CHƢƠNG 4 : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.2. Thí nghiệ mơ tơ trên đƣờng và bãi thử về tính dẫn hƣớng
4.2.1. Điều kiện thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc tiến hành ngồi trời với điều kiện cụ thể nhƣ sau: -Nhiệt độ 250C;
-Độ ẩm 70%;
-Tốc độ gió trung bình 4 m/s; -Trời nắng, khơ ráo.
Để đánh giá tính điều khiển và ổn định của q trình quay vịng ơ tơ khách Hyundai County 29 chỗ thực hiện thí nghiệm trên đƣờng nhựa. Đoạn đƣờng thí nghiệm đảm bảo thẳng, đồng nhất, bằng phẳng và có bán kính lớn, dễ bố trí các cọc tiêu và các thiết bị thínghiệm..
Hình 4. 20. Mặt đường thí nghiệm khu vực Mỹ Đình
-Địa điểm thí nghiệm
Q trình thí nghiệm đƣợc thực hiện tại khu vực thí nghiệmMỹ Đình -Các u cầu trong q trình thí nghiệm
Thí nghiệm phải đƣợc thực hiện nhiều lần (khơng nhỏ hơn 03 lần), sau đó lấy kết quả trung bình.
Xe thí nghiệm phải ở trong tình trạng kỹ thuật tốt.
Lái xe phải là ngƣời có trình độ tay nghề cao, nhiều kinh nghiệm.
Trong q trình thí nghiệm phải có 02 thành viên làm cơng tác bảo vệ (đầu và cuối hành trình thử nghiệm).
4.2.2. hiết bị thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc thực hiện thơng qua các thiết bị đƣợc kết nối theo sơ đồ hình 4.21.
Trong sơ đồ đo, gồm có các cảm biến, các thiết bị thu thập và chuyển đổi, hiệu chuẩn tín hiệu, máy tính với phần mềm chuyên dụng để xử lý kết quả thí nghiệm và nguồn cung cấp điện cho các thiết bị này.
Thí nghiệm đƣợc thực hiện thơng qua các thiết bị đƣợc kết nối theo sơ đồ sau:
Hình 4. 21. Sơ đồ đấu nối thiết bị thí nghiệm
Thiết bị thu thập dữ liệu Q.brixx DAQ hoạt động bằng nguồn điện một chiều 12V (nguồn một chiều 12V có thể chuyển đổi từ máy phát điện, ắc quy của ô tô hoặc bộ nguồn độc lập 220VAC).
Hình 4.22. Bộ thu thập dữ liệu Q.brixx DAQ
Bộ thu thập dữ liệu Q.brixx DAQ có chức năng thu thập dữ liệu từ các cảm biến qua các kênh tín hiệu tƣơng tự và kênh số, xử lý tín hiệu để cho ra giá trị của các đại lƣợng vật lý thực thông qua phần mềm Dewesoft X đƣợc cài sẵn trên máy tính.
Đây là thiết bị do Cộng hồ Áo sản xuất. Hình dáng bên ngồi của bộ thu thập dữ liệu Q.brixx DAQ đƣợc thể hiện trên hình 4.22.
Các thơng số kỹ thuật cơ bản của bộ thu thập dữ liệu Q.brixx DAQ: - Nguồn điện: 95V÷260V AC.
- Khoảng nhiệt độ làm việc: -200C ÷ +700C. - Chịu gia tốc 30g trong 11ms.
- Kích thƣớc bao: 377168284 (mm) - Trọng lƣợng: 8,5 kg.
- Hệ điều hành Microsoft Window 7. - Tốc độ truyền nhận dữ liệu tối đa 80MB.
Hình 4.23. Hình dáng cảm biến V1
Là loại cảm biến của hãng DATRON, dùng để đo vận tốc dài, quãng đƣờng, …. Tùy thuộc vào mục đích thí nghiệm, có thể thiết kế các loại đồ gá khác nhau để đo lực trên các cơ cấu khác nhau. Trong thí nghiệm này, cảm biến V1 đƣợc thiết kế đồ gá phù hợp để đo vận tốc của xe.
Hình dáng cảm biến V1 thể hiện trên hình 4.23. Các thơng số kỹ thuật cơ bản:
- Nguồn ni một chiều: 10,5 ÷15V DC.
- Kích thƣớc (dài x rộng x cao): 158x76x277mm. - Khối lƣợng: 1,2kg.
- Lắp theo phƣơng trục x không lệch quá: ±8độ - Lắp theo phƣơng trục y không lệch quá: ±4độ - Lắp theo phƣơng trục z khơng lệch q: ±5độ - Vị trí lắp trên xe cách mặt đƣờng: 520±60mm - Đo tốc độ: 0,5...310 Km/h.
- Sai lệch tuyến tính tốc độ và khoảng cách: 0,15% - Tín hiệu ra dạng số (digital): 100...600 puls/m
-Tín hiệu ra dạng tƣơng tự (analog); 2 tín hiệu: 0...10 V.
- Bộ chuyển đổi tín hiệu DATRON
Bộ chuyển đổi tín hiệu DATRON đƣợc cung cấp nguồn điện 12V DC (nguồn điện một chiều) trực tiếp từ ăc qui trên xe. Bộ chuyển đổi tín hiệu DATRON nhận
tín hiệu từ cảm biến V1 thơng qua cổng SENSOR, xử lý, hiệu chuẩn và chuyển đổi ra hai dạng tín hiệu là: Dạng số (Digital) xuất ra cổng DAVIT-BUS và dạng tƣơng tự (Analog) xuất ra cổng OUTPUT. Ngoài ra bộ chuyển đổi tín hiệu cịn làm nhiệm vụ hiệu chuẩn tín hiệu nhờ thiết bị đếm xung Light Berie.
- Thiết bị đo vận tốc GPS: DS-VGPS
Hình 4.24. Thiết bịđo vận tốc, quỹ đạo chuyển động DS-VGPS
Thiết bị đo vận tốc, định vị vị trí GPS bao gồm: phần Anten thu GPS đặt trên nóc xe ơ tơ và phần Giải mã xử lý đặt trong ơ tơ kết nối với máy tính qua cổng USB. Các thơng tin GPS nhƣ Vị trí, Vận tốc, Gia tốc, Góc lái … có thể lấy trực tiếp trên phần mềm Dewesoft X hoặc qua đầu ra của thiết bị: nhƣ Vận tốc hay quãng đƣờng dịch chuyển. Nguồn nuôi thiết bị đo bằng nguồn Ắc quy 12V đặt trên ô tô.
- Thiết bị đo góc quay, mơ men và vận tốc góc của vành tay
Hình 4.25. Thiết bịđo góc quay, lực và mô men tác dụng lên vành tay lái MSW
Xác định lực, tốc độ và góc quay vành tay lái ơ tơ, trên bệ thử cố định hoặc đo trực tiếp trên đƣờng, các thông số đo đƣợc hết sức cần thiết cho việc nghiên cứu
động học và động lực học hệ thống lái, kiểm định khả năng làm việc của cơ cấu lái, dẫn động lái…
Thông số kỹ thuật:
Ðo lƣờng khơng tiếp xúc góc quay và tốc độ quay vành tay lái.
- Mô men cực đại trên vành tay lái 50 Nm phiên bản cho xe ô tô chở khách, 250 Nm cho phiên bản xe tải.
- Ðộ phân giải lên đến 7200 xung/vòng quay (khi kết hợp bộ vi xử lý MSW). - Bảo vệ quá tải 100% trên phạm vi danh nghĩa.
- Bộ cảm biến đo gia tốc và các góc quay thân xe BST-IMU-M
Xác định góc quay thân xe quanh trục Z, gia tốc theo hai phƣơng ngang và phƣơng dọc, thông qua các giá trị này, gia tốc ngang của thân xe đƣợc xác định.
Hình 4.26. Bộ cảm biến đo gia tốc và các góc quay thân xe BST IMU-M
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp nguồn: 7 đến 28 VDC
- Điện áp đầu ra +/- 2500 mV, +/- 200 mV với gia tốc kế; +/- 2500 mV +/- 200 mV với cảm biến Gyro
- Điện năng tiêu thụ 10mA/trục Gyro; Gia tốc kế 8mA/trục - Sai số < 1%
- Độ nhạy 2% typ (tối đa 3%) - Tỷ lệ giảm xóc 0,7 typ Gia tốc kế - Chịu rung sốc 1000 g
- 005 = Gia tốc kế 5g
- 300 = Phạm vi 300°/S Gyro - Vật liệu nhôm, anodized
- Kích thƣớc 30,0 x 26,0 x 21,3 mm
4.2.3. Q trình thí nghiệm
4.2.3.1. Mơ tả thí nghiệm
Xe thí nghiệm là ơ tơ khách Hyundai County, thí nghiệm đƣợc thực hiện với xe có trạng thái kỹ thuật tốt, đƣợc minh họa trên hình 2.1.
Thí nghiệm đƣợc thực hiện tại khu vực Mỹ Đình.
Hình 4.27. Xe và các thành viên tham gia thí nghiệm
Trong thử nghiệm này lốp xe sẽ đƣợc thay đổi áp suất, ứng với hai giá trị áp suất: tiêu chuẩn và áp suất trƣớc giảm [47].
Bảng 4. 9. Giá trị của áp suất hơi lốp
STT Áp suất tiêu chuẩn Giá trị Áp suất
1 Lốp trƣớc phải 660 kpa
Lốp trƣớc 2 Lốp trƣớc trái 660 kPa
3 Lốp sau phải 660 kPa
Lốp sau 4 Lốp sai trái 660 kPa
Áp suất lốp trƣớc giảm (lốp non)
1 Lốp trƣớc phải 420 kPa
Lốp trƣớc 2 Lốp trƣớc trái 420 kPa
3 Lốp sau phải 660 kPa
Lốp sau 4 Lốp sau trái 660 kPa
4.2.3.2. Quy trình thí nghiệm đánh giá tính chất quay vịng của ơ tơ
- Thí nghiệm quay vịng với góc quay vành tay lái và vận tốc dọc không đổi theo tiêu chuẩn ISO 4138:2012 [31].
Hình 4. 28. Thí nghiệm quay vịng với góc quay vành tay lái và vận tốc dọc
khơng đổi
Trong khi thực hiện thí nghiệm ngồi 02 nhân viên bảo vệ và các thành viên quan sát cần 01 cán bộ đo (CB), 01 trợ lý đo (TL) và 01 lái xe (LX), các thành viên này thực hiện theo quy trình phụ lục 4.
Quy trình xử lý dữ liệu gồm các bƣớc sau:
Bƣớc 1: Chuyển đổi dữ liệu bằng phần mềm Dewesoft X từ file d7d sang file xlsx. Thay đổi tần số lấy mẫu, từ tần số cực đại của cảm biến sang tần số 100 Hz.
Bƣớc 2: So sánh kết quả giữa các lần đo bằng cách chồng đồ thị và cụ thể hóa bằng các hệ số tƣơng quan.
Bƣớc 3: Xử lý dữ liệu, tính tốn giá trị gia tốc ngang từ giá trị vận tốc theo phƣơng dọc ngang của cảm biến V1, tính tốn góc lệch bên.
Bƣớc 4: Xuất kết quả dƣới dạng đồ thị
Bƣớc 5: Đánh giá sai số của phƣơng pháp đo
4.2.4. Đánh giá kết quả đo và kết luận
4.2.4.1. So sánh gia tốc ngang khi xe quay vịng với góc quay vành tay lái không đổi và vận tốc dọc không đổi
Trƣờng hợp 1: Áp suất lốp trƣớc và lốp sau bằng nhau và bằng áp suất tiêu chuẩn Pw1T = Pw1P = Pw2T = Pw2P = 660 kPa.
- Khảo sát khi ơ tơ quay vịng với vận tốc v = 30 km/h, góc quay vành tay lái 0
180
, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn hƣớng TB 9,730. Đồ thị khảo sát nhƣ sau:
Hình 4. 29. Gia tốc ngang của ô tô lý thuyết và thí nghiệm khi quay vịng ở vận tốc 30 km/h áp suất tiêu chuẩn
Trƣờng hợp 2: Áp suất lốp trƣớc giảm và lốp sau bằng nhau bằng áp suất tiêu chuẩn Pw1T = Pw1P = 420 kPa, Pw2T = Pw2P = 660 kPa.
- Khảo sát khi ơ tơ quay vịng với vận tốc v = 30 km/h, góc quay vành tay lái 0
180
, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn hƣớng 0 1 9,73
TB
. Đồ thị khảo sát nhƣ sau:
Hình 4. 30. Gia tốcngang của ơ tơ lý thuyết và thí nghiệm khi quay vòng ở vận tốc 30 km/h áp suất giảm
Đánh giá sai số
Để đánh giá về mặt định lƣợng, cần tính sai số tƣơng đối. Sai số tƣơng đối là tỷ số giữa sai lệch bình phƣơng với trị số hiệu quả của đại lƣợng tính đƣợc từ lý thuyết theo biểu thức toán học sau:
2 yMPi yTNi yMPi 1 a -a .100 (%)= 1 a N i k RMS N i k N k N k (4.4) Trong đó
+RMS: Giá trị sai lệch bình phƣơng trung bình (Root Mean Square (%)); + ayMPi là giá trị gia tốc ngang tại thời điểm thứ i theo mô phỏng lý thuyết; + ayTNi là giá trị gia tốc ngang tại thời điểm thứ i từ thực nghiệm, các giá trị này đƣợc trình bày trong phần phụ lục;
+ N là số điểm lấy dữ liệu.
Các kết quả giữa mô phỏng và thí nghiệm cho thấy sự tƣơng đồng về quy luật các gia tốc ngang trong các khoảng thời gian mà quy luật đánh lái sát nhau. Đối với trƣờng hợp thí nghiệm ở vận tốc v=30 km/h thì khoảng thời gian so sánh là trong 1 chu kỳ đánh lái từ 0 đến 10s tƣơng ứng với số điểm so sánh N=400. Kết quả đƣợc đƣa ra nhƣ bảng 4.10.
Bảng 4.10. Giá trị sai lệch bình phương trung bình gia tốc ngang
STT Trƣờng hợp Giá trị sai lệch bình phƣơng trung bình RMS 1
Áp suất lốp trƣớc và lốp sau bằng nhau và bằng áp suất tiêu chuẩn Pw1T = Pw1P = Pw2T = Pw2P = 660 kPa.
3,67 %
2
Áp suất lốp trƣớc giảm và lốp sau bằng nhau bằng áp suất tiêu chuẩn. Pw1T = Pw1P = 420 kPa, Pw2T = Pw2P = 660 kPa.
2,78 %
4.2.4.2. So sánh quỹ đạo khi xe quay vịng với góc quay vành tay lái khơng đổi và vận tốc dọc không đổi
Trƣờng hợp 1: Áp suất lốp trƣớc và lốp sau bằng nhau và bằng áp suất tiêu
chuẩn Pw1T = Pw1P = Pw2T = Pw2P = 660 kPa.
- Khảo sát khi ô tô quay vòng với vận tốc v = 30 km/h, góc quay vành tay lái α =1800, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn hƣớng θTB1= 9,730. Đồ thị khảo sát
nhƣ sau:
Hình 4. 31. Quỹ đạo chuyển động của ơ tơ lý thuyết và thí nghiệm khi quay vòng
ở vận tốc 30 km/h áp suất tiêu chuẩn
Quá trình quay vịng của ơ tơ đƣợc chia làm các giai đoạn nhƣ sau:
Đoạn OA: là giai đoạn ô tô chuyển động thẳng trƣớc khi vào cua với vận tốc 30 km/h.
Điểm A ứng với thời điểm 1s, vận tốc ô tô 30 km/h tƣơng ứng với bán kính quay vịng của ơ tơ theo mơ hình Rb = 48,62/2= 24,31 m. Lúc này bán kính quay vịng lý thuyết và thực nghiệm là nhƣ nhau.
Đoạn AB: là giai đoạn ô tô bắt đầu đánh lái để chuyển động chuyển tiếp để vào cua với vận tốc 30 km/h.
Đoạn BCD: Là khoảng thời gian mà bán kính quay vịng thực tế lớn hơn bán kính quay vịng lý thuyết (ơ tơ quay vòng thiếu), lúc này độ lệch quỹ đạo lớn nhất
tại điểm D (11s) là Δqđ = 49,68 - 48,62 = 1,06 m, tƣơng ứng 4,36% sai lệch so với bán kính lý thuyết.
Trƣờng hợp 2: Áp suất lốp trƣớc giảm và lốp sau bằng nhau bằng áp suất tiêu chuẩn Pw1T = Pw1P = 420 kPa, Pw2T = Pw2P = 660 kPa.
- Khảo sát khi ơ tơ quay vịng với vận tốc v = 30 km/h, góc quay vành tay lái α =1800, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn hƣớng θTB1=9,730. Đồ thị khảo sát nhƣ sau:
Hình 4. 32. Quỹ đạo chuyển động của ơ tơ lý thuyết và thí nghiệm khi quay vịng ở vận tốc 30 km/h áp suất giảm
Quá trình quay vịng của ơ tơ đƣợc chia làm các giai đoạn nhƣ sau:
Đoạn OA: là giai đoạn ô tô chuyển động thẳng trƣớc khi vào cua với vận tốc 30 km/h.
Điểm A ứng với thời điểm 1s, vận tốc ô tô 30 km/h tƣơng ứng với bán kính quay vịng của ơ tơ theo mơ hình Rb = 48,99/2= 24,495 m. Lúc này bán kính quay vịng lý thuyết và thực nghiệm là nhƣ nhau.
Đoạn AB: là giai đoạn ô tô bắt đầu đánh lái để chuyển động chuyển tiếp để vào cua với vận tốc 30 km/h.
Đoạn BCD: Là khoảng thời gian mà bán kính quay vịng thực tế lớn hơn bán kính quay vịng lý thuyết (ơ tơ quay vịng thiếu), lúc này độ lệch quỹ đạo lớn nhất tại điểm D (11s) là Δqđ = 50,54 - 48,99 = 1,55 m, tƣơng ứng 6,71% sai lệch so với bán kính lý thuyết.
4.3. Kếtluận chƣơng 4
Căn cứ vào mục đích nghiên cứu, chƣơng 4 đã thực hiện đƣợc những nội dung cơ bản sau:
- Thực nghiệm đo độ cứng ngang của lốp trong phòng thí nghiệm.
- Thực nghiệm đo gia tốc ngang, quỹ đạo quay vịng của xe ơ tơ với vận tốc và góc quay vành tay lái khơng đổitheo tiêu chuẩn ISO 4138:2012.
- So sánh sai số của mơ hình lốp Pacejka và thực nghiệm với sai số lớn nhất 6,27%, sai số này chấp nhận đƣợc. Mơ hình lốp Pacejka đã xây dựng với 8 thơng số là mơ hình tin cậy.
- So sánh sai số của quỹ quay vòng trong trƣờng hợp áp suất tiêu chuẩn và áp suất giảm ở cầu trƣớc, giữ nguyên góc đánh lái và vận tốc chuyển động của ô tô. Sai số lớn nhất giữa mơ hình lý thuyết và thực nghiệm lần lƣợt là 4,36 %, 6,71 %.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
KẾT LUẬN -Về lý thuyết:
+ Đã xây dựng đƣợc mơ hình khơng gian 3 khối lƣợng nghiên cứu tính dẫn hƣớng, lập và giải hệ phƣơng trình tốn học bằng phƣơng pháp hệ nhiều vật sử dụng hệ phƣơng trình Newton-Euler.
+ Khảo sát đƣợc mối quan hệ giữa áp suất lốp với góc lăn lệch bánh xe đàn hồi, độ cứng ngang, gia tốc ngang, vận tốc quay thân xe và quỹ đạo ô tô khi quay vòng.
+ Ở vận tốc càng cao hoặc áp suất lốp cầu trƣớc càng giảm thì xe mất ổn định hƣớng nhiều hơn, tính dẫn hƣớng càng giảm.