Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo đến khả năng ổn định của ôtô

bộ giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hµ néi -o0o NGUYễN Quý TOàN Nghiên cứu ảnh hưởng hệ treo đến khả ổn Định ôtô Chuyên ngành: khí động lực Luận văn thạc sỹ khoa học Người hướng dẫn khoa học: TS Võ văn hường Hà nội Năm 2008 Mục lục Trang Lời nói đầu Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mơc c¸c bảng, hình vẽ Chương 1: Đặt vấn đề 1.1 Vai trò ôtô xà hội 1.2 Nghiªn cứu động lực học ôtô Chương 2: Xây dựng mô h×nh 2.1 Mơc tiªu 2.2 Mô hình 2.2.1 Mô hình không gian 2.2.2 Xây dựng phương trình 2.2.3.Xác định ngoại lực tác dụng 2.2.3.1 Xác định phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe 2.2.3.2 Xác định hệ số bám bánh xe với đường Chương 3: Khảo sát thông số ảnh hưởng 3.1 3.1.1 Khảo sát ảnh hưởng phân bố mômen 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng độ chậm tác dụng 3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng mômen phanh loại đường khác 3.2 Khảo sát đặc tính quay vòng xe đường khô đường ướt vận tốc không đổi 3.2.1 §å thị mô tả góc quay bánh xe 3.2.2 Các kết thu KÕt luËn Tài liệu tham khảo Phô lôc Lời nói đầu Ngày nay, kinh tế Việt Nam đà tăng trưởng mạnh, đời sống người dân tăng cao nên nhu cầu lại, mua sắm phương tiện cá nhân tăng Trong điều kiện đường sá cải thiện nhiều, tốc độ trung bình ôtô nâng cao, tốc độ xe tăng lên làm cho thời gian lưu thông rút ngắn lại, mang lại nhiều lợi ích mặt kinh tế tăng vận tốc lên cao lại liên quan đến vấn đề tai nạn giao thông Hiện tai nạn giao thông vấn đề thời nóng bỏng Để cải thiện vấn đề tai nạn giao thông cần phải nâng cao ý thức người tham gia giao thông, người điều khiển loại phương tiện giới đường bộ: ôtô, xe máy Về mặt kỹ thuật loại phương tiện tham gia giao thông phải đảm bảo ®­ỵc tÝnh ®iỊu khiĨn ë møc ®é tèt nhÊt, tøc phải đảm bảo quỹ đạo chuyển động ôtô có tín hiệu điều khiển người lái xe Việc nghiên cứu vấn đề quỹ đạo chuyển động ôtô với Việt Nam cần thiết, sở để đánh giá chất lượng loại ôtô nhập vào Việt Nam, khai thác phương tiện có, đồng thời sở để đánh giá chất lượng loại ôtô cải tiến, lắp ráp, hoán cải mục đích sử dụng nâng cao an toàn chuyển động, góp phần đẩy nhanh kinh tế nước nhà thực nghị định Chính phủ an toàn giao thông Xuất phát từ yêu cầu thực tế, tác giả đà lựa chọn đề tài nghiên cứu liên quan đến quỹ đạo chuyển động ôtô, với mong muốn đóng góp phần công sức vào vấn đề an toan giao thông có kiến thức tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ôtô phục vụ công việc sau Để làm điều luận văn tác giả thiết lập mô hình không gian nghiên cứu động lực học ôtô, thiết lập mô hình hệ thống treo, chọn mô hình lốp, khảo sát thông số ảnh hưởng phân bố mômen, kích động mặt đường, thông số thời tiết đường khô, đường ướt Luận văn thực Bộ môn ôtô - Đại Học Bách Khoa Hµ Néi, d­íi sù h­íng dÉn khoa häc cđa TiÕn sĩ Võ Văn Hường Tác giả chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình Tiến sĩ thầy môn ôtô Mặc dù đà có nhiều nỗ lực, trình độ, thời gian nghiên cứu hạn chế nên vấn đề trình bày luận văn chưa thể đáp ứng yêu cầu đề Tác giả cảm ơn đóng góp, bổ xung để luận văn hoàn thiện Hà nội, ngày /11/2008 Tác giả Danh mục ký hiệu chữ viết tắt - A ( m2 ) : DiÖn tÝch, thiÕt diÖn -c : HƯ sè khÝ ®éng - ρ ( kg / m3 ) : Mật độ không khí - CLR1 ( N / m ) : §é cøng h­íng kÝnh lèp tr­íc d·y ph¶i - CLL1 ( N / m ) : §é cøng h­íng kÝnh lèp tr­íc d·y tr¸i - CLR2 ( N / m ) : §é cøng h­íng kÝnh lèp sau d·y ph¶i - CLL2 ( N / m ) : Độ cứng hướng kính lốp sau dÃy trái - C ( N / m) : §é cøng hƯ thèng treo - C1R ( N / m ) : §é cøng treo tr­íc d·y ph¶i - C1L ( N / m ) : Độ cứng treo trước dÃy trái - C2R ( N / m ) : §é cøng treo sau d·y ph¶i - C2L ( N / m ) : Độ cứng treo sau dÃy trái - K1R ( Ns / m ) : HƯ sè c¶n hƯ thèng treo tr­íc d·y ph¶i - K1L ( Ns / m ) : HƯ sè c¶n hƯ thèng treo tr­íc d·y tr¸i - K 2R ( Ns / m ) : HƯ sè c¶n hƯ thèng treo sau d·y ph¶i - K 2L ( Ns / m ) : HÖ số cản hệ thống treo sau dÃy trái - a (m) : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước - b (m) : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau -r : Bán kính tự lèp - J X ( kgm ) : M«men qu¸n tÝnh trơc x cđa xe - J Y ( kgm ) : Mômen quán tính trục y xe - J Z ( kgm ) : Mômen quán tính trục z xe - J AyR ( kgm ) : Mômen quán tính trục y cđa lèp tr­íc d·y ph¶i - J AyL ( kgm ) : Mômen quán tính trục y cđa lèp tr­íc d·y tr¸i - J AyR ( kgm ) : Mômen quán tính trục y lèp sau d·y ph¶i - J AyL ( kgm ) : Mômen quán tính trục y lốp sau d·y tr¸i - h1 ( m ) : ChiỊu cao mấp mô đường phía trước - h2 ( m ) : Chiều cao mấp mô đường phía sau - FZR1 ( N ) :Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước dÃy phải - FZL1 ( N ) : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước dÃy trái - FZR2 ( N ) : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau dÃy phải - FZL2 ( N ) : Tải trọng từ đường tác dụng lên b¸nh xe phÝa sau d·y tr¸i - FZ 1,t ( N ) : Tải trọng tĩnh bánh xe phía trước - FZ 2,t ( N ) : T¶i träng tÜnh b¸nh xe phÝa sau - FZ 1,d ( N ) : Tải trọng động bánh xe phía trước - FZ 2,d ( N ) : Tải trọng động bánh xe phía sau - FCR1 ( N ) : Lực đàn håi hƯ thèng treo tr­íc d·y ph¶i - FCL1 ( N ) : Lực đàn hồi hệ thống treo trước dÃy trái - FCR2 ( N ) : Lực đàn håi hƯ thèng treo sau d·y ph¶i - FCL2 ( N ) : Lực đàn hồi hệ thống treo sau dÃy trái - FKR1 ( N ) : Lực cản hƯ thèng treo tr­íc d·y ph¶i - FKL1 ( N ) : Lực cản hệ thống treo trước dÃy trái - FKR2 ( N ) : Lùc c¶n hƯ thèng treo sau d·y ph¶i - FKL2 ( N ) : Lực cản hệ thống treo sau dÃy trái - FClR1 ( N ) : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dÃy phải - FClL1 ( N ) : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dÃy trái - FClR2 ( N ) : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dÃy phải - FClL ( N ) : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau d·y tr¸i - M ( kg ) : Khối lượng toàn xe - m ( kg ) : Khối lượng treo - m1 ( kg ) : Khối lượng treo trước - m2 ( kg ) : Khối lượng treo sau - mAR1 ( kg ) : Khối lượng không treo trước dÃy phải - mAL1 ( kg ) : Khối lượng không treo tr­íc d·y tr¸i - mAR2 ( kg ) : Khối lượng không treo sau dÃy phải - mAL ( kg ) : Khối lượng không treo sau dÃy trái - b : Hệ số bám đường - ft1R ( m ) : §é tÜnh phÝa trước dÃy phải - ft1L ( m ) : Độ tÜnh phÝa tr­íc d·y tr¸i - ft 2R ( m ) : Độ võng tĩnh phía sau dÃy phải - ft 2L ( m ) : §é tÜnh phÝa sau d·y tr¸i - ϕ ( rad ) : Góc lắc thân xe - AR1 ( m ) : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước dÃy phải - AL1 ( m ) : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước dÃy trái - AR2 ( m ) : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau d·y ph¶i - ξ AL2 ( m ) : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau dÃy trái - ξAR1 ( m / s ) : VËn tèc ph­¬ng thẳng đứng cầu trước dÃy phải - AL1 ( m / s ) : Vận tốc phương thẳng đứng cầu tr­íc d·y tr¸i - ξAR2 ( m / s ) : Vận tốc phương thẳng đứng cầu sau dÃy phải - ξAL2 ( m / s ) : VËn tèc phương thẳng đứng cầu sau dÃy trái - AR1 ( m / s ) : Gia tốc phương thẳng đứng cầu trước dÃy phải - AL1 ( m / s ) : Gia tốc phương thẳng đứng cầu tr­íc d·y tr¸i - ξAR2 ( m / s ) : Gia tốc phương thẳng đứng cầu sau dÃy ph¶i - ξAL2 ( m / s ) : Gia tốc phương thẳng đứng cầu sau dÃy trái - z, z, z ( m, m / s, m / s ) : Chun vÞ, vËn tèc, gia tèc phương thẳng đứng khối lượng treo - z1R , z1R , z1R ( m, m / s, m / s ) : Chun vÞ, vËn tèc, gia tèc phương thẳng đứng khối lượng treo trước phía phải - z1L , z1L , z1L ( m, m / s, m / s ) : Chun vÞ, vËn tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối lượng treo tr­íc phÝa tr¸i - z2R , z2R , z2R ( m, m / s, m / s ) : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối lượng treo sau phía phải - z2L , z2L , z2L ( m, m / s, m / s ) : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối lượng treo sau phía trái Danh mục bảng hình vẽ Hình 1.1.Quan hệ điều khiển độ tin cậy hệ Đường Người Xe 11 Hình 1.2.Hệ Đường – Ng­êi – Xe” .12 Hình 1.3.Trạng thái quay vòng thiếu cña xe 14 Hình 1.4.Trạng thái quay vòng thừa xe 14 H×nh 1.5.Lùc liên kết bánh xe đường 15 Hình 1.6.Sơ đồ điều khiĨn cđa l¸i xe 16 Hình 2.1.Mô hình động lực học theo ph­¬ng b»ng 20 Hình 2.2.Mô hình động lực học theo phương cạnh 21 Hình 2.3.Mô hình động lực học theo phương đứng 22 Hình 2.4.Thông số động lực học loại bánh xe 25 Hình 2.5.Đồ thị lực tương tác bánh xe theo hƯ sè tr­ỵt 27 Hình 2.6.Hàm Ammon 28 H×nh 2.7.HƯ sè bám cực đại hệ số bám trượt loại đường khác với hai trạng thái khô vµ ­ít 29 Hình 3.1.Đồ thị mômen bánh xe (M1=0.5M, M2 = 0.5M) .32 Hình 3.2.Đồ thị mômen bánh xe (M1=0.6M, M2 = 0.4M) .33 Hình 3.3.Đồ thị mômen bánh xe (M1=0.4M, M2 =0.6M) 34 Hình 3.4.Đồ thị hệ số trượt .35 Hình 3.5.Đồ thị hệ số bám (M1=0.5M, M2 = 0.5M) .36 Hình 3.6.Đồ thị hƯ sè b¸m (M1=0.6M, M2 = 0.4M) .37 Hình 3.7.Đồ thị hệ số bám (M1=0.4M, M2 =0.6M) 38 Hình 3.8.Đồ thị lực phanh (M1=0.5M, M2 = 0.5M) 39 Hình 3.9.Đồ thị lực phanh (M1=0.6M, M2 = 0.4M) 40 Hình 3.10.Đồ thị lực phanh (M1=0.4M, M2 =0.6M) 41 Hình 3.11.Đồ thị gia tèc phanh 42 Hình 3.12.Đồ thị vận tốc (M1=0.5M, M2 = 0.5M) 43 Hình 3.13.Đồ thị vận tốc (M1=0.6M, M2 = 0.4M) 44 74 nh­ng vào cua nhiều, gây ổn định Sau đường đặc tính hiệu hai góc lệch bên theo thời gian tăng dần đến 0, trường hợp xe quay vòng thừa Tiếp đó, đường đặc tính tăng dần vượt qua mức, xe rơi vào trạng thái quay vòng thiếu Trường hợp này, xe tự giữ hướng chuyển động nhờ lực ly tâm Flt có chiều ngược với tác dụng lực ngang FY, lái xe nặng xe ổn định 75 H×nh 3.42 Quan hƯ a yF = f (t ) - Đường khô: = = x max 0.95, y max 0.85 , ϕ= ϕ= 0.8 x y - §­êng ­ít: = ϕ x max 0.6, = ϕ y max 0.5 , ϕ= ϕ= 0.45 x y Gia tốc hướng tâm điều kiện xác định cân xe chuyển động quay vòng Từ đồ thị hình 3.2.6 ta thấy gia tốc hướng tâm trường hợp quay vòng điều kiện đường khô lớn điều kiện đương ướt Quay vòng điều kiện đường khô ổn định điều kiện đường ướt Do lái xe đường ướt cần thận trọng 76 Với góc đánh lái = 100 tốc độ đánh lái vòng 0.1s a Trường hợp quay vòng đường khô: Hình 3.43 Quỹ đạo xe quay vòng đường khô - Đường khô: = x max 0.95, = y max 0.85 , ϕ= ϕ= 0.8 x y b Trường hợp quay vòng đường ướt: 77 Hình 3.44 Quỹ đạo xe quay vòng đường ­ít - §­êng ­ít:= ϕ= 0.45 ϕ x max 0.6, ϕ y max 0.5 , ϕ= = x y 78 Kết Luận Vận tốc chuyển động ôtô ngày tăng, điều kiện đường thay đổi khác theo thời tiết Khi tăng tốc phanh, lái xe kinh nghiệm thường dẫn đến trượt bánh xe Các lực tương tác bánh xe không đồng đều, phần phản lực phương thẳng đứng thay đổi, phần mômen chủ động mômen phanh tác động không đồng với cường độ khác Điều dẫn đến làm ổn định quỹ đạo ôtô Mục tiêu đề tài : lập mô hình vật lý phải khảo sát khả chuyển động ôtô ảnh hưởng hệ thống treo Đề tài gồm nội dung sau đây: - Lập mô hình không gian nghiên cứu động lực học ôtô - Thiết lập mô hình hệ thống treo - Chọn mô hình lốp - Khảo sát thông số ảnh hưởng phân bố mômen, kích động mặt đường, thông số thời tiết đường khô, đường ướt 79 Tài liệu tham khảo [1] Võ Văn Hường, Bài giảng lý thuyết ôtô (tài liệu viÕt tay) [2] JY Wong, Theory of Ground Vehicles, 2nd Edition, John Wiley & Sons, 1993 [3] T Gillespie, Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE, 1992 [4] Georg Rill, Vehicle Dynamics, Lecture Notes, 2005 [5] Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh Lập trình Matlab ứng dụng Nhà xuất khoa häc vµ kü tht, Hµ Néi 2006 [6] Ngun Phïng Quang Matlab & Simulink Nhà xuất giáo dục, Hà Néi 2004 [7] D.Ammon Modellbilung und Systementwicklung in der Fahrzeugdynamik BG Tenbner, Leiring, 1997 [8] Mitschke Dynamik der Kraftfahrzeuge Springer relag, 2005 80 Phụ Lục Hàm m.file mô tả thông số đầu vào mô hình function y=Thongso global m M mA1_R mA1_L mA2_R mA2_L C1_R C1_L C2_R C2_L K1_R K1_L K2_R K2_L Cl1_R Cl1_L Cl2_R Cl2_L Fzt1_R Fzt1_L Fzt2_R Fzt2_L ft1R ft1L ft2R ft2L f1_R f1_L f2_R f2_L Jx Jy Jz JyA1_R JyA1_L JyA2_R JyA2_L h0 r0 g lw l1 l2 b1 b2 al1_Rmax al1_Lmax al2_Rmax al2_Lmax S1_Rmax S1_Lmax S2_Rmax S2_Lmax Px1_Rmax Px1_Rmin Px1_Lmax Px1_Lmin Px2_Rmax Px2_Rmin Px2_Lmax Px2_Lmin Py1_Rmax Py1_Rmin Py1_Lmax Py1_Lmin Py2_Rmax Py2_Rmin Py2_Lmax Py2_Lmin m=1562; M=1892; mA1_R=69; mA1_L=69; mA2_R=96; mA2_L=96; C1_R=27160; C1_L=27160; C2_R=29420; C2_L=29420; K1_R=4000; K1_L=4000; K2_R=2500; K2_L=2500; Cl1_R=229000; Cl1_L=229000; Cl2_R=255000; Cl2_L=255000; h0=0; r0=0.3; g=9.8; lw=0; l1=1.34; l2=1.42; b1=0.76; b2=0.76; Fzt1_R=(m/4+mA1_R)*g; Fzt1_L=(m/4+mA1_L)*g; Fzt2_R=(m/4+mA2_R)*g; Fzt2_L=(m/4+mA2_L)*g; ft1R=Fzt1_R/Cl1_R; ft1L=Fzt1_L/Cl1_L; 81 ft2R=Fzt2_R/Cl2_R; ft2L=Fzt2_L/Cl2_L; Jx=1019; Jy=990; Jz=3270; JyA1_R=2.2356; JyA1_L=2.2356; JyA2_R=3.1104; JyA2_L=3.1104; S1_Rmax=0.2; S1_Lmax=0.2; S2_Rmax=0.2; S2_Lmax=0.2; Px1_Rmax=0.95; Px1_Rmin=0.6; Px1_Lmax=0.95; Px1_Lmin=0.6; Px2_Rmax=0.95; Px2_Rmin=0.6; Px2_Lmax=0.95; Px2_Lmin=0.6; al1_Rmax=0.07; al1_Lmax=0.07; al2_Rmax=0.07; al2_Lmax=0.07; Py1_Rmax=0.85; Py1_Rmin=0.2; Py1_Lmax=0.85; Py1_Lmin=0.2; Py2_Rmax=0.85; Py2_Rmin=0.2; Py2_Lmax=0.85; Py2_Lmin=0.2; f1_R=0.02; f1_L=0.02; f2_R=0.02; f2_L=0.02; Hàm m.file mô tả mômen bánh xe mô hình a) Bánh xe trước bên trái function K=M1_L(u) Mp=420; tg=Mp/0.2; t=1+Mp/tg; Mbd=33.3216; if u1.99 & u2 & u