Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Cơ khí động lực: Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lốp đến tính dẫn hướng ô tô khách sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích chung của đề tài luận án "Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lốp đến tính dẫn hướng ô tô khách sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam" là 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.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Cơ khí động lực: Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất lốp đến tính dẫn hướng ô tô khách sản xuất, lắp ráp ở Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Đinh Quang Vũ NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ÁP SUẤT LỐP ĐẾN TÍNH DẪN HƢỚNG Ô TÔ KHÁCH SẢN XUẤT, LẮP RÁP Ở VIỆT NAM Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 9520116 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC HÀ NỘI - 2021 1 Hà Nội - 2021
Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Giao thông vận tải Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Đặng Việt Hà PGS.TS. Cao Trọng Hiền Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trƣờng họp tại Trƣờng Đại học Giao thông vận tải Vào hồi …. giờ, ngày… tháng … năm … Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện: 1. Thƣ viện Trƣờng ĐH Giao thông vận tải 2. Thƣ viện Quốc gia Việt Nam 2
MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của luận án 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 trƣởng tốc độ và mật độ chuyển động của ô tô, đòi hỏi ô tô phải đảm bảo tính dẫn hƣớng ở mức độ cao. Vì vậy để hạn chế tối đa tai nạn giao thông xảy ra, việc nghi n cứu s u hơn về tính dẫn hƣớng của xe ô tô sản xuất lắp ráp trong nƣớc là rất c n thiết trong giai đoạn hiện nay. Mục tiêu nghiên cứu - Nghi n cứu ảnh hƣởng sự lăn lệch bánh xe đàn hồi đến tính dẫn hƣớng của ô tô khách sản xuất lắp ráp ở Việt Nam. - Đề xuất biện pháp n ng cao tính dẫn hƣớng của ô tô. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghi n cứu của luận án là một loại ô tô khách sản xuất và lắp ráp tại Việt Nam. Phạm vi nghi n cứu của luận án là sự lăn lệch bánh xe đàn hồi đến tính dẫn hƣớng của ô tô. Phương pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghi n cứu của luận án là kết hợp giữa nghi n cứu lý thuyết và đánh giá kiểm chứng lý thuyết thông qua thực nghiệm. Về lý thuyết: - X y dựng mô hình toán học và giải để khảo sát. - Sử dụng ph n mềm để tính toán, mô phỏng. Về thực nghiệm đo các thông số động lực học quay vòng nhƣ: gia tốc ngang, vận tốc góc quay th n xe, quỹ đạo quay vòng để so sánh, đánh giá mô hình lý thuyết. Qua đó kiểm chứng mô hình động lực học đã x y dựng. Thực nghiệm với các thiết bị có độ tin cậy cao và phƣơng pháp đo ti n tiến, dựa tr n các ti u chuẩn quốc tế hiện hành. Những kết quả mới và ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án Những kết quả mới của luận án: - Đã x y dựng mô hình không gian động lực học quay vòng ô tô để khảo sát ảnh hƣởng của áp suất lốp đến sự lăn lệch của bánh xe, đến gia tốc ngang th n xe, vận tốc quay th n xe, quỹ đạo quay vòng của ô tô. 1
- Thí nghiệm xác định các thông số động lực học quay vòng nhƣ: gia tốc ngang; vận tốc quay th n xe; quỹ đạo quay vòng để so sánh, đánh giá mô hình lý thuyết. - Thí nghiệm đo đƣợc đặc tính lăn lệch của lốp tr n 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. - Nghi n cứu mô hình Pacejka đối với 8 bộ thông số có tính đến áp suất lốp. Ý nghĩa khoa học: Kết quả nghi n cứu của luận án giúp hoàn thiện hơn cơ sở lý thuyết và thực nghiệm trong lĩnh vực nghi n cứu động lực học chuyển động nói chung và quay vòng nói ri ng của ô tô. Đã nghi n cứu ảnh hƣởng của áp suất lốp đến tính dẫn hƣớng của ô tô khách sản xuất lắp ráp tại Việt Nam. Xác định bằng thực nghiệm đặc tính lăn lệch của lốp tr n thiết bị chuy n dụng. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghi n 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 đƣờng bộ. Là tài liệu tham khảo cho giảng dạy, nghi n cứu và x y dựng các văn bản pháp quy chuy n ngành. Nội dung luận án Xuất phát từ mục đích, đối tƣợng, phạm vi và phƣơng pháp nghi n cứu, ngoài ph n mở đ u, bố cục của luận án bao gồm các chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan về vấn đề nghi n cứu Chƣơng 2: X y dựng mô hình động lực học nghi n cứu tính dẫn hƣớng của ô tô khách Chƣơng 3: Khảo sát tính dẫn hƣớng của ô tô khách Chƣơng 4: Nghi n cứu thực nghiệm CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Những khái niệm cơ bản về tính dẫn hƣớng của ô tô Tính dẫn hƣớng [26][27] là một trong những tính chất quan trọng của ô tô, dƣới tác dụng điều khiển, ô tô có chức năng thay đổi, ổn định hƣớng 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 tr n đƣờng với mật độ giao thông lớn. 2
Các ô tô tham gia giao thông đều sử dụng bánh xe đàn hồi, ƣu điểm bánh xe đàn hồi này là tạo độ bám tốt với đƣờng, nhẹ, ít phá hủy kết cấu mặt đƣờng [41]. Tuy nhi n, một trong những nhƣợc điểm của bánh xe đàn hồi là sinh ra góc lăn lệch [41][42] (góc lệch, side slip angle) trong quá trình chuyển động, nó g y ra sự sai lệch quỹ đạo trong quá trình chuyển động của xe, điều này ảnh hƣởng lớn đến tính an toàn chuyển động của xe. Khái niệm về sự lăn lệch của bánh xe đàn hồi Sự chuyển động của ô tô tr n đƣờng phụ thuộc rất nhiều vào mối quan hệ của bánh xe với mặt đƣờng. Khi ô tô chuyển động xuất hiện 1 góc lăn lệch của bánh xe [30][25]: Py Py       Ky Ky K (1.1) Py- lực ngang; γ: Góc vát bánh xe; δγ: Góc lăn lệch do góc vát (camber) bánh xe gây ra; Kγ đƣợc gọi là hệ số cản lăn lệch do góc vát bánh xe gây ra. Khái niệm về tính quay vòng của ô tô Tính thay đổi các thông số lệch hƣớng do biến dạng b n của lốp so với lốp cứng dƣới tác dụng của lực ngang đƣợc 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: quay vòng thừa δ1 < δ2, thiếu δ1 > δ2 hay trung hòa δ1 = δ2 [14]. Trong trƣờng hợp lốp không biến dạng thì góc lăn lệch của các bánh xe bằng không, trƣờng hợp lốp biến dạng thì góc lăn lệch của các bánh xe khác không. Ô tô có tính quay vòng thừa không ổn định khi chuyển động và tính an toàn nhỏ hơn ô tô có tính quay vòng thiếu và quay vòng trung hòa. Khi thiết kế xe c n chú ý tránh trƣờng hợp quay vòng thừa. Các yếu tố đánh giá tính dẫn hướng - KS ảnh hƣởng của AS lốp đến hiệu góc lăn lệch trƣớc sau; - KS ảnh hƣởng (AH) của AS lốp tới gia tốc ngang; - KS ảnh hƣởng của AS lốp tới vận tốc quay th n xe; - KS ảnh hƣởng của AS lốp đến quỹ đạo chuyển động. Mô hình động lực học nghiên cứu tính dẫn hƣớng của ô tô Một số hƣớng mô hình đã đƣợc x y dựng để khảo sát tính dẫn hƣớng của ô tô nhƣ Mô hình phẳng một khối lƣợng, Mô hình không gian một khối lƣợng, Mô hình không gian 3 khối lƣợng [23][24] nghi n cứu tính dẫn hƣớng: 3
Hình 1. 1. Sơ đồ mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng Trong nội dung của luận án sẽ chú ý tới 16 bậc tự do: Chuyển động dọc trục theo các phƣơng nằm ngang, dọc, thẳng đứng của khối lƣợng đƣợc treo và chuyển động quay quanh các trục này. C u trƣớc và c u sau có chuyển động theo phƣơng thẳng đứng, phƣơng ngang và quay quanh trục dọc (lắc dọc). Các nghiên cứu tính dẫn hƣớng của ô tô ở trong và ngoài nƣớc Nghiên cứu trong nước Năm 2015, nhóm tác giả Đào Mạnh Hùng đã nghi n cứu ảnh hƣởng của hệ số cản lăn lệch của lốp tới quỹ đạo chuyển động của ô tô [10]. Tuy nhi n mô hình tác giả sử dụng là mô hình phẳng 1 khối lƣợng. Do vậy tính chính xác của mô hình nghi n cứu chƣa cao. Năm 2016 tác giả Nguyễn Ngọc Tú [17] đã x y 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 k o moóc. Tác giả khảo sát ổn định cho xe ô tô k o moóc bằng phƣơng 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 k o moóc, giúp cho lái xe có cơ sở điều khiển ô tô k o moóc ổn định và an toàn. Năm 2017 tác giả Tạ Tuấn Hƣng [11] x y dựng đƣợc mô hình động lực học đoàn xe sơ mi rơ moóc (ĐXSMRM) và khảo sát ảnh hƣởng của các thông số nhƣ chiều cao trọng t m, góc quay bánh xe dẫn hƣớng và vận tốc khi quay vòng đến sự mất ổn định lật ngang ĐXSMRM. Năm 2018 tác giả Nguyễn Tiến Dũng [5] x y dựng đƣợc mô hình động lực học đoàn xe sơ mi rơ moóc để nghi n cứu ổn định quỹ đạo chuyển động của đoàn xe sơ mi rơ moóc khi chuyển làn do ảnh hƣởng của góc lái, vận tốc xe. Từ đó đƣa ra giới hạn lệch làn đƣờng khi chuyển làn. Năm 2017 tác giả Võ Quốc Đại [50] đã nghi n cứu mô hình không gian với 4 bậc tự do: dịch chuyển dọc, ngang, quay quanh trục z và lắc ngang. Tác giả nghi n cứu đến ảnh hƣởng lắc dọc và dịch chuyển 4
theo phƣơng thẳng đứng và xác định ảnh hƣởng của các góc đặt, góc nghi ng trụ đứng đến góc camber. Tác giả cũng đánh giá đặc tính dẫn hƣớng khi thay đổi góc nghi ng trụ đứng (caster). Tuy nhiên, các tác giả tr n chƣa đánh giá ảnh hƣởng của áp suất lốp, cũng nhƣ sự lăn lệch bánh xe đàn hồi tới tính dẫn hƣớng của xe mà trực tiếp là ảnh hƣởng đến quỹ đạo. Nghiên cứu ngoài nước Năm 2013, nhóm tác giả Krzysztof Parczewski ơp[33] đã nghi n cứu về ảnh hƣởng của áp suất lốp đến động lực học ô tô, cụ thể là đến quá trình phanh của ô tô. Tác giả không đi ph n tích sự ảnh hƣởng 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 nghi n cứu 1 cách khá tổng quan về mô hình nghi n cứu tính dẫn hƣớng từ mô hình phẳng đến mô hình không gian. Tuy nhi n tác giả chƣa đi s u vào nghi n cứu các mô hình cụ thể cũng nhƣ chƣa đánh giá ảnh hƣởng bởi các thông số đ u vào khác nhau đối với các yếu tố tính dẫn hƣớng. Tác giả A.C. ЛИТВИНОВ [23] đã nghi n cứu mô hình không gian một khối lƣợng để nghi n cứu tính dẫn hƣớng của ô tô. Tác giả Nenad Lazic đã nghi n cứu về ảnh hƣởng của góc lệch b n đến quỹ đạo chuyển động sử dụng mô hình ô tô với bốn bánh dẫn hƣớng [24]. Li n quan đến mô hình không gian 3 khối lƣợng nghi n cứu tính dẫn hƣớng, Năm 1999 các tác giả S Hegazy, H Rahneejat and K Hussain [52] có đƣa ra nghi n cứu mô hình với tách thành hệ nhiều vật với 34 vật và 94 bậc tự do. Năm 2008 nhóm tác giả Jaehoon Lee, Jonghyun, Seung Jin [53] đã nghi n cứu mô hình 16 bậc tự do cho quay vòng và chuyển làn để đánh giá mô hình này với thực nghiệm cũng nhƣ với ph n 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. Sau khi ph n tích những công trình nghi n cứu trong và ngoài nƣớc có thể thấy các tác giả đã x y dựng mô hình không gian cho các nghi n cứu khác nhau về tính ổn định, tính dẫn hƣớng. Tuy nhi n, chƣa nghi n cứu ảnh hƣởng của áp suất lốp đến sự lăn lệch của bánh xe, đến gia tốc ngang th n xe, vận tốc quay th n xe, quỹ đạo quay vòng của ô tô. CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC NGHIÊN CỨU TÍNH DẪN HƢỚNG CỦA Ô TÔ KHÁCH 5
2.1. Phân tích cấu trúc và các giả thiết lập mô hình 2.1.1. Chọn xe làm đối tượng nghiên cứu Tỉ lệ nội địa hóa ô tô khách tại Việt Nam đã đến 45% [21] trong đó có linh kiện lốp hơi, vấn đề đặt ra cho các nghi n cứu đảm bảo tính an toàn chuyển động của ô tô đƣợc lắp các linh kiện này là rất quan trọng. Ngoài ra, số lƣợng xe khách chở ngƣời từ 26 chỗ đến 46 chỗ chiếm tỉ lệ lớn 33% tổng số xe khách chở ngƣời tr n 10 chỗ [3]. N n đề tài chọn xe khách Hyundai COUNTY HM K29SL đƣợc lắp ráp bởi Nhà máy Tracomeco làm đối tƣợng nghi n cứu. 2.1.2. Phân tích cấu trúc của đối tượng Ô tô khách [2] đƣợc lựa chọn làm đối tƣợng nghi n cứu có đặc điểm cấu trúc nhƣ sau: c u trƣớc bị động dẫn hƣớng; treo c u trƣớc, sau dạng treo nhíp phụ thuộc có giảm chấn; c u sau là chủ động với vi sai côn đối xứng ph n bố mô men chủ động hai b n; lốp xe c u sau mỗi b n là lốp k p; khung ô tô khách là dạng hai d m dọc đỡ động cơ và cabin. 2.1.3. Các giả thiết khi xây dựng mô hình Với ph n tích cấu trúc đối tƣợng đƣợc nghi n cứu luận án đƣa ra một số giả thiết c n thiết để x y dựng mô hình động lực học xe khách nghi n cứu tính dẫn hƣớng nhƣ sau: Với ph n tích cấu trúc đối tƣợng đƣợc nghi n cứu, luận án đƣa ra một số giả thiết c n thiết để x y dựng mô hình động lực học ô tô khách nghi n cứu tính dẫn hƣớng nhƣ sau: 1. Ph n bố khối lƣợng ô tô khách đối xứng qua trục dọc của xe; các khối lƣợng tập trung tại trục dọc của xe; 2. Trọng t m của khối lƣợng đƣợc treo, không đƣợc treo nằm trong mặt phẳng đối xứng dọc xe; 3. C u xe không quay theo trục ngang; 4. Các điểm đặt lực từ hệ thống treo l n khối lƣợng đƣợc treo đƣợc quy về điểm tƣơng ứng với điểm giữa nhíp; 5. Các bánh xe k p đƣợc quy về bánh xe đơn với độ cứng bánh xe k p bằng 2 l n bánh xe đơn; 6. Đƣờng phẳng tuyệt đối với chiều cao mấp mô mặt đƣờng bằng 0; 7. Bỏ qua ảnh hƣởng đàn hồi hệ thống lái; 8. Bỏ qua ảnh hƣởng của lực cản khí động theo phƣơng ngang; 9. Bỏ qua ảnh hƣởng của góc vát (camber) bánh xe; 6
10. Vận tốc góc quay vòng của bánh xe dẫn hƣớng không đổi; 11. Coi hệ số bám tại các bánh xe là không đổi; 12. Coi khung xe là cứng tuyệt đối; 13. Góc nghi ng dọc của khối lƣợng không đƣợc treo h = 0; 14. Góc nghi ng dọc của khối lƣợng đƣợc treo n = . 2.2. Xây dựng mô hình động lực học X y dựng hệ phƣơng trình động lực học trong mặt phẳng đƣờng, mặt phẳng dọc và mặt phẳng ngang của ô tô khách. Mô hình khảo sát đƣợc thể hiện nhƣ sau: Hình 2. 1. Mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng của ô tô khách 2.3. Thiết lập hệ phƣơng trình toán học 2.3.1. Hệ quy chiếu Để thiết lập mô hình toán học mô tả chuyển động của xe khách căn cứ vào các giả thiết, hệ quy chiếu cụ thể nhƣ sau: Hình 2. 2. Hệ trục tọa độ khảo sát Mô hình động lực học đƣợc mô tả bởi 16 bậc tự do: 7
- 6 bậc tự do của khối lƣợng đƣợc treo: tịnh tiến dọc (x) và quay (γk) theo trục Ox, tịnh tiến ngang (y) và quay (n) theo trục Oy, tịnh tiến lên xuống (z) và quay (ωa) theo trục Oz. - 6 bậc tự do cho khối lƣợng không đƣợc treo là các c u xe: thẳng đứng (ξci) theo trục Cizi, dịch chuyển (yci) theo trục Ciyi và lắc ngang (βci) quanh trục Cixi (i=1,2). - 4 bậc tự do cho mỗi bánh xe mô tả góc quay (φci) bánh xe (1x4 bánh xe).Các phƣơng trình động lực học: (2.39) ma jx  X 2T  X 2 P  X 1T cos 1T  X 1P cos 1P – Y1T sin 1T  Y1P sin 1P  Fwx ; (2.40) m j  Y cos  Y cos  Y  Y  X sin  – X sin  ;  a y  1T 1T 1P 1P 2T 2P 1T 1T 1P 1P (2.40)  J za   Y1T cos1T  Y1P cos 1P  X 1T sin 1T  X 1P sin 1P  a  (Y2T  Y2 P ) b    X cos  Y sin  – X cos  Y sin   B1   X – X  B2 ;   1P 1P 1P 1P 1T 1T 1T 1T 2 2P 2T 2 m n (z  x n )  Z C1T  Z K1T  Z C1P  Z K1P  Z C2T  Z K 2T  Z C2P  Z K 2P (2.42)  J y  n  (Z C1T  Z K1T  Z C1P  Z K1P ) a n  (Z C2T  Z K 2T  Z C2P  Z K 2P ) b n (2.43)    (X1T  X1P  X '2T  X '2P )(h 1  r)  (M 1T  M 1P  M 2T  M 2P ) ' '    Fwx (h w  h 1 ) J   (Z  Z  Z  Z )w  (Z  Z  Z  Z )w  x k C1T K1T C1P K1P 1 C2 T K 2T C2P K 2P 2 (2.44)    Yr1 (h 1  h r1 )  Yr 2 (h 1  h r 2 )  M T1  M T2 mh1 (c1 - c1 yc1 )=(ZCL1T +ZCL1P )-(ZC1T +ZK1T +ZC1P +ZK1P ) (2.45)  mh1 ( yc1   c1c1 )  Yr1  X 1T sin1T  Y1T cos1T  X 1Psin1P  Y1P cos1P ' (2.46)  J c1β c1 =(ZC1P +ZK1P -ZC1T -ZK1T )w1 +(ZCL1T -ZCL1P )B1 +Yr1 (h r1 -r)+(Y1T +Y1P )r+M T1 ' (2.47) mh 2 (c 2 - c 2 yc 2 )=(ZCL2T +ZCL2P )-(ZC2T +ZK2T +ZC2P +ZK2P ) (2.48)  mh 2 ( yc 2   c 2c 2 )  Yr 2  Y2T  Y2 P ' (2.49)  J c 2β c2 =(ZC2P +ZK2P -ZC2T -ZK2P )w 2 +(ZCL2T -ZCL2P )B2 +Yr2 (h r2 -r)+(Y2T +Y2P )r+M T2 ' (2.50) 8
J L1T φ1T =M K1T -M P1T -(X1P +f.ZL1P )rd (2.51) J φ =M -M -(X +f.Z )r (2.52)  L1P 1P K1P P1P 1P L1P d   J L2T φ 2T =M K 2T -M P 2T -(X 2P +f.ZL2P )rd (2.53) J L2P φ 2P =M K 2P -M P 2P -(X 2P +f.ZL2P )rd  (2.54) 2.3.3. Mô hình lốp Luận án sử dụng mô hình lốp Pacejka [29] là mô hình phức tạp nhƣng có khá đ y đủ các yếu tố đ u vào về hình dáng, kích thƣớc, vận tốc, áp suất, nhiệt độ … ảnh hƣởng tới lốp (hình 2.3). Hình 2. 3. Biểu diễn lốp theo mô hình Pacejka Góc lăn lệch của các bánh xe dẫn hƣớng [5]:      v +aa ;  v y +aa  δ1T =1T -arctg  x  δ1P =1P -arctg    v - B1   y    v + B1   x       a a 2 2 + Góc lăn lệch của các bánh xe sau:      v y -ba ;  v y -ba   2T =-arctg    2P =-arctg    v - B2   x    v + B2   x       a a 2 2 Đối với quan hệ giữa góc lăn lệch của bánh xe  và phản lực bên Y, công thức thực nghiệm “Magic Formula” của Pacejka có dạng nhƣ sau: [29][39]     X ij  sij   DXij sin CX arctan BXij sij  EXij BXij sij  arctan  BXij sij  (2.76) Y     D sin  C arctan  B   E  B   arctan  B      ij ij Yij Y Yij ij Yij Yij ij Yij ij (2.77) M     D sin  C arctan  B   E  B   arctan  B      zij zij z zij ij zij zij ij zij ij (2.78) 2.3.4. Xác định lực cản khí động 9
v 2 Fwx  Cx A x (2.80) 2 2.3.5. Điều kiện mô men chủ động 1 1 MK2T =MK2P =M2T =M2 P = (ma gf+ ρCx Avo )rd 2 (2.81) 2 2 CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT TÍNH DẪN HƢỚNG CỦA Ô TÔ KHÁCH SẢN XUẤT LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM Lựa chọn các thông số để khảo sát 3.1.1. Chỉ tiêu đánh giá tính dẫn hướng Tính dẫn hƣớng của ô tô, đặc trƣng là các góc lăn lệch c u trƣớc và c u sau δ1, δ2 có ảnh hƣởng lớn đến tính điều khiển và ổn định quỹ đạo (ổn định hƣớng chuyển động). Để khảo sát tính dẫn hƣớng có các phƣơng án khảo sát thí nghiệm [9] nhƣ: - Tính ổn định quỹ đạo khi chuyển làn. - Tính ổn định chuyển động thẳng. - Tính quay vòng của ô tô. Các chỉ ti u quan trọng của tính dẫn hƣớng [9][49] nhƣ: - Vận tốc dọc vx; Hiệu góc lăn lệch c u trƣớc δ1 và c u sau δ2; Tính nhạy điều khiển; Góc quay, vận tốc và lực tác dụng lên vành tay lái; Dịch chuyển, vận tốc, gia tốc ngang; Góc, vận tốc quay th n xe; Góc nghiêng thân xe; Bán kính quay vòng R; Quỹ đạo chuyển động. Trong khuôn khổ luận án chọn phƣơng án tính quay vòng của ô tô và các thông số khảo sát tính dẫn hƣớng của ô tô nhƣ sau: - Ảnh hƣởng của AS lốp đến hiệu góc lăn lệch trƣớc và sau; - Ảnh hƣởng của AS lốp tới gia tốc ngang; - Ảnh hƣởng của AS lốp tới vận tốc quay th n xe; - Ảnh hƣởng của AS lốp đến quỹ đạo chuyển động. 3.1.2. Các phương án khảo sát 3.1.2.1. Đối với mô hình lốp Bảng 3. 1. Các chế độ khảo sát mô hình lốp Thông số Tiêu chí Ph n Áp suất lốp Tải trọng v đánh trình (kPa) (kN) (km/h) Phƣơng án giá bày Khảo sát ảnh hƣởng Pw = 420; Độ 2, 4, 6 của áp suất lốp đến 500; 580; 30 cứng 3.3.1 kN góc lăn lệch 660; ngang 10
3.1.2.2. Đối với mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng Khảo sát trong trƣờng hợp ô tô quay vòng với góc quay vành tay lái không đổi, vận tốc không đổi. Bảng 3. 2. Các chế độ khảo sát mô hình không gian 3 khối lượng nghiên cứu tính dẫn hướng Thông số Áp suất Góc Tiêu chí Ph n lốp (kPa) quay v đánh giá trình Phƣơng án vành tay (km/h) lái (độ) bày Phƣơng án 1: Pw = 420; Hiệu góc Khảo sát ảnh hƣởng của 500; 580; lăn lệch 3.3.2 áp suất lốp đến hiệu góc 660; trƣớc sau lăn lệch trƣớc sau. - t0 đến Phƣơng án 2: Pw = 420; t1 Gia tốc 3.3.3 Khảo sát ảnh hƣởng của 500; 580; 1T  0 ngang áp suất lốp tới gia tốc 660; - t1 đến 20, ngang t2 30, Phƣơng án 3: Khảo sát Pw =660; 1T  0  18040 Vận tốc ảnh hƣởng của áp suất - t2 đến quay thân 3.3.4 lốp tới vận tốc quay t3 1T  180 xe thân xe Phƣơng án 4: Pw = 420; Quỹ đạo Khảo sát ảnh hƣởng của 500; 580; chuyển 3.3.5 áp suất lốp đến quỹ đạo 660; động chuyển động. 3.2. Điều kiện khảo sát 3.2.1. Quy luật đánh lái Hình 3. 1. Góc quay của vành tay lái lý thuyết và thực nghiệm 11
3.2.2. huật toán giải hệ phương trình vi phân b ng ph n mềm mô ph ng số 3.3. Khảo sát ảnh hƣởng của một số thông số đến tính dẫn hƣớng của ô tô 3.3.1. Khảo sát đặc tính lốp Khảo sát ảnh hƣởng của áp suất lốp đến góc lăn lệch Hình 3. 2, 5, 6. Quan hệ góc lăn lệch và lực ngang Fy tại 2, 4, 6 kN Từ 3 hình 3.4, 3.5, 3.6 cho thấy khi lực ngang tăng, góc lăn lệch tăng, mối quan hệ này đƣợc coi là tuyến tính khi góc lăn lệch trong khoảng 0o~3o. Khi áp suất lốp giảm, độ cứng ngang của lốp giảm. (Góc hợp bởi đƣờng đồ thị và trục hoành tăng l n). 3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp đến hiệu góc lăn lệch ở các tốc độ khác nhau. 3.3.2.1. Áp suất của cả 2 lốp trước giảm Hình 3. 3, 8, 9. Đồ thị ảnh hưởng AS lốp (AS lốp trước giảm) tới hiệu góc lăn lệch (δ1 – δ2) ở vận tốc 20, 30, 40 km/h - Khảo sát khi ô tô quay vòng với vận tốc v = 20, 30, 40 km/h, góc quay vành tay lái α =1800, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn hƣớng θTB1=9,730. Từ hình 3.7, 3.8, 3.9 tại thời điểm 1s xe bắt đ u đánh lái, hiệu góc lăn lệch tăng l n (lớn hơn 0), trong khoảng từ 2s đến 10s giữ nguy n góc quay vòng tay lái α =1800, hiệu góc lăn lệch đạt đỉnh rồi giảm d n. Xe có xu hƣớng ổn định hiệu góc lăn lệch, ổn định hƣớng chuyển động hơn. Khi giảm áp suất l n lƣợt là 580 kPa, 12
500 kPa, 420 kPa, hiệu góc lăn lệch tăng, mức thay đổi AB tại 10s là 0,018; 0,03; 0,05 độ. - Tại áp suất 660 kPa, ở vận tốc càng cao hiệu góc lăn lệch càng lớn (ở 20 km/h hiệu góc lăn lệch lớn nhất 0,29 độ; ở 30 km/h hiệu góc lăn lệch lớn nhất 0,4 độ; ở 40 km/h hiệu góc lăn lệch lớn nhất 0,54 độ). Nhƣ vậy khi tăng vận tốc từ 20 km/h đến 40 km/h hiệu góc lăn lệch tăng 46,3%. 3.3.2.2. Áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm Hình 3. 4, 11, 12. Đồ thị ảnh hưởng AS lốp (AS 1 bên lốp c u trước giảm) tới hiệu góc lăn lệch ở vận tốc 20, 30, 40 km/h - Khảo sát khi ô tô quay vòng với vận tốc v = 20, 30, 40 km/h, góc quay vành tay lái α =1800, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn hƣớng θTB1=9,730. Từ hình 3.10, 3.11, 3.12 tại thời điểm 1s xe bắt đ u đánh lái, hiệu góc lăn lệch tăng l n (lớn hơn 0), trong khoảng từ 2s đến 10s giữ nguy n góc quay vòng tay lái α =1800, hiệu góc lăn lệch đạt đỉnh rồi giảm d n. Xe có xu hƣớng ổn định hiệu góc lăn lệch, ổn định hƣớng chuyển động hơn. Khi giảm áp suất l n lƣợt là 580 kPa, 500 kPa, 420 kPa, hiệu góc lăn lệch tăng, mức thay đổi AB tại 10s là 0,06; 0,065; 0,095 độ. - Vận tốc càng cao hiệu góc lăn lệch càng lớn (ở 20 km/h hiệu góc lăn lệch lớn nhất 0,258 độ; ở 30 km/h hiệu góc lăn lệch lớn nhất 0,32 độ; ở 40 km/h hiệu góc lăn lệch lớn nhất 0,38 độ). Tuy nhi n hiệu góc lăn lệch tại các điểm vận tốc này đều thấp hơn khi áp suất cả 2 lốp đều giảm cho thấy khi cả 2 lốp đều giảm có tính ổn định hƣớng chuyển động thấp hơn trƣờng hợp áp suất 1 b n giảm. Khi khảo sát 2 trƣờng hợp áp suất lốp 1 b n c u trƣớc giảm và cả 2 lốp c u trƣớc giảm: - Áp suất lốp thấp xe có tính dẫn hƣớng giảm; - Trƣờng hợp áp suất lốp giảm cả 2 bánh c u trƣớc có hiệu góc lăn lệch lớn hơn trƣờng hợp áp suất lốp giảm 1 bánh c u trƣớc, tính ổn định hƣớng chuyển động khi giảm áp suất cả 2 bánh k m hơn 13
giảm áp suất 1 bánh c u trƣớc. 3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp đến gia tốc ngang. 3.3.3.1. Áp suất của cả 2 lốp trước giảm Hình 3. 5, 14, 15. Đồ thị ảnh hưởng AS lốp (AS lốp trước giảm) tới gia tốc ngang ở vận tốc 20, 30, 40 km/h - Khảo sát khi ô tô quay vòng với vận tốc v = 20, 30, 40 km/h, góc quay vành tay lái α =1800, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn hƣớng θTB1=9,730. Từ hình 3.13, 3.14, 3.15 gia tốc ngang tăng l n khi xe bắt đ u đánh lái quay vòng. Khi giảm áp suất giảm l n lƣợt là 580 kPa, 500 kPa, 420 kPa, gia tốc ngang tăng, tính dẫn hƣớng giảm, mức thay đổi gia tốc ngang tại 10s là 0,17; 0,173, 0,17 m/s2. Từ 3 đồ thị ở 3 vận tốc tr n: - Ở vận tốc càng cao gia tốc ngang càng lớn (ở 20 km/h gia tốc ngang lớn nhất 1,554 m/s2; ở 30 km/h gia tốc ngang lớn nhất 1,815 m/s2; ở 40 km/h gia tốc ngang lớn nhất 2,088 m/s2). - Áp suất lốp càng thấp gia tốc ngang tăng l n, tính ổn định hƣớng chuyển động giảm, tính dẫn hƣớng giảm. Nhƣ vậy khi tăng vận tốc từ 20 km/h đến 40 km/h gia tốc ngang tăng 25,6%. 3.3.3.2. Áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm Hình 3. 6, 17, 18. Đồ thị ảnh hưởng AS lốp (AS 1 bên lốp c u trước giảm) tới gia tốc ngang ở vận tốc 20, 30, 40 km/h 14
- Khảo sát khi ô tô quay vòng với vận tốc v = 20, 30, 40 km/h, góc quay vành tay lái α =1800, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn hƣớng θTB1=9,730. Từ hình 3.16, 3.17, 3.18 gia tốc ngang tăng l n khi xe bắt đ u đánh lái quay vòng. Khi giảm áp suất giảm l n lƣợt là 580 kPa, 500 kPa, 420 kPa, gia tốc ngang tăng, tính dẫn hƣớng giảm, mức thay đổi gia tốc ngang tại 10s là 0,095; 0,118; 0,126 m/s2. Từ 3 trƣờng hợp khảo sát tr n: - Ở vận tốc càng cao gia tốc ngang càng lớn (ở 20 km/h gia tốc ngang lớn nhất 1,465 m/s2; ở 30 km/h là 1,737 m/s2; ở 40 km/h là 2,014 m/s2), tính dẫn hƣớng giảm. - Áp suất lốp càng thấp gia tốc ngang tăng l n, tính ổn định hƣớng chuyển động giảm, tính dẫn hƣớng giảm. 3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp đến vận tốc góc quay thân xe. 3.3.4.1. Áp suất của cả 2 lốp trước giảm Hình 3. 19, 20, 21. Đồ thị ảnh hưởng AS lốp (AS lốp trước giảm) tới vận tốc quay thân xe ở vận tốc 20, 30, 40 km/h - Khảo sát khi ô tô quay vòng với vận tốc v = 20, 30, 40 km/h, góc quay vành tay lái α =1800, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn hƣớng θTB1=9,730. Từ hình 3.19, 3.20, 3.21 vận tốc quay th n xe tăng l n khi xe bắt đ u đánh lái quay vòng. Khi giảm áp suất giảm l n lƣợt là 580 kPa, 500 kPa, 420 kPa, vận tốc quay th n xe tăng, tính dẫn hƣớng giảm, mức thay đổi vận tốc quay th n xe tại 10s là 0,0055; 0,012; 0,019 rad/s. Từ 3 trƣờng hợp khảo sát tr n: - Ở vận tốc càng cao vận tốc quay th n xe càng lớn (ở 20 km/h gia tốc ngang lớn nhất 0,062 rad/s; ở 30 km/h vận tốc quay thân xe 0,083 rad/s; ở 40 km/h vận tốc quay th n xe 0,13 rad/s). - Áp suất lốp càng thấp vận tốc quay th n xe tăng l n, tính ổn định hƣớng chuyển động giảm, tính dẫn hƣớng giảm. 15
3.3.4.2. Áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm Hình 3. 7, 23, 24. Đồ thị ảnh hưởng AS lốp (AS 1 bên lốp c u trước giảm) tới vận tốc quay thân xe ở 20, 30, 40 km/h - Khảo sát khi ô tô quay vòng với vận tốc v = 20, 30, 40 km/h, góc quay vành tay lái α =1800, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn hƣớng θTB1=9,730. Từ hình 3.22, 3.23, 3.24 vận tốc quay th n xe tăng l n khi xe bắt đ u đánh lái quay vòng. Khi giảm áp suất giảm l n lƣợt là 580 kPa, 500 kPa, 420 kPa, vận tốc quay th n xe tăng, tính dẫn hƣớng giảm, mức thay đổi vận tốc quay th n xe tại 10s là 0,003; 0,006; 0,009 rad/s. Từ 3 trƣờng hợp khảo sát tr n: - Ở vận tốc càng cao vận tốc quay th n xe càng lớn (ở 20 km/h gia tốc ngang lớn nhất 0,061 rad/s; ở 30 km/h vận tốc quay thân xe 0,081 rad/s; ở 40 km/ vận tốc quay th n xe 0,104 rad/s). - Áp suất lốp càng thấp vận tốc quay th n xe tăng l n, tính ổn định hƣớng chuyển động giảm, tính dẫn hƣớng giảm. 3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất lốp đến quỹ đạo chuyển động 3.3.5.1. Trường hợp áp suất lốp trước giảm Hình 3.25, 26, 27. Đồ thị ảnh hưởng AS lốp (AS trước giảm) tới quỹ đạo ở vận tốc 20, 30, 40 km/h, thời gian khảo sát 27, 20, 16s - Khảo sát khi ô tô quay vòng với vận tốc v = 20, 30, 40 km/h, góc quay vành tay lái α =1800, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn 16
hƣớng θTB1=9,730. Khi giảm áp suất l n lƣợt là 580 kPa, 500 kPa, 420 kPa, quỹ đạo thay đổi, sự thay đổi lớn nhất về quỹ đạo tại điểm D (14s, 11s, 9s) là 0,52; 0,70; 1,01 m. Đoạn AB là đoạn chuyển tiếp khi bắt đ u quay vành tay lái từ 0 đến 1800. Đoạn BC bán kính quay vòng khảo sát lớn hơn bán kính quay vòng mong muốn, xe quay vòng thiếu. Từ 3 trƣờng hợp khảo sát tr n: - Khi vận tốc tăng quỹ đạo tăng l n do sự lăn lệch nhiều hơn, tính dẫn hƣớng giảm. Cụ thể, vận tốc tăng từ 20 đến 40 km/h bán kính quỹ đạo tăng 7,7%. 3.3.5.2. Trường hợp áp suất 1 bên lốp cầu trước giảm Hình 3.28, 29, 30 Đồ thị AH AS lốp (AS 1 bên lốp c u trước giảm) tới quỹ đạo ở vận tốc 20, 30, 40 km/h, thời gian KS 27, 20, 16s - Khảo sát khi ô tô quay vòng với vận tốc v = 20, 30, 40 km/h, góc quay vành tay lái α =1800, tƣơng ứng góc quay của bánh xe dẫn hƣớng θTB1=9,730. Khi giảm áp suất l n lƣợt là 580 kPa, 500 kPa, 420 kPa, quỹ đạo thay đổi, sự thay đổi lớn nhất về quỹ đạo tại điểm D (14s, 11s, 5s) là 0,47; 0,65; 0,95 m. Đoạn AB là đoạn chuyển tiếp khi bắt đ u quay vành tay lái từ 0 đến 180 độ. Đoạn BC bán kính quay vòng khảo sát lớn hơn bán kính quay vòng mong muốn, xe quay vòng thiếu. Từ 3 trƣờng hợp khảo sát tr n: - Khi vận tốc tăng quỹ đạo tăng l n do sự lăn lệch nhiều hơn, tính dẫn hƣớng giảm. Cụ thể, vận tốc tăng từ 20 đến 40 km/h bán kính quỹ đạo tăng 4,0%. Khảo sát ở 2 trƣờng hợp áp suất lốp giảm đều cả 2 bánh xe và áp suất lốp giảm 1 bánh xe (bảng 3.5) có thể thấy khi áp suất ở cả 2 bánh xe trƣớc giảm mất ổn định hƣớng nhiều hơn trƣờng hợp áp suất ở 1 bánh xe giảm (bánh b n phải giảm). Mức thay đổi quỹ đạo lớn nhất là 9,6%. 17
Bảng 3.5. Sự thay đổi về quỹ đạo khi thay đổi áp suất 2 bánh xe và 1 bánh xe TT Vận Sự thay đổi lớn nhất về Sự thay đổi lớn nhất về tốc quỹ đạo khi áp suất 2 quỹ đạo khi áp suất 1 (km/h) bánh xe trƣớc giảm (m) bánh xe trƣớc giảm (m) 1 20 0,52 0,47 2 30 0,70 0,65 3 40 1,01 0,95 CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Thí nghiệm xác định các thông số đầu vào Xác định các thông số đ u vào là khối lƣợng, trọng t m, tỷ số truyền của hệ thống lái, thông số kích thƣớc của xe và độ cứng ngang của lốp nhằm mục ti u xác định các thông số đ u vào của mô hình hình toán. Thí nghiệm ô tô trên đƣờng và bãi thử về tính dẫn hƣớng Mục ti u của thí nghiệm là kiểm chứng mô hình đã x y dựng và khảo sát ở chƣơng 2 và chƣơng 3. Các thông số đ u vào là góc quay vành tay lái, vận tốc và áp suất lốp thay đổi. Các thông số đ u ra là gia tốc ngang, vận tốc quay th n xe, quỹ đạo quay vòng. Từ đó xác định đƣợc độ chính xác của mô hình đã x y dựng. 4.1. Thí nghiệm xác định các thông số đầu vào 4.1.1. Đo khối lượng ô tô 4.1.2. Đo tọa độ trọng tâm của ô tô 4.1.3. hí nghiệm đo tỷ số truyền của hệ thống lái 4.1.4. Xác định một số thông số kích thước làm thông số đ u vào cho bài toán lý thuyết 4.1.5. Đo độ cứng ngang (ĐCN) của lốp Mục đích thí nghiệm đo ĐCN của lốp là để xác định thông số đ u vào, cho bài toán xác định tính chất quay vòng của ô tô. Fy Ky  . Hình 4.8. Sơ đồ nguyên lý đo ĐCN của lốp 18