Phân tích động lực học theo phương ngang xe máy 3 bánh bằng mô hình động lực học phẳng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VÕ ANH TUẤN

PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG NGANG XE
MÁY 3 BÁNH BẰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHẲNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô - Máy kéo
Mã số: 60 52 35

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2016


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Trần Hữu Nhân .....................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Lê Duy Khải ..................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Chí Thanh......................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 28 tháng 07 năm
2016.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch, TS Nguyễn Ngọc Dũng
2. Thư ký, TS Phạm Tuấn Anh
3. ủy viên, TS. Nguyễn Lê Duy Khải
4 ủy viên, TS. Nguyễn Chí Thanh
5 ủy viên, TS. Hồng Đức Thông
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi
nhận luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT GIAO THÔNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: VÕ ANH TUẤN

MSHV: 13130419

Ngày, tháng, năm sinh: 05/10/1982

Nơi sinh: Lâm Đồng

Chuyên ngành: Kỹ thuật Ôtô - Máy kéo

Mã số: 60 52 35

I. TÊN ĐỀ TÀI:

“PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG NGANG XE MÁY 3
BÁNH BẰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHẲNG”
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Xác định các thông số của hệ thống treo, kích thuớc, khối luợng, mômen quán tính khối
luạng của xe tải.
2. Xây dụng mô hình động lực học lắc theo phương ngang của xe.
3. Tính toán mô phỏng động học, động lục học của xe cho 2 truờng hợp:
a. Xe 3 bánh có 2 bánh truớc.
b. Xe 3 bánh có 2 bánh sau.
4. Phân tích, đánh giá kết quả.
II. NGÀY GIAO NHỆM VỤ: 11/01/2016
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHỆM VỤ: 21/07/2016
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRẦN HỮU NHÂN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

Tp.HCM, ngày... thảng... năm 2016
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, đặc biệt là quý
thầy cô Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, bộ môn Ôtô - Máy động lực đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi
trong suốt quá trình học tập tại trường.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Trần Hữu Nhân, người đã tận tình hướng dẫn tôi
thực hiện luận văn này.

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, người thân, và đồng nghiệp đã hết lòng tạo điều kiện, giúp đỡ
tôi từ ngày đầu học tập đến nay.
Mặc dù luận văn đã được hoàn thành nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót,
hạn chế. Do đó, tôi rất mong nhận được những nhận xét, ý kiến đóng góp từ quý thầy cô cũng như
các bạn độc giả.
Lời cuối, xin chân thành cảm ơn và xin gửi lời chúc sức khỏe đến tất cả quý thầy, cô và mọi
người.


TÓM TẮT
Trong phân tích tính năng động lực học chuyển động của xe máy 3 bánh, việc đánh giá
giới hạn ổn định ngang của xe là một trong những nhân tố cực kì quan trọng, trực tiếp ảnh hưởng
tới độ an toàn của xe khi chuyển động, đặc biệt là khi quay vòng. Để phân tích tính năng ổn định
ngang khi xe chuyển động, các thông số dùng để tính toán được xác định dựa trên xe cơ sở thực tế
có sẵn (HONDA Wave 110). Mô hình tính toán mô phỏng khi xe chuyển động quay vòng trên mặt
phẳng được nghiên cứu và ứng dụng để xác định các thông số cơ sở cần thiết cho việc đánh giá
tính năng ổn định ngang của xe khi chuyển động quay vòng. Kết quả tính toán mô phỏng cho thấy
các điều kiện tới hạn của độ ổn định ngang khi xe chuyển động. Từ đó, có thể làm cơ sở tham khảo,
đề xuất phương án thiết kế hay giới hạn khai thác sử dụng của xe nhằm nâng cao và đảm bảo tốt
nhất độ an toàn, ổn định ngang của xe khi hoạt động trên đường.

ABSTRACT
The calculation of limited lateral stability plays an incredible role in analysing a dynamic
model for a three-wheel vehicle in motion, especially steady state- turning. To estimate lateral
stability of vehicle, factors that used for calculating base on a model (HONDA Wave 110). This
meddling calculated model is necessarily researched and applied to estimate the force components
for assesing steady-state turning turns on planar. The consequence of modelling illustrates the
boundary action of steady-state condition. Base on this approach, author gives a reference and
promotes a designed promotion or boudary of using vehicle to improve and ensure the most gratest
safe and lateral stability of vehicle in motion.

Họ và tên: Võ Anh Tuấn
Ngày sinh: 05/10/1982
Nơi sinh: Lâm Đồng
Địa chỉ liên lạc: Phòng Đào tạo - Trường Đại học Trần Đại Nghĩa, 189 Nguyễn Oanh, phường
10, quận Gò vấp, thành phố Hồ Chí Minh.
Tôi xin cam đoan, luận văn “PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG
NGANG XE MÁY

3 BÁNH BẰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHẲNG” là do tôi thực hiện

dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Hữu Nhân, không sao chép của người khác. Nếu sai sự thật, tôi
hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Nhà trường và Pháp luật.
Học viên

Võ Anh Tuấn


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ..................................................................................................... 1
1.1 Giới thiệu đề tài .............................................................................................................. 1
1.2. ...........................................................................................................................
Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................................... 1
1.3. Phuơng pháp nghiên cứu ................................................................................................. 2
1.4. Đối tuợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu của đề tài ................................................ 2
1.5. Ý nghĩa khoa học và thục tiễn của đề tài ......................................................................... 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................................... 4
2.1. Hệ trục tọa độ xe và số bậc tụ do .................................................................................. 4
2.2 Mô hình xe máy 3 bánh quy về mô hình dạng xe 2 bánh .............................................. 5

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán động lục học theo phuơng ngang ............................................. 6
2.3.1 Xác định lục và mômen tác dụng lên xe theo phuơng ngang (phuơng trình
Newton - Euler) .................................................................................................................... 6
2.3.2

Hệ lục và mômen tác dụng lên xe............................................................................. 9

2.4. Mô hình động lục học chuyển động quay vòng của xe (dạng 2 bánh) .......................... 16
2.5. Trạng thái ổn định khi xe quay vòng............................................................................. 18
2.6. Đáp ứng theo thời gian .................................................................................................. 20
CHƯƠNG 3: CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG ................................................ 22
3.1 Thông số bố trí chung ..................................................................................................... 22
3.1.1 Xe máy 3 bánh có 2 bánh trước .............................................................................. 22
3.1.2

Xe máy 3 bánh có 2 bánh sau ................................................................................. 23

3.2 Các thông số trọng lượng ............................................................................................... 24
3.3 Xác định tọa độ trọng tâm .............................................................................................. 25
3.3.1 Xác định tọa độ trọng tâm phần được treo của xe theo phương dọc....................... 25
3.3.2.

Tải trọng phân bố lên các cầu ................................................................................ 30

3.4 Tính momen quán tính khối lượng ................................................................................. 32
3.5 Xác định hệ số trượt ngang Cạf, Car ............................................................................. 34
3.6 Thông số góc đánh lái ỗ ................................................................................................. 35
3.7 Tổng hợp thông số cho mô hình tính toán mô phỏng .................................................... 36
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ .............................. 37

4.1 .......................................................................................................................... Sơ
đồ tiến trình mô phỏng ............................................................................................................... 37
4.2

Giới hạn ổn định ngang khi xe quay vòng ..................................................................... 38

4.3

Động học quay vòng ...................................................................................................... 40

4.3.1
4.3.2
4.4

Đáp ứng quay vòng ổn định .................................................................................. 40
Đáp ứng theo thời gian ............................................................................................48

Động lực học quay vòng ................................................................................................ 56

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐÈ TÀI .......................................... 62
5.1 Kết luận .......................................................................................................................... 62
5.2 Hướng phát triển đề tài................................................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................................... 64


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ trí chung xe máy 3 bánh có 2 bánh trước .......................................................... 2
Hình 1.2 Sơ đồ trí chung xe máy 3 bánh có 2 bánh sau.............................................................. 3
Hình 2.1 Hệ trục tọa độ gắn với thân xe ....................................................................................... 4

Hình 2.2: Mô hình xe máy 3 bánh quy về mô hình dạng xe 2 bánh ............................................. 5
Hình 2.3: Chuyển động của xe trong mặt phẳng .......................................................................... 6
Hình 2.4: Hệ lực và mômen tác dụng lên bánh xe 1 (xe máy 3 bánh có 2 bánh trước) .9
Hình 2.5: Hệ lực và mômen tác dụng lên bánh xe 1 (xe máy 3 bánh có 2 bánh sau) ....9
Hình 2.6: Hệ lực đặt tại bánh xe của mô hình xe máy 3 bánh 2 bánh trước ............................... 11
Hình 2.7: Hệ lực đặt tại bánh xe của mô hình xe máy 3 bánh 2 bánh sau .................................. 12
Hình 2.8: Mô hình động lực học chuyển động quay vòng của xe (quy về dạng 2
bánh) ............................................................................................................................................ 16
Hình 2.9: Độ cong quỹ đạo quay vòng Sk theo với vận tốc Vx ................................................. 19
Hình 3.1: Kết cấu xe máy 3 bánh có 2 bánh trước ..................................................................... 22
Hình 3.2: Kết cấu xe máy 3 bánh có 2 bánh sau......................................................................... 23
Hình 3.3: Sơ đồ phân bố tải trọng theo phương X của xe máy 3 bánh có 2 bánh
trước ............................................................................................................................................ 25
Hình 3.4: Sơ đồ phân bố tải trọng theo phương đứng xe máy 3 bánh có 2 bánh trước26
Hình 3.6: Sơ đồ phân bố tải trọng theo phương đứng xe máy 3 bánh có 2 bánh sau.„28
Hình 3.7: Mômen quán tính khối lượng giả định ....................................................................... 32
Hình 3.8: Kích thước toàn bộ xe máy 3 bánh ............................................................................. 33
Hình 4.1: Sơ đồ tiến trình mô phỏng .......................................................................................... 37
Hình 4.2 Lực ngang Fy tác dụng lên xe máy 3 bánh có 2 bánh trước theo với vận tốc
Vx (với ỗ = 0,2 (rad)) .................................................................................................................. 39
Hình 4.3 Lực ngang Fy tác dụng lên xe máy 3 bánh có 2 bánh sau theo với vận tốc vx
(với ỏ = 0,2 (rad)) ....................................................................................................................... 39
Hình 4.4: Độ cong quỹ đạo quay vòng Sk theo với vận tốc Vx đối với xe máy 3 bánh
có 2 bánh trước ............................................................................................................................ 41
Hình 4.5: Độ cong quỹ đạo quay vòng Sk theo với vận tốc Vx đối với xe máy 3 bánh
có 2 bánh sau ............................................................................................................................... 42
Hình 4.6: Đường cong Sp theo với vận tốc Vx đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh
trước
43
Hình 4.7: Đường cong Sp theo với vận tốc Vx đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh sau „43

Hình 4.8: Đường cong Sr theo với vận tốc Vx đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh trước 44
Hình 4.9: Đường cong Sr theo với vận tốc Vx đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh sau...44
Hình 4.10: Đường cong Sa theo với vận tốc Vx đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh
trước ............................................................................................................................................ 45
Hình 4.11: Đường cong Sa theo với vận tốc Vx đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh sau 46
Hình 4.12 Bán kính quay vòng R theo với vận tốc Vx (với ỗ = 0.2rad) đối với xe máy 3 bánh có 2
bánh trước..................................................................................................................................... 47
Hình 4.13 Bán kính quay vòng R theo với vận tốc Vx (với ô = 0.2rad) đối với xe máy 3 bánh có 2
bánh sau ........................................................................................................................................ 47


Hình 4.14 Bán kính quay vòng khi đột ngột đánh lái theo thời gian đối với xe máy 3 bánh có 2
bánh trước..................................................................................................................................... 48
Hình 4.15 Bán kính quay vòng khi đột ngột đánh lái theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2
bánh sau ........................................................................................................................................ 49
Hình 4.9 Biến thiên vận tốc theo phương ngang Vy theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2
bánh trước..................................................................................................................................... 49
Hình 4.17 Biến thiên vận tốc theo phương ngang Vy theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2
bánh sau ........................................................................................................................................ 50
Hình 4.18 Vận tốc ngang bánh xe trước Vyi đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh trước..51
Hình 4.19 Vận tốc ngang bánh xe trước Vy2 đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh trước...51
Hình 4.20 Vận tốc ngang bánh xe trước Vyi đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh sau ...................52
Hình 4.21 Vận tốc ngang bánh xe trước Vy2 đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh sau ..................52
Hình 4.22 Biến thiên vận tốc góc quanh trục Oz, r theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2
bánh trước..................................................................................................................................... 53
Hình 4.23 Biến thiên vận tốc góc quanh trục Oz, r theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2
bánh sau ........................................................................................................................................ 54
Hình 4.24 Biến thiên góc trược ngang p theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh trước55
Hình 4.25 Biến thiên góc trược ngang p theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh sau . 55
Hình 4.26 Biến thiên lực Fx theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh trước. .56

Hình 4.27 Biến thiên lực Fx theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh sau....................56
Hình 4.28 Biến thiên lực Fy theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh trước. 57
Hình 4.29 Biến thiên lực Fyf tại bánh trước theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có
2 bánh trước.................................................................................................................................59
Hình 4.30 Biến thiên lực F tại bánh sau theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh trước59
Hình 4.31 Biến thiên lực Fy theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh sau....................58
Hình 4.32 Biến thiên lực Fyf tại bánh trước theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có
2 bánh sau ....................................................................................................................................60
Hình 4.33 Biến thiên lực F tại bánh sau theo thời gian t đối với xe máy 3 bánh có 2 bánh sau .. 60
DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật xe Wave 110 ................................................................................. 24
Bảng 3.2: Các thông số trọng lượng của xe máy 3 bánh ............................................................ 24
Bảng 3.3: Khối lượng và các vị trí của các bộ phận được heo trên xe ....................................... 26
Bảng 3.4 : Tọa độ trọng tâm của xe máy 3 bánh có 2 bánh trước .............................................. 27
Bảng 3.5: Khối lượng về các vị trí của các bộ phận được heo trên xe ....................................... 29
Bảng 3.6: Tọa độ trọng tâm của xe máy 3 bánh có 2 bánh sau .................................................. 30


Bảng 3.7: Bảng tổng hợp tọa độ trọng tâm và tải họng tác dụng lên các cầu xe ....................... 31
Bảng 3.7 : Giá trị mômen quán tính khối lượng ......................................................................... 34
Bảng 3.8: Bảng giá trị hệ số trượt ngang Caf, Car. .................................................................... 35
Bảng 3.9: Tổng hợp các thông số xe máy 2 bánh ....................................................................... 36
Bảng 4.1: Giá trị lực ngang tới hạn ............................................................................................ 38
Bảng 4.2: Bảng giá trị vận tốc Vcx tới hạn với ứng với góc lái <5 = 0,2 (rad)......................... 40
Bảng 4.3: Giá trị ổn định của vận tốc góc r theo thời gian t ...................................................... 53


DANH MỤC KÝ HIỆU

Ký hiệu

Tên gọi

Đom vị


Gốc quay quanh trục dọc (roll)

rad

0

Gốc quay quanh trục ngang (pitch)

rad

V

Gốc quay quanh trục đứng (yaw)
Vận tốc theo phương chuyển động của xe

rad
m/s

Vận tốc theo phương ngang

m/s

Fx

Lục kéo tác dụng lên xe

kN

Fy

Lục ngang tác dụng lên xe

kN

Fyf

Lục ngang tác dụng lên bánh xe trước

kN

Fyr

Lục ngang tác dụng lên bánh xe sau

kN

K

Hệ số quay vòng ổn định

Mz

Momen quay quanh trục Oz

kNm

ơf

Góc trượt bánh trước

rad

Or

Góc trượt bánh sau

rad

p

Góc trược ngang của xe

rad

s

Góc lái

rad

L

Chiều dài toàn bộ xe

m

B

Bề rộng toàn bộ xe

m

H

Chiều cao toàn bộ xe

m

R

Bán kính quay vòng

m

r

Vận tốc góc

h

Chiều cao tọa độ trọng tâm

m

1

Chiều dài cơ sở

m

ai

Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến bánh trước

m

a2

Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến bánh sau

m

m

Khối lượng toàn bộ

kg

w

Chiều rộng cơ sở của xe

m

Iz

Mômen quán tính khối lượng theo trục z

kgm2

Caj

Hệ số trượt ngang của bảnh xe trước

N/rad

Car

Hệ sổ trượt ngang của bánh xe sau

N/rad

Vx
Vy

rad/s


CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu đề tài
Theo thống kê của Tổng cục thống kê về Tổng điều tra Dân số và Nhà ở năm 2009 cho thấy

trong số 78,5 triệu người từ 5 tuổi trở lên có 6,1 triệu người, tương ứng với 7,8% dân số có khó
khăn trong việc thực hiện ít nhất một trong bốn chức năng nhìn, nghe, vận động và tập trung hoặc
ghi nhớ. Để bảo đảm cho người khuyết tật (NKT) hòa nhập với cuộc sống, Nhà nước đã ban hành
Luật Người khuyết tật, theo đó NKT sẽ được tham gia đầy đủ các hoạt động xã hội và có sự hỗ trợ
của Nhà nước.
Hiện nay NKT đã và đang tham gia các hoạt động giao thông bằng các phương tiện khác
nhau, trong đó xe máy 3 bánh cải tiến cho NKT đang là phương tiện giao thông đang chiếm ưu thế
về số lượng so với các phương tiện khác do tính cơ động và giá cả phù hợp so với mức thu nhập
bình quân hiện nay của người Việt Nam. Trên điều kiện thực tế tại Việt Nam, xe máy 3 bánh được
cải tiến lại từ các xe máy có sẵn nên tính an toàn khi sử dụng phương tiện là một vấn đề cần quan
tâm. Một trong những thông số để đánh giá tính năng an toàn của xe máy 3 bánh là ổn định ngang.
Tuy nhiên, thông số này lại không được quan tâm chú trọng trong khi quy trình kiểm định của Việt
Nam vẫn chưa có tiêu chuẩn về độ ổn định ngang.
Với tình hình đó, việc tiến hành nghiên cứu, phân tích, đánh giá độ ổn định ngang của xe
máy 3 bánh để từ đó đưa ra những quy chuẩn an toàn nhằm phòng tránh cũng như giảm thiểu thiệt
hại trong trường hợp tai nạn xảy ra là hết sức cấp thiết. Tuy nhiên, việc xây dựng mô hình phân
tích, tính toán đòi hỏi các thông số gốc để nghiên cứu. Vì vậy, cần phải có một mô hình thực tế để
tiến hành mô phỏng. Đó là lý do chọn đề tài “Phân tích động lực học theo phương ngang xe máy 3
bánh bằng mô hình động lực học phang”.
Đề tài xác định và đánh giá các thông số liên quan tới độ ổn định ngang khi quay vòng của
xe máy 3 bánh bằng phần mềm Matlab R2012b.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng thể:
- Đánh giá được tính năng động lực học an toàn chuyển động khi quay vòng của 2 phương
án thiết kế xe máy 3 bánh.
- Xác định sự ảnh hưởng của các thông số thiết kế của 2 phương án đến tính năng an toàn
chuyển động.


Mục tiêu cụ thể:

- Xây dựng mô hình động lực học phẳng cho xe mảy 3 bánh, đánh giá tính năng ổn
định ngang khi xe chuyển động quay vòng.
- Xác định các thông số tính toán mô phỏng cần thiết cho 2 phương án thiết kế xe
máy 3 bảnh: 2 bánh trước, 2 bảnh sau.
- Tính toán mô phỏng, phân tích kết quả, đánh giá tính năng ổn định, an toàn
chuyển động với xe máy 3 bánh khỉ chuyển động quay vòng.
- Đề xuất phương án thiết kế đảm bảo tối ưu tính năng an toàn chuyển động của xe
máy 3 bánh.
1.3. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu của đề tài này là phương pháp lý thuyết kết hợp với thục
nghiệm
- Nghiên cứu lý thuyết mô hình động lực học chuyển động của xe.
- Phương pháp mô phỏng (sử dụng các thông số thực nghiệm để mô phỏng).
1.4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu của đề tàỉ
1.4.1. ĐỐỈ tượng nghiên cứu

Hình 1.1 Sơ đồ trí chung xe máy 3 bánh có 2 bánh trước

2


Hình 1.2 Sơ đồ trí chung xe máy 3 bánh có 2 bánh sau
Như đã nóỉ ở trên, việc xây dựng các mô hình tính toán độ ồn định ngang của xe cần
cảc thông số gốc từ một xe máy 3 bánh mẫu. Do đó, để thuận tiện cho việc đo đạc, lấy thông
số, ta chọn xe gắn máy 3 bánh có sẵn.
1.4.2.

Phạm vi nghiên cứu

Đảnh giả độ an toàn ổn định của xe mảy ba bảnh thông qua phân tích động lục học

quay vòng.
1.5.

Ỹ nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Xây dụng một mô hình chung cho các phương án thiết kế khác nhau.
- Nâng cao tính năng an toàn, ổn định của xe mảy ba bảnh khỉ quay vòng.

3


CHƯƠNG 2:
CƠSỞLÝTHUYỂT
2.1.

Hệ trục tọa độ xe và số bậc tự do

Hình 2.1 thể hiện hệ tọa độ gắn liền với thân xe (Cxyz) tại tọa độ trọng tâm c. Trục X
gắn với chiều chuyển động của xe. Trục y có phương song song với mặt phẳng đường và
vuông góc với trục X, chiều hướng về bên trái theo góc nhìn của người lái. Trục z cùng 2
trục x,y tạo thành hệ tọa độ gắn liền với thân xe theo quy tắc bàn tay phải.

Hình 2.1 Hệ trục tọa độ gắn với thân xe
Chuyển động quay và vận tốc góc của xe được thể hiện bằng ba góc: roll (p, pitch 0,
yaw V và vận tốc góc tương ứng:
p = tp
«=0
Hệ lực (F, M) là kết quả của ngoại lục tác dụng lên xe từ mặt đường và môi trường xung
quanh. Hệ lực này có thề diễn tả trong hệ tọa độ gắn liền với xe như sau:
F = Fxĩ +

B

+ Fzk
4


M = Mxì + Mxỉ + Mxỉì

B

(2.2)

Trong đố ĩ, ĩ, R là các vectơ đơn vị trong hệ trực tọa độ B(Cxyz) gắn liền với trọng tâm
c của xe.
Mô hình động lực học lắc ngang của xe cỏ thể được diễn tả bằng 4 giá trị động học:
chuyển động tịnh tiến theo phương X, chuyển động theo phương ngang y, góc quay quanh
trục dọc 2.2

Mô hình xe máy 3 bánh quy về mô hình dạng xe 2 bánh

Đe tính toán hệ lực tác dụng lên xe, ta xác định hệ lực tác dụng tại bánh xe. Lực ngang
có điểm đặt tại bánh xe phụ thuộc vào góc trượt ngang. Sau đó, ta quy đổi và đặt hệ lục tác
dụng lên bảnh xe vào mô hình động lực học theo phương ngang.
Sử dụng mô hình động lực học phẳng theo phương ngang dạng xe 2 bánh (hình 2.2) để
sử dụng tính toán, khảo sảt tính năng động lực học chuyển động của 2 phương án thiết kế xe
máy 3 bánh khỉ quay vòng.

Hình 2.2: Mô hình xe máy 3 bánh quy về mô hình dạng xe 2 bánh

5


2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán động lực học theo phương ngang
2.3.1 Xác định lực và mômen tác dụng lên xe theo phương ngang (phương trình
Newton - Euler)

Hình 2.3: Chuyển động của xe trong mặt phẳng
Hình 2.3 Xét xe đang chuyển động với vận tốc V trong hệ trục tọa độ tổng thể G (OXYZ)
cỏ tọa độ địa phương B(Cxyz) trùng với trọng tâm c của xe, với V là góc giữa trực X và X,
khoảng cách từ tọa độ tồng thể đến trọng tâm c của xe là Gd.
- Vector vận tốc của xe:

Trong đỏ Vx và Vy là 2 thành phần của vận tốc V.

6


- Lực tác dụng lên xe ửong hệ tọa độ B (Cxyz)
B

F=B7?GGF= BRc(m GSLB) = mBcSLB
B■

BB

(2.4)

= m yB+m "(0 X VB

Trong đó BRG là ma hận chuyển đổi, để chuyển đổi các thành phần vectơ lực F trong hệ tọa độ
B(Cxyz) sang hệ tọa độ G(0XYZ).
- Mômen tác dụng lên xe trong hệ tọa độ B (Cxyz)
^M: —

(2.5)
, B„ .. B,
j+ & x L
G B

Trong đó:
- Lực tác dụng

(2.6)

- Mômen tác dụng

(2.8)

- Vận tốc góc

(2.9)

7


B
G

0

0

(2.10)

AGiả sử mômen quán tính của khung xe là ma trận chéo

00
0 z2 0
0 0 Z3

(2.11)

Thế các phương trình từ (2.8) đến (2.10) vào phương trình (2.4) và (2.5) ta xác định được
lực và mômen tác dụng lên xe trong hệ tọa độ B(Cxyz) .
- Lực tác dụng lên xe.
(2.72)

(2J5)

'x-m(ữzvy
Fy + nưữzvx

(2.74)
(2.75)

- Mômen tác dụự e.

(2.7Ố)
o

M z = I?à>z

(2.17)

8


2.3.2
2.3.2.1

Hệ lực và mômen tác dụng lên xe
Hệ lực và momen tác dụng lên bánh xe

Hình 2.4: Hệ lực và mômen tác dụng lên bánh xe 1 (xe máy 3 bánh có 2 bánh trước)

Hình 2.5: Hệ lục và mômen tác dụng lên bánh xe 1 (xe máy 3 bánh cố 2 bánh sau)

9


Xét bánh xe bên trái phía trước (xe có 2 bánh trước) và bánh xe phía trước (xe có 2 bánh
sau, hình 2.4 và 2.5, chọn tọa độ B(Cxyz) đặt tại trọng tâm c của xe, và tọa độ Bw (xw, yw, Zw) có
tâm đặt tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường.
Lực và mômen tác dụng lên bánh xe:
(2J5)

= MF
F = F-F.msa
“Svl

(2J9)

(2.20)

'1

X=X,-FHsin“

(2.21)
(2.22)

M, =M,.
Trong đó: Fri là lực cản lăn trên bánh xe số 1.
Gọi B1RBW ma trận chuyển đổi từ hệ tọa độ B1 sang Bw
cosố!

-sin ỐI

sinố!

cosốl

(2.23)

(2.24)
cosố!

-sin ỐI

X"

cosốl F,._

sin ố!

F cost). - F sin ố,1
■Sv 1 y-9i
F cost). +F sin ố, 'w
Xy

(2.25)

(2.26)

1
1

(2.27)

A

MW = X X

(2.28)
Lực và mômen tác dụng lên bánh xe ttong hệ tọa độ B(Cxyz) gắn liền với ttọng tâm c của
xe:
(2.29)

10

s

M=XMzk+XBri^BK
i

(2.30)

i

Trong đó: Bĩi - vectơ vị trí của bánh xe thứ i.

*r. = Xịĩ + y.j + Zịk
Các thành phần của lực trong mặt phẳng xOy tác dụng lên bánh xe:
B

-ỴFyv sin4

FX
i

B

i
i

(2.33)

Mz=ỴMZi+ỴxiFyi-ỴíyiFXi
i

2.3.2.2.

(2.32)

Fy =ỴFywcosổt +ỴFXwsìaổi
i

B

(2.31)

i

i

Các thành phần lực tác dụng lên mô hình phẳng

(2.34)

Hình 2.6: Hệ lực đặt tại bánh xe của mô hình xe máy 3 bánh 2 bánh trước

11


Hình 2.7: Hệ lực đặt tại bánh xe của mô bình xe máy 3 bánh 2 bánh sau

Theo hình 2.6, 2.7 ta có:
cos —

?x = Ẹxị =
i
i

sin
i

Fy=ỉá Fyt = Si Fya cos 8ị + Si FXa sin Sị

B

B

Mz ~
i

(2.35)

ỵ , ?yi ~ ỵ1, ytFxi

+ 1 xi

i

i

12


Hệ lực tác dụng lên thân xe khi chỉ có bánh trước dẫn hướng là:

(2.36)

Mz — ữ.ỵFyj a2^yr
Trong đó, (FXf, FXr) và (Fyf, Fyr) là lực tác dụng lên bánh xe trước và sau. Với giả định
góc lái ô nhỏ, ta có hệ phương trình xấp xỉ sau:
Fx ~ PXf "I" ?xr
Fy « Fyf + Fyr

(2.37)

Vận tốc của bánh xe thứ i.
B . , B ............

v+ \|/x

(2.38)

Trong đó:
B
r là vectơ vị trí của bánh xe thứ i.
B
v là vận tốc của xe.
B

Ỷ là góc quay quanh trục z. Ta có vận tốc của bánh xe thứ i là

(2.39)

(2.40)

Với
a

i =0i~0i

= tan

(2.41)

13