điều khiển chuyển động của ô tô, máy kéo vehicle dynamics and control

5 Các khái niệm về ATGT • ATGT và tai nạn giao thông • Các yếu tố liên quan tới tai nạn giao thông • Định nghĩa về an toàn chủ động và an toàn thụ động Mục đích • Các khái

1

ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG

CỦA Ô TÔ, MÁY KÉO

"VEHICLE DYNAMICS AND CONTROL"

2

NỘI DUNG

Thời lượng: 03 tín chỉ

NỘI DUNG

• An toàn giao thông

• Điều khiển hướng chuyển động

• Bổ sung các kiến thức về phanh

Mục tiêu: Cung cấp

 Các khái niệm về an toàn chuyển động, về động lực học và điều khiển chuyển động

 Giải thích một số kết cấu mới hiện nay đang trang bị trên ô tô

 Xây dựng các mô hình tính toán cơ bản trong nghiên cứu

số các giải pháp chính hoàn thiện khả năng an toàn chuyển động của ô tô trong khai thác sử dụng

– Thảo luận bài trên lớp

• Kiểm tra sau khi học: (theo lịch của BM)

– Thi viết gồm : 01 câu hỏi tự luận

01 bài tập cụ thể

• Tài liệu học tập

– Cơ sở thiết kế ô tô NXBGTVT 2006

– Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô NXBGTVT 1996

4

1 Các khái niệm về ATGT

2 An toàn chủ động trong vận hành ô tô

3 An toàn thụ động

4 An toàn môi trường

5

Các khái niệm về ATGT

• ATGT và tai nạn giao thông

• Các yếu tố liên quan tới tai nạn giao thông

• Định nghĩa về an toàn chủ động và an toàn thụ động

Mục đích

• Các khái niệm về an toàn giao thông của ô tô (ATGT)

• Các giải pháp chung nâng cao an toàn cho người và

xe trên ô tô trước và trong và sau tai nạn nhằm hạn

chế TNGT

6

ATGT và TNGT

Tai nạn giao thông (TNGT)

là sự việc bất thường khi các đối tượng tham gia giao thông đang

hoạt động trên đường, nó xẩy ra ngoài ý muốn chủ quan của con

người và gây ra thiệt hại nhất định về người và tài sản cho xã hội

An toàn giao thông (ATGT)

là một đặc tính của giao thông nhằm hạn chế tối đa các TNGT xảy ra, giúp cho con người thực hiện mục đích vận tải, không gây tác hại xấu cho cộng đồng

Các thành phần cơ bản

1 An toàn không để xảy ra TNGT (an toàn chủ động)

2 An toàn để hạn chế tổn thất (an toàn thụ động)

3 An toàn đối với môi trường cộng đồng (an toàn môi trường)

Các yếu tố liên quan tới ATGT

– kết cấu ô tô,

– tính điều khiển,

– các thiết bị an toàn thụ động

– môi trường sống của con người (khí xả, độ ồn, bụi độc …)

7

Các yếu tố liên quan tới TNGT

AN TOÀN TRONG VẬN HÀNH TRÊN ĐƯỜNG

Người lái Xe Đường Y tế

và hàng hóa trong xe

Hình 2-22: Các thành phần cơ bản của tính an toàn trong vận hành

Đảm bảo sự sống của con người

8

An toàn chủ động

An toàn chủ động là đặc tính an toàn bao gồm tất cả các tính chất của ô tô giúp

cho người lái có thể điều khiển được ô tô khi xuất hiện chướng ngại đột xuất, hay có thể vượt qua chướng ngại mà không xảy ra TNGT

Các yếu tố có thể chia 2 nhóm:

1 Các đặc tính của kết cấu ô tô liên quan đến khả năng điều khiển và thích ứng trước tác

động điều khiển:

– Đặc tính phanh ô tô,

– Đặc tính gia tốc,

– Tính ổn định hướng chuyển động,

– Khả năng đi trên đường rích rắc,

– Độ nhạy cảm trước ngoại lực không mong muốn,

– Tính chất tín hiệu âm thanh, hệ thống chiếu sáng,

– Khả năng quan sát của lái xe trên ghế ngồi:

– Khả năng điều khiển chính xác và kịp thời của các cơ cấu xung quanh người lái

2 Các đặc tính liên quan đến tính tiện nghi của người lái: nhằm tránh gây mệt mỏi người lái trong quá trình điều khiển ô tô

• Sự thích hợp của ghế ngồi,

• Các giải pháp về nhân trắc, không gian làm việc người lái trong buồng lái,

• Lực điều khiển và hành trình các cơ cấu gài,

• Đáp ứng tốt khoảng quan sát thực của người lái,

• Vi khí hậu buồng điều khiển (khí hậu, điều hòa, sưởi nóng, thông gió, âm thanh phụ),

• Ánh sáng bên trong và bên ngoài xe phục vụ quan sát trong chuyển động,

• Độ ồn và rung động…

9

CÁC ĐẶC TÍNH LIÊN QUAN TỚI AN TOÀN CHỦ ĐỘNG

Hình 2-23: An toàn chủ động của ô tô

(vị trí, kích thước, chống rung, điều chỉnh )

Tạo tâm lý thoải mái

Khí hậu bên trong xe

Khả năng quan sát

(Đảm bảo quan sát

và nhìn rõ)

Khả năng điều khiển

(Tin cậy và điều khiển chính xác)

Quan sát trước, sau xe

Chiếu sáng đường chạy Khả năng quan sát:

chiếu sàng trong, kính, gương, thiết bị tín hiệu, màu trong và ngoài

xe

Tầm quan sát rộng rãi

Vị trí cơ cấu điều khiển

Lực điều khiển

Thiết bị kiểm tra và tín hiệu

Khóa cửa

an toàn

Vị trí người lái

Tín hiệu âm thanh

AN TOÀN THỤ ĐỘNG

Đảm bảo an toàn cho bên ngoài xe

Đảm bảo an toàn cho bên trong xe

Hình 2-36: An toàn thụ động của ô tô

(60-65)%

14%

(10-15)%

(8-10)%

12

Các tiêu chuẩn bảo vệ con người

Các tiêu chuẩn về bảo vệ con người thiết lập theo các hệ thống đang

được áp dụng rộng rãi:

 ECE ( Economic Commision Community) – hình thành 1958 tại Geneve,

 EEC (European Economic Community) – hình thành 1993 cho các nước

EU, ngày nay ký hiệu gọn bằng tiếng Anh là: EC, hệ thống tiêu chuẩn ECE cũng nằm trong hệ thống EC

 FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standart) – tiêu chuẩn của Mỹ

 Tiêu chuẩn ISO

Khi xảy ra tai nạn làm giảm thiểu tổn thất của con người bằng cách:

– Hạn chế tối đa sự va chạm cứng với các bộ phận cứng của cơ thể để gây nên gãy vỡ xương (mức 3 trở lên),

– Đảm bảo khoảng không gian cho phép để con người trong xe có khả năng duy trì sự sống (mức 3 trở lên),

– Giảm thiểu khả năng gây thương tích cho lái xe và người trong xe bởi các

cơ cấu điều khiển, các bề mặt trong của vỏ xe và các bề mặt xung quanh con người (trang bị nội thất),

– Đảm bảo khả năng tháo dỡ nhanh các cụm để giảm thời gian cứu hộ con người trong xe,

– Hạn chế tối đa xảy ra cháy nổ,

Bảo vệ người lái Bảo vệ hành khách trên xe Bảo vệ người đi bộ,xe máy

Bảo vệ người trong xe

PHƯƠNG TiỆN

GT

Các thành phần tham gia giao thông khác

AN TOÀN THỤ ĐỘNG

Hình 2-37: An toàn thụ động và vấn đề bảo vệ con người

Kết cấu trong xe Kết cấu ngoàI vỏ

Kết cấu an toàn trong xe Kết cấu An toàn ngoài xe

Khả năng sống cho tất cả thành phần tham gia Giao thông

14

CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU

1 Bảo vệ người lái và người ngồi trên xe bao gồm các vấn đề chính sau:

– Các bộ phận đàn hồi bên trong của khung vỏ

– Loại trừ các vật liệu khi gẫy vỡ tạo dạng nhọn sắc, cứng,

– Dây đai an toàn và túi khí bảo vệ

2 Bảo vệ người ngoài xe

– Tạo nên các tấm chắn giảm va phía trước và sau xe,

– Kết cấu hợp lý các phần đầu xe, tránh va chạm vào chỗ cứng của người đi đường…,

– Loại trừ tất vả những đường cong nhọn trên khung vỏ (bán kính công

nghệ trên khung vỏ ô tô con không cho phép nhỏ hơn 2,5 mm), – Loại trừ mọi kết cấu bắt bên ngoài có thể văng xa khi xảy ra tai nạn

15

An toàn môi trường

An toàn đối với môi trường được đặt ra cho bất kỳ một sản phẩm do con người tạo ra

Đối với ô tô, an toàn đối với môi trường được đặt ra với các mặt chính sau: khí xả, độ ồn, nhiệt, bụi chất thải sau và trong sử dụng

Các quy định ngày nay tập trung vào giảm thiểu ô nhiễm do khí xả, độ ồn, chất thải sau và trong sử dụng

Các tiêu chuẩn này một phần nằm trong tiêu chuẩn của quốc tế trong chế tạo ô tô, một số khác lại nằm trong tiêu chuẩn quốc tế về bảo vệ sức khỏe của cộng đồng

a) Khí xả của động cơ đốt trong

b) Độ ồn ngoài

c) Vật liệu atbet

d) Môi chất làm lạnh

16

Khí xả của động cơ đốt trong

Các giải pháp kỹ thuật hạn chế ô nhiễm môi trường theo hai hướng cơ bản:

– Hạn chế việc tạo ra chất độc hại do khí xả gây nên nhờ:

• Sử dụng các loại năng lượng khác ít ô nhiễm: điện, hydro, năng lượng mặt trời, hơi nước, khí nén, LPG …

• Tác động vào kết cấu động cơ: hoàn thiện quá trình cháy, sử dụng điều khiển điện tử tác động theo hướng tối ưu,

• Sử dụng liên hợp năng lượng điện và động cơ đốt trong (Hybrid),

• Tiêu chuẩn hóa chặt chẽ nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong… – Khử bớt chất độc hại trước khi đẩy ra môi trường như:

sử dụng các bộ lọc, các bộ trung hòa chất độc hại…

Hình 2-46: So sánh khí xả của các loại nhiên liệu Xăng, LPG, Diezel

17

Môi chất làm lạnh

môi chất R-12 và R-134a

• Môi chất làm lạnh R-12 chlorofluocarbon CFC) chất làm lạnh tốt Nhưng khi thoát ra môi trường, bay lên khí quyển nguyên

nhân phá hủy tầng Ôzon bảo vệ trái đất

• Môi chất làm lạnh R-134a (hydrofluocarbon HFC), không hòa tan trong dầu khoáng chất nên chất hòa tan là dầu tổng hợp polyalkalinegglycol (PAG) hay polyoester (POE) Trong cấu trúc của HFC không có gốc Clo nên không gây ảnh hưởng xấu đến tầng Ôzon bảo vệ trái đất

• Theo công ước quốc tế ngày nay chỉ được sử dụng R-134a

YÊU CẦU SAU MÔN HỌC

Yêu cầu về lý luận

1 Các quy luật chuyển động của ô tô khi quay vòng

2 Khái niệm quay vòng đúng, thừa, thiếu - Ứng dụng

3 Ảnh hưởng cua hệ thống treo khi quay vòng

4 Khả năng ổn định chuyển động

Giải thích đúng các kết cấu

1 Hệ thống phanh hai dùng dạng bố trí chéo?

2 Ô tô con 1 cầu chủ động có động cơ và cầu trước chủ động?

3 Bố trí bán kính quay bánh xe ro âm?

4 Thanh ổn định ngang trên ô tô?

5 Trọ lực lái, ……

Giải đúng các bài tập đơn giản

1 Giải các bài toán cơ bản trong quay vòng

2 Vận dụng các bài toán vào thực tế ch/đg của ô tô

MỞ ĐẦU, KHÁI NiỆM CHUNG

Đường

Xe Người lái

MÔ HÌNH KHẢO SÁT

Phương pháp nghiên cứu

• Cơ hệ khảo sát

Tuyến tính , phi tuyến trong bài toán ô tô

Phẳng, không gian

Môi trường

Người lái

Ngoại cảnh:

Gió bên, đường,

MÔ HÌNH TOÁN CHO ÔTÔ HAI CẦU

Mục đích:

Thiết lập các phương trình quay vòng của ô tô

Tìm hiểu quy luật điều khiển hướng theo lý thuyết điều khiển hệ thống

Tác động vào hệ thống, nâng cao chất lượng điều khiển (ổn định)

PHƯƠNG TRÌNH QUAY VÒNG

Phương trình

2.7 - Viết khi chiếu trên trục dọc ô tô;

2.8 - Viết khi chiếu trên trục ngang ô tô;

2.9 - Viết khi lấy mômen với trọng tâm ô tô;

(PT quay vòng) Phương trình cơ học (dạng không chính tắc, chưa kể đến Z)

Hàm mục tiêu khảo sát:

Quỹ đạo: x o , y o Hướng ch/ đg tiếp theo: 

Góc quay so với toạ độ gốc: 

 Hệ thống lái có nhiều phần tử đàn hồi – quy

về phần tử đàn hồi tương đương (Các phương pháp đo độ cứng HTL trong thực tế)

 Tỷ số truyền HTL = Tỷ số truyền CCL

Cụ thể:

 Có mặt trong kết cấu: độ cứng xoắn hệ thống lái

 Có mặt các góc bố trí bánh xe dẫn hướng

Đòn quay phụ

Đòn quay bánh xe

PHƯƠNG TRÌNH CỦA MÔ HÌNH HTL

Quan hệ động học và động lực học quan trọng

• Mômen trên vành lái M V * (2-13)

• Quan hệ: t , * ,C l , k/c lốp (2.14, 2.15)

Chú ý:

– Phân biệt: vl ; *; t

– Độ cứng xoắn của HTLái, PP xác định C l :

Giải thích kết cấu trục lái:

– Cứng tuyệt đối

– Bằng cao su nối

Sử dụng (2-13) để giải tích đặc tính trợ̣̣̣ lực:

Trợ lực lái cần giảm bớt áp suất khi quay vòng ở tốc độ cao?

MÔ HÌNH 1 VÊT VÀ CÁC QUAN HỆ ĐỘNG HỌC

Trọng tâm

ô tô

Tâm áp lực gió

 Giải thích sự ổn định của bánh xe

 Thực nghiệm xác định thông số đặc tính lốp

 Giải thích ban đầu về ổn định hường chuyển động của ô tô

S k =Y k

+S k

-Y k

+n s +k

Hình 3-2: Dấu và chiều quy uớc

-Y k

+k

+M Sk +S k

Kết cấu thiết bị đo

– Trong thực tế là phi tuyến

– Trong bài giảng sử dụng tuyến tính với i< (8 - 10) độ

Quan hệ lực: dọc, ngang

x

y

v

Vết tiếp xúc

Quan hệ lực: dọc, ngang trên bánh xe

• Ứng dụng:

– Xe con chủ yếu dùng R (Châu Âu) – Xe cơ động cao (Pick-up, SUV, quân sự,….) dùng D – Xe có vận tốc thấp, ch/đg trên nền xấu dùng D

• Mỹ:

– D, R, B

TÍNH ĐIỀU KHIỂN TĨNH

và các giải pháp hoàn thiện kết cấu

4 Trợ lực lái

Khái niệm và Phương pháp khảo sát tính điều khiển

 Chuyển về 1 vết: 5.1; 5.2; 5.3

 Chuyển về tuyến tính: 5.4; 5.5; 5.6

 Sử dụng mô hình tuyến tính của lốp 5.10; 5.11;5.12

 Quay vòng đều: 5.16; 5.17;

 Bỏ qua tác động của gió: 5.19; 5.20;

Điều khiển tĩnh: v= const; t = const ( R= const);

Hàm truyền: Chuyển vị / kích động:

Vận tốc góc quay thân xe/ Góc quay vành lái tại đòn quay đứng

Góc lệch bên thân xe/ Góc quay vành lái tại đòn quay đứng

Gia tốc bên thân xe/ Góc quay vành lái tại đòn quay đứng

ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH QUAY VÒNG ĐỀU CỦA Ô TÔ

Bán kính quay vòng

CT (5.47)

) (

l R

s t



) (

l R

s t

s



 Cho bánh xe cứng tuyệt đối

 Cho ô tô 1 cầu dẫn hướng

 Công thức tổng quát

t

l R





ở vận tốc cao giá trị của (t-s)>0, cần có thêm giá trị  s

để đảm bảo ô tô quay vòng thiếu, (4WS)

t v

) (

*







ỨNG DỤNG GIẢI THÍCH KẾT CẤU (C  s.b – C  t.a) quyết định dấu K

Cl

) ns nk

( t C 1

[2]

[3]

TRỢ LỰC LÁI THỦY LỰC ĐiỆN TỬ

Bơm

Trạng thái

đi thẳng

Quay vòng trái

5

VPP dạng con trượt kép

CB vận tốc

CB vận tốc

Cơ cấu lái CAMRY

CB đo góc quay vành lái

Veh Speed

High Low

MỤC ĐÍCH

1 Bổ sung vào mô hình phẳng khảo sát hệ thống treo

2 Tác dụng và pp tính toán thanh ổn định ngang

3 Vấn đề tự xoay cầu xe

4 4WS

NỘI DUNG

1 Sự thay đổi phản lực thẳng đứng

2 Xác định góc nghiêng ngang thân xe

3 Tâm nghiêng cầu xe

4 Trục nghiêng thân xe (khi cần tính toán đến phần không treo)

5 Sự nghiêng bánh xe

Nếu không thoả mãn

M st =M gl -M cl

Cần có thêm thanh ổn định ngang

Bố trí

thanh ổn định trên xe tải, xe buýt

Hình 3.24: Hệ thống treo cho hai cầu dẫn hướng ôtô tải Huyndai

Kết cấu xe con

Tâm nghiêng ngang cầu xe

Hiện tượng “tự xoay cầu xe” và

CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CUẢ 4WS

(có tác động điều khiển từ nguồn năng lượng khác)

Tại sao cần điều khiển 4WS?

Hệ thống điều khiển cầu sau tích cực

4WS của Mazda Xeros 9

1

Phần 3:

Bổ sung các kiến thức về PHANH

Mục đích trả lời các câu hỏi :

1 Tiêu chuẩn ECE đối với ô tô không có ABS

2 Bố trí điều hoà lực phanh trên các bánh xe sau?

3 Bố trí dòng phanh chéo? ro âm ?

4 Các dang bố trí ABS

5. Các hệ thống liên hợp với ABS

Trên cơ sở phân tích động lực học ô tô

2

Nhắc lại cơ sở lí thuyêt phanh

Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Điều kiện chuyển động của bánh xe

Hiệu quả phanh

Điều kiện phanh có hiệu quả cao, phân chia lực phanh

Phanh thực hiện ở cơ cấu phanh hay ở nền đường

h j L

b G

L

h g

j G

Z1 t  g

L

h g

j G

h j L

a G

3

Quy luật thay đổi lực phanh theo gia tốc

• Pp1 và Pp2 không tăng tuyến tính

• ở các cơ cấu phanh áp suất

phanh phụ thuộc và lực bàn đạp

• Lực phanh tại bánh xe tăng tuyến

tính

• Khi thiết kế ban đầu sự phân chia

lực phanh phụ thuộc vào đường

kính Pittong bánh xe và chỉ phù

hợp với 1 điều kiện bám nào đó

– Sử dụng đồ thị này không cho

phép xem xét chất lượng phanh

khi có hệ số bám thay đổi

– 1978 ECE đưa ra quy định về việc

tính toán phân chia lực phanh

Pp1 Pp2 Lực phanh

ở các cầu

0 2 4 6 8 10 12

(j) Gia tốc phanh

Pp1

Pp2(ccp) Pp1 (ccp)

Pp2

4

Hệ số hiệu quả lực phanh trên cầu xe 

 1 = Fp1/Z1

 2 = Fp2/Z2

1 = 2=  (lí thuyết yêu cầu)

Phân chia lực phanh lí tưởng:

Gmax = F pi1 +F pi2 = max (Z1+Z2)

ở trạng thái bám của các cầu i nào đó i = i



G

F i

F F

2 pi 1

pi

2 pi

1 F

F

2 pi 1

pi

1 pi

0

Hệ

số bám

1,

2,

 [-]

5

Biểu diễn theo quy chuẩn ECE

với các giá trị phân chia lực phanh i

6

Giới hạn ĐỒ THỊ THEO ECE

i=F p2 /(F p1 +F p2 ) x= 0,475; y=0,211

7

CÁC DẠNG CƠ BẢN CỦA BỘ ĐH LỰC PHANH

• Lực phanh trên ô tô hai cầu có thể được:

– Phân chia tuyến tính (E=const)

– Điều chỉnh lực phanh (Econst)

Sự phân chia lực phanh khi có bộ điều hoà

b) Bô điều hòa hai thông số

a) Bô điều hòa một thông số

[-]

F p2 /G 0,3 0,2 0,1

0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 F p1 /G[-]