Nghiên cứu, khảo sát khả năng điều khiển của hệ thống hạn chế trượt quay ô tô tải trên đường đất

Bài báo này trình bày các kết quả mô phỏng hiệu quả của hệ thống trên đường đất với các vùng hệ số bám và hệ số cản lăn tương ứng.

HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY Ô TÔ TẢI TRÊN ĐƯỜNG ĐẤT STUDY THE ABILITY TO CONTROL THE TRUCK DYNAMICS SYSTEM ON LAND ROAD TRẦN VĂN THOAN*, LÊ ANH VŨ, KHỔNG VĂN NGUYÊN NGUYỄN THỊ THÚY PHƯƠNG Khoa Cơ khí động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên *Email liên hệ: tranthoandlk3@gmail.com Tóm tắt Hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động làm giảm khả tăng tốc khả động ô tô Bộ điều khiển chống trượt quay bánh xe chủ động tác động điều khiển giảm mức tải động cho phù hợp với khả bám đường nhằm hạn chế trượt quay bánh xe, giúp cải thiện khả tăng tốc Tại nông thôn Việt Nam, xe tải thường xuyên hoạt động đường đất dẫn tới trường hợp bị trượt quay bánh xe chủ động Bài báo trình bày kết mơ hiệu hệ thống đường đất với vùng hệ số bám hệ số cản lăn tương ứng Từ khóa: Trượt quay bánh xe, điều khiển, đường đất, hệ số bám, hệ số cản lăn Abstract Slippage of the active wheel reduces the acceleration and maneuverability of the car The active wheel anti-slip controller reduces engine load to match the grip of the road to limit wheel slip and improve acceleration In rural Vietnam, trucks still often operate on dirt roads, leading to cases of active wheel slip This paper presents the results of simulation of the efficiency of the system on dirt roads with the respective regions of coefficient of traction and coefficient of rolling resistance Keywords: Wheel spin, controller, land road, grip coefficient, rolling resistance coefficient Mở đầu Hiện tượng trượt quay thường xảy trường hợp: Khi tăng tốc đột ngột, khởi động, xe chạy đường có độ bám thấp, Hiện tượng làm hao mòn lốp, giảm tính ổn định hướng chuyển động, tổn hao cơng suất giảm tính động ô tô 240 Tại vùng nông thôn miền núi Việt Nam, xe tải chủ yếu di chuyển loại đường đất Khi tượng trượt quay xảy dẫn đến việc lưu thông hàng hóa gặp nhiều khó khăn nguy hiểm Các hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay hướng đến điều khiển loại đường Bài báo tiến hành khảo sát hiệu điều khiển hạn chế trượt quay đề xuất nhằm cải thiện tính động học xe, qua góp phần tăng cường hiệu vận chuyển hàng hóa vùng núi nông thôn Phương pháp nghiên cứu Khi ô tô chuyển động thẳng có lực mô men tác dụng lên ô tô mô tả Hình [1], [5], [6], [7]; Hình Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô trình chuyển động thẳng Fxt: Tổng hợp phản lực dọc mặt đường tác dụng lên bánh xe bị động; Fxs: Tổng hợp phản lực dọc mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động; Fzs: Phản lực thẳng đứng từ mặt đường lên bánh xe chủ động; Fzt: Phản lực thẳng đứng từ mặt đường lên bánh xe bị động; Fwx: Lực cản khơng khí tâm diện xe; m x : Lực quán tính xe; m.g: Trọng lượng xe; m: Khối lượng xe SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 Phương trình chuyển động xe theo phương dọc sau: (1) Trong trường hợp khởi hành (có vận tốc thấp), lực cản khơng khí nhỏ nên bỏ qua (Fwx=0) Vì vậy, tơ có phương trình chuyển động: m x = 2( Fxs - Fxt ) Từ xác định gia tốc Trên đường đất khô Khi xe tải đường đất khô nông thôn, giá trị hệ số bám khoảng φ =(0,5 ÷0,6) hệ số cản lăn khoảng: f = (0,025÷0,035) [1] (2) tơ sau: 2( F - F ) xs xt x= m (3) Vận tốc chuyển động ô tô thời điểm t sau: t 2( Fxs - Fxt ) x = ò0 dt + V0 x m (4) Với Vox vận tốc ban đầu ô tơ Hình Mơ hình động lực học xe mô simulink Kết mô đường đất đặc trưng Mơ hình thực mơ chuyển động thẳng tơ tải 4x2 có thơng số Bảng 1, mức tải 90% nhằm kiểm tra khả làm việc điều khiển đường đất đặc trưng Bảng Thông số xe tải thực mô Các thông số Công thức bánh xe Mô men xoắn động lớn nhất: Giá trị 4x2 310/2500 (Nm/rpm) Hình Vận tốc, gia tốc, độ trượt bánh xe chủ động, mức tải động đườngcó hệ số bám φ =0,5; Trọng lượng tồn bộ: 7845 (kg) f = 0,035 có khơng có điều khiển Trọng lượng thân: 4430 (kg) Mơ men qn tính bánh đà 1,77 (kg.m2) Nghiên cứu tiến hành khảo sát với vùng hệ số bám φ cản lăn f cho kết quả: Trên đường có hệ số bám φ=0,5 với giá trị cản lăn trên: tín hiệu điều khiển gần khơng dẫn đến khơng có tác động thay đổi mức ga người lái mức tải động (Pnl= Pin=90%) Độ trượt bánh xe chủ động nằm vùng (λ0,3 242 (2,3s có điều khiển so với 5,5s không điều khiển) rút ngắn thời gian ô tơ đạt vận tốc v=2m/s (3,1s có điều khiển so với 3,3s khơng điều khiển) từ nâng cao khả tăng tốc ô tô Kết khảo sát đường có hệ số cản lăn f =0,1; hệ số bám φ 0,2 0,3 cho thấy: ban đầu bánh xe chủ động có độ trượt lớn, tín hiệu điều khiển tăng nhanh giúp mức tải động giảm đến giúp độ trượt giảm Khi độ trượt giảm (λ0,3 (2,2s có điều khiển so với 8,7s không điều khiển) rút ngắn thời gian ô tô đạt vận tốc v=1m/s (2,4s có điều khiển so với 2,8s khơng điều khiển) từ nâng cao khả tăng tốc ô tô Tương tự trên, kết khảo sát đường có hệ số cản lăn f = 0,15; hệ số bám φ 0,3 0,4 cho thấy: Ban đầu bánh xe chủ động có độ trượt lớn, tín hiệu điều khiển tăng nhanh giúp mức tải động giảm đến giúp độ trượt giảm Khi độ trượt SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) HỘI NGHỊ KH&CN CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC 2021 giảm (λ0,3 (3,4s có điều khiển làm tư liệu sở để tiến hành khảo sát rộng loại đường khác với điều khiển khác Các kết tổng hợp để nghiên cứu, bố trí lựa chọn điều khiển hạn chế trượt quay dòng xe tải cụ thể Lời cảm ơn: Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đề tài mã số B2020-SKH-01 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Cẩn, Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2005 Hình Vận tốc, gia tốc, độ trượt bánh xe chủ động, mức tải động đường có hệ số bám φ = 0,4; f = 0,15 có khơng có điều khiển so với 17,8s không điều khiển) rút ngắn thời gian ô tơ đạt vận tốc v=1m/s (4,5s có điều khiển so với 8,2s không điều khiển) Trên đường (f = 0,15; φ = 0,4), điều khiển làm giảm tổng thời gian độ trượt bánh xe có độ trượt λ>0,3 (1,9s có điều khiển so với 7,2s không điều khiển) rút ngắn thời gian ô tơ đạt vận tốc v=2m/s (3,7s có điều khiển so với 4,5s khơng điều khiển) từ nâng cao khả tăng tốc ô tô Từ kết mơ thấy: Trên đường đất khơ có giá trị bám lớn cản lăn nhỏ, việc có can thiệp điều khiển khơng làm cải thiện tính động xe so với khơng điều khiển Tại xe di chuyển mà không cần tới điều khiển hạn chế trượt quay Trên đường đất ướt, có can thiệp điều khiển: ban đầu bánh xe chủ động có độ trượt lớn, tín hiệu điều khiển giúp độ trượt giảm rút ngắn thời gian tăng tốc ô tô Khi xe di chuyển đường cần có điểu khiển giúp tăng cường tính động xe nhằm vận chuyển hàng hóa hiệu an tồn [12 Trần Văn Thoan, Hồ Hữu Hải, Đàm Hoàng Phúc, Dương Ngọc Khánh, Mơ hình mơ chuyển động tơ tải đường thẳng có hệ số bám khác Tạp chí Giao thơng vận tải, số Tháng 7/2017, 2017 [3] Trần Văn Thoan, Hồ Hữu Hải, Đàm Hoàng Phúc, Dương Ngọc Khánh, Khảo sát đặc tính tăng tốc tơ tải đường có hệ số bám thấp Tạp chí Cơ khí Việt Nam Số 9/2017, 2017 [4] Trần Văn Thoan, Hồ Hữu Hải, Đàm Hoàng Phúc, Dương Ngọc Khánh Nghiên cứu khả điều khiển hệ thống động lực xe tải nhằm tăng khả động xe loại đường trơn trượt khác Tạp chí Giao thơng vận tải, số Tháng 3/2018, 2018 [5] Trần Văn Thoan, Điều khiển hệ thống động lực ô tô tải nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động NXB Khoa học tự nhiên Công nghệ, 2020 [6] Michael Blundell, Damian Harty, Multibody Systems Approach to Vehicle Dynamics, 2004 [7] Reza N.Jazar (2008) Vehicle Dynamics Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 09/7/2021 07/8/2021 15/8/2021 Kết luận Bài báo tiến hành khảo sát khả điều khiển hệ thống hạn chế trượt quay ô tô tải hai loại đường đất khô ướt Từ kết mô khảo sát cho thấy cần thiết phải có điều khiển nhằm tăng tính động hiệu vận chuyển ô tô tải đường đất ướt Các kết mô động lực học phản ánh quy luật vật lý bám cản lăn ôtô Các kết SỐ ĐẶC BIỆT (10-2021) 243 ... khảo sát khả điều khiển hệ thống hạn chế trượt quay ô tô tải hai loại đường đất khô ướt Từ kết mô khảo sát cho thấy cần thiết phải có điều khiển nhằm tăng tính động hiệu vận chuyển ô tô tải đường. .. tới điều khiển hạn chế trượt quay Trên đường đất ướt, có can thiệp điều khiển: ban đầu bánh xe chủ động có độ trượt lớn, tín hiệu điều khiển giúp độ trượt giảm rút ngắn thời gian tăng tốc ô tô. .. khiển) rút ngắn thời gian ô tô đạt vận tốc v=2m/s (3,1s có điều khiển so với 3,3s khơng điều khiển) từ nâng cao khả tăng tốc ô tô Kết khảo sát đường có hệ số cản lăn f =0,1; hệ số bám φ 0,2 0,3 cho