Đang tải... (xem toàn văn)
NGHIÊN cứu ổn ĐỊNH NGANG XE bán MOÓC BẰNG mô HÌNH CON lắc đơn NGHIÊN cứu ổn ĐỊNH NGANG XE bán MOÓC BẰNG mô HÌNH CON lắc đơn NGHIÊN cứu ổn ĐỊNH NGANG XE bán MOÓC BẰNG mô HÌNH CON lắc đơn NGHIÊN cứu ổn ĐỊNH NGANG XE bán MOÓC BẰNG mô HÌNH CON lắc đơn NGHIÊN cứu ổn ĐỊNH NGANG XE bán MOÓC BẰNG mô HÌNH CON lắc đơn
Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH NGANG XE BÁN MOÓC BẰNG MÔ HÌNH CON LẮC ĐƠN STUDY ON LATERAL STABILITY OF SEMI-TRAILER BASED ONTHE SINGLE PENDULUM MODEL Tạ Tuấn Hưng1a, Dương Ngọc Khánh1b, Võ Văn Hường1c Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội, Việt Nam a b tuanhung153@gmail.com; khanh.duongngoc@hust.edu.vn; chuongvvbk@gmail.com TÓM TẮT Xác định trạng thái ổn định chuyển động xe bán moóc khó khăn xe có kích thước lớn, kết cấu nhiều thân có khớp nối Bài viết xây dựng mô hình lắc đơn xe moóc theo động lực học hệ nhiều vật phương trình chuyển động Newton – Euler cho vật rắn Sử dụng ma trận Jacobi để khử phản lực liên kết khớp yên ngựa xác định mô hình thích nghi Mô hình lắc xác định góc lệch hai thân thông số đánh giá ổn định ngang xe bán moóc Từ khóa: ổn định xe bán moóc, ma trận Jacobi, phương trình Newton-Euler, góc lệch hai thân xe, mô hình thích nghi ABSTRACT It is difficult to predict exactly the motion stability of the semi-trailer since the complicated structure of the vehicle with a fifth wheel.In this paper, a single pendulum model of semitrailer is established based on Dynamics of Multi Body Systems and the Newton-Euler equations Hitch forces are determined based on adaptive model or Jacobi matrices method The results of the pendulum model are yaw hitch angle which is used to examined stability of the semi-trailer Keywords: stability of the semi-trailer, Jacobi matrices, Newton-Euler equations, yaw hitch angle, adaptive model ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện nay, vận chuyển hàng hóa đoàn xe phương thức vận chuyển hàng hóa quan trọng kinh tế Phương thức đóng góp khoảng 80% nước phát triển Với kích thước khối lượng lớn đoàn xe cho thấy hiệu việc vận chuyển loại hàng hóa Sử dụng đoàn xe giảm 25% nhiên liệu tiêu hao cho vận chuyển 100 tấn/km hàng hóa nâng tải trọng xe bán moóc từ 16 lên 32 [1] Tuy nhiên, kích thước khối lượng lớn lại tiềm ẩn nguy ổn định đoàn xe di chuyển điều kiện đường Việt Nam Trong nghiên cứu đoàn xe nay, có hai dạng ổn định ngang là: ổn định lật (Rollover Instability) ổn định trượt (Yaw Instability) Gập thân xe, lệch đuôi, dao động ngang phần moóc dạng ổn định trượt xe bán moóc di chuyển điều kiện đường ướt phanh gấp hình [2] Đánh giá trạng thái ổn định trượt đoàn xe dựa vào góc lệch hai thân xe xác định trạng thái ổn định đoàn xe điều kiện cận vật lý Đặc điểm chung dạng ổn định hướng xe bán moóc thay đổi góc lệch hai thân góc ổn định 379 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Các dạng ổn định hướng xe bán moóc Trong nghiên cứu này, tác giả trình bày phương pháp xác định góc lệch hai thân theo mô hình động lực học lắc xây dựng theo phương trình Newton – Euler mặt phẳng đường [3] Kết mô hình góc lệch hai thân xe với điều kiện đầu vào lực liên kết khớp yên ngựa xe đầu kéo tác động lên xe moóc MÔ HÌNH CON LẮC CHO XE BÁN MOÓC Góc lệch hai thân xe thông số quan trọng đánh giá ổn định chuyển động xe bán moóc Là góc tương đối hai thân tạo xe moóc quay tương đối quanh chốt xe đầu kéo Về mặt vật lý, ta đứng xe đầu kéo xe moóc coi lắc đơn với khối lượng tập trung trọng tâm C Vì lập mô hình động lực học lắc đơn cho xe moóc ta hoàn toàn lựa chọn tọa độ suy rộng ψ k =ψ -ψ hệ quy chiếu Kx k yk đặt mâm xoay khớp yên ngựa hình Khi đó, phần xe moóc lắc vật lý hệ quy chiếu Hình Mô hình lắc vật lý xe moóc Sử dụng phương trình Newton – Euler cho vật rắn xe moóc có khối lượng M đặt khối tâm C cách chốt kéo K khoảng l k2 có dạng sau: M J Tψk + M JTψ k = Fa + Fc Ma Mc J z J Rψk + J z JRψ k =+ (1) Để hệ phương trình (1) giải ta cần xác định ma trận Jacobi J T , J R ngoại lực phản lực liên kết K 380 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Từ hình ta có vị trí điểm C hệ tọa độ Kx k yk xác định theo công thức: xC rC = yC = zC lk sinψ k −l cosψ k k2 (2) Vì xét mô hình chuyển động mặt phẳng đường nên z C2 =0 Từ ta xác định ma trận Jacobi tịnh tiến sau: lk cosψ k ∂rC JT = = lk sinψ k ∂ψ k −lk sinψ k J T = ψ k lk cosψ k (3) (4) Ma trận Jacobi quay xác định: 0 J R = 0 1 0 JR = 0 0 (5) (6) Fa, Fc, Ma, Mc lực mô men tính theo công thức đây: FX cosψ k − FY sinψ k − F sinψ − F cosψ F = k Y2 k X2 (7) Fkx cosψ k − Fky sinψ k Fc = − Fkx sinψ k − Fky cosψ k (8) a 0 M = 0 0 Mc = M Z + lk Fky a (9) (10) So với mô hình lắc vật lý thông thường ngoại lực Fa mà tổng ngoại lực tác dụng theo phương dọc phương ngang xe moóc Các ngoại lực bao gồm lực bánh xe xác định theo mô hình lốp [4,5], lực cản không khí… Thay biểu thức từ (3) đến (10) vào phương trình (1) ta phương trình vi phân chuyển động xe moóc so với xe kéo theo mô hình lắc sau: 381 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV M 2lk cosψ k − M 2lk sinψ k FX cosψ k − FY sinψ k Fkx cosψ k − Fky sinψ k M l sinψ ψ + M l cosψ ψ = − F sinψ − F cosψ + − F sinψ − F cosψ (11) k k k k k Y2 k kx k ky k k2 k2 X2 J z2 0 M Z + lk Fky Hệ phương trình hoàn toàn giải xác định lực liên kết K Các lực liên kết tính từ mô hình xe đầu kéo theo phương pháp khử phản lực liên kết theo công thức sau: Fkx cosψ k − Fky sinψ k −lk sinψ k N −1 (ψ k ) FX cosψ k − FY sinψ k −1 = N ( ψ ) k ψ k + M − FX sinψ k − FY cosψ k lk cosψ k − Fkx sinψ k − Fky cosψ k (12) lk 2 lk 2 cos sinψ k cosψ k + ψ k M J z2 J z2 Với N (ψ k ) = 22 lk lk 2 sinψ k cosψ k sin ψ k + M J z2 J z2 Như vậy, mô hình chuyển động xe moóc theo mô hình lắc hoàn toàn giải phần mềm tính toán với hỗ trợ máy tính KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ Nghiên cứu tác giả sử dụng thông số tính toán xe moóc bán moóc DOOSUNG DV-CSKS-400NA với lực bánh xe tính toán theo mô hình lốp dạng thích nghi Nghiên cứu chưa tính đến ảnh hưởng cản không khí đến chuyển động xe Sử dụng mô hình thích nghi để xác định ngoại lực tác dụng F X2 F Y2 Các phản lực liên kết tính theo công thức (12) Các kết khảo sát trường hợp xe quay vòng với góc quay bánh xe dẫn hướng [2 6] (deg) vận tốc v=50km/h Dưới kết mô hình lắc xe bán moóc Hình Đồ thị lực liên kết F kx2 Hình Đồ thị lực liên kết F ky2 Hình Đồ thị gia tốc góc lệch hai thân xe Hình Đồ thị vận tốc góc lệch hai thân xe 382 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình Đồ thị góc lệch hai thân xe Các kết rằng, xe quay vòng với góc nhỏ thông số tính toán mô hình lắc xe bán moóc ổn định sau hết độ quay vòng (các đường đồ thị) Tuy nhiên, khảo sát xe trạng thái lớn (đường 3) trạng thái ổn định xe bán moóc xuất Ở trạng thái góc lệch bên hai thân xe tăng lên nhanh đạt 60 (deg) t=4,3s xu hướng tiếp tục tăng lên đường hình Điều thể rõ ràng trạng thái ổn định trượt ngang [6] Trong hình 6, xe quay vòng ổn định vận tốc góc lệch hai thân giảm dần ổn định 0, trạng thái quay vòng ổn định (đường 2) Trạng thái ổn định xảy góc lái lớn (đường 3) Khi vận tốc góc lệch hai thân xe tăng lên đến 32 (deg/s) t=3s tăng thêm Trạng thái xe bị ổn định ngang KẾT LUẬN Nghiên cứu ổn định ngang đoàn xe phần nghiên cứu động lực học xe chuyên dùng Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu cho phù hợp với điều kiện nghiên cứu việc cần thiết Trong nghiên cứu này, tác giả trình bày phương pháp nghiên cứu ổn định ngang xe bán moóc việc áp dụng mô hình lắc vật lý vào động lực học ô tô Các kết thay đổi góc lệch hai thân xe dấu hiệu tượng ổn định trượt đoàn xe Sử dụng mô hình lắc vật lý hoàn toàn tính toán cho xe đầu kéo từ xác định đầy đủ trạng thái ổn định xe bán moóc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Văn Hường, Nguyễn Tiến Dũng, Dương Ngọc Khánh, Đàm Hoàng Phúc, Xe chuyên dùng, NXB Giáo dục Việt Nam, 2014 [2] Peijun Liu, Analysis, Detection and Early Warning Control of Dynamic Rollover of Heavy Freight Vehicles, Concordia University, Canada, 1999 [3] Nguyễn Văn Khang, Động lực học hệ nhiều vật, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2007 [4] Võ Văn Hường, Nguyễn Tiến Dũng, Dương Ngọc Khánh, Đàm Hoàng Phúc, Động lực học ô tô, NXB Giáo dục Việt Nam, 2014 [5] Dieter Ammonn, Modellbildung und Systementwicklung in der Fahrzeugtechink, BG Teubner, 1997 [6] M Bouteldja, A Koita, V Dolcemascolo, J C Cadiou Prediction and Detection of Jackknifing Problems for Tractor Semi-Trailer, France 383 ... định ngang KẾT LUẬN Nghiên cứu ổn định ngang đoàn xe phần nghiên cứu động lực học xe chuyên dùng Việc lựa chọn phương pháp nghiên cứu cho phù hợp với điều kiện nghiên cứu việc cần thiết Trong nghiên. .. nghiên cứu này, tác giả trình bày phương pháp nghiên cứu ổn định ngang xe bán moóc việc áp dụng mô hình lắc vật lý vào động lực học ô tô Các kết thay đổi góc lệch hai thân xe dấu hiệu tượng ổn định. .. phẳng đường [3] Kết mô hình góc lệch hai thân xe với điều kiện đầu vào lực liên kết khớp yên ngựa xe đầu kéo tác động lên xe moóc MÔ HÌNH CON LẮC CHO XE BÁN MOÓC Góc lệch hai thân xe thông số quan