xấp xỉ bậc 1 ta có: y x y y y x h y i y x i h i i i i ' ( )
Nếu lấy xấp xỉ bậc 2 ta có: 1 1 2
Trong các phương trình phức tạp, việc tính đạo hàm cấp cao thường gặp khó khăn Phương pháp Runge Kutta đã được phát triển để giải quyết vấn đề này, cho phép tìm giá trị yi+1 chỉ dựa vào yi tại điểm xi và giá trị hàm số ở một số điểm xác định khác mà không cần sử dụng các đạo hàm phức tạp Phương pháp này được gọi là phương pháp một nút nhiều điểm, với công thức quy hồi 4 điểm được diễn tả như sau: h k k k k y y i i ( 2 2 ).
Phần mềm Matlab-Simulink hiện nay được sử dụng phổ biến trong giải quyết các bài toán kỹ thuật nhờ vào công cụ mô phỏng mạnh mẽ, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí nghiên cứu phát triển Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng Matlab-Simulink 7.0 với công cụ ODE45, tương ứng với phương pháp Runge-Kutta 4, để giải các phương trình vi phân và xác định các hàm mục tiêu mô tả chuyển động của đoàn xe Trước khi tiến hành mô phỏng, cần lựa chọn phương pháp tích phân và khai báo các thông số mô phỏng trong Matlab-Simulink.
Hệ phương trình khảo sát đảm bảo tính liên tục nên chọn thuật giải
"Ode45" là một thuật giải hiệu quả cho việc giải các phương trình vi phân, cho phép sử dụng bước tích phân linh hoạt Quá trình giải bắt đầu từ việc khai báo các điều kiện ban đầu cần thiết.
Kích thước bước ban đầu rất quan trọng trong quá trình mô phỏng Nếu đạo hàm của các biến trạng thái quá lớn ngay từ đầu, "Solver" sẽ tự động chọn giá trị nhỏ hơn giá trị ghi trong "Kích thước bước ban đầu" Trong suốt quá trình mô phỏng, Simulink sẽ cố gắng giải quyết với bước tính lớn nhất được ghi trong "Kích thước bước tối đa" Thuật toán này có khả năng thích nghi với bước tích phân, cho phép giám sát sự biến đổi và lỗi của các biến trạng thái từ thời điểm trước đến hiện tại.
Hình 3.2 Khai báo thông số đầu vào trước khi mô phỏng
*.Vấn đề sai số của bài toán
Kết quả của đề tài sẽ có một số sai số nhất định do các nguyên nhân sau:
Sai số của thông số đầu vào, hay thông số kết cấu, ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của bài toán Độ chính xác này được xác định dựa trên quá trình đo đạc và thu thập dữ liệu Cụ thể, thông số được coi là có độ chính xác cấp 1 khi sai số nhỏ hơn hoặc bằng 5%, trong khi thông số có độ chính xác cấp 2 khi sai số lớn hơn 5%.
Sai số trong các giả thiết tính toán của mô hình lựa chọn có thể làm giảm độ chính xác của kết quả mô phỏng Khi xây dựng mô hình, những giả thiết và tác động kích thích có độ chính xác thấp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính chính xác của các kết quả cuối cùng.
- Sai số toán học do làm tròn số liệu khi tính toán
CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ SỐ LIỆU
Các hàm mục tiêu của bài toán
Hàm mục tiêu của bài toán là các bộ thông số sau:
- Góc lệch bên thân xe đầu kéo và bán rơmoóc: α1, α2 và các vi phân: α 1 ; α 2 ; α 1 ; α 2
- Vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo và bán rơmoóc: ε1, ε2 và các vi phân: ε 1 ; ε 2 ; ε 1 ; ε 2
- Góc lệch giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc: φ và các vi phân: ϕ ; ϕ
Các hàm mục tiêu được giải từ hệ phương trình vi phân và các phương trình liên kết cho phép xác định và quản lý đầy đủ các thông số của bài toán động học của đoàn xe Các thông số quan trọng cần biểu diễn bao gồm α, ε, φ, vì chúng cho biết trạng thái chuyển động và sự biến động trong quan hệ động học của đoàn xe Để xác định quỹ đạo chuyển động và hành lang quét, cần xem xét thêm một số thông số khác và các thông số kết cấu Ngoài ra, các thông số như ε 1, ε 2, ay1, ay2 sẽ được sử dụng để đánh giá tính chất động lực học của đoàn xe trong phần tiếp theo.
Hàm góc quay vành lái
Đề tài này nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của đoàn xe khi quay vòng, với giả thiết về quy luật của hàm góc quay vành lái, được cụ thể hóa thành góc quay của bánh xe dẫn hướng như thể hiện trong hình 3.1.
- Thời gian đánh lái quá độ kéo dài trong 1 giây và góc quay bánh xe dẫn hướng đạt giá trị lớn nhất β=0,14(rad)=8 0
- Giữ nguyên góc quay vành lái tương ứng với góc quay bánh xe dẫn hướng đạt giá trị lớn nhất 8 0 trong suốt thời gian mô phỏng.
Phương pháp mô phỏng
Quỹ đạo chuyển động và hành lang quét của đoàn xe được xác định thông qua các hàm mục tiêu bằng cách giải các phương trình vi phân mô tả chuyển động Hiện nay, có nhiều phương pháp giải hệ phương trình toán học, bao gồm phần mềm như Maple, Mathcad, Mathematica và Matlab-Simulink Trong số đó, phương pháp RUNGE-KUTTA là một trong những phương pháp phổ biến để giải phương trình vi phân, với độ chính xác tương đối cao Phương pháp này dựa trên khai triển Taylor để thực hiện giải quyết các bài toán liên quan.
Hình 3.1 Hàm goc quay vành lái Hình 3.1 Đồ thị góc quay bánh xe dẫn hướng
Hàm số y=f(x), tồn tại phương trình vi phân cấp 1 có dạng: y’=f(x,y); với điều kiện đầu: y(xo)=yo Khai triển Taylor hàm y=f(x) tại các vị trí lân cận điểm xi+1
Nếu lấy xấp xỉ bậc 1 ta có: y x y y y x h y i y x i h i i i i ' ( )
Nếu lấy xấp xỉ bậc 2 ta có: 1 1 2
Đối với các phương trình phức tạp, việc tính đạo hàm cấp cao thường gặp khó khăn Phương pháp Runge Kutta đã được phát triển để khắc phục vấn đề này, cho phép tìm giá trị yi+1 chỉ bằng cách sử dụng giá trị yi tại điểm xi và giá trị của hàm số ở một số điểm xác định khác mà không cần đến các đạo hàm phức tạp Phương pháp này được gọi là phương pháp một nút nhiều điểm, với công thức quy hồi 4 điểm được trình bày như sau: h k k k k y y i i ( 2 2 ).
Phần mềm Matlab-Simulink hiện nay được sử dụng phổ biến trong giải quyết các bài toán kỹ thuật nhờ vào công cụ mô phỏng mạnh mẽ, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí nghiên cứu phát triển Đề tài này áp dụng Matlab-Simulink 7.0 và sử dụng công cụ ODE45, tương ứng với phương pháp Runge-Kutta 4, để giải các phương trình vi phân nhằm xác định các hàm mục tiêu mô tả chuyển động của đoàn xe Trước khi tiến hành mô phỏng, cần lựa chọn phương pháp tích phân và khai báo các thông số mô phỏng trong Matlab-Simulink.
Hệ phương trình khảo sát đảm bảo tính liên tục nên chọn thuật giải
Ode45 là một thuật giải mạnh mẽ cho việc giải các phương trình vi phân, hoạt động với bước tích phân linh hoạt Quá trình giải bắt đầu bằng việc khai báo điều kiện ban đầu cần thiết.
Kích thước bước khởi đầu là yếu tố quan trọng trong quá trình mô phỏng Nếu đạo hàm của các biến trạng thái quá lớn ngay từ đầu, "Solver" sẽ điều chỉnh và chọn giá trị nhỏ hơn kích thước bước khởi đầu đã định Trong suốt mô phỏng, Simulink sẽ cố gắng giải quyết với bước tính lớn nhất được ghi tại "Max step size" Thuật toán có khả năng thích nghi với bước tích phân, cho phép giám sát biến thiên và kiểm soát lỗi của các biến trạng thái từ thời điểm trước đó đến hiện tại.
Hình 3.2 Khai báo thông số đầu vào trước khi mô phỏng
*.Vấn đề sai số của bài toán
Kết quả của đề tài sẽ có một số sai số nhất định do các nguyên nhân sau:
Sai số của thông số đầu vào, đặc biệt là các thông số kết cấu, ảnh hưởng lớn đến độ chính xác của bài toán Độ chính xác của các thông số này phụ thuộc vào quá trình đo đạc và thu thập dữ liệu Cụ thể, thông số được coi là chính xác cấp 1 khi sai số ≤5%, trong khi thông số có độ chính xác cấp 2 khi sai số >5%.
Sai số trong các giả thiết tính toán của mô hình lựa chọn có thể làm giảm độ chính xác của kết quả mô phỏng Việc xây dựng giả thiết và các tác động kích thích với độ chính xác thấp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính chính xác của mô hình.
- Sai số toán học do làm tròn số liệu khi tính toán
Sai số trong công cụ mô phỏng sử dụng Matlab Simulink với thuật giải ODE45 là một yếu tố quan trọng cần xem xét Simulink có khả năng điều chỉnh các bước tích phân và tính toán độ biến thiên của biến trạng thái trong quá trình mô phỏng Độ biến thiên này được gọi là sai số cục bộ Mỗi bước tích phân, thuật toán ODE45 sẽ kiểm tra xem sai số cục bộ của từng biến trạng thái có đáp ứng được điều kiện sai số chấp nhận được, được xác định bởi các tham số cụ thể hay không.
Trong hộp thoại "Simulation Parameters", "Relative tolerance" và "Absolute tolerance" đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ chính xác của mô phỏng Nếu một trong các biến trạng thái không đáp ứng yêu cầu, bước tích phân sẽ tự động giảm và quá trình tính toán sẽ được lặp lại Khi thiết lập "Absolute tolerance" với giá trị "auto", sai số khởi đầu của thuật toán mô phỏng sẽ là 10^-6.
Mô phỏng quỹ đạo chuyển động và hành lang quét đoàn xe
3.4.1 Chương trình chính mô phỏng quỹ đạo chuyển động và hành lang quét đoàn xe kéo bán rơmoóc Hình 3.3
Van toc trong tam xe dau keo
Vk alphaK epxilon1dot phi
Van toc tai trong tam romooc va goc lech ben epxilon1dot phidot epxilon2 epxilon2dot Van toc goc xoay ban romooc
To Workspace1 epxilon1dot alpha1
Subsystem4 beta alpha1 epxilon1dot
Quy dao chuyen dong xe dau keo
Quy dao chuyen dong ban romooc phi
Phan luc tai khop noi
Vk phi alphaK epxilon1dot
Phan luc ben banh xe romooc
[epxil on1dot] [epxil on1]
Goc xoay than xe dau keo
Fy K epxilon1dot phi phidot
Goc tuong doi giua dau keo va romooc
Fy 1 Fx1 V1 epxilon1dot alpha1
Goc lech ben xe dau keo
Goc lech ben va van toc tai khop noi alpha1 epxilon1
Gia toc ben than xe dau keo epxilon1 phi
Gia toc ben ban romooc
[epxil on1dot] [epxil on1dot]
Hình 3.3 Chương trình chính mô phỏng quỹ đạo chuyển động và hành lang quét đoàn xe kéo bán rơmoóc
3.4.2 Một số chương trình con a) Chương trình tính toán lực bên tại các bánh xe của đoàn xe:
1 FyM du/dt phidot atan cos sin
Hình 3.4 Chương trình tính toán lực bên bánh xe trước xe đầu kéo
Hình 3.5 Chương trình tính toán lực bên bánh xe sau xe đầu kéo
Chương trình tính toán lực bên bánh xe bán rơmoóc, phản lực tại khớp nối K, và sự thay đổi vận tốc của xe đầu kéo cùng bán rơmoóc là những yếu tố quan
1 FxK du/dt phidot du/dt du/dt sin cos sin cos
Hình 3.7 Chương trình tính toán phản lực tại khớp nối K
1 V2 du/dt phidot1 atan cos sin
Hình 3.8 Chương trình tính toán vận tốc xe đầu kéo
Chương trình tính toán góc lệch bên và vận tốc của bán rơmoóc, cùng với việc tính toán sự thay đổi góc lệch bên của thân xe đầu kéo, cũng như góc xoay của thân xe đầu kéo và bán rơmoóc, là những yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất vận hành của xe tải.
1 alpha1 sin cos alpha1dot alpha1
Hình 3.10 Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe đầu kéo
1 epxilon1 cos sin epxilon1dot
Hình 3.11 Chương trình tính toán góc xoay thân xe đầu kéo
Chương trình tính toán góc xoay của thân bán rơmoóc và góc lệch giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc, cùng với việc tính toán gia tốc bên của cả hai, là những yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất vận hành của xe và rơmoóc.
1 du/dt ay1 du/dt ay1
1 ay2 du/dt du/dt du/dt
Hình 3.13 Chương trình tính toán góc lệch φ
Hình 3.14 Chương trình tính toán gia tốc bên xe đầu kéo
Hình 3.15 Chương trình tính toán gia tốc bên bán rơ moóc
Lựa chọn bộ số liệu và các phương án khảo sát
3.5.1 Lựa chọn bộ số liệu :
Cấu trúc của đoàn xe kéo bán rơmoóc rất đa dạng, phụ thuộc vào loại xe đầu kéo và bán rơmoóc được sử dụng Đặc biệt, đoàn xe có 3 cầu là một trong những dạng phổ biến, mang lại hiệu suất vận chuyển cao và khả năng chịu tải tốt.
Xe đầu kéo có hai cầu và bán rơmoóc có một cầu thường có tính ổn định thấp nhất Bài viết này tập trung vào việc lựa chọn loại đoàn xe với tải trọng tối đa cho phép phân bố lên các trục, đồng thời xác định kích thước lớn nhất theo tiêu chuẩn để khảo sát quỹ đạo chuyển động và hành lang quét.
Kí hiệu: NISSAN DIESEL BIG THUMB
Có các thông số kỹ thuật cơ bản sau
Thống số xe đầu kéo Giá trị
Chiều dài cơ sở (mm) 3180
Khối lượng bản thân (kg) 6720
Khối lượng lớn nhất đặt lên đầu kéo (kg) 9500
Khối lượng lớn nhất đặt lên mâm xoay (kg) 9000
Khối lượng phân bố lên cầu trước (kg) 7610
Khối lượng phân bố lên cầu sau (kg) 11000
- Các thông số kỹ thuật cơ bản của bán rơmoóc:
Thống số bán rơmoóc Giá trị
Chiều dài cơ sở (mm) 9100
Khối lượng bản thân (kg) 4000
Khối lượng tổng cộng (kg) 20000
Khối lượng phân bố lên cầu sau (kg) 11000
3.5.2 Các phương án khảo sát: a) Phương án 1 : Đoàn xe quay vòng ổn định
(Phương án này được lựa chọn làm cơ sở để so sánh với các phương án khác)
Quá trình thay đổi lực dọc trên các bánh xe được khảo sát tùy thuộc và bánh xe và tính chất truyền lực
Trên xe đầu kéo, hai bánh xe dẫn hướng phía trước khi chưa phanh hoạt động một cách bị động, chịu tác động của lực cản lăn Trong khi đó, bốn bánh xe phía sau khi chưa phanh là chủ động, đảm nhận vai trò chịu lực kéo.
- Trên bán rơmoóc: bốn bánh xe cầu sau khi chưa phanh là bị động, chịu tác dụng của lực cản lăn
Bánh xe chủ động chịu ảnh hưởng của lực kéo, với giả thiết rằng xe di chuyển ổn định Tổng lực kéo sinh ra tại các bánh xe chủ động phải bằng tổng lực cản lăn tại các bánh xe trên các cầu của đoàn xe.
FxR#63 (N) c b) Phương án 2: Đoàn xe quay vòng ó mặt lực phanh tác động lên các cầu của đoàn xe:
Quá trình phanh xe liên quan đến lực phanh tại các bánh xe, và lực này có thể biến đổi khác nhau trên các cầu khác nhau nhưng đều tuân theo quy luật chung Trong nghiên cứu này, lực phanh được giả định là tăng tuyến tính trong giai đoạn quá độ, đạt giá trị thiết kế cực đại và duy trì ổn định trong suốt thời gian phanh.
Xe chuyển động quay vòng có hệ thống phanh điều khiển đồng bộ cho cả bánh xe trên xe đầu kéo và bán rơmoóc Giải pháp này chú trọng đến độ chậm tác dụng của hệ thống phanh và chỉ thực hiện phanh khi xe đã đạt trạng thái quay vòng ổn định, giữ nguyên vị trí tay lái.
Hình 3.16 Quá trình thay đổi lực dọc trên bánh xe
Xe chuyển động quay vòng có điều khiển lực phanh tại các cầu của đoàn xe cần tính đến độ chậm tác dụng của hệ thống phanh ở mỗi cầu Thứ tự điều khiển lực phanh diễn ra như sau: cầu sau bán rơmoóc, cầu sau xe đầu kéo, và cầu trước xe đầu kéo Thời gian chậm tác dụng giữa các cầu được xác định là 0,1 giây.
Các số liệu được sử dụng trong các phương án khảo sát như sau:
Các thông số của xe đầu kéo
Kí hiệu Đơn vị Giá trị Cấp chính xác
(1) * (2) * Khối lượng toàn bộ của xe m1 kg 18610 1
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước Lf1 m 1,88 1
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau Lr1 m 1,3 1
Khoảng cách từ trọng tâm đến vị trí đặt khớp nối Lk m 0.5 1
Mô men quán tính quanh trục Z (Jz1) là 60000 Kg.m², trong khi độ cứng góc lệch bên của các bánh xe ở cầu trước (Cf) là 282000 N.rad⁻¹ và độ cứng góc lệch bên của các bánh xe ở cầu sau (Cr) là 466000 N.rad⁻¹.
Vận tốc chuyển động ban đầu vo m.s -1 8 1
Các thông số của bán rơmoóc Kí hiệu Đơn vị Giá trị Cấp chính xác
Khối lượng toàn bộ m2 kg 20000 1
Khoảng cách từ cầu sau đến khớp nối L2 m 9,1 1
Khoảng cách từ trọng tâm đến khớp nối Lf2 m 5,0 1
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau Lr2 m 4,1 1
Mô men quán tính quanh trục Z Jz2 Kg.m 2 410000 2 Độ cứng góc lệch bên của các bánh xe ở cầu sau Cm N.rad -1 466000 2
- (1) * : Thông số có sai số tính toán ≤5%
- (2) * : Thông số có sai số tính toán >5%
PHÂN TÍCH KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT
Phương án 1
4.1.1 Kết quả Đoàn xe chuyển động quay vòng ổn định với giả thiết có sự cân bằng lực kéo và lực cản lăn trên các bánh xe chủ động và bánh xe bị động Các giá trị tương ứng với bánh xe bị động cầu dẫn hướng của xe đầu kéo, bánh xe bị động của bán rơmoóc và bánh xe chủ động của xe đầu kéo: FxF6(N);
Mô phỏng ta có các kết quả biểu thị dưới dạng đồ thị sau: a) Vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo và bán rơmoóc:
Trên hình 4.1 thể hiện vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo và bán rơmoóc:
- Thời điểm đoàn xe bắt đầu quay vòng t=0;ε 1 =0(1.rad -2 ); ε 2 =0( rad1 -2 )
Hình 4.1 Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo và bán rơmoóc
Sau khi thực hiện đánh lái quá độ trong 1 giây, góc quay của vành lái được giữ nguyên Vận tốc góc xoay của thân xe đầu kéo đạt giá trị tối đa khoảng 0,37 rad/s² tại thời điểm 2,2 giây, trong khi vận tốc góc xoay của thân bán rơmoóc đạt giá trị tối đa khoảng 0,34 rad/s² tại thời điểm 5,1 giây Trong thời gian mô phỏng còn lại, cả vận tốc góc xoay của thân xe đầu kéo và bán rơmoóc đều có xu hướng giảm, với giá trị tại thời điểm t là khoảng 0,315 rad/s² cho xe đầu kéo và 0,32 rad/s² cho bán rơmoóc.
Trên hình 4.2 thể hiện gia tốc bên thân xe đầu kéo ay1, gia tốc bên thân bán rơmoóc ay2:
- Đoàn xe bắt đầu quay vòng t=0(s): ay1=0(m.s -2 ); ay2=0(m.s -2 )
- Kết thúc đánh lái quá độ t=1(s): ay1 1,6(m.s -2 ); ay2 1,4(m.s -2 )
Sau khi thực hiện đánh lái quá độ, góc quay của vành lái được giữ nguyên Gia tốc bên thân xe đầu kéo đạt giá trị tối đa khoảng 2,9 m/s² tại thời điểm 2,6 giây, trong khi gia tốc bên bán rơmoóc đạt giá trị tối đa khoảng 2,5 m/s² tại thời điểm 3,8 giây Trong khoảng thời gian mô phỏng còn lại, gia tốc bên thân xe đầu kéo tiếp tục được duy trì.
Hình 4.2 Đồ thị gia tốc bên thân xe đầu kéo và bán rơmoóc
Xe đầu kéo Bán rơmoóc kéo và bán rơmoóc đều giảm, tại thời điểm t(s): ay1 ≈2,4(m.s -2 )
;ay2 ≈2,1(m.s -2 ) c ) Góc lệch giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc :
Trên hình 4.3 thể hiện góc lệch φ giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc trong suốt thời gian mô phỏng (ts):
- Khi đoàn xe bắt đầu quay vòng t=0(s): φ=0 (rad).
Trong quá trình đánh lái quá độ trong 1 giây và giữ nguyên vành lái, góc lệch φ tăng đều, đạt giá trị tối đa φ=0,44 (rad) tại thời điểm t=6 giây Sau đó, trong khoảng thời gian mô phỏng còn lại, góc lệch φ giảm chậm, đến thời điểm t=6 giây, φ còn lại là 0,43 (rad) Bên cạnh đó, quỹ đạo chuyển động của tọa độ trọng tâm xe đầu kéo, khớp nối và trọng tâm bán rơmoóc cũng được ghi nhận.
Hình 4.4 thể hiện quỹ đạo của các điểm quan trọng trong hệ thống xe đầu kéo, bao gồm trọng tâm xe đầu kéo tại tọa độ (0,0), khớp nối K tại tọa độ (0.5,0), và trọng tâm bán rơmoóc tại tọa độ (5.5,0) Quỹ đạo của điểm khớp nối K trùng khớp với quỹ đạo đã được mô tả.
Đồ thị góc lệch giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc φ (r ad) thể hiện đạo của trọng tâm xe đầu kéo, với đường cong quỹ đạo trọng tâm bán rơmoóc nằm bên trong đường cong quỹ đạo của xe đầu kéo Hành lang quét của đoàn xe kéo bán rơmoóc cũng cần được xem xét để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong di chuyển.
Hình 4.5 minh họa hành lang quét của đoàn xe kéo bán rơmoóc, trong đó bao gồm các đường cong quỹ đạo tương ứng với kích thước bao giới hạn của phương tiện.
Xe đầu kéo Khớp nối K
Hình 4.4 Quỹ đạo chuyển động trọng tâm xe đầu kéo, khớp nối và bán rơmoóc
* Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo và bán rơmoóc: Hình 4.1
Trong phương án cơ sở, quy luật biến thiên của vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo và bán rơmoóc tương tự như xe độc lập đã được nghiên cứu trước đây Đồ thị vận tốc góc của cả hai đều có hình dạng giống nhau Trong quá trình đánh lái quá độ (1 giây), do sự biến dạng mạnh của bánh xe dẫn hướng và hệ thống lái, hiện tượng “vặn vỏ đỗ” xảy ra tại khu vực tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo, trong khi vận tốc góc xoay thân bán rơmoóc thay đổi chậm và có giá trị nhỏ.
Xe đầu kéo Khớp nối K
Hình 4.5 Hành lang quét đoàn xe kéo bán rơmoóc
Mặc dù tay lái đã dừng lại, vận tốc góc xoay của xe đầu kéo và bán rơmoóc vẫn tiếp tục tăng, đạt giá trị tối đa Nguyên nhân chính là do chiều dài cơ sở và quán tính của bán rơmoóc lớn hơn nhiều so với xe đầu kéo, dẫn đến sự biến động vận tốc góc của xe đầu kéo diễn ra nhanh hơn Hơn nữa, sự đàn hồi của thân xe và bánh xe trên các cầu của đoàn xe cũng làm giảm vận tốc góc xoay của cả xe đầu kéo và bán rơmoóc cho đến khi mô phỏng kết thúc.
* Đồ thị gia tốc bên xe đầu kéo và bán rơmoóc: Hình 4.2
Gia tốc bên của xe đầu kéo và bán rơmoóc phụ thuộc vào sự thay đổi của vận tốc góc xoay thân xe, cũng như vận tốc và vận tốc góc lệch bên Đồ thị gia tốc bên cho thấy sự biến thiên tương tự như vận tốc góc xoay, gia tăng khi thực hiện đánh lái quá độ, đạt giá trị lớn nhất và sau đó giảm khi giữ nguyên vành lái cho đến khi kết thúc mô phỏng.
Trên đồ thị gia tốc bên của xe đầu kéo, có sự biến động mạnh tại thời điểm kết thúc quá trình đánh lái (t=1s) Trong giai đoạn này, phản lực bên tại các bánh xe và lực quán tính ly tâm gia tăng Khi vành lái được giữ nguyên, sự đàn hồi mạnh mẽ của các bánh xe dẫn hướng làm giảm sự gia tăng của lực bên, đồng thời gây ra sự biến thiên đột ngột về giá trị gia tốc bên, tạo ra điểm biến động trên đồ thị.
Quán tính của bán rơmoóc lớn hơn nhiều so với xe đầu kéo, dẫn đến việc bán rơmoóc có tính đàn hồi chậm hơn Do đó, sự biến động về giá trị gia tốc tại các thời điểm mô phỏng của bán rơmoóc cũng chậm hơn so với xe đầu kéo.
Gia tốc bên của xe ô tô có xu hướng giảm dần sau khi đạt giá trị lớn nhất cho đến khi kết thúc mô phỏng Sự giảm dần này là do quá trình quay vòng ổn định, khi đó sự biến dạng bên của lốp dẫn đến sự trượt bên, làm tổn hao công suất và giảm vận tốc chuyển động của ô tô Kết quả là, gia tốc tịnh tiến và gia tốc bên của các khâu cũng giảm theo.
* Đồ thị góc lệch φ giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc Hình 4.3
* Đồ thị quỹ đạo chuyển động của trọng tâm xe đầu kéo, điểm khớp nối, trọng tâm bán rơmoóc và hành lang quét đoàn xe Hình 4.4, 4.5
Trong giai đoạn đầu, sự thay đổi quỹ đạo giữa các điểm là không đáng kể Tuy nhiên, khi có sự khác biệt lớn về vận tốc góc giữa đầu kéo và bán rơmoóc, góc lệch φ tăng lên, dẫn đến quỹ đạo của trọng tâm hai xe tách xa nhau Khoảng cách giữa hai trọng tâm cũng ảnh hưởng đến sự sai lệch quỹ đạo; khoảng cách tăng lên làm tăng góc lệch giữa chúng Ở giai đoạn cuối, góc φ gần như không đổi, khiến quỹ đạo của hai điểm trở nên song song Đồ thị hành lang quét cho phép quan sát không gian chuyển động của đoàn xe trên mặt phẳng đường, trong khi tập hợp các điểm mép biên giới hạn tạo nên đường cong hành lang quét.
Phương án 2
Có sự điều khiển của hàm kích động lực phanh trên các cầu của đoàn xe
* ) Đồ thị hàm kích động lực phanh trên các cầu xe của đoàn xe:
Trên hình 4.6, giá trị lực dọc ban đầu trên cầu trước của xe đầu kéo và cầu sau bán rơmoóc tương đương với lực cản lăn Lực dọc tác động tại bánh xe trên cầu sau xe đầu kéo bằng với lực kéo, như đã được trình bày trong phương án 1.
Sau thời gian đánh lái quá độ t=1 giây, giữ nguyên góc quay vành lái, tác động lực phanh đồng thời lên các bánh xe trên các cầu của đoàn xe tại thời điểm t=2 giây Lực phanh đạt giá trị lớn nhất sau 0,5 giây kể từ lúc tác động lực phanh Trong giai đoạn này, lực phanh biến đổi theo cách tuyến tính.
Hình 4.6 Đồ thị hàm kích động lực phanh trên các cầu của đoàn xe
Lực phanh tác động lên bánh xe của cầu trước xe đầu kéo rất quan trọng để đảm bảo an toàn khi vận hành Đồng thời, lực phanh ở bánh xe của cầu sau cũng đóng vai trò không kém trong việc duy trì sự ổn định và kiểm soát xe Việc phân bổ lực phanh hợp lý giữa cầu trước và cầu sau giúp tăng cường hiệu quả phanh, giảm thiểu nguy cơ trượt và đảm bảo xe luôn trong tình trạng an toàn khi di chuyển.
: Lực phanh tác động lên bánh xe tương đương của cầu sau bán rơmoóc.
Giá trị lực phanh lớn nhất tại các bánh xe trên các cầu được tính toán dựa trên điều kiện bám với tải trọng tĩnh.
- Trên cầu trước xe đầu kéo, lực phanh lớn nhất FxFS270(N)
- Trên cầu sau xe đầu kéo, lực phanh lớn nhất FxRU000(N)
- Trên cầu sau bán rơmoóc, lực phanh lớn nhất FxMU000 (N) a) Kết quả:
*) Vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo và bán rơmoóc
Hình 4.7 cho thấy vận tốc góc xoay của thân xe đầu kéo và bán rơmoóc khi có lực phanh tác động sau 2 giây, với góc quay vành lái cố định Trong 2 giây đầu, vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo tương tự như trường hợp 1 (ε̇₁ ≈ 0,36 (1.rad⁻²); ε̇₂ ≈ 0,22 (1.rad⁻²)) Sau khi lực phanh được áp dụng, vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo giảm nhanh, trong khi vận tốc góc xoay thân bán rơmoóc tăng lên đạt giá trị tối đa ε̇₂ ≈ 0,24 (1.rad⁻²) trước khi giảm nhanh chóng Khi vận tốc đoàn xe gần bằng không (t = 4,1 giây), các giá trị vận tốc góc xoay thân xe trở về không, xe dừng lại và kết thúc mô phỏng.
Hình 4.7 Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe đầu kéo và bán rơmoóc έ( 1 ra d -2 )
*) Gia tốc bên thân xe đầu kéo và bán rơmoóc
Hình 4.8 minh họa gia tốc bên của xe đầu kéo và bán rơmoóc khi lực phanh được tác động lên các cầu của đoàn xe tại thời điểm góc quay cố định t=2 giây Trong 2 giây đầu, gia tốc bên biến thiên theo quy luật tương tự như trường hợp 1, với ay1=2,84(m.s -2) và ay2=2,19(m.s -2) Sau khi lực phanh được tác động, vận tốc của đoàn xe giảm, và xe dừng lại trong thời gian t=4,1 giây Gia tốc bên của xe đầu kéo giảm nhanh chóng về 0, trong khi gia tốc bên của bán rơmoóc tăng lên đạt giá trị lớn nhất là ay2=2,22(m.s -2) trước khi giảm nhanh trở về 0.
*) Góc lệch giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc
Hình 4.8 Đồ thị gia tốc bên thân xe đầu kéo và bán rơmoóc a y1 ( m s -2 )
Hình 4.9 minh họa góc lệch φ giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc khi có mặt lực phanh trên các cầu của đoàn xe tại thời điểm giữ nguyên vành lái (t=2s) Trong 2 giây đầu, góc lệch φ biến thiên tương tự như trường hợp 1 Sau khi tác động lực phanh, góc lệch φ tiếp tục tăng và đạt giá trị lớn nhất là 0,36 tại t=3,2(s), sau đó giảm nhẹ Cuối cùng, tại thời điểm t=4,1(s), vận tốc xe giảm xuống không và kết thúc mô phỏng.
*) Quỹ đạo chuyển động của tọa độ trọng tâm xe đầu kéo, điểm khớp nối, tọa độ trọng tâm bán rơmoóc và hành lang quét đoàn xe
Hình 4.10 mô tả đường cong quỹ đạo của trọng tâm xe đầu kéo, khớp nối và trọng tâm bán rơmoóc theo phương án 1 Khi thực hiện điều khiển lực phanh, vận tốc của đoàn xe giảm dần cho đến khi dừng lại hoàn toàn Kết thúc mô phỏng, tọa độ các điểm được ghi nhận là T1(23, 7.5) và K(22.68, 7.13).
Hành lang quét của xe kéo bán rơmoóc khi tác động phanh, với sự tính toán độ chậm tác dụng giữa các cầu, được minh họa trong hình 4.11.
Hình 4.9 Đồ góc lệch giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc φ ( ra d ) b) Nhận xét trạng thái 1:
Trong 2 giây đầu tiên, khi lực phanh chưa tác động lên các cầu của đoàn xe, đồ thị biến thiên trong phương án 2 tương tự như phương án trước đó.
1 Trong khoảng thời gian còn lại, sau khi tác động lực phanh, các đồ thị đều giảm nhanh do vận tốc ô tô giảm nhanh, cho đến khi xe dừng lại và kết thúc mô phỏng như trên.
Trên đồ thị vận tốc góc, quán tính của bán rơmoóc lớn hơn xe đầu kéo, dẫn đến việc vận tốc góc của xe đầu kéo giảm ngay sau khi tác động lực phanh Điều này ảnh hưởng đến các cầu của đoàn xe, trong khi vận tốc góc của bán rơmoóc vẫn duy trì.
Hình 4.10 Quỹ đạo chuyển độngtọa độ trọng tâm xe đầu kéo, khớp nối và bán rơmoóc
Hình 4.11 Hành lang quét đoàn xe kéo bán rơmoóc
Xe đầu kéo Bán rơmoóc
Xe đầu kéo Bán rơmoóc
Khớp nối K rơmoóc không giảm mà tăng trong khoảng 0,3(s) đạt giá trị lớn nhất sau đó giảm
Xe đầu kéo có nhiều bánh xe hơn so với bán rơmoóc, giúp tăng khả năng đàn hồi Khi lực dọc tăng lên, phản lực bên giảm, dẫn đến gia tốc bên của xe đầu kéo giảm nhanh chóng Ngược lại, gia tốc bên của xe đầu kéo có xu hướng tăng nhẹ trước khi giảm, như thể hiện trong hình 4.8.
Khi có lực phanh tác động lên các cầu của đoàn xe, quán tính của bán rơmoóc lớn làm cho góc lệch φ giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc tiếp tục tăng trong khoảng thời gian 1 giây sau khi phanh được kích hoạt Sau đó, góc lệch này giảm rất ít cho đến khi xe dừng lại và kết thúc quá trình mô phỏng.
Do lực phanh tác động tại các cầu của đoàn xe, vận tốc ô tô giảm nhanh chóng và đoàn xe dừng lại sau 4,1 giây Quỹ đạo trọng tâm của xe đầu kéo, khớp nối, trọng tâm bán rơmoóc và hành lang quét của đoàn xe được thể hiện rõ trong hình 4.10 và 4.11.
Có xem xét đến độ chậm tác dụng của hệ thống phanh đến lực phanh phát sinh tại các cầu xe của đoàn xe
* ) Đồ thị hàm kích động lực phanh
Trên hình 4.1 , giá trị lực dọc ban đầu như phương án 1 và 2: 2
Nhận xét chung
Trong khoảng thời gian đầu 2 giây, các thông số động học của đoàn xe biến thiên giống nhau khi chưa có lực phanh tác động Khi lực phanh được áp dụng, các thông số trong cả hai trạng thái của phương án 2 đều giảm dần.
Trong phương án thứ nhất, sau 2 giây giữ nguyên vành lái, vận tốc góc xoay của thân xe đầu kéo và bán rơmoóc tăng lên và đạt giá trị cao nhất trước khi giảm chậm Ngược lại, ở phương án thứ hai, sự xuất hiện của lực phanh tại các cầu của đoàn xe khiến vận tốc góc xoay của thân xe đầu kéo và bán rơmoóc giảm nhanh chóng Quy luật biến thiên này tương tự như đồ thị gia tốc bên xe đầu kéo và bán rơmoóc trong hai phương án.
Sự khác biệt giữa hai phương án được thể hiện rõ qua đồ thị góc lệch giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc Ở phương án 1, góc lệch gia tăng nhanh chóng và đạt giá trị lớn nhất sau khoảng 4 giây, trong khi ở phương án 2, góc lệch đạt giá trị lớn nhất (nhỏ hơn so với phương án 1) chỉ sau 1 giây ngay khi có tác động lực phanh Điều này cho thấy rằng lực phanh tại các cầu đoàn xe có tác dụng giảm đáng kể góc lệch giữa thân xe đầu kéo và bán rơmoóc khi xe di chuyển trên đường cong.
Phương án 2 bao gồm hai trạng thái khảo sát khác nhau: Trạng thái 1 áp dụng lực phanh đồng thời lên tất cả các cầu của đoàn xe, trong khi Trạng thái 2 xem xét lực phanh tác động lên các cầu với độ chậm chễ nhất định là 0,1 giây giữa các cầu.
Sự biến thiên của các thông số trong hai trạng thái chỉ thay đổi một chút, với sự biến thiên lớn nhất là gia tốc bên Ở trạng thái 1, lực phanh được áp dụng đồng thời lên các cầu của đoàn xe, dẫn đến việc gia tốc bên của xe đầu kéo giảm ngay lập tức Ngược lại, ở phương án 2, lực phanh được áp dụng trước cho các cầu của đoàn xe so với bán rơmoóc, khiến quán tính của bán rơmoóc làm gia tăng gia tốc bên của xe đầu kéo trong khoảng thời gian 0,3 giây, như thể hiện trong các hình 4.8 và 4.14.
- Trên hình 4.18 thể hiện sự so sánh sự thay đổi quỹ đạo chuyển động của đoàn xe trong hai phương án (mô phỏng trong cùng một khoảng thời gian)
Xe đầu kéo Bán rơ moóc
Hình 4.19 Quỹ đạo chuyển động tọa độ trọng tâm xe đầu kéo và bán rơmoóc