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

Dịch vụ viết thuê đề tài – KB Zalo/Tele 0917.193.864 – luanvantrust.com
Kham thảo miễn phí – Kết bạn Zalo/Tele mình 0917.193.864
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------------------------
NGUYỄN VĂN DUY
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC
CỦA Ô TÔ 2 CẦU
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Thái Nguyên - Năm

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN VĂN DUY
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA KẾT CẤU HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC
CỦA Ô TÔ 2 CẦU
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chuyên ngành: KỸ
THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 80520116
KHOA CHUYÊN MÔN
TRƯỞNG KHOA
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
KHOA HỌC
PGS.TS. Lê Văn Quỳnh TS. Nguyễn Khắc Tuân
PHÒNG ĐÀO TẠO
Thái Nguyên -

i
LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên : Nguyễn Văn Duy
Học viên : Lớp cao học K19- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-
Đại học Thái Nguyên.
Nơi công tác : Công ty TNHH MTV đăng kiểm Lào Cai
Tên đề tài luận văn thạc sỹ : Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ
thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô 2 cầu Chuyên
ngành : Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Mã số : 80520116
Sau gần hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường, em lựa
chọn thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp : Nghiên cứu ảnh hưởng của kết
cấu hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô 2 cầu.
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Nguyễn Khắc
Tuân và sự nỗ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành đáp được nội dung
đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực.
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số
liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong
bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả.
Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2018
HỌC VIÊN
Nguyễn Văn Duy

ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã
tiếp nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý
thầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể giảng viên
Nhà trường, khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, quý thầy cô giáo trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình và các đồng nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trường, Tổ đào tạo
Sau đại học - Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình
hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Nguyễn Khắc Tuân
và tập thể cán bộ giáo viên khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, hội đồng bảo vệ đề
cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch và nội
dung đề ra.
Trong quá trình, thời gian thực hiện mặc dù đã có nhiều cố gắng song do
kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên chắc chắn luận văn
còn nhiều thiếu sót, rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và
các bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn được
hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn !
HỌC VIÊN
Nguyễn Văn Duy

iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................i
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................ii
MỤC LỤC.......................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ...............................................v
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.........................4
1.1. Tổng quan về động lực học ô tô..............................................................4
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển động của ô tô....................8
1.2.1. Các lực cản chuyển động .....................................................................8
1.2.2. Kết cấu của hệ thống truyền lực ........................................................15
1.2.2.1 Các sơ đồ hệ thống truyền lực trên ô tô...........................................15
1.2.2.2. Vi sai trên ô tô.................................................................................17
1.4. Tổng quan về các công trình công bố liên quan ...................................23
1.5. Kết luận chương 1.................................................................................25
CHƯƠNG 2....................................................................................................26
CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC ĐẾN ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC CỦA Ô
TÔ ...................................................................................................................26
2.1. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động
lực học ô tô...................................................................................................26
2.1.1 Phương pháp mô phỏng thông qua thiết lập hệ phương trình vi phân liên
kết giữa các vật trong hệ ..............................................................................27
2.1.2. Phương pháp mô phỏng thông qua mô tả các vật và liên kết............29
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.......................30
2.2.1. Xây dựng mô hình toán học...............................................................30
2.2.2. Giải hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống ....................................34
2.3. Giới thiệu một số phần mềm mô phỏng................................................36

iv
2.3.3.2 Một số khối chức năng trong Simscape...........................................42
2.4. Kết luận chương 2.................................................................................48
CHƯƠNG 3....................................................................................................49
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC ĐẾN
ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC CỦA Ô TÔ BẰNG CÔNG CỤ
SIMULINK SIMSCAPE ..............................................................................49
3.1. Xây dựng mô hình nghiên cứu..............................................................49
3.2.2. Các thông số đầu vào của mô hình thân xe: ......................................54
3.2.3. Các thông số khác ..............................................................................55
3.3. Mô phỏng và phân tích kết quả.............................................................56
3.3.1. Trường hợp ô tô sử dụng dẫn động 4 bánh, vi sai giữa các bánh xe kiểu
bánh răng côn thông thường, vi sai trung tâm kiểu Viscous. ......................56
3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai giữa các bánh xe đến khả năng động
học và động lực học của ô tô........................................................................61
3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai trung tâm đến khả năng động học và
động lực học của ô tô ...................................................................................64
3.4. Kết luận chương 3.................................................................................66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................68

v
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Cấu trúc mô hình động lực học ô tô...................................................5
Hình 1.2 Hệ tọa độ và các thông số động lực học ô tô cơ bản..........................6
Hình 1.3. Mô đun động lực học trong mặt phẳng xy........................................7
Hình 1.4 Mô đun dao động lắc ngang (trái) và lắc dọc (phải)..........................7
Hình 1.5 Mô đun động lực học ngang cầu xe và hệ thống treo ........................7
Hình 1.6 Mô hình động lựec học phẳng............................................................8
Hình 1.7 Ảnh hưởng của vận tốc xe đến hệ số cản lăn.....................................9
Hình 1.8 Ảnh hưởng của áp suất lốp đến hệ số cản lăn....................................9
Hình 1.9 Ảnh hưởng của phản lực đường đến hệ số cản lăn ..........................10
Hình 1.10. Ảnh hưởng biến dạng đường đến hệ số cản lăn............................10
Hình 1.11 Sơ đồ xác định lực cản lăn khi góc lệch bên do lực ngang gây ra
10
Hình 1.12 Hệ số khí động Cx [-] và diện tích cản A [--] ..................................12
Hình 1.13 Hệ số khí động Cwz1[], Cwz 2[ ]........................................................12
Hình 1.14 Tương quan hệ số khói động và diện tích cản của ô tô..................13
Hình 1.15 Tương quan diện tích cản và hệ số khí động của ô tô....................13
Hình 1.16 Sơ đồ hệ truyền lực ........................................................................14
Hình 1.17 Hệ số phụ thuộc tỷ số truyền chung ig xe con ............................14
Hình 1.18 Hệ số phụ thuộc tỷ số truyền chung ig xe tải ..............................14
Hình 1.19 Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô.......................................................15
Hình 1.20: Xe FF với hộp số thường ..............................................................16
Hình 1.21: Xe FR với hộp số thường..............................................................16
Hình 1.22. Xe 4WD thường xuyên loại FR ....................................................17
Hình 1.23 - Vi sai côn đối xứng (vi sai mở ) giữa các bánh xe).....................18
Hình 1.24 - Khớp nối dính ..............................................................................18
Hình 1.25 - Vi sai trung tâm kiểu Viscous trang bị trên xe Subaru................19

vi
Hình 1.26 - Vi sai khóa điều khiển bằng tay...................................................20
Hình 1.27 - Cấu tạo của vi sai Torsen.............................................................20
Hình 1.28.- Vi sai torsen giữa các cầu trang bị trên Audi A4.........................21
Hình 1.29 - Đặc tính kéo của ô tô với 5 cấp số.................................................................22
Hình 2.1. Sơ đồ các phương pháp mô phỏng..................................................27
Hình 2.2 – Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô kiểu 4x4 .......................................31
Hình 2.3 - Lực cản chuyển động theo phương dọc của ô tô ...........................32
Hình 2.4 – Sơ đồ hệ thống truyền lực dẫn động cầu trước ô tô 4x2...............33
Hình 2.5 - Giao diện (a) và thư viện các khối chức năng dùng cho mô phỏng
37
hệ thống truyền lực ô tô trong phần mềm Modelica.......................................37
Hình 2.6 - Mô phỏng xe dẫn động 4 bánh trên AVL-Cruise..........................38
Hình 2.7 Giao diện làm việc trên Simulink Simscape....................................40
Hình 2.8 Các khối ứng dụng trong simmulink simscape................................40
Hình 2.9 - Mô hình hệ thống truyền lực ô tô trong Simdriveline ...................42
Hình 2.10 - Bảng nhập thông số đầu vào động cơ..........................................42
Hình 2.11 - Khối biến mô thủy lực và bảng nhập thông số kỹ thuật của biến mô
43
Hình 2.12 - Khối hộp số..................................................................................43
Hình 2.13 - Khối vi sai và các phần tử của khối vi sai bánh răng côn............44
Hình 2.14 - Bảng nhập thông số đầu vào vi sai ..............................................44
Hình 2.16 - Cơ sở lý thuyết của khối mô hình thân xe ...................................45
Hình 2.17 - Khối mô hình thân xe...................................................................46
Hình 2.18- Mô hình nghiên cứu động lực học ô tô 4x2 cầu trước chủ động . 47
Hình 3.1 – Sơ đồ tổng thể mô phỏng hoạt động của ô tô với HTTL 4WD vi sai
bánh xe loại thông thường...............................................................................50
Hình 3.2 - Sơ đồ tổng thể mô phỏng hoạt động của ô tô với HTTL 4WD vi sai
bánh xe kiểu trục vít (torsen) ..........................................................................50

vii
Hình 3.3. Sơ đồ sử dụng vi sai giữa các bánh xe kiểu mở..............................51
Hình 3.4 – Sơ đồ sử dụng vi sai giữa các bánh xe kiểu mơ liên kết giữa cầu
trước với cầu sau sử dụng kết nối trục trực tiếp..............................................51
Hình 3.5 – Sơ đồ sử dụng vi sai các bánh xe kiểu mở, vi sai trung tâm kiểu
Vicous..............................................................................................................52
Hình 3.6 – Sơ đồ sử dụng vi sai các bánh xe kiểu trục vít Torsen, vi sai trung
tâm kết nối trục trực tiếp .................................................................................52
Hình 3.7 – Sơ đồ sử dụng vi sai giữa các bánh xe kiểu trục vít, vi sai trung tâm
kiểu viscous.....................................................................................................52
Hình 3.8 – Sơ đồ sử dụng vi sai giữa các bánh xe kiểu trục vít, vi sai trung tâm
mở....................................................................................................................53
Hình 3.9 – Sự thay đổi của các thông số động cơ theo thời gian....................54
Hình 3.10 – Modul thân xe với các thông số đầu vào ....................................54
Hình 3.11 – Các thông số đưa vào mô hình khối thân xe...............................55
Hình 3.12 – Đặc tính của biến mô men trong hệ thống truyền lực.................56
Hình 3.13 – Mô men trên các bánh công tác của biến mô thủy lực................56
Hình 3.14 - Tốc độ trên trục bánh bơm và bánh tua bin biến mô...................57
Hình 3.15 - Mô men trên trục sơ cấp và trục thứ cấp của hộp số ...................57
Hình 3.16 - Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe cầu sau .....................58
Hình 3.17 - Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe cầu trước ..................58
Hình 3.18 - Biến thiên vận tốc của ô tô theo thời gian ...................................58
Hình 3.19- Qui luật thay đổi độ mở bướm ga động cơ...................................59
Hình 3.20 - Biến thiên vận tốc của ô tô theo thời gian với độ mở bướm ga khác
nhau .................................................................................................................59
Hình 3.21 - Kết quả tính toán phản lực ở cầu trước và sau khi độ mở bướm ga
thmax=0.8........................................................................................................60
Hình 3.22 - So sánh kết quả tính toán phản lực ở cầu trước khi độ mở bướm ga
khác nhau.........................................................................................................61

viii
Hình 3.23 - So sánh kết quả tính toán phản lực ở cầu sau khi độ mở
bướm ga khác nhau ...........................................................................................................................61
Hình 3.24 - Sự phụ thuộc của vận tốc và gia tốc theo thời gian.....................62
Hình 3.25- Lực quán tính chuyển động tịnh tiến của ô tô khi sử dụng vi sai bánh
xe khác nhau....................................................................................................62
Hình 3.26Biến thiên tốc độ theo thời gian khi sử dụng vi sai bánh xe khác nhau
63
Hình 3.27 - Quan hệ giữa lực cản không khí Pw theo thời gian khi sử dụng các
loại vi sai trung tâm khác nhau .......................................................................64
Hình 3.28 - Sự thay đổi của lực cản quán tính theo thời gian khi sử dụng vi sai
bánh xe loại Torsen vi sai trung tâm khác nhau...............................................................64
Hình 3.29 - Quan hệ giữa vận tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô theo thời gian
khi sử dụng vi sai trung tâm kiểu khác nhau...................................................65

ix
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT Chữ viết tắt Diễn giải
1 cX Hệ số khí động
2 A( m2
) Diện tích cản chính diện
3 ( kg / m3
) Mật độ không khí
4 v(m / s) Vận tốc tuyệt đối của ô tô
5
F
wx Gió là lực cản chính diện
6
F
z 1
, F
z 2 Phản lực đường lên các bánh xe trước,sau
7
F
x 1
, F
x 2 Lực tiếp tuyến bánh xe (dương khi tăng tốc và
âm khi phanh)
8 mx Lực quán tính phương dọc
9 J y Mô men quán tính khối lượng được treo trục y
10
J
Ay 1
A1
, J
Ay 2
A 2
Mô mem quan tính bánh xe trục y

1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, ở nước ta ô tô đã trở thành phương tiện giao thông phổ biến
và phát triển mạnh về số lượng trong những năm gần đây. Với mật độ phương
tiện lớn, tốc độ ô tô ngày càng tăng cao thì yêu cầu về độ an toàn cũng như sự
thuận tiện khi điều khiển ô tô ngày càng trở lên khắt khe hơn. Trong quá trình
chuyển động, ô tô ngoài việc chịu tác động từ phía người lái như phanh, quay
vô lăng , ga… ô tô còn chịu tác động của các yếu tố khách quan từ ngoại cảnh
như chất lượng mặt đường, gió, các yếu tố phát sinh khi tham gia giao
thông… gây ảnh hưởng rất lớn đến an toàn khi xe lưu thông.
Để nâng cao tính an toàn, độ êm dịu chuyển động, chất lượng động lực
học của ô tô việc nghiên cứu động lực học ô tô là rất cần thiết. Khi nghiên cứu
động lực học của ô tô người ta thường chia thành việc nghiên cứu theo các
phương chuyển động: động lực học phương dọc, động lực học phương thẳng
đứng và động lực học theo phương ngang. Trong đó, động lực học phương dọc
(longitudinal dynamic) của ô tô là một phần rất quan trọng trong nghiên cứu
động lực học tổng quát của ô tô. Khi ô tô chuyển động dọc sẽ chịu tác động của
rất nhiều yếu tố trong đó tác động từ người lái bao gồm việc phanh, ga, quay
vòng vì vậy, việc nghiên cứu chuyển động theo phương dọc bao gồm các trường
hợp tăng tốc, giảm tốc và lên dốc với các chế độ làm việc khác nhau của động
cơ. Nghiên cứu các công bố liên quan đến động lực học theo phương dọc cho
thấy, các công bố này chủ yếu tập trung vào ảnh hưởng của yếu tố động cơ và
ảnh hưởng điều kiện chuyển động như đường xá, tác động điều khiển của người
lái… đến động lực học dọc của ô tô. Cho đến nay, chưa có một nghiên cứu nào
thực hiện một cách đầy đủ việc nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống
truyền lực đến động học dọc của ô tô. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng
của kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô
tô 2 cầu” là cần thiết trong tình hình hiện nay. Việc nghiên cứu động lực học

2
theo phương dọc với các yếu tố kể trên sẽ cung cấp cơ sở ban đầu cho việc
thiết kế ô tô, thiết kế hệ thống truyền lực và là nghiên cứu cần thiết trong tình
hình hiện nay.
Mục tiêu nghiên cứu: mục tiêu của đề tài là phân tích cơ sở lý thuyết
và xây dựng được mô hình nghiên cứu để đánh giá ảnh hưởng của hệ thống
truyền lực đến động lực học dọc của ô tô 2 cầu.
Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu ảnh hưởng của việc bố trí vi sai giữa
các bánh xe và vi sai cầu xe đến động lực học của ô tô
Đối tượng: Ô tô hai cầu
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng, phân tích
và đánh giá ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học dọc của ô tô.
Nội dung nghiên cứu:
Nội dung chính của luận văn như sau:
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu;
Chương 2. Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực
đến động lực học dọc của ô tô;
Chương 3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực
học dọc của ô tô.
Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng mô hình mô phỏng
bằng phần mềm Matlab - Simmulink cho phép nghiên cứu ảnh hưởng của các
phương án bố trí vi sai khác nhau đến động lực học theo phương dọc của ô tô
mà không cần đến mô hình thực. Mô hình có thể áp dụng trong việc nghiên
cứu, lựa chọn phương án và kết cấu hệ thống truyền lực ở giai đoạn thiết kế
ban đầu.
Qua đây cho phép em được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.
Nguyễn Khắc Tuân người hướng dẫn khoa học trực tiếp em trong suốt thời gian
làm luận văn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Kỹ thuật Ô
tô-MĐL, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái Nguyên.

3
Do điều kiện vừa nghiên cứu vừa công tác cũng như hạn chế về mặt
thời gian và kiến thức, chắc chắn luận văn không tránh khỏi sự thiếu sót, rất
mong được sự đóng góp ý bổ sung thêm của quý thầy, cô giáo và các bạn
đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn. !
Thái Nguyên, ngày thángnăm 2018.
HỌC VIÊN
Nguyễn Văn Duy

4
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về động lực học ô tô
Động lực học ô tô là tổng hợp của động lực học phương ngang, động lực
học theo phương thẳng đứng và động lực học phương dọc [1]:

Động lực học dọc/Longitudinal Dynamics



Động lực học phương thẳng đứng/Vertical Dynamics



Động lực học ngang/Lateral Dynamics

Khối thân xe được liên kết với các bánh xe thông qua hệ thống treo và
các cầu xe; động lực học bánh xe được xem như một mô hình con. Khối thân
xe có ba chuyển động tịnh tiến và ba chuyển động quay. Như vậy, động lực
học ô tô là một mô hình tích hợp: động lực học của hệ cơ học nhiều vật, liên
kết đàn hồi, liên kết ma sát, liên kết khớp. Động lực học của ô tô được mô tả
trong hệ cố định G(OXYZ). Nhưng để mô tả các hệ con ta phải xác lập các hệ
cục bộ B(oxyz). Giữa chúng liên hệ với nhau thong qua các ma trận xoay. Về
phương pháp nghiên cứu và thiết lập mô hình động lực học, thuận tiện nhất là
tách cấu trúc theo nguyên lý hệ nhiều vật MBS (MultiBody System).
Trong sơ đồ hình 1.1 [] trình bày cấu trúc hệ động lực học ô tô:
(i) Mô đun chính “XY” là mô hình động lực học ô tô trong mặt phẳng nền
XOY, mô tả chuyển động tịnh tiến phương x, phương ngang y và chuyển động quay
thân xe; thông số đầu vào là các lực/mô mentương tác bánh xe Fxj , Fyj , M zj
mà thông số ra là các đại lượng x, y , ; mx, my , Jz .
(ii) Mô đun “mô hình lốp” xác định lực/mô men tương tác bánh xe Fxj ,
Fyj , M zj . Thông số đầu vào cho mô hình lốp là hệ số trượt dọc và hệ số lệch
bên bánh xe. Để xác định các hệ số trượt dọc ta cần mô đun động lực học
“bánh xe” với thông số ra là vận tốc góc . Các thông số động học bánh xe
“vận tốc dọc, vận tốc ngang xwj , ywj ” được xác định qua ma trận xoay giữa
hai hệ tọa độ cố định và cục bộ.

5
Hình 1.1 Cấu trúc mô hình động lực học ô tô
(iii) Mô đun bánh xe “R” mô tả động lực học (quay) của bánh xe trong
mặt phẳng thẳng đứng.
(iv) Mô đun “Động lực học ô tô phương thẳng đứng z” nhằm xác định các
phản lực Fzj bao gồm các mô đun con: (i) mô đun dao động dọc, (ii) mô đun dao
động ngang, (iii) mô đun dao động ngang cầu xe, (iv) mô đun hệ thống treo.
Trong mô đun bánh xe “lốp” có thông số vào Fzj , vì vậy ta cần thiết lập mô hình
động lực học phương thẳng đứng z. Trong mô đun này có mô đun động lực học
thẳng đứng thân xe dọc và ngang, cầu xe, mô đun “Hệ thống treo”.

6
Hình 1.2 Hệ tọa độ và các thông số động lực học ô tô cơ bản
Trong hình 1.2 xác định hệ toạ độ xe B (Cxyz) với trọng tâm C. Trục x
đi qua C là trục biểu thị hướng chuyển động của ô tô; trục y đi qua C sang trái
của lái xe là hướng chuyển động ngang; trục z chuyển động đi lên vuông góc
với mặt xy theo quy tắc bàn tay phải. Ở đây ta giả thiết đường phẳng, đường
mấp mô sẽ được xét ở phần sau. Góc chỉ hướng lắc ngang quang trục x và
chỉ hướng quay quanh trục z. Ba đại lượng x,y, đặc trưng cho chuyển động
của ô tô. Thân xe có ba chuyển động tịnh tiến x,y,z và 3 chuyển động góc
(lắc ngang), (quay đứng), lắc dọc . Xét tổng quát 6 bậc tự do là rất phức
tạp; chưa tính đến 6 bậc tự do của 4 bánh xe. Vì vậy ta xét động lực học trong
mặt phẳng nền (XY) để thiết lập phương trình chuyển động; các động lực
khác được xét như các mô hình con.
(i) Mô đun động lực học trong mặt phẳng nền “ xy ”: Thông số vào là lực
gió ngang Fw x , Fwy và mô men gió M wx , M wy ; các lực/mô men tương tác
bánh xe Fyij , Fxij , M zij ; Thông số ra cơ bản là x, y , ; mx, my,... sơ đồ cấu
trúc như hình 1.3.

7
Hình 1.3. Mô đun động lực học trong mặt phẳng xy
(ii) Mô đun động lực học bánh xe và mô hình lốp: Mô đun động lực học bánh
xe có thông số vào là M ij , Fz ij , Fxij , thông số ra là ; mô hình lốp có thông
số vào là Fzij , xij , yij ,ij , thông số ra là các lực tương tác bánh xe Fxij , Fyij
,M zij (hình 2.3, trái).
(iii) Mô đun dao động lắc ngang: thông số vào M wy , M wx , FCij , Fkij ; thông số
ra là J x , ; mô đun lắc dọc: thông số vào M wy , M wx , FCij , Fkij ; thông số ra
J y , mz , z , z, , hình 1.4.
Hình 1.4 Mô đun dao động lắc ngang (trái) và lắc dọc (phải)
Hình 1.5 Mô đun động lực học ngang cầu xe và hệ thống treo

8
(iv) Mô hình dao động ngang cầu xe và hệ thống treo: thông số vào hệ
thống treo là chuyển vị và vận tốc chuyển vị cầu xe và chuyển vị, vận tốc
chuyển vị đầu trên hệ thống treo zij ; thông số ra của mô đun này là Fzij, A , A
, A ,A (xem hình 1.5).
1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển động của ô tô
1.2.1. Các lực cản chuyển động
1.2.1.1. Lực cản lăn
Lực cản lăn sinh ra do mô men cản lăn M R Fz ex . Lực cản lăn phụ thuộc
vào rất nhiều yếu tố. Hình 1.6 thể hiện sơ đồ xác định lực cản lăn. Phản lực
đường Fz làm cho lốp biến dạng hướng kính; ngoài ra còn có lực FX , do khung
tác động vào thân bánh xe làm cho tâm áp lực lốp - đường bị đẩy đi một
khoảng ex (hình 1.6).
Hình 1.6 Mô hình động lực học phẳng
Như vậy, có thể thấy lực cản lăn sinh ra là do có sự biến dạng của lốp và
mặt đường, do ma sát ở bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường. Dựa vào hình 1.6,

9
ta xác định lực cản lăn từ mô men cản lăn. Về bản chất, lực cản lăn là đại
lượng dẫn xuất của mô men, quyết định bởi khoảng dịch chuyển e:
Do đó lực cản lăn sẽ là: F M R  F e / r fF (1.1)
R z xd z
rd
Ta gọi f ex là hệ số cản lăn (1.2)
r
d
Hệ số cản lăn f phụ thuộc nhiều tham số, trong đó có thể kể đến là:
- Vận tốc xe (v) như hình 1.7
- Áp suất lốp pi như hình 1.8
- Tải trọng theo phương thẳng đứng, hình 1.9
- Biến dạng của đường như hình 1.10
- Góc lệch bên bánh xe hình 1.11
Hình 1.7 Ảnh hưởng của vận tốc xe đến hệ số cản lăn
Hình 1.8 Ảnh hưởng của áp suất lốp đến hệ số cản lăn

10
Hình 1.9 Ảnh hưởng của phản lực đường đến hệ số cản lăn
Hình 1.10. Ảnh hưởng biến dạng đường đến hệ số cản lăn
Hình 1.11 Sơ đồ xác định lực cản lăn khi góc lệch bên do lực ngang
gây ra
Theo hình 1.11 ta có biểu thức xác định sự phụ thuộc của lực cản lăn với
góc lêch bên: FR ( ) FR cos Fy sin . Ta biết rằng, lực Fy phụ thuộc góc đặt
bánh xe, tải trọng bên do đường nghiêng, lực quán tính ly tâm do quay vòng,
gió ngang. Và trong điều kiện tuyến tính , 50
. Khi đó Fy Cy , C y độ cứng
góc N/rad , do đó FR FR cos Cy sin và với góc bé FR ( ) FR Cy 2
.
Xét trường hợp quay vòng Fmv2
, mv2
, khi đó: F ()F m 2
v4
y
 Cy R
R
Cy2

11
1.2.1.2 Lực cản lên dốc
Lực cản lên dốc Fq gây ra do đường dốc một góc . Fq FGo sin , khi góc bé
thì sin tg q(%) , khi đó Fq FGo q . Độ dốc của đường được quy định
khác nhau do các quốc gia khác nhau và điều kiện vận hành. Sau đây là qmax
tham khảo:
- Đường cao tốc: qmax 46, 5%
- Đường quốc lộ: q  412%
max
- Đường phố huyện: qmax
212% (iii) Lực cản không khí
Fwx
Lực cản không khí phương x có thể được viết dưới dạng: Fwx c X A
2
v2
,
trong đó:
cX Hệ số khí động
A( m2
) Diện tích cản chính diện
( kg / m3
)Mật độ không khí1, 25( kg / m3
)
v(m / s) Vận tốc tuyệt đối của ô tô
v vxe vgio
Lực cản không khí bao gồm 3 yếu tố:
- Lực cản áp lực, gây ra do áp lựcv2
/ 2 và lực cản do khí động học(hình
dạng không phù hợp); hai thành phần này chiếm từ 5090%.
- Lực cản bề mặt ma sát: loại lực cản này do độ nhẵn của vỏ xe, chiếm
khoảng 330% , phụ thuộc chất lượng sơn.
- Lực cản do dòng khí quẩn xe như qua két nước, quạt gió… chiếm
khoảng 211% .
Chú ý rằng với xe tải hệ số khí động khá lớn, do dạng khí động không
phù hợp, Cx 0,8 . Xét ảnh hưởng riêng rẽ của các thành phần này là rất khó
khăn. Khi tính toán ta cho c X , AX theo đồ thị 1.12 (xe con).

12
Hình 1.12 Hệ số khí động Cx [-] và diện tích cản A [--]
Hình 1.13 Hệ số khí động Cwz1[], Cwz 2[ ]
Một điều cần chú ý là khi gió không chính diện, nó có thể gây ra lực cản
không khí phương ngang, chiu xuống gầm xe làm cho tải trọng giữa lốp - đường
thay đổi. Những yếu tố đó có thể gây mất ổn định cho xe và làm giảm khả năng
truyền lực. Lực nâng của không khí được Hucho biểu diễn dưới dạng:
Fwz cwz A
2
v2
. Lực nâng này có thể phân ra cho cầu trước và cầu sau bởi hệ số
cwz 1 , cwz 2 (xem đồ thị 1.13) . Do đó nó gây ra mômen lắc dọc: M wy CMylA
2
v2
,
trong đó: l chiều dài cơ sở, cM hệ số mômen cản không khí. Trong ngành khí
động ô tô, người ta biểu diễn các lực cản và mô men cản chỉ thông qua các hệ
số khí động:
F  C A  v 2
;FC A  v 2
wx x
2 wy y
2
M  C A
 v 2
; M  C A
wx Mx
2 wy My
; F  C A v2
wz z
2 (1.3)
 v 2
v2
;M  C A
2 wz Mz
2

13
Hình 1.14 Tương quan hệ số khí động và diện tích cản của ô tô
Hình 1.15 Tương quan diện tích cản và hệ số khí động của ô tô
1.2.1.3 Lực cản tăng tốc
Lực tăng tốc phân hai phần: tăng tốc tịnh tiến và tăng tốc các khối lượng
quay và được viết dưới dạng:
Fx x ( mo
J A1
r

2
J A2
) , trong đó J A1 , J A2 là mômen quán tính của các chi tiết
d
quay hệ truyền lực quy về bánh xe. Để thu gọn ta viết Fxi mx và đặt
i 1
J
A1 J
A2 . Ta có thể tra các hệ số theo kinh nghiệm dựa vào các sơ
đồ mo rd
2
(1.17, 1.18).

14
Hệ số ảnh hưởng của mô men quán tínhi phụ thuộc chủng loại xe, tỷ số
truyền các tay số. Có thể xác địnhi theo các đồ thị (1.17), (1.18).
Hình 1.16 Sơ đồ hệ truyền lực
Hình 1.17 Hệ sối phụ thuộc tỷ số truyền chung
ig xe con
Hình 1.18 Hệ sối phụ thuộc tỷ số truyền chung ig xe tải

15
1.2.2. Kết cấu của hệ thống truyền lực
1.2.2.1 Các sơ đồ hệ thống truyền lực trên ô tô
a) b)
Hình 1.18. Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô
Hệ thống truyền lực trên ô tô ngày nay chủ yếu sử dụng các phương án sau:
- FF (Động cơ đặt trước – Bánh trước chủ động).
- FR (Động cơ đặt trước – Bánh sau chủ động).
Ngoài xe FF và FR còn có các loại xe 4WD (4 bánh chủ động), RR
(động cơ đặt sau – cầu sau chủ động) hiện nay ít được sử dụng.
a. Bố trí hệ thống truyền lực kiểu FF
Trên xe với động cơ đặt trước cầu trước chủ động. Động cơ, ly hợp,
hộp số, cầu chủ động tạo nên một khối lượng đơn. Mô men động cơ không
truyền đến bánh sau, mà đưa trực tiếp đến các bánh trước.
Bánh trước dẫn động rất có lợi khi xe quay vòng và đường trơn. Do
không có trục các đăng nên gầm xe thấp hơn giúp hạ được trọng tâm của xe,
làm cho xe ổn định khi di chuyển.

16
Hình 1.19. Xe FF với hộp số thường
b. Hệ thống truyền lực kiểu FR
Hình 1.20. Xe FR với hộp số thường
Kiểu bố trí động cơ đặt trước – bánh sau chủ động làm cho động cơ
được làm mát dễ dàng. Tuy nhiên, ở bên trong thân xe không được tiện nghi ở
trung tâm do trục các đăng đi qua nó. Điều này là không tiện nghi nếu gầm xe
ở mức quá thấp.
Kiểu 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:
sin 
Pkd
max ma 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):
a 
P
kd
max
mai
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
2 1
M 2 M 1
W2 W1
M24 if
24 M24
M c
ig M13 if
2
2 1 2 13
2
5 3
M24 if
4 M13 M13 i
f
2 6 2
W4 W3
4
 e
M c 3
M 4 M 3
Me
7
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:
 M
13 M;Iω
M
24
Iω i
f
i
f
 M
2
 1 1 2 1 2 2 2

M
13 M
24

 M3;I4ω4
I3ω3 2 i f 2 i f M 4
 ω
13 ω
24 ω1ω3


ω i ;ω  i
f
(2.1)
 e g 2 13 2

ω2ω4

ω i ;I ω h M  M
 24 f 2 e e th e c

M c Mc

I ω i  M ;I ω i  M
24
2
 13 13 h 2 13 24 24 h


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:
Vận tốc ô tô, Vx
Lực cản
không khí Pw
Pj+m.gsin
Px1 Pf1
Hình 2.3 - Lực cản chuyển động theo phương dọc của ô tô
Công thức xác định các lực cản
Pj.m.Vx
Pf m. f
Pw
1
2 CdAVxVw2
sgnVxVw
Trong đó:
m - khối lượng của ô tô
Vx - vận tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô
a Vx - 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
2 1
M 2 M 1
W2
M13
W1
if
2
1
2
13
3
M13 M13 i
6 2 f
W4 W3
4
 e
3
M 4 M 3
Me
7
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:

M

I ω  13 i
f
M ;I ωM
2
 1 1 2 1 2 2

M



I ω  13
i
f
M ;I ωM
4
(2.2)
 3 3 2 3 4 4

ω ω M

ω i i 13
;I ω  h M
e
 13
f i
 e g 2 e e th
g


Hệ (2.2) nói trên có thể giải bằng nhiều phương pháp khác nhau.
Một cách tương tự ta có thể xây dựng mô hình toán học hệ thống truyền
lực ô tô 2 cầu với cầu sau chủ động. Giải các mô hình toán học (2.1) và (2.2) này
nhờ sự trợ giúp của phần mềm chuyên dùng cho phép ta xác định được mô

34
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…
2.2.2. Giải hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống
Để giải hệ phương trình (2.1), (2.2) mô tả ảnh hưởng của hệ thống
truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô có thể dùng nhiều phần
mềm hỗ trợ khác nhau. Khi giải các hệ này bằng phần mềm Matlab, ta viết lại
hệ dưới dạng như sau:
Đối với hệ (2.2) ta viết dưới dạng:
a11x1 a12 x2 a13 x3 a14 x4 a15 x5 a16 x6 b1
a 21
x a
22
x
2
 a x a
24
x
4
 a x a
26
x b
 1 23 3 25 5 6 2
a31x1 a32 x2 a33 x3 a34 x4 a35 x5 a36 x6 b3

a 41
x a 42
x 2
 a x a44
x 4
 a x a 46
x b
 1 43 3 45 5 6 4
a x a x
2
 a x a x
4
 a x a x b
 51 1 52 53 3 54 55 5 56 6 5
a
61
x a
62
x
2
 a
63
x a
64
x
4
 a
65
x a
66
x b
 1 3 5 6 6
Hoặc viết dưới dạng ma trận:
A1.x1=b1 (2.3)
Trong đó:
x11; x22 ; x33 ; x44 ; x5e ; x6 M13


I
1


0

0

A10



i f ig
 2

0 0 0 0 
i f


2 
I2 0 0 0 0 
i
f

0 I3 0 0  
2
0 0 I4 0 0


i
f
i
g
0 0 1 0


2 
1
0 0 0
I
e


ig 
Ma trận x1 và b1 có dạng

35
1 
 


2 

3

x1  ;


4 
 


e 

M

 13
 M1 
 M
3

 
b 0 
1 
0

 
h M
e

th 
Tương tự, đối với ô tô dẫn động 4 bánh 4WD ta cũng viết lại hệ (2.1)
dưới dạng ma trận:
A2.x2=b2, (2.4)
với các biến x ta có:
x11; x22 ; x33; x44 ; x513; x624 ; x7e ;
x8 M13; x9 M24 ; x10 Mc
Trong đó, ma trận A2 có dạng:

0
if


I
1 00 0 0 0 0 0 
2
 
i
f

0


0
I2 00 0 0 0 0
2
 
i f

0


0
0 I3 0 0 0 0 0
2
 
i f
0 0 0
I
4 0 0 0 0 0
 2 

i f ig i f ig


0 0 0 0 1 0 0 0 
A2 2 2 

i f ig i f ig

 0 010 0 0 0 0 
2
 2 
 i
f
i
g
i
f
i
g

0 0 0 1 0 0 0 0 
2 2
 

0 00 0 0 0 Ie 0 0 1
 
0 0 0 0 I 0 0 1 0  ig
 
2
13
 
ig



0 00 0 0 I
24 0 0 1 
2
 

36
1 
 


2 
3 
 


4 
x2
 
Ma trận x2 và b2 có dạng: 13 ;
24 
 


e
;

M13 
 

M
24 
 

M
c 
 M1 

M
2

 
 M3 
 

 M
4 
b
 0 
 
2 0 
0 
 
hth M e

0

 
0 
 
Các kết quả thu được khi giải các phương trình (2.3) và (2.4) bằng phần
mềm Matlab là tốc độ góc và mô men trên các khâu thành phần của hệ thống
truyền lực. Dựa vào các thông số này giúp ta có thể nghiên cứu ảnh hưởng
của phương án bố trí hệ thống truyền lực đến các thông số động lực học theo
phương dọc của ô tô. Tuy nhiên, để mô phỏng một cách chi tiết ảnh hưởng
của kết cấu của hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô
tô thì việc xây dựng hệ phương trình mô phỏng hệ sẽ phức tạp và tốn thời gian
hơn rất nhiều.
2.3. Giới thiệu một số phần mềm mô phỏng
Ngày nay, có khá nhiều phần mềm chuyên dụng có thể sử dụng cho
việc nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học ô tô như
Matlab-Simulink với công cụ Simscape, AVL-Cruise, Modelica, Carsim…
Đặc điểm của các phần mềm này là hỗ trợ tùy biến với các khối thư viện các
phần tử đa dạng có sẵn đồng thời cho phép người sử dụng xây dựng thêm các
khối chức năng người dùng để đưa vào mô hình mô phỏng. Về bản chất các
phần tử cơ bản trong thư viện này được xây dựng sẵn tương ứng với một mô
hình toán học mô phỏng hoạt động của phần tử. Vì vậy, khi sử dụng các thư
viện phần tử có sẵn trong phần mềm giúp người dùng đơn giản hóa rất nhiều
việc xây dựng mô hình toán học.

37
2.3.1. Phần mềm Modelica
a)
b)
Hình 2.5 - Giao diện (a) và thư viện các khối chức năng dùng cho mô
phỏng hệ thống truyền lực ô tô trong phần mềm Modelica

38
2.3.2 Phần mềm AVL-Cruise
Các tính năng chính của phần mềm AVL-Cruise thể hiện cụ thể như:
Phần mềm có thể dùng xây dựng mô hình các hệ thống truyền lực phức tạp, kết
hợp sử dụng các mô hình với mô-đun khác nhau, xác định được mức tiêu thụ
nhiên liệu xe, khả năng leo dốc, lực kéo, gia tốc, tốc độ, tăng tốc giảm tốc, lực
phanh và có thể nhanh chóng xây dựng một chiếc xe điện thuần túy hoặc các
mô hình xe hybrid và thông qua MATLAB, thiết kế được chiến lược xe, thuận
tiện cho các chế độ truyền tải (AT, AMT, DCT, CTV...). Đồng thời, mô phỏng
hệ thống xe theo thời gian thực, mô phỏng theo yêu cầu, hệ thống truyền động,
ECU và có thể tìm và phát hiện lỗi giúp nâng cao hiệu quả quá trình mô phỏng
Hình 2.6 - Mô phỏng xe dẫn động 4 bánh trên AVL-Cruise
Phần mềm AVL-Cruise được sử dụng chủ yếu cho việc tính toán và tối ưu
như: Tiêu thụ nhiên liệu và khí thải, khả năng vận hành; tính toán tỉ số truyền,
hiệu suất phanh, tải trọng tập trung khi tính toán ứng suất, rung động gây ra. Các
mô-đun của phần mềm AVL- Cruise cho phép có thể mô phỏng tất cả các mẫu
xe hiện tại và tương lai. Hơn nữa, phần mềm AVL-Cruise có thể kết hợp để
nghiên cứu khả năng vận hành, mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải

39
của xe trong các điều kiện khác nhau như: Tăng tốc, tốc độ tối đa, khả năng leo
dốc.
2.3.3 Phần mềm Matlab - Simulink
Phần mềm Matlab là viết tắt của Matrix Laboratory là một phần mềm
khoa học được thiết kế để cung cấp việc tính toán số và hiển thị đồ họa bằng
ngôn ngữ lập trình cấp cao. MATLAB cung cấp các tính năng tương tác tuyệt
vời cho phép người sử dụng thao tác dữ liệu linh hoạt dưới dạng mảng ma
trận để tính toán và quan sát. Các dữ liệu vào của MATLAB có thể được nhập
từ "Command line" hoặc từ "mfiles", trong đó tập lệnh được cho trước bởi
MATLAB. MATLAB cung cấp cho người dùng các toolbox tiêu chuẩn tùy
chọn. Người dùng cũng có thể tạo ra các hộp công cụ riêng của mình gồm các
"mfiles" được viết cho các ứng dụng cụ thể.
2.3.3.1. Công cụ Simulink
Simulink là một công cụ trong Matlab dùng để mô hình, mô phỏng và
phân tích các hệ thống động với môi trường giao diện sử dụng bằng đồ họa.
Việc xây dựng mô hình được đơn giản hóa bằng các hoạt động nhấp chuột và
kéo thả. Simulink bao gồm một bộ thư viện khối với các hộp công cụ toàn diện
cho cả việc phân tích tuyến tính và phi tuyến. Simulink là một phần quan trọng
của Matlab và có thể dễ dàng chuyển đổi qua lại trong quá trình phân tích, và
vì vậy người dùng có thể tận dụng được ưu thế của cả hai môi trường

40
Hình 2.7 Giao diện làm việc trên Simulink
Trong đó có công cụ Simscape là một hệ thống mô phỏng về mô hình ô
tô có giao diện và cái khối chức năng tùy chỉnh rất thích hợp cho người dùng.
Hình 2.8 Các khối ứng dụng trong Simmulink simscape
Trong đó có các khối chức năng để tạo lên một mô hình toàn xe như:

41
- Simdriveline: hệ thống phanh, ly hợp, hệ thống lái, động cơ, cảm biến,
lốp
- Simlectronnics: sửa dụng các khối điện tử để tạo lên một hệ thống can
thiệp bằng điện tử cho các cơ cấu của xe
- Simhydraulic: môi trường tập hợp van của hệ thống thủy lực và khí nén
và bơm điều khiển
- SimMechannics: môi trường hệ thống các khâu và bánh răng chuyển
động với nhau
Ngoài ra, còn rất nhiều hệ thống khác phụ giúp để tạo một mô hình
chuyển động ô tô hoàn chỉnh.
Torque (Nm) Speed (rad/s)
Engine
Impeller T orque
Converter
map
5 40;15 100;40 10;
Throttle
schedule
Speed (rad/s)
Torque (Nm) Turbine connect #1
Turbine connect #2
T urbine
Shift points
Shift_logic
Gear Down_threshold
Throttle Up_threshold
ev ()
down_threshold
gear
up_threshold
v ehicle_speed
compute_thresholds
Tbrk
Gear
Kph Step
Output shaf t Output shaf t Turbine connect#2
Final drive and vehicle Turbine connect#1
Gearbox
[Torque24]
Torque
[TorqueUD]
Torque
[Slip24]
Slip
[SlipUD]
Slip
[Speed]
Clutch24 Speed(KPH) ClutchUD
[Gear]
Gear
[Torque34]
Torque Vehicle [TorqueLow]
[Slip34] Torque
Slip [SlipLow]
Slip
Clutch34
Automobile Transmission ClutchLow

42
Damper1 Damper2
ToShaf t ToShaf t
[Brake] Workspace
Variables
Scopes
[Clutch] CR-CR ClutchModes BrakePressure
vDriver 4-speed
P Clutch Modes BrakeMode
P M
In Out
T orque B F
Driver
Brake
Inertia1
Inertia2 Env Housing
Clutch
CR-CR 4-Speed Transmission vDriven
Driv en Shaf t
v
Clutch
w ith Smoothed Clutch Pressures Clutches
The clutch control is programmed to Motion Sensor2
step through the four forward CR-CR Brake Brake
gear ratios, switch to neutral,
then apply the brake clutch. Clutch Control
Workspace variables defined.
Hình 2.9 - Mô hình hệ thống truyền lực ô tô trong
Simdriveline 2.3.3.2 Một số khối chức năng trong Simscape
Một số khối chức năng của Simscape sử dụng cho mô phỏng hệ thống
truyền lực và ô tô
- Khối động cơ:
Trong Simulink cung cấp sẵn khối Generic dùng cho mô phỏng động cơ
đốt trong sử dụng nhiên liệu xăng và Diesel, Khối động cơ gồm có cửa vào T
tương ứng với mức độ mở bướm ga động cơ, cửa B ứng với trục khuỷu và F
ứng với khối xilanh động cơ, cửa là tín hiệu công suất ra, FC là cửa cung cấp
tín hiệu mức tiêu thụ nhiên liệu
Hình 2.10 - Bảng nhập thông số đầu vào động cơ

43
Các thông số kỹ thuật của khối động cơ: loại động cơ, công suất cực đại,
tốc độ vòng quay ở công suất tối đa, tốc độ tối đa, tốc độ chạy không tải.
- Khối biến mô men thủy lực
Hình 2.11 - Khối biến mô thủy lực và bảng nhập thông số kỹ thuật của
biến mô
Khối biến mô thủy lực có 2 tín hiện, cửa vào là I ứng vơ trục bánh bơm
và cửa ra T ứng với bánh tuabin biến mô. Thông số kỹ thuật của biến mô
được đưa vào là ma trận tỉ số truyền tốc độ i, ma trận tỉ số truyền mô men và
hiệu suất.
- Khối hộp số
Hình 2.12 - Khối hộp số

44
Khối hộp số có 2 cửa tín hiệu, cửa vào F và cửa ra B. Thông số đưa vào
mô hình là tỉ số truyền, tổn thất ma sát nhớt.
- Khối vi sai
a) b)
Hình 2.13 - Khối vi sai và các phần tử của khối vi sai bánh răng côn
Hình 2.14 - Bảng nhập thông số đầu vào vi sai
- Khối mô hình lốp xe

45
Hình 2.15- Khối mô hình lốp
Các thông số đầu vào cho mô hình lốp xe gồm: tải trọng tiêu chuẩn theo
phương thẳng đứng, lực tiếp tuyến cho phép ứng với tải trọng tiêu chuẩn, độ
trượt ứng với tải trọng tiêu chuẩn, bán kính lăn của lốp…
rw Bán kính bánh xe
Vx - vận tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô
U - biến dạng theo chiều dọc của lốp
Ω Vận tốc góc bánh xe
Ω ′ Vận tốc góc điểm tiếp xúc = Ω nếu u = 0
Fz - Lực tác dụng lên lốp xe theo phương thẳng đứng
Fx - Lực tiếp tuyến tác dụng lên lốp tại điểm tiếp xúc.
- Các khối chức năng người dùng:
Ngoài các khối phần tử được cung cấp sẵn trong thư viện của Simulink
Simscape, người dùng cũng có thể xây dựng thêm các khối chức năng phù
hợp với mục tiêu bài toán. Các khối này được xây dựng trên cơ sở hệ phương
trình vi phân mô tả hoạt động của phần tử cần đưa vào mô hình.
Dưới đây là minh hóa xây dựng phần tử khối thân xe
Cơ sở để xây dựng mô hình thân xe được trình bày trên hình 2.16

46
Pz1
Px1
Pz2
Px2
Hình 2.16 - Cơ sở lý thuyết của khối mô hình thân xe
Đối với mô hình khối thân xe trên hình 2.16. Hệ phương trình vi phân
mô tả chuyển động của khối có dạng:
mVx Px Pw m.g.sin
Px nPxt Pxs
Pw
1
2 CdAVxVw2
sgnVxVw
Lực pháp tuyến tác dụng lên cầu trước và cầu sau:
Pz1hPw mg sinmVx b.mg
cos n(a b)
P  hPw mg sin mVx a.mg cos
z 2 n(a b)
P  P mg
cos

z1 z 2 n
Để xác định được các thông số động học và động lực học khối thân xe cần
biết các thông số sau:
g: gia tốc trọng trường
β: Góc nghiêng của đường
m: Khối lượng xe
h: Chiều cao trọng tâm của ô tô
a, b: Khoảng cách từ cầu trước và cầu sau đến trọng tâm
Vx : Vận tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô

47
Vw : tốc độ gió
n: Số bánh xe trên mỗi cầu xe
Pxt, Pxs phản lực từ đường tác dụng lên mỗi bánh xe theo phương tiếp tuyến
Pz1, Pz2: Lực pháp tuyến tác dụng trên mỗi bánh xe tại các điểm tiếp xúc mặt
đường
A: Diện tích cản chính diện
Cd: Hệ số cản khí động học
ρ: Mật độ không khí
Pw: lực cản không khí
Sau khi xác định các thông số của khối thân xe, ta sử dụng Subsystem
để đơn giản hóa khối này, gồm các tín hiệu vào: H - liên kết với bánh xe; β -
góc dốc của đường Vw - vận tốc của gió; các tín hiệu ra gồm: NR,NF - các
lực pháp tuyến của ô tô tác dụng lên mặt đường tương ứng với vị trí bánh xe
cầu trước và cầu sau; V - vận tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô. Mô hình
khối thân xe hoàn chỉnh được trình bày trên hình 2.17.
Hình 2.17 - Khối mô hình thân xe
Hình 2.18- Mô hình nghiên cứu động lực học ô tô 4x2 cầu trước chủ động

48
Dựa trên các khối chức năng ta có thể ghép nối để tạo thành các mô hình
hệ thống truyền lực khác nhau dùng cho nghiên cứu động học và động lực học
ô tô. Trên hình là sơ đồ dùng cho nghiên cứu động lực học của ô tô với hệ
thống truyền lực 4x2, cầu trước chủ động.
2.4. Kết luận chương 2
Từ các nghiên cứu trong chương 2, ta có thể rút ra một số kết luận sau:
- Để nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống truyền lực đến động lực học ô
tô có thể sử dụng phương pháp nghiên cứu thực nghiệm hoặc nghiên cứu
thông qua mô phỏng lý thuyết.
- Ngày nay, có thể sử dụng nhiều phần mềm khác nhau như Modelica,
AVL-Cruise, Simulink simcape… để mô phỏng tính toán ảnh hưởng của hệ
thống truyền lực đến tính năng động học và động lực học của ô tô.
- Phần mềm Matlab -Simulink với công cụ Simscape có ưu điểm là cung
cấp một thư viện lớn các phần tử của hệ thống truyền lực và ô tô đồng thời cho
phép người dùng xây dựng thêm các phần tử một cách linh hoạt để đưa vào sơ đồ
mô phỏng. Việc sử dụng kết hợp các phần tử có sẵn trong thư viện của Simulink
Simscape với phần tử người dùng làm cho việc mô phỏng rất trực quan và đơn
giản hóa quá trình mô phỏng do không phải xây dựng nhiều mô hình toán học
mô tả hệ con trong hệ. Do đó, trong luận văn này tác giả lựa chọn phương pháp
kết hợp việc mô phỏng hệ thống truyền lực thông qua thiết lập hệ phương trình
vi phân với việc sử dụng công cụ Simulink Simscape để nghiên cứu ảnh hưởng
của hệ thống truyền lực đến động lực học phương dọc của ô tô.

49
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC ĐẾN
ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG DỌC CỦA Ô TÔ BẰNG CÔNG
CỤ SIMULINK SIMSCAPE

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

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô 2 cầu.doc

Similar to Nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống truyền lực đến động lực học theo phương dọc của ô tô 2 cầu.doc (18)

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍

More from Dịch vụ viết thuê đề tài trọn gói ☎☎☎ Liên hệ ZALO/TELE: 0973.287.149 👍👍 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

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