nghiên cứu quỹ đạo chuyển động và tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh

Khi nghiên cứu quá trình phanh của ôtô, từ trước đến nay khi tính toán các thông số kết cấu, những nhân tố ảnh hưởng đến khả năng phanh của ôtô, chưa tính đến biến dạng của lốp xe cho nê

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn củaPGS TS Hồ Hữu Hải Luận văn được thực hiện tại Bộ môn ôtô và xe chuyên dụng,Viện cơ khí động lực trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trình bàytrong luận văn hoàn toàn trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trìnhnào

Hà Nội, ngày 28 tháng 03 năm 2014

Tác giả

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

MỤC LỤC Error: Reference source not found DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮTError: Reference source not found DANH MỤC CÁC BẢNG Error: Reference source not found DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ HÌNH VẼ Error: Reference source not found LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Yêu cầu thực tế 4

1.1.1 Tai nạn giao thông 4

1.1.2 Nghiên cứu động lực học ôtô 5

1.2 Mục tiêu, nội dung, pham vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài 7

1.2.1 Mục tiêu 7

1.2.2 Nội dung 7

1.2.3 Phạm vi nghiên cứu 8

1.2.4 Phương pháp nghiên cứu 8

CHƯƠNG 2 10

MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TRONG MÔI TRƯỜNG MATLAP - SIMULINK 10

2.1 Mô hình toán học thể hiện quan hệ động lực học của ôtô 10

2.1.1 Mô hình phẳng 10

2.1.2 Sự nghiêng thân xe và tải trọng thẳng đứng 15

2.1.3 Mô hình hệ thống lái hai bánh xe dẫn hướng 20

2.1.4 Mô hình hệ thống phanh thủy lực 23

2.1.5 Mô hình mô phỏng bánh xe 32

2.2 Mô hình mô phỏng chuyển động của ôtô khi phanh trên đường vòng trong Matlap-simulink 42

2.2.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng SIMULINK 422.2.2 Mô phỏng chuyển động của ôtô 45

CÁC KÝ HIỆU DÙNG CHUNG CHO LUẬN VĂN

ht Chiều cao trong tâm phần không được treo cầu trước m

hs Chiều cao trong tâm phần không được treo cầu sau m

g Gia tốc trọng trường m/s2

Jz Mô men quán tính ô tô quanh trục thẳng đứng Kg.m

pt Khoảng cách từ tâm nghiêng ngang cầu trước đến mặt đường m

ps Khoảng cách từ tâm nghiêng ngang cầu sau đến mặt đường M

ih Tỷ số truyền của hệ thống lái

α Góc lệch bên bánh xe rad

Hình 2-2 Sự nghiêng thân xe quanh trục nghiêng dọc

Hình 2-3 Lực ly tâm và sự thay đổi phản lực thẳng đứng

Hình 2-4 Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa hai cầu trước và sau

Hình 2-5 Sơ đồ cân bằng lực ngang

Hình 2-6a.Lực và mô men ở cầu sau

Hình 2-6b.Lực và mô men ở cầu trước

Hình 2-7 Trường hợp xe quay vòng đủ.

Hình 2-8 Trường hợp xe quay vòng thiếu

Hình 2-9 Trường hợp xe quay vòng thừa

Hình 2-10 Sơ đồ xy lanh chính 2 khoang

Hình 2-11 Sơ đồ đường ống dẫn dầu hệ thống phanh thủy lực cho 1 cầu

Hình 2-12 Mô hình mô phỏng cơ cấu phanh đĩa

Hình 2-13 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe ô tô

Hình 2-14 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe bị động

Hình 2-15 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động

Hình 2-16 Đồ thị đặc tính lốp thể hiện mối quan hệ giữa lực dọc Fi , tải trọng Zi

Hình 2-17 Đồ thị đặc tính lốp thể hiện mối quan hệ giữa lực dọc Fi , góc lệc bên ỏi và

Hình 2-21 Mối quan hệ giữa hệ trục toạ độ thân xe và hệ trục tọa độ mặt đường

Hình 2-22 Simulink Library Browser

Hình 2-23 Thư viện lookup tables

Hình 2-24 Sơ đồ mô phỏng khối thân xe

Hình 2-25 Vận tốc, gia tốc dọc của ô tô

Hình 2-26 Vận tốc và gia tốc bên của ô tô

Hình 2-27 Góc xoay thân xe, vận tốc và gia tốc góc xoay thân xe

Hình 2-28 Sơ đồ mô phỏng quy luật của góc quay bánh xe dẫn hướng

Hình 2-29 Sơ đồ mô phỏng sự phân bố tải trọng thẳng đứng lên các bánh xe

Hình 2-30 Sơ đồ mô phỏng tổng phanh 2 dòng

Hình 2-31 Sơ đồ mô phỏng đường ống dẫn dầu hệ thống pan thủy lực

Hình 2-32 Sơ đồ mô phỏng xy lanh công tác bánh xe cầu trước bên trái

Hình 2-33 Sơ đồ mô phỏng góc lệch bên bánh xe

Hình 2-34 Sơ đồ mô phỏng khối bánh xe

Hình 2-35 Sơ đồ mô phỏng ứng xử của ô tô

LỜI NÓI ĐẦU

Nước ta với nền kinh tế tăng trưởng, hội nhập và phát triển, số lượng ôtô nhập khẩu, lắp ráp trong nước ngày càng nhiều đặc biệt là xe con, xe du lịch và xe bus Thị trường ôtô Việt Nam là một thị trường đầy tiềm năng, sức mua lớn với nhu cầu cao, dự báo

doanh số bán cả năm 2014 tăng 9% lên 120.000 chiếc của toàn thị trường Số lượng ôtôtăng nhanh dẫn đến mật độ lưu thông trên đường ngày càng lớn Chất lượng đường bộ ngày càng được nâng cao, các ôtô được thiết kết với công suất lớn, tốc độ cao đòi hỏi phải có tính ổn định chuyển động cao nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động Khi ô

tô chuyển động nó sẽ chịu rất nhiều tác động từ phía người lái như phanh, quay vô lănghay ga… Ngoài những tác động của người lái thì các yếu tố khách quan từ ngoại cảnh như chất lượng mặt đường, gió…và các yếu tố bất ngờ khác sẽ ảnh hưởng rất lớn đến

an toàn khi xe lưu thông Khi phanh các xe thường mất ổ định và có thể bị trượt ngang gây tai nạn.

Việc nghiên cứu quỹ đạo chuyển động và tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khiphanh có ý nghĩa lớn trong việc nghiên cứu nhằm nâng cao tính ổn định chuyển động

của ôtô Với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng nghiên cứu, học tập, giảng dạy

ở các trường Đại học, Cao đẳng và Trung tâm nghiên cứu chuyên ngành…, đề tài: “

Nghiên cứu mô phỏng chuyển động của ôtô con khi phanh trên đường vòng” được thựchiện Để nghiên cứu chuyển động của ôtô ta có thể sử dụng các phương pháp khác

nhau như:

- Dựng thực nghiệm trên các bãi lớn (polygon)

- Dựng mô tả toán học

- Dựng mô hình đồng dạng trên sa bàn

Việc mô tả bằng toán học có nhiều thuận lợi, có thể đánh giá độc lập các yếu tố, để tối

ưu hóa về mặt kết cấu Các kết quả tính toán đều phải qua thực nghệm trên cơ sở đó

đánh giá tính đúng đắn của mô hình khảo sát

Đề tài đã chọn phương pháp khảo sát mô hình toán học với sự trợ giúp của phần mềm

mô phỏng matlab simulink

Dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hồ Hữu Hải và các thầy trong bộ môn, Viện Đào tạo sau đại học và các bạn đồng nghiệp khác đề tài đã được thực hiện tại bộ môn Ôtô và xemáy chuyên dụng – Viện cơ khí động lực Trường ĐHBK Hà Nội Tác giả xin chân

thành cảm ơn sự hướng dẫn cũng như sự góp ý quý báu để bản luận văn được hoàn

thành, rất mong tiếp tục nhận được sự góp ý, bổ xung để luận văn được hoàn thiện hơn

Thái nguyên, tháng 4 năm 2014

Tác giả

Vũ Thế Truyền

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Yêu cầu thực tế

1.1.1 Tai nạn giao thông

Tai nạn giao thông (TNGT) đã có từ rất lâu trong lịch sử dưới nhiều hình thức khác nhau Tuy nhiên hiện tại vẫn chưa có một định nghĩa thật chính xác có thể lột tả hết những đặc tính của nó Về cơ bản tai nạn giao thông có những đặc tính như sau:

- Được thực hiện bằng những hành vi cụ thể

- Gây ra thiệt hại nhất định về tính mạng, sức khỏe con người, vật, tài sản

- Chủ thể trực tiếp thực hiện hành vi cuối cùng trong vụ tai nạn giao thông cụ thể phải

là đối tượng đang tham gia vào hoạt động giao thông

- Xét về lỗi, chỉ có thể là lỗi vô ý hoặc là không có lỗi, không thể là lỗi cố ý

Năm 1896, tại Anh chiếc ôtô chạy thử đã sau khi xuất xưởng đã cán chết 2 người Và 3 năm sau, ở Mỹ mới lại có một người chết do ôtô gây lên, từ đó những cái

chết do phương tiện giao thông gây lên ngày một nhiều Và ngày nay, TNGT đã trở nên phức tạp , đa dạng hơn rất nhiều, có thể là tai nạn ôtô, xe 2 bánh, tầu hỏa hay máy bay Nó đang là một hiểm họa không chỉ riêng một quốc gia nào mà là của cả thế giới, tuy nhiên TNGT vẫn tập chung chủ yếu ở các nước đang phát triển và các nước kém phát triển, đặc biệt là các quốc gia ở châu A như: Trung Quốc, ấn Độ, Việt Nam, Thái Lan Phổ biến nhất hiện nay ở phần lớn các quốc gia là tai nạn giao thông đường bộ, loại tai nạn này thường xảy ra đối với ôtô và xe gắn máy 2 bánh Ngoài ra còn có các loại tai nạn giao thông khác như tai nạn giao thông đương sắt, tai nạn giao thông đườngthủy và tai nạn giao thông đường hàng không.

Theo báo cáo tình hình toàn cầu của WHO, tai nạn giao thông đang trở thành một vấn đề lớn về sức khỏe và phát triển con người trên thế giới Trung bình mỗi năm trên toàn thế giới có tới 1,2 triệu người chết vì tai nạn giao thông và 50 triệu người bị thương Còn tính riêng nước ta, từ 16/11/2011 đến 16/11/2012, toàn quốc đã xảy ra 36.376 vụ tai nạn giao thông, làm chết 9.838 người và bị thương 38.060 người Những con số kinh hoàng đó tăng dần theo từng năm và vẫn chưa có dấu hiệu giảm Việc không tuân thủ luật lệ giao thông và lái xe quá tốc độ, vượt ẩu, quay vòng ngoặt thườngxuyên xảy ra trên khắp đất nước Trong các vụ tai nạn giao thông gây tổn thất về người

và tài sản chủ yếu là do ôtô

Ngày nay khi mà ôtô đã trở thành phương tiện chính dùng để đi lại và chuyên chở hàng hoá ở nước ta thì vấn đề an toàn và thuận tiện khi điều khiển của ôtô là rất quan trọng Khi ôtô chuyển động nó sẽ chịu tác động của nhiều yếu tố như người điều khiển, tác động của ngoại cảnh, các yếu tố ngẫu nhiên xảy ra trên đường Người lái xe

có thể thực hiện các thao tác để điều khiển xe như: tăng ga để tăng tốc xe, đạp phanh

để giảm tốc độ, và đánh vô lăng để quay vòng Các yếu tố ngoại cảnh tác động lên xe cũng khác nhau Xe có thể chạy trên các đường với các biên độ khác nhau Khi xe chạytrên đường khác nhau thì hệ số bám của lốp xe và đường cũng khác nhau Và khi xe

chạy trên đường thì gió cũng là một yếu tố ngoại cảnh tác động lên xe và còn nhiều yếu

tố khác ảnh hưởng tới xe khi xe chuyển động

Một yếu tố ảnh hưởng khá nhiều đến xe và thường gây mất an toàn đó là các tácđộng ngẫu nhiên bất ngờ xảy ra trên đường như sự xuất hiện bất ngờ của các chướng ngại vật

Tất cả các yếu tố trên sẽ ảnh hưởng rất lớn đến trạng thái chuyển động của xe và

nó cũng ảnh hưởng tới mức độ an toàn của xe.Trong đó tính ổn định hướng của ôtô là yếu tố ảnh hưởng lớn đến quỹ đạo chuyển động của xe, nguyên nhân chính gây ra các

vụ tai nạn giao thông.

Sự tăng trưởng tốc độ và mật độ chuyển động của ô tô đòi hỏi phải đảm bảo tínhđiều khiển ở mức độ cao nhằm hạn chế tối đa tai nạn giao thông xảy ra

1.1.2 Nghiên cứu động lực học ôtô

Nghiên cứu động lực học ôtô là tìm ra qui luật chuyển động của ôtô từ

đó xác định giới hạn an toàn, tìm sự tương thích giữa lái xe và xe, mở rộng khả năng điều khiển xe của lái xe

Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghệ ôtô thì những ôtô ra đời của thế

hệ sau luôn có vận tốc lớn hơn và hướng tới giới hạn trượt vật lý (bánh xe có thể bị trượt) Ôtô ngày càng hoàn thiện về kết cấu tức khả năng thích ứng động lực học tốt hơn, ngày càng hướng tới an toàn động lực học, an toàn tích cực Chỉ tiêu để đánh giá ôtô là vận tốc, gia tốc, quỹ đạo chuyển động, thông qua thông số chung để đánh giá là trạng thái quay vòng của xe

Bên cạnh đó hệ thống phanh là cơ cấu an toàn của ôtô, dùng để giảm tốc độ, dừng xe hoặc đỗ xe khi cần thiết theo yêu cầu của người lái Nó là một trong những hệ thống chính và có ý nghĩa quan trọng bảo đảm sự ổn định của ôtô khi chuyển động.Một trong những vấn đề đặt ra là phải giải quyết vấn đề hoạt động của hệ thống phanh khi phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường trơn, ướt, đường cát, điều này dẫn đến bánh xe nhanh chóng bị bó cứng và mất ổn định Khi phanh ôtô,

nếu bánh xe trước bị bó cứng trước thì sẽ làm cho xe không thể chuyển hướng theo sự điều khiển của người lái; nếu bánh xe sau bị bó cứng trước, ôtô sẽ bị trượt ngang Để

có thể nâng cao hiệu quả phanh chúng ta phải xác định rõ các quan hệ nội hàm liên quan đến quá trình phanh Điều đó chỉ có thể được xác định thông qua các mô hình động lực học của quá trình phanh; trong đó mô hình lốp là hạt nhân của mô hình vì các lực tương tác bánh xe sẽ quyết định đến các giá trị nội hàm và ảnh hưởng đến quãng đường phanh, ổn định phanh và ổn định dẫn hướng

Để giảm thiểu tai nạn giao thông do ôtô gây ra ngoài việc nâng cao trình độ, kỹ thuật, ý thức của người điều khiển, cần phải giảm thiểu các tai nạn do yếu tố kỹ thuật gây ra: kết cấu toàn bộ ôtô, tính điều khiển, các thiết bị an toàn bị động Với tốc độ phát triển của khoa học công nghệ như ngày nay ngoài việc đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của các cụm tổng thành thì việc cải thiện tính điều khiển của ôtô đang được các nhà khoa học rất quan tâm

Khi nghiên cứu quá trình phanh của ôtô, từ trước đến nay khi tính toán các thông

số kết cấu, những nhân tố ảnh hưởng đến khả năng phanh của ôtô, chưa tính đến biến dạng của lốp xe cho nên giữa bánh xe và mặt đường không có hiện tượng trượt, lúc nàycác quan hệ giữa các thông số chỉ là các quan hệ đơn thuần về mặt hình học

Trong thực tế, do trên xe ôtô sử dụng bánh xe cao su đàn hồi nên khi ôtô chuyển động trên đường bánh xe bị biến dạng làm cho quan hệ động học của mô hình bị sai khác, lúc đó quỹ đạo chuyển động của xe cũng như các tính chất quay vòng sẽ không còn đúng với trường hợp tính toán theo lý thuyết hình học, sẽ có những sai số dẫn đến việc phân tích đánh giá các chỉ tiêu về quỹ đạo chuyển động của ôtô không còn chính xác

Như vậy, qua các phân tích trên để nghiên cứu quá trình chuyển động của ôtô khi phanh trên đường vòng chỉ căn cứ vào các quan hệ hình học thì chưa đủ, cần thiết phải

kể đến ảnh hưởng của điều kiện chuyển động, các đặc tính biến dạng của bánh xe cao

su đàn hồi, thông số kết cấu của xe Từ yêu cầu thực tế trên dẫn đến yêu cầu phải xây

dựng một mô hình động lực học tổng quát có thể mô tả chuyển động khi phanh của ôtô

có tính đến sự đàn hồi của bánh xe cao su nhằm xác định các trạng thái chuyển động của ôtô trong các điều kiện thực tế

1.2 Mục tiêu, nội dung, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài

1.2.1 Mục tiêu

Từ cơ sở đặt vấn đề ở trên, đề tài tập trung vào khảo sát động lực học của xe M1khi phanh trên đường vòng với các giả thiết quan trọng nhằm mục đích:

- Lập mô hình không gian của xe M1

- Khảo sát phản ứng của xe đối với các tác động của bánh xe khi phanh

Với nội dung nghiên cứu trên đề tài được trình bày trong 4 chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Mô hình toán học thể hiện quan hệ động lực học và mô hình mô phỏng trong môi trường Matlap - simulink

Chương 3: Khảo sát phản ứng của xe khi lái xe thực hiện các thao tác điều khiển

+ Phanh

+ Phanh và quay vòng

Chương 4: Phân tích và đánh giá các kết quả

Kết quả của đề tài có thể làm cơ sở cho các nghiên cứu tiếp theo về ổn định hướng chuyển động của ôtô khi phanh trên đường vòng, làm tài liệu giảng dạy cho các trường đại học và cao đẳng, trung tâm đào tạo nghề.

1.2.3 Phạm vi nghiên cứu

Do hạn chế về mặt thời gian và kinh phí nên đề tài mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu mô phỏng lý thuyết chuyển động của ôtô M1 khi phanh trên đường vòng

1.2.4 Phương pháp nghiên cứu

Việc nghiên cứu đề tài có thể tiến hành nhiều cách như:

- Khảo sát trên mô hình thực với bãi thí nghiệm lớn

- Dùng mô hình đồng dạng trên sa bàn

- Dùng mô tả toán học và mô phỏng bằng các công cụ trên máy tính

Với phương pháp dùng thực nghiệm trên bãi lớn có ưu điểm cho kết quả tin cậy nhất, song tốn kém và rất nguy hiểm khi thử nghiệm xe, điều này hoàn toàn chưa phù hợp với điều kiện kinh tế và kỹ thuật trong nước cũng như quy mô của đề tài Với mô hình đồng dạng trên sa bàn nhằm hạn chế các tổn thất có thể xảy ra trên bãi thử, tuy nhiên việc chế tạo ra mô hình đồng dạng cũng không phải dễ dàng, sử dụng nhiều thiết

bị đo đạc Tính tin cậy của bài toán đòi hỏi thiết bị đo đạc, lấy số liệu với độ chính xác cao dẫn tới kinh phí thực hiện lớn Hiện nay, sự phát triển khoa học của máy tính, đặc biệt trong lĩnh vực ứng dụng, việc mô tả toán học và chuyển đổi sang mô hình mô phỏng bằng các phần mềm chuyên dụng hiện đại đang được sử dụng rộng rãi và có nhiều ưu điểm hơn cả Mô phỏng trên máy cho phép rút ngắn được thời gian nghiên cứu, dễ dàng thay đổi các thông số, kết quả đạt được có độ chính xác tương đối cao

Trong thời gian cho phép, đề tài lựa chọn phương pháp thiết lập mô hình toán học thích hợp từ đó xây xựng mô hình mô phỏng và mô phỏng lý thuyết trên máy tính quỹ đạo chuyển động cũng như khảo sát chuyển động của xe khi người lái thực hiện các thao tác phanh và phanh khi quay vòng của xe M1

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TRONG MÔI TRƯỜNG

MATLAP - SIMULINK 2.1 Mô hình toán học thể hiện quan hệ động lực học của ôtô

L b

a

X Y

Lực dọc Fi ; lực bên Si ; lực cản lăn Pfi ; mô men cản quay của các bánh xe

Msi Với i là chỉ số các bánh xe dẫn hướng (i=1 4)

Trọng tâm T của ôtô đặt các tâm trục cầu sau một đoạn là b ; Cách tâm trục cầu trước một đoạn là a Chiều dài cơ sở L = a + b

Lực cản không khí theo phương dọc trục xe là Pw và theo phương ngang là N

Tại trọng tâm ôtô (T) có lực quán tính Fa và lực li tâm Pj Khi thân xe quay vòng, xuất hiện mô men quán tính xung quanh trục Tz và có giá trị là J z

Góc quay của các bánh xe dẫn hướng là i, kích thước chiều rộng của vết lốp của hai cầu là B

2.1.1.1 Lực F i

Lực Fi là phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động, được đặt tại vịtrí tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, khi xe chuyển động lực kéo tiếp tuyến tại các bánh xe chủ động đóng vai trò lực dọc Đối với bánh xe chủ động dẫn hướng thì lực dọc đặt tại tâm của vết tiếp xúc giữa bánh xe và đường, có phương nằm trên đường tâmbánh xe Khi phanh, lực phanh tại các bánh xe đóng vai trò lực dọc

Lực kéo xuất hiện khi có mô men xoắn truyền từ động cơ qua các cơ cấu trung gian đến bánh xe chủ động, nhờ có sự tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường nên tại vùng tiếp xúc này sẽ phát sinh lực kéo tiếp tuyến hướng theo chiều chuyển động

k

t c p h e k

k x

r

i i i i M r

i0 : Tỷ số truyền của truyền lực chính

ic : Tỷ số truyền của truyền lực cuối cùng

ηt : Hiệu suất của hệ thống truyền lực

Để ôtô chuyển động không bị trượt thì lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám

2.1.1.2 Lực cản lăn P f

Lực cản lăn sinh ra do tác dụng của mặt đường lên các bánh xe và đặt tại vị trí đặt lực Fi nhưng ngược chiều Fi

Lực cản lăn phát sinh do sự biến dạng của lốp và đường, do sự tạo thành vết của bánh xe trên đường và do ma sát ở bề mặt giữa lốp và mặt đường

Đối với bánh xe cầu trước: Pft =f.Gt =f.m.g.b/L

Đối với bánh xe cầu sau : Pfs =f.Gs =f.m.g.a/L

Với Gt, Gs : trọng lượng phân ra cầu trước và cầu sau [N]

f : hệ số cản lăn của bánh xe, được xác định theo công thức:

)15001

0

v f

Trong trường hợp góc lệch bên nhỏ, khi đó quan hệ giữa lực bên Si và góc lệch bên của bánh xe t là quan hệ tuyến tính:

Trong trường hợp góc lệch bên lớn, quan hệ giữa lực bên và góc lệch bên t, tảitrọng phân bố Zi , độ trượt dọc ở

- Lực theo phương dọc (lực cản không khí) P: có giá trị tương đối được xác định bằngbiểu thức sau: 2

0

v S K

P  (2-3)Trong đó:

K : Hệ số cản không khí, phụ thuộc và dạng khí động học của ôtô và chất lượng bề mặt, phụ thuộc vào mặt độ không khí, [Ns2/m4]

S : diện tích cản chính diện của ôtô, là diện tích hình chiếu trong mặt phẳng vuông góc với trục dọc của ôtô, [m2]

v0 : vận tốc tương đối giữa ôtô và không khí, [m/s]

- Lực theo phương ngang (lực gió bên) N : xuất hiện khi có gió bên hoặc khi xe chuyểnđộng trên đường vòng Giá trị của lực gió bên là không theo quy luật, để thuận tiện trong việc mô phỏng, luận văn giả định lực gió bên là theo một số quy luật xác định và

có điểm đặt tại trọng tâm xe

v g

G m

P j y

2 2

R : Bán kính quỹ đạo [m]

Từ biểu thức ta thấy khi ôtô chuyển động với vận tốc cao trên đường vòng, lực

ly tâm sẽ tăng lên sinh ra lực ngang lớn tại vị trí tiếp xúc của các bánh xe với mặt đường, nếu lực ly tâm cứ tiếp tục tăng lên quá giới hạn lực bám ngang của bánh xe với mặt đường sẽ gây ra hiện tượng trượt ngang hoàn toàn làm mất ổn định hoặc tính dẫn hướng của ôtô

Các phương trình chuyển động của ôtô

Tịnh tiến theo phương dọc ôtô:

w

f P P S

S F F F

F

sin sin

cos cos

v v dt P P S

S F F F

F

m

P P S

S F F F

sin sin

cos cos

1

sin sin

cos cos

F S S S

S

sin sin

cos cos

F S S S

sinsin

coscos

1

sinsin

coscos

y

Quay thân xe quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm T :

2)coscos

(2)sinsin

()

(

)coscos

()sinsin

(

4 3 2

2 1 1 2

2 1 1 4

3

2 2 1 1 2

2 1 1

B F F

B F

F

B S

S b

S

S

a S

S a F

3 2

2 1 1 2

2 1 1 4

3

2 2 1 1 2

2 1 1

.

)2)(

2)coscos

(2)sinsin

()

(

)coscos

()sinsin

B F

F

B S

S b

S

S

a S

S a F

x0 : là tọa độ ban đầu [m]

y0 : là độ lệch bên ban đầu [m]

ε0 : là góc quay thân xe ban đầu [rad]

Dấu của các đại lượng Fi và Si khi viết phương trình được lấy theo chiều của trụctọa độ đã chọn

Dấu chủa đại lượng βi được qui ước như sau: Khi các bánh xe dẫn hướng của cầu sau quay cùng chiều các bánh dẫn hướng của cầu trước dấu (+), quay ngược chiều với các bánh xe của cầu trước dấu (-)

2.1.2 Sự nghiêng thân xe và tải trọng thẳng đứng

Trong khi chuyển động thân xe có thể bị nghiêng một góc ψ nào đó, nguyên nhân có thể là do xe chuyển động trên mặt đường nghiêng, do tác dụng của gió bên hoặc khi quay vòng chịu tác dụng của lực ly tâm Sự nghiêng thân xe có thể gây ảnh hưởng tới ổn định hướng chuyển động của ôtô, đặc biệt là khi xe chuyển động với tốc

độ cao mà góc nghiêng lớn rất có thể sẽ bị lật Mặt khác sự nghiêng thân xẽ dẫn đến sự phân bố lại tải trong trên cùng một cầu và phản lực tác dụng lên các bánh xe cũng sẽ khác nhau

Chính vì vậy luận văn đã đưa ra mô hình không gian để nghiên cứu sự ảnh hưởng của góc nghiêng thân xe đến sự thay đổi tải trong thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe.

Khi xe quay vòng đều thì góc nghiêng thân xe ψ = const và ., bằng không

Sự nghiêng thân xe khi quay vòng dẫn tới đồng thời thay đổi giá trị phản lực thẳng đứng, góc nghiêng ngang của bánh xe và thay đổi góc điều khiển của bánh xe, dovậy ảnh hưởng tới quĩ đạo chuyển động của ôtô

Giả thiết thân xe đặt trên bệ treo đàn hồi, dưới tác dụng của lực ly tâm thân xe bịnghiêng quanh trục nghiêng dọc một góc là ψ Trọng tâm ôtô đặt tại chiều cao hg so vớimặt đường (coi chiều cao ôtô là chiều cao phần treo)

Hình 2-2 Sự nghiêng thân xe quanh trục nghiêng dọc

Ta sử dụng mô hình (2-2) với các giả thiết sau:

- Thân xe (hay phần treo) đặt trên bệ treo đàn hồi và nghiêng xung quanh trục nghiêng dọc một góc ứ nào đó

- Chiều cao từ trọng tâm phần treo so với mặt đường là hg và đến trục nghiêng dọc là h’

- Với góc nghiêng thân xe nhỏ (phần được treo ψ<120), nên ta có thể coi: cos ψ = 1, sinψ = ψ, . 0, 0

Công thức tính góc nghiêng thân xe được tính như sau:

' ' 0

'

, 0

h g m C C

h y m

s t

0 : khối lượng phần được treo [kg]

Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng và các phản lực bên tác dụng lên các bánh xe được tính theo sơ đồ không gian

Hình 2-3 Lực ly tâm và sự thay đổi phản lực thẳng đứng

Gia tốc theo phương dọc thân xe x sẽ gây ra sự phân bố lại tải trọng trên hai cầutrước và sau là : Z

L

h m x

Z .

' 0



Hình 2-4 Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa hai cầu trước và sau

Mặt khác tải trọng tĩnh tác dụng lên các bánh trước và sau được tính như sau:

;

L

b g m

Z T

;

L

a g m

' 0 '

S t  s  (2-17)Trong đó:

St’ ; Ss’ : là các lực bên tác dụng lên cầu trước và cầu sau,

m0’: khối lượng phần được treoPhương trình cân bằng mô men đối với cầu trước và cầu sau:

L

l y m S S

t

' 0 ' 2

' 1 '





l y m S S

s

' 0 ' 4

' 3 '





lt ; ls : là khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước và cầu sau Để thuận tiện cho việc mô

phỏng trong Matlap ta coi : lt = a ; ls = b

Hình 2-5 Sơ đồ cân bằng lực ngang

Hình 2-6a.Lực và mô men ở cầu sau Hình 2-6b.Lực và mô men ở cầu trước

Phương trình cân bằng mô men đối với tâm nghiêng ngang của cầu trước (Oc1) và cầu sau (Oc2):

0 )

(2)(

2)

2

' 1 2

1 2

c c

0 )

(2)(

2)

2

' 1 2

1 4

c c

Thay (2-16);(2-17);(2-18) vào (2-19) và (2-20) ta được

0 2

1 2

2)(

t

Z

c c



)

1 4

2)(

t

Z

c c



)

Pt;Ps: Chiều cao tâm nghiêng ngang Oc1, Oc2 tới mặt đường [m]

ts;tt : Chiều rộng tiếp xúc của hai cầu sau và trước, để thuận tiện cho tính toán ta lấy bằng chiều rộng cơ sở xe (B) [m]

mt;ms : khối lượng không được treo cầu trước và cầu sau [kg]

ht;hs : chiều cao từ trọng tâm phần khối lượng không được treo cầu trước và cầu sau tới mặt đường [m]

Như vậy khi xe chuyển động với góc quay bánh xe dẫn hướng βti >0 hoặc

chuyển động trên đường nghiêng ngang thì tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh

Trong đó:

Z1 : tải trọng phân bố lên bánh trước trái [N]

Z2 : tải trọng phân bố lên bánh trước phải [N]

Z3 : tải trọng phân bố lên bánh sau trái [N]

Z4 : tải trọng phân bố lên bánh sau phải [N]

2.1.3 Mô hình hệ thống lái hai bánh xe dẫn hướng

Hệ thống lái là một cơ cấu an toàn của ôtô, dùng để điều khiển hướng chuyển động của ôtô được thực hiện từ trên buồng lái tới các bánh xe dẫn hướng Là một trong những cụm tổng thành chính, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển ôtô trên đường Hệ thống lái ôtô thực hiện điều khiển hướng chuyển động của ôtô bằng cách quay cầu xe hoặc quay các bánh xe dẫn hướng đi một góc nào đó quanh trụ đứng

2.1.3.1 Các trạng thái quay vòng của ôtô

Hệ thống lái hai bánh xe dẫn hướng (2WS) được sử dụng nhiều trên xe ôtô con

và xe du lịch, khi xe quay vòng thường xảy ra một trong các trạng thái quay vòng sau:

Hình 2-9 Trường hợp xe quay vòng thừa.

Trường hợp xe quay vòng thiếu hay quay vòng thừa đều làm cho người lái phải làm việc nhiều hơn do phải điều chỉnh vô lăng Ngoài ra việc xe quay vòng thừa còn gây ra mất tính ổn định ngang và dẫn tới mất tính điều khiển

 vl tăng

R qv > R o

 vl giảm

R qv < R o

Khi ôtô chuyển động trên đường phải đảm bảo ổn định và quỹ đạo chuyên động của ôtô Tuy nhiên trong thực tế do điều kiện mặt đường thường xuyên thay đổi

(nghiêng ngang, nghiêng dọc ) Từ đó đòi hỏi người lái phải thích ứng với từng điều kiện hoàn cảnh cụ thể để đảm bảo an toàn chuyển động, bằng cách phối hợp linh hoạt các thao tác điều khiển: phanh, lái, ga

Như vậy mối tương quan giữa quỹ đạo chuyển động và góc quay vành lái khi vận tốc ôtô được nâng cao lại càng phải chặt chẽ hơn, nếu không đảm bảo mối quan hệ giữa hai mặt này thì khả năng mất ổn định hướng chuyên động dẫn tới mất an toàn giaothông

2.1.3.2 Mối quan hệ giữa các bánh xe dẫn hướng

Khi nghiên cứu động học và động lực học quay vòng của ôtô với hệ thống lái haibánh xe dẫn hướng rút ra được biểu thức về mối quan hệ giữa các góc quay vòng các bánh xe dẫn hướng để chúng không bị trượt bên khi đi vào đường vòng ở tốc độ thấp cũng như tốc độ cao:

Cotgβt2 – cotgβt1 = B/L (2-30)Trong đó:

βt2 : góc quay trục bánh xe dẫn hướng bên trong [rad]

βt1 : góc quay trục bánh xe dẫn hướng bên ngoài [rad]

Với tỷ số truyền của hệ thống lái là i (ta chọn i = 20), góc quay vành lái là βv , góc quay bánh xe dẫn hướng là βt* , ta có mối quan hệ sau:

i

v t



2.1.4 Mô hình hệ thống phanh thủy lực

2.1.4.1 Mô hình mô phỏng xy lanh chính

Hình 2-10 Sơ đồ xy lanh chính 2 khoang

Phương trình chuyển động của Pistong I

Np = 0 (Khi Fmc ≥ FlxP + Pmcp + Pmcp.Amc)

Vậy phương trình của pistong I như sau :

(2-34)

Phương trình chuyển động của Pistong II

Các lực tác dụng lên pistong II :

- Áp lực của khoang dầu I : Fdp = Pmcp.Amc

- Áp lực của khoang dầu II : Fds = Pmcs.Amc (2-35)

x

m mcs mcs  mc mc  lxs  mcp mc (2-38)

Lưu lượng dòng dầu phanh I :

- Lưu lượng vào: Q mcp A mc(x.mcp x.mcs) (2-39)

- Lưu lượng ra gồm :

+ Lưu lượng tiết lưu vào đường ống từ khoang I (khoang chính): Q1 (m3/s)

N A P F F x

+ Lưu lượng tiết lưu về bình chứa từ khoang I :





12

khi x

r r x r x

r

x r r arctg

r

a

r x khi x

r r x r x

r

x r r arctg

r

r

a

mcp mcp

mcp mcp

mcp

mcp mcp

mcp mcp

mcp

2

)(

)(

)(

)(

)(

)(

2 2

2 2

1

2 2

2 2

Với giả thiết pistong ở gần vị trí lỗ bù dầu nên có thể coi v.1=0

Lưu lượng dòng dầu phanh II :

- Lưu lượng ra gồm:

+ Lưu lượng tiết lưu vào đường ống từ khoang II (khoang phụ): Qmcs2 (m3/s)

+ Lưu lượng tiết lưu về bình chứa từ khoang II

μ : Hệ số cản nhớt của dầu (kgm/s);

a2: diện tích thông qua (m2)

r x

khi x

r r x r x

r

x r r arctg

r

a

r x khi x

r r x r x

r

x r r arctg

r

r

a

mcs mcs

mcs mcs

mcs

mcs mcs

mcs mcs

mcs

2

)(

)(

)(

)(

)(

)(

2 2

2 2

2

2 2

2 2

Với giả thiết pistong ở gần vị trí lỗ bù dầu nên có thể coi v.2 0

2.1.5.2 Mô hình mô phỏng đường ống dẫn dầu hệ thống phanh thủy lực cho 1 cầu

Hình 2-11 Sơ đồ đường ống dẫn dầu hệ thống phanh thủy lực cho 1 cầu

- Áp suất dòng phanh I :

1211

2

&

1

)2

&

11

.(

1

Q Q

Q

dt Q

k: mô đun đàn hồi của dầu phanh, coi k = 2.109 Pa

Q1: Lưu lượng dầu chảy từ khoang I xy lanh chính tới

Q2: Lưu lượng dầu chảy từ khoang II xy lanh chính tới

Q11: Lưu lượng dầu chảy vào xy lanh bánh xe bên trái

Q12: Lưu lượng dầu chảy vào xy lanh bánh xe bên phải

- Lưu lượng vào nhánh 11:

)1(

*)11

*)/1(

Qd: Lưu lượng danh nghĩa

Pd: áp suất danh nghĩa

Pxl1: áp suất trong xy lanh bên trái

- Lưu lượng vào nhánh 12:

)1(

*)21

*)/1(

xl

s x P S x x x k

Trong đó:

Pxl1 : Áp suất trong xy lanh bánh xe bên trái.

Sx11 : Diện tích pistong bên trái.

μ: Hệ số cản nhớt giữa pistong và xy lanh

kmf : Độ cứng của má phanh; coi kmf = 10.000.000 Pa

Sxl Pxl m

x

k x x x

Sxl Pxl

m

x

mf s

mf s

)(

.1.11

)(

.1.11

0 31

31

.

31

0 31

31

s x P S x x x k

Trong đó:

Pxl2: Áp suất trong xy lanh bánh xe bên phải.

Sxl2: Diện tích pistong bên phải

μ : Hệ số cản nhớt giữa pistong và xy lanh

x0 : Khe hở ban đầu giữa má phanh và đĩa phanh

kmf : Độ cứng của má phanh ; coi kmf = 10.000.000 Pa

Sxl Pxl m

x

k x x x

Sxl Pxl m

x

mf s

mf s

)(

.2.21

)(

.2.21

0 32

32

.

32

0 32

32

2.1.4.3 Mô hình mô phỏng cơ cấu phanh bánh xe

Khối cơ cấu phanh bánh xe dẫn động thủy lực thường được chia làm 2 loại: cơ cấu phanh đĩa hay cơ cấu phanh guốc Cơ cấu phanh đĩa gồm xy lanh công tác và má phanh, đĩa phanh Cơ cấu phanh guốc gồm xy lanh công tác và guốc phanh, tang trống phanh Trên mô hình mô phỏng ta xét cơ cấu phanh đĩa

a Mô hình mô phỏng xy lanh công tác

Xét quá trình vật lý xảy ra tại xy lanh công tác của cơ cấu phanh bánh trước bên trái thuộc dòng phanh thứ nhất, nhánh thứ nhất

Hình 2-12 Mô hình mô phỏng cơ cấu phanh đĩa

Tại xy lanh công tác khi có lưu lượng Q11 chảy vào làm áp suất tăng lên và tạo

áp lực lên pistong, xy lanh công tác, làm cho nó có xu hướng dịch chuyển

Gọi x1 là độ dịch chuyển của pistong, xy lanh công tác để ép má phanh ép chặt vào đĩa phanh

Do mỗi cơ cấu phanh có 2 má phanh nên tổng dịch chuyển của pistong là 2x1 ,

áp suất trong xy lanh công tác bánh trước bên trái Pxl1 được xác định:

- Vxlt : tổng thể tích của đường ống dẫn dầu đến xy lanh công tác và thể tích của khoang

xy lanh công tác bánh xe trước bên trái (m3)

- VR2 : thể tích đường ống dẫn dầu từ van điều khiển tới xy lanh công tác bánh xe cầu trước bên trái (m3)

- D, l2 : đường kính, chiều dài đường ống dẫn từ van điều khiển đến xy lanh công tác trước bên trái (m)

- V_xlt: thể tích khoang xy lanh công tác (m3)

- dt, lt : đường kính, chiều dài xy lanh công tác cơ cấu phanh trước (m)

- Sxlt : diện tích làm việc của pistong, xy lanh công tác cơ cấu phanh trước (m2)

- xt : độ dịch chuyển của pistong, xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe trước bên trái (m)

- P0t : áp suất ban đầu của dầu trong xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe trước bên trái (N/m2)

- Q1t: lưu lượng dầu chảy qua van về thùng chứa dầu hồi của cơ cấu chấp hành bánh xe trước bên trái

Phương trình xác định chuyển động của pistong, xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe trước bên trái:

ms t xlt xlt

t

xlt x P S F F

ms t xlt xlt xlt

1

)(

- mxlt : Khối lượng pistong, xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe trước (kg)

- Ft : Lực cản chuyển động do má phanh tác dụng ngược trở lại pistong (N)

- x0t : Độ dịch chuyển ban đầu của pistong, xy lanh công tác để khắc phục khe hở giữa hai má phanh với đĩa phanh của cơ cấu phanh (m)

- k: Độ cứng của vật liệu làm má phanh (N/m2)

- Fms : Lực cản nhớt của dầu (N)

- μ : Hệ số cản nhớt của dầu (kgm/s)

Khi pistong, xy lanh công tác cơ cấu phanh mới bắt đầu dich chuyển (xt ≤ x0) thì lực Ft là rất nhỏ (Ft ≈ 0),tương đương lực của lò xo hồi vị, ta có thể bỏ qua , pistong, xy lanh công tác tiếp tục dịch chuyển và khi xt > x0 , thì má phanh bắt đầu biến dạng do ép chặt vào đĩa phanh

Như vậy để điều khiển sự tăng mô men phanh ở bánh xe, người ta điều khiển lưu lượng dầu từ tổng phanh đến xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe

b Mô hình mô phỏng má phanh và đĩa phanh

Khi pistong xy lanh công tác của cơ cấu phanh dịch chuyển và chưa khắc phục khe hở giữa guốc phanh và tang trống hay má phanh và đĩa phanh (xt ≤ x0) thì có thể coi lực Ft ≈ 0

Nếu pistong, xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe tiếp tục dịch chuyển, khi xt

> x0, thì má phanh biến dạng ép chặt vào đĩa phanh, lưu lượng dầu đến xy lanh công tác

cơ cấu phanh nếu tiếp tục tăng lên, má phanh ép chặt hơn vào đĩa phanh làm cho

moomen phanh bánh xe tăng lên

Mô men phanh tương ứng ở các bánh xe : Mp1 ; Mp2 được xác định:

Trong đó:

- Fp : lực ép ép má phanh với đĩa phanh (N)

- fp : hệ số ma sát giữa đĩa phanh với má phanh

- Rtb : bán kính trung bình tấm ma sát (m)

2.1.5 Mô hình mô phỏng bánh xe

Chuyển động của ôtô trên nền đường phụ thuộc rất nhiều vào mối quan hệ của bánh xe trên nền đường Ngày nay ôtô chỉ sử dụng các loại bánh xe cao su hay còn gọi

là bánh xe đàn hồi nên ở luận văn này ta xét cho trường hợp bánh xe đàn hồi Khi bánh

xe ở trạng thái làm việc do bị biến dạng và vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường không phải là một điểm mà là một vùng nên bán kính lăn của bánh xe liên tục bị thay

đổi,làm cho vận tốc tại các bánh xe sẽ khác so với vận tốc của ôtô Nếu gắn vào bánh

xe một hệ toạ độ không gian ba chiều, bánh xe sẽ chịu tác dụng của các lực: lực dọc (theo phương x), lực bên (theo phương y), lực thẳng đứng (theo phương z), mô men đàn hồi bánh xe Các lực và mô men này luôn biến đổi phụ thuộc vào tốc độ quay và khả năng biến dạng của bánh xe Xét trong khoảng thời gian ngắn bánh xe có thể được coi là lăn đều, tâm quay của bánh xe là tâm trục, đấy là trạng thái cơ sở để khảo sát

2.1.5.1 Các chế độ làm việc của bánh xe

Khi bánh xe lăn trên mặt đường xảy ra các trường hợp sau:

- Bánh xe đàn hồi lăn trên mặt đường không bị biến dạng (đường nhựa)

- Bánh xe đàn hồi lăn trên mặt đường bị biến dạng (đường nhựa)

- Bánh xe thép lăn trên đường bị biến dạng

Đối với xe con do điều khiện chuyển động chủ yếu là trên đường nhựa cứng cho nên ta chỉ xét trong trường hợp bánh xe đàn hồi lăn trên đường không bị biến dạng

2.1.5.2 Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe ôtô

Xét trong hệ tọa độ không gian thì các bánh xe ôtô chịu tác dụng của các lực và

mô men như sau:

Hình 2-13 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe ôtô

Khi ôtô chuyển động, bề mặt của lốp tiếp xúc với đường ở rất nhiều điểm và tạo thành vùng tiếp xúc Do đó tác dụng tương hỗ giữa các bánh xe và đường tại phần tiếp xúc sẽ xuất hiện các phản lực riêng phần tử đường tác dụng lên bánh xe, gọi là các phảnlực của đường Các phản lực này được biểu thị dưới ba thành phần lực:

Phản lực pháp tuyến của mặt đường, ký hiệu Fz là một hàm phụ thuộc vào tải trọng phân bố lên bánh xe.

Phản lực tiếp tuyến nằm trong mặt phẳng bánh xe, ký hiệu là Fx là một hàm phụ

thuộc vào độ trượt dọc s, trượt bên a, phụ thuộc vào tải trọng Z.

Phản lực ngang (lực bên), nằm trong mặt phẳng của đường và vuông góc với mặt phẳng của bánh xe kí hiệu là Fy (hoặc Si)

Ngoài ra còn có các lực và mô men ma sát trong ổ trục, mô men quán tính, các lực và mô men này có trị số bé nên ta có thể bỏ qua

Khi chịu tác dụng của lực ngang, bánh xe lăn bị biến dạng, các thớ lốp bị uốn cong, mặt phẳng giữa của bánh xe bị dịch chuyển so với tâm tiếp xúc Quỹ đạo của của bánh xe sẽ bị lệch so với hướng chuyển động của bánh xe một góc α , gọi là góc lệch bên của bánh xe

Do các bánh xe đều sử dụng lốp đàn hồi nên khi chịu lực tác dụng nó bị biến dạng và khu vực tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường không phải một điểm mà là một vùng tiếp xúc Sự phân bố lực ở khu vực phía trước và phía sau vết tiếp xúc không đều nhau cho lên tổng hợp các lực tác dụng lên bánh xe sẽ bị lệch khỏi tâm của vết tiếp xúc

Trên xe các bánh xe làm việc ở hai chế độ: chủ động,bị động Ngoài các lực và

mô men như phân tích ở trên thì ở các bánh xe còn chịu mô men kéo Mk và lực đẩy từ khung xe vào tâm bánh xe, cần thiết phải tiến hành phân tích các lực và mô men tác dụng lên bánh xe cho từng trường hợp bánh xe chủ động và bánh xe bị động

2.1.5.3 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị động

Khi ôtô chuyển động, bánh xe lăn và chịu tác dụng của các lực: tải trọng tác dụng lên bánh xe Gbl ; lực đẩy từ khung đặt vào tâm trục bánh xe Fx ; hợp lực các phản lực pháp tuyến từ đường tác dụng lên bánh xe đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặtđường là Zi ; hợp các phản lực tiếp tuyến song song với mặt đường và ngược chiều chuyển động của xe là Ff

ra khỏi vùng tiếp xúc và phục hồi trở lại trạng thái ban đầu Như vậy sẽ xuất hiện ma sát giữa các phần tử lốp , ma sát giữa lốp với đường và phát sinh lực cản chuyển động Nếu độ đàn hổi của lốp lý tưởng thì năng lượng tiêu hao cho sự biến dạng của lốp sẽ được trả lại hoàn toàn khi nó phục hồi trạng thái ban đầu, nhưng trong thực tế phần năng lượng tiêu hao cho biến dạng không được trả lại hoàn toàn mà một phần đã bị biến thành nhiệt tỏa ra môi trường xung quanh.

Mặt khác sự biến dạng của phần tử lốp khi đi vào khu vực tiếp xúc lớn hơn khi

ra khỏi khu vực tiếp xúc Vì thế các phản lực riêng phần của đường tác dụng lên bánh

xe ở phần trước khu vực trước tiếp xúc lớn hơn phần sau khu vực tiếp xúc Tổng hợp lực của chúng là Z1 sẽ lệch về trước một khoảng là a1 so với đường thẳng đi qua tâm trục bánh xe

2.1.5.4 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động

Đối với bánh xe chủ động , ngoài các lực và mô men tác dụng như bánh xe bị động nó còn chịu các lực và mô men tác dụng như: mô men xoắn chủ động Me truyền

từ bán trục tới bánh xe Mô men này làm chho các thớ lốp hướng kính bị biến dạng