Nghiên cứu xác định các thông số vận tốc góc xoay thân xe đánh giá ổn định quay vòng của xe du lịch sản xuất tại việt nam

LỜI CAM ĐOAN Tên Mai Ngọc Cƣơng Tôi xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu Nếu có hành vi gian lận hoàn toàn chịu trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2016 Học viên Mai Ngọc Cƣơng LỜI CẢM ƠN Với tình cảm chân thành nhất, xin bày tỏ lòng biết ơn TS Dương Ngọc Khánh, ngƣời Thầy tận tình, hƣớng dẫn, giúp đỡ nghiên cứu, hoàn thành luận văn cao học Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, cô giáo Viện Cơ khí động lực, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, bảo tận tình trình học tập nhƣ định hƣớng nghiên cứu sau Tôi trân trọng cảm ơn thầy lãnh đạo Trƣờng, đồng nghiệp công tác Trƣờng Cao đẳng Công nghiệp Nam Định hỗ trợ nhiệt tình tạo điều kiện thuận lợi cho hoàn thành Luận văn Do điều kiện thời gian nhƣ hạn chế thân, luận văn không tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến Thầy, cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp, quan tâm đến vấn đề đƣợc đề cập luận văn để kết nghiên cứu đƣợc hoàn thiện ứng dụng vào thực tiễn Xin chân thành cảm ơn./ Nam Định, ngày 28 tháng 10 năm 2016 Học viên Mai Ngọc Cƣơng MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 13 1.1 Tình hình an toàn giao thông Việt Nam từ năm 2013 đến tháng 6/2016 13 1.2 Ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô 14 1.3 Đánh giá ổn định chuyển động ô tô 17 1.4 Mục đích, nội dung, phƣơng pháp nghiên cứu đề tài 22 CHƢƠNG 2: LẬP MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬN TỐC GÓC XOAY THÂN XE 24 2.1 Định nghĩa hệ tọa độ 24 2.2 Thiết lập mô hình toán học xác định quỹ đạo chuyển động ô tô 27 2.3 Xác định lực bánh xe 36 2.4 Mô phần mềm Matlab Simulink 39 CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬN TỐC GÓC XOAY THÂN XE ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH QUAY VÒNG 41 3.1 Đối tƣợng phƣơng án khảo sát 41 3.1.1 Đối tƣợng 41 3.1.2 Các phƣơng án khảo sát 42 3.2 Các kết khảo sát đánh giá 43 3.2.1 Hệ số bám x = 0.8, vận tốc v = 40 km/h, góc đánh lái  = 80 ÷ 110 43 3.2.2 Hệ số bám x = 0.8, góc đánh lái  =50, vận tốc thay đổi từ v1=45km/h, v2 = 50km/h, v3 = 55km/h, v4 = 60km/h 48 3.2.3 Góc đánh lái  =50, vận tốc v = 40km/h, hệ số bám x1 = 0.5, x2=0.6, x3= 0.7, x4 = 0.8 53 3.2.4 Góc đánh lái  =50 , vận tốc v = 40km/h, hệ số bám x = 0.8, phanh từ 20% ÷50% 57 3.2.5 Góc đánh lái  =50, vận tốc v = 40km/h, hệ số bám x = 0.5, phanh từ 20% ÷ 50% 68 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký Nội dung hiệu Đơn vị L Chiều dài sở m A Diện tích cản diện m2 a1 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trƣớc m a2 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau m W Bề rộng xe m M Khối lƣợng toàn xe kg R Bán kính tự lốp m F Hệ số cản lăn  Mật độ không khí 10 C Hệ số khí động 11  Góc đánh lái 12  Góc lắc ngang thân xe 13 ’ Vận tốc góc lắc ngang thân xe 14  Góc lắc dọc thân xe 15 ’ Vận tốc góc lắc dọc thân xe 16  Góc xoay thân xe 17 ’ Vận tốc góc xoay thân xe 18 ’’ Gia tốc góc xoay thân xe 19 ax Gia tốc dọc xe m/s2 20 ay Gia tốc ngang xe m/s2 21 CL Độ cứng hƣớng kính lốp N/m 22 M Khối lƣợng đƣợc treo kg/m3 /s 0 /s /s /s2 kg 23 mA11,12 Khối lƣợng không đƣợc treo bánh xe trƣớc kg 24 mA21,22 Khối lƣợng không đƣợc treo bánh xe sau kg 25 C11,C12 Độ cứng hệ thống treo trƣớc N/m 26 C21,C22 Độ cứng hệ thống treo trƣớc N/m 27 K11,K12 Hệ số cản giảm chấn trƣớc Ns/m 28 K21,K22 Hệ số cản giảm chấn sau Ns/m 29 Fxij Lực tác dụng lên bánh xe thứ j cầu i theo phƣơng x N 30 Fyij Lực tác dụng lên bánh xe thứ j cầu i theo phƣơng y N 31 Fzij Lực tác dụng lên bánh xe thứ j cầu i theo phƣơng z N 32 M11 Mômen chủ động bánh trƣớc bên trái Nm 33 M21 Mômen chủ động bánh trƣớc bên phải Nm 34 ξ Aij Chuyển vị hệ khối lƣợng không đƣợc treo m DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Số liệu thống kê số vụ tai nạn giao thông từ năm 2013 đến 6/2016 13 Bảng 3.1 Các thông số xe thí nghiệm khảo sát 41 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Biểu đồ biểu thị tỷ lệ nạn giao thông phƣơng tiện khác gây tính đến tháng 6/2016 14 Hình 1.2 Sơ đồ điều khiển động lực học ô tô 15 Hình 1.3 Trạng thái điều khiển quay vòng thiếu thừa 16 Hình 1.4 Các thông số đặc trƣng đặc tính quay vòng 16 Hình 1.5 Quan hệ hình học xe 18 Hình 1.6 Quan hệ hình học xe 18 Hình 1.7 Các thông số đánh giá ổn định chuyển động ô tô .21 Hình 2.1 Hệ tọa độ xe B (Cxyz) .24 Hình 2.2 Định nghĩa góc mặt phẳng đƣờng .25 Hình 2.3 Các lực mô men tác dụng lên ô tô mặt phẳng đƣờng 27 Hình 2.4 Sơ đồ khối phƣơng trình chuyển động theo phƣơng x 28 Hình 2.5 Sơ đồ khối phƣơng trình chuyển động theo phƣơng y 29 Hình 2.6 Sơ đồ khối phƣơng trình chuyển động theo phƣơng z 30 Hình 2.7 Các lực mô men tác dụng lên ô tô mặt phẳng dọc 31 Hình 2.8 Sơ đồ khối phƣơng trình dao động thẳng đứng phần đƣợc treo 31 Hình 2.9 Sơ đồ khối phƣơng trình dao động lắc dọc .32 Hình 2.10 Các lực mô men tác dụng lên phần đƣợc treo 33 Hình 2.11 Sơ đồ khối phƣơng trình dao động lắc ngang 34 Hình 2.12 Sơ đồ khối phƣơng trình dao động bánh xe 11 35 Hình 2.13 Sơ đồ khối phƣơng trình dao động bánh xe 12 .35 Hình 2.14 Sơ đồ khối phƣơng trình dao động bánh xe 21 .36 Hình 2.15 Sơ đồ khối phƣơng trình dao động bánh xe 22 .36 Hình 2.16 Mô hình lốp .37 Hình 3.1 Đồ thị 11 43 Hình 3.2 Đồ thị ay 43 Hình 3.3 Đồ thị ’ 44 Hình 3.4 Đồ thị  .45 Hình 3.5 Đồ thị gia tốc góc xoay thân xe 45 Hình 3.6 Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe 46 Hình 3.7 Đồ thị  .47 Hình 3.8 Đồ thị góc đánh lái 11 48 Hình 3.9 Đồ thị gia tốc ngang xe ay 48 Hình 3.10 Đồ thị vận tốc góc lắc ngang ’ 49 Hình 3.11 Đồ thị góc lắc ngang  50 Hình 3.12 Đồ thị gia tốc góc xoay thân xe ” 50 Hình 3.13 Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe ’ .51 Hình 3.14 Đồ thị góc xoay thân xe  .52 Hình 3.15 Đồ thị 11 53 Hình 3.16 Đồ thị ay 53 Hình 3.17 Đồ thị ’ 54 Hình 3.18 Đồ thị  54 Hình 3.19 Đồ thị ” 55 Hình 3.20 Đồ thị ’ 55 Hình 3.21 Đồ thị  56 Hình 3.22 Đồ thị 11 57 Hình 3.23 Đồ thị M11 .57 Hình 3.24 Đồ thị vx 58 Hình 3.25 Đồ thị ax 59 Hình 3.26 Đồ thị ay 59 Hình 3.27 Đồ thị ’ 60 Hình 3.28 Đồ thị  61 Hình 3.29 Đồ thị ” 61 Hình 3.30 Đồ thị ’ 62 Hình 3.31 Đồ thị  63 Hình 3.32 Đồ thị s11 63 Hình 3.33 Đồ thị s12 64 Hình 3.34 Đồ thị s21 64 Hình 3.35 Đồ thị s22 65 Hình 3.36 Đồ thị Fz11 65 Hình 3.37 Đồ thị Fz12 66 Hình 3.38 Đồ thị Fz21 67 Hình 3.39 Đồ thị Fz22 67 Hình 3.40 Đồ thị 11 68 Hình 3.41 Đồ thị M11 .69 Hình 3.42 Đồ thị M21 .69 Hình 3.43 Đồ thị vx 70 Hình 3.44 Đồ thị ax 70 Hình 3.45 Đồ thị ay 71 Hình 3.46 Đồ thị ’ 71 Hình 3.47 Đồ thị  72 Hình 3.48 Đồ thị ” 72 Hình 3.49 Đồ thị ’ 73 Hình 3.50 Đồ thị  73 Hình 3.51 Đồ thị Fz11 74 Hình 3.52 Đồ thị Fz12 74 Hình 3.53 Đồ thị s11 75 Hình 3.54 Đồ thị s12 75 Hình 3.55 Đồ thị s21 76 Hình 3.56 Đồ thị s22 76 10 Từ đồ thị ta thấy: Hệ số trƣợt bánh xe 21 gần nhƣ không khoảng thời gian từ 0÷5s sau giảm mạnh mức phanh 40% 50% Còn hai trƣờng hợp mức phanh 20% 30% hệ số trƣợt giảm Hình 3.35 Đồ thị s22 Từ đồ thị ta thấy: Hệ số trƣợt bánh xe 22 gần nhƣ không khoảng thời gian từ 0÷5s sau giảm mạnh mức phanh 40% 50% Còn hai trƣờng hợp mức phanh 20% 30% hệ số trƣợt giảm Hình 3.36 Đồ thị Fz11 65 Từ đồ thị ta thấy: Trƣờng hợp ta quay vòng bên trái, khoảng thời gian 1s đầu phản lực từ đƣờng lên bánh xe 11 ổn định khoảng 3250N sau Fz11 có xu giảm gần 2000N đến khoảng 5s ta bắt đầu phanh Fz11 tăng nhanh tải trọng xe dồn phí trƣớc, phanh ổn định khoảng 0,2s sau Fz11 lại có xu tăng Tuy nhiên hai trƣơng hợp phanh mức 20% 30% Fz11 tăng xe dần trở trạng thái ổn định Nhƣng hai trƣờng hợp phanh 30% 40% Fz11 tăng chậm đến khoảng 2500N nên xe dần rơi vào trạng thái ổn định ngang Hình 3.37 Đồ thị Fz12 Từ đồ thị ta thấy: Trƣờng hợp ta quay vòng bên trái, khoảng thời gian 1s đầu phản lực từ đƣờng lên bánh xe 12 ổn định khoảng 3250N sau Fz12 có xu tăng lên gần 4750N đến khoảng 5s ta bắt đầu phanh Fz12 tăng nhanh tải trọng xe dồn phí trƣớc, phanh ổn định khoảng 0,2s sau Fz12 lại có xu giảm lúc tải trọng xe lại đƣợc phân bố dần bánh xe 11 Tuy nhiên hai trƣờng hợp phanh mức 20% 30% Fz12 giảm đêu gần giá trị 3750N xe dần trở trạng thái ổn định Nhƣng hai trƣờng hợp phanh 30% 40% Fz12 giảm chậm nên xe ổn định ngang 66 Hình 3.38 Đồ thị Fz21 Từ đồ thị ta thấy: Phản lực bánh xe 21 ổn định giá trị gần 3500N đến khoảng 1s lúc xe thẳng sau giảm nhanh khoảng 0,2s lúc ta bắt đầu đánh lái, sau ổn định giá trị khoảng gần 2000N đến khoảng 5s ta bắt đầu tác dụng phanh phản lực giảm nhanh lúc tải trọng đƣợc phân bố lại cầu Hình 3.39 Đồ thị Fz22 Từ đồ thị ta thấy: Phản lực bánh xe 22 ổn định giá trị gần 3500N đến khoảng 1s lúc xe thẳng sau tăng nhanh khoảng 0,2s lúc ta bắt đầu 67 đánh lái, sau ổn định giá trị khoảng gần 4800N đến khoảng 5s ta bắt đầu tác dụng phanh phản lực giảm nhanh lúc tải trọng đƣợc phân bố lại cầu Qua đồ thị thông số vận tốc góc xoay thân xe ta thấy xe quay vòng bị dao động sau đánh lái dần ổn định trở lại đén tác động phanh mức khác xe dao động mạnh trƣờng hợp mức độ phanh cao thi xe dần ổn định 3.2.5 Góc đánh lái  =50, vận tốc v = 40km/h, hệ số bám x = 0.5, phanh từ 20% ÷ 50% Hình 3.40 Đồ thị 11 Từ đồ thị ta thấy: Từ 0s1s; xe thẳng sau từ 1s1,5s đánh lái với góc đánh lái 11= 50 điều kiện đƣờng có hệ số bám x=0.8 vận tốc quay vòng v=40km/h sau giữ ổn định góc đánh lái 11= 50 68 Hình 3.41 Đồ thị M11 Từ đồ thị ta thấy: Mô men bánh 11 ổn định từ 0s÷5s, sau thời điểm 5s bắt đầu tác dụng phanh mô men bánh 11 giảm nhanh Tùy mức độ phanh mà sau khoảng 0,2s mô men ổn định giá trị tƣơng ứng Hình 3.42 Đồ thị M21 Từ đồ thị ta thấy: Mô men bánh 21 thay đổi theo quy luật mô men bánh 11 69 Hình 3.43 Đồ thị vx Từ đồ thị ta thấy: Vận tốc xe giảm dần từ 0s5s (từ 40km/h đến khoảng 39km/h) sau giảm nhanh lúc ta bắt đầu tác động phanh Hình 3.44 Đồ thị ax Từ đồ thị ta thấy: Gia tốc dọc thân xe không khoảng thời gian từ 0s÷1s sau giảm dần giá trị khoảng -0,25m/s2 thời điểm 1s bắt đầu đánh lái, xe vào quay vòng vận tốc giảm dần đến khoảng 5s gia tốc dọc xe giảm nhanh thời điểm bắt đầu tác dụng phanh mức khác 70 Hình 3.45 Đồ thị ay Từ đồ thị ta thấy: Gia tốc ngang thân xe không khoảng từ 0s÷1s sau đánh lái gia tốc ngang thân xe tăng nhanh đến khoảng 3,8m/s2 ổn định xung quanh giá trị đến khoảng 5s tác dụng phanh gia tốc ngang thân xe giảm nhanh khoảng 0,2s Hình 3.46 Đồ thị ’ Từ đồ thị ta thấy: Vận tốc góc lắc ngang không khoảng 1s đầu sau tăng nhanh lúc đánh lái, sau khoảng 0,5s vận tốc góc lắc ngang dần ổn định giá trị không lúc trạng thái xe dần quay vòng Đến 5s tác dụng phanh vận tốc góc lắc ngang biến thiên lúc giảm lúc tăng 71 Hình 3.47 Đồ thị  Từ đồ thị ta thấy: Góc lắc ngang không khoảng 1s đầu sau tăng nhanh lúc chung ta đánh lái, sau khoảng 0,5s vận tốc góc lắc ngang dần ổn định giá trị khoảng 40 lúc trạng thái xe dần quay vòng Đến 5s tác dụng phanh góc lắc ngang giảm mạnh lại tăng Hình 3.48 Đồ thị ” 72 Từ đồ thị ta thấy: Gia tốc góc xoay thân xe thay đổi thời điểm 1s đanh lái thay đổi mạnh tác dụng phanh thời điểm 5s Hình 3.49 Đồ thị ’ Từ đồ thị ta thấy: Vận tốc góc xoay thân xe tăng từ không đến khoảng 200/s ổn định giá trị đến tác dụng phanh tăng nhanh Hình 3.50 Đồ thị  73 Từ đồ thị ta thấy: Góc xoay thân xe tăng thời gian đánh lái, tăng nhiều mức phanh cao Hình 3.51 Đồ thị Fz11 Từ đồ thị ta thấy: Đầu tiên phản lực Fz11 ổn định khoảng 3250 N đến thời gian 1s sau giảm nhanh khoảng 0,5s đến giá trị khoảng 2100N sau ổn định giá trị đến 5s bắt đầu tác động phanh giá trị Fz11 tăng nhanh thời gian 0,2s giá trị đạt đến khoảng 2500N ÷ 3200N sau lại giảm Nhƣng hai trƣờng hợp phanh mức 20% 30% Fz11 tăng từ từ sau giảm nhƣ xe dần trở trạng thái ổn định Tuy nhiên hai trƣờng hợp phanh mức 40% 50% Fz11 sau giảm lại tăng nhanh xe ổn định ngang Hình 3.52 Đồ thị Fz12 74 Từ đồ thị ta thấy: Phản lực tác dụng lên bánh xe 12 lớn bánh xe 11 tăng nhiều tác dụng phanh Hình 3.53 Đồ thị s11 Từ đồ thị ta thấy: Hệ số trƣợt giảm mạnh tác dụng phanh Hình 3.54 Đồ thị s12 Từ đồ thị ta thấy: Hệ số trƣợt giảm mạnh tác dụng phanh giảm so với bánh 11 75 Hình 3.55 Đồ thị s21 Từ đồ thị ta thấy: Hệ số trƣợt giảm mạnh tác dụng phanh giảm so với bánh 11 Hình 3.56 Đồ thị s22 76 Qua đồ thị khảo sát mô hình xe điều kiện: Góc đánh lái  =50, vận tốc v=40km/h, hệ số bám x = 0.5, phanh từ 20% ÷50% ta thấy: Các thông số đánh giá vận tốc góc xoay thân xe đánh lái xe bị dao động tác dụng phanh xe bị dao động nhiều Đặc biệt mức phanh cao xe dần ổn định 77 KẾT LUẬN Hiện ô tô thƣờng chuyển động với tốc độ cao điều kiện sở hạ tầng giao thông đƣờng ngƣời lái phải điều khiển tích hợp (phải thực nhiều thao tác lúc) nên ô tô thƣờng ổn định số nguyên nhân gây tai nạn Do nội dung đề tài chọn phƣơng hƣớng nghiên cứu tổng quan ổn định ô tô Mặc dù để đánh giá ổn định chuyển động ô tô không dễ dàng có nhiều thông số đánh giá ổn định ô tô nhiên thông số vận tốc góc xoay thƣờng đƣợc sử dụng để đánh giá ổn định quay vòng lắc ngang ô tô Đề tài xây dựng mô hình động lực học 4x4 xe nhằm xác định thông số động lực học để đánh giá ổn định chuyển động ô tô quay vòng phanh Mô hình đƣợc thiết lập theo phƣơng pháp tách hệ nhiều vật áp dụng phƣơng trình Newton - Euler cho vật đƣợc tách cấu trúc đƣợc mô hình hóa phần mềm Matlab Simulink để mô mô hình toán học đƣợc lập Học viên khảo sát số trƣờng hợp chuyển động thƣờng gặp nhƣ quay vòng, phanh tích hợp điều kiện khác Các kết khảo sát cho thấy ảnh hƣởng đƣờng, điều khiển ngƣời lái thể rõ đồ thị vận tốc góc xoay thông số liên quan nhƣ: ”, ’, , ’ , ax, ay Và dựa vào kết cáo thể đƣa đƣợc khuyến cáo cho xe Kia Morning quay vòng với vận tốc hợp lý điều kiện ngoại cảnh khác để đảm bảo tính ổn định cho xe tài liệu hƣớng dẫn lái xe điều kiện cụ thể đƣa biển báo hạn chế tốc độ xe khúc cua Tuy nhiên đề tài dừng lại việc xác định vận tốc góc xoay phƣơng pháp lý thuyết Để đề tài có tính thiết thực cần có nghiên cứu thực nghiệm để kiểm chứng xác định trạng thái ổn định ô tô quay vòng Từ so sánh với kết khảo sát mô hình lý thuyết mà học viên thiết lập đƣợc sau mở rộng với loại xe khác để giảm thời gian chi phí kiểm tra ổn định xe thực tế 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO http://www.csgt.vn/tintuc/4653/Tinh-hinh-tai-nan-giao-thong-nam-2016.html Võ Văn Hƣờng – Nguyễn Tiến Dũng – Dƣơng Ngọc Khánh – Đàm Hoàng Phúc (2014), Động lực học ô tô, NXB Giáo dục Việt Nam Reza N.Jazar (2014), Vehicle Dynamies: Theory and Application, Media New York Michael Blundell, Damian Harty, Multibody Systems Approach to Vehicle Dynamics, Elsevier’s Science anh Technology Right Department, Oxford, UK,2004; Ammonn, D (1997): Modellbildung und Systementwicklung in der Fahrzeugtechink, BG Teubner; Nguyen Van Khang, Dynamics of Multibody Systems, Technology and Science Pulisher, Hanoi, 2007 Nguyễn Khắc Trai (1997), Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô, NXB giao thông vận tải Nguyễn Hữu Cẩn – Dƣ Quốc Thịnh – Phạm Minh Thái – Nguyễn Văn Tài – Lê Thị Vàng (2005), Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học kỹ thuật http://otokia.com.vn/kia-morning-2015/ 79 ... nghị định Chính phủ an toàn giao thông Xuất phát từ yêu cầu thực tế, lựa chọn đề tài nghiên cứu Nghiên cứu xác định thông số vận tốc góc xoay thân xe đánh giá ổn định quay vòng xe du lịch sản xuất. .. góc lắc dọc, vận tốc góc lắc dọc: thông số đánh giá đƣợc độ chúi xe, dựa thông số đánh giá dao động xe theo phƣơng x (dọc xe) - , ’, ”- góc xoay thân xe, vận tốc góc xoay thân xe gia tốc góc. .. nghiên cứu đề tài Xuất phát từ nhận định học viên chọn hƣớng xây dựng đề tài luận văn tốt nghiệp là: Nghiên cứu xác định thông số vận tốc góc xoay thân xe đánh giá ổn định quay vòng xe du lịch sản