Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lốp đến tính dẫn hướng ô tô khách sản xuất, lắp ráp ở việt nam

Những kết quả mới và ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án Những kết quả mới của luận án: - Đã xây dựng mô hình không gian động lực học quay vòng ô tô để khảo sát ảnh hưởng của áp suấ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS Đặng Việt Hà và PGS.TS Cao Trọng Hiền Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Người hướng dẫn khoa học 1

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Trường Ðại học Giao thông vận tải, Khoa cơ khí, Bộ môn Ô tô đã tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh thực hiện luận án

tại Trường Ðại học Giao thông vận tải

Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn tập thể thầy hướng dẫn là TS Đặng Việt Hà và PGS.TS Cao Trọng Hiền đã tận tình hướng dẫn trong việc định

hướng nghiên cứu và phương pháp giải quyết các vấn đề cụ thể đặt để thực hiện và

hoàn thành luận án

Nghiên cứu sinh xin cảm ơn các Thầy, Cô trong bộ môn Ô tô, khoa Cơ khí - Trường Ðại học Giao thông vận tải, luôn giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất để

hoàn thành luận án

Nghiên cứu sinh xin cảm ơn các Thầy, Cô trong bộ môn Ô tô và Xe chuyên

dụng – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, phòng thí nghiệm Động lực học và

truyền động các phương tiện cơ giới - Học viện Kỹ thuật Quân sự đã ủng hộ và

giúp đỡ để hoàn thành luận án

Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Cục Đăng kiểm Việt Nam, Trung tâm thử nghiệm xe cơ giới cùng bạn bè, đồng nghiệp đã ủng hộ, động viên, giúp đỡ, tạo

điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và nghiên cứu

Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn đến các chuyên gia ngành Động lực

đã đóng góp các ý kiến quý báu để luận án được hoàn thiện

Cuối cùng nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn

bè, những người đã luôn động viên, khuyến khích trong suốt thời gian tham gia

nghiên cứu và thực hiện công trình này

Nghiên cứu sinh

Đinh Quang Vũ

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC BẢNG BIỂU 11

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 12

MỞ ĐẦU 17

Mục tiêu nghiên cứu 17

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 17

Phương pháp nghiên cứu 18

Những kết quả mới và ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án 18

Nội dung luận án 19

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 20

1.1 Tính dẫn hướng của ô tô 20

1.1.1 Khái niệm về sự lăn lệch của bánh xe đàn hồi 21

1.1.2 Tính quay vòng của ô tô 24

1.1.3 Các yếu tố đánh giá tính dẫn hướng 27

1.2 Mô hình động lực học nghiên cứu tính dẫn hướng của ô tô 28

1.2.1 Mô hình phẳng một khối lượng 29

1.2.2 Mô hình không gian một khối lượng 30

1.2.3 Mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng 32

1.3 Các nghiên cứu tính dẫn hướng của ô tô ở trong và ngoài nước 33

1.3.1 Nghiên cứu trong nước 33

1.3.2 Nghiên cứu ngoài nước 35

1.4 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu và ý nghĩa khoa học, thực tiễn 37

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 37

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu 37

1.4.4 Những kết quả mới và ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án 38

1.4.5 Nội dung luận án 38

1.5 Kết luận chương 1 39

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC NGHIÊN CỨU TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ KHÁCH 40

2.1 Phân tích cấu trúc và các giả thiết lập mô hình 40

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 40

2.1.2 Phân tích cấu trúc của đối tượng 43

2.1.3 Các giả thiết khi xây dựng mô hình 43

2.2 Xây dựng mô hình động lực học 44

2.3 Hệ quy chiếu 46

2.4 Thiết lập hệ phương trình toán học 47

2.4.1 Trong mặt phẳng đường xOy 47

2.5 Cấu trúc mô hình động lực học ô tô khách 65

2.6 Điều kiện đầu vào của phương trình vi phân 66

2.7 Kết luận chương 2 67

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ KHÁCH SẢN XUẤT LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM 68

3.1 Lựa chọn các thông số để khảo sát 68

3.1.1 Tiêu chí đánh giá tính dẫn hướng 68

3.1.2 Các phương án khảo sát 69

3.2 Điều kiện khảo sát 70

3.2.1 Quy luật đánh lái 70

3.2.2 Thuật toán giải hệ phương trình vi phân bằng phần mềm mô phỏng số 71

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến tính dẫn hướng của ô tô 74

3.3.1 Khảo sát đặc tính lốp 74

3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp đến gia tốc ngang 80

3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp đến vận tốc góc quay thân xe 84

3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp đến quỹ đạo chuyển động 88

3.4 Kết luận chương 3 94

CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 95

Thí nghiệm xác định các thông số đầu vào 95

Thí nghiệm ô tô trên đường và bãi thử về tính dẫn hướng 95

4.1 Thí nghiệm xác định các thông số đầu vào 95

4.1.1 Đo khối lượng ô tô 95

4.1.2 Đo tọa độ trọng tâm của ô tô 98

4.1.3 Thí nghiệm đo tỷ số truyền của hệ thống lái 101

4.1.4 Xác định một số thông số kích thước làm thông số đầu vào cho bài toán lý thuyết 102

4.1.5 Đo độ cứng ngang của lốp 104

4.2 Thí nghiệm ô tô trên đường và bãi thử về tính dẫn hướng 114

4.2.1 Điều kiện thí nghiệm 114

4.2.2 Thiết bị thí nghiệm 115

4.2.3 Quá trình thí nghiệm 120

4.2.4 Đánh giá kết quả đo và kết luận 122

4.3 Kết luận chương 4 127

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 128

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 130

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 131

PHỤ LỤC 1 CÁC THAM SỐ ĐẦU VÀO CỦA MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC 136

PHỤ LỤC 2: TÍNH TOÁN VÀ KIỂM BỀN ĐỒ GÁ 139

ĐO ĐỘ CỨNG NGANG CỦA LỐP 139PHỤ LỤC 3 GIẢI HỆ PHƯƠNG TRÌNH BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 142PHỤ LỤC 4 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM QUAY VÕNG VỚI GÓC QUAY VÀNH TAY LÁI VÀ VẬN TỐC DỌC KHÔNG ĐỔI 145PHỤ LỤC 5 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM 148

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

3 Bán kính quay vòng của ô tô tính đến trọng tâm của xe trong

4 Bán kính quay vòng của ô tô tính đến trọng tâm của xe trong

13 Khoảng cách từ trọng tâm khối lượng được treo đến cầu

19 Chuyển vị theo trục x tâm vết tiếp xúc bánh xe thứ ij, (i=1,2;

20 Chuyển vị điểm liên kết dưới, trên của hệ treo bánh xe thứ ij

21 Độ võng động (hành trình trả) của hệ thống treo thứ ij (i=1,2;

t d

f m

22 Độ võng tĩnh (hành trình nén) của hệ thống treo thứ ij (i=1,2;

n d

f m

23 Chuyển vị thẳng đứng trọng tâm bánh xe thứ ij (i=1,2;

35 Góc quay bánh xe dẫn hướng cầu trước bên phải, trái P,  rad

37 Góc lắc dọc của khối lượng được treo, không được treo n, h rad

40 Hệ số cản giảm chấn hướng kính lốp thứ ij, (i=1,2; j=T,P) KLij N/(m/s)

45 Khối lượng toàn bộ phân bố lên bánh xe cầu trước, sau m1, m2 kg

47 Lực quán tính ly tâm tác dụng theo phương trục x, y của xe Pjx, Pjy N

54 Lực liên kết ngang khối lượng không treo và được treo tại

55 Lực liên kết ngang khối lượng không treo và được treo tại

N

58 Phản lực dọc bánh xe thứ ij (i=1, j=T,P)

' ij

68 Phản lực từ mặt đường lên lốp trái, phải ở cầu trước; Z1T , Z1P N

72 Vận tốc góc quay theo phương thẳng đứng của bánh xe dẫn

75 Vận tốc chuyển động của bánh xe ij theo trục x, y (i=1,

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Bảng phụ thuộc độ cứng ngang với đặc tính của lốp 27

Bảng 2 1 Bảng các hệ số mô hình pacejka 1 [29][39] 63

Bảng 2 2 Bảng các hệ số mô hình pacejka 2 64

Bảng 3 1 Các chế độ khảo sát mô hình lốp 69

Bảng 3 2 Các chế độ khảo sát mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng 69

Bảng 3 3 Bánh kính quỹ đạo khi áp suất trước giảm 91

Bảng 3 4 Bánh kính quỹ đạo khi áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm 93

Bảng 3 5 Sự thay đổi về quỹ đạo khi thay đổi áp suất 2 bánh xe và 1 bánh xe 93

Bảng 4 1 Kết quả đo khối lượng phân bố lên cầu trước và sau 96

Bảng 4 2 Kết quả trung bình sau ba lần đo 97

Bảng 4 3 Kết quả đo tọa độ trọng tâm theo phương dọc xe 98

Bảng 4 4 Kết quả đo tọa độ trọng tâm theo chiều cao 100

Bảng 4 5 Kết quả đo tỷ số truyền i 102

Bảng 4 6 Giá trị kích thước cho tính toán 103

Bảng 4 7 Bảng Thông số kỹ thuật bộ cảm biến RoaDyn S650 sp 106

Bảng 4 8 Trình tự các lượt đo độ cứng ngang lốp 110

Bảng 4 9 Giá trị của áp suất hơi lốp 120

Bảng 4.10 Giá trị sai lệch bình phương trung bình gia tốc ngang 124

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1 1 Sự thay đổi vết tiếp xúc và các mối quan hệ động học, động lực học của bánh

xe khi vk = 0 và vk 0 [22] 21

Hình 1 2 Góc lăn lệch do góc vát bánh xe tạo ra [24] [50] [29] 22

Hình 1 3 Sự phụ thuộc góc lăn lệch của bánh xe vào lực ngang [1] 23

Hình 1 4 Sơ đồ quay vòng của ô tô hai trục khi lốp biến dạng bên 24

Hình 1 5 Sơ đồ ô tô với tính quay vòng trung hòa 25

Hình 1 6 Sơ đồ ô tô với tính quay vòng thiếu 26

Hình 1 7 Sơ đồ ô tô với tính quay vòng thừa 26

Hình 1 8 Sơ đồ động lực học nghiên cứu [46] 28

Hình 1 9 Mô hình phẳng một khối lượng của ô tô khi quay vòng 29

Hình 1 10 Mô hình không gian một khối lượng của ô tô 31

Hình 1 11 Sơ đồ mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng 32

Hình 2 1 Ô tô khách Hyundai COUNTY HM K29SL 41

Hình 2 2 Sơ đồ hệ thống lái ô tô khách Hyundai COUNTY HM K29SL 42

Hình 2 3 Một số thông số trên sơ đồ hệ thống lái 42

Hình 2 4 Mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng của ô tô khách 45

Hình 2 5 Hệ trục tọa độ khảo sát 46

Hình 2.6 Mô hình động lực học ô tô khách trong mặt phẳng đường 48

Hình 2.7 Sơ đồ các lực tác động lên khối lượng được treo ô tô khách trong mặt phẳng xOz 49

Hình 2.8 Sơ đồ các lực tác động lên khối lượng được treo ô tô khách trong mặt phẳng yOz 50

Hình 2.9 Động lực học cầu xe thứ i 51

Hình 2.10 Động lực học bánh xe đàn hồi 54

Hình 2.11 Mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng trong mặt phẳng dọc xe và ngang xe 56

Hình 2.12 Sơ đồ động học ô tô khách khi quay vòng 57

Hình 2.13 Biểu diễn lốp theo mô hình Pacejka 60

Hình 2 14 Động học bánh xe cầu trước của ô tô ([6][34]) 61

Hình 2.15 Cấu trúc mô hình động lực học ô tô khách 65

Hình 3 1 Góc quay của vành tay lái lý thuyết và thực nghiệm 71

Hình 3 2 Sơ đồ thuật toán giải hệ phương trình động lực học mô hình lốp Pacejka 72

Hình 3 3 Sơ đồ thuật toán giải hệ phương trình động lực học mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng 73

Hình 3 4 Mối quan hệ góc lăn lệch và lực ngang Fy tại tải trọng 2000 N 74

Hình 3 5 Mối quan hệ góc lăn lệch và lực ngang Fy tại tải trọng 4000 N 74

Hình 3 6 Mối quan hệ góc lăn lệch và lực ngang Fy tại tải trọng 6000 N 75

Hình 3 7 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất lốp trước giảm) tới hiệu góc lăn lệch (δ1 – δ2) ở vận tốc 20 km/h 75

Hình 3 8 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất lốp trước giảm) tới hiệu góc lăn lệch ở vận tốc 30 km/h 76

Hình 3 9 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất lốp trước giảm) tới hiệu góc lăn lệch ở vận tốc 40 km/h 77

Hình 3 10 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) tới hiệu góc lăn lệch ở vận tốc 20 km/h 78

Hình 3 11 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) tới hiệu góc lăn lệch ở vận tốc 30 km/h 78

Hình 3 12 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) tới hiệu góc lăn lệch ở vận tốc 40 km/h 79

Hình 3.13 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất lốp trước giảm) tới gia tốc ngang ở vận tốc 20 km/h 80

Hình 3 14 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất lốp trước giảm) tới gia tốc ngang ở vận tốc 30 km/h 81

Hình 3 15 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất lốp trước giảm) tới gia tốc ngang ở vận tốc 40km/h 81 Hình 3 16 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) tới gia tốc ngang ở vận tốc 20 km/h 82 Hình 3 17 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) tới gia tốc ngang ở vận tốc 30 km/h 83 Hình 3 18 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) tới gia tốc ngang ở vận tốc 40 km/h 83 Hình 3 19 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất lốp trước giảm) tới vận tốc quay thân

xe ở vận tốc 20 km/h 84 Hình 3 20 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất lốp trước giảm) tới vận tốc quay thân

xe ở vận tốc 30 km/h 85 Hình 3 21 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất lốp trước giảm) tới vận tốc quay thân

xe ở vận tốc 40 km/h 85 Hình 3 22 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) tới vận tốc quay thân xe ở vận tốc 20 km/h 86 Hình 3 23 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) vận tốc quay thân xe ở vận tốc 30 km/h 87 Hình 3 24 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) vận tốc quay thân xe ở vận tốc 40 km/h 87 Hình 3 25 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất trước giảm) tới quỹ đạo ở vận tốc 20 km/h, thời gian khảo sát 27s 88 Hình 3 26 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất trước giảm) tới quỹ đạo ở vận tốc 30 km/h, thời gian khảo sát 20 s 89 Hình 3 27 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất trước giảm) tới quỹ đạo ở vận tốc 40 km/h, thời gian khảo sát 16 s 90 Hình 3 28 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) tới quỹ đạo ở vận tốc 20 km/h, thời gian khảo sát 27s 91

Hình 3 29 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) tới quỹ đạo ở

vận tốc 30 km/h, thời gian khảo sát 20s 92

Hình 3 30 Đồ thị ảnh hưởng áp suất lốp (áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm) tới quỹ đạo ở vận tốc 40 km/h, thời gian khảo sát 16s 92

Hình 4 1 Cân điện tử MSI – 5300 [55] 96

Hình 4 2 Sơ đồ tính toán các tọa độ trọng tâm phương dọc xe 98

Hình 4 3 Sơ đồ tính toán các tọa độ trọng tâm theo chiều cao 99

Hình 4 4 Cân khối lượng xe khi trên cầu dốc 100

Hình 4 5 Thiết bị đo góc quay bánh xe dẫn hướng (bàn đo góc) 101

Hình 4 6 Một số thông số kích thước cơ bản 103

Hình 4 7 Vị trí các cảm biến trên hình chiếu bằng 104

Hình 4 8 Sơ đồ nguyên lý đo độ cứng ngang của lốp 105

Hình 4 9 Sơ đồ đấu nối thiết bị đo độ cứng ngang của lốp 105

Hình 4 10 Bộ cảm biến RoaDyn S650 sp [56] 106

Hình 4 11 Bộ thu thập dữ liệu KiRoad Performance [57] 107

Hình 4 12 Thiết bị đo góc nghiêng Moore and Wright [58] 108

Hình 4 13 Tổng quan mô hình thực nghiệm xác định độ cứng ngang của lốp 109

Hình 4 14 Đồ gá xác định độ cứng ngang được thiết kế cho băng thử 109

Hình 4 15 Mô tả hai thanh chữ L và chữ Z của đồ gá 110

Hình 4 16 Hình ảnh thí nghiệm đo độ cứng ngang của lốp 110

Hình 4 17 Đồ thị khảo sát ảnh hưởng của tải trọng đến độ cứng ngang của lốp 112

Hình 4 18 Đồ thị so sánh độ cứng ngang của lốp mô hình, thực nghiệm tại áp suất 660 kPa 113

Hình 4 19 Đồ thị so sánh độ cứng ngang của lốp mô hình, thực nghiệm tại áp suất 420 kPa 113

Hình 4 20 Mặt đường thí nghiệm khu vực Mỹ Đình 114

Hình 4 21 Sơ đồ đấu nối thiết bị thí nghiệm 115

Hình 4.22 Bộ thu thập dữ liệu Q.brixx DAQ 116

Hình 4.23 Hình dáng cảm biến V1 117

Hình 4.24 Thiết bị đo vận tốc, quỹ đạo chuyển động DS-VGPS 118

Hình 4.25 Thiết bị đo góc quay, lực và mô men tác dụng lên vành tay lái MSW 118

Hình 4.26 Bộ cảm biến đo gia tốc và các góc quay thân xe BST IMU-M 119

Hình 4.27 Xe và các thành viên tham gia thí nghiệm 120

Hình 4 28 Thí nghiệm quay vòng với góc quay vành tay lái và vận tốc dọc không đổi 121

Hình 4 29 Gia tốc ngang của ô tô lý thuyết và thí nghiệm khi quay vòng ở vận tốc 30 km/h áp suất tiêu chuẩn 122

Hình 4 30 Gia tốc ngang của ô tô lý thuyết và thí nghiệm khi quay vòng ở vận tốc 30 km/h áp suất giảm 123

Hình 4 31 Quỹ đạo chuyển động của ô tô lý thuyết và thí nghiệm khi quay vòng ở vận tốc 30 km/h áp suất tiêu chuẩn 125

Hình 4 32 Quỹ đạo chuyển động của ô tô lý thuyết và thí nghiệm khi quay vòng ở vận tốc 30 km/h áp suất giảm 126

an toàn hơn cho người sử dụng Trong đó, động lực học của ô tô khi chuyển động

là một trong những tính chất rất quan trọng Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện Vì các chỉ tiêu này phụ thuộc vào nhiều yếu tố[25], trong đó có yếu tố ngẫu nhiên Cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị, phần mềm nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán được giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo được thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp

ô tô ngày càng phát triển và đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng

Từ khi ra đời cho đến nay, ngành công nghiệp ô tô đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật Với sự tăng trưởng tốc độ

và mật độ chuyển động của ô tô, đòi hỏi ô tô phải đảm bảo tính dẫn hướng ở mức

độ cao Vì vậy để hạn chế tối đa tai nạn giao thông xảy ra, việc nghiên cứu sâu hơn

về tính dẫn hướng của xe ô tô sản xuất lắp ráp trong nước là rất cần thiết trong giai đoạn hiện nay

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng sự lăn lệch bánh xe đàn hồi đến tính dẫn hướng của ô

tô khách sản xuất lắp ráp ở Việt Nam

Đề xuất biện pháp nâng cao tính dẫn hướng của ô tô

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là một loại ô tô khách sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu của luận án là sự lăn lệch bánh xe đàn hồi đến tính dẫn hướng của ô tô

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của luận án là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và đánh giá kiểm chứng lý thuyết thông qua thực nghiệm

Những kết quả mới và ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án

Những kết quả mới của luận án:

- Đã xây dựng mô hình không gian động lực học quay vòng ô tô để khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp đến sự lăn lệch của bánh xe, đến gia tốc ngang thân xe, vận tốc quay thân xe, quỹ đạo quay vòng của ô tô

- Thí nghiệm xác định các thông số động lực học quay vòng như: gia tốc ngang; vận tốc quay thân xe; quỹ đạo quay vòng để so sánh, đánh giá mô hình lý thuyết

- Thí nghiệm đo được đặc tính lăn lệch của lốp trên cơ sở tận dụng thiết bị hiện có Đồ gá thí nghiệm có thể sử dụng để thí nghiệm cho các loại lốp khác nhau

- Nghiên cứu mô hình Pacejka đối với 8 bộ thông số có tính đến áp suất lốp

Ý nghĩa khoa học:

Kết quả nghiên cứu của luận án giúp hoàn thiện hơn cơ sở lý thuyết và thực nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu động lực học chuyển động nói chung và quay vòng nói riêng của ô tô Đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lốp đến tính dẫn hướng của ô tô khách sản xuất lắp ráp tại Việt Nam Xác định bằng thực nghiệm đặc tính lăn lệch của lốp trên thiết bị chuyên dụng

Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu của luận án có thể sử dụng trong hoạt động thực tiễn thử nghiệm xe cơ giới Là cơ sở đề xuất các giải pháp đảm bảo an toàn giao thông đường bộ Là tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu và xây dựng các văn bản pháp quy chuyên ngành

Nội dung luận án

Xuất phát từ mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu, ngoài phần mở đầu, bố cục của luận án bao gồm các chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Xây dựng mô hình động lực học nghiên cứu tính dẫn hướng của ô

tô khách

Chương 3: Khảo sát tính dẫn hướng của ô tô khách

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tính dẫn hướng của ô tô

Tính dẫn hướng [26][27] là một trong những tính chất quan trọng của ô tô, dưới tác dụng điều khiển, ô tô có chức năng thay đổi, ổn định hướng chuyển động,

do đó giữ vai trò quyết định đến an toàn chuyển động của ô tô Nó xác định khả năng chuyển động an toàn của ô tô ở tốc độ cao và đặc biệt ở trên đường với mật

độ giao thông lớn Khi ô tô chuyển động trên những đoạn đường thẳng thì sự thay đổi bán kính cong của quỹ đạo chuyển động là không đáng kể, người lái hầu như chỉ giữ vô lăng ở vị trí trung gian Khi quay vòng, quá trình chuyển động thường bao gồm: vào đường cong, quay vòng với bán kính không đổi (giai đoạn này có thể không có) và ra khỏi đường vòng Khi vào và ra khỏi đường vòng, quỹ đạo tâm khối lượng của ô tô thay đổi tương ứng với mức độ quay vô lăng lái; còn khi quay vòng với bán kính không đổi người lái giữ nguyên vô lăng ở vị trí tương ứng với bán kính quay vòng

Đối với ô tô, việc thay đổi hướng chuyển động được thực hiện bằng cách thay đổi vị trí mặt phẳng lăn của bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc đồng thời tất cả các bánh xe phía trước và phía sau Để đảm bảo tính dẫn hướng khi quay vòng với bán kính và tốc độ khác nhau thì hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu cơ bản sau [8]:

- Giữ đúng động học quay vòng của các bánh xe dẫn hướng (quay vòng không có trượt ngang)

lệch [40] [42] (góc lệch, side slip angle) trong quá trình chuyển động, nó gây ra sự

sai lệch quỹ đạo trong quá trình chuyển động của xe, điều này ảnh hưởng lớn đến tính an toàn chuyển động của xe

1.1.1 Khái niệm về sự lăn lệch của bánh xe đàn hồi

Sự chuyển động của ô tô trên đường phụ thuộc rất nhiều vào mối quan hệ của bánh xe với mặt đường [30][25] Ngày nay ô tô chỉ sử dụng các loại bánh đàn hồi

Giả sử bánh xe được đặt vuông góc với mặt đường và đứng yên (v k = 0), chịu tác dụng lực thẳng đứng G k theo phương thẳng đứng (Hình 1.1a) và lực ngang P y tác dụng vào bánh xe tại tâm quay Tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường xuất

hiện các phản lực của đường tác dụng lên bánh xe: phản lực thẳng đứng Z k và phản

lực bên Y k Do bánh xe đàn hồi nên mặt phẳng đối xứng của bánh xe dịch chuyển

một đoạn a k (so với khi không có lực bên Y k) Phần tiếp xúc của bánh xe và đường (vết tiếp xúc) có hình “vỏ đỗ”

a) b)

Hình 1 1 Sự thay đổi vết tiếp xúc và các mối quan hệ động học, động lực

học của bánh xe khi vk = 0 và vk  0 [22]

Các thí nghiệm chỉ ra rằng biểu đồ phân bố các lực bên phần tử tại vết tiếp

xúc có dạng như trên hình vẽ Tổng hợp các phản lực bên là Y k đặt tại điểm giữa của vết tiếp xúc Trường hợp này không tạo nên mô men đàn hồi của bánh xe

Nếu bánh xe lăn (v k  0), biến dạng của phần bánh xe đàn hồi nằm trong vết tiếp xúc sẽ khác nhau Biểu đồ lực bên có dạng như trên hình 1.1b Tổng hợp các

phần tử lực bên sẽ dịch chuyển về phía sau so với tâm vết tiếp xúc một đoạn n s (độ dịch sau của lực bên tổng hợp Y k), đồng thời tạo nên sự lệch bên của đường tâm vết

tiếp xúc của bánh xe và mặt đường so với phương vận tốc bánh xe X k một góc y Góc y được gọi là góc lăn lệch của bánh xe khi chịu lực bên

Sự lăn lệch bánh xe ô tô không những do lực bên, mà còn xảy ra khi mà bánh

xe bị nghiêng so với phương thẳng đứng (bánh xe không đặt thẳng vuông góc với mặt đường) (hình 1.2) Bánh xe có độ nghiêng  (góc vát, camber), lúc này bánh xe sinh ra góc lăn lệch (về phía bánh xe nghiêng)  và góc lăn lệch tỷ lệ với góc

nghiêng bên của bánh xe:

δγ - Góc lăn lệch do góc vát bánh xe gây ra;

Nếu giả thiết góc vát bánh xe bằng 0, khi đó đồ thị biểu diễn mối quan hệ góc lăn lệch của bánh xe vào lực ngang (hình 1.3)

Hình 1 3 Sự phụ thuộc góc lăn lệch của bánh xe vào lực ngang [8]

Trị số của góc lăn lệch δy phụ thuộc đáng kể vào lực ngang Py Đồ thị thực nghiệm biểu thị sự phụ thuộc giữa Py và δy [Py = f(δy)] được trình bày trên hình 1.3 Khi lực ngang không lớn, sự phụ thuộc Py = f(δy) hầu như có dạng tuyến tính (đoạn OA), điểm A tương ứng với δyφ= 4o - 6o Trường hợp này [8] [22] [13] [24]:

Trong đó KY được gọi là hệ số cản lăn lệch (độ cứng ngang), bằng lực ngang tạo ra sự lăn lệch với góc δy = 10 (δy = 1 rad) và được tính bằng N/độ (N/rad) Đối với ô tô du lịch Ky = (250 ÷ 270) N/độ; ô tô vận tải Ky = (1150 ÷ 1650) N/độ [8] Đoạn AB trên đồ thị Py = f(δY) tương ứng với các giá trị Py mà khi đó sự trượt ngang diễn ra ở một phần của vết tiếp xúc (trượt cục bộ) Tại điểm B lực Py đạt giá trị cực đại Py = ZK.φy và sự trượt ngang bắt đầu xảy ra hoàn toàn Tương ứng với thời điểm này là góc lệch δyφmax Góc δyφmax phụ thuộc vào kết cấu lốp, tải trọng thẳng đứng, hệ số bám ngang φy và hàng loạt các nhân tố khác Thường trên đường cứng và khô δyφmax = 120 – 200 [8]

Đoạn BC là đoạn ứng với lốp bị trượt ngang hoàn toàn; trong đoạn này góc δy

tăng nhanh mặc dù Pymax giảm (do hệ số bám φY giảm khi sự trượt tăng)

Hình 1 4 Sơ đồ quay vòng của ô tô hai trục khi lốp biến dạng bên

Sơ đồ quay vòng của ô tô hai trục khi lốp bị biến dạng bên trình bày hình 1.4 Khi ô tô quay vòng dưới tác dụng của lực ngang (do lực quán tính li tâm), lốp của các bánh xe cầu trước và cầu sau sẽ lăn lệch các góc δ1 và δ2 tương ứng

Các bánh xe dẫn hướng trước, ngoài góc lệch δ1 nó còn được quay đi một góc trung bình θ [θ = 0,5(θ1T + θ1P)], do đó hướng vectơ tốc độ của trục trước tạo với trục dọc xe một góc (θ - δ1), còn hướng vectơ tốc độ của cầu sau trùng hướng của góc lăn lệch δ2

1.1.2 Tính quay vòng của ô tô

Tính thay đổi các thông số lệch hướng do biến dạng bên của lốp so với lốp cứng dưới tác dụng của lực ngang được gọi là tính quay vòng của ô tô [26][44] Tùy theo giá trị và quan hệ giữa δ1 và δ2 mà ô tô có thể có các tính quay vòng khác nhau Trong trường hợp lốp không biến dạng thì góc lăn lệch của các bánh xe bằng không, trường hợp lốp biến dạng thì góc lăn lệch của các bánh xe khác không [28]

Bánh xe khi tiếp xúc mặt đường bị biến dạng, tùy theo quan hệ giữa δ1 và δ2

mà ô tô có thể có các tính quay vòng trung hòa, quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa

a) b)

Hình 1 5 Sơ đồ ô tô với tính quay vòng trung hòa

a Chuyển động thẳng khi có lực ngang tác dụng; b Chuyển động quay vòng; O,

O b – Tâm quay vòng ô tô với lốp cứng và lốp biến dạng; v 1 , v 2 – Véc tơ tốc độ của các bánh xe trước và sau

- Tính quay vòng trung hòa xảy ra khi δ1 = δ2 (hình 1.5 a,b) [14] Trong trường hợp này các thông số quay vòng Rb, ωa không phụ thuộc vào lực ngang tác dụng lên ô tô và Rb = R, tuy nhiên tâm quay vòng tức thời Ob dịch chuyển cách tâm trục sau một đoạn c Mặc dù Rb = R nhưng quỹ đạo chuyển động của trọng tâm ô tô trong hai trường hợp không trùng nhau Khi có lực ngang tác dụng để giữ cho ô tô chuyển động thẳng, người lái cần quay các bánh xe dẫn hướng về phía ngược chiều tác dụng của lực ngang một góc δ = δ1 = δ2

a) b)

Hình 1 6 Sơ đồ ô tô với tính quay vòng thiếu

a – Xuất hiện sự trượt ngang bánh xe; b – Chuyển động thẳng khi lực ngang tác dụng

- Tính quay vòng thiếu xảy ra khi δ1 > δ2 (Hình 1.6 a,b) [14] Trường hợp này dưới tác dụng của lực ngang thì ωa giảm, Rb > R và sự dịch chuyển c ≠ 0 Ô tô với tính quay vòng thiếu, để chuyển động theo quỹ đạo đã cho cần quay bánh xe dẫn hướng đi một góc lớn hơn so với bánh xe cứng Khi có lực ngang Py tác dụng, ô tô đang chuyển động thẳng bắt đầu quay vòng quanh tâm Ob Do đó, tạo ra lực ly tâm

Plt, thành phần Plty của nó ngược chiều với lực ngang Py, làm giảm sự lăn lệch Vì vậy ô tô với tính quay vòng thiếu có thể tự động giữ được hướng chuyển động thẳng đã cho

a) b)

Hình 1 7 Sơ đồ ô tô với tính quay vòng thừa

a – Chuyển động quay vòng; b – Chuyển động thẳng khi có lực ngang tác dụng

- Nếu δ1 < δ2 thì ô tô có tính quay vòng thừa (Hình 1.7) [14] Do tác dụng của lực ngang làm Rb, ωa giảm (Rb < R) và sự dịch chuyển c ≠ 0 Để ô tô với tính quay vòng thừa chuyển động theo quỹ đạo đã cho cần quay bánh xe dẫn hướng đi một góc nhỏ hơn so với bánh xe cứng Khi có lực ngang tác dụng ô tô đang chuyển động thẳng bắt đầu quay quanh tâm Ob Trong trường hợp này thành phần Plty làm tăng sự lăn lệch Do đó ô tô có tính quay vòng thừa không ổn định khi chuyển động thẳng và tính an toàn nhỏ hơn ô tô có tính quay vòng thiếu và quay vòng trung hòa Khi thiết kế xe cần chú ý tránh trường hợp quay vòng thừa

1.1.3 Các yếu tố đánh giá tính dẫn hướng

Theo tác giả Kanwar Bharat Singh [51] có các yếu tố sau ảnh hưởng đến độ cứng ngang của lốp, ảnh hưởng đến sự lăn lệch bánh xe đàn hồi và tính dẫn hướng (bảng 1.1)

Bảng 1 1 Bảng phụ thuộc độ cứng ngang với đặc tính của lốp

Nhiệt độ bề mặt lốp

Nhiệt độ lốp

Áp suất

Độ sâu hoa lốp

Độ cứng

ngang

x (~ 0)

x

: thay đổi, x: ảnh hưởng ít Tuy nhiên trong khuôn khổ luận án tác giả nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của áp suất lốp tới độ cứng ngang, góc lăn lệch cũng như đến tính dẫn hướng

Để đánh giá tính dẫn hướng (khi quay vòng) dựa vào đặc tính quay vòng thừa, quay vòng thiếu, quay vòng trung hòa của xe được đánh giá thông qua hiệu góc lăn lệch bánh xe [35][37] trước và sau:      1 2, cụ thể xem xét những trường hợp sau:

- Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp đến hiệu góc lăn lệch trước sau;

- Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp tới gia tốc ngang;

- Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp tới vận tốc quay thân xe;

- Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp đến quỹ đạo chuyển động

1.2 Mô hình động lực học nghiên cứu tính dẫn hướng của ô tô

Hình 1 8 Sơ đồ động lực học nghiên cứu [43]

Để lựa chọn được mô hình nghiên cứu phù hợp, cần phải dựa vào mục tiêu của bài toán Trường hợp chỉ cần xác định các thông số cơ bản của tính dẫn hướng thì có thể lựa chọn mô hình nghiên cứu đơn giản Trong mô hình này bỏ qua ảnh hưởng của dao động ô tô (bỏ qua ảnh hưởng của hệ thống treo, đặc tính của hình thang lái,…) Trường hợp yêu cầu cần xác định đầy đủ các thông số liên quan đến tính dẫn hướng với độ chính xác cao thì cần phải sử dụng mô hình phức tạp hơn,

có xét đến ảnh hưởng của nhiều hệ thống đến tính dẫn hướng Ngoài ra, tùy vào mục tiêu nghiên cứu mà mô hình sẽ được khảo sát trong các điều kiện khác nhau phù hợp với quá trình khai thác trong thực tế,…

Việc lựa chọn mô hình nghiên cứu tính dẫn hướng còn phụ thuộc vào năng lực tính toán của các công cụ máy tính Khi không có sự hỗ trợ của máy tính thì cần phải đơn giản hóa mô hình tính toán, trong trường hợp này độ chính xác về

định lượng cũng như định tính phản ánh các tính chất vật lý của xe ô tô sẽ thấp đi Hiện nay, với sự trợ giúp của máy tính và các phần mềm tính toán thì việc nghiên cứu các mô hình phức tạp trở nên khả thi hơn rất nhiều

Dưới đây giới thiệu một số hướng mô hình đã được xây dựng để khảo sát tính dẫn hướng của ô tô [23]

1.2.1 Mô hình phẳng một khối lượng

Hình 1 9 Mô hình phẳng một khối lượng của ô tô khi quay vòng

Theo hướng nghiên cứu này (Hình 1.9), ô tô được mô hình hóa thành một hệ bao gồm thân xe liên kết trực tiếp với 4 bánh xe và xét chuyển động của hệ trong mặt đường Các bánh xe phía sau của ô tô là các bánh xe chủ động, các bánh xe phía trước là các bánh xe dẫn hướng Mỗi bánh có một bậc tự do là quay quanh trục của nó

Mô hình này xét đến 2 thành phần lực từ mặt đường tác dụng lên mỗi bánh xe bao gồm: lực dọc, lực ngang

Mô hình phẳng một khối lượng bao gồm thân xe có 3 bậc tự do là dịch chuyển tịnh tiến theo phương dọc xe, dịch chuyển tịnh tiến theo phương ngang xe

và quay quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm ô tô

Mô hình phẳng một khối lượng được sử dụng chủ yếu để khảo sát quỹ đạo chuyển động của trọng tâm, hành lang quay vòng của ô tô, cho phép đánh giá định tính ảnh hưởng của đặc tính đàn hồi của lốp tới các thông số chuyển động của xe, góp phần đưa ra các khái niệm liên quan đến tính quay vòng của ô tô như quay vòng đúng, quay vòng thiếu, quay vòng thừa

Nhược điểm của mô hình phẳng một khối lượng là không xét đến sự thay đổi phản lực từ mặt đường lên các bánh xe trên cùng một cầu khi xe quay vòng do đó không phản ánh đầy đủ tương tác giữa lốp và mặt đường, Mô hình này đơn giản, không mô tả được đầy đủ các tính chất động lực học của xe Vì vậy hiện nay mô hình này ít được sử dụng

1.2.2 Mô hình không gian một khối lượng

Mô hình không gian một khối lượng (hình 1.10) là mô hình coi ô tô như là 1 vật thể khối lượng m gồm 6 bậc tự do, được sử dụng trong các bài toán khảo sát tính dẫn hướng Trong mô hình này, đưa ra được góc lăn lệch trung bình của bánh

xe phía trước và phía sau phụ thuộc vào tải trọng và lực ngang, không kể đến ảnh hưởng của hệ thống treo, từ đó xác định được tính chất quay vòng của ô tô

Hình 1 10 Mô hình không gian một khối lượng của ô tô

Mô hình này phổ biến để tiến hành khảo sát, đánh giá tính dẫn hướng của ô tô [43] do khối lượng tính toán không quá lớn nhưng vẫn cho được thông tin quan trọng về sự lăn lệch của bánh xe đàn hồi khi có lực ngang tác dụng, đưa ra được mối quan hệ lực ngang Ky và góc lăn lệch δy Tuy nhiên mô hình này chưa có ảnh hưởng của hệ thống treo, phần khối lượng không được treo như cầu Trong một

số nghiên cứu với những mục tiêu nhất định thì mô hình này được lựa chọn để tính toán, khảo sát

1.2.3 Mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng

Hình 1 11 Sơ đồ mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng

Mô hình nghiên cứu tính dẫn hướng của ô tô tổng quát và đầy đủ nhất là mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng (Hình 1.11) [23][24] Đây là một hệ cơ học bao gồm thân xe, cầu xe và bốn bánh xe được liên kết với nhau thông qua các hệ thống treo phụ thuộc ở các cầu xe

Thân xe bao gồm khung xe, vỏ xe, các cụm tổng thành lắp trên khung, hàng hóa và hành khách Khi ô tô chuyển động, do tác dụng của ngoại lực thì thân xe sẽ chuyển động theo 6 bậc tự do: dịch chuyển tịnh tiến theo phương thẳng đứng; quay thân xe theo phương thẳng đứng; dịch chuyển tịnh tiến theo phương dọc xe; quay theo phương ngang của xe; dịch chuyển tịnh tiến theo phương ngang; quay theo phương dọc của xe

Khối lượng không được treo bao gồm khối lượng cầu trước (cầu 1) là cầu dẫn hướng, cầu sau (cầu 2) là cầu chủ động, các bánh xe, các liên kết khác với cầu và bánh xe

Mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng là mô hình đầy

đủ và tương đối phức tạp Mô hình này có kể đến dịch chuyển theo phương thẳng đứng của thân xe và các bánh xe, nghĩa là có xét đến ảnh hưởng của hệ thống treo

MÔ HÌNH KHÔNG GIAN NGHIÊN CỨU

TÍNH DẪN HƯỚNG

KHỐI LƯỢNG ĐƯỢC TREO

KHỐI LƯỢNG KHÔNG ĐƯỢC TREO

HT TREO TRƯỚC

KL CẦU TRƯỚC KL CẦU SAU

HT TREO SAU

tới chuyển động của ô tô, do đó cho phép xác định được chính xác tương tác giữa lốp với mặt đường

Trong trường hợp tổng quát thì chuyển động của mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng bao gồm 42 bậc tự do: 6 bậc tự do của phần khối lượng được treo, 6 bậc tự do của cầu trước, 6 bậc tự do cầu sau, 6 bậc tự do của 1 bánh x 4 bánh, được mô tả bằng 42 phương trình vi phân Tuy nhiên, thông thường khi nghiên cứu tính điều khiển được và độ ổn định chuyển động của ô tô cũng như thực tế chuyển động trên xe, các giả thiết được đưa ra, để hạn chế số bậc tự do của khối lượng được treo và không được treo, nhằm đơn giản hóa quá trình tính toán Trong nội dung của luận án sẽ chú ý tới 16 bậc tự do: Chuyển động dọc trục theo các phương nằm ngang, dọc, thẳng đứng của khối lượng được treo và chuyển động quay quanh các trục này Cầu trước và cầu sau có chuyển động theo phương thẳng đứng, phương ngang và quay quanh trục dọc (lắc dọc) Chuyển động quay của 4 bánh xe quanh trục của nó

1.3 Các nghiên cứu tính dẫn hướng của ô tô ở trong và ngoài nước

1.3.1 Nghiên cứu trong nước

Liên quan đến mô hình phẳng 1 khối lượng, tác giả Nguyễn Khắc Trai đã trình bày khái niệm về sự lăn lệch của bánh xe đàn hồi [22], mối quan hệ giữa góc

lăn lệch và lực ngang P y = f(δ y) và đã khảo sát động lực học quay vòng ô tô 2 trục thông qua mô hình phẳng một khối lượng với các yếu tố tuyến tính

Năm 2015, nhóm tác giả Đào Mạnh Hùng đã nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số cản lăn lệch của lốp tới quỹ đạo chuyển động của ô tô [10] Tác giả đã sử dụng mô hình Magic Fomula của Pacejka để xác định quan hệ giữa góc lăn lệch của bánh xe

và phản lực bên từ lốp tác dụng lên mặt đường Mô hình lốp là mô hình phi tuyến

đã phản ánh chính xác hơn mối tương tác giữa mặt đường và bánh xe theo phương ngang Sau đó tác giả đã mô phỏng sự thay đổi quỹ đạo chuyển động của ô tô trong các trường hợp quay vòng đúng, quay vòng thừa và quay vòng thiếu sử dụng mô hình phẳng hai vết bánh xe Kết quả mô phỏng thể hiện rõ ràng sự mất ổn định quỹ

đạo chuyển động do ảnh hưởng của góc lăn lệch của bánh xe đàn hồi Ngoài ra tác giả cũng nghiên cứu ảnh hưởng của gió ngang đến chuyển động của ô tô Tuy nhiên mô hình tác giả sử dụng là mô hình phẳng 1 khối lượng Do vậy tính chính xác của mô hình nghiên cứu chưa cao Tác giả cũng không nghiên cứu các yếu tố đầu vào lốp ảnh hưởng đến góc lăn lệch, vận tốc quay thân xe, gia tốc ngang và quỹ đạo chuyển động

Năm 2018 tác giả Nguyễn Anh Tuấn [18] xây dựng mô hình 1 vết (mô hình phẳng 1 khối lượng) để nghiên cứu điều khiển tỷ số truyền hệ thống lái nhằm tăng tính ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô Tác giả đưa ra giải pháp ổn định quỹ đạo chuyển động bằng cách thay đổi tỷ số truyền hệ thống lái, tuy nhiên tác giả chưa đưa ra sự ảnh hưởng của góc áp suất lốp đến góc lăn lệch bánh xe đàn hồi, từ

đó ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động của ô tô

Liên quan đến mô hình không gian một khối lượng năm 2012 tác giả Nguyễn Văn Doanh [4] đã nghiên cứu về tính quay vòng của ô tô bằng mô hình không gian một khối lượng Trong nghiên cứu này tác giả đã trình bày mô hình không gian một khối lượng và khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến tính dẫn hướng của

ô tô như áp suất lốp, vận tốc chuyển động, góc quay bánh xe dẫn hướng Mô hình lốp tác giả sử dụng là mô hình lốp tuyến tính đơn giản chỉ phụ thuộc chiều cao và chiều rộng lốp

Năm 2016 tác giả Nguyễn Ngọc Tú [17] đã xây dựng mô hình tích hợp kết hợp mô tả quá trình phanh, đạp ga và quay vô lăng để khảo sát một số quá trình mất ổn định động lực học ô tô kéo moóc Tác giả khảo sát ổn định cho xe ô tô kéo moóc bằng phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật và giải mô hình này nhằm ra quy luật và giới hạn mất ổn định của ô tô kéo moóc, giúp cho lái xe có cơ sở điều khiển ô tô kéo moóc ổn định và an toàn Năm 2017 tác giả Tạ Tuấn Hưng [11] xây dựng được mô hình động lực học đoàn xe sơ mi rơ moóc (ĐXSMRM) và khảo sát được ảnh hưởng của các thông số như chiều cao trọng tâm, góc quay bánh xe dẫn hướng (góc lái) và vận tốc khi quay vòng đến sự mất ổn định lật ngang ĐXSMRM,

từ đó đã đề xuất được phương pháp xác định vùng mất ổn định lật ngang của ĐXSMRM Năm 2018 tác giả Nguyễn Tiến Dũng [5] xây dựng được mô hình động lực học đoàn xe sơ mi rơ moóc (ĐXSMRM) để nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động của đoàn xe sơ mi rơ moóc khi chuyển làn do ảnh hưởng của góc lái, vận tốc xe Từ đó đưa ra giới hạn lệch làn đường khi chuyển làn.Tuy nhiên, các tác giả trên chưa đánh giá ảnh hưởng của áp suất lốp, cũng như sự lăn lệch bánh xe đàn hồi tới tính dẫn hướng của xe mà trực tiếp là ảnh hưởng đến quỹ đạo

Năm 2017 tác giả Võ Quốc Đại [50] đã nghiên cứu mô hình không gian với 4 bậc tự do: dịch chuyển dọc, ngang, quay quanh trục z và lắc ngang Tác giả nghiên cứu đến ảnh hưởng lắc dọc và dịch chuyển theo phương thẳng đứng và xác định ảnh hưởng của các góc đặt, góc nghiêng trụ đứng đến góc camber Tác giả cũng đánh giá đặc tính dẫn hướng khi thay đổi góc nghiêng trụ đứng (caster) Tuy nhiên tác giả chưa nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lốp cũng như đánh giá về góc lăn lệch của lốp đến tính dẫn hướng của xe

1.3.2 Nghiên cứu ngoài nước

Đối với mô hình phẳng 1 khối lượng, năm 2004, nhóm tác giả Matthew Polley và Andrew G Alleyne [32] đã tiến hành phân tích các đặc tính của bánh xe ảnh hưởng đến hệ số cản lăn lệch của bánh xe, trong đó các thông số của bánh xe bao gồm đường kính bánh xe, chiều rộng của bánh xe, chiều cao bánh xe, mô hình lốp là mô hình tuyến tính

Năm 2013, nhóm tác giả Krzysztof Parczewski [33] đã nghiên cứu về ảnh hưởng của áp suất lốp đến động lực học ô tô, cụ thể là đến quá trình phanh của ô

tô Tác giả quan tâm nhiều đến động lực học dọc của xe Tác giả không đi phân tích sự ảnh hưởng của áp suất lốp đến động lực ngang của xe: góc lăn lệch bánh xe, gia tốc ngang, quỹ đạo xe

Năm 2013 nhóm tác giả Shaopu Yang, Yongjie, Shaohua Li [40] đã nghiên cứu 1 cách khá tổng quan về mô hình nghiên cứu tính dẫn hướng từ mô hình phẳng

hình cụ thể cũng như chưa đánh giá ảnh hưởng bởi các thông số đầu vào khác nhau đối với các yếu tố tính dẫn hướng

Với mô hình không gian 1 khối lượng, tác giả A.C ЛИТВИНОВ [23] đã nghiên cứu mô hình không gian một khối lượng (Hình 1.10) để nghiên cứu tính dẫn hướng của ô tô Mô hình này cũng bao gồm thân xe liên kết trực tiếp với 4 bánh xe nhưng mô hình được xét trong không gian chứ không xét trong mặt phẳng nằm ngang như mô hình phẳng một khối lượng, trong đó thân xe có đầy đủ 6 bậc

tự do chuyển động trong không gian Các bánh xe cầu trước là các bánh xe dẫn hướng, mỗi bánh có 1 bậc tự do chuyển động quay quanh trục của nó Các bánh xe cầu sau là các bánh xe chủ động, mỗi bánh có 1 bậc tự do là quay quanh trục của

Liên quan đến mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng, Năm 1999 các tác giả S Hegazy, H Rahneejat and K Hussain [52] có đưa ra nghiên cứu mô hình với tách thành hệ nhiều vật với 34 vật và 94 bậc tự do Tác giả sử dụng phương trình lagrange và ma trận Jacobian để giải Nhưng tác giả chưa có phương trình quỹ đạo cũng như chưa khảo sát tính dẫn hướng của xe

Năm 2008 nhóm tác giả Jaehoon Lee, Jonghyun, Seung Jin [53] đã nghiên cứu mô hình 14 bậc tự do cho quay vòng và chuyển làn để đánh giá mô hình này với thực nghiệm và với phần mềm mô phỏng carsim Sai số của mô hình so với

thực nghiệm lớn nhất 15% khi quay vòng, sai số này còn khá lớn Tác giả chưa đánh giá ảnh hưởng của sự lăn lệch bánh xe đàn hồi đến tính dẫn hướng

Sau khi phân tích những công trình nghiên cứu trong và ngoài nước có thể thấy các tác giả đã xây dựng mô hình không gian cho các nghiên cứu khác nhau về tính ổn định, tính dẫn hướng Tuy nhiên, chưa nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lốp đến sự lăn lệch của bánh xe, đến gia tốc ngang thân xe, vận tốc quay thân xe, quỹ đạo quay vòng của ô tô

1.4 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu và ý nghĩa khoa học, thực tiễn

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu ảnh hưởng sự lăn lệch bánh xe đàn hồi đến tính dẫn hướng của ô

tô khách sản xuất lắp ráp ở Việt Nam

- Đề xuất biện pháp nâng cao tính dẫn hướng của ô tô

1.4.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là một loại ô tô khách sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu của luận án là sự lăn lệch bánh xe đàn hồi đến tính dẫn hướng của ô tô

1.4.3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu của luận án là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và đánh giá kiểm chứng lý thuyết thông qua thực nghiệm

các thiết bị có độ tin cậy cao và phương pháp đo tiên tiến, dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế hiện hành

1.4.4 Những kết quả mới và ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án

Những kết quả mới của luận án:

- Đã xây dựng mô hình không gian động lực học quay vòng ô tô để khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp đến sự lăn lệch của bánh xe, đến gia tốc ngang thân xe, vận tốc quay thân xe, quỹ đạo quay vòng của ô tô

- Thí nghiệm xác định các thông số động lực học quay vòng như: gia tốc ngang; vận tốc quay thân xe; quỹ đạo quay vòng để so sánh, đánh giá mô hình lý thuyết

- Thí nghiệm đo được đặc tính lăn lệch của lốp trên cơ sở tận dụng thiết bị hiện có Đồ gá thí nghiệm có thể sử dụng để thí nghiệm cho các loại lốp khác nhau

- Nghiên cứu mô hình Pacejka đối với 8 bộ thông số có tính đến áp suất lốp

Ý nghĩa khoa học:

Kết quả nghiên cứu của luận án giúp hoàn thiện hơn cơ sở lý thuyết và thực nghiệm trong lĩnh vực nghiên cứu động lực học chuyển động nói chung và quay vòng nói riêng của ô tô Đã nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lốp đến tính dẫn hướng của ô tô khách sản xuất lắp ráp tại Việt Nam Xác định bằng thực nghiệm đặc tính lăn lệch của lốp trên thiết bị chuyên dụng

Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu của luận án có thể sử dụng trong hoạt động thực tiễn thử nghiệm xe cơ giới Là cơ sở đề xuất các giải pháp đảm bảo an toàn giao thông đường bộ Là tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghiên cứu và xây dựng các văn bản pháp quy chuyên ngành

1.4.5 Nội dung luận án

Xuất phát từ mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu, ngoài phần mở đầu, bố cục của luận án bao gồm các chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 2: Xây dựng mô hình động lực học nghiên cứu tính dẫn hướng của ô

tô khách

Chương 3: Khảo sát tính dẫn hướng của ô tô khách

Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm

1.5 Kết luận chương 1

Chương 1 đã trình bày những nội dung tổng quan về các vấn đề nghiên cứu nhằm xác định mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận án Có thể tóm lược lại một số kết quả chính như sau:

1 Tính dẫn hướng là một trong những tính chất quan trọng của ô tô, dưới tác dụng điều khiển, ô tô có chức năng thay đổi, ổn định hướng chuyển động, do đó giữ vai trò quyết định đến an toàn chuyển động của ô tô và đặc biệt ở trên đường với mật độ giao thông lớn Vì vậy, nghiên cứu tính dẫn hướng để nâng cao tính ổn định quỹ đạo chuyển động là một nhu cầu cấp thiết

2 Qua phân tích các kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước

có thể thấy:

Mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng có kể đến ảnh hưởng của góc lắc ngang, lắc dọc, hệ thống treo, tải trọng thẳng đứng lên từng bánh xe còn ít được nghiên cứu ở nước ngoài, trong nước chưa có tác giả nào nghiên cứu Trong các yếu tố ảnh hưởng đến tính dẫn hướng, góc lăn lệch bánh xe đàn hồi là yếu tố chính ảnh hưởng đến tính dẫn hướng của ô tô và đây cũng chính

là hướng nghiên cứu của đề tài

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC NGHIÊN CỨU

TÍNH DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ KHÁCH

Mô hình khảo sát tổng quát của ô tô được coi là mô hình “Xe – môi trường – người lái” [46][48] Khi người lái tác động lực vào vô lăng làm vô lăng quay đi một góc nhất định, thông qua dẫn động điều khiển, sẽ tạo ra các phản lực ở bánh xe với đường làm ô tô chuyển hướng Tác động điều khiển của lái xe là điều kiện cần; khả năng bám của lốp - đường là điều kiện đủ “Giới hạn bám” được gọi là cận vật

lý Khi ô tô chuyển động xuất hiện lực và mô men quán tính dọc và ngang xe làm thay đổi phản lực lốp - đường; khi lái xe tạo ra các mô men (lực) ở các bánh xe có thể vượt quá giới hạn bám, khi đó có 3 tình huống cơ bản [36] là: xe trượt ngang cả hai cầu đồng thời; cầu trước trượt ngang nhiều hơn (quay vòng thiếu); cầu sau trượt nhiều hơn (quay vòng thừa) Cả hai trường hợp sau đều làm quay thân xe quanh trục đứng Với lý do đó, cần phải có một mô hình động lực học hai dãy, mô

tả động lực bánh xe ở các trạng thái phi tuyến

Trong phần này trình bày các nội dung cơ bản để xây dựng mô hình động lực học ô tô khách bắt đầu từ việc phân tích cấu trúc của ô tô khách, với mô hình 16 bậc tự do và xác định phương pháp thiết lập mô hình toán học Sử dụng phương trình Newton – Euler xây dựng hệ phương trình động lực học trong mặt phẳng đường, mặt phẳng dọc và mặt phẳng ngang của ô tô khách Các lực liên kết là nội lực hệ thống treo, lực tương tác bánh xe với mặt đường, các phản lực theo phương thẳng đứng, dọc và phương ngang Sau khi xây dựng phương trình động lực học,

mô tả hệ, dựa vào các mối liên hệ động học, xác định góc lăn lệch của các bánh xe cầu trước, cầu sau, gia tốc ngang, vận tốc quay thân xe, quỹ đạo chuyển động của ô

tô Ứng dụng phần mềm mô phỏng số [59], biểu diễn các thông số trên bằng đồ thị

và tiến hành khảo sát ảnh hưởng của các thông số quan trọng đến tính dẫn hướng của ô tô khách

2.1 Phân tích cấu trúc và các giả thiết lập mô hình

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu