Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố đến tính năng điều khiển của xe huyndai 1,25 tấn

Luận văn

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------      ---------- NGUYỄN VĂN HẠNH KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ ðẾN TÍNH NĂNG ðIỀU KHIỂN CỦA XE HYUNDAI 1,25 TẤN. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá nông, lâm nghiệp Mã số : 60.52.14 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NÔNG VĂN VÌN HÀ NỘI - 2011 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng : Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Tôi cũng xin cam ñoan rằng: Các thông tin trích dẫn trong luận văn này ñều ñược chí rõ nguồn gốc. Hà nội, ngày 24 tháng 11 năm 2011 Tác giả Nguyễn Văn Hạnh Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ii LỜI CẢM ƠN Lời cảm ơn chân thành ñầu tiên tác giả xin ñược gửi ñến người thầy PGS.TS. Nông Văn Vìn, người trực tiếp hướng dẫn ñã dành nhiều thời gian, công sức ñể chỉ dẫn, giúp ñỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Với tình cảm chân thành, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban Giám hiệu, Viện ðào tạo sau ðại học, Khoa cơ ñiên, Bộ môn ñộng lực, các giảng viên của trường ðại học nông nghiệp Hà Nội cùng với các giảng viên thuộc các Viện nghiên cứu tham gia giảng dạy lớp Cao học cơ khí nông nghiệp khóa 2009 - 2011, ñã tạo ñiều kiện thuận lợi cho tác giả ñược học tập, nghiên cứu, làm cơ sở cho việc nghiên cứu ñề tài. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 24 tháng 11 năm 2011 Tác giả Nguyễn Văn Hạnh Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình vi LỜI NÓI ðẦU 1 1. Mở ñầu 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài. 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài 2 4. Phương pháp nghiên cứu của ñề tài 3 5. ðối tượng nghiên cứu 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ðỀ NGHIÊN CỨU 4 1.1. Tìm hiểu tình hình sử dụng các loại xe tải ñể vận chuyển hàng hoá ở nông thôn Việt Nam. 4 1.2. Tìm hiểu tính chất mặt ñường giao thông nông thôn Việt Nam. 6 1.2.1. Kết cấu mặt ñường giao thông nông thôn (GTNT). 6 1.3- Khái quát nghiên cứu về tính ñiều khiển 8 1.3.1- Khái niệm tính ñiều khiển của ô tô 8 1.4. Vấn ñề an toàn giao thông và quỹ ñạo chuyển ñộng 12 1.5. Quan hệ hình học của xe 14 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ðỀ TÀI 18 2.1. Hệ trục tọa ñộ khảo sát 18 2.2. Các lực tác dụng lên ô tô 22 2.2.1. Lực P k 22 2.2.2 Lực cản lăn P f . 23 2.2.3. Phản lực thẳng góc F z 24 2.2.4. Lực cản không khí P ω 25 2.2.5. Lực quán tính P j 27 2.2.6. Các lực tác dụng trong mặt phẳng ngang 29 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iv 2.2.7. Lực bên Fy 29 2.2.8. Lực gió bên F N . 31 2.2.9. Lực ly tâm P lt 32 2.2.10- Mô hình của hệ thống lái. 33 2.3. Mô hình khảo sát quỹ ñạo chuyển ñộng của ô tô 36 2.3.1. Mô hình một vết. 36 2.4. Xác ñịnh các tham số của mô hình 43 2.4.1. Tính tọa ñộ trọng tâm và mô men quán tính của khối hàng hóa 43 2.4.2. Xác ñịnh hệ số chống chuyển ñộng lệch của lốp xe 44 2.4.3. Xác ñịnh trọng lượng và tọa ñộ trọng tâm của xe khi chở hàng 46 2.5- Khảo sát tính ñiều khiển tĩnh của ô tô 48 2.5.1- Hàm truyền của vận tốc góc quay thân xe. Hiện tượng quay vòng thừa, quay vòng thiếu. 51 2.5.2- Góc quay vành lái. 53 2.5.3- Hàm truyền góc lệch bên của trọng tâm ô tô 55 2.5.4- Hàm truyền gia tốc bên và mômen trên vành lái 55 2.5.5- Góc lệch của cầu xe và góc quay trụ ñứng 57 2.6. Tính ñiều khiển ñộng 60 2.7. Kết luận chương 62 Chương 3 KẾT QUẢ KHẢO SÁT ðẶC TÍNH ðIỀU KHIỂN XE HYUNDAI 1.25 64 3.1. ðối tượng và các phương án khảo sát 64 3.2. Khảo sát ñặc tính ñiều khiển tĩnh 65 3.2.1. Ảnh hưởng của tải trọng ñến ñặc tính ñiều khiển tĩnh 65 3.2.2. Ảnh hưởng của góc xoay trụ ñứng 69 3.3. Khảo sát ñặc tính ñiều khiển ñộng 70 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 75 1. KẾT LUẬN 75 2. KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… v DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Giá trị của hệ số cản lăn f (theo [1]) 24 Bảng 2.2. Giá trị của K và S (theo[1]) 27 Bảng 1. ðặc ñiểm kỹ thuật của xe Hyundai 1,25 tấn theo catalor của xe 80 Bảng 2.1 Giá trị của hệ số cản lăn f (theo [1]) 82 Bảng 2.2. Giá trị của K và S (theo[1]) 82 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển ô tô 8 Hình 1.2 Quan hệ hình học của xe 14 Hình 2.1 Hệ trục tọa ñộ gắn trên ô tô 19 Hình 2.2 Quan hệ ñộng học của ô tô trong mô hình 19 Hình 2.3 Các lực tác dụng lên ô tô 22 Hình 2.4 Sơ ñồ xác ñịnh diện tích chính diện của ô tô 26 Hình 2.5 Lực tác dụng trong mặt phẳng ngang 29 Hình 2.6 ðồ thị quan hệ giữa lực bên và góc lệch bên 29 Hình 2.7 Xác ñịnh ñiểm ñặt lực F 31 Hình 2.8 Mô hình của hệ thống lái 33 Hình 2.9 Xác ñịnh góc quay bánh dẫn hướng 35 Hình 2.10 Mô hình phẳng một vết của ô tô 37 Hình 2.11 Quan hệ ñộng học của mô hình phẳng một vết 39 Hình 2.12 Xác ñịnh hệ số chống chuyển ñộng lệch của lốp 43 Hình 2.13 Sơ ñồ xác ñịnh tọa ñộ trọng tâm xe khi trở hàng 45 Hình 2.14 Sơ ñồ xác ñịnh ảnh hưởng của góc lệch cầu xe và góc quay trụ ñứng 56 Hình 3.1 Xe tải Hyundai 1.25 tấn 62 Hình 3.2 Ảnh hưởng của tải trọng ñến ñường ñặc tính tốc ñộ của góc xoay thân xe 64 Hình 3.3 Ảnh hưởng của tải trọng ñến ñường ñặc tính gia tốc bên 64 Hình 3.4 Ảnh hưởng của tải trọng ñến ñường ñặc tính tốc ñộ của góc xoay cầu lái 66 Hình 3.5 Ảnh hưởng của tải trọng ñến ñường ñặc tính tốc ñộ của góc lệch thân xe 66 Hình 3.6 Ảnh hưởng của góc xoay trụ ñứng ñến góc lệch bên của thân xe 67 Hình 3.7 ðường ñặc tính quá ñộ của xe Hyundai 1.25 tấn 69 Hình 3.8 Ảnh hưởng của vận tốc ñến các ñường ñặc tính quá ñộ 70 Hình 3.9 Ảnh hưởng của tải trọng ñến các ñường ñặc tính quá ñộ 71 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 1 LỜI NÓI ðẦU 1. Mở ñầu Trong những năm gần ñây, nền kinh tế của Việt Nam ñang trên ñà tăng trưởng mạnh, ñời sống của người dân ñang ñược nâng cao nên nhu cầu ñi lại, mua sắm các phương tiện cá nhân cũng tăng. Trong khi ñó ñiều kiện ñường xá ñược cải thiện rất nhiều, tốc ñộ trung bình của ô tô ñược nâng cao, tốc ñộ của xe tăng lên làm cho thời gian lưu thông ñược rút ngắn lại, mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế nhưng khi tăng vận tốc lên cao lại liên quan ñến vấn ñề an toàn giao thông. Hiện nay tai nạn giao thông ñang là vấn ñề thời sự nóng bỏng. ðể cải thiện vấn ñề tai nạn giao thông cần phải nâng cao ý thức của người tham gia giao thông, người ñiều khiển các loại phương tiện cơ giới trên ñường bộ: ô tô, xe máy về mặt kỹ thuật các loại phương tiện tham gia giao thông phải ñảm bảo ñược tính ñiều khiển ở mức ñộ tốt nhất tức là phải ñảm bảo ñược quỹ ñạo chuyển ñộng của ô tô khi có tín hiệu ñiều khiển của người lái xe. Xe tải ô tô Hyundai 1.25 tấn do Hàn Quốc sản xuất ñã ñược nhập vào Việt Nam với số lượng lớn. Loại xe này thường ñược sử dụng ñể vận chuyển trên các ñường nhỏ, cung ñường vận chuyển tương ñối ngắn. Trong ñó một số lượng lớn ñược sử dụng ñể vận chuyển ở ñường nông thôn. Các ñường vận chuyển ở nông thôn thường có chất lượng thấp (ña số là ñường cấp 4), mặt ñường gồ gề lòng ñường hẹp, các chỗ quay vòng trong ñường làng không thuận tiện, nhiều khi phải quay vòng gấp vì thế phải có tính cơ ñộng cao. Tính cơ ñộng của xe phụ thuộc vào nhiều yếu tố như ñặc ñiểm kỹ thuật của xe, ñiều kiện ñường xá, tải trọng chuyên chở. Các thông số kỹ thuật của xe gây ảnh hưởng ñến tính cơ ñộng bao gồm: kích thước biên, góc thoát trước, góc thoát sau, tính năng quay vòng. Trong Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 2 ñó tính năng ñiều khiển ảnh hưởng rất lớn ñến tính cơ ñộng của xe. Tính năng ñiều khiển của xe lại phụ thuộc vào bề rộng cơ sở, chiều dài cơ sở, ñặc ñiểm hệ thống lái, tải trọng chuyên chở, vận tốc chuyển ñộng và ñiều kiện mặt ñường. ðể thấy rõ hơn những ảnh hưởng trên ñối với xe Hyundai 1.25 tấn tác giả chọn ñề tài luận văn: “ Khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố tính năng ñiều khiển của xe Hyundai 1,25 tấn” với mong muốn ñóng góp một phần công sức của mình vào vấn ñề an toàn giao thông cũng như có ñược kiến thức về tính ñiều khiển và quỹ ñạo chuyển ñộng của ô tô phục vụ cho công việc của tác giả sau này. 2. Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài. Nghiên cứu ảnh hưởng của một số yếu tố ñến tính năng ñiều khiển của xe Hyundai 1.25 tấn nhằm góp phần bổ sung những cơ sở ñể khai thác có hiệu quả hơn khi sử dụng loại xe này khi vận chuyển trên ñường. - Xây dựng mô hình nghiên cứu quỹ ñạo chuyển ñộng và tính ñiều khiển ôtô Hyundai 1.25 tấn. - Giải bài toán mô hình ñã xây dựng và khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng ñến tính năng ñiều khiển của xe Hyundai 1.25 tấn: Tải trọng, vận tốc, góc xoay vành lái, làm cơ sở ñể lựa chọn các chế ñộ vận chuyển hợp lý ñảm bảo an toàn giao thông và an toàn hàng hóa . 3. Nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài - Nghiên cứu tìm hiểu tình hình sử dụng các loại xe tải ñể vận chuyển hàng hoá ở nông thôn Việt Nam. - Tìm hiểu về tính chất mặt ñường giao thông nông thôn Việt Nam. - Tìm hiểu tính năng kỹ thuật của xe Hyundai 1.25 tấn. - Tổng quan về tình hình nghiên cứu tính ñiều khiển của ô tô. - Xây dựng mô hình nghiên cứu quỹ ñạo chuyển ñộng và tính ñiều khiển ôtô Hyundai 1.25 tấn. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… 3 - Xây dựng chương trình vi tính ñể giải bài toán mô hình ñã xây dựng và khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng ñến tính năng ñiều khiển của xe Hyundai 1.25 tấn. + Ảnh hưởng của tải trọng chuyên chở và sự phân bố tải trọng trên các cầu. + Tốc ñộ chuyển ñộng. + Tốc ñộ xoay vành lái. 4. Phương pháp nghiên cứu của ñề tài Có nhiều phương pháp mô tả tính ñiều khiển của ô tô, tuy nhiên sử dụng phương pháp mô tả bằng toán học có nhiều thuận lợi hơn vì nó cho phép thông số kết cấu. Phương pháp giải gần ñúng Runge-Kutta 4 với sự hỗ trợ của phần mềm Matlab 2008. Trong phần nghiên cứu này xây dựng hệ phương trình vi phân biểu diễn mối quan hệ của góc lệch thân xe α với góc ñánh lái β v và các góc lệch của bánh xe α t,s với các thông số của xe ñể xác ñịnh tính ñiều khiển và các nhân tố ảnh hưởng ñến tính năng ñiều khiển của xe ôtô Hyundai 1.25 tấn: Tải trọng chuyên chở và sự phân bố tải trọng trên các cầu,vận tốc chuyển ñộng của xe, tốc ñộ xoay vành lái . 5. ðối tượng nghiên cứu Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng ñến tính năng ñiều khiển của xe ô tô Hyundai 1.25 tấn.(Hình ảnh và thông số kỹ thuật của xe cho trong bảng 3.1) . trình vi tính ñể giải bài toán mô hình ñã xây dựng và khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng ñến tính năng ñiều khiển của xe Hyundai 1.25 tấn. + Ảnh hưởng của tải. tượng nghiên cứu Khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng ñến tính năng ñiều khiển của xe ô tô Hyundai 1.25 tấn. (Hình ảnh và thông số kỹ thuật của xe cho trong bảng