Nghiên cứu hiệu quả phanh ô tô bằng mô hình động lực học phanh 12

Hình 1.6 Năng ượng ti u tán trong cơ cấu phanh Một trong những vấn đề đặt ra là phải giải quyết vấn đề hoạt động của hệ th ng phanh khi phanh trên các loại đường có hệ s bám thấp như đư

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu riêng tôi dưới sự hướng dẫn

của PGS.TS Võ Văn Hường Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Ô tô và Xe

chuyên dụng, Viện Cơ khí Động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các nội dung trình bày trong đề tài là hoàn toàn trung thực và chính xác

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Tác giả

Nguyễn Đức Thắng

Trang 4

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

D NH MỤC CÁC K HI U VÀ CH VI T TẮT v

D NH MỤC CÁC H NH VÀ Đ TH x

Chương 1 TỔNG QU N VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1

1.1 Khái niệm phanh ô tô 1

1.2 Khái niệm hiệu quả phanh 4

1.3 Đặc trưng phanh đoàn xe và tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả phanh đoàn xe SMRM 6

1.3.1 Phân loại đoàn xe 6

1.3.2 Tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả phanh đoàn xe SMRM 8

1.4 Tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước 9

1.4.1 Tình hình nghiên cứu của thế giới 9

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 11

1.5 Mục tiêu, đ i tượng, phương pháp và nội dung nghiên cứu 13

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 13

1.5.2 Đ i tượng nghiên cứu 14

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu 14

1.5.4 Nội dung nghiên cứu 14

1.6 Kết luận chương 1 15

ĐOÀN XE S MI R MO C 16

2.1 Phân tích cấu tr c ĐXSMRM và giả thiết khi lập mô hình 16

2.1.1 Phân tích cấu tr c ĐXSMRM 16

2.1.2 Một s giả thiết để thiết lập mô hình 17

2.2 Phương pháp lập mô hình 18

2.2.1 Định nghĩa hệ tọa độ cho ĐXSMRM 18

2.2.2 Lực và mô men tác dụng lên ĐXSMRM 21

2.3 Phương trình động lực học ĐXSMRM trong mặt phẳng OXY 23

2.3.1 Phương trình động lực học XĐK trong mặt phẳng OXY 23

Trang 5

2.3.2 Phương trình động lực học SMRM trong mặt phẳng OXY 24

2.4 Phương trình động lực học kh i lượng được treo ĐXSMRM phương thẳng đứng 25

2.4.1 Phương trình động lực học XĐK phương thẳng đứng 25

2.4.2 Động lực học SMRM phương thẳng đứng 27

2.5 Phương trình động lực học bánh xe 29

2.6 Xác định các lực và mô men liên kết 30

2.6.1 Lực liên kết của hệ th ng treo 30

2.6.2 Tính các lực liên kết tại khớp yên ngựa (mâm xoay) 35

2.6.3 Tính lực liên kết l p-đường tại tâm vết tiếp x c bánh xe 36

Chương 3 KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC PH NH 41

ĐOÀN XE S MI R MO C 41

3.1 Phương pháp giải hệ phương trình động lực học phanh ĐXSMRM 41

3.1.1 Hàm điều khiển của lái xe 42

3.1.2 Giá trị đầu vào của các phương trình vi phân 43

3.2 Cấu tr c chương trình mô phỏng động lực học ĐXSMRM 44

Các thông s đầu vào khảo sát của ĐXSMRM 47

3.3 Khảo sát hiệu quả phanh đoàn xe SMRM trên đường thẳng 50

3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của hệ s bám đến hiệu quả phanh đoàn xe trên đường thẳng 50

3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng 55

3.4 Khảo sát hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường vòng 60

3.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của hệ s bám đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trong đường vòng 60

3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của vận t c bắt đầu phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trong đường vòng 63

Trang 6

3.4.3 Khảo sát ảnh hưởng của góc quay bánh xe dẫn hướng đến hiệu quả

phanh đoàn xe trên đường vòng 67

K T LUẬN 72

TÀI LI U TH M KHẢO 73

Trang 7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

SMRM Sơ mi rơ moóc (Semi-trailer)

ĐXSMRM Đoàn xe sơ mi rơ moóc (Tractor Semi-trailer)

B(Cxyz) Hệ tọa độ vật hoặc hệ tọa độ cục bộ B

MBS Hệ nhiều vật (Multi Body System)

ABS Hệ th ng phanh ch ng bó cứng bánh xe

(Anti-lock Brake System)

TCS Hệ th ng điều khiển lực k o (Traction Control

System)

EPB Hệ th ng phanh khí n n điều khiển b ng điện tử

(Electronic Pneumatic Brake)

ESP Điều khiển ổn định điện tử (Electronic Stability

l1 m Khoảng cách từ cầu 1 đến trọng tâm XĐK

lk1 m Khoảng cách từ tâm khớp yên ngựa đến trọng tâm

XĐK

hc1 m Chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm XĐK

l4 m Khoảng cách từ cầu 4 đến trọng tâm SMRM

Trang 8

lk2 m Khoảng cách từ tâm ch t k o đến trọng tâm

SMRM

hc2 m Chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm SMRM

hk1 m Chiều cao từ mặt đường đến tâm khớp yên ngựa

hk2 m Chiều cao từ mặt đường đến tâm ch t k o

Chiều cao từ mặt đường đến điểm đặt lực liên kết ngang giữa kh i lượng được treo và không được treo cầu thứ i

Trang 9

z z m Chuyển vị phương thẳng đứng tâm khớp yên

ngựa của xe đầu k o và SMRM

z i m Chuyển vị phương thẳng đứng của đầu trên hệ

th ng treo bánh xe thứ i

i m Chuyển vị phương thẳng đứng của đầu dưới hệ

th ng treo bánh xe thứ i

Trang 10

h i m Biên độ mấp mô mặt đường của bánh xe thứ i

e xi m Khoảng dịch chuyển phương dọc của phản lực

thẳng đứng tác dụng lên bánh xe thứ i

e yi m Khoảng dịch chuyển phương ngang của phản lực

thẳng đứng tác dụng lên bánh xe thứ i

c m Chiều dài thanh cân b ng dọc của hệ th ng treo

m c1 , m c2 kg Kh i lượng được treo XĐK và SMRM

M c1 , M c2 kg Kh i lượng XĐK và SMRM

m Ai kg Kh i lượng không được treo cầu thứ i

J y1 , J y2 kgm2 Mô men quán tính trục y kh i lượng được treo

Trang 11

M Bi Nm Mô men phanh bánh xe thứ i

M xc1 , M zc1 Nm Tổng mô men tác dụng lên XĐK qui về trọng tâm

F i N Lực liên kết ngang giữa kh i lượng được treo và

không được treo cầu thứ i

Trang 12

DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống phanh 1

Hình 1.2 Sơ đồ nguy n phanh 2

Hình 1.3 Sơ đồ động c h c ánh e hi phanh 3

Hình 1.4 Quan hệ giữa hệ số ám và độ trượt của bánh xe khi phanh 3

Hình 1.5 L c tương tác ánh e phụ thuộc hệ số trượt 4

Hình 1.6 Năng ượng ti u tán trong cơ cấu phanh 5

Hình 1.7 Quay vòng thiếu và quay vòng thừa 5

Hình 1.8 Các loại đoàn e theo ti u chu n iệt Nam 10 7

Hình 1.9 oàn e SMRM nghi n c u 26 14

Hình 2.1 Khối ượng đoàn e sơ mi rơ mooóc 17

Hình 2.2 Hệ t a độ cố định, cục ộ của XSMRM 20

Hình 2.3 Ngoại c tác dụng n XSMRM 22

Hình 2.4 Sơ đồ động l c h c X K trong m t ph ng đường 24

Hình 2.5 Sơ đồ động c h c SMRM trong m t ph ng đường 25

Hình 2.6 Sơ đồ động c h c X K phương th ng đ ng 26

Hình 2.7 Sơ đồ động c h c SMRM phương th ng đ ng 28

Hình 2.8 Sơ đồ động c h c ánh e 30

Hình 2.9 Mô hình hệ thống treo 31

Hình 2.10 c tính đàn hồi của hệ thống treo nhíp 31

Hình 2.11 ộng c h c thanh c n ng d c của c u 2,3 32

Hình 2.12 ộng c h c thanh c n ng d c của c u 4,5,6 32

Hình 2.13 Quan hệ hình h c theo phương của e đ u kéo 34

Hình 2.14 Quan hệ hình h c theo phương của SMRM 34

Hình 2.15 Sơ đồ động h c h p y n ng a 35

Hình 2.16 L c i n ết tại h p y n ng a của XSMRM 35

Hình 2.17 Sơ đồ c i n ết ốp-đường 36

Hình 2.18 Sơ đồ tính c i n ết ốp-đường theo Ammon 12 39

Hình 3.1 Góc quay vô ăng 42

Trang 13

Hình 3.2 Mô men đ u vào hảo sát 43

Hình 3.3 Cấu trúc chương trình mô phỏng 45

Hình 3.4 Mô men phanh ánh e 1 50

Hình 3.7 nh hư ng của hệ số ám đến hệ số trượt ánh e 1 51

Hình 3.10 nh hư ng của hệ số ám đến c phanh ánh e 1 53

Hình 3.13 nh hư ng của hệ số ám đến gia tốc phanh X K 54

Hình 3.14 nh hư ng của hệ số ám đến gia tốc phanh SMRM 54

Hình 3.15 Mô men phanh bánh xe 1 56

Hình 3.18 Phản c th ng đ ng ánh e 1 57

Hình 3.21 nh hư ng của cường độ phanh đến gia tốc phanh X K 58

Hình 3.22 nh hư ng của cường độ phanh đến gia tốc phanh SMRM 58

Hình 3.23 nh hư ng của cường độ phanh đến hệ số trượt ánh e 1 58 Hình 3.24 nh hư ng của cường độ phanh đến hệ số trượt ánh e 3 58

Hình 3.25 nh hư ng của cường độ phanh đến hệ số trượt ánh e 6 59

Hình 3.28 Hệ số trượt ánh e 1 61

Trang 14

Hình 3.31 Gia tốc d c X K 62

Hình 3.32 Gia tốc d c SMRM 62

Hình 3.33 Góc ệch th n X K và SMRM 62

Hình 3.34 Qu đạo đoàn e 62

Hình 3.40 Gia tốc d c X K 65

Hình 3.42 Góc ệch thân xe 66

Hình 3.43 Qu đạo đoàn e 66

Hình 3.44 Góc quay ánh e dẫn hư ng 67

Hình 3.48 Hệ số trượt d c ánh e 1 68

Hình 3.51Gia tốc d c X K 69

Hình 3.53 Góc ệch th n X K và SMRM 70

Hình 3.54 Qu đạo chuyển động của đoàn e 70

Trang 15

LỜI MỞ ĐẦU

Hệ th ng phanh là cơ cấu an toàn của ôtô, d ng để giảm t c, dừng xe, đ

xe theo mu n của người lái Đây là một trong những hệ th ng chính và có nghĩa quan trọng bảo đảm sự ổn định chuyển động của ôtô Nhờ có hệ th ng phanh mà người lái có thể an tâm điều khiển, nâng cao vận t c của ô tô mà vẫn đảm bảo an toàn khi chuyển động

Ở Việt Nam hiện nay s lượng sơ mi rơ moóc (ĐXSMRM) c ng phát triển rất mạnh, do ĐXSMRM có kích thước và kh i lượng lớn nên dễ mất ổn định chuyển động và gây tai nạn giao thông do nhiều nguyên nhân, nguyên nhân chủ yếu là do đoàn xe mất ổn định chuyển động trên đường khi tăng t c, khi phanh, khi vượt xe, tránh chướng ngại vật, khi chạy trên đường có hệ s bám thấp hoặc khi đoàn xe đi vào đường vòng Việc nghiên cứu ảnh hưởng của đường và kỹ thuật vận hành đến hiệu quả phanh ĐXSMRM là vấn đề có

nghĩa thực tiễn và cấp bách trong tình hình hiện nay Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu hiệu quả phanh ô tô bằng mô hình động lực học phanh 1/2” lựa chọn

ĐXSMRM làm để nghiên cứu

Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng dưới sự gi p

đỡ của Viện Cơ khí động lực, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là dưới sự hướng dẫn của PGS TS Võ Văn Hường đã tạo điều kiện gi p đỡ

để đề tài được hoàn thành

Do thời gian và trình độ còn có mặt hạn chế, trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong mu n sự đóng góp kiến của các Thầy để đề tài được hoàn thiện

Trang 16

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Khái niệm phanh ô tô

Hệ th ng phanh là cơ cấu an toàn của ôtô, d ng để giảm t c, dừng xe, đ

xe theo mu n của người lái Đây là một trong những hệ th ng chính và có nghĩa quan trọng bảo đảm sự ổn định chuyển động của ôtô Ngoài ra, hệ

th ng phanh còn là cơ cấu điều khiển ổn định trong các xe thông minh Nhờ

có hệ th ng phanh mà người lái có thể an tâm điều khiển, nâng cao vận t c của ô tô mà vẫn đảm bảo an toàn khi chuyển động

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống phanh

Quá trình phanh ô tô là quá trình tính từ khi người lái phát hiện thấy chướng ngại vật và quyết định đạp phanh đến khi t c ô tô giảm xu ng một giá trị xác định theo yêu cầu của người lái Khi phanh xảy ra hai quá trình: ma sát giữa má phanh và tr ng phanh (đĩa phanh) xảy ra trong cơ cấu phanh; ma sát giữa bánh xe với mặt đường Ma sát trong cơ cấu phanh được đặc trưng bởi

hệ s ma sát giữa vật liệu làm gu c phanh, má phanh với tr ng phanh hay đĩa phanh Ma sát giữa bánh xe với mặt đường đặc trưng b ng hệ s bám giữa bánh xe với mặt đường Ma sát giữa gu c phanh, má phanh và tr ng phanh làm giảm t c độ quay của bánh xe Ma sát giữa bánh xe và mặt đường làm giảm t c độ chuyển động của ô tô Hệ th ng phanh có hiệu quả t t thì phần động năng phải được tiêu tán trong cơ cấu phanh dưới dạng nhiệt; tức là cơ cấu phanh không bị bó cứng

Trang 17

Quỏ trỡnh ma sỏt trong cơ cấu phanh đặc trưng bởi hệ s ma sỏt khụ hoặc ướt; phụ thuộc lực p (cường độ phanh) và nhiệt độ mỏ phanh Quỏ trỡnh ma sỏt giữa l p và đường phức tạp hơn nhiều, phụ thuộc cấu tr c l p và ỏp suất

l p với độ mấp mụ tế vi của đường, đặc trưng bởi hệ s bỏm cực đại và hệ s bỏm cực tiểu, phụ thuộc động lực học bỏnh xe đàn h i (phụ thuộc phản lực đường lờn bỏnh xe phương thẳng đứng và mụ men chủ động/mụ men phanh) Sơ đồ nguyên lý phanh đ-ợc thể hiện trong hình 1.2

Hỡnh 1.2 Sơ đồ nguy n phanh

Khi phanh, người lỏi đạp lờn bàn đạp phanh một lực, tạo ra mụ men phanh MB ở bỏnh xe Khi đú, ở bỏnh xe ụ tụ xuất hiện hai thụng s vận t c là

vận t c dọc của bỏnh xe x và vận t c dài của bỏnh xe tại điểm tiếp x c với

mặt đường r; hai vận t c này khụng b ng nhau, một phần do l p bị biến dạng, một phần do trượt tương đ i giữa l p và đường Trượt xảy ra khi quỏ trỡnh đàn h i kết th c Đặc trưng cho sự tổn hao vận t c là hệ s trượt

Trang 18

Hình 1.3 Sơ đồ động l c h c bánh xe khi phanh

Hệ s bám dọc x và hệ s bám ngang yphụ thuộc vào hệ s trượt s và góc lệch bên bánh xe  Các quan hệ này được trình bày trong hình 1.4 Khi

hệ s bám trong miền tuyến tính, s  0 1 , thì  x C sx x Khi hệ s bám vượt qua cận cực đại, bánh xe bắt đầu trượt (lết hoặc quay) cho đến khi s  1,   x x,min

đạt giá trị cực tiểu; mức độ giảm nhanh hay chậm sau cực đại phụ thuộc vào trạng thái đường Cơ chế truyền lực của bánh xe đàn h i là “truyền khớp – đàn h i – ma sát”

Hình 1.4 Quan hệ giữa hệ số ám và độ trượt của bánh xe khi phanh

Lực dọc Fx được tạo ra khi ta tạo ra mô men tại trục bánh xe Lực ngang

Fy được tạo ra khi xe chạy trên đường nghiêng, đường vòng đường hoặc có gió ngang hay chất tải không đều… Lực Fx, Fy tỷ lệ với phản lực Fz và hệ s

Trang 19

bám x( , ),s y( , )s Fx   Fz x(s, )  , Fy   Fz y(s, )  M i quan hệ giữa lực dọc FX, lực ngang Fy và độ trượt của bánh xe khi phanh được thể hiện trên hình 1.5

Hình 1.5 L c tương tác ánh e phụ thuộc hệ số trượt

Khi chưa phanh hoặc phanh với lực phanh nhỏ (độ trượt s < 15%) thì truyền lực giữa bánh xe và đường là truyền lực khớp Khi tăng lực phanh gần

b ng lực phanh max (độ trượt s từ 15% đến 25%) thì truyền lực giữa bánh xe

và đường là truyền lực đàn h i Nếu tiếp tục tăng lực phanh lớn hơn lực bám (độ trượt s > 25%) thì truyền lực giữa bánh xe và đường là truyền lực ma sát,

l c này bánh xe sẽ bị trượt lết trên mặt đường, làm cho lực dọc FX và lực ngang Fy giảm nhanh chóng, dẫn đến gia t c chậm dần khi phanh giảm và tính

ổn định hướng thẳng c ng giảm

Vì vậy để ô tô đạt hiệu quả phanh cao thì người ta cần điều khiển hệ

th ng phanh sao cho X  Xmax, mu n thế ta phải sử dụng hệ th ng phanh ABS Khi sử dụng hệ th ng phanh BS thì ô tô có thể đạt gia t c phanh lớn nhất và góc quay thân xe nhỏ nhất nên xe đạt hiệu quả phanh rất cao và chuyển động ổn định hơn

1.2 Khái niệm hiệu quả phanh

Hiệu quả phanh của ô tô được xác định bởi hai yếu t :

(i) Gia t c phanh x , hoặc các thông s tương đương đánh giá quá

trình phanh là quãng đường phanh s P, thời gian phanh t , lực phanh riêng p F x

G

Trang 20

(ii) Ổn định phanh và tính dẫn hướng của ô tô khi phanh: thông s đánh giá là góc quay thân xe

Ô tô có hiệu quả phanh cao khi gia t c phanh đạt giá trị lớn nhất (hoặc quãng đường phanh ngắn hoặc thời gian phanh nhỏ) và góc xoay thân xe đạt giá trị nhỏ nhất Hệ th ng phanh có hiệu quả t t thì phần động năng phải được tiêu tán trong cơ cấu phanh dưới dạng nhiệt, tức là bánh xe không bị bó cứng

Hình 1.6 Năng ượng ti u tán trong cơ cấu phanh

Một trong những vấn đề đặt ra là phải giải quyết vấn đề hoạt động của hệ

th ng phanh khi phanh trên các loại đường có hệ s 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 ô tô, 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 Đặc biệt khi ô tô quay vòng, hiện tượng trượt ngang của các bánh xe sẽ dẫn đến hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa làm mất tính ổn định khi xe quay vòng

Hình 1.7 Quay vòng thiếu và quay vòng thừa

Để có thể nâng cao hiệu quả phanh ch ng ta phải xác định rõ các quan

hệ nội hàm liên quan đến quá trình phanh Điều đó chỉ có thể được xác định

Trang 21

thông qua các mô hình động lực học của quá trình phanh; trong đó mô hình

l p 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

(ii) Lực quán tính ly tâm khi tăng t c, khi phanh, chất tải lệch trọng tâm (iii) Độ bám giữa l p và đường: mấp mô tế vi của đường, môi chất giữa l p

và đường (nước, bụi, cát…)

(iv) Cấu tr c của l p: độ đàn h i hướng kính, độ đàn h i tiếp tuyến và độ đàn h i ngang

(v) Động lực học bánh xe: cường độ phanh, t c độ tăng mômen khi phanh

1.3 Đặc trƣng phanh đoàn xe và tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả phanh đoàn xe SMRM

1.3.1 Phân loại đoàn xe

Đoàn xe là một tổ hợp của nhiều xe đơn được n i với nhau b ng khớp quay Hiện nay trên thế giới có rất nhiều dạng đoàn xe như xe k o một hay nhiều rơ moóc đơn hoặc xe kéo SMRM kéo theo một s rơ moóc độc lập Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6211:2003 [10 , Việt Nam có các loại đoàn

xe được ph p tham gia lưu thông như sau:

- Rơ moóc chở khách (hình 1.8A);

Trang 22

- Sơ mi rơ moóc chở hàng (hình 1.8E);

- Tổ hợp ô tô - rơ moóc chở hàng (hình 1.8F);

- Tổ hợp ô tô - rơ moóc chở khách (hình 1.8G);

- Đoàn xe sơ mi rơ moóc (hình 1.8H);

- Đoàn xe sơ mi rơ moóc k o rơ moóc (hình 1.8K)

Hình 1.8 Các loại đoàn e theo ti u chu n iệt Nam 10]

Ở Việt Nam hiện nay s lượng ĐXSMRM c ng phát triển rất mạnh, theo

s liệu của Cục Đăng kiểm Việt Nam, tính đến ngày 07/12/2016 cả nước có 78.586 ĐXSMRM đăng k lưu hành, trong đó có 29.663 ĐXSMRM sản xuất lắp ráp trong nước và 48.923 ĐXSMRM nhập khẩu S lượng ĐXSMRM tăng mạnh ở các địa phương có nhiều bến cảng, khu công nghiệp, cửa khẩu như Thành ph Hải Phòng tính đến tháng 7 năm 2013 có khoảng 7.100 ĐXSMRM [27]

Tuy nhiên, do ĐXSMRM có kích thước và kh i lượng lớn nên dễ mất ổn định chuyển động và gây tai nạn giao thông Theo th ng kê của tổ chức y tế thế giới WHO công b ngày 19/4/2007 [23 , trung bình m i năm tai nạn giao thông làm chết khoảng 1,2 triệu người và làm bị thương khoảng 35 triệu người Ở Việt Nam, Theo th ng kê của Ủy ban n toàn giao thông qu c gia năm 2013 cả nước xảy ra 31.266 vụ tai nạn giao thông, làm 9.805 người chết

và 32.253 người bị thương [24 Năm 2014 xảy ra 25.322 vụ tai nạn giao thông, làm 8.996 người chết và 24.417 người bị thương [28]

Tai nạn giao thông xảy ra đ i với ĐXSMRM do nhiều nguyên nhân, trong đó nguyên nhân chủ yếu là do đoàn xe mất ổn định chuyển động trên đường khi tăng t c, khi phanh, khi vượt xe, tránh chướng ngại vật, khi chạy

Trang 23

trên đường có hệ s bám thấp hoặc khi đoàn xe đi vào đường vòng Vì vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng của đường và kỹ thuật vận hành đến hiệu quả phanh ĐXSMRM là vấn đề có nghĩa thực tiễn và cấp bách trong tình hình hiện nay ở Việt Nam

1.3.2 Tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả phanh đoàn xe SMRM

- Đoàn xe có tải trọng và kích thước lớn, g m có hai thân được n i với nhau b ng mâm xoay

- Đoàn xe thường sử dụng hệ th ng phanh khí n n, khoảng cách từ bàn đạp phanh đến các bầu phanh ở bánh xe khá lớn và không đều nhau nên lực phanh sinh ra ở các bánh xe có độ trễ nhất định trong quá trình phanh

- Đoàn xe có tải trọng lớn nên lực quán tính ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu quả phanh

Theo [8, 10] hiệu quả phanh ĐXSMRM được quy định như sau:

a Khi thử tr n ăng thử

Ở trạng thái xe không tải Yêu cầu tổng lực phanh chính không nhỏ hơn 50% tổng trọng lượng phân b lên các trục của xe; Sai lệch lực phanh trên một trục (giữa bánh bên phải và bên trái) không được lớn hơn 25% khi được xác định theo công thức (1.2):

(1.1)Trong đó: KSL: sai lệch lực phanh trên một trục (%);

) P P

( K

Flín

Fnhá Flín

SL





Trang 24

1.4 Tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước

1.4.1 Tình hình nghiên cứu của thế giới

Đến nay trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về hiệu quả phanh ô tô và đoàn xe được công b Các nghiên cứu tập trung giải quyết vấn

đề nâng cao hiệu quả phanh và an toàn chuyển động cho ô tô Trên cơ sở các nghiên cứu đó nhiều hệ th ng phanh có điều khiển b ng điện tử được thiết kế, chế tạo và sử dụng rộng rãi như: Bộ điều hoà lực phanh, hệ th ng phanh

ch ng bó cứng bánh xe BS, hệ th ng phanh khí n n điều khiển điện tử EPD,

hệ th ng điều khiển ổn định điện tử ESP,… Một s nghiên cứu tiêu biểu liên quan đến đề tài mà luận án tham khảo được như sau:

J.R.Elli đã nghi n c u động c h c phanh XSMRM [19 Tác giả đã

xây dựng mô hình một dãy tuyến tính và viết hệ phương trình động lực học phanh ĐXSMRM; khảo sát các thông s động lực học phanh ĐXSMRM

Công ty DAF trucks NV đã nghi n c u thử nghiệm phanh XSMRM [14

Đây là công trình nghiên cứu thử nghiệm xe mới sản xuất trên các loại đường khác nhau và trong phòng thí nghiệm để đánh giá hiệu quả phanh của ĐXSMRM, để kiểm tra tình trạng kỹ thuật của hệ th ng phanh trước khi xuất xưởng

Algirdas anulevicius và Kazimieras Giedra đã nghi n c u đánh giá hiệu

quả phanh của đoàn e o rơ moóc [13] Các tác giả này đã nghiên cứu l

thuyết để tính toán, khảo sát sự ảnh hưởng của vận t c đoàn xe k o rơ moóc

và hệ s bám của bánh xe với mặt đường đến quãng đường phanh, gia t c phanh

Steven M Karamihas, Thomas D Gillespie và Stephen M Riley đã

nghi n c u ảnh hư ng của s ph n ố tải tr ng đến động c h c của XSMRM [21] Các tác giả sử dụng mô hình một dãy phẳng để tính toán động

lực học của ĐXSMRM và khảo sát ảnh hưởng của sự phân b tải trọng đến hiệu quả phanh ĐXSMRM b ng phương pháp l thuyết trên mô hình ĐXSMRM 5 cầu

Trang 25

Rod George, Brendan Gleeson, Matt Elischer, Euan Ramsay đã nghiên

c u ổn định động c h c, phản ng của e trong quá trình phanh đoàn e

o rơ moóc [20 Đây là công trình nghiên cứu thực nghiệm đo kiểm tra động

lực học phanh đoàn xe k o rơ moóc mới sản xuất trên đường bê tông nhựa ở

Úc

David John Matthew Sampson đã nghi n c u đi u hiển góc quay c

ngang của đoàn xe có ảnh hư ng của h p y n ng a [15] Tác giả sử dụng

mô hình không gian nghiên cứu việc sử dụng các hệ th ng điều khiển tích cực

để kiểm soát góc lắc ngang của thân xe, bao g m cả việc sử dụng thanh ổn định tích cực để cải thiện sự ổn định lắc ngang của ô tô và đoàn xe hạng nặng

Fawzi P Bayan, Anthony D Cornetto III, Ashley Dunn, Eric Sauer đo

thời gian phanh X K hi chạy th ng tr n đường tông hô tại trung t m nghi n c u giao thông ông Li erty, Ohio [18 Các tác giả thí nghiệm đo

thời gian phanh khi cho XĐK chạy ở hai vận t c 13,4 m/s (30 mph) và 27 m/s (60 mph) r i phanh khẩn cấp, trong b n trường hợp: XĐK không kéo SMRM, XĐK k o SMRM không tải, XĐK k o SMRM 1/2 tải, XĐK kéo SMRM đầy tải

Devin Elsaser, Frank S.Barickman, Heath Albecht, Jason Church, Guogang Xu, Mark Heitz nghi n c u ổn định góc quay th n XSMRM [17 Các tác giả đã thí nghiệm đo góc quay thân xe của 3 loại ĐXSMRM có trang

bị hệ th ng điều khiển ổn định điện tử Volvo 2006, Freightliner 2006, Sterling

2008 trên đường cao t c ở Mỹ

ng của ái e hi phanh Hư ng nghi n c u chủ yếu của các nhà hoa h c

tr n thế gi i à n ng cao hiệu quả phanh và ổn định chuyển động của

Trang 26

XSMRM Thông qua các nghi n c u đó đ thiết ế, chế tạo và đ uất t uộc sử dụng hệ thống phanh A S tr n XSMRM M và Ch u u

Nghi n c u phanh đoàn e à tốn m và ph c tạp ể giảm t chi phí hảo nghiệm thường sử dụng mô hình và mô phỏng động c h c đoàn e

ến nay đ có nhi u mô hình động c h c đoàn e nhưng thường hông đ y

đủ Một mô hình đ y đủ à phải mô tả được các c d c và ngang ánh e cho từng ánh e độc ập v i việc ác định các c phương th ng đ ng chịu ảnh

hư ng động c h c phương th ng đ ng tịnh tiến, c d c, c ngang ; ngoài

ra mô hình phải chấp nhận các thông số đi u hiển tích hợp của ái e như tăng tốc, phanh và quay vô ăng cũng như chấp nhận các thay đổi ngoại cảnh như hệ số ám Hiện nay chưa thấy một mô hình nào đáp ng được các y u

c u đó

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt Nam hiện nay có một s công trình nghiên cứu về hệ th ng phanh

ô tô và một s luận văn nghiên cứu về hiệu quả phanh ĐXSMRM được công

b , tiêu biểu như sau:

Phạm Hữu Nam đã nghi n c u phương pháp đánh giá phanh ô tô [9]

Tác giả đã xây dựng được các biểu thức toán học biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa hệ s bám với t c độ chuyển động của ô tô và độ trượt của bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh; đã sử dụng phương pháp th ng kê vào l thuyết quy hoạch thực nghiệm để nghiên cứu tác động đ ng thời của nhân t

t c độ và áp suất ảnh hưởng tới sự làm việc của cơ cấu phanh ô tô; đ ng thời

đã tiến hành thí nghiệm nghiên cứu hiệu quả phanh ô tô khi cơ cấu phanh bị ướt

Dương Tiến Minh đã nghi n c u chất ượng phanh ô tô qu n s v i hệ

thống phanh có p ộ đi u hòa c phanh [2] Tác giả đã xây dựng mô hình

toán để nghiên cứu động lực học phanh ô tô hai cầu có lắp bộ điều hòa lực phanh; khảo sát ảnh hưởng của bộ điều hòa lực phanh tới chất lượng phanh ô

Trang 27

tô quân sự sử dụng ở Việt Nam; thực nghiệm đo chất lượng phanh trên ô tô quân sự sử dụng ở Việt Nam có lắp bộ điều hòa lực phanh

Nguyễn Sĩ Đỉnh đã nghi n c u động c h c dẫn động phanh thủy c để

p hệ thống chống h m c ng ánh e n ô tô qu n s [5] Tác giả đã ứng

dụng mô hình đàn h i để thiết lập mô hình động lực học dẫn động phanh thủy lực; khảo sát chế độ làm việc đặc trưng của hệ th ng dẫn động phanh thuỷ lực làm cơ sở để lựa chọn các mô đun tiêu chuẩn của hệ th ng BS lắp cho ô tô UAZ-3152; sử dụng phần mềm Matlab-Simulink mô phỏng động lực học dẫn động phanh thuỷ lực và thử nghiệm quá trình phanh ô tô cho 2 trường hợp có lắp BS và không lắp BS

Lại Năng V đã nghi n c u hệ thống đi u hiển quá trình phanh ô tô

[4] Tác giả đã nghiên cứu hệ th ng điều khiển quá trình phanh ô tô, đề xuất cấu tr c tổng thể và thuật toán điều khiển cho hệ th ng phanh BS; xây dựng

mô hình mô phỏng hệ th ng phanh ABS và thiết kế chế tạo bộ điều khiển ECU-ABS

H Hữu H ng đã nghi n c u hệ thống A S dẫn động hí n n [3] Tác giả

đã xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô, kết hợp với mô hình

mô phỏng của hệ th ng phanh và hệ th ng BS; mô phỏng quá trình phanh của ô tô sử dụng hệ th ng phanh khí n n có BS; đề xuất thuật toán điều khiển, ngưỡng gia t c góc điều khiển, tần s điều khiển của hệ th ng phanh khí nén có lắp BS; thực nghiệm hệ th ng phanh BS khí n n trên ô tô tải

Nguyễn Thanh Tùng đã nghi n c u hiệu quả phanh tr n đường có hệ số

ám hác nhau của đoàn e sơ mi rơ moóc àm cơ s đ uất giải pháp nh m giảm thiểu tai nạn giao thông [6] Tác giả đã sử dụng mô hình không gian để

lập mô hình đoàn xe sơ mi rơ moóc 6 cầu, xây dựng hệ phương trình vi phân chuyển động và sử dụng phần mềm Matlab Simulink để mô phỏng, khảo sát động lực học phanh của đoàn xe sơ mi rơ moóc trong các điều kiện đường và

kỹ thuật lái xe khác nhau Đề tài đã thí nghiệm xác định hàm hệ s bám của bánh xe đoàn xe sơ mi sơ moóc 6 cầu làm thông s đầu vào cho mô hình khảo

Trang 28

sát và kiểm chứng mô hình

Chu Văn Huỳnh đã nghi n c u hảo sát động c h c phanh đoàn e [1]

Tác giả đã xây dựng mô hình phẳng tuyến tính và thiết lập hệ phương trình vi phân toán học mô tả quỹ đạo chuyển động của đoàn xe bán moóc 5 cầu Đề tài thực hiện khảo sát động lực học phanh đoàn xe b ng phần mềm Matlab Simulink

Nh n x t: Các đ tài nghi n c u v động c h c phanh XSMRM

iệt Nam còn hạn chế, chủ yếu à các uận văn thạc s Hư ng nghi n c u chủ yếu à hảo sát ảnh hư ng của vận tốc, mô men phanh đến hiệu quả phanh và ổn định phanh XSMRM Do XSMRM có ết cấu ph c tạp, si u trường, si u tr ng n n để đơn giản trong quá trình nghi n c u h u hết các tác giả đ u sử dụng mô hình ph ng để y d ng hệ phương trình động c h c XSMRM n n chưa mô tả được đ y đủ cấu trúc c n thiết của đoàn e a số các công trình đ công ố đ u sử dụng mô hình ph ng để thiết ập hệ phương trình và ch dừng ại việc sử dụng ph n m m để mô phỏng, hảo sát tr n máy tính ch hông có thí nghiệm th c tế tr n đường

1.5 M c ti u đối tư ng phương pháp và nội dung nghi n cứu

1.5.1 M c tiêu nghiên cứu

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu động lực học phanh ô tô b ng mô hình động lực học ½ với đ i tượng là xe SMRM với các nội dung sau:

- Nghiên cứu xây dựng mô hình động lực học phanh ĐXSMRM 6 cầu

b ng mô hình 1/2;

- Khảo sát phanh ĐXSMRM trong các điều kiện đường và kỹ thuật lái xe khác nhau như: Phanh trên các loại đường có hệ s bám khác nhau, phanh với vận t c ban đầu khác nhau, phanh với cường độ khác nhau và phanh trong đường vòng

Trang 29

1.5.2 i t ng nghiên cứu

Hình 1.9 oàn e SMRM nghi n c u [26]

Đoàn xe SMRM 6 cầu g m XĐK 3 cầu và SMRM 3 cầu được chọn làm

đ i tượng nghiên cứu để thiết lập mô hình động lực học phanh đoàn xe, khảo sát các yếu t ảnh hưởng của đường và kỹ thuật lái xe đến hiệu quả phanh ĐXSMRM

1.5.3 Ph ng pháp nghiên cứu

Để nghiên cứu động lực học phanh ĐXSMRM luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu l thuyết b ng mô hình phẳng Phương pháp nghiên cứu l thuyết b ng mô hình có lợi thế là không cần xe mẫu, không cần hệ th ng thí nghiệm, có thể dễ dàng thay đổi tham s và có thể xây dựng được quan hệ nội hàm của quá trình động lực học đoàn xe Phương pháp nghiên cứu l thuyết

b ng mô hình ph hợp cho cho giai đoạn thiết kế ảo và t i ưu hệ th ng, nghiên cứu điều khiển động lực học đoàn xe

1.5.4 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu của luận văn g m các phần chính như sau:

- Nghiên cứu tổng quan về hiệu quả phanh ô tô, các tiêu chí, tiêu chuẩn đánh giá hiệu quả phanh đoàn xe sơ mi rơ moóc;

- Phân tích cấu tr c và lập mô hình 1 dãy để mô tả động lực học phanh ĐXSMRM 6 cầu;

- Thiết lập hệ phương trình động lực học phanh ĐXSMRM;

- Mô phỏng các quá trình phanh đặc trưng trên đường thẳng và trong đường vòng

Trang 30

1.6 Kết luận chương 1

Hiện nay ĐXSMRM được sử dụng rất nhiều ở các nước trên thế giới và Việt Nam Đoàn xe SMRM mang lại nhiều lợi ích kinh tế, xã hội nhưng c ng gây ra nhiều tai nạn giao thông cần phải nghiên cứu khắc phục Trên thế giới

đã có nhiều công trình nghiên cứu về hệ th ng phanh ĐXSMRM và đạt được những kết quả khả quan; đã đề xuất áp dụng hệ th ng phanh BS trên ĐXSMRM ở Mỹ và Châu u Ở Việt Nam còn ít công trình nghiên cứu về ĐXSMRM, chưa có công trình nghiên cứu về hiệu quả phanh ĐXSMRM được công b và chưa có qui định bắt buộc sử dụng hệ th ng phanh BS trên ĐXSMRM

Hiện nay tiêu chí đánh giá hiệu quả phanh ĐXSMRM khi nghiên cứu chưa có công b cụ thể Khi nghiên cứu thường đánh giá hiệu quả phanh bởi hai tiêu chí chủ yếu là gia t c phanh và ổn định quỹ đạo chuyển động thông qua góc lệch giữa thân XĐK và thân SMRM (K), trong đó tiêu chí ổn định chuyển động của đoàn xe khi phanh là quan trọng nhất [12, 19, 24, 33 Để nghiên cứu hiệu quả phanh ĐXSMRM luận án chọn phương pháp nghiên cứu

l thuyết b ng mô hình không gian phi tuyến kết hợp với phương pháp thực nghiệm phanh ĐXSMRM trên đường

Trang 31

Chương 2 MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHANH

ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC

Việc thiết lập mô hình động lực học phanh ĐXSMRM dựa vào phương pháp tách cấu tr c và thực hiện theo các bước như sau:

- Phân tích đặc điểm cấu tr c khung vỏ, kiểu hệ th ng treo, kiểu l p

- Định nghĩa hệ toạ độ c định và các hệ toạ độ vật, toạ độ suy rộng;

- Tách cấu tr c ĐXSMRM thành nhiều vật và xác định nội lực hệ th ng treo, lực tương tác l p–đường;

- Viết phương trình Newton–Euler cho các vật và liên kết các vật theo các mô đun;

- Giải phương trình vi phân b ng phương pháp s

2.1 Ph n tích cấu tr c ĐXSMRM và giả thiết khi lập mô hình

2.1.1 Phân tích cấu trúc XSMRM

Đoàn xe SMRM có kết cấu 2 thân, g m XĐK và SMRM liên kết với nhau b ng khớp yên ngựa Liên kết giữa kh i lượng được treo và không được treo của ĐXSMRM thông qua hệ th ng treo nhíp, được mô tả b ng các nội lực hệ th ng treo là các hàm phi tuyến Đoàn xe SMRM có 6 cầu được b trí cách xa và không đều nhau: cầu 1 là cầu dẫn hướng, loại trục đơn, sử dụng hệ

th ng treo phụ thuộc; cầu 2 và cầu 3 là cầu chủ động, loại cụm trục k p sử dụng hệ th ng treo cân b ng; cầu 4, 5, 6 là cầu bị động, sử dụng hệ th ng treo cân b ng liên tiếp, loại cụm 3 trục Liên kết giữa xe và đường thông qua các bánh xe đàn h i chịu biến dạng ở phương thẳng đứng, phương ngang, thể hiện qua phản lực l p-đường L p và đường tương tác với nhau bởi các lực thẳng đứng, lực dọc, lực ngang Các lực này phụ thuộc vào rất nhiều yếu t và thường xuyên thay đổi trong quá trình làm việc của ĐXSMRM

Dựa vào phương pháp tách cấu tr c hệ nhiều vật, luận văn chia ĐXSMRM nghiên cứu thành 7 kh i lượng (vật) cơ bản như hình (2.1):

Trang 32

1 Kh i lượng được treo của XĐK là mc1 đặt tại trọng tâm C1 của XĐK;

2 Kh i lượng được treo của SMRM là mc2 đặt tại trọng tâm C2 của SMRM;

3 Kh i lượng không được treo của cầu 1 là mA1 đặt tại trọng tâm 1 của cầu 1

4 Kh i lượng không được treo của cầu 2, 3 là mA23 đặt tại trọng tâm 23của cầu 2, 3

7 Kh i lượng không được treo của cầu 6 là mA1 đặt tại trọng tâm A6 của cầu 6

Hình 2.1 Khối ượng đoàn e sơ mi rơ mooóc

2.1.2 Một s giả thiết để thiết l p mô hình

Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu các nhân t ảnh hưởng đến hiệu quả phanh như hệ s bám và kỹ thuật vận hành như cường độ phanh, vận t c bắt đầu phanh, góc quay vô lăng đến hiệu quả phanh ĐXSMRM Mô hình động lực học phanh ĐXSMRM rất phức tạp, để đơn giản trong quá trình thiết lập

mô hình, tác giả sử dụng mô hình 1 dãy và giả thiết như sau:

Trang 33

(1) Đoàn xe SMRM đ i xứng trục theo chiều dọc

(2) Cầu xe không quay quanh trục y (Ai = 0, i=1÷6)

(3) Cầu xe chuyển động tịnh tiến theo trục x và quay quanh trục z c ng với

kh i lượng được treo của XĐK (xAi = xc1, Ai = c1, i=1 3) và SMRM (xAi =

xc2, Ai = c2, i=4÷6)

(4) Xem khớp yên ngựa như khớp l tưởng, bỏ qua đàn h i và ma sát trong khớp yên ngựa

(5) Bỏ qua mô men quay bánh xe quanh trục z và lực gió ngang

(6) Độ đàn h i của hệ th ng treo tuyến tính trong miền làm việc và phi tuyến khi chạm vấu giới hạn hành trình

(7) Độ cứng hướng kính l p không thay đổi khi chưa tách bánh

(8) Bỏ qua xoắn khung của thân XĐK và SMRM

(9) Mặt đường b ng phẳng và không có góc nghiêng ngang

2.2 Phương pháp lập mô hình

Đoàn xe SMRM có cấu tr c phức tạp, thuộc hệ nhiều vật, g m 2 thân liên kết với nhau b ng khớp yên ngựa Để mô tả động lực học cho hệ nhiều vật ta có thể sử dụng các phương pháp Newton-Euler, D’ lembert/Jourdain, Lagrange Trong đó, phương pháp Newton-Euler đơn giản hơn, ph hợp với

hệ nhiều vật Phương pháp này cho ph p phân chia cấu tr c và lập trình theo

mô đun, có thể xác định được các quan hệ nội hàm Phương pháp tách cấu

tr c là tại một điểm cắt bất kỳ ta thay vào đó các lực hoặc mô men cùng phương, ngược chiều, b ng trị s Khi đó các nội lực của hệ trở thành lực tác động của vật, làm cho vật chuyển động; chuyển động của vật riêng rẽ l c đó

c ng tương đương với chuyển động của nó trong hệ

2.2.1 ịnh nghĩa hệ tọa độ cho XSMRM

Chuyển động của ĐXSMRM là chuyển động phức hợp, g m 3 chuyển động tịnh tiến theo 3 phương x, y, z và 3 chuyển động quay quanh 3 trục toạ

độ tương ứng là    , , Do đó, để mô tả chuyển động của ĐXSMRM ta cần thiết lập một hệ tọa độ Descartes thuận bao g m hệ toạ độ c định G(OXYZ)

Trang 34

và các hệ tọa độ vật hay hệ toạ độ cục bộ B(Cxyz)

Hệ tọa độ c định G(OXYZ) có trục OZ vuông góc với mặt phẳng đường (XOY) Các hệ tọa độ vật B(Cxyz) có trục Cz song song với trục OZ,

hệ toạ độ B(Cxyz) có thể quay trong hệ toạ độ G(OXYZ) với các góc tương ứng là    , , và ngược lại

Như phần trên đã phân tích, đ i với ĐXSMRM 6 cầu được chia làm 7 vật (kh i lượng) nên ta thiết lập các hệ toạ độ vật (hệ toạ độ cục bộ) và toạ độ qui dẫn như sau:

* Sơ đ hệ toạ độ của ĐXSMRM được biểu diễn như hình (2.2)

(ii) Hệ t a độ qui dẫn được ác ập qua hệ t a độ suy rộng:

- Toạ độ qui dẫn tại tâm vết tiếp x c của các bánh xe với mặt đường là

Wi(xiyi) (với i=1 6 là s cầu của ĐXSMRM)

- Toạ độ qui dẫn tại tâm các bánh xe là Ai (với i=1 6 là s cầu của ĐXSMRM)

- Toạ độ qui dẫn của đầu dưới hệ th ng treo (điểm liên kết giữa nhíp và cầu xe) là i (với i=1 6 là s cầu của ĐXSMRM)

- Toạ độ qui dẫn của đầu trên hệ th ng treo là zi (với i=1 6 là s cầu của ĐXSMRM)

- Toạ độ qui dẫn tại khớp yên ngựa của XĐK là xk1, yk1, zk1

- Toạ độ qui dẫn tại khớp yên ngựa của SMRM là xk2, yk2, zk2

Trang 36

2.2.2 Lực và mô men tác d ng lên XSMRM

Để ĐXSMRM chuyển động, người lái phải tác động vào bàn đạp ga, phanh và đánh vô lăng, nh m tạo ra các mô men chủ động MAi, mô men phanh MBi và góc quay vô lăng k Dưới tác động đó sẽ sinh ra các phản lực giữa bánh xe và đường như lực dọc Fxi, lực ngang Fyi Các lực này lại được xác lập b ng phản lực thẳng đứng Fzi, hệ s bám dọc φxi

và hệ s bám ngang

yi

φ theo quan hệ F = F φxi zi xi và F = F φyi zi yi [11, 16] Các cặp lực Fxi, Fyi và Fzi là các lực tương tác l p-đường

Các lực và mô men tác dụng lên XĐK tại khớp yên ngựa theo ba phương

là (Fkx1, Fky1, Fkz1, Mkx1) Các lực và mô men tác dụng lên SMRM tại khớp yên ngựa theo ba phương là (Fkx2, Fky2, Fkz2, Mkx2) L p là phần tử liên kết giữa xe

và đường, chịu tải và chuyển động theo phương thẳng đứng Ngoài ra, l p còn

có nhiệm vụ truyền lực dọc, lực ngang khi xe tăng t c, khi phanh, khi quay vòng Lực Fzi là lực tác dụng hướng kính, lực Fxi là lực tiếp tuyến và lực Fyi là lực ngang của l p ở m i bánh xe Các lực này trong thực tế là các lực động, tức là phụ thuộc vào thời gian Mặt khác, cấu tr c của vỏ l p không đ ng nhất, bề mặt cong hai chiều, áp suất bên trong l p thay đổi Do đó, sự biến dạng của l p tương ứng với các cặp lực (Fxi, Fyi,Fzi)

Việc mô tả sự thay đổi biến dạng l p và mô tả thay đổi khả năng truyền lực của l p là rất khó khăn X t về sự thay đổi giữa l p và đường cho thấy nó đặc trưng bởi 2 pha: (i) truyền lực khớp và đàn h i và (ii) truyền lực ma sát [11] Trong quá trình chuyển động l p biến dạng ở cả ba phương khi có ngoại lực tác động Khi ngoại lực tác dụng vượt quá giới hạn đàn h i thì dẫn tới l p trượt tương đ i so với đường Sự biến dạng do đàn h i và trượt này sinh ra tổn hao về vận t c

Sơ đ lực và mô men tác dụng lên ĐXSMRM được trình bày trong hình (2.3)

Trang 38

Chuyển động của ĐXSMRM trong mặt phẳng đường phụ thuộc các lực

dọc và ngang Fxi và Fyi Các lực này phụ thuộc phản lực Fzi Do đó, ta có thể

viết phương trình động lực học theo 3 nhóm sau:

(i) Phương trình động lực học ĐXSMRM trong mặt phẳng đường

(OXY) để tính toán chuyển động của đoàn xe theo phương x, phương y và

chuyển động quay thân xe quanh trục z

(ii) Phương trình động lực học ĐXSMRM phương thẳng đứng (lắc

dọc) để xác định phản lực Fz

(iii) Phương trình động lực học bánh xe

2.3 Phương trình động lực học ĐXSMRM trong mặt phẳng OXY

Các lực tiếp tuyến Fxi, lực ngang Fyi trong hệ toạ độ cục bộ Wi(xiyi) là

các lực xác định chuyển động của ĐXSMRM trong mặt phẳng đường Phản

lực của đường lên bánh xe là Fzi, các mô men quán tính trục zc1, zc2 của XĐK

và SMRM là Jzc1c1, Jzc2c2 Để viết hệ phương trình mô tả động lực học

ĐXSMRM luận văn sử dụng hệ phương trình Newton-Euler [11, 16]

2.3.1 Ph ng trình động lực học X K trong mặt phẳng OXY

Hình (2.4) biểu diễn sơ đ lực và mô men tác dụng lên XĐK trong mặt

phẳng đường Dựa vào hệ phương trình Newton-Euler, ta có thể viết hệ

phương trình động lực học XĐK trong mặt phẳng đường như sau:

- Phương trình chuyển động theo phương dọc xc1 của XĐK:

Trang 39

F kx1

 c1

c1

F x3 F y3 F R3

F x2 F y2 F R2

Dựa vào hình (2.5), lấy cân b ng lực các phương xc2, yc2 và mô men trục

zc2 theo phương trình Newton-Euler ta có hệ phương trình động lực học

SMRM trong mặt phẳng đường như sau:

- Phương trình chuyển động theo phương dọc xc2 của SMRM:

Trang 40

Hình 2.5 Sơ đồ động l c h c SMRM trong m t ph ng đường

2.4 Phương trình động lực học khối lư ng đư c treo ĐXSMRM phương

thẳng đứng

Các phương trình (2.1) đến (2.6) là phương trình mô tả chuyển động của

đoàn xe trong mặt đường Để giải được hệ đó cần xác định các lực liên kết vế

phải trong đó có lực dọc và ngang bánh xe F xi F zixi ; Fyi F ziyi Các phản lực

Fzi được xác định thông qua động lực học phương thẳng đứng

Để thiết lập hệ phương trình ta chiếu hình (2.2) và (2.3) vào mặt phẳng

(OXZ), ta được sơ đ động lực học của ĐXSMRM phương thẳng đứng

Trong sơ đ này các lực liên kết giữa khung xe và cầu xe là FCi, FKi chính là

nội lực hệ th ng treo

2.4.1 Ph ng trình động lực học X K ph ng thẳng đứng

Hình (2.6) là sơ đ động lực học XĐK phương thẳng đứng Tọa độ trọng

Định dạng
Số trang	90
Dung lượng	2,64 MB