LUẬN văn tốt NGHIỆP NGHIÊN cứu TÍNH TOÁN ổn ĐỊNH của ô tô KHI QUAY VÒNG

Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe CHƯƠNG I: CHUYỂN ĐỘNG QUAY VÒNG CỦA Ô TÔ KHI TÍNH ĐẾN SỰ BIẾN DẠNG CỦA LỐP XE 1.1/Qúa trình quay vòng của ô

Trang 1

Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe

CHƯƠNG I: CHUYỂN ĐỘNG QUAY VÒNG CỦA Ô TÔ KHI TÍNH ĐẾN SỰ

BIẾN DẠNG CỦA LỐP XE

1.1/Qúa trình quay vòng của ô tô:

Hình 1-1 : Quá trình quay vòng của ô tô

Qúa trình quay vòng của ô tô được chia làm 3 giai đoạn:

GDI: là giai đoạn chuẩn bị vào đường quay vòng với R

GDII: là giai đoạn vào quay vòng với bán kính tức thời R = Const

GDIII: là giai đoạn ra khỏi đường quay vòng với R

Trang 2

1.2/ Sự quay vòng của ô tô khi không tính đến biến dạng lốp xe:

1.2.1/ Qúa trình quay vòng của ô tô:

Hình 1-2: Mô hình quay vòng của ô tô

Trang 3

: góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài

: góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong

Trang 4

1.2.2/ Các lực tác dụng vào ô tô khi quay vòng :

Khi xe vào quay vòng ta xét các lực tác dụng lên xe cụ thể là vào trọng tâm T của

xe Trọng tâm này cách cầu trước một đoạn là a, cách cầu sau một đoạn là b

Tại tâm T khi quay vòng thì xuất hiện lực li tâm tác dụng lên xe, có phương chiều nhưhình vẽ Phân tích thành 2 thành phần theo phương và ta được , Trong

đó lực là lực dọc trục xe có xu hướng làm xe đi tới ta không xét đến Lực có xuhướng làm xe văng ra khỏi đường vì vậy ta xét lực

Hình 1-3: Phân tích lực tác dụng khi quay vòng

Trang 5

Trang 6

Khi đó:

[1-10]

Ta có nhận xét về biểu thức [1-10] như sau:

Lực là lực làm xe có xu hướng văng ra khỏi mặt đường nên khi vào quay vòng để xe

an toàn thì lực phải nhỏ Để giảm thì:

+ giảm : tức là giảm tốc độ của xe khi vào quay vòng

+ = Const = 0 tức là khi xe vào quay vòng thì góc quay của hệ thống lái phải từ từ,chỉ thay đổi nhỏ lúc đó ta xem như = Const ( Người tài xế phải bẽ lái một cách từ từkhông được bẽ quá gấp)

Ví dụ : Xác định lực ngang khi xe đi vào đường vòng với tốc độ = 30km/h tại thời

điểm t = 0 và t = 2s Tốc độ quay của hệ thống lái là = 0,05(1/s), thông số của xe là: l

= 2,7m; b = 1,3m, G = 1885kg

Giải:

Trang 7

: góc biến dạng bánh xe cầu trước

: góc biến dạng bánh xe cầu sau

Lúc này phương vận tốc bị lệch một góc thành vận tốc và phương vận tốc bịlệch đi một góc thành vận tốc

Trang 8

Hình 1-4: Mô hình quay vòng khi có sự biến dạng lốp xe

Vấn đề đặt ra bây giờ là phải tìm xem = ?

Trang 9

[1-11]

Nhưng vì ; ; rất bé nên:

[1-12]

Khi đó xảy ra 3 trường hợp sau:

TH1: Nếu = tức là áp suất các bánh xe trước bằng áp suất các bánh xe sau.

: Quay vòng đúng

Tức là khi quay vòng không tính đến sự biến dạng hay có tính đến sự biến dạng lốp xecũng quay vòng với một bán kính quay vòng tức thời (tài xế không thay đổi góc quayvành lái)

TH2: Nếu > tức là áp suất các bánh xe trước nhỏ hơn áp suất các bánh xe sau.

: Quay vòng thiếu

Tức là khi quay vòng có tính đến sự biến dạng của lốp xe tài xế phải quay vành lái chogóc quay vành lái tăng lên so với khi không tính đến sự biến dạng lốp xe, để xe có thểquay vòng đúng với bán kính quay vòng tức thời R

TH3: Nếu < tức là áp suất các bánh xe trước lớn hơn áp suất các bánh xe sau.

: Quay vòng thừa

Trang 10

Tức là khi quay vòng có tính đến sự biến dạng của lốp xe tài xế phải quay vành lái chogóc quay vành lái giảm đi so với khi không tính đến sự biến dạng lốp xe, để xe có thểquay vòng đúng với bán kính quay vòng tức thời R

1.3.2/ Xét ảnh hưởng biến dạng của lốp xe:

Phần trên ta nói về 3 TH: ; ; Trong 3 trường hợp này thì trường hợp

không có gì để nói và thực tế nó cũng rất ít khi xảy ra

1.3.2.1/ Trường hợp quay vòng thiếu: >

Hình 1-5: Ảnh hưởng của biến dạng lốp xe TH quay vòng thiếu

Trang 11

Trường hợp này khi xe chuyển động với vận tốc dưới ảnh hưởng của do áp suấtcác bánh xe trước nhỏ hơn áp suất các bánh xe sau nên tức thời cầu trước của xe bị lệchhướng chuyển động 1 góc , cầu sau của xe bị lệch hướng chuyển động 1 góc

Dựng các đường vuông góc như hình ta tìm được tâm OT ( tức thời xe quay quanh tâmOT) Nên tạo ra lực li tâm , phân tích lực li tâm thành 2 thành phần ; :

Thành phần tác dụng theo phương dọc trục xe làm xe chuyển động về phía trước,thành phần này không quan trọng Thành phần có xu hướng làm xe làm xe bị lệch khỏiquĩ đạo chuyển động nhưng lúc này và cùng phương , ngược chiều, khác điểm đặt

vì vậy triệt tiêu lẫn nhau tạo ra tính ổn định của xe

Kết luận: Chính vì lí do trên mà thực tế người ta thường bơm lốp trước mềm hơn lốp

sau Và ở xe chúng ta đang xét cũng bơm sao cho áp suất các bánh xe trước nhỏ hơn ápsuất các bánh xe sau

Trang 12

1.3.2.2/Trường hợp quay vòng thừa : <

Hình 1-6: Ảnh hưởng của biến dạng lốp xe TH quay vòng thừa

Trường hợp này và cùng phương , cùng chiều, khác điểm đặt vì vậy tạo ra sự mất

ổn định của xe

Kết luận: Chính vì lí do trên mà thực tế người ta thường tránh bơm lốp trước cứng hơn

hơn lốp sau Điều này gây sự mất ổn định của xe, thậm chí là mất điều khiển

Trang 13

Chương II: Ảnh Hưởng Của Kết Cấu Ôtô Khi Quay Vòng

CHƯƠNG II: ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU Ô TÔ KHI QUAY VÒNG

2.1/Phương trình động học của xe khi quay vòng:

Khi xe vào quay vòng thì yếu tố động học của xe gồm 3 yếu tố sau: vận tốc của xe,quĩ đạo chuyển động của xe và yếu tố thứ 3 là gia tốc hướng tâm

Ta xét mô hình phẳng của xe như hình bên dưới Để xét quĩ đạo chuyển động của xe ta sẽxét đến yếu tố trọng tâm T( ; ) của xe so với hệ tọa độ mặt đường

Hệ trục tọa độ xTy là hệ trục tọa độ gắn trên khung xe Hệ tọa độ là hệ tọa độ mặtđường được đưa vào trọng tâm T

Khi đó phương vectơ vận tốc hợp với khung xe một góc là góc chuyển hướng của ôtô

Khung xe hợp với mặt đường một góc gọi là góc quay khung xe

Trang 14

Hình 2-1: Mô hình xác định quĩ đạo tâm xe và vận tốc xe 2.1.1/Phương trình vận tốc :

Xét Hình 2-1: Chiếu lên 2 phương , ta được

[2-1][2-2]

2.2.2/Tọa độ trong tâm của xe:

[2-3]

[2-4]

Trang 15

2.2.3/Gia tốc hướng tâm của xe:

Gia tốc hướng tâm xuất hiện khi xe đi vào một quĩ đạo cong Thông thường ta có thểxác định được như sau:

Được các vectơ theo phương như hình

Trang 16

Hình 2-2: Mô hình xác định gia tốc hướng tâm của xe

Được các vectơ theo phương như hình

Và theo sơ đồ ta dễ dàng xác định được gia tốc hướng tâm

[2-8]

2.2/Phương trình động lực học của xe khi quay vòng:

Trang 17

Hình 2-3: Mô hình động lực học của xe khi quay vòng

Xét mô hình phẳng của xe trên Hình 2-3 Các lực tác dụng lên xe bao gồm:

là lực kéo ở các bánh xe

là lực cản lăn ở các bánh xe

là phản lực bên ở các bánh xe

là mômen cản quay của bánh xe

=1, 2, 3, 4 tùy thuộc vào ta kí hiệu

Tại trọng tâm T của xe cách cầu trước một đoạn a và cách cầu sau một đoạn b Chiều dài

cơ sở của xe là l = a + b Tại điểm C cách trọng tâm T một đoạn e có hai lực theo phương

Trang 18

Tại trọng tâm T có các lực tác dụng như sau:

+ Lực quán tính

+ Lực li tâm là trong đó m là khối lượng toàn bộ xe bao gồm cả người

Khi xe quay vòng sẽ xuất hiện mômen quán tính xung quanh trục Tz là Góc quaycủa bánh xe dẫn hướng là Kích thước chiều rộng vết lốp của cầu trước là , của cầusau là

Xét Hình 2-3 ta có phương trình cân bằng lực và mômen như sau:

Đối với trục dọc ô tô ( trục x):

Trang 19

Mục tiêu của phần này là ta sẽ làm mọi cách để đơn giản được hệ ba phương trình trên,làm cho quá trình tính toán về sau sẽ dễ dàng hơn và vì đây còn là hệ cơ sở để ta có thểtính toán các thông số về sau

Thay vì xét mô hình phẳng bây giờ ta chỉ xét mô hình một vết bánh xe

Khi đó ta đặt

Hình 2-4: Mô hình một vết bánh xe

Trang 20

Ở đây để đơn giản ta bỏ qua lực cản lăn và mô men quay ( mômen đàn hồi) vì thực tế giátrị của chúng rất nhỏ có thể bỏ qua được Từ đó ta có hệ phương trình đơn giản hơn

[2-12][2-13][2-14]Khi xe vào quay vòng để đảm bảo an toàn, người lái phải cua rất từ từ với góc cua rất nhỏtức là nhỏ và khi càng vào cua thì càng tăng lên nhưng sự tăng lên là nhỏ có thểxem = const

Góc nhỏ thì góc nhỏ

Như vậy ta tiếp tục thu gọn hệ ba phương trình trên [2-12];[2-13];[2-14] được như sau

[2-15][2-16][2-17]

Ở đây , là phản lực bên ở cầu trước và cầu sau Được tính như sau

[2-18][2-19]Trong đó ; là độ cứng góc lệch bên trung bình của các bánh xe của cầu trước, cầu

Trang 21

Hình 2-5: Sự thay đổi vết tiếp xúc khi vận tốc và

Ta cần xác định được giá trị , để có thể tính được , Để xác định được góc lệchbên , ta xét mô hình phẳng động học như hình bên dưới

- Ở bánh xe cầu trước:

Trang 22

Trang 23

Ở đây trong biểu thức [2-22] lại xuất hiện đại lượng là góc quay bánh xe Khi vàoquay vòng tài xế sẽ quay vành lái một góc khi đó trụ quay đứng sẽ quay một góc Trụ quay đứng quay một góc làm cho bánh xe dẫn hướng quay một góc

Khi đó ta có:

[2-24]

Mômen quay vành lái:

[2-25]Trong đó là tỉ số truyền từ trụ đứng đến trụ quay đứng

Công thức xác định mối quan hệ giữa và là

[2-26]

Trong đó: , , là các hệ số phụ thuộc vào kết cấu xe đã có sẵn là độ cứng của hệthống lái nếu hệ thống lái có độ cứng cao thì lớn ngược lại nếu độ cứng thấp thì nhỏ

: khoảng dịch chuyển trước của đường tâm trụ đứng

: khoảng dịch chuyển sau của đường tâm phản lực bên

Lúc này :

Trang 24

[2-28]

[2-29]

[2-31]

Chú ý: Ở đây ta đặt với ý nghĩa như sau Các thông số , , là

thông số kết cấu của xe nên không thay đổi Còn là độ cứng của hệ thống lái Trên xe

hệ thống lái là một hệ thống đàn hồi vậy sẽ thay đổi Nhưng nhìn vào [2-30] dù cóthay đổi thì cũng làm giảm dẫn đến giảm tức là giảm lực bên tác dụng lên cácbánh xe cầu trước

Vậy tóm lại ta có các phương trình động lực học [2-15]; [2-16]; [2-17]; [2-23] ;[2-31]như sau:

Trang 25

2.4/ Động lực học quay vòng đều:

Khi quay vòng đều ô tô sẽ chuyển động trên quĩ đạo cong có bán kính R không thayđổi ( R = Const) Nếu lực ly tâm tăng lên quá lớn khi quay vòng thì các bánh xe chuyểnđộng ở giới hạn trượt bên và có thể làm mất quĩ đạo chuyển động

Trong thực nghiệm khi quay vòng để an toàn xe sẽ chuyển động với v = Const và thayđổi bán kính R để được các gia tốc hướng tâm khác nhau

Nếu quay vòng đều với v = const, R = const thì góc chuyển hướng và vận tốc góckhung xe cũng không đổi Điều đó đồng nghĩa với việc:

Trang 26

Ta đã tìm ra được giá trị ; nên thay vào hệ ba phương trình [2-32],[2-33],[2-34].Được hệ phương trình như sau

[2-35]

[2-36]

Cuối cùng ta được hệ gồm hai phương trình [2-35], [2-26] là phương trình động lực họcquay vòng đều của xe

Trang 27

Chương III: Hàm Truyền Khi Xe Quay Vòng

CHƯƠNG III : HÀM TRUYỀN KHI XE QUAY VÒNG

3.1/ Khái niệm:

Khi xe vào quay vòng đòi hỏi tài xế phải tác động lên vành lái để thay đổi góc quayvành lái dẫn tới làm thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng và mục đích cuối cùng là làmcho xe quay vòng một cách an toàn, ổn định nhất

Vậy dễ thấy ngay yếu tố để làm cho xe quay vòng được là (góc quay vành lái) đóchính là thông số đầu vào, sau đó khung xe sẽ chuyển động trên một quĩ đạo mà đặctrưng có các thông số : là góc lệch hướng chuyển động (góc chuyển hướng), là vậntốc góc quay thân xe và yếu tố cuối cùng đánh giá tính ổn định khi quay vòng là (giatốc hướng tâm)

Định nghĩa hàm truyền ra đời với mục đích là tìm được mối quan hệ của thông số đầuvào là với các thông số đầu ra là , , Tức là ta xác định được các phản ứng của ô

tô trước sự thay đổi của góc quay vành lái

Qui ước viết gọn hàm truyền như sau:

: Hàm truyền vận tốc góc quay thân xe

: Hàm truyền góc lệch hướng chuyển động

: Hàm truyền gia tốc hướng tâm

Trang 28

3.2/ Hàm truyền của vận tốc góc quay thân xe Hiện tượng quay vòng thừa, quay vòng thiếu:

Giải hệ phương trình [2-35], [2-36] ta được :

Khi xe quay vòng đều , xảy ra các trường hợp sau :

K = 0 : ôtô ở trạng thái quay vòng đúng

K > 0 : ôtô ở trạng thái quay vòng thiếu

K < 0 : ôtô ở trạng thái quay vòng thừa

Ta thấy ngay hàm truyền phụ thuộc vào thông số K nên có thể coi K lànhân tố quay vòng và chính sự thay đổi của K hay nói cách khác sự thay đổi về kết cấucủa xe sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tính điều khiển của ôtô Nó sẽ quyết định tính chất quayvòng của xe

Ta xét từng trường hợp sau :

Trang 29

Khi xe vào cua sẽ chạy với vận tốc v = const nào đó Đến khi thì sẽ có giátrị cực trị cụ thể như sau :

Trang 30

Khi ôtô vào quay vòng đến một giá trị v nào đó, mà thì hàm truyền sẽtiến đến

Trang 31

Đồ thị là đồ thị hàm bậc nhất đối với hệ số góc là

Từ đó ta có đồ thị tổng quát biểu diễn như sau :

Trang 32

Hình 3-1: Đồ thị đặc tính tốc độ hàm truyền vận tốc góc quay thân xe

Nhận xét :

Đối với trường hợp quay vòng đúng K = 0 : ta không có gì để thảo luận

Đối với trường hợp quay vòng thiếu K > 0 : tức là để xe có thể quay vòng an toàn, ngườilái phải tăng góc quay vành lái lên so với trường hợp quay vòng đúng Khi vận tốc quayvòng đạt thì hàm truyền đạt cực đại, lúc này rất nhạy cảm nên đòi hỏi người lái

Trang 33

Đối với trường hợp quay vòng thừa ( K < 0 ) để xe có thể quay vòng an toàn thì người láiphải giảm góc quay vành lái so với trường hợp quay vòng đúng Khi vận tốc vào cua đạt

gọi là “vận tốc nguy hiểm”, xe sẽ mất lái và rất nguy hiểm nên ta gọi đây là vùngnguy hiểm

3.3/ Hàm truyền góc lệch bên của trọng tâm ôtô:

Hàm truyền góc lệch bên của trọng tâm ôtô được ký hiệu là

Giải hệ phương trình [2-35] , [2-36] ta được :

Trang 34

Trang 35

Từ đó ta sẽ vẽ được đồ thị biểu diễn 3 trường hợp trên

Hình 3-2: Đồ thị đặc tính tốc độ hàm truyền góc lệch hướng chuyển động

Trang 36

3.4/ Hàm truyền gia tốc bên :

Trang 37

Trang 38

Hình 3-3: Đồ thị đặc tính tốc độ hàm truyền gia tốc bên

3.5/ Hàm truyền momen quay vành lái :

Từ biểu thức [2-25] ta có :

[3-25]

Trang 39

: momen quay của trụ quay đứng

Thay thế các biểu thức hàm truyền vào biểu thức [3-29]

Ta được các biểu thức hàm truyền như sau :

[3-30]

3.6/ Góc quay vành lái :

Ở các phần trước, ta đã nghiên cứu các hàm truyền với mụcđích là xét đến sự phản ứng của ôtô trước sự thay đổi của góc quay vành lái phụ thuộc

Trang 40

trưng cho tính nhạy cảm của xe khi quay vòng ở vận tốc đó Nếu độ nhạy cảm lớn thì xe

sẽ mất tính ổn định khi chuyển động , ngược lại độ nhạy cảm nhỏ thì xe sẽ ổn định hơn.Vậy các giá trị cụ thể, các biểu thức cụ thể của góc quay vành lái , góc lệch hướngchuyển động hay vận tốc góc quay thân xe là như thế nào :

Hình 3-4: Quan hệ giữa góc quay vành lái và bán kính R khi v = 0

Ta xét trường hợp như sau : khi xe đang đứng yên ( v = 0 ), ta quay vành lái đi một góc, bánh xe dẫn hướng quay đi một góc đảm bảo xe có thể quay vòng với bán kính

R :

Tiêu đề	Luận Văn Tốt Nghiệp Nghiên Cứu Tính Toán Ổn Định Của Ô Tô Khi Quay Vòng
Tác giả	Lấ Duy, Huỳnh Kiến Hà
Người hướng dẫn	PGS-TS Nguyễn Văn Phụng
Trường học	Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Cơ Khí
Thể loại	Luận văn
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	97
Dung lượng	9,19 MB