Phân tích động lực học xe máy 03 bánh theo phương ngang và phương đứng bằng mô hình động lực học phẳng một dãy & động lực học theo phương đứng 3D

Bài viết tiến hành nghiên cứu cải tiến thiết kế, mô hình tính toán động lực học phẳng một dãy có 03 bậc tự do (03-DOF) & mô hình động lực học theo phương thẳng đứng có 06 bậc tự do(06-DOF) được sử dụng. Các thông số sử dụng trong tính toán được xác định dựa trên thiết kế sẵn có từ mô hình chế tạo thực tế thông qua việc kết hợp giữa đo đạc thực nghiệm và phương pháp tính toán lý thuyết theo kinh nghiệm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích động lực học xe máy 03 bánh theo phương ngang và phương đứng bằng mô hình động lực học phẳng một dãy & động lực học theo phương đứng 3DTAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K7- 2015Phân tích động lực học xe máy 03 bánhtheo phương ngang và phương đứngbằng mô hình động lực học phẳng mộtdãy & động lực học theo phương đứng3DTrần Hữu NhânTrần Quang LâmTrần ĐứcNguyễn Đình HùngBộ môn Kỹ thuật Ôtô-Máy động lực, Khoa Kỹ thuật Giao thông, Trường ĐH Bách khoa,ĐHQG-HCM(Bài nhận ngày 13 tháng 7 năm 2015, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 16 tháng 10 năm 2015)TÓM TẮTĐể có thể phân tích các tính năng độnglực học một cách tổng thể và trọn vẹn hơntheo cả phương ngang và phương thẳngđứng cho xe máy 03 bánh được thiết kế vàchế tạo bởi cùng nhóm tác giả làm cở sởtham khảo tiến hành cải tiến thiết kế, mô hìnhtính toán động lực học phẳng một dãy có 03bậc tự do (03-DOF) & mô hình động lực họctheo phương thẳng đứng có 06 bậc tự do(06-DOF) được sử dụng. Các thông số sửdụng trong tính toán được xác định dựa trênthiết kế sẵn có từ mô hình chế tạo thực tếthông qua việc kết hợp giữa đo đạc thựcnghiệm và phương pháp tính toán lý thuyếttheo kinh nghiệm. Các thông số động lực họctheo phương ngang làm cơ sở đánh giá ổnđịnh chuyển động khi vào cua hay quay vòngcủa xe máy 03 bánh. Ngoài ra, các thông sốđộng lực học theo phương thẳng đứng cũngđược phân tích theo miền tần số giúp làm cơsở cải tiến thiết kế có tính năng chuyển độngêm dịu và an toàn hơn.Từ khóa: động lực học phẳng một dãy, động lực học theo phương đứng, xe máy 03 bánh1. GIỚI THIỆUDo điều kiện kinh tế & xã hội của nước tahiện nay, có nhiều xe máy được thiết kế cải tạothành xe máy 03 bánh. Đã có nhiều đề tài nghiêncứu thiết kế chế tạo xe máy 03 bánh được thựchiện, đồng thời nhiều cơ sở, công ty,… cũng tiếnhành sản xuất, thương mại hóa dòng sản phẩmnày. Tuy nhiên các cơ sở phân tích tính năngđộng lực học chuyển động của xe máy 03 bánhcòn rất nhiều hạn chế.Trang 77SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT, Vol 18, No.K7- 2015Nghiên cứu được thực hiện dựa trên thôngsố xác định trên mô hình đã được chế tạo sẵn, kếthợp với mô hình tính toán mô phỏng động lực họctheo phương ngang (03-DOF), [1] và không gian(06-DOF).vf,r: vectơ vận tốc bánh xe trước, sau.δ: góc lái bánh xe dẫn hướng (bánh xe trước)βf: góc lệch ngang vectơ vận tốc của bánh xedẫn hướng, vf so với trục xβ: góc lệch ngang vectơ vận tốc của xe, v sovới trục x2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1 Mô hình động lực học phẳng một dãy(dạng 2 bánh)αf = δ - βf: góc trượt ngang của bánh xe dẫnhướng.Để thực hiện tính toán các thông số động lựchọc theo phương ngang của xe, hay các tính năngđộng lực học chuyển động của xe khi quay vòng(vào cua), mô hình động lực học phẳng một dãydạng 02 bánh, [1] được sử dụng và thể hiện nhưHình 1(a).Trong đó:Ở đây toàn xe được xem là vật rắn có khốilượng là m, có hệ trục tọa độ đặt tại trọng tâm C.Phương trình vi phân mô tả động lực họcchuyển động theo phương ngang, với góc lái δ(t)là thông số đầu vào, được dùng để tính toán cácđáp ứng theo thời gian cho các thông số về vậntốc tịnh tiến theo phương y và vận tốc quay quanhC: vị trí trọng tâm xetrục Oz của xe:l: chiều dài cơ sởdưới dạng tổng quát như sau [1]:R: bán kính quay vòngvy  vy (t);r  r(t) được viếtqa1,2: khoảng cách từ trọng tâm xe đến tâmcầu trước, sau.r: vận tốc góc của xe tại CX= [A] q + u(2.1)Trong đó: các ma trận hệ số [A], q, u đượctrình bày cụ thể ở Phụ lục I.2.2 Mô hình động lực học theo phương đứng3DMô hình động lực học không gian thể hiệnnhư Hình 1(b). Mô hình có 6 bậc tự do (06-DOF),với các khối lượng liên kết với nhau bằng các bộphận đàn hồi, giảm chấn, Trong đó:a2xm, Ix , Iyb2x2y2c2k2m2kt2a1k3m3c3kt3Gx3y3b1c1k1m1kt1(a)x1y1(b)Hình 1. Mô hình động lực học phẳng một dãy (dạng 2 bánh) (a) và theo phương đứng (6DOF) trong không gian (b)Trang 78TAÏP CHÍ PHAÙT TRIEÅN KH&CN, TAÄP 18, SOÁ K7- 2015Trong đó:m: khối lượng phần được treo.m_1,2,3,: khối lượng phần không được treotrước trái, trước phải và sau.I_x,y: momen quán tính khối lượng của phầnđược treo quanh trục Ox, Oy.a1,2; b1,2: tọa độ trọng tâm phần được treo.k_t1,t2,t3: độ cứng đàn hồi lần lượt của lốp xetrước trái, trước phải và sau.k_1,2,3: độ cứng bộ phận đàn hồic_1,2,3: hệ số giảm chấny_1,2,3: thông số thể hiện biên dạng mấp mômặt đường tại vị trí tiếp xúc với lốp xe tương ứng., θ: góc xoay quanh trục Ox, Oy của phầnđược treo.x: tọa độ phần được treo theo phương z.x_1,2,3: tọa độ bánh xe tương ứng theo phươngz.Phương trình vi phân tổng quát mô tả độnglực học theo mô hình Hình 1(b) được xây dựngdựa trên phương pháp Lagrange và viết dướidạng tổng quát như ở phương trình (2.2).[ m]x  [c] x  [ k ] x  F(2.2)Các ma trận khối lượng [m], hệ số giảm chấn[c], hệ số độ cứng [k], và ngoại lực tác dụng [F],vectơ chuyển vị x (với 06 thành phần tương ứ ...