Nghiên cứu mô phỏng chuyển động của ô tô con khi phanh trên đường vòng

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

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÔTÔ CON

KHI PHANH TRÊN ĐƯỜNG VÒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

VŨ THẾ TRUYỀN

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ CON KHI

PHANH TRÊN ĐƯỜNG VÒNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của

Viện cơ khí động lực trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trình

trình nào

Hà Nội, ngày 21 tháng 04 năm 2014

Học viên cam đoan

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

CÁC KÝ HIỆU DÙNG CHUNG CHO LUẬN VĂN iii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Yêu cầu thực tế 3

1.1.1 Tai nạn giao thông 3

1.1.2 Nghiên cứu động lực học ôtô 4

1.2.Các đề tài nghiên cứu về phanh và quỹ đạo chuyển động của ôtô con 6

1.3 Mục tiêu, nội dung, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của đề tài 7

1.3.1 Mục tiêu 7

1.3.2 Nội dung 7

1.3.3 Phạm vi nghiên cứu 8

1.3.4 Phương pháp nghiên cứu 8

CHƯƠNG 2 9

MÔ HÌNH TOÁN HỌC VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TRONG MÔI TRƯỜNG MATLAB - SIMULINK 9

2.1 Mô hình toán học thể hiện quan hệ động lực học của ôtô 9

2.1.1 Mô hình phẳng 9

2.1.2 Sự nghiêng thân xe và tải trọng thẳng đứng 12

2.1.3 Hệ thống lái hai bánh xe dẫn hướng 16

2.1.4 Hệ thống phanh thủy lực 18

2.1.5 Mô hình mô phỏng bánh xe 26

2.2 Mô hình mô phỏng chuyển động của ôtô khi phanh trên đường vòng trong Matlab-simulink 33

2.2.1 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng SIMULINK 33

2.2.2 Mô phỏng chuyển động của ôtô 36

CHƯƠNG 3 42

MÔ PHỎNG MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CHUYỂN ĐỘNG ĐIỂN HÌNH 42

3.1 Mô phỏng chuyển động của ô tô con khi phanh trên đường vòng với góc quay vành lái thay đổi lần lượt là: 600 – 1200 - 1800 42

3.1.1 Vận tốc v = 10m/s, lực bàn đạp phanh 280N , β vl =60 0 42

3.2 Mô phỏng chuyển động của ô tô con khi phanh trên đường vòng với vận tốc

ban đầu thay đổi lần lượt là: 10m/s – 15m/s – 20m/s 50

3.2.1 Góc quay vành lái 120 0 , lực bàn đạp phanh 490N, vận tốc ban đầu là: 10m/s 50

3.3 Mô phỏng chuyển động của ô tô con khi phanh trên đường vòng với lực bàn đạp phanh thay đổi lần lượt là: 280N – 490N – 700N 57

3.3.1 Góc quay vành lái 600, vận tốc xe 20m/s, lực bàn đạp phanh là: 280N 57

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC 1 69

TRƯỜNG HỢP 1: v = 10(m/s), lực bàn đạp 280 (N), βvl = 1200 69

TRƯỜNG HỢP 2: v = 10(m/s), lực bàn đạp 280 (N), βvl = 1800 74

PHỤ LỤC 2 79

TRƯỜNG HỢP 1: βvl=1200, lực bàn đạp 490(N), v = 15(m/s) 79

TRƯỜNG HỢP 2: βvl=1200, lực bàn đạp 490(N), v = 20(m/s) 84

PHỤ LỤC 3 89

TRƯỜNG HỢP 1: βvl = 600, v = 20(m/s), lực bàn đạp phanh là 490(N) 89

TRƯỜNG HỢP 2: βvl = 600, v = 20(m/s), lực bàn đạp phanh là 700(N) 94

CÁC KÝ HIỆU DÙNG CHUNG CHO LUẬN VĂN

ay Gia tốc bên m/s2

Csψ Độ cứng chống nghiêng ngang cầu sau N/rad

LỜI NÓI ĐẦU

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 ôtô tăng 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 lăng hay 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

của ô tô khi phanh 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 thực hiện Để nghiên cứu chuyển động của ôtô ta có thể sử dụng các phương pháp khác nhau như:

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

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

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

Hà Nội, ngày 21 tháng 04 năm 2014

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

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:

phải là đối tượng đang tham gia vào hoạt động giao thông

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 đường thủy và tai nạn giao thông đường hàng không

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 thường xuyên 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

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 chạy trên 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 tác động 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

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 tính điều 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 này các quan hệ giữa các thông số chỉ là các quan hệ đơn thuần về mặt hình học

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 hệ thống phanh, hệ thống lái và 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 của ô tô khi phanh trên đường vòng có tính đến ảnh hưởng của góc quay vành lái, vận tốc ban đầu và lực bàn đạp phanh nhằm xác định các trạng thái chuyển động của ôtô trong các điều kiện thực tế

1.2 Các đề tài nghiên cứu về phanh và quỹ đạo chuyển động của ôtô con

“ Mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô bốn bánh xe dẫn hướng” – Do

PGS.TS Hồ Hữu Hải, trường Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn – Sinh viên thực hiện Lê Ngọc Trung, năm 2008

“Mô phỏng và nghiên cứu quá trình động lực học của hệ thống phanh thủy lực”- Do PGS.TS Hồ Hữu Hải, trường Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn –

Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Hùng, năm 2011

“Ứng dụng phần mềm matlab-simulink mô phỏng hệ thống phanh ABS trên

xe du lịch”-Do Ths Đồng Minh Tuấn , trường Đại học SPKT Hưng Yên hướng dẫn-

Sinh viên thực hiện Nguyễn Trọng Khương

“ Nghiên cứu mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô với hệ thống ABS+ASR” Trường đại học Bách Khoa Hà Nội, do sinh viên Nguyễn Vũ Tiến Linh thực hiện năm 2007

“ Nghiên cứu đặc tính quay vòng của xe du lịch”, trường đại học Bách Khoa

Hà Nội, do sinh viên Lê Đức Hiếu thự hiện năm 2007

“ Tổng hợp bộ điều khiển điện tử và mô phỏng hệ thống phanh có ABS trên ô

t ô du lịch”, trường đại học Bách Khoa Hà Nội, do sinh viên Lại Năng Vũ thực hiện

năm 2007

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

1.3 1 Mục tiêu

Từ cơ sở đặt vấn đề ở trên, đề tài tập trung vào khảo sát động lực học của ôtô

Do PGS.TS Hồ Hữu Hải, trường Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn – Sinh viên thực hiện Lê Ngọc Trung, năm 2008

tô bốn bánh xe dẫn hướng” – Do PGS.TS Hồ Hữu Hải, trường Đại học Bách khoa

Hà Nội hướng dẫn – Sinh viên thực hiện Lê Ngọc Trung, năm 2008

Với nội dung nghiên cứu trên đề tài được trình bày trong 3 chương và phần kết luận đánh giá các kết quả

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 thao tác điều khiển phanh

1.3 3 Phạm vi nghiên cứu

Do hạn chế về mặt thời gian, kinh phí và tính phức tạp của hệ trục tọa độ quy chiếu nên đề tài mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu mô phỏng lý thuyết chuyển động của ôtô con khi phanh trên đường vòng với quỹ đạo là những cung đường

1.3 4 Phương pháp nghiên cứu

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 Hiện nay, sự phát triển khoa học của máy tính 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 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

CHƯƠNG 2

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

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

L b

a

X Y

Hình 2-1 Mô hình tính toán cho ôtô

Các lực tác lên ô tô:

a Lực dọc F i: là phản lực của đường tác dụng lên bánh xe chủ động , được đặt tại

vị trí tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường Khi phanh, lực phanh tại các bánh xe

đóng vai trò lực dọc

k

t c p h e

k

k x

r

i i i i M r

ip : Tỷ số truyền của hộp số phụ

b Lực cản lăn P f

Lực cản lăn sinh ra do tác dụng của mặt đường lên các bánh xe và đặt tại vị

Trong đó : G: Trọng lượng của ô tô

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

=

15001

2 0

v f

i : Chỉ số các bánh xe dẫn hướng

d Lực cản không khí

Là lực cản của gió được phân ra hai thành phần theo hai phương vuông góc:

v0: Vận tốc tương đối giữa ô tô và không khí [m/s]

trong luận văn chọn N = 0

v g

G y m

P j

2 2

R : Bán kính quỹ đạo [m]

Các phương trình chuyển động của ô tô

Tịnh tiến theo phương dọc ôtô:

w

f P P S

S F F F

F

sinsin

coscos

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

.

1

ββ

ββ

ββ

ββ

F S S S

S

sinsin

coscos

F S S S

− +

+ + + +

=

⇒

− +

+ + + +

sin sin

cos cos

1

sin sin

cos cos

1

ββ

ββ

ββ

ββ

=

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

2)(

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

+

−

+ +

+

=

ββ

ββ

ββ

ββ

ε

(2-10)

0 4

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

((

1

εβ

ββ

β

ββ

ββ

+

−

++

B F

F

B S

S b

S

S

a S

S a F

2.1.2 Sự nghiêng thân xe và tải trọng thẳng đứng

Giả thiết thân xe đặt trên bệ treo đàn hồi, dưới tác dụng của lực ly tâm thân

xe bị nghiêng quanh trục nghiêng dọc một góc là ψ Trọng tâm ôtô đặt tại chiều cao

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

Theo” Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô”của PTS Nguyễn

Khắc Trai ,nhà xuất bản Giao thông vận tải – 1997 và sử dụng mô hình (2-2) ta có:

' ' 0

'

, 0

.

.

h g m C C

h y m s

t + −

=

ψ ψ

Trong đó:

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

cầu trước và sau là :

L

h m x

' 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

;

L

a g m

Khi đó tải trọng tác dụng lên cầu trước và cầu sau là:

0 ' '

y

m S

Phương trình cân bằng mô men đối với cầu trước và cầu sau:

L

l y m S S

t

' 0 ' 2 ' 1

L

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

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

Từ phương trình cân bằng mô men đối với tâm nghiêng ngang của cầu trước

)

l y m C

l y m C

bằng chiều rộng cơ sở xe (B) [m]

tới mặt đường [m]

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

t T

Z Z Z

t T

Z Z Z

s T

Z Z Z

s T

Z Z Z

Trong đó:

2.1.3 H ệ thống lái hai bánh xe dẫn hướng

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

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

Trong đó:

i

v t

β

(2-30)

2.1.4 H ệ thống phanh thủy lực

Hệ thống phanh thủy lực được áp dụng rộng rãi trên các loại ô tô con, du lịch

và xe tải nhỏ Với hệ thống phanh thủy lực khi đạp bàn đạp chân phanh sẽ tạo nên

áp suất chất lỏng trong xy lanh công tác đặt tại cơ cấu phanh, điều khiển sự làm việc của cơ cấu phanh

β vl giảm

R qv < R o

Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực

1 Bàn đạp phanh; 2 Cần đẩy; 3 Piston chính ; 4 Xy lanh chính; 5 Van cao áp;

6 Đường ống; 7 Xy lanh con ; 8 Piston con ; 9 Guốc phanh ; 10 Chốt ;

11 Tang trống ; 12 Lò xo 2.1.4.1 Mô hình mô phỏng xy lanh chính

Hình 2-11 Sơ đồ xy lanh chính 2 khoang

Phương trình chuyển động của Piston 1

- Lực lò xo : Flxp = Flxpo + Kp(xmcp - xmcs) (2-32)

Trong đó :

x

m mcs mcs = mc mc − lxs− mcp mc+

(2-37) Lưu lượng dòng dầu phanh I :

.

mcs mcp mc mcp A x x

N A P F F x

m mcp. mcp = mc − lxp − mcp. mc +

- Lưu lượng ra gồm :

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

µρ

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

.

+ Lưu lượng tiết lưu về bình chứa từ khoang II

μ : Hệ số cản nhớt của dầu (kgm/s);

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

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

Hình 2-12 Sơ đồ đường ống dẫn dầu hệ thống phanh thủy lực cho 1 cầu

12 11

2

&

1

) 2

&

1 1

.(

1

Q Q

Q

dt Q

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

)1(

*)11

*)/1(

)1(

*)21

*)/1(

xl

31 1 1

Trong đó:

μ: Hệ số cản nhớt giữa pistong và xy lanh

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

31

µµ

∫

=

Q Vxl

k

mf xl

xl

32 2 2

Trong đó:

μ : Hệ số cản nhớt giữa pistong và xy lanh

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

32

µµ

∫

=

2.1.4.3 Mô hình mô phỏng cơ cấu phanh bánh xe

Cơ cấu phanh đĩa gồm xy lanh công tác và má phanh, đĩa phanh Trên mô hình mô phỏng ta xét cơ cấu phanh đĩa

a Mô hình mô phỏng xy lanh công tác

Hình 2-13 Mô hình mô phỏng cơ cấu phanh đĩa

Từ mô hình trên ta lập các công thức tính toán:

tác trước bên trái (m)

(m)

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

giữa hai má phanh với đĩa phanh của cơ cấu phanh (m)

b Mô hình mô phỏng má phanh và đĩa phanh

x : độ dich chuyển của piston, xy lanh công tác cơ cấu phanh (m)

khe hở giữa hai má phanh với đĩa phanh của cơ cấu phanh (m)

2 1.5 Mô hình mô phỏng bánh xe

2.1.5.1 Các chế độ làm việc của bánh xe

Khi bánh xe lăn trên mặt đường xảy ra các trường hợp: Bánh xe đàn hồi lăn trên mặt đường không bị biến dạng (đường nhựa); 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 2-14 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe ôtô

trọng phân bố lên bánh xe Phản lực tiếp tuyến nằm trong mặt phẳng bánh xe, ký

trọng Z Phản lực ngang (lực bên), nằm trong mặt phẳng của đường và vuông góc

lệch so với hướng chuyển động của bánh xe một góc α , gọi là góc lệch bên của bánh xe

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

phản lực pháp tuyến từ đường tác dụng lên bánh xe đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh

Đối với bánh xe chủ động , ngoài các lực và mô men tác dụng như bánh xe bị

Hình 2-16 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động

2.1.5.5 Mô hình tính toán lốp xe ôtô

Có nhiều phương pháp xây dựng mô hình tính toán mô phỏng lốp xe ôtô nhưng ở luận văn này ta nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng lốp xe dựa trên các đồ thị đặc tính thực nghiệm của một loại lốp xe cụ thể được thể hiện trên các

hệ giữa các lực tác dụng vào lốp xe phụ thuộc vào tải trọng Z, độ trượt dọc s, góc trượt bên α

Hình 2-17 Đồ thị đặc tính lốp thể hiện mối quan hệ giữa lực dọc F i , tải trọng Z i

Hình 2-18 Đồ thị đặc tính lốp thể hiện mối quan hệ giữa lực dọc F i , góc lệc bên α i

và độ trượt dọc s i

Hình 2-19 Đồ thị đặc tính lốp thể hiện mối quan hệ giữa lực bên S i , tải trọng Z i và

góc lệch bên α i

Hình 2-20 Đồ thị đặc tính lốp thể hiện mối quan hệ giữa lực bên S i , độ trượt s i và

góc lệch bên α i

Từ các đồ thị đặc tính xác định từ thực nghiệm trên có thể thay được quan hệ

α: góc lệch bên bánh xe là góc hợp bởi trục dọc bánh xe và véc tơ vận tốc v của bánh xe, được tính theo sơ đồ hình

α3

α2

α1

β1

β2

Hình 2-21 Mô hình tính góc lệch bên

Hình 2-22 Mối quan hệ giữa hệ trục toạ độ thân xe và hệ trục tọa độ mặt đường

Từ hình (2-13) và theo luận văn “Mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô bốn bánh xe dẫn hướng” do sinh viên Lê Ngọc Trung nghiên cứu năm 2008 tại

trường đại học Bách Khoa Hà Nội, ta có: