Nghiên cứu phương pháp thực nghiệm xác định mômen quán tính khối lượng xe sym t880

Trong bài báo này các thông số liên quan đến quá trình chuyển động ổn định của xe như chiều cao trọng tâm, mômen quán tính khối lượng tại trọng tâm xe được kiểm tra thông qua các thiết b

-

HUỲNH XUÂN THANH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH

MÔMEN QUÁN TÍNH KHỐI LƯỢNG XE SYM T880

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ khí động lực

Mã số ngành : 60520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 1 năm 2016

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

HUỲNH XUÂN THANH

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS TRẦN HỮU NHÂN

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS NGUYỄN LÊ DUY KHẢI

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS NGUYỄN CHÍ THANH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 12 tháng 01 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1 TS HUỲNH THANH CÔNG ………

2 TS NGUYỄN VĂN TRẠNG……… ………

3 TS NGUYỄN LÊ DUY KHẢI ………

4 TS NGUYỄN CHÍ THANH………

5 TS PHẠM TUẤN ANH ………

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: HUỲNH XUÂN THANH MSHV: 13131082

Ngày, tháng, năm sinh: 18-01-1982 Nơi sinh: Long An

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ khí động lực Mã số: 60520116

I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu phương pháp thực nghiệm xác định mômen quán tính

khối lượng xe SYM T880

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Tìm hiểu lý thuyết động lực học ô tô

2 Nghiên cứu mô hình chuyển động 7 DOF ( 7 bậc tự do ) của ô tô trên đường mấp

mô bán bình phương hình sin

3 Nghiên cứu mô hình toán học tính toán và mô phỏng các thông số xác định mômen quán tính khối lượng ô tô SYM T880 bằng ngôn ngữ lập trình Matlab

4 Nghiên cứu phương pháp thực nghiệm xác định mômen quán tính khối lượng xe SYM T880 ( sử dụng cảm biến gia tốc lắp trên xe thực nghiệm )

5 Xử lý và phân tích số liệu để xác định giá trị mômen quán tính khối lượng IX, IY, gia tốc góc lắc theta và gia tốc góc lắc phi bằng phương pháp thực nghiệm thông qua phần mềm Matlab

6 So sánh kết quả mômen quán tính khối lượng IX, IY, gia tốc góc lắc theta và gia tốc góc lắc phi giữa mô phỏng và giá trị đo thực tế

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 06/07/2015

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 4/12/2015

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Trần Hữu Nhân

môn Kỹ Thuật Ô tô - Máy động lực tại trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh Thời gian học tập trong suốt chương trình và thực hiện luận văn từ 06/07/2015 đến 04/12/2015 là khoảng thời gian quan trọng đối với bản thân Để đạt được những thành quả khoa học này, ngoài nỗ lực của bản thân, tác giả chắc chắn sẽ không thể hoàn thành luận văn này nếu không có sự giúp đỡ, động viên của gia đình, thầy cô, bạn bè và các bạn đồng nghiệp

Đầu tiên, tác giả tỏ lòng cảm ơn chân thành đến TS Trần Hữu Nhân, người thầy đã tiếp nhận, giao đề tài và hướng dẫn tác giả hoàn thành luận văn này Tác giả cũng gửi lời cám ơn sâu sắc đến các giảng viên bộ môn Kỹ Thuật Ô tô - Máy động lực đã hướng dẫn em trong suốt quá trình đào tạo, đã cung cấp những tài liệu, hướng dẫn con đường ngắn nhất để đi đến kết quả cuối cùng

Kế đến, tác giả cám ơn tập thể giáo viên Khoa Cơ khí động lực và Ban giám hiệu trường Trung cấp kỹ thuật và nghiệp vụ Nam Sài Gòn đã tạo điều kiện học tập

và thực hiện luận văn, đã gánh vác một phần công việc của tác giả trong thời gian thực hiện luận văn

Cuối cùng, tác giả cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã động viên, khuyến khích, giúp đỡ công việc, đã gánh vác một phần công việc gia đình trong suốt quá trình học tập và làm luận văn của tác giả

Một lần nữa, tác giả chân thành cảm ơn tất cả

Tp HCM, ngày 04 tháng 01 năm 2016

Học viên thực hiện

HUỲNH XUÂN THANH

triển trong khoảng cuối thể kỷ 20 gần đây Sự phát triển của nền toán học hiện đại cùng với những phương pháp số khác nhau đã hỗ trợ cho động lực học nói chung và lĩnh vưc ô tô nói riêng giải quyết những bài toán phức tạp trong thực tế vô cùng hiệu quả Việc áp dụng những thành quả của lĩnh vực động lực học ô tô cùng với các công nghệ điều khiển, máy tính đã tạo nền tảng cho việc nghiên cứu, phát minh

và thương mại hóa các công nghệ điều khiển tính năng động lực học ổn định chuyển động của ô tô ngày càng được phát triển

Luận văn này chủ yếu nghiên cứu phương pháp thực nghiệm xác định mômen quán tính khối lượng của ô tô SYM T880 từ mô hình thực nghiệm trên xe thực tế với mô hình xe cơ sở SYM T880 có lắp cảm biến gia tốc và cho xe chạy qua mấp

mô bán bình phương hình sin, tín hiệu thu được từ cảm biến sẽ được xử lý bằng Matlab

Kết quả thiết lập được mô hình thực nghiệm và từ đó so sánh kết quả đo với mô phỏng lý thuyết

dẫn của thầy TS Trần Hữu Nhân Các thuật toán trong tính toán số được ghi lại chính xác theo các lý thuyết trong các tài liệu tham khảo tương ứng Các kết quả tính toán lập trình trên Matlab được đánh giá, phân tích Do đề tài luận văn sử dụng các thông số của ô tô tải nhẹ SYM T880 tham khảo từ tài liệu của hãng SYM nên dẫn đến việc đánh giá và so sánh kết quả gặp nhiều khó khăn Tuy nhiên, tác giả đã

cố gắng xây dựng thuật toán dựa trên những lý thuyết tính toán sẵn có và bằng quá trình thực nghiệm để đưa ra những kết quả tối ưu nhất Tác giả cam đoan những gì trình bày trong luận văn là những kết quả trung thực và chính xác

Học viên thực hiện

HUỲNH XUÂN THANH

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ……… i

LỜI CÁM ƠN……….ii

TÓM TẮT……… iii

LỜI CAM ĐOAN……… iv

MỤC LỤC HÌNH vii

MỤC LỤC BẢNG x

DANH MỤC KÝ HIỆU xi

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN xiii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN xiv

Chương 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước: 1 1.2 Lý do chọn đề tài: Error! Bookmark not defined.

2.8 Mô hình tính toán khi xe chuyển động trên đường có biên dạng bề mặt bán

bình phương hìn sin: Error! Bookmark not defined

Error! Bookmark not defined.

Error! Bookmark not defined

5.2 Hướng phát triển của đề tài……….66 67

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2 1 - Bảng thông số kỹ thuật xe SYM T880 Error! Bookmark not defined.

Bả Error! Bookmark not defined

Bảng 4 1 - Kết quả tính toán gần đúng, giá trị gia tốc góc lắc ddtheta đo được 57

Bảng 4 2 - Kết quả tính toán gần đúng, giá trị IY đo được 58

Bảng 4 3 - Kết quả tính toán mô phỏng, giá trị gia tốc góc lắc phi đo được: 62

Bảng 4 4 - Kết quả tính toán mô phỏng, giá trị IX đo được 62

DANH MỤC KÝ HIỆU a1,2 :

theo chiều ngang [m] AR :

E :

F :

G :

x_1,2 :

x 3 :

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước: 1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới:

Để tăng khả năng chuyển động ổn định của xe và an toàn giao thông trên đường, tối ưu hóa hiệu quả sử dụng xe, tăng tính êm dịu cho hành khách và hàng hóa, người sử dụng có nhu cầu sử dụng xe như một thiết bị đa năng, có thể vừa làm phương tiện vận tải hàng hóa, hành khách vừa làm phương tiện chuyên dùng phục

vụ mục đích phát triển kinh tế - xã hội Nhưng việc tính toán và thiết kế tối ưu ổn định quá trình động lực học chuyển động của xe là bài toán cần giải quyết để đảm bảo an toàn giao thông tăng hiệu quả sử dụng Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến vấn đề động lực học chuyển động của xe đã được công bố, các nghiên cứu tiêu biểu liên quan đến đề tài này như:

Gary.J Heydinger et al, 1999 [1] đã nghiên cứu xác định các thông số mômen quán tính khối lượng quanh trọng tâm của xe Trong bài báo này các thông

số liên quan đến quá trình chuyển động ổn định của xe như chiều cao trọng tâm, mômen quán tính khối lượng tại trọng tâm xe được kiểm tra thông qua các thiết bị

đo, phân tích và làm cơ sở dữ liệu của Cơ quan quản lý an toàn giao thông quốc gia

Mỹ nhằm nghiên cứu về an toàn giao thông trên đường Kết quả nghiên cứu có liên quan đến chiều cao trọng tâm xe, vận tốc trượt tới hạn, yếu tố ổn định tĩnh và xác định chính xác mômen quán tính khối lượng Trong đó mômen quán tính khối lượng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình chuyển động ổn định của xe trên đường

Từ đó cho thấy mômen quán tính khối lượng tại trọng tâm xe là rất quan trọng đối với bài toán tính toán động lực học chuyển động của xe

Syabilla Sulaiman et al, 2012 [2] đã nghiên cứu mô hình chuyển động 7 DOF của xe trong không gian 3 chiều (3D) Nghiên cứu này đề cập đến độ ổn định dao động, tính êm dịu và chuyển động trên các bề mặt đường khác nhau nhằm cải thiện đặc tính động lực học chuyển động của xe thông qua mô phỏng bằng Matlab Công trình nghiên cứu này cũng đã xác định các thông số phục vụ tính toán mô phỏng

động lực học chuyển động như: độ cứng lốp xe, độ cứng lò xo hệ thống treo, hệ số giảm chấn, mômen quán tính và các góc xoay trên các trục tọa độ Kết quả của nghiên cứu cũng cho thấy các thông số nêu trên ảnh hưởng rất lớn đến quá trình chuyển động êm dịu và ổn định của xe trên mặt đường

S.H Sawant et al, 2012 [3] đã nghiên cứu quá trình động lực học dao động của ¼ xe khi chuyển động trên bề mặt đường có biên dạng hình sin, với thông số hệ thống treo ¼ xe như: độ cứng lò xo, độ cứng lốp xe, biên dạng mặt đường, vận tốc chuyển động của xe được cho trước Quá trình động lực học cũng được tính toán

mô phỏng thông qua phần mềm Matlab nhằm so sánh kết quả lý thuyết với thực nghiệm Qua đó cho thấy biên dạng bề mặt đường cũng ảnh hưởng đến quá trình chuyển động ổn định của xe

1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu tại Việt Nam:

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang trong quá trình hình thành và phát triển dần trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn hàng đầu của đất nước Từ những thực tế đó, cũng đã có một số đề tài thuộc chuyên ngành ô tô đề cập đến vấn đề động lực học chuyển động ổn định của ôtô như:

Trần Hữu Nhân [4] đã phân tích tối ưu hóa hệ thống treo của hệ dao động ¼

xe nhằm tăng cường khả năng động lực học chuyển động ổn định của xe Quá trình phân tích thực nghiệm trên hệ thống treo trước của xe SMV T880 kiểu Macpherson với các thông số như: độ cứng lò xo, hệ số giảm chấn, độ cứng lốp, khối lượng được treo…thử nghiệm cho xe chuyển động trên bề mặt đường có biên dạng bán bình phương hình sin với vận tốc cho trước Với mô phỏng bằng Matlab khi cố định thông số độ cứng và thay đổi hệ số giảm chấn cho thấy sự khác biệt về dao động của khối lượng được treo Và quá trình thay đổi này tác động mạnh đến khả năng chuyển động ổn định của xe Điều đó cho thấy vai trò của các thông số phục vụ tính toán động lực học chuyển động của xe là vô cùng quan trọng

Trương Hoàng Tuấn, luận văn thạc sĩ, 2013 [5] đã phân tích tải trọng động tác dụng lên xe tải nhẹ với xe cơ sở SMV T880 bằng phương pháp mô phỏng Luận

văn cũng xác định các thông số phục vụ tính toán mô phỏng động lực học bằng thực nghiệm như: thông số hệ thống treo, mômen quán tính khối lượng, mô phỏng xe chuyển động với vận tốc không đổi trên đường có biên dạng bề mặt mấp mô khác nhau để xác định tải trọng động tác dụng lên xe Qua đó các thông số phục vụ tính toán mô phỏng động lực học đã đáp ứng được quá trình tính toán mô phỏng chuyển động của xe trên bề mặt đường có biên dạng khác nhau Từ đó cho thấy vai trò các thông số về động lực học là vô cùng quan trọng Đặc biệt trong đó có các thông số

về vị trí tọa độ trọng tâm, mômen quán tính khối lượng tại tọa độ trọng tâm xe

1.2 Lý do chọn đề tài:

Xác định các thông số ảnh hưởng đến quá trình động lực học chuyển động của ôtô trên mặt đường là một nhiệm vụ quan trọng và cần thiết Trong quá trình ôtô làm việc trên đường có nhiều biên dạng bề mặt mấp mô khác nhau, đó là nguyên nhân gây ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chuyển động ổn định của xe Có nhiều nghiên cứu liên quan đến các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm việc của ôtô trên đường như: tính toán tải trọng động tác dụng lên thân xe [5], tính toán góc xoay và chuyển động của thân xe… Mục tiêu của những nghiên cứu này là nghiên cứu phương pháp thực nghiệm xác định mômen quán tính khối lượng phục vụ cho việc tính toán động lực học của ôtô

Để làm rõ các thông số liên quan này, với mô hình thiết bị thực nghiệm xác định các thông số phục vụ tính toán mômen quán tính khối lượng, mô phỏng động lực học ô tô dựa trên xe cơ sở SYM T880, là xe hiện có sẵn tại xưởng thực tập ô tô nhà C3 với đầy đủ các thông số kỹ thuật như: khối lượng, kích thước, đã được tiến hành thu thập từ các đề tài nghiên cứu trước [5] Tuy nhiên các thông số được sử dụng trong các bài toán tính toán ở các nghiên cứu trước chủ yếu được xác định bằng tính toán đơn giản Mô hình sử dụng trong nghiên cứu này được lắp các cảm biến xác định gia tốc và dao động thân xe Dựa vào mô hình này, để nghiên cứu và đưa ra phương pháp thực nghiệm xác định các thông số cần thiết có liên quan đến

động lực học chuyển động của xe, đó chính là lý do tác giả chọn đề tài “ Nghiên

cứu phương pháp thực nghiệm xác định mô men quán tính khối lượng xe SYM T880 ”

1.4 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Xe ôtô tải thùng lửng SYM T880 là xe hiện có sẵn tại xưởng thực tập ô tô nhà C3 với đầy đủ các thông số kỹ thuật như : khối lượng, kích thước, đã được tiến hành thu thập từ các đề tài nghiên cứu trước [5] Tuy nhiên các thông số được sử dụng trong các bài toán tính toán ở các nghiên cứu trước chủ yếu được xác định bằng tính toán đơn giản Từ các nghiên cứu trước đó [5] cho thấy vai trò của các thông số được sử dụng trong các bài toán là vô cùng quan trọng Đặc biệt trong đó có các thông số về vị trí tọa độ trọng tâm, mômen quán tính khối lượng tại tọa độ trọng tâm xe

- Một số hình ảnh về thông số kích thước xe SYM T880

Hình 1 1 - Bố trí chung ôtô SYM T880

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu:

• Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến nội dung của luận văn như: lý thuyết tính toán dao động ô tô, ổn định dao động trên ô tô, động lực học ô tô, thu thập tài liệu qua sách giáo khoa, luận văn thạc sĩ, và các bài báo khoa học nghiên cứu xác định các thông số và mô phỏng về động lực học của ô tô

• Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

Phân tích, đo kiểm thực tế ô tô SYM T880 có lắp các cảm biến đo gia tốc và dao động thân xe để xác định thông số tính toán thực nghiệm phục vụ mô phỏng động lực học khi xe chuyển động trên đường có biên dạng bề mặt mấp mô khác nhau

• Áp dụng phương pháp Lagrange, so sánh kết quả tính toán mômen quán tính khối lượng bằng phương pháp thực nghiệm và mô phỏng thông qua phần mềm Matlab

1.5.1 Ý nghĩa khoa học:

• Xây dựng được phương pháp thực nghiệm góp phần xác định chính xác hơn các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng động lực học chuyển động của ôtô

• Kết quả thực nghiệm đo đạc được kết hợp với các bài toán mô phỏng đã được nghiên cứu trước đó Từ đó cũng xác định một cách chính xác hơn các thông số trực tiếp ảnh hưởng đến động lực học, an toàn chuyển động của xe

1.6 Kết luận:

Việc nghiên cứu phương pháp thực nghiệm xác định mômen quán tính khối lượng phục vụ tính toán mô phỏng động lực học là nhiệm vụ quan trọng và cần thiết trong quá trình xây dựng bài toán động lực học ô tô dựa trên mô hình thật của xe SYM T880 chuyển động trên đường Từ các thông số được xác định bằng phương pháp thực nghiệm dựa vào các cảm biến sẽ là cơ sở cho việc xác định các thông số cần thiết cho bài toán động lực học qua đó giúp cho việc đánh giá tính năng an toàn chuyển động của ô tô Qua đó làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở thiết kế xe nhằm đảm bảo kết cấu tối ưu nhất và đảm an toàn khi tham gia giao thông

2.1.1 Sơ đồ hệ thống:

Hình 2 1 - Sơ đồ hệ thống thiết bị đo gia tốc MOTU – 6050, giao diện trên máy

tính

MOTU – 6050 là cảm biến đo gia tốc, vận tốc góc được gắn trực tiếp lên thân xe, vị trí xác định các thông số cần đo Thiết bị này sử dụng pin với bộ vi xử lý, bộ thu phát RF 2.4 GHz, phát tín hiệu không dây ( giống như wifi ) Kèm theo cảm biến này là bộ USB – 2G4 thu tín hiệu do MOTU-6060 phát ra, USB này gồm bộ thu phát RF 2.4 GHz, bộ vi xử lý và đầu cắm vào cổng USB của laptop Laptop được cài sẵn một phần mềm xử lý dữ liệu nhận được từ cảm biến phát ra và được USB thu lại, nhờ có chương trình xử lý và dữ liệu được xuất ra file báo cáo dạng excel

2.1.2 Thông số kỹ thuật của MOTU – 6050:

- Đo gia tốc tịnh tiến trên 3 trục x, y, z, gia tốc đo lớn nhất là  16g ở nhiệt độ 25 độ

C, sai số  0,02%/ độ C ( với g là gia tốc trọng trường g = 9.81m/s2 )

- Đo vận tốc góc trên 3 trục x, y, z với giá trị lớn nhất là  2000 độ/s sai số là  20 độ/s

- Sử dụng pin sạc 3.7 V Li-Po 300mAh, thời gian sử dụng 48giờ/1lần sạc

- Giao tiếp không dây với bộ thu, tần số 2.4 GHz, tốc độ truyền tối đa 2Mbps, khoảng cách tối đa 10m

- MOTU- 6050 dùng để đo gia tốc tịnh tiến, gia tốc góc, góc xoay, góc nghiêng, tốc

độ xe…

- Chu kỳ đo chính xác tới giá trị 0,01s = 10ms

Đây là hình ảnh và kích thước tham khảo của bộ MOTU – 6050

Hình 2 2 - Cảm biến đo gia tốc MOTU – 6050

2.1.3 Thông số kỹ thuật của USB 2G4_A7105:

- Giao tiếp USB 2.0 tương thích với Window XP,Vista, Win7 - 32/64bits

- Giao tiếp không dây với bộ phát MOTU – 6050 tần số 2.4GHz, tốc độ truyền tối

đa 2Mbps, khoảng cách tối đa 10m

Hình ảnh của USB 2.4 GHz

Hình 2 3 - USB 2G4_ A7105

2.2 Thông số kỹ thuật xe SYM T880[8]:

2.2.1 Kết cấu xe SYM T880:

Hình 2 4 - Kết cấu xe SYM T880

2.2.2 Thông số kỹ thuật xe SYM T880 [8]:

Bảng 2 1 - Bảng thông số kỹ thuật xe SYM T880 ĐỘNG CƠ

Loại động cơ 4 kỳ, 4 xy lanh thẳng hàng, làm mát

phút

Loại nhiên liệu Xăng không chì có trị số ốc tan ≥ 92

a) chịu xoắn; b) chịu uốn

Từ sơ đồ bố trí cảm biến này (lắp tại đuôi xe), lấy ra các vận tốc góc và gia tốc góc trên các trục tọa độ x, y, z Nhờ thiết bị USB 2G4 thu các tín hiệu phát ra từ các cảm biến, qua phần mềm xử lý tín hiệu sẽ xuất ra file dữ liệu có 6 thông số dưới dạng file excel

2.4 Tầm quan trọng của mômen quán tính khối lượng:

Mômen quán tính khối lượng bao gồm mômen quán tính lắc dọc Ixx, mômen quán tính lắc ngang Iyy, mômen quán tính xoay đứng Izz, có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình chuyển động của xe trên đường

Theo nghiên cứu của Gary.J Heydinger et al, 1999 [1] mômen quán tính khối lượng tại trọng tâm xe được kiểm tra thông qua các thiết bị đo, phân tích và là

cơ sở dữ liệu của Cơ quan quản lý an toàn giao thông quốc gia Mỹ nhằm nghiên cứu về an toàn giao thông trên đường Kết quả nghiên cứu có liên quan đến chiều cao trọng tâm xe, vận tốc trượt tới hạn, yếu tố ổn định tĩnh và xác định chính xác mômen quán tính khối lượng Trong đó mômen quán tính khối lượng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình chuyển động ổn định của xe Nghiên cứu thử nghiệm trên nhiều kiểu xe khác nhau, kết quả như sau:

Hình 2 6 - Liên hệ giữa mômen quán tính dọc trục Ixx/(M.(T/2)2 )với khối lượng

xe (trong điều kiện xe chỉ có tài xế)

Với M : khối lượng xe; T : chiều rộng cơ sở xe; Ixx :mômen quán tính dọc trục

Hình 2 7 - Liên hệ giữa mômen quán tính theo chiều ngang Iyy/(M.(L/2)2) với

khối lượng xe (trong điều kiện xe chỉ có tài xế)

L : chiều dài cơ sở của xe

Hình 2 8 - Liên hệ giữa mômen quán tính xoay đứng Izz/(M.(L/2)2) với khối

lượng xe (trong điều kiện xe chỉ có tài xế)

Hình 2 9 - Liên hệ giữa mômen quán tính xoay đứng Ixz/(M.L.T)/4) với khối

lượng xe (trong điều kiện xe chỉ có tài xế)

Hình 2 10 - Liên hệ giữa mômen quán tính trong mặt phẳng dọc Ixz/(M.L.T)/4)

Ngoài ra mômen quán tính còn ảnh hưởng đến vận tốc trượt tới hạn của xe

Với M : khối lượng xe; g : gia tốc trọng trường; H: chiều cao trọng tâm xe; T: chiều rộng cơ sở của xe; Ioxx : mômen quán tính khối lượng dọc trục x khi dời trục tọa độ, được xác định như sau:

Từ những kết quả trên đã cho ta thấy tầm quan trọng của mômen quán tính khối lượng đối với quá trình chuyển động của xe trên đường

2.5 Xác định vị trí tọa độ trọng tâm xe T880 bằng phương pháp thực nghiệm [6]:

2.5.1 Xác định vị trí tọa độ trọng tâm xe theo phương dọc trục:

Tọa độ trọng tâm C được xác định bằng thực nghiệm Để xác định được vị trí tọa độ trọng tâm, ta dùng cân để xác định tải trọng của 2 cầu trước và sau ( Fz1 và Fz2 ) Từ

đó một cách gần đúng có thể xác định khối lượng toàn bộ của xe, tiến hành đo chiều dài cơ sở l, là khoảng cách từ tâm cầu trước đến tâm cầu sau

l = a1 + a2

(2.1)

(2.2)

(2.3)

Hình 2 11 - Vị trí tọa độ trọng tâm theo phương dọc trục của xe

Giả sử cầu trước chịu lực 2Fz1, vị trí tọa độ trọng tâm sẽ được xác định bằng phương trình cân bằng tĩnh:

Theo phương trình cân bằng lực ta có:

Rút gọn ta được vị trí tọa độ trọng tâm C theo phương dọc trục và giá trị phản lực:

2.5.2 Xác định chiều cao trọng tâm xe:

(2.4)

(2.5)

(2.6)

Hình 2 12 - Chiều cao tọa độ trọng tâm theo phương dọc trục

Để xác định chiều cao trọng tâm xe ta phải tiến hành đo các lực tác dụng lên cầu trước và sau của xe trên một mặt phẳng nghiêng, với bánh trước bị khóa chặt để giữ đúng vị trí còn bánh sau thì tự do Con đội sẽ nâng bánh trước lên, như sơ đồ trên hình vẽ Giả sử ta biết tọa độ ngang của trọng tâm, lúc này xe sẽ tạo với mặt phẳng ngang 1 góc  Ta có phương trình cân bằng tĩnh :

Suy ra:

Từ đây, phản lực và chiều cao trọng tâm xe được xác định:

2.5.3 Xác định tọa độ trọng tâm theo chiều ngang:

(2.7)

(2.8)

(2.9)

Hình 2 13 - Tọa độ trọng tâm theo chiều ngang

Mô hình động lực học dao động toàn xe trong không gian 3 chiều (3D), như ở Hình 2.14, bao gồm: 7 bậc tự do (7 DOF), 4 vật thể có khối lượng riêng biệt liên kết với nhau bằng các bộ phận đàn hồi, giảm chấn, đây là các bộ phận chính yếu thuộc hệ

thống treo và bánh xe Khối lượng toàn bộ phần không được treo phía sau, m 3 liên kết với nhau ở hai vị trí bánh xe phía trái và phải mô tả dạng hệ thống treo phụ thuộc như ở hình 2.14 [5]

Trong đó:

m: khối lượng phần được treo [kg]

m_1,2,3,: khối lượng phần không được treo trước, sau [kg]

I_ x,y : momen quán tính khối lượng của phần được treo quanh trục Ox, Oy [kg.m2]

I xra : momen quán tính khối lượng của phần không được treo sau quanh trục Ox ra qua khối tâm [kgm2]

a 1,2 ; b 1,2: tọa độ trọng tâm phần được treo [m]

k_ tf,tr: độ cứng đàn hồi của lốp xe [N/m]

k_f,r: độ cứng bộ phận đàn hồi [N/m]

c_ f,r: hệ số giảm chấn [Ns/m]

y_1,2,3,4: tọa độ mặt đường tại vị trí tiếp xúc với lốp xe [m]

: góc xoay thân xe quanh trục Ox [rad]

 :góc xoay thân xe quanh trục Oy [rad]

xra

 :góc xoay cụm cầu sau quanh trục Ox [rad]

x: tọa độ phần được treo theo phương z

x_ 1,2 : tọa độ 2 bánh xe trước theo phương z [m]

x 3 : tọa độ cụm cầu sau theo phương z [m]

2.6.2 Các giả thiết:

- Khối lượng được treo được xem như là một vật thể đồng nhất, cứng hoàn toàn, có

khối lượng tập trung vào trọng tâm

- Mặt đường cứng tuyệt đối

- Xét động lực theo phương thẳng đứng, không kể đến phản lực dọc và ngang tại vùng tiếp xúc của lốp xe với mặt đường khi kéo, phanh, quay vòng

- Khối lượng của bánh xe được coi là khối lượng không được treo và tập trung tại trục xe, như vậy phần tử lốp có thể coi như phần tử không khối lượng

- Để đơn giản cho việc tính toán, bỏ qua độ giảm chấn của lốp xe, vì giảm chấn của lốp xe nhỏ hơn rất nhiều so với độ giảm chấn của giảm chấn trong hệ thống treo

- Bánh xe lăn không trượt trên đường

- Bỏ qua tác dụng của khí động lực học

2.6.3 Xác định các thông số của mô hình mô phỏng:

2.6.3.1 Xác định tọa độ phần được treo theo chiều dọc a 1 , a 2:

Hình 2 15 - Phân bố khối lượng của phần được treo [5]

Lập phương trình cân bằng momen từng phần đối với điểm O

Trong đó: L1: khoảng cách từ tâm cầu trước đến điểm O

a1: tọa độ trọng tâm phần được treo đến cầu trước [m]

M i: khối lượng từng phần của ô tô [kg]

M: khối lượng phần được treo

di: khoảng cách từ trọng tâm khối lượng từng phần đến điểm O

2.6.3.2 Xác định tọa độ trọng tâm phần được treo theo chiều ngang b 1 , b 2:

Tính gần đúng tọa độ trọng tâm phần được treo theo chiều ngang trùng với trục đối xứng của ô tô: b1 = b2 = T/2

T: chiều rộng cơ sở ôtô

2.6.4 Xác định moment quán tính khối lượng:

2.6.4.1 Xác định moment quán tính khối lượng phần được treo I x , I y:

Mômen quán tính khối lượng của xe (I xx , I yy) được xác định bằng phương pháp gần đúng theo mô hình giả định xem tổng thể phần được treo như khối hình hộp chữ nhật đồng chất có kích thước (dài x rộng x cao) là (l, w, h) Từ đó, quy đổi

hệ trục tọa độ quán tính của khối hộp chữ nhật đồng chất về hệ trục tọa độ đặt tại vị trí tọa độ trọng tâm phần được treo

* Công thức tính momen quán tính khối lượng:

2 2

2 2 0