Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô 2 cầu

Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô 2 cầu, cung cấp cái nhìn sâu sắc về hiệu suất và ổn định.

• Tác giả: Nguyễn Văn Duy
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Văn Quỳnh
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô 2 cầu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về động lực học ô tô
• 1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển động của ô tô
• 1.2.1. Các lực cản chuyển động
• 1.2.1.1. Lực cản lăn
• 1.3. Kết cấu của hệ thống truyền lực
• 1.3.1. Các sơ đồ hệ thống truyền lực trên ô tô
• 1.3.2. Vi sai trên ô tô
• 1.4. Tổng quan về các công trình công bố liên quan
• 1.5. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC CỦA Ô TÔ
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô
• 2.1.1. Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân liên kết giữa các vật trong hệ
• 2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết
• 2.1.3. Phương pháp mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân của hệ. Xây dựng mô hình toán học
• 2.1.4. Giải hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống
• 2.1.5. Giới thiệu một số phần mềm mô phỏng
• 2.1.6. Một số khối chức năng trong Simscape
• 2.2. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC CỦA Ô TÔ BẰNG CÔNG CỤ SIMULINK SIMSCAPE
• 3.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu
• 3.2. Các thông số đầu vào của mô hình thân xe
• 3.3. Các thông số khác
• 3.4. Mô phỏng và phân tích kết quả
• 3.4.1. Trường hợp ô tô sử dụng dẫn động 4 bánh, vi sai giữa các bánh xe kiểu bánh răng côn thông thường, vi sai trung tâm kiểu Viscous
• 3.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai giữa các bánh xe đến khả năng động học và động lực học của ô tô
• 3.4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai trung tâm đến khả năng động học và động lực học của ô tô
• 3.5. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ảnh hưởng kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô 2 cầu

Nghiên cứu về ảnh hưởng kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô 2 cầu là một lĩnh vực quan trọng trong ngành kỹ thuật ô tô. Động lực học ô tô không chỉ liên quan đến các yếu tố như tốc độ, trọng tải mà còn bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi cấu trúc của hệ thống truyền lực. Hệ thống truyền lực bao gồm các thành phần như hộp số, vi sai và các khớp nối, đóng vai trò quyết định trong việc truyền tải lực từ động cơ đến bánh xe. Việc hiểu rõ mối quan hệ này giúp cải thiện hiệu suất và an toàn của ô tô trong quá trình vận hành.

1.1. Động lực học ô tô và các yếu tố ảnh hưởng

Động lực học ô tô bao gồm nhiều yếu tố như lực cản, trọng lực và các lực tác động từ môi trường. Các yếu tố này ảnh hưởng đến khả năng tăng tốc, phanh và khả năng điều khiển của xe. Việc nghiên cứu các yếu tố này giúp xác định cách tối ưu hóa thiết kế hệ thống truyền lực để nâng cao hiệu suất động lực học.

1.2. Kết cấu hệ thống truyền lực ô tô 2 cầu

Hệ thống truyền lực ô tô 2 cầu bao gồm nhiều thành phần như vi sai, hộp số và trục truyền động. Mỗi thành phần có vai trò riêng trong việc truyền tải lực và ảnh hưởng đến động lực học. Việc phân tích cấu trúc này giúp hiểu rõ hơn về cách mà các yếu tố này tương tác với nhau.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu động lực học ô tô 2 cầu

Mặc dù có nhiều nghiên cứu về động lực học ô tô, nhưng vẫn còn nhiều thách thức trong việc phân tích ảnh hưởng của kết cấu hệ thống truyền lực. Một trong những vấn đề lớn là sự phức tạp trong việc mô phỏng các yếu tố ảnh hưởng đến động lực học. Các yếu tố như điều kiện đường xá, tải trọng và cách điều khiển của người lái đều có thể làm thay đổi kết quả nghiên cứu.

2.1. Các yếu tố tác động đến động lực học ô tô

Các yếu tố như tải trọng, điều kiện mặt đường và tốc độ xe đều có thể ảnh hưởng đến động lực học. Việc xác định và phân tích các yếu tố này là rất quan trọng để có thể đưa ra các giải pháp tối ưu cho hệ thống truyền lực.

2.2. Thách thức trong mô phỏng động lực học ô tô

Mô phỏng động lực học ô tô là một thách thức lớn do sự phức tạp của các yếu tố tác động. Các phần mềm mô phỏng hiện nay cần phải được cải tiến để có thể phản ánh chính xác hơn các điều kiện thực tế mà ô tô phải đối mặt.

III. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng kết cấu hệ thống truyền lực

Để nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô 2 cầu, nhiều phương pháp khác nhau đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm mô phỏng, phân tích lý thuyết và thực nghiệm. Mỗi phương pháp đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng.

3.1. Phương pháp mô phỏng động lực học ô tô

Mô phỏng là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để nghiên cứu động lực học ô tô. Các phần mềm như Simulink và MATLAB cho phép xây dựng mô hình động lực học và phân tích ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến hiệu suất của xe.

3.2. Phân tích lý thuyết về động lực học ô tô

Phân tích lý thuyết cung cấp cơ sở cho việc hiểu rõ các nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền lực. Việc áp dụng các công thức và mô hình toán học giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến động lực học một cách chính xác.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu động lực học ô tô 2 cầu

Nghiên cứu về ảnh hưởng kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô 2 cầu không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thiết kế và cải tiến các hệ thống truyền lực, từ đó nâng cao hiệu suất và an toàn cho ô tô.

4.1. Cải tiến thiết kế hệ thống truyền lực

Kết quả nghiên cứu có thể giúp các kỹ sư thiết kế các hệ thống truyền lực hiệu quả hơn, từ đó nâng cao khả năng vận hành của ô tô. Việc tối ưu hóa thiết kế sẽ giúp giảm thiểu tiêu hao năng lượng và tăng cường độ bền cho các thành phần.

4.2. Tăng cường an toàn cho ô tô

Nghiên cứu động lực học ô tô giúp xác định các yếu tố có thể gây ra tai nạn. Từ đó, các nhà sản xuất có thể cải tiến thiết kế để tăng cường an toàn cho người lái và hành khách.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu động lực học ô tô 2 cầu

Nghiên cứu về ảnh hưởng kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô 2 cầu là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Các kết quả nghiên cứu không chỉ giúp cải thiện hiệu suất của ô tô mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tiếp tục mở rộng với sự phát triển của công nghệ và các phương pháp nghiên cứu mới.

5.1. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Với sự phát triển của công nghệ, nghiên cứu động lực học ô tô sẽ ngày càng trở nên chính xác và hiệu quả hơn. Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo và học máy có thể được áp dụng để tối ưu hóa thiết kế hệ thống truyền lực.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu động lực học ô tô

Nghiên cứu động lực học ô tô không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Việc tối ưu hóa hệ thống truyền lực sẽ giúp giảm thiểu khí thải và tiêu hao năng lượng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp ô tô tại Việt Nam, số lượng phương tiện giao thông cá nhân ngày càng tăng, đặc biệt là ô tô hai cầu (4WD). Theo ước tính, việc nâng cao tính an toàn và hiệu suất vận hành của ô tô trở thành yêu cầu cấp thiết, nhất là trong điều kiện giao thông phức tạp và đa dạng địa hình. Động lực học theo phương dọc của ô tô, bao gồm các chuyển động tăng tốc, giảm tốc và leo dốc, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và an toàn khi vận hành. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào ảnh hưởng của động cơ và điều kiện đường xá, chưa có nhiều công trình phân tích sâu về tác động của kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô hai cầu.

Mục tiêu của luận văn là xây dựng mô hình nghiên cứu và phân tích ảnh hưởng của kết cấu hệ thống truyền lực, đặc biệt là các loại vi sai giữa các bánh xe và vi sai trung tâm, đến các thông số động lực học theo phương dọc của ô tô hai cầu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào ô tô hai cầu, với các mô phỏng và phân tích dựa trên phần mềm Matlab-Simulink trong giai đoạn từ năm 2016 đến 2018 tại Việt Nam. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho thiết kế hệ thống truyền lực, góp phần nâng cao hiệu suất vận hành và an toàn giao thông, đồng thời giảm chi phí thử nghiệm thực tế nhờ mô hình mô phỏng chính xác.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình động lực học ô tô, trong đó bao gồm:

• Động lực học phương dọc (Longitudinal Dynamics): Nghiên cứu chuyển động tịnh tiến theo trục dọc xe, chịu ảnh hưởng bởi lực kéo, lực cản lăn, lực cản không khí và lực cản do địa hình.
• Mô hình hệ cơ học nhiều vật (MultiBody System - MBS): Phân tích ô tô như một hệ thống gồm nhiều khối lượng liên kết với nhau qua các phần tử đàn hồi và giảm chấn, bao gồm thân xe, bánh xe, hệ thống truyền lực.
• Lý thuyết về hệ thống truyền lực và vi sai: Bao gồm các loại vi sai mở, vi sai khóa, vi sai trung tâm kiểu viscous và vi sai cảm biến mô men Torsen, ảnh hưởng đến phân phối lực kéo và tính ổn định của xe.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: mô men quán tính, lực cản lăn, lực cản không khí, mô hình toán học hệ thống truyền lực, và các thông số động lực học như vận tốc, gia tốc, mô men xoắn.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp mô phỏng dựa trên mô hình toán học được xây dựng từ hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của hệ thống truyền lực và thân xe. Cụ thể:

• Nguồn dữ liệu: Các thông số kỹ thuật của ô tô hai cầu, hệ số cản lăn, hệ số khí động, mô men quán tính các bộ phận truyền lực, và các đặc tính vi sai được thu thập từ tài liệu chuyên ngành và thực tế vận hành.
• Phương pháp phân tích: Xây dựng mô hình toán học hệ thống truyền lực 4WD và 4x2, giải hệ phương trình vi phân bằng phần mềm Matlab-Simulink với công cụ Simscape. Mô hình cho phép mô phỏng các trường hợp khác nhau về bố trí vi sai và điều kiện vận hành.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian gần 2 năm (2016-2018), bao gồm giai đoạn xây dựng mô hình, mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Phương pháp mô phỏng giúp giảm chi phí và thời gian so với nghiên cứu thực nghiệm trên xe thực tế, đồng thời cho phép phân tích chi tiết ảnh hưởng của từng thành phần trong hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của loại vi sai đến gia tốc và vận tốc xe: Mô phỏng cho thấy ô tô sử dụng vi sai Torsen có khả năng duy trì gia tốc cao hơn khoảng 15% so với vi sai mở trong điều kiện đường trơn, nhờ khả năng phân phối mô men xoắn hiệu quả hơn. Vận tốc tối đa cũng tăng khoảng 8% khi sử dụng vi sai khóa so với vi sai mở.

2. Tác động của vi sai trung tâm kiểu viscous: Vi sai trung tâm kiểu viscous giúp giảm hiện tượng trượt bánh xe khi xe quay vòng, làm tăng độ ổn định và giảm lực cản quán tính theo thời gian khoảng 10-12% so với vi sai trung tâm mở.

3. Ảnh hưởng của bố trí hệ thống truyền lực: Mô hình 4WD với vi sai trung tâm và vi sai bánh xe kiểu Torsen cho thấy lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động tăng lên đến 20% so với hệ thống truyền lực 4x2, giúp cải thiện khả năng leo dốc và tăng tốc.

4. Phân tích lực cản chuyển động: Lực cản không khí và lực cản lăn chiếm tỷ trọng lớn trong tổng lực cản chuyển động, với hệ số khí động Cx dao động từ 0.3 đến 0.8 tùy loại xe và điều kiện vận hành. Việc tối ưu hệ thống truyền lực giúp giảm lực cản quán tính, góp phần nâng cao hiệu suất nhiên liệu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân các kết quả trên xuất phát từ cơ chế phân phối mô men xoắn hiệu quả của các loại vi sai hiện đại như Torsen và vi sai khóa, giúp bánh xe có lực bám tốt nhận được mô men lớn hơn, giảm hiện tượng trượt và hao phí năng lượng. So với các nghiên cứu trước đây tập trung vào động cơ và điều kiện đường xá, luận văn đã mở rộng phạm vi nghiên cứu sang kết cấu hệ thống truyền lực, đặc biệt là vai trò của vi sai trong động lực học phương dọc.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh vận tốc và gia tốc theo thời gian giữa các loại vi sai, bảng số liệu lực kéo tiếp tuyến và mô men xoắn tại các bánh xe, cũng như đồ thị lực cản chuyển động theo vận tốc xe. Những biểu đồ này minh họa rõ ràng sự khác biệt về hiệu suất vận hành giữa các cấu hình hệ thống truyền lực.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc cung cấp công cụ mô phỏng chính xác, giúp các nhà thiết kế ô tô lựa chọn và tối ưu kết cấu hệ thống truyền lực phù hợp với yêu cầu vận hành và điều kiện địa hình, từ đó nâng cao tính an toàn và hiệu quả sử dụng nhiên liệu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu lựa chọn loại vi sai: Khuyến nghị sử dụng vi sai Torsen hoặc vi sai khóa cho ô tô hai cầu nhằm tăng khả năng phân phối mô men và cải thiện gia tốc, vận tốc tối đa. Thời gian áp dụng: 1-2 năm; chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất ô tô và nhà thiết kế hệ thống truyền lực.

2. Áp dụng vi sai trung tâm kiểu viscous: Đề xuất trang bị vi sai trung tâm viscous để giảm hiện tượng trượt bánh xe khi quay vòng, nâng cao độ ổn định xe. Thời gian áp dụng: 1 năm; chủ thể thực hiện: các nhà sản xuất linh kiện và kỹ sư thiết kế.

3. Phát triển mô hình mô phỏng tích hợp: Khuyến khích các viện nghiên cứu và trường đại học phát triển thêm các mô hình mô phỏng động lực học ô tô tích hợp hệ thống truyền lực, giúp giảm chi phí thử nghiệm thực tế và tăng độ chính xác trong thiết kế. Thời gian: liên tục; chủ thể: các tổ chức nghiên cứu và đào tạo.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về mô phỏng động lực học và thiết kế hệ thống truyền lực cho kỹ sư ô tô, nhằm nâng cao năng lực ứng dụng công nghệ mô phỏng trong ngành. Thời gian: 6-12 tháng; chủ thể: các trường đại học, trung tâm đào tạo nghề.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế ô tô: Luận văn cung cấp kiến thức và công cụ mô phỏng giúp kỹ sư lựa chọn kết cấu hệ thống truyền lực phù hợp, tối ưu hiệu suất và an toàn xe.

2. Nhà nghiên cứu động lực học ô tô: Cung cấp cơ sở lý thuyết và mô hình toán học chi tiết để nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học phương dọc.

3. Các nhà sản xuất linh kiện ô tô: Giúp hiểu rõ vai trò của các loại vi sai và hệ thống truyền lực trong vận hành xe, từ đó phát triển sản phẩm phù hợp với yêu cầu thị trường.

4. Sinh viên và giảng viên ngành kỹ thuật cơ khí động lực: Là tài liệu tham khảo quý giá cho việc học tập, nghiên cứu và giảng dạy về động lực học ô tô và thiết kế hệ thống truyền lực.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc?
   Hệ thống truyền lực ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền mô men và lực kéo của xe, từ đó tác động đến gia tốc, vận tốc và độ ổn định khi vận hành. Nghiên cứu giúp tối ưu thiết kế để nâng cao hiệu suất và an toàn.

2. Phương pháp mô phỏng có ưu điểm gì so với nghiên cứu thực nghiệm?
   Mô phỏng giảm chi phí và thời gian, cho phép phân tích chi tiết các yếu tố riêng biệt trong hệ thống truyền lực mà không cần thử nghiệm trên xe thực tế, đồng thời dễ dàng điều chỉnh các tham số để đánh giá ảnh hưởng.

3. Vi sai Torsen khác gì so với vi sai mở?
   Vi sai Torsen có khả năng phân phối mô men xoắn hiệu quả hơn, truyền mô men ngay khi có sự chênh lệch lực kéo giữa các bánh xe, giúp giảm trượt và tăng độ bám đường so với vi sai mở truyền mô men đồng đều nhưng không điều chỉnh được.

4. Mô hình toán học được xây dựng dựa trên những giả thiết nào?
   Giả thiết bỏ qua thành phần cản và đàn hồi trong hệ truyền lực, coi các khâu có khối lượng quán tính tập trung, liên kết giữa các khâu bằng trục cứng không có khối lượng quán tính, giúp đơn giản hóa mô hình nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết.

5. Phần mềm Matlab-Simulink có thể mô phỏng những gì trong nghiên cứu này?
   Phần mềm cho phép xây dựng mô hình hệ thống truyền lực, giải hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động, mô phỏng các trường hợp bố trí vi sai khác nhau, phân tích vận tốc, gia tốc và lực kéo của ô tô theo thời gian thực.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học và mô phỏng bằng Matlab-Simulink để nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô hai cầu.
• Kết quả cho thấy các loại vi sai hiện đại như Torsen và vi sai khóa cải thiện đáng kể gia tốc, vận tốc và độ ổn định xe so với vi sai mở truyền thống.
• Vi sai trung tâm kiểu viscous giúp giảm hiện tượng trượt bánh xe khi quay vòng, nâng cao hiệu quả truyền lực và an toàn vận hành.
• Mô hình mô phỏng cung cấp công cụ hữu ích cho thiết kế và tối ưu hệ thống truyền lực, giảm chi phí thử nghiệm thực tế.
• Đề xuất tiếp tục phát triển mô hình tích hợp và đào tạo kỹ sư để ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô.

Next steps: Áp dụng mô hình vào thiết kế thực tế, mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố khác như điều kiện đường xá và tải trọng, đồng thời phát triển phần mềm mô phỏng chuyên biệt cho hệ thống truyền lực ô tô.

Các nhà nghiên cứu và kỹ sư thiết kế ô tô nên áp dụng mô hình và kết quả nghiên cứu này để nâng cao hiệu quả và an toàn của sản phẩm, đồng thời phối hợp phát triển các giải pháp truyền lực tiên tiến hơn trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về động lực học ô tô Động lực học ô tô là tổng hợp của động lực học phương ngang, động lực học theo phương thẳng đứng và động lực học phương dọc [1]:  Động lực học dọc/Longitudinal Dynamics  Động lực học phương thẳng đứng/Vertical Dynamics  Động lực học ngang/Lateral Dynamics Khối thân xe được liên kết với các bánh xe thông qua hệ thống treo và các cầu xe; động lực học bánh xe được xem như một mô hình con. Khối thân xe có ba chuyển động tịnh tiến và ba chuyển động quay. Như vậy, động lực học ô tô là một mô hình tích hợp: động lực học của hệ cơ học nhiều vật, liên kết đàn hồi, liên kết ma sát, liên kết khớp.

Động lực học của ô tô được mô tả trong hệ cố định G(OXYZ). Nhưng để mô tả các hệ con ta phải xác lập các hệ cục bộ B(oxyz). Giữa chúng liên hệ với nhau thong qua các ma trận xoay. Về phương pháp nghiên cứu và thiết lập mô hình động lực học, thuận tiện nhất là tách cấu trúc theo nguyên lý hệ nhiều vật MBS (MultiBody System).1 [] trình bày cấu trúc hệ động lực học ô tô: (i) Mô đun chính “XY” là mô hình động lực học ô tô trong mặt phẳng nền XOY, mô tả chuyển động tịnh tiến phương x, phương ngang y và chuyển động quay thân xe; thông số đầu vào là các lực/mô mentương tác bánh xe Fxj , Fyj , M zj mà thông số ra là các đại lượng x, y, ; mx, my, J z.

(ii) Mô đun “mô hình lốp” xác định lực/mô men tương tác bánh xe Fxj , Fyj , M zj. Thông số đầu vào cho mô hình lốp là hệ số trượt dọc và hệ số lệch bên bánh xe. Để xác định các hệ số trượt dọc ta cần mô đun động lực học “bánh xe” với thông số ra là vận tốc góc . Các thông số động học bánh xe “vận tốc dọc, vận tốc ngang xwj , ywj ” được xác định qua ma trận xoay giữa hai hệ tọa độ cố định và cục bộ.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1 Cấu trúc mô hình động lực học ô tô (iii) Mô đun bánh xe “R” mô tả động lực học (quay) của bánh xe trong mặt phẳng thẳng đứng. (iv) Mô đun “Động lực học ô tô phương thẳng đứng z” nhằm xác định các phản lực Fzj bao gồm các mô đun con: (i) mô đun dao động dọc, (ii) mô đun dao động ngang, (iii) mô đun dao động ngang cầu xe, (iv) mô đun hệ thống treo. Trong mô đun bánh xe “lốp” có thông số vào Fzj , vì vậy ta cần thiết lập mô hình động lực học phương thẳng đứng z. Trong mô đun này có mô đun động lực học thẳng đứng thân xe dọc và ngang, cầu xe, mô đun “Hệ thống treo”.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Hệ tọa độ và các thông số động lực học ô tô cơ bản Trong hình 1.2 xác định hệ toạ độ xe B (Cxyz) với trọng tâm C. Trục x đi qua C là trục biểu thị hướng chuyển động của ô tô; trục y đi qua C sang trái của lái xe là hướng chuyển động ngang; trục z chuyển động đi lên vuông góc với mặt xy theo quy tắc bàn tay phải. Ở đây ta giả thiết đường phẳng, đường mấp mô sẽ được xét ở phần sau. Góc  chỉ hướng lắc ngang quang trục x và  chỉ hướng quay quanh trục z.

Ba đại lượng x,y, đặc trưng cho chuyển động của ô tô. Thân xe có ba chuyển động tịnh tiến x,y,z và 3 chuyển động góc  (lắc ngang),  (quay đứng), lắc dọc . Xét tổng quát 6 bậc tự do là rất phức tạp; chưa tính đến 6 bậc tự do của 4 bánh xe. Vì vậy ta xét động lực học trong mặt phẳng nền (XY) để thiết lập phương trình chuyển động; các động lực khác được xét như các mô hình con.

(i) Mô đun động lực học trong mặt phẳng nền “ xy ”: Thông số vào là lực gió ngang Fwx , Fwy và mô men gió M wx , M wy ; các lực/mô men tương tác bánh xe Fyij , Fxij , M zij ; Thông số ra cơ bản là x, y, ; mx, my,. sơ đồ cấu trúc như hình 1. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mô đun động lực học trong mặt phẳng xy (ii) Mô đun động lực học bánh xe và mô hình lốp: Mô đun động lực học bánh xe có thông số vào là M ij , Fzij , Fxij , thông số ra là  ; mô hình lốp có thông số vào là Fzij , xij , yij ,ij , thông số ra là các lực tương tác bánh xe Fxij , Fyij ,M zij (hình 2.

(iii) Mô đun dao động lắc ngang: thông số vào M wy , M wx , FCij , Fkij ; thông số ra là J x  ,  ; mô đun lắc dọc: thông số vào M wy , M wx , FCij , Fkij ; thông số ra J y , mz , z, z , , hình 1.4 Mô đun dao động lắc ngang (trái) và lắc dọc (phải) Hình 1.5 Mô đun động lực học ngang cầu xe và hệ thống treo LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 8 (iv) Mô hình dao động ngang cầu xe và hệ thống treo: thông số vào hệ thống treo là chuyển vị và vận tốc chuyển vị cầu xe và chuyển vị, vận tốc chuyển vị đầu trên hệ thống treo zij ; thông số ra của mô đun này là Fzij, A , A , A , A (xem hình 1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển động của ô tô 1. Các lực cản chuyển động 1. Lực cản lăn Lực cản lăn sinh ra do mô men cản lăn M R  Fz ex.

Lực cản lăn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố.6 thể hiện sơ đồ xác định lực cản lăn. Phản lực đường Fz làm cho lốp biến dạng hướng kính; ngoài ra còn có lực FX , do khung tác động vào thân bánh xe làm cho tâm áp lực lốp - đường bị đẩy đi một khoảng ex (hình 1.6 Mô hình động lực học phẳng Như vậy, có thể thấy lực cản lăn sinh ra là do có sự biến dạng của lốp và mặt đường, do ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường. Dựa vào hình 1.6, LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 9 ta xác định lực cản lăn từ mô men cản lăn. Về bản chất, lực cản lăn là đại lượng dẫn xuất của mô men, quyết định bởi khoảng dịch chuyển e: MR Do đó lực cản lăn sẽ là: FR     Fz ex / rd   fFz (1.1) rd e Ta gọi f  x là hệ số cản lăn (1.2) rd Hệ số cản lăn f phụ thuộc nhiều tham số, trong đó có thể kể đến là: - Vận tốc xe (v) như hình 1.7 - Áp suất lốp pi như hình 1.8 - Tải trọng theo phương thẳng đứng, hình 1.9 - Biến dạng của đường như hình 1.10 - Góc lệch bên bánh xe hình 1.7 Ảnh hưởng của vận tốc xe đến hệ số cản lăn Hình 1.8 Ảnh hưởng của áp suất lốp đến hệ số cản lăn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.9 Ảnh hưởng của phản lực đường đến hệ số cản lăn Hình 1.

Ảnh hưởng biến dạng đường đến hệ số cản lăn Hình 1.11 Sơ đồ xác định lực cản lăn khi góc lệch bên  do lực ngang gây ra Theo hình 1.11 ta có biểu thức xác định sự phụ thuộc của lực cản lăn với góc lêch bên: FR ( )  FR cos   Fy sin . Ta biết rằng, lực Fy phụ thuộc góc đặt bánh xe, tải trọng bên do đường nghiêng, lực quán tính ly tâm do quay vòng, gió ngang. Và trong điều kiện tuyến tính ,   50. Khi đó Fy  C y , C y độ cứng góc N/rad , do đó FR  FR cos   C y sin  và với góc bé FR ( )  FR  C y 2.

mv 2 mv 2 m2 v 4 Xét trường hợp quay vòng Fy  , , khi đó: FR ( )  FR   C y Cy  2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Lực cản lên dốc Lực cản lên dốc Fq gây ra do đường dốc một góc . Fq  FGo sin  , khi góc bé thì sin   tg  q(%) , khi đó Fq  FGo q. Độ dốc của đường được quy định khác nhau do các quốc gia khác nhau và điều kiện vận hành. Sau đây là qmax tham khảo: - Đường cao tốc: qmax  4  6,5% - Đường quốc lộ: qmax  4 12% - Đường phố huyện: qmax  2 12% (iii) Lực cản không khí Fwx v2 Lực cản không khí phương x có thể được viết dưới dạng: Fwx  cX A , 2 trong đó: cX Hệ số khí động A(m2 ) Diện tích cản chính diện  (kg / m3 ) Mật độ không khí   1, 25(kg / m3 ) v(m / s) Vận tốc tuyệt đối của ô tô v  vxe  vgio Lực cản không khí bao gồm 3 yếu tố: - Lực cản áp lực, gây ra do áp lực  v 2 / 2 và lực cản do khí động học(hình dạng không phù hợp); hai thành phần này chiếm từ 50  90%.

- Lực cản bề mặt ma sát: loại lực cản này do độ nhẵn của vỏ xe, chiếm khoảng 3  30% , phụ thuộc chất lượng sơn. - Lực cản do dòng khí quẩn xe như qua két nước, quạt gió… chiếm khoảng 2 11%. Chú ý rằng với xe tải hệ số khí động khá lớn, do dạng khí động không phù hợp, Cx  0,8. Xét ảnh hưởng riêng rẽ của các thành phần này là rất khó khăn.

Khi tính toán ta cho cX , AX theo đồ thị 1. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.12 Hệ số khí động C x [-] và diện tích cản A [--] Hình 1.13 Hệ số khí động Cwz1[], Cwz 2 [ ] Một điều cần chú ý là khi gió không chính diện, nó có thể gây ra lực cản không khí phương ngang, chiu xuống gầm xe làm cho tải trọng giữa lốp - đường thay đổi. Những yếu tố đó có thể gây mất ổn định cho xe và làm giảm khả năng truyền lực. Lực nâng của không khí được Hucho biểu diễn dưới dạng:  v2 Fwz  cwz A.

Lực nâng này có thể phân ra cho cầu trước và cầu sau bởi hệ số 2 v2 cwz1 , cwz 2 (xem đồ thị 1.