Nêu vai trò nghiên cứu động lực học ôtô mô hình không gian xây dựng phương trình và xác định các ngoại lực tác dụng

..

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
-------------------o0o--------------------

NGUYễN Quý TOàN

Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ treo đến
khả năng ổn Định của ôtô

Chuyên ngành: cơ khí động lực

Luận văn thạc sỹ khoa học

Người hướng dẫn khoa học: TS. Võ văn hường

Hà nội Năm 2008


Mục lục
Trang
Lời nói đầu
Mục lục ........................................................................................................................
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt........................................................................
Danh mục các bảng, hình vẽ ........................................................................................
Chương 1: Đặt vấn đề ........................................................................................
1.1. Vai trò của ôtô trong xà hội ..................................................................................
1.2. Nghiên cứu động lực học ôtô ................................................................................
Chương 2: Xây dựng mô hình ........................................................................
2.1. Mục tiêu ................................................................................................................

2.2. Mô hình .................................................................................................................
2.2.1. Mô hình không gian ...........................................................................................
2.2.2. Xây dựng phương trình ......................................................................................
2.2.3.Xác định các ngoại lực tác dụng .........................................................................
2.2.3.1. Xác định các phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe ...................................
2.2.3.2. Xác định hệ số bám của bánh xe với đường ...................................................
Chương 3: Khảo sát thông số ảnh hưởng .............................................
3.1.................................................................................................................................
3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của phân bố mômen ..........................................................
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của độ chậm tác dụng .......................................................
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của mômen phanh trên các loại đường khác
nhau ........................................................................................................................
3.2. Khảo sát đặc tính quay vòng của xe trên đường khô và đường ướt khi
vận tốc không đổi .........................................................................................................
3.2.1. Đồ thị mô tả góc quay bánh xe ..........................................................................
3.2.2. Các kết quả thu được ..........................................................................................


Kết luận ..................................................................................................................
Tài liệu tham khảo ...........................................................................................
Phụ lục.....................................................................................................................


1

Lời nói đầu
Ngày nay, nền kinh tế của Việt Nam đang trên đà tăng trưởng mạnh, đời sống
của người dân tăng cao nên nhu cầu đi lại, mua sắm các phương tiện cá nhân
cũng tăng. Trong khi đó điều kiện đường sá được cải thiện rất nhiều, tốc độ trung
bình của ôtô được nâng cao, tốc độ của xe tăng lên làm cho thời gian lưu thông

được rút ngắn lại, mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế nhưng khi tăng vận tốc
lên cao lại liên quan đến vấn đề tai nạn giao thông. Hiện nay tai nạn giao thông
đang là vấn đề thời sự nóng bỏng. Để cải thiện về vấn đề tai nạn giao thông cần
phải nâng cao ý thøc cđa ng­êi tham gia giao th«ng, ng­êi điều khiển các loại
phương tiện cơ giới đường bộ: ôtô, xe máy. Về mặt kỹ thuật các loại phương tiện
tham gia giao thông phải đảm bảo được tính điều khiển ở mức độ tốt nhất, tức là
phải đảm bảo được quỹ đạo chuyển động của ôtô khi có tín hiệu điều khiển của
người lái xe.
Việc nghiên cứu về vấn đề quỹ đạo chuyển động của ôtô với Việt Nam hiện
nay là rất cần thiết, nó là cơ sở để đánh giá chất lượng của các loại ôtô khi nhập
vào Việt Nam, khai thác các phương tiện hiện có, đồng thời là cơ sở để đánh giá
chất lượng của các loại ôtô khi cải tiến, lắp ráp, hoán cải mục đích sử dụng và
nâng cao an toàn trong chuyển động, góp phần đẩy nhanh nền kinh tế của nước
nhà và thực hiện các nghị định của Chính phủ về an toàn giao thông.
Xuất phát từ các yêu cầu thực tế, tác giả đà lựa chọn đề tài nghiên cứu của
mình liên quan đến quỹ đạo chuyển động của ôtô, với mong muốn đóng góp một
phần công sức của mình vào vấn đề an toan giao thông cũng như có được kiến
thức về tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ôtô phục vụ công việc của
mình sau này.


2

Để làm được điều đó trong luận văn tác giả thiết lập mô hình không gian
nghiên cứu động lực học «t«, thiÕt lËp m« h×nh hƯ thèng treo, chän m« hình lốp,
khảo sát các thông số ảnh hưởng như phân bố mômen, kích động mặt đường, các
thông số của thời tiết như đường khô, đường ướt.
Luận văn được thực hiện tại Bộ môn ôtô - Đại Học Bách Khoa Hà Néi, d­íi sù
h­íng dÉn khoa häc cđa TiÕn sÜ Vâ Văn Hường. Tác giả chân thành cảm ơn sự
hướng dẫn tận tình của Tiến sĩ cùng các thầy trong bộ môn ôtô.

Mặc dù đà có nhiều nỗ lực, nhưng do trình độ, thời gian nghiên cứu còn hạn
chế nên các vấn đề được trình bày trong luận văn chưa thể đáp ứng được mọi yêu
cầu đề ra. Tác giả sẽ rất cảm ơn về mọi sự đóng góp, bổ xung để luận văn hoàn
thiện hơn.
Hà nội, ngày /11/2008
Tác giả


3

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
- A ( m2 )

: DiÖn tÝch, thiÕt diÖn

-c

: HÖ sè khÝ ®éng

- ρ ( kg / m3 ) : MËt ®é không khí
- CLR1 ( N / m ) : Độ cøng h­íng kÝnh lèp tr­íc d·y ph¶i
- CLL1 ( N / m ) : §é cøng h­íng kÝnh lèp tr­íc dÃy trái
- CLR2 ( N / m ) : Độ cøng h­íng kÝnh lèp sau d·y ph¶i
- CLL2 ( N / m ) : §é cøng h­íng kÝnh lèp sau dÃy trái
- C ( N / m)

: Độ cứng hệ thèng treo

- C1R ( N / m )

: §é cøng treo tr­íc d·y ph¶i

- C1L ( N / m )

: §é cøng treo tr­íc d·y tr¸i

- C2R ( N / m )

: Độ cứng treo sau dÃy phải

- C2L ( N / m )

: Độ cứng treo sau dÃy trái

- K1R ( Ns / m ) : HƯ sè c¶n hƯ thèng treo tr­íc d·y ph¶i
- K1L ( Ns / m ) : HƯ sè c¶n hƯ thèng treo tr­íc d·y tr¸i
- K 2R ( Ns / m ) : HƯ sè c¶n hƯ thèng treo sau d·y ph¶i
- K 2L ( Ns / m ) : HƯ sè c¶n hệ thống treo sau dÃy trái
- 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 tù do lèp

- J X ( kgm 2 ) : Mômen quán tính trục x của xe
- J Y ( kgm 2 ) : Mômen quán tính trục y của xe


4

- J Z ( kgm 2 ) : Mômen quán tÝnh trơc z cđa xe
- J AyR 1 ( kgm 2 ) : Mômen quán tính trục y của lốp tr­íc d·y ph¶i
- J AyL 1 ( kgm 2 ) : Mômen quán tính trục y của lốp trước dÃy trái
- J AyR 2 ( kgm 2 ) : Mômen quán tính trục y của lốp sau dÃy phải
- J AyL 2 ( kgm 2 ) : Mômen quán tính trơc y cđa lèp sau d·y tr¸i
- h1 ( m )

: Chiều cao mấp mô của đường phía trước

- h2 ( m )

: Chiều cao mấp mô của đường phía sau

- FZR1 ( N )

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

- FZL1 ( N )

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

- FZR2 ( N )

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

- FZL2 ( N )

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

- FZ 1,t ( N )

: Tải trọng tĩnh bánh xe phía trước

- FZ 2,t ( N )

: Tải trọng tĩnh bánh xe phía sau

- FZ 1,d ( N )

: Tải trọng động bánh xe phía trước

- FZ 2,d ( N )

: Tải trọng động bánh xe phía sau

- FCR1 ( N )

: Lực đàn hồi hệ thống treo trước dÃy phải

- FCL1 ( N )

: Lực đàn hồi hệ thống treo trước dÃy trái

- FCR2 ( N )

: Lực đàn hồi hệ thèng treo sau d·y ph¶i

- FCL2 ( N )

: Lùc đàn hồi hệ thống treo sau dÃy trái

- FKR1 ( N )

: Lùc c¶n hƯ thèng treo tr­íc d·y ph¶i

- FKL1 ( N )

: Lùc c¶n hƯ thèng treo tr­íc d·y tr¸i


5

- FKR2 ( N )

: Lùc c¶n hƯ thèng treo sau d·y ph¶i

- FKL2 ( N )

: Lùc c¶n hƯ thèng treo sau d·y tr¸i

- FClR1 ( N )

: Lùc đàn hồi hướng kính bánh xe trước dÃy phải

- FClL1 ( N )

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dÃy trái

- FClR2 ( N )

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dÃy phải

- FClL 2 ( N )

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dÃy trái

- M ( kg )

: Khối lượng toàn xe

- m ( kg )

: Khối lượng được treo

- m1 ( kg )

: Khối lượng được treo trước

- m2 ( kg )

: Khối lượng được treo sau

- mAR1 ( kg )

: Khối lượng không được treo trước dÃy phải

- mAL1 ( kg )

: Khối lượng không được treo trước dÃy trái

- mAR2 ( kg )

: Khối lượng không được treo sau dÃy phải

- mAL 2 ( kg )

: Khối lượng không được treo sau dÃy trái

- b

: Hệ số bám đường

- ft1R ( m )

: §é vâng tÜnh phÝa tr­íc d·y phải

- ft1L ( m )

: Độ võng tĩnh phía trước dÃy trái

- ft 2R ( m )

: Độ võng tĩnh phía sau dÃy phải

- ft 2L ( m )

: Độ vâng tÜnh phÝa sau d·y tr¸i

- ϕ ( rad )

: Góc lắc thân xe

- AR1 ( m )

: Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước dÃy phải

- AL1 ( m )

: Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước d·y tr¸i


6

- AR2 ( m )

: Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau dÃy phải

- AL2 ( m )

: Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau dÃy trái

- AR1 ( m / s )

: Vận tốc phương thẳng đứng cầu trước dÃy phải

- AL1 ( m / s )

: Vận tốc phương thẳng đứng cầu trước dÃy trái

- AR2 ( m / s )

: Vận tốc phương thẳng đứng cầu sau dÃy phải

- AL2 ( m / s )

: Vận tốc phương thẳng đứng cầu sau dÃy trái

- AR1 ( m / s 2 ) : Gia tèc ph­¬ng thẳng đứng cầu trước dÃy phải
- AL1 ( m / s 2 ) : Gia tốc phương thẳng đứng cầu tr­íc d·y tr¸i
- ξAR2 ( m / s 2 ) : Gia tốc phương thẳng đứng cầu sau dÃy phải
- ξAL2 ( m / s 2 ) : Gia tèc phương thẳng đứng cầu sau dÃy trái
- z, z, z ( m, m / s, m / s 2 )

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

lượng ®­ỵc treo
- z1R , z1R , z1R ( m, m / s, m / s 2 ) : Chun vÞ, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối
lượng được treo tr­íc phÝa ph¶i.
- z1L , z1L , z1L ( m, m / s, m / s 2 ) : ChuyÓn vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối
lượng được treo tr­íc phÝa tr¸i.
- z2R , z2R , z2R ( m, m / s, m / s 2 ) : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối
lượng được treo sau phía phải.
- z2L , z2L , z2L ( m, m / s, m / s 2 ) : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối
lượng được treo sau phía trái.

7

Danh mục các bảng và hình vẽ
Hình 1.1.Quan hệ điều khiển và độ tin cậy của hệ Đường Người Xe ..................11
Hình 1.2.Hệ Đường Người Xe .............................................................................12
Hình 1.3.Trạng thái quay vòng thiếu của xe ..................................................................14
Hình 1.4.Trạng thái quay vòng thừa của xe ...................................................................14
Hình 1.5.Lực liên kết giữa bánh xe và đường ................................................................15
Hình 1.6.Sơ đồ điều khiển của lái xe..............................................................................16
Hình 2.1.Mô hình động lực học theo phương bằng. .......................................................20
Hình 2.2.Mô hình động lực học theo phương cạnh ........................................................21
Hình 2.3.Mô hình động lực học theo phương đứng........................................................22
Hình 2.4.Thông số động lực học các loại bánh xe .........................................................25
Hình 2.5.Đồ thị lực tương tác bánh xe theo hệ số trượt .................................................27
Hình 2.6.Hàm Ammon ...................................................................................................28
Hình 2.7.Hệ số bám cực đại và hệ số bám khi trượt trên các loại đường khác nhau với
hai trạng thái khô và ướt .................................................................................................29
Hình 3.1.Đồ thị mômen bánh xe (M1=0.5M, M2 = 0.5M) .............................................32
Hình 3.2.Đồ thị mômen bánh xe (M1=0.6M, M2 = 0.4M) .............................................33
Hình 3.3.Đồ thị mômen bánh xe (M1=0.4M, M2 =0.6M) ..............................................34
Hình 3.4.Đồ thị hệ số trượt .............................................................................................35
Hình 3.5.Đồ thị hệ số bám (M1=0.5M, M2 = 0.5M) .....................................................36
Hình 3.6.Đồ thị hệ số bám (M1=0.6M, M2 = 0.4M) .....................................................37
Hình 3.7.Đồ thị hệ số bám (M1=0.4M, M2 =0.6M) ......................................................38
Hình 3.8.Đồ thị lực phanh (M1=0.5M, M2 = 0.5M)......................................................39
Hình 3.9.Đồ thị lực phanh (M1=0.6M, M2 = 0.4M)......................................................40
Hình 3.10.Đồ thị lực phanh (M1=0.4M, M2 =0.6M).....................................................41
Hình 3.11.Đồ thị gia tốc phanh ......................................................................................42

Hình 3.12.Đồ thị vận tốc (M1=0.5M, M2 = 0.5M) .........................................................43
Hình 3.13.Đồ thÞ vËn tèc (M1=0.6M, M2 = 0.4M) .........................................................44


8

Hình 3.14.Đồ thị vận tốc (M1=0.4M, M2 =0.6M) ..........................................................45
Hình 3.15.Đồ thị quÃng đường phanh ............................................................................46
Hình 3.16.Đồ thị mômen bánh xe (At=-0.2) ..................................................................47
Hình 3.17.Đồ thị mômen bánh xe (At=0) ......................................................................48
Hình 3.18.Đồ thị mômen bánh xe (At=0.2) ...................................................................49
Hình 3.19.Đồ thị hệ số trượt ...........................................................................................50
Hình 3.20.Đồ thị hệ số bám (At = -0.2) .........................................................................51
Hình 3.21.Đồ thị hệ số bám (At = 0) .............................................................................52
Hình 3.22.Đồ thị hệ số bám (At=0.2) ............................................................................53
Hình 3.23.Đồ thị lực phanh (At=-0.2) ............................................................................54
Hình 3.24.Đồ thị lực phanh (At=0) ................................................................................55
Hình 3.25.Đồ thị lực phanh (At=0.2) .............................................................................56
Hình 3.26.Đồ thị gia tốc phanh ......................................................................................57
Hình 3.27.Đồ thị vận tốc (At=-0.2) ................................................................................58
Hình 3.28.Đồ thị vận tốc (At=0) ....................................................................................59
Hình 3.29.Đồ thị vận tốc (At=0.2) .................................................................................60
Hình 3.30.Đồ thị quÃng đường phanh ............................................................................61
Hình 3.31.Kết quả phanh trên đường khô (M1=0.5M, M2 = 0.5M) ...............................62
Hình 3.32.Kết quả phanh trên đường ướt (M1=0.5M, M2 = 0.5M) ................................63
Hình 3.33.Kết quả phanh trên đường khô (M1=0.6M, M2 = 0.4M) ...............................64
Hình 3.34.Kết quả phanh trên đường ướt (M1=0.6M, M2 = 0.4M) ................................65
Hình 3.35.Kết quả phanh trên đường khô (M1=0.4M, M2 =0.6M) ................................66
Hình 3.36.Kết quả phanh trên đường ướt (M1=0.4M, M2 =0.6M) .................................67
Hình 3.37.Đồ thị mô tả góc quay bánh xe .....................................................................69

Hình 3.38.Quan hệ β = f (t ) ..........................................................................................70
H×nh 3.39.Quan hƯ ψ = f (t ) ..........................................................................................71
H×nh 3.40.Quan hƯ ψ = f (t ) ..........................................................................................72
H×nh 3.41. Quan hƯ ∆α =
f (t ) .......................................................................................73


9

H×nh 3.42. Quan hƯ α y F = f (t ) ......................................................................................74
Hình 3.43. Quỹ đạo xe khi quay vòng trên đường khô ..................................................75
Hình 3.44. Quỹ đạo xe khi quay vòng trên đường ướt ...................................................76


10

Chương 1. Đặt Vấn đề
1.1. Vai trò của ôtô trong xà hội
Ôtô là thiết bị dùng để chuyên chở người và hàng hoá, có vai trò quan trọng
trong đời sống của con người. Người ta sử dụng ôtô vào rất nhiều mục đích khác
nhau với tính cơ động và những ưu việt của mình nên ôtô đà nhanh chóng chiếm
lĩnh nhu cầu thiết yếu của con người.
Ngành công nghiệp ôtô Việt Nam đang trong quá trình hình thành và phát
triển, những năm vừa qua đà đạt được nhiều kết qủa khả quan. Bước đầu đang
trên đà hội nhập với khu vực và thế giới. Chủ trương hiện nay của Chính phủ đưa
ra là tăng tỉ lệ nội địa hoá trong các sản phẩm, dần tiến tới chế tạo được sản phẩm
mang thương hiệu Việt Nam. Vừa rồi chúng ta đà xuất được lô hàng xe buýt đầu
tiên sang châu Mỹ, đó là thắng lợi đầu tiên của nền công nghiệp non trẻ, là động
lực khích lệ để các nhà nghiên cứu và sản xuất ôtô trong nước đầu tư chất xám,
tài chính vào ngành công nghiệp ôtô. Để đạt được những mục tiêu này cần quan

tâm nghiên cứu sâu hơn vỊ c¸c cơm chi tiÕt, c¸c hƯ thèng cịng nh­ điều kiện làm
việc của ôtô để có thể có những giải pháp kỹ thuật can thiệp sâu hơn vào trong
các cụm hệ thống nhằm phát huy được các đặc tính tèi ­u cđa chóng.
NỊn kinh tÕ cđa n­íc ta ®ang trên đà tăng trưởng mạnh mẽ, nhu cầu đi lại,
mua sắm của con người tăng cao nên số lượng phương tiện giao thông đường bộ
như ôtô, môtô tham gia giao thông tăng nhanh. Số lượng các phương tiện giao
thông tăng nhanh gây ô nhiễm môi trường, tai nạn giao thông.
Trong cuốn sách Dynamik der Kraftfahrzeuge, Mitschke đà đưa ra quan hệ
điều khiển và độ tin cậy của hệ Đường Xe Người biễu diễn như trên hình
1.1:


11

Mô tả như trên hình 1.1, Mitschke đà đưa ra hai mức giới hạn: mức an toàn 0
và mức nguy hiểm 1. Giữa hai mức an toàn và nguy hiểm là hai mức: mức
không tin cậy M1 và mức tin cậy M2. Mức không tin cậy M1 bao gồm hệ
Đường Xe Người: xe ở đây đó là tính công nghệ, là tình trạng kĩ thuật;
đường được hiểu là bề mặt, là gió, là tín hiệu và người ở đây đó là kĩ năng, văn
hoá, ý thức xà hội. Tất cả hình thành cấu trúc tổ hợp lên khả năng xuất hiện tai
nạn hay nói khác tai nạn có thĨ x¶y ra do mét trong ba u tè cđa hệ Đường
Xe Người. Do vậy, mức M1 càng thấp càng tốt. Ngược lại, mức tin cậy M2
càng cao càng tốt. Tại thời điểm t0 , khi có nhiễu, xuất hiện 3 trạng thái điều
khiển: điều khiển sai, không ®iỊu khiĨn, ®iỊu khiĨn ®óng. NÕu ®iỊu khiĨn sai sÏ
dÉn tới giới hạn nguy hiểm sớm hoặc không điều khiển tuy chậm hơn nhưng
cũng dẫn tới giới hạn nguy hiểm. Ngược lại, nếu điều khiển đúng sẽ dẫn tới giới
hạn an toàn.

Giới hạn nguy hiểm

1
Điều khiển sai

Không điều khiển

M2
Nhiễu
Xe
M1

Đuờng

0

Nguời

Điều khiển đúng
t0

t

Hình 1.1. Quan hệ điều khiển và độ tin cậy cđa hƯ ”§­êng–Xe–Ng­êi”


12

Hiện nay hệ thống đường ngày càng được cải thiện, tuy nhiên vẫn còn những
vấn đề như xe bị giới hạn vật lý, đặc biệt là khả năng điều khiển của con người là
giới hạn. Do vậy luôn tiềm ẩn những yếu tố không an toàn bên trong nó, từ đó đặt
ra những vấn đề:

+ Thiết kế ôtô phải thân thiện với môi trường, thân thiện với người điều khiển
ôtô.
+ Trong quá trình sử dụng Xe - Đường phải đảm bảo kỹ thuật, người lái phải có
trách nhiệm, có kỹ năng lái.

1.2. Nghiên cứu động lực học ôtô
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.
Nghiên cứu động học và động lực học ôtô là nghiên cứu mối quan hệ giữa hệ
thống Đường Xe Người.
-Đuờng

-Nguời
Huớng nhìn
Đối tuợng
-Ga, phanh
-Lái

-Vị trí
-Vận tốc

-Lực

-Gió, độ nghiêng
-Bề mặt đuờng

-Vận tốc

-Xe

Hình 1.2. Hệ §­êng – Xe – Ng­êi


13

Hiện nay với sự phát triển của ngành công nghệ ôtô thì những ôtô ra đời của
thế hệ sau luôn có vận tốc lớn hơn và hướng tới giới hạn trượt vật lý( bánh xe có
thể bị trượt). Chứng tỏ ôtô ngày càng hoàn thiện về kết cấu tức khả năng thích
ứng động lực học tốt hơn, ngày càng hướng tới an toàn động lực học, an toàn tích
cực.
Chỉ tiêu để đánh giá ôtô là vận tốc, gia tốc, quỹ đạo chuyển động, thông qua
thông số chung để đánh giá là trạng thái quay vòng của xe.
- Quay vòng đủ : α1 − α 2 =
0
- Quay vßng thiÕu: α1 − α 2 > 0
- Quay vßng thõa : α1 2 < 0
Trong đó:
- 1 : là góc lệch bên của bánh xe bị động
- 2 : là góc lệch bên của bánh xe chủ động
Trường hợp 1 α1 − α 2 =
0 : «t« cã tÝnh chất quay vòng đúng, ở trường hợp này để
giữ cho xe chuyển động thẳng khi có lực bên tác dụng thì người lái cần quay
vành lái như thế nào để xe lệch khỏi trục đường một góc
Trường hợp 2 α1 − α 2 > 0 : «t« cã tÝnh năng quay vòng thiếu, ở trường hợp này
xe có khả năng tự giữ được hướng chuyển động thẳng nhờ lực ly tâm Flt có chiều
ngược với tác dụng của lực ngang Fy (hình 1.3). Trường hợp này lái xe sẽ nặng
hơn nhưng xe vẫn ổn định.

14

P

Fy
2
V2

V1
V

1

Flt

Hình 1.3. Trạng thái quay vòng thiếu của xe

Trường hợp 3 α1 − α 2 < 0 : «t« cã tính năng quay vòng thừa, ở trường hợp này xe bị
mất khả năng chuyển động ổn định vì chiều của lùc ly t©m Flt trïng víi chiỊu cđa
lùc ngang Fy. Sự mất ổn định càng lớn khi vận tốc của xe càng cao, vì lực ly tâm
tỷ lệ với bậc 2 của vận tốc. Để tránh khả năng lật đổ xe trong trường hợp này,
người lái phải nhanh chóng đánh lái theo hướng ngược lại với chiều xe bị lệch để
mở rộng bán kính quay vòng. Trường hợp này xe quay ít nhưng vào cua nhiều,
gây mất ổn định nên tránh.

P

V1

Fy

V2

1

2

V
Flt

Hình 1.4. Trạng thái quay vòng thừa của xe


15

Những thông số ảnh hưởng đến chỉ tiêu đánh giá ®èi víi xe:
Z
ψ

Zo

FX 2

FY 2

X
ϕ

γ

Y

FZ 2

Yo
FX 1

FY 1

Xo

FZ 1

H×nh 1.5. Lực liên kết giữa bánh xe với đường.

Trên hình 1.5, gọi Fx , Fy , Fz là các lực liên kết giữa bánh xe với đường. Và
chúng được tính thông qua quan hệ của lốp với đường. Với Fx là lực dọc có
phương dọc chiều chuyển động có tác dụng kéo xe chuyển động về phía trước.
Fy là lực ngang có phương vuông góc với chiều chuyển động, tác dụng giữ cân

bằng cho xe. Fz là phản lực tác dụng theo phương thẳng đứng từ mặt đường vào
bánh xe.
Theo quan điểm cổ điển thì mômen từ động cơ truyền xuống bánh xe khi tăng
tốc, mômen phanh, góc quay vô lăng, các ngoại lực như: gió, đường nghiêng là
các yếu tố chính gây ra chuyển động cho xe. Theo quan điểm mới thì các yếu tố
trên chỉ là điều kiện cần nhưng chưa đủ để cho xe chuyển động. Các lực
Fx , Fy , Fz là các lực làm cho xe chun ®éng.


16

Mặt khác, ta có sơ đồ điều khiển lái xe được biễu diễn như hình 1.6:
Phanh/ ga
Quay vô lăng

0, v0

Nhiễu

Xe

Lái xe

, v

, v

Hình 1.6. Sơ đồ điều khiển của lái xe

Tại thời điểm ban đầu xe đang chuyển động với vận tốc v0 trên một cung 0 và
đại lượng nhiễu như gió, bề mặt đường, hướng nhìn. Lái xe điều khiển xe sao cho
xe chạy an toàn và đạt được mục tiêu ,v. Nhưng đối với xe thì khả năng động
lực học ôtô bị giới hạn để phù hợp với kết cấu, khả năng điều khiển của lái xe bị
giới hạn do sức khoẻ, điều kiện tiện nghi trên xe do đó người ta nghiên cứu động
lực học chuyển động của ôtô nhằm đánh giá cũng như xác định chất lượng khai
thác ôtô trong những điều kiện khác nhau. Trong đó vấn đề điều khiển ôtô không
thể thiếu trong quá trình nghiên cứu, nhất là trong thời gian gần đây chất lượng
ôtô cũng như điều kiện đường sá tăng lên rõ rệt, vận tốc trung bình của ôtô có thể
đạt 60km/h là tín hiệu đáng mừng cho lĩnh vực giao thông nước nhà.
Để giảm thiểu tai nạn giao thông do ôtô gây ra ngoài việc nâng cao trình độ,

kỹ thuật, ý thức của con người điều khiển, cần phải giảm thiểu các tai nạn do yếu
tố kỹ thuật gây ra: kết cấu toàn bộ ôtô, tính điều khiển, các thiết bị an toàn bị
động. Với tốc độ phát triển của khoa học công nghệ như ngày nay ngoài việc
đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của các cụm tổng thành thì việc cải thiện tính điều


17

khiển của ôtô đang được các nhà khoa học rất quan tâm. Trong đó tính điều
khiển và quỹ đạo chuyển động của ôtô là một mảng nghiên cứu rộng, nó liên
quan đến nhiều lĩnh vực: điều khiển tự động, cơ khí, khí động lực
Quỹ đạo chuyển động của ôtô liên quan ®Õn tÝnh dÉn h­íng cđa xe. TÝnh dÉn
h­íng cđa ôtô là khả năng giữ được hướng chuyển động của ôtô theo góc quay
vô lăng khi chịu tác dụng của các lực và mômen ngoại cảnh. Sự chuyển động của
ôtô trên đường đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạo chuyển động và góc quay vô
lăng phải chặt chẽ hơn. Trong thùc tÕ chØ cÇn mét sai lÇm nhá trong điều khiển sẽ
dẫn tới mất quỹ đạo chuyển động và gây mất an toàn giao thông. Như khi chuyển
động với vận tốc cao khi ôtô vào đường vòng, gặp chướng ngại vật, phanh xe quá
ngặt dẫn đến bó lết các bánh xe làm mất khả năng điều khiển hoặc gia tốc hướng
tâm tăng lên đột ngột dẫn đến hiện tượng trượt bên của các bánh xe gây nên lật
đổ.

ở các nước có nền công nghiệp ôtô hiện đại, vấn đề đảm bảo tính điều khiển
của ôtô được các tiêu chuẩn pháp lý đề cập tỉ mỉ, do vậy góp phần rất lớn trong
việc giảm thiểu các tai nạn giao thông. Cho nên với nền công nghiệp ôtô non trẻ
như Việt Nam việc nghiên cứu tìm hiểu về vấn đề này rất cần thiết để phục vụ tốt
cho khai thác, sử dụng các loại ôtô đÃ, đang và sẽ được sản xuất tại thị trường
Việt Nam.
Do mối liên quan giữa quỹ đạo chuyển động với góc điều khiển vô lăng nên
vấn đề đặt ra thuộc lĩnh vực điều khiển quỹ đạo chuyển động và phương pháp

nghiên cứu ở dạng các bài toán trong lý thuyết điều khiển tổng quát.
Khi nghiên cứu về quỹ đạo chuyển động của ôtô, từ trước đến nay khi tính
toán các thông số kết cấu, những nhân tố ảnh hưởng đến tính chất quay vòng của
xe ôtô, chưa tính đến biến dạng của lốp xe cho nên giữa bánh xe và mặt đường


18

không có hiện tượng trượt, lúc này các quan hệ giữa các thông số chỉ là các quan
hệ đơn thuần về mặt hình học.
Trong thực tế, do trên xe ôtô sử dụng bánh xe cao su đàn hồi nên khi ôtô
chuyển động trên đường bánh xe bị biến dạng làm cho quan hệ động học của mô
hình bị sai khác, lúc đó quỹ đạo chuyển động của xe cũng như các tính chất quay
vòng sẽ không còn đúng với trường hợp tính toán theo lý thuyết, sẽ có những sai
số dẫn đến việc phân tích đánh giá các chỉ tiêu về quỹ đạo chuyển động của ôtô
không còn chính xác.
Hơn nữa về khía cạnh an toàn giao thông hiện nay, các loại phương tiện vận tải
đường bộ đà nâng cao tốc độ chuyển động, điều kiện đường sá tốt hơn cho nên
việc tăng tốc độ trung bình của xe ôtô mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế
nhưng nếu chúng ta vẫn sử dụng các phương pháp tính toán đơn giản để đánh giá
các chỉ tiêu về quỹ đạo chuyển động của ôtô sẽ không đảm bảo về mặt an toàn
cho các phương tiện giao thông. Hiện nay vấn đề an toàn giao thông lại đang là
vấn đề nóng của xà hội.
Về mặt thiết kế mới, cải tạo, chuyển đổi mục đích sử dụng của xe cần thiết
phải kiểm tra lại các chỉ tiêu, các nhân tố ảnh hưởng đến tính chất quay vòng
cũng như quỹ đạo chuyển động của ôtô.
Như vậy, qua các phân tích trên để nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ôtô chỉ
căn cứ vào các quan hệ hình học thì chưa đủ, cần thiết phải kể đến ảnh hưởng của
điều kiện chuyển động, các đặc tính biến dạng của lốp cao su đàn hồi, thông số
kết cấu của xe. Khi đó kể đến các yếu tố này nó làm cho quan hệ của ôtô bị thay

đổi, làm cho tính quay vòng của ôtô có thể là quay vòng đủ hoặc quay vòng thiếu
hoặc quay vßng thõa.


19

CHƯƠNG 2. Xây dựng mô hình
2.1. Mục tiêu
+ Ôtô là một chỉnh thể tác động của các ngoại lực khác nhau, do vậy chuyển
động của các khối lượng trong cơ hệ là tương đối. Vì vậy nghiên cứu tổng thể là
một nhu cầu thực tế. Nghiên cứu động lực học ôtô để thấy mối quan hệ giữa lực
và chuyển động. Mục tiêu của luân văn là đi xây dựng mô hình không gian
nghiên cứu dao động ôtô.
+ Giả thiết:
- Coi trọng tâm của khối lượng được treo trước m1 nằm trong mặt phẳng
ngang chứa trọng tâm khối lượng không được treo, trọng tâm khối lượng được
treo sau m2 nằm trong mặt phẳng ngang chứa trọng tâm khối lượng không được
treo. Trong tâm của các khối lượng không lệch khỏi mặt phẳng ngang khi dao
động.
- Cấu trúc vật lý của hệ đối xứng qua mặt phẳng dọc trung gian
- Lốp tiếp xúc điểm
- Bỏ qua ảnh hưởng của các dao động tần số cao.

2.2. Mô hình
2.2.1. Mô hình không gian
Mô hình ôtô là một hệ nhiều vật phức tạp, bao hàm nhiều khối lượng liên kết
qua các phần tử đàn hồi (phần lớn là phi tuyến). Việc nghiên cứu sẽ dễ dàng hơn
nếu như chúng ta chia cơ hệ thành các hệ con. Xuất phát từ mục đích trên ta đi
xây dựng mô hình dao động vật lý trên ba mặt phẳng khác nhau. Từ đó xác định
được phương trình toán học mô tả trạng thái dao động tổng quát của «t«.

20

Hình 2.1. Mô hình động lực học theo phương bằng


21

Hình 2.2. Mô hình động lực học theo phương cạnh


22

Hình 2.3. Mô hình động lực học theo phương đứng

2.2.2. Xây dựng phương trình
Sử dụng mô hình động lực học theo phương bằng (hình 2.1) và mô hình động
lực học theo phương cạnh (hình 2.2) . áp dụng phương trình Lagrange loại II để
lập phương trình ta có phương trình chun ®éng cđa hƯ: