CHƯƠNG 5: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ L 5.1 MỞ ĐẦU Khi chuyển động → nhu cầu đổi hướng → quay vòng → biến dạng ngang lốp → quỹ đạo chuyển động xe m Quay vòng → vận tốc góc, gia tốc góc,… → lực ngang, lực, mô men quán tính L α R α1 m α2 5.1.1 Các phương pháp quay vòng a Thay đổi hướng bánh xe α2 α R c Phối hợp phương pháp Hình 5.1 α1 O O b Thay đổi mô men bánh xe chủ động trục Hình 5.2 CHƯƠNG 5: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ 5.1.2 Hệ thống lái NGƯỜI LÁI αv = iα HỆ THỐNG LÁI BÁNH XE DẪN HƯỚNG (5.1) Hình 5.4 Hệ thống lái CHƯƠNG 5: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ 5.2 ĐỘNG HỌC QUAY VÒNG L 5.2.1 Bánh xe không biến dạng Các bánh xe không cưỡng lẫn (lý tưởng) m Quay vòng Các bánh xe quay tâm (hình 5.1) α Quay vòng → lực ngang → lốp biến dạng Giả thiết lốp không biến dạng → vận tốc thấp cot α1 = α2 m m R− ;cot α = 2 L L R+ m cot α1 − cot α = L R α1 O (5.2) 5.2 sở để thiết kế dẫn động lái HT lái CHƯƠNG 5: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ 5.2.2 Bánh xe đàn hồi a Biến dạng bánh xe đàn hồi chịu lực ngang Hình 5.4 Hình 5.5 Xe du lịch: CL = 250 ÷ 750 N/độ F y = C Lδ (5.4) Xe tải: CL = 1150 ÷ 1650 N/độ CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ b Động học quay vòng xe có bánh xe đàn hồi Vì R>>L → coi rằng: L R ˆ ; α − δ = COB ˆ δ = AOC ABˆ O = α − δ + δ = AOˆ B = α= L + δ1 − δ R v2 Flt = mRω = m R L R (5.6) (5.7) Vì δ2, δ2 α nhỏ → b v2 b G v2 b Fy1 = Plt = m = L R L g R L (5.8) Hình 5.6 Mô hình quay vòng dãy CHƯƠNG 5: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ a v2 a G v2 a Fy = Flt = m = L R L g R L (5.9) G1 v G2 v Gb Ga Fy1 = ; Fy = = G1 ; = G2 g R g R L L Fy1 G1 v Fy G2 v δ1 = = ;δ2 = = Từ Fy = CLδ CL1 g CL1 R CL g CL R Thay 5.4 vào 5.3: L G1v G1v L  G1 G2  v α= + − = + − ÷ R gCL1 R gCL R R  CL1 C L  gR L v2 α = +K R gR (5.13) Trong đó: G1 G2 K= − C L1 C L (5.10) (5.11) (5.12) (5.14) K: hệ số quay vòng    Khi K = (khi δ1 = δ2) xe có trạng thái quay vòng đủ, Khi K > (khi δ1 > δ2) xe có trạng thái quay vòng thiếu, Khi K < (khi δ1 < δ2) xe có trạng thái quay vòng thừa, CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ 5.3 CÁC TRƯỜNG HỢP QUAY VÒNG 5.3.1 Quay vòng đủ K =0→ G1 G = → δ1 = δ CL1 CL (5.15) α= L R (5.16) (5.9) Hình 5.7 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ K >0→ 5.3.2 Quay vòng thiếu v2 = gL K K → δ1 > δ CL1 CL G1 G < → δ1 < δ CL1 CL (5.20) (5.19) Vận tốc giới hạn CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ Hình 5.9 Hình 5.10 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ O’ Cách giải thích định tính: Khi có lực ngang Fy → δ1; δ2 δ1 > δ2: → Quỹ đạo “phụ” tâm O’ (hình 4.8) → Lực ngang phụ Fp ngược chiều với Fy → làm giảm lực ngang v1 Fp v2 δ2 Fp v2 δ2 Fy δ1 Fy v1 Hình 5.11.a δ1 δ1 < δ2: → Quỹ đạo “phụ” tâm O’ (hình 4.9) → Lực ngang phụ F p chiều với Fy → làm tăng lực ngang O’ Hình 5.11.b 10 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ 5.4 PHẢN ỨNG QUAY VÒNG CỦA XE KHI QUAY VÔ LĂNG Ô TÔ → Hệ điều khiển nhiều đầu vào đầu QUAY VÒNG ĐẦU VÀO: Góc quay bánh xe dẫn hướng α V/t góc quay thân xe ĐẦU RA Phản ứng xe (khi quay Gia tốc ngang, vòng) Cung quay vòng 5.4.1 Vận tốc góc quay thân xe ω Gọi: ω = Gω α Gω = (5.21) v R ω = v2 α L +K R gR L v2 α = +K R gR v = ωR → ω = v R hàm truyền vận tốc góc quay thân xe hay hệ số phản ứng vận tốc quay vòng Gω = v v2 L+K g (5.22) 11 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ Hình 5.12 12 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ 5.4.2 Gia tốc bên ay v2 ay = R Ga = ay / g α v2 v2 v2 g gR gR Ga = = = = L v α α gL + Kv +K R gR hàm truyền gia tốc (5.23) (hàm phản ứng gia tốc) (5.24) Hình 5.13 13 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ 5.4.3 Cung quay vòng Gρ = ρ 1/ R = = = α α Rα ρ= R L v  R + K ÷ gR  R Cung quay vòng (5.25) = L+K v g (5.27) hàm truyền cung quay vòng Hình 5.14 14 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ 5.5 ĐẶC TÍNH QUAY VÒNG QUÁ ĐỘ Hình 5.15 Quỹ đạo ô tô giai đoạn quay vòng độ XOY gắn với mặt đường; xOy gắn với thân xe Tại vị trí O1xy thời điểm t, xe có v, chiếu xuống O1xy → vx, vy Tại t + Δt, → O2xy →v + Δv, chiếu xuống O2xy → vx + Δvx; vy + Δvy; Theo phương x (O1x) thay đổi vận tốc: 15 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ (vx + Δvx)cosΔθ - (vy + Δvy)sinΔθ - vx = vxcosΔθ + ΔvxcosΔθ - vysinΔθ - ΔvysinΔθ – vx (5.28) Coi Δθ → sinΔθ ≈ Δθ; cosΔθ ≈ → Bỏ qua ΔvysinΔθ → Sự thay đổi vận tốc dọc theo trục x: Δvx – vyΔθ Chia cho Δt: ∆vx v y ∆θ − ∆t ∆t Làm tương tự trục y: (5.29) Lấy giới hạn →gia tốc xe theo trục x: dvx v y dθ ax = − = v&x − v yω dt dt dv y vx dθ ay = + = v&y + vxω dt dt (5.30) (5.31) Phương trình cân lực mô men: max = m ( v&x − v yω ) = Fx + Fx1 cos α − Fy1 sin α (5.32) ma y = m ( v&y + vxω ) = Fy + Fx1 cos α − Fy1 sin α I z ω = aFy1 cos α − bFy + aFx1 sinα (5.33) (5.34) Các phương trình thiết lập sở giả thiết xe đối xứng qua trục dọc xe bỏ qua quay quanh trục x 16 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ Hình 5.16 17 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ Nếu xe chuyển động (theo phương dọc) → bỏ qua 5.32, → chuyển động ngang xe → biểu diễn 5.33 5.34 Coi δ α góc nhỏ: tgα = sinα = α tgδ = sinδ = δ Từ hình 5.16 → δ1 = α − aω + v y vx aω + v y   Fy1 = 2CL1δ1 = 2CL1  α − ÷ v x   (5.37) (5.39) δ2 = bω − v y vx (5.38)  bω − v y  Fy = 2CL 2δ = 2CL  ÷ (5.40) v x   Thay 5.30, 5.31, 5.39, 5.40 vào 5.33 5.34 biến đổi ta được:   2CL1 + 2C2  2aCL1 + 2bCL  mv&y + ω  mvx + + v ÷ y ÷ = 2α CL1 vx vx      2a CL1 + 2b CL   2aCL1 + 2bC2  I zω&+ ω  + v ÷ y ÷ = 2aα CL1 vx vx     (5.41) (5.42) Hệ 5.41, 5.42 → biến vy ω; đầu vào (vế phải) góc quay bánh dẫn hướng α với α hàm thời gian (α(t)), Phản ứng xe đặc trưng vy ω hàm số thời gian xác định cách giải hệ phương trình vi phân 18 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ Hình 5.17 Xe thùng (station wagon), α = 0,01 rad (0,57 ), v = 96 km/h Xe tiêu chuẩn; Độ cứng bên lốp tăng 25% Hình 5.18 Xe thùng (station wagon), α = 0,01 rad (0,57 ), v = 96 km/h Lực bên 890 N Xe tiêu chuẩn; Độ cứng bên lốp tăng 25% 19 ... 5.11.b 10 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ 5.4 PHẢN ỨNG QUAY VÒNG CỦA XE KHI QUAY VÔ LĂNG Ô TÔ → Hệ điều khiển nhiều đầu vào đầu QUAY VÒNG ĐẦU VÀO: Góc quay bánh xe dẫn hướng α V/t góc quay. .. HƯỚNG CỦA Ô TÔ 5.3 CÁC TRƯỜNG HỢP QUAY VÒNG 5.3.1 Quay vòng đủ K =0→ G1 G = → δ1 = δ CL1 CL (5.15) α= L R (5.16) (5.9) Hình 5.7 CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA Ô TÔ K >0→ 5.3.2 Quay vòng thiếu... HỌC QUAY VÒNG L 5.2.1 Bánh xe không biến dạng Các bánh xe không cưỡng lẫn (lý tưởng) m Quay vòng Các bánh xe quay tâm (hình 5.1) α Quay vòng → lực ngang → lốp biến dạng Giả thiết lốp không biến