Nghiờn cu xut mụ hỡnh ng lc hc ụ tụ Vừ Vn Hng, Vin c khớ ng lc, HBK H Ni, email: huongvvbk@gmail.com Ngnh ụ tụ hin ó bc vo cuc cỏch mng ln th 3: ụ tụ c in t hay l ụ tụ thụng minh Tin ca s phỏt trin l nhng thnh tu ca ngnh (i) C hc, (ii) in t v (iii)Tin hc Trong ú ng lc hc ụ tụ cú vai trũ quan trng, cn xỏc lp cỏc quan h ni hm iu khin ụ tụ, phi i trc mt bc Xõy dng mụ hỡnh ng lc hc ụ tụ, ú xỏc nh cỏc lc tng tỏc bỏnh xe vi ng, s cho phộp xỏc lp cỏc quan h ni hm iu khin ng lc hc ụ tụ Di tỏc ng ca ngi lỏi, ụ tụ se chuyn ng theo phng dc, phng ngang, quay thõn xe, c trng bi ba trng thỏi quay vũng , quay vũng thiu, quay vũng tha Vic xỏc lp cỏc ni hm l ht sc phc tp, vỡ cỏc phn lc bỏnh xe ph thuc iu kin ng, cu trỳc lp v cỏc h thng khỏc, ph thuc cỏc phn ng ca lỏi xe Trong thớ nghim ngi ta ch cú th xỏc nh trng thỏi chuyn ng mt cỏch tớch hp, di dng light - gray - box - modelle Do vy mụ hỡnh ng lc hc cú nhim v xỏc lp phn gray cũn li xỏc nh y cỏc thuc tớnh ng lc hc ụ tụ Mụ hỡnh ng lc hc cng cho phộp xỏc lp cỏc mụ un iu khin cc b nh h thng treo, h thng lỏi, h thng phanh Vỡ lý ú, bỏo cỏo sau õy trỡnh by mụ hỡnh ng lc hc xe tớnh toỏn mt s thuc tớnh ng lc hc ụ tụ Bỏo cỏo trỡnh by mụ hỡnh xe cú cu trỳc v chu lc vi h thng treo c khụng xột cỏc yu t ph tuyn hỡnh hc, tng quan mt s mụ hỡnh lp, tớnh toỏn mt s trng thỏi chuyn ng c trng T khúa: Mụ hỡnh ng lc hc, mụ hỡnh lp, trng thỏi ng lc hc, phi tuyn hỡnh hc, phi tuyn vt lý, liờn kt ng hc v liờn kt ng lc hc, khung chu lc v v chu lc, h thng treo c lp, ph thuc, cõn bng cu, cõn bng cu T VN 2.1 Mụ hỡnh ẳ Sau nm 1970, ngnh tin hc phỏt trin mnh m to tin cho ngnh ụtụ phỏt trin Nhng ụtụ ngy cú c tớnh c in t khỏc vi cỏc ụtụ c khớ ngy trc Ngoi ụtụ cng ngy cng cú cụng sut riờng ln, h s bỏm ca ng cng thay i v rt nhy cm vi m Vỡ vy vic nghiờn cu ng lc hc ụtụ theo hng t ng iu khin v an ton ng lc hc l nhu cu thit yu V cu trỳc, ụtụ cú th coi l h nhiu vt phc Bỏnh xe liờn kt vi ng thc hin cỏc chuyn ng cú cỏc lc tng tỏc thay i theo iu kin ng tng bỏnh xe Bỏnh xe cng liờn kt n hi vi thõn xe v bin dng tt c cỏc phng Cỏc liờn kt ú cú tớnh cht phi tuyn hỡnh hc v phi tuyn vt lý Nhng thuc tớnh ú cú nh hng ln n kh nng n nh chuyn ng ca ụtụ Vỡ vy cn phi cú mt mụ hỡnh tng quỏt nghiờn cu cỏc thuc tớnh chuyn ng ca ụtụ Liờn kt gia bỏnh xe v ng cú hai giai on: bin dng n hi v trt lt hoc trt quay Vỡ vy mụ t chuyn ng ụtụ ta phi mụ t hai chuyn ng c lp vi nhau: chuyn ng quay ca bỏnh xe v chuyn ng tnh tin ca nú Cỏc bỏnh xe thng c b trớ c lp v phng din liờn kt v truyn mụmen nờn cỏc quan h lc cỏc bỏnh xe vi ng l c lp tng i (treo c lp, vi sai gia cỏc bỏnh xe v vi sai gia cỏc cu, phõn b mụmen cỏc bỏnh xe khỏc nhau) Do ú, cn phi mụ t ng hc bỏnh xe mt cỏch chớnh xỏc cú th nghiờn cu trng thỏi chuyn ng ca ụtụ cỏc trng thỏi cn vt lý Cỏc lc ch ng ca bỏnh xe c xỏc nh giỏn tip thụng qua bin dng n hi v trt ca lp Vic xõy dng mt mụ hỡnh tớch hp ca ụtụ cho phộp xỏc nh chuyn ng tng quỏt ca ụtụ di s nh hng ca cỏc thụng s kt cu v thụng s s dng cú kh nng xỏc nh cỏc mc tiờu iu khin v nghiờn cu cỏc quỏ trỡnh truyn ng n nh ca ụtụ C s ca xõy dng mụ hỡnh l phng phỏp tỏch vt, mụ t cỏc yu t phi tuyn bng cỏc mụ hỡnh con: mụ hỡnh h thng treo, mụ hỡnh tỏch bỏnh ca bỏnh xe, mụ hỡnh lp mụ phng chỳng ta s dng phn mm Matlab Simulink Xõy dng mụ hỡnh Hi c khớ ng lc - Chuyn ng tnh tin phng x khụng ng nht vi chuyn ng quay ca bỏnh xe Vỡ vy ta phi mụ t phng trỡnh chuyn ng: tnh tin, quay v ngang c lp vi Hỡnh 2.1 Mụ hỡnh ng lc hc 1/4 Nu b qua dao ng lc dc v lc ngang ca thõn xe thỡ ta cú th a mụ hỡnh ng lc hc ca ụtụ v mụ hỡnh 1/4 nh hỡnh 4.1 õy l mụ hỡnh c bn ca ng lc hc ụtụ Fx, Fy l cỏc lc chuyn ng c xỏc nh theo phng trỡnh: ( m + m A ) &&x = Fx Fc J && = M r ( Fz f + Fx ) (2.1) ( m + m ) &&y = F c y A a y Vừ Vn Hng 2012 Fz l ỏp lc lp ng Lc cn khụng khớ Fc = cAx& ; Fx = FZ Trong ú: (2.2) FZ l phn lc t ng lờn bỏnh xe; l h s bỏm gia lp v ng, ph thuc h s trt dc v gúc lch bỏnh xe * Phng trỡnh xỏc nh phn lc Fz Phn lc Fz gia lp v ng c xỏc nh nh cỏc phng trỡnh dao ng phng thng ng: ( mz&& = C ( z ) + K & z& ) (2.3) ( ) m A&& =C ( z ) K & z& + FCL Trong ú: (2.4) FCL l lc n hi hng kớnh lp: ( ) C ( h ) :khi h f L > t L FCL = :khi h f tL ( (2.5) ) Fz = Fz ,t + Fz ,dyn Fz , t = ( m + m A ) g ti trng tnh, Fz , dyn = FCL ti trng ng xỏc nh h s bỏm, chỳng ta phi xỏc nh cỏc h s trt nh sau: sB = Khi phanh: x& + r& , x& sB (2.6) Khi tng tc: sA = r& x& , r& sA Fy = s + ữ y max FZ g max y max ữ s + (2.10) cú th cú kt qu chớnh xỏc trc tớnh toỏn vi hm Ammon cn phi xỏc nh cỏc h s c trng cho cp lp ng nh h s bỏm xmax, ymax, max, smax Lốp phần tử liên kết xe đờng, tham gia chịu tải chuyển động theo phơng thẳng đứng Ngoài lốp có nhiệm vụ truyền lực dọc, lực ngang xe tăng tốc, phanh, quay vòng nh lực gió gây Lực tác dụng hớng kính gọi phản lực FZ , lực FX lực tiếp tuyến lực Fy lực ngang Các lực thực tế lực động, tức phụ thuộc thời gian Nếu xe chạy 100km/h vết tiếp xúc l=0,5m chu kỳ dao động 0,0054s [14] Ngoài cấu trúc vỏ lốp không đồng nhất, bề mặt cong hai chiều lốp dao động nh cong đàn hồi Thêm vào áp suất lốp thay đổi, bề mặt tiếp xúc nh phụ thuộc bán kính động Xét theo quan điểm nguyên nhân kết quả, biến dạng lốp tơng ứng với cặp lực FZ , FX , Fy Việc mô tả thay đổi biên dạng lốp mô tả thay đổi thay đổi khả truyền lực lốp khó khăn Xét thay đổi lốp đờng ta thấy đặc trng ba dạng truyền lực khp, n hi ma sát Do định luật ma sát Cu - lông không trờng hợp này[14,12,15] Trong trình chuyển động lốp biến dạng ba phơng có ngoại lực tác động Khi ngoại lực tác dụng vợt giới hạn đàn hồi lốp trợt tơng đối so với đờng Ban u cú s n khp t vi lp ng lp mn, sau co mo men tac ng vao, trình đàn hồi xảy sau trợt Sự biến dạng đàn hồi, trợt sinh tổn hao vận tốc S truyn lc ca bỏnh xe n hi vi ng xy bi ba giai on: truyn khp lp ng cú s n khp t vi; mụ men ln, cao su bin dang mt lp b co bng v chuyờn sang giai on trt ma sỏt (2.7) Gúc lch bỏnh xe : y& = arctg ữ x& 2.2 Mụ hỡnh lp: Dark - Gray - box modell c trng ca mụ hỡnh lp l bin dng tt c cỏc phng dc, ngang v phng thng ng, ph thuc cu trỳc lp v ỏp sut lp Cỏc lc tng tỏc bỏnh xe F z, Fx , Fy l cỏc lc n hi tng ng tng ng vi bin dng ca lp Lp cú quỏ trỡnh l : bin dng n hi v trt, c trng bi h s trt Ngi ta thit lp tng quan gia h s trt v cỏc lc tng tỏc bỏnh xe Hin cú nhiu mụ hỡnh lp c cụng b trờn th gii [9, 10, 16] Qua nhng nghiờn cu i hc Bỏch Khoa H Ni tỏc gi thy mụ hỡnh Ammon [22,23] phự hp vi iu kin ca Vit Nam Sau õy l cỏc cụng thc tớnh lc Fx, Fy theo mụ hỡnh Ammon: Hỡnh 2.1a S tớnh lc tng tỏc bỏnh xe Cỏc lc tng tỏc bỏnh xe cú th vit tng quỏt nh (2.11); vic xỏc nh nú cú th thụng qua cỏc mụ hỡnh lp Hin cú mụ hỡnh lp thụng dng l Mụ hỡnh HSRI , Mụ hỡnh lp Amnon , Mụ hỡnh lp Burckhardt , Mụ hỡnh lp Dugoff c trỡnh by [22,23] m + ) ( ) ( f ( ) = ( WP 1) + àv ( 1) sign ( ) >1 ( WP 1) + ( 1) F = x s s + x max FZ f smax x max s + Hi c khớ ng lc (2.8) Fx = Fx ( Fz , , s, ) Fy = Fy ( Fz , , s, ) M x = M x ( Fz , , s, ) ữ ữ (2.9) Vừ Vn Hng M y = M y ( Fz , , s, ) (2.11) M z = M z ( Fz , , s, ) 2012 xe v ngoi nh Chuyn ng ca ụ tụ ph thuc nhiu yu t tớch hp, c trng bi cỏc lc tng tỏc bỏnh xe Chuyn ng quay ca bỏnh xe khụng ng nht vi chuyn ng tnh tin; 2.3 Mụ hỡnh ng lc hc ụ tụ quan h v lc ca cỏc bỏnh xe l khỏc nhau; vic cp mụ men Trng thỏi chuyn ng ca ụtụ ph thuc tớch hp bi ng phanh v ch ng khỏc nhau, yu t ngoi cnh cng thay i lc hc dc, ng lc hc ngang v ng lc hc phng thng Vỡ vy xõy dng mụ hỡnh tớch hp l cn thit cho cỏc ụ tụ ng Hỡnh 2.2 l mt mụ hỡnh ng lc hc tng quỏt cú th thụng minh Vic phõn tng cu trỳc ca mụ hỡnh phi tng mụ t chuyn ng ca ụtụ vi cỏc phn ng khỏc ca lỏi thớch vi mụ un húa iu khin in t z y mx b22 Jy 3K b21 m 3A Fwx x b11 my F F l1 1C 2C m 2K 1A 3K 3 M3 M F F 1C 1 F 1CL 3CL 3z0 1K F F 1K l2 F F F F 3C Jx mz F F 3C J z b12 Fwy FAw F Fx 3CL m2A2 F2C F2K M2 F 1z0 F Fx 1CL F Fy 2CL F3z F3y F 2z0 Fz F 2CL Fx Fy Fz Hỡnh 2.2 Mụ hỡnh ng lc ụ tụ mz Fy4 Fwx 1 Fy1 Fx4 b1 hs 2,3 F x' 2,3 FK Fwx Fwy 1,4 Fx' 1,4 2,3 2,3 JAy 2,3 vF 1,4 FK FK F 2,3 C M 2,3 2,3 M1,4 1,4 Fx' r 1,4 2,3 Fx 2,3 Fx 1,4 Mf Mf my 1,4 FC 1,4 JAy 1,4 Fx' 2,3 Jz FCL x , mx 1,4 FCL l2 l2 Fx3 y , Fx2 2,3 2,3 Fz0 l1 1,4 2,3 Mf z 0 Mf FCL 1,4 1,4 Fz0 2,3 Fx Fz Fz2 Fy3 b2 FCL 1,4 Fx 2,3 Fz3 1,4 FK FC FC 2,3 l1 lw M 1,4 FAw Fz1 Fz4 mx Fx1 b2 M 2,3 v Jy Fz 1,4 Fy2 b22 Hỡnh 2.4 Mt chiu ng Hỡnh 2.3 Mt chiu bng Hi c khớ ng lc Phng trỡnh mụ t qu o chuyn ng ca ụtụ (2.11): Vừ Vn Hng 2012 mx&& = ( F + F + F cos + F cos F sin X X X1 X4 Y1 F cos F ) cos ( F + F + F cos Y4 wx Y Y Y1 + FY cos + FX sin + FX cos + Fwy ) sin my&& = ( F + F + F cos + F cos + F sin Y Y Y1 Y4 X1 + FX cos + Fwy ) cos + ( FX + FX + FX cos + FX cos FY sin FY cos Fwx ) sin J && = b F b F l ( F + F ) Z 22 X 21 X 2 Y Y b11 ( FX 1cos1 FY sin ) + b12 ( FX sin FY sin ) + l1 ( FX sin + FY 1cos1 + FX 4cos1 + FY 1cos1 ) + l w Fwy Hỡnh 3.1.1 th mụ t gúc quay bỏnh xe Phng trỡnh mụ t ng lc hc phng thng ng (2.12): mz&& = ( FC + FK ) j ; j=1ữ J && = l ( F + F ) l ( F + F ) h F + F C K i C K j s iX jX ; Y i=2,3 ; j= 1,4 && J X = b22 ( F3C + F3 K ) + b12 ( F4C + F4 K ) b11 ( F1C + F1K ) b21( F2 C + F2 K ) + hs Fwy ( h hs )( F2Y + F3Y + F1Y cos + F4Y cos + F1 X sin + F4 X sin ) m jA&& j = ( F jK + F jC ) + F jCL ; j =1ữ ( ) Hỡnh 3.1.2 th lc ngang bỏnh xe Phng trỡnh ng lc hc bỏnh xe (2.13): J jAy&& j = M j ( F jX + F jZ f ) r j dyn ; j=1 ữ Sau mụ phng bng phn mm Matlap-simulink ta cú th xỏc nh c cỏc quan h ng lc hc ca ụtụ vi cỏc tham s ngoi lc nh: - Gúc quay vụ lng Hènh 3.1.3 th phn lc Fz - Mụmen phanh/ mụmen ca ng c Mt s kt qu kho sỏt 3.1 Quỏ trỡnh quay vụ lng dng sin khụng phanh Chỳng ta cú th s dng mụ hỡnh trờn kh sỏt nhiu quỏ trỡnh khỏc Nhng kt qu sau õy ng vi trng hp phanh gi ng vi tc v=20m/s v iu kin ng nh sau: x ,max = 0,95; x ,min = 0,8; y , max = 0,85; y ,min =0,8 Mụ men phanh c mụ t ti gii hn trt Hỡnh 3.1.4 th lc tip tuyn bỏnh xe Hi c khớ ng lc Vừ Vn Hng 2012 3.2 Quỏ trỡnh quay vụ lng sin v phanh Hỡnh 3.2.3 th phn lc Fz Hỡnh 3.2.1 th gúc quay bỏnh xe 3.3 Quỏ trỡnh quay vụ lng xung v phanh Hỡnh 3.2.2 Mụ t mụ men phanh Hỡnh 3.3.1 th gúc quay bỏnh xe Hỡnh 3.2.3 th lc ngang Fy Hỡnh 3.3.2 th phn lc Fz Hỡnh 3.2.4 th lc tip tuyn bỏnh xe Hỡnh 3.3.3 th lc tip tuyn bỏnh xe Hi c khớ ng lc Vừ Vn Hng 2012 Qua mt s kt qu trờn ta cú mt s nhn xột nh sau: - Mụ hỡnh cho phộp mụ t cỏc quỏ trỡnh ng lc hc ụ tụ; phự hp vi cỏc kt qu nghiờn cu ca th gii - Trong trng hp phanh v quay vụ lng ng thi, phn lc mt ng lờn bỏnh xe thay i nhiu Tng t lc tiờp tuyn cng thay i ln Kt lun Cỏc mụ hỡnh tớch hp trỡnh by mc l liờn kt gia cỏc mụ hỡnh ng lc hc dc, ngang, thng ng cú s dng mụ hỡnh bỏnh xe Ammon [11,12,15,16 ], l kt qu nghiờn cu ca tỏc gi v cỏc cng s [13, 14, 17, 18,22,23] vũng nm ti Bụ mụn ễ tụ v Xe chuyờn dng, i hc Bỏch khoa H Ni Cỏc mụ hỡnh trờn cú th s dng vo cỏc mc ớch sau õy: + Dựng mụ hỡnh ng lc hc tng quỏt kho sỏt cỏc quỏ trỡnh s dng hay xy tai nn nhm giỳp quỏ trỡnh hnh xe ớt tai nn hn + Nhng mụ hỡnh trờn s giỳp cỏc hc sinh cao hc, nghiờn cu sinh s dng cỏc ti nghiờn cu quỏ trỡnh phanh ụ tụ, quay vũng hoc xột nh hng ca giú, h s bỏm tng kh nng n nh ng lc v dn hng + Nhng nghiờn cu trờn, mt phn lý gii cỏc tai nn giao thụng ang gia tng Viờt Nam gim thiu tai nn giao thụng, mt phn h tr hc viờn cao hc v nghiờn cu sinh gii quyt cỏc bi toỏn c th ca mỡnh lnh vc ng lc hc v ng lc hc iu khin, an ton giao thụng, an ton ng lc hc [13] Nguyn Quớ Ton (2008): Nghiờn cu nh hng ca h thng treo n kh nng n nh ca ụ tụ, Lun Thc s, HBK H Ni [14] Quc Hon (2008): Nghiờn cu nh hng ca h thng treo n kh nng truyn lc ca xe bng mụ hỡnh v thc nghim, Lun Thc s, HBK H Ni [15] Nguyn Trng Du (2008): Nghiờn cu dao ng ca h thng treo ụ tụ cú iu khin, Lun Thc s, HBK H Ni [16] Nguyn Khc Trai (1997): Tớnh iu khin v qu o chuyn ng ca ụ tụ, nxb Giao thụng, H Ni [17] Vừ Vn Hng, Thỏi Mnh Cu (2007): Nghiờn cu chuyn ng thc ca ụ tụ bng mụ hỡnh ẳ, Tuyn cụng trỡnh Hi ngh c hc ton quc ln th VII, H Ni, 12/2007 [18] Vừ Vn Hng, Thỏi Mnh Cu (2007): Lp mụ hỡnh phng nghiờn cu phanh ụ tụ, Tuyn cụng trỡnh Hi ngh c hc ton quc ln th VII, H Ni, 12/2007 [19] T Tun Hng (2009): Nghiờn cu, kho sỏt ng lc hc phanh on xe, LV Thac s Khoa hc, HBK H Ni [20] V Thnh Niờm (2012): Lp mụ hỡnh v kho sỏt ng lc hc xe bỏn mooc, LV Thac s K thut, HBK H Ni [21] Nguyn Tin Thnh (2010): Nghiờn cu n nh phanh on xe, LV Thac s khoa hc, HBK H Ni [22] Lng ỡnh Tin Thng (2012): Nghiờn cu nh hng ca ABS n hiu qu phanh bng mụ hỡnh ng lc hc ụ tụ ẵ, Lv ThS, HBK HN 2012 [23] Nguyn Vn Chút (2012): Nghiờn cu nh hng ca chm tỏc dng n hiu qu phanh , Lv ThS, HBK HN 2012 + Cỏc mụ hỡnh trờn l c s cho thit k iu khin sau ny Ti liờu tham kho [1] Rolf Isermann (2006): Fahrdynamik-Regelung, nxb Vieweg ATZ/MTZ-Fachbuch, http://www.vieweg.de [2] Raesh Rajamani (2006): Vehicle Dynamics and Control, nxb Springer USA [3] Bernd H./Metin E.(2008): Fahrwerkhandbuch, nxh Vieweg-Teubner, http://www.viewegteubner.de [4] Wallentowitz/Reif (2006) Handbuch Kraftfahrzeugelektronik, nxb Vieweg ATZ/MTZ- Fachbuch, http://www.vieweg.de [5] Wallentowitz/Mớtschke(2004):Dynamik Kraftfahrzeuge, nxb Springer, http://www.springer.de der [6] Ryszard Andrzejewski (2005): Nonlinear Dynamics of a Wheeled Vehicle, nxb Springer USA, http://www.springeronline.de [7] Winner Hermann/ Hakuli Stefan (2009): Handbuch Fahrerassistenzsysteme, nxb Vieweg ATZ/MTZ- Fachbuch, www.vieweg.de [8] Kramer Florian (2008): Passive Sicherheit, nxb Vieweg ATZ/MTZ- Fachbuch, www.vieweg.de [9] Raesh Rajamani (2006): Vehicle Dynamics and Control, nxb Springer USA [10] Mannfred B (1993): Fahrwerktechnik: RadschlupfRegelsysteme, nxb Vogel [12] Ammon, D (1997): Modellbildung Systementwicklung in der Fahrzeugtechink, BG Teubner Hi c khớ ng lc und Vừ Vn Hng 2012 ... động theo phơng thẳng đứng Ngoài lốp có nhiệm vụ truyền lực dọc, lực ngang xe tăng tốc, phanh, quay vòng nh lực gió gây Lực tác dụng hớng kính gọi phản lực FZ , lực FX lực tiếp tuyến lực Fy lực. .. thuộc bán kính động Xét theo quan điểm nguyên nhân kết quả, biến dạng lốp tơng ứng với cặp lực FZ , FX , Fy Việc mô tả thay đổi biên dạng lốp mô tả thay đổi thay đổi khả truyền lực lốp khó khăn... ba dạng truyền lực khp, n hi ma sát Do định luật ma sát Cu - lông không trờng hợp này[14,12,15] Trong trình chuyển động lốp biến dạng ba phơng có ngoại lực tác động Khi ngoại lực tác dụng vợt