Nghiên cứu ảnh hưởng của lực ngang đến tính chất chuyển động của ô tô khách 16 chổ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THỊ VY THẢO NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC NGANG ĐẾN TÍNH CHẤT CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ơ TƠ KHÁCH 16 CHỖ Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 60.520.116 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng- Năm 2017 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Lê Văn Tụy Phản biện 1:……………………………………………… Phản biện 2:……………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật khí động lực họp trường Đại học Bách khoa vào ngày … tháng … năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng trường Đại học Bách khoa - Thư viện Khoa Cơ khí giao thơng, Trường Đại học Bá MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Việc nghiên cứu phân bố tải trọng tác dụng lên ô tơ chuyển động đường giúp ta kiểm soát điều khiển khả bám bánh xe với mặt đường Nhiều tình lái xe điển hình trực tiếp gián tiếp dẫn đến tai nạn lật xe ổn định việc điều khiển không mong muốn dẫn đến xay tai nạn Ví dụ: chạy tốc độ vào cua, chuyển hay tránh chướng ngại vật, tác động gió ngang nguyên phân biệt hai nhóm tình dẫn đến lật xe:  Lật xe trực tiếp, gọi lật xe đường bằng, xảy xe vào cua gấp Khả định tính ổn định tơ;  Lật xe gián tiếp, hay lật xe “vấp”, xảy sau xe bịtrượt khỏi quỹ đạo chuyển động bánh xe va phải chướng ngại vật đường Nguyên nhân gây tượng xe bị tính điều khiển Xuất phát từ thực trạng khuôn khổ luận văn thạc sỹ chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng lực ngang đến tính chất chuyển động ô tô khách 16 chỗ” MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Mục tiêu đề tài hướng đến việc nâng cao tính ổn định tính an tồn quỹ đạo chuyển động cho tơ khách tác dụng lực ngang 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu Ôtô khách du lịch 16 chỗ Mercedes Benz MB 140 3.2 Phạm vi nghiên cứu Do phạm vi nghiên cứu điều kiện có hạn đề tài giới hạn nghiên cứu xây dựng mơ hình lý thuyết tiến hành mô phần mềm Matlab – Simulink, nghiên cứu ảnh hưởng thông số kết cấu hệ thống liên quan đến tính chất chuyển động ôtô PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Mô máy phần mềm MatlabSimulink giúp tiết kiệm thời gian cho kết tin cậy giảm giá thành nghiên cứu lớn so với việc tiến hành thí nghiệm Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài nghiên cứu mang tính lý thuyết chuyên sâu tính ổn định xe khách chịu tác động lực ngang đến tính chất điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô, đề tài đưa sở lý thuyết nhằm nâng cao tính ổn định góp phần vào tư liệu cho sở liệu khoa học- công nghệ làm tiền đề cho nghiên cứu thực nghiệm CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Chương 1:Tổng quan 3 Chương 2:Cơ sở lý thuyết ổn định ô tô Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng lực ngang đến tính chất chuyển động ôtô Chương 4:Kết mô bàn luận Chương 1- TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan tình xe lệch khỏi phương chuyển động lý thuyết 1.1.1 Tính điều khiển tơ 1.1.1.1.Lệch khỏi phương chuyển động ổn định hướng quay vòng 1.1.1.2.Lệch khỏi phương chuyển động ổn định hướng tác dụng lực gió ngang: 1.1.1.3 Lệch khỏi phương chuyển động ổn định hướng phanh 1.2 Tình hình nghiên cứu phân bố lực ngang xe đến ổn định chuyển động nước Chương 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TÍNH ỔN ĐỊNH VÀ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ơ TƠ 2.1 Tính chất ổn định tơ 2.1.1 Tính ổn định dọc 2.1.1.1 Tính ổn định dọc tĩnh Một số góc dốc giới hạn số loại ô tô đứng dốc: + Đối với xe du lịch: α t = α t = 60 ' o + Xe tải đầy tải: α t = (35÷40) , α t  60 o ' o + Xe tự đổ khơng tải: α t = (20÷35) , α t > 60 o ' o 2.1.1.2 Tính ổn định dọc động 2.1.2 Tính ổn định ngang ô tô 2.1.2.1 Tính ổn định ngang ô tô chuyển động thẳng đường nghiêng ngang: 2.1.2.2 Tiêu chí đánh giá ổn định ngang tơ 2.1.2.2.1 Đánh giá lật ngang tĩnh 2.1.2.2.2 Đánh giá lật ô tô chuyển động 2.2 Động lực học điều khiển quỹ đạo chuyển động tơ 2.2.1 Mơ hình hệ thống điều khiển ô tô Bản chất mô hình quỹ đạo chuyển động ô tô với thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng (hay góc quay vành tay lái) hệ thống động lực học với tác động đầu vào góc quay bánh xe dẫn hướng đáp ứng đầu quỹ đạo chuyển động ô tô Hệ thống coi ổn định tác động đầu vào (góc quay bánh xe dẫn hướng) thì đáp ứng đầu (quỹ đạo chuyển động ô tô) phải dần đến ổn định trạng thái xác lập Hay nói cách khác tính ổn định quỹ đạo chuyển động tơ đặc tính tơ giữ hướng chuyển động theo góc quay vành tay lái chịu tác động mơi trường (tính ổn định bền vững) 2.2.2 Vấn đề giao thông quỹ đạo chuyển động 2.3.Ảnh hưởng yếu tố đến quỷ đạo chuyển động ô tô 2.3.1 Ảnh hưởng yếu tố kết cấu 2.3.1.1 Ảnh hưởng bánh xe đàn hồi 2.3.1.2 Ảnh hưởng hình dáng hình học thân xe đến tính ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô 2.3.1.3 Ảnh hưởng hệ thống lái 2.3.2 Ảnh hưởng yếu tố khai thác môi trường 2.3.2.1 Ảnh hửng áp uuất ĺp đ́n độ ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô 2.3.2.2 Ảnh hửng mặt đường đ́n ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô 2.3.2.3 Ảnh hưởng gió quỹ đạo chuyển động ô tô 2.4 Kết luận chương Trong chương này, tác giả tìm hiểu tổng quan vấn đề tính ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô, an tồn giao thơng Độ ổn định quỹ đạo chuyển động tơ an tồn giao thơng hai yếu tố tách rời nghiên cứu Ngày phương tiện giao thơng có tốc độ chuyển đông ngày lớn vấn đề ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô vấn đề quan tâm nhiều nhà nghiên cứu Tác giả phân tích định tính tính ổn định ảnh hưởng số yếu tố kết cấu, khai thác môi trường giao thông đến độ ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô Và nghiên cứu tài liệu tham khảo liên quan đến vấn đề mơ hình hóa, mơ quỹ đạo chuyển động ô tô nghiên cứu liên quan mơ hình lốp, nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô Chương - XÂY DỰNG MƠ HÌNH QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG Ơ TƠ KHI CĨ LỰC NGANG 3.1 Mơ hình động học ngang chuyển động chuyển động ôtô 3.1.1 Mơ hình quỹ đạo chuyển động tổng qt ô tô 3.1.2 Mô hình hai vết mặt phẳng 3.1.3 Mơ hình vết Mơ hình sử dụng để nghiên cứu quỹ đạo chuyển động trọng tâm ô tô, không quan tâm đến hành lang chuyển động ô tô đổi hướng chuyển động Mô hình sử dụng với giả thiết bỏ qua ảnh hưởng thay đổi phản lực bánh xe bên phải bên trái ô tô đến quỹ đạo chuyển động ô tô đổi hướng chuyển động 7 Hình 3.4 Mô hình vết mặt phẳng đường Bánh xe dẫn hướng trung bình quay góc phía trước sau lăn lệch góc tương ứng f  , bánh xe  r Tại vùng tiếp xúc bánh xe với mặt đường có thành phần phản lực mặt phẳng dọc ngang bánh xe trước, sau tương ứng Fxf , Fyf , Fxr , Fyr Tại trọng tâm tơ có thành phần lực quán tính theo phương dọc tính ly tâm quán tính ngang mv x , phương ngang mv y , lực quán mv x  y (giải thích rõ mục 3.2.3) mô mem J v Thành phần lực cản gió theo phương dọc Fax , Fay đặt cách trọng tâm ô tô khoảng la Trong luận văn, tác giả sử dụng mơ hình vết để khảo sát ảnh hưởng số yếu tố kết cấu khai thác đến độ ổn định hướng chuyển động đổi hướng chuyển động tơ 3.1.4 Mơ hình bánh: 3.1.5 Mơ hình hệ thống lái 3.2 Xây dựng mơ hình động lực học tơ quay vịng 3.2.1 Giả thiết xây dựng mơ hình 3.2.2 Xây dựng mơ hình động lực học quay vịng tơ vết Áp dụng nguyên lý Dalambe ta xây dựng hệ phương trình vi phân mơ tả động lực học chuyển động ô tô đổi hướng chuyển động sau: Xét cân theo phương x ta có: mv x  Fxf cos   Fyf sin   mv x  y sin( )  Fxr  Fax = Fxf cos   Fyf sin   mv y  Fxr  Fax (3.7) Xét cân theo phương y: mv y   Fyr  Fxf sin    Fyf cos    Fay  mv x  y cos    =Fxf sin    Fyf cos    Fyr  Fay  mv x (3.8) Lấy mô men tâm C: J v   Fyr l2   Fyf cos  Fxf sin  l1  Fayla (3.9) 3.2.3 Mơ hình lực tương tác bánh xe với mặt đường b) Hình 3.12 Sự phụ thuộc lực bám dọc, ngang vào hệ số trượt dọc góc lăn lệch 3.2.4 Phân tích tính ổn định quỹ đạo chuyển động quay vịng Xét mơ hình vết bỏ qua động lực học theo phương dọc, coi ô tô chuyển động x  v0 , Fxf  Mô hình động lực  Fyr vòng  Fyfđều cosđược  Fay viết  mlại v0 sau:   quay vy  v mhọc    J v   Fyr l2  Fyf cos l1  Fayla (3.27) Xét góc  nhỏ hệ bỏ qua lực cản khơng khí, hệ phương trình trở dạng: mv y  Fyr  Fyf  mv v0   J v   Fyr l2  Fyf l1 (3.28) Xét mơ hình lốp tuyến tính: Fyf  C f  f , Fyr  Cr r (3.29) Góc lăn lệch bánh xe trước, sau xác định sau: - Bánh xe phía trước: l1  y  l1  y     v0  x   f    arctan  - Bánh xe phía sau:  y  l2  x  r   arctan  y  l2   v0  (3.31) (3.30) 10 Thay vào ta hệ phương trình: l2  y l1  y  mv y  v Cr  v C f  C f   mv v0  0  y  l  l  y J   Cr l2  C f l1  C f  l1 v  v0 v0 (3.32)  Cr  C f l C l C  y   r f  mv v0   C f  mv y   v0 v0     2 l2 Cr  l1 C f l C l C    r f y  C f  l1  J v   v0 v0   Cr  C f C l C l C  y   r f  v0   f  y   mv v0 mv   mv v0   l22Cr  l12C f l2Cr  l1C f C f l1       y    J v v0 J v v0 Jv  Viết dạng ma trận ta có:  Cr  C f  mv v0  y       l2Cr  l1C f  J v v0   l2Cr  l1C f   Cf   v0       mv v0    y   mv      l22Cr  l12C f     C f l1      J v v0  Jv   Điều kiện để phương trình ổn định tất giá trị riêng ma trận: i  Cr  C f  mv v0  A  l2Cr  l1C f  Jv v   l2Cr  l1C f   v0     mv v0   2 l C l C  r f  J v v0  11 có phần thực âm Mơ men qn tính J v xấp xỉ theo cơng thức J v  mvl1l2 (3.37) Từ ta xác định điều kiện ổn định: C f Cr l   C f l1  Cr l2  mvv0  Nếu (3.38) C f l1  Cr l2  tơ ổn định quỹ đạo chuyển động quay vòng tốc độ chuyển động Nếu C f l1  Cr l2  tơ ổn định quỹ đạo quay vòng tốc độ: v0  C f Cr l C l  C l  m f r (3.39) v Ở trạng thái giới hạn ổn định: C f Cr l   C f l1  Cr l2  mvv0  (3.40) 3.3 Kết luận chương Trong chương này, mô hình động lực học quỹ đạo chuyển động ô tô trình đổi hướng chuyển động có xét đến động lực học kéo bánh xe xây dựng 12 Chương 4: MÔ PHỎNG ẢNH HƯỞNG CỦA YẾU TỐ KẾT CẤU VÀ VẬN HÀNH ĐẾN TÍNH ỔN ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ơ TƠ KHI CĨ LỰC NGANG 4.1 Đối tượng khảo sát : Mercedes Benz MB 140 Thông số kỹ thuật ô tô khảo sát thể bảng 4.1 Các thông số kết cấu khảo sát gồm: - Ảnh hưởng độ cứng ngang lốp; - Ảnh hưởng điểm đặt lực gió ngang; Các thông số môi trường ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động ô tô khảo sát ảnh hưởng độ bám mặt đường đến ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô đổi hướng chuyển động Để loại bỏ ảnh hưởng chuyển động có gia tốc đến quỹ đạo chuyển động tơ, chương tác giả xem xet mơ hình quay vòng đều, tức đặt giá trị vận tốc chuyển động ban đầu ô tô số My  v0  30km / k mô men bánh xe chủ động 4.2 Mô quỹ đạo chuyển động ô tô 4.2.1 Giới thiệu phần mềm MATLAB/Simulink 13 4.2.2 Xây dựng mơ hình mơ phần mềm MATLAB/Simulink Hình 4.1: Mơ hình khối động lực học bánh xe chủ động dẫn hướng phía trước Đối với bánh xe bị động khơng dẫn hướng phía sau hoàn toàn tương tự, khác đầu vào   M y  Hình 4.2: Mơ hình động lực học quay vịng tơ 4.2.3 Thông số đầu vào đối tượng mô 14 Bảng 4.1: Thơng ś mơ hình khảo sát STT Thơng số Giá trị Khối lương tồn mv= 3100 Đơn vị kg tô Mô men quán tính đối Jv=1.4912e+003 kgm^2 với trục thẳng đứng qua tâm ô tô Khoảng cách từ trọng l1=1.474 m tâm đến trục trước Khoảng cách từ trọng l2=1.206 m tâm đến trục sau Bán kính bánh xe rb=0.35 Mơ men qn tính Jb=3.6 m kgm^2 bánh xe Hệ số cản khơng khí K=0.4 Diện tích cản F=3.123 Ns^2/m^4 m^2 diện 4.2.4 Mơ quỹ đạo chuyển động quay vịng với góc đánh lái khơng đổi Góc quay bánh xe dãn hướng thể thể hình 4.3, người lái xe đánh lái tăng dần đến 30 5s sau giữ vành tay lái cố định 15 4.2.5 Mơ quỹ đạo chuyển động ô tô vào cua 16 4.2.6 Mô quỹ đạo chuyển động quay vịng phải quay vịng trái 4.2.7 Mơ quỹ đạo chuyển động chịu tác động gió ngang 17 Hình 4.12: Góc quay thân xe ô tô chuyển động thẳng chịu tác động gió ngang đột ngột 4.3 Ảnh hưởng kết cấu ô tô đến ổn định quỹ đạo chuyển động 4.3.1 Ảnh hưởng độ cứng ngang lốp Độ cứng ngang tiêu chuẩn lốp trước lốp sau CFf CFr    0.75 FZ FZ (4.1) CFf CFr    0.25 FZ FZ (4.2) CFf  0.25 FZ (4.3) CFr   0.75 FZ (4.4) 18 CFf  0.75 FZ (4.5) CFr   0.25 FZ (4.6) 4.3.2 Ảnh hưởng hình đáng mặt cắt dọc tơ (điểm đặt lực gió ngang) 4.4 Ảnh hưởng hệ số bám đến ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô 19 4.5 Các giải pháp nhằm nâng cao tính ổn định cho quỹ đạo chuyển động 4.5.1 Hệ thống chống lắc ngang thân xe 4.5.2 Hệ thống cảnh báo sai lệch đường 4.5.3 Hệ thống giữ đường 4.5.4 Hệ thông điều khiển ổn định Yaw 4.5.5 Hệ thống kiểm soát độ bám đường – kiểm soát lực kéo (Traction control) 4.5.6 Hoạt động điều chỉnh xequay vòng thừa hoặc quay vòng thiếu 4.5.6.1 Hoạt động điều chỉnh xe bị quay vòng thừa 4.5.6.2 Hoạt động điều chỉnh xe bị quay vòng thíu 4.6 Kết luận chương Trong chương này, mô hình động lực học quỹ đạo chuyển động ô tô trình đổi hướng chuyển động có xét đến động lực học kéo bánh xe xây dựng Kết mô với thông số ô tô cụ thể cho thấy tính quy luật, hợp lý kết nghiên cứu Đây sở đảm bảo độ tin cậy cho việc nghiên cứu ảnh hưởng số thông số kết cấu khai thác đến độ ổn định hướng chuyển động ô tô xe quay vòng 20 KẾT LUẬN Kết luận 1: Về phương pháp nghiên cứu tình quay vịng xấu ảnh hưởng gây an tồn cho xe Điều có ý nghĩa điều kiện khó khăn kinh phí thiết bị nghiệm sở nghiên cứu sản xuất ô tô nước ta Kết luận 2: Trên sở mơ hình tốn học xây dựng, tác giả sử dụng phần mềm MATLAB/Simulink để mô động lực học quay vịng tơ xuất lực ngang với thông số xe cụ thể hai trường hợp ô tô chuyển động quay vịng tơ chuyển động quay vịng có gia tốc Kết luận 3: Kết mơ quỹ đạo quay vòng với trường hợp khác như: quay vịng với góc quay bánh xe dẫn hướng không đổi; mô quỹ đạo chuyển động trường hợp vào cua, trường hợp vào cua – cua; mô quỹ đạo chuyển động ô tô chuyển động thẳng có gió ngang tác dụng Kết luận 4: Đưa kết mô khảo sát ảnh hưởng số yếu tố kết cấu đến quỹ đạo chuyển động quay vòng như: - Kết mô ảnh hưởng độ cứng ngang bánh xe; khác độ cứng ngang bánh xe trước bánh xe sau đến lệch quỹ đạo chuyển động xe - Kết mô ảnh hưởng điểm đặt lực gió ngang đến lệch quỹ đạo chuyển động xe 21 - Kết mô đặc trưng bám ngang loại đường khác đến lệch quỹ đạo chuyển động xe Kết luận 5: Kết mô cho thấy tính quy luật phù hợp với lý thuyết thực tế.Trên sở kết đó, cho phép đánh giá ảnh hưởng yếu tố kết cấu khai thác đến tính ổn định quỹ đạo chuyển động tơ quay vịng tác dụng lực ngang Kết nghiên cứu sở cho việc thiết kế, khai thác hợp lý ô tô nhằm đảm bảo an toàn chuyển động tình Tuy nhiên việc kiểm chứng thực nghiệm vẩn cần thiết, áp dụng phương pháp nghiên cứu mô tiết kiệm thời gian kinh phí q trình thiết kế,chế tạo thử nghiệm 22 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Trên sở đề tài thực xây dựng mơ hình mơ Matlab-Sinulink Do thời gian khối lượng kiến thức có hạn với ưu điểm phương pháp mô kết đạt được, đề tài hồn thiện mở rộng theo hướng: - Nghiên cứu ảnh hưởng độ cứng lốp áp suất lốp đến dao động tơ đến độ êm dịu an tồn chuyển động ô tô - Nghiên cứu ứng dụng mơ hình hóa hệ thống lái chủ động AFS (Active Front Steering) giúp người lái kiểm soát tình ổn định, nâng cao tính tiện nghi an tồn chuyển động tơ - Nghiên cứu mơ hệ thống lái có sử dụng trợ lực điện - Nghiên cứu mô hệ thống điều khiển ổn định nói chung - Nghiên cứu đánh giá tính ổn định quỹ đạo chuyển động phương tiện tham gia giao thông - Nghiên cứu hệ thống chống lắc ngang chủ động ... định ngang tơ 2.1.2.1 Tính ổn định ngang ô tô chuyển động thẳng đường nghiêng ngang: 2.1.2.2 Tiêu chí đánh giá ổn định ngang ô tô 2.1.2.2.1 Đánh giá lật ngang tĩnh 2.1.2.2.2 Đánh giá lật ô tô chuyển... môi trường giao thông đến độ ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô Và nghiên cứu tài liệu tham khảo liên quan đến vấn đề mơ hình hóa, mơ quỹ đạo chuyển động ô tô nghiên cứu liên quan mơ hình lốp, nghiên. .. chuyển động ô tô, chương tác giả xem xet mơ hình quay vịng đều, tức đặt giá trị vận tốc chuyển động ban đầu ô tô số My  v0  30km / k mô men bánh xe chủ động 4.2 Mô quỹ đạo chuyển động ô tô 4.2.1