Luận văn, nghiên cứu mô phỏng chuyển động của ôtô con khi phanh trên đường vòng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ
NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ
CON KHI PHANH TRÊN ĐƯỜNG VÒNG
CON KHI PHANH TRÊN ĐƯỜNG VÒNG
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
Học viên: VŨ THẾ TRUYỀN
Khóa: 2012A
Người HDKH: PGS.TS HỒ HỮU HẢI
Hà Nội, ngày 26/04/2014
LÝ DO NGHIÊN CỨU
LÝ DO NGHIÊN CỨU
2
Khi phanh và quay vòng dễ dẫn đến tình trạng quá
độ gây ra tai nạn nên đòi hỏi phải có nghiên cứu về
mối quan hệ giữa các yếu tố vận hành như: hệ thống
lái, hệ thống phanh, vận tốc đến quỹ đạo và ổn định
chuyển động để cải tiến điều khiển xe an toàn hơn.
Từ các phương trình động lực học lập mô hình
matlab-simulink, tìm ra mối quan hệ giữa: v, F
bđ
,β
vl
đến
quỹ đạo và ổn định của xe để tăng tính an toàn khi
phanh xe trên những cung đường cong không quá ¼
đường tròn với vận tốc không lớn. Để đạt được mục tiêu
đó luận văn gồm các phần sau:
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu;
Chương 2: Mô hình toán học và mô hình mô phỏng

trong môi trường matlab-simulink;
Chương 3: Mô phỏng một số trường hợp điển hình;
Kết luận
NỘI DUNG
NỘI DUNG
1.1. Yêu cầu thực tế
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
* Tai nạn giao thông
- Các đặc tính của tai nạn giao thông:
- Tình hình tai nạn giao thông trên thế giới:
- Tình hình tai nạn giao thông trong nước:
Trung bình mỗi năm có 1,2 triệu người chết vì tai nạn giao
thông và 50 triệu người bị thương
Từ 16/11/2011 đến 16/11/2012, toàn quốc đã xảy ra 36.376 vụ
tai nạn giao thông, làm chết 9.838 người và bị thương 38.060
người
+ Được thực hiện bằng những hành vi cụ thể
+ Gây thiệt hại về tính mạng, sức khỏe con người, vật, tài sản.
1.1. Yêu cầu thực tế
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
* Nghiên cứu động lực học ô tô
- Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô:
- Chỉ tiêu đánh giá ôtô:
- Nghiên cứu động lực học ôtô:
Tìm ra quy luật chuyển động, xác định giới hạn an toàn, sự
tương thích giữa lái xe và xe
Vận tốc, gia tốc, quỹ đạo thông qua thông số chung là trạng
thái quay vòng của xe

Ôtô thế hệ sau có kết cấu hoàn thiện hơn, vận tốc lớn hơn,
khả năng thích ứng động lực học tốt, hướng tới an toàn tích
cực
1.2. Các đề tài nghiên cứu trước đây
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
“ Nghiên cứu đặc tính quay vòng của xe du lịch”, luận
văn thạc sỹ khoa học, trường đại học Bách Khoa Hà Nội,
do sinh viên Lê Đức Hiếu thực hiện năm 2007
“Mô phỏng và nghiên cứu quá trình động lực học của hệ
thống phanh thủy lực”, luận văn thạc sỹ khoa học, trường Đại
học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn, sinh viên thực hiện Nguyễn
Văn Hùng, năm 2011.
“Mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô bốn bánh xe
dẫn hướng”, luận văn thạc sỹ khoa học, trường Đại học Bách
khoa Hà Nội hướng dẫn, sinh viên thực hiện Lê Ngọc Trung,
năm 2008.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.3. Mục tiêu, nội dung, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
* Mục tiêu
* Nội dung
* Phạm vi nghiên cứu
* Phương pháp nghiên cứu
Khảo sát phản ứng của xe với các tác động: β
vl
, F
bđ
và v
của xe ô tô con khi phanh trên đường vòng

Dùng mô tả toán học và mô phỏng bằng matlab-simulink
Chuyển động của ô tô con khi phanh trên những cung
đường cong không quá ¼ đường tròn với vận tốc không lớn.
-
Tổng quan
- Khảo sát phản ứng của xe khi lái xe thực hiện các thao
tác điều khiển phanh và quay vòng
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
P
f4
S
4
F
4
M
S4
P
f3
S
3
3
S3
M
F
X
Y
X
o
V

J
z
T
N
X
o
Y
o
Z
o
+
P
w
ε









−−−−−++−+++=
−+++++=
−−−−+++=
2
)(
2
)coscos(

2
)sinsin()()cos()sinsin(.
sinsincoscos.
sinsincoscos
4322112211432112211

2211432211

2211432211

B
FF
B
FF
B
SSbSSaSSaFFJ
NFFSSSSm
PPSSFFFFm
z
wf
y
x
βββββββε
ββββ
ββββ
* Mô hình phẳng
* Hệ phương trình
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
* Sơ đồ sự nghiêng thân xe và tải trọng thẳng đứng




























−+
=
=∆

=
=
++=∆
++=∆
∆+∆−=
∆−∆−=
∆+∆+=
∆−∆+=
''
0
'

'
0
'
0



0


0
44
33
22
11


.

.


)

.(
1
)

.(
1
)(
)(
)(
)(
hgmCC
hym
L
hm
xZ
L
a
gmZ
L
b
gmZ
yhm
L
lym
C

t
Z
yhm
L
lym
C
t
Z
ZZZZ
ZZZZ
ZZZZ
ZZZZ
st
T
s
T
t
ss
s
s
s
s
tt
t
t
t
t
s
T
s

T
t
T
t
T
ψψ
ψ
ψ
ψ
ψ
ψ
* Hệ thống phanh thủy lực
- Sơ đồ xy lanh chính





+−−=
+−−=
NAPFApxm
NAPFFxm
mcmcslxsmcmcmcsmcs
mcmcplxpmcmcpmcp




- Sơ đồ đường ống dẫn dầu cho 1 cầu






−−−=
−−−=
mfxlxls
mfxlxls
kxxxSPxm
kxxxSPxm
).(
).(
032
.
3222

32
031
.
3111

31
µ
µ
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
* Hệ thống phanh thủy lực
- Sơ đồ xy lanh công tác


















=
=
=
+=
−−=
−−=
∫
4
.
.
4
.
.
4
.

2
2
)2.(

2
1
1
1
2
1
2
2
1
011111
1
1
111

11
d
S
l
d
V
l
D
VR
VVRV
QxSQ
V

K
P
FFSPxm
xl
xlt
xltxl
xl
xl
xl
msxlxlxl
π
π
π
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
2.2. Mô hình mô phỏng trong môi trường matlab-simulink
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
3.1. Mô phỏng chuyển động của ô tô con khi phanh trên
đường vòng với v = 10m/s, F
bđ
= 280N, β
vl
lần lượt là: 60
0
-
120
0
- 180
0

.
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
3.2. Mô phỏng chuyển động của ô tô con khi phanh trên
đường vòng với β
vl
120
0
, F
bđ
= 490N, v lần lượt là: 10m/s –
15m/s – 20m/s.
3.3. Mô phỏng chuyển động của ô tô con khi phanh trên
đường vòng với β
vl
= 60
0
, v = 20m/s, F
bđ
lần lượt là: 280N –
490N – 700N
Các trường hợp mô phỏng:
3.1. Mô phỏng chuyển động của ô tô con khi phanh trên
đường vòng với v = 10m/s, F
bđ
= 280N, β
vl
thay đổi lần lượt
là: 60
0

– 120
0
- 180
0
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
0 1 2 3 4 5
0
50
100
150
200
250
300
350
400
Thoi gian [s]
Momen phanh [N.m]


Cau sau
Cau truoc
0 1 2 3 4 5
0
50
100
150
200
250
300

Thoi gian [s]
Luc ban dap phanh [N]
0 1 2 3 4 5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Thoi gian [s]
Goc quay than xe [rad]
0 1 2 3 4 5
0
2
4
6
8
10
Thoi gian [s]
Van toc chung [m/s]
0 1 2 3 4 5
0
10
20
30
40
50

60
Thoi gian [s]
Goc quay than xe [rad]
0 1 2 3 4 5
0
2
4
6
8
10
Thoi gian [s]
Van toc chung [m/s]
0 1 2 3 4 5
0
5
10
15
20
25
30
Thoi gian [s]
Goc quay than xe [rad]
0 1 2 3 4 5
0
2
4
6
8
10
Thoi gian [s]

Van toc chung [m/s]
βvl =60
0
βvl =120
0
βvl =180
0
0 1 2 3 4 5
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Thoi gian [s]
Gia toc goc quay than xe [rad/s
2
]
0 1 2 3 4 5
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Thoi gian [s]
Van toc goc quay than xe [rad/s]

0 1 2 3 4 5
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Thoi gian [s]
Gia toc goc quay than xe [rad/s
2
]
0 1 2 3 4 5
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Thoi gian [s]
Van toc goc quay than xe [rad/s]
0 1 2 3 4 5
-2
-1
0

1
2
3
4
Thoi gian [s]
Gia toc goc quay than xe [rad/s
2
]
0 1 2 3 4 5
0
0.05
0.1
0.15
0.2
Thoi gian [s]
Van toc goc quay than xe [rad/s]
βvl =60
0
βvl =120
0
βvl =180
0
0 5 10 15 20
0
2
4
6
8
10
12

14
Truc X
Truc Y
0 5 10 15 20 25
0
2
4
6
8
10
12
Truc X
Truc Y
0 10 20 30
0
1
2
3
4
5
6
7
Truc X
Truc Y
βvl =60
0
βvl =120
0
βvl =180
0

Góc quay vành lái 60
0
120
0
180
0
Vận tốc ban đầu[m/s] 10 10 10
Lực bàn đạp phanh [N] 280 280 280
Góc nghiêng thân xe lớn
nhất [rad]
4,8.10
-3
7,9.10
-3
10.10
-3
Góc quay thân xe lớn nhất
[rad]
28 54 74
Vận tốc góc quay thân xe
lớn nhất [rad/s]
0,17 0,31 0,44
Gia tốc góc quay thân xe lớn
nhất [rad/s
2
]
3,4 4,1 4,7
3.2. Mô phỏng chuyển động của ô tô con khi phanh trên
đường vòng với βvl = 120
0

, F
bđ
= 490N, v thay đổi lần lượt là:
10m/s

– 15m/s

– 20m/s
0 1 2 3 4
0
20
40
60
80
100
120
Thoi gian [s]
Goc quay vanh lai [do]
0 1 2 3 4
0
100
200
300
400
500
Thoi gian [s]
Luc ban dap phanh [N]
0 1 2 3 4
0
100

200
300
400
500
600
700
Thoi gian [s]
Momen phanh [N.m]


Cau sau
Cau truoc
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
0 2 4 6
0
10
20
30
40
50
60
70
Thoi gian [s]
Goc quay than xe [rad]
0 2 4 6
0
5
10
15

20
Thoi gian [s]
Van toc chung [m/s]
0 1 2 3 4 5
0
10
20
30
40
50
60
Thoi gian [s]
Goc quay than xe [rad]
0 1 2 3 4
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Thoi gian [s]
Van toc doc [m/s]
0 1 2 3 4
0
5
10
15

20
25
30
35
40
Thoi gian [s]
Goc quay than xe [rad]
0 1 2 3 4
0
2
4
6
8
10
Thoi gian [s]
Van toc chung [m/s]
v = 10m/s
v = 15m/s
v = 20m/s
0 2 4 6
-2
-1
0
1
2
3
4
Thoi gian [s]
Gia toc goc quay than xe [rad/s
2

]
0 1 2 3 4 5
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Thoi gian [s]
Van toc goc quay than xe [rad/s]
0 1 2 3 4 5
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Thoi gian [s]
Gia toc goc quay than xe [rad/s
2
]
0 1 2 3 4
-0.05
0
0.05

0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
Thoi gian [s]
Van toc goc quay than xe [rad/s]
0 1 2 3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
Thoi gian [s]
Gia toc goc quay than xe [rad/s
2
]
0 1 2 3
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3

0.35
Thoi gian [s]
Van toc goc quay than xe [rad/s]
v = 10m/s v = 15m/s v = 20m/s
0 10 20 30 40 50
0
5
10
15
20
25
Truc X
Truc Y
0 10 20 30 40
0
2
4
6
8
10
12
14
Truc X
Truc Y
0 5 10 15 20
0
1
2
3
4

5
6
Truc X
Truc Y
v = 10m/s v = 15m/s v = 20m/s
Vận tốc ban đầu[m/s] 10 15 20
Lực bàn đạp phanh[N] 490 490 490
Góc quay vành lái 120
0
120
0
120
0
Góc nghiêng thân xe lớn
nhất [rad]
8.10
-3
10,5.10
-3
12.10
-3
Góc quay thân xe lớn nhất
[rad]
36 54 66
Vận tốc góc quay thân xe
lớn nhất [rad/s]
0,32 0,33 0,34
Gia tốc góc quay thân xe
lớn nhất [rad/s
2

]
4,1 4,1 4,1
3.3. Mô phỏng chuyển động của ô tô con khi phanh trên
đường vòng với βvl = 60, v = 20m/s, F
bđ
thay đổi lần lượt là:
280N

– 490N

– 700N
0 2 4 6 8 10
0
10
20
30
40
50
60
Thoi gian [s]
Goc quay vanh lai [do]
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
0 1 2 3 4 5
0
100
200
300
400
500

600
700
800
900
Thoi gian [s]
Momen phanh [N.m]


Cau truoc
Cau sau
0 1 2 3 4 5
0
100
200
300
400
500
600
700
Thoi gian [s]
Luc ban dap phanh [N]
0 2 4 6 8 10
0
50
100
150
200
250
300
350

400
Thoi gian [s]
Momen phanh [N.m]


Cau sau
Cau truoc
0 2 4 6 8 10
0
50
100
150
200
250
300
Thoi gian [s]
Luc ban dap phanh [N]
0 1 2 3 4
0
100
200
300
400
500
Thoi gian [s]
Luc ban dap phanh [N]
0 1 2 3 4
0
100
200

300
400
500
600
700
Thoi gian [s]
Momen phanh [N.m]


Cau sau
Cau truoc
F
bđ
= 280N F
bđ
= 490N F
bđ
= 700N