Chế độ tính toán đối với việc khảo sát các đặc tính quay vòng động của ôtô được khảo sát ở vùng tốc độ cao mà vận tốc khảo sát đại diện là120 km/h, thời gian khảo sát quá trình quá độ là 3.5s, góc đánh vành tay lái đối với các trường hợp Kdc khác nhau ứng với góc vành tay lái ở chế độ quay vòng tĩnh mà gia tốc quay vòng bằng 4.5m/s2, qui luật bánh lái theo qui luật đánh lái gấp với tốc độ đánh lái bằng 7 rad/s và ta coi tốc độ đánh lái là không đổi. Với chế độ khảo sát này trong các trường hợp Kdc khác nhau, Ô tô cùng trong quá trình quay vòng quá độ để đi vào một đoạn
đường cong có bán kính như nhau và ở cùng tốc độ chuyển động .
Các đường đặc tính được xây dựng đánh giá tính điều khiển về chuyển động ổn định của ô tô ở chế độ quay vòng gồm :
- Đặc tính góc lệch bên của vận tốc trọng tâm xe (a-T) - Đặc tính vận tốc quay xe (e'-V)
- Đặc tính gia tốc bên (Y"- V) - Góc vành tay lái (bv -T)
Kết quả tính toán được biểu diễn trên các đồ thị 3-19, 3-20, 3-21 số liệu tính toán được lưu trong phần phụ lục, các số liệu đặc trưng của quá
trình quá độ được ghi trong bảng 3-4 .
Bảng 3-4 giá trị cực đại của Y..,e.,a ở chế độ quay vòng quá độ phụ thuộc vào hệ số điều chỉnh góc quay của các bánh sau Kdc .
Kdc
Thông số
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4
[ 2]
..maxm/s
Y 5.28 5.21 5.10 4.99 4.85
[ ]o/s
. max
e 15.01 14.4 13.6 12.6 11.2
Độ lệch (a)
lín nhÊt [ ]o 5.3 4.82. 4.14 3.16 1.56
3.5.2. phân tích đặc tính quay vòng tĩnh
Trên các đồ thị của chế độ quay vòng tĩnh cho ta biết trạng thái chuyển
động của các ô tô ở chế độ này . 1. Phân tích đặc tính (e.-v) e. [0/s]
Kdc
VËn tèc [km/h]
H. 3-16. Đồ thị đặc tính tốc độ quay xe (e.-v)
Trên đồ thị (e.-v) biểu diễn tốc độ quay của ô tô dưới tác động của vành tay lái như nhau và ở các tốc độ chuyển động khác nhau, qua đó cho phép ta đánh giá được tính điều khiển tĩnh ở các vùng tốc độ với các Kdc khác nhau. Trong vùng tốc độ khảo sát với trường hợp Kdc < 0 thì mọi tốc độ chuyển động đường đặc tính (e.-v) đều nằm trên đường (e.-v) với Kdc = 0, còn khi Kdc >0 với mọi tốc độ chuyển động thì đường đặc tính (e.-v) đều nằm dưới đường (e.-v) với Kdc = 0. Điều đó chứng tỏ rằng khi điều chỉnh các bánh xe sau quay ngược chiều của bánh xe trước thì sẽ tăng tốc độ quay vòng của ô tô .
Bảng 3-1. sẽ phác hoạ cho ta một cách định tính về ảnh hưởng của góc quay các bánh xe sau (đặc trưng bằng Kdc ) đến tốc độ quay thân xe (e. ). Ví dụ khi tốc độ xe bằng 120km/h với Kdc = -0.4 thì e. =8[ ]o/s ;
Kdc = -0.2 thì e. =6.86[ ]o/s ;
Kdc = 0.0 thì e. =5.67[ ]o/s ;
0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4
20 40 60 80 100 120 140 160 180
16 14 12 8 6 4 2 0
Kdc = 0.2 thì e. =4.53[ ]o/s ;
Kdc = 0.4 thì e. =3.4[ ]o/s ;
Việc tăng tốc độ quay vòng của xe ở tốc độ thấp là có lợi, nhưng ở tốc
độ cao thì việc tăng tốc độ quay vòng đồng nghĩa với việc tăng mạnh lực quán tính ly tâm và làm cho mất ổn định chuyển động của xe. Mối quan hệ giữa lực quán tính ly tâm và tốc độ quay thân xe trong trường hợp tổng quát Pqt=Vô tô . (e.+a), trong trường hợp quay vòng tĩnh Pqt=Vô tô .e. .
2. Phân tích đặc tính (Y..-V)
Trên đồ thị (Y..-V) ta thấy vận tốc của ô tô tăng thì đều làm tăng giá trị của (Y.. ) ở một chế độ tốc độ nào đó, nếu Kdc < 0 thì gia tốc bên của ô tô
luôn luôn lớn hơn so với khi Kdc = 0, tức tính ổn định của ô tô trong trường hợp này là kém hơn các xe ô tô thông thường .
Y.. [m/s2]
VËn tèc [km/h]
H. 3-17. Đồ thị đặc tính gia tốc bên (Y..-V)
Bảng 3-2. phác hoạ cho ta một cách định lượng về ảnh hưởng của góc quay các bánh xe sau đến gia tốc bên của ô tô .
VÝ dô :
Khi V = 120 km/h nếu Kdc = -0.4 thì Y.. =8[m/s2], nếu Kdc =0 thì
[ 2]
.. 5.67m/s
Y = , nếu Kdc = 0.4 thì Y.. =3.4[m/s2].
3. Phân tích đặc tính (a-v)
Đặc tính (a-v) phản ánh trực tiếp độ trượt của các bánh xe cầu trước và cầu sau, với mỗi trường hợp Kdc khi giá trị acàng lớn chứng tỏ độ trượt bên của các bánh xe tăng, mà độ trượt bên của bánh xe giới hạn bằng 20%
0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
11 9 7 5 3 1
ngoài ra sự thay đổi của góc (a) sẽ dẫn đến thay đổi tâm quay tức thời của xe trong trường hợp quay vòng tĩnh cũng chính là tâm của quỹ đạo chuyển
động. Sự thay đổi (a) quá lớn sẽ không đảm bảo cho xe chuyển động đúng quỹ đạo yêu cầu, trong mong muốn giá trị (a) càng gần 0 càng tốt, khi tính toán với các ô tô có điều khiển cả bốn bánh người ta mong muốn giá trị (a) bằng 0 .
a[0]
VËn tèc [km/h]
H. 3-18. Đồ thị đặc tính góc lệch bên vận tốc trọng tâm xe
Trên các đồ thị (a-v) cho ta thấy khi Kdc < 0 thì đường đặc tính (a-v) luôn luôn nằm trên đường Kdc = 0 và xa giá trị 0 hơn, còn khi Kdc >0 thì
đường đặc tính (a-v) luôn luôn nằm dưới đường Kdc = 0 và gần gía trị 0 hơn .
Bảng 3-3. sẽ phác hoạ cho ta một cách định lượng ảnh hưởng của góc quay các bánh xe sau đến giá trị của góc lệch bên vận tốc trọng tâm xe.
VÝ dô
Khi V = 120 km/h {km/h}, nếu Kdc =-0.4 thì a =8.6[ ]o ; nếu Kdc = 0.0 thì
[ ]o
82 .
=5
a ; nếu Kdc = 0.4 thì a =-2.89[ ]o ;
Qua các phân tích về đặc tính quay vòng tĩnh cho phép đi đến kết luËn :
Đối với hệ thống lái thông thường với cùng một góc giữ vành tay lái khi vận tốc chuyển động của ô tô tăng, thì gia tốc bên và góc lệch bên vận tốc trọng tâm xe cũng sẽ tăng điều đó dẫn đến tăng khả năng mất ổn định chuyển động của ô tô cũng như sai khác quỹ đạo chuyển động. Bằng phương pháp điều chỉnh quay các bánh xe sau ta có thể điều chỉnh được
20 40 60 80 100 120 140 160 180 -12.0 -10.0
-8.0 -6.0 -4.0 -2.0
0.0 Kdc
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4
góc quay vòng, gia tốc bên và góc lệch bên vận tốc trọng tâm xe, mà như
chúng ta đã biết sự gia tăng gia tốc bên tới giới hạn sẽ dẫn đến mất ổn định chuyển động của ô tô. Còn sự lệch bên vận tốc trọng tâm xe sẽ ảnh hưởng xấu đến quỹ đạo chuyển động của ô tô. Như vậy bằng phương pháp điều chỉnh góc quay các bánh xe sau sẽ nâng cao tính ổn định và cải thiện được quỹ đạo chuyển động của ô tô .
Để tăng tính ổn định chuyển động của ô tô trong quay vòng, thì hệ số Kdc phải dương tức là phải điều chỉnh các bánh xe sau quay cùng chiều với chiều quay của bánh xe trước. Còn để tăng khả năng quay trở của xe ở tốc
độ thấp, cần điều chỉnh các bánh xe sau quay ngược chiều với chiều quay của bánh xe trước .
Khi vận tốc chuyển động của ô tô càng tăng thì càng phải tăng hệ số Kdc tức là phải điều chỉnh các bánh xe sau quay nhiều hơn, sao cho đảm bảo gia tốc quay vòng nằm trong giới hạn cho phép .
3.5.3. phân tích đặc tính quay vòng quá độ
Các đồ thi trên các hình 4-2.a, b, c, d là đặc tính quay vòng của ô tô
khảo sát trong các trường hợp Kdc khác nhau. Dựa vào các đồ thị này cho ta đánh giá về ảnh hưởng việc điều chỉnh góc quay các bánh xe sau đến tính ổn định của ô tô .
1. Phân tích đặc tính (e.-t)
Đồ thị (e.-t) cho ta thấy trong quá trình quá độ của ô tô với các trường hợp Kdc khác nhau, mà với điều kiện cùng tiến tới một chế độ quay vòng tĩnh như nhau, thì chế độ quá độ diễn ra cũng khác nhau. Đối với trường hợp Kdc
> 0 thì các đường quá độ (e.-t) có độ quá điều khiển nhỏ hơn so với đường ứng với Kdc = 0, khi càng tăng Kdc thì độ quá điều khiển càng giảm. Điều đó chứng tỏ tăng Kdc sẽ tăng được tính ổn định của ô tô trong quá trình quá độ, còn khi giảm Kdc và khi Kdc âm thì quá trình quá độ sẽ kém ổn định hơn .
Bảng 3-4. cho ta nhận biết một cách định lượng ảnh hưởng của góc quay các bánh xe sau đến giá trị tốc độ quay thân xe cực đại (e.max).
VÝ dô
Khảo sát ở tốc độ V = 120 km/h, nếu Kdc= -0.4 thì e.max=15.01[ ]o/s ,
nếu Kdc= 0.0 thì e.max=13.6[ ]o/s , nếu Kdc= 0.4 thì e.max=11.2[ ]o/s , giá trị xác lập trong trường hợp này bằng 8.75[ ]o/s . Độ quá điều khiển của quá
trình quay vòng quá độ này đối với thông số (e. ) với các Kdc tính được là:
Với Kdc = -0.4; 0.0; 0.4 thì max . / . .100% 71.5%;55.4%;28%
. úûù =
ờởộ
ữứ ỗ ử
è
ổe -exl exl e
H. 3-19. Đường đặc tính quá độ tốc độ quay xe
2. Phân tích đặc tính (Y..-t)
Đồ thị (Y..-t) phản ánh như sau :
Trong thời gian đầu của quá trình quá độ đối với Kdc dương thì đường (Y..-t) sẽ nằm trên đường Kdc = 0, điều đó chửng tỏ phản ứng của ô tô có Kdc
> 0 để thay đổi toạ độ của nó theo phương trục vuông góc với hướng chuyển
động ban đầu của ô tô nhạy hơn so với xe có Kdc = 0, điều đó có lợi cho ô tô
khi tránh chướng ngại vật và chuyển làn. Trong thời gian tiếp theo khi đạt tới một gia tốc bên tương đối lớn thì đường (Y..-t) của ô tô có Kdc > 0 nằm dưới
đường (Y..-t) của ô tô có Kdc = 0, và đạt giá trị (Y..qd ) nhỏ hơn nhiều, các điều
đó chứng tỏ tính ổn định chuyển động của ô tô có Kdc > 0 cao hơn so với ô tô thông thường và khi giá trị của hệ số Kdc càng tăng thì độ ổn định chuyển
động cao hơn .
Bảng 3-4. cho ta nhận biết một cách định lượng ảnh hưởng của góc quay bánh xe sau đến giá trị cực đại ( max
Y.. ).
Khi khảo sát V = 120 km/h nếu Kdc = -0.4 thì Y.. =5.28[m/s2]; nếu Kdc = 0.0 thì Y.. =5.1[m/s2]; nếu Kdc = 0.4 thì Y.. =4.85[m/s2]; trong đó Y..xl =4.5[m/s2], như vậy độ quá điều khiển đối với thông số Y..trong các trường hợp Kdc là : Kdc = -0.4; 0.0; 0.4 thì độ quá điều khiển của Y..tương ứng là 17%; 13%; 7% .
16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0
0.0 0.5s 1.0s 1.5s 2.0s 2.5s 3.0s 3.5s Kdc
-0.4 Kdc -0.2 0.0 0.2 0.4
H. 3-20. Đồ thị Y..-t, Vôtô=120 km/h, Yt=4.5 m/s2 3. P hân tích đặc tính (a-t)
Theo đồ thị (a-t) ta thấy các đường có Kdc dương, đều nằm trên
đường Kdc = 0 và dao động gần với trục hoành hơn, nghĩa là sự trượt ở các bánh xe sau được bù bởi sự điều chỉnh quay góc hướng của nó và như vậy trạng thái chuyển động của ô tô được cải thiện về quỹ đạo chuyển động .
Về phương diện lý thuyết người ta muốn điều chỉnh giá trị a sát với giá trị không .
Bảng 3.4. cho ta nhận biết một cách định lượng về ảnh hưởng của góc quay bánh sau đến giá trị cực đại của góc lệch bên vận tốc trọng tâm xe.
VÝ dô
Khi V=120 km/h, nếu Kdc = -0.4 thì độ lệch lớn nhất của a là 5.3o; nếu Kdc = 0.0 thì amax =-4.14o, nếu Kdc = 0.4 thì amax =-1.56o
[0/s]
H. 3-21. Đồ thị a-T, Vôtô =120 km/h, yt= 4.5m/s2 Thời gian(s) -0.4
-0.2 0.0 0.2 0.4
Kdc
0.5s 1.0s 1.5s 2.0s 2.5s 3.0s 3.5s
1 0 -1 -2 -3 -4 -5 -6
6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0
0.0 0.5s 1.0s 1.5s 2.0s 2.5s 3.0s 3.5s -0.4
-0.2 0.0 0.2 0.4 Kdc
Kdc 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4
3.5.4. phân tích quỹ đạo chuyển động của ô tô (x0-y0) và góc vành tay lái
Trên đồ thị quỹ đạo chuyển động của ô tô (XO-YO) nó cho chúng ta thấy sự thay đổi về quỹ đạo trong các trường hợp Kdc như sau :
Đối với các trường hợp Kdc, khi chuyển từ quỹ đạo thẳng sang quỹ đạo có bán kính không đổi thì độ cong lớn nhất đường quỹ đạo trong thời kỳ đó sẽ lớn hơn so với khi xác lập. Như đối với trường hợp Kdc>0 thì đường quỹ
đạo của nó nằm trên so với xe thông thường và độ cong lớn nhất của đường quỹ đạo .
Y0[m]
X0[m]
H. 3-22. Đồ thị quỹ đqọ (Y0-X0) Biểu diễn với giá trị X0 từ 0 m đến 17.6 m
X0[m]
---Kdc=-0.4---Kdc=-0.2---Kdc=0.0---Kdc=0.2---Kdc=0.4 H. 3-23. Đồ thị quỹ đạo ô tô trong quay vòng quá độ
2.0 3.9 5.9 7.8 9.8 11.7 13.7 15.6 17.6 0.3
0.2 0.1 0.0
0.0 5.9 11.7 17.6 23.4 29.3 35.1 41.0
3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
Y0[m]
X0[m]
H. 3-24. Đồ thị quĩ đạo ô tô trong quay vòng quá độ
cũng nhỏ hơn, điều đó phản ánh khả năng bám quỹ đạo của ô tô có
điều chỉnh các bánh xe sau quay cùng chiều với bánh xe trước là tốt hơn so với xe thông thường .
Đồ thị (bv-t) cho với góc đánh lái để đảm bảo cho ô tô chuyển động quay vòng cùng một gia tốc với các Kdc khác nhau, đối với Kdc tăng thì cần phải đánh vành tay lái nhiều hơn, điều đó ảnh hưởng đến tính điều khiển của ô tô tức quan hệ góc xoay của vô lăng và trạng thái chuyển động của xe và điều này sẽ được lưu ý trong tính toán truyền động lái. .
Góc đánh láI [0]
H. 3-25. Đồ thị góc đánh láI quá độ 0 10 20 29 39 49 59 68 78 88
15 12.5 10
7.5 5 2.5 0
0.5s 1.0s 1.5s 2.0s 2.5s 3.0s 3.5s
120 100 80 60 40 20 0
-0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 Kdc
Qua các đánh giá các đặc tính quay vòng quá độ cho ta đưa ra kết luận sau: việc điều chỉnh các bánh xe sau có ảnh hưởng đến quá trình quá
độ . Khi điều chỉnh các bánh xe sau quay cùng chiều quay của các bánh xe trước sẽ làm cho chế độ quá độ ổn định hơn. Hệ số Kdc chỉnh càng tăng trong vùng khảo sát thì mức độ ổn định của quá trình quá độ cũng càng tốt hơn .
Để tăng tính ổn định chuyển động của ô tô trong quay vòng thì phải
điều chỉnh các bánh xe sau quay cùng chiều với chiều quay của bánh xe trước, còn để tăng khả năng quay trở xe ở tốc độ thấp cần điều chỉnh các bánh xe sau quay ngược chiều với chiều quay của các bánh xe trước .
Khi vận tốc chuyển động của ô tô càng tăng thì càng cần phải tăng hệ số Kdc tức là phải điều chỉnh các bánh xe sau quay nhiều hơn, sao cho đảm bảo gia tốc quay vòng nằm trong gới hạn cho phép và góc lệch bên vận tốc thân xe tiến tới giá trị càng gần không, càng tốt .