bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội Luận văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu, khảo sát ổn định phanh ôtô Ngành : khí ôtô M số: Nguyễn ngọc quỳnh Ngời hớng dẫn khoa học: TS Võ Văn Hờng Hà nội 2007 Mục lục Trang Lời nói đầu Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng, hình vẽ Chơng 1: Tổng quan 1.1 Nhiệm vụ yêu cầu đề tài 1.2 Hiệu phanh ôtô 10 1.3 Phơng pháp nghiên cứu, phơng pháp lập mô hình 13 1.4 Giới hạn đề tài 15 Chơng 2: Mô hình bánh xe đàn hồi 17 2.1 Đặc điểm cấu trúc 17 2.2 Các thông số động học bánh xe 17 2.3 Mô hình lốp 21 2.4 Một số mô hình lốp 22 2.4.1 Mô hình Burckhardt 22 2.4.2 Mô hình Paceijka 23 2.4.3 Mô hình tuyến tính 24 2.4.4 Mô hình Ammon 24 Chơng 3: Lập mô hình nghiên cứu hiệu phanh 28 3.1 Phơng pháp lập hệ phơng trình 28 3.2 Mô hình hệ thống treo 29 3.2.1 Hệ số cứng hệ thống treo 31 3.2.2 Đặc tính giảm chấn 32 3.3 Mô hình 1/4 35 3.4 Mô hình phẳng 40 3.5 Mô hình quay vòng 44 Chơng 4: khảo sát số thông số ảnh hởng đến trình phanh 49 4.1 Khảo sát mô hình 1/4 49 4.1.1 Khảo sát ảnh hởng biên độ kích động mặt đờng 49 4.1.2 Khảo sát ảnh hởng cờng độ đạp phanh 54 4.1.3 Khảo sát ảnh hởng tốc độ đạp phanh 58 4.1.4 Khảo sát ảnh hởng mômen phanh loại đờng khác 62 4.2 Khảo sát mô hình dãy 65 4.2.1 Khảo sát ảnh hởng phân bố mômen 65 4.2.2 Khảo sát ảnh hởng độ chậm tác dụng 73 4.2.3 Khảo sát ảnh hởng mômen phanh loại đờng khác 81 4.3 Khảo sát trờng hợp phanh có tác dụng gió ngang 85 Kết luận 87 Tài liệu tham khảo 89 Phụ lục 90 Mục lục Trang Lời nói đầu Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng, hình vẽ Chơng 1: Tổng quan 1.1 Nhiệm vụ yêu cầu đề tài 1.2 Hiệu phanh ôtô 10 1.3 Phơng pháp nghiên cứu, phơng pháp lập mô hình 13 1.4 Giới hạn đề tài 15 Chơng 2: Mô hình bánh xe đàn hồi 17 2.1 Đặc điểm cấu trúc 17 2.2 Các thông số động học bánh xe 17 2.3 Mô hình lốp 21 2.4 Một số mô hình lốp 22 2.4.1 Mô hình Burckhardt 22 2.4.2 Mô hình Paceijka 23 2.4.3 Mô hình tuyến tính 24 2.4.4 Mô hình Ammon 24 Chơng 3: Lập mô hình nghiên cứu hiệu phanh 28 3.1 Phơng pháp lập hệ phơng trình 28 3.2 Mô hình hệ thống treo 29 3.2.1 Hệ số cứng hệ thống treo 31 3.2.2 Đặc tính giảm chấn 32 3.3 Mô hình 1/4 35 3.4 Mô hình phẳng 40 3.5 Mô hình quay vòng 44 Chơng 4: khảo sát số thông số ảnh hởng đến trình phanh 49 4.1 Khảo sát mô hình 1/4 49 4.1.1 Khảo sát ảnh hởng biên độ kích động mặt đờng 49 4.1.2 Khảo sát ảnh hởng cờng độ đạp phanh 54 4.1.3 Khảo sát ảnh hởng tốc độ đạp phanh 58 4.1.4 Khảo sát ảnh hởng mômen phanh loại đờng khác 62 4.2 Khảo sát mô hình dãy 65 4.2.1 Khảo sát ảnh hởng phân bố mômen 65 4.2.2 Khảo sát ảnh hởng độ chậm tác dụng 73 4.2.3 Khảo sát ảnh hởng mômen phanh loại đờng khác 81 4.3 Khảo sát trờng hợp phanh có tác dụng gió ngang 85 Kết luận 87 Tài liệu tham khảo 89 Phụ lục 90 Danh mục ký hiệu chữ viết tắt - A ( m2 ) : Diện tích, thiết diện -c : Hệ số khí động - ( kg / cm3 ) : Mật độ không khí - CL ( N / m ) : Độ cứng hớng kính lốp - CL1 ( N / m ) : Độ cứng hớng kính lốp trớc - CL ( N / m ) : Độ cứng hớng kính lốp sau - C ( N / m) : Độ cứng hệ thống treo - C1 ( N / m ) : Độ cứng treo trớc - C2 ( N / m ) : Độ cứng treo sau - K ( Ns / m ) : Hệ số cản hệ thống treo - K1 ( Ns / m ) : Hệ số cản hệ thống treo trớc - K ( Ns / m ) : Hệ số cản hệ thống treo sau - a (m) : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trớc - b (m) : Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau -r : Bán kính tự lốp ( - J kgm ) : Mômen quán tính trục y xe - J yA1 kgm ( ) : Mômen quán tính trục y cầu trớc ( ) : Mômen quán tính trục y cầu sau - J yA kgm - h (m) : Chiều cao mấp mô đờng - h1 ( m ) : Chiều cao mấp mô đờng phía trớc - h2 ( m ) : Chiều cao mấp mô đờng phía sau - FZ ( N ) : Tải trọng từ đờng tác dụng lên bánh xe - FZ ( N ) : Tải trọng từ đờng tác dụng lên bánh xe phía trớc - FZ ( N ) : Tải trọng từ đờng tác dụng lên bánh xe phía sau - FZt ( N ) : Tải trọng tĩnh bánh xe - FZ 1,t ( N ) : Tải trọng tĩnh bánh xe phía trớc - FZ 2,t ( N ) : Tải trọng tĩnh bánh xe phía sau - FZd ( N ) : Tải trọng động bánh xe - FZ 1,d ( N ) : Tải trọng động bánh xe phía trớc - FZ 2,d ( N ) : Tải trọng động bánh xe phía sau - FC ( N ) : Lực đàn hồi hệ thống treo - FC1 ( N ) : Lực đàn hồi hệ thống treo trớc - FC ( N ) : Lực đàn hồi hệ thống treo sau - FK ( N ) : Lực cản hệ thống treo - FK ( N ) : Lực cản hệ thống treo trớc - FK ( N ) : Lực cản hệ thống treo sau - FCL ( N ) : Lực đàn hồi hớng kính bánh xe - FCL1 ( N ) : Lực đàn hồi hớng kính bánh xe trớc - FCL ( N ) : Lực đàn hồi hớng kính bánh xe sau - m(N ) : Khối lợng đợc treo - m1 ( N ) : Khối lợng đợc treo trớc - m2 ( N ) : Khối lợng đợc treo sau - mA1 ( N ) : Khối lợng không đợc treo trớc - mA ( N ) : Khối lợng không đợc treo sau - b : Hệ số bám đờng - ft ( m ) : Độ võng tĩnh - f t1 ( m ) : Độ võng tĩnh phía trớc - ft ( m ) : Độ võng tĩnh phía sau - ( rad ) : Góc lắc thân xe - (m) : Chuyển vị phơng thẳng đứng cầu xe - ( m ) : Chuyển vị phơng thẳng đứng cầu trớc - ( m ) : Chuyển vị phơng thẳng đứng cầu sau - &( m / s ) : Vận tốc phơng thẳng đứng cầu xe - & ( m / s ) : Vận tốc phơng thẳng đứng cầu trớc - & ( m / s ) : Vận tốc phơng thẳng đứng cầu sau ( ) ( ) ( ) &m / s : Gia tốc phơng thẳng đứng cầu xe - & & m / s : Gia tốc phơng thẳng đứng cầu trớc - & & m / s : Gia tốc phơng thẳng đứng cầu sau - & ( , z&m, m / s, m / s - z , z&& ) : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phơng thẳng đứng khối lợng đợc treo ( - z1 , z& z& 1, & m, m / s, m / s ) : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phơng thẳng đứng khối lợng đợc treo trớc ( ) z& - z2 , z&2 , & : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phơng thẳng đứng khối m, m / s , m / s lợng đợc treo sau Danh mục bảng hình vẽ Trang Hình 1.1.Nguyên lý phanh 10 Hình 1.2.Sơ đồ cấu trúc ôtô .14 Hình 1.3.Sơ đồ cấu trúc ngang dọc ôtô .14 Hình 1.4.Sơ đồ cấu trúc quay vòng 15 Hình 2.1.Thông số động lực học loại bánh xe .18 Hình 2.2.Hệ số bám dọc B hệ số bám ngang S 20 Hình 2.3.Hệ số bám dọc, ngang phụ thuộc hệ số trợt .20 Hình 2.4.Mô hình lốp 21 Hình 2.5.Sơ đồ tính lực Fx , Fy lốp 22 Hình 2.6.Đồ thị lực tơng tác bánh xe Fx theo hệ số trợt s 24 Hình 2.7.Hàm Ammon 25 Hình 2.8.Hệ số bám cực đại hệ số bám trợt loại đờng khác với hai trạng thái khô ớt 26 Hình 3.1.Mô hình hệ thống treo 30 Hình 3.2.Đặc tính đàn hồi 31 Hình 3.3.Sơ đồ xác định chế độ mở tiết lu 33 Hình 3.4.Mô hình động lực học ôtô 1/4 36 Hình 3.5.Sơ đồ tách cấu trúc lực 37 Bảng 3.1.Một số thông số kỹ thuật xe khảo sát (mô hình 1/4) 39 Hình 3.6.Mô hình phẳng động lực học ôtô 40 Hình 3.7.Sơ đồ lực mô hình phẳng động lực học ôtô 41 Hình 3.8.Mô hình động lực học ngang 45 Hình 3.9.Quan hệ động học .46 Bảng 3.2.Thông số xe khảo sát(mô hình phẳng) 48 Hình 4.1.1.Đồ thị mômen bánh xe(ảnh hởng kích động mặt đờng) .50 Hình 4.1.2.Đồ thị hệ số trợt(ảnh hởng kích động mặt đờng) 50 Hình 4.1.3.Đồ thị hệ số bám(ảnh hởng kích động mặt đờng) .51 79 Hình 4.2.27 Đồ thị vận tốc ( At = 0.2 ) Hình 4.2.28 Đồ thị vận tốc ( At = ) 80 Hình 4.2.29 Đồ thị vận tốc ( At = 0.2 ) Hình 4.2.30 Đồ thị quãng đờng 81 Nhận xét: Khi cấu phanh trớc chậm tác dụng cấu phanh sau bánh xe trớc bó cứng 5,1 giây bánh sau bó cứng 2,45 giây Khi cấu phanh sau chậm tác dụng cấu phanh trớc bánh trớc bó cứng 4,9 giây, bánh sau bó cứng 2,55 giây 4.2.3 Khảo sát ảnh hởng mômen phanh loại đờng khác Trờng hợp đờng khô: + Khảo sát mômen giới hạn cực đại, ứng với hệ số bám cực đại 0.9 + Khảo sát mômen giới hạn cực tiểu (trợt lết) ứng với hệ số bám 0.6 Trờng hợp đờng ớt: + Khảo sát mômen giới hạn cực đại, ứng với hệ số bám cực đại 0.6 + Khảo sát mômen giới hạn cực tiểu (trợt lết) ứng với hệ số bám 0.2 Hình 4.2.31 Đồ thị kết phanh đờng khô M = 0.5M ; M = 0.5M 82 Hình 4.2.32 Đồ thị kết phanh đờng ớt ( M = 0.5M ; M = 0.5M ) Hình 4.2.33 Đồ thị kết phanh đờng khô M = 0.6M ; M = 0.4M 83 Hình 4.2.34 Đồ thị kết phanh đờng ớt M = 0.6M ; M = 0.4M Hình 4.2.35 Đồ thị kết phanh đờng khô M = 0.4M ; M = 0.6M 84 Hình 4.2.36 Đồ thị kết phanh đờng ớt M = 0.4M ; M = 0.6M Tỷ lệ phân Chế độ Quãng Thời gian bố mômen phanh đờng phanh Phanh già 30 Phanh non 35 3.5 Phanh già 30 2.9 Phanh non 35 3.2 Phanh già 35 3.5 Phanh non 40 4.1 Phanh già 90 9.5 Phanh non 75 7.5 Phanh già 90 9.5 Phanh non 75 7.5 Phanh già 65 7.8 Phanh non 75 7.8 0.5/0.5 Đờng khô 0.6/0.4 0.4/0.6 0.5/0.5 Đờng ớt 0.6/0.4 0.4/0.6 Gia tốc Ghi 85 4.3 Khảo sát trờng hợp phanh có tác dụng gió ngang Trờng hợp ta khảo sát ảnh hởng gió ngang trình phanh, cho góc quay bánh xe = ; xe chạy với vận tốc 20m/s; vận tốc gió v g = 50m / s ; điểm đặt gió ngang n = 1m Mô tả hàm gió có dạng xung nh sau: gió t(s) Ta khảo sát với mômen phanh cực đại 1300, 1350, 1400Nm Hàm mômen có dạng sau: Mp t(s) Mpm Kết khảo sát hình 4.3.1 4.3.1 Nhận xét: Khi có gió ngang tác dụng vào xe kể từ thời điểm phanh, xe quay vòng thừa lái xe nhẹ nhng ổn định Khi không gió ngang (sau giây) xe có xu hớng quay vòng thừa Nh vậy, phanh có gió ngang tác dụng đủ lớn gây nguy hiểm cho xe 86 psi(rad) Goc lac than xe psi t(s) Hình 4.3.1 Đồ thị góc lắc thân xe alphav alphah (rad) Hieu goc lech ben t(s) Hình 4.3.2 Đồ thị hiệu góc lệch bên v h (rad ) 87 Kết luận Qua thời gian thực hiện, luận văn thực đợc số kết phù hợp với yêu cầu nhiệm vụ đặt Tuy dừng lại lại việc khảo sát thông số ảnh hởng đến trình phanh mô hình phẳng mà cha khảo sát đợc mô hình không gian nhng luận văn đóng góp số kết sau: Thành lập đợc mô hình dãy1/4 , 1/2 mô hình quay vòng dãy mô tả trình phanh Chọn đợc mô hình lốp hợp lý để đa vào khảo sát Khảo sát đợc số trình: + Biên độ mấp mô mặt đờng ảnh hởng đến trình phanh; + Cờng độ, tốc độ đạp phanh ảnh hởng đến trình phanh; + Tỷ lệ phân bố mômen cầu trớc cầu sau; + Khảo sát mômen phanh đờng ớt đờng khô + Khi phanh có tác dụng gió ngang 88 Tóm tắt luận văn Tên đề tài: Nghiên cứu, khảo sát ổn định phanh ôtô Nội dung: Hiệu phanh ôtô mục tiêu nghiên cứu động lực học ôtô, nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông ngày tăng Muốn xác định đợc hiệu phanh ta cần xác định đợc lực tơng tác bánh xe mặt đờng Mặt khác lốp yếu tố liên kết xe đờng, phản lực đờng yếu tố định đến chuyển động ôtô phanh Luận án trình bày tổng quát số mô hình lốp tồn Việt Nam, đề suất mô hình lốp cụ thể nghiên cứu động lực học ôtô Trên sở đó, tác giả sử dụng mô hình lốp thiết lập mô hình 1/4 ,1/2 mô hình quay vòng dãy để khảo sát trình phanh Sau xây dựng đợc mô hình để mô tả trình phanh, tác giả khảo sát đợc số trình: + Biên độ mấp mô mặt đờng ảnh hởng đến trình phanh; + Cờng độ, tốc độ đạp phanh ảnh hởng đến trình phanh; + Tỷ lệ phân bố mômen cầu trớc cầu sau; + Khảo sát mômen phanh đờng ớt đờng khô + Khi phanh có tác dụng gió ngang Do tính phức tạp vấn đề tác giả cha khảo sát đợc trình phanh mô hình không gian tổng quát, nhng với ba mô hình luận án đánh giá đợc trình phanh theo hai tiêu hiệu phanh : + Gia tốc phanh, quãng đờng phanh, lực phanh + ổn định phanh thông qua bó cứng bánh xe 89 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Nguyễn Hữu Cẩn (2004), Phanh ôtô - Cơ sở khoa học thành tựu mới, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Võ Văn Hờng (2004), Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ôtô tải nhiều cầu, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật, Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [3] Nguyễn Văn Khang (2001), Dao động kỹ thuật, NXB khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Tiếng Anh [4] Paceijka H.B (2002), Tire and Vehicle dynamics,SAE Tiếng Đức [5] Ammon, D (1997), Modellbilung und Systementwicklung in der Fahrzeugdynamik, B.G Teubner Stuttgart [6] Mitschke M, Wallentowitz H (2004), Dynamik der Kraftfahrzeuge, Berlin, Springer [7] Reimpell J, Buchhardt M (1993), Fahrwerktechmik: radschlussregel systeme, Wolburg, Volgel [8] Willumeit H (1998), Modelle und Modellierungsverfahren inder Fahrzeng dynamik, Stuttgart, B.G Tenbner 90 Phụ lục Hàm m.file mô tả thông số đầu vào mô hình 1/4 Function F=TS1 global m ma c Cl k ft r J Fzt m=473; ma=69; g=9.8; c=27160; Cl=229000; k=4000; r=0.3; J=ma*(0.6*r)^2; ft=(m+ma)*g/Cl; Fzt=(m+ma)*g; Hàm m.file mô tả mômen bánh xe mô hình 1/4 function K=Mpr(u) Mp=1300; tg=Mp/0.2; t=1+Mp/tg; if u1.99 & u2 & u