Nghiên cứu về ổn định ngang thùng xe

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH NGANG THÙNG XE

SVTH : TRẦN PHƯỚC AN
MSSV: 13145002
SVTH : THÂN TRỌNG KIỆN
MSSV: 13145131
GVHD: TS. LÂM MAI LONG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Tên đề tài

NGHIÊN CỨU VỀ ỔN ĐỊNH NGANG THÙNG XE

SVTH : TRẦN PHƯỚC AN
MSSV: 13145002
SVTH : THÂN TRỌNG KIỆN
MSSV: 13145131
GVHD: TS. LÂM MAI LONG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: Nghiên cứu về ổn định ngang thùng xe
Họ và tên Sinh viên:

Trần Phước An

MSSV: 13145002

Thân Trọng Kiện

MSSV: 13145131

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
I. NHẬN XÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): .. .............................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): .... .............................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…
Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Tên đề tài: Nghiên cứu về ổn định ngang thùng xe
Họ và tên Sinh viên:

Trần Phước An

MSSV: 13145002

Thân Trọng Kiện

MSSV: 13145131

Ngành: Cơng nghệ Kỹ thuật ơ tơ
IV.

NHẬN XÉT

1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc đề tài:

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng đề tài, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
V. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
VI. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
1. Đề nghị (cho phép bảo vệ hay không): .. .............................................................
2. Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): .... .............................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…
Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian theo học tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ
Chí Minh chúng em đã học và tiếp thu rất nhiều những kiến thức quý báu từ thầy cô,
không chỉ về chuyên ngành mà cịn về cuộc sống để từ đó làm nền tảng cho chúng em
học tập, nghiên cứu thêm tài liệu mới, giúp chúng em hồn thiện thêm lĩnh vực chun
mơn.
Xin cảm ơn ban giám hiệu nhà trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em
theo học tại lớp Đại học chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô và tồn thể thầy cơ
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy,
truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập tại trường, cùng quý thầy
cô trong khoa Cơ Khí Động Lực đã trang bị cho chúng em những kiến thức hữu ích để có
thể làm việc sau này, cũng như đã tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em nghiên cứu và
thực hiện đồ án tốt nghiệp lần này.
Xin trân trọng cảm ơn thầy Lâm Mai Long đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn chúng
em thực hiện đề tài nghiên cứu. Chúng em xin kính chúc quý thầy cơ trong khoa nói
riêng và tồn thể q thầy cơ nhà trưởng nói chung ln dồi dào sức khỏe để tiếp tục
cống hiến, truyền lửa cho sự nghiệp giáo dục nước nhà.
Xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện
Trần Phước An
Thân Trọng Kiện

i


TĨM TẮT
Ơ tơ càng phát triển thì vấn đề an tồn, tiện nghi trên xe ln là vấn đề hàng đầu được
đặt ra. Một chiếc xe khi di chuyển trên đường ln chịu những ảnh hưởng từ bên ngồi

tác động vào như mặt đường, lực gió và các yếu tố khác. Những ảnh hưởng này một phần
sẽ làm cho xe dao động hay nghiêng qua lại gây ảnh hưởng tới con người trên xe và cũng
như động lực học của nó.
Từ những ảnh hưởng của động lực học ơ tơ ta phân tích được các đặc tính động học
của ơ tơ, các tính năng quay vịng của ơ tơ và đặc biệt là tính phản lực tác dụng lên xe,
phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe quay vòng.
Từ hệ thống treo, ta tìm được các quan hệ động học của nó, các phản lực tác dụng lên
mỗi bánh và tìm được mối liên hệ giữa độ dịch chuyển của bánh xe so với độ dịch
chuyển biến dạng lò xo.
Để giới thiệu về một hệ thống ổn định ngang thùng xe trong thực tế thì chúng em đã
thơng qua việc tìm hiểu về cấu tạo, chức năng từng bộ phận và nguyên lý hoạt động của
hệ thống treo khí điện tử trên xe TOYOTA.
Tuy nhiên, do thời gian có hạn, việc nghiên cứu của chúng em cịn hạn chế, kính xin
nhận được những đóng góp ý kiến để việc nghiên cứu được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................................i
TÓM TẮT .......................................................................................................................... ii
MỤC LỤC......................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU........................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .............................................................................................1
1.1.

Dẫn nhập: ...............................................................................................................1

1.2.

Đặt vấn đề:..............................................................................................................1

1.3.

Nội dung nghiên cứu: .............................................................................................2

1.4.

Phương pháp nghiên cứu: .......................................................................................3

1.5.

Giới hạn đề tài: .......................................................................................................3

CHƯƠNG 2: LỰC TÁC DỤNG LÊN Ơ TƠ KHI QUAY VỊNG, PHÂN BỐ TẢI
TRỌNG PHÁP TUYẾN ....................................................................................................5
2.1.

Động học quay vịng ơ tơ: ......................................................................................5

2.2.

Động lực học quay vịng ơ tơ: ..............................................................................10

2.3.

Phân bố tải trọng pháp tuyến khi xe quay vịng: ..................................................17

2.3.1.

Bài tốn đơn giản: ......................................................................................17

2.3.2.

Bài tốn hai khối lượng: .............................................................................19

CHƯƠNG 3: ĐỘNG HỌC CƠ CẤU HƯỚNG HỆ THỐNG TREO .........................28
3.1.

Giới thiệu chung về hệ thống treo: .......................................................................28

3.1.1.

Công dụng: .................................................................................................28

3.1.2.

Phân loại: ....................................................................................................28

3.1.3.

Yêu cầu: .....................................................................................................28

3.1.4.

Cấu tạo chung:............................................................................................29

3.2.

Động học cơ cấu hướng hệ thống treo: ................................................................29

3.2.1.

Khái niệm: ..................................................................................................29

3.2.2.

Nhiệm vụ, yêu cầu và cơ sở động học của hệ thống treo: .........................30

3.2.3.

Động học hệ thống treo: .............................................................................31

iii


CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH NGANG THÙNG XE TRONG
THỰC TẾ .........................................................................................................................38
4.1.

Hệ thống treo khí điều khiển điện tử: ...................................................................39

4.2.

Nghiên cứu hệ thống treo khí điện tử trên xe TOYOTA .....................................44

4.2.1.

Đặt vấn đề: .................................................................................................44

4.2.2.

Điều khiển lực giảm chấn và độ cứng lò xo: .............................................44

4.2.3.

Điều khiển độ cao gầm xe: .........................................................................46

4.2.5.

Cấu tạo và hoạt động: .................................................................................49

4.2.5.1.

Điều khiển lực giảm chấn và độ cứng lò xo: ........................................49

4.2.5.2.

Điều khiển độ cao xe:............................................................................60

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................69
5.1.

Kết luận: ...............................................................................................................69

5.2.

Kiến nghị: .............................................................................................................69

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................70

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU
Danh mục các từ viết tắt
Kí hiệu

Tên chữ viết tắt

ECU

electronic control unit

IC

integrated circuit

TEMS

Toyota electronically modulated system

TRC

traction control system

Kí hiệu đơn vị đo đơn giản

Đại lượng

Kí hiệu

Đơn vị đo

Vận tốc góc

ω

Rad/s

Bán kính quay vịng của xe

R

m

Trọng lượng

G

N

Momen quay

M

Nm

Vận tốc

v

m/s

Khoảng cách

c; b; d; e

m

Góc nghiêng

α

˚

Gia tốc góc

ε

𝑟𝑎𝑑/𝑠 2

Chiều dài cơ sở của xe.

L

m

Lực li tâm

Flt

N

Gia tốc

j

𝑚/𝑠 2

Lực

F

N

v


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Sơ đồ động học quay vịng của ơ tơ khi bỏ qua biến dạng ngang. ......................6
Hình 2.2. Đồ thị lý thuyết và thực tế về mối quan hệ giữa các góc quay vịng của hai bánh
xe dẫn hướng. .......................................................................................................................7
Hình 2.3. Sơ đồ động học quay vịng của ơ tơ có hai bánh dẫn hướng phía trước ..............8
Hình 2.4. Sơ đồ động lực học quay vịng của ơ tơ có hai bánh xe dẫn hướng phía trước. 11
Hình 2.5. Sơ đồ động học quay vịng của ô tô khi lốp bị biến dạng ngang .......................13
Hình 2.6. Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tính năng quay vịng trung tính........................15
Hình 2.7. Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tính năng quay vịng thiếu ...............................16

Hình 2.8. Sơ đồ chuyển động của ơ tơ có tính năng quay vịng thừa ................................17
Hình 2.9. Sơ đồ lực và mơmen tác dụng lên ơ tơ khi quay vịng .......................................17
Hình 2.10. Sơ đồ lực và momen tác dụng khi xe quay vịng .............................................19
Hình 2.11. Sơ đồ khối lượng phần được treo.....................................................................20
Hình 2.12. Sơ đồ khối lượng phần khơng được treo .........................................................22
Hình 2.13. Sơ đồ lực tác dụng khi xe quay vòng với góc nghiêng ....................................24
Hình 2.14. Mối quan hệ giữa độ dịch chuyển  z và góc nghiêng φ .................................26
Hình 3.1. Động học dẫn động hệ thống treo ......................................................................31
Hình 3.2. Sơ đồ lực tác dụng lên hệ thống treo độc lập ....................................................32
Hình 3.3. Sơ đồ khối lượng phần được treo.......................................................................33
Hình 3.4. Sơ đồ khối lượng phần khơng được treo .........................................................333
Hình 3.5. Dao động dẫn động hệ thống treo ......................................................................33
Hình 4.1. Các chi tiết trong hệ thống treo ..........................................................................39
Hình 4.2. Giảm xóc khí nén được sử dụng trên xe ............................................................40
Hình 4.3. Hệ thống sử dụng treo khí..................................................................................42
Hình 4.4. Loại sử dụng lị xo kim loại ..............................................................................42
Hình 4.5. Xi lanh khí..........................................................................................................43
Hình 4.6. Vị trí cơng tắc điều khiển độ cao .......................................................................43
Hình 4.7. Vị trí và các bộ phận ..........................................................................................47
Hình 4.8. Mạch cơng tắc LRC ...........................................................................................49
Hình 4.9. Mạch điện cảm biến lái ......................................................................................50
Hình 4.10. Vị trí cảm biến bướm ga ..................................................................................51
Hình 4.11. Mạch điện cảm biến tốc độ số 1 ......................................................................51
Hình 4.12. Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo............................................................52
Hình 4.13. Sơ đồ nguyên lý ...............................................................................................52
Hình 4.14. Sơ đồ mạch điện điều khiển .............................................................................54
Hình 4.15. Xi lanh khí nén .................................................................................................55
Hình 4.16. Ngun lý làm việc của xi lanh khí nén ..........................................................55
Hình 4.17. Ba chế độ làm việc của xi lanh khí nén ..........................................................56
vi

Hình 4.18. Chế độ làm việc của lực giảm chấn mềm ........................................................56
Hình 4.19. Chế độ làm việc của lực giảm chấn trung bình................................................57
Hình 4.20. Chế độ làm việc của lực giảm chấn cứng ........................................................57
Hình 4.21. Vị trí các buồng khí và van khí ........................................................................58
Hình 4.22. Độ cứng làm việc khi ở chế độ treo mềm ........................................................58
Hình 4.23. Độ cứng làm việc khi ở chế độ treo cứng ........................................................59
Hình 4.24. Mạch điện đèn báo LRC ..................................................................................59
Hình 4.25. Sơ đồ nguyên lý điều khiển độ cao xe .............................................................60
Hình 4.26. Vị trí lắp các van điều khiển ............................................................................60
Hình 4.27. Cơng tắc điều khiển độ cao ..............................................................................61
Hình 4.28. Cảm biến điều khiển độ cao .............................................................................61
Hình 4.29. Transistor điều khiển độ cao xe .......................................................................62
Hình 4.30. Cần điều khiển độ cao xe .................................................................................62
Hình 4.31. Cơng tắc ON/OFF điều khiển độ cao...............................................................63
Hình 4.32. Sơ đồ mạch điện điều khiển cơng tắc cửa........................................................63
Hình 4.33. Tiết chế IC máy phát ........................................................................................64
Hình 4.34. Rơle điều khiển độ cao số 2 .............................................................................64
Hình 4.35. Rơle điều khiển độ cao số 1 .............................................................................65
Hình 4.36. Sơ đồ mạch điện máy nén khí điều khiển độ cao ............................................65
Hình 4.37. Van xả và hút ẩm điều khiển độ cao ................................................................66
Hình 4.38. Mạch điện điều khiển van xả ...........................................................................66
Hình 4.39. Van điều khiển độ cao số 1 và số 2..................................................................67
Hình 4.40. Độ cao xe ở các chế độ ....................................................................................68
Hình 4.41. Đèn báo điều khiển độ cao ...............................................................................68

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1. Các chế độ điều khiển lực giảm chấn ................................................................42
Bảng 4.2. Chế độ làm việc của 2 công tắc NORM và SPORT..........................................43
Bảng 4.3. Chế độ làm việc của công tắc NORM và HIGH ...............................................44
Bảng 4.4. Điều khiển lực giảm chấn và độ cao lò xo ........................................................45
Bảng 4.5. Bảng điều khiển lực giảm chấn và độ cứng lò xo .............................................46
Bảng 4.6. Bảng điều khiển độ cao gầm xe.........................................................................47

viii


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1.

Dẫn nhập:

Trong giai đoạn hiện nay trước sự phát triển của khoa học kỹ thuật cuộc sống của con
người được nâng cao cả về vật chất và tinh thần, nhu cầu tham gia giao thông các phương
tiện ngày càng tăng, tai nạn giao thơng gia tăng vì vậy vấn đề an toàn khi sử dụng các
phương tiện khi tham gia giao thông luôn được đặt ra đầu tiên đối với các nhà kỹ thuật ô
tô.
Ổn định ngang của thùng xe ơ tơ phụ thuộc vào tính ổn định của hệ thống treo, hệ
thống động lực học chuyển động của ô tô.
Do vậy việc nghiên cứu để nâng cao tính ổn định của tồn thân xe nói chung và ổn
định ngang của thùng xe ơ tơ nói riêng luôn là vấn đề luôn được nhiều nhà khoa học và
kỹ thuật viên trên thế giới coi trọng.
Các kiến thức về tính ổn định ngang chuyển động ơ tơ cũng cần được trang bị cho các
nhà quản lý và tổ chức sử dụng, khai thác các phương tiện vận tải bằng ơ tơ nhằm nâng
cao tính an tồn, nâng cao lượng công việc và nâng cao hiệu quả kinh tể sử dụng các loại
phương tiện này.

1.2.

Đặt vấn đề:

Khi nghiên cứu về góc nghiêng ngang của thùng xe ơ tơ, chúng ta nên xác định trước
sự ảnh hưởng của góc nghiêng ngang thùng xe tới động lực học chuyển động của ơ tơ.
Thử tìm hiểu xem góc nghiêng ngang thùng xe là gì? Tại sao góc nghiêng ngang lại
hình thành?
Để bắt đầu nghiên cứu về nó thì ta biết rằng cấu tạo của ơ tơ gồm có hai phần chính :
-

Phần thứ nhất là thùng xe nơi đó có gắn động cơ và có người ngồi. Thùng xe rất
nặng vì trên đó có hành khách và hàng hóa.

-

Phần thứ hai là bánh xe và cầu xe nó tựa xuống mặt đường cịn thùng xe thì tựa
vào hệ thống treo. Hệ thống treo là một hệ thống đàn hồi nối giữa thùng xe và
bánh xe. Trong quá trình chuyển động, do rất nhiều yếu tố ngoại lực, hệ thống treo
sẽ biến dạng, lúc này góc nghiêng ngang thùng xe sẽ xuất hiện.

Vậy góc nghiêng ngang thùng xe là góc nghiêng của thùng xe so với phần bánh xe và
cầu xe do hệ thống treo bị biến dạng.

1


Về lý thuyết thì thùng xe sẽ nghiêng, xoay và nhún nhảy lên xuống trong mặt phẳng
thẳng đứng (trục z), có thể xoay dọc (trục x) và có thể xoay ngang (trục y), có thể
nghiêng về trước, nghiêng về sau, nghiêng qua trái, nghiêng qua phải. Tóm lại thùng xe

là một vật được treo nên được gọi là khối lượng được treo treo trên hệ thống treo.
Dưới tác dụng của các lực thì thùng xe có thể dịch chuyển theo mọi phương hay là
xoay theo ba trục tọa độ. Sự xoay, sự nghiêng, sự chuyển động của thùng xe và nó ảnh
hưởng tới hai vấn đề:
-

Thứ nhất nó ảnh hưởng tới con người ngồi trên xe, gây khó chịu cho con người vì
nó gây ra sự dao động bên trong thùng xe.

-

Thứ hai nó gây ảnh hưởng đến sự chuyển động của ơ tơ khi ơ tơ di chuyển trên
đường.

Chính vì vậy, nhóm chúng em chọn đề tài Nghiên cứu tính ổn định ngang của thùng xe
ơ tơ.
1.3.

Nội dung nghiên cứu:

Tập trung chủ yếu đề tài ở hai vấn đề:
-

Phần thứ nhất là khi thùng xe bị nghiêng ngang dưới tác dụng của ngoại lực và
biến dạng của hệ thống treo sẽ ảnh hưởng đến sự nghiêng ngang như thế nào và
quan trọng là làm thay đổi tải trọng pháp tuyến bên phải, bên trái ra sao? Khi ta
xác định được sự thay đổi tải trọng pháp tuyến bên trái, bên phải thì khi đó ta xét
qua sự ảnh hưởng đến động lực học chuyển động của ô tô như thế nào? Lúc đó sẽ
ảnh hưởng tới hai vấn đề:
 Khi tải trọng pháp tuyến bên trái, bên phải khác nhau nó sẽ ảnh hưởng tới phân

bố lực kéo và lực phanh, vì lực kéo và lực phanh phải phân bố cho các bánh xe
tỉ lệ với trọng lượng đó. Khi trọng lượng thay đổi thì lực kéo và lực phanh có
đáp ứng được của sự thay đổi tải trọng đó hay khơng?
Nếu đáp ứng được thì xe ơ tơ đó phải là xe ơ tơ hiện đại, cịn nếu không đáp
ứng được tức là sẽ bị ảnh hưởng. Nên để tài nghiên cứu sự thay đổi tải trọng
đến lực kéo, lực phanh và quá trình kéo, quá trình phanh như thế nào? Quá
trình phanh liên quan đến phân bố lực phanh cho các bánh xe, quá trình kéo là
liên quan đến sự làm việc của vi sai trong cầu chủ động.
2


 Ảnh hưởng tới quay vịng: Khi quay vịng thì tải trọng pháp tuyến sẽ quyết
định đến khả năng bám của bánh xe với mặt đường và khả năng bám của bánh
xe khi quay vòng. Và đặc biệt ở cầu trước (cầu có hệ thống lái) khi thùng xe
nghiêng hệ thống treo biến dạng thì nó ảnh hưởng tới góc lệch hướng của bánh
trước là bánh lái dẫn đến ảnh hưởng tới quỹ đạo chuyển động (vấn đề không
nghiên cứu sâu).
Ta cũng nghiên cứu về góc nghiêng ngang và tìm hiểu nguyên nhân vì sao dẫn tới
sự nghiêng ngang? Bản chất phải có lực nên mới nghiêng. Nên lực đó chủ yếu là
lực qn tính li tâm khi quay vịng, lúc này lực ngang đặt tại trọng tâm thì nó gây
ra hiệu ứng làm cho hệ thống treo biến dạng bên trái và bên phải khác nhau khiến
cho thùng xe bị nghiêng. Khi thùng xe nghiêng kết quả làm phản lực pháp tuyến
bên trái, bên phải thay đổi ta có hệ quả của nó như trên.
Động lực học chuyển động ở đây là động lực học khi kéo là phân bố lực kéo đến
hai bánh xe trái phải liên quan tới vi sai và ảnh hưởng tới phanh khi phanh bên trái
và bên phải. Lực phanh bên trái và phải khác nhau rất nguy hiểm bởi vì nó tạo ra
sự mất ổn định khi phanh.
1.4.

Phần thứ hai là nghiên cứu lực tác dụng của xe khi quay vòng và phân bố tải trọng.

Phương pháp nghiên cứu:

Trên cơ sở đọc tài liệu sách vở, thu nhập và nghiên cứu các tài liệu có liên quan tính
ổn định ngang của thùng xe ô tô, ta đi sâu vào phân tích các yếu tố chính làm ảnh hưởng
tới tính ổn đinh ngang của ô tô làm nổi bật lên mức độ ảnh hưởng của các yếu tố chính đó,
kết hợp với kiến thức thầy cung cơ cung cấp và thực tiễn tìm hiểu đưa ra phương án
nghiên cứu cho phù hợp.
1.5.

Giới hạn đề tài:
Vấn đề góc nghiêng là vấn đề rất rộng nên đề tài chỉ hạn chế ở nghiêng ngang thùng

xe.
Nghiêng ngang thùng xe đôi khi là sự bồng bềnh của thùng xe trong mặt phẳng
ngang. Gây ra hai ảnh hưởng:

3


+ Thứ nhất là ảnh hưởng tới sinh lí con người, ảnh hưởng tới sức khỏe con người
ngồi trên đó, đặc biệt là gia tốc góc nghiêng ngang thùng xe tương đối khó chịu.
+ Thứ hai là ảnh hưởng đến phân bố tải trọng pháp tuyến giữa bánh trái và bánh phải
khi nghiêng, như tải trọng pháp tuyến bên trái và phải sẽ thay đổi khi đó thì nó ảnh
hưởng rất nhiều đến động lực học chuyển động của ô tô.
Ngay trong sự nghiêng ngang này, đề tài cũng chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của góc
nghiêng ngang đến động lực học chuyển động của ô tô chứ không nghiên cứu ảnh hưởng
của sự nghiêng ngang tới sức khỏe của con người.

4

CHƯƠNG 2: LỰC TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI QUAY VỊNG, PHÂN BỐ TẢI
TRỌNG PHÁP TUYẾN
2.1.

Động học quay vịng ơ tơ:

Nhằm quay vịng ơ tơ, chúng ta có thể sử dụng các biện pháp sau:
 Quay vòng các bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc quay vịng tất cả các bánh xe
dẫn hướng.
 Truyền những mơmen quay có giá trị khác nhau đến các bánh xe dẫn hướng chủ
động bên phải và trái, đồng thời sử dụng thêm phanh để hãm các bánh xe phía
trong so với tâm quay vịng.
Trước hết, chúng ta xét động học quay vòng của xe khi bỏ qua biến dạng ngang của
các bánh xe do độ đàn hồi của lốp. Nếu khơng tính đến độ biên dạng ngang của lốp, thì
khi quay vịng véc tơ vận tốc chuyên động của các bánh xe sẽ trùng với mặt phẳng quay
(mặt phẳng đối xứng) của bánh xe.
Hình 2.1 mơ tả động học quay vịng của ơ tơ có hai bánh dẫn hướng ở cầu trước khi bỏ
qua biến dạng ngang của lốp. Ở trên sơ đồ: A, B là vị trí của hai trụ đứng, E là điểm giữa
của AB, α1 và α2 là góc quay vịng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài và bên trong so với
tâm quay vịng O.
Bởi vậy, góc α sẽ là đại diện cho góc quay vịng của các bánh xe dẫn hướng ở cầu
trước. Mặt khác AC và BD song song với trục dọc của ô tô.

5


Hình 2.1. Sơ đồ động học quay vịng của ơ tơ khi bỏ qua biến dạng ngang.
Khi xe quay vịng, để các bánh xe không bị trượt lết hoặc trượt quay, đường vng góc
với các véctơ vận tốc chuyển động của các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm, đó là tâm

quay vịng tức thời của xe (điểm O).
Theo sơ đồ trên, ta chứng minh được biểu thức về mối quan hệ giữa các góc quay
vịng của hai bánh xe dẫn hướng để đảm bảo cho chúng không bị trượt khi xe quay vịng:

R+
cotgα1 =

b
2

Rcotgα 2 =

L

b
2

L

Từ hình vẽ, suy ra quan hệ các góc quay vịng của hai bánh xe dẫn hướng để cho
chúng không bị trượt là:
cotgα1 - cotgα 2 =

b
L

(2.1)

b - Khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng tại vị trí đặt các cam quay của các bánh
xe dẫn hướng.

L - Chiều dài cơ sở của xe.
Từ biểu thức (2.1) ta có thể vẽ được đường cong biểu thị mối quan hệ lý thuyết giữa
các góc α1 , α2 : α1 = f(α2 ) khi xe quay vịng khơng có trượt ở các bánh xe (hình 2.2).
6


Như vậy, theo lý thuyết để đảm bảo cho các bánh xe dẫn hướng lăn khơng trượt khi
quay vịng thì mối quan hệ giữa các góc quay vịng α1 , α2 phải ln ln thỏa mãn
biểu thức (2.1).

Hình 2.2. Đồ thị lý thuyết và thực tế về mối quan hệ giữa các góc quay
vịng của hai bánh xe dẫn hướng.
Trong thực tế, để duy trì được mối quan hệ nói trên người ta thường phải sử dụng
hình thang lái. Hình thang lái là một cơ cấu gồm nhiều đòn và nối với nhau bởi các
khớp.
Hình thang lái đơn giản về mặt kết cẩu nhưng không đảm bảo được mối quan hệ
chính xác giữa các góc quay vịng α1 , α2 như đã nêu ở biểu thức (2.1).
Để tiện so sánh sự sai khác của mối quan hệ lý thuyết và thực tế giữa các góc α1 ,
α2 , trên hình 2.2, ta dựng thêm đường cong biểu thị mối quan hệ thực tế giữa các góc
α1 , α2 : α1 =f(α2 ). Độ sai lệch giữa các góc quay vịng thực tế và lý thuyết cho phép lớn
nhất không được vượt quá 1,5°.
7


Hình 2.3. Sơ đồ động học quay vịng của ơ tơ có hai bánh dẫn hướng phía trước
Ở phần này, chúng ta sẽ đi xác định các thông số động học của ơ tơ khi quay vịng theo
sơ đồ ở hình 2.3.
Ở sơ đồ này, ý nghĩa của các ký hiệu như sau:
R - Bán kính quay vịng của xe.
α - Góc quay vịng của các bánh xe dẫn hướng.

T - Trọng tâm của xe.
v - Vận tốc chuyển động của tâm cầu sau.
ρ - Bán kính quay vịng của trọng tâm T.
ω - Vận tốc góc của xe khi quay vịng quanh điếm O.
ε - Gia tốc góc của xe khi quay vòng quanh điểm O.
8


c - Khoảng cách giữa hai lò xo, giảm chấn.
e - Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau.
β - Góc tạo bởi OT và OF (F là tâm cầu sau).
jh - Gia tốc hướng tâm của trọng tâm T.
jt - Gia tốc tiếp tuyến của trọng tâm T.
jx - Gia tốc hướng theo trục dọc xe của trọng tâm T.
jy - Gia tốc hướng theo trục ngang xe của trọng tâm T.
Từ hình 2.3 ta tính được bán kính quay vịng R của xe. Bán kính quay vịng là khoảng
cách từ tâm quay vòng đến trục dọc của xe:
R

L
tg

(2.2)

Vận tốc góc của xe khi quay vịng được xác định theo biểu thức:

ω=

v v
= tgα

R L

(2.3)

v: vận tốc tịnh tiến của tâm trục sau xe.
Gia tốc góc của xe được xác định như sau:



tgα dv v
1
dα
  

L dt L cos2α dt

(2.4)

Ta có:
cos  

R
R 2  L2

(2.5)

Thay các giá trị (2.5) và (2.2) vào (2.4), ta được:
1  dr v.(L2  R 2 ) d 
  
. 

R  dt
R.L
dt 

(2.6)

Hai thành phần gia tốc của trọng tâm T khi xe quay vòng jx và jy được xác định như
sau:
9


Như ta đã biết:

J h  2 .; J t  .

(2.7)

Chiếu J h , J t lên trục dọc và trục ngang của xe, sau đó tổng hợp các vectơ gia tốc thành
phần lại, ta có:
jx  jt .cos   jh .sin   .cos   2.sin 

(2.8)

jy  jt .sin   jh .cos   .sin   2.cos 

(2.9)

Mặt khác, theo hình 2.3 ta lại có:
.cos   R ;

.sin   b

(2.10)

Thay (2.3), (2.6) và (2.10) vào (2.8) và (2.9) ta nhận được:





2
2
dv v R  L d v2 b
Jx 


dt
LR
dt R 2





2
2
dv v R  L d b v2
Jy  [ 
] 
dt

LR
dt R R 2

2.2.

(2.11)

(2.12)

Động lực học quay vịng ơ tơ:

Chúng ta sẽ xét động lực học quay vịng của ơ tô khi bỏ qua biến dạng ngang của các
bánh xe theo sơ đồ ở hình 2.4.
Trước hết, xét trường hợp tổng qt: Xe có hai cầu chủ động, quay vịng trên đường có
độ dốc (α # 0) và vận tốc không phải hằng số (j # 0).
Ý nghĩa của các ký hiệu trên hình 2.4 như sau:
Fjl - Lực quán tính ly tâm tác dụng tại trọng tâm T của xe.

Fjlx , Fjly - Hai thành phần của lực Fjl theo trục dọc và trục ngang của xe.

Ybi - Các phản lực ngang tác dụng dưới các bánh xe.
Fki - Các lực kéo ở các bánh xe.

Ffi - Các lực cản lăn.
10


Fj - Lực cản lên dốc.

F - Lực cản của khơng khí.

J z - Mơmen qn tính tác dụng lên xe xung quanh trục đứng Tz .

Hình 2.4. Sơ đồ động lực học quay vịng của ơ tơ có hai bánh xe dẫn hướng phía trước.
Để xe quay vịng ổn định và xe không bị trượt khỏi quỹ đạo cong của đường, điều kiện
cần và đủ: tổng tất cả các lực tác dụng lên xe theo chiều trục Tx và chiều trục Ty phải bằng
không , đồng thời tổng các mômen tác dụng lên xe xung quanh trục đứng Tz đi qua trọng
tâm của xe phải bằng không. Tức là:
Phương trình cân bằng lực theo chiều trục Tx :

X

i

0

(2.12)

Phương trình cân bằng lực theo chiều trục Ty :

Y  0
i

(2.13)

Phương trình cân bằng mơmen xung quanh trục thẳng đứng Tz :

M

iz

0

(2.14)

11


Dựa vào các lực và mômen tác dụng lên xe ở hình 2.4, chúng ta sẽ viết được dạng khai
triển các phương trình (2.12), (2.13) và (2.14).
Khi xe quay vịng, lực quán tính ly tâm là lực chủ yếu làm cho xe chuyển động không
ổn định và là nguyên nhân chính gây nên sự nghiêng ngang của thùng xe và làm lật đổ xe.
Bởi vậy, chúng ta sẽ tính cụ thể độ lớn của nó:

Fjl  Fjlx 2  Fjly 2



(2.15)



2
2
G  dv v R  L d v2 b 

Fjlx  mjx   

g  dt
LR
dt R 2 






(2.16)



2
2

G 
  dv v R  L d 
2
bv 
Fjly  mjy 
 
gR   dt
LR
dt 





Trong trường hợp ô tô chuyển động đều (

(2.17)

dv
= 0) theo một quỹ đạo đường trịn, góc
dt

quay vịng của các bánh xe dẫn hướng sẽ không đổi   const 

dv

 0  nên ta có:
 dt


Fjlx  

Fjly

Gbv 2
gR 2

Gv 2

gR

(2.18)

(2.19)

Như vậy, khi xe quay vòng, lực Fjl phụ thuộc vào: khối lượng của xe, bán kính quay
vịng và nhất là vận tốc chuyển động của ô tô. Để giảm Fjl chúng ta phải giảm vận tốc
của xe và giảm khối lượng (không được chở quá tải), đồng thời phải tăng bán kính quay

vịng của xe.

12


Trong hai thành phần của Fjl , thành phần lực ngang Fjly là lực chủ yếu làm cho xe
chuyển động khơng ổn định, là ngun nhân chính gây nên sự nghiêng ngang của thùng
xe và làm cho xe lật đổ. Bởi vậy chúng ta phải giảm tối đa giá trị Fjly khi ơ tơ quay vịng.

Hình 2.5. Sơ đồ động học quay vịng của ơ tơ khi lốp bị biến dạng ngang
Ý nghĩa của các ký hiệu như sau:
R1 - Bán kính quay vịng của xe khi lốp bị biến dạng ngang.
v1 - Vận tốc chuyển động tịnh tiến của tâm cầu trước.
v2 - Vận tốc chuyển động tịnh tiến của tâm cầu sau.
α - Góc quay vịng của các bánh xe ở cầu trước.
δ1 - Góc lệch hưởng của các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước.
δ2 - Góc lệch hưởng của các bảnh xe ở cầu sau.
Yb1 - Phản lực ngang tác dụng ở bánh trước.
13