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

Xuất phát từ các yêu cầu thực tế, tôi đã lựa chọn đề tài nghiên cứu của mình là “Nghiên cứu xác định các thông số vận tốc góc xoay thân xe đánh giá ổn định quay vòng của xe du lịch sản x

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là Mai Ngọc Cương Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của tôi Nếu tôi có bất cứ hành vi gian lận nào thì tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường

Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2016

Học viên

LỜI CẢM ƠN

Với tình cảm chân thành nhất, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với TS Dương

Ngọc Khánh, người Thầy đã tận tình, hướng dẫn, giúp đỡ tôi nghiên cứu, hoàn

thành bản luận văn cao học này

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, cô giáo Viện Cơ khí và động lực,

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, chỉ bảo tận tình trong quá trình

học tập cũng như định hướng nghiên cứu sau này

Tôi trân trọng cảm ơn các thầy lãnh đạo Trường, các đồng nghiệp công tác

tại Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định đã hỗ trợ nhiệt tình tạo điều kiện

thuận lợi cho tôi hoàn thành Luận văn này

Do điều kiện thời gian cũng như hạn chế của bản thân, luận văn không tránh

khỏi những khiếm khuyết Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy,

cô giáo, của bạn bè, đồng nghiệp, của những ai quan tâm đến các vấn đề được đề

cập trong luận văn để kết quả nghiên cứu được hoàn thiện hơn và có thể ứng dụng

vào thực tiễn

Xin chân thành cảm ơn./

Nam Định, ngày 28 tháng 10 năm 2016

Học viên

Mai Ngọc Cương

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 8

LỜI MỞ ĐẦU 11

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 13

1.1 Tình hình an toàn giao thông ở Việt Nam từ năm 2013 đến tháng 6/2016 13 1.2 Ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô 14

1.3 Đánh giá ổn định chuyển động của ô tô 17

1.4 Mục đích, nội dung, phương pháp nghiên cứu của đề tài 22

2 CHƯƠNG 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 của ô tô 27

2.3 Xác định các lực bánh xe 36

2.4 Mô phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink 39

3 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬN TỐC GÓC XOAY THÂN XE ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH QUAY VÒNG 41

3.1 Đối tượng và phương án khảo sát 41

3.1.1 Đối tượng 41

3.1.2 Các phương án khảo sát 42

3.2 Các kết quả khảo sát và 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

23 mA11,12 Khối lượng không được treo bánh xe trước kg

24 mA21,22 Khối lượng không được treo bánh xe sau kg

25 C11,C12 Độ cứng của hệ thống treo trước N/m

26 C21,C22 Độ cứng của hệ thống treo trước N/m

27 K11,K12 Hệ số cản của giảm chấn trước Ns/m

29 Fxij Lực tác dụng lên bánh xe thứ j của cầu i theo phương x N

30 Fyij Lực tác dụng lên bánh xe thứ j của cầu i theo phương y N

31 Fzij Lực tác dụng lên bánh xe thứ j của cầu i theo phương z N

32 M11 Mômen chủ động của bánh trước bên trái Nm

33 M21 Mômen chủ động của bánh trước bên phải Nm

34 ξ Aij Chuyển vị hệ khối lượng không được 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 13Bảng 3.1 Các thông số chính của xe thí nghiệm và khảo sát 41

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Biểu đồ biểu thị tỷ lệ nạn giao thông do các phương tiện khác nhau gây ra

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 khi quay vòng thiếu và thừa 16

Hình 1.4 Các thông số đặc trưng đặc tính quay vòng 16

Hình 1.5 Quan hệ hình học của xe 18

Hình 1.6 Quan hệ hình học của xe 18

Hình 1.7 Các thông số chính đánh giá ổn định chuyển động của ô tô 21

Hình 2.1 Hệ tọa độ xe B (Cxyz) 24

Hình 2.2 Định nghĩa các góc trong mặt phẳng đường 25

Hình 2.3 Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng đường 27

Hình 2.4 Sơ đồ khối phương trình chuyển động theo phương x 28

Hình 2.5 Sơ đồ khối phương trình chuyển động theo phương y 29

Hình 2.6 Sơ đồ khối phương trình chuyển động theo phương z 30

Hình 2.7 Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng dọc 31

Hình 2.8 Sơ đồ khối phương trình dao động thẳng đứng của phần được treo 31

Hình 2.9 Sơ đồ khối phương trình dao động lắc dọc 32

Hình 2.10 Các lực và mô men tác dụng lên phần được treo 33

Hình 2.11 Sơ đồ khối phương trình dao động lắc ngang 34

Hình 2.12 Sơ đồ khối phương trình dao động bánh xe 11 35

Hình 2.13 Sơ đồ khối phương trình dao động bánh xe 12 35

Hình 2.14 Sơ đồ khối phương trình dao động bánh xe 21 36

Hình 2.15 Sơ đồ khối phương 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

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế của Việt Nam đang trên đà tăng trưởng mạnh, đời sống của người dân tăng cao nên nhu cầu đi lại, mua sắm các phương tiện cá nhân cũng tăng Trong khi đó điều kiện đường bộ được cải thiện rất nhiều, tốc độ trung bình của ô tô được nâng cao, tốc độ xe tăng lên làm cho thời gian lưu thông được rút ngắn lại, mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế nhưng khi tăng vận tốc lên cao lại liên quan đến vấn đề an toàn giao thông Hiện nay tai nạn giao thông đang là vấn đề thời sự nóng bỏng Để cái thiện vấn đề tai nạn giao thông cần phải nâng cao ý thức của con người tham gia giao thông, người điều khiển các loại phương tiện cơ giới đường bộ: ô tô, xe máy Về mặt kỹ thuật các phương tiện tham gia giao thông phải đảm bảo được tính điều khiển ở mức độ tốt nhất, tức là phải đảm bảo được quỹ đạo chuyển động của ô tô khi có tín hiệu điều khiển của người lái xe

Việc nghiên cứu về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô đối với Việt Nam hiện nay là rất cần thiết, nó là cơ sở để đánh giá chất lượng của các loại ô tô du lịch sản xuất tại Việt Nam Khai thác các phương tiện hiện có đồng thời là cơ sở để đánh giá chất lượng của các loại ô tô khi cải tiến, lắp ráp, hoán cải mục đích sử dụng và nâng cao an toàn trong chuyển động, góp phần đẩy nhanh nền kinh tế của nước nhà

và thực hiện các nghị định của Chính phủ về an toàn giao thông

Xuất phát từ các yêu cầu thực tế, tôi đã lựa chọn đề tài nghiên cứu của mình là

“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”, với mong muốn góp một phần

công sức của mình vào vấn đề an toàn giao thông cũng như có được kiến thức về tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô phục vụ cho công việc của tôi sau này

Trong thời gian làm luận văn tôi luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo quan tâm tận tình của thầy giáo hướng dẫn: TS Dương Ngọc Khánh cùng các thầy giáo trong bộ môn ô tô trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn

TS Dương Ngọc Khánh, các thầy trong bộ môn cùng các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn của mình

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Viện Đào Tạo Sau Đại Học Bách Khoa Hà Nội và đơn vị công tác đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2016

Học viên

Mai Ngọc Cương

1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tình hình an toàn giao thông ở Việt Nam từ năm 2013 đến tháng

6/2016

Theo tin tức của cảnh sát giao thông: Trong những năm gần đây tình hình tai nạn giao thông (TNGT) ở nước ta có xu hướng giảm nhưng số vụ tai nạn vẫn còn rất cao, TNGT đã cướp đi sinh mạng của hàng nghìn người mỗi năm

Bảng 1.1 Số liệu thống kê số vụ tai nạn giao thông từ năm 2013 đến 6/2016 [1]

Năm Số vụ tai nạn Số người chết Số người bị thương

Tai nạn giao thông đường bộ (TNGTĐB) là một trong những nguyên nhân gây

tử vong hàng đầu cho người, trung bình mỗi năm có trên dưới 10 triệu người tử vong vì TNGTĐB và hàng chục triệu người khác bị thương tích Cùng với đó là những thiệt hại khổng lồ về kinh tế, bao gồm: chi phí mai táng người chết, chi phí y

tế cho người bị thương, thiệt hại về phương tiện giao thông, về hạ tầng, chi phí khắc phục, điều tra vụ TNGT đó cùng với thiệt hại do hao phí thời gian lao động của chính người bị tai nạn và cả của những người chăm sóc người đó Mặt khác TNGT gây nên những tác động tâm lý cả trước mắt cũng như về lâu dài đối với mọi người,

nó để lại những di chứng về tâm lý hết sức nặng nề cho người bị tai nạn, người thân của người đó và nếu như trong một địa phương, một quốc gia xảy ra TNGT quá nhiều sẽ gây nên hiện tượng bất an cho cư dân ở đó Trong tổng số các vụ tai nạn có đến 25% số vụ liên quan đến ô tô chiếm tỷ lệ thương vong cao

Hình 1.1 Biểu đồ biểu thị tỷ lệ nạn giao thông do các phương tiện khác nhau gây ra

tính đến tháng 6/2016

Để giảm thiểu số vụ tai nạn cũng như hậu quả của các vụ tai nạn giao thông, nhà nước đã đề ra nhiều biện pháp như tuyên truyền nhằm nâng cao ý thức của người tham gia giao thông, đầu tư cải thiện chất lượng công trình giao thông, và áp dụng các biện pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo tính ổn định của xe

1.2 Ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô

a Sơ đồ điều khiển chuyển động của ô tô

Động lực học ô tô là một chỉnh thể nhất quán, không tách rời được Khi chuyển động trên đường, xe chịu tác động của các yếu tố: các yếu tố ngoại cảnh như gió, đường nghiêng/dốc; độ bám và chịu sự tác động của lái xe như mức độ ga (MA), phanh (MB) và quay vô lăng () Các yếu tố ngoại cảnh và các phản ứng của lái xe là ngẫu nhiên, khác nhau ở từng lái xe Tương tác bánh xe với đường có tính chất phi tuyến: bản chất truyền lực lốp – đường có tính chất “khớp – đàn hồi – ma sát” Vì vậy, phản ứng của xe không tuyến tính, các đại lượng vận tốc dọc, ngang và vận tốc góc quay thân xe đặc trưng cho khả năng ổn định hướng của ô tô

Với một tình huống cụ thể, lái xe có thể điều khiển một cách ngẫu nhiên và xe chuyển động có thể không như ý, thậm chí là mất khả năng điều khiển Trong vùng chưa mất điều khiển, lái xe thay đổi ga, phanh hoặc quay vô lăng nhằm đưa xe về quỹ đạo mong muốn Chúng ta dễ nhận thấy khả năng điều khiển của lái xe vốn bị hạn chế, vì vậy trong một số tình huống, xe có thể rơi vào vùng mất điều khiển do lái xe tác động sai Từ đó các kỹ sư phương Tây dưới áp lực xã hội đã thực hiện ý

tưởng “mở rộng khả năng vốn bị hạn chế của lái xe” bằng cách thiết kế các hệ thống

cơ điện tử: “hệ thống hỗ trợ lái xe” và “các hệ thống an toàn động lực học”, có một khái niệm khái quát hơn là “ô tô thông minh” hay “ô tô cơ điện tử” Hình 1.2 là sơ

đồ điều khiển thông thường Ta có thể hình dung, từ các tín hiệu đo được như vận tốc, gia tốc dọc và ngang cũng như vận tốc góc và các đại lượng quan sát được khác liên quan đến ổn định hướng, ta có thể dùng chúng để điều khiển quỹ đạo [2]

Hình 1.2 Sơ đồ điều khiển động lực học ô tô

Ô tô là một chỉnh thể thống nhất Đến nay, chúng ta vẫn chưa có khả năng điều khiển tổng thể Các kỹ sư ô tô dựa vào phân tích cấu trúc và phương pháp mô đun hóa trong lập trình và điều khiển đã phân ra các dạng điều khiển ô tô theo mô đun

Các mô đun điều khiển được phân ra như sau:

- Điều khiển động lực học phương dọc;

- Điều khiển động lực học phương thẳng đứng;

- Điều khiển động lực học phương ngang;

- Điều khiển tích hợp

x, y, 

Hình 1.3 Trạng thái điều khiển khi quay vòng thiếu và thừa

Hình 1.4 Các thông số đặc trưng đặc tính quay vòng

Hình 1.4 là dấu hiệu xác định trạng thái quay vòng thừa/quay vòng thiếu thông qua cặp vận tốc và gia tốc quay thân xe [2]

b Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động ô tô

Trong trường hợp không trượt, khi phanh gia tốc dọc làm thay đổi phản lực phương thẳng đứng, làm giảm hiệu quả phanh; khi tăng tốc, giảm phản lực phương thẳng đứng cầu trước và giảm khả năng tăng tốc Do vậy, việc thiết kế điều hòa lực phanh như là một yêu cầu cần thiết Trong trường hợp bánh xe quay có trượt, ta nhận ra rằng, chuyển động ô tô phụ thuộc vào:

Phản lực Fz: Các yếu tố ảnh hưởng đến phản lực thẳng đứng là mấp mô đường, lực quán tính và mô men quán tính khối lượng được treo, gió Do vậy, ngoài các yêu cầu về độ êm dịu chuyển động, ở phương z cần điều khiển hệ thống treo (tích cực hoặc bán tích cực), điều khiển chống lắc ngang thân xe, điều khiển giảm chấn thủy lực

Điều khiển lực kéo, lực phanh: Các giá trị này có giá trị lớn nhất khi mô men cấp (mô men tăng tốc hoặc mô men phanh) đạt giá trị cực đại Các lực truyền tại các vết tiếp xúc bánh xe được xác lập qua các đại lượng động học là hệ số trượt dọc và ngang Như vậy, ta phải điều khiển lực kéo, lực phanh theo hệ số trượt bằng các hệ ABS (phanh) và TCS (tăng tốc) Nếu kết hợp ta có hệ ESP = ABS + TCS Để nâng cao khả năng động lực học ô tô, ta cần điều khiển cấp mô men ra các cầu, các bánh xe không vượt quá khả năng bám Điều này được thực hiện nhờ vi sai điều khiển điện

tử

Đặc tính động lực học ô tô chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố sau:

Các phản lực từ đường lên lốp Fz: Các phản lực đó chịu tác động của các yếu

tố ngoại cảnh như mấp mô mặt đường, đường dốc, đường nghiêng, các lực do gió gây ra, các lực và mô men quán tính khi lái xe tăng tốc, phanh và quay vô lăng;

Hệ số bám thay đổi và khác nhau giữa các bánh xe: cấu trúc lốp, bề mặt đường, độ ẩm, nhiệt độ lốp – đường;

Các mô men chủ động và mô men phanh được cấp không hợp lý, vượt quá giới hạn bám;

Tác động của lái xe thái quá, tạo ra các mô men bánh xe lớn hơn sự cần thiết

và tác động đột ngột, nhất là các trạng thái nguy hiểm và đường trơn mà lái xe không kiểm soát được

1.3 Đánh giá ổn định chuyển động của ô tô

Khi nghiên cứu về quỹ đạo chuyển động của ô tô, từ trước đến nay khi tính toán các thông số kết cấu, những nhân tố ảnh hưởng đến tính chất quay vòng của xe, chưa tính đến sự biến dạng của lốp xe cho nên giữa bánh xe và mặt đường không có hiện tượng trượt, lúc này các quan hệ giữa các thông số chỉ các quan hệ đơn thuần

về mặt hình học như hình 1.5 mô hình hai vết, hình 1.6 mô hình một vết [3]

o i

Rcos

+ Góc xoay thân xe lý thuyết tính tại trọng tâm ô tô cũng có thể đƣợc xác định

va

Trong trường hợp ô tô chuyển động trên đường vòng bán kính R với vận tốc không đổi, lực ly tâm:

2 h

an toàn giao thông lại đang là vấn đề nóng của xã hội Về mặt thiết kế mới, cải tạo, chuyển đổi mục đích sử dụng của xe cần thiết phải kiểm tra lại các chỉ tiêu, các nhân tố ảnh hưởng đến tính chất quay vòng cũng như quỹ đạo chuyển động của ô

tô

Khi chuyển động trên các điều kiện đường xá khác nhau cùng với việc sử dụng lốp cao su đã ảnh hưởng không nhỏ tới khả năng điều khiển cũng như độ ổn định của ô tô Khi đó, tại bánh xe luôn xuất hiện góc lăn lệch nên chịu đồng thời cả lực kéo và lực bên Đặc biệt là khi xe chuyển động trên đường vòng (vào cua) với

sự góp mặt của các lực khác như: lực ly tâm, lực quán tính, ảnh hưởng của gió bên…, khi tăng tốc hoặc khi giảm tốc đột ngột thì khả năng điều khiển, tính ổn định của xe sẽ có những thay đổi Lực dọc lại bị giới hạn bởi lực bám, giá trị lực dọc lớn nhất của bánh xe có thể đạt được bằng giá trị lực bám của xe với mặt đường Khi có mặt lực bên khả năng truyền lực dọc của bánh xe sẽ bị giảm nhỏ, và khi lực kéo đạt giá trị lớn nhất thì lực bên băng không tức là bánh xe không có khả năng tiếp nhận lực bên (bánh xe dễ bị trượt bên) Ngược lại nếu lực bên đạt giá trị lớn nhất khi đó bánh xe không có khả năng tiếp nhận lực dọc (bánh xe dễ bị trượt dọc) Vì vậy rất

cần thiết phải phân bố các lực tại mỗi bánh xe sao cho tận dụng được khả năng bám của mỗi bánh xe là tốt nhất thông qua việc phân bố lại trọng lượng lên các cầu xe, điều khiển lực phanh ở từng bánh xe riêng và thậm chí là có thể điều khiển cả mô men xoắn của động cơ Từ đó cần nghiên cứu các thông số để đánh giá ổn định chuyển động của ô tô Một số thông số động học có thể được sử dụng để đánh giá

ổn định chuyển động ô tô như sau:

v

- , ’, ”- góc xoay thân xe, vận tốc góc xoay thân xe và gia tốc góc xoay thân xe: là các thông số đánh giá được ổn theo phương z của xe khí xe chuyển động hướng, và khi phanh

- ay – gia tốc ngang của xe: là thông số đánh giá được phản ứng của xe theo điểu khiển của người lái

- ax – gia tốc dọc xe là thông số đánh giá được ổn định của xe theo phương dọc

- Bên cạnh đó các thông số về lực bánh xe cũng có thể đánh giá được trạng thái của xe thông qua sự trượt dọc và trượt ngang của xe tuy nhiên khó xác định trên thực tế nên chỉ dùng đánh giá trên lý thuyết

Như vậy, qua các phân tích trên học viên nhận thấy để nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ô tô chỉ căn cứ vào các quan hệ hình học thì chưa đủ, mà cần thiết phải kể đến ảnh hưởng của điều kiện chuyển động, các đặc tính biến dạng của lớp cao su đàn hồi, thông số kết cấu của xe Khi kể đến các yếu tố này nó làm cho quan

hệ hình học của ô tô thay đổi, làm cho đặc tính quay vòng của ô tô có thể là quay vòng đủ hoặc quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa

1.4 Mục đích, nội dung, phương pháp nghiên cứu của đề tài

Xuất phát từ những nhận định trên học viên đã chọn hướng xây dựng đề tài luận văn tốt nghiệp là: “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” Với mục đích khảo sát quá trình quay vòng, xác định các thông số vận tốc góc xoay thân xe là cơ

sở cho việc thiết kế hệ thống lái cũng như các hệ thống kiểm soát ảnh hưởng chuyển động trên ô tô Do đó xây dựng được mô hình nghiên cứu của xe ô tô, có kể đến ảnh hưởng của sự biến dạng của lốp Khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe khi biết trước quy luật đánh lái, xem xét các nhân tố ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động của xe khi kể đến đặc tính biến dạng của lốp và sự phân bố khối tải trọng lên các bánh xe

Bên cạnh đó điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay, chưa có được bãi thử, phòng thí nghiệm để đánh giá tính chất quay vòng của ô tô Kể cả trong trường hợp

có đầy đủ các điều kiện làm thí nghiệm thì việc mô phỏng trên máy tính giúp chúng

ta rút ngắn được thời gian làm thí nghiệm

Với mục đích như vậy nội dung của luận văn sẽ trình bày về lý thuyết tính toán bánh xe đàn hồi, khảo sát các trường hợp quay vòng của ô tô và đưa ra một số biện pháp để khắc phục những trường hợp quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa để đảm bảo cho tính ổn định chuyển động cũng như an toàn của ô tô

Cụ thể luận văn bao gồm các nội dung chính sau:

Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Lập mô hình động lực học ô tô xác định các thông số vận tốc góc

xoay thân xe

Chương 3: Khảo sát xác định các thông số vận tốc góc xoay thân xe đánh giá

ổn định quay vòng

Phương pháp nghiên cứu: Xây dựng một mô hình động lực học 4x4 của xe con

nhằm xác định các thông số động lực học để đánh giá ổn định chuyển động của ô tô

khi quay vòng và khi phanh Mô hình được thiết lập theo phương pháp tách hệ

nhiều vật và áp dụng phương trình Newton - Euler cho từng vật được tách cấu trúc

và được mô hình hóa bằng phần mềm Matlab Simulink để mô phỏng mô hình toán

học được lập Học viên đã khảo sát trong một số trường hợp chuyển động thường

gặp như quay vòng và tích hợp phanh ở các điều kiện khác nhau

2 CHƯƠNG 2: LẬP MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ XÁC ĐỊNH CÁC

THÔNG SỐ VẬN TỐC GÓC XOAY THÂN XE

2.1 Định nghĩa hệ tọa độ

Để xét các thuộc tính chuyển động của xe ta định nghĩa hệ tọa độ cục bộ xe B(Cxyz) như hình 2.1 Trục Cx là trục dọc đi qua trọng tâm C, chỉ hướng chuyển động tịnh tiến của trục xe; trục Cy là trục ngang, chỉ hướng chuyển động ngang của

xe, thường ký hiệu sang trái so với lái xe; trục Cz là trục thẳng đứng vuông góc với mặt Cxy là mặt đường, có hướng ngược với tâm quả đất Góc  là góc lắc ngang của xe quanh trục Cy, góc  là góc lắc dọc của xe quanh trục Cx, góc ψ là góc quay thân xe quanh trục Cz [4,6]

Hình 2.1 Hệ tọa độ xe B (Cxyz)

Tại các điểm tiếp xúc của bánh xe với đường tồn tại các phản lực (Fx, Fy, Fz) Hợp lực của nó (F, M) sẽ là các lực, mô men tại trọng tâm C làm cho xe chuyển động Nó là các yếu tố quyết định khả năng ổn định và quay vòng của ô tô

- Lực tiếp tuyến Fx là lực tác dụng dọc theo trục Cx Nếu Fx > 0 xe tăng tốc, nếu Fx < 0 xe bị phanh Người ta có thể gọi Fx là lực kéo, lực chủ động nếu Fx > 0

và là lực phanh nếu Fx < 0 ;

- Fy là lực ngang, vuông góc với mặt phẳng (FzFx) Fy > 0 khi có hướng về bên trái của lái xe, thường được gây ra chủ đạo bởi góc quay bánh xe, tạo ra mô men quay thân xe quanh trục Cz và để quay vòng

- Fz là phản lực thẳng đứng, vuông góc với mặt nền Cxy, có thể gọi là lực thẳng đứng hoặc tải của xe Fz phụ thuộc kích động mặt đường, gió, lực quán tính gây ra do

x, y, , ,  và sau cùng là khả năng dập tắt dao động của hệ treo;

- Mx là mô men lắc ngang quanh trục Cx do lực quán tính ly tâm

m y và gió gây ra;

- My là mô men lắc dọc quanh trục Cy làm thay đổi tải qua các bánh trước và sau và do tăng tốc, phanh hay gió gây ra;

- Mz là mô men quay thân xe quanh trục Cz

Hình 2.2 Định nghĩa các góc trong mặt phẳng đường

Ta gọi B(Cxyz) là hệ tọa độ xe (cục bộ) và G(OXYZ) là hệ tọa độ cố định (mặt đất), xem hình 2.2 ψ là góc quay thân xe, hợp giữa trục Cx và véc tơ vận tốc

v Tổng góc (ψ + β) là góc hướng của xe, tức là góc giữa véc tơ vận tốc v và trục

OX Trục OZ vuông góc với mặt phẳng OXY, trục Oz vuông góc với mặt phẳng Cxy [2]

Y

C

d

Véc tơ tọa độ trọng tâm C của xe trong hệ G:

2.2 Thiết lập mô hình toán học xác định quỹ đạo chuyển động của ô tô

Với giả thiết các bánh xe chuyển động theo thân xe nên tác giả coi chuyển động trọng mặt phẳng đường là một khối thống nhất có khối lượng M=m+mA11+mA12+mA21+mA22 Chính vì vậy đã mô tả được chuyển động dọc của ô

tô theo phương x, chuyển động ngang của ô tô theo phương y và chuyển động xoay của ô tô theo phương z () Các lực và mô men tác dụng trong mặt phẳng đường của ô tô được thể hiện trên hình 2.3

Hình 2.3 Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng đường

Phương trình chuyển động theo phương x được viết như sau:

Hình 2.4 Sơ đồ khối phương trình chuyển động theo phương x

Phương trình chuyển động theo phương y được viết như sau:

(  )  y cos  y cos  x sin  x sin  y  y  wy

Và được mô phỏng trong simulink như hình:

Hình 2.5 Sơ đồ khối phương trình chuyển động theo phương y

Phương trình xác định góc xoay thân xe theo trục z được viết như sau:

J y = a (F cos + F cos + F sin + F sin ) - a (F + F )+

b (-F cos + F sin + F cos - F sin )+b (F - F )+l F

(2.10)

Và được mô phỏng trong simulink như hình:

Hình 2.6 Sơ đồ khối phương trình chuyển động theo phương z

Ba phương trình 2.8 đến 2.10 mô tả chuyển động của toàn xe trong mặt phẳng đường thông qua các biến vi phân phía bên trái Để giải được các phương trình này cần phải xác định các lực và mô men bên phải Ngoài các ngoại lực cản không khí

Fwx và Fwy và góc quay bánh xe dẫn hướng δij được xác định theo các điều kiện điều khiển của người lái và ngoại cảnh, thì cần xác định các lực liên kết lốp đường Fxij,

Fyij Các thành phần này thường được xác định từ thực nghiệm hoặc từ các mô hình tính toán thích nghi Điều kiện cơ bản của mô hình lốp dạng thích nghi là các hệ số trượt và tải trọng thẳng đứng Fzij Các thành phần tải trọng thẳng đứng được xác định qua các mô hình dao động

Với giả thiết các bánh xe chỉ thực hiện chuyển động theo phương thẳng đứng nên tác giả xác định riêng biệt chuyển động của phần được treo và không được treo như hình 2.7 Trong mặt phẳng thẳng đứng phần được treo m thực hiện hai chuyển động cơ bản là dao động thẳng đứng và lắc dọc Các thành phần gây ra chuyển động dọc là các lực liên kết hệ thống treo gồm lực đàn hồi FCij và giảm chấn FKij

Hình 2.7 Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng dọc

Phương trình dao động dọc thẳng đứng của phần được treo được viết như sau:

z  C  C  C  C  K  K  K  K

Hình 2.8 Sơ đồ khối phương trình dao động thẳng đứng của phần được treo

Đối với góc lắc dọc của phần được treo, ngoài hai thành phần đàn hồi và giảm chấn của hệ thống treo, còn có các thành phần lực dọc từ bánh xe tác dụng lên thân



Jy



xe F’xij và mô men bánh xe Mij, và lực cản không khí Fwx như hình 2.7 Phương trình dao động lắc dọc được viết theo phương trình Euler như sau:

Hình 2.10 Các lực và mô men tác dụng lên phần được treo

trong mặt phẳng ngang

Khi tách cấu trúc trong mặt phẳng ngang, do kết cấu vỏ chịu lực nên tác giả

mô tả dao động ngang thân xe thông qua góc lắc ngang β đặt tại trọng tâm thân xe Góc lắc ngang này sinh ra bởi sự sai khác của lực liên kết hệ thống treo hai bên và các lực ngang tác dụng lên phần được treo như hình 2.10 Vì vậy phương trình dao động lắc ngang được viết như sau:

Hình 2.11 Sơ đồ khối phương trình dao động lắc ngang

Các bánh xe được xác định theo 2 bậc tự do là dao động thẳng đứng ξAij và quay φAij Phương trình cân bằng lực theo phương thẳng đứng được viết cho từng bánh xe xác định dao động như sau:

+ Đối với bánh xe 11 phương trình dao động được viết là:

11 11 11 ( 11 11)

m  F F F (2.14)

Hình 2.12 Sơ đồ khối phương trình dao động bánh xe 11

+ Đối với bánh xe số 12 phương trình dao động được viết là:

12 12  12 ( 12 12)

m  F F F (2.15)

Hình 2.13 Sơ đồ khối phương trình dao động bánh xe 12

+ Đối với bánh xe số 21 phương trình dao động được viết là:

21 21 21 ( 21 21)

m  F F F (2.16)

Hình 2.14 Sơ đồ khối phương trình dao động bánh xe 21

+ Đối với bánh xe số 22 phương trình dao động được viết là:

22 22  22 ( 22 22)

m  F F F (2.17)

Hình 2.15 Sơ đồ khối phương trình dao động bánh xe 22

Trong đó các lực FCLij là các lực đàn hồi lốp được xác định từ điều kiện mặt đường và chuyển vị của lốp FCij, FKij là các lực đàn hồi và lực cản giảm chấn hệ thống treo [2]

2.3 Xác định các lực bánh xe

Nghiên cứu động lực học ô tô cần thiết phải xác định được tính chất liên kết giữa lốp và đường bởi các các lực này này trực tiếp gây ra chuyển động của ô tô Các lực tương tác bánh xe Fxi, Fyi, Fzi là các phản lực chưa được xác định Xác định các lực tương tác qua mô hình lốp

Hình 2.16 Mô hình lốp

Có nhiều mô hình lốp được giới thiệu trong các nghiên cứu trước đây Trong luận văn này tác giả sử dụng mô hình lốp dạng phi tuyến theo hàm mẫu Ammonn [7] Theo mô hình lốp Ammonn ta có hàm mẫu:

2 0

x,max,0

ss

Trong đó FClij là các lực đàn hồi lốp

Với Fy(α) ta cũng xác định tương tự:

khi phanh

khi tăng  tocr

11 11 12 12 11 11 12 12 21 22

2.4 Mô phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink

Matlab (MATrix LABoratory) là một công cụ phần mềm của MathWork với giao diện cực mạnh cùng lợi thế trong kĩ thuật lập trình đáp ứng được những vấn đề hết sức đa dạng: từ các lĩnh vực kỹ thuật chuyên ngành như điện, điện tử, điều khiển

tự động, rô bôt công nghiệp, vật lý hạt nhân cho đến các ngành xử lý toán chuyên dụng như thống kê, kế toán Matlab có bộ lệnh rất mạnh giúp nó có thể giải quyết các loại bài toán khác nhau, đặc biệt là các hệ phương trình tuyến tính, phi tuyến hay các ma trận với kết quả nhanh chóng và chính xác Bộ lệnh này lên tới hàng trăm và ngày càng được mở rộng thông qua các hàm ứng dụng được bởi người sử dụng hay thông qua thư viện trợ giúp Bên cạnh đó Matlab cho phép xử lý dữ liệu, biểu diễn đồ họa một cách mềm dẻo, đơn giản và chính xác trong không gian hai