Chương 5 tính dẫn hướng của ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GTVT CƠ SỞ ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT Ô TÔ CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ GIẢNG VIÊN: VŨ THẾ TRUYỀN CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ NỘI DUNG 5.1 Động học động lực học quay vòng tô 5.2 Ảnh hưởng độ đàn hồi lốp tới tính quay vòng tơ 5.3 Tính ổn định bánh xe dẫn hướng 5.4 Sự dao động bánh xe dẫn hướng CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ 5.1 Động học động lực học quay vòng tơ 5.1.1 Quỹ đạo chuyển động tơ Trên hình quỹ đạo chuyển động ôtô đường cong xác định vị trí liên tiếp trọng tâm ơtơ T Vận tốc tức thời ôtô v đặt trọng tâm ôtô Hệ tọa độ cố định (hệ tọa độ mặt đường) ký hiệu Oxoyozo , hệ tọa độ di động (hệ tọa độ gắn với trọng tâm ô tô) ký hiệu Txyz Như vận tốc v tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động nghiêng với trục dọc tơ α (góc gọi tên góc lệch hướng chuyển động ô tô) Góc quay tương đối hai hệ tọa độ ε, góc quay trục dọc tơ chuyển động CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ 5.1 Động học động lực học quay vòng tơ 5.1.1 Quỹ đạo chuyển động tơ Hình 5-1 Quan hệ động học tơ mơ hình phẳng tổng qt CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 5.1 Động học động lực học quay vòng tơ 5.1.1 Quỹ đạo chuyển động ô tô - Chiếu vận tốc v lên hai trục Oxo Oyo ta có ; vxo = v.cos(α+ε) vyo = v.sin(α+ε) Vị trí tơ thời điểm (sau khoảng thời gian từ đến t) xác định nhờ hình Vị trí tọa độ trọng tâm tính tích phân sau ; t t 0 t t 0 x0 = ∫ vx dt = ∫ v.cos(α + ε )dt y0 = ∫ v y dt = ∫ v.sin(α + ε )dt Như có hệ tọa độ mặt đường, biết xo, yo, góc α ε hồn tồn xác định vị trí ô tô đường thời điểm định Mục tiêu toán xác định góc α ε, tọa độ xo, yo nhằm xác định quỹ đạo chuyển động ô tô CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Hình 5-2 Xác định vị trí trọng tâm tơ thởi điểm định CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ 5.2 Động học động lực học quay vòng tơ a Các phương pháp quay vòng Các xe bánh quay vòng ba phương pháp: Phương pháp thay đổi phương chuyển động bánh xe dẫn hướng, phương pháp quay vòng theo kiểu xe xích phương pháp quay vòng nhờ quay vòng phần khác xe Trên hình 4-4 mơ tả sơ đồ quay vòng xe hai cầu có cầu dẫn hướng (hình 4-4a) hai cầu dẫn hướng (hình 44b) Với góc quay vòng xe bố trí theo sơ đồ hình 4-4b có bán kính quay vòng R nhỏ tính Hình 4-4 Sơ đồ quay vòng xe hai cầu linh hoạt xe cao so với a Có cầu dẫn hướng b Có hai cầu dẫn hướng sơ đồ hình 4-4a CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Trên ơtơ, số lượng cầu dẫn hướng tăng tính linh hoạt xe tốt giảm mài mòn lốp Tuy nhiên, tăng số lượng cầu dẫn hướng làm cho kết cầu dẫn động điều khiển phức tạp lên, đặc biệt sử dụng cầu sau cầu dẫn hướng Vì vậy, số lượng bánh xe dẫn hướng cần chọn cho thích hợp để vừa đảm bảo tính linh hoạt, vừa ảnh hưởng đến yêu cầu khác xe Khi xe vào đường vòng để đảm bảo bánh xe dẫn hướng khơng bị trượt đường vng góc véc tơ vận tốc phải gặp điểm (O) gọi tâm quay tức thời Từ hình (4-5) ta thấy mối quan hệ góc quay α1 α2: B B R+ R− cot gα = cot gα1 = L L Suy ra: cot gα1 − cot gα = R L (4.7) CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Hình 4-7 Sơ đồ quay vòng tơ có bốn bánh dẫn hướng Hình 4-5 Sơ đồ động lực học quay vòng tơ có hai bánh dẫn hướng phía trước CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ Từ sơ đồ hình (4-5) ta xác định mối quan hệ bán kính quay vòng R, chiều dài sở xe L góc quay vòng α L R= (4.8) tgα Trường hợp tất bánh xe dẫn hướng hình (4-7) ứng với góc quay α, bán kính quay vòng xe giảm nửa : L R= (4.9) 2tgα Vận tốc xe quay vòng là : v v ω = = tgα (4.10) R L Gia tốc trọng tâm xe gồm có gia tốc tác dụng dọc trục tơ J x vng góc với Jy ; dv to dA − bω + Hướng theo trục dọc xe : J x = J A − J C = (4.15) dt dω tA J = J − J = R ω + b + Hướng vng góc với trụ dọc y xe : A C dt (4.16) CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 4.4 Các nhân tố ảnh hưởng đến tính dẫn hướng tơ 4.4.1 Các góc đặt bánh xe dẫn hướng Hình 4-13 Các góc đặt bánh xe Góc đặt bánh xe bao gồm: + Góc camber + Góc Caster + Góc nghiêng trụ xoay đứng (góc Kingpin) + Góc chụm bánh xe + Góc quay vòng CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ a Góc camber Hình 4-15 Góc Camber âm   Hình 4-14 Góc Camber Hình 4-16 Góc Camber khơng, góc Camber dương CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ - Với góc camber âm: Trường hợp xe có góc camber âm bánh xe giữ khơng bị nghiêng chạy vào đường vòng trì lực quay vòng thích hợp - Với góc camber khơng: giúp cho lốp xe mòn Nếu bánh xe có camber dương âm góc nghiêng bánh xe so với mặt đường làm cho bán kính quay vòng phần phía phía ngồi khác nhau, lốp xe mòn khơng Camber không giúp ngăn ngừa tượng - So với góc Camber âm góc Camber dương có ưu điểm sau: + Thứ nhất; giúp giảm tải trọng thẳng đứng trường hợp góc Camber khơng, tảu trọng tác dụng lên trục bánh xe theo hướng F’ Khi có góc Camber dương tải trọng chuyển thành lực lái F tác dụng the hướng cam lái Nhờ mà mômen tác dụng lên trục bánh xe cam lái giảm xuống + Thứ hai; Ngăn ngừa tuột bánh xe khỏi trục, tải trọng F tác dụng lên bánh xe chia thành hai thành phần F1 F2 F2 lực theo chiều trục có xu hướng đẩy bánh xe vào phía trong, giữ cho bánh xe không bị tuột khỏi trục + Thứ ba; ngăn ngừa phát sinh Camber âm ý muốn tải trọng, giữ cho phía bánh xe khơng bị nghiêng phía biến dạng phận hệ thống treo bạc lót gây trọng lượng hàng hóa hay hành khác + Thứ tư; giảm lực lái CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ b Góc caster Hình 4-17 Góc Caster khoảng Caster CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Góc caster có ảnh hưởng đến độ ổn định xe chạy đường thẳng, khoảng caster ảnh hưởng đến tính hồi vị bánh xe sau chạy xe đường vòng Đối với xe có góc caster, độ ổn định chạy đường thẳng tăng Vì trục xoay đứng quay để xe chạy vào đường vòng, bánh xe có góc caster lốp bị nghiêng so với mặt đường tạo mômen “kích”, có xu hướng nâng thân xe lên Mơmen kích đóng vai trò lực hồi vị bánh xe, có xu hướng đưa thân xe trở vị trí nằm ngang trì độ ổn định đường thẳng xe c Góc Kingpin (Góc nghiêng trụ xoay đứng) Góc lệch tạo thành trục xoay đứng đường thẳng đứng gọi góc kingpin hay góc nghiêng trục lái Trục xoay đứng trục mà bánh xe xoay phía phải trái Trục xác định cách vạch đường thẳng tưởng tượng qua tâm ổ bi đỡ giảm chấn khớp cầu đòn treo (đối với trường hợp hệ thống treo kiểu giằng) Nhìn từ phía trước xe, đường thẳng nghiêng phía CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Hình 4-18 Góc Kingpin CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Khoảng cách L từ giao điểm trục xoay đứng mặt đường đến giao điểm đường tâm bánh xe mặt đường gọi “độ lệch hay độ lệch kingpin” Vai trò góc kingpin làm giảm lực đánh lái Một tác dụng khác góc kingpin làm giảm lực phản hồi lực kéo lệch sang bên Nếu khoảng lệch lớn, lực dẫn động (lực đẩy xe) lực hãm tạo mômen quay quanh trục xoay đứng lớn, tỷ lệ thuận với khoảng lệch Mặt khác, chấn động tác dụng lên bánh xe làm cho vô lăng bị dật lại phản hồi Những tượng cải thiện cách giảm khoảng lệch Nếu góc nghiêng trục xoay đứng bên phải bên trái khác xe bị kéo lệch phía có góc nghiêng nhỏ (có khoảng lệch lớn hơn) Trong xe FF có động đặt trước bánh trước chủ động, khoảng lệch thường nhỏ (bằng không âm) để ngăn ngừa tượng truyền chấn động từ lốp xe (do phanh chạy qua vật cản) lên vô lăng, giảm thiểu mômen quay quanh trục xoay đứng động lực tạo khởi động nhanh tăng tốc d Góc chụm (độ chụm) Khi phần phía trước bánh xe gần so với phần phía sau gọi “độ chụm”, ngược lại gọi “độ chỗi” CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Hình 4-20 Góc chụm CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Thơng thường, mục đích ban đầu góc chụm khử bỏ lực đẩy ngang góc camber tạo Vì vậy, góc chụm ngăn ngừa bánh xe mở hai bên có camber dương Tuy nhiên, mục đích góc chụm đảm bảo độ ổn định chạy đường thẳng Khi xe chạy đường nghiêng, thân xe nghiêng bên Khi xe có khuynh hướng quay phía nghiêng Nếu phần phía trước bánh xe chụm vào (Độ chụm), xe có khuynh hướng chạy theo hướng ngược lại hướng nghiêng Vì độ ổn định chạy đường thẳng trì Tuy nhiên độ chụm vào lớn, độ trượt bên làm cho lốp xe mòn khơng Nếu độ chỗi q lớn khó đảm bảo độ ổn định chạy đường thẳng e Góc quay vòng Hình (4-21) Bán kính quay vòng, góc quay vòng bánh xe phía trước bên trái bên phải chạy đường vòng Với góc quay bánh xe trước bên trái bên phải giống lốp xe bên bị trượt bên quay xe cách nhẹ nhàng Điều làm cho lốp xe mòn khơng Với góc quay bánh xe bên phải bên trái khác nhau, phù hợp với tâm quay bốn bánh xe độ ổn định xe chạy đường vòng tăng lên CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 4.4.2 Độ đàn hồi lốp Giả sử lực tác dụng lên bánh xe chưa vượt lực bám bánh xe với mặt đường, xảy tượng lệch bên lốp, có nghĩa vùng tiếp xúc lốp với mặt đường bị lệch góc δ so với mặt phẳng quay bánh xe mà người ta gọi góc lệch bên Sự đàn hồi lốp sinh trường hợp quay vòng lý tưởng, quay vòng thiếu, quay vòng thừa mà ta xét mục (4.3) Hình 4-22 Sơ đồ bánh xe lăn lốp bị biến dạng tác dụng lực bên CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ 4.4.3 Sự dao động bánh xe dẫn hướng Những bánh xe dẫn hướng ô tô điều kiện định bị dao động góc có tính chất chu kỳ xung quanh trụ đứng Hiện tượng thường cảm nhận tay người lái Những dao động mạnh bánh dẫn hướng làm tính dẫn hướng tơ Khi ô tô làm việc đường lực cản lăn bánh xe trái bên phải khác trị số lực với cánh tay đòn a hình (4-24) tạo nên mơ men Dưới tác động hiệu hai mô men Các bánh xe quay quanh trụ đứng tạo nên dao động góc Hình 4-24 Sơ đồ lực cản lăn có trị số khác tác động đến bánh xe dẫn hướng Trường bánh xe không cân tốt, quay phát sinh lực ly tâm hình (4-25) Lực phân thành hai thành phần : nằm ngang thẳng đứng Thành phần nằm ngang với cánh tay đòn a có su hướng làm quay bánh xe xung quanh trụ đứng tần số thay đổi mô men gây nên lực phụ thuộc vào chuyển động ô tô Hình 4-25 Sơ đồ lực ly tâm tác động lên bánh dẫn hướng CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ÔTÔ Nếu bánh xe dẫn hướng quay mà khối lượng không cân chúng nằm hai phía đối diện trục trước xe dẫn tới dao động góc bánh xe Hình 4-25 Sơ đồ lực ly tâm tác động lên bánh dẫn hướng CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Hình 4-27 Sơ đồ phối hợp động học hệ thống treo nhíp dẫn động lái CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Nếu bánh dẫn hướng dịch chuyển thẳng đứng mà động học điểm giữ bánh xe trục trục trước với nhíp đòn quay ngang với kéo dọc hệ thống lái khơng có phối hợp gây nên giao động góc bánh dẫn hướng Thí dụ động học phận đàn hồi hệ thống treo làm cho tâm bánh xe di chuyển theo cung AA với tâm dao động điểm khớp quay trước nhíp hình (4-27a), động học kéo dọc lại làm cho hai bánh xe di chuyển theo cung BB với tâm quay khớp cầu đòn quay đứng, điều đẫn đến việc làm nảy sinh dao động góc bánh xe dẫn hướng tác động dao động thẳng đứng Để phối hợp động học hệ thống treo dẫn động lái, người ta sử dụng cách bố trí biểu thị hình (4-27b) (4-27c) với mục đích để quỹ đạo dao động nửa nhíp kéo dọc có hướng ...CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ NỘI DUNG 5. 1 Động học động lực học quay vòng tô 5. 2 Ảnh hưởng độ đàn hồi lốp tới tính quay vòng tơ 5. 3 Tính ổn định bánh xe dẫn hướng 5. 4 Sự dao động bánh xe dẫn. .. đạo chuyển động tơ Hình 5- 1 Quan hệ động học ô tô mô hình phẳng tổng quát CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 5. 1 Động học động lực học quay vòng tơ 5. 1.1 Quỹ đạo chuyển động ô tô - Chiếu vận tốc v lên... nhằm xác định quỹ đạo chuyển động tơ CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ Hình 5- 2 Xác định vị trí trọng tâm ô tô thởi điểm định CHƯƠNG TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA ƠTƠ 5. 2 Động học động lực học quay vòng tơ