tính toán, thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống thủy lực trợ lực tay lái cho phương tiện giao thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ ĐẮC HOÀNG TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG THỦY LỰC TRỢ LỰC TAY LÁI CHO PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ XUÂN TRƯỜNG HÀ NỘI - 2015 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Mục lục MỤC LỤC Trang phụ bìa Trang Lời cam đoan Danh mục ký hiệu Danh mục hình vẽ, đồ thị Chương I Tổng quan hệ thống lái 01 1.1 Nhiệm vụ yêu cầu phân loại 01 1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động chung hệ thống lái 03 1.3 Các phận hệ thống lái 04 1.4 Các thông số hệ thống lái 11 Chương II Một số hệ thống lái thông dụng 25 2.1 Hệ thống lái khí thông thường không trợ lực 25 2.2 Hệ thống lái có trợ lực không điều khiển điện tử 27 2.3 Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 33 Chương III Tính toán thiết kế trợ lực lái 40 3.1 Nguyên lý trợ lực 40 3.2 Phân tích lựa chọn phương án thiết kế 44 3.3 Tính toán động lực học hệ thống lái 52 3.4 Tính toán cường hóa lái 56 3.5 Tính toán xy lanh lực 60 3.6 Xác định suất bơm 62 3.7 Tính toán chi tiết van phân phối 63 Chương IV Đánh giá động lực học quay vòng ô tô 4.1 Phương trình quay vòng ô tô hai cầu 66 66 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Mục lục 4.2 Đánh giá động lực học quay vòng động xe ô tô hai cầu (Tính điều khiển tĩnh) 70 4.3 Đánh giá động lực học quay vòng động xe ô tô hai cầu (Tính điều khiển động) 83 Chương V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TT 10 11 12 13 14 19 20 21 22 23 Tên danh nghĩa Tải trọng xe Trọng lượng thân xe Trọng lượng toàn xe Phân cho cầu trước Phân cho cầu sau Ký hiệu lốp Chiều dài sở Chiều rộng sở Chiều rộng vết trước Chiều rộng vết sau Chiều cao xe Chiều dài toàn Chiều dài trục lái Bán kính vành tay lái Vận tốc max Mô men cản quay vòng bánh xe Mô men lái Ký hiệu Đơn vị đo G G0 GT G1 G2 Bxd L0 B BT BS H ∑L L Tl Rl V max N N N N N inch mm mm mm mm mm mm mm mm Km/h Mc Ml Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu hình vẽ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ VÀ HÌNH VẼ Danh mục Trang Hình 1-1: Các phương pháp quay vòng xe giới 01 Hình 1-2: Sơ đồ cấu tạo chung hệ thống lái 03 Hình 1-3: Cấu tạo chung trục lái 04 Hình 1-4: Hộp số lái kiểu trục vít – cung 05 Hình 1-5: Hộp số lái kiểu trục vít lăn 06 Hình 1-6: Hộp số lái kiểu trục vít đòn lắc 07 Hình 1-7: Hộp số lái kiểu trục vít – ê cu – bi – cung 07 Hình 1-8: Hộp số lái bánh – 08 Hình 1-9: Cấu tạo hình thang lái điển hình 09 Hình 1-10: Kết cấu nối bên 10 Hình 1-11: Sơ đồ trụ đứng nghiêng mặt phẳng ngang 12 Hình 1-12: Các giai đoạn trình quay vòng 13 Hình 1-14: Sơ đồ động học xe ô tô 14 Hình 1-15: Các yếu tố góc đặt bánh xe 15 Hình 1-16: Góc Camper 16 Hình 1-18: Tác dụng góc Camper dương 17 Hình 1-19: ác dụng góc Camper âm 18 Hình 1-20: Góc Caster khoảng Caster 19 Hình - 21: Góc caster dương âm 19 Hình - 22: Ổn định chạy đường thẳng nhờ có khoảng caster 20 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu hình vẽ Hình - 23: Hồi vị bánh xe nhờ khoảng caster 20 Hình - 24: Góc kingpin 21 Hình - 25: Giảm lực đánh lái 22 Hình - 26: Giảm phản hồi kéo lệch sang phía 22 Hình - 27: Độ chụm độ choãi 23 Hình - 28: Góc quay vòng 24 Hình - 1: Hệ thống lái học loại trục vít – bánh vít 25 Hình - 2: Hệ thống lái học loại – bánh 26 Hình - 3: Hệ thống lái có trợ lực 27 Hình - 4: Bộ trợ lực lái loại khí 28 Hình - 5: Hệ thống lái trợ lực thủy lực 29 Hình - 6: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh xoắn - 30 Hình - 7: Cấu tạo trợ lực 31 Hình - 8: Cấu tạo bơm trợ lực cánh gạt 32 Hình - 9: Sơ đồ nguyên lý bơm trợ lực cánh gạt 33 Hình - 10: Một số phận hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 34 Hình - 11: Sơ đồ trợ lực lái điều khiển điện tử 34 Hình - 12: Bộ trợ lực điện 35 Hình - 13: Các chi tiết trợ lực lái 36 Hình - 14: Đồ thi thể thay đổi tỷ số truyền 37 Hình - 15: Vết bánh xe hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 38 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu hình vẽ Hình - 16: Vết bánh xe hệ thống lái điều khiển điện tử 38 Hình 3-1: Tổng quan hệ thống lái có trợ lực 40 Hình 3-2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động bơm cánh gạt 41 Hình 3-3: Cơ cấu lái hệ thống trợ lực 42 Hình 3-4: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái vị trí trung gian 43 Hình 3-5: Sơ đồ nguyên lý trợ lực lái quay vòng 44 Hình 3-6: Van phân phối, xilanh lực đặt chung cấu lái 45 Hình 3-7: Van phân phối, xilanh lực đặt thành cụm, tách biệt với cấu lái 45 Hình 3-8: Van phân phối cấu lái đặt thành cụm tách biệt với xilanh lực 46 Hình 3-9: Bộ cường hóa bố trí van phân phối cấu lái đặt thành cụm, xilanh lực nằm hình thang lái Hình 3-10: Cơ cấu trợ lực lái kết hợp đòn kéo ngang 47 Hình 3-11: Van điều khiển kiểu quay 48 Hình 3-12: Mạch điều khiển thuỷ lực van quay 49 Hình 3-12: Sơ đồ điều khiển dạng van cánh 50 Hình 3-13: Van điều khiển kiểu ống 51 Hình 3-14: Sơ đồ mạch điều khiển thuỷ lực kiểu van ống 52 Hình 3-15: Sơ đồ đặt bánh xe dẫn hướng 54 Hình 3-16: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe xe quay vòng 55 Hình - 1: Mô hình tính toán động lực học cho ô tô 67 Hình - 2: Mô hình hệ thống lái 69 47 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Danh mục bảng biểu hình vẽ Hình - 3: Mô hình phẳng vệt ô tô 71 Hình - 5: Đồ thị đặc tính tốc độ vận tốc góc quay thân xe 77 Hình - 6: Đồ thị đặc tính tốc độ góc lệch bên 79 Hình - 7: Đồ thị đặc tính tốc độ gia tốc bên 80 ε̇ 81 α 82 Hình - 3: Đường Đặc tính tốc độ � � [(m/s2)/rad] ÿ 82 Hình - 11: Thời gian độ thời gian lên 88 Hình - 12: Độ điều chỉnh 89 Hình - 13: Đặc tính độ vận tốc góc quay thân xe 90 Hình -14: Đặc tính độ góc lệch hướng chuyển động 91 Hình - 15: Đặc tính độ gia tốc bên 92 Hình - 1: Đường Đặc tính tốc độ � � (1/s)/rad βv t Hình - 2: Đường Đặc tính tốc độ � � rad/rad βv t βv t Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lời nói đầu LỜI NÓI ĐẦU Ô tô phương tiện giao thông phổ biến nước ta Nó giữ vai trò quan trọng mạng lưới giao thông đường Từ đời nay, ngành công nghiệp ô tô trải qua nhiều giai đoạn phát triển với phát triển khoa học kĩ thuật Với tăng trưởng tốc độ mật độ chuyển động ô tô ngày đòi hỏi ô tô phải đảm bảo tính điều khiển mức độ cao Nhằm đảm bảo tính an toàn chuyển động xe, hạn chế tối đa tai nạn giao thông xảy Hệ thống lái hệ thống quan ô tô Nó định tới tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô Để giảm mệt mỏi cho người lái, hệ thống trợ lực lái đời phát triển không ngừng, nay, hệ thống trợ lực lái hệ thống đương nhiên phải có phương tiện giao thông đại Đề tài “Tính toán, thiết kế kiểm nghiệm hệ thống thủy lực trợ lực tay lái cho phương tiện giao thông” Với mục đích xem xét, tính toán đánh giá hệ thống thủy lực trợ lực với đánh giá động lực học ô tô quay vòng Từ đưa lời khuyên để đảm bảo quỹ đạo chuyển động ổn định cho xe chuyển hướng Nội dung đề tài : Chương I: Tổng quan hệ thống lái Trình bày nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu, cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung hệ thống lái Đưa số phận thông số hệ thống lái Chương II: Một số hệ thống lái thông dụng Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động số hệ thống lái phận hệ thống lái Hệ thống lái túy khí, hệ thống lái có trợ lực hệ thống lái trợ lực có điều khiển Chương III: Tính toán thiết kế trợ lực lái: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Lời nói đầu Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động đưa lựa chọn mô hình thích hợp hệ thống trợ lực tay lái, từ tính toán phần tử thủy lực hệ thống Chương IV: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô Xây dựng phương trình động lực học xe quay vòng, xác định hàm truyền cho tham số chuyển vị xe Kết hợp với việc lập trình phần mềm Matlab để đánh giá động lực học quay vòng tĩnh động ô tô Sau trình thực hiện, với cố gắng nỗ lực thân giúp đỡ bảo tận tình thầy giáo T.S Lê Xuân Trường đồ án hoàn thành Song thời gian trình độ thân hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến bảo thầy cô giáo đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S Lê Xuân Trường toàn thể thầy cô giáo Viện Cơ khí động lực tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành luận văn Hà nội, Tháng năm 2015 Học viên thực Đỗ Đắc Hoàng Chương IV: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô với phạm vi lý thuyết để tìm quy luật chuyển động ta sử dụng hàm tiền định lý thuyết điều khiển Bài toán tiến hành khảo sát mặt phẳng đường, trình khảo sát thông qua bước khảo sát ổn định hệ thống học Các hàm chuyển vị là: 𝛼𝛼 = 𝛼𝛼(𝑡𝑡 ), 𝜀𝜀̇ = 𝜀𝜀̇(𝑡𝑡 ), 𝑦𝑦̈ = 𝑦𝑦̈ (𝑡𝑡 ) Ta xác định quan hệ hàm mục tiêu với hàm kích động 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑡𝑡) dạng hàm truyền phương pháp biến đổi laplac Hàm truyền hệ thống Sử dụng phương trình (4.26), (4.27) viết mô hình phẳng tuyến tính bỏ qua ảnh hưởng gió phần trước ′ ′ )] 𝑚𝑚𝑚𝑚𝛼𝛼̇ + (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 )𝛼𝛼 + [𝑚𝑚𝑣𝑣 − (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝜀𝜀̇ , = 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ 𝑣𝑣 (4.37) 𝜀𝜀̇ ′ ′ ′ ) ′ (4.38) a2 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏2 ) − (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝛼𝛼 = 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a𝛽𝛽𝑣𝑣∗ 𝐽𝐽𝑧𝑧 𝜀𝜀̈ + (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑣𝑣 Ở phần trước ta coi 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ = const, coi 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ = 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑡𝑡 ) Do tính chất toán trình độ Ta kí hiệu sau: 𝜀𝜀̇ = 𝜀𝜀̇(𝑡𝑡 ) ảnh 𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) hàm truyền 𝐹𝐹𝜀𝜀̇ (𝑝𝑝) 𝛼𝛼 = 𝛼𝛼 (𝑡𝑡 ) ảnh 𝛼𝛼 (𝑝𝑝) hàm truyền 𝐹𝐹𝑎𝑎 (𝑝𝑝) 𝑦𝑦̈ = 𝑦𝑦̈ (𝑡𝑡 ) ảnh 𝑦𝑦̈ (𝑝𝑝) hàm truyền 𝐹𝐹𝑦𝑦̈ (𝑝𝑝) Biến đổi laplace hệ phương trình vi phân (4.37) (4.38): , ′ ′ )] [𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 + (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 )]𝛼𝛼 (𝑝𝑝) + [𝑚𝑚𝑣𝑣 − (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) = 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑝𝑝) 𝑣𝑣 ′ ′ ′ �𝐽𝐽𝑧𝑧 𝑝𝑝 + (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a2 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏2 ) � 𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) + (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏)𝛼𝛼 (𝑝𝑝) = 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑝𝑝) 𝑣𝑣 Từ phương trình (4.39) rút ra: , ′ )] ( ) 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑝𝑝) − [𝑚𝑚𝑣𝑣 − (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝜀𝜀̇ 𝑝𝑝 𝑣𝑣 𝛼𝛼 (𝑝𝑝) = ′ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 + (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 ) Thay vào (4.40) : Trang 84 (4.39) (4.40) Chương IV: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô ��𝐽𝐽𝑧𝑧 𝑝𝑝 + ′ (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a2 ′ a− = �𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 2) ′ )] ( ′ [𝑚𝑚𝑣𝑣 − (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏) 𝑣𝑣 �− � 𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) ′ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 + (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑣𝑣 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 ) ′ ( ′ 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏) � 𝛽𝛽 ∗ (𝑝𝑝) ′ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 + (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 ) 𝑣𝑣 ′ ′ a + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏2 ) + 𝑗𝑗𝑧𝑧 (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 )]𝑃𝑃 ⟺ �𝑚𝑚𝑚𝑚𝐽𝐽𝑧𝑧 𝑃𝑃2 + [𝑚𝑚(𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 ′ ′ ′ + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 )(𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏2 ) − 𝑚𝑚𝑚𝑚 (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏) + (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑣𝑣 ′ − (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏)2 � 𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) 𝑣𝑣 ′ ′ ( ′ ′ ( ′ = �𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑃𝑃 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 ) − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏)�𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑝𝑝) ′ ′ ′ a + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏2 ) + 𝑗𝑗𝑧𝑧 (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 )]𝑣𝑣𝑣𝑣 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙2 ⇔ (𝑚𝑚𝑣𝑣 𝐽𝐽𝑧𝑧 𝑃𝑃2 + [𝑚𝑚(𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 ⇔ 𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑝𝑝) ⇔ 𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑝𝑝) ⇔ 𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑝𝑝) ′ ) 2) ′ ′ + 𝑚𝑚(𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝑣𝑣 𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) = (𝑚𝑚𝑚𝑚𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a𝑃𝑃 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙)𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑝𝑝) 𝑣𝑣 ′ ′ (𝑚𝑚𝑣𝑣 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a𝑃𝑃 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙𝑙𝑙) = ′ ′ ′ ′ ) 𝑚𝑚𝑣𝑣 𝐽𝐽𝑧𝑧 𝑃𝑃2 + [𝑚𝑚(𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏2 ) + 𝑗𝑗𝑧𝑧 (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 )]𝑣𝑣𝑣𝑣 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙2 + 𝑚𝑚(𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝑣𝑣 ′ ′ (𝑚𝑚𝑣𝑣 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a𝑃𝑃 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙𝑙𝑙) ′ ′ ) 2 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙 + 𝑚𝑚(𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝑣𝑣 = ′ ′ [𝑚𝑚(𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a2 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏2 ) + 𝑗𝑗𝑧𝑧 (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 )]𝑣𝑣 𝑚𝑚𝑣𝑣 𝐽𝐽𝑧𝑧 𝑃𝑃 + ′ ′ ) 𝑃𝑃 + ′ ′ ) 2 ( ( 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙 + 𝑚𝑚 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝑣𝑣 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙 + 𝑚𝑚 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝑣𝑣 𝑣𝑣 𝑚𝑚𝑚𝑚a𝑃𝑃 � + 1� (𝑙𝑙 + 𝑘𝑘𝑣𝑣 ) 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙 = ) + 𝑗𝑗 (𝐶𝐶 ′ + 𝐶𝐶 )]𝑣𝑣 [ ( ′ 𝑚𝑚𝑣𝑣 𝐽𝐽𝑧𝑧 𝑧𝑧 𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝑚𝑚 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 𝑃𝑃 𝑃𝑃 + ′ ′ ′ ′ ) 2 2 ( ) ( 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑠𝑠 𝑙𝑙 + 𝑚𝑚 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝑣𝑣 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙 + 𝑚𝑚 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝑣𝑣 Ta đặt: Trang 85 Chương IV: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô ′ ′ �𝑚𝑚(𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏2 ) + 𝑗𝑗𝑧𝑧 (𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 )�𝑣𝑣 𝛿𝛿 = 2𝑗𝑗𝑧𝑧 𝑚𝑚𝑣𝑣 ′ ′ ) 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙2 + 𝑚𝑚(𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏 − 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 a 𝑣𝑣 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝑗𝑗𝑧𝑧 𝑚𝑚𝑣𝑣 𝑚𝑚a𝑣𝑣 𝑇𝑇𝜀𝜀̇ = 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙 𝜔𝜔02 𝑇𝑇1 = 2𝛿𝛿 𝜔𝜔0 𝑇𝑇22 = (4.41) (4.42) 𝜔𝜔02 Khi hàm truyền vận tốc góc quay thân xe là: 𝐹𝐹𝜀𝜀̇ (𝑝𝑝) = + 𝑇𝑇𝜀𝜀̇ 𝑝𝑝 𝜀𝜀̇ 𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) � � = 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ 𝑡𝑡 + 𝑇𝑇1 𝑝𝑝 + 𝑇𝑇22 𝑝𝑝2 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑝𝑝) (4.43) 𝐹𝐹𝛼𝛼 (𝑝𝑝) = + 𝑇𝑇𝛼𝛼 𝑝𝑝 𝛼𝛼 𝛼𝛼 (𝑝𝑝) � � = 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ 𝑡𝑡 + 𝑇𝑇1 𝑝𝑝 + 𝑇𝑇22 𝑝𝑝2 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ (𝑝𝑝) (4.44) Tương tự tính hàm truyền góc lệch α : Sử dụng 𝑦𝑦̈ = 𝑣𝑣 (𝛼𝛼̇ + 𝜀𝜀̇) 𝑦𝑦̈ (𝑝𝑝) = 𝑣𝑣 [𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) + 𝛼𝛼̇ (𝑝𝑝)] Hàm truyền gia tốc bên : 𝑦𝑦̈ + 𝑇𝑇1𝑦𝑦̈ 𝑝𝑝 + 𝑇𝑇2𝑦𝑦̈ 𝑝𝑝2 𝑦𝑦̈ (𝑝𝑝) = � ∗� 𝐹𝐹𝑦𝑦̈ (𝑝𝑝) = ∗ 𝛽𝛽𝑣𝑣 𝑡𝑡 + 𝑇𝑇1 𝑝𝑝 + 𝑇𝑇22 𝑝𝑝2 𝛽𝛽𝑣𝑣 (𝑝𝑝) (4.45) Các hệ số biểu thức: 𝑇𝑇1𝑦𝑦̈ = 𝑏𝑏 𝑙𝑙 𝑇𝑇𝛼𝛼 = 𝑗𝑗𝑧𝑧 𝑣𝑣 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏𝑏𝑏 − 𝑚𝑚a2 𝑣𝑣 𝑇𝑇2𝑦𝑦̈ = 𝑗𝑗𝑧𝑧 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑙𝑙 4.3.2 Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển động 4.3.2.1 Một số khái niệm Chất lượng hệ thống điều khiển đánh giá qua chế độ: + Quá trình độ: trình chuyển trạng thái hệ thống + Chế độ xác lập: chế độ hệ thống có tác động đầu vào sau hết trình độ hệ thống thiết lập trạng thái ổn định Trang 86 Chương IV: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô Ở ta đánh giá chất lượng hệ thống với hàm kích động dạng bậc thang (step), t = hàm kích động β v (t) nhảy cóc lên giá trị 𝛽𝛽 vt R Thông số xe: m= 1573kg ′ 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 = 80000 N/rad I l =17 l=2.68m a = 1.1m 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑠𝑠 = 80000 N/rad n s + n k =0.1m b = 1.58m v = 15m/s J z =2873 kg.m2 Với xe ta có: 𝑘𝑘 = ′ a� 𝑚𝑚�𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑏𝑏−𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 ′ 𝐶𝐶 𝑙𝑙 𝐶𝐶𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑎𝑎𝑎𝑎 = 0.0035 > Như hệ thống ổn định, ta đánh giá trình độ hệ thống Một số tham số để đánh giá trình độ: + Thời gian lên (t r ): thời gian cần thiết để đáp ứng hệ thống tăng từ 10% đến 90% + Thời gian độ (t qđ ): thời gian cần thiết để sai lệch đáp ứng hệ thống giá trị xác lập không vượt 2% Trong hệ thống điều khiển t qđ phải nhỏ (2 ÷3) chu kì dao động quanh giá trị xác lập Hình - 11: Thời gian độ thời gian lên + Độ điều chỉnh (PO): sai lệch cực đại trình độ so với giá trị xác lập, tính theo đơn vị phần trăm Trong hệ thống điều khiển độ điều chỉnh phải nhỏ 25% 𝑦𝑦𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 − 𝑦𝑦𝑥𝑥𝑥𝑥 𝑃𝑃𝑃𝑃 = 100% 𝑦𝑦𝑥𝑥𝑥𝑥 Trang 87 Chương IV: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô Hình - 12: Độ điều chỉnh 4.3.2.2 Đánh giá trình độ hệ thống Thay 𝛽𝛽𝑣𝑣∗ = 𝛽𝛽𝑣𝑣 𝑖𝑖𝑙𝑙 vào biểu thức (4.43) (4.44) (4.45) ta hàm truyền theo góc quay vành lái 𝛽𝛽𝑣𝑣 𝐹𝐹𝜀𝜀̇ (𝑝𝑝) = 𝐹𝐹𝛼𝛼 (𝑝𝑝) = + 𝑇𝑇𝜀𝜀̇ 𝑝𝑝 𝜀𝜀̇ 𝜀𝜀̇(𝑝𝑝) =� � 𝛽𝛽𝑣𝑣 𝑡𝑡 + 𝑇𝑇1 𝑝𝑝 + 𝑇𝑇22 𝑝𝑝 𝛽𝛽𝑣𝑣 (𝑝𝑝) + 𝑇𝑇𝛼𝛼 𝑝𝑝 𝛼𝛼 𝛼𝛼 (𝑝𝑝) =� � 𝛽𝛽𝑣𝑣 𝑡𝑡 + 𝑇𝑇1 𝑝𝑝 + 𝑇𝑇22 𝑝𝑝 𝛽𝛽𝑣𝑣 (𝑝𝑝) 𝑦𝑦̈ + 𝑇𝑇1𝑦𝑦̈ 𝑝𝑝 + 𝑇𝑇2𝑦𝑦̈ 𝑝𝑝2 𝑦𝑦̈ (𝑝𝑝) =� � 𝐹𝐹𝑦𝑦̈ (𝑝𝑝) = 𝛽𝛽𝑣𝑣 𝑡𝑡 + 𝑇𝑇1 𝑝𝑝 + 𝑇𝑇22 𝑝𝑝 𝛽𝛽𝑣𝑣 (𝑝𝑝) (4.47) (4.48) (4.49) Sử dụng hàm truyền để viết chương trình MATLAB Chương trình viết file dkd.m phần phụ lục Sau chạy chương trình ta đặc tính độ Trang 88 Chương IV: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô 𝜀𝜀̇ a Đặc tính độ vận tốc góc quay thân xe � � 𝛽𝛽𝑣𝑣 Hình - 13: Đặc tính độ vận tốc góc quay thân xe Từ đồ thị ta thấy: + Giá trị xác lập là: 0.255 + Thời gian lên: t r = 0.242s + Thời gian độ: t qd = 0.37s + Độ điều chỉnh: PO≈0 Kết luận: Quá trình độ hệ thống ổn định, thời gian lên thời gian độ ngắn(t qd = 0.37s), độ điều chỉnh PO ≈ Do mà đáp ứng độ tốt, không cần xây dựng điều khiển Trang 89 Chương IV: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô 𝛼𝛼 b Đặc tính độ góc lệch hướng chuyển động � � 𝛽𝛽𝑣𝑣 Hình -14: Đặc tính độ góc lệch hướng chuyển động Từ đồ thị ta thấy: + Thời gian lên: t r = 0.233 - 0.013= 0.22 (s) + Thời gian độ: t qđ = 0.313 (s) + Độ điều chỉnh: P.O ≈ Kết luận: Quá trình độ hệ thống ổn định, thời gian lên thời gian độ ngắn (t qd = 0.313s), độ điều chỉnh PO ≈ Do mà t qd PO nằm giới hạn cho phép Vì mà hệ thống không cần xây dựng điều khiển Trang 90 Chương IV: Đánh giá động lực học quay vòng ô tô 𝑦𝑦̈ c Đặc tính độ gia tốc bên � � 𝛽𝛽𝑣𝑣 Hình - 15: Đặc tính độ gia tốc bên Từ đồ thị ta thấy: Tại t = 𝑦𝑦̈ 𝛽𝛽𝑣𝑣 có bước nhảy với giá trị ≈ + Thời gian lên: t r có giá trị nhỏ + Thời gian độ: t qd = 0.735s + Độ điều chỉnh: P.O = (y max - y xl )/y xl = (7.9 – 3.83)/3.83 = 106% Kết luận: Quá trình độ hệ thống ổn định, thời gian độ ngắn (t qd = 0.735s), độ điều chỉnh PO = 106% lớn Độ điều chỉnh lớn 25% Do cần phải xây dựng điều khiển để giảm độ điều chỉnh nằm phạm vi cho phép Trang 91 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kết luận KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua trình tìm hiểu nghiên cứu đề tài thu kết sau: Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động, phận hệ thống lái nói chung Cấu tạo nguyên lý hoạt động cấu lái thường dùng (như cấu lái: trục vít - lăn, trục vít - ê cu - bi - cung răng, bánh - răng) Phân tích tác dụng tham số góc đặt bánh xe Hệ thống lái học loại thường hệ thống lái có trợ lực (không có điều khiển): Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống lái trục vít - bánh vít, hệ thống lái bánh - răng, hệ thống lái có trợ lực loại khí nén, trợ lực thủy lực, trợ lực điện Từ đưa đánh giá hệ thống lái Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử: Tìm hiểu phận chính, nguyên lý hoạt động, ưu điểm hệ thống lái có điều khiển điện tử so với hệ thống lái điều khiển Xây dựng mô hình tính toán hệ thống trợ lực thủy lực phần tử hệ thống Xây dựng phương trình động lực quay vòng cho mô hình toàn xe mô hình vệt bánh xe Đưa hàm truyền tham số chuyển vị ô tô (như góc lệch, vận tốc góc quay thân xe, gia tốc bên) chế độ quay vòng (điều khiển tĩnh) quay vòng động (điều khiển động) Từ xác định đường đặc tính tốc độ xe Trên sở đưa nhận xét đánh giá phản ứng ô tô vận tốc khác quay vòng, đưa lời khuyên để đảm bảo quỹ đạo chuyển động ổn định cho xe chuyển hướng Đánh giá độ ổn định, chất lượng độ tham số chuyển vị xe quay vòng động (điều khiển động) Phương hướng phát triển đề tài: Sau trình thực đề tài, trình độ thời gian có hạn nên em tập trung tìm hiểu nghiên cứu vấn đề nêu Vì mà đề tài phát triển theo phương hướng sau: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Kết luận Tiếp tục tìm hiểu nghiên cứu hệ thống lái có điều khiển điện tử Nguyên lý cấu tạo phận hệ thống lái Xây dựng điều khiển cho chuyển vị gia tốc bên để đảm bảo độ điều chỉnh cho hệ thống nằm phạm vi cho phép Trong thực tế tác động gió tới động lực học xe chạy với tốc độ cao lớn Do nên nghiên cứu đánh giá động lực học quay vòng có xét tới ảnh hưởng lực cản gió bên Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lý thuyết ô tô máy kéo Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê thị Vàng, Du Quốc Thịnh Nhà xuất khoa học kĩ thuật 2005 [2] Kết cấu tính toán ô tô Ngô Hắc Hùng Nhà xuất giao thông vận tải Hà Nội – 2008 [3] Lý thuyết ô tô Nguyễn Ngọc Lâm Nhà xuất giao thông vận tải Hà Nội – 1984 [4] Cấu tạo gầm xe con, Nhà xuất giao thông vận tải – Năm 1996 PGS TS Nguyễn Khắc Trai [5] Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô PTS.TS Nguyễn Khắc Trai Nhà xuất giao thông vận tải 1997 Trường đại học giao thông vận tải [6] Cơ sở thiết kế ô tô PTS.TS Nguyễn khắc Trai Nhà xuất giao thông vận tải [7] Thiết kế hệ thống lái ôtô - máy kéo bánh xe Phạm Minh Thái Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội – Năm 1991 [8] Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ôtô - Năm 1997 PGS TS Nguyễn Khắc Trai [9] Một số tài liệu hướng dẫn kỹ thuật hãng: Toyota, Nissan, Honda… [10] Hydraulic Power Steering System Design in Road Vehicles Analysis, Testing and Enhanced Functinality Marcus Rosth Mechanical Engineering Linkoping, Sweden Department, Institute of Technology, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Phụ lục PHỤ LỤC File dkt.m % thong so ban dau cua xe v=0:0.2:150; % van toc xe thay doi tu den 150 (m/s) m=1573; % khoi luong xe (kg) l=2.68; % khoang cach tu cau truoc toi cau sau cua xe (m) a=1.1; % chieu dai cau truoc (m) b=1.58; % chieu dai cau sau (m) il=17; % ti so truyen he thong lai nsk=0.1; % tong khoang dich chuyen truoc cua tam tru dung va khoang dich sau cua duong tam phan luc ben (m) cat=80000; % he so cung goc lech ben cua banh xe cau truoc (N/rad) cas=80000; % he so cung goc lech ben cua banh xe cau sau (N/rad) % tinh toan cac tham so k=m*(cas*b-cat*a)/(cat*cas*l); epsi=v./(il.*(l+k*(v.^2))); % cong thuc tinh k % ham truyen van toc goc quay than xe goclech=epsi.*((b./v)-(m*a.*v./(cas*l))); % ham truyen goc lech ben cua tam o to giatocben=(v.^2)./(il.*(l+k.*v.^2)); % ham truyen gia toc ben % ve thi duong dac tinh toc van toc goc quay than xe plot(v,epsi) title('do thi dac tinh toc van toc goc quay than xe') xlabel('V(m/s)') ylabel('(1/s)/rad') grid % thi dac tinh toc goc lech ben cua tam o to figure Luận văn thạc sĩ kỹ thuật plot(v,goclech) title('do thi dac tinh toc goc lech ben cua tam o to') xlabel('V(m/s)') ylabel('(rad)/rad') grid % thi dac tinh toc gia toc ben figure plot(v,giatocben) title('do thi dac tinh toc gia toc ben cua o to') xlabel('V(m/s)') ylabel('[(m/s2)/rad]') grid Phụ lục Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Phụ lục File dkd.m % thong so xe v=15; % van toc xe (m/s) m=1573; % khoi luong xe (kg) l=2.68; % khoang cach hai cau xe(m) a=1.1; % chieu dai cau truoc (m) b=1.58; % chieu dai cau sau (m) il=17; % ti so truyen he thong lai jz=2873; % mo men quan tinh cua xe (kg.m ) nsk=0.1; % tong khoang dich chuyen truoc cua tam tru dung va sau cua duong tam phan luc ben (m) cat=80000; % he so cung goc lech ben cua banh xe cau truoc (N/rad) cas=80000; % he so cung goc lech ben cua banh xe cau sau (N/rad) % tinh cac tham so tinh k=m*(cas*b-cat*a)/(cat*cas*l); epsi=v./(il.*(l+k*(v.^2))); goclech=epsi.*((b./v)-(m*a.*v./(cas*l))); giatocben=(v.^2)./(il.*(l+k.*v.^2)); cosi=v*(m*(cat*a^2+cas*b^2)+jz*(cat+cas))/(2*jz*m*v^2); w02=(cat*cas*l^2+m*(cas*b-cat*a)*v^2)/(jz*m*v^2); Tepsi=m*a*v/(cas*l); Tanpha=jz*v/(cas*b*l-m*a^2*v); T1y=b/l; T2y=jz/(cas*l); T1=(2*cosi)/w02; T22=1/w02; % ve thi dac tinh qua cua van toc goc quay than xe Fepsi=epsi*tf([Tepsi 1],[T22 T1 1]); step(Fepsi) Luận văn thạc sĩ kỹ thuật % thi dac tinh qua goc lech ben Fanpha=goclech*tf([Tanpha 1],[T22 T1 1]); figure step(Fanpha) % dac tinh qua gia toc ben Fy=giatocben*tf([T2y T1y 1],[T22 T1 1]) figure step(Fy) Phụ lục ... mỏi cho người lái, hệ thống trợ lực lái đời phát triển không ngừng, nay, hệ thống trợ lực lái hệ thống đương nhiên phải có phương tiện giao thông đại Đề tài Tính toán, thiết kế kiểm nghiệm hệ thống. .. phận trợ lực lái + Loại trợ lực lái thủy lực + Loại trợ lực lái loại khí (khí nén chân không) + Loại trợ lực lái khí + Loại trợ lực lái dùng điện Ngoài hệ thống lái phân ra: Hệ thống lái có trợ lực. .. hệ thống lái thông dụng Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động số hệ thống lái phận hệ thống lái Hệ thống lái túy khí, hệ thống lái có trợ lực hệ thống lái trợ lực có điều khiển Chương III: Tính