Nhan đề : Nghiên cứu động lực học phanh bằng mô hình 12 Tác giả : Nguyễn Đức Toàn Người hướng dẫn: Lưu Văn Tuấn Từ khoá : Phanh; Động lực học Năm xuất bản : 2012 Tóm tắt : Trình bày các vấn đề chung. Mô hình bánh xe đàn hồi. Thiết lập mô hình động lực học phanh. Khảo sát quá trình phanh. Mô tả: Luận văn (Thạc sỹ khoa học) Ngành Kỹ thuật cơ khí động lực
bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hµ néi NGUYỄN ĐỨC TOÀN NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC PHANH BẰNG MƠ HÌNH 1/2 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LƯU VĂN TUẤN Hµ néi 2012 Mục lục MỤC LỤC Trang Cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Lời nói đầu 10 Chương Tổng quan 11 1.1 Nhiệm vụ yêu cầu đề tài 11 1.2 Hiệu phanh ôtô 12 1.3 Phương pháp nghiên cứu, phương pháp lập mô hình 16 1.4 Giới hạn đề tài 19 Chng Mụ hỡnh bỏnh xe n hi 21 2.1 Đặc điểm cấu trúc 21 2.2 Các thông số động học bánh xe 23 2.3 Mô hình lốp 26 2.4 Một số mô hình lốp 28 2.4.1 Mô hình Burckhardt 28 2.4.2 Mô hình Paceijka 29 2.4.3 Mô hình tuyến tính 29 2.4.4 Mô hình Ammon 29 Chương Thiết lập mơ hình động lực học phanh 33 3.1 Phương pháp lập hệ phương trình 33 3.2 Xác định nội lực thèng treo 34 3.3 M« hình phẳng 40 3.4 Phng phỏp gii 45 Chng Khảo sát trình phanh 52 4.1 Ảnh hëng phân bố mômen 52 4.2 Phanh cú ABS 60 4.3 nh hưởng độ chậm tác dụng 67 Kt luận 75 Tài liệu tham khảo 76 Lời cam đoan Tơi, Nguyễn Đức Tồn, cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, Ngày 30 tháng năm 2012 Tác giả Nguyễn Đức Tồn - A ( m2 ) Danh mơc ký hiệu chữ viết tắt : Diện tích, thiÕt diÖn - ρ ( kg / cm3 ) : HƯ sè khÝ ®éng - CL1 ( N / m ) : §é cøng híng kÝnh lèp -c - CL ( N / m ) : Mật độ không khí - CL ( N / m ) : §é cøng híng kÝnh lèp tríc - C1 ( N / m ) : §é cøng hƯ thèng treo - C ( N / m) - C2 ( N / m ) - K ( Ns / m ) - K1 ( Ns / m ) - K ( Ns / m ) - a (m) - b (m) - J ( kgm ) : §é cøng híng kÝnh lèp sau : §é cøng treo tríc : §é cøng treo sau : HƯ sè c¶n hƯ thèng treo : HƯ sè c¶n hƯ thèng treo tríc : HƯ sè cản hệ thống treo sau : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau -r : Bán kính tự lèp - J yA1 ( kgm ) : Mômen quán tính trục y xe - J yA2 ( kgm ) - h (m) : Mômen quán tính trục y cầu trước : Mômen quán tính trục y cầu sau : Chiều cao mấp mô cđa ®êng - h1 ( m ) : ChiỊu cao mấp mô đường phía trước - FZ ( N ) : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe - h2 ( m ) - FZ ( N ) : Chiều cao mấp mô đường phía sau : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phÝa tríc - FZ ( N ) - FZt ( N ) - FZ 1,t ( N ) - FZ 2,t ( N ) - FZd ( N ) - FZ 1,d ( N ) - FZ 2,d ( N ) : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau : Tải trọng tĩnh bánh xe : Tải trọng tĩnh bánh xe phía trước : Tải trọng tĩnh bánh xe phía sau : Tải trọng động bánh xe : Tải trọng động bánh xe phía trước : Tải trọng động bánh xe phía sau - FC ( N ) - FC1 ( N ) : Lực đàn hồi hệ thống treo - FC ( N ) - FK ( N ) : Lực đàn hồi hệ thống treo sau - FK ( N ) : Lùc c¶n hƯ thèng treo - FK ( N ) - FCL ( N ) : Lực cản hệ thống treo sau : Lực đàn håi híng kÝnh b¸nh xe - FCL ( N ) : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau - FCL1 ( N ) - m(N ) - m1 ( N ) : Lực đàn hồi hệ thống treo tríc : Lùc c¶n hƯ thèng treo tríc : Lùc đàn hồi hướng kính bánh xe trước : Khối lượng ®ỵc treo : Khèi lỵng ®ỵc treo tríc - m2 ( N ) : Khối lượng treo sau - mA ( N ) : Khối lượng không treo sau - ft ( m ) : §é tÜnh - mA1 ( N ) - ϕb - f t1 ( m ) : Khối lượng không treo trước : Hệ số bám đường : Độ võng tĩnh phÝa tríc - ft ( m ) : §é tÜnh phÝa sau - ξ (m) : ChuyÓn vị phương thẳng đứng cầu xe - ( m ) : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau - ( rad ) : Góc lắc thân xe - ξ1 ( m ) - ξ&( m / s ) : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước : Vận tốc phương thẳng đứng cầu xe - &1 ( m / s ) : Vận tốc phương thẳng đứng cầu tríc - ξ&&( m / s ) : Gia tốc phương thẳng đứng cầu xe - &&2 ( m / s ) : Gia tốc phương thẳng đứng cÇu sau - ξ&2 ( m / s ) - ξ&& (m / s ) : VËn tèc phương thẳng đứng cầu sau : Gia tốc phương thẳng ®øng cÇu tríc - z , z&& , z&( m, m / s, m / s ) treo : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khèi lỵng - z1 , z&1 , & z& ( m, m / s, m / s ) : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối lượng treo trước - z2 , z&2 , & z&2 ( m, m / s, m / s ) : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối lượng treo sau Trang Danh mc cỏc bng Bảng 3.1 Thông số xe khảo sát 42 Trang Danh mc cỏc hỡnh v Hình 1.1 Nguyªn lý phanh 10 Hình 1.2 Ngun lý phanh thơng thường 13 Hình 1.3 Nguyên lý phanh ABS 13 Hình 1.4 Sơ đồ điều khiển 14 H×nh 1.5 H×nh 1.6 Sơ đồ cấu trúc ôtô 16 Sơ đồ cấu trúc quay vòng 16 Hình 2.1 Thông số động lực học loại bánh xe 19 Hình 2.2a Hệ số bám ngang ph thuc hệ số bám dc 22 Hình 2.3b Hệ số bám dọc phụ thuộc hệ số trượt 23 Hình 2.3c Hệ số bám ngang phụ thuộc hệ số trượt Hình 2.4 Mô hình lốp 24 Hình 2.6 Đồ thị lực tương tác bánh xe Fx theo hệ số trượt s 24 Hình 2.7 Hàm Ammon 28 Hình 2.5 Hình 2.8 Sơ đồ tính lực Fx , Fy lốp Hệ số bám cực đại hệ số bám trượt loại đường khác với hai trạng thái khô ướt 23 27 28 Hình 3.1 Sơ đồ hƯ thèng treo 32 Hình 3.2 Đặc tính đàn hồi 33 Hình 3.3 Đặc tính giảm chấn 35 Hình 3.4 Mô hình phẳng động lực học ôtô 37 Hình 3.5 Sơ đồ lực mô hình phẳng động lực học ôtô Hình 4.1.1 Đồ thị mômen bánh xe(ảnh hưởng kích động mặt đường) Hình 4.1.2 Đồ thị hệ số trượt(ảnh hưởng kích động mặt đường) Hình 4.1.3 Đồ thị hệ số bám(ảnh hưởng kích động mặt đường) Hình 4.1.4 Đồ thị lực phanh (ảnh hưởng kích động mặt đường) 38 49 50 50 51 Hình 4.1.5 Đồ thị gia tốc (ảnh hưởng kích động mặt đường) Hình 4.1.6 Đồ thị vận tốc (ảnh hưởng kích động mặt đường) Hình 4.1.7 Hình 4.1.9 Đồ thị quÃng đường (ảnh hưởng kích động mặt đường) Đồ thị hệ số bám (ảnh hưởng Mpmax) 51 52 52 Hình 4.1.10 Đồ thị lực phanh (ảnh hưởng Mpmax) 53 Hình 4.1.12 Đồ thị vận tốc (ảnh hưởng Mpmax) 54 Hình 4.1.14 Đồ thị mômen bánh xe (ảnh hưởng tốc độ đạp phanh) 54 Hình 4.1.16 Đồ thị hệ số bám (ảnh hưởng tốc độ đạp phanh) 56 Hình 4.1.11 Đồ thị gia tốc (ảnh hưởng Mpmax) 53 Hình 4.1.13 Đồ thị quÃng đường (ảnh hưởng Mpmax) 54 Hình 4.1.15 Đồ thị hệ số trượt (ảnh hưởng tốc độ đạp phanh) 55 56 Hỡnh 4.2.1 Phn lc bánh xe sau 57 Hình 4.2.2 Phản lực bánh xe trước 58 Hình 4.2.3 Lực phanh bánh sau 58 Hình 4.2.4 Lực phanh bánh trước 59 Hình 4.2.5 Mơ men phanh bánh trước (mơ men bám) 60 Hình 4.2.6 Mơ men phanh bánh sau (mơ men bám) Hình 4.2.7 Hình 4.2.8 Hình 4.2.9 Vận tốc xe bánh xe sau theo vận tốc góc ( rϕ&) Vận tốc xe bánh xe trước theo vận tốc góc ( rϕ&) Hệ sơ trượt bánh sau 60 61 61 62 Hình 4.2.10 Hệ số trượt bánh trước 62 Hình 4.2.11 Vận tơc phanh 63 Hình 4.2.12 Gia tốc phanh 63 H×nh 4.3.16 Đồ thị mômen bánh xe (At=-0.2) 64 Hình 4.3.17 Đồ thị mômen bánh xe (At=0) Hình 4.3.18 Đồ thị mômen bánh xe (At=0.2) Hình 4.3.19 Đồ thị hệ số trượt 64 65 65 Hình 4.3.20 Đồ thị hệ số bám (At = -0.2) 66 Hình 4.3.21 Đồ thị hệ số bám (At = 0) 66 Hình 4.3.22 Đồ thị hệ số bám (At=0.2) 67 Hình 4.2.23 Đồ thị lực phanh (At=-0.2) 67 Hình 4.3.25 Đồ thị lực phanh (At=0.2) 68 Hình 4.3.26 Đồ thị gia tốc phanh 69 Hình 4.3.27 Đồ thị vận tốc (At=-0.2) Hình 4.2.28 Đồ thị vận tốc (At=0) 69 Hình 4.3.29 Đồ thị vận tốc (At=0.2) 70 Hình 4.3.30 Đồ thị quÃng đường phanh 70 Hình 4.3.24 Đồ thị lực phanh (At=0) 68 71 500 Khong ABS Co ABS Mo men tren banh xe (m/s) -500 -1000 -1500 -2000 0.5 1.5 t(s) 2.5 3.5 Hình 4.2.6 Mơ men phanh bánh sau (mơ men bám) Nhận xét hình (4.2.7),(4.2.8): Trong hình ta biểu diễn vận tốc xe vận tốc bánh xe quy đổi v = x& v = rϕ& Xe có ABS dừng nhanh hơn, t= 3,3 giây hai vận tốc giảm đồng thời Nếu khơng có ABS bánh sau bị bó cứng t= 1,45 giây, bánh trước t= 1,4 giây Tương tự ta có xu hệ số trượt hình (4.2.9), (4.2.10) Hình (4.2.11) đồ thị vận tốc xe hai trường hợp có khơng có ABS Hình (4.2.12) đồ thị gia tốc, thể rõ tính vượt trội hệ thống phanh có ABS 63 25 Khong ABS Khong ABS Co ABS Co ABS Van toc goc banh xe (m/s) 20 15 10 0 0.5 1.5 t(s) 2.5 3.5 Hình 4.2.7 Vận tốc xe bánh xe sau theo vận tốc góc ( rϕ&) 25 Khong ABS Khong ABS Co ABS Co ABS Van toc goc banh xe (m/s) 20 15 10 0 0.5 1.5 t(s) 2.5 3.5 Hình 4.2.8 Vận tốc xe bánh xe trước theo vận tốc góc ( rϕ&) 64 0.4 Khong ABS Co ABS He so truot tai banh xe 0.2 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 0.5 1.5 t(s) 2.5 3.5 Hình 4.2.9 Hệ sơ trượt bánh sau 0.4 Khong ABS Co ABS He so truot tai banh xe 0.2 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 0.5 1.5 t(s) 2.5 Hình 4.2.10 Hệ số trượt bánh trước 65 3.5 25 Khong ABS Co ABS Van toc phanh (m/s) 20 15 10 0 0.5 1.5 t(s) 2.5 3.5 Hình 4.2.11 Vận tơc phanh Khong ABS Co ABS -1 Gia toc phanh (m/s 2) -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 0.5 1.5 2.5 3.5 t(s) Hình 4.2.12 Gia tc phanh Nhận xét : Nếu mômen phân bố hai cầu bánh xe sau bị bó cứng sớm nhiều so với bánh xe trước, bánh xe trước bó cứng 4,9 giây bánh sau bó cứng 2,5 giây Còn mômen phân cầu sau lớn mômen phân cầu trước bánh trước bị bó cứng 5,4 giây, bánh sau bó cứng 2,3 giây Khi mômen phân bố cầu trước lớn mômen phân bố cầu sau bánh trước bó cứng 3,5 giây bánh sau bó cứng 2,7 giây 66 4.3 ảnh hưởng độ chậm tác dụng Khe hở má phanh trống phanh sinh độ chậm tác dụng cấu phanh Để biết nên khe hở má phanh bánh trước nhỏ hay khe hở bánh sau nhỏ ta khảo sát ảnh hưởng độ chậm tác dụng cấu phanh Nếu gọi độ chậm tác dụng cấu phanh sau so với cấu phanh trước At Hình 4.3.16 Đồ thị mômen bánh xe ( At = 0.2 ) Hình 4.3.17 Đồ thị mômen bánh xe ( At = ) 67 Hình 4.3.18 Đồ thị mômen bánh xe ( At = 0.2 ) Hình 4.3.19 Đồ thị hệ số trượt 68 Hình 4.3.20 Đồ thị hệ số bám ( At = 0.2 ) Hình 4.3.21 Đồ thị hệ số bám ( At = ) 69 Hình 4.3.22 Đồ thị hệ số bám ( At = 0.2 ) Hình 4.3.23 Đồ thị lực phanh ( At = 0.2 ) 70 Hình 4.3.24 Đồ thị lực phanh ( At = ) Hình 4.3.25 Đồ thị lực phanh ( At = 0.2 ) 71 Hình 4.3.26 Đồ thị gia tốc phanh Hình 4.3.27 Đồ thị vận tốc ( At = 0.2 ) 72 Hình 4.3.28 Đồ thị vận tốc ( At = ) Hình 4.3.29 Đồ thị vËn tèc ( At = 0.2 ) 73 H×nh 4.3.30 Đồ thị quÃng đường Nhận xét: Khi cấu phanh trước chậm tác dụng cấu phanh sau bánh xe trước bó cứng 5,1 giây bánh sau bó cứng 2,45 giây Khi cấu phanh sau chậm tác dụng cấu phanh trước bánh trước bó cứng 4,9 giây, bánh sau bó cứng 2,55 giây 74 KT LUN Lun ó giải vấn đề sau: (i) Lập mơ hình động lực học phanh ô tô dãy (ii) Tổng quan động lực học bánh xe (iii) Khảo sát ba trường hợp (a) ảnh hưởng phân bố mô men phanh cầu, (b) ảnh hưởng độ chậm tác dụng (c) ảnh hưởng ABS đến hiệu phanh Về chất trình phanh trình phức tạp Sự truyền lực lốp đường có chất “truyền khớp-đàn hồi-ma sat” Hiệu phanh theo nghĩa rộng quãng đường phanh ngắn (gia tốc lớn nhất) đồng thời ổn định phanh Hiệu phanh phụ thuộc kích động mặt đường, mô men phanh cấu, luc quan tinh vấn đề điều khiển ABS Ta thấy mặt đường ảnh hưởng không nhiều Ảnh hưởng nhiều ABS phân bố mơ men phanh Vì thực người ta giải hai vấn đề điều khiển phanh Điều hòa ABS Kết rằng, ABS có ảnh hưởng gia tốc quãng đường, tính “bó cứng” vấn đề chủ đạo ABS Với mơ hình ½ phẳng chưa có đủ xác để khẳng định vấn đề ổn định phanh từ lý luận bánh xe đàn hồi biết bánh xe bó cứng lực bám ngang triệt tiêu Khi xe ổn định Do với mơ hình ½ gián tiếp đánh giá hiệu phanh khơng đầy đủ Luận án góp phần sáng tỏ chất trình phanh, làm sở cho nghiên cứu tổng quát tích hợp 75 TÀI LIU THAM KHO Tiếng Việt [1] Võ Văn Hường (2004), Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ôtô tải nhiều cầu, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [2] Võ Văn Hường (2012), Bi ging ng lc hc ụ tụ , Trường Đại học Bách Khoa H Ni [3] Võ Văn Hường (2012), Bi ging ng phanh ụ tụ , Trường Đại học Bách Khoa H Ni [4] T Tuấn Hưng (2009): Nghiên cứu, khảo sát động lực học phanh đoàn xe, LV Thac sỹ Khoa học, ĐHBK Hà Ni, hng dn: Vừ Vn Hng [5] Nguyễn Văn Khang (2001), Dao động kỹ thuật, NXB khoa học Kỹ thuËt, Hµ Néi [6] Phạm Văn Luân (2007): Khảo sát đặc tính quay vịng tơ LV tơt nghiệp, ĐHBK Hà Nội Hướng dẫn: Võ Văn Hường, Đinh Văn Phong [7] Vũ Thành Niêm (2012): Lập mơ hình khảo sát động lực học xe bán mooc, LV Thac sỹ Kỹ thuật, ĐHBK Hà Nội, hướng dẫn: Võ Văn Hường [8] Trần Văn Nhơn (2009): Khảo sát mơ hình dao động xe tải hai cầu, LV Thac sỹ Kỹ thuật, ĐHBK Hà Nội hướng dẫn: Võ Văn Hường, Thái Mạnh Cầu [9] Nguyễn Tiến Thành (2010): Nghiên cứu ổn định phanh đoàn xe, LV Thac sỹ khoa học, ĐHBK Hà Nội, hướng dẫn: Võ Văn Hường TiÕng Anh [10] Nielsen, L (2005): Automotive Control Systeme, nxb Springer, Heildelberg, Berlin [11] Paceijka H.B (2002), Tire and Vehicle Dynamics, SAE TiÕng §øc [12] Ammon, D (1997), Modellbilung Fahrzeugdynamik, nxb B.G Teubner Stuttgart und Systementwicklung in der [13] Mitschke M., Wallentowitz H (2004), Dynamik der Kraftfahrzeuge, Berlin, Springer 76 [14] Reimpell, J.; Buchhardt, M (1993), Fahrwerktechmik: Radschlussregelsysteme, Wolburg, nxb Volgel [15] Willumeit H (1998), Modelle Fahrzengdynamik, Stuttgart, B.G Tenbner und 77 Modellierungsverfahren in der ... rd1 a b (m +m ) z m2 m2 x M2 v FKK m1 x Jy ϕ z FC2 F'x2 FK2 m1 l1 M1 FK1 FC2 FK2 mA2ξ F'x2 JA2? ?2 FCL2 Fx2 M2 FCL2 FC1 F'x1 FC1 FK1 mA1ξ F'x1 mA2x JA1? ?1 Fx2 Mf (m 2+ mA2)g Fx1 Mf e2 Fz2 FCL1 mA1x... hi 21 2 .1 Đặc điểm cấu trúc 21 2. 2 Các thông số động học bánh xe 23 2. 3 Mô hình lốp 26 2. 4 Một số mô hình lốp 28 2. 4 .1 Mô hình Burckhardt 28 2. 4 .2 Mô hình Paceijka 29 2. 4.3 Mô hình tuyến tính 29 ... + Lực cản giảm chấn tuyến tính xác định theo công thức: ( ) = FK K ξ&− z& a b x m2 z2 z C2 ϕ ? ?2 C L2 z1 C1 K2 mA2 m1 ? ?2 K1 ? ?1 mA1 rd2 C L1 h2 h1 Hình 3.4 Mô hình phẳng động lực học ôtô 40 ξ1