CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2. Mơ hình động lực học nghiên cứu tính dẫn hƣớng của ô tô
Hình 1. 8. Sơ đồ động lực học nghiên cứu [43]
Để lựa chọn đƣợc mơ hình nghiên cứu phù hợp, cần phải dựa vào mục tiêu của bài tốn. Trƣờng hợp chỉ cần xác định các thơng sốcơ bản của tính dẫn hƣớng thì có thể lựa chọn mơ hình nghiên cứu đơn giản. Trong mơ hình này bỏ qua ảnh hƣởng của dao động ô tô (bỏ qua ảnh hƣởng của hệ thống treo, đặc tính của hình thang lái,…). Trƣờng hợp yêu cầu cần xác định đầy đủ các thơng số liên quan đến tính dẫn hƣớng với độ chính xác cao thì cần phải sử dụng mơ hình phức tạp hơn, có xét đến ảnh hƣởng của nhiều hệ thống đến tính dẫn hƣớng. Ngồi ra, tùy vào mục tiêu nghiên cứu mà mơ hình sẽ đƣợc khảo sát trong các điều kiện khác nhau phù hợp với quá trình khai thác trong thực tế,…
Việc lựa chọn mơ hình nghiên cứu tính dẫn hƣớng cịn phụ thuộc vào năng lực tính tốn của các cơng cụ máy tính. Khi khơng có sự hỗ trợ của máy tính thì cần phải đơn giản hóa mơ hình tính tốn, trong trƣờng hợp này độ chính xác về
định lƣợng cũng nhƣ định tính phản ánh các tính chất vật lý của xe ô tô sẽ thấp đi. Hiện nay, với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm tính tốn thì việc nghiên cứu các mơ hình phức tạp trở nên khảthi hơn rất nhiều.
Dƣới đây giới thiệu một sốhƣớng mơ hình đã đƣợc xây dựng để khảo sát tính dẫn hƣớng của ơ tơ [23].
1.2.1. Mơ hình phẳng một khối lượng
Hình 1. 9. Mơ hình phẳng một khối lượng của ơ tơ khi quay vịng
Theo hƣớng nghiên cứu này (Hình 1.9), ơ tơ đƣợc mơ hình hóa thành một hệ bao gồm thân xe liên kết trực tiếp với 4 bánh xe và xét chuyển động của hệ trong mặt đƣờng. Các bánh xe phía sau của ơ tơ là các bánh xe chủ động, các bánh xe phía trƣớc là các bánh xe dẫn hƣớng. Mỗi bánh có một bậc tự do là quay quanh trục của nó.
Mơ hình này xét đến 2 thành phần lực từ mặt đƣờng tác dụng lên mỗi bánh xe bao gồm: lực dọc, lực ngang.
Mơ hình phẳng một khối lƣợng bao gồm thân xe có 3 bậc tự do là dịch chuyển tịnh tiến theo phƣơng dọc xe, dịch chuyển tịnh tiến theo phƣơng ngang xe và quay quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm ô tơ.
Mơ hình phẳng một khối lƣợng đƣợc sử dụng chủ yếu để khảo sát quỹ đạo chuyển động của trọng tâm, hành lang quay vịng của ơ tơ, cho phép đánh giá định tính ảnh hƣởng của đặc tính đàn hồi của lốp tới các thông số chuyển động của xe, góp phần đƣa ra các khái niệm liên quan đến tính quay vịng của ơ tơ nhƣ quay vòng đúng, quay vòng thiếu, quay vòng thừa.
Nhƣợc điểm của mơ hình phẳng một khối lƣợng là khơng xét đến sự thay đổi phản lực từ mặt đƣờng lên các bánh xe trên cùng một cầu khi xe quay vịng do đó khơng phản ánh đầy đủtƣơng tác giữa lốp và mặt đƣờng,... Mơ hình này đơn giản, khơng mơ tả đƣợc đầy đủ các tính chất động lực học của xe. Vì vậy hiện nay mơ hình này ít đƣợc sử dụng.
1.2.2. Mơ hình khơng gian một khối lượng
Mơ hình khơng gian một khối lƣợng (hình 1.10) là mơ hình coi ơ tơ nhƣ là 1 vật thể khối lƣợng m gồm 6 bậc tự do, đƣợc sử dụng trong các bài toán khảo sát tính dẫn hƣớng. Trong mơ hình này, đƣa ra đƣợc góc lăn lệch trung bình của bánh xe phía trƣớc và phía sau phụ thuộc vào tải trọng và lực ngang, không kể đến ảnh hƣởng của hệ thống treo, từ đó xác định đƣợc tính chất quay vịng của ô tô.
Hình 1. 10. Mơ hình khơng gian một khối lượng của ơ tơ
Mơ hình này phổ biến để tiến hành khảo sát, đánh giá tính dẫn hƣớng của ơ tơ [43] do khối lƣợng tính tốn không quá lớn nhƣng vẫn cho đƣợc thông tin quan trọng về sự lăn lệch của bánh xe đàn hồi khi có lực ngang tác dụng, đƣa ra đƣợc mối quan hệ lực ngang Kyvà góc lăn lệch δy. Tuy nhiên mơ hình này chƣa có ảnh hƣởng của hệ thống treo, phần khối lƣợng không đƣợc treo nhƣ cầu .... Trong một số nghiên cứu với những mục tiêu nhất định thì mơ hình này đƣợc lựa chọn để tính tốn, khảo sát.
1.2.3. Mơ hình khơng gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng
Hình 1. 11. Sơ đồ mơ hình khơng gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng
Mơ hình nghiên cứu tính dẫn hƣớng của ô tô tổng quát và đầy đủ nhất là mơ hình khơng gian 3 khối lƣợng nghiên cứu tính dẫn hƣớng (Hình 1.11) [23][24]. Đây là một hệ cơ học bao gồm thân xe, cầu xe và bốn bánh xe đƣợc liên kết với nhau thông qua các hệ thống treo phụ thuộc ở các cầu xe.
Thân xe bao gồm khung xe, vỏ xe, các cụm tổng thành lắp trên khung, hàng hóa và hành khách. Khi ô tô chuyển động, do tác dụng của ngoại lực thì thân xe sẽ chuyển động theo 6 bậc tự do: dịch chuyển tịnh tiến theo phƣơng thẳng đứng; quay thân xe theo phƣơng thẳng đứng; dịch chuyển tịnh tiến theo phƣơng dọc xe; quay theo phƣơng ngang của xe; dịch chuyển tịnh tiến theo phƣơng ngang; quay theo phƣơng dọc của xe.
Khối lƣợng không đƣợc treo bao gồm khối lƣợng cầu trƣớc (cầu 1) là cầu dẫn hƣớng, cầu sau (cầu 2) là cầu chủ động, các bánh xe, các liên kết khác với cầu và bánh xe.
Mơ hình khơng gian 3 khối lƣợng nghiên cứu tính dẫn hƣớng là mơ hình đầy đủ và tƣơng đối phức tạp. Mơ hình này có kể đến dịch chuyển theo phƣơng thẳng đứng của thân xe và các bánh xe, nghĩa là có xét đến ảnh hƣởng của hệ thống treo
MƠ HÌNH KHƠNG GIAN NGHIÊN CỨU TÍNH DẪN HƢỚNG KHỐI LƢỢNG ĐƢỢC TREO KHỐI LƢỢNG KHÔNG ĐƢỢC TREO HT TREO TRƢỚC KL CẦU TRƢỚC KL CẦU SAU 2 BÁNH TRƢỚC 2 BÁNH SAU HT TREO SAU
tới chuyển động của ơ tơ, do đó cho phép xác định đƣợc chính xác tƣơng tác giữa lốp với mặt đƣờng.
Trong trƣờng hợp tổng quát thì chuyển động của mơ hình khơng gian 3 khối lƣợng nghiên cứu tính dẫn hƣớng bao gồm 42 bậc tự do: 6 bậc tự do của phần khối lƣợng đƣợc treo, 6 bậc tự do của cầu trƣớc, 6 bậc tự do cầu sau, 6 bậc tự do của 1 bánh x 4 bánh, đƣợc mô tả bằng 42 phƣơng trình vi phân. Tuy nhiên, thơng thƣờng khi nghiên cứu tính điều khiển đƣợc và độ ổn định chuyển động của ô tô cũng nhƣ thực tế chuyển động trên xe, các giả thiết đƣợc đƣa ra, để hạn chế số bậc tự do của khối lƣợng đƣợc treo và khơng đƣợc treo, nhằm đơn giản hóa q trình tính tốn.
Trong nội dung của luận án sẽ chú ý tới 16 bậc tự do: Chuyển động dọc trục theo các phƣơng nằm ngang, dọc, thẳng đứng của khối lƣợng đƣợc treo và chuyển động quay quanh các trục này. Cầu trƣớc và cầu sau có chuyển động theo phƣơng thẳng đứng, phƣơng ngang và quay quanh trục dọc (lắc dọc). Chuyển động quay của 4 bánh xe quanh trục của nó.