Xây dựng mô hình khảo sát đặc tính làm việc của hệ thống lái trợ lực điện trên xe ô tô du lịch

- Cơ cấu lái : là một hộp giảm tốc được bố trí trên khung hoặc vỏ của ôtô đảm nhận phần lớn tỉ số truyền của hệ thống lái - Dẫn động lái : bao gồm đòn quay đứng, đòn kéo dọc, hình thang

XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA

HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN XE ÔTÔ DU LỊCH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH ÔTÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

Hà Nội – 2012

-

CHU ĐỨC HÙNG

XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA HỆ

THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN XE ÔTÔ DU LỊCH

1.1.3.3 Ưu nhược điểm của hệ thống lái trợ lực điện

1.2 Một số kết quả nghiên cứu hệ thống lái trong nước

1.3 Đề xuất đề tài luận văn

CHƯƠNG 2 YÊU CẦU THAY ĐỔI TỶ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG

LÁI NHẰM TĂNG TÍNH ỔN ĐỊNH HƯỚNG VÀ AN TOÀN CHUYỂN

ĐỘNG Ở TỐC ĐỘ CAO

2.1 Mô hình tính toán lốp xe

2.1.1 Phân tích các lực và mômen tác dụng lên bánh xe ôtô

2.1.2 Mô hình tính toán lốp xe ôtô

2.1.2.1 Quan hệ lực dọc và độ trượt dọc

2.1.2.2 Quan hệ giữa lực ngang và góc lệch bên

2.1.2.3 Quan hệ giữa góc đặt bánh xe, biến dạng lốp và mômen trả lái

2.2.2 Tỷ số truyền động lực

2.3 Mô hình một vết

2.3.1 Đặc điểm của mô hình

2.3.2 Quan hệ động học

2.3.3 Hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của xe

2.4 Phương trình tỷ số truyền thay đổi

3.1.2 Bộ trợ lực nằm trên cơ cấu lái

3.1.3 Bộ trợ lực nằm trên cơ cấu lái thứ hai

3.1.4 Bộ trợ lực nằm trên thanh răng

3.2 Đặc điểm của hê thống lái trợ lực điện

3.3 Mô hình hệ thống lái trợ lực điện trên xe Kia

4.4 Xây dựng chương trình mô phỏng

4.4.1 Chương trình mô phỏng quy luật góc quay trục lái

4.4.2 Chương trình mô phỏng quy luật góc quay trục môtor

4.4.3 Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng

4.4.4 Chương trình tính toán lực dọc Fx, lực ngang Fy

4.4.5 Chương trình tính toán góc xoay thân xe

4.4.6 Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe

4.4.7 Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe

4.4.8 Chương trình tính toán mômen trả lái về

4.4.9 Chương trình tính toán mômen trợ lực

4.5 Các trường hợp khảo sát

4.5.1 Kết quả khảo sát sự phụ thuộc của mômen trả lái Msat

4.5.2 Khảo sát sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TT Chữ viết tắt Tên đầy đủ Ý nghĩa

1 EPS Electric Power Steering Hệ thống lái trợ lực điện

2 HPS Hydraulic Power Steering Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

3 EHPS

Electric Hydraulic Power Steering

Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực có hỗ trợ điện tử

4 ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử

5 VSC Vehicle Stability Control

Hệ thống điều khiển ổn định hướng chuyển động của xe

6 HPS Hydraulic Power Steering Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

7 DC Direct current Dòng điện một chiều

4 α Góc lệch thân xe so với phương chuyển động rad

7 a Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến trục cầu trước m

8 b Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến trục cầu sau m

10 v Vận tốc chuyển động của ô tô m/s

11 Fi Lực dọc tại các bánh xe N

12 Si Lực bên tại các bánh xe N

13 Pfi Lực cản lăn tại các bánh xe N

17 Jc Mômen quán tính của trục lái Kg.m2

18 N tỷ số truyền giảm tốc

19 ir tỷ số cơ cấu lái

20 Jm Mômen quán tính của motor Kg.m2

23 Ms Mômen tác động lên vành tay lái N.m

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Hệ thống lái

Hình 1.2: Biến dạng lốp

Hình 1.3 Góc Caster và khoảng Caster

Hình 1.4: Đường đặc tính cường hoá

Hình 1.5: Cấu tạo hệ thống lái thuỷ lực

Hình 1.6: Quan hệ giữa áp suất trợ lực và mômen vành tay lái

Hình 1.7: Quan hệ giữa M s và M a ở các v khác nhau

Hình 1.8: Hệ thống lái điện kiểu trợ lực bố trí trên trục lái

Hình 1.9: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện

Hình 1.10: Hiệu chỉnh quỹ đạo chuyển động của ôtô

Hình 2.1: Lực và mômen tác dụng lên bánh xe ôtô

Hình 2.2: Lực và góc lệch bên của bánh xe dẫn hướng

Hình 2.3: Khoảng Caster và biến dạng của lốp

Hình 2.4: Quan hệ của góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng Hình 2.5: Mô hình một vết của ôtô

Hình 2.6: Quan hệ động lực học của mô hình một vết

Hình 2.7: Các vị trí của tâm quay vòng tức thời

Hình 2.8: Sơ đồ khối tính toán lốp

Hình 2.9: Quan hệ hình học của hệ thống lái Ackerman

Hình 2.10: Quan hệ giữa góc lệch bên và t p

Hình 2.11: Quan hệ giữa mômen trả lái về và vận tốc

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý trợ lực điện kiểu column- type

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý trợ lực điện kiểu pinion- type

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý trợ lực điện kiểu dual pinion- type

Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý trợ lực điện kiểu rack- type

Hình 3.5: Đặc tính của động cơ điện một chiều

Hình 3.6: Sơ đồ mạch điện động cơ điện một chiều

Hình 3.7:Sơ đồ khối điều khiển motor

Hình 3.8: Mạch điều khiển motor

Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống lái trợ lực điện trên xe Kia

Hình 3.10: Kết cấu cụm trợ lực điện

Hình 3.11: Kết cấu trục vít - bánh vít

Hình 3.12: Cấu tạo khớp nối

Hình 3.13: Cấu tạo bánh vít

Hình 3.14: Cấu tạo của cảm biến mômen

Hình 3.15: Cấu tạo rôto

Hình 3.16: Bộ phận cảm ứng và mạch điện

Hình 3.17: Tín hiệu ra của cảm biến

Hình 3.18: Mô hình tính toán hệ thống lái điện

Hình 4.1: Chương trình tính góc quay của trục lái

Hình 4.2: Chương trình tính toán J eq và B eq

Hình 4.3: Chương trình mô phỏng tính góc quay của trục motor

Hình 4.4: Chương trình tính toán góc quay của bánh xe dẫn hướng

Hình 4.5: Chương trình tính toán độ giảm hệ số bám của bánh xe cầu trước Hình 4.6: Chương trình tính toán độ giảm hệ số bám của bánh xe cầu sau Hình 4.7: Chương trình tính toán lực dọc F x1 và lực ngang F y1

Hình 4.8: Chương trình tính toán lực dọc F x2 và lực ngang F y2

Hình 4.9: Chương trình tính toán góc xoay thân xe

Hình 4.10: Chương trình tính toán góc lệch bên thân xe

Hình 4.11: Chương trình tính toán góc lệch bên bánh xe

Hình 4.12: Chương trình tính mômen trả lái về

Hình 4.13: Chương trình tính mômen trợ lực

Hình 4.14: Quan hệ phụ thuộc của Msat với góc quay dẫn hướng

Hình 4.15: Quan hệ phụ thuộc của Msat với vận tốc

Hình 4.16: Quan hệ của Msat với vận tốc và góc quay bánh xe dẫn hướng

Hình 4.17: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc ôtô trong trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định

Hình 4.18: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi

Hình 4.19: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc với hệ thống lái có tỷ số truyền cố định

Hình 4.20: Sự thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng khi tăng vận tốc của ôtô trong trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, nền kinh tế của Việt Nam đang trên đà tăng trưởng mạnh, đời sống của người dân tăng cao, nhu cầu đi lại, mua sắm các phương tiện cá nhân cũng tăng Tuy nhiên, trong điều kiện cơ sở hạ tầng giao thông đã từng bước được cải thiện do đó tốc độ của các phương tiện tham gia giao thông từng bước được nâng lên làm cho thời gian tham gia giao thông ngắn lại, mang lại nhiều lợi ích về kinh tê Song khi tăng vận tốc của phương tiện tham gia giao thông lên cao lại liên quan đến vấn đề an toàn giao thông, đây là vấn đề nổi cộm mang tính thời sự nóng bỏng Để cải thiện vấn đề giao thông cần phải nâng cao ý thức của người tham gia giao thông, người điều khiển các loại phương tiện cơ giới đường bộ như ôtô, xe máy Về mặt kỹ thuật các loại phương tiện tham gia giao thông phải đảm bảo được tính điều khiển ở mức độ tốt nhất, tức là phải đảm bảo được quỹ đạo chuyển động của ôtô

Việc nghiên cứu cải thiện tính năng quay vòng của ôtô là rất cần thiết, nó là

cơ sở để đánh giá chất lượng của các loại ôtô khi nhập vào Việt Nam, khai thác các phương tiện hiện có, đồng thời là cơ sở để đánh giá chất lượng của các loại ôtô khi cải tiến, lắp rắp, hoán cải mục đích sử dụng và nâng cao an toàn chuyển động của

xe, từ đó góp phần đẩy nhanh nền kinh tế và thực hiện được các nghị định của Chính phủ về an toàn giao thông

Xuất phát từ các yêu cầu thực tế, tôi đã lựa chọn đề tài nghiên cứu của mình liên quan đến quỹ đạo chuyển động của ôtô, với mong muốn đóng góp một phần công sức của mình vào vấn đề an toàn giao thông cũng như có được kiến thức về tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ôtô phục vụ cho công việc của tôi sau này

Trong thời gian làm luận văn tôi luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Hữu Nam và thầy T.S Nguyễn Hoàng Tri cùng các thầy giáo trong bộ môn ôtô trường ĐHBK Hà nội Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Phạm Hữu Nam, thầy Nguyễn Hoàng Tri và

các thầy trong bộ môn cùng các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn của mình

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Viện Đào tạo Sau đại học – Đại học Bách khoa Hà nội, Khoa CN ôtô – Trường Đại học Công nghiệp Hà nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này

Hà nội, ngày 10 tháng 8 năm 2012 Học viên thực hiện

Chu Đức Hùng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Các yêu cầu đặt ra với hệ thống lái

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hướng chuyển động của ôtô tuân theo

tỷ lệ với lực tác dụng lên vô lăng của người lái hoặc giữ ôtô chuyển động thẳng khi không tác động lực vào vô lăng

1- Bình dầu 2- Vành tay lái 3- Bơm dầu 4- Xi lanh thuỷ lực 5- Đòn kéo 6- Bánh xe dẫn hướng 7- Bơm dầu

Hình 1.1: Hệ thống lái

Hệ thống lái có nhiều loại, thông thường bao gồm các bộ phận chính như trên hình 1.1

- Vành lái : là cơ cấu điều khiển nằm trên buồng lái, chịu tác động trực tiếp

của người điều khiển

- Cơ cấu lái : là một hộp giảm tốc được bố trí trên khung hoặc vỏ của ôtô đảm

nhận phần lớn tỉ số truyền của hệ thống lái

- Dẫn động lái : bao gồm đòn quay đứng, đòn kéo dọc, hình thang lái, đòn quay ngang, có nhiệm vụ liên kết cơ cấu lái với bánh xe và dẫn động cho

bánh xe dẫn hướng

Khi thực hiện quay vòng thì yêu cầu đặt ra đối với hệ thống lái là phải đảm bảo động lực chuyển động và quay vòng xe, người lái quay vành tay lái thông qua dẫn động lái và cơ cấu lái làm bánh xe dẫn hướng quay đi một góc Quỹ đạo chuyển động của ô tô liên quan đến tính dẫn hướng của xe Tính dẫn hướng của ô tô là khả năng giữ được hướng chuyển động của ô tô theo góc quay vành lái khi chịu tác dụng của các lực và mômen ngoại cảnh Sự chuyển động của ô tô trên đường đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạo phức tạp, người lái luôn luôn điều chỉnh góc quay vành lái Khi nâng cao tốc độ chuyển động, cần thiết phải đảm bảo mối tương quan giữa quỹ đạo chuyển động và góc quay vành lái theo một yêu cầu khắt khe Trong nhiều trường hợp, sai lầm nhỏ trong điều khiển sẽ dẫn tới mất quỹ đạo chuyển động

và gây mất an toàn giao thông Điều đó là do khi ô tô chuyển động với vận tốc cao khi đi vào đường vòng, gia tốc hướng tâm tăng lên đột ngột dẫn đến hiện tượng trượt bên của bánh xe gây nên hiện tượng lật đổ Sự chuyển động của ôtô trên đường phụ thuộc vào rất nhiều mối quan hệ của bánh xe với nền đường Khi chuyển động trên các đường xá khác nhau cùng với việc sử dụng lốp đàn hồi đã ảnh hưởng không nhỏ tới khả năng điều khiển cũng như độ ổn định của ô tô Khi đó, tại bánh

xe luôn xuất hiện góc lăn lệch do chịu đồng thời lực kéo và lực bên Đặc biệt là khi

xe chuyển động vào đưòng vòng với sự góp mặt của các lực khác nhau như: lực ly tâm, lực quán tính, ảnh hưởng của gió bên…khi tăng tốc hoặc giảm tốc đột ngột, tốc

độ đánh lái khác nhau, vào đường vòng với vận tốc khác nhau thì tính ổn định của

xe sẽ có những thay đổi

Sau khi thực hiện quay vòng, người lái không tác động lực lên vô lăng các bánh xe dẫn hướng cần có khả năng tự động quay về trạng thái chuyển động thẳng Điều này được thực hiện nhờ mômen trả lái về Msat, mômen này xuất hiện đầu tiên

là do các quan hệ hình học trong hệ thống lái, đặc biệt là góc Caster, sau đó là do khi quay vòng xuất hiện lực ngang, lực ngang này làm biến dạng lốp cao su, sự biến dạng đàn hồi này làm cho xuất hiện mômen để lốp trở về trạng thái ổn định

Hình 1.3: Góc Caster và khoảng Caster

Để tăng tính an toàn chuyển động, người ta tăng diện tích tiếp xúc của lốp với mặt đường, đồng thời giảm áp suất lốp Nhưng như vậy cũng đồng nghĩa với việc cần phải đánh lái với một lực lớn hơn Đề giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái và tăng tính an toàn cho hệ thống điều khiển lái hầu hết các xe ô tô đều được trang bị trợ lực lái Yêu cầu đặt ra đối với trợ lực là:

+ Khi bộ trợ lực hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc được

+ Trợ lực lái phải giữ cho người lái có cảm giác sức cản của mặt đường khi quay vòng Điều này đồng nghĩa với khả năng trợ lực cần tăng cao khi mô men cản quay vòng lớn và ngược lại khả năng trợ lực cần giảm khi xe chuyển động với tốc độ cao

Mối quan hệ giữa lực mà người lái đặt lên vành tay lái Pl và mômen cản quay vòng của các bánh dẫn hướng Mc:

c

l

c d th

M P

Ri i

Trong đó:

Mc - mômen cản quay vòng (N.m)

R -bán kính vành lái (m)

ic -tỷ số truyền cơ cấu lái

th -hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái thanh răng - trục răng hiệu suất thuận

id - tỷ số truyền của dẫn động lái Qua đây ta thấy khi không có cường hoá thì lực đặt lên vành tay lái chỉ phụ thuộc vào mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng (vì R, ic, id, th là những hằng số) Do đó đường đặc tính là những đường bậc nhất đi qua gốc toạ độ

Khi hệ thống lái được lắp cường hoá đường đặc tính của của nó cũng biểu thị mối quan hệ giữa lực tác dụng lên vành tay lái và mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng Mc Đây cũng là mối quan hệ bậc nhất

Để bộ cường hoá làm việc thì lực đặt lên vành tay lái phải lớn hơn 14 (N), ở giai đoạn này đặc tính biểu thị sẽ trùng với đặc tính khi chưa có bộ cường hoá.Tại điểm A [38 ; 14] thì bộ cường hoá bắt đầu làm việc

Đồ thị các đường đặc tính khi chưa cường hoá Pvl = f(Mc) và được lắp bộ cường hoá Pc = f(Mc) được thể hiện ở hình vẽ dưới đây

Hình 1.4: Đường đặc tính cường hoá

Khi lực đặt lên vành tay lái lớn hơn 14 (N) đường đặc tính đặc trưng cho hoạt động của cường hoá ở giai đoạn này cũng là đường bậc nhất nhưng có độ dốc thấp hơn so với đường đặc tính khi chưa có cường hoá (độ dốc này cần thiết phải có

để đảm bảo cho người lái có cảm giác sức cản của mặt đường tác dụng lên vành tay lái) Khi mômen cản quay vòng lớn hơn Mc = 243 (Nm) thì hệ thống lái làm việc như hệ thống lái cơ khí ban đầu (cường hoá đã làm việc hết khả năng) Cụ thể là người lái muốn quay vòng ôtô thì phải tác dụng lên vành tay lái một lực Pvl > Pc

Đoạn OA: Lực do người lái hoàn toàn đảm nhận

Đoạn AC: Biểu thị lực mà người lái cảm nhận về chất lượng mặt đường Hiệu số các toạ độ của hai đường Pc và Pvl chính là lực tạo nên bởi bộ cường hoá Nếu Pc lớn thì quay riêng các bánh xe dẫn hướng tại chỗ sẽ nặng hơn, còn nếu Pc

quá nhỏ thì người lái sẽ không đủ cảm giác về chất lượng mặt đường

Hệ thống lái trợ lực trên xe du lịch có các kiểu sau: trợ lực khí nén, trợ lực thủy lực, trợ lực điện

1.1.1 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

1- Van giảm áp 2- Bình chứa dầu 3- Bộ lọc dầu

4 - Bơm trợ lực 5- Xilanh lực 6- Van điều khiển Hình 1.4: Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực

Hệ thống lái trợ lực thủy lực là bộ trợ lực sử dụng một phần công suất động cơ

để tạo ra áp suất dầu thủy lực hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng để

chuyển hướng chuyển động của ô tô Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đường

dầu tại van điều khiển

Hệ thống gồm 3 phần chính: bơm trợ lực (bơm cánh gạt), van điều khiển, xy lanh lực

Ưu nhược điểm của hệ thống

Thông qua đặc điểm làm việc của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực ta thấy hệ thống

có các ưu điểm, nhược điểm là như sau:

+ Ưu điểm:

- Giúp người lái điều khiển nhẹ nhàng hơn so với hệ thống lái không có trợ lực vì

có thêm trợ lực tác động của xy lanh lực lên thanh răng do áp suất dầu của bơm trợ lực gây ra

- Trong trường hợp xe bị nổ lốp hoặc xì hơi thì hệ thống đảm bảo được an toàn về hướng trong quá trình chuyển động

- Kết cấu đơn giản so với hệ thống trợ lực khác: trợ lực khí nén và trợ lực điện

- Làm việc tin cậy có độ bền cao, chịu được va đập nhẹ

+ Nhược điểm:

- Áp suất dầu được tạo ra từ bơm dầu mà bơm dầu lại được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ và bơm dầu luôn luôn hoạt động trong suốt quá trình xe chạy nên gây lãng phí công suất động cơ trong những khi không cần trợ lực

- Hệ thống cần độ kín khít cao, nên thường xuyên phải kiểm tra sự rò rỉ dầu của hệ thống lái

- Kết cấu đơn giản nhưng hệ thống cồng kềnh dẫn đến tăng khối lượng của hệ thống lái trên xe

- Làm việc ồn do tiếng kêu của bơm dầu và dầu chảy qua các đường ống, van Dầu

là chất thải ô nhiểm môi trường

- Ô tô ra vào chỗ đỗ, động cơ sử dụng số vòng quay thấp, dẫn tới áp suất thủy lực làm việc nhỏ, lực vành lái gia tăng

- Khi động cơ làm việc ở chế độ chạy chậm, việc gia tăng tải cho động cơ có thể gây chết máy;

- Khi ô tô đi ở tốc độ cao, động cơ làm việc ở chế độ vòng quay lớn, khả năng trợ lực lớn và có thể gây mất cảm giác trên vành lái

- Hệ thống làm việc theo 1 thông số là góc quay trục lái do người điều khiển tác dụng nên chỉ đáp ứng được mặt trợ lực mà chưa đáp ứng được tỷ số truyền lực thay đổi theo tốc độ xe

Hình 1.5: Quan hệ giữa áp suất dầu trợ lực và mô men vành tay lái

Một trong những nhược điểm của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực là áp suất và lưu lượng của bơm phụ thuộc vào tốc độ động cơ Trong trường hợp xe chuyển động ở tốc độ thấp, quay vòng ngoặt, lúc này cần trợ lực lớn, tuy nhiên do tốc độ động cơ thấp áp suất trong hệ thống thuỷ lực nhỏ ảnh hưởng đến chất lượng trợ lưc Khi xe ôtô chuyển động ở tốc đô cao, lưu lượng và áp suất của bơm trợ lực lớn, trong khi điều khiển lái ở tình trạng này lại chỉ cần yêu cầu trợ lực nhỏ

- Về mặt tỷ số truyền động học bị hạn chế rất lớn đó là ở tốc độ thấp cần tỷ số truyền thấp để người lái quay vòng hiệu quả và ở tốc độ cao cần có tỷ số truyền động học cao vì lúc này mức phản ứng của xe rất nhạy nhưng hệ thống chưa đáp ứng được

- Khi quay vòng ngoặt người điều khiển vẫn phải đánh tay lái khá nhiều vòng

- Khi hệ thống trợ lực bị hỏng lực điều khiển nặng hơn hệ thống không có trợ lực

1.1.2 Yêu cầu về tỉ số truyền thay đổi

Các xe ô tô hiện đại ngày nay có vận tốc ngày càng lớn và đòi hỏi độ an toàn cao cũng như tính tiện nghi khi sử dụng Vì vậy khi thiết kế một hệ thống dẫn hướng phải đảm bảo được các yêu cầu nghiêm ngặt trên, ngoài ra hệ thống phải có tính thân thiện với môi trường Giải quyết vấn đề về độ an toàn khi quay vòng ở tốc

độ cao và tính tiện nghi khi sử dụng ta xét đến tỉ số truyền của hệ thống bao gồm tỉ

Trong đó: ST- là góc quay của vô lăng (rad)

- là góc quay của bánh xe dẫn hướng (rad) Khi người lái tác động một lực vào vô lăng, làm vô lăng xoay đi một góc Thông qua cơ cấu lái và dẫn động lái sẽ làm cho bánh xe dẫn hướng quay một góc tương ứng Thông thường cơ cấu lái của xe đảm nhiệm tỷ số truyền động học của hệ thống lái

Khi ôtô dừng, đỗ xe hoặc khi ôtô quay vòng trong điều kiện ngoặt, người lái bao giờ cũng mong muốn quay vô lăng một góc nhỏ còn bánh xe dẫn hướng quay với một góc lớn Lúc đó tỷ số truyền động học đặt ra cần phải nhỏ

Ngược lại, khi ôtô chuyển động ở tốc độ cao, căn cứ vào yêu cầu chuyển động đòi hỏi góc quay vòng nhỏ của bánh xe dẫn hướng chính xác thì lúc này tỷ số truyền động học bé sẽ gây ra khó khăn cho người lái Mặt khác, khi ôtô quay vòng ở tốc độ cao, lúc này lực ly tâm ( hay là lực ngang) lớn sẽ làm cho các bánh xe dẫn hướng bị biến dạng dẫn đến tiếp xúc của lốp với mặt đường thay đổi, hay nói một cách khác là góc quay của bánh xe dẫn hướng bị thay đổi, không còn đảm bảo quan

hệ hình học của hệ thống lái ban đầu Điều đó sẽ làm cho xe rơi vào hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa

Do đó, cần phải có một tỷ số truyền động học có khả năng thay đổi để đáp ứng nhu cầu chuyển động của xe Để chế tạo cơ cấu lái có khả năng thay đổi tỷ số truyền đòi hỏi rất phức tạp, dẫn đến giá thành đắt như một số hệ thống lái cơ khí trước đây Ngày nay, người ta có xu hướng giữ nguyên tỷ số truyền cố định ở cơ cấu lái Thêm vào đó là người ta sử dụng bộ truyền hành tinh, kết hợp với motor điện, để đơn giản về mặt chế tạo mà vẫn đáp ứng được yêu cầu thay đổi tỷ số truyền

1.1.2.2 Tỷ số truyền lực

Tỷ số truyền lực là tỷ số giữa mômen làm quay bánh xe dẫn hướng và ( mômen cản quay vòng tác dụng từ mặt đường đến bánh xe dẫn hướng) mômen tác động lên vành tay lái Trong trường hợp hệ thống lái có trợ lực, tỷ số truyền động lực được tính theo công thức

MSat – Mô men trả lái (N.m)

Mcản - Mômen cản quay vòng từ mặt đường tác dụng lên bánh xe dẫn hướng (N.m)

Trong hệ thống lái có trợ lực, mômen của người lái trên vành lái đóng vai trò là mômen điều khiển mức độ trợ lực Ví dụ, mômen trên vành lái là mômen làm xoay thanh xoắn trong cơ cấu điều khiển van phân phối của bộ trợ lực (vai trò thanh xoắn được thể hiện trong kết cấu ở hình 3.10) Khi ở vận tốc thấp, mômen cản lớn, mong muốn của người lái là lực tác động lên vành tay lái nhỏ, muốn thắng được mômen cản thì mômen trợ lực phải lớn Trong khi đó, khi quay vòng ở tốc độ cao, mômen trả lái giảm đáng kể, để tạo cảm giác cho người lái tức là ta phải giữ nguyên lực đánh lái, do đó phải giảm mômen trợ lực Từ đó tỷ số truyền lực cũng thay đổi Hình 1.7 biểu diễn mối quan hệ giữa mômen trợ lực phụ thuộc vào mômen vành lái ở các tốc độ khác nhau

Hình 1.7: Quan hệ giữa Ms và Ma ở các v khác nhau

Đánh giá :

Đối với hệ thống lái trợ lực thủy lực thì tỉ số truyền lái không thay đổi Do

đó, không đáp ứng được yêu cầu rất quan trọng đối với hệ thống lái trên xe ôtô hiện đại ngày nay Để cải thiện điều này, người ta đưa ra hệ thống lái trợ lực thuỷ lực hỗ trợ điện tử EHPS bằng cách đưa ra thêm các van điện từ vào sau van phân phối để điều khiển áp suất dầu trợ lực Tuy nhiên, hệ thống EHPS tồn tại nhiều nhược điểm như: hệ thống phức tạp, về bản chất là hệ thống thuỷ lực nên tổn hao công suất do phải dùng bơm thuỷ lực, các yêu cầu về độ kín khít cao, khối lượng lớn và chiếm diện tích bố trí lớn Cùng với các loại EHPS, trong thời gian gần đây đã xuất hiện các dạng hệ thống lái trợ lực khác hoàn hảo hơn đó là hệ thống lái trợ lực điện EPS

`1.1.3 Hệ thống lái trợ lực điện

1.1.3.1 Đặc điểm của hệ thống

Hệ thống trợ lực điện bao gồm các bộ phận trên hình:

1- Cảm biến mô men 3- Trục vít - Bánh vít 2- Mô tơ trợ lực 4- ECU điều khiển Hình 1.8: Hệ thống lái điện kiểu trợ lực bố trí trên trục lái

+ Cảm biến mô men: cảm biến mô men được gắn vào phía trong trục lái, dựa vào hiệu ứng Hall để đưa ra điện áp tùy thuộc vào mô men đánh lái và mô men cản Điện áp ra của cảm biến sẽ được gửi vào ECU để điều khiển mô tơ trợ lực

+ ECU điều khiển: ECU tiếp nhận các thông số tín hiệu của cảm biến mô men, cảm biến tốc độ động cơ, tín hiệu IG, tín hiệu tốc độ xe sau đó tính toán và điều khiển

mô tơ trợ lực

+ Mô tơ trợ lực: Mô tơ trợ lực nối với trục lái bằng bộ giảm tốc trục vít – bánh vít

và được điểu khiển bằng ECU , mô tơ có thể đảo chiều và quay ở các tốc độ khác nhau tùy theo mức độ đánh lái của người lái và mô men cản quay vòng

1.1.3.2 Nguyên lý hoạt động

Hình 1.9: Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện

ECU tiếp nhận các thông số chính từ cảm biến mô men và từ tốc độ xe, ngoài

ra có các thông số phụ như tín hiệu tốc độ động cơ, tín hiệu B+ , chế độ không tải để tính toán điều khiển mô tơ trợ lực phù hợp với điều kiện lái Lực đánh lái càng lớn thì mô tơ trợ lực càng nhiều, nhưng mô men trợ lực sẽ giảm dần khi tốc độ xe tăng dần

+ Trạng thái quay vòng: khi người điều khiển tác động quay vành lái, xuất hiện hiện tượng xoay tương đối giữa hai đầu thanh xoắn, cảm biến mô men thay đổi điện

áp tùy theo chiều quay và độ lệch tương đối giữa hai đầu thanh xoắn sau đó truyền tín hiệu về ECU, kết hợp với tín hiệu tốc độ xe lấy từ cảm biến tốc độ mà ECU tính toán ra dòng điện điều khiển và chiều quay của mô tơ trợ lực cho phù hợp

+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không được tác động do đó không có hiện tượng xoay tương đối ở hai đầu thanh xoắn, cảm biến mô men không thay đổi điện áp, vì thế ECU không điều khiển mô tơ trợ lực và trạng thái đi thẳng được giữ nguyên

1.1.3.3 Ưu nhược điểm của hệ thống lái trợ lực điện

+ Ưu điểm : Hệ thống trợ lực điện và điều khiển điện tử có nhiều ưu điểm hơn so với các hệ thống trợ lực thủy lực:

- Giảm tổn hao nhiên liệu 2-3% do không phải lai dẫn bơm trợ lực giống như hệ thống trợ lực thủy lực

- Không xảy ra hiện tượng rò rỉ dầu

- Trọng lượng giảm so với hệ thống trợ lực thủy lực

- Dễ dàng điều khiển

- Việc lắp đặt hệ thống đơn giản và thuận tiện

- Giảm thiểu chi tiết trong toàn bộ hệ thống

1.2 Một số kết quả nghiên cứu hệ thống lái trong nước

Nghiên cứu “Đặc tính quay vòng của xe du lịch” của tác giả Lê Đức Hiếu công bố năm 2007 đã tính toán các thông số kết cấu, những nhân tố ảnh hưởng đến tính chất quay vòng của xe du lịch, sự biến dạng của bánh xe đàn hồi làm cho quan

hệ động học của mô hình thay đổi

Hình 1.10: Hiệu chỉnh quỹ đạo chuyển động của ôtô

Để hiệu chỉnh quỹ đạo chuyển động của ôtô trong nghiên cứu “Xây dựng

mô hình nghiên cứu động lực học của hệ thống phanh điều khiển “by wire” ”của tác giả PhạmVăn Tuấn đã đề cập đến hiện tượng quay vòng thừa hoặc quay vòng thiếu dưới sự nhận biết và thông qua các cảm biến góc lái, cảm biến gia tốc ngang Hệ thống VSC tự động điều chỉnh lực phanh chính xác đến các bánh xe tương ứng ở cầu trước hoặc cầu sau để duy trì hướng chuyển động của xe theo điều khiển của người lái

Tác giả Nguyễn Quốc Quang với đề tài “ Nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ôtô khi phanh trên đường vòng” đã khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe ứng với các trạng thái phanh khác nhau Phân tích, đánh giá ảnh hưởng của các thông số đến tính chuyển động ôtô Từ đó, đề xuất các biện pháp sử dụng phanh xe trên đường vòng nhằm tăng tính năng an toàn giao thông

Vấn đề hiệu chỉnh, cải thiện tính năng quay vòng của ôtô ngoài việc can thiệp vào

hệ thống phanh, người ta còn đưa vào ôtô tỷ số truyền của hệ thống lái thay đổi Về

hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi thì hiện nay chưa có đề tài nào thực hiện và là kiến thức cần được bổ sung trong quá trình đào tạo, khai thác, điều khiển, ổn định của ôtô

Xuất phát từ yêu cầu ở trên ở trên tác giả đã chọn đề tài luận văn tốt nghiệp

là: “ Xây dựng mô hình khảo sát đặc tính làm việc của hệ thống lái trợ lực điện trên

xe ôtô du lịch”

Mục đích của đề tài là phân tích đặc điểm của hệ thống lái điều khiển điện

tử trên ôtô du lịch, phân tích các yêu cầu đối với hệ thống lái của ôtô khi chuyển động ở tốc độ cao, khả năng đáp ứng yêu cầu đòi hỏi thay đổi tỷ số truyền của hệ thống lái điện Từ đó, xây dựng được mô hình khảo sát, nghiên cứu đặc tính làm việc của hệ thống lái điện trên xe ôtô du lịch, có kể đến ảnh hưởng của sự biến dạng của lốp, vận tốc của ôtô, mômen tác động lên vành tay lái, xây dựng mô hình để khảo sát gồm có: mô hình phẳng một vết, mô hình hệ thống lái trợ lực điện bố trí motor trợ lực trên trục lái Khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe, xem xét các yếu

tố ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động khi kể đến các đặc tính biến dạng của lốp, quy luật thay đổi mômen trả lái về, vận tốc xe khi vào đường vòng, quy luật thay đổi tỷ số truyền của hệ thống lái nhằm đảm bảo tính năng quay vòng đúng cho xe, giải quyết bài toán theo hướng mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlab&Simulink

Với mục đích như vậy nội dung của luận văn sẽ trình bày về lý thuyết tính toán lốp

xe làm cơ sở để xây dựng các phương trình vi phân mô tả quỹ đạo chuyển động của ôtô, các quy luật thay đổi vận tốc, quan hệ của mômen trả lái về với vận tốc và góc quay của bánh xe dẫn hướng, quy luật thay đổi của mômen trợ lực dẫn đến sự thay đổi sai khác của bánh xe dẫn hướng Sau khi có được hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của ôtô, sử dụng công cụ mô phỏng Simulink trong Matlab để giải quyết các phương trình đó Cụ thể luận văn bao gồm các nội dung chính sau:

Chương 1 Tổng quan – Phân tích các yêu cầu đặt ra đối với hệ thống lái khi ôtô chuyển động ở tốc đô cao

Chương 2 Yêu cầu thay đổi tỷ số truyền của hệ thống lái nhằm tăng tính ổn định hướng và an toàn chuyển động ở tốc độ cao

Chương 3 Xây dựng mô hình của hệ thống lái trợ lực điện

Chương 4 Mô phỏng số - Khảo sát đặc tính thay đổi của mômen trả lái về, thay đổi của góc quay bánh xe dẫn hướng

Kết luận

CHƯƠNG 2: YÊU CẦU THAY ĐỔI TỶ SỐ TRUYỀN CỦA HỆ THỐNG

LÁI NHẰM TĂNG TÍNH ỔN ĐỊNH HƯỚNG VÀ AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG Ở TỐC ĐỘ CAO

Chuyển động của ôtô trên nền đường phụ thuộc vào rất nhiều mối quan hệ của bánh xe với nền đường Ngày nay do ôtô chỉ sử dụng các bánh xe cao su, hay còn gọi là bánh xe đàn hồi cho nên trong luận văn này chỉ tính cho trường hợp bánh

xe đàn hồi Khi bánh xe ở trạng thái làm việc do bị biến dạng và vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường không phải là một điểm mà là một vùng nên bán kính lăn của bánh xe sẽ liên tục bị thay đổi, làm cho vận tốc tại bánh xe sẽ khác so với vận tốc ô tô Nếu gắn vào vào bánh xe một hệ toạ độ không gian ba chiều, bánh xe sẽ chịu các lực dọc (theo phương x), lực ngang (theo phương y), lực thẳng đứng (theo phương z), My (quay quanh trục y) và mômen Mz (quay quanh trục z) Các lực và mômen này luôn biến đổi và phụ thuộc vào tốc độ quay và khả năng biến dạng của bánh xe Xét trong khoảng thời gian ngắn bánh xe có thể được coi là lăn đều, tâm quay của bánh xe là tâm trục, đây là trạng thái cơ sở để khảo sát

2.1 Mô hình tính toán lốp xe ôtô

2.1.1 Phân tích các lực và mômen tác dụng lên bánh xe ôtô

Xét trong hệ trục tọa độ không gian thì các bánh xe ôtô chịu tác dụng của các lực và mômen như sau:

Hình 2.1: Lực và mômen tác dụng lên bánh xe ôtô

Khi ôtô chuyển động, bề mặt của lốp tiếp xúc với đường ở rất nhiều điểm và tạo thành vùng tiếp xúc Do tác dụng tương hỗ giữa bánh xe và đường tại phần tiếp xúc sẽ xuất hiện các phản lực riêng phần từ đường tác dụng lên bánh xe, gọi là các phản lực của đường Các phản lực này được biểu thị dưới ba thành phần lực: phản lực pháp tuyến là thành phần vuông góc với mặt đường, ký hiệu là Fz Phản lực tiếp tuyến nằm trong mặt phẳng bánh xe, ký hiệu Fx Phản lực ngang nằm trong mặt phẳng của đường và vuông góc với mặt phẳng bánh xe ký hiệu là Fy Bánh xe còn chịu tác dụng của tải trọng thẳng đứng Gb, lực đẩy từ khung tác dụng lên trục bánh

xe Px Ngoài ra còn có các lực và mômen ma sát trong các ổ trục, mômen quán tính, các lực này có trị số bé nên có thể bỏ qua

Khi chịu lực dọc tác dụng lên bánh xe bị biến dạng dọc, làm cho bán kính bánh xe bị thay đổi, nếu lực dọc lớn quá sẽ gây ra hiện tượng trượt lê hoặc trượt quay đối với các bánh xe

Khi chịu lực ngang tác dụng, bánh xe lăn bị biến dạng, các thớ lốp bị uốn cong, mặt phẳng của các bánh xe bị dịch chuyển so với tâm tiếp xúc Quỹ đạo của bánh xe sẽ bị lệch so với hướng chuyển động của bánh xe một góc , góc này được gọi là góc lăn lệch của bánh xe Do các bánh xe đều sử dụng lốp đàn hồi cho nên khi chịu các lực tác dụng nó bị biến dạng và khu vực tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường không phải là một điểm nữa mà là một vùng tiếp xúc Sự phân bố ở khu vực phía trước và khu vực phía sau vết tiếp xúc không đều nhau cho nên tổng hợp các lực tác dụng lên bánh xe sẽ bị lệch khỏi tâm của vết tiếp xúc

2.1.2 Mô hình tính toán lốp xe ôtô

Do lốp sử dụng là lốp biến dạng đàn hồi cho nên trong quá trình lăn trên đường, biên dạng của vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường thay đổi Mặt khác, đặc tính biến dạng của lốp luôn thay đổi theo chế độ tải cho nên cần thiết đưa ra mô hình tính toán lốp cụ thể cho các trường hợp biến dạng của lốp Biến dạng của lốp

có thể xảy ra quá trình biến dạng tuyến tính, biến dạng phi tuyến, tương ứng ta có

mô hình tính lốp tuyến tính và mô hình tính toán lốp phi tuyến

Việc đưa ra các công thức tính toán trong mô hình lốp giúp chúng ta có cơ sở

để tính toán các mối quan hệ của các lực và mômen khi các bánh xe gắn trên xe

2.1.2.1 Quan hệ giữa lực dọc và độ trượt dọc

x1, x2 – là độ trượt dọc của bánh xe trước và bánh xe sau

2.1.2.2 Quan hệ giữa lực ngang và góc lệch bên

Hình 2.2 : Lực và góc lệch bên của bánh xe dẫn hướng + Góc lệch bên của bánh xe được định nghĩa là góc hợp bởi trục dọc bánh xe và véc

tơ vận tốc v của bánh xe, được mô tả như trên hình 2.2 Với góc lệch bên  nhỏ, khi

đó quan hệ giữa lực ngang Fy và góc lệch bên  tỷ lệ với nhau :

+ Lực ngang tại bánh xe cầu trước được tính theo công thức :

+ Lực ngang tại bánh xe cầu trước được tính theo công thức :

Fy2 = C2.2 (2.6) Trong đó : C1, C2 là độ cứng góc của bánh xe ở cầu trước và cầu sau

2.1.2.3 Quan hệ giữa góc đặt bánh xe, biến dạng của lốp và mômen trả lái về

Việc bố trí bánh xe dẫn hướng liên quan trực tiếp tới điều khiển, tính ổn định chuyển động Các yêu cầu chính của việc bố trí là điều khiển hướng chuyển động nhẹ nhàng, chính xác, đảm bảo ổn định khi chạy thẳng cũng như khi quay vòng kể

cả khi có sự cố của hệ thống khác Đối với ô tô con các yêu cầu này càng nâng cao

vì tốc độ chuyển động không ngừng tăng lên Trên cầu dẫn hướng, các bánh xe được bố trí và quan tâm thích đáng, ở các bánh xe không dẫn hướng cũng được để

ý, song bị giới hạn giá thành chế tạo và sự phức tạp của kết cấu nên cách bố trí vẫn tuân thủ các điều kiện truyền thống. Một trong các góc đặt bánh xe là góc Caster Góc caster là góc nghiêng về phía trước hoặc phía sau của trụ xoay đứng, được xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đường thẳng đứng khi nhìn

từ cạnh xe Khi trục xoay đứng nghiêng về phía sau gọi là “ caster dương”, ngược lại khi trục xoay đứng nghiêng về phía trước gọi là “caster âm”

Hình 2.3: Khoảng Caster và biến dạng của lốp Khoảng cách từ giao điểm giữa đường tâm trục xoay đứng và mặt đường đến tâm điểm tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường được gọi là “khoảng caster” Góc

caster có ảnh hưởng đến độ ổn định khi xe chạy trên đường thẳng và khoảng caster ảnh hưởng đến tính năng hồi vị bánh xe khi xe chạy trên đường vòng.

Mômen trả lái được xác định như sau:

MSat = (tp + tm)Fy1 (2.7) Trong đó:

Trong đó: ST- là góc quay của vô lăng

- là góc quay của bánh xe dẫn hướng

Hình 2.4: Quan hệ của góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng

2.2.2 Tỷ số truyền lực

if =

Trong đó: M ST- là mô men người lái tác động lên vô lăng

Để đơn giản, một mô hình ô tô hai bậc tự do sẽ được dùng để thành lập và tính toán VSR và mô phỏng tính năng quay vòng của xe

2.3 Mô hình một vết

2.3.1 Đặc điểm của mô hình

Mô hình một vết để nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của xe khi quay vòng được mô tả như trên hình Mô hình có những đặc điểm chính như sau:

+ Mô hình một vết của ôtô được định nghĩa là các bánh xe cầu trước và cầu sau quy

về một bánh xe đặt ở tâm cầu trước và cầu sau, chúng được nối với nhau bằng một dầm cứng tuyệt đối

+ Bánh xe chủ động đặt ở cầu sau, bánh xe cầu trước là cầu dẫn hướng, với góc đánh lái δ= δ(t)

+ Khối lượng của xe quy về tại toạ độ trọng tâm, khối lượng các bánh xe cầu trước

và cầu sau chuyển về tâm các cầu

+ Vận tốc tức thời của ôtô v đặt tại trọng tâm Trong quá trình quay vòng, vận tốc v

sẽ tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động và nghiêng đi một góc β, góc này gọi là góc lệch hướng chuyển động

Trong mô hình thân xe được xem như một dầm cứng nối với các bánh xe cầu trước và bánh xe cầu sau Các lực tác dụng lên bánh xe trước, bánh xe sau bao gồm:

lực kéo Fx1, Fx2, lực ngang Fy1 ,Fy2 , lực cản không khí Fw , lực gió bên FN đặt cách trọng tâm một khoảng e, lực quán tính m và lực ly tâm F1t

Trong quá trình quay vòng, xuất hiện mômen quán tính quay xung quanh trục Tz và có giá trị Iz

Trong trường hợp tổng quát xét đến sự biến dạng của lốp xe, khi đó các điểm đặt lực tại các điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường bị lệch so với tâm trục bánh xe một khoảng là n1 và n2, do n1<<a, n2<<b nên khi viết các phương trình chuyển động ta có thể bỏ qua

Hình 2.5: Mô hình một vết của ôtô

2.3.2 Quan hệ động học

Do lốp của các loại ôtô du lịch là lốp cao su đàn hồi, nên khi bánh xe chuyển động dưới tác dụng của lực dọc, lực ngang làm thay đổi các thông số hình học của bánh xe, các thông số hình học làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của ôtô

Trường hợp xe quay vòng đúng tâm quay vòng tức thời P nằm trên đường kéo dài tại tâm trục cầu sau Khi ôtô quay vòng, khi đó lực ly tâm xuất hiện, dưới tác dụng của lực ly tâm tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường sinh ra lực ngang, lực ngang này làm bánh xe lệch đi một góc α, làm sai lệch quỹ đạo chuyển động của xe, đồng thời làm dịch chuyển tâm quay vòng tức thời P’ của xe

Hình 2.6: Quan hệ động lực học của mô hình một vết Góc lệch bên của các bánh xe được xác định như sau:

Phương trình là phương trình đặc trưng cho tính năng quay vòng của ôtô và

có thể xảy ra các trường hợp sau:

Trường hợp 1: α1 = - α1 = α: ôtô có tính chất quay vòng đúng, ở trường hợp này để giữ cho xe chuyển động thẳng khi có lực bên tác dụng thì người lái cần quay vành tay lái như thế nào để xe lệch khỏi trục đường một góc α

Trường hợp 2: α1 > α2: ôtô có tính năng quay vòng thiếu, ở trường hợp này

xe có khả năng tự giữ được hướng chuyển động nhờ lực ly tâm Flt có chiều ngược với tác dụng của lực ngang Fy

Trường hợp 3: α1 < α2: ôtô có tính năng quay vòng thừa, ở trường hợp này xe

bị mất khả năng chuyển động ổn định vì chiều của lực ly tâm Flt trùng với lực ngang

Fy Sự mất ổn định càng lớn khi vận tốc của xe càng cao, vì lực ly tâm tỷ lệ với bậc

2 của vận tốc Để tránh khả năng lật đổ xe trong những trường hợp này, người lái phải nhanh chóng đánh lái theo hướng ngược lại với chiều xe bị lệch để mở rộng bán kính quay vòng

Hình 2.7: Các vị trí của tâm quay vòng tức thời

2.3.3 Hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của xe

Từ hình 2.2 xây dựng các phương trình cân bằng lực và mô men:

+ Phương trình cân bằng lực và mô men theo phương x:

-m cosβ + mv( )sinβ – Fy1sinδ + (Fx1 – Ff1) cosδ + Fx2 - Ff2 = 0 (2.10) + Phương trình cân bằng lực và mô men theo phương y:

-m sinβ - mv( )cosβ + Fy1cosδ + (Fx1 – Ff1) sinδ = 0 (2.11) + Phương trình cân bằng mô men quay đối với trọng tâm T của ôtô:

Mô hình một vết có xét đến biến dạng đàn hồi của các bánh xe nó phản ánh sát với thực tế hơn về tính chất quay vòng của ôtô

Việc tính toán các thông số về lực ở vùng tiếp xúc rất phức tạp vì phải tiến hành nhiều thực nghiệm trên các loại bánh xe cụ thể Nhiều tác giả đã đưa ra các mô hình tính toán lốp với các giả thiết đơn giản để xác định các trị số của lực này, các

2

a b

l

V T T

C

mô hình tính toán thường được sử dụng là mô hình Pajeka, mô hình Amonn, mô hình Dugoff… Trong đó mô hình Dugoff thường được sử dụng để tính toán các thông số làm việc của bánh xe dựa trên các thông số đầu vào:

- Góc lệch bên của các bánh xe: α (rad)

- Độ trượt dọc của bánh xe: x

- Vận tốc thân xe: v (m/s)

- Độ cứng dọc, bên của lốp: Cx, Cy

- Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe: Fz (N)

Các công thức tính bánh xe theo mô hình Dugoff gồm có:

- Vận tốc của bánh xe khi có cả độ trượt dọc và độ trượt ngang:

Hình 2.8: Sơ đồ khối tính toán lốp

x x i x

2.4 Phương trình tỷ số truyền thay đổi

vss: Vận tốc trượt ngang v: Vận tốc của ôtô

l: Chiều dài cơ sở của xe

Để δdesired = δAck ở đó : δdesired =

Trong đó: δST: Góc quay vành tay lái

i: Tỷ số truyền của cơ cấu lái

Kết hợp (2.19) và (2.20) ta có: