Mô phỏng quá trình khởi hành và tăng tốc của ô tô UAZ31512 bằng phần mềm MATLAB-Simulink

Lực cản lăn

Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng, phản lực pháp tuyến của mặt đường là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất. Tuy nhiên lực Pα chỉ gây cản chuyển động khi xe lên dốc, còn khi xuống dốc nó sẽ có tác dụng đẩy xe chuyển động.

Lực cản quán tính P j

Ngược lại, khi chuyển động nhanh dần, lực quán tính sẽ chống lại sự chuyển động và gọi là lực cản quán tính. Pj’’ - lực cản quán tính do sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển độngquay không đều trên xe gây ra. Man- mô men các lực quán tính tiếp tuyến của bánh trước (bánh dẫn hướng). Jn, rn - mô men quán tính và bán kính của bánh xe dẫn hướng. Jd, Jx,Jk,Jn – tương ứng với mô men quán tính của động cơ, chi tiết quay thứ x, bánh chủ động và bánh bị động;. ix – tỷ số truyền từ chi tiết quay thứ x đến bánh chủ động. Trong đó: δa - hệ số qui đổi khối lượng tính đến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều của xe. 5) Cân bằng lực kéo và phương trình vi phân chuyển động của xe.

Cân bằng lực kéo và phương trình vi phân chuyển động của xe Phương trình cân bằng lực kéo theo nguyên lý D ’ Alambert

• Hệ thống truyền lực, phân chia mô men tới các cầu chủ động

Jd, Jx,Jk,Jn – tương ứng với mô men quán tính của động cơ, chi tiết quay thứ x, bánh chủ động và bánh bị động;. ix – tỷ số truyền từ chi tiết quay thứ x đến bánh chủ động. Trong đó: δa - hệ số qui đổi khối lượng tính đến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều của xe. 5) Cân bằng lực kéo và phương trình vi phân chuyển động của xe. Hệ thống truyền lực của ô tô và máy kéo là tập hợp của tất cả các cơ cấu nối từ động cơ đến bánh xe chủ động, bao gồm các cơ cấu truyền, cắt nối, đổi chiều quay, biến đổi giá trị mô men truyền. Các loại ô tô và máy kéo bánh thường trang bị động cơ đốt trong dùng nhiên liệu diezen hoặc xăng, ngày nay do xuất hiện các loại động cơ mới như động cơ rôto quay (động cơ wanken), động cơ sử dụng nhiên liệu hiđrô, phân hủy kim loại rắn hay thậm chí từ nước v.v… làm thay đổi cấu trúc hệ thống truyền lực.

Đối với xe có hai cầu nối cứng, khi chuyển động trên mặt đường bằng phẳng, có sự không tương ứng động học giữa các bánh xe: tốc độ vòng lý thuyết của bánh trước và bánh sau khác nhau trong khi cùng vận tốc tịnh tiến, nguyên nhân có thể sai lệch bánh xe, độ mài mòn, áp suất khí trong lốp, sự dao động của tải trọng thẳng đứng. Cụng suất ký sinh phỏt sinh rừ nột khi làm việc trong những điều kiện mà không cho phép nhận được sự khác biệt cần thiết về trị số độ trượt giữa các bánh chủ động cầu trước và cầu sau để bù lại sự không tương ứng động học giữa chúng.

Ứng dụng Matlab – Simulink khảo sát qúa trình khởi hành và tăng tốc của ô tô UAZ31512

• Mô hình toán tương tác bánh - đất .1 Động lực học bánh xe bị động

Thông thường công cị này được dùng thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống thông tin và các ứng dụng mô phỏng khác, cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ thống phi tuyến, các mô hình trong miền thời gian liên tục và gián đoạn cho kết quả nhanh chóng và chính xác. Simulink sử dụng giao diện đồ họa xây dựng và sử dụng mô hình bằng cách lựa chọn các đối tượng có sẵn trong thư viện của Simulink vào hệ thống, nhờ vậy mô hình được quan sát một cách trực quan. Từ phiên bản 7.04, Matlab có thêm Simdriveline là chương trình phát triển của simulink nhằm mục đích mô hình hóa, mô phỏng, khảo sát động lực học của cơ hệ dọc theo dòng lực trong cơ hệ.

Simdriveline cung cấp cho người sử dụng một thư viện đủ để biểu diễn và tính toán động lực học cho cho vật và hệ vật, đặc biệt là hệ thống truyền động, truyền lực trên các loại xe,… Simdriveline có thể liên kết trở lại với Matlab-Simulink để thay đổi các thông số cho phù hợp với các bài toán thật. Ở chế độ mô phỏng động lực học, Simdriveline sẽ giải phương trình chuyển động của hệ thống theo các bước thời gian bắt đầu từ điều kiện đầu và sử dụng các mô men, ràng buộc,…. Khi góc dịch chuyển tương đối của hai trục đó lớn hơn giá trị giới hạn trên hay nhỏ hơn giá trị giới hạn dưới thì nội lực lò xo, hệ số cản giảm chấn xuất hiện trong các khớp nối.

Các thông số động lực học của ly hợp gồm: mô men động cơ (Md), mô men ma sát (Mms), lực ép lên các bề mặt ma sát (P), mô men quán tính thành phần chủ động và bị động (Icd, Ibd),vận tốc góc và gia tốc góc phần chủ động và bị động.

Mô hình mô phỏng khối động cơ

Nếu tốc độ động cơ tăng đến mức cực đại mà ta chọn thì mô men quay của động cơ giảm xuống bằng không. Tín hiệu này đặc trưng cho mô men quay của động cơ, là một phần giá trị của mô men lớn nhất ở một chế độ ổn định của động cơ, thường nằm trong giới hạn từ 0 – 1, các tín hiệu của van tiết lưu nhỏ dưới 0 được coi là 0, các tín hiệu lớn 1 được cơi là 1. Để hạn chế việc khởi động lại máy và giá trị mô men từ số âm, các bộ phận cần đạt tới mức tối cao hơn tốc độ cao nhất của động cơ.

Động cơ mẫu sử dụng chương trình diễn tả mối quan hệ giữa mô men quay và tốc độ động cơ được điều khiển theo tín hiệu vam tiết lưu. Mẫu động cơ này cũng chỉ giá trị mô men quay theo yêu cầu ở một tốc độ góc nào đó khi động cơ ở trạng thái ổn định.

Mô hình mô phỏng khối ly hợp ma sát khô

Sự truyền động được đánh gía theo mối tương quan truyền động giữa trục bị động F với trục chủ động B. Khối ly hợp ma sát có thể làm việc theo hai chiều: cho phép trục bị dẫn quay hai chiều so với trục chủ động. Khớp ly hợp cần có tín hiệu áp lực vào dạng vô hướng P để điều khiển lực ma sát tác động, tín hiệu này phải dương hoặc 0, nếu nhỏ hơn 0 sẽ được hiểu là 0.

+ Được nối hoàn toàn : Các bề mặt quay không trượt, trục bi dẫn và trục dẫn được nối cứng thành một trục, mô men lớn nhất có thể được truyền hoàn toàn. - Lựa chọn chiều quay của trục bị động theo một hướng nhất định hoặc quay hai chiều so với trục chủ động.

Mô hình mô phỏng hộp số có cấp đơn giản

Hộp số của xe có nhiều số truyền, liên kết nhiều mô hình thu gọn của hộp số một cấp để xây dựng hộp số cơ khí nhiều cấp. Khối này mô tả quá trình tường tác giữa bánh xe với mặt đường, mô men quay tác động lên bánh xe được truyền thông qua trục truyền và cổng nối. Tải trọng thẳng đứng (do tải trọng của xe tác dụng lên mặt đường ) Fz là dương nếu nó hướng lên trên.

- Bán kính làm viẹc trung bình của xe: rb được tính từ tâm bánh xe đến điểm tiếp xúc với mặt đất (điểm đặt lực dọc). - Giá trị hệ số ma sát trượt khi lực dọc đạt giá trị cực đại ở tải trọng đã chọn, đơn vị tính theo %.

Mô phỏng khối thân xe

Hệ số biến dạng σK: thể hiện sự chống lại tức thời của lực dọc với tải trọng.

Phương án 2: Mức ga 50%

Khi đóng ly hợp tốc độ quay của trục khủy động cơ giảm dần do trượt giữa đĩa chủ động và đĩa bị động của ly hợp , đồng thời tốc độ quay của trục sơ cấp hộp số tăng dần. Khi đóng ly hợp tốc độ quay của trục khủy động cơ giảm dần do trượt giữa đĩa chủ động và đĩa bị động của ly hợp , đồng thời tốc độ quay của trục sơ cấp hộp số tăng dần. Đến thời điểm t = 1.3s thì bằng nhau(ω =e ωsc) và kết thúc quá trình trượt ly hợp tại đây và ô tô tăng dần vận tốc cho đến khi chuyển động độ ổn định tại thời điểm t = 18s (mất nhiều thời gian hơn phương án 1để vận tốc ổn định).

Phương án 3: Gài 1 cầu(cho một cầu chủ động) ở mức ga 80%

Đến thời điểm t = 1 thì bằng nhau(ω =e ωsc) và kết thúc quá trình trượt ly hợp tại đây và ô tô tăng dần vận tốc cho đến khi chuyển động độ ổn định tại thời điểm t = 12s.

Phương án 4: Gài 2 cầu (cho hai cầu chủ động) ở mức ga 80%

Đến thời điểm t = 1s thì bằng nhau(ω =e ωsc) và kết thúc quá trình trượt ly hợp tại đây và ô tô tăng dần vận tốc cho đến khi chuyển động ổn định tại thời điểm t = 12s. Như vậy khởi hành ô tô ở trường hợp 1 sẽ có lợi hơn rất nhiều so với trường hợp 2. - Ở trường hợp 3 và trường hợp 4: vì ở đây ta khảo nghiệm với điều kiện đường xá bình thường cho nên khi gài một cầu hay hai cầu thì vận tốc ly hợp vẫn như nhau.

Do yếu tố tác động ảnh hưởng đến tốc độ ly hợp là lực cản lăn, mà ở điều kiện đường xá tốt thì lực cản này không ảnh hưởng nhiều lắm. Chính vì vậy mà khi gài một cầu hay hai cầu thì tốc độ ly hợp cũng như nhau.