Trong lượng ô tô m=1000kg; Số bánh xe trên 1 cầu 02
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước: 1,4m Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau: 1,6 m Chiều cao trọng tâm h=0,5 m
Diện tích cản chính diện 3m Hệ số cản không khí : k=0,4 Mật độ không khí 1,18 kg/m3
Góc dốc mặt đường : 15 0
Các thông số đưa vào mô hình thân xe gồm góc dốc, lực cản không khí, độ mở bướm ga.(hình 3.10) 14 14.5 15 15.5 Goc doc -1 -0.5 0 0.5 1
Luc can khong khi
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Time (sec) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Do mo buom ga
Hình 3.11 – Các thông số đưa vào mô hình khối thân xe 3.2.3. Các thông số khác
Ngoài các thông số trên các thông số đưa vào mô hình tính toán động lực học của ô tô bao gồm: bán kính bánh xe rd=0,3m;
mô men quán tính của bánh xe Ibx=1 kg/m2
Đặc tính của biến mô men động cơ, tỉ số truyền hộp số, điều kiện đường, kiểu vi sai trung tâm và vi sai giữa các bánh xe… trong phần tiếp theo, khi mô phỏng tác giả tiến hành lựa chọn tùy thuộc vào từng điều kiện khai thác cụ thể.
Hình 3.12 – Đặc tính của biến mô men trong hệ thống truyền lực 3.3. Mô phỏng và phân tích kết quả
3.3.1. Trường hợp ô tô sử dụng dẫn động 4 bánh, vi sai giữa các bánh xe kiểu bánh răng côn thông thường, vi sai trung tâm kiểu Viscous. kiểu bánh răng côn thông thường, vi sai trung tâm kiểu Viscous.
Tiến hành mô phỏng với các thông số đầu vào như trong mục 3.3. trong thời gian 6s, nhận được các kết quả sau.
Hình 3.14 - Tốc độ trên trục bánh bơm và bánh tua bin biến mô
Hình 3.16 - Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe cầu sau
Hình 3.17 - Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe cầu trước
Hình 3.19- Qui luật thay đổi độ mở bướm ga động cơ
Để nghiên cứu ảnh hưởng của mức ga động cơ đến động học của ô tô tác giả đã tiến hành mô phỏng để xác định vận tốc của ô tô với qui luật mở bướm gia như trình bày trên hình 3.17.Kết quả tính toán động lực học và động học của ô tô khi độ mở bướm ga cực đại 0,8 trình bày trên các hình từ 3.19 đến 3. Trên hình 3.19 trình bày kết quả tính toán sự phụ thuộc của mức ga động cơ đến vận tốc chuyển động của ô tô. Phân tích kết quả cho thấy vận tốc của ô tô tăng khi mức ga tăng. Trong thời gian khoảng 2,5 s đầu khi độ mở bướm ga khác nhau vận tốc ô tô gần như không có sự chênh lệch. Ở giai đoạn sau cho thấy mức ga càng lớn vận tốc của ô tô đạt được càng lớn.
Hình 3.20 - Biến thiên vận tốc của ô tô theo thời gian với độ mở bướm ga khác nhau
Phản lực tác dụng lên các bánh xe cầu trước và cầu sau khi độ mở bướm ga th=0,8 trình bày trên hình 3.20, còn trên hình 3.21 là đồ thị biểu diễn giá trị
các phản lực này khi độ mở bướm ga khác nhau, kết quả tính toán phản lực pháp tuyến khi độ mở bướm ga bằng 0,4 và 0,8 cho thấy, ở 2,5 s đầu tiên giá trị của các phản lực pháp tuyến trong hai trường hợp giống nhau, ở giai đoạn sau đó giá trị phản lực pháp tuyến khi độ mở bướm ga là 0,8 tăng lớn hơn điều này được giải thích là do giai đoạn sau vận tốc và gia tốc của ô tô tăng lên làm tăng giá trị của lực cản không khí và lực cản quán tính tác dụng lên ô tô do đó giá trị phản lực pháp tuyến cũng tăng theo.
Hình 3.21 - Kết quả tính toán phản lực ở cầu trước và sau khi độ mở bướm ga thmax=0.8
Hình 3.22 - So sánh kết quả tính toán phản lực ở cầu trước khi độ mở bướm ga khác nhau
Hình 3.23 - So sánh kết quả tính toán phản lực ở cầu sau khi độ mở bướm ga khác nhau
Như vậy, sử dụng mô hình mô phỏng đã xây dựng cho phép xác định được các lực tác dụng lên ô tô, vận tốc chuyển động ô tô tương ứng với mức độ khác nhau của công suất động cơ cũng như xác định được các giá trị lực tác dụng lên các khâu của hệ thống truyền lực…
3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai giữa các bánh xe đến khả năng động học và động lực học của ô tô động học và động lực học của ô tô
Để nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu vi sai giữa các bánh xe đến tính năng động học và động lực học của ô tô, các tác giả đã đi xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực bằng phần mềm Matlab - Simulink với hai trường hợp:
-Vi sai giữa các bánh xe là vi sai tự khóa kiểu cảm biến mô men Torsen. Torsen là viết tắt của hai từ Torque (momen) và sensor (cảm biến). Về cơ bản thành phần cấu tạo của vi sai tự khóa loại này gồm bộ truyền trục vít.
Trong thư viện mô phỏng của Simulink đã có sẵn phần tử loại này.
a)
b)
Hình 3.24 - Sự phụ thuộc của vận tốc và gia tốc theo thời gian
a) khi sử dụng vi sai bánh xe loại Torsen; b) vi sai bánh xe loại mở
Hình 3.25- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của ô tô khi sử dụng vi sai bánh xe khác nhau
Kết quả tính toán lực quán tính của ô tô sử dụng vi sai trung tâm kiểu viscous và vi sai bánh xe sử dụng hai kiểu khác nhau kiểu mở và kiểu trục vít Torsen cho thấy, ở giai đoạn 4,4 s đầu tiên lực quán tính chuyển động tịnh tiến của ô tô không có sự khác biệt. Tuy nhiên, ở giai đoạn sau 4,4 s thì lực quán tính của ô tô trong trường hợp sử dụng vi sai giữa các bánh xe có giá trị lớn hơn. Điều này được giải thích là do trong thời gian 4,4 s đầu tiên mặc dù vận tốc của ô tô đạt được khác nhau nhưng gia tốc của chuyển động lại bằng nhau, ở giai đoạn sau do trục trung tâm đã đạt đến tốc độ mà ở đó có sự khác nhau về đặc tính làm việc, khả năng truyền công suất của bộ vi sai trục vít và visai Viscous làm cho gia tốc của ô tô có sự khác nhau dẫn đến sự khác nhau về lực quán tính chuyển động ô tô trong hai trường hợp này.
Hình 3.26 Biến thiên tốc độ theo thời gian khi sử dụng vi sai bánh xe khác nhau
Trên hình 3.25 đưa ra kết quả tính toán vận tốc ô tô từ khi khởi hành tại chỗ khi bánh xe bên trái và bên phải có sự khác nhau về hệ số bám. Từ đồ thị hình 3.25 cho thấy, khi sử dụng vi sai Torsen ở giữa các bánh xe giúp cho ô tô đạt được vận tốc lớn hơn trong cùng một khoảng thời gian, hay nói cách khác gia tốc của ô tô khi sử dụng vi sai tự khóa Torsen lớn hơn khi dùng bộ vi sai côn thông thường. Điều này đạt được là do vi sai trục vit torsen tự động khóa lại trong trường hợp này.
3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai trung tâm đến khả năng động học và động lực học của ô tô và động lực học của ô tô
Để nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai trung tâm đến động học và động lực học theo phương dọc của ô tô tác giả tiến hành khảo sát bằng các mô hình mô phỏng khác nhau
Trường hợp 1: Khi ô tô sử dụng vi sai bánh xe kiểu mở và vi sai trung tâm lần lượt sử dụng các loại: loại mở, loại bám dính viscous, loại khóa và kết nối trục trực tiếp.
Trường hợp 2: Khi ô tô sử dụng vi sai bánh xe kiểu Torsen và vi sai trung tâm lần lượt sử dụng các loại: loại mở, loại bám dính viscous, loại khóa và kết nối trục trực tiếp.
Hình 3.27 - Quan hệ giữa lực cản không khí Pw theo thời gian khi sử dụng các loại vi sai trung tâm khác nhau
Hình 3.28 - Sự thay đổi của lực cản quán tính theo thời gian khi sử dụng vi sai bánh xe loại Torsen vi sai trung tâm khác nhau
a)
b)
Hình 3.29 - Quan hệ giữa vận tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô theo thời gian khi sử dụng vi sai trung tâm kiểu khác nhau
a- Sử dụng vi sai bánh xe loại Torsen; b - Sử dụng vi sai bánh xe loại mở
Các kết quả tính toán vận tốc của ô tô theo thời gian khi sử dụng ba loại vi sai trung tâm khác nhau: loại vi sai mở, loại vi sai khóa lockup và vi sai kết nối dính (viscous) đều cho thấy, sử dụng vi sai trung tâm loại khóa lockup giúp cho ô tô có đặc tính tăng tốc tốt hơn cả, vi sai mở có đặc tính kém nhất. Lực cản không khí (hình 3.26) khi sử dụng vi sai khóa lockup lớn nhất do lực cản này tỉ lệ với bình phương giá trị vận tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô. Tương tự lực cản quán tính tỉ lệ thuận với gia tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô, do khi sử dụng vi sai khóa lock up giúp ô tô tăng tốc tốt nhất nên lực này lớn nhất tương ứng với trường hợp sử dụng vi sai khóa lockup và nhỏ nhất khi sử dụng vi sai mở (vi sai côn thông thường không tăng ma sát).
3.4. Kết luận chương 3
Chương 3 đã trình bày mô hình nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai giữa các bánh xe và vi sai trung tâm giữa các cầu xe đến khả năng động học và động lực học của ô tô với sự trợ giúp của phần mềm Simulink Simscape. Kết quả nghiên cứu cho thấy:
- Kiểu vi sai giữa các bánh xe và vi sai trung tâm có ảnh hưởng lớn đến động lực học theo phương dọc của ô tô;
- Visai giữa các bánh xe loại torsen giúp ô tô có khả năng tăng tốc tốt hơn loại vi sai bánh răng côn thông thường;
- Khi sử dụng ba loại vi sai trung tâm khác nhau: loại vi sai mở, loại vi sai khóa lockup và vi sai kết nối dính (viscous) đều cho thấy, sử dụng vi sai trung tâm loại khóa lockup giúp cho ô tô có đặc tính tăng tốc tốt hơn cả, vi sai mở có đặc tính kém nhất.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Việc nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô có ý nghĩa hết sức quan trọng trong giai đoạn ban đầu khi nghiên cứu thiết kế ô tô nói chung và hệ thống truyền lực nói riêng.
Trong luận văn cao học này, tác giả đã hoàn thành được một số nội dung sau :
- Xây dựng được mô hình toán học dùng cho việc nghiên cứu ảnh hưởng của sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô 2 cầu dẫn động 4 bánh kiểu 4WD và 4x2 với cầu trước chủ động đến động lực học theo phương dọc của ô tô.
- Xây dựng các mô hình ô tô với hệ thống truyền lực 4DW ứng với các kiểu vi sai bánh xe và vi sai trung tâm khác nhau bằng công cụ Simulink -Simscape - Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai bánh xe, vi sai trung tâm đến động học và
động lực học theo phương dọc của ô tô Các kết quả nghiên cứu cho thấy :
- Kết cấu của vi sai trung tâm và vi sai bánh xe có ảnh hưởng lớn đến động học và động lực học của ô tô.
- Với cùng kiểu vi sai trung tâm, ô tô sử dụng vi sai tự khóa kiểu Torsen có khả năng tăng tốc lớn hơn so với ô tô sử dụng vi sai bánh răng côn không tăng ma sát.
- Với cùng kiểu vi sai bánh xe, trong ba loại vi sai trung tâm kết nối cầu trước với cầu sau : vi sai khóa lockup, vi sai Viscous và vi sai bánh răng côn thì kiểu vi sai khóa lockup giúp cho ô tô đạt được gia tốc lớn nhất, ô tô trang bị vi sai bánh răng côn sẽ đạt được gia tốc nhỏ nhất khi ô tô khởi hành tại chỗ.
Tuy nhiên, do trình độ có hạn và thời gian thực hiện luận văn ngắn nên đề tài vẫn chưa giải quyết được một số vấn đề một cách triệt để. Đề tài có thể được hoàn thiện theo hướng sau:
- Xây dựng mô hình tổng thể chi tiết hơn, trong đó có kể đến ảnh hưởng tương hỗ của dao động hệ thống treo và các hệ thống khác... đến động lực học ô tô. - Nghiên cứu chi tiết hơn tương tác giữa bánh xe với mặt đường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1.Võ Văn Hường, Nguyễn Tiến Dũng, Dương Ngọc Khánh, Đàm Hoàng Phúc, Động lực học ô tô, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam, 2014.
2.Nguyễn Hữu Cẩn, Lý thuyết ô tô máy kéo, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2005
3.Nguyễn Khắc Trai, Hệ thống truyền lực xe con, NXB GTVT, Hà Nội 2000. 4. Nguyễn Minh Tú, Khảo sát động lực học ô tô bằng mô hình ¼, Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2012.
5. Trần Văn Tùng (2017) Nghiên cứu động lực học dọc liên hợp máy kéo bốn bánh và rơ mooc một trục khi vận hành trên đường lâm nghiệp. Luận án tiến sĩ kỹ thuật. Trường đại học Lâm Nghiệp.
6. Nguyễn Ngọc Tú (2013), Nghiên cứu tính ổn định của ô tô kéo moóc, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
7.Lê Thanh Hải(2009) Thiết lập mô đun tính toán mô hình lốp phi tuyến nhằm giải bài toán quỹ đạo chuyển động của ô tô, Luận án thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà nội.
8. TS. Trần Văn Nghĩa, Tin học ứng dụng trong thiết kế cơ khí, Nhà xuất bản Giáo dục, 2004
Tiếng Anh
9. Reza N. Jazar Vehicle Dynamics: Theory and Applications, Springer 2008. 10. Rajesh Rajamani, Vehicle Dynamics and Control, Springer 2012
11. Pacejka H. Tire and Vehicle Dynamics, 3rd Edition. — Butterworth- Heinemann, Elsevier, 2012. 629 p. — ISBN: 978-0-08-097016-5.
12. Giancarlo Genta, The Automotive chassis, Vol 1, Springer, 2009.
13 Robert L. Woods, Kent L. Lawrence; Modeling and Simulasion of Dynamic System; Prentice - Hall International, Inc 1998
14. Robert H. Bishop; Modem Control Systems Analasis And Design Using Matlab And Simulink; Addison-Wesley, 1999
www.mathwork.com Tiếng Nga 15 Селифонов В.В. Теория автомобиля – М.: ООО«Гринлайт», 2009. – 208 с. 16 Конструкция автомобиля. Шасси/ Под общ. ред. А.Л. Карунина. – М.: МАМИ, 2000. – 528 с. 17.. Хачатуров А.А. Динамика системы дорога - шина - автомобиль – водитель, М. : Изд-во "Машиностроение", 1976. – 535 с. 18. Шупляков В.С. Колебания и нагруженность трансмиссии автомобиля, М.: Транспорт, 1974. — 328 с. 19. Цитович И.С., Альгин В.Б., Динамика автомобиля, Издательство: Наука и техника, 1981. 20 Тарасик В.П.( 2006), Теория движения автомобиля, СПб. БХВ- Петербург. 21. Cелифонов В.В. Теория автомобиля – М.: ООО «Гринлайт», 2009. – 208 с. 22. Конструкция автомобиля. Шасси/ Под общ. ред. А.Л. Карунина. – М.: МАМИ, 2000. – 528 с. 23. Огулиев A.M., Тургиев A.K., зависимость спротивления качение колесного трактора от крюкового усилие, Меxанизация и Электрификация социалистического Сельскогоxозяйства, Москва N04 4-1982, 30-32 24. Артамонов Ю.Е., Гуськова В.В., Масжук С.К.,Тракторы Часть VII лабораторная практика, Минск 1979, 34-35, 44-49, 105-110. 25. Kceʜевик K., Cолонскиҋ A., K програме исследования на ЭВМ динамики разгона и тормознения колесного трактора, Москва 5- 1979 N05 10-12.