Nêu vai trò nghiên cứu động lực học ôtô mô hình không gian xây dựng phương trình và xác định các ngoại lực tác dụng

giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội -o0o NGUYễN Quý TOàN Nghiên cứu ảnh hưởng hệ treo đến khả ổn Định ôtô Chuyên ngành: khí động lực Luận văn thạc sü khoa häc Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: TS Vâ văn hường Hà nội Năm 2008 Mục lục Trang Lời nói đầu Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh môc bảng, hình vẽ Chương 1: Đặt vấn đề 1.1 Vai trò ôtô xà hội 1.2 Nghiên cứu động lực học ôtô Chương 2: Xây dựng mô hình 2.1 Mơc tiªu 2.2 M« h×nh 2.2.1 Mô hình không gian 2.2.2 Xây dựng phương trình 2.2.3.X¸c 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 bè m«men 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 Đồ thị mô tả góc quay bánh xe 3.2.2 C¸c kÕt 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 tính điều khiển mức độ tốt nhất, tức 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 ®éng, gãp phÇn ®Èy nhanh nỊn kinh tÕ cđa n­íc 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 Tiến sĩ Võ Văn Hường Tác giả chân thành cảm ¬n sù h­íng dÉn tËn t×nh cđa TiÕn sÜ cïng 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 ) : Độ cứng hướng kính lốp trước dÃy trái - CLR2 ( N / m ) : §é cøng h­íng kÝnh lèp sau d·y ph¶i - CLL2 ( N / m ) : §é cøng h­íng kÝnh lèp sau d·y trái - C ( N / m) : Độ cứng hÖ thèng treo - C1R ( N / m ) : Độ cứng treo trước dÃy phải - C1L ( N / m ) : §é cøng treo tr­íc d·y trái - C2R ( N / m ) : Độ 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 ) : Hệ 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 ) : Mômen quán tính trục x xe - J Y ( kgm ) : Mômen quán tính trục y cña xe - J Z ( kgm ) : Mômen quán tính trục z xe - J AyR ( kgm ) : Mômen quán tính trơc 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 cđa lèp sau d·y ph¶i - J AyL ( kgm ) : Mômen quán tính trục y lèp sau d·y tr¸i - h1 ( m ) : Chiều cao mấp mô đường phía trước - h2 ( m ) : Chiều cao mấp mô đường phÝa sau - FZR1 ( N ) :T¶i träng tõ 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 bánh xe phía sau dÃy trái - FZ 1,t ( N ) : Tải trọng tĩnh bánh xe phía tr­íc - 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 phÝa sau - FCR1 ( N ) : Lùc đàn hồi hệ thống treo trước dÃy phải - FCL1 ( N ) : Lực đàn hồi hệ thống treo tr­íc d·y tr¸i - FCR2 ( N ) : Lùc đàn hồi hệ thống treo sau dÃy phải - FCL2 ( N ) : Lực đàn hồi hệ thống treo sau d·y tr¸i - FKR1 ( N ) : Lùc c¶n hƯ thèng treo tr­íc d·y ph¶i - FKL1 ( N ) : Lùc c¶n hƯ thèng treo tr­íc d·y trái - FKR2 ( N ) : Lực cản 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 b¸nh 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 trước dÃy trái - mAR2 ( kg ) : Khối lượng không treo sau dÃy phải - mAL ( kg ) : Khối lượng không treo sau d·y tr¸i - ϕb : HƯ sè b¸m ®­êng - ft1R ( m ) : §é tÜnh phÝa tr­íc d·y ph¶i - ft1L ( m ) : §é tÜnh phÝa tr­íc d·y tr¸i - ft 2R ( m ) : §é tÜnh phÝa sau d·y phải - ft 2L ( m ) : Độ võng 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 dÃy phải - AL2 ( m ) : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau dÃy trái - ξAR1 ( m / s ) : VËn tèc phương thẳng đứng cầu trước dÃy phải - AL1 ( m / s ) : Vận tốc phương thẳng đứng cầu trước dÃy trái - AR2 ( m / s ) : Vận tốc phương thẳng đứng cầu sau dÃy ph¶i - ξAL2 ( m / s ) : VËn tốc phương thẳng đứng cầu sau dÃy trái - AR1 ( m / s ) : Gia tèc ph­¬ng thẳng đứng cầu trước dÃy phải - AL1 ( m / s ) : Gia tốc phương thẳng đứng cầu trước dÃy trái - AR2 ( m / s ) : Gia tốc phương thẳng đứng cầu sau d·y 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 tốc phương thẳng đứng khối lượng treo - z1R , z1R , z1R ( m, m / s, m / s ) : Chun vÞ, vËn tèc, gia tốc phương thẳng đứng khối lượng treo trước phía ph¶i - z1L , z1L , z1L ( m, m / s, m / s ) : Chun vÞ, vận 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 , z2L , z2L ( m, m / s, m / s ) : Chun vÞ, vËn tèc, gia tèc 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 “§­êng – Ng­êi – Xe” .12 Hình 1.3.Trạng thái quay vòng thiÕu cña xe 14 Hình 1.4.Trạng thái quay vòng thừa xe 14 H×nh 1.5.Lực liên kết bánh xe đường 15 Hình 1.6.Sơ đồ ®iỊu khiĨn cđa l¸i xe 16 Hình 2.1.Mô hình động lực häc 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 số bám cực đại hệ số bám trượt loại đường khác với hai trạng thái khô ướt 29 Hình 3.1.Đồ thị mômen b¸nh 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 hệ số bám (M1=0.6M, M2 = 0.4M) .37 Hình 3.7.Đồ thị hệ số b¸m (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 lùc 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 thÞ 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 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, ϕ 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, = ϕ 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 ®­êng ­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 liÖu 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 Phùng Quang Matlab & Simulink Nhà xuất giáo dục, Hµ Néi 2004 [7] D.Ammon Modellbilung und Systementwicklung in der Fahrzeugdynamik BG Tenbner, Leiring, 1997 [8] Mitschke Dynamik der Kraftfahrzeuge Springer relag, 2005 80 Phơ Lơc Hµm 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