ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN KẾT HỢP SỰ LÀM VIỆC CỦA THANH ỔN ĐỊNH NGANG VÀ HỆ THỐNG PHANH ĐỂ TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỐNG LẬT BÊN CỦA XE TẢI

Trong trường hợp xe chạy trên nền đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực ly tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi sẽ làm cho tăng độ nghiêng t

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN KẾT HỢP SỰ LÀM VIỆC CỦA THANH ỔN ĐỊNH NGANG VÀ HỆ THỐNG PHANH ĐỂ TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỐNG LẬT BÊN CỦA XE TẢI.

SOFTWARE APPLICATIONS MATLAB SIMULINK CONTROL MODEL BUILDING COMBINES THE WORK OF THE HORIZONTAL STABILIZER BAR AND BRAKE SYSTEM TO STRENGTHEN RESISTANCE TO OUSTED TRUCK BEN.

Ks Đào Đức Thụ, Email: ducthuhd@gmail.com, Điện thoại:0972802963

Ths Đỗ Công Đạt, Email: datdocong@yahoo.com, Điện thoại: 0903280863

Tóm tắt: Một trong những tai nạn thường xảy ra đối với xe tải khi đi vào đường vòng đó chính là bị lật bên Đã có nhiều biện pháp được đề xuất để giảm thiểu số tai nạn này Trong nội dung bài viết này, chúng tôi đã khảo sát, nghiên cứu đề xuất biện pháp dùng thanh ổn định ngang kết hợp với hệ thống phanh, thông qua kết quả đã thể hiện tác dụng chống lật khi kết hợp thanh ổn định và hệ thống phanh khi xe tải đi vào đường vòng

Abstract: One accident happened to the truck whilee traveling on road has ousted Many measures proposed to minimize the number of accidents In this article content authors use measures is the horizontal stabilizer bar combined with the brake system to enhance against the ousted vehicles in while on the road toll

1 Giới thiệu về thanh ổn định

a Công dụng

Thanh ổn định lắp trên ô tô là bộ phận đàn hồi phụ với chức năng hạn chế sự nghiêng thân xe Thanh ổn định chỉ làm việc khi nào có sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe

Trong trường hợp xe chạy trên nền đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực ly tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi

sẽ làm cho tăng độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt đường Thanh ổn định có tá c dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang bên cầu chịu tải ít hơn

b Kết cấu

Hình 1.1 Kết cấu của thanh ổn định

Về cấu tạo chung thanh ổn định được bố trí trên ô tô có dạng hình chữ U Các đầu nối với bánh xe, thân thanh ổn định nối với thân xe nhờ các ổ đỡ bằng cao su hay ngược lại

2 Sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên ô tô khi chuyển động vào đường vòng

a Sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên ô tô khi chuyển động và o đường vòng

Hình 2.1 Các lực và mô men tác dụng lên ô tô

Theo tài liệu [1] ta có các phương trình động lực học quay vòng của ô tô :

= 1 (S1 S2) cos (F1 F2) sin S3 S4 sin

m

v

[(S1 +S2)sin −(F1 +F2)cos −(F3 +F4)]cos}











cos

sin sin

) (

cos ) (

cos

1

2 1 4 3 2

1

v

v F

F S S S

S



2 ) (

) (

cos ) (

1

2 1 4

3 2

1

t Z

t S S b S S a

S S

J







−

−

−

− +

+

2 ) (

cos 2 ) (

sin )

F F

t F F a

F

Trong đó:

v: Gia tốc của ô tô

: Vận tốc góc lệch thân xe

: Gia tốc góc xoay thân xe

Fi : lực dọc tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động

Si: các phản lực ngang của mặt đường tác dụng lên vết của bánh xe

β: Góc đánh lái

tt, ts : Chiều rộng vệt lốp bánh xe trước và bánh xe sau

Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên 4 bánh xe như sau:

t t

L

b g m Z

Z









=

∆

−

2

1 2

1

t t

L

b g m Z

Z









=

∆

+

2

1 2

1

s s

L

a g m Z

Z









=

∆

−

2

1 2

1

s s

L

a g m Z

Z









=

∆

+

2

1 2

1

Trong đó:

Sự chênh lệch tải trọng giữa bánh trước và bánh sau:

l

h m v

v

Z =  cos − ( + ) sin .

Sự chênh lệch tải trọng giữa 2 bánh xe phía trước:

2

' ' " ( " ) " ( " )

' '

Sự chênh lệch tải trọng giữa 2 bánh xe phía sau:

' ' " ( " ) " ( " )

' '

Góc nghiêng thân xe được tính:

2

' ' "( ") "( ")

' '

Trong đó:

m: Khối lượng của toàn xe

m’: Khối lượng phần được treo của ô tô

mt”: Khối lượng phần không được treo cầu trước

ms”: Khối lượng phần không được treo cầu sau

h: Chiều cao trọng tâm xe

h’: Chiều cao trọng tâm phần được treo của ô tô

ht”: Chiều cao của phần không được treo cầu trước

hs”: Chiều cao của phần không được treo cầu sau

l: Chiều dài cơ sở của ô tô

R: bán kính quay vòng thực tế của ô tô

Cgt: Độ cứng của cầu trước

Cgs: Độ cứng cầu sau

Kod1: Độ cứng thanh ổn định của cầu trước

Kod2: Độ cứng của thanh ổn định của cầu sau

b Kết quả mô phỏng

Với hệ phương trình được trên, sử dụng chương trình Matlab Simulink mô phỏng

ta được kết quả mô phỏng ứng với trường hợp điều khiển góc xoay vành tay lái được xác lập như hình vẽ :

Hình 2.2 Mô phỏng góc xoay vành tay lái

Góc nghiêng thùng xe:

Hình 2.3 Góc nghiêng thùng xe khi đi vào đường vòng

Theo hình 2.3 thấy trong thời gian từ 0s đến 1s thì chưa tác động vào vành tay lái, xe chuyển động thẳng do đó từ 0s đến 1s góc nghiêng thùng xe trong các trường hợp có thanh ổn định và không có thanh ổn định đều bằng 0 Từ 1s đến 2s lúc này người lái bắt đầu đánh lái làm góc nghiêng thùng xe tăng dần Quy luật của hai đường cong là giống nhau đều dao động là tắt dần và ổn định ở giây thứ 10, tuy nhiên qua đồ thị ta thấy trong trường hợp có thanh ổn định đã hạn chế được góc nghiêng thùng xe

Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng của cầu trước trong trường hợp xe chuyển động 40km/h

Hình 2.4 Sự thay đổi tải trọng cầu trước

Theo hình 2.4 thấy trong thời gian từ 0s đến 1s xe ở trạng thái đi thẳng nên cả bốn đường Z1 – Không có thanh ổn định, Z1- Có thanh ổn định, Z2 – Không có thanh

ổn định và Z2 – Có thanh ổn định là trùng nhau Từ 1s đến 2s ta tiến hành đánh lái và sau đó giữ cố định vô lăng, khi đó xuất hiện lực ly tâm Do xuất hiện lực ly tâm làm phân bố lại tải trọng giữa các bánh xe trên cùng một cầu Qua đồ thị ta thấy tải trọng thẳng đứng tác dụng vào bánh xe số 1 có xu hướng giảm, tải trọng thẳng đứng tác dụng vào bánh xe số 2 có xu hướng tăng Nếu không có thanh ổn định thì sự tăng của tải trọng thẳng đứng ở bánh xe số 2 cũng như sự giảm c ủa tải trọng thẳng đứng tác dụng vào bánh xe số 1 là đáng kể Tuy nhiên khi có thanh ổn định thì sự tăng và giảm này ít hơn Cụ thể là khi chưa đánh lái thì Z1 = Z2 = 3180 (N), sau 10s thì với trường hợp không có thanh ổn định thì Z1 = 2180 (N), Z2 = 3910 (N) và với trường hợp có sử dụng thanh ổn định thì Z1 = 2540 (N), Z2 = 3560 (N)

Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng của cầu sau trong trường hợp xe chuyển động 40km/h

Hình 2.5 Sự thay đổi tải trọng cầu sau

Với kết quả ở hình 2.5 thấy t rong thời gian từ 0s đến 1s xe ở trạng thái đi thẳng nên cả bốn đường Z3 – Không có thanh ổn định, Z3 - Có thanh ổn định, Z4 – Không có thanh ổn định và Z4 – Có thanh ổn định là trùng nhau Từ 1s đến 2s ta tiến hành đánh lái và sau đó giữ cố định vô lăng, khi đó xuất hiện lực l y tâm Do xuất hiện lực ly tâm làm phân bố lại tải trọng giữa các bánh xe trên cùng một cầu Qua đồ thị ta thấy tải trọng thẳng đứng tác dụng vào bánh xe số 3 có xu hướng giảm, tải trọng thẳng đứng tác dụng vào bánh xe số 4 có xu hướng tăng Nếu không có t hanh ổn định thì sự tăng của tải trọng thẳng đứng ở bánh xe số 4 cũng như sự giảm của tải trọng thẳng đứng tác dụng vào bánh xe số 3 là đáng kể Tuy nhiên khi có thanh ổn định thì sự tăng và giảm này ít hơn Cụ thể là khi chưa đánh lái thì Z3 = Z4 = 3990 ( N), sau 10s thì với trường hợp không có thanh ổn định thì Z3 = 2990 (N), Z4 = 5250 (N) và với trường hợp có sử dụng thanh ổn định thì Z3 = 3650 (N), Z4 = 4840 (N)

Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng của cầu trước trong trường hợp xe chuyển động 60km/h

Hình 2.6 Sự thay đổi tải trọng cầu trước

Khi có sự thay đổi về tốc độ sẽ làm lực ly tâm lớn hơn và làm tăng sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa các bánh xe trên một cầu Qua đồ thị 2.4 và 2.6 ta thấy sau 10s thì đối với trường hợp không có thanh ổn định với vận tốc 40 km/h thì Z1 = 2180 (N), Z2 = 3910 (N), còn với vận tốc 60 km/h thì Z1 = 2130 (N), Z2 = 3950 (N) Nhờ tác dụng của thanh ổn định làm sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa hai bánh xe 1 và

2 được giảm cụ thể là sau 10s thì trong trường hợp khô ng có thanh ổn định Z1 = 2130 (N), Z2 = 3950 (N), còn với trường hợp có thanh ổn định thì Z1 = 2510 (N), Z2 = 3520 (N)

Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng của cầu sau trong trường hợp xe chuyển động 60km/h

Hình 2.7 Sự thay đổi tải trọng cầu sau

Khi có sự thay đổi về tốc độ sẽ làm lực ly tâm lớn hơn và làm tăng sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa các bánh xe trên một cầu Qua đồ thị 2.5 và 2.7 ta thấy sau 10s thì đối với trường hợp không có thanh ổn định với vận tốc 40 km/h thì Z3 = 2990 (N), Z4 = 5250 (N), còn với vận tốc 60 km/h thì Z3 = 3010 (N), Z4 = 5430 (N) Nhờ tác dụng của thanh ổn định làm sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa hai bánh xe 3 và

4 được giảm cụ thể là sau 10s thì trong trường hợp không có thanh ổn định Z3 = 3010 (N), Z4 = 5430 (N), còn với trường hợp có thanh ổn định thì Z3 = 3600 (N), Z4 = 4620 (N)

Quỹ đạo chuyển động của ô tô với vận tốc 40 km/h

Hình 2.8 Quỹ đạo chuyển động của ô tô với 40km/h

Từ 0s đến 1s chưa quay vô lăng, xe chuyển động thẳng nên quỹ đạo chuyển động trong các trường hợp quay vòng lý thuyết, quay vòng với xe tải không được trang

bị thanh ổn định, xe tải có thanh ổn định và thanh ổn định có thanh ổn định kết hợp với

hệ thống phanh đều trùng nhau và là đường thẳng Từ 1s đến 2s ta tiến hành quay vô lăng 4 rad hay 229 độ sau đó giữ nguyên vị trí vô lăng, khi đó xuất hiện lực ly tâm làm bánh xe bị biến dạng và khi đó bán kính quay vòng thực tế khác với bán kính quay vòng lý thuyết Qua hình 2.8 ta thấy do có lực ly tâm làm xe có xu hướng quay vòng thiếu, khi xe có trang bị thanh ổn định thì giúp san đều tải trọng giữa các bánh xe trên cùng một cầu nhưng không đáng kể, khi có kết hợp với hệ thống phanh thì giúp san đều hơn tải trọng giữa các bánh xe trên cùng một cầu, làm bán kính quay vòng thực tế gần với quỹ đạo quay vòng lý thuyết

Quỹ đạo chuyển động của ô tô với vận tốc 60 km/h

Hình 2.9 Quỹ đạo chuyển động của ô tô

Từ 0s đến 1s chưa quay vô lăng, xe chuyển động thẳng nên quỹ đạo chuyển động trong các trường hợp quay vòng lý thuyết, quay vòng với xe tải k hông được trang

bị thanh ổn định, xe tải có thanh ổn định và thanh ổn định có thanh ổn định kết hợp với

hệ thống phanh đều trùng nhau và là đường thẳng Do xe quay vòng với vận tốc 60 km/h do đó làm lực ly tâm tăng, làm quỹ đạo quay vòng thực tế có xu hướn g khác xa với quỹ đạo quay vòng lý thuyết Qua hình 2.9 ta thấy nhờ có việc kết hợp giữa thanh

ổn định và hệ thống phanh giúp quỹ đạo quay vòng thực tế gần trở về quỹ đạo quay vòng lý thuyết

Kết luận

Thông qua các đồ thị ta thấy khi có thanh ổn định thì góc nghiêng thùng xe giảm, sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa các bánh xe trên cùng một cầu là ít hơn Như vậy việc lắp thêm thanh ổn định giúp tăng khả năng chống lật cho xe tải khi đi vào đường vòng

Khảo sát các quỹ đạo chuyển động của ô tô gồm: qu ỹ đạo chuyển động lý thuyết, khi không có thanh ổn định, khi có thanh ổn định, khi có sự kêt hợp của thanh

ổn định và hệ thống phanh Kết quả của việc khảo sát này cho thấy khi xe tải có thanh

ổn định thì giúp cho việc ổn định quỹ đạo chuyển động nhưng ít, khi có sự kết hợp giữa thanh ổn định và hệ thống treo thì giúp quỹ đạo chuyển động thực tế của ô tô gần

về với quỹ đạo chuyển động lý thuyết

Tài liệu tham khảo

[1] PGS.TS Nguyễn Khắc Trai: “Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô” NXB Giao thông vận tải Hà Nội, 1997

[2] Nguyễn Phùng Quang: “ Matlab và Simulink” NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004

[3] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng:”Lý thuyết ô tô máy kéo” NXB Khoa học và Kỹ thuật, 200 0

[4] Chatchai Chumjun, Chak Chantalakhana, and Saiprasit Koetniyom: “A Compromise of Comfort and Handling in Automotive Vertical Dynamics” The 20th Conference of Mechanical Engineering Network of Thailand, 2006