Đồ án tính toán ổn định khi ô tô xoay vòng - Nghiên cứu xe khách Universe Advanced 47 chỗ

Đồ án kết cấu ô tô: Tính toán ổn định khi xe xoay vòng. Tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên ngành kỹ thuật ô tô, cơ khí động lực.

• Tác giả: Nguyễn Tuấn Quyền
• Người hướng dẫn: Th.S Trần Vũ Chính
• Trường học: Đại Học Công Nghệ Và Quản Lý Hữu Nghị
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Tính Toán Tính Ổn Định Khi Ô Tô Xoay Vòng
• Loại tài liệu: Đồ án kết cấu tính toán ô tô
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Quá trình quay vòng của ô tô
• 1.2. Sự quay vòng của ô tô khi không tính đến biến dạng lốp xe
• 1.2.1. Quá trình quay vòng của ô tô
• 1.2.2. Các lực tác dụng vào ô tô khi quay vòng
• 1.3. Sự quay vòng của ô tô khi tính đến sự biến dạng của lốp xe
• 1.3.1. Bán kính quay vòng tức thời
• 1.3.2. Xét ảnh hưởng biến dạng của lốp xe
• 1.3.2.1. Trường hợp quay vòng thiếu
• 1.3.2.2. Trường hợp quay vòng thừa
• 2. CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN
• 2.1. Ảnh hưởng của kết cấu ô tô khi quay vòng
• 2.1.1. Phương trình vận tốc
• 2.1.2. Tọa độ trọng tâm của xe
• 2.1.3. Gia tốc hướng tâm của xe
• 2.2. Phương trình động lực học của xe khi quay vòng
• 2.3. Động lực học quay vòng
• 2.4. Động lực học quay vòng đều
• 2.5. Mô tả sự ảnh hưởng của gió khi quay vòng
• 2.6. Sự nhạy cảm của ô tô khi có gió bên
• 2.6.1. Góc bù quay vành lái
• 2.6.2. Sự nhạy cảm của ô tô khi có gió bên N
• 3. CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ KHI XOAY VÒNG
• 3.1. Thông số kỹ thuật ban đầu của xe Samco-BG4W

Tóm tắt

I. Tổng quan đồ án tính toán ổn định ô tô khi xoay vòng

Đồ án kết cấu tính toán ô tô là một học phần quan trọng, cung cấp nền tảng vững chắc về động lực học xe. Trong đó, đề tài tính toán tính ổn định khi ô tô xoay vòng chiếm một vị trí cốt lõi, trực tiếp giải quyết vấn đề an toàn trong vận hành. Mục tiêu chính của đề tài này là xây dựng cơ sở lý thuyết tính toán ô tô vững chắc, từ đó phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định và đề xuất giải pháp cải tiến. Một thuyết minh đồ án ô tô hoàn chỉnh không chỉ dừng lại ở việc áp dụng công thức, mà còn phải thể hiện khả năng mô hình hóa ô tô và phân tích sâu sắc các hiện tượng vật lý. Quá trình xe vào cua là một trong những tình huống phức tạp nhất, nơi các lực quán tính như lực ly tâm và các phản lực từ mặt đường tương tác mạnh mẽ. Việc hiểu rõ điều kiện cân bằng của ô tô khi quay vòng là chìa khóa để ngăn chặn các nguy cơ tiềm ẩn như trượt ngang hay lật xe. Đồ án này tập trung vào việc phân tích các phương trình chuyển động, xem xét ảnh hưởng của kết cấu hệ thống treo, đặc tính của lốp ô tô, và vị trí trọng tâm xe (CG). Từ đó, người học có thể đánh giá được mức độ ổn định của một chiếc xe cụ thể và đưa ra những kiến nghị kỹ thuật có giá trị, góp phần nâng cao an toàn và hiệu suất vận hành cho các phương tiện trong thực tế.

1.1. Cơ sở lý thuyết và tầm quan trọng của ổn định động học

An toàn là yếu tố hàng đầu trong thiết kế ô tô, và ổn định động lực học ô tô là nền tảng của sự an toàn đó, đặc biệt trong các tình huống chuyển động phức tạp như xoay vòng. Về cơ bản, ổn định khi quay vòng là khả năng xe duy trì quỹ đạo chuyển động mong muốn dưới tác động của các ngoại lực mà không bị trượt hoặc lật. Cơ sở lý thuyết tính toán ô tô cho vấn đề này dựa trên các định luật Newton, tập trung vào việc phân tích cân bằng lực và mô men tác động lên xe. Các yếu tố chính bao gồm lực ly tâm, lực bám ngang của lốp, và các lực quán tính phát sinh. Việc nghiên cứu sâu về vấn đề này không chỉ quan trọng đối với sinh viên ngành kỹ thuật ô tô trong các đồ án, mà còn là nhiệm vụ sống còn của các nhà sản xuất xe hơi. Một thiết kế tối ưu phải đảm bảo xe có hành vi 'dễ đoán' và an toàn khi vào cua ở các dải vận tốc khác nhau.

1.2. Các giai đoạn và hiện tượng chính khi ô tô vào cua

Quá trình ô tô xoay vòng có thể được chia thành ba giai đoạn chính: giai đoạn vào cua, giai đoạn duy trì quỹ đạo trong cua, và giai đoạn thoát cua. Ở mỗi giai đoạn, các lực tác động và phản ứng của xe đều có sự khác biệt. Khi bắt đầu vào cua, gia tốc ngang tăng dần, gây ra hiện tượng biến dạng của lốp ô tô và tạo ra góc trượt của lốp. Đây là lúc các hệ thống như hệ thống treo và thanh ổn định ngang phát huy vai trò quan trọng nhất để chống lại mô men lật. Trong quá trình này, ba hiện tượng quay vòng đặc trưng có thể xảy ra: quay vòng đúng (Neutral Steer), quay vòng thiếu (Understeer), và quay vòng thừa (Oversteer). Quay vòng thiếu thường được xem là an toàn hơn vì xe có xu hướng đi rộng ra khỏi cua, dễ kiểm soát hơn. Ngược lại, quay vòng thừa khiến đuôi xe văng ra ngoài, tiềm ẩn nguy cơ mất lái và tai nạn.

II. Phân tích các lực gây mất ổn định ô tô khi xoay vòng

Khi ô tô thực hiện một vòng cua, sự ổn định của nó bị thách thức bởi một loạt các lực và mô men phức tạp. Yếu tố nguy hiểm nhất chính là lực ly tâm, một lực quán tính luôn có xu hướng đẩy xe văng ra khỏi tâm của vòng cua. Độ lớn của lực này tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc và tỷ lệ nghịch với bán kính quay vòng. Khi vận tốc xe tăng hoặc bán kính cua giảm, lực ly tâm tăng đột ngột, đặt áp lực cực lớn lên lực bám ngang của lốp. Nếu lực ly tâm vượt qua giới hạn bám của lốp, hiện tượng trượt ngang sẽ xảy ra, khiến người lái mất kiểm soát. Song song với đó, lực ly tâm tác động vào trọng tâm xe (CG), vốn có vị trí cao hơn mặt đường, sẽ tạo ra một mô men lật. Mô men này có xu hướng làm lật xe ra phía ngoài của vòng cua. Độ lớn của mô men lật phụ thuộc vào chiều cao trọng tâm và chiều rộng cơ sở của xe. Những xe có trọng tâm cao và chiều rộng cơ sở hẹp (như SUV, xe tải) đặc biệt nhạy cảm với nguy cơ lật xe. Do đó, việc hiểu rõ và định lượng được các lực này là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong mọi bài toán tính toán tính ổn định khi ô tô xoay vòng.

2.1. Tác động của lực ly tâm và nguy cơ gây mô men lật

Lực ly tâm (F_lt = m*v²/R) là 'kẻ thù' chính của sự ổn định khi xe vào cua. Nó không phải là một lực thực sự mà là một lực quán tính, xuất hiện do xe thay đổi hướng chuyển động. Khi lực này tác động lên trọng tâm xe (CG), nó tạo ra một cánh tay đòn so với mặt phẳng tiếp xúc của các bánh xe phía ngoài. Tích của lực ly tâm và chiều cao trọng tâm chính là mô men lật. Để chống lại mô men này, trọng lượng của xe tạo ra một mô men ổn định ngược chiều. Xe sẽ bị lật khi mô men lật lớn hơn mô men ổn định. Do đó, các kỹ sư luôn cố gắng hạ thấp trọng tâm xe và tăng chiều rộng cơ sở để tối đa hóa mô men ổn định, giảm thiểu nguy cơ lật xe.

2.2. Hiện tượng trượt ngang và giới hạn vận tốc tới hạn

Trượt ngang xảy ra khi thành phần ngang của lực ly tâm vượt quá lực bám ngang tối đa mà lốp xe có thể tạo ra với mặt đường. Lực bám này phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chất liệu và cấu trúc lốp ô tô, áp suất lốp, loại mặt đường, và tải trọng thẳng đứng lên bánh xe. Mỗi chiếc xe, trên một cung đường cong nhất định, đều có một vận tốc tới hạn. Vượt qua vận tốc này, xe sẽ bắt đầu trượt. Việc phân tích động lực học cho phép tính toán chính xác vận tốc giới hạn này, giúp đưa ra các cảnh báo an toàn cho người lái và là cơ sở để thiết kế các hệ thống an toàn chủ động như ESP (Electronic Stability Program). ESP có thể can thiệp bằng cách phanh độc lập từng bánh xe để tạo ra một mô men xoay ngược lại, giúp xe duy trì quỹ đạo.

III. Phương pháp xây dựng mô hình động lực học xe xoay vòng

Để thực hiện tính toán tính ổn định khi ô tô xoay vòng, việc xây dựng một mô hình toán học chính xác là điều bắt buộc. Quá trình này được gọi là mô hình hóa ô tô, chuyển đổi một hệ cơ học phức tạp thành các phương trình vi phân chuyển động. Mô hình phổ biến và hiệu quả nhất cho bài toán này là mô hình một vết (single-track model) hay mô hình xe đạp. Mô hình này đơn giản hóa ô tô thành một vật thể có hai bánh xe, một ở phía trước và một ở phía sau, nằm trên trục dọc của xe. Mặc dù đơn giản, mô hình này vẫn nắm bắt được những đặc tính cơ bản của động lực học xe, bao gồm các hiện tượng quay vòng thiếu và thừa. Các lực chính được xem xét trong mô hình bao gồm lực bên tại các bánh xe trước và sau, phụ thuộc vào góc trượt của lốp và độ cứng góc lệch bên. Bằng cách áp dụng định luật II Newton cho chuyển động tịnh tiến theo phương ngang và chuyển động quay quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm xe (CG), chúng ta có thể thiết lập được một hệ hai phương trình vi phân. Giải hệ phương trình này cho phép xác định các thông số quan trọng như vận tốc góc quay thân xe và góc lệch hướng chuyển động, là cơ sở cho mọi phân tích động lực học sâu hơn.

3.1. Thiết lập các phương trình vi phân chuyển động cơ bản

Cốt lõi của việc mô hình hóa ô tô là xây dựng hệ phương trình vi phân chuyển động. Dựa trên mô hình một vết, hai phương trình cơ bản được thiết lập. Phương trình thứ nhất là phương trình cân bằng lực theo phương ngang (trục y), thể hiện rằng tổng các lực bên của lốp trước và sau cân bằng với lực quán tính ly tâm. Phương trình thứ hai là phương trình cân bằng mô men quanh trục thẳng đứng (trục z) đi qua trọng tâm. Phương trình này cho thấy mô men gây ra bởi các lực bên của lốp cân bằng với mô men quán tính quay của thân xe. Các phương trình này thường được biểu diễn dưới dạng: mv(dβ/dt + ω_z) = Y_f + Y_r và I_z*(dω_z/dt) = aY_f - bY_r, trong đó β là góc trượt thân xe và ω_z là vận tốc góc quay. Đây là nền tảng cho việc phân tích động lực học ở trạng thái ổn định và cả trạng thái chuyển tiếp.

3.2. Vai trò của trọng tâm xe CG và kết cấu hệ thống treo

Vị trí trọng tâm xe (CG) có ảnh hưởng quyết định đến tính ổn định. Vị trí theo phương dọc (khoảng cách a và b tới các cầu xe) quyết định sự phân bố tải trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến lực bám ngang và hành vi quay vòng thiếu/thừa. Một sự thay đổi nhỏ trong phân bố trọng lượng cũng có thể thay đổi đặc tính của xe. Chiều cao trọng tâm ảnh hưởng trực tiếp đến mô men lật. Bên cạnh đó, kết cấu hệ thống treo đóng vai trò kiểm soát sự thay đổi tải trọng động giữa các bánh xe trong quá trình vào cua (hiện tượng 'body roll'). Các bộ phận như lò xo, giảm chấn, và đặc biệt là thanh ổn định ngang (thanh chống lật) được thiết kế để hạn chế độ nghiêng của thân xe, giữ cho các bánh xe tiếp xúc tối ưu với mặt đường và duy trì lực bám.

IV. Hướng dẫn tính toán và mô phỏng ổn định động lực học

Sau khi xây dựng mô hình lý thuyết, bước tiếp theo trong đồ án là áp dụng các công cụ tính toán và mô phỏng chuyển động ô tô để đánh giá định lượng. Các phần mềm chuyên dụng như Matlab/Simulink và Adams Car là những công cụ không thể thiếu. Matlab/Simulink rất mạnh trong việc giải các phương trình vi phân chuyển động, cho phép các nhà nghiên cứu xây dựng mô hình từ các khối chức năng và quan sát phản ứng của hệ thống theo thời gian. Người dùng có thể dễ dàng thay đổi các thông số đầu vào như vận tốc, góc lái, đặc tính lốp để xem xét ảnh hưởng của chúng đến sự ổn định. Trong khi đó, Adams Car là một công cụ phân tích động lực học đa vật thể phức tạp hơn, cho phép xây dựng mô hình 3D chi tiết của toàn bộ chiếc xe, bao gồm cả kết cấu hệ thống treo phức tạp, hệ thống lái, và các liên kết. Việc mô phỏng chuyển động ô tô trên các phần mềm này giúp xác định vận tốc tới hạn, phân tích quỹ đạo chuyển động, và đánh giá nguy cơ lật xe trong các kịch bản khác nhau một cách trực quan và chính xác trước khi chế tạo mẫu thử, tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí.

4.1. Ứng dụng Matlab Simulink để giải phương trình động lực học

Sử dụng Matlab/Simulink là phương pháp hiệu quả để thực hiện phân tích động lực học. Sinh viên có thể xây dựng một sơ đồ khối (block diagram) trong Simulink để mô phỏng chính xác các phương trình đã thiết lập. Đầu vào của mô hình có thể là góc quay vành lái và vận tốc xe. Các khối tính toán sẽ xử lý các phương trình để cho ra các đầu ra quan trọng như gia tốc ngang, vận tốc góc quay thân xe, và góc trượt. Ưu điểm của phương pháp này là khả năng thay đổi thông số một cách linh hoạt, ví dụ như thay đổi độ cứng góc lệch của lốp hay vị trí trọng tâm xe (CG), và quan sát ngay lập tức sự thay đổi trong hành vi của xe. Kết quả mô phỏng thường được biểu diễn dưới dạng đồ thị theo thời gian, giúp phân tích các đặc tính ổn định ở trạng thái quá độ và xác lập.

4.2. Phân tích kết quả mô phỏng trên phần mềm Adams Car

Adams Car cung cấp một môi trường mô phỏng chuyển động ô tô toàn diện hơn. Thay vì chỉ giải phương trình, nó cho phép xây dựng một 'nguyên mẫu ảo' của chiếc xe. Người dùng có thể định nghĩa chi tiết từng thành phần của hệ thống treo, đặc tính đàn hồi của bạc lót, và mô hình lốp phức tạp (ví dụ: Pacejka Magic Formula). Các kịch bản thử nghiệm phổ biến trên Adams Car bao gồm 'Constant Radius Cornering' (vào cua bán kính không đổi) để xác định hành vi quay vòng thiếu/thừa, hay 'Fishhook Maneuver' để đánh giá nguy cơ lật xe. Kết quả từ Adams Car không chỉ là các đồ thị dữ liệu mà còn là hoạt ảnh 3D, giúp các kỹ sư hình dung rõ ràng chuyển động của xe, sự biến dạng của các bộ phận và tương tác giữa lốp với mặt đường.

V. Case Study Đề xuất giải pháp tối ưu ổn định xe khách

Một phần quan trọng của thuyết minh đồ án ô tô là áp dụng lý thuyết vào một trường hợp thực tế. Tài liệu nghiên cứu đã tiến hành tính toán tính ổn định khi ô tô xoay vòng cho xe khách Samco-BG4W. Kết quả phân tích ban đầu cho thấy xe có đặc tính quay vòng thừa (hệ số kết cấu K < 0), một trạng thái không an toàn, đặc biệt đối với một phương tiện chở khách. Quay vòng thừa có thể dẫn đến việc đuôi xe bị văng, gây mất kiểm soát đột ngột. Nguyên nhân được xác định là do sự phân bố trọng lượng và đặc tính của hệ thống treo và lốp. Từ kết quả phân tích động lực học, một giải pháp cải tiến đã được đề xuất: thay đổi vị trí trọng tâm xe (CG) bằng cách dịch chuyển nó về phía trước. Việc này làm thay đổi sự phân bố tải trọng lên cầu trước và cầu sau, từ đó thay đổi độ cứng góc lệch tương đương của hai cầu. Sau khi tính toán lại với thông số mới, kết quả cho thấy xe chuyển sang trạng thái quay vòng thiếu (K > 0), an toàn và dễ điều khiển hơn. Đây là một minh chứng rõ ràng cho thấy việc áp dụng cơ sở lý thuyết tính toán ô tô có thể mang lại những cải tiến thiết thực, nâng cao an toàn vận hành.

5.1. Phân tích trạng thái quay vòng thừa của xe nguyên bản

Dựa trên các thông số kỹ thuật ban đầu của xe Samco-BG4W, quá trình tính toán đã xác định hệ số kết cấu K = -0,029 s²/m. Giá trị âm này khẳng định xe có đặc tính quay vòng thừa. Điều này có nghĩa là khi vào cua, góc trượt của lốp sau lớn hơn lốp trước, khiến đuôi xe có xu hướng trượt ra ngoài quỹ đạo. Mô phỏng chuyển động ô tô cho thấy ở các vận tốc cao, đặc tính này trở nên rõ rệt và nguy hiểm. Đối với một xe khách có trọng tâm xe (CG) tương đối cao, việc kết hợp giữa quay vòng thừa và nguy cơ từ mô men lật tạo ra một rủi ro an toàn đáng kể cần được khắc phục.

5.2. Giải pháp dịch chuyển trọng tâm để đạt quay vòng thiếu

Để khắc phục tình trạng quay vòng thừa, giải pháp được đưa ra là thay đổi thông số phân bố trọng lượng, cụ thể là dịch chuyển trọng tâm về phía trước. Điều kiện ràng buộc là lực kéo tại bánh xe chủ động vẫn phải lớn hơn lực bám. Sau khi tính toán lại, vị trí trọng tâm mới được xác định, dẫn đến hệ số kết cấu K = 0,057 s²/m. Giá trị dương cho thấy xe đã chuyển sang trạng thái quay vòng thiếu. Ở trạng thái này, khi đến giới hạn bám, xe sẽ có xu hướng mở rộng bán kính quay vòng một cách từ từ, cho phép người lái dễ dàng điều chỉnh và giữ xe trong tầm kiểm soát. Giải pháp này chứng tỏ tầm quan trọng của việc tối ưu hóa kết cấu hệ thống treo và phân bố khối lượng trong thiết kế xe.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1/Qúa trình quay vòng của ô tô: Hình 1-1 : Quá trình quay vòng của ô tô Qúa trình quay vòng của ô tô được chia làm 3 giai đoạn: GDI: là giai đoạn chuẩn bị vào đường quay vòng với R GDII: là giai đoạn vào quay vòng với bán kính tức thời R = Const GDIII: là giai đoạn ra khỏi đường quay vòng với R 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.2/ Sự quay vòng của ô tô khi không tính đến biến dạng lốp xe: 1.1/ Qúa trình quay vòng của ô tô: Hình 1-2: Mô hình quay vòng của ô tô m: chiều rộng vết bánh xe l : khoảng cách giữa 2 cầu xe R: bán kính quay vòng tức thời O: tâm quay vòng tức thời : góc quay của hệ thống lái : góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong : góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong Xét mô hình trên ta có: tg = R= Trong thực tế khi xe vào góc cua thì tài xế đánh lái rất từ từ với góc quay hệ thống lái rất nhỏ ( nếu không sẽ cua ngặt và mất quĩ đạo chuyển động điều này rất nguy hiểm) Nên bé tg R= [1-1] Đây là công thức tính bán kính quay vòng tức thời của xe khi không tính đến sự biến dạng của lốp xe. Xác định mối quan hệ của và ? [1-2] [1-3] - = [1-4] Nhìn vào biểu thức [1-4] ta thấy , về mặt lý thuyết khi vào cua thì góc quay của 2 bánh xe dẫn hướng luôn khác nhau, tức là. Nhưng thực tế sự chênh lệch này rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua và xem như =. Vì vậy trong tính toán về sau ta xem như =.

6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.2/ Các lực tác dụng vào ô tô khi quay vòng : Khi xe vào quay vòng ta xét các lực tác dụng lên xe cụ thể là vào trọng tâm T của xe. Trọng tâm này cách cầu trước một đoạn là a, cách cầu sau một đoạn là b. Tại tâm T khi quay vòng thì xuất hiện lực li tâm tác dụng lên xe, có phương chiều như hình vẽ. Phân tích thành 2 thành phần theo phương và ta được ,.

Trong đó lực là lực dọc trục xe có xu hướng làm xe đi tới ta không xét đến. Lực có xu hướng làm xe văng ra khỏi đường vì vậy ta xét lực. Hình 1-3: Phân tích lực tác dụng khi quay vòng Ta có : [1-5] Trong đó : là gia tốc hướng tâm 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong là gia tốc pháp tuyến là gia tốc tiếp tuyến Phân tích Hình 1-3 ta được: [1-6] Với là góc hợp bởi lực li tâm với phương ngang của xe Gia tốc pháp tuyến [1-7] Gia tốc tiếp tuyến [1-8] Trong đó : ρ = OT chính là bán kính quán tính. Xét Xét Mặt khác xét Hình 1-3 ta còn có: ; Từ đó ta tính được gia tốc hướng tâm: [1-9] 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong Khi đó: [1-10] Ta có nhận xét về biểu thức [1-10] như sau: Lực là lực làm xe có xu hướng văng ra khỏi mặt đường nên khi vào quay vòng để xe an toàn thì lực phải nhỏ.

Để giảm thì: + giảm : tức là giảm tốc độ của xe khi vào quay vòng + = Const = 0 tức là khi xe vào quay vòng thì góc quay của hệ thống lái phải từ từ, chỉ thay đổi nhỏ lúc đó ta xem như = Const.3/ Sự quay vòng của ô tô khi tính đến sự biến dạng của lốp xe: 1.1/ Bán kính quay vòng tức thời: Khi không có sự biến dạng của lốp xe , xe vào cua với vận tốc hợp với phương ngang một góc là vận tốc của cầu trước và cầu sau chuyển động với vận tốc như hình. Khi có sự biến dạng của lốp xe với. : góc biến dạng bánh xe cầu trước : góc biến dạng bánh xe cầu sau Lúc này phương vận tốc bị lệch một góc thành vận tốc và phương vận tốc bị lệch đi một góc thành vận tốc 9 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong Hình 1-4: Mô hình quay vòng khi có sự biến dạng lốp xe Vấn đề đặt ra bây giờ là phải tìm xem =? [1-11] Nhưng vì ; ; rất bé nên: 10 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong [1-12] Khi đó xảy ra 3 trường hợp sau: TH1: Nếu = tức là áp suất các bánh xe trước bằng áp suất các bánh xe sau. : Quay vòng đúng Tức là khi quay vòng không tính đến sự biến dạng hay có tính đến sự biến dạng lốp xe cũng quay vòng với một bán kính quay vòng tức thời (tài xế không thay đổi góc quay vành lái) TH2: Nếu > tức là áp suất các bánh xe trước nhỏ hơn áp suất các bánh xe sau.

: Quay vòng thiếu Tức là khi quay vòng có tính đến sự biến dạng của lốp xe tài xế phải quay vành lái cho góc quay vành lái tăng lên so với khi không tính đến sự biến dạng lốp xe, để xe có thể quay vòng đúng với bán kính quay vòng tức thời R. TH3: Nếu < tức là áp suất các bánh xe trước lớn hơn áp suất các bánh xe sau. : Quay vòng thừa Tức là khi quay vòng có tính đến sự biến dạng của lốp xe tài xế phải quay vành lái cho góc quay vành lái giảm đi so với khi không tính đến sự biến dạng lốp xe, để xe có thể quay vòng đúng với bán kính quay vòng tức thời R.2/ Xét ảnh hưởng biến dạng của lốp xe: 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong Phần trên ta nói về 3 TH: ; ;. Trong 3 trường hợp này thì trường hợp không có gì để nói và thực tế nó cũng rất ít khi xảy ra.1/ Trường hợp quay vòng thiếu: > Hình 1-5: Ảnh hưởng của biến dạng lốp xe TH quay vòng thiếu Trường hợp này khi xe chuyển động với vận tốc dưới ảnh hưởng của do áp suất các bánh xe trước nhỏ hơn áp suất các bánh xe sau nên tức thời cầu trước của xe bị lệch hướng chuyển động 1 góc , cầu sau của xe bị lệch hướng chuyển động 1 góc.

Dựng các đường vuông góc như hình ta tìm được tâm OT ( tức thời xe quay quanh tâm OT). Nên tạo ra lực li tâm , phân tích lực li tâm thành 2 thành phần ; : 12 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong Thành phần tác dụng theo phương dọc trục xe làm xe chuyển động về phía trước, thành phần này không quan trọng. Thành phần có xu hướng làm xe làm xe bị lệch khỏi quĩ đạo chuyển động nhưng lúc này và cùng phương , ngược chiều, khác điểm đặt vì vậy triệt tiêu lẫn nhau tạo ra tính ổn định của xe. Kết luận: Chính vì lí do trên mà thực tế người ta thường bơm lốp trước mềm hơn lốp sau.

Và ở xe chúng ta đang xét cũng bơm sao cho áp suất các bánh xe trước nhỏ hơn áp suất các bánh xe sau.2/Trường hợp quay vòng thừa : < Hình 1-6: Ảnh hưởng của biến dạng lốp xe TH quay vòng thừa 13 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong Trường hợp này và cùng phương , cùng chiều, khác điểm đặt vì vậy tạo ra sự mất ổn định của xe. Kết luận: Chính vì lí do trên mà thực tế người ta thường tránh bơm lốp trước cứng hơn hơn lốp sau. Điều này gây sự mất ổn định của xe, thậm chí là mất điều khiển 14 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN TÍNH TOÁN 2.1/ Ảnh hưởng của kết cấu ô tô khi quay vòng Khi xe vào quay vòng thì yếu tố động học của xe gồm 3 yếu tố sau: vận tốc của xe, quĩ đạo chuyển động của xe và yếu tố thứ 3 là gia tốc hướng tâm. Ta xét mô hình phẳng của xe như hình bên dưới.

Để xét quĩ đạo chuyển động của xe ta sẽ xét đến yếu tố trọng tâm T( ; ) của xe so với hệ tọa độ mặt đường. Hệ trục tọa độ xTy là hệ trục tọa độ gắn trên khung xe. Hệ tọa độ là hệ tọa độ mặt đường được đưa vào trọng tâm T. Khi đó phương vectơ vận tốc hợp với khung xe một góc là góc chuyển hướng của ô tô.

Khung xe hợp với mặt đường một góc gọi là góc quay khung xe. Hình 2-1: Mô hình xác định quĩ đạo tâm xe và vận tốc xe 15 DO.vong TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.1/Phương trình vận tốc : Xét Hình 2-1: Chiếu lên 2 phương , ta được [2-1] [2-2] 2.2/Tọa độ trong tâm của xe: [2-3] [2-4] Từ đó ta có thể xác định được tọa độ trọng tâm tại một thời điểm nhất định.3/Gia tốc hướng tâm của xe: Gia tốc hướng tâm xuất hiện khi xe đi vào một quĩ đạo cong. Thông thường ta có thể xác định được như sau: [2-5] Trong đó v là vận tốc của xe, là bán kính quay vòng tức thời, thực tế thay đổi liên tục và khó đo đạc trong thực tế. Nên có một cách khác có thể xác định được .vong TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong Từ công thức [2-1]; [2-2] ta có [2-6] [2-7] Xét hình [2-2]: Được các vectơ theo phương như hình Hình 2-2: Mô hình xác định gia tốc hướng tâm của xe Được các vectơ theo phương như hình 17 DO.vong TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong Và theo sơ đồ ta dễ dàng xác định được gia tốc hướng tâm [2-8] 2.2/Phương trình động lực học của xe khi quay vòng: Hình 2-3: Mô hình động lực học của xe khi quay vòng Xét mô hình phẳng của xe trên Hình 2-3.

Các lực tác dụng lên xe bao gồm: là lực kéo ở các bánh xe là lực cản lăn ở các bánh xe là phản lực bên ở các bánh xe 18 DO.vong TIEU LUAN MOI download : [e-mail] moi nhat DO.vong là mômen cản quay của bánh xe =1, 2, 3, 4 tùy thuộc vào ta kí hiệu. Tại trọng tâm T của xe cách cầu trước một đoạn a và cách cầu sau một đoạn b. Chiều dài cơ sở của xe là l = a + b. Tại điểm C cách trọng tâm T một đoạn e có hai lực theo phương x là (lực cản không khí), lực theo phương y là lực gió bên N.

Tại trọng tâm T có các lực tác dụng như sau: + Lực quán tính + Lực li tâm là trong đó m là khối lượng toàn bộ xe bao gồm cả người Khi xe quay vòng sẽ xuất hiện mômen quán tính xung quanh trục Tz là .