khảo sát động lực học phanh ô tô khi quay vòng bằng mô hình một dãy phi tuyến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

GIANG VĂN TIẾN

KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC PHANH Ô TÔ KHI QUAY
VÒNG BẰNG MÔ HÌNH MỘT DÃY PHI TUYẾN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật Cơ khí động lực

Hà Nội – Năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

GIANG VĂN TIẾN

KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC PHANH Ô TÔ KHI QUAY
VÒNG BẰNG MÔ HÌNH MỘT DÃY PHI TUYẾN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật Cơ khí động lực

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS LƯU VĂN TUẤN

Hà Nội – Năm 2013

1

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................ 2
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ......................................................................... 5
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... 8
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ PHANH Ô TÔ ........................................................ 9
Chương 2 LÝ THUYẾT MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHANH VÀ HIỆU QUẢ
PHANH ................................................................................................................ 19
2.1 Phương trình chuyển động tổng quát ......................................................... 23
2.2 Phương pháp xác định lực tương tác bánh xe ............................................ 32
Chương 3 MÔ HÌNH MỘT DÃY PHI TUYẾN ĐỘNG LỰC HỌC PHANH Ô
TÔ......................................................................................................................... 38
3.1 Hệ phương trình động lực học ô tô một dãy phi tuyến .............................. 38
3.2 Các lực liên kết........................................................................................... 39
Chương 4 KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ ......... 45
4.1 Đối tượng và thông số đầu vào .................................................................. 45
4.2 Các phương án khảo sát ............................................................................ 46
3.3.1 Phanh và đánh lái xung ....................................................................... 49
3.3.2 Lái sin và phanh .................................................................................. 52
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 60


2

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
- A  m2 

: Diện tích, thiết diện

-   kg / cm3 

: Mật độ không khí

- CL  N / m 

: Độ cứng hướng kính lốp

- CL1  N / m 

: Độ cứng hướng kính lốp trước

- CL 2  N / m 

: Độ cứng hướng kính lốp sau

- C  N / m

: Độ cứng hệ thống treo

- C1  N / m 

: Độ cứng treo trước

- C2  N / m 

: Độ cứng treo sau

- K  Ns / m 

: Hệ số cản hệ thống treo

- K1  Ns / m 

: Hệ số cản hệ thống treo trước

- K 2  Ns / m 

: Hệ số cản hệ thống treo sau

- a  m

: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước

- b  m

: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau

-r

: Bán kính tự do lốp

- J  kgm2 

: Mômen quán tính trục y của xe

- J yA1  kgm2 

: Mômen quán tính trục y của cầu trước

- J yA2  kgm2 

: Mômen quán tính trục y của cầu sau

- h  m

: Chiều cao mấp mô của đường

- h1  m 

: Chiều cao mấp mô của đường phía trước

- h2  m 

: Chiều cao mấp mô của đường phía sau

- FZ  N 

: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe


3
- FZ 1  N 

: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước

- FZ 2  N 

: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau

- FZt  N 

: Tải trọng tĩnh của bánh xe

- FZ 1,t  N 

: Tải trọng tĩnh bánh xe phía trước

- FZ 2,t  N 

: Tải trọng tĩnh bánh xe phía sau

- FZd  N 

: Tải trọng động bánh xe

- FC  N 

: Lực đàn hồi hệ thống treo

- FC1  N 

: Lực đàn hồi hệ thống treo trước

- FC 2  N 

: Lực đàn hồi hệ thống treo sau

- FK  N 

: Lực cản hệ thống treo

- FK1  N 

: Lực cản hệ thống treo trước

- FK 2  N 

: Lực cản hệ thống treo sau

- FCL  N 

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe

- FCL1  N 

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước

- FCL 2  N 

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau

- m N 

: Khối lượng được treo

- m1  N 

: Khối lượng được treo trước

- m2  N 

: Khối lượng được treo sau

- mA1  N 

: Khối lượng không được treo trước

- mA 2  N 

: Khối lượng không được treo sau

- b

: Hệ số bám đường

- ft  m 

: Độ võng tĩnh

- f t1  m 

: Độ võng tĩnh phía trước


4
- ft 2  m 

: Độ võng tĩnh phía sau

-   rad 

: Góc lắc thân xe

-   m

: Chuyển vị phương thẳng đứng cầu xe

- 1  m 

: Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước

- 2  m 

: Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau

-  m / s

: Vận tốc phương thẳng đứng cầu xe

- 1  m / s 

: Vận tốc phương thẳng đứng cầu trước

- 2  m / s 

: Vận tốc phương thẳng đứng cầu sau

-   m / s2 

: Gia tốc phương thẳng đứng cầu xe

- 1  m / s 2 

: Gia tốc phương thẳng đứng cầu trước

- 2  m / s 2 

: Gia tốc phương thẳng đứng cầu sau

- z, z, z  m, m / s, m / s 2 

: Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối

lượng được treo
- z1 , z1 , z1  m, m / s, m / s 2  : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối
lượng được treo trước
- z2 , z2 , z2  m, m / s, m / s 2  : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối
lượng được treo sau


5

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Nguyên lý phanh .................................................................................. 10
Hình 1.2. Động lực học bánh xe khi phanh và tăng tốc ...................................... 10
Hình 1.3. Lực tương tác bánh xe phụ thuộc hệ số trượt ...................................... 11

Hình 1.4. Nguyên lý phanh thông thường........................................................... 14
Hình 1.5. Nguyên lý phanh ABS ......................................................................... 15
Hình 1.6. Sơ đồ điều khiển................................................................................... 15
Hình 1.7. Sơ đồ điều khiển ô tô .......................................................................... 16
Hình 1.8. Quan hệ động lực học ô tô: j = 1,2,3,4 ................................................ 17
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc mô hình động lực học ô tô .......................................... 21
Hình 2.2. Mô đun động lực học trong mặt phẳng nền & mô đun bánh xe .......... 22
Hình 2.3. Mô đun xác định phản lực Fz.............................................................. 22
Hình 2.4. Mô đun dao động lắc dọc và ngang khối lượng được treo ................. 23
Hình 2.5. Mô đun hệ thống treo và động lực học ngang cầu xe ......................... 23
Hình 2.6. Mô hình chuyển động ô tô .................................................................. 24
Hình 2.7. Mô hình động lực học 3D ................................................................... 28
Hình 2.9. Mặt chiếu đứng ................................................................................... 29
Hình 2.10. Cấu trúc lốp ........................................................................................ 36
Hình 2.11. Định nghĩa hệ tọa độ và lực bánh xe................................................. 37
Hình 2.12. Định nghĩa hệ tọa độ và lực bánh xe theo SAE ................................. 37
Hình 2.9. Đặc tính lực Fx(s) tham số  ................................................................ 37
Hình 2.10. Đặc tính lực bên Fy(s) tham số  ..................................................... 37


6
Hình 3.1. Mô đun động lực học ô tô trong mặt phẳng xoy .................................. 38
Hình 3.2. Sơ đồ hệ thống treo .............................................................................. 40
Hình 3.3. Sơ đồ đặc tính treo ............................................................................... 40
Hình 3.4. Đặc tính lốp .......................................................................................... 41
Hình 4.1.1. Đồ thị mô men phanh tại các bánh xe .............................................. 46
Hình 4.1.2. Đồ thị góc đánh lái ............................................................................ 47
Hình 4.1.3. Đồ thị lực phanh ............................................................................... 47
Hình 4.1.4. Đồ thị lực ngang Fy........................................................................... 48
Hình 4.1.5. Đồ thị phản lực Fz ............................................................................. 48

Hình 4.1.6. Đồ thị hệ số trượt .............................................................................. 49
Hình 4.1.7. Đồ thị góc lệch bánh xe.................................................................... 49
Hình 4.1.8 Đồ thị góc lệch hướng ........................................................................ 50
Hình 4.1.9. Đồ thị hiệu góc lệch bên ................................................................... 50
Hình 4.1.10. Đồ thị góc quay đứng thân xe ........................................................ 51
Hình 4.1.11. Đồ thị vận tốc và gia tốc góc quay thân xe .................................... 51
Hình 4.1.12. Đồ thị vận tốc góc quay thân xe..................................................... 52
Hình 4.2.1. Đồ thị mô men tại các bánh xe......................................................... 52
Hình 4.2.2. Đồ thị góc đánh lái ........................................................................... 53
Hình 4.2.3. Đồ thị hệ số trượt dọc....................................................................... 53
Hình 4.2.4. Đồ thị lực ngang Fy .......................................................................... 54
Hình 4.2.5. Đồ thị lực dọc Fx .............................................................................. 54
Hình 4.2.6. Đồ thị góc hướng.............................................................................. 55
Hình 4.2.7. Đồ thị hiệu góc trượt ........................................................................ 55


7
Hình 4.2.8. Đồ thị góc trượt các bánh xe ............................................................ 56
Hình 4.2.9. Đồ thị gia tốc dọc xe ........................................................................ 56
Hình 4.2.10. Đồ thị vận tốc dọc xe ...................................................................... 57
Hình 4.2.11. Đồ thị vận tốc và gia tốc góc quay đứng thân xe ........................... 57
Hình 4.2.12. Đồ thị vận tốc góc quay đứng thân xe ........................................... 58


8

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay khi mà ô tô đã trở thành phương tiện đi lại ngày càng phổ biến,
tốc độ ô tô ngày càng tăng cao thì yêu cầu về độ an toàn cũng như sự thuận tiện
khi điều khiển ô tô ngày càng yêu cầu phải cao hơn. Khi ô tô chuyển động nó sẽ

chịu rất nhiều tác động từ phía người lái như phanh, quay vô lăng, hay ga…
Ngoài những tác động của người lái thì các yếu khách quan từ ngoại cảnh …rồi
các yếu tố bất ngờ tất cả sẽ ảnh hưởng rất lớn đến an toàn khi xe lưu thông.
Phanh là quá trình ảnh hưởng nhiều nhất đến sự an toàn. Trong quá tình phanh ô
tô người lái có thể phải thêm các điều khiển khác như đánh lái do yếu tố chướng
ngại vật dọc đường. Khi mà số lượng ô tô lưu thông trên đường tăng cũng kéo
theo các vấn đề về tai nạn giao thông do ô tô có thể gây ra. Trước nhu cầu thực tế
trên, đề tài đã được chọn nghiên cứu là “Khảo sát động lực học phanh ô tô khi
quay vòng bằng mô hình một dãy phi tuyến” để mô phỏng các quá trình phanh
trên đường vòng của ô tô trong thực tế và lấy ra các thông số về động lực học ô
tô.Trong thời gian làm luận văn, tác giả đã có nhiều cố gắng tích cực và chủ
động học hỏi, vận dụng các kiến thức đã được học và tìm hiểu các kiến thức mới.
Dưới sự hướng dẫn trực tiếp PGS-TS Lưu Văn Tuấn và các thầy trong Bộ môn ô
tô và xe chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội,
đề tài đã được hoàn thành các mục tiêu và nhiệm vụ đề ra.
Mặc dù hết sức cố gắng nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên luận
văn này khó tránh khỏi một vài sai sót, em mong nhận được sự chỉ bảo thêm của
các thầy.
Hà Nội, ngày 26 / 09/2013
Học viên

Giang Văn Tiến


9

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ PHANH Ô TÔ
1.1. Tổng quan về động lực phanh ô tô
Quá trình phanh ôtô là quá trình tính từ khi người lái phát hiện thấy chướng

ngại vật và quyết định đạp phanh đến khi tốc xe giảm xuống một giá trị xác định
theo yêu cầu của người lái.
Khi phanh xảy ra hai quá trình: ma sát giữa má phanh và trống phanh(đĩa
phanh) xảy ra trong cơ cấu phanh; ma sát giữa bánh xe với mặt đường. Ma sát
trong cơ cấu phanh được đặc trưng bởi hệ số ma sát giữa vật liệu làm guốc
phanh, má phanh với trống phanh hay đĩa phanh. Ma sát giữa bánh xe với mặt
đường đặc trưng bằng hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. Ma sát giữa guốc
phanh, má phanh và trống phanh làm giảm tốc độ quay của bánh xe. Ma sát giữa
bánh xe và mặt đường làm giảm tốc độ chuyển động của ôtô. Hệ thống phanh có
hiệu quả tốt thì phần động năng phải được tiêu tán trong cơ cấu phanh dưới dạng
nhiệt; tức là cơ cấu phanh không bị bó cứng.
(i) Quá trình ma sát trong cơ cấu đặc trưng bởi hệ số ma sát khô hoặc ướt;
phụ thuôc lực ép (cường độ phanh) và nhiệt độ má phanh;
(i) Quá trình ma sát giữa lốp và đường phức tạp hơn nhiều, phụ thuộc cấu
trúc lốp và áp suất lốp với độ mấp mô tế vi của đường, đặc trưng bởi hệ số bám
cực đại và hệ số bám cực tiểu, phụ thuộc động lực học bánh xe đàn hồi (phụ
thuộc phản lực đường lên bánh xe phương thẳng đứng và mô men chủ động/mô
men phanh).
Bản chất truyền lực giữa bánh xe và đường là « truyền khớp-truyền đàn
hồi đàn hồi-truyền ma sát ».


10
Sơ đồ nguyên lý phanh được thể hiện trong hình 1.1.

Hình 1.1. Nguyên lý phanh

Khi phanh, lái xe đạp phanh, tạo ra mô men phanh cho bánh xe Mb. Khi đó
có hai thông số vận tốc là vận tốc dài và vận tộc quay, hai vận tốc này không
bằng nhau, một phần do lốp biến dạng, một phần do trượt tương đối giữa lốp

đường. Trượt xảy ra khi quá trình đàn hồi kết thúc. Đặc trưng cho sự tổn hao vận
tốc là hệ số trượt. Hình (1.2) các thông số động lực học của bánh xe khi phanh;
hình (1.3) là đặc tính lốp. Đặc tính lốp là hàm phụ thuộc giữa hệ số bám dọc, hệ
số bám ngang với hệ số trượt dọc.

Hình 1.2. Động lực học bánh xe khi phanh và tăng tốc


11

Hình 1.3. Lực tương tác bánh xe phụ thuộc hệ số trượt
Hiệu quả phanh được xác định bởi hai yếu tố:
+ Quãng đường phanh

sP . Các thông số tương đương đánh giá quá trình

phanh là gia tốc phanh x , thời gian phanh t p , lực phanh riêng

Fx
.
G

+ Ổn định phanh và tính dẫn hướng khi phanh: thông số đánh giá là góc
quay thân xe.
Trong thực tế, khi phanh thì trục dọc của ôtô có thể bị lệch đi một góc  so
với phương chuyển động ban đầu. Sở dĩ như vậy là do tổng các lực phanh sinh ra
ở các bánh xe bên phải khác với tổng lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên trái và
tạo thành mô men quay vòng quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm của ôtô.
Các yếu tố ảnh hưởng:
+ Phản lực tác dụng từ đường: mấp mô đường, đường nghiêng, gió;

+ Lực quán tính ly tâm khi tăng tốc, khi phanh, chất tải lệch trọng tâm;
+ Độ bám giữa lốp và đường: mấp mô tế vi, môi chất giữa lốp và đường
(nước, bụi, cát);


12
+ Cấu trúc của lốp: độ đàn hồi hướng kính, tiếp tuyến và ngang;
+ Động lực học bánh xe: cường độ phanh, tốc độ tăng mômen khi phanh.
Điều này dẫn đến sự trượt bánh xe.
Người ta thường biểu diễn lực tương tác bánh xe theo hệ số bám  x ,  y và
phản lực FZ :
FX  FZx

(1.1)

FY  FZ y

(1.2)

Như vậy các lực tương tác khi phanh phụ thuộc hai yếu tố:
+ FZ : thông số này phụ thuộc động lực học phương thẳng đứng, phụ thuộc
các yếu tố như mấp mô mặt đường, đường nghiêng, gió, lực quán tính ly tâm khi
tăng tốc, khi phanh, quay vô lăng.
+  x ,  y : là hệ số bám (còn được gọi là hệ số truyền lực) phụ thuộc các yếu
tố như cấu trúc của lốp, bề mặt đường, vận tốc trượt dọc, trượt ngang.
Ngoài ra khi phanh với xe có 4 bánh, các cặp  FZ , FX , Fy ,x , y i rất khác
nhau. Điều này gây mất ổn định và mất khả năng điều khiển do lực phanh hai
phía khác nhau và bánh xe không có khả năng truyền lực.
Việc xác định các quan hệ động lực học của quá trình phanh để khảo sát các
yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả phanh là một việc làm cần thiết theo hai góc độ:

+ Có kỹ thuật phanh hợp lý cho lái xe;
+ Có biện pháp kết cấu nâng cao hiệu quả phanh.


13
Việc mô tả quá trình phanh là khó khăn vì các yếu tố của quá trình phanh là
thay đổi:
+ Đường xá thay đổi dẫn đến hệ số bám thay đổi;
+ Cấu trúc xe và lốp thay đổi;
+ Phản xạ của người lái khác nhau; thời gian phản ứng khác nhau;
+ Môi trường khi phanh.
Các hàm mục tiêu về hiệu quả phanh do vậy phụ thuộc nhiều yếu tố mà khi
thí nghiệm trên đường không thể xác định tường minh được.
Vì vậy nghiên cứu quá trình phanh nhằm nâng cao hiệu quả phanh bằng mô
hình có ý nghĩa to lớn. Những kết quả nghiên cứu bằng mô hình sẽ được hiệu
chỉnh bởi các thí nghiệm đơn lẻ.
+ Hiệu quả phanh là một hàm đa biến chỉ có thể khảo sát sự phụ thuộc bằng
mô hình;
+ Hiệu quả phanh thực chất phụ thuộc vào phản lực FZ và hệ số bám  x ,  y .
Các hệ số  x ,  y là một hàm đa biến, trước hết phải được nghiên cứu dưới dạng
quy luật và sau đó tuỳ vào điều kiện cụ thể của xe và đường mà xác định các trị
số (tham số) để mô tả chính xác các quá trình phanh cụ thể. Hình 1.4 là sơ đồ
phanh thông thường, không có ABS. Khi lái xe đạp pedal, áp suất dầu xy lanh
chính tăng lên; tương ứng áp trong xy lanh bánh xe cũng tăng theo một tỷ lệ nào
đó, tạo ra mô men phanh. Đây là mô ma sát của cơ cấu, sẽ chuyển hóa ra mô
men phanh: mô men bám, xem hình (1.1). Khi mô men của cơ cấu vượt ngưỡng
mô men bám, bánh xe sẽ trượt, làm giảm hiệu quả phanh:


14

M bcc  M b
Fb  Fz ,maxx,max  M b / r

Vì vậy, người ta đã đề xuất hệ thống phanh ABS có sơ đồ như hình (1.5).
Nguyên lý như sau: Khi lái xe đạp phanh tạo ra một mô men phanh vượt qua
ngưỡng, ABS-ECU sẽ điều khiển van điện từ giảm áp, sao cho mô men tạo ra do
xy lanh bánh xe không vượt quá mô men bám. Xem hình (1.5).
Trong các xe có ABS thường có trang bị cảm biến gia tốc dọc để xác định vận
tốc dọc; cảm biến gia tốc ngang để xác định vận tốc ngang; tại các bánh xe có
các cảm biến đo vận tốc góc. Do vậy có thể xác định các hệ số trượt của bánh xe,
là thông số điều khiển ABS. Cơ cấu chấp hành là van điện từ ba cửa. Van đó sẽ
làm tăng, giữ áp, giảm áp theo tín hiệu điều khiển của ABS-ECU. Hình (1.6) chỉ
ra quan hệ các vận tốc, ngưỡng điều khiển, tín hiệu điều khiển và áp suât cấp từ
xy lanh chính và áp suất được điều khiển cho xy lanh bánh xe.

Hình 1.4. Nguyên lý phanh thông thường


15

Hỡnh 1.5. Nguyờn lý phanh ABS

Hỡnh 1.6. S iu khin
Xuất phát từ ý t-ởng trên luận văn h-ớng tới Kho sỏt ng lc hc
phanh ụ tụ khi quay vũng bng mụ hỡnh mt dóy phi tuyn nghiên cứu một
số thông số ảnh h-ởng đến hiệu quả phanh ôtô.


16
Nghiên cứu động lực học ôtô là tìm ra qui luật chuyển động của ôtô từ đó

xác định giới hạn an toàn, tìm sự tương thích giữa lái xe và xe, mở rộng khả
năng điều khiển xe của lái xe. Quỹ đạo chuyển động của ô tô được xác đinh bởi
vận tốc, gia tốc, quỹ đạo chuyển động bởi các thông số ( x, y, ) ; đồng thời quỹ
đạo chuyển động của nó được khái quát 3 trạng thái
- Quay vòng đủ: ở trạng thái này ôtô có tính chất quay vòng lý tưởng, ở
trường hợp này bán kính quay vòng thực tế của xe bằng với bán kính quay vòng
yêu cầu. Xe chạy ổn định.
- Quay vòng thiếu: Là trạng thái mà lái xe quay vô lăng nhiều hơn để vào
cua. Trường hợp giới hạn xe có thể chuyển động theo phương tiếp tuyến. Trong
trường hợp này xe có thể rơi vào trạng thái nguy hiểm – mất lái.
- Quay vòng thừa: ôtô có tính năng quay vòng thừa tức là bán kính quay
vòng của xe nhỏ hơn bán kính yêu cầu, ở trạng thái này xe bị mất ổn định nguy
hiểm.

Hình 1.7. Sơ đồ điều khiển ô tô
Nhìn vào hình 1.7 chúng ta thấy lái xe có ba tác động: Ga để thay đổi
mômen của động cơ (MA), phanh để tạo ra mô mem phanh (MB) và quay vô lăng
δ. Dưới điều kiện ngoại cảnh như gió, đường nghiêng, lực quán tính, có thể làm
thay đổi phản lực Fz lên các bánh xe và từ đó làm thay đổi các lực phương dọc và


17
phương ngang tại các bánh xe, khi đó ô tô sẽ chuyển động với vận tốc dọc x , vận
tốc ngang y , vận tốc góc quay thân xe  .
Trong thực tế thì MA, MB, δ không có quan hệ tuyến tính với hàm phản
ứng ( x, y, ) . Vì vậy, việc nghiên cứu thiết lập một mô hình động lực học ô tô để
xác định các giới hạn nguy hiểm là điều cần thiết, chúng ta có thể thiết lập quan
hệ như sau:

Hình 1.8. Quan hệ động lực học ô tô: j = 1,2,3,4

Các thông số ( x, y, ) là đặc trưng cho phản ứng của xe , được xác định quỹ
đạo chuyển động của ô tô cũng như trạng thái quay vòng của ô tô. Chính vì vậy
việc thiết lập một mô hình động lực học ô tô là cần thiết nhằm xác định các yếu
tố cấu trúc của ô tô, phản ứng của lái xe và các yếu tố ngoại cảnh là mục tiêu của
nội dung nghiên cứu.
Các yếu tố ảnh hưởng:
1. Điều kiện đường:
- Độ bám, tính chất mặt đường;
- Độ nghiêng, độ dốc của đường;
- Các lực quán tính dọc, ngang.
2. Phản ứng lái xe:
- Tốc độ ga, phanh, quay vô lăng và giá trị cực đại của MA, MB, δ.


18
3. Cấu trúc của ô tô:
- Phân bố khối lượng (tọa độ trọng tâm);
- Kết cấu lốp (liên quan đến độ cứng dọc, độ cứng ngang, hướng kính).
Mục tiêu nghiên cứu động lực học ô tô là:
Xác định các giới hạn mất ổn định lái của xe với các điều kiện sử dụng
khác nhau nhằm định hướng an toàn cho lái xe;
Nghiên cứu tối ưu quá trình động lực trong bài toán thiết kế;
Thiết lập quan hệ điều khiển trong bài toán điều khiển ổn định ô tô.
Trong khuôn khổ luận văn, tác giả được giao nhiệm vụ “Khảo sát động lực
học phanh ô tô khi quay vòng bằng mô hình một dãy phi tuyến ”. Luận văn
có 3 phần chính như sau:
(i) Tổng quan về động lực học ô tô;
(ii) Lý thuyết mô hình động lực học và phanh hiệu quả;
(iii) Lập mô hình một dãy phi tuyến và khảo sát động lực học phanh ô tô
khi quay vòng.

19

Chương 2
LÝ THUYẾT MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHANH
VÀ HIỆU QUẢ PHANH
Động lực học ô tô là tích hợp giữa động lực ngang, thẳng đứng và động
lực học phương dọc. Thân xe có ba chuyển động tịnh tiến và 3 chuyển động
góc. Thân xe liên kết với 4 bánh xe; động lực học bánh xe như một mô hình
con. Như vậy động lực học ô tô là một mô hình tích hợp: là động lực học của
một hệ cơ học nhiều vật, liên kết đàn hồi và liên kết ma sát, liên kết khớp.
Động lực học của ô tô được mô tả trong hệ cố định G(OXYZ). Nhưng để mô
tả các hệ con ta phải xác lập các hệ cục bộ B(oxyz). Giữa chúng liên hệ với
nhau qua các ma trận xoay.
Về phương pháp nghiên cứu và thiết lập mô hình động lực học, thuận
tiện nhất là tách cấu trúc theo nguyên lý hệ nhiều vật MBS. Trong sơ đồ hình
2.1 là cấu trúc hệ động lực học ô tô.
(i) Mô đun chính “XY” là mô hình động lực học ô tô trong mặt phẳng nền
XOY, mô tả chuyển động tịnh tiến phương x, phương ngang y và chuyển động
quay thân xe; thông số đầu vào là các lực/mô men

tương tác bánh

xe Fxj , Fyj , M zj mà thông số ra là các đại lượng x, y, ; mx, my, J z .
(ii) Mô đun “Tire model” xác định lực/mô men tương tác bánh xe

Fxj , Fyj , M zj . Thông số đầu vào cho mô hình lốp là hệ số trượt dọc và hệ số
lệch bên bánh xe. Để xác định các hệ số trượt dọc ta cần mô đun động lực học
bánh xe “R” với thông số ra là vận tốc góc  . Các thông số động học bánh xe

“vận tốc dọc, vận tốc ngang xwj , ywj ” được xác định qua ma trận xoay giữa hai
hệ tọa độ cố định và cục bộ.


20
(iii) Mô đun bánh xe “R” mô tả động lực học (quay) của bánh xe trong
mặt phanh thẳng đứng.
(iv) Mô đun “Động lực học ô tô phương thẳng đứng z”: Trong mô đun
bánh xe “Tire modell” có thông số vào Fzj , vì vậy ta cần thiết lập mô hình
động lực học phương thẳng đứng z. Trong mô đun này có mô đun “động lực
học thẳng đứng thân xe “:ZX”, mô đun Hệ thống treo “Suspension”, mô đun
“động lực học bánh xe “ phương thẳng đứng, xác định chuyến vị tâm cầu xe
“  Aj ”.
(v) Mô đun “Suspension” xác định các nội lực hệ thống treo cho mô đun
dao động thân xe.
(vi) Mô đun “dao động bánh xe” xác định chuyển vị tâm bánh xe  Aj
nhằm xác định Hình 2.2 định nghĩa hệ toạ độ xe B (Cxyz) với trọng tâm C.
Trục x đi qua C là trục hướng chuyển động của ô tô; trục y đi qua C sang trái
của lái xe là hướng chuyển động ngang; trục z chuyển động đi lên vuông góc
với mặt xy theo quy tắc bàn tay phải. Ở đây ta giả thiết đường phẳng, đường
mấp mô sẽ được xét ở phần sau. Góc  chỉ hướng lắc ngang quang trục x và 
chỉ hướng quay quanh trục z. Ba đại lượng x,y, đặc trưng cho chuyển động
của ô tô. Thân xe có ba chuyển động tịnh tiến x,y,z và 3 chuyển động góc 
(lắc ngang),  (quay đứng), lắc dọc

 . Xét tổng quát 6 bậc tự do là rất phức

tạp; chưa tính đến 6 bậc tự do của 4 bánh xe. Vì vậy ta xét động lực học trong
mặt phẳng nền (XY) để thiết lập phương trình chuyển động; các động lực khác
được xét như các mô hình con (hình 2.2 đến 2.5).

21

Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc mô hình động lực học ô tô


22

Hình 2.2. Mô đun động lực học trong mặt phẳng nền & mô đun bánh
xe

Hình 2.3. Mô đun xác định phản lực Fz


23

Hình 2.4. Mô đun dao động lắc dọc và ngang khối lượng được treo

Hình 2.5. Mô đun hệ thống treo và động lực học ngang cầu xe
2.1 Phương trình chuyển động tổng quát
Các thông số của mô hình được biểu diễn trong hình 2.1:
G (XYZ) là hệ toạ độ cố định;
B (Cxyz) là hệ toạ độ xe (vật).
Gd: là véc tơ vị trí từ gốc của G đến trọng tâm C của xe B(Cxyz).