Ứng dụng LabVIEW Control and Simulation nghiên cứu ổn định quay vòng ô tô du lịch

Nội dung text: Ứng dụng LabVIEW Control and Simulation nghiên cứu ổn định quay vòng ô tô du lịch

1. ỨNG DỤNG LABVIEW CONTROL AND SIMULATIONNGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH QUAY VÒNG Ô TÔ DU LỊCH Kỹ sư: Tôn Thất Hiểu Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh (ĐT: 01697.31.30.34; Email: tonthathieuckd2004@gmail.com) ABSTRACT Stability in automobile’s rotary motion is the ability to hold the motion’s orbit according to the driver’s control in the different motional conditions. This stability depends on varied factors. The studying of the influence of these factors on the motion’s orbit through experimentsrequires a massive investment in laboratory equipment, time, and manpower. In thisarticle,by means of using the researching method of simulating the template of automobile’s rotary motion,demonstrating the motion’s orbitwith the mathematical differential equations, and applying LabVIEW Control and Simulation in order to solve the differential equations demonstrating the motion’s orbit, the researcher has determinated, examined, analyzedeach individual affecting the rotational stability. This is the leading objective of thisarticle. I. GIỚI THIỆU Tính ổn định chuyển động quay vòng của ô tô là khả năng giữ được quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu của người lái trong những điều kiện chuyển động khác nhau, tính ổn định quay vòng của ô tô phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố tới quỹ đạo quay vòng bằng thí nghiệm đòi hỏi sự đầu tư lớn vềthiết bị thí nghiệm, thời gian, con người, Trong bài báo này, bằng cách sử dụng phương pháp nghiên cứu tái tạo mô hình quay vòng ô tô, mô tả quỹ đạo quay vòng bằng phương trình vi phân toán học vàsử dụng công cụ LabVIEW Control and Simulation để biểu diễn từ đó xác định, kiểm tra, phân tích từng yếu tố riêng lẻ tác động đến ổn định quay vòng. Đây cũng chính là nội dung chính của bài báo này. II. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1. Mô hình quay vòng ô tô khảo sát Hình 3.5. Mô hình động lực học phẳng một vết 1
2. Từ phương trình cân bằng lực và mô men ta sẽ rút ra góc lệch hướng chuyển động β và góc xoay thân xe ψ: Ta có hệ phương trình quỹ đạo quay vòng của xe: x = vcosψ − vβsinψ dt (1.4) y = vβcosψ + vsinψ dt (1.5) Thay 훽, 휓 vào hệ phương trình quỹ đạo (1.4) và (1.5) ta sẽ có được phương trình quỹ đạo của mô hình khảo sát. Ứng dụng công cụ LabVIEW Control and Simulation giải hệ phương trình vi phân, kết quả đầu vào là các yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo quay vòng của xe và yếu tố đầu ra là quỹ đạo của ô tô. Từ đó ta có thể nhập từng yếu tố vào chương trình để phân tích từng yếu tố riêng lẻ ảnh hưởng đến quỹ đạo quay vòng 2. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo quay vòng a. Sự gia tốc của ô tô khi quay vòng Ta xét trạng thái quay vòng không ổn định với gia tốc thay đổi và bán kính quay vòng cố định. Khảo sát góc xoay bánh xe dẫn hướng delta (훿 = 0,2 ), sẽ tính được bán kính quay vòng lý thuyết푅 = 퐿 .Với gia tốc tăng dần 2m/s2, 3m/s2, 4m/s2, 5m/s2, ta lần lượt nhận được kết quả 푡 훿 như hình (5.5), (5.6), (5.7), (5.8). Hình 5.5. Quay vòng không ổn định với gia tốc bằng 2m/s2 Hình 5.6. Quay vòng không ổn định với gia tốc bằng 3m/s2 2
3. Hình 5.7. Quay vòng không ổn định với gia tốc bằng 4m/s2 Ta nhận thấy ô tô càng tăng tốc độ khi quay vòng thì quỹ đạo quay vòng của xe sẽ càng lệch so với quỹ đạo lý thuyết. Ngược lại khi ô tô quay vòng tốc độ xe thấp quỹ đạo quay vòng của xe sẽ gần với quỹ đạo lý thuyết hơn. Điều đó xảy ra do khi tăng gia tốc lực quán tính của xe sẽ tăng lên với gia tốc dương ô tô sẽ có xu hướng lao thẳng lên phía trước (tiếp tuyến với quỹ đạo) chính điều này làm cho xe lệch quỹ đạo quay vòng và đường quỹ đạo sẽ thẳng ra hơn so với đường quỹ đạo với gia tốc thấp. b. Độ cứng của lốp Ta lần lượt xét ảnh hưởng của độ cứng lốp xe tới quỹ đạo quay vòng trong ba trường hợp: Độ cứng lốp xe cầu trước và cầu sau bằng nhau Độ cứng lốp xe cầu sau lớn hơn cầu trước Độ cứng lốp xe cầu sau nhỏ hơn độ cứng lốp xe cầu trước Nạp vào chương trình với các thông số như hình (5.9) với độ cứng bánh xe cầu trước và cầu sau bằng nhau Hình 5.9. Quỹ đạo quay vòng khi cho độ cứng Car = Caf Nạp vào chương trình thông số như hình (5.10) với độ cứng bánh xe cầu sau lớn hơn độ cứng bánh xe cầu trước. 3
4. Hình 5.10. Quỹ đạo quay vòng khi cho độ cứng Car > Caf Nạp vào chương trình thông số như hình (5.11) với độ cứng bánh xe cầu sau nhỏ hơn độ cứng bánh xe cầu trước. Hình 5.11. Quỹ đạo quay vòng khi cho độ cứng Car 훼 ). Điều này làm tăng tính năng quay vòng thừa và bán kính quay vòng giảm xuống. Ngược lại khi độ cứng bánh xe cầu trước Cαf giảm xuống bé hơn độ cứng bánh xe cầu sau Cαr sẽ làm góc trượt cầu trước 훼1tăng lên lớn hơn góc trượt bánh xe cầu sau 훼 (훼 < 훼 ). Điều này làm tăng tính năng quay vòng thiếu và bánh kính quay vòng tăng lên. c. Hệ số bám dọc Ta lần lượt thử ô tô chạy trên các đường khác nhau bằng cách cho hệ số bám dọc 휑 thay đổi. Với 휑 =0,2 và nhập các thông số khác của ô tô như hình (5.12), chạy chương trình ta sẽ nhận được kết quả hình (5.12). Hình 5.12. Quỹ đạo chuyển động với 휑 = 0,2 4
5. Tăng dần hệ số bám 휑 , với 휑 = 0,4. Vẫn giữ các thông số khác như cũ, chạy chương trình ta sẽ nhận được kết quả hình (5.13). Hình 5.13. Quỹ đạo chuyển động với 휑 = 0,4 Tăng dần hệ số bám 휑 , với 휑 = 0,6. Vẫn giữ các thông số khác như cũ, chạy chương trình ta được phương trình quỹ đạo như hình (5.14). Hình 5.14. Quỹ đạo chuyển động với 휑 = 0,6 Khi giữ nguyên các thông số của xe, cho hệ số bám dọc 휑 (phi) thay đổi ứng với mỗi giá trị của hệ số bám dọc sẽ cho ta đường biểu diễn quỹ đạo quay vòng của xe. Nhìn vào các đường quỹ đạo ta nhận thấy hệ số bám dọc có ảnh hưởng đến ổn định quay vòng của ô tô, tăng dần hệ số bám dọc ta nhận thấy bán kính quay vòng giảm dần, gần với cong quay vòng lý thuyết hơn. d. Cầu chủ động. Xét ảnh hưởng của cầu chủ động đến ổn định quay vòng của ô tô bằng cách thay đổi hệ số ảnh hưởng của cầu chủ động k. Với ô tô cầu trước chủ động giá trị của k1 = 0,6, k2 = 0,15 và các thông số khác của ô tô như hình (5.17), chạy chương trình ta sẽ nhận được kết quả hình (5.17). Hình 5.16. Thông số đầu vào và quỹ đạo ô tô cầu trước chủ động 5
6. Với ô tô cầu sau chủ động giá trị của k = 0,15, k2 = 0,6 và các thông số khác của ô tô như hình (5.18), chạy chương trình ta sẽ nhận được kết quả hình (5.18). Hình 5.17. Thông số đầu vào và quỹ đạo ô tô cầu sau chủ động So sánh bán kính quay vòng ở hình (5.16) và (5.17) ta nhận thấy cầu trước chủ động sẽ cho bán kính quay vòng bé hơn cầu sau chủ động do đó cầu chủ động có ảnh hưởng đến tính chất quay vòng của ô tô. Xe cầu trước chủ động xe có xu hướng quay vòng thiếu so với xe cầu sau chủ động. IV. KẾT LUẬN Các nội dung nghiên cứu phân tích lý thuyết ổn định quỹ đạo quay vòng của ô tô du lịch theo hướng mô hình hóa, ứng dụng công cụ LabVIEW Control Design and Simulation để mô phỏng số trên máy tính sẽ giúp tiết kiệm được thời gian, cho kết quả tin cậy và giảm giá thành nghiên cứu rất lớn so với việc tiến hành thí nghiệm, kết quả đạt được khi chạy chương trình mô phỏng có thể làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở cải tạo nâng cấp, thiết kế kiểm tra đánh giá chất lượng của quỹ đạo chuyển động đảm bảo cho vấn đề an toàn giao thông. V. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TS. Lâm Mai Long, Giáo trình cơ học chuyển động của ô tô, ĐH SPKT TPHCM – 2001. 2. GS.TSKH. Nguyễn Hữu Cẩn (chủ biên), Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội – 2003. 3. GS.TS Nguyễn Khắc Trai, Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô, NXB Giao thông vận tải – 1997. 4. Trịnh Đức Tài, Phương trình vi phân, ĐH Đà Lạt – 2008. 5. Nguyễn Hữu Cẩn – Phạm Hữu Nam, Thí nghiệm ôtô, NXB Khoa học và kỹ thuật – 2004. 6. Reza N. Jazar, Vehicle Dynamics:Theory and Applications, Springer Science+Business Media, LLC – 2008 7. Hans-Petter Halvorsen , Control and Simulation in LabVIEW, Telemark University College, Porsgrunn-Norway – 2011 8. Ahmed Haitham , LabVIEW Charts and Graph, Kuwait University – 2011 9. Ahmed Haitham, LabVIEW Arrays, Kuwait University – 2011 6
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.