Nghiên cứu đặc tính quay vòng của xe du lịch

Bộ giáo dục đào tạo TRường đại học bách khoa hà nội - Luận văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu đặc tính quay vòng xe du lịch Chuyên ngành: ÔTÔ Lê đức hiếu Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS phạm hữu nam Hà nội 2007 Mục lục Nội dung Trang Môc lôc Danh mơc h×nh vÏ đồ thị Các ký hiệu dùng chung luận văn Lời nói đầu 10 Ch­¬ng Tỉng quan 12 Ch­¬ng Mô hình tính toán lốp xe ôtô 20 2.1 Đặc điểm làm việc bánh xe ôtô 20 2.1.1 Nhiệm vụ vai trò bánh xe ôtô 20 2.1.2 Yêu cầu bánh xe lốp ôtô 21 2.1.3 Phân loại lốp xe «t« 22 2.1.4 Các chế độ làm việc bánh xe 24 2.2 Ph©n tÝch lực mô men tác dụng lên bánh xe ôtô 24 2.2.1 Lực mô men tác dụng lên bánh xe bị động 26 2.2.2 Lực mô men tác dụng lên bánh xe chủ động 27 2.3 Mô hình tính toán lèp xe «t« 29 2.3.1 Mô hình tính toán chung 29 2.3.1.1 Tính lực ngang trường hợp góc lệch bên nhá 30 2.3.1.2 TÝnh lùc ngang gãc lƯch bªn lín 32 2.3.2 Mô hình tính toán lốp cho xe du lịch 33 2.3.2.1 Quan hƯ gi÷a lùc dọc độ trượt dọc bánh xe 33 2.3.2.2 Quan hệ lực ngang góc lệch bên bánh xe 35 2.3.3 Tính lực tổng hợp theo lùc däc vµ lùc ngang 39 2.4 Lực tổng hợp tác dụng lên bánh xe 30 2.5 KÕt luËn ch­¬ng 42 Chương Xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả quỹ đạo chuyển động ôtô du lịch 44 3.1 Hệ trục tọa độ khảo s¸t 44 3.2 Các lực tác dụng lên ôtô 47 3.2.1 Các lực tác dụng lên mặt phẳng dọc 47 3.2.2 C¸c lực tác dụng mặt phẳng ngang 55 3.3 Xây dựng mô hình khảo sát quỹ đạo chuyển động ôtô 59 3.3.1 Mô hình vết 59 3.3.1.1 Đặc điểm mô hình 59 3.3.1.2 Quan hƯ ®éng häc 61 3.3.1.3 HÖ phương trình vi phân mô tả chuyển động xe 63 3.3.2 Mô hình phẳng 65 3.3.2.1 Đặc điểm mô hình 65 3.3.2.2 Quan hƯ ®éng häc 68 3.3.2.3 HÖ phương trình vi phân mô tả chuyển động xe 70 3.4 KÕt luËn ch­¬ng 73 Chương Sử dụng Simulink Matlab giải hệ phương trình vi phân mô tả quỹ đạo chuyển động xe 75 4.1 Kh¸i qu¸t chung vỊ Matlab & Simulink 75 4.2 S¬ đồ thuật toán chương trình mô Simulink 80 4.3 Xây dựng chương trình mô pháng 83 4.3.1 Mô phương trình tính góc lệch bên thân xe 84 4.3.2 Mô phương trình tÝnh gãc xoay th©n xe 86 4.3.3 Mô phương trình tính góc nghiêng thân xe 87 4.3.4 Các chương trình phụ kh¸c 88 Chương Phân tích kết tính toán đặc tính quay vòng xe du lịch 92 5.1 Th«ng sè cđa xe khảo sát 92 5.2 Khảo sát đặc tính quay vòng xe vận tốc quay vòng không đổi 93 5.3 Khảo sát nhân tố ảnh hưởng đến tÝnh chÊt quay vßng 96 5.4 KÕt luËn ch­¬ng 104 KÕt luËn chung 107 Tài liệu tham khảo 110 Phô lôc 111 Tóm tắt luận văn 117 Danh mơc h×nh vÏ H×nh 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ôtô 14 H×nh 1.2 Quan hƯ h×nh häc cđa xe 15 H×nh 2.1 CÊu tróc cđa lèp sợi mành hướng kính sợi mành chéo 23 Hình 2.2 Lực mô men tác dụng lên bánh xe ôtô 25 Hình 2.3 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe bị động 26 Hình 2.4 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe chủ động 28 Hình 2.5 Biến dạng ngang góc lệch bên lốp 29 H×nh 2.6 Sù biÕn dạng ngang phần tử thay 30 Hình 2.7 Sự biến dạng lèp gãc lƯch bªn nhá 30 Hình 2.8 Vi phân biến dạng lèp 31 Hình 2.9 Sự biến dạng lốp góc lệch bên lớn phân bố F Z 32 Hình 2.10 Quan hệ lực dọc độ trượt dọc 34 Hình 2.11 Lực góc lệch bên bánh xe dẫn hướng 35 Hình 2.12 Các góc lệch bên bánh xe 37 Hình 2.13 Xác định r ij vµ θ ij 38 Hình 2.13 Đồ thị Kamm biểu thị mối quan hệ khả truyền lực dọc lực bên bánh xe 41 Hình 2.14 ảnh hưởng lực dọc đến đặc tính lệch bên bánh xe 42 Hình 3.1 Hệ trục tọa độ gắn ôtô 45 Hình 3.2 Xác định tọa độ điểm không gian 46 Hình 3.3 Các lực tác dụng lên «t« 47 Hình 3.4 Các lực tác dụng lên ôtô mặt phẳng dọc 50 Hình 3.5.Sơ đồ xác định diện tích cản diện ôtô 53 Hình 3.6 Lực tác dụng mặt phẳng ngang 55 Hình 3.7 Xác định điểm đặt lực F N 57 Hình 3.8 Mô hình vết ôtô 60 H×nh 3.9 Quan hệ động học mô hình 61 Hình 3.10 Các vị trí tâm quay vòng tức thời P 63 Hình 3.11 Mô hình phẳng cđa «t« 66 Hình 3.12 Sự nghiêng ngang thân xe 67 H×nh 3.13 Quan hệ động học mô hình 68 Hình 3.14 Mô hình vết tương đương 72 Hình 4.1 Sơ đồ thuật toán chương trình 81 H×nh 4.2 Quy luật đánh lái (t) 82 Hình 4.3 Mô tả lực ngang F y1 b»ng Simulink 84 Hình 4.4 Mô tả lực ngang F y2 b»ng Simulink 85 H×nh 4.5 Mô tả quy luật góc quay bánh xe dẫn hướng 85 Hình 4.6 Chương trình mô góc lệch bên thân xe 86 Hình 4.7 Chương trình mô góc xoay thân xe 87 Hình 4.8 Chương trình mô góc nghiêng thân xe 88 Hình 4.9 Chương trình tính gia tèc h­íng t©m b»ng Simulink 89 Hình 4.10 Chương trình tính gia tốc lệch bên a y Simulink 89 Hình 4.11 Chương trình tính thời gian quay vòng lý thuyết Simulink 90 Hình 4.12 Chương trình tính góc xoay thân xe quay vòng 90 Hình 5.1 Quỹ đạo chuyển động xe 94 H×nh 5.2 Quan hƯ β = f(t) 94 H×nh 5.3 Quan hƯ a h = f(t), a y = f(t) 95 H×nh 5.4 Quỹ đạo chuyển động xe thay đổi tải träng 96 H×nh 5.5 Quan hƯ góc lệch bên góc xoay thân xe theo thời gian 97 Hình 5.6 Góc nghiêng thân xe thay đổi chế độ tải trọng 98 Hình 5.7 Đồ thị gia tốc hướng tâm gia tốc lệch bên vận tốc thay đổi 99 Hình 5.8 Đồ thị đặc tính tốc ®é cđa vËn tèc gãc xoay th©n xe 100 Hình 5.9 Đồ thị đặc tính tốc độ gãc lƯch bªn cđa xe 101 Hình 5.10 Đặc tính vận tốc góc xoay thân xe K thay đổi 101 Hình 5.11 Đồ thị đặc tính góc lệch thân xe K thay đổi 102 Hình 5.12a Đồ thị góc lệch bên bánh xe thay đổi độ cứng lốp 102 Hình 5.12b Đồ thị góc lệch bên bánh xe thay đổi độ cứng lốp 103 Hình 5.12c Đồ thị góc lệch bên bánh xe thay đổi độ cứng cđa lèp 103 C¸c ký hiƯu dïng chung luận văn Ký hiệu Đơn vị ý nghĩa a m Khoảng cách từ tâm cầu trước đến trọng tâm b m Khoảng cách từ tâm cầu sau đến trọng tâm l m Chiều dài sở xe B m ChiỊu réng c¬ së cđa xe m kg Khèi lượng xe ms kg Khối lượng treo G N Trọng lượng xe G1 N Trọng lượng phân cầu trước G2 N Trọng lượng phân cầu sau g m/s2 Gia tèc träng tr­êng ay m/s2 Gia tốc bên ah m/s2 Gia tốc hướng tâm Iz kg.m2 Mô men quán tính ôtô quay quanh trục z Ix kg.m2 Mô men quán tính ôtô quay quanh trơc x C1 N/rad §é cøng gãc cđa lèp tr­íc C2 N/rad §é cøng gãc cđa lèp sau β rad Gãc lƯch th©n xe ψ rad Gãc xoay th©n xe rad Góc đánh lái rad Góc nghiêng ngang thân xe rad Góc lệch bên lốp trước α2 rad Gãc lƯch bªn cđa lèp sau αt rad Góc lệch bên cầu trước s rad Góc lệch bên cầu sau v m/s vận tốc xe t s Thời gian khảo sát x - Hệ sè b¸m däc ϕy - HƯ sè b¸m ngang 10 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 an toàn 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 quỹ đạo chuyển động ôtô 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, ghóp phần đẩy nhanh kinh tế nước nhà thực nghị định Chính phủ an toàn giao thông Xuất phát từ yêu cầu thực tế, đà lựa chọn đề tài nghiên cứu liên quan đến quỹ đạo chuyển động ôtô, với mong muốn đóng ghóp phần công sức vào vấn đề an toàn giao thông có kiến thức tính điều khiển quỹ đạo chuyển động «t« phơc vơ cho c«ng viƯc cđa t«i sau Trong thời gian làm luận văn nhận hướng dẫn, bảo tận tình thầy giáo hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Hữu Nam thầy giáo môn ôtô trường ĐHBK Hà nội Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phạm Hữu Nam, thầy môn bạn đồng nghiệp đà tận tình giúp đỡ để hoàn thành luặn văn ... 88 Chương Phân tích kết tính toán đặc tính quay vòng xe du lÞch 92 5.1 Thông số xe khảo sát 92 5.2 Khảo sát đặc tính quay vòng xe vận tốc quay vòng không đổi 93 5.3 Khảo... đạo tính chất quay vòng xe thu kết sau: Khi khảo sát với th«ng sè thĨ cđa xe thÝ nghiƯm nhËn thÊy xe có đặc tính quay vòng thiếu quỹ đạo chuyển động xe có bán kính quay vòng lớn bán kính quay vòng. .. Tãm t¾t luận văn Tên đề tài: Nghiên cứu đặc tính quay vòng xe du lịch Mục tiêu nội dung đề tài: - Xây dựng lý thuyết tính toán lốp xe ôtô - Lựa chọn mô hình nghiên cứu: mô hình vết ôtô, mô hình