Nghiên cứu thiết kế mô phỏng động lực học và ổn định của ô tô 1 cầu và 2 cầu chủ động

57 Hình 3.9: Đồ thị thể hiện lực ngang và giới hạn bám ngang của bánh xe sau khi ô tô quay vòng bằng cầu trước chủ động.. 58 Hình 3.10: Sơ đồ khối Simulink mô tả lực ngang và giới hạn bá

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐỖ SĨ HẢI

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC

VÀ ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ 1 CẦU VÀ 2 CẦU CHỦ ĐỘNG

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116

S K C0 0 4 7 3 7

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC

VÀ ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ 1 CẦU VÀ 2 CẦU CHỦ ĐỘNG

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:

Họ & tên: Đỗ Sĩ Hải Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 29/12/1987 Nơi sinh: Hớn Quản – Bình Phước

Quê quán: Thanh Hóa Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: KP5 - Trảng Dài - Biên Hòa - Đồng Nai Điện thoại cơ quan: Điện thoại di động: 0983273074

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học chuyên nghiệp:

Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ …./… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố):

Ngành học:

2 Đại học:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 09/2011 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM

Ngành học: Công nghệ kỹ thuật Ô tô

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu tính ổn định phanh đối với loại xe Bus chạy trong thành phố Hồ Chí Minh

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 18/07/2011, Trường Đại học Công nghiệp Tp HCM

Người hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Văn Phụng

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 1/2012 đến nay Trường Đại học Công nghệ Đồng Nai Giảng viên

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 09 năm 2015

Đỗ Sĩ Hải

LỜI CẢM TẠ

Trong thời gian học tập và nghiên cứu trong chương trình đào tạo sau đại học của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, em đã tiếp thu và đúc kết được nhiều kiến thức bổ ích cho chuyên môn của mình Với đề tài nghiên cứu dưới hình thức luận văn thạc sĩ, em đã vận dụng những kiến thức đã được học của mình để giải quyết một vấn đề thực tế Đề tài của em là nghiên cứu và giải quyết tính toán vấn đề động lực học và ổn định ô tô, vì lần đầu tiên tiếp xúc nên em gặp rất nhiều khó khăn

Với sự hướng dẫn tận tình của thầy hướng dẫn GVC TS Lâm Mai Long cùng sự hỗ trợ của gia đình, bạn bè, đồng nghiệp Cho đến thời điểm này luận văn của em củng đạt được những kết quả như mong muốn

Đến đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến:

- Ban Giám Hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

- Thầy GVC TS Lâm Mai Long - trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

- Quý thầy cô trong khoa Cơ Khí Động Lực - trường Đại học Sư phạm

Kết quả của đề tài làm cơ sở cho nghiên cứu và giảng dạy trong ngành công nghệ ô tô tại Việt Nam

The Thesis content with theory of traction-skid and power distribution was presented compactly Progress computation and simulation were completed with MATLAB/SIMULINK software The result of computation and simulation based

on entry parameter was the road surface’s reality condition and operation state of two-wheel drive and four-wheel drive

The result of subject sets a foundation for research and education purposes in Auto Technology

MỤC LỤC

Trang tựa

Lý lịch khoa học i

Lời cam đoan iii

Lời cảm tạ iv

Tóm tắt v

Mục lục vii

Danh sách các chữ viết tắt x

Danh sách các hình xiii

Danh sách các bảng xv

Chương 1: TỔNG QUAN CỦA ĐỀ TÀI 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1

1.2 Mục đích của đề tài 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài 2

1.4 Các phương pháp nghiên cứu 2

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Đặc tính trượt 3

2.2 Góc lệch hướng 6

2.2.1 Góc lệch bên của bánh xe khi chịu lực ngang 6

2.2.2 Sự lăn của lốp xe dưới tác dụng đồng thời của lực ngang Y và lực vòng X 8

2.3 Đường đặc tính tốc độ của động cơ 10

2.4 Các lực tác dụng lên ô tô 11

2.4.1 Phản lực thẳng góc của mặt đường tác dụng lên bánh xe 12

2.4.2 Lực cản không khí 12

3.4.3 Lực cản leo dốc 13

3.4.4 Lực cản quán tính 13

3.4.5 Lực cản lăn 13

2.5 Động lực học của ô tô 14

2.5.1 Tốc độ cực đại của ô tô 14

2.5.2 Khả năng tăng tốc cực đại của ô tô 17

2.5.3 Khả năng leo dốc cực đại của ô tô 20

2.6 Ổn định ngang và dọc của ô tô 24

2.6.1 Ổn định dọc của ô tô 24

2.6.2 Ổn định ngang của ô tô 27

2.7 Ổn định quay vòng của ô tô 31

2.7.1 Quay vòng lý thuyết 31

2.7.2 Quay vòng thực tế 32

2.7.3 Ảnh hưởng phân bố lực kéo đến quay vòng ô tô 36

Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK 46

3.1 Giới thiệu về Matlab 46

3.2 Thông số kỹ thuật của xe chọn để tính toán và mô phỏng 46

3.3 Tốc độ cực đại của ô tô 47

3.4 Khả năng tăng tốc cực đại của ô tô 48

3.4.1 Khả năng tăng tốc cực đại của ô tô khi bỏ qua trượt 48

3.4.2 Khả năng tăng tốc cực đại của ô tô chạy cầu sau chủ động 48

3.4.3 Khả năng tăng tốc cực đại của ô tô chạy hai cầu chủ động 50

3.4.4 Nhận xét 50

3.5 Khả năng leo dốc cực đại của ô tô 51

3.5.1 Khả năng leo dốc cực đại của ô tô khi bỏ qua trượt 51

3.5.2 Khả năng leo dốc cực đại của ô tô chạy cầu sau chủ động 51

3.5.3 Khả năng leo dốc cực đại của ô tô chạy hai cầu chủ động 52

3.5.4 Nhận xét 52

3.6 Góc lật khi ô tô lên dốc 53

3.6 Góc trượt khi ô tô lên dốc 53

3.6.1 Góc trượt khi ô tô lên dốc bằng cầu sau chủ động 53

3.6.2 Góc trượt khi ô tô lên dốc bằng hai cầu chủ động 54

3.6.3 Nhận xét 54

3.7 Giới hạn lật đổ khi ô tô chuyển động trên đường nghiêng ngang 54

3.7.1 Góc giới hạn lật khi ô tô chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang 54

3.7.2 Vận tốc nguy hiểm khi ô tô chuyển động quay vòng trên đường nghiêng 54

3.8 Góc lệch hướng khi ô tô quay vòng 55

3.9 Ô tô quay vòng bằng cầu trước chủ động 56

3.10 Ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động 58

3.11 Ô tô quay vòng bằng hai cầu chủ động 60

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63

4.1 Kết luận 63

4.2 Kiến nghị và hướng phát triển đề tài 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

 Độ trượt ngang của bánh xe và mặt đường

 Góc lệch hướng của bánh xe chịu lực ngang

Y Lực ngang tác dụng lên bánh xe N 1

Y Lực ngang tác dụng lên bánh xe cầu trước N 2

Y Lực ngang tác dụng lên bánh xe cầu sau N

Y

C Độ cứng ngang của bánh xe N/m 1

C Độ cứng ngang của bánh xe cầu trước N/m 2

C Độ cứng ngang của bánh xe cầu sau N/m

Y Giới hạn bám ngang của bánh xe cầu sau N

Z Phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe N

a Khoảng cách từ cầu trước đến trọng tâm của xe m

b Khoảng cách từ cầu sau đến trọng tâm của xe m

 Hệ số ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay

j Gia tốc chuyển động của ô tô m s / 2 ax

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ khối Simulink mô tả đặc tính bánh xe theo Burckhardt 5 Hình 2.2: Đồ thị thể hiện mối quan hệ bám trượt của bánh xe máy kéo Yanmar

Hình 2.3: Sự lăn của bánh xe đàn hồi khi chịu lực ngang 6 Hình 2.4: Góc lệc hướng của bánh xe khi chịu lực ngang tác dụng 7 Hình 2.5: Đặc tính hướng của lốp radial 9 Hình 2.6: Đặc tính hướng của lốp diagonal 9 Hình 2.7: Sơ đồ lực tổng quát tác dụng lên ô tô 11 Hình 2.8: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi tăng tốc bằng cầu sau chủ động 18 Hình 2.9: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi tăng tốc bằng hai cầu chủ động 19 Hình 2.10: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi leo dốc bằng cầu sau chủ động 21 Hình 2.11: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi leo dốc bằng hai cầu chủ động 23 Hình 2.12: Ô tô chuyển động trên đường nghiêng ngang 27 Hình 2.13: Quay vòng lý thuyết 31

Hình 2.15: Quay vòng trung tính 33 Hình 2.20: Lực ngang Y tác động làm xuất hiện α1 =α2 33

Hình 3.1: Đồ thị khả năng bám trượt khi ô tô khi chuyển động thẳng 49 Hình 3.2: Đồ thị khả năng tăng tốc cực đại phụ thuộc hệ số bám dọc 51 Hình 3.3: Đồ thị khả năng leo dốc cực đại phụ thuộc hệ số bám dọc 53 Hình 3.4: Đồ thị mô tả mối quan hệ vận tốc lật đổ và góc nghiêng của mặt

ô tô quay vòng bằng cầu trước chủ động 57 Hình 3.9: Đồ thị thể hiện lực ngang và giới hạn bám ngang của bánh xe sau khi ô

tô quay vòng bằng cầu trước chủ động 58 Hình 3.10: Sơ đồ khối Simulink mô tả lực ngang và giới hạn bám ngang của các bánh xe khi ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động 59 Hình 3.11: Đồ thị thể hiện lực ngang và giới hạn bám ngang của bánh xe trước khi ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động 59 Hình 3.12: Đồ thị thể hiện lực ngang và giới hạn bám ngang của bánh xe sau khi

ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động 60 Hình 3.13: Sơ đồ khối Simulink mô tả lực ngang và giới hạn bám ngang của các bánh xe khi ô tô quay vòng bằng cầu sau chủ động 61 Hình 3.14: Đồ thị thể hiện lực ngang và giới hạn bám ngang của bánh xe trước khi ô tô quay vòng bằng hai cầu chủ động 61 Hình 3.15: Đồ thị thể hiện lực ngang và giới hạn bám ngang của bánh xe sau khi

ô tô quay vòng bằng hai cầu chủ động 62

tô ngày nay không những mạnh mẽ mà còn đầy đủ tiện nghi đáp ứng tất cả các nhu cầu của con người Mặc dù đã xuất hiện những chiếc xe chạy bằng điện hay các dạng năng lượng xanh như năng lượng mặt trời, nhưng ô tô sử dụng nhiên liệu hóa thạch như xăng, dầu vẫn phổ biến hơn cả Động lực chính trên các xe ô tô hiện nay vẫn là động cơ đốt trong loại pittông

Trên thế giới hiện nay nói chung và đất nước ta nói riêng, việc điều khiển một chiếc ô tô lưu thông trên đường không có gì khó Tuy nhiên, để có một chiếc xe ô

tô hoạt động tốt thì người ta phải nghiên cứu, đánh giá đến các yếu tố: Tốc độ đạt cực đại, khả năng leo dốc cực đại, khả năng tăng tốc cực đại, tính ổn định của xe với các loại trạng thái hoạt động ứng với các loại địa hình khác nhau, phân bố tải trọng phù hợp trên các cầu… hiện nay ở Việt Nam v ẫ n chưa có nhiều bãi thử

xe nên việc kiểm tra, đánh giá ô tô trên phần mềm mô phỏng là rất hữu ích đó

cũng là lí do em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế mô phỏng động lực học và ổn

định của ô tô 1 cầu và 2 cầu chủ động”

Hiện nay ở nước ta có rất nhiều đề tài nghiên cứu về động lực học và ổn định nhưng để làm nổi bật sự ảnh hưởng của xe chạy hai cầu chủ động so với xe chạy

một cầu chủ động thì chưa có

Ở nước ngoài ngành công nghiệp ô tô đã phát triển từ rất lâu, các hãng sản xuất hoặc một số công ty đã xây dựng rất nhiều khu thử xe thật còn nghiên cứu chạy mô phỏng chạy trên phần mềm thì dường như hãng nào cũng có nhưng chưa công bố

rộng rãi ra bên ngoài

1.2 Mục tiêu của đề tài

Trên cơ sở lý thuyết về bám trượt, phân phối công suất thực hiện tính toán bằng mô phỏng một số bài toán về động lực học và ổn định để làm nổi bật tính năng của xe chạy hai cầu so với xe chạy một cầu chủ động

1.3 Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài

Do thời gian thực hiện đề tài có hạn nên chỉ nghiên cứu lý thuyết và phân tích động lực học, ổn định ngang và dọc, các trạng thái quay vòng trên xe cầu sau chủ động và hai cầu chủ động trong những điều kiện cụ thể

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích lý luận, tham khảo tài liệu

- Tính toán bằng mô phỏng MATLAB/SIMULINK

1.5 nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Đề tài đã sử dụng mô hình Burckhardt để xác định hệ số bám tạo tiền đề cho việc xác định các thông số động lực học và ổn định của ô tô

- Kết quả của đề tài có thể được ứng dụng trong việc nghiên cứu và giảng dạy

- C3 xác định sự sai khác giữa giá trị lớn nhất của đường cong bám với giá trị

hệ số bám khi trượt hoàn toàn (R=1)

23

12

9

0,12 0,15 0,18

Hệ số bám dọc và hệ số bám ngang khi đó được tính theo công thức:

Khi đó  0 nên y 0 và y 0, do đó Rx và Rx

Từ các phương trình thực nghiệm trên ta sử dụng MATLAB/SIMULINK để

mô tả đặc tính bám trượt của bánh xe với hai thông số đầu vào là độ trượt dọc x và góc lệch hướng 