Giáo trình Động lực học ô tô Hutech

Nghiên cứu và so sánh cho thấy mô hình chuyển động của xe ôtô có độ phức tạp khácnhau, ảnh hưởng lớn đến các giải pháp kỹ thuật khi sử dụng trong các vấn đề về chuyển độngtối ưu hóa theo thời gian. Mô hình ôtô chuyển động với sự kết hợp của sức cản và động lựchọc cũng như chuyển động được coi như từ một mô hình đơn đến một mô hình kép với sứcgió khi xe chuyển động kết hợp với truyền tải. Các thao tác quay vòng ở góc 900được giảiquyết bằng cách sử dụng các phần mềm tối ưu hóa số liệu. Các kết quả thu được với các môhình khác nhau cho thấy rằng các biến quan trọng cho các hệ thống đều an toàn, chẳng hạnnhư tốc độ, góc lệch, góc trượt, đường hình học. Hơn nữa, sự khác biệt chủ yếu là trong vòngmột vài phần trăm. Kết quả cũng cho thấy rằng mặc dù kết quả đầu vào khác nhau khoảng 50100% đối với một số bộ phận của động cơ, giữa các mô hình phức tạp nhất, các chuyển độngcủa xe ta thu được kết quả là tương tự nhau. Kết luận chính của chúng tôi là điều này chophép việc sử dụng các mô hình bậc thấp khi thiết kế các hệ thống là an toàn.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ Biên soạn: TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu ThS Huỳnh Quang Thảo MỤC LỤC I MỤC LỤC MỤC LỤC …………………………………………………………………………………… I HƯỚNG DẪN .VI BÀI ĐỘNG LỰC HỌC BÁNH XE 1.1 LỐP XE VÀ VÀNH XE 1.2 HỆ TRỤC BÁNH XE VÀ LỰC TÁC DỤNG 11 1.3 ĐỘ CỨNG LỐP 14 1.4 ẢNH HƯỞNG CỦA BÁN KÍNH LỐP ĐẾN CHUYỂN ĐỘNG Ơ TƠ 18 1.5 VỆT BÁNH XE Ở TRẠNG THÁI TĨNH 22 1.5.1 Lốp tĩnh, ứng suất pháp tuyến 22 1.5.2 Lốp tĩnh, ứng suất tiếp tuyến 25 1.6 LỰC CẢN LĂN 26 1.7 CHUYỂN ĐỘNG QUAY CỦA BÁNH XE 29 1.8 LỰC DỌC VÀ TRƯỢT NGANG 33 1.9 LỰC CAMBER VÀ LỰC BÁNH XE 38 1.9.1 Lực camber 38 1.9.2 Lực bánh xe 39 BÀI ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ 48 2.1 TRƯỜNG HỢP XE ĐỨNG YÊN TRÊN ĐƯỜNG BẰNG 48 2.2 XE ĐỨNG YÊN TRÊN ĐƯỜNG NGHIÊNG 50 2.3 XE TĂNG TỐC TRÊN ĐƯỜNG BẰNG 57 2.4 XE TĂNG TỐC TRÊN ĐƯỜNG NGHIÊNG 63 2.5 XE CHUYỂN ĐỘNG TRÊN ĐƯỜNG NGHIÊNG NGANG 69 2.6 TỐI ƯU TRUYỀN LỰC VÀ PHÂN BỐ LỰC PHANH 75 2.7 XE NHIỀU CẦU 79 II MỤC LỤC BÀI ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 91 3.1 ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ 91 3.2 TRUYỀN LỰC VÀ HIỆU SUẤT 98 3.3 ĐỘNG LỰC HỌC HỘP SỐ VÀ LY HỢP 102 BÀI ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG LÁI 120 4.1 ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI 120 4.2 XE CÓ NHIỀU HƠN TRỤC 134 4.3 XE CÓ KÉO RƠ MÓC 136 4.4 LÁI CÙNG LÚC CẦU 140 BÀI ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG TREO 160 5.1 HỆ THỐNG TREO PHỤ THUỘC 160 5.2 HỆ THỐNG TREO ĐỘC LẬP 166 5.3 TÂM QUAY VÀ TRỤC QUAY 168 5.4 GÓC ĐẶT BÁNH XE VÀ HỆ THỐNG TREO 173 5.4.1 Độ chụm 173 5.4.2 Góc caster 174 5.4.3 Góc camber 175 5.4.4 Trust Angle 176 BÀI ĐỘNG LỰC HỌC LẮC DỌC LẮC NGANG 181 6.1 HỆ TRỤC TỌA ĐỘ 181 6.2 ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ TRONG MẶT PHẲNG 186 6.3 CÁC LỰC TÁC DỤNG 189 6.3.1 Hệ thống lực lốp lực thân xe 189 6.3.2 Lực ngang 192 6.3.3 Mô hình vết thành phần lực tác dụng mặt phẳng (𝒙𝒚) 6.4 193 HỆ TRỤC TỌA ĐỘ VÀ BẬC TỰ DO (DOF) 200 MỤC LỤC III 6.5 PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG 201 6.6 PHÂN TÍCH LỰC TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ 204 6.6.1 Hệ thống lực bánh xe lực thân xe 205 6.6.2 Các thành phần lực mơ hình vết 209 6.7 THỜI GIAN ĐÁP ỨNG 213 BÀI DAO ĐỘNG 225 7.1 PHẦN TỬ DAO ĐỘNG 226 7.2 PHƯƠNG PHÁP NEWTON 231 7.3 TẦN SỐ DAO ĐỘNG 233 7.3.1 Kích thích cưỡng 236 7.3.2 Kích thích sở 239 7.3.3 Kích thích lệch tâm 240 7.4 THỜI GIAN TIẾP ỨNG CỦA HỆ DAO ĐỘNG 242 7.5 PHƯƠNG PHÁP LAGRANGE 244 7.6 MƠ HÌNH ¼ XE VÀ MƠ HÌNH ½ XE 249 BÀI KHÍ ĐỘNG HỌC Ơ TƠ 263 8.1 CƠ HỌC CỦA LUỒNG KHƠNG KHÍ XUNG QUANH MỘT CHIẾC XE 263 8.2 PHÂN PHỐI ÁP SUẤT TRÊN XE 268 8.3 LỰC KHÍ ĐỘNG HỌC 271 8.4 CÁC THÀNH PHẦN LỰC CẢN GIÓ 272 8.5 HỖ TRỢ DỊNG KHÍ ĐỘNG HỌC 277 8.5.1 Ốp cản trước 277 8.5.2 Lưới cản 277 8.5.3 Cánh lướt gió xe 278 8.5.4 Kính đường viền kính 278 8.5.5 Tối ưu hóa 278 8.6 LỰC CẢN GIÓ 279 IV MỤC LỤC 8.6.1 Mật độ khơng khí 280 8.6.2 Hệ số lực cản gió 281 8.7 LỰC BÊN 284 8.8 LỰC NÂNG 285 8.9 MÔ MEN NGHIÊNG DỌC 286 8.10 MÔ MEN XOAY 287 8.11 MÔ MEN NGHIÊNG NGANG 288 8.12 ĐỘ NHẠY GIÓ NGƯỢC 289 BÀI VA CHẠM Ô TÔ 297 9.1 GIỚI THIỆU 297 9.2 TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ AN TOÀN EURO NCAP 304 9.2.1 Kiểm tra va chạm trực diện theo tiêu chuẩn Euro NCAP 304 9.2.2 Va chạm với xe khác 305 9.2.3 Khả bảo vệ người 306 9.2.4 Va chạm với chướng ngại vật bên hông 306 9.3 XẾP HẠNG AN TOÀN THEO TIÊU CHUẨN IIHS 307 9.3.1 Thử nghiệm va chạm trực diện 309 9.3.2 Kiểm tra va chạm bên 314 9.4 TIÊU CHUẨN ECE R94 317 9.5 KHƠNG GIAN AN TỒN TRONG TIÊU CHUẨN ECE R66 318 9.6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VA CHẠM 319 9.6.1 Quan hệ chuyển động hai xe va chạm 320 9.6.2 Định lí Kelvin va chạm tổng hợp lượng hấp thụ 323 9.6.3 Va chạm không tâm 325 9.6.4 Động học động lực học ô tô va chạm trực diện 325 TÀI LIỆU THAM KHẢO 337 MỤC LỤC V VI HƯỚNG DẪN HƯỚNG DẪN MÔ TẢ MÔN HỌC Tài liệu dành cho sinh viên kỹ thuật Tài liệu giới thiệu kiến thức sử dụng động lực học tơ Kiến thức sử dụng để phát triển chương trình máy tính để phân tích việc di chuyển, xử lý tối ưu hóa phương tiện giao thơng đường Mơn học giới thiệu cho sinh viên: - Động học bánh xe - Động lực học chuyển động thẳng ô tô - Động lực học hệ thống ô tô hệ thống truyền lực, hệ thống lái, hệ thống treo, động lực học quay vịng tơ - Khí động học ô tô - Dao động ô tô - Lý thuyết va chạm tơ NỘI DUNG MƠN HỌC - Bài 1: Động lực học bánh xe: Giới thiệu lốp vành tơ, góc đặt bánh xe lực tác dụng, độ cứng lốp, ảnh hưởng bán kính lốp đến chuyển động tơ, vệt bánh xe trạng thái tĩnh, chuyển động quay bánh xe, lực dọc trượt ngang, lực camber lực bánh xe - Bài 2: Động lực học chuyển động thẳng tơ Phân tích lực mơ men ô tô đứng yên đường bằng, đứng yên đường nghiêng, tăng tốc đường bằng, tăng tốc đường nghiêng, chuyển động đường nghiêng ngang Tối ưu truyền lực phân bố lực phanh - Bài 3: Động lực học hệ thống truyền lực: Động lực học động cơ, Hệ thống truyền lực hiệu suất, động lực học hộp số ly hơp, động học hệ thống ô tô - Bài 4: Động lực học hệ thống lái: Phân tích động học hệ thống lái, động lực học lái với tơ có nhiều trục, lái với tơ có kéo rơ móc, lái lúc cầu HƯỚNG DẪN - VII Bài 5: Động lực học hệ thống treo: Giới thiệu hệ thống treo phụ thuộc, hệ thống treo độc lập, xác định tâm quay trục quay, quan hệ góc đặt bánh xe đến hệ thống treo - Bài 6: Động lực học lắc dọc, lắc ngang Tìm hiểu góc tọa độ bậc tự do, xác định phương trình chuyển động phân tích lực tác dụng lên tô - Bài 7: Dao động Phần tử dao động, phương pháp Newton, tần số dao động, thời gian tiếp ứng, phương pháp Lagrange, mơ hình nửa xe mơ hình phần tư xe - Bài 8: Khí động học tơ: Giới thiệu thơng số khí động học, khí động học sinh tơ chuyển động, xác định lực mô men, tác dụng lực gió ngang, động lực học lực tác dụng bên ngồi vào tơ - Bài 9: Va chạm tô: Giới thiệu va chạm ô tô, cấu trúc khung sườn tơ, tính tốn độ an tồn cho hành khách, xây dựng mơ hình xe thiết lập tốn va chạm tơ KIẾN THỨC TIỀN ĐỀ Mơn động lực học tơ địi hỏi sinh viên có tảng Lý thuyết tơ U CẦU MƠN HỌC Người học phải dự học đầy đủ buổi lên lớp làm tập đầy đủ nhà CÁCH TIẾP NHẬN NỘI DUNG MÔN HỌC Để học tốt môn này, người học cần ôn tập học, trả lời câu hỏi làm đầy đủ tập; Đọc trước tìm thêm thông tin liên quan đến học Đối với học, người học đọc trước mục tiêu tóm tắt học, sau đọc nội dung học Kết thúc ý học, người đọc trả lời câu hỏi ơn tập kết thúc tồn học, người đọc làm tập PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ MƠN HỌC Mơn học đánh giá gồm: VIII - HƯỚNG DẪN Điểm trình: 50% Điểm chuyên cần (40%) + Điểm kiểm tra, tiểu luận (30%) + Điểm thảo luận, phát biểu, tập (30%) - Điểm thi: 50% Điểm lấy từ kiểm tra cuối kỳ tổ chức sau kết thúc học phần hình thức tự luận 90 phút BÀI 9: VA CHẠM Ơ TƠ 323 Trong đó: 𝑣1 , 𝑣2 : vận tốc ban đầu xe xe 𝑣1, , 𝑣2, : vận tốc sau va chạm xe xe Chỉ xét xe chuyển động trục va chạm tâm khoảng thời gian va chạm t: 𝑚1 𝑚2 𝑚1 ,2 𝑚2 ,2 𝑣 + 𝑣 = 𝑣 + 𝑣 + ∆𝐸′ 2 2 2 (9.5) Phương trình viết lại: 𝑚1 𝑚1 (𝑣1 − 𝑣1, )(𝑣1 − 𝑣1, ) = (𝑣2 − 𝑣2, )(𝑣2 + 𝑣2, ) + ∆𝐸′ 2 (9.6) Từ phương trình ta viết lại sau: 𝐼 𝐼 (𝑣1 + 𝑣1, ) = (𝑣2 + 𝑣2, ) + ∆𝐸′ 2 (9.7) 𝐼 ⇒ ∆𝐸 ′ = (𝑣1 − 𝑣2 ) + (𝑣1, − 𝑣2, ) (9.8) 𝐼 ⇒ ∆𝐸 ′ = (𝑃 − 𝑃′ ) (9.9) 9.6.2 Định lí Kelvin va chạm tổng hợp lượng hấp thụ Phương trình lượng hấp thụ biểu thức (9.8) gọi định lý Kelvin cho rằng: Năng lượng hấp thụ trình va chạm tỷ lệ thuận với tổng xung lực sinh nửa tổng vận tốc tương đối trước va chạm vận tốc tương đối sau va chạm Lưu ý 𝑃 𝑃 ’ ln dương Biểu thức viết sau: 𝑒= 𝑃 ⇒ 𝑃′ = 𝑒𝑃 𝑃′ Với 𝑃 vận tốc tương đối trước va chạm xe Với 𝑃 ’ vận tốc tương đối sau va chạm xe (9.10) 324 BÀI 9: VA CHẠM Ô TÔ Giá trị lượng 𝑒 tiến va chạm đàn hồi hồn tồn, khơng bị 𝑒 tiến va chạm mà xe không tách Từ phương trình (9.2) phương trình (9.3) viết lại sau: 𝑣1 = 𝐼 + 𝑣1, 𝑚1 𝑣2 = −𝐼 + 𝑣2, 𝑚1 (9.11) (9.12) Lấy 𝑣1 – 𝑣2 ta được: 𝑣1 − 𝑣2 = 𝑃 = 𝐼 ( 1 + ) + 𝑃′ 𝑚1 𝑚2 (9.13) Ta viết lại I sau: 𝐼 = 𝑚𝑒 (𝑃 − 𝑃′ ) (9.14) 𝑚𝑒 hệ số khối lượng hệ thống: 𝑚𝑒 = Thay 𝑃 ′ 𝑚1 𝑚2 𝑚1+ 𝑚2 (9.15) = 𝑒𝑃 𝐼 vào phương trình 9.8 ta được: ∆𝐸 ′ = (1 − 𝑒 ) [ 𝑚𝑒 𝑃2 ] ∆𝐸 = 𝑚𝑒 𝑃2 ∆𝐸 ′ = (1 − 𝑒 )∆𝐸 (9.16) (9.17) (9.18) BÀI 9: VA CHẠM Ô TÔ Lưu ý 325 ∆𝐸 tổng lượng va chạm hai xe va chạm ∆𝐸 ′ lượng hấp thụ va chạm kết cấu vật liệu chế tạo hai xe 9.6.3 Va chạm không tâm Giả sử cho hai xe chuyển động va chạm lệch tâm Được thể hình 9.11 Hình 9.11 Va chạm khơng tâm 𝑣1 vận tốc xe 𝑣2 vận tốc xe 2, ngược chiều với 𝑣1 Tốc độ xe 2, bên phải, 𝑣2 , hướng ngược chiều 𝑣1 Hai xe va chạm không tâm, sau va chạm xe bị biến dạng chuyển động vận tốc 9.6.4 Động học động lực học ô tô va chạm trực diện Giả thuyết cho xe va chạm trực diện vào vật cản tuyệt đối cố định xe dừng lại mà khơng có tượng dội ngược lại sau va chạm Tức xem biến dạng đầu xe va chạm biến dạng dẻo hoàn toàn hệ số phản hồi ε tính sau: 𝑣 𝜀=| | 𝑣0 Với: (9.19) 326 BÀI 9: VA CHẠM Ô TÔ 𝑣 – Vận tốc bắt đầu va chạm 𝑣0 – Vận tốc sau va chạm với vật cản Nếu gọi 𝑣 vận tốc bắt đầu va chạm 𝑣0 vận tốc sau va chạm với vật cản 𝑣0 = 𝑣 # Hình 9.12 Mơ hình xe va chạm với vật cản Toàn động thời điểm va chạm: 𝐸𝑘 = 𝑚𝑣02 va chạm dẻo tuyệt đối biến thành công biến dạng, tức là: ∆𝑥𝑚𝑎𝑥 𝐸𝑘 = 𝑚𝑣02 = ∫ 𝐹(∆𝑥,𝑣) 𝑑𝑥 (9.20) Trong đó: 𝐹 : Lực biến dạng tức thời (lực gây biến dạng) ∆𝑥: Độ biến dạng tức thời đầu xe 𝑣: Độ giảm vận tốc xe ∆𝑥𝑚𝑎𝑥 : Độ biến dạng cực đại đầu xe sau dừng 𝑚: Khối lượng toàn xe Nếu ôtô va chạm với vật cản cứng tuyệt đối độ lớn biến dạng tức thời độ dịch chuyển phần thân xe không biến dạng, tức 𝑥 = ∆𝑥 BÀI 9: VA CHẠM Ô TƠ 327 Phương trình chuyển động xe thời điểm va chạm với vật cản là: 𝑚𝑥̈ + 𝐹 = (9.21) Chúng ta nghiên cứu khả xảy lực biến dạng: 𝐹 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝐹 = 𝑐∆𝑥 (lực biến dạng phụ thuộc tuyến tính vào độ biến dạng, c số độ cứng đầu xe) 𝐹 = 𝑘∆𝑥̇ (lực biến dạng phụ thuộc tuyến tính vào vận tốc biến dạng, 𝑘 hệ số biến dạng đầu xe.) Chúng ta ký hiệu gia tốc chậm dần cực đại cho phép va chạm với vật cản cứng 𝑎𝑚𝑎𝑥 theo quan điểm sinh học khả chịu đựng thể người Mặt khác giả thuyết rằng, trường hợp gia tốc chậm dần cực đại 𝑎𝑚𝑎𝑥 vận tốc va chạm 𝑣0 điều có giá trị giống Sau tính tốn độ biến dạng cực đại đầu xe va chạm cho khả trên: Đặc tính biến dạng khơng đổi đầu trước xe (F = const) Từ phương trình (9.20) ta suy ra: −𝑥 = 𝐹 𝑚 = 𝑎𝑚𝑎𝑥 (9.22) Nếu F = const theo (9.19) ta có: 𝑚𝑣02 = 𝐹∆𝑥𝑚𝑎𝑥 (9.23) Từ tính độ biến dạng cực đại: ∆𝑥𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑣02 𝑣02 = = 2𝐹 2𝑎𝑚𝑎𝑥 Đặc tính biến dạng tuyến tính đầu trước xe (𝑭 = 𝒄∆𝒙) Thay lực biến dạng 𝐹 = 𝑐∆𝑥 vào phương trình (2.19) nhận được: (9.24) 328 BÀI 9: VA CHẠM Ô TÔ ∆𝑥𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑣02 = ∫ 2 𝑐∆𝑥 𝑑𝑥 = 𝑐∆𝑥𝑚𝑎𝑥 (9.25) Đồng thời ta có: 𝐹𝑚𝑎𝑥 𝑎= (9.26) ; 𝐹𝑚𝑎𝑥 = 𝑐∆𝑥𝑚𝑎𝑥 𝑚 Suy ra: ∆𝑥𝑚𝑎𝑥 (9.27) 𝐹𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑎𝑚𝑎𝑥 𝑚 = = = 𝑣0 √ 𝑐 𝑐 𝑐 𝑚𝑎𝑚𝑎𝑥 ⇒𝑐= 𝑣02 (9.28) Từ tính độ biến dạng cực đại: ∆𝑥𝑚𝑎𝑥 𝑚𝑎𝑚𝑎𝑥 𝑣02 = = 𝑐 𝑎𝑚𝑎𝑥 (9.29) Như vậy, lực biến dạng phụ thuộc tuyến tính vào độ biến dạng (biến dạng dẻo) giá trị với trường hợp 𝑎𝑚𝑎𝑥 𝑣0 độ biến dạng trường hợp lớn gấp lần so 𝐹 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 Lực biến dạng phụ thuộc tuyến tính vào vận tốc biến dạng (𝑭 Bởi = 𝒌∆𝒙̇ ) 𝑥 = 𝑥 phương trình chuyển động (2.20) có dạng: 𝑚𝑥̈ + 𝑘𝑥̇ = (9.30) Giải phương trình (2.29) nhận độ dịch chuyển phần không biến dạng thân xe va chạm: −𝑘 𝑚 𝑥 = 𝑣0 (1 − 𝑒 𝑚 𝑡 ) 𝑘 Và vận tốc dịch chuyển va chạm: 𝑥 = 𝑣0 −𝑘 𝑚 (1 − 𝑒 𝑚 𝑡 ) 𝑘 (9.31) BÀI 9: VA CHẠM Ô TÔ 329 (9.32) 𝑘 𝑥̇ = 𝑣0 𝑒 𝑚𝑡 (9.33) ∆𝑥̇ = 𝑣0 thời điểm ban đầu va chạm t = 0, Vận tốc biến dạng lớn để thỏa mãn điều kiện |𝑥̈ | = 𝑎𝑚𝑎𝑥 theo (2.29) cần phải có: |𝑥̈ | = 𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝑘 𝑣 𝑚 (9.34) Nghĩa là: 𝑚𝑎𝑚𝑎𝑥 𝑘= (9.35) 𝑣0 Biến dạng đàn hồi định luật Hooke Theo định luật Hooke: Biến dạng tỉ đối 𝜀 rắn phụ thuộc vào độ lớn lực tác dụng 𝐹 mà phụ thuộc vào tiết diện ngang lực tác dụng 𝐹 lớn tiết diện 𝑠 Nếu 𝑠 nhỏ 𝜀 = 𝛼𝜎 lớn Như vậy, giới hạn đàn hồi, độ biến dạng tỉ đối vật rắn (đồng chất, hình trụ) tỷ lệ thuận với ứng suất tác dụng vào vật đó: 𝜎= 𝐹 𝑠 (9.36) Với: 𝛼: hệ số tỷ lệ phụ thuộc chất liệu vật rắn (N/m) 𝜎: ứng suất Đơn vị đo σ pascan (Pa) Biến dạng đàn hồi biến dạng bị sau bỏ tải trọng Biến dạng đàn hồi tuân theo định luật Hooke Đại lượng đặc trưng cho tính đàn hồi vật rắn hệ số phụ thuộc biến dạng vật rắn vào ứng suất tác động lên Trong trường hợp ứng suất, có thành phần đối 𝜎, Mơ đun đàn hồi 𝐸 hệ số tỷ lệ ứng suất 𝜎 biến dạng dài tương 𝜀 theo công thức 𝜎 = 𝐸𝜀 , 𝐸 gọi mô đun đàn hồi (mô đun Young) Mô đun đàn hồi có thứ ngun ứng suất (lực diện tích) Mô đun đàn hồi vật phụ thuộc vào thành phần hố học, q trình xử lí, điều kiện nhiệt độ Với trạng thái ứng suất pháp đơn giản, chúng biểu diễn công thức: 330 BÀI 9: VA CHẠM Ơ TƠ 𝜎 = 𝐸𝜀 (9.37) Trong đó: 𝜀 : độ biến dạng 𝐸 : mô đun đàn hồi pháp tuyến hay mô đun Young đặc trưng cho tính đàn hồi vật rắn Đơn vị Pa Định luật Poisson Hệ số Poisson hay tỉ số Poisson (kí hiệu ν) đặt theo tên nhà vật lí SiméonDenis Poisson tỉ số độ biến dạng hông (độ co, biến dạng co) tương đối biến dạng dọc trục tương đối (theo phương tác dụng lực) Khi đối tượng kéo dài, độ dài đối tượng có xu hướng tăng độ dày đối tượng giảm Tương tự vậy, đối tượng bị nén chiều dài độ dày đối tượng tăng lên Tỷ lệ co lại kéo dài đối tượng gọi tỷ lệ Poisson Hình 9.13 Phương tác dụng lực lên vật rắn nén Hệ số Poisson phần lớn vật liệu nằm khoảng (0 ÷ 0,5) với thép 0,3 Khi vật liệu bị nén dọc trục: v=− 𝜀𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 𝜀𝑥 =− 𝜀𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙 𝜀𝑦 (9.38) ν: hệ số Poisson 𝜀𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠 : biến dạng ngang (biến dạng hơng); có giá trị âm chịu kéo, dương chịu nén 𝜀𝑎𝑥𝑖𝑎𝑙 : biến dạng dọc trục (có giá trị dương chịu kéo, âm chịu nén) BÀI 9: VA CHẠM Ô TÔ 331 332 BÀI 9: VA CHẠM Ơ TƠ TĨM TẮT 9.1 Giới thiệu Va chạm xe thực tế va chạm với chướng ngại vật di chuyển va chạm với vật thể đứng yên khác cây, cột điện cầu nối Nói chung, chuyên gia an toàn phân loại vụ va chạm va chạm trực diện, bên hơng, phía sau lật xe Hơn nữa, xe gặp cố phạm vi tốc độ rộng, tồn phần giây, chẳng hạn xe đâm vào cây, vài giây Những yếu tố thúc đẩy số nhiệm vụ phức tạp liên quan đến thiết kế cấu trúc xe đáp ứng hạn chế tai nạn cho tất tình va chạm giả lập, dàn dựng phân tích vụ tai nạn xe giới cung cấp thông tin quan trọng hiệu suất an toàn xe Ngày nay, nỗ lực an toàn tập trung vào khả tránh va chạm Trong thập kỷ qua, nhà sản xuất ô tô bổ sung nhiều tính để giúp người lái tránh khỏi cố, chẳng hạn hệ thống chống bó cứng, thiết bị kiểm sốt lực kéo đèn chạy ban ngày Ngoài ra, xe trang bị loạt hệ thống hạn chế tác động va chạm cột lái hấp thụ lượng, dây đai ba điểm, túi khí phía trước bên hơng hạn chế đầu để giảm nguy chấn thương 9.2 Tiêu chuẩn đánh giá an toàn xe NCAP 9.3 Xếp hạng an toàn theo tiêu chuẩn IIHS 9.4 Tiêu chuẩn ECE R94 9.4 Khơng gian an tồn tiêu chuẩn ECE R66 9.5 Cơ sở lý thuyết va chạm Gọi t thời điểm hai xe bắt đầu va chạm, t’ thời điểm kết thúc biến dạng vật liệu khung xương hai xe Theo định luật Newton lực tác động lên xe với lực tác động lên xe 2, 𝐹 lực tác động lên xe xe khoảng thời gian từ 𝑡 đến 𝑡’ Khi xung lực sinh xác định sau: BÀI 9: VA CHẠM Ô TÔ 333 𝑡, 𝐼 = ∫ 𝐹𝑑𝑡 𝑡 Trong đó: 𝐹 lực va chạm 𝐼 xung lực tuyến tính Áp dụng nguyên tắc xung tuyến tính momen động lượng xe thời gian trước sau va chạm 𝑚1 𝑣1 − 𝐼 = 𝑚 𝑣1, 𝑚2 𝑣2 + 𝐼 = 𝑚 𝑣2, Trong đó: Trong đó: 𝑣1 , 𝑣2 : vận tốc ban đầu xe xe 𝑣1, , 𝑣2, : vận tốc sau va chạm xe xe Chỉ xét xe chuyển động trục va chạm tâm khoảng thời gian va chạm t: 𝑚1 𝑚2 𝑚1 ,2 𝑚2 ,2 𝑣 + 𝑣 = 𝑣 + 𝑣 + ∆𝐸′ 2 2 2 Phương trình viết lại: 𝑚1 𝑚1 (𝑣1 − 𝑣1, )(𝑣1 − 𝑣1, ) = (𝑣2 − 𝑣2, )(𝑣2 + 𝑣2, ) + ∆𝐸′ 2 334 BÀI 9: VA CHẠM Ô TÔ CÂU HỎI ÔN TẬP Bài tập 1: Một ô tô thả trôi cho chuyển động từ đỉnh dốc Chiếc xe lăn xuống khơng có tiếng động dọc theo đường thẳng khơng ma sát, dính với ô tô khác có khối lượng nhỏ đứng yên, sau hai xe chuyển động xuống mà khơng có ma sát Xét hai xe hệ từ thời điểm bắt đầu lăn xuống hai xe dính với Trả lời câu hỏi có khơng sau (a) Cơ hệ có bảo tồn khơng? (b) Động lượng hệ có bảo tồn khơng? Tiếp theo, xét q trình tơ thứ bắt đầu lăn xuống dốc Đối với hệ ô tô Trái đất: (c) có bảo tồn khơng? (d) động lượng có bảo tồn khơng? Cuối cùng, xét hệ hai ô tô kết nối với nhau: (e) có bảo tồn khơng? (f) động lượng có bảo tồn khơng? Bài tập 2: Trong thử nghiệm va chạm, xe có khối lượng 1500 kg va chạm với tường hình 9.14 Vận tốc xe trước sau va chạm 15 m/s 2,6 m/s (a) Va chạm kéo dài 0.15 s, tìm xung lực vụ va chạm lực trung bình tác dụng lên xe (b) Điều xảy xe khơng bật khỏi tường? Giả sử tốc độ cuối xe không khoảng thời gian va chạm mức 0.15 s Điều lực lớn nhỏ tác dụng lên xe khơng? BÀI 9: VA CHẠM Ơ TƠ 335 Hình 9.14 Thử nghiệm va chạm Dùng cơng thức sau để tính lực trung bình: Bài tập 3: Một xe nặng 1800 kg dừng đèn giao thơng bị xe khác nặng 900 kg húc từ phía sau Hai xe vướng vào chuyển động dọc theo đường thẳng mà xe nhẹ ban đầu chuyển động Trước va chạm xe nhẹ chạy với tốc độ 20 m/s, hỏi tốc độ hai xe sau va chạm bao nhiêu? Bài tập 4: Tại ngã ba, xe nặng 1500 kg chạy hướng đông với tốc độ 25 m/s va chạm với xe tải nặng 2500 kg chạy phía bắc với tốc độ 20 m/s hình 9.15 Hãy tìm hướng độ lớn vận tốc xe sau va chạm, giả sử xe dính vào với sau va chạm 336 BÀI 9: VA CHẠM Ô TÔ Hình 9.15 Va chạm tơ Bài tập 5: Một xe nặng 1200 kg chạy với tốc độ VCi = 25 m/s theo hướng đơng đâm vào phía sau xe tải nặng 9000 kg di chuyển hướng với tốc độ VTi = 20.0 m/s (hình 9.16) Vận tốc xe sau va chạm VCf =18.0 m/s phía đơng (a) Hỏi vận tốc xe tải sau va chạm bao nhiêu? (b) Độ biến thiên hệ xe – xe tải va chạm bao nhiêu? (c) Giải thích biến thiên Hình 9.16 Va chạm tơ TÀI LIỆU THAM KHẢO 337 TÀI LIỆU THAM KHẢO Reza N.Jazar (2008) Vehicle Dynamics Theory and Application Dept of Mechanical Engineering Manhattan College Thomas D Gillespie(1992).Fundamentals of vehicle dynamics-Society of Automotive Engineers Society of Automotive Engineers, Inc Đặng Q (2010) Giáo trình tơ Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM Lâm Mai Long (2001) Giáo trình học chuyển động tơ ( dùng cho học viên cao học) Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM Nguyễn Công Thành (2018) Nghiên cứu nâng cao tính an tồn người tơ khách giường nằm xảy va chạm trực diện Luận văn thạc sĩ, Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM Võ Văn Hường (2014) Động lực học ô tô Nhà xuất giáo dục Việt Nam https://www.iihs.org/ratings/about-our-tests ... thông đường Môn học giới thiệu cho sinh viên: - Động học bánh xe - Động lực học chuyển động thẳng ô tô - Động lực học hệ thống ô tô hệ thống truyền lực, hệ thống lái, hệ thống treo, động lực học. .. chuyển động tơ, vệt bánh xe trạng thái tĩnh, chuyển động quay bánh xe, lực dọc trượt ngang, lực camber lực bánh xe - Bài 2: Động lực học chuyển động thẳng ô tô Phân tích lực mô men ô tô đứng... động đường nghiêng ngang Tối ưu truyền lực phân bố lực phanh - Bài 3: Động lực học hệ thống truyền lực: Động lực học động cơ, Hệ thống truyền lực hiệu suất, động lực học hộp số ly hơp, động học