Xây dựng mô hình và mô phỏng động lực học ngang ô tô

Xây dựng mô hình và mô phỏng động lực học ngang ô tô Xây dựng mô hình và mô phỏng động lực học ngang ô tô Xây dựng mô hình và mô phỏng động lực học ngang ô tô luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BÙI QUỐC HUY BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BÙI QUỐC HUY KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC XÂY DỰNG MƠ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC NGANG Ô TÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC 15BKTOTO HÀ NỘI - Năm 2017 MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI CAM ĐOAN iii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .4 1.1 Tình hình cơng nghiệp ô tô Việt Nam 1.1.1 Kế hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô .4 1.1.2 Chiến lƣợc phát triển công nghiệp ô tô đến 2025, tầm nhìn 2035 .7 1.2 Tính điều khiển, vấn đề an tồn giao thơng quỹ đạo chuyển động 1.2.1 Tính điều khiển ô tô 1.2.2 Vấn đề an tồn giao thơng quỹ đạo chuyển động 1.3 Các dạng ổn định ngang ô tô 10 1.4 Mơ hình nghiên cứu dao động 12 1.4.1 Mơ hình 1/4 13 1.4.2 Mơ hình 1/2 theo phƣơng dọc .14 1.4.3 Mơ hình quay vịng 1/2 15 1.4.4 Mơ hình khơng gian 15 1.5 Các nguồn kích thích tơ dao động 16 1.6 Mục tiêu, đối tƣợng, phƣơng pháp phạm vi nghiên cứu .17 1.6.1 Mục tiêu nghiên cứu .17 1.6.2 Đối tƣợng nghiên cứu 17 1.6.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 17 1.6.4 Phạm vi nghiên cứu .18 1.6.5 Nội dung luận văn 18 Kết luận chƣơng I 19 i CHƢƠNG 2: LẬP MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC NGANG Ô TÔ 20 2.1 Phƣơng pháp xây dựng mô hình 20 2.2 Phân tích cấu trúc tơ giả thiết .21 2.3 Thiết lập hệ phƣơng trình vi phân mơ tả động lực học xe 24 2.3.1 Xét mặt phẳng song song với mặt đƣờng 24 2.3.2 Xét mặt phẳng dọc xe .26 2.3.3 Xét mặt phẳng ngang xe 27 2.3.4 Nội lực hệ thống treo 29 2.3.5 Xác định lực bánh xe mơ hình lốp 31 2.4 Hệ phƣơng trình vi phân tổng quát .36 CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN KHẢ NĂNG VI PHẠM LÀN ĐƢỜNG CỦA XE KHI QUAY VỊNG 37 3.1 Thơng số kỹ thuật xe tải ben Dongfeng DVM2.5 37 3.2 Mô tả điều kiện khảo sát, tiêu đánh giá phƣơng án khảo sát 40 3.2.1 Mô tả điều kiện khảo sát .40 3.2.2 Chỉ tiêu đánh giá 41 3.2.3 Các phƣơng án khảo sát 41 3.3 Khảo sát ảnh hƣởng thông số sử dụng đến ổn định quỹ đạo xe quay vòng cung đƣờng có bán kính khơng đổi 42 3.3.1 Ảnh hƣởng góc quay bánh xe dẫn hƣớng đến ổn định chuyển động quay vòng 42 3.3.2 Ảnh hƣởng vận tốc xe đến ổn định chuyển động quay vòng 45 3.4 Khảo sát ảnh hƣởng thông số sử dụng đến ổn định quỹ đạo xe quay vịng cung đƣờng có bán kính khơng đổi 51 3.5 Kết luận chƣơng 56 KẾT LUẬN .57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 ii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Bùi Quốc Huy Sinh ngày: 03 tháng 11 năm 1982 Học viên cao học lớp 15BKTOTO khoá 2015B - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội Hiện công tác tại: Trƣờng Cao đẳng Cơ điện Phú Thọ Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài : “ Xây dựng mơ hình mơ động lực học ngang ô tô ” thầy giáo PGS.TS Võ Văn Hƣờng hƣớng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tơi xin cam đoan tất nội dung luận văn nhƣ nội dung đề cƣơng yêu cầu thầy giáo hƣớng dẫn Nếu có vấn đề nội dung luận văn, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm với lời cam đoan Hà Nội, ngày 28 tháng năm 2017 Học viên Bùi Quốc Huy iii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT Ý nghĩa Ký hiệu Đơn vị m/s2 g Gia tốc trọng trƣờng f Hệ số cản lăn - rt Bán kính tĩnh bánh xe m C11, C12 Độ cứng hệ thống treo trƣớc N/m C21, C22 Độ cứng hệ thống treo sau N/m K11, K12 Hệ số cản giảm chấn trƣớc N.s/m K21, K22 Hệ số cản giảm chấn sau N.s/m CL11, CL12 Độ cứng hƣớng kính lốp trƣớc N/m CL21, CL22 Độ cứng hƣớng kính lốp sau N/m mA1 Khối lƣợng không đƣợc treo trƣớc kg mA2 Khối lƣợng khơng đƣợc treo sau kg Khối lƣợng tồn xe đầy tải kg Mc1 Khối lƣợng toàn phân cho cầu trƣớc kg Mc2 Khối lƣợng toàn phân cho cầu sau kg LW Chiều dài toàn xe m BW Chiều rộng toàn xe m HW Chiều cao toàn xe m L Chiều dài sở m b1 Một nửa khoảng cách vết bánh xe trƣớc m b2 Một nửa khoảng cách vết bánh xe sau m w1 Một nửa khoảng cách nhíp trƣớc m w2 Một nửa khoảng cách nhíp sau m hg Chiều cao trọng tâm m r1 Bán kính động bánh xe trƣớc m r2 Bán kính động bánh xe sau m M iv Jx Jy Jz JAx1 JAx2 JAy11, JAy12 JAy21, JAy22 x Mơ men qn tính khối lƣợng thân xe quanh trục dọc x Mô men quán tính khối lƣợng thân xe quanh trục ngang y Mơ men qn tính khối lƣợng thân xe quanh trục thẳng đứng z Mơ men qn tính khối lƣợng cầu trƣớc quanh trục dọc x Mô men quán tính khối lƣợng cầu sau quanh trục dọc x Mơ men qn tính khối lƣợng bánh xe trƣớc quanh trục ngang y Mơ men qn tính khối lƣợng bánh xe sau quanh trục ngang y Hệ số bám dọc cực đại v kgm2 kgm2 kgm2 kgm2 kgm2 kgm2 kgm2 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Số lƣợng việc làm đóng góp tồn ngành tô .4 Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật xe tải Dongfeng DVM 2.5 38 Bảng 3.2 Thông số sử dụng tính tốn mơ động lực học 38 Bảng 3.3 Trạng thái quay vòng xe quay vòng với vận tốc v = 40 km/h cung đƣờng có bán kính R =40m, bề rộng đƣờng 3.75m, góc quay bánh xe dẫn hƣớng δ thay đổi 44 Bảng 3.4 Trạng thái quay vịng xe quay vịng với góc quay bánh xe dẫn hƣớng δ = 4.20 cung đƣờng có bán kính R =40m, bề rộng đƣờng 3.75m, vận tốc v thay đổi 48 Bảng 3.5 Kết khảo sát ổn định quỹ đạo (vi phạm đƣờng) xe quay vòng cung đƣờng có bán kính R = 40m, bề rộng đƣờng 3.75m 50 Bảng 3.6 Kết khảo sát ổn định quỹ đạo (vi phạm đƣờng) xe quay vịng cung đƣờng có bán kính R = 35m, bề rộng đƣờng 3.75m 53 Bảng 3.7 Kết khảo sát ổn định quỹ đạo (vi phạm đƣờng) xe quay vòng cung đƣờng có bán kính R = 45m, bề rộng đƣờng 3.75m 54 Bảng 3.8 Kết khảo sát ổn định quỹ đạo (vi phạm đƣờng) xe quay vịng cung đƣờng có bán kính R = 50m, bề rộng đƣờng 3.75m 55 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình 1/4 .13 Hình 1.2 Mơ hình 1/2 .14 Hình 1.3 Mơ hình quay vịng 1/2 .15 Hình 2.1 Mơ hình khơng gian tơ tải cầu 22 Hình 2.2 Mơ hình lực tác động lên xe mặt phẳng song song với mặt đƣờng.25 Hình 2.3 Mơ hình lực tác động mặt phẳng dọc 26 Hình 2.4 Mơ hình lực tác động mặt phẳng ngang 28 Hình 2.5 Nội lực hệ thống treo .29 Hình 2.6 Đặc tính hệ thống treo .30 Hình 2.7 Mơ hình động lực học bánh xe đàn hồi .32 Hình 2.8 Mơ hình lốp .33 Hình 3.1 Hành lang chuyển động xe với v = 40 km/h, δ = 4.10, bán kính cung đƣờng R = 40m, bề rộng đƣờng bR = 3.75m .42 Hình 3.2 Hành lang chuyển động xe với v = 40 km/h, δ = 3.90 43 Hình 3.3 Hành lang chuyển động xe với v = 40 km/h, δ = 4.30 44 Hình 3.4 Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 50 km/h 46 Hình 3.5 Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 40 km/h 47 Hình 3.6 Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 54 km/h 48 vii LỜI NÓI ĐẦU Trong q trình cơng nghiệp hố, đại hố nƣớc ta nay, việc phát triển ngành khoa học kỹ thuật vơ cần thiết Trong sản xuất ô tô lĩnh vực đƣợc trọng đến Chính phủ Việt Nam tạo điều kiện lớn cho việc phát triển ngành công nghiệp ô tô với mong muốn xây dựng ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trở thành ngành công nghiệp quan trọng, đáp ứng nhu cầu thị trƣờng nội địa loại xe có lợi cạnh tranh, tham gia xuất khẩu, tạo động lực thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp khác nâng cao lực cạnh tranh để trở thành nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng chuỗi sản xuất công nghiệp ô tô giới Trên giới sản xuất ô tô ngày tăng vƣợt bậc đạt đƣợc thành tựu công nghệ to lớn, ô tô trở thành phƣơng tiện vận chuyển quan trọng hành khách hàng hoá cho kinh tế quốc dân, đồng thời trở thành phƣơng tiện giao thơng tƣ nhân nƣớc có kinh tế phát triển Hiện nƣớc ta số ô tô tƣ nhân gia tăng với tăng trƣởng phát triển kinh tế Do đƣờng xá ngày đƣợc nâng cấp mở rộng nên mật độ ô tô ngày cao điều dẫn đến vấn đề an tồn chuyển động tô ngày đƣợc quan tâm Sự chuyển động ô tô đƣờng đòi hỏi phải thực theo quỹ đạo phức tạp, ngƣời lái luôn điều chỉnh góc quay vành lái Khi nâng cao tốc độ chuyển động cần thiết phải đảm bảo mối tƣơng quan quỹ đạo chuyển động góc quay vành lái chặt chẽ Trong nhiều trƣờng hợp sai lầm nhỏ điều khiển dẫn tới quỹ đạo chuyển động gây an tồn giao thơng Động lực học phƣơng ngang nghiên cứu động lực học ô tơ có lực ngang tác dụng Lực ngang xuất xe quay vòng, xe đƣờng nghiêng, có gió ngang va chạm với phƣơng tiện khác Khi có lực ngang, phản lực thẳng đứng từ mặt đƣờng tác dụng lên hai bánh xe trục thay đổi làm ảnh hƣởng đến khả truyền lực kéo, lực phanh, chí gây nguy hiểm nhƣ trƣợt lật xe theo phƣơng ngang Đây dạng tai nạn nguy hiểm không cho thân tơ mà cịn cho thành phần tham gia giao thông khác Xuất phát từ thực trạng trên, tác giả chọn hƣớng nghiên cứu động lực học ngang ô tô, góp phần xây dựng số sở lý thuyết cho việc đánh giá độ an toàn chuyển động thời điểm hệ thống giao thơng chƣa hồn chỉnh cịn nhiều đoạn giao cắt mật độ giao thơng lớn với đề tài “Xây dựng mơ hình mơ động lực học ngang ô tô” Mục tiêu luận văn: Xây dựng mơ hình khơng gian mơ tả trạng thái động lực học ngang ô tô, khảo sát ảnh hƣởng số thông số nhƣ vận tốc xe, góc xoay bánh xe dẫn hƣớng đến khả vi phạm đƣờng xe quay vòng ổn định Từ định hƣớng làm sở cho toán điều khiển cảnh báo điều kiện sử dụng thực tế Đối tƣợng nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu luận văn xe tải ben Dongfeng DVM2.5 Đây dịng xe liên doanh cơng ty Việt Trung tập đoàn Dongfeng Trung Quốc Phƣơng pháp nghiên cứu: Luận văn áp dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết mơ hình tiến hành khảo sát ảnh hƣởng số thông số nhƣ vận tốc xe, góc xoay bánh xe dẫn hƣớng đến khả vi phạm đƣờng xe quay vòng ổn định Phạm vi nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu ảnh hƣởng vận tốc xe góc quay bánh xe dẫn hƣớng đến khả vi phạm đƣờng xe quay vòng ổn định Nội dung bố cục luận văn: Nội dung nghiên cứu luận văn gồm phần nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Lập mơ hình nghiên cứu động lực học ngang ô tô Chƣơng 3: Khảo sát ảnh hƣởng số thông số đến khả vi phạm đƣờng xe quay vòng Kết luận Hình 3.2 thể kết khảo sát với vận tốc không đổi v = 40 km/h, nhƣng góc quay bánh xe dẫn hƣớng δ = 3.90 Ở điều kiện quay vòng này, phần xe vi phạm đƣờng bên phải Điều dẫn đến va chạm vào thành lề đƣờng phƣơng tiện bên phải, xe có trạng thái quay vịng thiếu Hình 3.3 thể kết khảo sát với vận tốc khơng đổi v = 40 km/h, nhƣng góc quay bánh xe dẫn hƣớng δ = 4.30 Ở điều kiện quay vòng này, phần xe vi phạm đƣờng bên trái Điều dẫn đến va chạm với phƣơng tiện lề đƣờng bên trái, xe có trạng thái quay vịng thừa Hình 3.3 Hành lang chuyển động xe với v = 40 km/h, δ = 4.30 Bảng 3.3 Trạng thái quay vòng xe quay vòng với vận tốc v = 40 km/h cung đường có bán kính R =40m, bề rộng đường 3.75m, góc quay bánh xe dẫn hướng δ thay đổi δ (0 ) 4.5 -1 -1 -1 -1 -1 Bảng 3.3 trình bày kết khảo sát trạng thái quay vòng xe 21 trƣờng hợp khảo sát với góc quay bánh xe dẫn hƣớng δ thay đổi 30 đến 50 với bƣớc δ = 0.10 vận tốc v = 40 km/h cung đƣờng có bán kính R = 40m, bề rộng đƣờng 3.75m Trong bảng 3.3, có giá trị màu vàng thể trạng thái quay vòng thiếu, nghĩa xe vi phạm bên phải (làn bên ngồi) Ơ có giá trị màu xanh thể trạng thái quay vịng (xe đƣờng) Các có giá trị -1 màu đỏ thể trạng thái quay vòng thừa, nghĩa xe vi phạm bên trái (làn bên trong) Kết khảo sát cho thấy, trƣờng hợp δ ≤ 40, xe có trạng thái quay vòng thiếu, phần xe vi phạm đƣờng bên phải Còn trƣờng hợp δ ≥ 4,20, xe có trạng thái quay vịng thừa, phần xe vi phạm đƣờng bên trái Chỉ có kết khảo sát với δ = 4.10 xe quay vòng nằm đƣờng mong muốn Kết cho thấy trạng thái quay vòng xe "nhạy" với thay đổi góc quay bánh xe dẫn hƣớng (hay góc đánh lái) Ngoài ra, kết khảo sát phù hợp với lý thuyết trạng thái quay vòng thiếu, quay vòng thừa: - Trạng thái quay vòng thiếu làm cho xe vi phạm đƣờng bên phải thƣờng xảy với góc δ nhỏ Góc δ lớn vi phạm ngồi Sự vi phạm bắt đầu điểm trƣớc trái (x12,y12) xe sau đến điểm giới hạn sau Khi bị vi phạm đƣờng bên phải dẫn đến xe có khả bị va chạm với phƣơng tiện chiều phía bên phải thành lề đƣờng bên phải - Trạng thái quay vòng thừa làm cho xe vi phạm đƣờng bên trái thƣờng xảy với góc δ lớn Góc δ nhỏ vi phạm Sự vi phạm bắt đầu điểm trƣớc phải (x11,y11) xe Khi bị vi phạm đƣờng bên trái gây va chạm với phƣơng tiện lề đƣờng bên trái 3.3.2 Ảnh hưởng vận tốc xe đến ổn định chuyển động quay vòng Phƣơng án khảo sát ảnh hƣởng vận tốc xe đến ổn định chuyển động quay vòng là: Khảo sát mức vận tốc khác khoảng giá trị v = 45 [20, 60] km/h, bƣớc nhảy km/h xe đầy tải với góc lái δ số đƣợc định nghĩa trƣớc Hình 3.4, hình 3.5 hình 3.6 thể số kết khảo sát góc quay bánh xe dẫn hƣớng không đổi δ = 4.20 với vận tốc xe tƣơng ứng v = 50, 40, 54 km/h Ở hình 3.4, xe chuyển động quay vịng với vận tốc v = 50 km/h với góc quay bánh xe dẫn hƣớng δ = 4.20, kết khảo sát cho thấy, quỹ đạo chuyển động tất điểm giới hạn xe nằm hành lang đƣờng giới hạn bên bên Trong trƣờng hợp này, xe chuyển động không vi phạm đƣờng, xe trạng thái quay vịng Hình 3.4 Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 50 km/h Hình 3.5 thể kết khảo sát với góc quay bánh xe dẫn hƣớng không đổi δ = 4.20, nhƣng vận tốc v = 40 km/h Ở điều kiện quay vòng này, phần xe vi phạm đƣờng bên trái, dẫn đến va chạm vào thành lề đƣờng 46 phƣơng tiện bên trái, xe có trạng thái quay vịng thừa Hình 3.6 thể kết khảo sát với góc quay bánh xe dẫn hƣớng khơng đổi δ = 4.20, nhƣng vận tốc v = 54 km/h Ở điều kiện quay vòng này, phần xe vi phạm đƣờng bên phải, dẫn đến va chạm với phƣơng tiện lề đƣờng bên phải, xe có trạng thái quay vịng thiếu Hình 3.5 Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 40 km/h 47 Hình 3.6 Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 54 km/h Bảng 3.4 Trạng thái quay vòng xe quay vịng với góc quay bánh xe dẫn hướng δ = 4.20 cung đường có bán kính R =40m, bề rộng đường 3.75m, vận tốc v thay đổi v (km/h)