Lời mở đầu Tính ổn định của ô tô là khả năng đảm bảo giữ cho quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau. Tùy thuộc điều kiện sử dụng, ô tô có thể đứng yên, chuyển động trên đường dốc (đường có gốc nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang) có thể phanh hoặc quay vòng ở các loại đường khác nhau (đường xấu hoặc đường tốt…). Ổn định chuyển động của ô tô là một yêu cầu rất quan trọng. Khái niệm chuyển động ổn định của ô tô là khi ô tô chuyển động thẳng, thì nó phải duy trì được hướng chuyển động thẳng và không bị lệch, nếu như người lái không đánh vô lăng hay không lý do gì đánh vô lăng thì ô tô phải duy trì được hướng chuyển động thẳng của nó.
Nhưng thực tế ô tô cũng khó giữ được quỹ đạo chuyển động thẳng, nó sẽ chịu tác động của nhiều yếu tố làm cho sự ổn định chuyển động thẳng của ô tô bị ảnh hưởng. Còn khái niệm chuyển động khi quay vòng là khi người lái đánh vô lăng để điều khiển hướng chuyển động mong muốn, nhưng khi đánh vô lăng như vậy thì trạng thái quay vòng của ô tô nó sẽ chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố, trong lý thuyết ô tô thì người có phân ra làm ba trạng thái quay vòng: quay vòng thiếu, quay vòng thừa, quay vòng trung tính. Và chúng ta sẽ phân tích ba trạng thái quay vòng này để đánh giá tính ổn định chuyển động của ô tô.Mục đích của đề tài Nội dung của đề tài là xây dựng được mô hình nghiên cứu lý thuyết để thiết lập các phương 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 trước quy luật đánh lái, xem xét các nhân tố ảnh hưởng 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.
Ta đặc biệt quan tâm đến xe có cầu chủ động là bởi vì nguyên nhân chủ yếu khiến 1 cho ô tô bị mất ổn định khi chuyển động thẳng và quay vòng là do góc lệch hướng tại các bánh xe, mà góc lệch hướng của ô tô của cầu trước, cầu sau không chỉ phụ thuộc vào lực ngang mà còn phụ thuộc chủ yếu vào việc bố trí cầu chủ động, lực kéo có hay không có, lực kéo lớn hay lực kéo nhỏ, như vậy việc phân bố lực kéo ở các cầu chủ động sẽ làm ảnh hưởng đến sự trượt của cầu đó. Vì vậy, ta sẽ nghiên cứu về ổn định chuyển động thẳng và quay vòng giữa ô tô có hai cầu chủ động xem nó khác với ô tô một cầu chủ động như thế nào.Giới hạn của đề tài Để giải quyết các vấn đề trên, đề tài “Ổn định (quay vòng và chuyển động thẳng) chuyển động xe nhiều cầu chủ động (4x4)” chỉ nghiên cứu tập trung vào các nội dung sau: Tính toán các thông số quay vòng của xe. Các yếu tố ảnh hưởng đến quay vòng. Xây dựng phương trình quay vòng của ô tô.Phương pháp nghiên cứu Phương 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 hướng, thu thập tài liệu qua sách, luận văn thạc sĩ, qua Internet và các tiêu chuẩn quốc tế về quay vòng.
Phương pháp giải hệ phương trình bằng cách sử dụng phần mềm Labview để giải quyết các thuật toán, giải phương trình quay vòng. So sánh đánh giá. 2 CHƯƠNG 2 CƠ HỌC LĂN – GÓC LỆCH HƯỚNG – ĐẶC TÍNH HƯỚNG 2.Bánh xe Chức năng chính của bánh xe: - Chịu tác dụng của trọng lượng xe. - Một phần tử giảm chấn.
- Là một bộ phận chuyển đổi năng lương cơ học của chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến. - Là bộ phận điều khiển lái. Bánh xe là phần tử nối giữa xe và mặt đường, nhờ có bánh xe mà công suất từ động cơ được truyền xuống đến mặt đường và giúp cho xe chuyển động. Các đặc tính của bánh xe sẽ gây ảnh hưởng rõ rệt đến các đặc tính của xe như đặc tính kéo, tính kinh tế nhiên liệu, tính điều khiển và ổn định chuyển động của xe.
Vì vậy, nghiên cứu cơ học lăn của bánh xe là phần tất yếu khi muốn nghiên cứu về tính ổn định chuyển động của xe. Trước tiên, chúng ta đi vào khái niệm các loại bán kính bánh xe. Bán kính bánh xe là một thông số quan trọng, có nhiều liên hệ trong việc nghiên cứu về các đặc tính của bánh xe cũng như ổn định chuyển động của ô tô.Bán kính thiết kế r0 r0 là bán kính của bánh xe không quay, không chịu tải, áp suất trong lốp ở mức danh định. Bán kính này được xác định theo kích thước tiêu chuẩn trên lớp, được cho bởi nhà chế tạo.
Ví dụ: một lốp có ký hiệu B-d Trong đó: B – Bề rộng của lốp (mm) d – Đường kính vành bánh xe (inch) Lúc đó r0 được xác định như sau: d r0 = (B + ) 25,4 (mm) (2.Bán kính tự do rtd rtd là bán kính của bánh xe không chịu tải. Bán kính này sẽ thay đổi do ảnh hưởng của dung sai chế tạo, lực ly tâm và áp suất khí trong lốp. Giá trị rtd sẽ tăng nếu ωb tăng lên.Bán kính tĩnh rt Bán kính tĩnh rt là khoảng cách từ tâm bánh xe tới mặt đường khi bánh xe đứng yên và chịu lực tác dụng theo chiều thẳng đứng. Giá trị của rt phụ thuộc vào các lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe và áp suất không khí trong lốp.Bán kính động lực học rd Bán kính động lực học rd là khoảng cách từ tâm bánh xe đến mặt đường khi bánh xe đang lăn và chịu các lực tác dụng theo cả 3 chiều dọc, đứng và ngang Giá trị rd phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe - Lực ly tâm khi bánh xe quay - Mômen chủ động Mk hoặc mômen phanh Mp - Áp suất không khí trong lốp 2.5 Bán kính lăn rl Bán kính lăn rl không phải là thông số hình học mà là thông số động học, nó tỷ lệ giữa vận tốc tịnh tiến thực tế v và vận tốc góc ωk của bánh xe.
Bán kính lăn được xác định: v rl = (2.2) ωk Như vậy, bán kính lăn là bán kính của một bánh xe ảo, nó chuyển động không có trượt với vận tốc tịnh tiến tương đương với bánh xe thực tế. rl có thể coi là khoảng cách từ tâm bánh xe tới cực P của chuyển động tương đối giữa bánh xe với mặt đường. Giá trị rl phụ thuộc vào các thông số sau: 4 - Tải trong tác dụng lên bánh xe. - Áp suất không khí trong lốp.
- Độ đàn hồi của vật liệu chế tạo lốp. - Khả năng bám của bánh xe với đường. - Giá trị mô men chủ động Mk hoặc mô men phanh Mp. Sự phụ thuộc giữa bán kính lăn rl vào lực kéo Fk hoặc mô men chủ động Mk hoặc lực phanh Fp hoặc mô men phanh Mp được sử dụng phù hợp khi khảo sát sự phân phối công suất cho nhiều cầu chủ động qua hợp phân phối mà không sử dụng vi sai.
1: Đặc tính quan hệ giữa bán kính lăn và lực kéo rl(Fk) Để đơn giản hóa thì mối quan hệ rl(Fk) thường được tuyến tính hóa trong toàn bộ vùng tác dụng của mô men theo công thức: rl = rl0 − λM .3) Hoặc: rl = rl0 − λM .m) là các hệ số thay đổi bán kính lăn (hoặc hệ số biến dạng vòng). 5 Giá trị của chúng thay đổi theo phạm vi khá rộng, phụ thuộc vào loại lốp. Bán kính rlo là bán kính lăn của bánh xe bị động, mà trên nó không có tác dụng bất kỳ mô men nào (Mk = Mp = 0). Khi giá trị lực kéo (hoặc mô men chủ động Mk) tác dụng lên bánh xe tăng dần và xuất hiện sự trượt quay giữa bánh xe với mặt đường thì rl giảm xuống.
Khi bánh xe bị trượt quay hoàn toàn (Fk = Fkmax = Fφ: lực bám) thì rl = 0. Khi giá trị lực phanh (hoặc mô men phanh Mp) tác dụng lên bánh xe tăng dần và xuất hiện sự trượt lết giữa bánh xe với mặt đường thì rl sẽ tăng lên. Khi bánh xe bị trượt lết hoàn toàn (Fp = Fpmax = Fφ) thì rl → ∞.Bán kính tính toán (bán kính làm việc trung bình) r Trong tính toán thực tế, người ta thường sử dụng bán kính của bánh xe có kể đến sự biến dạng của lốp do ảnh hưởng của nhiều tố tố khác nhau.Giá trị của bán kính này so với bán kính thực tế có sai lệch không nhiều.Động học lăn của bánh xe không biến dạng 2.Các khái niệm Vận tốc chuyển động lý thuyết v0: - v0 là vận tốc của ô tô chuyển động hoàn toàn không có trượt.6) t t Với: Sl – Quãng đường lý thuyết mà bánh xe đã lăn. t – Thời gian bánh xe đã lăn.
r – Bán kính tính toán của bánh xe. Nb – Tổng số vòng quay của bánh xe. ωk – Vận tốc góc của bánh xe. 6 Vận tốc chuyển động thực tế v: - v là vận tốc chuyển động của xe khi có tính đến ảnh hưởng của sự trượt của bánh xe với mặt đường.7) t t Với: St – Quãng đường thực tế mà bánh xe đã lăn.
rl – Bán kính lăn của bánh xe. Vận tốc trượt vδ: Khi xe chuyển động, xuất hiện sự trượt giữa bánh xe và mặt đường thì vận tốc thực tế của xe và vận tốc lý thuyết sẽ khác nhau. Sự chênh lệch của 2 vận tốc này chính là vận tốc trượt: vδ = v − v0 = ωk .8) Hệ số trượt và độ trượt: Hệ số trượt và độ trượt khi kéo: Sự trượt của bánh xe thể hiện qua thông số trượt δk: v v −v r δk = − δ = 0 =1− l (2.9) v0 v0 r Hệ số trượt và độ trượt khi phanh: Trong trường hợp phanh, ta có hệ số trượt và độ trượt như sau: v v −v r δp = − δ = 0 = −1 (2.Các quan hệ động học khi bánh xe lăn Khi bánh xe lăn có thể xảy ra hiện tượng trượt (trượt quay khi kéo hoặc trượt lết khi phanh), điều này sẽ làm ảnh hưởng đến vận tốc thực tế của xe.