Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe CHƯƠNG I: CHUYỂN ĐỘNG QUAY VÒNG CỦA Ô TÔ KHI TÍNH ĐẾN SỰ BIẾN DẠNG CỦA LỐP XE 1.1/Qúa trình quay vòng của ô tô: Hình 1-1 : Quá trình quay vòng của ô tô Qúa trình quay vòng của ô tô được chia làm 3 giai đoạn: GDI: là giai đoạn chuẩn bị vào đường quay vòng với R → ∞ GDII: là giai đoạn vào quay vòng với bán kính tức thời R = Const GDIII: là giai đoạn ra khỏi đường quay vòng với R → ∞ SVTH: LÊ DUY, HUỲNH KIẾN HÀ 1 GVHD: PGS-TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe 1.2/ Sự quay vòng của ô tô khi không tính đến biến dạng lốp xe: 1.2.1/ Qúa trình quay vòng của ô tô: Hình 1-2: Mô hình quay vòng của ô tô m: chiều rộng vết bánh xe l : khoảng cách giữa 2 cầu xe R: bán kính quay vòng tức thời O: tâm quay vòng tức thời θ : góc quay của hệ thống lái n θ : góc quay của bánh xe dẫn hướng bên ngoài SVTH: LÊ DUY, HUỲNH KIẾN HÀ 2 GVHD: PGS-TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe t θ : góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong Xét mô hình trên ta có: · AOB = θ ; · FOB = n θ ; · COB = t θ tg θ = l R ⇒ R = tg l θ Trong thực tế khi xe vào góc cua thì tài xế đánh lái rất từ từ với góc quay hệ thống lái rất nhỏ ( nếu không sẽ cua ngặt và mất quĩ đạo chuyển động điều này rất nguy hiểm) Nên θ bé ⇒ tg θ ≈ θ ⇒ R = l θ [1-1] Đây là công thức tính bán kính quay vòng tức thời của xe khi không tính đến sự biến dạng của lốp xe. Xác định mối quan hệ của n θ và t θ ? 2 n m R Cotg l θ + = [1-2] 2 t m R Cotg l θ − = [1-3] ⇒ n Cotg θ - t Cotg θ = m l [1-4] Nhìn vào biểu thức [1-4] ta thấy , về mặt lý thuyết khi vào cua thì góc quay của 2 bánh xe dẫn hướng luôn khác nhau, tức là n θ ≠ t θ . Nhưng thực tế sự chênh lệch này rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua và xem như n θ = t θ . Vì vậy trong tính toán về sau ta xem như n θ = t θ . 1.2.2/ Các lực tác dụng vào ô tô khi quay vòng : SVTH: LÊ DUY, HUỲNH KIẾN HÀ 3 GVHD: PGS-TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe Khi xe vào quay vòng ta xét các lực tác dụng lên xe cụ thể là vào trọng tâm T của xe. Trọng tâm này cách cầu trước một đoạn là a, cách cầu sau một đoạn là b. Tại tâm T khi quay vòng thì xuất hiện lực li tâm lt P tác dụng lên xe, có phương chiều như hình vẽ. Phân tích lt P thành 2 thành phần theo phương 0 Ox và 0 Oy ta được x P , y P . Trong đó lực x P là lực dọc trục xe có xu hướng làm xe đi tới ta không xét đến. Lực y P có xu hướng làm xe văng ra khỏi đường vì vậy ta xét lực y P . Hình 1-3: Phân tích lực tác dụng khi quay vòng Ta có : . y y G P j g = [1-5] SVTH: LÊ DUY, HUỲNH KIẾN HÀ 4 GVHD: PGS-TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe Trong đó : y j là gia tốc hướng tâm v j là gia tốc pháp tuyến t j là gia tốc tiếp tuyến Phân tích Hình 1-3 ta được: os y v a t a j j C j Sin α α = + [1-6] Với a α là góc hợp bởi lực li tâm với phương ngang của xe Gia tốc pháp tuyến ' 2 . v a j ρ α = [1-7] Gia tốc tiếp tuyến '' . t a j ρ α = [1-8] Trong đó : ρ = OT chính là bán kính quán tính. Xét ' . a v v R l θ α ω = = = 2 . . v v j l θ ρ   ⇒ =  ÷   Xét ( ) ' ' ' '' ' a a v v l θ θ α α + = = ' ' . t v v j l θ θ ρ + ⇒ = Mặt khác xét Hình 1-3 ta còn có: a b Sin α ρ = ; os . a R l C α ρ ρ θ = = Từ đó ta tính được gia tốc hướng tâm: 2 ' ' . . . . . . y v l v v b j l l θ θ θ ρ ρ ρ θ ρ +   = +  ÷   ( ) 2 ' ' . v b v v l l θ θ θ = + + ( ) 2 ' ' 1 .v b v v l θ θ θ   = + +   [1-9] SVTH: LÊ DUY, HUỲNH KIẾN HÀ 5 GVHD: PGS-TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe Khi đó: ( ) 2 ' ' . . . . y y G G P j v b v v g g l θ θ θ   = = + +   [1-10] Ta có nhận xét về biểu thức [1-10] như sau: Lực y P là lực làm xe có xu hướng văng ra khỏi mặt đường nên khi vào quay vòng để xe an toàn thì lực y P phải nhỏ. Để y P giảm thì: + v giảm : tức là giảm tốc độ của xe khi vào quay vòng + θ = Const ⇒ ' θ = 0 tức là khi xe vào quay vòng thì góc quay của hệ thống lái phải từ từ, chỉ thay đổi nhỏ lúc đó ta xem như θ = Const. ( Người tài xế phải bẽ lái một cách từ từ không được bẽ quá gấp) Ví dụ : Xác định lực ngang y P khi xe đi vào đường vòng với tốc độ v = 30km/h tại thời điểm t = 0 và t = 2s. Tốc độ quay của hệ thống lái là ' θ = 0,05(1/s), thông số của xe là: l = 2,7m; b = 1,3m, G = 1885kg Giải: v = 30km/h = 30.1000 8.33( / ) 3600 m s = ⇒ ' v = 0 ⇒ 2 ' . . . . y G P v b v g l θ θ   = +   Với ' .t θ θ = + Khi t = 0: θ = 0 ' . . . . y G P b v g l θ ⇒ = 1885.10 .1,3.8,33.0,05 385 9,81.2,7 y P N ⇒ = = SVTH: LÊ DUY, HUỲNH KIẾN HÀ 6 GVHD: PGS-TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe + Khi t = 2s: θ = 0,05.2 = 0,1 (1/s) ( ) 2 1885.10 . 8,33 .0,1 1,3.8,33.0,05 5324 9,81.2,7 y P N ⇒ = + = 1.3/ Sự quay vòng của ô tô khi tính đến sự biến dạng của lốp xe: 1.3.1/ Bán kính quay vòng tức thời: Khi không có sự biến dạng của lốp xe , xe vào cua với vận tốc 1 V ur hợp với phương ngang một góc θ là vận tốc của cầu trước và cầu sau chuyển động với vận tốc 2 V uur như hình. Khi có sự biến dạng của lốp xe với. 1 δ : góc biến dạng bánh xe cầu trước 2 δ : góc biến dạng bánh xe cầu sau Lúc này phương vận tốc 1 V ur bị lệch một góc 1 δ thành vận tốc ' 1 V uur và phương vận tốc 2 V uur bị lệch đi một góc 2 δ thành vận tốc ' 2 V uur SVTH: LÊ DUY, HUỲNH KIẾN HÀ 7 GVHD: PGS-TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe Hình 1-4: Mô hình quay vòng khi có sự biến dạng lốp xe Ta có: · 2T BO C δ = ; · 1T CO A θ δ = − Vấn đề đặt ra bây giờ là phải tìm xem d R = ? 2 2 . d d BC tg BC R tg R δ δ = ⇒ = ( ) ( ) 1 1 . d d AC tg AC R tg R θ δ θ δ − = ⇒ = − SVTH: LÊ DUY, HUỲNH KIẾN HÀ 8 GVHD: PGS-TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe ( ) 1 2d l AC BC R tg tg θ δ δ = + = − +     ( ) 1 2 d l R tg tg θ δ δ ⇒ = − + [1-11] Nhưng vì 1 δ ; 2 δ ; θ rất bé nên: ( ) 1 2 d l R θ δ δ = − − [1-12] Khi đó xảy ra 3 trường hợp sau: TH1: Nếu 1 δ = 2 δ tức là áp suất các bánh xe trước bằng áp suất các bánh xe sau. d l R R θ ⇒ = = : Quay vòng đúng Tức là khi quay vòng không tính đến sự biến dạng hay có tính đến sự biến dạng lốp xe cũng quay vòng với một bán kính quay vòng tức thời (tài xế không thay đổi góc quay vành lái) TH2: Nếu 1 δ > 2 δ tức là áp suất các bánh xe trước nhỏ hơn áp suất các bánh xe sau. d R R ⇒ > : Quay vòng thiếu Tức là khi quay vòng có tính đến sự biến dạng của lốp xe tài xế phải quay vành lái cho góc quay vành lái θ tăng lên so với khi không tính đến sự biến dạng lốp xe, để xe có thể quay vòng đúng với bán kính quay vòng tức thời R. TH3: Nếu 1 δ < 2 δ tức là áp suất các bánh xe trước lớn hơn áp suất các bánh xe sau. d R R ⇒ < : Quay vòng thừa SVTH: LÊ DUY, HUỲNH KIẾN HÀ 9 GVHD: PGS-TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe Tức là khi quay vòng có tính đến sự biến dạng của lốp xe tài xế phải quay vành lái cho góc quay vành lái θ giảm đi so với khi không tính đến sự biến dạng lốp xe, để xe có thể quay vòng đúng với bán kính quay vòng tức thời R. 1.3.2/ Xét ảnh hưởng biến dạng của lốp xe: Phần trên ta nói về 3 TH: d R R= ; d R R> ; d R R < . Trong 3 trường hợp này thì trường hợp d R R = không có gì để nói và thực tế nó cũng rất ít khi xảy ra. 1.3.2.1/ Trường hợp quay vòng thiếu: 1 δ > 2 δ Hình 1-5: Ảnh hưởng của biến dạng lốp xe TH quay vòng thiếu SVTH: LÊ DUY, HUỲNH KIẾN HÀ 10 GVHD: PGS-TS NGUYỄN VĂN PHỤNG . Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe CHƯƠNG I: CHUYỂN ĐỘNG QUAY VÒNG CỦA Ô TÔ KHI TÍNH ĐẾN SỰ BIẾN DẠNG CỦA LỐP XE 1.1/Qúa trình quay. PGS-TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Chương I: Chuyển Động Quay Vòng Của ô Tô Khi Tính Đến Sự Biến Dạng Của Lốp Xe 1.2/ Sự quay vòng của ô tô khi không tính đến biến