luận án nghiên cứu tính ổn định của ô tô kéo moóc (TT)

1 ẦU Tính cấp thiết đề tài Trong khuôn khổ giới hạn hạ tầng giao thông, việc phát triển đoàn xe tất yếu nhằm giảm ùm tắc giao thông, giảm chi phí vận chuyển, giảm CO2 [6,9] Khi đoàn xe phát triển kéo theo số hệ lụy Người ta nhận thấy tai nạn giao thông có liên hệ trực tiếp tới động lực học ô tô kéo moóc [6,7,9,12,13] Vì vậy,đề tài “Nghiên cứu tính ổn định ô tô kéo moóc” chọn để nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài ô tô kéo moóc Mục tiêu nghiên cứu x y dựng mô hình động lực học ô tô kéo moóc hai dãy dạng mô hình tích hợp gồm mô hình học hệ nhiều vật mô hình liên kết để mô tả tất trạng thái phản ứng lái xe với số thông số sử dụng ngoại cảnh để khảo sát trạng thái ổn định hướng trước lật ô tô kéo moóc Phương pháp nghiên cứu mô hình hóa ô tô kéo moóc phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật sử dụng hệ phương trình Newton-Euler Để có độ tin cậy, mô hình kiểm chứng thử nghiệm đường Nội dụng nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: sử dụng nguyên lý tách cấu trúc hệ nhiều vật MBS, sử dụng mô hình thích nghi xác định lực liên kết, lập phương trình động lực học vật hệ phương trình Newton-Euler Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm động lực học đường để kiểm chứng mô hình Ý nghĩa khoa học thực tiến Vấn đề nghiên cứu sở ban đầu cho việc nghiên cứu động lực học ô tô kéo moóc theo quy định ISO (ISO 12021 14792) Mô hình chương trình mô cho phép khảo sát động lực học chuyển động ô tô kéo moóc nhằm tìm quy luật giới hạn ổn định ô tô kéo moóc, giúp cho lái xe có sở điều khiển ô tô kéo moóc hoạt động việc ổn định an toàn Đóng góp phương pháp: phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật dạng mô hình lai gồm mô hình học mô hình thích nghi xác định liên kết iểm luận án Đã vận dụng hợp lý phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật, mô tả vật chuyển động hệ tọa độ tương đối sử dụng hệ phương trình Newton-Euler, lập trình theo cấu trúc mô đun Cấu trúc luận án Luận án gồm 102 trang với phần mở đầu (03 trang); Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu (14 trang); Chương 2: X y dựng mô hình động lực học ô tô kéo moóc (41 trang); Chương 3: Khảo sát động lực học ô tô kéo moóc (20 trang); Chương 4: Thí nghiệm động lực học đoàn xe (24 trang); Kết luận kiếm nghị (03); Tài liệu tham khảo (38 tài liệu); Danh mục công trình công bố luận án (05 công trình); luận án có 157 hình đồ thị; gồm 03 phụ lục Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN Ề NGHIÊN CỨU 1.1 Sự phát triển đoàn xe Cũng nước phát triển, phát triển đoàn xe yêu cầu tất yếu Việt Nam - Các nghiên cứu cho thấy, động lực học đoàn xe có liên hệ trực tiếp đến tai nạn giao thông [6,7,9,12,13] Vì nhiều chuyên gia tập trung nghiên cứu động lực học đoàn xe nhiều năm - Khái niệm đoàn xe tổ hợp xe đơn: xe kéo hay nhiều rơ moóc đơn; xe kéo bán moóc kéo theo số rơ moóc độc lập [16, 12] - Phần lớn tai nạn đoàn xe bắt nguồn từ trạng thái ổn định sau: ổn định lật (Roll instability) ổn định hướng (Yaw instability),[6,7,9,12,13] 1.2 Tình hình nghiên cứu động lực học đoàn xe 1.2.1 Các mô hình nghiên cứu động lực học xe ô tô a Mô hình nghiên cứu xe đơn Để đánh giá ổn định xe đơn dựa nghiên cứu Mitschke [30], đánh giá theo đặc tính quay vòng 2 b Mô hình nghiên cứu đoàn xe Các mô hình nghiên cứu tác giả [12,18,19] mô hình dãy nhiều kh u, nghiên cứu ổn định ngang miền tuyến tính với vận tốc xe không đổi góc lái nhỏ 1.2.2.Tiêu chí đánh giá ổn định đoàn xe Đoàn xe đánh giá ổn định theo hai tiêu chí: ổn định hướng ổn định lật a Tiêu chuẩn đánh giá ổn định hướng đoàn xe: - Các giả Fancher, Arvind Mathew Luijten [10, 12] sử dụng khái niệm RA (Rearward Amplification) tỷ lệ gia tốc ngang kh u sau ayn chia cho gia tốc ngang xe kéo ay1: RA1 = a1a y12 a1a y11 + Đánh ổn định xe kéo: (1.2) + Đánh giá ổn định rơ moóc: RA2 = a1a y22 + Đánh giá ổn định đoàn xe: RA = a yn (1.3) a2 ay21 (1.4) ay1 Trong đó: ayn gia tốc ngang cầu sau cụm cầu sau xe thứ n ay1 gia tốc ngang cầu trước xe kéo, a1, a2 tọa độ trọng t m Các biểu thức (1.1), (1.2) phức tạp Chỉ cần hàm gia tốc ay(t)  (t ) hàm phản ứng tốc a y (t ) /  (t ) ; hàm phản ứng vận tốc góc  (t ) /  (t) xác định thuộc tính quay vòng xe đơn b Tiêu chí đánh giá ổn định lật đoàn xe: - Hiện tại, tác giả Erik Dahlberg [9] Luijten [12] đưa thông số đánh giá ổn định lật đoàn xe sau: F F + Hệ số ph n bố tải trọng ngang: LTR = + Hệ số LTRi cho cầu xe: LTRi = zi1  Fzij Fzi1  Fzi Fzi1  Fzi zi (1.5) (1.6) Trong đó: Fzi1, Fzi2 phản lực bánh xe bên trái, phải cầu thứ i i số cầu đoàn xe.j=1, j=2 ứng với bánh xe bên trái,phải 1.2.3 Tình hình nghiên cứu Việt Nam Ở Việt Nam công trình nghiên cứu chủ yếu xe bán rơ moóc: - Tác giả Đào Đình Tại nghiên cứu ổn định xe bán moóc quay vòng [1] - Tác giả Vũ Đình Long nghiên cứu “Động học động lực học quay vòng đoàn xe nghiên cứu khả ứng dụng thẩm định thiết kế đường giao thông” [3] Những kết nghiên cứu rằng, mô hình động lực học đoàn xe công bố phần lớn mô hình tuyến tính dãy, khảo sát với vận tốc không đổi góc hướng bé 1.3 i tư ng mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu luận án i tư ng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu ô tô kéo moóc với xe đầu kéo Thaco Foton rơ moóc Công ty Việt Phương RM01 - Cầu Dolly dùng để liên kết xe đầu kéo rơ moóc 1.3.2 Mục tiêu đề tài X y dựng mô hình động lực học ô tô kéo moóc hai dãy dạng mô hình tích hợp gồm mô hình học hệ nhiều vật mô hình liên kết để mô tả tất trạng thái phản ứng lái xe với số thông số sử dụng ngoại cảnh để khảo sát trạng thái ổn định hướng trước lật ô tô kéo moóc 1.3.3 Phương pháp nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: sử dụng nguyên lý tách cấu trúc hệ nhiều vật MBS, sử dụng mô hình thích nghi xác định lực liên kết, lập phương trình động lực học vật hệ phương trình Newton-Euler - Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm động lực học đường để kiểm chứng mô hình - Sử dụng mô hình động lực học ô tô kéo moóc khảo sát trạng thái đặc trưng động lực học ô tô kéo moóc Phần mền chuyên dụng MatLab-Simulink 3 1.4 Cấu trúc luận án Trong khuôn khổ luận án tác giả thực nội dung sau: Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu Chương 2: X y dựng mô hình động lực học ô tô kéo moóc Chương 3: Khảo sát động lực học ô tô kéo moóc Chương 4: Thí nghiệm động lực học đoàn xe 1.5 Kết luận chương 1: Phát triển đoàn xe xu tất yếu nhằm n ng cao công suất vận chuyển, giảm chi phí vận chuyển, giảm áp lực cho môi trường giảm tiêu hao nhiên liệu đơn vị công suất vận tải nhằm tối ưu hệ thống giao thông Sự gia tăng đoàn xe kéo theo gia tăng tai nạn giao thông Tai nạn giao thông có quan hệ chặt chẽ với động lực học đoàn xe Vì vậy, nghiên cứu động lực học ô tô kéo moóc để tìm giới hạn ổn định sử dụng làm sở cho thiết kế tối ưu ô tô kéo moóc nhu cầu cấp thiết Các mô hình nghiên cứu ổn định ô tô kéo moóc giới thời điểm số vấn đề chưa hoàn chỉnh: Các mô hình chưa mô tả đầy đủ cấu trúc cần thiết ô tô kéo moóc, chưa mô tả tích hợp trạng thái phản ứng lái xe chưa khảo sát tới hạn cận vật lý Các tiêu chí đánh giá tính ổn định ô tô kéo moóc lựa chọn luận án bao gồm: tỷ lệ gia tốc ngang RA gia tốc ngang xe đơn; hệ số ph n bố tải cầu LTRi để đánh giá ổn định lật Chương XÂY DỰNG H NH NG ỰC HỌC KÉO RƠ OÓC 2.1 Phân tích cấu trúc ô tô kéo moóc Đối tượng dùng để lập mô hình làô tô kéo moóc: xe đầu kéo Thaco Foton hai cầu rơ moóc độc lập hai cầu có cầu dẫn hướng Dolly Rơ moóc; Cầu Dolly; Xe đầu kéo Hình 2.3 Mô hình chuyển động ô tô kéo moóc Như vậy, mô hình ô tô kéo moóc mô hình hệ động lực học gồm kh u: xe kéo rơ moóc, cầu Dolly (kh u liên kết động lực học) hình 2.3 Một số giả thiết thành lập mô hình: (1) Trọng t m khối lượng treo xe kéo rơ moóc nằm mặt phẳng dọc; (2) Lốp tiếp xúc với mặt đường theo điểm xác định phản lực lốp đường; (3) Khối lượng đòn kéo chữ “A” có khối lượng nhỏ nhiều so với khối lượng toàn xe; (4) Hệ thống treo phụ thuộc ô tô kéo moóc gồm phần tử đàn hồi phần tử giảm chấn Chỉ xét dịch chuyển tương đối mặt phẳng thẳng đứng, chuyển động tương đối theo phương dọc phương ngang; (5) Không xét ảnh hưởng xoắn khung phương trình xác định phản lực lốpđường; (6) Bỏ qua tính đàn hồi hệ thống lái; (7) Đầu vào trình phanh mô men phanh đặt bánh xe, trình tăng tốc đầu vào mô men chủ động đặt bánh xe chủ động xe kéo (cầu 2); (8) Không có khe hở khớp lề cầu Dolly; Cầu Dolly quay quanh trục z so với khối lương treo rơ moóc, bỏ qua ma sát khớp Dolly; (9) Trọng t m phần khối lượng không treo xe kéo rơ moóc nằm mặt phẳng dọc chứa trọng t m xe kéo rơ moóc 4 2.2 Phương pháp thiết lập mô hình toán học Sử dụng phương pháp hệ nhiều vật hệ phương trình Newton-Euler để lập mô hình toán học Đó phương pháp tách cấu trúc, vật hệ coi hệ 2.2.1 ịnh nghĩa hệ trục tọa độ ô tô kéo moóc Hệ tọa độ mô tả ô tô kéo moóc thể hệ tọa độ Descartes thuận hình 2.4 2.5 gồm: - Đối với xe kéo bao gồm bậc tự mô tả trền hình 2.4: Hình 2.4 Hệ tọa độ xe kéo - Đối với rơ moóc bao gồm bậc tự mô tả trền hình 2.5: Hình 2.5 Hệ tọa độ rơ moóc cầu dẫn hướng Dolly 2.2.2 Các lực mô men mô hình Để đoàn xe chuyển động, lái xe tác động vào bàn đạp ga/phanh tạo mô men chủ động MAij mô men phanh MBij (Mij=MAij+MBij) kết hợp quay vô lăng để thay đổi hướng xe theo mong muốn người lái xe Các tác động tạo lực truyền bánh xe gồm: lực dọc Fxij lực ngang Fyij Các lực Fxij, Fyij, Fzij thực tế lực động, tức phụ thuộc vào thời gian Ngoài cấu trúc vỏ lốp không đồng áp suất lốp thay đổi, bề mặt tiếp xúc ảnh hưởng đến lực Fxij, Fyij, Fzij bánh xe 2.3 ô hình động lực học đoàn ô tô kéo moóc Để dễ lập trình tường minh ph n tích, ta tách mô hình động lực học đoàn xe thành ba mô hình con: (1) Mô hình chuyển động đoàn xe mặt phẳng đường: đ y mô hình dùng để đánh giá trạng thái chuyển động; (2) Mô hình động lực học phương thẳng đứng: với mô hình ta xác định phản lực lốp đường Fzij để tính lực truyền Fxij, Fyij; (3) Mô hình động lực học bánh xe Mô hình động lực học ô tô kéo moóc mặt phẳng đường Hình 2.6b Động lực học xe kéo mặt phẳng đường M c1( xc1  yc1 c1 )  Fx11cos11  Fy11 sin 11  Fx12cos12  Fy12 sin 12  Fx 21  Fx 22  Fkx1  Fwx1  FR11 cos 11  FR12 cos 12  ( FR 21  FR 22 ) (2.1) M c1(yc1  xc1 c1 )  Fx11sin11  Fy11cos11  Fx12 sin12  Fy12cos12  Fy 21  Fy 22  Fky1  Fwy1  FR11 sin 11  FR12 sin 12 (2.2) J zc1 c1  ( Fx11sin11  Fy11cos11  Fx12 sin12  Fy12cos12 )a1  ( Fy 21  Fy 22 )a2  [( Fx12cos12  Fy12 sin 12 )  ( Fx11cos11  Fy11 sin 11 )]b1 ( Fx 22  Fx 21 )b2  Fky1lk1  ( M z11  M z12  M z 21  M z 22 )  b1( FR12 cos 11  FR11 cos 11 )  b2 ( FR 22  FR 21 ) (2.3) Hình 2.7 Động lực học cầu Dolly mặt phẳng đường M c ( xc  yc 3 c )  Fx 31  Fx 32  Fkx'  Fkx'  ( FR 31  FR 32 ) (2.4) M c (yc  xc 3 c )  Fy 31  Fy 32  F (2.5) ' ky1 F ' ky J zc 3 c  F a  Fx 32b3  Fx 31b3  ( M z 31  M z 32 )  b3 ( FR 32  FR 31 )  M kz ' ky1 k (2.6) Hình 2.8 Động lực học rơ moóc mặt phẳng đường M c ( xc  yc 2 c )  Fx 41  Fx 42  Fkx  Fwx  ( FR 41  FR 42 ) (2.7) M c (yc  xc 2 c )  Fy 41  Fy 42  Fky  Fwy (2.8) J zc 2 c  ( Fy 41  Fy 42 )a4  ( Fx 42  Fx 41 )b4  Fky a3  Fwy  M kz (2.9)  b4 ( FR 42  FR 41 )  M z 41  M z 42 .2 Mô hình động lực học phương thẳng đứng ô tô kéo moóc Nội dung mục 2.3.2 xác định phản lực Fzij để tính lực truyền bánh xe: Fx ij  Fz ij x ij Fxyij  Fz ij y ij .2 ộng lực học mặt phẳng dọc Hình 2.9 Động lực học xe kéo mặt phẳng dọc mc1  zc1  xc1c1   FC11  FK 11  FC12  FK 12  FC 21  FK 21  FC 22  FK 22 (2.10) J yc1c1  ( FC11  FK 11  FC12  FK 12 ) a1  ( FC 21  FK 21  FC 22  FK 22 ) a  ( Fx'11  Fx'12 )(hc1  r1 )  ( Fx'21  Fx'22 )(hc1  r2 )  Fkx1 (hc1  hk1 )   M 11  M 12  M 21  M 22  (2.11) Hình 2.10 Động lực học rơ moóc mặt phẳng dọc mc ( zc  xc 2c )  FC 31  FK 31  FC 32  FK 32  FC 41  FK 41  FC 42  FK 42 (2.12) J yc 2c  ( FC 31  FK 31  FC 32  FK 32 ) a  ( FC 41  FK 41  FC 42  FK 42 ) a  ( Fx'31  Fx'32 )(hc  r3 )  ( Fx' 41  Fx' 42 )(hc  r4 )  Fkx' (hc  hk1 )   M 31  M 32  M 41  M 42  (2.13) .2.2 ộng lực học mặt phẳng ngang Hình 2.11 Động lực học khối lượng treo xe kéo mặt phẳng ngang J xc1c1  ( FC11  FK 11  FC12  FK 12 ) w1  ( FC 21  FK 21  FC 22  FK 22 )w2  FR1 (hc1  hR1 )  FR (hc1  hR )  Fky1 (hc1  hk1 ) (2.14) - Động lực học khối lượng treo rơ moóc mặt phẳng ngang (tương tự) J xc c  ( FC 31  FK 31  FC 32  FK 32 ) w3  ( FC 41  FK 41  FC 42  FK 42 )w4  FR3 (hc  hR3 )  FR (hc  hR )  Fky' (hc  hk1 ) (2.15) .2 ộng lực học cầu xe - Động lực học cầu xe mặt phẳng ngang: Hình 2.13 Động lực học cầu xe mặt phẳng ngang mA1 ( A1   A1 y A1 )  ( FCL11  FKL11  FCL12  FKL12 )  ( FC11  FK 11  FC12  FK 12 ) (2.16) mA1 ( y A1   A1 A1 )   F  Fx11sin11  Fy11cos11  Fx12sin12  Fy12cos12  FR11  FR12 (2.17) ' R1 J Ax1 A1  ( FC12  FK 12  FC11  FK 11 )w1  ( FCL11  FKL11  FCL12  FKL12 )b1  F (hR1  r1 ) ' R1  ( Fx11sin11  Fy11cos11  Fx12sin12  Fy12cos12  FR11  FR12 )(r1   A1 ) (2.18) - Động lực học cầu xe mặt phẳng ngang (tương tự): mA2 ( A2   A2 y A2 )  ( FCL 21  FKL 21  FCL 22  FKL 22 )  ( FC 21  FK 21  FC 22  FK 22 ) (2.19) mA2 ( y A2   A2 A2 )   F  Fy 21  Fy 22 (2.20) ' R2 J Ax  A2  ( FC 22  FK 22  FC 21  FK 22 ) w2  ( FCL 21  FKL 21  FCL 22  FKL 22 )b2  ( Fy 21  Fy 22 )(r   A2 )  FR' (hR  r2 ) (2.21) - Động lực học cầu xe mặt phẳng ngang (tương tự): mA3 ( A3   A3 y A3 )  ( FCL31  FKL31  FCL32  FKL32 )  ( FC 31  FK 31  FC 32  FK 32 ) (2.22) mA3 ( y A3   A3 A3 )   FR'  Fy 31  Fy 32 (2.23) J Ax3  A3  ( FC 32  FK 32  FC 31  FK 32 )w3  ( FCL31  FKL31  FCL32  FKL32 )b3  ( Fy 31  Fy 32 )(r3   A3 )  FR' (hR3  r3 ) (2.24) - Động lực học cầu xe mặt phẳng ngang (tương tự): mA4 ( A4   A4 y A4 )  ( FCL 41  F4  FCL 42  FKL 42 )  ( FC 41  FK 41  FC 42  FK 42 ) (2.25) mA4 ( y A4   A4 A4 )   F  Fy 41  Fy 42 (2.26) ' R4 J Ax  A4  ( FC 42  FK 42  FC 41  FK 42 ) w4  ( FCL 41  FKL 41  FCL 42  FKL 42 )b4  ( Fy 41  Fy 42 )(r4   A4 )  FR' (hR  r4 ) (2.27) ộng lực học bánh xe đàn hồi Hình 2.17 Động lực học bánh xe J Ay1111  M 11  Fx11  r011   h11   A11   (2.28) J Ay1212  M 12  Fx12  r012   h12   A12   (2.29) J Ay 2121  M 21  Fx 21  r021   h21   A 21   (2.30) J Ay 2222  M 22  Fx 22  r022   h22   A 22   (2.31) J Ay 3131  M 31  Fx 31  r031   h31   A31   (2.32) J Ay 3232  M 32  Fx 32  r032   h32   A32   (2.33) J Ay 4141  M 41  Fx 41  r041   h41   A 41   (2.34) J Ay 4242  M 42  Fx 42  r042   h42   A 42   (2.35) 2.4 Xác định lực liên kết 2.4.1 Lực liên kết hệ th ng treo FCij, Fkij - Bánh xe phía trước bên trái xe kéo (Bánh xe 11)  C  h    FCL11   L11 11 A11   FG11    FKL11  K L11 h11   A11  FCL11  FKL11  FG11   Fz11    0   khi  h11   A11  f11t   h11   A11  f11t   (2.38) khi h11   A11  f11t   h11   A11  f11t   10 Lực liên kết hệ thống treo FCij, Fkij bánh xe lại thực tương tự bánh xe 11 2.4.2 Xác định lực dọc, lực ngang, phản lực bánh xe Fxij, Fyij, Fzịj a Xác định phản lực Fzij xác định thông qua mô hình dao động thẳng đứng b Xác định lực dọc ngang Fxij, Fyij Theo Ammonn lực truyền xác định theo công thức (2.60) (2.61)  Fx ( sx , )  Fz x,max   sx2   f sx2    sx , max  y , max      (2.60)  Fy ( sx , )  Fz  y , max   sx2   g sx2     x , max  y , max      (2.61) s  2.4 Xác định lực liên kết khớp Dolly a Các lực liên kết K1 b Lực khớp A3: FAx3, FAy3: 2.5 Phương pháp giải hệ phương trình động lực học ô tô kéo moóc Để giải hệ 35 phương trình vi ph n cấp từ (2.1) đến (2.35) ta cần xác định tham số/điều kiện sau: - Thông số cấu trúc xe: kích thước hình học, khối lượng mô men quán tính, phụ lục phụ lực 3; - Hàm phản ứng lái xe: đặc trưng góc lái, vận tốc ban đầu; - Điều kiện đầu tọa độ suy rộng 2.5 Hàm phản ứng lái xe a Hàm điều khiển mô men b Hàm điều khiển quay vòng 2.5.2 iều kiện đầu 2.5.3 Xác định lực dọc ngang Fxij, Fyij 2.6 Cấu trúc động lực họcô tô kéo moóc - Cấu trúc chương trình mô gồm có mô đun chính: Hình 2.25 Cấu trúc chương trình mô 11 - Cấu trúc mô hình động lực học ô tô kéo moóc mặt phẳng đường Hình 2.26 Cấu trúc mô hình động lực học ô tô kéo moóc mặt phẳng đường 2.7 Kết luận chương X y dựng mô hình: x y dựng mô hình động lực học ô tô kéo moóc mô hình lai (Hybrid model) gồm mô hình cấu trúc dạng hệ nhiều vật; mô hình xác định lực liên kết mô hình thích nghi (Adaptiv Model) Với mô hình khảo sát lý thuyết trình động lực học ô tô kéo moóc giới hạn trượt để nghiên cứu ổn định Đặc điểm phương pháp: sử dụng phương pháp tách cầu trúc hệ nhiều vật cho phép thay đổi tham số kết cấu hàm đầu vào khảo sát; mô hình lốp Ammon cho phép khảo sát trạng thái chuyển động tới hạn trường hợp sử dụng yếu tố ngoại cảnh thường xuyên thay đổi Phương pháp giải: việc giải giải hệ phương trình vi ph n thực phần mềm Matlab-Simulink với phương pháp ph n chia mô đun Phạm vi ứng dụng: mô hình mở rộng để khảo sát giới hạn trượt cận lật để xác định điều kiện an toàn chuyển động ô tô kéo moóc; mô tả xe ảo trước chế tạo Thông số đầu vào phản ứng lái xe điều kiện ngoại cảnh (mặt đường, gió) mô tả hay thay đổi tùy theo ý định khảo sát Chương KHẢO SÁT NG LỰC HỌCô tô kéo moóc 3.1 Các phương án khảo sát Khảo sát thực thông qua phương án: 3.1.1 Ảnh hưởng góc lái đến trạng thái quay vòng đường hệ s cao - Trong thực tế lái xe điều khiển quay vòng ngẫu nhiên Trong khảo sát ảnh hưởng cường độ lái cho góc quay bánh xe giá trị cố định hình 3.1 3.2 - Ta chọn giá trị góc lái độ, độ, độ - Vận tốc khảo sát 50 km/h, đường bằng, có hệ số bám cao sau: Loại đường Loại φxmax 0,8 φxmin 0,7 φymax 0,7 φymin 0,6 Với góc quay bánh xe bên trái δ11=[7 9] (độ) ứng với số [1 3] đồ thị 12 Hình 3.1 Góc lái bánh xe trái xe kéo Hình 3.2 Góc lái bánh xe phải xe kéo a Đánh giá ổn định hướng: Hình 3.3 Gia tốc ngang xe kéo Hình 3.4 Gia tốc ngang rơ moóc Đồ thị gia tốc ngang góc lái độ (đường đen) hình 3.3 3.4 có dáng điệu góc quay bánh xe, gần với trạng thái quay vòng đủ Hai trường hợp khác, gia tốc dao động quanh vị trí c n bằng, biểu quay vòng thừa quay vòng thiếu nhẹ Tuy nhiên trường hợp, gia tốc lớn 4,5 m/s2 Hình 3.5 đồ thị hệ số RA=ayc2/ayc1, ta thấy có đường đen có dáng điệu hàm quay vô lăng (quay vòng đủ), trường hợp 2,3 giá trị RA dao động quanh giá trị 1; vừa quay vòng thiếu vừa quay vòng thừa (RA1) b Đánh giá ổn định lật: Hình 3.5 Hệ số gia tốc RA=ayc2/ayc1 Hình 3.6 Hệ số phân tải cầu LTR1 Hình 3.8 Hệ số phân tải cầu LTR3 Hình 3.7 Hệ số phân tải cầu LTR2 Hình 3.9 Hệ số phân tải cầu LTR4 Kết khảo sát (hình 3.6÷3.9), hệ số LTRi trường hợp vượt ngưỡng dấu hiệu ổn định lật 0,75 [9] Chúng ta chưa xét điều kiện đủ lật nên kết luận xe có dấu hiệu lật Điều kiện lật hệ số LTRi=1 mô men lật lực quán tính g y lớn 13 mô men chống lật (điều kiện cần) điều kiện đủ bánh xe phía lại vấn khả bám Kết luận: Với điều kiện quay vòng vận tốc 50 km/h, đường tốt, đánh lái [7, 8, độ] ô tô kéo moóc có dấu hiệu lật (chưa lật) Các gia tốc ngang tương ứng lớn 4,5 m/s2, theo Mitschke [29] giới hạn tuyến tính phi tuyến giới hạn ổn định Do để an toàn ta quay vòng giới hạn gia tốc nhỏ m/s2 3.1.2 Ảnh hưởng góc lái đến trạng quay vòng đường hệ s bám thấp - Khảo sát với trường hợp xe quay vòng với vận tốc ban đầu v0=50km/h điều kiện đường bằng, có hệ số bám thấp sau: Loại đường Loại φxmax 0,6 φxmin 0,5 φymax 0,5 φymin 0,4 - Ta chọn giá trị góc lái độ, độ, độ Với góc quay bánh xe bên trái δ11= [5 7] (độ) ứng với số [1 3] đồ thị hình 3.10 3.11 Hình 3.10 Góc lái bánh trái xe kéo Hình 3.11 Góc lái bánh phải xe kéo a Đánh giá ổn định hướng Khi với vận tốc 50km/h, đường có hệ số bám thấp (0,6), với góc lái [5,6,7] (độ), ta thấy đồ thị gia tốc ngang xe kéo rơ moóc (đường 1, hình 3.12; 3.13) có dáng điệu giống đồ thị góc quay bánh xe, chứng tỏ phản ứng xe “theo yêu cầu” lái xe; gia tốc ngang nhỏ m/s2, ngưỡng ổn định hướng cho xe đơn Đường thứ 3, góc lái độ, sau gi y xe kéo quay vòng thiếu mạnh, gia tốc ngang giảm đột ngột; sau gi y gia tốc rơ moóc giảm dao động 4,5 m/s2, trạng thái rơ moóc bị dao động ngang mặt phẳng đường; rơ moóc dao động góc trục đứng lắc Xét đồ thị hình 3.14, RA=ayc2/ayc1, hai trường hợp đầu (1,2), góc lái 5, độ, dáng điệu giống đặc tính góc quay bánh xe ô tô kéo moóc trạng thái “quay vòng đủ” Trường hợp 3, góc lái độ, hàm RA có dáng điệu hàm gia tốc ayc2: thể tính dao động lắc rơ moóc Hình 3.12 Gia tốc ngang xe kéo Hình 3.13 Gia tốc ngang rơ moóc Hình 3.14 Hệ số gia tốc ngang RA=ayc2/ayc1 14 b Đánh giá ổn định lật Kết khảo sát (hình 3.15, 3.16 3.18), hệ số ph n bố tải trọng góc lái (5 độ, độ) có giá trị LTR1,2,4 < 0,75, riêng đường có giá trị LTR3>0,75 (góc lái độ) sau giá trị LTR giảm, xe trở lại ổn định ứng với đường Kết luận: Khi hệ số bám thấp (0,6) vận tốc 50km/h, quay vòng với góc lái 5, 6, 70 ô tô kéo moóc có hệ số ph n tải ngang LTR bé ngưỡng ổn định lật Erik Dahlberg [9] 0,75 Tuy nhiên đường có hệ số bám thấp ô tô kéo moóc không ổn định hướng, moóc dao động góc quanh trục z Do đường có hệ số bám thấp, không nên quay vòng với góc lái lớn độ, nghĩa không nên quay vòng với gia tốc ngang lớn m/s2, giảm vận tốc xuống 50 km/h Hình 3.15 Hệ số phân tải cầu LTR1 Hình 3.16 Hệ số phân tải cầu LTR2 Hình 3.17 Hệ số phân tải cầu LTR3 Hình 3.18 Hệ số phân tải cầu LTR4 3.1.3 Ảnh hưởng hệ s bám đến khả quay vòng - Xe quay vòng với vận tốc ban đầu v0=50km/h - Ta chọn giá trị góc lái (δ11) độ - Điều kiện đường bằng, ứng với ba loại dường hệ số bám khác sau: Loại đường Loại Loại Loại φxmax 0,8 0,7 0,6 φxmin 0,7 0,6 0,5 φymax 0,7 0,6 0,5 φymin 0,6 0,5 0,4 Với loại đường: [1 3] ứng với số đồ thị 1, 2, Hàm góc lái cho hình 3.19 3.20 Các hình 3.24 dến 3.27 quan hệ gia tốc Các hình 3.26 đến 3.29 hệ ph n bố tải cầu LTRi Hình 3.19 Góc lái bánh trái xe kéo Hình 3.20 Góc lái bánh phải xe kéo a Đánh giá ổn định hướng Khi quay vòng với góc lái 70 vận tốc ban đầu 50 km/h với loại đường với hệ số bám [0,6; 0,7; 0,8], ta thấy trường hợp đầu đồ thị gia tốc ay1 ay2 có dáng điệu đồ thị góc quay bánh xe, chứng tỏ xe đơn quay vòng ổn định Từ đồ thị hình 3.23 ta thấy hệ số gia tốc ngang RA có xu ổn định xe đơn Ngược lại, hệ số bám thấp, xe kéo quay vòng thiếu mạnh sau gi y; rơ moóc quay vòng thiếu sau gi y dao động (lắc ngang) Điều dẫn đến ô tô kéo moóc dao động lắc (dạng lắc 3) hình (3.21 3.22) 15 Hình 3.21 Gia tốc ngang xe kéo Hình 3.22 Gia tốc ngang rơ moóc Hình 3.23 Hàm hệ số gia tốc ngang RA=ayc2/ayc1 b Đánh giá ổn định lật Theo tiêu chuẩn lật Erik [9] cầu có hệ số ph n tải ngang LTR có giá trị vượt ngưỡng 0,75; cầu lại chưa vượt ngưỡng lật Hình 3.24 Hệ số phân tải cầu LTR1 Hình 3.25 Hệ số phân tải cầu LTR2 Hình 3.26 Hệ số phân tải cầu LTR3 Hình 3.27 Hệ số phân tải cầu LTR4 Kết luận: Với vận tốc 50 km/h, góc quay bánh xe không đổi độ, đường có hệ số bám cao, ô tô kéo moóc ổn định trượt lẫn lật Khi hệ số bám thấp (0,5) rơ moóc dao động góc Để bảo đảm an toàn chuyển động, góc lái bé độ vận tốc bé 50 km/h để gia tốc ngang không lớn m/s2 3.1.4 Ảnh hưởng vận t c xe đến khả quay vòng - Khảo sát với trường hợp xe quay vòng với vận tốc ban đầu v0=[40 45 50] km/h ứng với số đồ thị [1 3] - Ta chọn giá trị góc lái (δ11) độ - Điều kiện đường bằng, có hệ số bám thấp sau: Loại đường Loại φxmax 0,6 φxmin 0,5 φymax 0,5 φymin 0,4 Góc lái cho hình 3.28a 3.28b Các hình 3.20 đến 3.32 đồ thị quan hệ gia tốc; hình 3.33 đến 3.36 đồ thị ph n bố lại tải trọng ngang cầu Thông số khảo sát vận tốc xe chọn vận tốc xe thường hoạt động 16 Hình 3.28a Góc lái bánh xe trái Hình 3.28b Góc lái bánh xe phải a Đánh giá ổn định hướng Khi quay vòng với góc lái độ đường loại với hệ số bám (0,6), ta thấy trường hợp đầu với vận tốc khảo sát 40, 45 km/h đồ thị gia tốc ay1 ay2 có dáng điệu đồ thị góc quay bánh xe, chứng tỏ xe đơn quay vòng ổn định, hình 3.29 3.30 Từ đồ thị hình 3.31 ta thấy hệ số gia tốc ngang RA có xu ổn định xe đơn Ngược lại, hệ số bám thấp vận tốc 50 km/h, xe kéo quay vòng thiếu mạnh sau gi y; rơ moóc quay vòng thiếu sau gi y dao động (lắc ngang) Điều dẫn đến ô tô kéo moóc dao động lắc (con lắc 3) hình (3.33) Đường hình 3.31, sau gi y RA giảm nhanh xuống 0,75 (quay vòng thiếu) tăng nhanh lên 1,27 gi y (quay vòng thừa) lại giảm (quay vòng thiếu) Rơ moóc dao động lắc ngang Hình 3.29 Gia tốc ngang xe kéo b Đánh ổn định lật Hình 3.30 Gia tốc ngang rơ moóc Hình 3.31 Hệ số gia tốc ngang RA=ayc2/ayc1 Theo tiêu chuẩn lật, hệ số bám thấp vận tốc thấp (40, 45 km/h) cầu có hệ số ph n tải ngang LTR có giá trị chưa vượt ngưỡng lật 0,75; Khi vận tốc 50 km/h, cầu có LTR>0,75 sau giảm nhanh vị trí ổn định Hình 3.32 Hệ số phân tải cầu LTR1 Hình 3.33 Hệ số phân tải cầu LTR2 17 Hình 3.34 Hệ số phân tải cầu LTR3 Hình 3.35 Hệ số phân tải cầu LTR4 Kết luận: Với vận tốc 50 km/h, góc quay bánh xe đẫn hướng không đổi độ, đường có hệ số bám thấp (0,5) ô tô kéo moóc ổn định hướng lật vận tốc bé 45 km/h vận tốc 50 km/h, rơ moóc xảy dao động góc Để bảo đảm an toàn chuyển động điều khiển góc lái bé độ (vận tốc đánh lái trên) trường hợp xe chạy với vận tốc 50 km/h để gia tốc ngang không lớn 3,5 m/s2 phải giảm tốc độ 50 km/h quay vòng góc lái 3.1.5 Ảnh hưởng góc lái đến trình phanh đường có hệ s bám thấp - Khảo sát xe quay vòng với vận tốc ban đầu v0=50km/h - Ta chọn ba giá trị góc lái (δ11) độ, độ, độ - Điều kiện đường loại có hệ số bám sau: Loại đường Loại φxmax 0,6 φxmin 0,5 φymax 0,5 φymin 0,4 - Phanh với gia tốc tương ứng 0,27g, tương đương gia tốc phanh lý thuyết 2,7 m/s2 Hình 3.36 Góc lái bánh xe trái Hình 3.37 Góc lái bánh xe bên phải Các hình 3.36 3.37 hàm đầu vào góc lái Các hình 3.38 đến 3.41 hàm đầu vào mô men bánh xe trái, chạy ổn định với vận tốc 50 km/h tới giấy bắt đầu phanh tới 3,5 gi y đạt mô men phanh lớn Hình 3.38 Mô men bánh xe tráicầu trước xe kéo Hình 3.39 Mô men bánh xe tráicầu sau xe kéo Hình 3.40 Mô men bánh xe trái cầu Dolly Hình 3.41 Mô men bánh xe trái cầu sau rơ moóc a Đánh giá ổn định hướng Từ đồ thị gia tốc ngang hình 3.42 3.43, gia tốc ngang đạt 4,5 m/s2 ổn định hướng, phanh gia tốc ngang giảm nhanh, xe kéo rơ moóc đề quay vòng thiếu mạnh Với góc lái lớn, độ, sau 3,5 gi y rơ moóc dao động động góc (đường hình 3.43) Các xe đơn quay vòng thiếu, moóc quay vòng thừa (so với xe kéo) 18 hình 4.44: RA đạt 2, rơ moóc chuyển động xa t m quay vòng, xu ổn định; xe kéo quanh vòng thiếu mạnh, không vào cua được, đường hình 3.46 Ô tô kéo moóc tính điều khiển Với góc lái độ gia tốc phanh không ổn định Hình 3.42 Gia tốc ngang xe kéo Hình 3.43 Gia tốc ngang rơ moóc Hình 3.44 Hệ số gia tốc ngang RA b Đánh giá ổn định lật Ở giai đoạn đầu trước phanh giai đoạn quay vòng ổn định, hệ số LTR cầu vượt ngưỡng 0,75 phanh giá trị giảm dần Riêng góc lái độ rơ moóc dao động lắc ngang Tuy nhiên, phanh ô tô kéo moóc có xu ổn định lật Hình 3.47 Hệ số phân tải cầu LTR1 Hình 3.48 Hệ số phân tải cầu LTR2 Hình 3.49 Hệ số phân tải cầu LTR3 Hình 3.50 Hệ số phân tải cầu LTR4 Kết luận: Khi phanh đường vòng, với góc lái khác nhau, ô tô kéo moóc vào cua chậm (khó vào cua), chí chuyển động hướng tiếp tuyến Ô tô kéo moóc ổn định lật so với quay vòng ổn định Gia tốc phanh không giảm phanh đường vòng 3.1.6 Ảnh hưởng phanh đường vòng với hệ s bám khác - Xe quay vòng với vận tốc ban đầu v0=50km/h - Ta chọn giá trị góc lái (δ11) độ - Điều kiện đường bằng, ứng với ba loại dường hệ số bám khác sau: Loại đường Loại Loại Loại φxmax 0,8 0,7 0,6 φxmin 0,7 0,6 0,5 φymax 0,7 0,6 0,5 - Phanh t=3 gi y với gia tốc lý thuyết tương ứng 0,27g (2,7 m/s2) φymin 0,6 0,5 0,4 19 3.2 Kết luận chương 3: - Qua khảo sát trên, gia tốc ngang đại lượng dễ xác định, có khả đánh giá ổn định: Đường hệ số bám thấp gia tốc ổn định 3m/s2, đường tốt m/s2 Có thể dùng thiết bị cảnh báo gia tốc ngang để cảnh báo nguy hiểm cho lái xe Nếu cảnh báo gia tốc ngang, lái xe thiết lập lại trạng thái ổn định thông qua ch n ga/phanh vô lăng Những kết yếu tố lật nghiêm trọng ổn định hướng - Khảo sát 06 phương án chuyển động đặc trưng với thông số điều khiển vận tốc xe, góc quay vô lăng, cường độ phanh ứng với ba loại đường có hệ số bám đặc trưng 0,6, 0,7 0,8 Các thông số đánh giá gia tốc ngang tỷ lệ gia tốc RA=ayc2/ayc1 rơ moóc xe kéo dùng để đánh giá ổn định trượt hệ số ph n tải ngang LTRi để đánh giá cận trước lật xe - Nếu quay vòng đường có hệ số bám lớn, ô tô kéo moóc đạt gia tốc ngang lớn, lớn 4,5 m/s2, xe ổn định hướng làm cho phản lực phía t m quay vòng giảm, hệ số tải LTR>0,75 có nguy lật Chương THÍ NGHIỆM NG LỰC HỌC OÀN XE 4.1 Mục tiêu đ i tư ng thí nghiệm 4.1.1 Mục tiêu thí nghiệm - Đo góc quay vô lăng (đo trực tiếp), với giả thiết hệ thống lái không đàn hồi, ta xác định góc lái theo biểu thức   VL / i L (sẽ xác đo trực tiếp góc lái) - Đo vận tốc góc bánh xe chủ động, điều kiện vận tốc thấp (v[...]... nghĩa thực tiễn - Mô hình và chương trình mô phỏng cho phép khảo sát động lực học chuyển động ô tô kéo moóc nhằm tìm ra quy luật và giới hạn mất ổn định của tô kéo moóc, giúp cho lái xe có cơ sở điều khiển ô tô kéo moóc hoạt động việc ổn định và an toàn Ngoài ra, các thông số trên có thể làm tài liệu tham khảo quan trọng giúp cho các công ty chế tạo đoàn xe sơmi-rơ moóc và nghiên cứu thay đổi kết cấu,... Cấu trúc mô hình động lực học ô tô kéo moóc trong mặt phẳng đường Hình 2.26 Cấu trúc mô hình động lực học ô tô kéo moóc trong mặt phẳng đường 2.7 Kết luận chương 2 1 X y dựng mô hình: đã x y dựng được mô hình động lực học ô tô kéo moóc là mô hình lai (Hybrid model) gồm mô hình cấu trúc là dạng hệ nhiều vật; các mô hình xác định lực liên kết là các mô hình thích nghi (Adaptiv Model) Với mô hình trên... hơn 2, rơ moóc chuyển động xa t m quay vòng, xu thế mất ổn định; xe kéo quanh vòng thiếu mạnh, không vào cua được, đường 1 trong hình 3.46 Ô tô kéo moóc mất tính điều khiển Với góc lái 7 độ gia tốc phanh không ổn định Hình 3.42 Gia tốc ngang xe kéo Hình 3.43 Gia tốc ngang rơ moóc Hình 3.44 Hệ số gia tốc ngang RA b Đánh giá ổn định lật Ở giai đoạn đầu trước khi phanh là giai đoạn quay vòng ổn định, hệ... LTR giảm, xe trở lại ổn định ứng với các đường 3 Kết luận: Khi hệ số bám thấp (0,6) và ở vận tốc 50km/h, nếu quay vòng với góc lái 5, 6, 70 ô tô kéo moóc có hệ số ph n tải ngang LTR bé hơn ngưỡng ổn định lật của Erik Dahlberg [9] là 0,75 Tuy nhiên khi đường có hệ số bám thấp ô tô kéo moóc không ổn định hướng, moóc dao động góc quanh trục z Do đó khi đường có hệ số bám thấp, không nên quay vòng với... kiện bám của đường Đ y là những thông số có ảnh hưởng lớn đến ổn định ô tô kéo moóc theo hai tiêu chí là ổn định lật và ổn định trượt ngang (chương 3) 1.2 Về phương pháp Đã vận dụng phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật, mô đun hóa cấu trúc chương trình mô phỏng, cho phép dễ dàng thay đổi tham số khi tối ưu kết cấu Mô hình lai là dạng kết hợp một mô hình cơ học với các mô hình thích nghi mô tả các... ph n chia mô đun 4 Phạm vi ứng dụng: mô hình có thể mở rộng để khảo sát các giới hạn trượt và cận lật để xác định điều kiện an toàn chuyển động ô tô kéo moóc; có thể mô tả xe ảo trước khi chế tạo Thông số đầu vào là các phản ứng của lái xe và điều kiện ngoại cảnh (mặt đường, gió) có thể mô tả hay thay đổi tùy theo ý định khảo sát Chương 3 KHẢO SÁT NG LỰC HỌCô tô kéo moóc 3.1 Các phương án khảo sát... lái bánh xe bên phải Các hình 3.36 và 3.37 là hàm đầu vào góc lái Các hình 3.38 đến 3.41 là hàm đầu vào mô men bánh xe trái, chạy ổn định với vận tốc 50 km/h tới 3 giấy và bắt đầu phanh tới 3,5 gi y đạt mô men phanh lớn nhất Hình 3.38 Mô men bánh xe tráicầu trước xe kéo Hình 3.39 Mô men bánh xe tráicầu sau xe kéo Hình 3.40 Mô men bánh xe trái của cầu Dolly Hình 3.41 Mô men bánh xe trái cầu sau rơ moóc. .. hợp đầu (1,2), góc lái 5, 6 độ, dáng điệu của nó giống đặc tính góc quay bánh xe khi đó ô tô kéo moóc ở trạng thái “quay vòng đủ” Trường hợp 3, góc lái 7 độ, hàm RA có dáng điệu như hàm gia tốc ayc2: cũng thể hiện tính dao động lắc của rơ moóc Hình 3.12 Gia tốc ngang xe kéo Hình 3.13 Gia tốc ngang rơ moóc Hình 3.14 Hệ số gia tốc ngang RA=ayc2/ayc1 14 b Đánh giá ổn định lật Kết quả khảo sát (hình 3.15,... hướng nghiên cứu và kết quả nghiên cứu có thể sử dụng làm cơ sở cho các nhà quản lý, nhà quy hoạch giao thông ban hành các quy định về tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo, đăng kiểm, vận hành và khai thácô tô kéo moóc, luận án cũng có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho đào tạo - Đóng góp về phương pháp: phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật dạng mô hình lai gồm mô hình cơ học và mô hình thích nghi xác định. .. pháp mô đun hóa cấu trúc và chương trình mô phỏng thuận tiện cho các bài toán tối ưu tham số và điều khiển 3 Hướng nghiên cứu tiếp theo - Hướng hoàn thiện mô hình: Để hoàn thiện mô hình ô tô kéo moóc gần sát với thực tế cần phải mô tả động lực học hệ thống lái và hệ thống treo nhằm mô tả góc quay trục đứng khác nhau giữa cầu và th n xe Liên kết từ vô lăng đến bánh xe là liên kết động lực học, không thể