Luận văn Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô 2 cầu

u động cơ đặt ngoài buồng lái sẽ tạo điều kiện cho công việc sửa chữa, bảo dưỡng được thuận tiện hơn, nhiệt sinh ra và sự rung động ít ảnh hưởng đến người lái và hành khách. Nhưng hệ số sử dụng chiều dài xe sẽ giảm xuống, nghĩa là thể tích chứa hàng hóa và hành khách giảm xuống. Đồng thời tầm nhìn của tài xế bị hạn chế, ảnh hưởng đến độ an toàn chung. Ngược lại động cơ đặt trong buồng lái khắc phục được những nhược điểm nói trên. 17 c. Kiểu 4 bánh chủ động 4WD Hình 1.21. Xe 4WD thường xuyên loại FR Các kiểu xe cần hoạt động ở tất cả các loại địa hình và điều kiện chuyển động khó khăn cần được trang bị với 4 bánh chủ động và dẫn động thông qua hộp số phụ. Các xe 4WD hiện nay được chia thành hai loại chính là 4WD thường xuyên và 4WD gián đoạn. Khác với xe 2WD, điểm đặc trưng của xe 4WD là có các bộ vi sai phía trước và phía sau. Mục đích là để triệt tiêu sự chệnh lệch của các bánh xe khi đi vào đường vòng. Đối với loại 4WD thường xuyên, người ta bố trí thêm một bộ vi sai trung tâm ở giữa bộ vi sai trước và bộ vi sai sau để triệt tiêu sự chênh lệch tốc độ quay của các bánh xe trước và sau. Có 3 bộ vi sai khác nhau làm cho xe chạy được êm do đảm bảo việc truyền công suất đều nhau đến cả bốn bánh xe, kể cả khi quay vòng. Đây là ưu điểm chủ yếu của loại 4WD thường xuyên, nó có thể sử dụng trên đường xá bình thường, đường gồ ghề hay đường có độ ma sát thấp. Tuy nhiên, để tránh cho bộ sai trung tâm phải liên tục làm việc, các lốp trước và sau phải có đường kính giống nhau, kể cả các bánh bên trái và bên phải. 1.2.2.2. Vi sai trên ô tô Tính chất động lực học của ô tô là hết sức quang trong, nó quyết định chất lượng của xe, mà tính chất động lực học của ô tô quyết định chủ yếu là bởi lực kéo và sự phân phối lực kéo giữa các cầu và các bánh xe của ô tô. Lực kéo không thể lớn tùy ý mà nó phụ thuộc vào khả năng bám của các cầu và các bánh xe trên một cầu, tốt nhất là tất cả lực kéo từ động cơ truyền xuống phải được mặt đường tiếp nhận hết, tuy nhiên điều này không dễ xảy ra vì khi ô tô chuyển 18 động thì tình trạng mặt đường và tải trọng pháp tuyến trên từng bánh xe thay đổi liên tục. Vì vậy việc phân phối lực kéo cho các cầu và các bánh xe trên một cầu là vô cùng quan trong, nó quyết định việc tận dụng hết khả năng bám của mặt đường và ảnh hưởng đến tính chất động lực học của ô tô. Các loại vi sai thường sử dụng trên ô tô: - Vi sai côn đối xứng hay còn gọi là vi sai mở (open differential). Hình 1.22 - Vi sai côn đối xứng giữa các bánh xe [12] - Khớp nối dính (Viscous Coupling) Khớp nối dính thường được trang bị trên các xe có các bánh xe chủ động hoàn toàn. Nó được sử dụng để kết nối các bánh sau với các bánh xe trước để khi một cặp bánh xe bị trượt thì mô men xoắn sẽ được chuyển tới cặp bánh kia. Hình 1.27 - Khớp nối dính Về cầu tạo, khớp nối dính có hai bộ đĩa ma sát đặt bên trong một không gian kín điền đầy chất lỏng (thường là dầu thuỷ lực đặc biệt) có độ nhớt cao. 19 Mỗi bộ đĩa ma sát được nối với một đầu trục. Dưới điều kiện bình thường, cả hai bộ đĩa ma sát và lượng dầu thuỷ lực trong khớp nối cùng quay với một tốc độ nhất định. Khi một cặp bánh xe bị trượt quay với tốc độ nhanh hơn, bộ đĩa ma sát tương ứng với cặp bánh xe quay nhanh hơn cũng bị quay nhanh hơn theo. Lúc này, dầu thuỷ lực nằm trong không gian giữa hai bộ đĩa ma sát sẽ có tác dụng cuốn bộ đĩa ma sát kia cùng quay nhanh theo. Điều này sẽ làm cho mô men xoắn sẽ được truyền từ cặp bánh xe quay nhanh hơn sang bánh xe quay chậm hơn, làm giảm hiện tượng trượt. Hình 1.23 - Vi sai trung tâm kiểu Viscous trang bị trên xe Subaru - Vi sai khoá locking Bộ vi sai khoá có tác dụng lớn trong trường hợp ô tô hoạt động trên đường rất xấu. Về mặt cấu tạo, vi sai khóa locking có kết cấu giống với loại vi sai mở nhưng được kết hợp thêm cơ cấu thuỷ lực, khí nén hoặc điện để khoá các bánh răng đầu ra lại với nhau. Cơ cấu vi sai này được điều khiển đóng mở chủ yếu bằng công tắc và khi nó hoạt động các bánh xe đều quay với cùng một tốc độ như nhau. 20 Hình 1.24 - Vi sai khóa điều khiển bằng tay - Vi sai cảm biến mô men Torsen Vi sai cảm biến mô men Torsen (viết tắt kết hợp từ “torque” và “sensing) là một thiết bị cơ khí hoàn. Bộ vi sai này hoạt động dựa trên sự chênh lệch mô men giữa các bánh xe, nó làm việc như một bộ vi sai mở khi giá trị mô men của mỗi bánh xe bằng nhau. Nhưng khi một trong các bánh xe bị trượt sự khác nhau về mô men dẫn đến các bánh răng trong bộ vi sai Torsen kết nối với nhau. Việc thiết kế các bánh răng trong bộ vi sai sẽ quyết định đến tỷ số chênh lệch mô men và khả năng truyền mô men khi có sự chênh lệch giá trị mô men giữa hai bánh xe. Ví dụ, nếu bộ vi sai Torsen đặc biệt có tỷ số chênh lệch 5:1, thì bộ vi sai sẽ có khả năng cung cấp mô men xoắn cho bánh xe có lực bám tốt lớn gấp 5 lần bánh xe bị trượt. Hình 1.25 - Cấu tạo của vi sai Torsen 21 Hình 1.26. Vi sai torsen giữa các cầu trang bị trên Audi A4 Vi sai Torsen thường được sử dụng ở các ô tô có các bánh xe chủ động hoàn toàn 4WD. Giống như bộ khớp nối dính, chúng thường được sử dụng để chuyển đổi công suất giữa bánh trước và bánh xe sau. So với vi sai kiểu khớp nối dính, bộ vi sai Torsen tốt hơn bộ vi sai khớp nối dính vì chúng truyền mô men ngay khi hiện tượng trượt xảy ra. Tuy nhiên, nếu một bên bánh xe bị trượt quay hoàn toàn ( P=0) thì vi sai Torsen sẽ không thể cung cấp mô men cho bánh xe còn lại. 1.3. Tính năng động lực học của ô tô Tính năng động lực học của ô tô được thể hiện ở các thông số cơ bản sau: vận tốc tối đa của ô tô, góc dốc lớn nhất của đường mà ô tô có thể vượt qua được, gia tốc cực đại mà ô tô có thể đạt được. 1.3.1. Đặc tính kéo của ô tô Một trong những công cụ thường được sử dụng để đánh giá tính năng động lực học là đặc tính kéo của ô tô. Dựa trên đặc tính kéo, các thông số đánh giá tính năng động lực học của ô tô có thể được xác định bằng cách so sánh giữa lực kéo thực tế với lực kéo cần thiết tại mỗi điểm. Đặc tính kéo thể hiện mối quan hệ giữa lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động với vận tốc chuyển động của ô tô (đường liền) ở từng cấp số. Trên hình 1.27 là một ví dụ của đặc tính kéo của ô tô có 5 cấp số. Để đánh giá tính năng động lực học của ô tô, trên 22 đặc tính này còn thể hiện các đường mô tả tổng các lực cản với các độ dốc khác nhau của đường (đường nét đứt trên hình 1.27). Hình 1.27. Đặc tính kéo của ô tô con với 5 cấp số 1.3.2. Vận tốc lớn nhất của ô tô Vận tốc độ lớn nhất của ô tô được xác định khi xe chuyển động trên đường bằng (góc dốc 0%). Trên đồ thị đặc tính kéo, Vmax được lấy tại giao điểm của đường cong lực kéo và đường tổng các lực cản khi chuyển động trên đường bằng (hình 1.27). Vận tốc lớn nhất tại mỗi tay số được xác định bởi việc chọn tỉ số truyền của từng tay số trong hộp số. Trong điều kiện thực tế, để đo vận tốc cực đại của ô tô, người ta thực hiện theo các quy định được chuẩn hóa bởi các tiêu chuẩn hoặc quy chuẩn. 1.3.3. Khả năng leo dốc Khả năng leo dốc được thể hiện bởi góc dốc lớn nhất mà ô tô có thể vượt qua được. Giả thiết rằng vận tốc của ô tô không đổi (a = 0 m/s2) khi leo dốc, góc dốc lớn nhất được tính theo công thức sau: maxsin kd a P m g   23 Thực tế, người ta chuyển góc dốc α sang độ dốc của đường i tính theo phần trăm. Góc dốc lớn nhất tại mỗi tay số có thể được tính toán từ đặc tính kéo và thể hiện dưới dạng đồ thị. 1.3.4. Khả năng tăng tốc Khả năng tăng tốc được đánh giá bằng gia tốc cực đại khi ô tô chuyển động trên đường bằng (amax= 0): max kd a i P a m   Gia tốc cực đại ở các tay số cũng có thể được tính toán từ đặc tính kéo của ô tô và thể hiện dưới dạng đồ thị. 1.4. Tổng quan về các công trình công bố liên quan Vấn đề động lực học theo phương dọc của ô tô đã được thực hiện bởi nhiều nhà nghiên cứu trong và ngoài nước. Trong [1] các tác giả đã nghiên cứu về vấn đề động lực học tổng quát của ô tô, phương pháp xây dựng mô hình và mô hình nghiên cứu động lực học của ô tô theo phương dọc. Trong các công bố [2,15,16] trình bày nghiên cứu về tính chất động lực học của ô tô với các loại hệ thống truyền lực khác nhau như truyền lực cơ khí, truyền lực thủy cơ. Và mô hình điều khiển động lực học dọc cho ô tô. Năm 2016, tác giả Nguyễn Ngọc Tú [6] đã nghiên cứu ổn định của ô tô kéo moóc. Tác giả đã xây dựng mô hình tích hợp kết hợp mô tả quả trình phanh, đạp ga và quay vô lăng để khảo sát một số quá trình mất ổn định động lực học ô tô kéo moóc. Mô hình xây dựng gồm hệ phương trình động lực học đoàn xe gồm phương trình cơ học hệ nhiều vật, trong đó các lực liên kết được mô tả dưới dạng mô hình thích nghi, làm cho mô hình chính xác hơn, mềm dẻo khi tối ưu hóa tham số. Mô hình lý thuyết được kiểm chứng thông qua thí nghiệm quay vòng. Máy tính và phần mềm Matlab – Simulink được sử dụng để mô phỏng động lực học ở các trạng thái khác nhau của ô tô kéo moóc. Năm 2017, tác giả Trần Văn Tùng [5] trong luận án tiến sĩ của mình đã Xây dựng mô hình động lực học dọc liên hợp máy kéo bốn bánh và rơ mooc một trục có xét đến khớp nối mềm và biến dạng bánh xe chủ động theo phương tiếp tuyến. Khảo sát ảnh hưởng của các thông số kết cấu khớp nối đến phản lực 24 pháp tuyến tác động lên các cầu làm cơ sở xác định chế độ làm việc an toàn trên dốc dọc và hoàn thiện thiết kế liên hợp máy. - Công trình “Lê Thanh Hải, Thiết lập mô đun tính toán mô hình lốp phi tuyến nhằm giải bài toán quỹ đạo chuyển động của ô tô, luận án thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2009” [7] đã thiết lập được mô đun tính toán mô hình xác định trực tiếp các lực và mô men đàn hồi của bánh xe đồng thời ở cả hai trạng thái chủ động và bị động trong mối quan hệ phi tuyến của bánh xe với mặt đường, nhằm giải quyết bài toán quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng một bộ số liệu cụ thể. Công trình [10] là một công bố công phu về mô hình bánh xe. Công trình trình này nghiên cứu động lực học của bánh xe làm cơ sở cho nghiên cứu động lực học của ô tô nói chung và động lực học theo phương dọc của ô tô khi có kể đến các quá trình động lực học khác nhau của lốp xe. Các nghiên cứu [11] trình bày động lực học theo phương dọc của ô tô với mô hình lốp khác nhau. Trong các công bố này đồng thời cũng đưa trình vi phân mô tả chuyển động theo phương dọc của ô tô theo các điều kiện chuyển động khác nhau. Để nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng kéo đến lực cản lăn trong tài liệu [23] đưa ra một mô hình, trong đó chú ý đến dao động theo phương dọc của máy kéo và các thông số cũng như các yếu tố ảnh hưởng, thí dụ như mô men quán tính của tất cả các phần chuyển động của máy kéo, độ cứng và hệ số cản dao động của bánh xe theo phương tiếp tuyến, tính chất tác động qua lại giữa bánh xe và đất và sự thay đổi của lực kéo. Ở đây giả thiết mô men chủ động của bánh xe là một hàm điều hoà. Trong tài liệu [24], tác giả đã hệ thống hoá các mô hình nghiên cứu tính chất động lực học của hệ thống truyền lực máy kéo. Việc hệ thống hoá bao gồm từ các mô hình đơn giản nhất để nghiên cứu quá trình gài ly hợp cho đến các mô hình đồng bộ để tính toán động lực học cho máy kéo 4 bánh chủ động Trong các mô hình, mô men quay của động cơ được lấy từ đặc tính tĩnh của động cơ và hệ thống được nghiên cứu là hệ thống hai hay nhiều khối lượng bỏ qua tính chất cản dao động của các phần truyền lực và tác động của dao động thẳng đứng. Popesku [22] sử dụng mô hình thay thế để nghiên cứu 25 về đường truyền lực và khả năng tăng tốc theo phương dọc của máy kéo, trong đó, cũng bỏ qua dao động thẳng đứng. Kết quả tính toán mô hình và nghiên cứu thực nghiệm các tác động động lực học rất phù hợp. Khi nghiên cứu động lực học quá trình khởi hành và phanh của máy kéo 4 bánh chủ động thì Ksenevin và Solonski [25] đã quan tâm đến dao động thẳng đứng và các dao động khác của máy kéo. Các thông số động lực học và các hiện tượng vật lý được mô tả đầy đủ ở một mô hình thay thế. Tác động qua lại giữa đất và bánh xe cũng được tính đến thông qua sự phụ thuộc của lực chủ động bánh xe vào phản lực của đất theo phương thẳng đứng, tính chất bám và trượt của xe được đặc trưng hoá. Từ phân tích các công trình đã công bố liên quan đến động lực học của ô tô cho thấy, vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực ô tô 4WD mà cụ thể là vi sai trung tâm và vi sai bánh xe đến động lực học của ô tô còn là vấn đề bỏ ngỏ. Vì vậy, nội dung chính của luận văn sẽ tập trung vào nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng của kết cấu vi sai đến tính chất động lực học của ô tô. 1.5. Kết luận chương 1 - Tính năng động lực học của ô tô được thể hiện ở các thông số cơ bản sau : vận tốc tối đa của ô tô, góc dốc lớn nhất của đường mà ô tô có thể vượt qua được, gia tốc cực đại mà ô tô có thể đạt được. - Lực kéo và sự phân phối lực kéo giữa các cầu và các bánh xe của ô tô là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính năng động lực học ô tô. Để đảm bảo được điều này, hệ thống truyền lực mà đặc biệt là kết cấu của bộ vi sai giữa các bánh xe và vi sai trung tâm có vai trò hết sức quan trọng. - Trong luận văn này, tác giả sử dụng thông số gia tốc và vận tốc ô tô để so sánh đánh giá ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học dọc của ô tô. 26 CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC CỦA Ô TÔ Trong chương 2, luận văn trình bày các phương pháp mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô và giới thiệu một số phần mềm ứng dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn phương pháp, công cụ nghiên cứu dùng trong luận văn. 2.1. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô Để nghiên cứu động lực học ô tô nói chung và nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô nói riêng, người ta có thể sử dụng 2 phương pháp chính: - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm trên xe thực - Phương pháp mô phỏng Đối với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm ta có thể tiến hành nghiên cứu trong phòng thí nghiệm hoặc trên đường. Ưu điểm của phương pháp này là đảm bảo tính chính xác cao do việc lựa chọn điều kiện thí nghiệm đúng với thực tế khai thác cần nghiên cứu, tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm lớn là chi phí nghiên cứu cao do phải tiến hành trên xe thực và thời gian nghiên cứu kéo dài. Ngày nay, nhờ sự trợ giúp của các phần mềm mô phỏng mạnh việc nghiên cứu động lực học của các cơ hệ thường được sử dụng thông qua phương pháp mô phỏng. So với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm phương pháp này có ưu điểm là giảm được chi phí nghiên cứu do không phải tiến hành trên mô hình thực, đồng thời phương pháp này cũng cho phép nghiên cứu một cách chi tiết ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến đối tượng nghiên cứu một cách nhanh chóng. Mô phỏng có thể hiểu theo nghĩa là phương pháp mô hình hóa dựa trên việc xây dựng mô hình số và dùng phương pháp số để tìm các lời giải. Đây là phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu đối tượng, nhận biết các quá trình, các quy luật trong tự nhiên cũng như trong kỹ thuật. Ngày nay, với sự trợ giúp đắc lực của khoa học máy tính người ta đã phát triển các mô hình hóa cho phép xây 27 dựng các mô hình ngày càng gần với đối tượng nghiên cứu. Đồng thời, việc thu nhận, xử lý thông tin về mô hình rất thuận tiện, nhanh chóng và chính xác. Chính vì vậy phương pháp mô phỏng các vấn đề trong kỹ thuật đã phát triển và đang được áp dụng trong nhiều lĩnh vực hoạt động công nghiệp. Việc mô phỏng tốt giúp ta nắm rõ bản chất của vấn đề, thể hiện được các khả năng có thể xảy ra trong thực tế. Khi mô phỏng động lực học của ô tô có thể xem ô tô là một hệ cơ học nhiều vật bao gồm nhiều khối lượng như: thân xe, bánh xe, động cơ, hệ thống truyền lực... giữa chúng có mối liên hệ rất phức tạp với nhau thông qua các phần tử đàn hồi và giảm chấn. Tùy theo mục đích nghiên cứu có thể sử dụng hai phương pháp mô phỏng sau đây để nghiên cứu dao động ô tô [1, 5, 7, 13, 22, 23]: - Mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân liên kết giữa các vật trong hệ; - Mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết. Sơ đồ hai phương pháp này trình bày trên hình 2.1 a) b) Hình 2.1. Sơ đồ các phương pháp mô phỏng a. Mô phỏng thông qua xây dựng hệ phương trình vi phân b. Mô phỏng thông qua mô tả vật và liên kết 2.1.1 Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân liên kết giữa các vật trong hệ 28 Đây là cách thức truyền thống đã được sử dụng trong nhiều năm qua, khi mô phỏng theo phương pháp này trước tiên ta phải phân tích mô hình thành cơ hệ nhiều vật và xây dựng các hệ phương trình vi phân cân bằng cho từng vật. Phương pháp này tuy mất nhiều thời gian hơn nhưng lại giúp chúng ta kiểm soát mô hình một cách cụ thể rõ ràng hơn. Trình tự của phương pháp này thực hiện như sau: + Xây dựng mô hình tính toán: Để xây dựng được mô hình tính toán trước tiên cần xây dựng mô hình cơ học từ hệ thống thực, xây dựng mô hình động lực học và đơn giản hóa mô hình này để nhận được mô hình tính toán. + Xây dựng mô hình toán học: Mô hình toán học là hệ các phương trình toán học biểu diễn hoạt động của hệ thống theo mô hình tính toán. Mô hình toán học có thể nhận được bằng nhiều phương pháp khác nhau [1] như phương pháp Newton, Lagrange II, D’alambe, nguyên lý Jodan... + Giải mô hình toán học bằng phần mềm chuyên dùng: Khi có được mô hình tính toán ta có thể nghiên cứu dao động của hệ bằng các phần mềm chuyên dụng. Khảo sát dao động của hệ trên miền thời gian và miền tần số xác định các thông số “ra”, khi thay đổi các thông số “vào” và các thông số kết cấu. Các phần mềm chuyên dùng để giải quyết các mô hình toán có thể kể tới như: MatrixX (từ các hệ tích hợp), EASY5 (của hãng Boeing) và Matlab với công cụ Simulink (của Mathworks. Inc). Các phần mềm này đều có các khả năng tương đương, tùy thuộc vào mục tiêu bài toán mà ta lựa chọn phần mềm phù hợp. Để thực hiện việc mô phỏng thì việc rất quan trọng đó là xác định các thông số trên mô hình, tín hiệu đầu vào, tín hiệu đầu ra, các thông số điều khiển quá trình mô phỏng - Xác định các thông số trên mô hình: Các thông số của mô hình liên quan tới các giá trị mà thông thường không bị thay đổi trong trong quá trình mô phỏng. Các thông số cơ bản của các hệ cơ khí là khối lượng và độ cứng của các khâu đàn hồi. Trong thực tế các thông số của mô hình cũng có thể thay đổi theo thời gian, nhưng thông thường chúng thay đổi chậm hơn nhiều so với các biến động lực được tính toán trong quá trình mô phỏng. 29 - Tín hiệu đầu vào: Thông thường các hệ thống phản ứng với một hoặc nhiều tín hiệu đầu vào, việc mô phỏng cũng cần có yêu cầu như vậy. - Xác định kết quả xuất ra: Mô phỏng thường không chỉ định các kết quả xuất ra. Kết quả xuất ra thường là các quá trình phụ thuộc vào thời gian của các biến vật lý của hệ thống. - Xác định các thông số điều khiển quá trình mô phỏng: Các thông số điều khiển quá trình mô phỏng là các giá trị tùy chọn. Các giá trị này sẽ chỉ ra cách thực hiện các phương pháp số trong quá trình mô phỏng. Thông thường đó là bước thời gian, khoảng tích phân, sai số cho phép và việc lựa chọn thuật toán tích phân. + Phân tích kết quả: Đây là bước cuối cùng của việc mô phỏng, dựa trên việc phân tích kết quả sẽ cung cấp thêm các thông tin để giải quyết mục tiêu ban đầu mà bài toán đặt ra. 2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết Mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết là một cách thức mô phỏng thông qua các vật chuẩn và các liên kết chuẩn có sẵn trong một số phần mềm chuyên dụng. Để thực hiện cách này, sau khi nghiên cứu hệ thống sẽ chia hệ thống thành các vật và các liên kết giữa chúng mà không cần quan tâm đến việc thiết lập các hệ phương trình. Hiện nay có các phần mềm chuyên dụng để mô phỏng dạng này như Alaska, Adam, Modelica, Universal... Ưu điểm của phương pháp mô phỏng thông qua mô tả vật và liên kết là không mất thời gian để thiết lập hệ phương trình cân bằng cho các vật của cơ hệ nhờ sử dụng các modul chuẩn có sẵn trong các phần mềm. Do đó, thời gian thiết lập mô hình và lập trình trên máy tính sẽ được rút ngắn. Tuy nhiên, cách thức mô phỏng theo phương pháp này có một số nhược điểm. Nhược điểm thứ nhất đó là các phần mềm chuyên dụng dạng này mặc dù đã xuất hiện ở thị trường Việt Nam nhưng chi phí cho việc mua các phần mềm này còn quá cao và hiện tại chỉ là các bản demo nên độ tin cậy thấp. Nhược điểm thứ hai là khó nghiên cứu rõ bản chất của các quá trình diễn ra trong các 30 modul chuẩn và chưa thể can thiệp vào chúng, vì thế sẽ hạn chế khả năng nghiên cứu mở rộng cũng như việc kiểm soát quá trình tính toán. 2.2. Phương pháp mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân của hệ Như đề cập trong mục 2.1, khi mô phỏng ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô thông qua việc thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả liên kết giữa các vật trong hệ cần xác định các hệ con liên quan. Ở đây, hệ con bao gồm hệ thống truyền lực và thân xe. Trình tự mô phỏng theo phương pháp này như sau: - Xây dựng mô hình tính toán - Xây dựng mô hình toán học mô tả ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học phương dọc của ô tô - Giải mô hình toán bằng phần mềm chuyên dụng - Đánh giá, phân tích kết quả. Để xây dựng mô hình toán học dùng cho nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô. Trong phần này, dựa trên kết cấu thực tế của ô tô tác giả xây dựng mô hình tính toán động lực học của ô tô với sơ đồ hệ thống truyền lực khác nhau. Khi xây dựng mô hình, sử dụng các giả thiết sau: - Bỏ qua thành phần cản và thành phần đàn hồi của các khâu trong hệ thống truyền lực - Coi các khâu trong hệ thống truyền lực có khối lượng quán tính tập trung gồm: động cơ, hộp số, vi sai, bán trục, bánh xe. - Coi liên kết giữa các khâu này bằng trục không khối lượng quán tính và cứng tuyệt đối 2.2.1. Xây dựng mô hình toán học a. Mô hình toán học ô tô với hệ thống truyền lực 4WD Đối với trường hợp ô tô dẫn động bốn bánh 4x4, sơ đồ hệ thống truyền lực có dạng trên hình 2.2. Trong trường hợp này, hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của hệ được viết như sau: 31 Hình 2.2 – Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô kiểu 4x4 Các ký hiệu trên sơ đồ như sau: 1,2 – trục cầu trước và sau; 3,4,5 – vi sai giữa các bánh xe; 6- hộp số; 7– động cơ đốt trong; K1 – K4: các bánh xe; ω13, ω24 – tốc độ góc tương ứng với cầu trước và sau; Mc – mô men cản; Me, ωe – mô men và tốc độ góc của động cơ đốt trong; if, ig – tỉ số truyền của truyền lực chính và hộp số. Phương trình toán học mô tả chuyển động của hệ thống được viết như sau: 13 24 1 1 1 2 2 22 2 13 24 3 3 3 4 4 42 2 13 24 1 3 132 2 2 4 24 2 13 13 13 24 24 242 2 ; ; ; ; g M M I ω i M I ω i M f f M M I ω i M I ω i M f f ω ω ω ω ω i ω ie f ω ω ω i ;I ω h M M e e e cf th M M c cI ω i M I ω i M h h                                        (2.1) W1W2 W4 W3 1 5 4 3 2 6 7 4 M 4 M f2 i24 M g2 ic M f2 i24  24 M24 13 M13  e Me M c M 2 i13 M 2 i13 f f 2 M 2 1 M 1 3 M 3 32 I13 – mô men quán tính của trục dẫn động cầu trước của hệ thống truyền lực I24 – mô men quán tính của trục dẫn động cầu sau Mc – mô men cản chuyển động của ô tô qui dẫn về trục động cơ Các lực gây ra mô men cản chuyển động của ô tô gồm: lực cản lăn Pf, lực cản lên dốc Pi, lực cản không khí Pw, lực cản do ma sát trong các chi tiết của hệ thống truyền lực Pfr được xác định như sau: Lực cản không khí Pw Vận tốc ô tô, Vx Px1 Pj+m.gsinβ Pf1 Hình 2.3 - Lực cản chuyển động theo phương dọc của ô tô Công thức xác định các lực cản    wxwxdw f xj VVVVACP fmP VmP    sgn 2 1 . .. 2    Trong đó: m - khối lượng của ô tô Vx - vận tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô xVa  - gia tốc của chuyển động tịnh tiến ô tô f - hệ số cản lăn giữa bánh xe với mặt đường Cd- hệ số khí động A - diện tích cản chính diện của ô tô Vw - vận tốc của gió 33 Giải hệ (2.1) cho phép ta xác định được mô men xoắn Mi tốc độ góc ωi của tại các bánh xe chủ động, trên cơ sở đó có thể xác định được các thông số động học và động lực học chuyển động của ô tô như lực kéo tiếp tuyến Pk, vận tốc chuyển động tịnh tiến va, gia tốc của ô tô ja b. Xây dựng mô hình mô phỏng học của ô tô 2 cầu, cầu trước chủ động Hình 2.4 – Sơ đồ hệ thống truyền lực dẫn động cầu trước ô tô 4x2 Đối với ô tô có có công thức bánh xe 4x2 dẫn động cầu trước, hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của hệ có dạng sau: 13 1 1 1 2 2 22 13 3 3 3 4 4 42 1 3 13 2 ; ; ; g M I ω