Khảo sát động lực học quá trình phanh của ô tô Toyota Vios 1.5L

cấp, giúp rút ngắn quãng đường phanh tốt nhất. Hệ thống EBR (Engine Brake Regulation) Hình 1.26 Hệ thống EBR Chống hiện tượng trượt lết của các bánh xe chủ động khi chạy trơn và phanh bằng động cơ, đảm bảo tính ổn định của xe. Hệ thống SBC (Sensortronic Brake Control): Hình 1.27 Hệ thống phanh tích hợp điều khiển điện tử. 1.3.2 Hệ thống phanh thông minh giúp xe tiết kiệm nhiên liệu Các lập trình viên người Anh đã công bố, những tài xế sử dụng phần mềm điều chỉnh phanh và tốc độ có thể tiết kiệm gần 25% tổng số tiền hàng năm họ phải chi trả cho nhiên liệu. Được biết đến với cái tên Sentience, hệ thống này sử dụng công nghệ GPS kết hợp với dữ liệu địa hình chi tiết nhằm điều chỉnh chân ga và phanh. Nếu đi một mình trên đường, tất cả những gì tài xế phải làm là lái theo chỉ dẫn. Với Sentience, các lái xe có thể tiết kiệm được từ 5% - 24% chi phí cho nhiên liệu trong một năm. Hệ thống Sentience sử dụng một chiếc điện thoại thông minh có hỗ trợ GPS kết nối với mạng điện thoại di động Orange nhằm xác định vị trí của chiếc xe. Công nghệ Bluetooth không dây nối chiếc điện thoại này với một thiết bị phần cứng có tên r-cube do công ty Ricardo sản xuất với nhiệm vụ điều chỉnh gia tốc và hệ thống phanh của xe. Trong quá trình thử nghiệm bước đầu, nhóm Sentience đã sử dụng một chiếc Ford Escape hybrid nhập khẩu làm mẫu. Bản đồ do Ordnance Survey thiết kế hiển thị mọi thông số từ tốc độ đến khu vực di chuyển. Khi xe được trang bị Sentience đi đến đường vòng, phần mềm sẽ tự động giảm tốc độ của xe sao cho vừa đủ để cua. Sau đó, phần mềm sẽ tăng tốc cho xe mà chỉ sử dụng lượng nhiên liệu tiết kiệm nhất. Hình 1.28 Hệ thống Sentience Sentience là một hệ thống phanh thông minh gồm phần mềm điều khiển kết hợp với điện thoại thông minh có hỗ trợ GPS. Những thử nghiệm ban đầu đã chỉ ra lái xe có thể tiết kiệm từ 5% đến 24% tổng lượng nhiên liệu tiêu hao, tuy nhiên con số này còn phụ thuộc vào từng loại xe khác nhau, ví dụ như xe hybrid bao giờ cũng tiết kiệm nhiên liệu hơn xe chỉ sử dụng động cơ đốt trong. Thêm vào đó, kỹ năng lái của người sử dụng cũng là một yếu tố quan trọng quyết định mức độ ngốn nhiên liệu của xe. Trên một con đường vắng, hệ thống Sentience có thể điều chỉnh mọi hoạt động của xe. Nếu đường đông, lái xe phải điều chỉnh tốc độ và phanh vì hệ thống Sentience không được cài đặt sẵn vị trí của tất cả những phương tiện khác. Phiên bản trong tương lai của Sentience có thể giải quyết được vấn đề này mặc dù tính khả thi của nó hiện nay vẫn chưa được quyết định. Những công nghệ này rất khả quan nếu xét về mức độ tiết kiệm nhiên liệu và tính an toàn. Phần mềm này thực sự cần thiết cho những khách hàng thường xuyên sử dụng điện thoại di động và những tài xế lớn tuổi phản ứng chậm để giảm tốc hoặc dừng xe tự động. Xe được trang bị hệ thống giống Sentience có thể trở thành những chiếc xế hoàn toàn tự động mặc dù phải mất một thập kỷ nữa hệ thống này mới được áp dụng phổ biến. Cuối cùng chúng ta có thể khẳng định rằng hệ thống này sẽ mở đầu cho kỷ nguyên của những chiếc xe tự động không người lái. Hệ thống Sentience sẽ được trang bị cho ôtô sớm nhất là vào năm 2012. CHƯƠNG IILÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH PHANH 2.1 LỰC PHANH SINH RA Ở BÁNH XE Để thực hiện phanh người lái ngắt ly hợp để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực đồng thời tác động lên bàn đạp phanh để hãm bánh xe lại. Khi tác động lên bàn đạp phanh thì cơ cấu phanh sẽ tạo ra mô men ma sát còn gọi là mô man phanh Mp làm giảm tốc độ quay của bánh xe hoặc ngừng quay. Lúc đó ở bánh xe xuất hiện xuất hiện phản lực tiếp tuyến Pp ngược với chiều chuyển động. Phản lực Pp còn gọi là lực phanh và được xác định theo biểu thức. Hình 2.1 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh Khi tác động lên bàn đạp phanh thì cơ cấu phanh sẽ tạo ra mô men ma sát còn gọi là mô men phanh Mp làm giảm tốc độ quay của bánh xe hoặc ngừng quay. Lúc đó ở bánh xe xuất hiện phản lực tiếp tuyến Pp ngược chiều với chiều chuyển động. Phản lực Pp còn gọi là lực phanh. Pp = (2.1) Trong đó rb – bán kính động lực của bánh xe. Khi phanh còn có mô men của lực quán tính tiếp tuyến Mjb và mô men cản lăn Mf tác dụng lên bánh xe. Do đó lực phanh tổng cộng Ppo sẽ là: Ppo = (2.2) Trên thực tế Mf và Mjb ảnh hưởng không đáng kể , do đó khi tnhs toán chỉ tính theo mô men phanh. 2.2 CÁC LỰC TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ TRONG QUÁ TRÌNH PHANH TRÊN DỐC Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh Khi ôtô đang chuyển động xuống dốc mà ta thực hiện quá trình phanh thì nó sẽ chịu các lực tác dụng (Hình 2.2) trong đó ta có: G - trọng lượng của ôtô (N); Pf – Lực cản lăn của bánh xe ôtô (Pf1, Pf2) (N); Pp – Lực phanh sinh ra ở bánh ôtô (Pp1, Pp2) (N); Pj – Lực quán tính của ôtô sinh ra trong quá trình phanh, có chiều cùng với chiều chuyển động của ôtô (N); Pa – Lực cản dốc (chính là thành phần Gsinα chiếu xuống mặt đường) (N); Z1, Z2 – Phản lực thẳng góc từ mặt đường lên các bánh trước và sau của ôtô (N); v - Vận tốc chuyển động của ôtô (m/s); L,a – là các thông số xác định kích thước và tọa độ trọng tâm của ôtô. H - là tọa độ trọng tâm của ôtô so với mặt đường. Pw - lực cản không khí (không đáng kể bỏ qua trong quá trình tính toán). Pη – lực sản sinh ra do ma sát trong hệ thống truyền động của xe. Các giá trị trên được xác đinh như sau: Tổng lực phanh pp sẽ là : Pp = Pp1+Pp2 (2.3) giá trị cực đại Ppmax xác định như sau : Ppmax = - :là hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. lực cản không khí : Pw = K.F.v2o Trong đó : K là hệ số cản không khí F là diện tích chính diện của ô tô vo : là vận tốc bắt đầu phanh Lực quán tính của ôtô : Pj = = (2.4) Trong đó : - Là đạo hàm bậc hai của quãng đường dịch chuyển của ôtô theo thời gian J – Gia tốc phanh ôtô, m/s2; G – Trọng lượng của ôtô, N. - Hệ số quy đổi khối lượng tính đến sự ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều của ôtô. g - gia tốc trọng trường ( g = 9.81(m/s2)). - Lực cảm dốc Pα được tính như sau: Pα = G.sinα Trong đó : α Là độ dốc của mặt đường - Lực cản lăn tổng cộng Pf được tính như sau : Pf = f( Z1 + Z2 ) (2.5) Ta coi hệ số cản lăn là như nhau: f1 = f2 =f - Chiếu các lực tác dụng vào ôtô khi phanh lên bề mặt nghiêng của đường ta có phương trìngh cân bằng lực khi phanh như sau: (2.6) 2.3 HIỆU QUẢ PHANH Ô TÔ 2.3.1 Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu - Đối với ôtô hệ thống phanh được lắp trên tất cả các bánh xe. Trọng lượng phân bố trên các cầu thường không như nhau, trong khi hệ số bám của các bánh xe như nhau, do đó cần phải phân bố lực phanh trên các bánh xe cho hợp lý thì hệ thống phanh mới phát huy hiệu quả tốt. Hình 2.3 Các lực tác dụng lên ôtô khi phanh Trên hình 2.3 biểu diễn lực tác dụng lên ôtô khi phanh, bao gồm: trọng lượng ôtô G, lực cản lăn Pf1 và Pf2 ở các bánh xe trước và sau, phản lực pháp tuyến, phản lực pháp tuyến Z1 và Z2 tác dụng lên cầu trước và sau, lực phanh Pp1 và Pp2 ở các bánh trước và sau, lực cản không khíPw, lực quán tính Pj. Bằng cách lập phương trình cân bằng mô men của các lực tác dụng lên ôtô với các điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường A và B, ta xác định được các phản lực: (2.7) Hoặc: (2.8) Trong đó a,b,h – tọa độ trọng tâm của ôtô ; L – chiều dài cơ sở của ôtô. Sự phanh có hiệu quả nhất là khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỉ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên chúng, mà tải trọng tác dụng lên các bánh xe trong quá trình phanh lại thay đổi do có lực quán tính Pj tác dụng. Trong trường hợp phanh có hiệu quả nhất tỉ số giữa lực phanh ở các bánh xe trước và sau sẽ là: (2.9) Thay các biểu thức (2.7) và (2.8) ta được : (2.10) Trong quá trình phanh, có thể bỏ qua lực cản lăn. Do đó có thể viết : Và (2.11) Thay Pjmax vào (2.12) ta có: (2.12) Biểu thức (2.12) là điều kiện đảm bảo sự phanh có hiệu quả nhất. Nghĩa là muốn phanh hiệu đạt quả nhất (quãng đường phanh nhỏ nhất hoặc gia tốc phanh lớn nhất trong thời gian phanh nhỏ nhất) thì quá trình phanh quan hệ giữa lực phanh ở các bánh xe trước Pp1 và ở các bánh xe sau Pp2 phải luôn thỏa mãn biểu thức (2.12). Trong điều kiện sử dụng của ôtô tọa độ trọng tâm luôn thay đổi do chất tải khác nhau và hệ số bám φ cũng thay đổi khi chạy trên các loại đường khác nhau. Do đó tỉ số Pp1/Pp2 luôn thay đổi trong điều kiện sử dụng. Trong điều kiện như vậy, muốn thỏa mãn điều kiện (2.12) thì phải thay đổi được mô men phanh Mp1 và Mp2 trên các bánh xe trước và sau. Để thay đổi mô men phanh có thể thay đổi áp suất dầu hoặc áp suất khí nén dẫn đến các xylanh phanh bánh xe hoặc dẫn đến bầu phanh (phanh khí). Trên các ôtô hiện đại thường lắp bộ điều hòa lực phanh hoặc bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh nhằm tự động điều chỉnh lực phanh để luôn thỏa mãn điều kiện phanh (2.12). Nhận xét Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của quá trình phanh bao gồm hiệu quả phanh và tính ổn định hướng của ôtô khi phanh. Như vậy, để đưa ra được các biện pháp đúng đắn nhằm nâng cao chất lượng của quá trình phanh đối với ôtô thì việc nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh không thể tách rời việc nghiên cứu tính ổn định hướng của ôtô khi phanh. Từ đó cho chúng ta thấy rằng các hiểu biết về động lực học điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ôtô là một vấn đề nhất thiết phải được đề cập đến ở đây. 2.3.2 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Để đánh giá hiệu quả của quá trình phanh ôtô có thể sử dụng các chỉ tiêu sau: gia tốc chậm dần lớn nhất jmax, quãng đường phanh nhỏ nhất Smin, thời gian phanh nhỏ nhất tmin và lực phanh riêng. Các chỉ tiêu trên được xác định trong điều kiện phanh ôtô không có kéo rơmooc và ngắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực. 2.3.2.1 Gia tốc chậm dần khi phanh (2.13) Trong đó: - hệ số tính đến ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực. Khi phanh trên đường nằm ngang (): (2.14) Từ các công thức trên thấy, để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần giảm hệ số . Vì vậy khi phanh đột ngột, người lái cần cắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực nhằm giảm và tăng . Gia tốc phanh cực đại phụ thuộc vào hệ số bám giữa lốp và mặt đường. Giá trị của hệ số bám phụ thuộc vào kết cấu lốp, tình trạng mặt đường. Trên đường nhựa tốt . Nếu coi và g = 10m/s2 thì gia tốc phanh cực đại trên đường nhựa tốt có thể đạt trị số . 2.3.2.2 Thời gian phanh (2.15) Từ biểu thức (2.15) ta thấy thời gian phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc bắt đầu phanh v0 , hệ số và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. Để giảm thời gian phanh cần giảm hệ số bằng cách cắt ly hợp khi phanh để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực. 2.3.2.3 Quãng đường phanh Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng phanh của ô tô. Vì vậy trong tính năng kỹ thuật của ô tô, các nhà chế tạo thường cho biết quãng đường phanh của ô tô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định. So với các chỉ tiêu khác thì quãng đường phanh là chỉ tiêu mà người lái xe có thể nhận thức được một cách trực quan và dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xử lý tốt trong khi phanh ô tô trên đường. (2.16) Spmin- Quãng đường phanh ngắn nhất (tính từ khi bắt đầu phanh đến khi xe dừng hẳn). Qua biểu thức (2.16) ta thấy để giảm quãng đường phanh nhỏ nhất cần giảm hệ số , cho nên nếu người lái cắt ly hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn hơn. Trên hình 2.4 biễu diễn sự phụ thuộc giữa quàng đường phanh S với vận tốc ban đầu v1 và hệ số bám . Hình 2.4 Ảnh hưởng của vận tốc ban đầu v0 và hệ số bám đến quãng đường phanh nhỏ nhất Công thức (2.16) quãng đường phanh phụ thuộc vào vận tốc v0 theo quy luật bậc 2. Qua đó thấy rằng, vận tốc v0 càng cao thì quãng đường phanh S càng lớn, ngược lại hệ số bám càng tăng thì S càng giảm. 2.3.2.4 Lực phanh và lực phanh riêng Lực phanh và lực phanh riêng là chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh và thường được sử dụng khi thử phanh trên bệ thử. Lực phanh sinh ra ở các bánh xe ô tô được xác định theo công thức: (2.17) Lực phanh riêng P là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ G của xe, nghĩa là: (2.18) Lực phanh riêng cực đại nhận được khi lực phanh cực đại: (2.19) Khi đánh giá chất lượng phanh của ô tô, ô tô có thể sử dụng một trong bốn chỉ tiêu trên. Trong đó quãng đường phanh là đặc trưng nhất, vì nó cho phép người lái hình dung được vị trí xe dừng trước một chướng ngại vật mà họ phải xử lý để khỏi xảy ra tai nạn khi người lái xe phanh ở vận tốc nào đấy. Do đó, chỉ tiêu này thường được sử dụng để đánh giá hiệu quả tác động của phanh. Lực phanh và lực phanh riêng thuận lợi khi đánh giá chất lượng phanh trên bệ thử. Tuy nhiên, khi phanh ô tô không thể dừng ngay mà sẽ dừng cách vị trí lúc bắt đầu phanh một khoảng nào đó. Không những thế mà ô tô còn bị lệch khỏi hướng chuyển động lúc bắt đầu phanh. Vì vậy để đánh giá quá trình phanh thì ngoài việc nghiên cứu các chỉ tiêu nêu trên cần phải nghiên cứu tính ổn định hướng của ô tô trong quá trình phanh. CHƯƠNG ШKHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH – CÁCMÔ HÌNH TOÁN NGHIÊN CỨU SỰ ỔN ĐỊNH VỀ HƯỚNGCHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TOYOTA VIOS 3.1 CÁC GIẢ THIẾT Để nghiên cứu quá trình phanh của ô tô người ta có thể chia ra rất nhiều phương án, giải quyết từng trường hợp cụ thể. Điều đó không nằm ngoài mục đích đơn giản hóa bài toán một cách phù hợp nhất, tuy nhiên không làm mất đi tính tổng quát cần thiết của một bài toán xây dựng trên lý thuyết. Vì vậy để thuận lợi cho việc khảo sát động lực phanh ô tô khi xuống dốc, đề nghị chấp nhận một số giả thiết sau: Ô tô đi trên dốc phẳng (dải nhựa); Quá trình phanh diễn ra khi ngắt ly hợp; Trong quá trình phanh xét với điều kiện người lái không đánh tay lái; Biết tọa độ trọng tâm của ô tô; Biết trọng lượng của ô tô Coi mô men phát sinh ra ở hai bên bán trục trên cầu chủ động ô tô là bằng nhau; Trọng lượng hai bên bánh xe ô tô là bằng nhau và hệ số bám của các bánh ô tô khi chuyển động và phanh là như nhau; Với những giả thiết trên, mô hình nghiên cứu có thể đưa về dạng mô hình phẳng. 3.2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC Đề tài lựa chọn mô hình phẳng (biểu diễn trên mặt phẳng của đường) có sử dụng một số giả thiết để hạn chế tính phức tạp trong tính toán. Để khảo sát quá trình động lực hoc xe, đề tài chọn hệ trục tọa độ như sau: -Hệ trục tọa độ O0X0Y0Z0 là hẹ tọa độ cố định đặt trên mặt đường , trục O0Z0 là trục vuông góc với mặt đường; -Hệ trục tọa độ CXYZ là trục tọa độ di động, được đặt tại trọng tâm C của ô tô. 3.2.1 Mô hình phẳng tổng quát Hình 3.1 Quan hệ động học của ô tô trong mô hình phẳng Mô hình đưa ra ở dạng phẳng, trọng tâm của ô tô coi như dặt tại mặt đường. Bỏ qua sự lật nghiêng thân xe do ảnh hưởng của lực ly tâm và hệ thống treo. Trên hình 3.1 chỉ ra quỹ đạo chuyển động của ô tô là một đường cong và được xác định bởi các vị trí liên tiếp của trọng tâm ô tô C, vận tốc tức thời của trọng tâm ô tô là v. Vận tốc v tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động và nghiêng đi so với trục dọc của ô tô là α (góc này được gọi là góc lệch hướng chuyển động của ô tô). Góc quay tương đối giữa 2 hệ tọa độ là ε, và cũng chính là góc quay của trục dọc khi ô tô chuyển động . Chiếu vận tốc v lên 2 trục OX0 và OY0 ta có: Vx0 = v. cos(α + ε ) (3.1) Vy0 =v. sin( α +ε ) Vị trí của ô tô tại một thời điểm nào đó (sau khoảng thời gian từ 0 - t) được xác định bởi tọa độ trọng tâm theo tọa độ tuyệt đối, tính theo công thức: X0= x0 dt = (α + ε )dt Y0 =y0 dt = sin( α +ε ) dt (3.2) Như vậy nếu có hệ trục tọa độ mặt đường ,biết X0 ,Y0, các góc α và ε hoàn toàn có thể các định vị trí ô tô tên đường, tại một thời điểm xác định. Mục tiêu của bài toán là xác định các góc α và ε, tọa độ X0, Y0 nhằm xác định quỹ đạo chuyển động của ô tô trong thực tế chuyển động, góc α chỉ cho chúng ta biết góc lệch dọc trục thân xe với vận tốc tức thời. Khi ô tô chuyển động góc α tạo lên cảm giác lệch hướng của xe với đường, người lái xe cảm nhận và có thể tiến hành điều chỉnh hướng chuyển động này. Còn đối với góc quay ε nói lên góc quay của thân xe trên mặt đường (quay quanh trục thẳng đứng 0Z). Thông số này rất quan trọng, nó đóng vai trò trong khảo sát tính ổn định chuyển động của ô tô, cảm nhận với sự thay đổi này và điều chỉnh đúng khi giá trị ε thay đổi lớn là một khó khăn đối với người lái xe. Chỉ với lái xe có kinh nghiệm mới tiến hành điều chỉnh được. Các thông số khác cần xác định trên hình (3.1) là: - Gia tốc hướng tâm ah: gia tốc này có mặt là do ô tô chuyyenr động trên một quỹ đạo cong có gia tốc chuyển động tịnh tến không trùng với vận tốc v. ah= (3.3) Trong đó R là bán kính cong tức thời của quỹ đạo. Việc xác định ah có thể xác định bằng phương pháp khác thông qua R. Thông số R trong tính toán khó xác định chính xác, trong thực nghiệm cũng khó đo đạc hơn. Từ hình (3.2) và công thức (3.1), (3.2) ta đạo hàm theo thời gian của vx0 và vy0 thu được: (3.4) ở đây là gia tốc hướng tâm ah : (3.5) Gia tốc tiếp tuyến, gia tốc hướng tâm được xác định như tên hình (3.1). Khoảng cách CP là bán kính cong của quỹ đạo Rt, khoảng cách CP là bán kính quay của trọng tâm ô tô. Nếu trong trường hợp: v= const; α=const thì Ri =R lúc đó ah=aht; έ= έt và ở đây sử dụng “t” để chỉ trạng thái quay vòng ổn định (quay vòng đều). aht= (3.6) Hình 3.2 Xác định vị trí trọng tâm ô tô tại một thời điểm nhất định Hình 3.3 Sơ đồ xác định gia tốc trọng tâm ô tô Các quan hệ động lực học a. Mô hình phẳng tổng quát của ô tô Mô hình phẳng tổng quát của ô tô được mô tả trên hình (3.4). Các lực tác dụng lên bánh xe bao gồm: các phản lực dọc (Xi: Lực kéo, trong các trường hợp phanh thì Xi là lực phanh và lấy dấu “-“); lực cản lăn (Pfi); các phản lực bên (Si); các mô men cản quay của bánh xe (Msi).Chỉ số I có giá trị 1,2,3,4 tùy thuộc vào cách đánh số thứ tự của bánh xe. Trọng tâm ô tô C dặt cách tâm trục cầu sau 1 đoạn là b; cách tâm trụ cầu trước là a. Chiều dài cơ sở l = a+b. Lực cản của không khí (kể cả gió) đặt tại điểm C cách trọng tâm một đoạn e và chia làm 2 thành phần. Lực cản không khí theo phương dọc x là Pω và lực gió bên là N. Hình 3.4 Sơ đồ lực tổng quát Tại trọng tâm ô tô có lực quán tính m.ύ; lực ly tâm là m.v.( ά+έ) trong đó m là khối lượng của ô tô . Khi thân xe quay, xuất hiện mô men quan tính xung quanh trục Tz và có giá trị là JZέ’ (Jz là mô men quán tính của ô tô đối với trục CZ đi qua trọng tâm; gia tốc góc quay thân xe). Góc quay của bánh xe trước là , các kích thước chiều rộng vết lốp của cầu trước là ; cầu sau là . b. Phương trình vi phân chuyển động của ô tô Phương trình cân bằng các lực và mô men sẽ là: * Đối với trục dọc ô tô (trục x): (3.7) * Đối với trục ngang ô tô (trục y): (3.8) * Phương trình cân bằng mô men đối với trọng tâm ô tô C: (3.9) 3.2.2 Mô hình tính toán Theo mục tiêu nghiên cứu của đề tài, bài toán được đặt ra với các giả thiết sau đây: - Khảo sát trong trường hợp xe chuyển động thẳng phương vận tốc trùng với trục dọc của xe. - Khi phanh người lái không đánh tay lái và cắt ly hợp - Bỏ qua ảnh hưởng của các mô men đàn hồi bánh xe Msi (i=14) - Do xe chạy trên đường thẳng nên phản lực ngang của mặt đường tác dụng lên các bánh xe nhỏ - Mô hình trên hình toán học (3.4) được thu gọn như sau: Hình 3.5 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh Cân bằng các lực và mô men ta được hệ phương trình: (3.11) (3.10) (3.12) (3.13) Xác định các phản lực: Lực phanh: p1 = ppmax1(1 - e-kt); p2 = ppmax2.(1 - e-kt); p3 = ppmax3(1- e-kt); p4 = ppmax4.(1- e-kt); - k: là tốc độ tăng lực phanh 3.3 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT 3.3.1 Xây dựng chương trình tính Để tiến hành khảo sát tính chất động lực học và các thông số chuyển động của ôtô khi phanh, ta cần phải giải hệ phương trình vi phân chuyển động của ôtô khi phanh (3-12), (3-13). Giải hệ phương trình vi phân chuyển động của ôtô Để giải hệ phương trình vi phân chuyển động (3-12), (3-13), trong đồ án này sử dụng phương pháp giải gần đúng Runge-Kutta4 với sự tự giúp của máy vi tính. Các bước thực hiện như sau: Bước 1: Đưa hệ phương trình vi phân bậc cao về hệ phương trình vi phân cấp một: Để dễ quan sát ta viết lại hệ phương trình vi phân chuyển động (3-12), (3-13): Trong hệ trên có một phương trình vi phân cấp hai, đó là phương trình gia tốc góc xoay thân xe . Để có thể sử dụng phương pháp Runge-Kuttu, cần phải đưa hệ phương trình trên về hệ phương trình chuẩn, tức là đưa về hệ phương trình vi phân cấp môt tương đương, sau đó giải gần đúng hệ phương trình vi phân cấp một theo điều kiện đầu. (3-14) Đặt Thay 3-14 vào hệ phương trình vi phân (3-12), (3-13) ta nhận được hệ 4 phương trình vi phân cấp một: (3-15) Trong đó: Mô men cản trên mỗi bánh xe là: (3-16) - Hệ số cản quay vòng của bánh xe. Nó phụ thuộc vào hệ số ma sát giữa bánh xe và mặt đường, khả năng chống biến dạng của lốp và đất, và bán kính quay vòng của xe. Ta sử dụng công thức thực nghiệm: (3-17) b – bề rộng của bánh xe Đối vời ô tô có các bánh như nhau thì: (3-18) Giải hệ phương trình vi phân trên ta nhận được . Để xác được quỹ đạo chuyển động của trọng tâm ta phân tích vecto vận tốc tuyệt đối v thành hai thành phần vxo và vyo theo hệ toa độ tuyệt đối: Hình 3.6 Xác định tọa độ trọng tâm Toạ độ trong tâm ô tô: C(Xo, Yo) Toạ độ các điểm mép: M1(X1, Y1); M2(X2, Y2); M3(X3, Y3); M4(X4, Y4) Ta có: (3-19) (3-20) (3-21) (3-22) 3.3.2 Các phương án khảo sát Các nguyên nhân dẫn đén giảm hiệu quả phanh và mất ổn định hướng (sự lệch ngang quỹ đạo) chuyển động của ô tô khi phanh bao gồm: - Mất mô men phanh không giống nhau giữa các bánh xe bên phải và các bánh xe bên trái - Có sự khác nhau về thời điểm tác dụng của cơ cấu phanh giữa các bánh xe bên phải và các bánh xe bên trái - Lực bám ở các bánh xe trên một cầu không giống nhau. Để làm rõ các vấn đề nêu trên, ta tiến hành khảo sát xác định quỹ đạo chuyển động và các đặc tính động lực học khi xe chuyển động thẳng và phanh gấp ở tốc độ V0 = 50 km/h, hệ số bám = 0,8, xe khảo sát là xe Toyota Vios với khối lượng tương ứng là 1485 kg. Các phương án khảo sát được trình bày cụ thể ở các bảng (3.1), bảng (3.2) và được giải trên máy vi tính bằng ngôn ngữ lập trình matlab, kết quả lấy ra ở dạng đồ thị. 3.3.3 Thông số đầu vào - Thông số kết cấu của xe Toyota Vios (bảng 1.1). Kích thước tổng thể: Dài x Rộng x Cao - 4300 x 1700 x1460 mm Chiều rộng cơ sở: 1480 x 1470 mm Khối lượng: m = 1485 kg - Mômen quán tính Jz ( Jz - Mô men quan tính theo phương dọc trục đi qua trọng tâm của ô tô). Việc xác định được Jz rất phức tạp, phải làm khảo nghiệm thực tế. Bằng phương pháp treo và cho ô tô xoay quanh trục thẳng đứng của nó và đo chu kỳ dao động xoay, xác định được chu kỳ xoay trung bình . Với Jz được xác định bằng công thức: (3.23) 3.4 KẾT QUẢ KHẢO SÁT 3.4.1 Khảo sát sự ảnh hưởng của sự cố mất mômen phanh trong các trường hợp xe đi thẳng mất phanh không đều theo trục dọc của xe PAKS Mất mômen phanh(%) Vo(km/h) Mất phanh không đều theo dọc trục của xe 3.1 25% B1 50 3.2 25% B4 50 3.3 25% B1 & B3 50 3.4 25% B1 & B4 50 Bảng 3.1 Các phương án khảo sát cho các trường hợp phanh xe khi không xoay bánh lái và có sự cố mất mômen phanh trên các bánh xe 3.4.1.1 Trường hợp phanh gấp trên đường thẳng và có sự cố mất 25% mômen phanh trên bánh 1 (PAKS-3.1) Ta thu được kết quả khảo sát như ở hình (3.7): C Pp3 4 Pp4 1 Pp1 2 Pp2 MpC 3 0,5 0,5 Hình 3.7 Đồ thị kết quả khảo sát PAKS 3.1 a. Quỹ đạo chuyển động và hành lang quét Khi mất phanh ở 1 bánh xe, sự phân bố lực phanh sẽ mất cân đối theo trục dọc của ô tô, do vậy xe bị lệch hướng chuyển động. Khi người lái giữ nguyên vành tay lái ở vị trí trung gian thì quỹ đạo như trên hình 3.8, tọa độ trọng tâm ô tô khi dừng hẳn như sau: Xo = 14,05 (m); Yo = - 0,457 (m) Do mất phanh trên 1 bánh nên tổng lực phanh bị giảm, gây nên gia tăng quãng đường phanh. Quãng đường phanh: S = 15,35 m Sự lệch bên trọng tâm ô tô trong trường hợp này là b1 = 0,457 m tính đến khi dừng hẳn. Bề rộng của hanh lang quét: B1 = 1,98 m Thời gian phanh là 1,97 s Sự mất phanh chỉ xảy ra trên bánh 1 gây nên sự phân bố lực phanh sẽ mất cân đối theo trục dọc của ô tô. Khi đó, sẽ xuất hiện mô men Mpc tại trọng tâm ô tô và làm quay trục dọc của ô tô: Mpc = 0,5t.(Pp2 – Pp1) Chính mô men này gây hiện tượng lệch hướng của trục ô tô. b. Vận tốc, gia tốc Vận tốc giảm nhanh về 0. Gia tốc tăng dần đến cực đại. Gia tốc phanh cực đại bằng 7,06 m/s2. c. Vận tốc quay thân xe Vận tốc quay thân xe quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm xe thay đổi theo quy luật gần giống như hàm bậc 2. Vận tốc góc tăng nhanh đến cực đại rồi giảm dần đến khi xe dừng hẳn thì vận tốc góc giảm về 0. Vận tốc góc xoay thân xe nhận giá trị “ - ” tức là xe chuyển động quay sang bên phải (đối với các trường hợp mất phanh bên trái). d. Góc quay thân xe - Góc quay thân xe: Như đã phân tích ở trên, khi lực phanh mất cân đối theo trục dọc của xe ô tô, sẽ xuất hiện mô men Mpc tại trọng tâm ô tô và làm quay trục dọc của ô tô. Trong điều kiện sự tác động của các tác nhân khác (lực gió ngang, lốp mòn không đều, sự không đồng đều của mặt đường…) là không đáng kể thì góc quay thân xe tăng phi tuyến phi tuyến theo thời giời gian. Vì phương của vận tốc luân tiếp tuyến theo quỹ đạo chuyển động,dó đó đồ thị góc lệch bên và đồ thị góc quay thân xe luôn luôn ở một phía so với trục hoành. 3.4.1.2 Trường hợp phanh gấp trên đường thẳng và có sự cố mất 25% mô men phanh trên bánh 4 (PAKS-3.2). C Pp3 4 Pp4 1 Pp1 2 Pp2 MpC 3 0,5 0,5 Mpc = 0,5t.(Pp3 – Pp4) Hình 3.8 Đồ thị kết quả khảo sát PAKS 3.2 a. Quỹ đạo chuyển động và hành lang quét Khi mất phanh ở 1 bánh xe, sự phân bố lực phanh sẽ mất cân đối theo trục dọc của ô tô do vậy xe bị lệch hướng chuyển động khi người lái giữ nguyên vành tay lái ở vị trí trung gian như trên hình (3.9) toa độ trọng tâm ô tô khi dừng hẳn như sau: x0 =13,72 (m); y0=0,32(m) Do mất phanh trên 1 bánh xe nên tổng lực phanh bị giảm, gây nên gia tăng quãng đường phanh. Quãng đường phanh: S = 15 m Sự lệch bên của trọng tâm xe trong trường hợp này là 0,32 m tính đến khi xe dừng hẳn Bề rộng của hành lang quét: B1 = 2 m Độ lêch ngang trọng tâm: b1=0,32 m Thời gian phanh là: 1,92 s Sự mất phanh chỉ sảy ra trên bánh 4 gây nên sự phân bố lực phanh sẽ mất câm đối theo trục dọc của ô tô .khi đó, sẽ xuât hiện mô men MPC tại trọng tâm ô tô và làm quay trục dọc của ô tô: Mpc = 0,5t.(Pp3 – Pp4) Trong trường hợp này Mpc nhỏ ở PAKS-3.1 dẫn đến độ lệch quỹ đạo của xe ở phương án này cũng nhỏ hơn so với PAKS-3.1. b. Vận tốc, gia tốc Đồ thị vận tốc và gia tốc cũng biến đổi theo quy luật giống như ở PAKS-3.1, ở phương án này gia tốc phanh đạt giá trị cực đại bằng 7,24 m/s2. So vời PAKS-3.1, gia tốc phanh ở phương án này lớn hơn; thời gian phanh và quãng đường phanh nhỏ hơn. Nguyên nhân là do sự phân bố tải trọng lên cầu sau của xe khi phanh trong điều kiện khảo sát nhỏ hơn so với cầu trước, nên tổng lực phanh trong trường hợp nay bị giảm ít hơn so với PAKS-3.1. c. Vận tốc góc quay thân xe, góc quay thân xe Cũng biến đổi theo quy luật giống như PAKS-3.1. Tuy nhiên cả vận tốc góc quay thân xe, góc quay thân xe phụ thuộc vào Mpc cho nên ở phương án này Mpc giá trị nhỏ hơn so với PAKS-3.1 dẫn đến giá trị vận tốc góc quay thân xe, góc quay thân xe đều nhỏ hơn so với PAKS-3.1. Phương án này giá trị “+” đối với vận tốc góc quay thân xe, góc lệch bên và góc quay thân xe nên xe chuyển động quay sang trái (mất phanh bên phải). 3.4.1.3 Trường hợp phanh gấp trên đường thẳng và có sự cố mất 25% mô men phanh trên bánh 1&3 (PAKS-3.3) C Pp3 4 Pp4 1 Pp1 2 Pp2 MpC 3 0,5 0,5 Mpc = (Pp4 – Pp3).0,5t + (Pp2 – Pp1).0,5t Hình 3.9 Đồ thị kết quả khảo sát PAKS 3.3 Ta thu được kết quả khảo sát như ở hình (3.9): a. Quỹ đạo chuyển động và hành lang quét Khi mất phanh ở hai bánh xe cùng phía, sự phân bố lực phanh sẽ mất cân đối theo trục dọc của ô tô, do vậy xe bị lệch hướng chuyển động. Khi người lái không thực hiện điều chỉnh hướng chuyển động bằng vánh lái (vẫn giữ nguyên vành lái ở vị trí trung gian) thì quỹ đạo như trên hình 3.10, tọa độ trọng tâm ô tô khi dừng hẳn: X0 = 14,8 m; Y0 = -0,84 m Do mất phanh trên hai bánh nên tổng lực phanh bị giảm nhiểu hơn so với 2 phương án trên, gây nên gia tăng quãng đường phanh nhiều hơn. Quãng đường phanh: S = 16 m Sự lệch bên trọng tâm xe trong trường hợp này là 0,84 m tính đến khi dừng hẳn. Bề rộng của hành lang quét: B1 = 2,39 m Thời gian phanh là 2,1 s Sự mất phanh xảy ra trên bánh 1 và 3 gây nên sự phân bố lực phanh sẽ mất cân đối theo trục dọc của ô tô. Khi đó, xuất hiện mô men Mpc gây ra hiện tượng lệch quỹ đạo chuyển động của ô tô hình 3.18: Mpc = (Pp4 – Pp3).0,5t + (Pp2 – Pp1).0,5t Ta thấy rằng trong trường hợp này Mpc có giá trị lớn nhất so với các phương án, do đó độ lệch quỹ đạo chuyển động trong trường hợp này là lớn nhất. b. Vận tốc, gia tốc Đồ thị vận tốc và gia tốc cũng biến đổi theo quy luật giống như ở PAKS-3.1 & PAKS-3.2, tuy nhiên do mất phanh trên hai bánh xe nên tổng lực phanh trong trường hợp này bị giảm nhiều hơn dẫn đến gia tốc phanh cũng giảm nhiều so với phương án trên, ở phương án này gia tốc phanh đạt giá trị cực đại bằng 6,7 m/s2. c. Vận tốc góc quay thân xe, góc lệch bên Cũng giống như PAKS-3.1 & PAKS-3.2 nhưng do Mpc ở phương án này lớn hơn rất nhiều nên các trị số của cả vận tốc góc quay thân xe, góc lệch bên đều lớn hơn nhiều hơn so với hai phương án trên. 3.4.1.4 Phương án phanh gấp trên đường thẳng và có sự cố mất 25% mô men phanh trên bánh 1 & 4 (PAKS-3.4) C Pp3 4 Pp4 1 Pp1 2 Pp2 MpC 3 0,5 0,5 Mpc = (Pp2 – Pp1).0,5ts + (Pp3 – Pp4).0,5tt Hình 3.10 Đồ thị kết quả khảo sát PAKS 3.4 a. Quỹ đạo chuyển động và hành lang quét Khi mất phanh ở hai bánh xe khác phía, sự phân bố lực phanh sẽ mất cân đối theo trục dọc của ô tô, tuy nhiên đối với trọng tâm của ô tô chúng ngược chiều nhau nên làm giảm bớt hướng lệch quy đạo. Khi nguời lái vẫn giữ nguyên vành lái ở vị trí trung gian thì quỹ đạo như trên hình (3.11), tọa độ trọng tâm ô tô khi dừng hẳn: X0 = 14,79 (m); Y0 = -0.17 (m) Do mất phanh trên hai bánh xe nên tổng lực phanh bị giảm, gây nên gia tăng quãng đường phanh. Quãng đường phanh: S = 16,1 m Sự lệch bên của trọng tâm xe trong trường hợp này là 0,17 m tính đến khi dừng hẳn. Bề rộng của hành lang quét: B= 1,7 m. Thời gian phanh là 2,1 s. Sự mất phanh xảy ra trên bánh 1 và bánh 4 gây nên sự phân bố lực phanh sẽ mất cân đối theo trục dọc của ô tô. Khi đó, sẽ xuất hiện mô men MpC: MpC= (Pp2 - Pp1).0,5ts – (Pp3 - Pp4).0,5tt Mô men này có giá trị nhỏ hơn so với các trường hợp trước do đó hiện tượng lệch quỹ đạo chuyển động của ô tô nhỏ hơn so với các phương án PAKS-3.1, PAKS-3.2 và PAKS-3.3. b. Vận tốc, gia tốc Ở phương án này gia tốc phanh đạt giá trị cực đại bằng 6,7 m/s2. Độ giảm của tổng lực phanh trong trường hợp này so với PAKS-3.3 là bằng nhau. Do đó ta thấy gia tốc phanh cực đại ở phương án này có giá trị bằng gia tốc phanh cực đại của PAKS-3.3. c. Vận tốc góc quay thân xe, góc xoay thân xe Cũng giống như PAKS-3.1, PAKS-3.2 và PAKS-3.3 nhưng giá trị số của MpC nhỏ hơn với các trường hợp trên nên vận tốc góc quay thân xe, góc quay thân xe và góc lệch bên có giá trị nhỏ hơn so với cả 3 phương an trên. 3.4.2 Khảo sát ảnh hưởng của sự cố chậm tác dụng dẫn động phanh trên các bánh xe đến các chỉ tiêu phanh và tính ổn định hướng của ô tô khi phanh Xét trường hợp sự cố chậm tác dụng của dân động phanh xảy ra trên các bánh xe cầu trước: So sanh sự cố mất mô men phanh trên bánh xe số 1 với sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh trên bánh 1, ta thấy: sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh ở bánh xe số chỉ 1 gây ra sự phân bố lực phanh mất cân đối theo trục dọc của ô tô trong khoảng thời gian 0 và không gây giảm lực phanh trên bánh xe số 1 hình (3.12a); còn sự cố mất mô men phanh trên bánh xe số 1 (PAKS-3.1) lại gây ra sự giảm lực phanh trên bánh số 1 đến hết quá trình phanh dẫn đến sự phân bố lực phanh mất cân đối theo trục dọc của ô tô diễn ra trong suốt quá trình phanh hình (3.12b). Hình 3.11. Đồ thị lực phanh trên bánh xe số 1 và bánh xe số 2 Theo đồ thị hình 3.11a ta có: Pp1=Ppmax1(1-e-kt); Pp2=Ppmax2(1-e-kt); PPmax1 < PPmaxT; PPmax2 =PPmaxT; Theo hình 3.11b ta có: Pp2=Ppmax2(1-e-kt); PPmax1=PPmax2= PPmaxT Trong đó: PpmaxT- lực phanh cực đại trên một bánh xe cầu trước. tc1- thời điểm chậm tác dụng của dẫn động phanh bánh 1 tbt1, tbt2 - thời gian biến thiên lực phanh trên bánh 1 và bánh 2 tbtcT- thời gian biến thiên lực phanh trên cầu trước Trường hợp sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh xảy ra trên bánh xe số 2 cũng được giải thích một cách tương tự như trên. Trường hợp sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh xảy ra trên các bánh xe cầu sau cũng được giải thích một cách tương tự như trường hợp sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh xảy ra trên các bánh xe cầu trước hình (3.12) Hình 3.12. Đồ thị lực phanh trên bánh xe số và bánh xe số 4 Tương tự như trên : Theo đồ thị hình (3.12a) ta có: Pp3=Ppmax3(1-e-kt); Pp4=Ppmax4(1-e-kt); PPmax4 < PPmaxS; PPmax3= PPmaxS; Theo hình 3.12b ta có: Pp3=Ppmax3(1-e-kt); PPmax3= PPmax4=PPmaxS; PpmaxS- lực phanh cực đại trên một bánh xe cầu sau. tc4- thời điểm chậm tác dụng của dẫn động phanh bánh 4. TbtcS – thời gian biến thiên lực phanh trên cầu sau Như vậy, xét một cách tổng quát đối với trường hợp có sự cố chậm tác dụng dẫn động phanh trên các bánh xe, ta có: Ppi=Ppmaxi(1-e-k(t-tci)), i=1,2,3,4. Khi tci=0: Ppi= Ppmaxi(1-e-kt) Khi tci>0: Ppi= Ppmaxi(1-e-k(t-tci)) tci Pp t tci - thời điểm chậm tác dụng của dẫn động phanh thư i. Hình 3.13. Đồ thị lực phanh trên bánh xe thứ i khi có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh Từ những cơ sở lý luận trên, ta tiến hành khảo sát các trường hợp xe đi thẳng và có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh trên các bánh theo các phương án khảo sát như bảng 3.2: PAKS tci(s) V0(km/h) Sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh không như nhau giữa các bánh xe bên phải và các bánh xe bên trái PAKS – 3.5 tci = 0.15 (I = 1) 50 PAKS – 3.6 tci = 0.15 (I = 4) 50 PAKS – 3.7 tci = 0.15 (I = 1,3) 50 PAKS – 3.8 tci = 0.15 (I = 1,4) 50 Bảng 3.2 Phương án khảo sát cho các trường hợp phanh xe khi không xoay bánh lái và có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh trên các bánh xe 3.4.2.1 Trường hợp phanh gấp trên đường thẳng và có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh ở bánh xe số 1 Ta thu được kết quả khảo sát như ở hình (3.14): a. Quỹ đạo chuyển động và hành lang quét Hình 3.14 Đồ thị kết quả khảo sát PAKS 3.5 Quỹ đạo như trên hình 3.14, tọa độ trọng tâm ô tô khi dừng hẳn như sau: X0 = 13,68 m; Y0 = -0,3 (m) Quãng đường phanh: S = 15 m Sự lệch bên của trọng tâm ô tô trong trường hợp này là 0,3 (m) tính đến khi dừng hẳn. - Bề rộng của hành lang quét: B1 = 1,8 (m) - Thời gian phanh là 1,9 (s) Với giả thiết thời gian biến thiên lực phanh của các bánh xe là như nhau và bằng ttb và không kể đến thời gian phản xạ của người lái. Do có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh tcl=0.15s ở bánh xe số 1, trong khoảng thời gian sự phân bố lực phanh mất cân đối theo trục dọc của ô tô và gây ra hiện tượng lệch quỹ đạo chuyển động của ô tô (hiện tượng lệch hướng của trục dọc ô tô) Hình 3.15. Giải thích hiện tượng có sự cố chậm tác dụng củadẫn động phanh ở bánh xe số 1 b. Vận tốc, gia tốc Giai đoạn đầu vận tốc giảm theo đường cong sau đóvận tốc giảm nhanh về 0 theo quy luật tuyến tính. Gia tốc phanh đạt giá trị cực đại bằng 7,4 m/s2. So với PAKS – 3.1 thì ở phương án này gia tốc phanh cực đại lớn hơn do tổng lực phanh cực đại ở phương án này không bị giảm. c. Vận tốc góc quay thân xe, góc quay thân xe Giai đoạn đầu vận tốc góc tăng nhanh đạt giá trị cực đại sau đó giảm nhanh về 0 và ổn định do lực phanh trên các bánh đã đạt đến cực đại và bằng nhau. Góc quay thân xe cũng tăng lên rồi không xoay nữa. Vận tốc góc xoay thân xe nhận giá trị âm tức là xe chuyển động quay sang bên phải (đối với các trường hợp có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh các bánh xe bên trái). Sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh ở các bánh xe trong các phương án khác cũng được giải thích một cách tương tự khi so sánh với các sự cố do mất mô men phanh ở các bánh xe tương ứng. 3.4.2.2 Trường hợp phanh gấp trên đường thẳng và có sự cố có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh ở bánh xe số 4 Ta thu được kết quả khảo sát như ở hình (3.16): Hình 3.16 Đồ thị kết quả khảo sát PAKS 3.6 Hiện tượng sự cố do chậm tác dụng của dẫn động phanh xẩy ra trên bánh xe số 4 (PAKS-3.6) Hình 4.17. Giải thích hiện tượng có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh ở bánh xe số 4 Kết quả khảo sát: Tọa độ trọng tâm: X0 = 13,484 (m) Y0 = 0,187 (m) Quãng đường phanh: S=14.766 (m) Độ lệch trọng tâm: b = 0,187 (m) Bề rộng hành lang quét: B = 1,685 (m) Thời gian phanh là: t = 1,857 (s) Quãng đường phanh: S = 13,485 (m) Gia tốc phanh lớn nhất: j = -7,481 (m/s2) 3.4.2.3 Trường hợp phanh gấp trên đường thẳng và có sự cố có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh ở các bánh xe số 1 & 3 Hiện tượng sự cố do chậm tác dụng của dẫn động phanh xảy ra trên bánh xe số 1 & 3 (PAKS-3.7) Hình 3.18 Giải thích hiện tượng có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh ở các bánh xe số 1 & 3 Hình 3.19 Đồ thị kết quả khảo sát PAKS 3.7 Kết quả khảo sát: Tọa độ trọng tâm: Xc=14.078 (m) Yc=-0.454 (m) Quãng đường phanh: S=15.378 (m) Độ lệch trọng tâm: b=0.454 (m) Bề rộng hành lang quét: B=1.974 (m) Thời gian phanh: tp=1.900 (s) Quãng đường phanh: S=14.085 (m) Gia tốc phanh lớn nhất: j=-7.308 (m/s2) 3.4.2.4 Trường hợp phanh gấp trên đường thẳng và có sự cố có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh ở các bánh xe số 1 & 4 Hiện tượng sự cố do chậm tác dụng của dẫn động phanh xảy ra trên bánh xe số 1 & 4 (PAKS-3.8) Hình 3.20 Giải thích hiện tượng có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh ở các bánh xe số 1 & 4 Hình 3.21 Đồ thị kết quả khảo sát PAKS 3.8 Kết quả khảo sát: Tọa độ trọng tâm là : Xc=14.084 (m) Yc=-0.095 (m) Quãng đường phanh: S=15.359 (m) Độ lệch trọng tâm: b=0.095 (m) Bề rộng hành lang quét: B=1.584 (m) Thời gian phanh: tp=1.900 (s) Quãng đường phanh: S=14.084 (m) Gia tốc phanh lớn nhất là: j=-7.308 (m/s2) 3.5. NHẬN XÉT CHUNG Từ các kết quả khảo sát trên đây, có bảng tổng hợp kết quả như sau: Bảng 3.3. Tổng hợp kết quả khảo sát TT PA V0(km/h) Jmax Sp(m) tp(s) X0max(m) Y0max(m) B1(m) b1(m) Khi xe đi thẳng có sự cố mất mô men phanh trên các bánh 1 PAKS-3.1 50 7,06 15,35 1,97 14,05 -0,46 1,98 0.457 2 PAKS-3.2 50 7,2 15,1 1,92 13,72 0,32 1,8 0,32 3 PAKS-3.3 50 6,7 16,1 2,07 14,8 -0,84 2,39 0,84 4 PAKS-3.4 50 6,7 16 2.07 14,9 -0,2 1,7 0.2 Khi xe đi thẳng có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh trên các bánh 5 PAKS-3.5 50 7,4 15 1,87 13,7 -0,3 1,8 0,27 6 PAKS-3.6 50 7,4 14,8 1,86 13,5 0,2 1,7 0,2 7 PAKS-3.7 50 7,3 15,4 1,9 14 -0,45 2 0,45 8 PAKS-3.8 50 7,3 15,4 1.9 14 -0,1 1.5 0.1 Từ các kết quả nghiên cứu trên, có thể đưa ra một số nhận xét: Khi xe đi thẳng có sự cố mất mô men phanh trên các bánh: Sự gia tăng quãng đường phanh và thời gian phanh cũng như sự giảm của gia tốc phanh phụ thuộc vào sự suy giảm của tổng lực phanh. Đặc biệt là tỷ lệ tăng quãng đường phanh tăng nhanh hơn so với tỷ lệ mất mô men phanh. Các trạng thái gây nên lệch ngang quỹ đạo khi phanh gấp trong chuyển động thẳng xẩy ra khi lực phanh phân bố mất cân đối theo trục dọc của xe. Sự nguy hiểm nhất xảy ra khi mất phanh 2 bánh xe ở cùng một bên so với trục đối xứng dọc thân xe, quỹ đạo lệch rất lớn như trong PAKS-3.3. Khi xe đi thẳng có sự cố chậm tác dụng của dẫn động phanh trên các bánh thì sự nguy hiểm cũng xảy ra theo quy luật tương tự như khi có sự cố mất mô men phanh trên các bánh xe tương ứng. Mức độ nguy hiểm phụ thuộc vào thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh, nếu thời gian này càng lớn thì mức độ nguy hiểm xảy ra càng cao. Các trường hợp không đối xứng nguy hiểm hơn các trường hợp mất phanh đối xứng vì khi ấy góc lệch quỹ đạo tăng lên dẫn đến tăng bề rộng hành lang quét, nếu người lái không đánh tay lái kịp thời thì có thể sẽ gây va chạm với các xe gần đó. CHƯƠNG IVKẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1 KẾT LUẬN Qua nghiên cứu tổng quan, tìm hiểu cơ sở lý thuyết, xây dựng mô hình tính toán được trình bày trong đố án. Đồ án đạt được một số kết quả nghiên cứu sau: - Đã xây dựng được mô hình toán học khảo sát động lực học phanh ôtô Toyota Vios. - Đồ án đã xây dựng được phương pháp đánh giá hiệu quả phanh ôtô thông qua thời gian phanh, quãng đường phanh. Kết quả được đánh giá và biểu diễn bằng đồ thị nhằm đánh giá một cách thuận tiện, bảo đảm độ chính xác tin cậy và nhanh chóng. - Chương trình xử lý số liệu được viết bằng ngôn ngữ lập trình Matlab, sử dụng trên máy tính rất thuận lợi. Từ việc thay đổi các số liệu đầu vào đơn giản, có thể áp dụng khảo sát động lực học quá trình phanh cho các loại xe ôtô khác hay liên hợp máy. - Chương trình tính toán trong đồ án cho phép khảo sát nhiều phương án, khi thay đổi các thông số ảnh hưởng khác nhau đến quá trình phanh ô tô. - Từ kết quả thu được chúng ta biết được cách sử dụng phanh ô tô như thế nào cho hợp lý. 4.2 ĐỀ NGHỊ Sau khi hoàn thành đề tài “Khảo sát động lực học phanh của ô tô Toyota Vios”. Với những kết quả đạt được, em thấy rằng vấn đề khảo sát về động lực học quá trình phanh của ô tô là những vấn đề khá phức tạp và còn nhiều vấn đề cần được tiếp tục quan tâm. Vì vậy em đề nghị khảo sát mô hình động lực học quá trình phanh ô tô theo hướng sau: - Tiếp tục khảo sát động lực học quá trình phanh của ô tô theo phương án đã khảo sát và kiểm chứng kết quả tính toán trên thực tế, để kết quả đạt được trong đồ án có tính thuyết phục cao. - Khảo sát động lực học quá trình phanh của ô tô khi lực phanh trên các bánh khác nhau và góc của vận tốc không trùng với phương dọc trục của ô tô. Một lần nữa em xin cảm ơn sự giúp đỡ cũng như sự quan tâm của các thầy, cô và các bạn đã giúp em hoàn thành được đồ án này, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế trong thời gian qua. Em kính chúc các thầy cô mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công trong công tác. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Hữu Cẩn (1998), Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội. 2. La Văn Hiển (2003), Nhập môn Matlab, Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh. 3. Tạ Duy Liêm (1999), Cơ sở matlab và ứng dụng, NXB Giáo dục, Hà Nội. 4. Nguyễn Ngọc Quế (2007), Ôtô – máy kéo và xe chuyên dụng, Nhà xuất bản Nông Nghiệp. 5. Bùi Hải Triều, Nông Văn Vìn, Hàn Trung Dũng, Đặng Tiến Hòa (2001), Ô tô – Máy kéo, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 6. Nguyễn Tất Tiến (2007), Nguyên lý động cơ đốt trong, NXB Giáo dục, Hà Nội. 7. Nông Minh Tiến (2005), Nghiên cứu một số tính chất đông lực học của xe UAZ khi thay thế động cơ xăng bằng động cơ Ddieezel – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, Hà Nội. 8. Nông Văn Vìn (2008), Động lực học chuyển động máy kéo ô tô, Hà Nội PHỤ LỤC % KHAO SAT DONG LUC HOC PHANH CUA OTO TOYOTA VIOS 1.5C %-------------------------------------------------------------------------- clc clf clear all disp('') disp(''); disp(' TRUONG DAI HOC NONG NGHIEP HA NOI '); disp(' KHOA CO DIEN - BO MON DONG LUC '); disp(' ...........o0o............ '); disp('') disp('') disp(' DO AN TOT NGHIEP '); disp('') disp('') disp('KHAO SAT DONG LUC HOC PHANH OTO TOYOTA VIOS 1.5C '); disp('') disp('') disp('') disp(' GV huong dan: PGS.TS.Nguyen Ngoc Que'); disp(' SV thuc hien: Nguyen Van Luan '); disp(' Lop : K50_DL '); disp('%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% '); disp(''); %-------------------------------------------------------------------------- global m l a b jz x1 x2 x3 x4 s1 s2 s3 s4 tt ts pomega kp1 kp2 kp3 kp4 k... vkm v0 ppmax1 ppmax2 ppmax3 ppmax4 st ss pf1 pf2 pf3 pf4 jp jp1 jpx pfi1 pfi2 pfi3 pfi4... r1 r2 r3 r4 gama1 gama2 gama3 gama4 ... tN JN VN SN jT jBt Tt it PAKS f fi... tc1 tc2 tc3 tc4 %CAC THONG SO KET CAU CUA XE %------------------------- m = 1485; % Khoi luong toan bo xe khi khong tai (kg) b = 1.28 ; % Khoang cach tu trong tam den truc banh xe sau (m) l = 2.55; % chieu dai co so (m) a = l-b; % Khoang cach tu trong tam den truc banh truoc (m) tt = 1.48; % khoang cach vet cua hai banh truoc (m) ts = 1.47; % khoang cach vet cua hai banh sau (m) jz = 1499; % Mo men quan tinh quanh truc z di qua trong tam oto, kgm2 g = 9.81; % Gia toc trong truong, m/s2 G = m*g; % Trong luong cua xe,N r1 = sqrt(tt.^2/4+a.^2); gama1 = atan(tt/(2*a)) ; r2 = r1; gama2 = gama1; r3 = sqrt(ts.^2/4+b.^2); gama3 = atan(ts/(2*b)) ; r4 = r3; gama4 = gama3; L = 4.3; Yt = 2.15; B = 1.7; gamat = atan(B/(2*Yt)); Ys = L-Yt; B = 1.7; gamas = atan(B/(2*Ys)); rt = sqrt(Yt.^2+(B/2).^2); rs = sqrt(Ys.^2+(B/2).^2); %-------------------------------------------------------------------------- % Khao sat global vkm v0 kp1 kp2 kp3 kp4 PAKS f fi k... tc1 tc2 tc3 tc4 pt={'1. He so giam luc phanh banh 1 kp1(0-100%)=',... '2. He so giam luc phanh banh 2 kp2(0-100%)=',... '3. He so giam luc phanh banh 3 kp3(0-100%)=',... '4. He so giam luc phanh banh 4 kp4(0-100%)=',... '5. Thoi gian cham dan dong phanh banh 1 tc1=',... '6. Thoi gian cham dan dong phanh banh 2 tc2=',... '7. Thoi gian cham dan dong phanh banh 3 tc3=',... '8. Thoi gian cham dan dong phanh banh 4 tc4=',... '9. Van toc ban dau cua xe: vkm=',... '10. He so bam: fi='}; title1='Nhap cac gia tri dau vao'; lines=1; def={'25','0','0','0','0','0','0','0','50','0.8'}; BS = inputdlg(pt,title1,lines,def); kp1 = eval(char(BS(1))); kp2 = eval(char(BS(2))); kp3 = eval(char(BS(3))); kp4 = eval(char(BS(4))); tc1 = eval(char(BS(5))); tc2 = eval(char(BS(6))); tc3 = eval(char(BS(7))); tc4 = eval(char(BS(8))); vkm = eval(char(BS(9))); fi = eval(char(BS(10))); f=0.01;%'He so can lan f k=15;%He so toc do dap phanh v0=vkm/3.6;% van toc bat dau phanh, m/s % CAC PHAN LUC MAT DUONG TAC DUNG LEN BANH XE z1 = 0.5*G*(a/l); z2 = 0.5*G*(a/l); % z1,z2 phan luc phap tuyen tai cac banh truoc (N) z3 = 0.5*G*(b/l); z4 = 0.5*G*(b/l); % z3,z4 phan luc phap tuyen tai cac banh sau (N) mt = 1.2; ms = 0.8; % mt, ms - he so phan bo tai trong len cau truoc, cau sau khi phanh z1p = mt*z1; z2p = mt*z2; %z1p,z2p, phan luc tiep tuyen tai cac banh truoc khi phanh tren duong bang z3p = ms*z3; z4p = ms*z4; %z3p,z4p, phan luc tiep tuyen tai cac banh sau khi phanh tren duong bang pf1 = f*z1p; % luc can o banh xe so 1, N pf2 = f*z2p; % luc can o banh xe so 2, N pf3 = f*z3p; % luc can o banh xe so 3, N pf4 = f*z4p; % luc can o banh xe so 4, N pfi1 = fi*z1p; pfi2 = fi*z2p; pfi3 = fi*z3p; pfi4 = fi*z4p; ppmax1 = (1-(kp1/100))*(fi-f)*z1p; % luc phanh cuc dai o banh xe so 1(N) ppmax2 = (1-(kp2/100))*(fi-f)*z2p; % luc phanh cuc dai o banh xe so 2(N ppmax3 = (1-(kp3/100))*(fi-f)*z3p; % luc phanh cuc dai o banh xe so 3(N) ppmax4 = (1-(kp4/100))*(fi-f)*z4p; % luc phanh cuc dai o banh xe so 4(N) %pw = 0.9*v.^2; Luc can khong khi %--------- TINH TOAN KET QUA ----------------- % GIA HE PHUONG TRINH VI PHAN CHUYEN DONG TAM OTO KHI PHANH [t,Y] = ode45(@Ham,[0 3],[0 v0 0 0]); s=Y(:,1); v=Y(:,2); e=Y(:,3); b=Y(:,4); for i=1:length(t) t1(i)=t(i); v1(i)=v(i); b1(i)=b(i); s1(i)=s(i); e1(i)=e(i); if v1(i)<=0 break end end subplot(223)%figure(1) hold on,grid on j=(v1-v0)./t1; plot(t1,v1,t1,s1,t1,j) gtext('v'),gtext('s'),gtext('j') title('Do thi quang duong, van toc va gia toc') xlabel('Thoi gian phanh (s)') subplot(224)%figure(2) hold on,grid on esi=b1./t1; plot(t1,b1,t1,e1)%,t1,esi) gtext('V.toc goc'),gtext('Goc quay') title('Do thi goc quay va van toc goc quay than xe'); xlabel('Thoi gian phanh (s)') subplot(211)%figure(3) hold on,grid on axis([0 20 -6 6]) p = 1:20; z=p./p-1+tt/2; z=[tt/2 z]; p = [0 p]; area(p,z,'facecolor','c','edgecolor','n') area(p,-z,'facecolor','c','edgecolor','n') sx=s1.*cos(e1); sy=s1.*sin(e1); plot(sx,sy) plot(sx-tt/2*sin(e1(i)),sy+tt/2*cos(e1(i))) plot(sx+tt/2*sin(e1(i)),sy-tt/2*cos(e1(i))) x0=sx(length(e1)); y0=sy(length(e1)); e0=e1(length(e1)); if e0<0 gama1=-gama1; gama3=-gama3; end x1=x0+r1*cos(gama1+e0); y1=y0+r1*sin(gama1+e0); x2=x0+r1*cos(gama1-e0); y2=y0-r1*sin(gama1-e0); x3=x0-r2*cos(gama3-e0); y3=y0+r2*sin(gama3-e0); x4=x0-r2*cos(gama3+e0); y4=y0-r2*sin(gama3+e0); plot([x1 x2],[y1 y2]); plot([x3 x4],[y3 y4]); plot([x1 x3],[y1 y3]); plot([x2 x4],[y2 y4]); plot([x2 x3],[y2 y3]); plot([x1 x4],[y1 y4]); title('Do thi quang duong phanh') xlabel('Sx (m)'),ylabel('Sy (m)') b1=abs(b1); tm=t1(find(b1==max(b1))); fprintf('Toa do trong tam la: ') fprintf('Xc=%3.3f (m)\n',x0) fprintf(' Yc=%3.3f (m)\n',y0) fprintf('Do lech trong tam la: b=%3.3f (m)\n',abs(y0)) fprintf('Be rong hanh lang quet la: B=%3.3f (m)\n',max(abs(y1),abs(y2))+tt/2) fprintf('Thoi gian phanh la: tp=%3.3f (s)\n',max(t1)) fprintf('Quang duong phanh la: S=%3.3f (m)\n',max(s1)+max(x1,x2)-x0) fprintf('Thoi diem van toc goc max la: tm=%3.3f (s)\n',tm) fprintf('Gia toc phanh lon nhat la: j=%3.3f (m/s2)\n',j(length(j))) %==================================================== % Chuong trinh con giai he phuong trinh vi phan function dy = Ham(t,y) global m l a b jz tt ts pw kp1 kp2 kp3 kp4 k... v0 ppmax1 ppmax2 ppmax3 ppmax4 st ss ... pf1 pf2 pf3 pf4 pfi1 pfi2 pfi3 pfi4 r1 r2 r3 r4... gama1 gama2 gama3 gama4 jT jBt Tt it ... tc1 tc2 tc3 tc4 if tc1==0 p1 = (ppmax1)*(1-exp(-k*t))+pf1; end if tc1>0 & t<tc1 p1=pf1; else p1 = (ppmax1)*(1-exp(-k*(t-tc1)))+pf1; end if tc2 ==0 p2 = (ppmax2)*(1-exp(-k*(t-tc2)))+pf2; end if tc2>0 & t<tc2 p2=pf2; else p2 = (ppmax2)*(1-exp(-k*(t-tc2)))+pf2; end if tc3==0 p3 = (ppmax3)*(1-exp(-k*(t-tc3)))+pf3; end if tc3>0 & t<tc3 p3=pf3; else p3 = (ppmax3)*(1-exp(-k*(t-tc3)))+pf3; end if tc4 ==0 p4 = (ppmax4)*(1-exp(-k*(t-tc4)))+pf4; end if tc4>0 & t<tc4 p4=pf4; else p4 = (ppmax4)*(1-exp(-k*(t-tc4)))+pf4; end dy = zeros(4,1); dy(1)=y(2); dy(2)=-(p1+p2+p3+p4+0.9*y(2).^2)/(m); dy(3)=y(4); dy(4)=((p1-p2)*tt+(p3-p4)*ts)/(2*jz)-15.23/(9.56+y(2)/y(4))*15794/jz;