Xây dựng mô hình nghiên cứu tác động của thanh xoắn có khả năng điều khiển đến tính năng ổn định chuyển động của ôtô

CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .6 1.1 Tính ổn định chuyển động ô tô 1.1.2 Khả ổn định dọc động tô tô 1.2 Phân tích trƣờng hợp ổn định ngang xe tải vào đƣờng vòng 11 1.2.1 Tính ổn định động ngang ô tô 11 1.2.2 Tính ổn định xe quay vòng .13 1.2.2 Lật xe tải 17 1.3 Biện pháp sử dụng ổn định ngang để tăng tính ổn định chuyển động xe tải .19 1.4 Yêu cầu tính điều khiển ổn định ngang 21 1.5 Đặt vấn đề nghiên cứu luận văn 22 CHƢƠNG 26 KẾT CẤU, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THANH ỔN ĐỊNH NGANG 26 2.1 Kết cấu ổn định ngang điều khiển đƣợc .26 2.2 Nguyên lý làm việc ổn định ngang điều khiển đƣợc .27 2.3 Thuật toán điều khiển ổn định ngang 29 2.3.1 Giới thiệu số điều khiển 29 2.3.2 Xây dựng thuật toán điều khiển ổn định ngang 33 2.4 Tính toán mô men chống lật ổn định ngang 36 CHƢƠNG 39 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC 39 3.1 Mô hình nghiên cứu .39 3.1.1 Hệ trục tọa độ khảo sát 39 3.1.2 Lực mô men tác động lên ô tô chuyển động 40 3.2 Phƣơng trình quay vòng ô tô 41 3.3 Phƣơng trình lật ngang ô tô .43 CHƢƠNG 48 MÔ PHỎNG SỐ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 48 4.1 Sử dụng Matlab Simulink mô động lực học lật bên xe 48 4.2 Các phƣơng án khảo sát 50 4.3 Khối tính toán vận tốc bên, góc xoay thân xe 51 4.4 Khối tính toán góc lật thân xe góc nghiêng cầu xe 52 4.5 Phân tích kết đánh giá 54 4.5.1 Góc nghiêng thân xe trƣờng hợp vận tốc 40km/h .54 4.5.2 Góc nghiêng thân xe trƣờng hợp vận tốc 60km/h .55 4.5.3 Góc nghiêng thân xe trƣờng hợp vận tốc 80km/h .55 4.5.4 Khảo sát hệ phân bố tải trọng bên cầu xe 57 4.5.5 Khảo sát hệ số lật 57 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN TT Hình vẽ Tên hình Hình 1.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô đứng yên Hình 1.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô chuyển động lên dốc Hình 1.3 Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô chuyển động 10 Hình 1.4 Sơ đồ lực mômen tác dụng lên ôtô bánh 12 Hình 1.5 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe chủ động có lực 14 Hình 1.6 Lực táctác dụng xe tải vào đƣờng vòng ngang dụng 16 Hình 1.7 Hoạt động ổn định ngang 18 Hình 1.8 Xe tải đƣờng thẳng 19 Hình 1.9 Xe tải vào đƣờng vòng 20 10 Hình 2.1 Kết cấu ổn định ngang điều khiển đƣợc 24 11 Hình 2.2 Kết cấu ổn định ngang điều khiển thủy lực xe tải 24 12 Hình 2.3 sơ đồ điều khiển ổn định ngang 25 13 Hình 2.4 26 14 Hình 2.5 Thanh ổn định trạng thái không làm việc ECU điều khiển ổn định ngang trƣờng hợp 15 Hình 2.6 xe tải quay vòng phải ECU điều khiển ổn định ngang trƣờng hợp 27 16 Hình 2.7 xe tải quay vòng trái Cấu trúc điều khiển PID 27 17 Hình 2.8 Sơ đồ toán LQR 28 18 Hình 2.9 sơ đồ hệ thống điều khiển ổn định ngang 31 19 Hình 3.1 Xác định vị trí trọng tâm ô tô thời điểm 37 20 Hình 3.2 Mối định quan hệ trục tọa độ X0O0Y0 hệ tọa độ XOY 38 21 Hình 3.3: Các lực mô men tác dụng lên ô tô 38 22 Hình 3.4 Mô hình vết 39 23 Hình 3.5 Lực mô men tác dụng lên thân xe cầu xe 41 24 Hình 3.6 Hình 3.6 Mô hình lật xe 44 25 Hình 4.1 Quy luật đánh lái 49 26 Hình 4.2 Modul tính toán vận tốc vào góc xoay 50 Trang 26 27 Hình 4.3 Modul tính toán góc lật góc xoay cầu xe 51 28 Hình 4.4 Góc Nghiêng thân xe (u=40 km/h) 52 29 Hình 4.5 Góc Nghiêng thân xe (u=60 km/h) 53 30 Hình 4.6 Góc Nghiêng thân xe 54 31 Hình 4.7 Hệ số phân bố tải trọng 55 32 Hình 4.8 hệ số lật tốc độ 40 km/h 56 33 Hình 4.9 Hệ số lật tốc độ 60 km/h 56 34 Hình 4.10 hệ số lật tốc độ 80 km/h 57 DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN TT Ký tự Giải thích ký tự Mô men ổn định ngang Góc xoay thân xe Độ cứng góc nghiêng xe Mômen quán tính quay quanh trục x 13 J xx J zz 14 a Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trƣớc 15 b Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu sau 16 ay Gia tốc bên 17 CF Góc biến dạng bên lốp trƣớc 18 CR Góc biến dạng bên lốp sau 19  Góc đánh lái 20 g Gia tốc trọng trƣờng 21 FZR Phản lực lên cầu phải 22 FZL Phản lực lên cầu trái 23 FyL Lực ngang bên cầu trái 24 FyL Lực ngang bên cầu phải 25 h Chiều cao từ trọng tâm phần treo đến trục lật 26 r Chiều cao từ trục lật tới đƣờng 27 tw 28 s 12 Mômen quán tính quay quanh trục z Chiều rộng sở Khoảng cách đặt nhíp Ghi LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển ngày cao xã hội, yêu cầu ngƣời sử dụng phƣơng tiện ngày khắt khe vậy, việc nâng cao tính an toàn, ổn định, tiện nghi lái xe tính ổn định, êm dìu xe ngày đƣợc yêu cầu khắt khe hơn, việc nghiên cứu giải toán nâng cao tính ổn định xe chuyển động đƣợc đƣa lên hàng đầu Thanh ổn định ngang nhƣng phần tử để giải vấn đề đó, nên việc nâng cao tính ổn định toán quan trọng để giải tối ƣu toán Để nâng cao tính an toàn chuyển động tính tiện nghi xe có nhiều phƣơng án khác nhau, điều khiển ổn định ngang để phú hợp với điều kiện hoạt động xe phƣơng án để nâng cao an toàn chuyển động tính tiện nghi xe Vì ƣu điểm ổn định giảm góc nghiêng thân xe xe vào đƣờng vòng, tránh chƣớng ngại vât … qua tăng khả chống lật xe, an toàn lái xe điều khiển đƣợc nâng lên ổ định ngang Đề tài đƣợc thực Bộ môn ôtô, Viện Cơ Khí Động Lực, Trƣờng ĐHBK Hà Nội dƣới hƣớng dẫn Thầy giáo môn Do thời gian, trình độ hạn chế mảng nghiên cứu thân, đề tài tránh đƣợc sai sót định Kính mong đƣợc quan tâm, góp ý Thầy Chuyên gia để đề tài đƣợc đầy đủ hoàn thiện trình nghiên cứu Tác giả xin chân thành cảm ơn tất Thầy, Cô Bộ môn ôtô Trƣờng ĐHBK Hà Nội bạn đồng nghiệp, đặc biệt xin trân trọng cảm ơn PGS TS Phạm Hữu Nam - Thầy giáo hƣớng dẫn đề tài tận tình hƣớng dẫn việc định hƣớng nghiên cứu phƣơng pháp giải vấn đề đặt để hoàn thành luận văn tốt nghiệp Hà nội, ngày tháng năm 2013 Ngƣời thực CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tính ổn định chuyển động ô tô Tính ổn định ô tô khả đảm bảo giữ cho quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu điều kiện chuyển động khác Tùy thuộc điều kiện sử dụng, ôtô đứng yên, chuyển động đƣờng dốc (đƣờng có góc nghiêng dọc nghiêng ngang) cụ thể phanh quay vòng loại đƣờng khác (đƣờng xấu, đƣờng tốt…) Trong điều kiện phức tạp nhƣ vậy, ôtô phải giữ đƣợc quỹ đạo cho không bị lật đổ, không bị trƣợt thùng xe không bị nghiêng, cầu xe bị quay lệch giới hạn cho phép để đảm bảo chuyển động an toàn, nâng cao vận tốc chuyển động xe có nghĩa tăng tính kinh tế tính ổn định ô tô điều kiện làm việc 1.1.1 Khả ổn định dọc tĩnh ô tô Tính ổn định dọc tĩnh ô tô khả đảm bảo cho xe không bị lật đổ bị trƣợt đứng yên đƣờng dốc dọc a) b) Hình 1.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô đứng yên Ô tô đứng quay đầu lên dốc Ô tô đứng quay đầu xuống dốc Trƣờng hợp xe quay đầu đứng dốc chịu tác dụng lực : G: trọng lƣợng xe Z1, Z2: phản lực thẳng góc đƣờng tác dụng lên bánh xe trớc sau Z1 + Z2 =Gcos Do xe thành phần lực cản dốc : Pi = Gsin  kéo xe trƣợt xuống dốc, ta phải đặt phanh cho bánh xe sau Khi góc dốc  tăng đến giá trị bánh trƣớc xe bị nhấc khỏi mặt đƣờng (Z1= 0)  xe bị lật quanh điểm 02 Phƣơng trình mô men điểm 02: Gcosl.b - Gsinl.hg - Z1.L + Mf = (1.1) Do Z1 = , Mf =  G.b.sinl - G.hg sinl =  tg1 = b hg (1.2) l : góc dốc giới hạn lật đứng quay đầu lên dốc Trƣờng hợp xe đứng yên quay đầu xuống dốc: Tƣơng tự lấy phƣơng trình mômen điểm 01 với Z2 = 0, Mf = ta đƣợc: tg l' = a hg (1.3)  l' : góc dốc giới hạn lật xe đứng quay đầu xuống dốc Qua thực nghiệm ngƣời ta đƣa bảng trị số góc giới hạn lật số loại ôtô, máy kéo đứng dốc Gó Xe du lịch, vận tải không tải c l 60 Xe vận tải, máy kéo đầy tải 35  40 Xe tự đổ đầy tải 20 55  l'  60 60 > 60 Sự ổn định dọc tĩnh ôtô không lật đổ dọc mà trƣợt dốc không đủ lực phanh bám không tốt bánh xe mặt đƣờng Để tránh cho xe khỏi bị trƣợt lăn xuống dốc ngƣời ta thƣờng bố trí phanh bánh xe sau + Khi lực phanh lớn đạt đến giới hạn bám, xe bị trƣợt xuống dốc ta có: PP max = Gsint =  Z2 (1.4) PP max: lực phanh lớn đặt bánh xe sau  : hệ số ma sát dọc bánh xe với mặt đƣờng Z2: hợp lực phản lực thẳng góc từ đƣờng tác dụng lên bánh xe sau Mặt khác: Z2 = G.a.cos  G.hg.sin  thay vào (1.4) ta đƣợc : L tag t =  a (1.5) L   hg + Tƣơng tự xe đứng dốc quay đầu xuống: tagt’=  a (1.6) L   hg  t : góc dốc giới han bị trƣợt xe đứng dốc quay đầu lên t’: góc dốc giới hạn bị trƣợt xe đứng dốc quay đầu xuống Do cấu phanh đƣợc bố trí tất bánh nên Pp = .G cos Xác định tƣơng tự ta có điều kiện để xe đứng dốc bị trƣơt là: tag t =tagt’ =  (1.7) Để đảm bảo an toàn xe đứng dốc ngƣời ta thƣờng để điều kiện xe bị trƣợt trƣớc bị lật đổ, điều đƣợc xác định biểu thức: tagt