Lời mở đầu Ô tô là phƣơng tiện đƣợc sử dụng rộng rãi trong hoạt động kinh tế và xã hội. Việc nghiên cứu để nâng cao hiệu quả sử dụng của loại phƣơng tiện này luôn là vấn đề đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm giải quyết. Trong những năm gần đây sự phát triển của ngành ô tô có nhiều bƣớc nhảy vọt về kỹ thuật và công nghệ, đem lại hiệu quả kinh tế ngày càng cao và an toàn hơn cho ngƣời sử dụng. Tính chất động lực học của ô tô khi chuyển động là một trong những tính chất rất quan trọng, nó đƣợc thể hiện qua đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, các lực cản, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đƣờng tăng tốc, vận tốc, gia tốc, khi chuyển động trong điều kiện mặt đƣờng khác nhau hoặc do tác động điều kiện nhƣ tăng giảm ga, quay vòng khi phanh.
Tính chất động lực học của ô tô ảnh hƣởng đến khả năng khởi hành và tăng tốc của ô tô, vận tốc trung bình, năng suất và giá thành vận chuyển, độ êm dịu và tính an toàn trong chuyển động. Việc tính toán chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ô tô là một vấn đề rất khó thực hiện. Vì các chỉ tiêu này phụ thuốc vào nhiều yếu tố, trong đó có yếu tố ngẫu nhiên. Cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị, phần mềm nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài toán đƣợc giải quyết một cách nhanh chóng với độ chính xác cao giúp cho quá trình tính toán, thiết kế và chế tạo đƣợc thuận lợi và chính xác hơn rất nhiều tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển và đảm bảo đƣợc các yêu cầu của ngƣời sử dụng.
Và ngày nay cũng đã có nhiều thiết bị và phƣơng pháp thực nghiệm để có thể kiểm tra chất lƣợng và tình trạng kỹ thuật của xe trong quá trình sử dụng rất thuận tiện và đảm bảo độ chính xác cao giúp cho việc hiệu chỉnh thiết kế và chọn chế độ sử dụng các loại xe ô tô có hiệu quả. 1 Hiện nay trên thế giới việc nghiên cứu động lực học ô tô nói chung và động lực học mô hình phẳng nói riêng đã có những kết quả to lớn, nhƣng vấn đề thuộc sở hữu bản quyền của các hãng ô tô nên chƣa đƣợc công bố rộng rãi và đầy đủ. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu khảo sát động lực học của ô tô đƣợc chú ý quan tâm từ lâu, nên có nhiều đề tài, tài liệu, giáo trình đƣợc biên soạn để phục vụ cho công tác giảng dạy, nghiên cứu lý thuyết tính toán ô tô. Tính ổn định quay vòng của ô tô là khả năng giữ đƣợc quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu của ngƣời lái trong mọi điều kiện khác nhau nhƣ: ô tô có thể đứng yên, chuyển động trên đƣờng thẳng có lực ngang tác dụng, chuyển động trên đƣờng dốc, có thể quay vòng trên các loại đƣờng khác nhau và có kể đến sự biến dạng và trƣợt của bánh xe.
Đối với ô tô 2 cầu chủ động có tính năng cơ động cao trong những điều kiện phức tạp đòi hỏi ô tô phải giữ đƣợc quỹ đạo chuyển động của nó sao cho xe không bị lật đổ, xe không bị trƣợt, thùng xe không bị nghiên để đảm bảo cho xe chuyển động an toàn. Khi xe hai cầu chuyển động trên đƣờng bám kém thì quỹ đạo ô tô nhƣ thế nào. Với những nhu cầu trên trong phần luận văn này sẽ “nghiên cứu động lực học quay vòng của ô tô 2 cầu chủ động( 4x4) trên đƣờng bám kém (đƣờng trơn)”. Mục đích của đề tài Nội dung của đề tài là xây dựng đƣợc mô hình nghiên cứu lý thuyết để thiết lập các phƣơng trình mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng mô hình phẳng một vết.
Khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe khi biết trƣớc quy luật đánh lái, xem xét các nhân tố ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động khi ô tô quay vòng có kể đến các đặc tính biến dạng của lốp, sự phân bố tải trọng lên các bánh xe, phân phối công suất, thay đổi vận tốc của xe, điều đó làm thay đổi quỹ đạo chuyển động của ô tô. Từ đó đƣa ra các biện pháp nâng cao tính an toàn khi sử dụng ô ô, để giải quyết bài toán này tác giả sử dụng phần mềm Matlab để mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô trên máy tính. Với điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay, chƣa có các bãi thử, phòng thí nghiệm để đánh giá chất lƣợng quay vòng của xe cho nên việc mô tả giúp 2 ta có sơ sở để đánh giá tính chất quay vòng của ô tô. Trong trƣờng hợp có đầy đủ các điều kiện thí nghiệm thì việc mô tả trên máy tính giúp chúng ta rút ngắn thời gian làm thí nghiệm.
Với mục đích nhƣ trên nội dung luận văn sẽ trình bày về lý thuyết tính toán để làm cơ sở để xây dựng các phƣơng trình vi phân mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô. Sau khi có đƣợc hệ phƣơng trình vi phân chúng ta sử dụng M-file trong Matlab để giải các phƣơng trình và mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô. Giới hạn đề tài Để giải quyết các vấn đề trên, đề tài “Nghiên cứu động lực học quay vòng của ô tô 2 cầu chủ động (4X4) trên đƣờng bám kém (đƣờng trơn)” chỉ nghiên cứu tập trung vào các nội dung sau: Tính toán các thông số quay vòng của xe. Các yếu tố ảnh hƣởng đến quay vòng.
Xây dựng phƣơng trình quay vòng của ô tô. Đề xuất các phƣơng án an toàn cho xe ô tô. Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu: trên cơ sở nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến lý thuyết quay vòng của xe ô tô, tính ổn định của các bánh xe dẫn hƣớng, thu thập tài liệu qua sách, luận văn thạc sĩ, qua Internet và các tiêu chuẩn quốc tế về quay vòng. Phƣơng pháp giải hệ phƣơng trình bằng cách sử dụng phần mềm Matlab để giải quyết các thuật toán, giải phƣơng trình quay vòng.
Phƣơng pháp so sánh đánh giá: 1. Các kết quả nghiên cứu Đề tài: “ Nghiên cứu động lực học chuyển động thẳng của xe nhiều cầu chủ động- các phƣơng pháp phân phối công suất ” Của học viên cao học Bùi Tuấn Vũ, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM, dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Lâm Mai Long, đƣợc thực hiện vào tháng 08 năm 2008. Đề tài đã thực hiện đƣợc 3 việc nghiên cứu vấn đề trƣợt của các bánh xe của cầu chủ động khi tính toán các thông số động lực chuyển động của ô tô.
Đề tài: “Nghiên cứu ổn định của thùng xe khi chuyển động thẳng và quay vòng của xe buýt hai tầng BHT89 đang sử dụng ở TPHCM” của học viên Cao Minh Đức, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TPHCM, dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Lâm Mai Long. Đề tài tính toán góc nghiên của thùng xe buýt 2 tầng khi chuyển động thẳng và quay vòng ổn định. Đề tài: “Mô phỏng tính chất chuyển động quay vòng cảu ô tô máy kéo trên đất nông nghiệp” của Hàn Trung Dũng, Bùi Hải Triều, Trƣờng Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội, năm 2013.
Đề tài khảo sát và tính toán các thông số đặc trƣng cơ bản của quá trình chuyển động vòng của máy kéo, có tính đến ảnh hƣởng của động cơ, hệ thống truyền lực và đặc biệt là tƣơng tác bánh xe - đất nông nghiệp. Đề tài: “Ứng dụng mô hình Burckhardt để mô tả toán học đặc tính thực nghiệm của bánh xe máy kéo nông nghiệp” của Hàn Trung Dũng, Bùi Hải Triều, Lê Anh Sơn,Trƣờng Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội, năm 2013. Đề tài đƣợc phát triển trên cơ sở mô hình Burckhardt, có tính đến tƣơng tác giữa bánh xe với mặt đƣờng thông qua các quan hệ ứng suất –biến dạng của lốp xe và nền đất nông nghiệp trong mặt phẳng tiếp xúc. Đề tài: “Nghiên cứu khảo sát chuyển động của ô tô 4 bánh dẫn hƣớng” của Hồ Hữu Hải, Lê ngọc Trung,Trƣờng Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội, năm 2010.
Đề tài nghiên cứu khảo sát quỹ đạo và các thông số động lực học trong quá trình chuyển động quay vòng của ô tô. 4 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.Bánh xe Bánh xe là phần tử nối giữa xe và mặt đƣờng, nhờ có bánh xe mà xe có thể truyền đƣợc công suất từ động cơ đến các bánh xe và giúp xe chuyển động. Các đặc tính của bánh xe ảnh hƣởng rõ rệt tới các đặc tính của xe nhƣ đặc tính kéo, tính kinh tế nhiên liệu, tính điều khiển và an toàn chuyển động bánh xe có những chức năng sau: - Chịu tác dụng của trọng lƣợng xe. - Nhƣ là một phần tử giảm chấn.
- Là bộ phận biến đổi năng lƣợng cơ học của chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. - Là bộ phận điều khiển lái.1: Kích thƣớc hình học của lốp xe. Bán kính làm việc trung bình của bánh xe Trong tính toán thực tế, ngƣời ta sử dụng bán kính bánh xe có kể đến sự biến dạng của lốp do ảnh hƣởng các thông số trình bày ở trên. Trị số của bán kính này so với bán kính thực tế sai lệch không lớn nên gọi là bán kính làm việc trung bình của bánh xe và đƣợc ký hiệu là: r Bán kính lăn có quan hệ với bán kính thiết kế: r = λ.
r0 2-1 r0 - là bán kính thiết kế của bánh xe 5 λ - là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, đƣợc chọn phụ thuộc vào loại lốp: Với lốp áp suất thấp: 0,930 0,935 Với lốp áp suất cao: 0,945 0,950 Với sai lệch không đáng kể có thể chọn r rl0. Động học của bánh xe lăn Khi bánh xe lăn trên đƣờng cứng, sự biến dạng theo hƣớng tiếp tuyến (biến dạng vòng) của các thớ lốp do tác dụng của mô men xoắn Mk làm giảm vận tốc tịnh tiến của xe, gây ra sự trƣợt. Điều đó đƣợc giải thích rằng, các phần tử của lốp khi đi vào khu vực tiếp xúc sẽ bị nén lại làm cho bán kính thực tế của xe nhỏ lại, quãng đƣờng mà bánh xe đi đƣợc sau một vòng quay sẽ giảm đi. Vì vậy mô men xoắn Mk chính là một trong những nguyên nhân gây ra sự trƣợt.
Ngoài ra, còn những nguyên nhân khác cũng ảnh hƣởng đến sự trƣợt của bánh xe chủ động nhƣ: trọng tác dụng, cấu tạo vật liệu lốp, áp suất không khí trong lốp và điều kiện đƣờng xá.