Chương I : Tổng quan về đề tài Chương II: Nghiên cứu quy luật biến đổi của mô men cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và cơ sở chọn động cơ điện. Chương III: Nghiên cứu thuật toán và sự điều khiển sự hoạt động của động cơ điện. - Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện - Các cảm biến Chương IV: Nghiên cứu, thiết kế bệ thử nghiệm đánh giá tính năng làm việc của bộ điều khiển và đặc tính mô men của động cơ điện. - Xây dựng bản thiết kế bệ thử.
- Thí nghiệm đo lường lấy dữ liệu. - Đánh giá khả năng làm việc của bộ điều khiển và đặc tính của mô men của động cơ điện. 13 Nhận xét: Từ những phân tích ở trên tác giả thấy ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điện là rất ưu việt mà cho đến nay các công trình nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện chỉ dừng lại ở lý thuyết. Nhưng trên thế giới đã thương mại hóa từ rất lâu.
Theo xu hướng thế giới đang tiến tới nền công nghiệp 4.0, việc nghiên cứu phát triển hệ thống lái trợ lực điện hiện nay là cấp bách. 14 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU QU Y LUẬT BIẾN ĐỔI CỦA MÔ MEN CẢN QUAY VÒNG TÁC DỤNG LÊN BÁNH XE DẪN HƯỚNG VÀ CƠ SỞ CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN. Động lực học quay vòng xe tải 2.Đặc điểm quay vòng của xe tải Hình 2.1 Quỹ đạo của ô tô khi quay vòng Quá trình ô tô đi vào đường vòng được chia làm 3 giai đoạn như hình 2.1: -Giai đoạn 1: xe bắt đầu vào đường vòng (đoạn ab), ở giai đoạn này bán kính quay vòng thay đổi vì khi quay vòng để đạt ngay bán kính quay vòng bằng hằng số thì rất nguy hiểm cho xe. Chính vì vậy ở giai đoạn này người lái phải đánh lái từ từ.
-Giai đoạn 2: Người lái giữ vành tay lái để xe quay vòng với bán kính không đổi hay còn gọi là giai đoạn quay vòng ổn định (đoạn bc). -Giai đoạn 3: Khi thực hiện quay vòng xong người lái trả vô lăng về, ở giai đoạn này bán kính quay vòng giảm dần (đoạn cd). Xây dựng các phương trình động lực học quay vòng xe tải Khi xe vào đường vòng, để đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với các véctơ vận tốc chuyển động của tất cả bánh xe phải gặp nhau ở một điểm, điểm đó chính là tâm quay tức thời của xe (điểm O trên hình 2. Xét mô hình một dãy với điểm 1,2 và điểm C có tâm quay tức thời là O.2 Lực ngang và gia tốc Từ hình vẽ có được: 2 Gia tốc theo phương y của xe: a y = a 1 + a 4 = v +b dω (2.1) R dt Gia tốc theo phương x của xe: dv (2.2) a x = a 2 +a 3 = −b ω 2 dt 16 a1 , a2 : Gia tốc hướng tâm và gia tốc tiếp tuyến đối với tâm quay tức thời O a3 , a4 : Gia tốc hướng tâm và gia tốc tiếp tuyến đối với tâm trục sau R: là bán kính quay vòng, v: là vận tốc ô tô theo phương x Lực ngang của ô tô khi đi vào đường vòng: v2 dω mv2 bR dω (2.3) Pyv = ma y = m ( +b )= (1 + 2 ) R dt R v dt Khi đó lực ngang của ô tô khi đi ra đường vòng: v2 dω mv2 bR dω (2.4) Pyr = m ( − b )= (1 − 2 ) R dt R v dt Lực ngang của ô tô khi quay vòng ổn định: v2 Pyo = m R (2.5) L L R= ≅ Theo hình trên do θ nhỏ nên : tgθ θ (2.6) v v Vận tốc quay vòngω = = tgθ (2.7) R L d ω tgθ dv v dθ Gia tốc quay vòng ε = = ⋅ + ⋅ (2.8) dt L dt L⋅ cos θ dt 2 Thay (2.4) được: mv2 b dv tgθ dθ (2.10) L v dt 2 sin 2 θ dt mv2 Pyo = tg θ (2.11) cho thấy: - Lực ngang khi xe bắt đầu đi vào đường vòng là lớn nhất và lực ngang phụ thuộc vào phân bố trọng tâm của xe, gia tốc đánh lái, vận tốc của xe.
17 - Khi đi vào đường vòng thì thời điểm dễ làm cho xe lệch khỏi quỹ đạo nhất là thời điểm khi xe bắt đầu đi vào đường vòng. Vậy để an toàn người lái nên giảm tốc độ, đánh lái từ từ, khi bắt đầu đi vào đường vòng. Khi ô tô chịu lực ngang Py lúc đó xuất hiện lực ngang của mặt đường Ry1 , Ry 2 tác dụng lên lốp xe. Mô men cản lăn do lực quán tính được tính theo công thức: dω (2.12) M j = mρ 2 dt Trong đó: ρ là bán kính quán tính của ô tô Từ hình 2.2, viết phương trình cân bằng mô men tại điểm 1 và điểm 2: Tại điểm 1: R y2.13) có được: amv2 ab − ρ 2 dv vtgθ dθ (2.14) Ry 2 = 1+ + tgθ L2 av2 dt sin 2 θ dt Tương tự tại điểm 2: R y1 .L − bP y − M j = 0 bPy + M j R y1 = L bmv2 b2 + ρ 2 dv vtgθ dθ R y1 = 1+ + tgθ L2 bv2 dt sin 2 θ dt (2.15) Nhận xét: phản lực từ mặt đường đến bánh xe dẫn hướng phụ thuộc vận tốc, gia tốc của ô tô và vận tốc, góc đánh lái.3 Các lực và mô men tác dụng vào ô tô khi quay vòng Khi chuyển động quay vòng khi đó ô tô chịu thêm các lực do chuyển động tròn, các lực nay sinh ra mô men cản sự quay vòng của ô tô.
Tổng mô men cản được tính theo công thức: M c = M1 + M2 + M3 + Mj (2.16) Trong đó: M1 : Mô men do lực cản lăn sinh ra M2 : Mô men do lực ngang sinh ra M3 : Mô men cản quay vòng do chênh lệch lực kéo giữa hai bánh xe Mô men do lực cản lăn được tính theo công thức: M1 = LFf 1 sin θ (2.17) Mô men do lực ngang sinh ra được tính theo công thức: 19 M2 = bPy (2.18) Mô men do chênh lệch lực kéo được tính theo công thức: M3 = 0,5 B( Pki − Pko ) (2.19) Từ các phương trình trên tính được: Mc = M1 + M2 + M3 + Mj = LFf 1 sin θ + bFy + 0,5 B( Pki − Pko) + M j (2.20) Lực dọc quán tính khi ô tô chuyển động trên đường tròn: dv (2.21) F jx = m a x = m ( − bω 2 ) dt Khi đó mô men quay vòng của ô tô được tính: Mqv = LFx'1 sin θ = Fx1 L sin θ cos θ (2.22) Do Mc = Mqv nên từ (2.26) tính được: Ff1 1 bP y + M j 0,5 B( Pki − Pko) (2.23) Fx1 = + + cos θ L sin θ cos θ Lsin θ cos θ L G b R= (2.23) tính được lực đẩy của xe : F f1 tgθ G1v2 bR dω 1 G1 2 dω 0,5 B( Pki − Pko ) Fx1 = + (1 + 2 )+ ρM + cosθ sinθ cosθ gL v dt bsinθ cosθ g dt Lsinθ cosθ (2.4 Các lực tác dụng vào bánh xe dẫn hướng Từ hình vẽ có được: Ry1 phân ra làm 2 lực: Lực theo phương dọc lốp bánh xe dẫn hướng Ry1,x Lực theo phương ngang lốp bánh xe dẫn hướng Ry1,y Ry1, x = Ry1.29) Fx1 phân ra làm 2 lực: Lực theo phương dọc lốp bánh xe dẫn hướng F’x1 Lực theo phương ngang lốp bánh xe dẫn hướng Fϕ ' Fϕ = F x1 sinθ F x1 = F x1c osθ (2.31) Phản lực dọc của bánh dẫn hướng Fx = Ry1, x + F ' x1 = R y1 .37) được: G1v 2 sin 2 θ + 1 b 2 + ρ 2 dv vtgθ dθ 0,5B ( Pki − Pko ) Fx = F f 1 +. 1 + + + gL c os θ bv2 dt sin 2 θ dt L sin θ (2.33) Phản lực bên của bánh xe dẫn hướng F y = Fϕ − R y1, y = F x1.34) được: F f1 sin θ G1v2 2 b2 + ρ 2 dv vtgθ dθ 0,5B ( Pki − Pko ) Fy = + .sin θ tg θ + 1 + + cos θ gL bv2 dt sin 2 θ dt Lsin θ(2. Ảnh hưởng của độ đàn hồi lốp tới tính năng quay vòng của ô tô tải Ở phần trên, nghiên cứu động lực học quay vòng của ô tô tải chưa tính đến ảnh hưởng của độ đàn hồi bên của lốp. Trong thực tế sử dụng,nhân tố này có ảnh hưởng ở mức độ nhất định tới tính năng quay vòng và tính an toàn chuyển động của ô tô tải đặc biệt ở những xe có vận tốc lớn.5 Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng dưới tác động của lực ngang Sự chuyển động của ô tô phụ thuộc rất nhiều vào mối quan hệ của bánh xe với nền đường.
Ngày nay, phần lớn ô tô sử dụng các loại lốp bằng cao su có khí nén, tức là các bánh xe đàn hồi. Khi các bánh xe được lắp lốp đàn hồi, thì sự tiếp xúc của lốp xe với mặt đường không phải là điểm tiếp xúc mà là một vùng tiếp xúc. Khi xe chạy trên đường vòng, dưới tác dụng của lực ly tâm, lực gió bên, hoặc thành phần của trọng lực xe sẽ làm xuất hiện lực ngang R y tác dụng lên bánh xe dẫn hướng. 22 Dưới tác dụng của lực ngang Ry các bánh xe đàn hồi sẽ bị lệch bên và đường tâm vết tiếp xúc của lốp với mặt đường sẽ bị lệch so với mặt phẳng lăn bánh xe một góc α gọi là góc lệch bên.
Khi trị số lực ngang còn nhỏ hơn trị số lực bám ngang của lốp trên mặt đường, thì lốp xe bị biến dạng làm cho bánh xe bị lăn lệch khỏi quỹ đạo chuyển động ban đầu. Góc lệch bên phụ thuộc vào kết cấu mành lốp, vật liệu cao su, áp suất lốp, trị số lực ngang, hệ số bám ngang của đường. Mối quan hệ giữa lực ngang Ry tác dụng vào bánh xe và góc lệch bên α được trình bày trên đồ thị trên hình 2.6 Đồ thị quan hệ giữa lực ngang và góc lệch bên của lốp Đoạn thẳng OA tương ứng với sự lệch tinh của lốp (không có sự trượt bên), đoạn AB đặc trưng cho sự trượt cục bô từ lúc bắt đầu (điểm A) tới khi trượt hoàn toàn (điểm B).