Lập mô hình nghiên cứu động lực học ngang ô tô

Lập mô hình nghiên cứu động lực học ngang ô tôTrình bày tổng quan về động lực học ô tô. Xây dựng mô hình động lực học ô tô. Mô hình không gian khảo sát động lực học ngang.Lập mô hình nghiên cứu động lực học ngang ô tôTrình bày tổng quan về động lực học ô tô. Xây dựng mô hình động lực học ô tô. Mô hình không gian khảo sát động lực học ngang.

bộ giáo dục v đo tạo Trờng đại học bách khoa hμ néi NGUN §øc m·o LẬP MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC NGANG Ô TÔ Chuyên ngành: Kỹ Thuật ô tô & Xe chuyên dụng LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ Thuật ô tô & Xe chuyên dụng Người hướng dẫn: PGS.TS Võ Văn Hường Hμ Néi 2013 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 11 1.1 Yêu cầu thực tế 11 1.2 Mục tiêu nghiên cứu động lực học ô tô 11 Chƣơng 14 XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 14 2.1 Phƣơng trình chuyển động tổng quát 14 2.2 Mơ hình động lực học dãy 18 2.3 Quay vòng ổn định 25 2.4 Mơ hình Động lực học hai dãy 31 Chƣơng 39 MƠ HÌNH KHƠNG GIAN KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC NGANG 39 3.1 Hệ phƣơng trình 39 3.2 Phƣơng pháp xác định lực tƣơng tác bánh xe 44 3.3 Các thông số đầu vào 47 3.4 Một số kết tính tốn 50 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ điều khiển ô tô 12 Hình 1.2 Quan hệ động lực học ô tô: j = 1,2,3,4 13 Hình 2.1 Mơ hình chuyển động tơ 15 Hình 2.2 Lực mơ men tác dụng lên ô tô cầu trước dẫn hướng 19 Hình 2.3 Mơ hình dãy 19 Hình 2.4 Hệ tọa độ xe B(Cxyz) 32 Hình 2.5 Định nghĩa góc mặt phẳng đường 32 Hình 2.6 Mơ hình động lực học tơ hệ G 35 Hình 2.7 Lực tương tác bánh xe số 37 Hình 3.1 Mơ hình động lực học 3D 40 Hình 3.2 Mặt chiếu 40 Hình 3.3 Mặt chiếu đứng 41 Hình 3.4 Sơ đồ mơ men 50 Hình 3.8 Lực tiếp tuyến 52 Hình 3.9 Lực ngang Fy 52 Hình 3.10 Phản lực Fz 53 Hình 3.11 Góc quay thân xe 53 Hình 3.12 Vận tốc góc quay thân xe 54 Hình 3.13 Vận tốc gia tốc góc quay thân xe 54 Hình 3.14 Vận tốc dọc 55 Hình 3.15 Hệ số trượt 55 Hình3.16 Hiệu góc lệch bên 55 Hình 3.17 Quy luật quay vô lăng 56 Hình3.18 Góc hướng 56 Hình3.19 Hệ số trượt 56 Hình 3.20 Lực tiếp tuyến 57 Hình3.21 Phản lực Fz 57 Hình 3.22 Góc lệch bên 58 Hình3.23 Lực ngang 58 Hình 3.24 Góc quay thân xe 58 Hình3.25 21 Vận tốc góc quay thân xe 59 Hình 3.26 22 Gia tốc dọc xe 59 Hình3.27 Hiệu góc lệch bên 59 Hinh 3.2824 Góc quay bánh xe 60 Hình 3.2925 Góc lệch bên bánh xe 60 Hình3.30 26 Góc hướng 60 Hình 3.30 Góc hướng 61 Hình 3.31 Lực bên Fy 61 Hình3.32 Phản lực Fz 61 Hình 3.33 Lực tiếp tuyến Fx 62 Hinh3.34 Hệ số trượt 62 Hình 3.3530 Góc quay thân xe 62 Hình 3.3631 Vận tốc góc quay thân xe 63 Hình 3.37 32 Vận tốc Gia tốc góc quay thẫn xe 63 Hinh 3.38 Vận tốc dọc 63 Hình 3.39 Gia tốc dọc 64 Hình 3.40 Góc quay bánh xe 64 Hình3.41 Biều đồ mơ men phanh 65 Hình3.42 Phản lực Fz 65 Hình3.43 Hệ số trượt dọc 65 Hình3.44 Lực tiếp tuyến Fx 66 Hình 3.45 Lực ngang Fy 66 Hình 46 Góc lệch bánh xe 67 Hình3.47 Góc hướng 67 Hình 3.48 Góc quay thân xe 67 Hình3.49 Vận tốc góc quay thân xe 68 Hình3.50 Hiệu góc lệch bên bánh xe 68 Hình 3.51 Vận tốc gia tốc góc quay thân xe 68 Hình3.52 Vận tốc xe 69 Hình3.53 Gia tốc xe dọc 69 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT - A  m2  : Diện tích, thiết diện -c : Hệ số khí động -   kg / cm3  : Mật độ không khí - CL  N / m  : Độ cứng hƣớng kính lốp - CL1  N / m  : Độ cứng hƣớng kính lốp trƣớc - CL  N / m  : Độ cứng hƣớng kính lốp sau - CLR1  N / m  : Độ cứng hƣớng kính lốp trƣớc dãy phải - CLL1  N / m  : Độ cứng hƣớng kính lốp trƣớc dãy trái - CLR2  N / m  : Độ cứng hƣớng kính lốp sau dãy phải - CLL2  N / m  : Độ cứng hƣớng kính lốp sau dãy trái - C  N / m : Độ cứng hệ thống treo - C1  N / m  : Độ cứng treo trƣớc - C2  N / m  : Độ cứng treo sau - C1R  N / m  : Độ cứng treo trƣớc dãy phải - C1L  N / m  : Độ cứng treo trƣớc dãy trái - C2R  N / m  : Độ cứng treo sau dãy phải - C2L  N / m  : Độ cứng treo sau dãy trái - K  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo - K1  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo trƣớc - K2  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo sau - K1R  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo trƣớc dãy phải - K1L  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo trƣớc dãy trái - K2R  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo sau dãy phải - K2L  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo sau dãy trái - a  m : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trƣớc - b  m : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau -r : Bán kính tự lốp - J X  kgm2  : Mơmen qn tính trục x xe - JY  kgm2  : Mơmen qn tính trục y xe - J Z  kgm2  : Mơmen qn tính trục z xe - J yA1  kgm2  : Mơmen qn tính trục y cầu trƣớc - J yA2  kgm2  : Mơmen qn tính trục y cầu sau - J AyR  kgm2  : Mơmen qn tính trục y lốp trƣớc dãy phải - J AyL  kgm2  : Mơmen qn tính trục y lốp trƣớc dãy trái - J AyR  kgm2  : Mơmen qn tính trục y lốp sau dãy phải - J AyL  kgm2  : Mơmen qn tính trục y lốp sau dãy trái - h  m : Chiều cao mấp mô đƣờng - h1  m  : Chiều cao mấp mơ đƣờng phía trƣớc - h2  m  : Chiều cao mấp mơ đƣờng phía sau - FZ  N  : Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe - FZ  N  : Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe phía trƣớc - FZ  N  : Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe phía sau - FZR1  N  :Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe phía trƣớc dãy phải - FZL1  N  : Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe phía trƣớc dãy trái - FZR2  N  : Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe phía sau dãy phải - FZL2  N  : Tải trọng từ đƣờng tác dụng lên bánh xe phía sau dãy trái - FZt  N  : Tải trọng tĩnh bánh xe - FZ 1,t  N  : Tải trọng tĩnh bánh xe phía trƣớc - FZ 2,t  N  : Tải trọng tĩnh bánh xe phía sau - FZd  N  : Tải trọng động bánh xe - FZ1,d  N  : Tải trọng động bánh xe phía trƣớc - FZ 2,d  N  : Tải trọng động bánh xe phía sau - FC  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo - FC1  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo trƣớc - FC  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo sau - FCR1  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo trƣớc dãy phải - FCL1  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo trƣớc dãy trái - FCR2  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy phải - FCL2  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy trái - FK  N  : Lực cản hệ thống treo - FK1  N  : Lực cản hệ thống treo trƣớc - FK  N  : Lực cản hệ thống treo sau - FKR1  N  : Lực cản hệ thống treo trƣớc dãy phải - FKL1  N  : Lực cản hệ thống treo trƣớc dãy trái - FKR2  N  : Lực cản hệ thống treo sau dãy phải - FKL2  N  : Lực cản hệ thống treo sau dãy trái - FCL  N  : Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe - FCL1  N  : Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe trƣớc - FCL  N  : Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe sau - FClR1  N  : Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe trƣớc dãy phải - FClL1  N  : Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe trƣớc dãy trái - FClR2  N  : Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe sau dãy phải - FClL  N  : Lực đàn hồi hƣớng kính bánh xe sau dãy trái - M  kg  : Khối lƣợng toàn xe - m  kg  : Khối lƣợng đƣợc treo - m1  kg  : Khối lƣợng đƣợc treo trƣớc - m2  kg  : Khối lƣợng đƣợc treo sau - mA1  kg  : Khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc - mA2  kg  : Khối lƣợng không đƣợc treo sau - mAR1  kg  : Khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc dãy phải - mAL1  kg  : Khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc dãy trái - mAR2  kg  : Khối lƣợng không đƣợc treo sau dãy phải - mAL2  kg  : Khối lƣợng không đƣợc treo sau dãy trái - b : Hệ số bám đƣờng - ft  m  : Độ võng tĩnh - ft1  m  : Độ võng tĩnh phía trƣớc - ft  m  : Độ võng tĩnh phía sau - ft1R  m  : Độ võng tĩnh phía trƣớc dãy phải - ft1L  m  : Độ võng tĩnh phía trƣớc dãy trái - ft 2R  m  : Độ võng tĩnh phía sau dãy phải - ft 2L  m  : Độ võng tĩnh phía sau dãy trái -   rad  : Góc lắc thân xe -   m : Chuyển vị phƣơng thẳng đứng cầu xe - 1  m  : Chuyển vị phƣơng thẳng đứng cầu trƣớc - 2  m  : Chuyển vị phƣơng thẳng đứng cầu sau - 1R  m  : Chuyển vị phƣơng thẳng đứng cầu trƣớc dãy phải - 1L  m  : Chuyển vị phƣơng thẳng đứng cầu trƣớc dãy trái - 2R  m  : Chuyển vị phƣơng thẳng đứng cầu sau dãy phải - 2L  m  : Chuyển vị phƣơng thẳng đứng cầu sau dãy trái -   m / s  : Vận tốc phƣơng thẳng đứng cầu xe - 1  m / s  : Vận tốc phƣơng thẳng đứng cầu trƣớc - 2  m / s  : Vận tốc phƣơng thẳng đứng cầu sau - 1R  m / s  : Vận tốc phƣơng thẳng đứng cầu trƣớc dãy phải - 1L  m / s  : Vận tốc phƣơng thẳng đứng cầu trƣớc dãy trái - 2R  m / s  : Vận tốc phƣơng thẳng đứng cầu sau dãy phải - 2L  m / s  : Vận tốc phƣơng thẳng đứng cầu sau dãy trái -   m / s2  : Gia tốc phƣơng thẳng đứng cầu xe - 1  m / s  : Gia tốc phƣơng thẳng đứng cầu trƣớc - 2  m / s  : Gia tốc phƣơng thẳng đứng cầu sau - 1R  m / s  : Gia tốc phƣơng thẳng đứng cầu trƣớc dãy phải - 1L  m / s  : Gia tốc phƣơng thẳng đứng cầu trƣớc dãy trái - 2R  m / s  : Gia tốc phƣơng thẳng đứng cầu sau dãy phải - 2L  m / s  : Gia tốc phƣơng thẳng đứng cầu sau dãy trái - z, z, z  m, m / s, m / s  : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phƣơng thẳng đứng khối lƣợng đƣợc treo - z1 , z1 , z1  m, m / s, m / s  : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phƣơng thẳng đứng khối lƣợng đƣợc treo trƣớc - z2 , z2 , z2  m, m / s, m / s  : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phƣơng thẳng đứng khối lƣợng đƣợc treo sau LỜI NĨI ĐẦU Ngày mà tơ trở thành phƣơng tiện lại ngày phổ biến ,tốc độ tơ ngày tăng cao.thì u cầu độ an toàn nhƣ thuận tiện điều 58 Hình 3.22 Góc lệch bên Hình3.23 Lực ngang Hình 3.24 Góc quay thân xe Nhận xét hình: Vận tốc góc quay thân xe cung dạng nhƣ góc quay vô lăng, nhƣng trễ pha hơn, đồ thị gia tốc góc có dang giống góc quay bánh xe Quay vô lăng thay đổi gia tốc dọc, hình 3.26 Hình 3.27 thể hiệu góc lêch bên, pha có giá trị âm, quay vong thừa 59 Hình3.25 21 Vận tốc góc quay thân xe Hình 3.26 22 Gia tốc dọc xe Hình3.27 Hiệu góc lệch bên 3.4.3 Phương án 3: Quay vô lăng xung khơng phanh 60 Hinh 3.2824 Góc quay bánh xe Hình 3.2925 Góc lệch bên bánh xe Hình3.30 26 Góc hướng Nhận xét đồ thị: Khi không phanh, lái xung nhƣ hình 3.28, góc lệch bên thay đổi xung cho bánh dẫn hƣớng 11,12; nhiên, bánh 21,22 cầu sau thay đổi théo dạng “sinus” (hình 3.29) Đây kết kích động lần (xung), phải tắt dần Điều lý giải việc mơ hình ta chƣa mơ tả mơ men bánh xe quanh trục z Hình 3.30 góc hƣớng rõ xu hƣớng 61 Hình 3.30 Góc hướng Hình 3.31 Lực bên Fy Hình3.32 Phản lực Fz Nhận xét: Lực bên Fy ( hình 3.31) có xu nhƣ góc lệch bên bánh xe Lực Fz thay đổi phía theo dang “sinus” dao động lắc ngang xe (xung) Do lực Fx thay đổi tƣơng tự Dáng điệu dáng điệu hệ số trƣợt s, (hình 3.34) 62 Hình 3.33 Lực tiếp tuyến Fx Hinh3.34 Hệ số trượt Hình 3.3530 Góc quay thân xe 63 Hình 3.3631 Vận tốc góc quay thân xe Hình 3.37 32 Vận tốc Gia tốc góc quay thẫn xe Nhận xét: Các đồ thị 3.35 góc quay thân xe; hình 3.3 vận tốc quay thân xe chịu dao động điều hòa nhƣng dập tắt chậm Hình 3.37 vận tốc gia tốc góc, đan xen quay vịng thiếu thừa (nếu vận tốc góc gia tốc góc dấu quay vịng thiếu; khác dấu quay vịng thừa Do dao động ngang, vận tốc dọc gia tốc dọc thay đổi nhƣ hình 3.38,3.39 Hinh 3.38 Vận tốc dọc 64 Hình 3.39 Gia tốc dọc 3.4.4 Phương án 4: Quay vơ lăng xung phanh: Góc bánh xe xung mơ men phanh nhƣ hình 3.40 3.41 Hình 3.40 Góc quay bánh xe 65 Hình3.41 Biều đồ mơ men phanh Nhận xét: Hình 3.42 phản lực Fz Khi lái xung từ giây cho phản lực hai phí thay đổi lệch pha Khi t=2 giây, bắt đầu phanh, phản lực bánh (11) theo pha cũ lực quán tính tăng cầu trƣớc nhƣng bánh (12); bánh (21) giảm Các bánh bên trái có hệ số trƣợt tăng nhanh sau phanh cho lực phanh tăng nhanh, hình 3.42;3.43;3.44 Hình3.42 Phản lực Fz Hình3.43 Hệ số trượt dọc 66 Hình3.44 Lực tiếp tuyến Fx Hình 3.45 Lực ngang Fy 67 Hình 46 Góc lệch bánh xe Nhận xét: Hình 3.46 đồ thị góc lệch bên bánh xe Các bánh trƣớc tăng nhanh làm cho Fy giảm nhanh, hình 3.45 Góc hƣớng vấy giảm nhanh, hình 3.47 Do xe có xu quay vòng thiếu pha cuối, hinh 3.47; 3.48; 3.49 Hình3.47 Góc hướng Hình 3.48 Góc quay thân xe 68 Hình3.49 Vận tốc góc quay thân xe Hình3.50 Hiệu góc lệch bên bánh xe Hình 3.51 Vận tốc gia tốc góc quay thân xe Nhận xét: Các hình 3.50;3.51 cho thấy trạng thái quay vòng thiếu thừa đan xe Theo [8] quay vòng trái,   0&  quay vịng thiếu;   0&  quay vịng thừa; quay vịng phải,   0&  quay vòng thừa;   0&  quay vòng thiếu 69 Hình3.52 Vận tốc xe Hình3.53 Gia tốc xe dọc Nhận xét: Hình3.52 đồ thị vận tốc phanh, khơng nhận thấy ảnh hƣởng quay vơ lăng nhƣng hình 3.53 rằng, gia tốc (tuyệt đối) phanh tăng lên quay vô lăng 70 KẾT LUẬN Trong luận văn tác giả trình bày đề sau: (i) Tổng quan động lực học, ý nghĩa, phƣơng pháp nghiên cứu động lực học ô tô; (ii) Mơ hình động lực học dãy (khơng khảo sát) (iii) Mơ hình động lực học tổng qt (iv) Xây dựng mơ hình tích hợp khơng gian: Mơ hình chuyển động mặt phẳng (XYZ) mơ hình hỗ trowjj xác định đại lƣợng vế phải hệ phƣơng trình chuyển động tơ (v) Khảo sát động lực học ô tô với phƣơng án: (PA1): Quay vô lăng theo biên dạng “sinus” không phanh; (PA2): Quay vô lăng theo biên dạng “sinus” phanh đồng thời sau giây; (PA2): Quay vô lăng dạng “xung” không phanh ; (PA2): Quay vô lăng theo biên dạng “xung” phanh đồng thời sau giây; 71 Các kết tính tốn phù hợp với dự đốn kết công bố [8] Động lực học tơ quan hệ tích hợp, ràng buộc lẫn Trong luận văn có đánh giá nhận định phân tích kết nhƣng chƣa tồn diện Đó nhƣng kết ban đầu, chắn cần có khảo sat kỹ lƣơng để đề tài có ý nghĩa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Rolf Isermann (2006): Fahrdynamik-Regelung, nxb Vieweg ATZ/MTZFachbuch, http://www.vieweg.de [2] Raesh Rajamani (2006): Vehicle Dynamics and Control, nxb Springer USA [3] Bernd H./Metin E.(2008): Fahrwerkhandbuch, nxh Vieweg-Teubner, http://www.viewegteubner.de [4] Wallentowitz/Reif (2006) Handbuch Kraftfahrzeugelektronik, nxb Vieweg ATZ/MTZ- Fachbuch, http://www.vieweg.de [5] Wallentowitz/Mítschke(2004):Dynamik der Kraftfahrzeuge, nxb Springer, http://www.springer.de [6] Ryszard Andrzejewski (2005): Nonlinear Dynamics of a Wheeled Vehicle, nxb Springer USA, http://www.springeronline.de [7] Winner Hermann/ Hakuli Stefan (2009): Handbuch Fahrerassistenzsysteme, nxb Vieweg ATZ/MTZ- Fachbuch, www.vieweg.de [8] Dieter Schramm (2010): Modellbildung und Simulation der Dynamik von Kraftfahrzeuge, Springer, 2010, http://dnb.d-nb.de [9] Raesh Rajamani (2006): Vehicle Dynamics and Control, nxb Springer USA [10] Mannfred B (1993): Fahrwerktechnik: Radschlupf-Regelsysteme, nxb Vogel [12] Ammon, D (1997): Modellbildung und Systementwicklung in der Fahrzeugtechink, BG Teubner 72 [13] Nguyễn Q Tồn (2008): Nghiên cứu ảnh hƣởng hệ thống treo đến khả ổn định ô tô, Luận văn Thạc sỹ, ĐHBK Hà Nội [14] Đỗ Quốc Hoàn (2008): Nghiên cứu ảnh hƣởng hệ thống treo đến khả truyền lực xe mơ hình thực nghiệm, Luận văn Thạc sỹ, ĐHBK Hà Nội [15] Nguyễn Trọng Du (2008): Nghiên cứu dao động hệ thống treo tơ có điều khiển, Luận văn Thạc sỹ, ĐHBK Hà Nội [16] Nguyễn Khăc Trai (1997): Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô, nxb Giao thông, Hà Nội [17] Võ Văn Hƣờng, Thái Mạnh Cầu (2007): Nghiên cứu chuyển động thực ô tô mơ hình ¼, Tuyển tập cơng trình Hội nghị học toàn quốc lần thứ VII, Hà Nội, 12/2007 [18] Võ Văn Hƣờng, Thái Mạnh Cầu (2007): Lập mô hình phẳng nghiên cứu phanh tơ, Tuyển tập cơng trình Hội nghị học tồn quốc lần thứ VII, Hà Nội, 12/2007 ... cầu thực tế trên, đề tài đƣợc chọn nghiên cứu ? ?Lập mơ hình nghiên cứu động lực học ngang tơ” để mơ q trình động lực học ô tô thực tế lấy thông số động lực học ô tơ.Trong thời gian làm luận văn,... chuyển động xe ảnh hƣởng tới mức độ an tồn xe Vì việc nghiên cứu quy luật chuyển động ô tô nhằm xác định khả chuyển động ổn định ? ?tô rà cần thiết 1.2 Mục tiêu nghiên cứu động lực học ô tô Nghiên cứu. .. bánh xe; động lực học bánh xe nhƣ mơ hình Nhƣ động lực học tơ mơ hình tích hợp; động lực học hệ học nhiều vật, liên kết đàn hồi liên kết ma sát, liên kết khớp Động lực học ô tô đƣợc mô tả hệ cố