Nghiên cứu khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe tải bằng phần mềm chuyên dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu khảo sát quỹ đạo chuyển động xe tải phần mềm chuyên dụng NGUYỄN ĐỨC SƠN son.nd202876m@sis.hust.edu.vn Ngành Kĩ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tiến Dũng Khoa: Cơ khí động lực Trường: Cơ khí HÀ NỘI, 10/2022 CỘNG HỊA 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: NGUYỄN ĐỨC SƠN Đề tài luận văn: Nghiên cứu khảo sát quỹ đạo chuyển động xe tải phần mềm chuyên dụng Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô Mã số SV: 20202876M 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 29/10/2022 với nội dung sau: Rà sốt, chỉnh sửa lỗi tả, lỗi chế Ngày Giáo viên hướng dẫn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG tháng năm Tác giả luận văn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 An tồn giao thơng Việt Nam 1.1.1.Điều kiện đường Việt Nam 1.1.2 Tình hình giao thơng Việt Nam 1.2 Ổn định chuyển động xe 1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động 1.2.2 Mất ổn định hướng quỹ đạo chuyển động 1.3 Các nghiên cứu nước ổn định quỹ đạo chuyển động 1.3.1 Các nghiên cứu nước 1.3.2 Các nghiên cứu nước 1.4 Các mơ hình nghiên cứu ổn định chuyển động 10 1.4.1 Mơ hình 1/4 11 1.4.2 Mơ hình 1/2 theo phương dọc 11 1.4.3 Mơ hình khơng gian 12 1.5 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu 13 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 13 1.5.2 Đối tượng nghiên cứu 13 1.5.3 Phương pháp nghiên cứu 14 1.5.4 Phạm vi nghiên cứu 14 1.6 Kết luận chương I 14 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ 15 2.1 Phân tích cấu trúc xe nghiên cứu đề xuất giả thiết 15 2.1.1 Phân tích cấu trúc xe nghiên cứu 15 2.1.2 Đề xuất giả thiết 19 2.2 Thiết lập mơ hình chuyển động khơng gian 20 2.2.1 Các phương trình vi phân mô tả 20 2.3 Xác định lực liên kết 26 2.3.1 Lực đàn hồi 26 2.3.2 Lực cản giảm chấn 27 2.3.3 Lực tương tác lốp – đường (Mô hình lốp) 28 2.3.4 Tải trọng thẳng đứng bánh xe 31 2.4 Mô dao động phần mềm 32 2.4.1 Giới thiệu phần mềm 32 2.4.2 Sử dụng công cụ mơ hình hóa mơ dao động 36 2.5 Kết luận chương 41 CHƯƠNG III: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẾN QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TẢI 43 3.1 Thông số, điều kiện, têu đánh giá phương án khảo sát 43 3.1.1 Thông số kỹ thuật xe tải 43 3.1.3 Chỉ tiêu đánh giá 45 3.1.4 Các phương án khảo sát 45 3.2 Khảo sát ảnh hưởng thông số sử dụng đến ổn định quỹ đạo xe với bán kính quay vịng khơng đổi 46 3.2.1 Ảnh hưởng góc quay bánh xe dẫn hướng 47 3.2.2 Ảnh hưởng vận tốc xe 50 3.3 Khảo sát ảnh hưởng thông số sử dụng đến ổn định quỹ đạo xe với bán kính quay vịng thay đổi 54 3.4 Kết luận chương 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Thống kê vụ tai nạn Việt Nam năm 2014 2015 Hình Các phương tiện gây tai nạn giao thông đường Việt Nam Hình Tỉ lệ tai nạn giao thông loại đường Việt Nam Hình Các nguyên nhân gây tai nạn giao thông đường Việt Nam Hình Các yếu tố ảnh hưởng Hình Các trạng thái ổn định quỹ đạo Hình Các thơng số đặc trưng đặc tính quay vịng Hình Mơ hình 1/4 11 Hình Mơ hình 1/2 12 Hình 11 Mơ hình khơng gian 13 Hình Cấu trúc xe nghiên cứu Hino 500 MODEL FM8JW7A………………15 Hình 2 Kết cấu phần treo 16 Hình Kết cấu phần không treo 16 Hình Kết cấu phận đàn hồi 17 Hình Quan hệ tần số dao động riêng phần treo với độ võng tĩnh 18 Hình Bộ phận giảm chấn 19 Hình Mơ hình động lực học khơng gian xe tải 21 Hình Mơ hình động lực học bánh xe đàn hồi 25 Hình Đặc tính hệ thống treo 27 Hình 10 Mơ hình lốp 28 Hình 11 Sơ đồ thuật tốn chương trình 37 Hình Cung đường khảo sát điều kiện quay vịng……………………46 Hình Hành lang chuyển động xe với v = 40 km/h, δ = 4.10, bán kính cung đường R = 40m, bề rộng đường bR = 3.75m 47 Hình 3 Hành lang chuyển động xe với v = 40 km/h, δ = 3.90 48 Hình Hành lang chuyển động xe với v = 40 km/h, δ = 4.30 48 Hình Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 50 km/h 50 Hình Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 40 km/h 51 Hình Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 54 km/h 51 hạn bên bên ngồi Trong trường hợp này, xe chuyển động khơng vi phạm đường, xe trạng thái quay vòng Hình 3 Hành lang chuyển động xe với v = 40 km/h, δ = 3.90 Hình 3.3 thể kết khảo sát với vận tốc không đổi v = 40km/h góc quay bánh xe dẫn hướng delta = 3.90 Ở điều kiện quay vòng này, phần xe vi phạm đường bên phải Điều dẫn đến va chạm vào thành lề đường phương tiện bên phải, xe có trang thái quay vịng thiếu Hình Hành lang chuyển động xe với v = 40 km/h, δ = 4.30 48 Hình 3.4 thể kết khảo sát với vận tốc không đổi v = 40km/h góc quay bánh xe dẫn hướng δ = 4.30 Ở điều kiện quay vòng này, phần xe vi phạm đường bên trái Điều dẫn đến va chạm với phương tiện đường bên trái, xe có trạng thái quay vịng thừa Bảng Trạng thái quay vòng xe quay vòng với vận tốc v = 40 km/h cung đường có bán kính R =40m, bề rộng đường 3.75m, góc quay bánh xe dẫn hướng δ thay đổi δ (0 ) Trạng thái 1 1 0 -1 -1 -1 Bảng 3.2 trình bày kết khảo sát trạng thái quay vịng xe 21 trường hợp khảo sát với góc quay bánh xe dẫn hướng δ thay đổi 30 đến 50 với bước Δδ = 0.10 vận tốc v = 40 km/h cung đường có bán kính R = 40m, bề rộng đường 3.75m Trong bảng 3.2, có giá trị màu vàng thể trạng thái quay vòng thiếu, nghĩa xe vi phạm bên phải (làn bên ngồi) Ơ có giá trị màu xanh thể trạng thái quay vòng (xe đường) Các ô có giá trị “-1” màu đỏ thể trạng thái quay vòng thừa, nghĩa xe vị phạm lần bên trái (làn bên trong) Kết khảo sát cho thấy, trường hợp δ ≤ 3.90, xe có trạng thái quay vịng thiếu, phần xe vi phạm đường bên phải Còn trường hợp δ ≥ 4,30, xe có trạng thái quay vịng thừa, phần xe vi phạm đường bên trái Các kết khảo sát với 4.10 δ < 4.20 xe quay vịng nằm đường mong muốn Kết cho thấy trạng thái quay vòng xe "nhạy" với thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng (hay góc đánh lái) Ngoài ra, kết khảo sát phù hợp với lý thuyết trạng thái quay vòng thiểu, quay vòng thừa: ˗ Trạng thái quay vòng thiếu làm cho xe vi phạm đường bên phải thường xảy với góc δ nhỏ Góc δ lớn vi phạm ngồi Sự vi phạm bắt đầu điểm trước trái (x2, y2) xe sau đến điểm giới hạn sau Khi bị vi phạm đường bên phải dẫn đến xe có khả bị va chạm với phương tiện chiều phía bên phải thành lễ đường bên phải 49 ˗ Trạng thái quay vòng thừa làm cho xe vi phạm đường bên trái thường xảy với góc δ lớn Góc δ nhỏ vi phạm Sự vi phạm bắt đầu điểm trước phải (x1, y1) xe Khi bị vi phạm đường bên trái gây va chạm với phương tiện lề đường bên trái 3.2.2 Ảnh hưởng vận tốc xe Phương án khảo sát ảnh hưởng vận tốc xe đến ổn định chuyển động quay vòng là: Khảo sát mục vận tốc khác khoảng giá trị v = 20:2:60 km/h, xe đẩy tải với góc lái δ số định nghĩa trước Hình 3.5, hình 3.6 hình 3.7 thể số kết khảo sát góc quay bánh xe dẫn hướng không đổi δ =4.20 với vận tốc xe tương ứng v = 50, 40, 54 km/h Hình Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 50 km/h Ở hình 3.5, xe chuyển động quay vòng với vận tốc v = 50 km/h với góc quay bánh xe dẫn hướng δ = 4.20 Kết khảo sát cho thấy, quỹ đạo chuyển động tất điểm giới hạn xe nằm hành lang đường giới hạn bên bên Trong trường hợp này, xe chuyển động không vi phạm đường, xe trạng thái quay vịng 50 Hình Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 40 km/h Hình 3.6 thể kết khảo sát với góc quay bánh xe dẫn hướng khơng đổi δ = 4.20, vận tốc v = 40 km/h Ở điều kiện quay vòng này, phần xe vi phạm đường bên trái, dẫn đến va chạm vào thành lề đường phương tiện bên trái, xe có trạng thái quay vịng thừa Hình Hành lang chuyển động xe với δ = 4.20, v = 54 km/h Hình 3.6 thể kết khảo sát với góc quay bánh xe dẫn hướng không đổi δ = 4.20 vận tốc v = 54 km/h Ở điều kiện quay vòng này, 51 phần xe vi phạm đường bên phải, dẫn đến va chạm với phương tiện lề đường bên phải, xe có trạng thái quay vòng thiếu Bảng 3 Trạng thái quay vòng xe quay vịng với góc quay bánh xe dẫn hướng δ = 4.20 cung đường có bán kính R =40m, bề rộng đường 3.75m, vận tốc v thay đổi v 4.20 xe có trạng thái quay vòng thừa, phần xe vi phạm đường bên trái Chỉ có kết khảo sát 40 < δ < 4.20 xe quay vịng nằm đường mong muốn Kết cho thấy trạng thái quay vòng xe "nhạy" với thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng Khi mở rộng khảo sát với dài thông số sử dụng vận tốc xe khoảng từ 20 km/h đến 60 km/h, góc quay vịng bánh xe dẫn hướng khoảng từ 30 đến 50, kết khảo sát trạng thái vi phạm đường xe quay vịng cung đường có bán kính R khác cho thấy: - Khi vận tốc xe lớn, góc quay bánh xe dẫn hướng nhỏ khả vi phạm bên phải nhiều - Khi vận tốc xe nhỏ, góc quay bánh xe dẫn hướng lớn khả vi phạm bên trái nhiều - Khi tăng kính R, tình trạng quay vịng thiếu xe giảm, tình trạng quay vịng thừa xe tăng Từ kết khảo sát, chương luận văn định hướng sở cho toán điều khiển cảnh bảo điều kiện sử dụng thực tế 58 KẾT LUẬN Với mục tiêu đặt ra, đề tài luận văn hoàn thành nội dung sau: Luận văn trình bày phân tích sở lý thuyết ổn định quỹ đạo chuyển động Để đánh giá q trình quay vịng tơ, luận văn xây dựng mộ hình động lực học tổng qt Các phương trình vi phần mơ tả chuyển động ô tô giải công cụ Simulink phần mềm chuyên dụng Matlab cho kết quỹ đạo chuyển động ô tô quay vòng với mức vận tốc gốc xoay bánh xe dẫn hưởng khác Luận văn khảo sát ảnh hưởng số thông số sử dụng góc xoay bánh xe dẫn hướng, vận tốc xe đến ổn định quỹ đạo chuyển động quay vịng cung đường có bán kính khác Các kết cho phép đánh giá mức độ vi phạm đường xe quay vòng Đây kết làm sở cho toán điều khiển cảnh báo điều kiện sử dụng thực tế * Một số hạn chế luận văn hưởng nghiên cứu tiếp theo: Phạm vi nghiên cứu giới hạn đánh giá khả phạm lần đường với góc đánh lái vận tốc xe không đổi, chưa quan tâm đến tốc độ đánh lái, mấp mơ mặt đường, q trình phanh đường vòng, yếu tố dạng điều khiển gây ổn định ngang quay vịng Cần có nghiên cứu hồn chỉnh để đánh giá ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô quay vòng trường hợp 59 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Thắng (2020), Thiết lập mơ hình động lực học nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động xe tải chuyển đường, Luận văn thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Hà Nội [2] http://www.csgt.vn/tintuc/4653/Tinh-hinh-tai-nan-giao-thong-nam2015.html [3] Nguyễn Tiến Dũng (2017), Nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động đoàn xe sơ mi rơ móc khí chuyển làn, luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội [4] Danwei Wang, Feng Qi, (2001), Trajectory Planning for a Four-WheelSteering Vehicle, School of Electrical and Electronic Engineering Nanyang Technological University [5] Jihan Ryu, (2004), State and Parameter Estimation for Vehicle Dynamics Control Using GPS, Stanford University [6] 6.Zvi Shiller William Serate, (1995) Trajectory planning of tracked vehicles, University of California, Los Angeles [7] Juey-Fu Cheng, and Hsuan-Chih Huang Effects of Roadway Geometric Features on Low-Speed Turning Maneuvers of Large Vehicles [8] Masayoshi Tomizuka, Jeng-Yu Wang, (2004) Dynamic analyses and robust steering controller design for automated lane guidance of heavy-duty vehicles University of California, Berkeley [9] Đào Đức Thụ (2012), Xây dựng mơ hình điều khiển kết hợp làm việc ổn định ngang hệ thống phanh để tăng cường khả chống lật bên xe tải, luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [10] Bùi Hải Nam (2012), Nghiên cứu bổ sung ảnh hưởng kết cấu hệ thống treo mơ hình tính tốn quỹ đạo ô tô, luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [11] Lê Đức Hiếu (2007), Nghiên cứu đặc tính quay vịng xe du lịch, Luận văn thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Hà Nội 61 [12] Phạm Xuân Quỳnh (2015), Nghiên cứu ảnh hưởng hệ số bám đến trình chuyển đường ô tô du lịch, luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội [13] Võ Văn Hường, Nguyễn Tiến Dũng, Dương Ngọc Khánh, Đàm Hồng Phúc, (2014), Động lực học tơ, NXB Giáo dục Việt Nam [14] Nguyễn Văn Vinh (2021), Nghiên cứu đánh giá dao động hành khách xe samco felix 34 chỗ, Luận văn thạc sĩ, Đại học Công nghệ Giao thông vận tải [15] Ammonn, Tyre and Vehicle Dynamics Elsevier, UK [16] Burchkhardt, Tyre and Vehicle Dynamics Elsevier, UK [17] Pacejka, H B., (2006), Tyre and Vehicle Dynamics Elsevier, UK [18] https://hino.vn/san-pham/?section=section-500-series [19] Pgs.Ts Nguyễn Việt Hùng, Pgs.Ts Nguyễn Trọng Giảng (2003) ANSYS & Mô số công nghiệp phần tử hữu hạn, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [20] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (2003) Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [21] Võ Văn Hường (2005), Nghiên cứu hồn thiện mơ hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội 62