ĐỒ án kết cấu TÍNH TOÁN ô tô đề tài tính toán tính ổn định khi ô tô xoay vòng

: góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trongXét mô hình trên ta có:tg = R = Trong thực tế khi xe vào góc cua thì tài xế đánh lái rất từ từ với góc quay hệ thống lái rất nhỏ nếu không sẽ c

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ HỮU NGHỊ -o0o - KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

ĐỒ ÁN KẾT CẤU TÍNH TOÁN Ô TÔ

Đề tài:

“Tính toán tính ổn định khi ô tô xoay vòng”

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Trần Vũ Chính Sinh viên thực hiện : Nguyễn Tuấn Quyền

Lời Nói Đầu

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Vũ Trần Chính đã trang bị giúp em

những kỹ năng cơ bản và kiến thức cần thiết để hoàn thành được đồ án

“NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ KHI QUAY VÒNG” cụ

thể trên xe khách Universe Advanced 47 chỗ , một vấn đề rất thực tế của chúng ta

hiện nay là vấn đề an toàn ,ổn định của xe khách khi vào quay vòng Qua việc nghiên cứu chúng em sẽ tìm hiểu và đưa ra được những vấn đề còn mắc phải của chiếc xe này

Tuy nhiên, trong quá trình làm đồ án do kiến thức chuyên ngành của em còn hạn chế nên không thể tránh khỏi một vài thiếu sót khi trình bày và đánh giá vấn đề Rất mong nhận được sự góp ý, đánh giá của các thầy để đề tài của em thêm hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1/Qúa trình quay vòng của ô tô:

Hình 1-1 : Quá trình quay vòng của ô tô

Qúa trình quay vòng của ô tô được chia làm 3 giai đoạn:

GDI: là giai đoạn chuẩn bị vào đường quay vòng với R

GDII: là giai đoạn vào quay vòng với bán kính tức thời R = Const

GDIII: là giai đoạn ra khỏi đường quay vòng với R

1.2/ Sự quay vòng của ô tô khi không tính đến biến dạng lốp xe:

1.2.1/ Qúa trình quay vòng của ô tô:

Hình 1-2: Mô hình quay vòng của ô tô

m: chiều rộng vết bánh xe

l : khoảng cách giữa 2 cầu xe

R: bán kính quay vòng tức thời

: góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài

5

: góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trongXét mô hình trên ta có:

tg = R =

Trong thực tế khi xe vào góc cua thì tài xế đánh lái rất từ từ với góc quay hệ thống lái rất

nhỏ ( nếu không sẽ cua ngặt và mất quĩ đạo chuyển động điều này rất nguy hiểm)

1.2.2/ Các lực tác dụng vào ô tô khi quay vòng :

Khi xe vào quay vòng ta xét các lực tác dụng lên xe cụ thể là vào trọng tâm T của

xe Trọng tâm này cách cầu trước một đoạn là a, cách cầu sau một đoạn là b

Tại tâm T khi quay vòng thì xuất hiện lực li tâm tác dụng lên xe, có phương chiều nhưhình vẽ Phân tích thành 2 thành phần theo phương và ta được , Trong

đó lực là lực dọc trục xe có xu hướng làm xe đi tới ta không xét đến Lực có xuhướng làm xe văng ra khỏi đường vì vậy ta xét lực

Hình 1-3: Phân tích lực tác dụng khi quay vòng

Ta có :

Trong đó : là gia tốc hướng tâm

Khi đó:

[1-10]

Ta có nhận xét về biểu thức [1-10] như sau:

Lực là lực làm xe có xu hướng văng ra khỏi mặt đường nên khi vào quay vòng để xe

an toàn thì lực phải nhỏ Để giảm thì:

+ giảm : tức là giảm tốc độ của xe khi vào quay vòng

+ = Const = 0 tức là khi xe vào quay vòng thì góc quay của hệ thống lái phải từ từ,chỉ thay đổi nhỏ lúc đó ta xem như = Const ( Người tài xế phải bẽ lái một cách từ từkhông được bẽ quá gấp)

1.3/ Sự quay vòng của ô tô khi tính đến sự biến dạng của lốp xe:

1.3.1/ Bán kính quay vòng tức thời:

Khi không có sự biến dạng của lốp xe , xe vào cua với vận tốc hợp với phương ngangmột góc là vận tốc của cầu trước và cầu sau chuyển động với vận tốc như hình.Khi có sự biến dạng của lốp xe với

: góc biến dạng bánh xe cầu trước

: góc biến dạng bánh xe cầu sau

Lúc này phương vận tốc bị lệch một góc thành vận tốc và phương vận tốc bị lệch đi một góc thành vận tốc

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

Hình 1-4: Mô hình quay vòng khi có sự biến dạng lốp xe

Vấn đề đặt ra bây giờ là phải tìm xem = ?

[1-11]

Nhưng vì ; ; rất bé nên:

Khi đó xảy ra 3 trường hợp sau:

TH1: Nếu = tức là áp suất các bánh xe trước bằng áp suất các bánh xe sau.

: Quay vòng đúngTức là khi quay vòng không tính đến sự biến dạng hay có tính đến sự biến dạng lốp xecũng quay vòng với một bán kính quay vòng tức thời (tài xế không thay đổi góc quayvành lái)

TH2: Nếu > tức là áp suất các bánh xe trước nhỏ hơn áp suất các bánh xe sau.

: Quay vòng thiếuTức là khi quay vòng có tính đến sự biến dạng của lốp xe tài xế phải quay vành lái chogóc quay vành lái tăng lên so với khi không tính đến sự biến dạng lốp xe, để xe có thểquay vòng đúng với bán kính quay vòng tức thời R

TH3: Nếu < tức là áp suất các bánh xe trước lớn hơn áp suất các bánh xe sau.

: Quay vòng thừaTức là khi quay vòng có tính đến sự biến dạng của lốp xe tài xế phải quay vành lái chogóc quay vành lái giảm đi so với khi không tính đến sự biến dạng lốp xe, để xe có thểquay vòng đúng với bán kính quay vòng tức thời R

1.3.2/ Xét ảnh hưởng biến dạng của lốp xe:

Phần trên ta nói về 3 TH: ; ; Trong 3 trường hợp này thì trường hợp

không có gì để nói và thực tế nó cũng rất ít khi xảy ra

1.3.2.1/ Trường hợp quay vòng thiếu: >

Hình 1-5: Ảnh hưởng của biến dạng lốp xe TH quay vòng thiếu

Trường hợp này khi xe chuyển động với vận tốc dưới ảnh hưởng của do áp suất

các bánh xe trước nhỏ hơn áp suất các bánh xe sau nên tức thời cầu trước của xe bị lệch

hướng chuyển động 1 góc , cầu sau của xe bị lệch hướng chuyển động 1 góc

Dựng các đường vuông góc như hình ta tìm được tâm OT ( tức thời xe quay quanh tâm

OT) Nên tạo ra lực li tâm , phân tích lực li tâm thành 2 thành phần ; :

Thành phần tác dụng theo phương dọc trục xe làm xe chuyển động về phía trước, thànhphần này không quan trọng Thành phần có xu hướng làm xe làm xe bị lệch khỏi

quĩ đạo chuyển động nhưng lúc này và cùng phương , ngược chiều, khác điểm đặt

vì vậy triệt tiêu lẫn nhau tạo ra tính ổn định của xe

Kết luận: Chính vì lí do trên mà thực tế người ta thường bơm lốp trước mềm hơn lốp

sau Và ở xe chúng ta đang xét cũng bơm sao cho áp suất các bánh xe trước nhỏ hơn ápsuất các bánh xe sau

1.3.2.2/Trường hợp quay vòng thừa : <

Hình 1-6: Ảnh hưởng của biến dạng lốp xe TH quay vòng thừa

Trường hợp này và cùng phương , cùng chiều, khác điểm đặt vì vậy tạo ra sự mất

ổn định của xe

Kết luận: Chính vì lí do trên mà thực tế người ta thường tránh bơm lốp trước cứng hơn

hơn lốp sau Điều này gây sự mất ổn định của xe, thậm chí là mất điều khiển

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN

2.1/ Ảnh hưởng của kết cấu ô tô khi quay vòng

Khi xe vào quay vòng thì yếu tố động học của xe gồm 3 yếu tố sau: vận tốc của xe, quĩ đạo chuyển động của xe và yếu tố thứ 3 là gia tốc hướng tâm

Ta xét mô hình phẳng của xe như hình bên dưới Để xét quĩ đạo chuyển động của xe ta sẽ xét đến yếu tố trọng tâm T( ; ) của xe so với hệ tọa độ mặt đường

Hệ trục tọa độ xTy là hệ trục tọa độ gắn trên khung xe Hệ tọa độ là hệ tọa độ mặt đường được đưa vào trọng tâm T

Khi đó phương vectơ vận tốc hợp với khung xe một góc là góc chuyển hướng của ô tô.Khung xe hợp với mặt đường một góc gọi là góc quay khung xe

Hình 2-1: Mô hình xác định quĩ đạo tâm xe và vận tốc xe

2.1.1/Phương trình vận tốc :

Xét Hình 2-1: Chiếu lên 2 phương , ta được

[2-1][2-2]

2.2.2/Tọa độ trong tâm của xe:

[2-3]

[2-4]

Từ đó ta có thể xác định được tọa độ trọng tâm tại một thời điểm nhất định

2.2.3/Gia tốc hướng tâm của xe:

Gia tốc hướng tâm xuất hiện khi xe đi vào một quĩ đạo cong Thông thường ta có thể xácđịnh được như sau:

[2-5]

Trong đó v là vận tốc của xe, là bán kính quay vòng tức thời, thực tế thay đổi liên tục

và khó đo đạc trong thực tế

Nên có một cách khác có thể xác định được

Từ công thức [2-1]; [2-2] ta có

[2-6][2-7]Xét hình [2-2]:

Được các vectơ theo phương như hình

Hình 2-2: Mô hình xác định gia tốc hướng tâm của xe

Và theo sơ đồ ta dễ dàng xác định được gia tốc hướng tâm

[2-8]

2.2/Phương trình động lực học của xe khi quay vòng:

Hình 2-3: Mô hình động lực học của xe khi quay vòng

Xét mô hình phẳng của xe trên Hình 2-3 Các lực tác dụng lên xe bao gồm:

là lực kéo ở các bánh xe

là lực cản lăn ở các bánh xe

là phản lực bên ở các bánh xe

là mômen cản quay của bánh xe

=1, 2, 3, 4 tùy thuộc vào ta kí hiệu

Tại trọng tâm T của xe cách cầu trước một đoạn a và cách cầu sau một đoạn b Chiều dài cơ

sở của xe là l = a + b Tại điểm C cách trọng tâm T một đoạn e có hai lực theo phương x là(lực cản không khí), lực theo phương y là lực gió bên N

Tại trọng tâm T có các lực tác dụng như sau:

+ Lực li tâm là trong đó m là khối lượng toàn bộ xe bao gồm cả người

Khi xe quay vòng sẽ xuất hiện mômen quán tính xung quanh trục Tz là Góc quay của bánh xe dẫn hướng là Kích thước chiều rộng vết lốp của cầu trước là , của cầu sau là Xét Hình 2-3 ta có phương trình cân bằng lực và mômen như sau: Đối với trục dọc ô tô ( trục x):

[2-9]Đối với trục ngang ô tô ( trục y):

[2-10]Phương trình cân bằng mô men đối với trục Tz:

Ở phần trên khi xét mô hình phẳng của xe ta đã có được 3 phương trình động lực học của

xe [2-9]; [2-10]; [2-11] khi xe quay vòng

Mục tiêu của phần này là ta sẽ làm mọi cách để đơn giản được hệ ba phương trình trên, làmcho quá trình tính toán về sau sẽ dễ dàng hơn và vì đây còn là hệ cơ sở để ta có thể tính toáncác thông số về sau

Thay vì xét mô hình phẳng bây giờ ta chỉ xét mô hình một vết bánh xe

Khi đó ta đặt

Hình 2-4: Mô hình một vết bánh xe

Ở đây để đơn giản ta bỏ qua lực cản lăn và mô men quay ( mômen đàn hồi) vì thực tế giá trị

[2-12][2-13][2-14]Khi xe vào quay vòng để đảm bảo an toàn, người lái phải cua rất từ từ với góc cua rất nhỏtức là nhỏ và khi càng vào cua thì càng tăng lên nhưng sự tăng lên là nhỏ có thể xem = const

Góc nhỏ thì góc nhỏ

Như vậy ta tiếp tục thu gọn hệ ba phương trình trên [2-12];[2-13];[2-14] được như sau

[2-15][2-16][2-17]

Ở đây , là phản lực bên ở cầu trước và cầu sau Được tính như sau

[2-18][2-19]Trong đó ; là độ cứng góc lệch bên trung bình của các bánh xe của cầu trước, cầu sau, là góc lệch bên của các bánh xe của cầu trước, cầu sau

Hình 2-5: Sự thay đổi vết tiếp xúc khi vận tốc và

Ta cần xác định được giá trị , để có thể tính được , Để xác định được góc lệch bên , ta xét mô hình phẳng động học như hình bên dưới

- Ở bánh xe cầu trước:

[2-20]

- Ở bánh xe cầu sau:

[2-24]Mômen quay vành lái:

[2-25]Trong đó là tỉ số truyền từ trụ đứng đến trụ quay đứng

Công thức xác định mối quan hệ giữa và là

[2-26]Trong đó: , , là các hệ số phụ thuộc vào kết cấu xe đã có sẵn là độ cứng của hệ thống lái nếu hệ thống lái có độ cứng cao thì lớn ngược lại nếu độ cứng thấp thì nhỏ.: khoảng dịch chuyển trước của đường tâm trụ đứng

: khoảng dịch chuyển sau của đường tâm phản lực bên

Từ [2-26]:

Lúc này :

[2-28]

Ta đặt :

Chú ý: Ở đây ta đặt với ý nghĩa như sau Các thông số , , làthông số kết cấu của xe nên không thay đổi Còn là độ cứng của hệ thống lái Trên xe hệthống lái là một hệ thống đàn hồi vậy sẽ thay đổi Nhưng nhìn vào [2-30] dù có thayđổi thì cũng làm giảm dẫn đến giảm tức là giảm lực bên tác dụng lên các bánh xe cầutrước

Vậy tóm lại ta có các phương trình động lực học [2-15]; [2-16]; [2-17]; [2-23] ;[2-31] nhưsau:

2.4/ Động lực học quay vòng đều:

Khi quay vòng đều ô tô sẽ chuyển động trên quĩ đạo cong có bán kính R không thay đổi (

R = Const) Nếu lực ly tâm tăng lên quá lớn khi quay vòng thì các bánh xe chuyển động ởgiới hạn trượt bên và có thể làm mất quĩ đạo chuyển động

Trong thực nghiệm khi quay vòng để an toàn xe sẽ chuyển động với v = Const và thay đổibán kính R để được các gia tốc hướng tâm khác nhau

Ta đã tìm ra được giá trị ; nên thay vào hệ ba phương trình [2-32],[2-33],[2-34] Được

hệ phương trình như sau

[2-35]

[2-36]

Cuối cùng ta được hệ gồm hai phương trình [2-35], [2-26] là phương trình động lực học quay vòng đều của xe

2.5/ Mô tả sự ảnh hưởng của gió khi quay vòng:

Hình 2-7: Ảnh hưởng của gió khi quay vòng

Tâm O nằm giữa xe , điểm C là điểm đặt của lực gió bên N tác dụng vào xe, điểm T là trọngtâm của xe

Khi xe vào quay vòng với vận tốc thì hợp với khung xe một góc Hợp lực của và

là tác dụng vào xe, hợp với khung xe một góc

là khoảng cách từ điểm đặt lực đến điểm giữa của xe, e là khoảng cách từ điểm đặt lực đến trọng tâm của xe

là mô men của lực gió bên gây ra đối với điểm O

Gía trị của lực gió bên N tác dụng vào xe là

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

[4-2]Trong đó là hệ số cản khí động.

2.6/ Sự nhạy cảm của ô tô khi có gió bên:

Khi ô tô chuyển động thẳng trên đường, bất ngờ gặp một cơn gió bên nó có thể làm mất quĩđạo chuyển động và kết quả là bánh xe dẫn hướng sẽ quay đi một góc làm xe không chuyểnđộng thẳng nữa Điều này rất hay gặp khi ta đi qua các khe núi hoặc bất ngờ có bão hoặc giólớn

Hình 2-8: Qui luật tác dụng của gió bênHình 2-9: Qũi đạo chuyển động của ô tô khi có gió bênVấn đề ở đây là muốn cho xe tiếp tục chuyển động thẳng trở lại thì tài xế phải quay ngượcgóc quay vành lái lại , tức là bù vào góc do gió bên gây ra Vấn đề thứ hai là khi xe đã

chuyển động thẳng với và v = const thì độ nhạy cảm của xe sẽ như thế nào khi tiếptục có gió bên tác dụng vào

2.6.1/ Góc bù quay vành lái:

Xét mô hình tính toán như hình:

Hình 2-10: Mô hình tính toán góc bù vành lái

Với hệ tọa độ góc là mặt đường Bây giờ xe đang đi thẳng với vận tốc bất ngờ gặp gió bên N tác dụng vào Kết quả là xe bị mất hướng chuyển động không chuyển động thẳngnữa, muốn xe tiếp tục chuyển động thẳng ta phải quay ngược vành lái một góc sao cho bánh xe dẫn hướng quay ngược lại một góc

Dưới sự tác động của lực gió bên N sẽ xuất hiện các phản lực bên , ở các bánh xe trước và sau Thông thường thì áp suất bánh xe trước là nhỏ hơn áp xuất bánh xe sau nên độ đàn

hồi ở lốp trước là nhỏ hơn lốp sau và kết quả là góc lệch bên >

Để xe có thể tiếp tục chuyển động thẳng thì bánh xe dẫn hướng phải quay ngược lại một góc tức là góc quay vành lái đã quay được lại một góc góc này được gọi là góc bù vành lái Vấn đề bây giờ là xác định được góc này

Xét hệ phương trình [2-35]; [2-36] Khi đó tính đến lực gió bên N

[4-4]Kèm theo các điều kiện như sau: vì xe chuyển động thẳng nên.

Từ đó ta có:

[4-5][4-6]Giải hệ phương trình này ta được:

[4-7]Phương trình [4-7] là phương trình tình góc bù quay vành lái

2.6.2/ Sự nhạy cảm của ô tô khi có gió bên N:

Khi xe gặp gió bên N Để xe an toàn không bị mất quĩ đạo chuyển động thì kết cấu của xe phải làm sao để góc bù quay vành lái là nhỏ nhất

Nhìn vào biểu thức [4-7] thì nhỏ nhất khi:

+ lớn: Tức là độ cứng góc lệch bên các bánh xe trước phải lớn hơn, điều đó đồng nghĩavới việc lốp trước phải cứng ( áp suất vẫn nhỏ hơn lốp sau) và độ cứng của hệ thống lái phải lớn Vì nếu lốp cứng nhưng hệ thống lái có độ cứng thấp thì cũng gây mất quĩ đạo chuyển động

+ Tử số phải nhỏ Tử số này nhỏ khi e nhỏ tức là tâm áp lực gió bên Ncàng gần trọng tâm T của xe Để đảm bảo cho xe an toàn không bị mất quĩ đạo thì kết cấu

của xe phải làm sao cho Tức là

CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ KHI XOAY VÒNG

2.7 Thông số kỹ thuật ban đầu của xe Samco-BG4W:

Thông số kĩ thuật xe khách SAMCO – BG4w (Sắt xi nhãn hiệu ISUZU NQR75)

1 ĐỘNG CƠ

thẳng hàng, làm mát bằng nước, tăng áp,làm mát khí nạp, phun nhiên liệu trực tiếp

Mô men xoắn tối đa 404/1500-2600 (Kg.m/rpm)Đường kính xi lanh x hành trình piston 115x125(mm)

2 THÔNG SỐ VỀ TÍNH NĂNG CHUYỂN ĐỘNG

Khả năng leo dốc cực đại (%) 31

Tỷ số truyền các tay số 5,979:3,434:1,862:1,297:1,000:0,759

Hiệu suất của hệ thống truyền lực

3 PHANH

Dẫn động phanh Thủy lực, trợ lực chân khôngPhanh tay Tang trống, tác dụng lên trục thứ cấp hộp

số