Đánh giá tính ổn định của ô tô khách cỡ lớn trong điều kiện chuyển động có gió ngang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ơ TƠ KHÁCH CỠ LỚN TRONG ĐIỀU KIỆN CHUYỂN ĐỘNG CÓ GIÓ NGANG VŨ VĂN NGHĨA Nghia.vv211334M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật ô tô Giảng Viên Hướng Dẫn: TS Trịnh Minh Hoàng Đơn vị: NCM Ơ tơ Xe chun dụng Khoa khí động lực Trường khí HÀ NỘI, 10/2022 i TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ơ TƠ KHÁCH CỠ LỚN TRONG ĐIỀU KIỆN CHUYỂN ĐỘNG CÓ GIÓ NGANG VŨ VĂN NGHĨA Nghia.vv211334M@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật ô tô Giảng Viên Hướng Dẫn: TS.Trịnh Minh Hoàng Chữ ký GVHD Đơn vị: NCM Ơ tơ Xe chun dụng Khoa khí động lực Trường khí HÀ NỘI, 10/2022 ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh Phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Vũ Văn Nghĩa Đề tài luận văn: Đánh giá tính ổn định tơ khách cỡ điều kiện chuyển động có gió ngang Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô Mã số HV: 20211334M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày với nội dung sau: - Chỉnh sửa lỗi in ấn soạn thảo - Bổ sung bảng danh mục, ký hiệu chữ viết tắt Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm 2022 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG iii TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Đánh giá tính ổn định tơ khách cỡ lớn điều kiển chuyển động có gió ngang Tác giả luận văn: Vũ Văn Nghĩa Khóa: 2021A Người hướng dẫn: TS.Trịnh Minh Hồng Từ khóa: Lực mơ men khí động, phản lực thẳng đứng từ mặt đường lên bánh xe; tính ổn định, tơ khách cỡ lớn Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Khi ô tô chuyển động đường, tương tác vỏ xe gió có ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc ô tô Với ô tô khách cỡ lớn, lực mô men khí động trường hợp gió lớn gây ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô, ảnh hưởng trực tiếp tới an toàn chuyển động ô tô Để giảm tối đa ảnh hưởng xấu nêu trên, cần có nghiên cứu sâu mối quan hệ lực gió ngang, vận tốc gió ngang tính ổn định tơ Chính việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng lực gió ngang đến ổn định chuyển động xe khách cỡ lớn vấn đề có ý nghĩa khoa học thực tiễn b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: Đánh giá ảnh hưởng lực gió ngang đến ổn định chuyển động xe ô tô khách cỡ lớn mơ hình động lực học Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu luận văn xe khách cỡ lớn 45 chỗ THACO HB120-SL Phạm vi nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng lực gió ngang đến tính ổn định chuyển động xe Kết khảo sát làm sở cho toán điều khiển cảnh báo điều kiện sử dụng thực tế c) Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả Luận văn bao gồm nội dung nghiên cứu sau: - Tổng quan vấn đề nghiên cứu; - Xây dựng mơ hình xác định lực khí động tác động lên vỏ ô tô khách cỡ lớn iv phần mềm chuyên dụng; - Đánh giá ảnh hưởng lực gió ngang đến ổn định chuyển động xe khách cỡ lớn mơ hình động lực học d) Phương pháp nghiên cứu Luận văn áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết mơ hình động lực học ứng dụng phần mềm Matlab Simulink tính toán khảo sát e) Kết luận Luận văn trình bày phân tích sở lý thuyết, xây dựng mơ hình xác định lực mơ men khí động xe khách chuyển động thẳng có gió ngang tác động, từ đánh giá ảnh hưởng lực gió ngang đến ổn định xe khách cỡ lớn Để đánh giá ảnh hưởng ấy, luận văn xây dựng mơ hình động lực học tổng qt tơ Các phương trình vi phân chuyển động ô tô giải công cụ Simulink phần mềm chuyên dụng Matlab Từ đánh giá tính ổn định tơ thơng qua độ lệch bên, vận tốc góc quay thân xe, gia tốc ngang Các kết khảo sát luận văn sử dụng làm sở cho toán điều khiển cảnh báo điều kiện sử dụng thực tế Các nghiên cứu luận văn dừng lại kết tính tốn lý thuyết với thông số gần tham khảo từ tài liệu Cần có nghiên cứu hồn chỉnh thực nghiệm để kiểm chứng độ tin cậy mô hình v LỜI CAM ĐOAN Trong suốt thời gian thực luận văn, xin cam đoan: Những nội dung luận văn thực hướng dẫn trực tiếp TS Trịnh Minh Hồng - NCM Ơ tơ Xe chun dụng - Khoa Cơ khí động lực Trường Cơ khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội; Mọi tài liệu tham khảo đưa vào luận văn trích dẫn rõ ràng minh bạch; Trong luận văn này, chép không hợp lệ, vi phạm chương trình đào tạo, quy chế đào tạo, hay có dấu hiệu gian dối tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên Vũ Văn Nghĩa vi MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH x DANH MỤC BẢNG BIỂU xii LỜI CAM ĐOAN vi LỜI NÓI ĐẦU xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan công nghiệp ô tô Việt Nam 1.2 Tính ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô 1.2.1 Tính điều khiển tô 1.2.2 Vấn đề an tồn giao thơng quỹ đạo chuyển động 1.3 Khí động học tơ 1.3.1 Khí động học thông số đặc trưng 1.3.2 Lực cản khơng khí 1.3.3 Lực nâng khí động 1.3.4 Lực khí động ngang 1.3.5 Các thông số đánh giá ổn định chuyển động liên quan đến gió ngang 1.3.6 Mức độ ảnh hưởng gió ngang đến ổn định chuyển động 1.4 Các dạng ổn định ngang 1.5 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu 12 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 12 1.5.2 Đối tượng nghiên cứu 12 1.5.3 Phương pháp nghiên cứu 12 1.5.4 Phạm vi nghiên cứu 12 1.5.5 Nội dung luận văn 12 1.6 Kết luận 13 vii CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE KHÁCH CỠ LỚN 14 2.1 Phân tích cấu trúc xe khách cỡ lớn giả thiết 14 2.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân mơ tả động lực học xe khách cỡ lớn 17 2.2.1 Xét mặt phẳng song song với mặt đường 17 2.2.2 Xét mặt phẳng dọc xe 19 2.2.3 Xét mặt phẳng ngang xe 20 2.2.4 Động lực học bánh xe 22 2.2.5 Lựa chọn mơ hình lốp 23 2.2.6 Hệ thống treo 25 2.2.7 Hệ phương trình vi phân tổng quát 25 2.3 Các lực mơ men khí động 28 2.3.1 Mơ hình gió xiên 28 2.3.2 Xác định lực mơ men khí động phương pháp thể tích hữu hạn sử dụng phần mềm chuyên dụng 30 2.4 Kết luận chương 42 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC KHÍ ĐỘNG ĐẾN ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE KHÁCH CỠ LỚN 43 3.1 Các tiêu chí đánh giá ổn định 43 3.1.1 Các điều kiện đầu vào 43 3.1.2 Các tiêu, thông số sử dụng để đánh giá 43 3.2 Khảo sát gió ngang ổn định miền thời gian 44 3.2.1 Đánh giá độ lệch bên xe khách cỡ lớn chuyển động điều kiện có gió ngang 44 3.2.2 Đánh giá gia tốc lệch bên xe khách cỡ lớn chuyển động điều kiện có gió ngang 50 3.2.3 Đánh giá vận tốc góc quay thân xe xe khách cỡ lớn chuyển động điều kiện có gió ngang 51 3.3 Khảo sát gió ngang thay đổi theo quy luật cho trước 54 viii 3.4 Kết luận chương 57 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 ix DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Biên độ dao động theo phương thẳng đứng bánh xe Hình 1.2 Các dạng ổn định ngang Hình 2.1 Mơ hình khơng gian xe khách cỡ lớn .15 Hình 2.2 Mơ hình lực tác động lên xe mặt phẳng song song với đường .18 Hình 2.3 Mơ hình lực tác động mặt phẳng dọc 19 Hình 2.4 Mơ hình lực tác động mặt phẳng ngang 21 Hình 2.5 Mơ hình động lực học bánh xe đàn hồi .22 Hình 2.6 Góc lệch bên, độ trượt mơ hình lốp Pacejka 24 Hình 2.7 Vận tốc gió tương đương xe chuyển động điều kiện gió ngang 29 Hình 2.8 Các lực mơ men khí động tác động lên thân xe khách 30 Hình 2.9 Thơng số kích thước xe khách THACO HB120SL-H380R-14 31 Hình 2.10 Mơ hình 3D xe khách tham khảo 31 Hình 2.11 Vùng khơng gian mơ khí động xe khách cỡ lớn Ansys 33 Hình 2.12 Vùng khơng gian tính tốn Ansys Fluent 34 Hình 2.13 Phổ giá trị đánh giá số orthogonal quality & skewness Ansys .34 Hình 2.14 Phổ vận tốc mặt phẳng nằm ngang cách mặt đường 2m 37 Hình 2.15 Véc tơ vận tốc mặt phẳng nằm ngang cách mặt đường 2m 37 Hình 2.16 Phổ vận tốc mặt phẳng dọc xe 38 Hình 2.17 Vecto vận tốc mặt phẳng dọc xe 38 Hình 2.18 Xuất kết lực theo phương Ox xe nghiêng góc 45° 39 Hình 2.19 Xuất kết mơ men theo phương Ox xe nghiêng góc 45° 39 Hình 2.20 Lực cản theo vận tốc góc nghiêng 40 Hình 2.21 Lực bên theo góc nghiêng vận tốc 40 Hình 2.22 Lực ngang theo góc nghiêng vận tốc .41 x Hình 3.2 Độ lệch bên xe khách q trình chuyển động có gió ngang (vận tốc xe Vv = 20 m/s) van toc xe 20m/s 11 10.5 10 thoi gian (s) 9.5 8.5 7.5 6.5 15 20 25 30 35 van toc gio Hình 3.3 Thời gian xe lệch vượt giới hạn đường (vận tốc xe Vv = 20 m/s) Từ kết tính tốn mơ (hình 3.2), tác giả xây dựng đồ thị hình 3.3 để làm rõ thời gian xe khách vi phạm đường (khi độ lệch bên vượt 45 0,625m) điều kiện chuyển động vận tốc 20m/s với vận tốc gió ngang khác Kết đồ thị hình 3.3 cho thấy, vận tốc gió tăng lên thời gian xe khách vi phạm đường giảm xuống (vì độ lệch bên tăng lên) Khi gió 15m/s cần 10,83 giây để lệch quỹ đạo sang đường bên cạnh, cịn gió tăng lên 35m/s thời gian giảm xuống cịn 7,01 giây Đồ thị hình 3.3 có ý nghĩa thực tiễn với người lái, người lái không phản ứng xe khách cỡ lớn điều kiện gió ngang lớn sau khoảng 7s vi phạm đường, dẫn đến rủi ro tai nạn tăng lên nhiều Đồng thời liệu quan trọng để cảnh báo nguy hiểm cho xe chuyển động điều kiện gió lớn (thời tiết xấu) thiết kế hệ thống điều khiển an toàn chủ động xe khách cỡ lớn (các hệ thống điều khiển tác động thay đổi góc đánh lái giúp xe hạn chế lệch quỹ đạo để đảm bảo xe không vi phạm đường di chuyển) Hình 3.4 Độ lệch bên xe khách q trình chuyển động có gió ngang (vận tốc xe Vv = 30 m/s) Đồ thị hình 3.4 độ lệch bên xe khách chuyển động với vận tốc Vv = 30 m/s xây dựng tương tự đồ thị hình 3.2 Kết cho thấy quy luật thay đổi độ lệch bên xe tốc độ gió ngang thay đổi tương tự đồ thị hình 3.2 Cụ thể thời gian mô (thời gian chuyển động xe) tăng lên 46 giá trị độ lệch bên tăng theo; vận tốc gió tăng lên giá trị độ lệch bên tăng tương ứng So sánh đồ thị hình 3.2 hình 3.4 cho thấy, giá trị độ lệch bên kết thúc mô (10s) vận tốc gió có khác tương đối đáng kể xe chuyển động với vận tốc dài Vv tăng lên 30 m/s, độ lệch bên tăng lên 1,93 m (ở vận tốc Vv = 20 m/s độ lệch bên 1,58m) Khi vận tốc gió 35m/s độ lệch đạt giá trị lớn 6,73m lớn nhiều so với giá trị 1,58m xe chuyển động với vận tốc 20m/s Sau 10s, giá trị độ lệch bên vận tốc gió khác vượt qua giá trị 6,25m, tức xe khách vi phạm đường sau 10s chuyển động vận tốc 30m/s điều kiện gió ngang có vận tốc từ 15m/s đến 35m/s Hình 3.5 Thời gian xe lệch vượt giới hạn đường (vận tốc xe Vv = 20 m/s) Đồ thị hình 3.5 xây dựng từ kết đồ thị hình 3.4 Kết đồ thị hình 3.5 cho thấy, vận tốc gió tăng lên thời gian xe khách vi phạm đường giảm (giống quy luật đồ thị hình 3.3) Do độ lệch bên giá trị vận tốc gió tăng lên xe chuyển động từ 20 m/s lên 30m/s nên thời gian vi phạm đường giảm tương ứng Cụ thể vận tốc gió 35m/s, thời gian vi phạm đường 2,94s với vận tốc xe 30m/s 7,01s với vận tốc xe 20m/s 47 20 lech ben (m) 15 10 40 35 35 30 30 25 25 van toc xe (m/s) 20 20 15 van toc gio (m/s) Hình 3.6 Độ lệch bên theo vận tốc gió vận tốc xe Hình 3.6 đồ thị biểu diễn phục thuộc độ lệch bên theo vận tốc gió vận tốc xe sau khoảng thời gian 10s Khoảng giá trị vận tốc xe khảo sát Vv = 20 ÷ 40 m/s; vận tốc gió khảo sát Vw = 15 ÷ 35 m/s Kết hình 3.6 cho thấy, giá trị độ lệch bên tăng tỉ lệ thuận với giá trị vận tốc xe Khi vận tốc xe tăng, khoảng thời gian khảo sát, quãng đường di chuyển xe tăng lên Do góc xoay thân xe coi khơng đổi độ lệch bên tăng lên tương ứng Ngoài ra, kết hình 15 cho thấy: giá trị độ lệch bên tăng tỉ lệ thuận với vận tốc gió Khi vận tốc gió tăng, giá trị lực bên tăng theo khiến xe bị lệch quỹ đạo theo phương ngang Tại giá trị vận tốc xe Vv = 20m/s, vận tốc gió Vw = 15m/s độ lệch bên đạt 0,58m (xe chưa vi phạm đường) Tuy nhiên vận tốc xe Vv = 40m/s vận tốc gió Vw = 35m/s giá trị độ lệch bên lên tới 16,71m (xe lấn sang đường khác) Ngoài ra, nghiên cứu sử dụng tiêu chí đánh giá độ lệch bên tác giả Barker (1986) [2], tiêu chuẩn tai nạn xe khách trường hợp gió ngang độ lệch bên vượt 0,5m thời gian 0,5s Độ lệch bên xe khách chuyển động với vận tốc (Vv = 20 m/s Vv = 30 m/s) dải vận tốc gió khảo sát (Vw = 15 ÷ 35 m/s) thể hình 3.7 hình 3.8 48 Theo kết hình 3.7 hình 3.8, xe khách cỡ lớn khơng vi phạm tiêu chuẩn tai nạn Barker xe chuyển động với vận tốc lên đến Vv = 30m/s điều kiện gió ngang thổi vng góc với mặt phẳng thân xe có giá trị vận tốc gió Vw = 35 m/s van toc xe 20m/s 0.012 gio 15m/s 0.01 gio 20m/s gio 25m/s gio 30m/s gio 35m/s de lech ben (m) 0.008 0.006 0.004 0.002 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 thoi gian (s) Hình 3.7 Độ lệch bên xe khách q trình chuyển động có gió ngang (vận tốc xe Vv = 20 m/s) khoảng thời gian 0,5 s 49 van toc 30m/s 0.03 0.025 gio 15m/s gio 20m/s gio 25m/s gio 30m/s 0.02 lech ben (m) gio 35m/s 0.015 0.01 0.005 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 thoi gian (s) Hình 3.8 Độ lệch bên xe khách trình chuyển động có gió ngang (vận tốc xe Vv = 30 m/s) khoảng thời gian 0,5 s 3.2.2 Đánh giá gia tốc lệch bên xe khách cỡ lớn chuyển động điều kiện có gió ngang Kết đồ thị hình 3.9 cho thấy, giá trị gia tốc lệch (xét khoảng thời gian 3-10s) tăng lên tương ứng vận tốc gió ngang tăng lên Cụ thể gia tốc lệch bên vận tốc gió 15 m/s 0,042 m/s2; vận tốc gió 35 m/s gia tốc bên 0,151m/s2 Giá trị gia tốc lệch bên trường hợp khảo sát khoảng thời gian 3-10s gần ổn định q trình mơ giả thiết lực, mơ men khí động ổn định q trình mô 50 van toc xe 30m/s gio 15m/s gio 17.5m/s gio 20m/s 2.5 gio 22.5m/s gio 25m/s gio 27.5m/s gia toc lech ben (m/s2) gio 30m/s gio 32.5m/s gio 35m/s 1.5 0.5 0 10 thoi gian (s) Hình 3.9 Gia tốc bên theo vận tốc gió vận tốc xe 3.2.3 Đánh giá vận tốc góc quay thân xe xe khách cỡ lớn chuyển động điều kiện có gió ngang Hình 3.10 minh họa phụ thuộc giá trị vận tốc góc xoay thân xe theo vận tốc gió xe chuyển động với vận tốc Vv = 20m/s Trong giai đoạn đầu giá trị vận tốc góc xoay thân xe biến thiên mạnh (từ 0,048 đến 0,226 độ/s), nhiên giai đoạn sau (từ 4-10s) giá trị góc xoay thân xe gần ổn định (trên đồ thị gần nằm ngang) Giá trị góc xoay thân xe tăng lên tương ứng với giá trị vận tốc gió Xét ổn định (từ 4-10s), giá trị góc xoay thân xe gió 15m/s 35m/s tương ứng 0,0375 0,0723 độ/s 51 van toc 20m/s 0.25 gio 15m/s gio 17.5m/s 0.2 gio 20m/s gio 22.5m/s gio 25m/s gio 27.5m/s 0.15 goc xoay than xe (do/s) gio 30m/s gio 32.5m/s gio 35m/s 0.1 0.05 -0.05 10 thoi gian (s) Hình 3.10 Vận tốc góc xoay thân xe Vv = 20 m/s van toc 30m/s 0.3 0.25 gio 15m/s gio 17.5m/s 0.2 van toc goc xoay than xe (do/s) gio 20m/s gio 22.5m/s gio 25m/s 0.15 gio 27.5m/s gio 30m/s gio 32.5m/s 0.1 gio 35m/s 0.05 -0.05 10 thoi gian (s) Hình 3.11 Vận tốc góc xoay thân xe Vv = 30 m/s Hình 3.11 minh họa phụ thuộc giá trị vận tốc góc xoay thân xe theo giá trị vận tốc xe chuyển động 30m/s Kết đồ thị hình 3.11 cho thấy, hình dáng đồ thị tương tự hình 3.10 Cụ thể, giai đoạn đầu (0-4s) giá trị vận tốc xoay thân 52 xe biến thiên mạnh Giai đoạn sau (4-10s) giá trị gần ổn định Khi xe chuyển động nhanh (30m/s so với 20m/s) trị vận tốc góc xoay thân xe tăng lên tương ứng Giá trị ổn định vận tốc góc xoay thân xe gió 35m/s vận tốc 20m/s 30 m/s tương ứng 0,0723 0,246 độ/s Sự tăng lên giải thích tăng lên lực bên mô men xoay thân xe vận tốc chuyển động xe tăng lên vận tốc gió ngang goc xoay than xe theo van toc gio va van toc xe goc xoay than xe (do) 40 35 35 30 30 25 25 van toc xe (m/s) 20 20 15 van toc gio (m/s) Hình 3.12 Giá trị góc xoay thân xe theo vận tốc xe vận tốc gió Hình 3.12 minh họa phụ thuộc giá trị góc xoay thân xe theo vận tốc gió vận tốc xe Kết cho thấy vận tốc gió vận tốc xe tăng lên giá trị góc xoay thân xe tăng lên tương ứng Giá trị góc xoay thân xe sau thời gian 10s có phụ thuộc vào giá trị vận tốc góc xoay thân xe Kết đồ thị hình 3.12 phù hợp với kết đồ thị minh họa hình 3.10 hình 3.11 Khi vận tốc xe, vận tốc gió có giá trị nhỏ (từ 15-25m/s) giá trị góc xoay thân xe khơng lớn (từ 0,4-0,8 độ), giá trị vận tốc xe, vận tốc gió lớn (từ 30-40m/s) giá trị tăng lên nhanh chóng Cụ thể giá trị góc xoay thân xe 0,41 độ vận tốc xe Vv = 20m/s, vận tốc gió Vw = 15m/s; vận tốc xe Vv = 40m/s, vận tốc gió Vw = 35m/s góc xoay thân xe có giá trị 4,83 độ 53 3.3 Khảo sát gió ngang thay đổi theo quy luật cho trước Trong nghiên cứu khảo sát độ lệch bên, gia tốc lệch ngang vận tốc góc xoay thân xe xe khách cỡ lớn chuyển động điều kiện có gió ngang theo quy luật cho trước (theo tiêu chuẩn ISO 12021:2010 [10] thí nghiệm ảnh hưởng gió ngang quạt gió tới chuyển động xe điều kiện khơng đánh lái Trong t1 thời gian tương ứng đầu xe bắt đầu vào vùng có quạt gió, t2 thời gian tương ứng xe vào vùng có quạt gió, t3 thời gian tương ứng đầu xe vùng quạt gió, t4 thời gian tương ứng xe vùng quạt gió Trong nghiên cứu khảo sát trường hợp vận tốc xe Vv = 30m/s, t1=2s, t2=4s, t3=8s, t4=10s, thời gian khảo sát 15s Hình 3.13 Đặc tính gió ngang khí nghiệm quạt gió 54 van toc xe 30m/s gio 15m/s gio 20m/s gio 25m/s gio 30m/s lech ben (m) gio 35m/s 0 10 15 thoi gian (s) Hình 3.14 Độ lệch bên xe gió ngang theo quy luật gió bậc thang Hình 3.14 biểu diễn giá trị độ lệch bên theo vận tốc gió xe 30m/s đặc tính gió cho trước có dạng bậc thang Kết cho thấy, hình dạng đồ thị chia thành phần tương ứng với thay đổi giá trị gió ngang đưa vào mơ Giá trị gió ngang thời gian từ đến t1 (vì lúc chưa có gió ngang, nên lực ngang coi 0, khơng có độ lệch ngang) Giai đoạn từ t1t2, giá trị tăng lên giá trị nhỏ, giai đoạn từ t2-t3 có quy luật giống hình 3.5 hình 3.7 (vì giai đoạn coi phần khảo sát hình 3.5 hình 3.7) Giai đoạn từ t3-t4 có thay đổi nhẹ Giai đoạn từ t4-10s (kết thúc mô phỏng) giá trị lệch bên tăng theo quy luật gần tuyến tính Giá trị độ lệch bên tăng tuyến tính giai đoạn từ t4-10s giai đoạn khơng cịn gió ngang, gia tốc gió ngang 0, vận tốc gió ngang số chuyển vị lệch ngang thay đổi theo quy luật tuyến tính Cũng tương tự gió ngang ổn định, giá độ lệch ngang sau 15s tăng tỉ lệ với giá trị vận tốc gió ngang Cụ thể sau 15s, giá trị lệch ngang vận tốc 15m/s 35m/s (khi xe 30m/s) 2,08 6,13m 55 van toc xe 30m/s 0.18 gio 15m/s 0.16 gio 20m/s gio 25m/s 0.14 gio 30m/s gio 35m/s gia toc lech ben (m/s2) 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 -0.02 10 15 thoi gian (s) Hình 3.15 Gia tốc lệch bên xe gió ngang theo quy luật gió bậc thang Hình 3.15 cho thấy quy luật thay đổi gia tốc bên chia thành vùng phụ thuộc thời gian rõ rệt Từ 0-t1, giá trị chưa có lực ngang, chưa có mơ men xoay thân xe Từ t1-t2 giá trị lực bên tăng lên, giai đoạn giá trị vận tốc gió ngang tăng lên tương ứng, giá trị lực, mơ men khí động tăng tương ứng Giai đoạn t2-t3 có quy luật gần giống với quy luật hình 3.13 Lúc đầu biến thiên nhiều, sau dần ổn định Giai đoạn từ t3-t4 giá trị giảm xuống, lúc xe bắt đầu khỏi vùng gió thổi, nên giá trị lực mơ men khí động giảm dần sang giai đoạn t4-15s Quy luật vận tốc góc xoay thân xe chia thành giai đoạn rõ rệt theo thay đổi quy luật gió ngang Cụ thể vận tốc góc quay thân xe có giá trị giai đoạn 0-t1, t4-15s Vận tốc góc quay thân xe tăng lên vận tốc gió ngang tăng lên (giai đoạn t1-t2) biến thiên nhiều (đầu giai đoạn t2-t3), sau ổn định dần Vận tốc góc quay thân xe giảm dần giai đoạn t3-t4 56 van toc xe 30m/s 0.18 gio 15m/s 0.16 gio 20m/s gio 25m/s 0.14 gio 30m/s van toc goc xoay than xe (do/s) 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 -0.02 10 15 thoi gian (m/s) Hình 3.16 Vận tốc góc quay thân xe gió ngang theo quy luật gió bậc thang 3.4 Kết luận chương Chương trình bày kết đánh giá ảnh hưởng lực khí động (khi xe khách cỡ lớn chuyển động mơi trường có gió ngang) đến ổn định xe mơ hình động lực học giải phương pháp mô số Các thơng số đầu vào cho tốn khảo sát đánh giá lực khí động điều kiện cụ thể Việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng lực khí động đến ổn định xe khách dựa số tiêu chí đánh giá đề xuất tác giả nước ngoài, chủ yếu độ lệch bên, gia tốc ngang phản lực tiếp xúc bánh xe với mặt đường Các kết nghiên cứu cho thấy mức độ ảnh hưởng điều kiện gió ngang lớn làm ổn định quĩ đạo xe, dẫn tới làm cho xe chuyển động sai đường, gây nên va chạm tai nạn đến thành lề đường phương tiện giao thơng khác Kết nghiên cứu sử dụng cho tốn thiết kế hình dáng khí động, tốn cảnh báo nguy hiểm cho xe chuyển động thời tiết xấu làm sở cho tốn điều khiển nâng cao tính an tồn tích cực cho xe chuyển động đường 57 KẾT LUẬN Luận văn "Đánh giá tính ổn định ô tô xe khách cỡ lớn điều kiện chuyển động có gió ngang" đạt số kết sau: Luận văn trình bày phân tích sở lý thuyết ảnh hưởng lực khí động đến ổn định xe khách cỡ lớn Luận văn nghiên cứu xác định lực mơ men khí động tác động lên xe điều kiện chuyển động thẳng có gió ngang (tạo thành gió xiên tác động đến vỏ xe) phương pháp thể tích hữu hạn sử dụng phần mềm chuyên dụng Kết lực mô men khí động làm thơng số đầu vào cho tốn khảo sát tính ổn định tơ khách Để đánh giá mức độ ảnh hưởng gió ngang đến tính ổn định chuyển động tơ, luận văn xây dựng mơ hình động lực học tổng qt tơ Các phương trình vi phân chuyển động ô tô giải công cụ Simulink phần mềm chuyên dụng Matlab Từ đánh giá tính ổn định tơ thơng qua độ lệch bên, vận tốc góc quay thân xe, gia tốc ngang Các kết khảo sát luận văn sử dụng làm sở cho toán điều khiển cảnh báo điều kiện sử dụng thực tế Hạn chế luận văn hướng nghiên cứu tiếp theo: Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc đánh giá ổn định xe mơ hình mơ Cần có nghiên cứu hoàn chỉnh thực nghiệm để kiểm chứng độ tin cậy mơ hình 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hucho, W H (1998) Aerodynamics of Road Vehicle 4th edn SAE Int Warrendale [2] C.J Baker (1986), A simplified analysis of various types of wind-induced road vehicle accidents, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 22, 6985 [3] Milan Batista, Marko Perkovič, (2014) A simple static analysis of moving road vehicle under crosswind, J Wind Eng Ind Aerodyn 128 (2014) 105–113 [4] Z Zhang, J Li, W Guo, (2018), Combined simulation of heavy truck stability under sudden and discontinuous direction change of crosswind with computational fluid dynamics and multi-body system vehicle dynamics software, Advances in Mechanical Engineering Vol 10, pp 1-10 [5] T.D Gillespie, (1992), Fundamentals of Vehicle Dynamics SAE Inc., Warrendale, PA [6] Pascal Theissen (2012), Unsteady Vehicle Aerodynamics in Gusty Crosswind, Doktor-Ingenieurs, Technische Universität München [7] J Cabrera, A Ortiz, E Carabias and A Simon, (2004) An Alternative Method to Determine the Magic Tyre Model Parameters Using Genetic Algorithms Vehicle System Dynamics 2004(2):109-127 [8] S Walczak (2016), Analysis of vehicle dynamics under sadden cross wind, IOP Conf Series: Materials Science and Engineering 148 (2016) 012030 [9] Nguyễn Tiến Dũng, (2018) Nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động đồn xe sơ mi rơ mc chuyển làn, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội [10] ISO 12021:2010, (2010): Road vehicles - Sensitivity to lateral wind - Open-loop tesst method using wind generator input 59