1 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU 12 Chương TỔNG QUAN 14 1.2 Tổng quan động lực ô tô 15 1.3 Mục tiêu đề tài 21 Nội dung luận văn 24 Chương LÝ THUYẾT LẬP MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ơ TƠ 25 2.1 Phân tích cấu trúc động lực học tơ 25 2.2 Phương trình chuyển động tổng quát .28 2.3 Phương pháp xác định lực tương tác bánh xe 32 Chương MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÕNG .38 3.1 Các phương trình mặt phẳng đứng 38 3.3 Phương trình mặt phẳng cạnh 42 3.4 Các quan hệ hình học .43 3.5 Các thông số khảo sát phương án khảo sát .44 Chương KẾT QUẢ, ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 46 4.1 Khi xe quay vịng khơng phanh .46 4.2 Khi xe quay vòng phanh 57 4.3 Khi xe quay vòng phanh .65 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ngun lý phanh 16 Hình 1.2 Động lực học bánh xe phanh .17 Hình 1.3 Động lực học bánh xe tăng tốc 17 Hình 1.4 Lực tương tác bánh xe phụ thuộc hệ số trượt 19 Hình 1.5.Sơ đồ điều khiển tơ 22 Hình 1.6 Quan hệ động lực học ô tô: j = 1,2,3,4 .23 Hình 2.1 Cấu trúc mơ hình động lực học tơ 26 Hình 2.2 Mơ đun động lực học mặt phẳng nền&mô đun bánh xe 27 Hình 2.3 Mơ đun xác định phản lực Fz 27 Hình 2.4 Mơ đun dao động lắc dọc ngang khối lượng treo 28 Hình 2.5 Mơ đun hệ thống treo động lực học ngang cầu 28 Hình 2.5 Mơ hình chuyển động tơ 29 Hình 2.7 Định nghĩa hệ tạo độ lực bánh xe 37 Hình 2.8 Định nghĩa hệ tọa độ lực bánh xe theo SAE 37 Hình 2.9 Đặc tính lực Fx(s) tham số  .37 Hình 2.10 Đặc tính lực bên Fy(s) tham số  37 Hình 3.1 Mơ hình động lực học mặt phẳng chiếu đứng 38 Hình 3.2 Mơ hình động lực học mặt phẳng chiếu 41 Hình 3.2 Mơ hình động lực học mặt phẳng chiếu cạnh 42 Hình 4.1.1 Đồ thị góc đánh lái bánh xe dẫn hướng 46 Hình 4.1.3 Đồ thị vận tốc dọc xe quay vịng .47 Hình 4.1.4 Đồ thị vận tốc ngang xe quay vòng 47 Hình 4.1.5 Đồ thị gia tốc ngang xe quay vòng 48 Hình 4.1.6 Đồ thị gia tốc dọc xe quay vòng 48 Hình 4.1.7 Đồ thị hiệu góc trượt bên phải .49 Hình 4.1.8 Đồ thị hiệu góc trượt bên trái 50 Hình 4.1.9 Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe 50 Hình 4.1.10 Đồ thị vận tốc gia tốc góc xoay thân xe 51 Hình 4.1.11 Đồ thị góc hướng vận tốc thân xe 52 Hình 4.1.12 Đồ thị lực ngang lực quán tính trước trái 53 Hình 4.1.13 Đồ thị lực ngang lực qn tính trước phải 54 Hình 4.1.14 Đồ thị lực ngang lực quán tính sau trái 54 Hình 4.1.15 Đồ thị lực ngang lực quán tính sau phải 55 Hình 4.1.16 Đồ thị lực ngang lực qn tính cầu sau 56 Hình 4.1.17 Đồ thị lực ngang lực quán tính cầu trước 56 Hình 4.2.1 Đồ thị góc đánh lái bánh xe dẫn hướng 58 Hình 4.2.2 Đồ thị mơ men bánh xe dẫn hướng 58 Hình 4.2.3 Đồ thị trọng tâm xe quay vịng 59 Hình 4.2.4 Đồ thị vận tốc dọc xe quay vòng .60 Hình 4.2.5 Đồ thị vận tốc ngang xe quay vòng 60 Hình 4.2.6 Đồ thị gia tốc ngang xe quay vịng 61 Hình 4.2.7 Đồ thị hiệu góc trượt bên phải .62 Hình 4.2.8 Đồ thị hiệu góc trượt bên trái 62 Hình 4.2.9 Đồ thị vận tốc gia tốc góc xoay thân xe 63 Hình 4.2.10 Đồ thị góc hướng vận tốc thân xe 64 Hình 4.3.1 Đồ thị góc đánh lái bánh xe dẫn hướng 65 Hình 4.3.2 Đồ thị góc đánh lái bánh xe dẫn hướng 66 Hình 4.3.3 Đồ thị trọng tâm xe quay vịng 67 Hình 4.3.4 Đồ thị vận tốc ngang xe quay vòng 68 Hình 4.3.5 Đồ thị gia tốc ngang xe quay vòng 68 Hình 4.3.6 Đồ thị vận tốc gia tốc góc xoay thân xe 69 Hình 4.3.7 Đồ thị hiệu góc trượt bên phải .70 Hình 4.3.8 Đồ thị hiệu góc trượt bên trái 70 Hình 4.3.9 Đồ thị góc hướng vận tốc thân xe 71 Hình 4.3.10 Đồ thị lực ngang lực qn tính trước trái 72 Hình 4.3.11 Đồ thị lực ngang lực quán tính trước phải 72 Hình 4.3.12 Đồ thị lực ngang lực quán tính sau trái 73 Hình 4.3.13 Đồ thị lực ngang lực qn tính sau phải 73 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT - A  m2  : Diện tích, thiết diện -c : Hệ số khí động -   kg / cm3  : Mật độ khơng khí - CL  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp - CL1  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp trước - CL  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp sau - CLR1  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp trước dãy phải - CLL1  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp trước dãy trái - CLR2  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp sau dãy phải - CLL2  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp sau dãy trái - C  N / m : Độ cứng hệ thống treo - C1  N / m  : Độ cứng treo trước - C2  N / m  : Độ cứng treo sau - C1R  N / m  : Độ cứng treo trước dãy phải - C1L  N / m  : Độ cứng treo trước dãy trái - C2R  N / m  : Độ cứng treo sau dãy phải - C2L  N / m  : Độ cứng treo sau dãy trái - K  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo - K1  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo trước - K  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo sau - K1R  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo trước dãy phải - K1L  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo trước dãy trái - K 2R  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo sau dãy phải - K 2L  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo sau dãy trái - a  m : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước - b  m : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau -r : Bán kính tự lốp - J X  kgm2  : Mơmen qn tính trục x xe - JY  kgm2  : Mơmen qn tính trục y xe - J Z  kgm2  : Mômen quán tính trục z xe - J yA1  kgm2  : Mơmen qn tính trục y cầu trước - J yA2  kgm2  : Mơmen qn tính trục y cầu sau - J AyR  kgm2  : Mơmen qn tính trục y lốp trước dãy phải - J AyL  kgm2  : Mơmen qn tính trục y lốp trước dãy trái - J AyR  kgm2  : Mơmen qn tính trục y lốp sau dãy phải - J AyL  kgm2  : Mômen quán tính trục y lốp sau dãy trái - h  m : Chiều cao mấp mô đường - h1  m  : Chiều cao mấp mô đường phía trước - h2  m  : Chiều cao mấp mơ đường phía sau - FZ  N  : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe - FZ  N  : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước - FZ  N  : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau - FZR1  N  :Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước dãy phải - FZL1  N  : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước dãy trái - FZR2  N  : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau dãy phải - FZL2  N  : Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau dãy trái - FZt  N  : Tải trọng tĩnh bánh xe - FZ 1,t  N  : Tải trọng tĩnh bánh xe phía trước - FZ 2,t  N  : Tải trọng tĩnh bánh xe phía sau - FZd  N  : Tải trọng động bánh xe - FZ 1,d  N  : Tải trọng động bánh xe phía trước - FZ 2,d  N  : Tải trọng động bánh xe phía sau - FC  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo - FC1  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo trước - FC  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo sau - FCR1  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo trước dãy phải - FCL1  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo trước dãy trái - FCR2  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy phải - FCL2  N  : Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy trái - FK  N  : Lực cản hệ thống treo - FK1  N  : Lực cản hệ thống treo trước - FK  N  : Lực cản hệ thống treo sau - FKR1  N  : Lực cản hệ thống treo trước dãy phải - FKL1  N  : Lực cản hệ thống treo trước dãy trái - FKR2  N  : Lực cản hệ thống treo sau dãy phải - FKL2  N  : Lực cản hệ thống treo sau dãy trái - FCL  N  : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe - FCL1  N  : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước - FCL  N  : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau - FClR1  N  : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dãy phải - FClL1  N  : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dãy trái - FClR2  N  : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dãy phải - FClL  N  : Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dãy trái - M  kg  : Khối lượng toàn xe - m  kg  : Khối lượng treo - m1  kg  : Khối lượng treo trước - m2  kg  : Khối lượng treo sau - mA1  kg  : Khối lượng không treo trước - mA2  kg  : Khối lượng không treo sau - mAR1  kg  : Khối lượng không treo trước dãy phải - mAL1  kg  : Khối lượng không treo trước dãy trái - mAR2  kg  : Khối lượng không treo sau dãy phải - mAL2  kg  : Khối lượng không treo sau dãy trái - b : Hệ số bám đường - ft  m  : Độ võng tĩnh - f t1  m  : Độ võng tĩnh phía trước - ft  m  : Độ võng tĩnh phía sau - ft1R  m  : Độ võng tĩnh phía trước dãy phải - ft1L  m  : Độ võng tĩnh phía trước dãy trái - ft 2R  m  : Độ võng tĩnh phía sau dãy phải - ft 2L  m  : Độ võng tĩnh phía sau dãy trái -   rad  : Góc lắc thân xe -   m : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu xe - 1  m  : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước - 2  m  : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau - 1R  m  : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước dãy phải - 1L  m  : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước dãy trái -  2R  m  : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau dãy phải -  2L  m  : Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau dãy trái 10 -  m / s : Vận tốc phương thẳng đứng cầu xe - 1  m / s  : Vận tốc phương thẳng đứng cầu trước - 2  m / s  : Vận tốc phương thẳng đứng cầu sau - 1R  m / s  : Vận tốc phương thẳng đứng cầu trước dãy phải - 1L  m / s  : Vận tốc phương thẳng đứng cầu trước dãy trái - 2R  m / s  : Vận tốc phương thẳng đứng cầu sau dãy phải - 2L  m / s  : Vận tốc phương thẳng đứng cầu sau dãy trái -   m / s2  : Gia tốc phương thẳng đứng cầu xe - 1  m / s  : Gia tốc phương thẳng đứng cầu trước - 2  m / s  : Gia tốc phương thẳng đứng cầu sau - 1R  m / s  : Gia tốc phương thẳng đứng cầu trước dãy phải - 1L  m / s  : Gia tốc phương thẳng đứng cầu trước dãy trái - 2R  m / s  : Gia tốc phương thẳng đứng cầu sau dãy phải - 2L  m / s  : Gia tốc phương thẳng đứng cầu sau dãy trái - z, z, z  m, m / s, m / s  lượng treo : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối 62 với góc lái lớn gia tốc ngang giảm nhanh, có trượt bánh xe 4.2.4 Kết hướng chuyển động Hình 4.2.7 Đồ thị hiệu góc trượt bên phải Hình 4.2.8 Đồ thị hiệu góc trượt bên trái 63 Hình 4.2.9 Đồ thị vận tốc gia tốc góc xoay thân xe Nhận xét: Khi quay vòng phải   0&  xe quay vòng thừa;   0&  quay vòng thiếu; Khi quay vòng trái nếu  0&  xe quay vịng thiếu; nếu  0&  Để đánh giá trạng thái chuyển động đầy đủ xe, tác giả vào đồ thị kết hợp vận tốc gia tốc góc xoay thân xe quay vịng (hình 4.2.9) Khi xe quay vịng với góc nhỏ (10 –đường màu xanh dương) vận tốc tăng tương ứng với góc lái gia tốc tăng nhanh, khoảng thời gian q độ cho nên, góc lái lớn gia tốc lớn (40 (deg/s2)- nét đứt màu xanh cây, 59 (deg/s2)- nét đứt màu đỏ) Tuy nhiên với góc lớn đường gia tốc lại giảm nhanh xe bị trượt, chưa hết qua trình q độ (1,35s – góc 40 1,25s – góc 70) Xét trạng thái chuyển động với góc 70 xe có xu hướng quay vịng thừa ứng với hiệu góc lệch lớnvà phanh có xu hướng giảm giá trị, bánh xe trượt 64 theo hai phương dọc ngang, làm cho xe có xu hướng chuyển động theo qn tính Trong góc lái nhỏ sau hết trình độ gia tốc có xu hướng gần giá trị (deg/s2) Hình 4.2.10 Đồ thị góc hướng vận tốc thân xe Nhận xét: xu hướng ổn định xe thể rõ đồ thị góc hướng vận tốc xe Đối với góc nhỏ góc hướng gần 00 có nghĩa xe có xu hướng quay vịng thiếu Ứng với góc lái lớn bánh xe dễ bị trượt nên góc hướng bị thay đổi lớn, dẫn đến quay vịng khơng ổn định 65 4.3 Khi xe quay vòng phanh 4.3.1 Hàm đánh lái phanh Góc δ=10 Góc δ=40 Góc δ=70 Hình 4.3.1 Đồ thị góc đánh lái bánh xe dẫn hướng 66 Hình 4.3.2 Đồ thị góc đánh lái bánh xe dẫn hướng Ở phương án thứ lựa chọn việc khảo sát mơ hình với thông số điều khiển hàm mô men phanh bắt đầu t=1s hết độ t=1,5s, góc lái bánh xe bắt đầu thời điểm t=2,5s Đến 3s góc bánh xe giữ ổn định mức δ=[10 40 70] 4.2.2 Kết quỹ đạo vận tốc 67 Hình 4.3.3 Đồ thị trọng tâm xe quay vòng Nhận xét: Khi bắt đầu phanh chưa có tác dụng ngoại lực ngang nên xe tọa độ trọng tâm xe nằm đường thẳng Y=0(m) Mơ hình khảo sát cho thấy, tăng góc lái δ (từ 10 lên 40) xe di chuyển ngang nhiều (đường màu xanh dương xanh cây) 68 Hình 4.3.4 Đồ thị vận tốc ngang xe quay vòng Nhận xét: So với trường hợp khơng có tác động phanh xe vận tốc ngang dọc xe có xu hướng thay đổi chậm hơn, đặc biệt với góc đánh lái lớn 4.2.3 Kết gia tốc Hình 4.3.5 Đồ thị gia tốc ngang xe quay vòng 69 Nhận xét: Xu hướng xe bị trượt ngang chuyển động thể rõ ràng đồ thị gia tốc xe đặc biệt có kết hợp hai thơng số điều khiển phanh quay vịng Trên hình 4.3.5 đồ thị gia tốc ngang xe Khi bắt đầu đánh lái gia tốc ngang xe tăng lên nhanh theo góc lái Tuy nhiên hết trình lái độ t= 3,2s, 0,5(m/s2) góc lái 10; 2,1 (m/s2) góc lái 40 3,05 (m/s2) góc lái 70 Sau giảm nhanh có tác động việc phanh tơ Và với góc lái lớn gia tốc ngang giảm nhanh, có trượt bánh xe 4.1.4 Kết hướng chuyển động Hình 4.3.6 Đồ thị vận tốc gia tốc góc xoay thân xe 70 Hình 4.3.7 Đồ thị hiệu góc trượt bên phải Hình 4.3.8 Đồ thị hiệu góc trượt bên trái Nhận xét: Khi quay vòng trái nếu  0&  xe quay vịng thiếu; nếu  0&  quay vịng thừa Để đánh giá trạng thái chuyển động đầy đủ xe, tác giả vào đồ thị kết hợp vận tốc gia tốc góc xoay thân xe quay vịng (hình 4.3.6) Trên đồ thị tác giả quy ước đường liên 71 đường vận tốc góc xoay, cịn đường nét đứt đường gia tốc góc xoay thân xe Khi xe quay vịng với góc nhỏ (10 –đường màu xanh dương) vận tốc tăng tương ứng với góc lái gia tốc tăng nhanh, khoảng thời gian độ cho nên, góc lái lớn gia tốc lớn (22 (deg/s2)- nét đứt màu xanh cây, 38 (deg/s2)- nét đứt màu đỏ) Tuy nhiên với góc lớn đường gia tốc lại giảm nhanh xe bị trượt (2,8s – góc 40 2,7s – góc 70) Xét trạng thái chuyển động với góc 40 70 xe có xu hướng quay vịng thừa ứng với hiệu góc lệch giảm nhanh đến mức nhỏ Trong góc lái nhỏ sau hết trình độ gia tốc có xu hướng gần giá trị (deg/s2) Hình 4.3.9 Đồ thị góc hướng vận tốc thân xe 4.1.5 Kết động lực học 72 Hình 4.3.10 Đồ thị lực ngang lực quán tính trước trái Hình 4.3.11 Đồ thị lực ngang lực quán tính trước phải 73 Hình 4.3.12 Đồ thị lực ngang lực qn tính sau trái Hình 4.3.13 Đồ thị lực ngang lực quán tính sau phải 74 Nhận xét: Trên đồ thị tác giả thể lực ngang bánh xe lực quán tính Các đường liên đường lực ngang, đường nét đứt đường lực quán tính Đối với bánh xe, quy luật thay đổi trạng thái trượt vủa bánh xe không khác nhiều với trường hợp khơng phanh Nếu nhận định đầy đủ trình trượt bánh xe xảy nhanh rõ ràng Đặc biệt bánh xe bên phải (hình 4.3.10 đến 4.3.13) 75 KẾT LUẬN Hiện nay, vấn đề tai nạn giao thông làm đau đầu nhà quản lý Đặc biệt loại xe chở nhiều người xe khách chạy đường dài Một vấn đề làm nhà kỹ thuật phải suy nghĩ điều kiện đường xá Việt Nam Điều khiến xe bị trượt, làm ổn định, lật, gây tổn hại lớn Tuy nhiên việc đánh giá giới hạn trượt lật tơ khách chưa có đánh giá đầy đủ điều kiện Việt Nam Với mục tiêu, xây dựng mơ hình động lực học để xác định giới hạn lật trượt cho xe khách Trong phạm vi đề tài, tác giả đánh giá trượt bánh xe số điều kiện khảo sát điển hình Cụ thể tác giả xây dựng mơ hình động lực học tơ tải khảo sát phương án: Phương án 1: Xác định trượt xe quay vịng với góc đánh lái khác nhau; Phương án 2: Xác định trượt xe quay vòng phanh phạm vi cụ thể; Phương án 3: Xác định trượt xe phanh quay vòng Trong phương án khảo sát, tác giả xác định vận tốc, góc bánh xe dẫn hướng gây tượng ổn định trượt ngang xe Tuy nhiên thời gian có hạn đề tài tác giả dừng lại xây dựng mơ hình xác định vài tình di chuyển Để đánh giá sâu an toàn xe tải cần có nghiên cứu chun sâu để đảm bảo an toàn cho hành khách người tham gia giao thông 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Rolf Isermann (2006): Fahrdynamik-Regelung, nxb Vieweg ATZ/MTZ-Fachbuch, http://www.vieweg.de [2] Raesh Rajamani (2006): Vehicle Dynamics and Control, nxb Springer USA [3] Bernd H./Metin E.(2008): Fahrwerkhandbuch, nxh Vieweg-Teubner, http://www.viewegteubner.de [4] Wallentowitz/Reif (2006) Handbuch Kraftfahrzeugelektronik, nxb Vieweg ATZ/MTZ- Fachbuch, http://www.vieweg.de [5] Wallentowitz/Mítschke(2004):Dynamik der Kraftfahrzeuge, nxb Springer, http://www.springer.de [6] Ryszard Andrzejewski (2005): Nonlinear Dynamics of a Wheeled Vehicle, nxb Springer USA, http://www.springeronline.de [7] Winner Hermann/ Hakuli Stefan (2009): Handbuch Fahrerassistenzsysteme, nxb Vieweg ATZ/MTZ- Fachbuch, www.vieweg.de [8] Dieter Schramm (2010): Modellbildung und Simulation der Dynamik von Kraftfahrzeuge, Springer, 2010, http://dnb.d-nb.de [9] Raesh Rajamani (2006): Vehicle Dynamics and Control, nxb Springer USA [10] Mannfred B (1993): Fahrwerktechnik: Radschlupf-Regelsysteme, nxb Vogel [12] Ammon, D (1997): Modellbildung und Systementwicklung in der Fahrzeugtechink, BG Teubner ... văn :” Lập mơ hình động lực học ô tô xác định giới hạn lật trượt xe khách đường dài? ?? có phần sau: (i) Tổng quan trượt lật học ô tô; (ii) Lý thuyết lập mô hình động lực học; (iii )Lập mơ hình hai... hai mơ hình trượt lật tương đối độc lập với Từ kết luận (iii) ta thấy mô hình nghiên cứu trượt mơ hình động lực học tơ Kết (đầu ra) mơ hình động lực học thông số đầu vào mô hình động lực học ngang... tích cấu trúc động lực học ô tô Động lực học ô tô tích hợp động lực học phương ngang, thẳng đứng động lực học phương dọc: (i) Động lực học dọc/Longitudinal Dynamics (ii) Động lực học phương thẳng