MỤC LỤC
MỤC LỤC……………………………………………………………….....................................................................................................…….....i
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG.....................................................................3
1.1. Thông số đầu vào..................................................................................................................................................................................3
1.1.1. Khối lượng, trọng lượng và kích thước trên ô tô..................................................................................................................................3
1.1.2. Bán kính thiết kế và bán kính tính toán của bánh xe............................................................................................................................5
1.1.3. Các lực, mô men tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động tổng quát.........................................................................................8
1.2. Các đồ thị động lực học chuyển động thẳng của ô tô.....................................................................................................................13
1.2.1. Đường đặc tính ngoài động cơ...........................................................................................................................................................13
1.2.2. Đồ thị cân bằng công suất..................................................................................................................................................................15
1.2.3. Đồ thị cân bằng lực kéo......................................................................................................................................................................17
1.2.4. Đồ thị nhân tố động lực học................................................................................................................................................................18
1.2.5. Đồ thị gia tốc.......................................................................................................................................................................................19
1.2.6. Đồ thị gia tốc ngược............................................................................................................................................................................21
1.2.7. Đồ thị thời gian tăng tốc......................................................................................................................................................................22
1.2.8. Đồ thị quãng đường tăng tốc..............................................................................................................................................................23
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG TRÊN CÁC DÒNG XE DU LỊCH.......26
2.1. Giới thiệu phần mềm Matlab..............................................................................................................................................................26
2.1.1. Giới thiệu Matlab................................................................................................................................................................................26
2.1.2. Giao diện đồ họa................................................................................................................................................................................28
2.2. Xây dựng chương trình......................................................................................................................................................................32
2.2.1. Xây dụng giao diện............................................................................................................................................................................32
2.2.2. Viết chương trình...............................................................................................................................................................................34
CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG TRÊN DÒNG XE DU LỊCH..................38
3.1. Thông số kỹ thuật của xe tính toán bằng phần mềm.....................................................................................................................38
3.2. Kết quả và thảo luận..........................................................................................................................................................................39
3.2.1. Đường đặc tính ngoài động cơ.........................................................................................................................................................39
3.2.2. Đồ thị cân bằng công suất................................................................................................................................................................42
3.2.3. Đồ thị cân bằng lực kéo....................................................................................................................................................................47
3.2.4. Đồ thị nhân tố động lực học.............................................................................................................................................................55
3.2.5. Đồ thị gia tốc.....................................................................................................................................................................................57
3.2.6. Đồ thị gia tốc ngược.........................................................................................................................................................................59
3.2.7. Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc........................................................................................................................................60
KẾT LUẬN..................................................................................................................................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................................................................................................66
PHỤ LỤC....................................................................................................................................................................................................67
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển, thể hiện rõ tầm quan trọng trong sự phát triển chung của nền công nghiệp cả nuớc. Thị truờng ô tô càng phát triển với đa dạng về chủng loại và giá cả.
Ô tô là phương tiện vận tải đuợc sử dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực dân sự cũng như quốc phòng. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nền công nghiệp ô tô trên thế giới phát triển ngày càng cao, cho ra đời nhiều loại xe hiện đại và tiện nghi. Việc kiểm tra đánh giá chất luợng làm việc của chúng ngày càng được quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng của ô tô.
Đối với các loại xe quân sự, việc tính toán, kiểm tra các tính chất động lực học của xe rất là khó khăn. Do vậy, việc nghiên cứu để đánh giá các chỉ tiêu động lực học của các loại ô tô quân sự là vấn đề mang tính cấp thiết và có tính khả thi cao để ứng dụng trong quá trình học tập và công tác sau này của học viên trong các học viện, nhà trường.
Mục đích nghiên cứu nhằm khảo sát các tính chất động lực học của ô tô góp phần xây dựng cơ sở khoa học để đánh giá chất lượng động lực học của ô tô đó đồng thời cũng là cơ sở giúp cho khách hàng hiểu biết về ô tô mình sắp mua, người sử dụng lựa chọn chế độ sử dụng hợp lý để nâng cao năng suất, tuổi thọ của ô tô và cũng hổ trợ cho việc tổ chức khai thác có hiệu quả hơn.
Nhiệm vụ của việc nghiên cứu nhằm nắm được các tính chất động lực học của ô tô, xây dựng chương trình khảo sát dựa trên phần mềm Matlab, dựa vào chương trình đưa ra các thông số khác.
Có hai phương pháp để nghiêng cứu tính chất động lực học của ô tô đó là: Phương pháp thực nghiệm dùng các số liệu khảo nghiệm để nghiên cứu. Phương pháp này chính xác nhưng đòi hỏi phải có thiết bị hiện đại. Dùng phương pháp lý thuyết, cần thông số của ô tô và của mặt đường, dùng phần mềm máy tính hổ trợ để thể hiện đặc tính động lực học của ô tô đó. Do điều kiện và khả năng không cho phép nên tôi chọn phương pháp thứ hai và dùng phần mềm Matlab R2023 để khảo sát đặc tính động lực học, đặc tính kéo của ô tô.
Xuất phát từ những lý do trên và được sự định hướng của thầy hướng dẫn tôi đã thực hiện đồ án: “XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG TRÊN CÁC DÒNG XE DU LỊCH”.
Mặc dù đã cố gắng, nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm thực tế có hạn nên trong quá trình làm đồ án sẽ không tránh những thiếu sót. Tôi rất mong các thầy góp ý, chỉ bảo để kiến thức của tôi được hoàn thiện hơn nữa. Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo hướng dẫn : Thạc sĩ ………….., các thầy giáo trong khoa ô tô đã hết sức tận tình giúp đỡ hướng dẫn để tôi hoàn thành tốt nội dung đề tài đồ án của mình.
Tôi trân trọng cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
…………….
Chương 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG
Việc xác định chất lượng kéo, chất lượng vận tốc và tìm ra khả năng hoạt động của ô tô của ô tô khi nghiên cứu, khảo sát ô tô thường được đánh giá qua các thông số động lực học như: đặc tính ngoài của động cơ, các lực và mô men tác dụng lên ô tô, các đồ thị khảo sát trong quá trình hoạt động.
1.1. Thông số đầu vào
1.1.1. Khối lượng, trọng lượng và kích thước trên ô tô
1.1.1.1. Khối lượng của ô tô
Khối lượng đầy đủ của ô tô đuợc xác định bằng tổng khối lượng bản thân ô tô và khối lượng chuyên chở theo sức trọng tải tiêu chuẩn và theo số chỗ ngồi hành khách, trong đó có tài xế, theo tài liệu [1], [2]:
m = ma + mt (1.1)
1.1.1.2. Trọng lượng của ô tô
Các loại ô tô sử dụng hiện nay gồm: ô tô du lịch, ô tô chở khách, ô tô tải và các loại ô tô chuyên dùng khác. Trọng lượng toàn bộ của ô tô được xác định như sau, theo tài liệu [1], [2]:
- Đối với các loại ô tô du lịch:
G = G0 + A.n + Gh (1.2)
- Đối với ô tô chở khách chạy trong thành phố (còn gọi là ô tô buýt):
G = G0 + A.(n + m + p) (1.3)
- Đối với ô tô chở khách chạy liên tỉnh (còn gọi là xe ca):
G = G0 + A.(n +p) + Gn (1.4)
- Đối với ô tô tải:
G = G0 + A.n0 + Ge (1.5)
1.1.1.3. Kích thước của ô tô
Các kích thước hình học cơ bản của ô tô như hình 1.1.
a : Khoảng cách từ trục trước đến trọng tâm khối lượng, [mm].
b : Khoảng cách từ trọng tâm khối lượng đến trục sau, [mm].
L : Chiều dài cơ sở của ô tô, [mm].
H : Chiều cao ô tô, [mm].
hg : Chiều cao từ trọng tâm khối lượng ô tô đến mặt đường, mm.
B : Chiều rộng cơ sở của ô tô, [mm].
Br : Chiều rộng toàn bộ của ô tô, [mm].
G : Trọng lượng đầy đủ của ô tô [N].
G1, G2 : Tương ứng các trọng lượng của khối lượng đầy đủ tác dụng lên trục truớc và trục sau của ô tô [N].
1.1.3. Các lực, mô men tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động tổng quát
Khi làm việc ô tô chịu nhiều lực tác động đồng thời và chịu ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài. Việc tôi xét các yếu tố ngoại lực tác dụng lên xe, để đánh giá khả năng hoạt động của ô tô là bài toán quan trọng trong tính toán ổn định xe, tính toán kết cấu, tính toán thiết kế ô tô - máy kéo.
Mô tả các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong chuyển động tổng quát như hình 1.3.
G : Trọng lượng toàn bộ của ô tô.
Fk: Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động.
Ff1: Lực cản lăn ở các bánh xe bị động.
Ff2: Lực cản lăn ở các bánh xe chủ động.
Fi: Lực cản không khí.
Fj: Lực cản lên dốc.
1.1.3.1.Lực kéo tiếp tuyến Fk [N].
Fk: Là phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động theo chiều cùng với chiều chuyển động của ôtô.
1.1.3.2. Lực cản lăn Ff [N].
Khi bánh xe chuyển động trên mặt đường sẽ có lực cản lăn tác dụng song song với mặt đường và ngược với chiều chuyển động tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường.
Trên hình 1.3 biểu thị lực cản lăn tác dụng lên các bánh xe trước là Ffq và lên các bánh xe sau là .Ff2
1.1.3.4. Lực cản lên dốc [N].
Khi xe chuyển động lên dốc thì trọng lượng G được phân ra hai thành phần: lực Gcosα vuông góc với mặt đường và lực Gsinα song song với mặt đường. Thành phần Gcosα tác dụng lên mặt đường và gây nên các phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên các bánh xe là Z1 và Z2. Thành phần thứ hai Gsinα cản lại sự chuyển động của xe khi lên dốc và được gọi là lực cản lên dốc :
F1 = G.sinα
Nếu α < 50 thì có thể coi: i = tgα = sinα và khi đó ta có:
F1 = G.sinα = Gi
Khi xe xuống dốc, lực Fi sẽ cùng chiều chuyển động của xe Fi và trở thành lực đẩy (lực chủ động). Bởi vậy, khi xe lên dốc thì trở thành lực cản sẽ có dấu (+), còn khi xuống dốc thì trở thành lực đẩy sẽ có dấu (-) trong công thứ.
1.2. Các đồ thị động lực học chuyển động thẳng của ô tô
1.2.1. Đường đặc tính ngoài động cơ
Đường đặc tính ngoài là các đường biểu diễn mối quan hệ của công suất, mômen, suất tiêu hao nhiên liệu với số vòng quay của động cơ nhận được bằng cách khảo nghiệm trên các thiết bị chuyên dùng khi nhiên liệu được cung cấp cho động cơ ở mức cực đại. Trên ô tô nhiên liệu cung cấp cực đại cho động cơ được hiểu là khi bướm ga mở hoàn toàn ở động cơ xăng và ở chế độ cung cấp nhiên liệu cực đại, tức là khi đặt tay thuớc nhiên liệu (ở động cơ diezel).
Đặc tính ngoài của động cơ thường được xây dựng khi thử nghiệm động cơ trên băng thử (băng thử thuỷ lực, băng thử điện... ).
Chọn nmin =…..vòng/phút
Cuối cùng ta lập được bảng số liệu như bảng 1.b.
Động cơ xăng không hạn chế số vòng quay thường dùng cho xe du lịch. Để giảm tải trọng và mài mòn, giá trị ω_max thường không vượt quá ω_e^P từ 10 ÷ 20% hay n_max không vượt quá n_e^P từ 10 ÷20 %.
Động cơ xăng hạn chế số vòng quay thường dùng trên xe tải nhằm tăng tuổi thọ của động cơ, thường chọn n_max = (0,8 ÷ 0,9) n_e^P.
1.2.2. Đồ thị cân bằng công suất
Công suất do động cơ sinh ra một phần đã tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực, phần còn lại dùng để thắng các lực cản chuyển động. Biểu thức cân bằng giữa công suất của động cơ phát ra và công cuất cản kể trên là phương trình cân bằng công suất của ô tô khi chuyển động.
Nk : công suất kéo ở bánh xe chủ động, được xác định theo công thức:
Nk = Ne – NT = Ne . ht (1.10)
1.2.4. Đồ thị nhân tố động lực học
Khi so sánh tính chất động lực học của các loại ô tô khác nhau và ứng với các điều kiện làm việc của xe ở các loại đường khác nhau, người ta muốn có một thông số thể hiện được ngay tính chất động lực học của ô tô. Phương trình cân bằng lực kéo không thuận lợi để đánh giá các loại ô tô khác nhau. Cho nên cần phải có một thông số đặc trưng cho tính chất động lực học của xe mà chỉ số kết cấu không có mặt.
Đặc tính động lực học của ô tô D có thể biểu diễn bằng đồ thị. Đồ thị đặc tính động lực học D biểu thị mối quan hệ phụ thuộc giữa đặc tính động lực học và vận tốc chuyển động của ô tô, nghĩa là D = f(v), khi ô tô có tải đầy và động cơ làm việc với ghế độ toàn tải được thể hiện trên đồ thị và được gọi là đồ thị đặc tính động lực ô tô.
Trên trục tung, ta đặt các giá trị của đặc tính động lực học D, trên trục hoành ta đặt các giá trị vấn tốc chuyển động v. trong đó. Thông số đó gọi là đặc tính động lực học của ô tô.
1.2.5. Đồ thị gia tốc
Nhờ đồ thị đặc tính động lực học D = f(v) ta có thể xác định được sự tăng tốc của ô tô khi hệ số cản của mặt đường đã biết và khi chuyển động ở một số truyền bất kỳ với một vận tốc cho trước.
Hệ số khối lượng quay: di
ihi : Tỷ số truyền của hộp số ở số truyền thứ i
Gd : Trọng lượng toàn bộ xe ứng với tải định mức.
Gb : Trọng lượng toàn bộ xe ứng với tải bất kỳ.
1.2.6. Đồ thị gia tốc ngược
Nhờ đồ thị đặc tính động lực học D = f(v) ta có thể xác định được sự tăng tốc của ô tô khi hệ số cản của mặt đường đã biết và khi chuyển động ở một số truyền bất kỳ với một vận tốc cho trước.
1.2.8. Đồ thị quãng đường tăng tốc
Quãng đường tăng tốc là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất động lực học của ô tô. Chỉ tiêu trên có thể được xác định dựa trên đồ thị gia tốc j = f(v).
Xác định quãng đường tăng tốc của ô tô.
Cách xây dựng như sau: Trên đồ thị thời gian tăng tốc ta lấy tổng các diện tích bé (v.dt) này lại ta được quãng đường tăng tốc tử v1 đến v2. Từ đó xây dựng đồ thị quãng đường tăng tốc ôtô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ôtô.
Từ đồ thị t = f(V)
Ta có Si = Fsi: Với Ssi: Giới hạn bởi các đường t = f(v) ; t = t1; t = t2 và trục Ot (trục tung).
Quãng đường tăng tốc từ Vmin¸ Vmax.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Khảo sát các đặc tính chuyển động thẳng của ô tô cần dựa vào các yếu tố đầu vào và các cơ sở để vẽ các đồ thị khảo sát sau:
Loại ô tô và yêu cầu về tải trọng:
- Loại đường mà ô tô chuyển động gồm: hệ số cản lăn và góc dốc lớn nhất (f và a ).
- Vận tốc lớn nhất của ô tô.
- Các số liệu tham khảo cần thiết khác: loại động cơ, loại lốp, hệ thống truyền lực.
Khảo sát dực trên cơ sở của các đặc tính gồm: đặc tính ngoài của động cơ, đồ thị cân bằng công suất, đồ thị cân bằng lực kéo, đồ thị nhân tố động lực học, đồ thị gia tốc, gia tốc ngược, đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc.
Chương 2
XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG TRÊN CÁC DÒNG XE DU LỊCH
Matlab là phần mềm mô phỏng tính toán mạnh, có nhiều mô đun đáp ứng được phạm vi rộng cho phép tính toán mô phỏng các bài toán kỹ thuật: Mô phỏng tính toán cơ khí, mô phỏng tính toán thủy lực, mô phỏng tính toán điện, điện tử, mô phỏng tính toán động lực học ô tô.
2.1. Giới thiệu phần mềm Matlab
2.1.1. Giới thiệu Matlab
MATLAB là phần mềm cung cấp môi trường tính toán số và lập trình, do công ty MathWorks thiết kế. MATLAB cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác.
Với thư viện Toolbox, MATLAB cho phép mô phỏng tính toán, thực nghiệm nhiều mô hình trong thực tế và kỹ thuật.
Lịch sử
Matlab là viết tắt từ “MATrix LABoratory”, được Cleve Moler phát minh vào cuối thập niên 1970, và sau đó là chủ nhiệm khoa máy tính tại Đại học New Mexico.
MATLAB, nguyên sơ được viết bởi ngôn ngữ Fortran, cho đến 1980 nó vẫn chỉ là một bộ phận được dùng nội bộ của Đại học Stanford.
Năm 1983, Jack Little, một người đã học ở MIT và Stanford, đã viết lại MATLAB bằng ngôn ngữ C và nó được xây dựng thêm các thư viện phục vụ cho thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống hộp công cụ (tool box), mô phỏng… Jack xây dựng MATLAB trở thành mô hình ngôn ngữ lập trình trên cơ sở ma trận (matrix-based programming language).
Năm 2023 phiên bản R2023a và R2023b cũng đã được phát hành.
Matlab được dùng rộng rãi trong giáo dục, phổ biến nhất là giải các bài toán số trị (cả đại số tuyến tính lẫn giải tích) trong nhiều lĩnh vực kĩ thuật.
2.1.2. Giao diện đồ họa
2.1.2.1.Đồ họa 2 chiều (2D Graphics)
Lệnh plot(x, y....[plotstyle]) vẽ đồ thị nối các điểm cho bởi các cặp giá trị x, y. Thông thường các điểm đó được nối bởi một nét liền (solid). Nếu có nhiều cặp giá trị (x,y) thì trên đồ thị sẽ biểu diễn các đường độc lập tương ứng. Nếu thiếu x khi ấy các giá trị của y sẽ được vẽ theo thứ tự chỉ số của chúng. Nếu y là các giá trị phức khi ấy đồ thị vẽ với hai trục ảo và trục thực. Để vẽ nhiều đường trên một đồ thị có thể dùng lệnh plot với nhiều đối số theo cú pháp như sau:
plot(x1, y1, x2, y2, ..., xn, yn)
Các biến x1,y1,x2,y2,... là các cặp véctơ. Mỗi cặp (x,y) được vẽ, phát sinh ra nhiều đường trên đồ thị. Phương pháp nhiều đối số có điều thuận lợi là cho phép các véctơ có độ dài khác nhau hiển thị trên cùng một đồ thị. Như trước đây, mỗi cặp dùng một kiểu đường khác nhau.
Dùng plot(x,y), ở đây hoặc là x, hoặc là y, hoặc là cả hai là ma trận. Nếu y là ma trận và x là véctơ, thì plot(x,y) vẽ liên tục các dòng hoặc các cột của y đối số là véctơ x, dùng kiểu đường khác nhau cho mỗi dòng hoặc cột. Việc "định hướng" dòng hay cột của y được chọn để có cùng số phần tử như véctơ x.
Nếu x là ma trận và y là véctơ, thì các quy tắc trên được áp dụng, ngoại trừ các đường từ x được vẽ đối số là véctơ y. Nếu cả x và y là ma trận cùng cỡ, thì plot(x,y) vẽ các cột của x đối số là các cột của y. Nếu không chỉ định x, như plot(y), ở đây y là ma trận, thì các đường được vẽ cho mỗi cột của y đối số là chỉ số dòng.
Giao diện 2D sử dụng App design
App design cung cấp các công cụ có khả năng liên kết các môi trường tính toán và đồ họa làm tăng tính trực quan và sinh động của vấn đề.
App design là giao diện đồ họa có điều khiển bởi nhiều thanh công cụ được lập trình tạo sẵn, cho tương tác giữa người dùng là giao diện chương trình. Mỗi chương trình được người lập trình tạo sẵn để thực hiện một số chức năng và giao tiếp với người sử dụng.
Ứng dụng của Matlab lập trình giao diện rất mạnh và dễ thực hiện, nó có thể tạo ra giao diện người dùng tương tự như C++…
2.1.2.2. Đồ họa 3 chiều (3D Graphics)
Để biểu diễn, minh họa các quan hệ nhiều chiều thường sử dụng đồ họa 3D. Phần này giới thiệu một số công cụ để tạo ra các đồ thị 3D theo một số dạng thường dùng trong Cơ khí. Các quy định về kiểu dạng của các ký tự giống với đồ họa 2D.
Lệnh plot3 có tác dụng tương tự như lệnh plot. Điểm khác duy nhất là plot3 có thêm véctơ số liệu thứ ba dành cho trục z.
Ví dụ:
Tạo được đồ họa như ở hình 2.7 khi gọi chuỗi lệnh sau đây:
>> x=(0:100)/100*2*pi;
>>plot3(cos(3*x),sin(5*x),x/2,'r*');
Để biểu diễn các hàm 2 chiều dưới dạng mặt trong không gian ta sử dụng lệnh surf(x,y,z,…[plotstyle]). Nếu x,y,z là các ma trận có số hàng và số cột giống nhau, khi ấy các điểm của đồ họa sẽ được vẽ và nối liền thành mặt. Nếu các điểm có một khoảng các đều đặn về phía 2 trục x và y, khi ấy x và y có thể chỉ là véctơ. Trong trường hợp này, các giá trị x được chuẩn theo cột và y chuẩn theo hàng của ma trận z.
2.2. Xây dựng chương trình
2.2.1. Xây dụng giao diện
Giao diện làm việc tính toán mang lại nhiều lợi ích quan trọng cho người dùng, đặc biệt là trong các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật, phân tích dữ liệu, và phát triển phần mềm. Giao diện người dùng thân thiện và các hướng dẫn sử dụng rõ ràng giúp người dùng dễ dàng tiếp cận và sử dụng các công cụ tính toán, ngay cả khi không có nền tảng kỹ thuật sâu rộng. Người dùng có thể tùy chỉnh giao diện và các công cụ tính toán theo nhu cầu cụ thể của mình, tạo ra một môi trường làm việc phù hợp và hiệu quả nhất.
Các lệnh dùng xây dựng giao diện matlab và các thông số đầu vào được nhập trực tiếp vào code được thể hiện trong hình 2.5 và có phụ lục kèm theo.
2.2.2. Viết chương trình
Thiết lập xong giao diện, viết chương trình tính toán động lực học chuyển động thẳng trên xe du lịch liên kết với giao diện. Ta xây dựng chương trình đối với các dòng xe du lịch có động cơ xăng và không hạn chế tốc độ vòng quay, hộp số 6 cấp, chuyển động đều j = 0, trên đường nằm ngang.
Sơ đồ thuật toán xây dựng phần mềm tính toán động lực học ô tô được trình bày trong hình 2.6 bao gồm các bước: Lựa chọn các thông số động lực học → Viết mã code → Nhập số liệu các thông số đầu vào và tính toán → Xuất ra đồ thị → Kết thúc.
Các thông số động lực học được khảo sát: đặc tính ngoài của động cơ, cân bằng lực kéo, cân bằng công suất, gia tốc xe, gia tốc ngược cửa xe, thời gian và quãng đường tăng tốc của xe. Viết mã code tính toán của chương trình. Nội dung cần khảo sát, sau khi kết thúc muốn khảo sát xe khác cần phải thay đổi số liệu trực tiếp vào code rồi chạy lại chương trình mới có thể khảo sát tiếp các loại xe khác với những thông số được nhập mới.
Chương trình ứng dụng phần mềm Matlab tính toán các thông số động lực học ô tô đã giải quyết tin cậy bài toán tính toán kéo xe ô tô, các yếu tố động lực học kéo khi khảo sát đúng quy luật và được lượng hóa. Việc khảo sát các thông số động lực học diễn ra nhanh chóng, cho phép khảo sát liên tục trên nhiều loại xe ô tô khác nhau.
KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Hiểu rõ thêm về ứng dụng matlab các công cụ tính toán các lệnh trong chương trình, vận dụng để xây dựng được chương trình cơ bản về các tính năng của ô tô như: đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, các lực cản và công suất của chúng. Xây dựng đồ thị đường đặc tính ngoài, đồ thị cân bằng lực kéo, cần bằng công suất, đặc tính động lực học của xe Hyundai Santafe 2012.
Chương 3
ÁP DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG TRÊN DÒNG XE DU LỊCH
3.1. Thông số kỹ thuật của xe tính toán bằng phần mềm.
Theo tài liệu [3], [4], [6], [7], ta có thông số xe Hyundai Santafe 2012.
3.2. Kết quả và thảo luận
3.2.1. Đường đặc tính ngoài động cơ
Ta xây dựng đường đặc tính ngoài nhờ công thức kinh nghiệm S.R.Lây Đécman. Vì động cơ Theta II của xe Hyundai Santa Fe 2012 là động cơ xăng không hạn chế số vòng quay, để giảm mài mòn nmax thường không vượt quá từ 10% đến 20%.
nmax= 10%npe÷ 20%npe= 6600 ÷ 7200 [vg/ph]
Ta chọn : nmax= 7000 (vg/ph).
Số vòng quay tối thiểu động cơ làm việc được là : nmin= 500 (vg/ph).
Kết quả khảo sát đặc tính ngoài của động cơ xe Huyndai Santafe bằng excel được thể hiện như hình 3.1.
Kết quả khảo sát đặc tính ngoài của động cơ xe Huyndai Santafe matlab được thể hiện như hình 3.2.
Nhận xét:
Từ số liệu tính được, ta có được đồ thị trên . Động cơ đạt công suất cực đại Pmax= 130 [kW] ở số vòng quay ne= 6000 [vòng/phút].
Mômen xoắn cực đại Mmax= 233,68 [N.m] ở số vòng quay ne= 3000 [vòng/phút].
Mômen xoắn cực đại tính được sai số với mômen xoắn cực đại của xe là 229 [N.m] vì do sai số của công thức S.R.Lây Đécman.
Cả hai đồ thị làm bằng matlap và excel đều cho ra kết quả tương tự nhau nhưng ở đồ thị làm bằng matlap cho được kết quả trực quan hơn vì matlap là phần mềm chuyên dụng giải quyết các bài toán ô tô.
3.2.2. Đồ thị cân bằng công suất
Từ cơ sở lý thuyết đồ thị cân bằng công suất ta tính toán và lập bảng giá trị công suất kéo và công suất do động cơ phát trong bảng.
Tính toán và lập bảng giá trị biểu thị công suất tiêu hao do lực cản lăn dựa vào công thức, tài liệu [1]:
Pf = G.f.cosα.v = Ff.v (3.2)
Giá trị Pf theo từng tốc độ v1 ,v2, v3
Giá trị Pf theo từng tốc độ v4 ,v5, v6.
Kết quả khảo sát công suất động cơ xe Huyndai Santafe bằng excel được thể hiện như hình 3.3.
Kết quả khảo sát công suất động cơ xe Huyndai Santafe bằng matlab được thể hiện như hình 3.4.
Nhận xét:
Ứng với các vận tốc khác nhau, tung độ nằm giữa đường cong (Pw + Pj) và đường cong là công suất dự trữ, được gọi là công suất dư dùng để: leo dốc, tăng tốc, kéo rơ móc…
Tại điểm A: Pd= 0, xe không còn khả năng tăng tốc, leo dốc… chiếu điểm A xuống trục hoành ta được vmax= 58,7 [m/s] = 211,32 [km/h] ứng với điều kiện đã cho.
Cả hai đồ thị làm bằng matlap và excel đều cho ra kết quả tương tự nhau nhưng ở đồ thị làm bằng matlap cho được kết quả trực quan hơn vì matlap là phần mềm chuyên dụng giải quyết các bài toán ô tô.
Lưu ý: Vận tốc lớn nhất của xe chỉ đạt được khi xe chuyển động đều trên đường nằm ngang, đồng thời cánh bướm ga phải mở hết và đang ở tay số cao nhất của hộp số.
3.2.3.1 Tính lực kéo trên bánh xe chủ động ứng với các tay số Fk [N].
Fk: Phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động theo chiều cùng với chiều chuyển động ô tô.
Từ các giá trị Me tính toán được ở chương 2, ta thế tuần tự vào công thức (3.1) và tuần tự cho từng tay số .
3.2.3.3. Tính lực cản lăn Ff [N].
Theo tài liệu [1], [2] ta có hệ số cản lăn ứng với từng loại đường như bảng 3.o.
Trên cơ sở lý thuyết ta tính toán và lập bảng giá trị dựa theo công thức, theo tài liệu [1]:
Ff = f.G = f.m.g (3.4)
Trong đó :
mktai = 1672 [kg]: Khối lượng không tải của xe
mhk= 5.60 = 300 [kg]: Khối lượng của hành khách
mhh= 5.5 = 25 [kg]: Khối lượng hàng hóa
g =10: Gia tốc trọng trường [m/s²]
G = 19970 [N] : Trọng lượng toàn trải của xe.
Giá trị hệ số cản f lăn ứng với tốc độ v1, v2, v3 như bảng 3.p.
Giá trị hệ số cản lăn f ứng với tốc độ v4, v5, v6. như bảng 3.q.
3.2.3.4.Tính lực cản không khí tác dụng lên xe [N].
Fw= 0,625.Cx.S.v² (3.5)
Trong đó:
v: Vận tốc của xe tương ứng từng tay số.
Cx: Hệ số cản không khí. ( chọn Cx = 0,3
S: Diện tích cản không khí.
S = B.H = 1,890.1,725= 2,282175. Chọn S = 1,6
Trong đó:
B: Chiều rộng tổng thể. [mm]
H: Chiều cao tổng thể. [mm]
Fw = 0,625.1,6.0,3. = 0,3. [N]
3.2.3.6.Tính lực bám Fφ[N].
Fφ = 1,2. 10993 .0,8 = 10553,3 [N]
- Hệ số thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu trước = 1,2 ( 1,2 ÷ 1,4)
- Hệ số bám dọc giữa lốp và mặt đường φ = 0,8 ( 0,7 ÷ 0,8 ).
Kết quả khảo sát cân bằng lực kéo của xe Huyndai Santafe bằng excel được thể hiện như hình 3.5.
3.2.4. Đồ thị nhân tố động lực học
Dựa vào công thức (1.25) ta tính toán và lập bảng giá trị của động lực học như bảng 3.ac, 3.ad.
Kết quả khảo sát nhân tốc động lực học của xe Huyndai Santafe bằng excel được thể hiện như hình 3.7.
Kết quả khảo sát nhân tố động lực học của xe Huyndai Santafe bằng matlab được thể hiện như hình 3.8.
Nhận xét:
Xác định vận tốc lớn nhất của ô tô.
Khi ô tô chuyển động đều (ổn định) nghĩa là j = 0, trên đường nằm ngang, không kéo rơmóc thì tung độ của đường cong đặc tính động lực học D và f giao nhau. Ta chiếu xuống trục hoành thì xác định được của ô tô.
vmax= 58,7 [m/s] = 211,32 [km/h]
Ta thấy vận tốc cực đại từ thông số kỹ thuật là = 190 [km/h] của xe so với vận tốc cực đại = 211,32 [km/h] tính được có sai số. Nguyên nhân là do đường đặc tính ngoài động cơ, mà đường đặc tính ngoài động cơ vẽ từ công thức S.R.Lây Đécman là công thức gần đúng thì phải có sai số.
Cả hai đồ thị làm bằng matlap và excel đều cho ra kết quả tương tự nhau nhưng ở đồ thị làm bằng matlap cho được kết quả trực quan hơn vì matlap là phần mềm chuyên dụng giải quyết các bài toán ô tô.
3.2.5. Đồ thị gia tốc
Gia tốc của xe được tính toán và lập bảng giá trị dựa vào công thức (1.31) và được thể hiện trong bảng 3.af.
Kết quả khảo sát gia tốc của xe Huyndai Santafe bằng excel được thể hiện như trong hình 3.9.
Kết quả khảo sát gia tốc của xe Huyndai Santafe bằng matlab được thể hiện như trong hình 3.10.
3.2.6. Đồ thị gia tốc ngược
Gia tốc ngược là nghịch đảo của gia tốc, dựa vào bảng giá trị của gia tốc ta tính toán và lập bảng giá trị gia tốc ngược theo vận tốc từng tay số.
Kết quả khảo sát gia tốc ngược của xe Huyndai Santafe bằng excel được thể hiện như trong hình 3.10.
3.2.7. Đồ thị thời gian và quãng đường tăng tốc
Trong quá trình hoạt động của xe khi sang số thì sẽ mất khoảng thời gian sang số làm cho vận tốc khi sang số của xe sẽ bị giảm. Độ giảm vận tốc của xe khi sang số được thể hiện trong bảng giá trị sau:
Độ giảm vận tốc của xe khi sang số như bảng 3.ak.
Kết quả khảo sát thời gian và quãng đường tăng tốc của xe Huyndai Santafe bằng excel được thể hiện như trong hình 3.12.
Kết quả khảo sát thời gian và quãng đường tăng tốc của xe Huyndai Santafe bằng matlab được thể hiện như trong hình 3.13.
Nhận xét :
Thời gian để xe đạt vận tốc từ 0 km/h - 100 km/h [27,7 m/s] là 16,74708 s và đi được quãng đường là 442,144 m. Kết quả tính toán có sai lệt với thông số kỹ thuật từ nhà sản xuất (xe tăng tốc từ 0 km/h - 100 km/h trong vòng 10.9 s) do sai số từ công thức kinh nghiệm S.R.Lây Đécman và từ các thông số chọn trong quá trình tính toán.
Xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của xe theo đồ thị nhân tố động lực học tuy đơn giản nhưng thiếu độ chính xác mặc dù có kể đến sự giảm vận tốc khi chuyển số . Vì vậy nó chỉ có giá trị trong phạm vi lý thuyết oto còn trong thực tế người ta phải kiểm nghiệm lại bằng các thí nghiệm với ô tô chuyển động trên đường
Cả hai đồ thị làm bằng matlap và excel đều cho ra kết quả tương tự nhau nhưng ở đồ thị làm bằng matlap cho được kết quả trực quan hơn vì matlap là phần mềm chuyên dụng giải quyết các bài toán ô tô.
KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Tính toán về các tính năng của ô tô như: đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, các lực cản và công suất của chúng. Xây dựng đồ thị đường đặc tính ngoài, đồ thị cân bằng lực kéo, cần bằng công suất, đặc tính động lực học của xe Hyundai Santafe 2012. Từ đó xác định vận tốc cực đại, momen cực đại, công suất cực đại của xe có phù hợp với vận tốc, momen, công suất mà nhà sản xuất đưa ra hay không. Đánh giá tính năng leo dốc và khả năng lựa tay số sao cho phù hợp, từ đó đưa ra chế độ sử dụng hợp lý nhất cho ô tô.
KẾT LUẬN
Qua nhiều tuần tìm hiểu, tính toán và làm việc cùng với sự chỉ dẫn tận tình, chu đáo của thầy hướng dẫn: Thạc sĩ ……………., tôi đã tìm hiểu được các tính năng động học, động lực học của ô tô Hyundai Santafe 2012, và biết được các đặc tính cũng như thông số kỹ thuật làm cơ sở cho việc sử dụng có hiểu quả vào quá trình tính toán, khảo sát sự chuyển động của ô tô trên các loại đường và điều kiện chuyển động khác nhau.
Tôi đã xây dựng được cơ sở lý thuyết cơ bản về các tính năng của ô tô như: đặc tính động lực học, lực kéo, công suất kéo, các lực cản và công suất của chúng. Xây dựng đồ thị đường đặc tính ngoài, đồ thị cân bằng lực kéo, cần bằng công suất, đặc tính động lực học của xe Hyundai Santafe 2012. Từ đó xác định vận tốc cực đại, momen cực đại, công suất cực đại của xe có phù hợp với vận tốc, momen, công suất mà nhà sản xuất đưa ra hay không. Đánh giá tính năng leo dốc và khả năng lựa tay số sao cho phù hợp, từ đó đưa ra chế độ sử dụng hợp lý nhất cho ô tô.
Xây dựng được chương trình tính toán và xử lý số liệu các tính năng động học và động lực học của xe Hyundai Santafe trên phần mềm Matlap R2023b .
Do việc nghiên cứu tính chất động học và động lực học xe Hyundai Santafe 2012 của chúng tôi chỉ là trên phương diện lý thuyết. Vì vậy cần phải được kiểm nghiệm bằng phương pháp thực nghiệm.
Do kiến thức và thời gian của tôi còn hạn chế nên chưa đi sâu vào các vấn đề bên trong, chỉ giải quyết được một số vấn đề đơn giản. Hướng phát triển tiếp theo, tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu mở rộng sang các ảnh hưởng khác như: Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, nghiên cứu chính xác hơn để việc sử dụng và vận hành được đảm bảo tốt hơn, an toàn hơn,… và nếu có thể thì chúng tôi sẽ mở rộng sang nghiên cứu mô phỏng ổn định động học của Hyundai Santafe 2012 khi quay vòng bằng phần mềm Matlap-Simulink +Carsim.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. MSc. Đặng Qúy, Giáo trình Lý thuyết ô tô (chương 2, 3, 4, 5, 7), Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh, 2000.
[2]. Nguyễn Hữu Cần, Giáo trình Lý thuyết ô tô máy kéo ( trang 114 - 122), Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, 1996.
[3]. Vehicle Dynamics Theory and Application - Nezan. Jazar (trang 41-44)
(https://drive.google.com/drive/u/0/my-drive).
[4]. Xác định tọa độ trọng tâm của oto.
(https://docs.google.com/document/d/1J_a3iJVIdCxmrPXw1L0HkJmWRnXipQ6t/edit).
[5]. Hyundai Santafe 2006-2012 Workshop Service and Repair Manual (https://drive.google.com/drive/u/0/my-drive ).
[6]. Matlap toàn tập (https://drive.google.com/drive/u/0/my-drive)
[7]. https://www.wikiwand.com/en/Hyundai_Theta_engine#/G4KJ
[8]. https://www.auto123.com/en/new-cars/technical-specs/hyundai/santa/2012
PHỤ LỤC
Code
clc
clear all
close all
%CHUONG II.XAY DUNG DO THI DAC TINH NGOAI CUA DONG CO
figure(1)%DO THI DAC TINH NGOAI CUA DONG CO .
ne = 500:500:7000 % So vong quay cua truc khuyu
Pe= (130/6000)*ne + (130/6000^2)*ne.^2 - (130/6000^3)*ne.^3 % Cong suat cua dong co
Me = (10^4/1.047)*( Pe./ne) % Momen cua dong co
[hAx,hLine1,hLine2] = plotyy(ne,Pe,ne,Me)
title('DO THI DAC TINH NGOAI CUA DONG CO.');
grid on
xlabel('ne(vg/ph)')
ylabel(hAx(1),'Pe(kW)') % left y-axis
ylabel(hAx(2),'Me(Nm)') % right y-axis
hold on
%TAY SO 1
Fk1 = ((Me.*(ih1*i0*hsuat))/rb)
ph1=plot (v1,Fk1,'g','lineWidth',1.25)
hold on
%TAY SO 2
Fk2 = ((Me.*(ih2*i0*hsuat))/rb)
ph2= plot (v2,Fk2,'m','lineWidth',1.25)
hold on
%TAY SO 3
Fk3 = ((Me.*(ih3*i0*hsuat))/rb)
ph3=plot (v3,Fk3,'b','lineWidth',1.25)
hold on
%TAY SO 5
Fk5 = ((Me.*(ih5*i0*hsuat))/rb)
ph5=plot (v5,Fk5,'k','lineWidth',1.25)
hold on
%TAY SO 6
Fk6 = ((Me.*(ih6*i0*hsuat))/rb)
ph6=plot (v6,Fk6,'c','lineWidth',1.25)
hold on
format shortG
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"