TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển, ngày càng thể hiện rõ tầm quan trọng trong sự phát triển của nền công nghiệp nước nhà Thị trường ô tô càng phát triển với đa dạng về chủng loại và giá cả 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 lƣợng làm việc của chúng ngày càng đƣợc quan tâm nghiên cứu nh m nâng cao chất lƣợng của ô tô Tính năng và hiệu quả sử dụng của ô tô phụ thuộc vào chất lƣợng thiết kế, chế tạo và điều kiện sử dụng. Việc đánh giá chất lượng xe có thể theo một số phương pháp khác nhau phụ thuộc vào mục đích và phương tiện xác định các chỉ tiêu đánh giá Trong đó nhóm chỉ tiêu động lực học, tính an toàn điều khiển và tính tiết kiệm nhiên liệu đƣợc xét đến phổ biến hơn. Theo nhƣ nhóm đƣợc biết thì ở Việt Nam đang hầu hết nhập khẩu và sử dụng các loại động cơ được sản xuất tại các nước khác trên thế giới và hoàn thiện lắp ráp thân vỏ ở Việt Nam Đối với các loại động cơ xe nhập ngoại, việc tính toán, kiểm tra các tính chất động lực học của xe rất là khó khăn vì hầu hết các loại xe nhập ngoại không có đầy đủ các thông số thiết kế Do vậy, việc nghiên cứu tính toán và khảo sát về các chỉ tiêu động lực học là vấn đề mang tính cấp thiết và có tính khả thi cao.
Ngoài ra, xét về loại hình dịch vụ vận tải b ng xe Bus – phương tiện công cộng đang rất phát triển do tính tiện ích và thuận lợi mà nó mang lại, cùng với sự phát triển đó là các vấn đề về tai nạn giao thông thảm khốc xảy ra ngày càng nhiều bởi rất nhiều nguyên nhân và góp mặt trong đó là nguyên nhân về tính ổn định, tính an toàn của các phương tiện tham gia lưu thông trên đường và điển hình là những trường hợp ô tô mất ổn định động học trong quá trình tăng tốc hay quay vòng quay vòng thừa hoặc quay vòng thiếu) Ô tô chuyển động trên đường với quỹ đạo rất phức tạp, nếu ô tô chuyển động với tốc độ cao, gặp chướng ngại vật cần phanh gấp hoặc cần đổi hướng chuyển động để tránh chướng ngại vật thì cũng có thể làm xe lật.
Xuất phát từ những lý do trên và được sự định hướng Thầy hướng dẫn nhóm đã thực hiện đề tài “Khảo sát sức kéo và tính ổn định ô tô Bus”.
Mục đích của đề tài
Mục đích của việc khảo sát sức kéo là để đánh giá khả năng hoạt động của xe khi chuyển động ở nhiều điều kiện đường sá khác nhau.
Mục đích của việc khảo sát ổn định của xe Bus là để tính toán và xác định các giới hạn lật đổ và quay vòng của xe Và sau đó sử dụng phần mềm mô phỏng để kiểm nghiệm thực tế và so sánh sự chênh lệch so với kết quả tính toán ban đầu để từ đó đƣa ra các kết luận và khuyến cáo khi sử dụng xe Bus – đối tƣợng mà nhóm thực hiện khảo sát.
Nhiệm vụ của đề tài
Khảo sát sức kéo của ô tô Bus:
- Áp dụng được công thức S.R.Lây Đécman hiệu chỉnh để xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ.
- Trình bày được phương trình cân b ng lực kéo, phương trình cân b ng công suất, nhân tố động lực học, thời gian và quãng đường tăng tốc.
Khảo sát tính ổn định ô tô Bus:
- Tính toán, xác định các góc dốc giới hạn ổn định dọc.
- Tính toán, xác định góc giới hạn lật trên đường nghiêng ngang, vận tốc giới hạn chuyển động của ô tô khi quay vòng với bán kính quay vòng nhỏ nhất.
- Mô phỏng với phần mềm để so sánh với kết quả tính toán.
Đối tƣợng khảo sát
Đối tƣợng mà nhóm khảo sát là xe Bus 40 chỗ trong đó có 19 chỗ ngồi và 21 chỗ đứng) Xe khảo sát là xe dạng ô tô khách dùng trong thành phố vận chuyển hành khách với số người tối đa là 40 gồm 19 chỗ ngồi và 21 chỗ đứng Xe được thiết kế dựa trên khung sắt-xi của xe tải HINO.
Hình 1.1: Xe bus 40 chỗ CITY BES1 Bảng 1.1: Bảng thông số cơ bản của xe BES1
Stt BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT
1 Thông tin chung Ô tô cơ sở Ô tô thiết kế
1.1 Loại phương tiện Ô tô sát xi khách Ô tô khách thành phố)
2 Thông số về kích thước
2.3 Vệt bánh xe trước/sau (mm) 1770/1660 1770/1660
2.4 Vệt bánh xe sau phía ngoài mm) 1920 1920
2.5 Chiều dài đầu xe (mm) 1050 1435
2.6 Chiều dài đuôi xe mm) 2160 2465
2.7 Khoảng sáng gầm xe (mm) 225 215
2.8 Góc thoát trước/sau độ) - 14/12
3 Thông số về khối lƣợng
3.1 Khối lƣợng bản thân kg) 2850 5600
3.1.1 Phân bố khối lƣợng bản thân lên
3.1.2 Phân bố khối lƣợng bản thân lên
3.2 Số người cho phép chở kể cả
- 40 (19 chỗ ngồi + 21 người lái người) chỗ đứng)
3.3 Khối lƣợng toàn bộ cho phép
- 8200 tham gia giao thông kg)
3.3.1 Phân bố lên cầu trước (kg) - 2855
3.3.2 Phân bố lên cầu sau (kg) - 5345
3.4 Khối lƣợng toàn bộ theo thiết kế
- 8200 lớn nhất của nhà sản xuất (kg)
3.4.1 Phân bố lên cầu trước (kg) - 2855
3.4.2 Phân bố lên cầu sau (kg) - 5345
3.5 Khối lƣợng toàn bộ cho phép của
3.5.1 Khối lƣợng toàn bộ cho phép của
3150 - xe cơ sở trên trục trước (kg)
3.5.2 Khối lƣợng toàn bộ cho phép của 5850 -
4 xe cơ sở trên trục sau (kg)
4 Thông số về tính năng chuyển động
4.1 Tốc độ cực đại của xe (km/h) - 92,8
4.2 Độ dốc lớn nhất xe vƣợt đƣợc
Bán kính quay vòng nhỏ nhất
4.3 theo vết bánh xe trước phía ngoài 7,8 7,8
5.1 Tên nhà sản xuất và kiểu loại
HINO MOTORS, J05C-TF động cơ
5.2 Nhiên liệu, số xi lanh và cách bố Diesel, 4 kỳ, 4 xi lanh thẳng hàng, tăng áp, làm trí mát b ng nước
5.3 Dung tích xi lanh cm 3 ) 5307
5.5 Đường kính xi lanh x Hành trình
5.6 Công suất lớn nhất ( kW)/ Số
5.7 Mô men xoắn lớn nhất (Nm) / Số
5.8 Vị trí bố trí động cơ trên khung
6.1 Kiểu 1 đĩa ma sát khô
6.2 Dẫn động Thủy lực, trợ lực khí nén
7 Hộp số Kiểu cơ khí, 6 số tiến, 1 số lùi
7.1 Tỷ số truyền của các tay số 7,818 4,957 2,992 1,866 1,312 1,000
7.2 Tỷ số truyền của tay số lùi 7,445
8 Trục các đăng 02 trục , có ổ đỡ trung gian
9.1 Tải trọng cho phép kg) 3150
Tải trọng cho phép kg) 5850
10.2 Lốp trước 8.25-16, áp suất: 94 PSI, chỉ số khả năng chịu tải: 128
10.4 Lốp sau 8.25-16, áp suất: 94 PSI, chỉ số khả năng chịu tải: 126
10.5 Lốp dự phòng 8.25-16, áp suất: 94 PSI, chỉ số khả năng chịu tải: 128/126
Hình 1.2: Bản vẽ tổng thể của ô tô Bus
KHẢO SÁT SỨC KÉO Ô TÔ BUS
Thông số tính toán ban đầu
Bảng 2.1: Bảng thông số tính toán động lực học của xe
THÔNG SỐ TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC KÉO Ô TÔ
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Khối lƣợng toàn bộ ô tô G kg 8200
Phân bố lên cầu chủ động G Z2 kg 5345
Khối lƣợng bản thân G 0 kg 5600
Bán kính bánh xe rb m 0,3839
Hệ số biến dạng lốp 0,93
Bề rộng xe tính toán theo vết bánh xe trước) Bo m 2,33
Chiều cao xe H m 3,05 Động cơ
Công suất lớn nhất P kW 121
Số vòng quay cực đại v/ph 2500
Mô men xoắn cực đại Me N.m 496
Tỷ số truyền hộp số
Tỷ số truyền lực chính i0 3,9
Xây dựng đặc tính tốc độ ngoài động cơ
2.2.1 Đường đặc tính tốc độ ngoài động cơ
Sự thay đổi của các đại lƣợng nhƣ công suất động cơ, mô men xoắn và suất tiêu hao nhiên liệu theo số vòng quay động cơ trong điều kiện động cơ làm việc ở chế độ cung cấp nhiên liệu lớn nhất đƣợc gọi là đặc tính tốc độ ngoài của động cơ Từ đó đặc tính tốc độ ngoài của động cơ dùng để đánh giá công suất có ích và mô men xoắn của động cơ cũng nhƣ suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ ở các tốc độ khác nhau của động cơ. cơ
Công thức biểu thị sự
) nhƣ sau: phụ thuộc của các đại lƣợng Pe, Me theo tốc độ góc động
Me – Mô men xoắn của động cơ N.m)
Pe – Công suất của động cơ kW) – Vận tốc góc của động cơ rad/s) Các đường đặc tính bao gồm:
+ Đường công suất Pe = f(ne)
+ Đường mô men xoắn Me = f(ne)
+ Đường suất tiêu hao nhiên liệu động cơ ge = f ne)
9 Đường đặc tính tốc độ ngoài thường được xây dựng b ng thực nghiệm, thử trên bệ thử trong các điều kiện nhất định Trong trường hợp tính toán kiểm nghiệm, khi ta không thể xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài động cơ b ng cách thực nghiệm Ta có thể xây dựng các đường đặc tính trên b ng công thức S.R.Lây Đécman dựa vào các thông số được cung cấp từ nhà sản xuất và các hệ số a, b, c trong phương trình đã đƣợc xác định theo kinh nghiệm thực nghiệm.
Tuy nhiên, ngày nay động cơ đời mới có nhiều thay đổi không chỉ sử dụng bộ chế hòa khí với động cơ xăng hay bơm cao áp với động cơ Diesel mà còn có các hệ thống khác nhƣ tăng áp, phun xăng hỗn hợp, phun xăng điện tử do vậy các hệ số thực nghiệm a, b, c không còn phù hợp với các xe hiện nay. Để xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ cho các loại động cơ hiện nay ta cần phải sử dụng phương trình S.R.Lây Đécman hiệu chỉnh Công thức S.R.Lây Đécman có dạng :
Pe , – Công suất có ích của động cơ và số vòng quay của trục khuỷu ứng với một điểm bất kỳ của đồ thị đặc tính ngoài.
, – Công suất cực đại và số vòng quay trục khuỷu ứng với công suất cực đại. a, b, c – Các hệ số thực nghiệm đƣợc chọn theo loại động cơ.
Từ biểu thức (2.2) ta biến đổi thành biểu thức mô men:
2.2.2 Tính toán hệ số S.R.Lây Đécman hiệu chỉnh a, b, c
Công suất cực đại (kW) tại số vòng quay vòng/phút)
Mô men xoắn tại điểm có công suất cực đại:
Mômen xoắn cực đại: (N.m) tại số vòng quay vòng/phút)
Phương trình (2.3) là một hàm bậc 2 và đạt cực đại tại vòng/phút) với giá trị (N.m) ta có: dM e 0 dn e
Mặt khác, khi ta có: thì a b c 1
Giải hệ phương trình ta được: a = 0,908; b = 0,552; c = 0,46
Vậy phương trình đường cong công suất và mô men của xe có dạng :
Từ đó ta có phương trình S.R.Lây Đécman hiệu chỉnh như sau :
Mô men xoắn của động cơ Me) có thể tính dựa theo các giá trị của Pe và ne theo công thức sau :
Trong đó : Pe – Công suất động cơ kW)
Me – Mô men xoắn của động cơ N.m) n
Số vòng quay trục khuỷ u v ò n g/ p h út)
2.2.3 Xây dựng đồ thị đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
Cho giá trị số vòng quay trục khuỷu động cơ ne) thay đổi từ 600 vòng/phút (số vòng quay nhỏ nhất mà động cơ Diesel hoạt động ổn định) đến số vòng quay cực đại
Thay ne vào phương trình 2.9) và 2.10) ta tìm được các giá trị Pe, Me tương ứng.
Bảng 2.2: Bảng giá trị Pe, Me, ne ne (vòng/phút) Pe (KW) Me (N.m)
2500 121 496 Đồ thị đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ dựa vào bảng 2.1 được biểu diễn nhƣ sau: Pe = f(ne) ; Me = f(ne).
Hình 2.1: Đồ thị đặc tính tốc độ ngoài của xe khảo sát
Dựa vào bảng số liệu và đồ thị đặc tính tốc độ ngoài của động cơ ta thấy:
Cân b ng lực kéo
vòng/phút). Đường cong mô men đạt giá trị cực đại (N.m) tại số vòng quay vòng/phút)
- Với các hệ số a, b, c của công thức S.R.Lây Đécman hiệu chỉnh có thể giảm đƣợc đáng kể sai số của hệ số thực nghiệm kinh nghiệm.
2.3.1 Các lực tác dụng lên xe trong trường hợp chuyển động tổng quát
Hình 2.2: Sơ đồ các lực tác dụng lên xe Ý nghĩa của các ký hiệu ở trên hình vẽ nhƣ sau:
G - Trọng lƣợng 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 lên dốc.
Fj - Lực cản quán tính khi xe chuyển động không ổn định (có gia tốc).
Z1, Z2 - Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe cầu trước, cầu sau.
Mf1 – Mô men cản lăn ở các bánh xe chủ động.
Mf2 - Mômen cản lăn ở các bánh xe bị động. α - Góc dốc mặt đường.
2.3.2.1 Lực kéo tiếp tuyến Fk
Fk là phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động theo chiều cùng với chiều chuyển động ô tô Điểm đặt của Fk tại tâm của vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường:
Mô men xoắn của động cơ N.m)
Tỷ số truyền ở từng tay số
Tỷ số truyền lực chính
Bán kính tính toán của bánh xe m)
Bảng 2.3: Bảng giá trị trung bình của hiệu suất truyền lực với từng loại xe
Loại xe Giá trị trung bình của Ô tô du lịch 0,93 Ô tô tải với truyền lực chính 1 cấp 0,89 Ô tô tải với truyền lực chính 2 cấp 0,85
- Do xe khảo sát là xe bus sử dụng khung sắt-xi của xe tải nên ta chọn
2.3.2.2 Vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số
Vận tốc chuyển động ở từng tay số (m/s) Bán kính tính toán của bánh xe m) : Tỷ số truyền ở tay số i
: Tỷ số truyền lực chính
: Số vòng quay động cơ vòng/phút)
Từ công thức 2.11) và 2.12), ta thay các giá trị vào lập đƣợc bảng sau:
Bảng 2.4: Bảng giá trị Fk và V ở từng tay số ne Me
2.3.3 Các lực cản chuyển động
Lực cản lăn tác dụng lên bánh xe
Hệ số cản lăn của đường
+ Khi xe có vận tốc V < 22 m/s) thì: f f 0
+ Khi xe có vận tốc V 22 (m/s) thì: f f 0 1
Bảng 2.5: Bảng giá trị hệ số cản lăn của từng loại đường
Loại đường Hệ số cản lăn Đường nhựa tốt 0,015 – 0,018 Đường nhựa bê tông 0,012 – 0,015 Đường rải đá 0,023 – 0,030 Đường đất khô 0,025 – 0,035 Đường đất sau khi mưa 0,050 – 0,15 Đường cát 0,10 – 0,30 Đất sau khi cày 0,12
- Do xe khảo sát là xe Bus chuyên chạy trong các thành phố nên ta chọn hệ số cản lăn
Lực cản không khí là lực cản xuất hiện khi xe chuyển động Bao gồm 3 yếu tố:
+ Lực cản áp lực là lực cản do hình dáng khí động học của xe
+ Lực cản bề mặt ma sát do độ nhẵn của vỏ xe và phụ thuộc vào chất lƣợng sơn + Lực cản do ảnh hưởng của xoáy lốc
Lực cản không khí đƣợc biểu diễn theo biểu thức sau:
Trong đó: ρ – Khối lƣợng riêng của không khí kg/m 3 ) vo – Vận tốc tương đối giữa xe và không khí m/s) v v
v v – Vận tốc của xe (m/s) vg – Vận tốc gió (m/s)
( Dấu (+) ứng với khi vận tốc của xe và của gió ngƣợc chiều.
Dấu (-) ứng với khi vận tốc của xe và của gió cùng chiều.)
Cx – Hệ số cản không khí
S – Diện tích cản không khí m 2 )
S = m.Bo.H Đối với xe Bus, hệ số điền đầy m = 1
Khi tính toán, người ta còn đưa vào khái niệm nhân tố cản không khí W có đơn vị là
Bảng 2.6: Bảng giá trị hệ số cản và diện tích cản không khí với từng loại xe
+ Xe du lịch Ô tô con)
- Do xe khảo sát là xe Bus thuộc loại ô tô khách nên ta chọn hệ số cản không khí Cx 0,6
Lực cản lên dốc Fi xuất
G.sin hiện khi xe chuyển động lên đường dốc một góc α.
(2.15) Độ dốc của mặt đường:
Khi góc α quá bé α i và có giá trị (-) khi f < i hoặc Ѱ = 0 khi f = i khi xuống dốc.
Xét trong trường hợp xe chuyển động thẳng đều ta được phương trình sau:
2.3.4.2 Tổng lực cản F f + F ω j = 0 ) trên đường b ng phẳng (α=0),
- Chọn hệ số cản lăn fo = 0.018
- Khi xe có vận tốc V 22 (m/s) thì:
- Khi xe có vận tốc V < 22 (m/s) thì:
Tính lực cản không khí
Từ các lực đã có, ta có:
+ Khi xe có vận tốc V < 22 (m/s):
+ Khi xe có vận tốc V 22 (m/s):
Từ các công thức và số liệu đã có ta lập bảng giá trị lực cản tổng nhƣ sau:
Bảng 2.7: Bảng giá trị tổng lực cản Ff + Fω theo vận tốc v
– Trọng lƣợng xe phân phối lên cầu chủ động
– Hệ số thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu (1.2 – 1.4 ) φ - Hệ số bám 0.7 – 0.8 )
Chọn mi = 1.2 và φ = 0.7, ta đƣợc:
Dựa vào bảng 2.4 và bảng 2.6 ta vẽ được các đường Fki = f(v), (Ff + Fω ) f(v), = f(v) của đồ thị cân b ng lực kéo.
Hình 2.3: Đồ thị cân b ng lực kéo
- Nhìn vào đồ thị ta có thể thấy đường cong Fk6 và đường (Ff + Fω ) vẫn chưa cắt nhau cho thấy sức kéo của động cơ ở tay số cao nhất có thể hoạt động tốt trong điều kiện chuyển động khảo sát Và vận tốc lớn nhất của tay số 6 cũng là vận tốc lớn nhất của xe
- Đường lực cản Ff và Ff + Fω ) có đoạn gấp khúc ở vận tốc 22 m/s) là do khi xe di chuyển dưới 22 m/s) thì hệ số cản lăn f được xem như là không đổi, còn khi xe di chuyển ở vận tốc lớn hơn 22 m/s) thì hệ số cản lăn còn phụ thuộc vào tốc độ của xe.
- Fd là khoảng n m giữa Fk6 và (Ff + Fω ) đƣợc gọi là lực kéo dƣ dùng để tăng tốc hoặc leo dốc Khoảng n m giữa ở điểm cuối cùng Fk6 và (Ff + Fω ) là lực kéo dƣ đƣợc thiết kế dùng để trừ hao khi xe quá tải hoặc xe gặp phải điều kiện đường quá xấu.
- Dựa vào bảng số liệu và đồ thị ta xác định đƣợc lực kéo lớn nhất của xe (Fkmax) khi hoạt động ở tay số 1: Fkmax = 37640,9 N) và lực kéo nhỏ nhất của xe (Fkmin) khi hoạt động ở tay số 6: Fkmin = 4686,1 (N) Cho thấy tay số càng nhỏ thì lực kéo sẽ càng lớn.
- Xét điều kiện bám, nếu Fk >thì các bánh xe chủ động xe bị trƣợt quay Từ đó cho thấy điều kiện để xe hoạt động đƣợc là: ≥ Fk ≥ (Ff + Fω ) Từ đồ thị ta đánh giá đƣợc
Fkmax và Fkmin đều n m trong khoảng cho phép, cho thấy xe hoạt động tốt trong trường hợp khảo sát.
2.3.6 Xây dựng đồ thị cân bằng lực kéo 3D
Dựa vào đồ thị cân b ng lực kéo 2D thì ta chỉ có thể xác định đƣợc vận tốc lớn nhất của xe trong trường hợp nhất định là xe di chuyển trên đường b ng Với đồ thị cân b ng lực kéo 3D thì ta có thể xác định thêm đƣợc độ dốc mà xe có thể vƣợt qua đƣợc ở từng tay số khác nhau.
2.3.6.1 Phương trình cân bằng lực kéo
Xét trong trường hợp xe chuyển động thẳng đều (j = 0) đang lên dốc ta có phương trình cân b ng lực kéo như sau:
- Chọn hệ số cản lăn fo = 0.018
- Khi xe có vận tốc V 80 km/h) thì:
- Khi xe có vận tốc V < 80 km/h) thì:
Tính lực cản không khí
Tính lực cản lên dốc
- Độ dốc của mặt đường: i = tgα
- Khi góc α quá bé α 45 o ứng với G x > G (khu vực quá tải), các tia với < 45 o ứng với
Gx < G (khu vực chƣa đầy tải) Đồ thị tia có ý nghĩa rất quan trọng trong sử dụng thực tế, dựa vào nó có thể tính toán sức kéo trong sử dụng.
Hình 2.7: Đồ thị đặc tính động lực học có đồ thị tia 2.5.3 Nhận xét
- Khi xe chuyển động ở tay số thấp thì giá trị của động lực học D sẽ cao hơn so với xe chuyển động ở tay số cao.
- Giá trị D1max tại tay số 1 tương ứng với sức cản lớn nhất của mặt đường
- Đường cong động lực học D của các tay số đều n m trong khoảng thỏa mãn điều kiện để duy trì cho xe chuyển động: D D
- Vận tốc tại điểm đặc tính động lực học lớn nhất đƣợc gọi là vận tốc lớn nhất đƣợc gọi là vận tốc giới hạn của tay số đó Khi xe chuyển động ở vận tốc lớn hơn vận tốc giới hạn của tay số đó nếu khi đó lực cản tăng lên thì vận tốc sẽ giảm và động lực học sẽ tăng giúp xe thắng đƣợc lực cản và giữ xe ổn định Ngƣợc lại, khi xe chuyển động ở vận tốc nhỏ hơn vận tốc giới hạn, khi lực cản tăng lên thì vận tốc giàm và động lực học cũng giảm làm cho xe không thắng đƣợc lực cản gây mất ổn định.
- Dựa vào đồ thị tia ta có thể xác định đƣợc nhân tố động lực học của xe khi biết đƣợc vận tốc chuyển động của xe, số truyền đang sử dụng và trọng lƣợng Gx.
2.5.4 Khả năng vƣợt dốc của xe
Từ đặc tính động lực học ta có thể đánh giá đƣợc khả năng lên dốc của xe Khi xe chuyển động ổn định thì D = , với hệ số cản lăn f ta xác định đƣợc độ dốc lớn nhất mà xe có thể chuyển động đƣợc ở từng tay số Ta có: i D f f (2.31) Độ dốc lớn nhất mà xe có thể hoạt động đƣợc ở mỗi tay số đƣợc xác định nhƣ sau: i max D max f (2.32)
Bảng 2.12: Bảng giá trị độ dốc lớn nhất của từng tay số
Khả năng vƣợt dốc theo điều kiện bám:
– Trọng lƣợng xe phân phối lên cầu chủ động
– Hệ số thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu ( =1.2) φ - Hệ số bám φ = 0.7)
- Độ dốc lớn nhất mà xe có thể khắc phục đƣợc ở tay số 1 là imax = 0,4497 αmax$,21 o )
- Khả năng vƣợt dốc lớn nhất cho phép theo điều kiện bám 0,5295 α = 27,9 o )
2.5.5 Khả năng tăng tốc của xe
Dựa vào đặc tính động lực học của xe ta có thể đánh giá đƣợc khả năng tăng tốc của xe Từ công thức động lực học:
Từ đó ta rút ra đƣợc:
Trong đó : δ - hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay của từng tỷ số truyền (δ = 1,05 + 0,05.ih 2) Ѱ – Hệ số cản tổng cộng của mặt đường Ѱ = f ± i i là độ dốc của đường)
Bảng 2.13: Bảng hệ số kể đến ảnh hưởng của các khối lượng quay từng tay số
Số 1 Số 2 Số 3 Số 4 Số 5 Số 6 i h 7.818 4.957 2.992 1.866 1.312 1
Bảng 2.14: Bảng giá trị gia tốc
Dựa vào bảng số liệu ta xây dựng đồ thị đặc tính gia tốc của xe
Hình 2.8: Đồ thị gia tốc của xe
- Ở tốc độ Vmax = 25,78 m/s) thì gia tốc j 0 khi đó xe không còn khả năng tăng tốc.
- Vận tốc nhỏ nhất Vmin = 0,8 (m/s) ứng với số vòng quay ổn định nhỏ nhất của động cơ n = 600 vòng/phút) Khoảng vận tốc từ 0 đến Vmin là khoảng khởi hành của xe.
Thời gian và quãng đường tăng tốc
2.6.1 Xây dựng đồ thị gia tốc ngƣợc
Từ đồ thị gia tốc ta xây dựng đồ thị gia tốc ngƣợc nhƣ sau:
Hình 2.9: Đồ thị gia tốc ngƣợc
2.6.2 Xác định thời gian tăng tốc Để xác định biến thiên của tốc độ xe theo thời gian v t) chúng ta dựa trên cơ sở phân tích sau: j dv
1 dv dt j Thời gian để xe tăng tốc từ v1 đến v2 đƣợc xác định b ng công thức:
Trong đó: j – Gia tốc di chuyển của xe
Ta sử dụng phương pháp phân tích đồ thị để giải tích phân này Từ đồ thị gia tốc ngược hình 2.9 ta chia đường cong gia tốc thành nhiều khoảng nhỏ và cho gia tốc không đổi trong khoảng đó.
t v v 1 i 2 1 j tb ji1 , ji 2 : là gia tốc điểm đầu và điểm cuối của khoảng đã chọn
Ngoài ra, khả năng tăng tốc của xe còn bị ảnh hưởng bởi kết cấu của xe và trình độ của người lái Đối với xe có hộp số có cấp khi chuyển số giữa các tay số sẽ xảy ra hiện tƣợng giảm tốc. Độ giảm vận tốc đƣợc tính theo công thức:
Trong đó: tc: thời gian chuyển số phụ thuộc vào kỹ thuật của người lái và kết cấu xe (tc = 0,5 – 3s)
Bảng 2.15: Bảng giá trị độ giảm vận tốc trong quá trình chuyển số
Bảng 2.16: Bảng giá trị thời gian tăng tốc
Dựa vào bảng số liệu ta vẽ đƣợc đồ thị thời gian tăng tốc theo vận tốc
Hình 2.10: Đồ thị thời gian tăng tốc
2.6.3 Xác định quãng đường tăng tốc
Ta có công thức tính vận tốc nhƣ sau:
Từ đó suy ra: v ds dt
Quãng đường xe tăng tốc từ v1 đến v2 được xác định b ng công thức:
Ta sử dụng phương pháp phân tích đồ thị để giải tích phân này Từ đồ thị thời gian tăng tốc hình 2.10 ta chia đường cong thời gian tăng tốc thành nhiều khoảng nhỏ và cho vận tốc không đổi trong khoảng đó.
Quãng đường tăng tốc từ Vmin đến Vmax được xác định :
Bảng 2.17: Bảng giá trị thời gian và quãng đường tăng tốc
Hình 2.11: Đồ thị quãng đường tăng tốc
- Thời gian xe bắt đầu tăng tốc đến khi đạt vận tốc lớn nhất của xe là 83,75s.
- Quãng đường xe từ lúc bắt đầu tăng tốc đến khi xe đạt vận tốc lớn nhất là 1558m.
Nhận xét
Qua quá trình khảo sát sức kéo của ô tô Bus thì ta đã xây dựng đƣợc các đồ thị đặc tính ngoài, cân b ng lực kéo 2D và 3D, cân b ng công suất, động lực học, gia tốc, thời gian và quãng đường tăng tốc của xe vận tốc trong điều kiện khảo sát là xe được sử dụng để chuyên chở khách trong các thành phố.
Dựa vào các đồ thị ta đánh giá đƣợc các tính năng chuyển động cũng nhƣ khả năng hoạt động của xe nhƣ sau:
+ Vận tốc tối đa của xe (Vmax) là 92,8 km/h)
+ Độ dốc lớn nhất mà xe có vƣợt qua đƣợc i = 44,97% αmax$,21 o ) thỏa mãn quy chuẩn QCVN 10: 2015/BGTVT (i ≥ 20%).
+ Thời gian xe bắt đầu tăng tốc đến khi đạt vận tốc lớn nhất của xe là 83,75s. + Quãng đường xe từ lúc bắt đầu tăng tốc đến khi xe đạt vận tốc lớn nhất là
Thông qua các thông số động lực học trên cho thấy xe đảm bảo đƣợc khả năng hoạt động và có thể vận hành tốt trong điều kiện giao thông trong thành phố.
KHẢO SÁT TÍNH ỔN ĐỊNH Ô TÔ BUS
Khái niệm
Tính ổn định của ô tô là khả năng đảm bảo giữ cho quỹ đạo chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau Tuỳ thuộc điều kiện sử dụng, ô tô có thể đứng yên, chuyển động trên đường dốc (đường có góc nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang) có thể phanh hoặc quay vòng ở các loại đường khác nhau đường xấu, đường tốt ).
Trong những điều kiện phức tạp nhƣ vậy, ô tô phải giữ đƣợc quỹ đạo của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trƣợt hoặc thùng xe không bị nghiêng, cầu xe bị quay lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảo chúng chuyển động an tồn, nâng cao vận tốc chuyển động của xe có nghĩa là tăng tính kinh tế và tính ổn định của ô tô trong mọi điều kiện làm việc.
Trong phần này, chúng ta nghiên cứu tính ổn định của ô tô để đảm bảo khả năng không bị lật đổ hoặc bị trƣợt trong những điều kiện chuyển động khác nhau.
Sự mất ổn định dọc tĩnh của ô tô không chỉ do sự lật đổ dọc mà còn do trƣợt trên dốc do không đủ lực phanh hoặc do lực bám không tốt giữa các bánh xe và mặt đường.
Tính ổn định dọc của ô tô
3.2.1 Tính ổn định dọc tĩnh
Tính ổn định dọc tĩnh của xe là khả năng đảm bảo cho xe không bị lật hoặc bị trượt khi đứng yên trên đường dốc dọc.
3.2.1.1 Xác định sự phân bố khối lƣợng của ô tô a Xác định khối lƣợng bản thân ô tô Để xác định đƣợc khối lƣợng và chiều cao của từng thành phần thì công ty đã sử dụng phương pháp cân từng thành phần và tổng hợp lại sau đây.
Bảng 3.1: Bảng thông số khối lƣợng các thành phần xe
Thành phần khối lƣợng Ký hiệu Tọa độ Giá trị
Khối lƣợng bản thân ô tô cơ sở G CH 1661 2850
Khối lượng khung xương khoang hành
G KV 2619 1325 khách và tấm vỏ
Khối lượng kính bên, trước và sau GK 2460 280
Khối lƣợng máy điều hòa nhiệt độ G ML 1500 150
Khối lƣợng ghế hành khách và ghế
Khối lƣợng ván sàn và nội thất G NT 2600 805
Khối lƣợng hành khách G HK - 2600
Khối lƣợng hành lý G HL 0 0
- Khối lƣợng bản thân của ô tô: Go = 5600 (kg)
- Khối lượng hành khách: 40 người, GHK = 2600 (kg)
- Khối lƣợng hành lý: GT = 0 (kg)
- Khối lƣợng toàn bộ của ô tô: G = Go + GHK + GT = 8200 (kg)
- xi : là tọa độ tính từ tâm cầu trước
Giả thiết các thành phần khối lƣợng phân bố đối xứng qua trục đối xứng dọc của ô tô Vẽ sơ đồ tính toán phân bố tải khối :
Hình 3.1: Sơ đồ xác định phân bố khối lƣợng của ô tô
Xác định hai phản lực thẳng đứng
Viết phương trình cân b ng mô men:
M Z Z 02 3850 G CH 1661 G KV 2619 G K 2460 G ML 1500 G GH 2810 G NT 2600 0
Giải phương trình trên ta được:
- Z02 = 3100 (kg). b Xác định khối lƣợng toàn bộ của ô tô
Hình 3.2: Sơ đồ bố trí các vị trí đứng ngồi trên xe ô tô Bảng 3.2: Bảng giá trị khối lƣợng và tọa độ của từng thành phần theo sơ đồ bố trí
Thành phần khối lƣợng Ký hiệu Tọa độ Giá trị
Khối lƣợng hành khách phân bố ở hàng
Khối lƣợng hành khách phân bố ở hàng
G HK2 2650 130 ghế đôi bên tài 02-03
Khối lƣợng hành khách phân bố ở hàng G HK3 3410 130
Khối lƣợng hành khách phân bố ở hàng
G HK4 4160 130 ghế đôi bên tài 06-07
Khối lƣợng hành khách phân bố ở hàng
G HK5 4910 130 ghế đôi bên tài 08-09
Khối lƣợng hành khách phân bố ở hàng
Khối lƣợng hành khách phân bố ở hàng
G HK7 -360 65 ghế đơn bên phụ 19
Khối lƣợng hành khách phân bố ở hàng
G HK8 440 65 ghế đơn bên phụ 18
Khối lƣợng hành khách phân bố ở hàng
G HK9 2450 65 ghế đơn bên phụ 17
Khối lƣợng hành khách phân bố ở hàng
G HK10 3210 65 ghế đơn bên phụ 16
Khối lƣợng hành khách phân bố ở hàng
G HK11 3990 65 ghế đơn bên phụ 15
Khối lƣợng hành khách phân bố ở vị trí
G HK12 1460 260 diện tích đứng 04 người
Khối lƣợng hành khách phân bố ở vị trí
G HK13 3150 910 diện tích đứng 14 người
Khối lƣợng hành khách phân bố ở vị trí
G HK14 4820 195 diện tích đứng 03 người
Viết phương trình cân b ng mô men :
Z 1 Z t 2 3850 G HK1 ( 170) G HK 2 2650 G HK 3 3410 G HK 4 4160 G HK 5 4910
G HK 6 5740 G HK 7 ( 360) G HK 8 440 G HK 9 2450 G HK10 3210 G HK11.3990
Giải phương trình trên ta được:
- Khối lƣợng hành khách phân bố lên cầu sau: Zt2 = 2245 (kg).
- Làm tương tự cho cầu trước, ta tính được khối lượng hành khách phân bố lên cầu trước: Zt1 = 355 (kg).
- Tổng khối lượng phân bố lên cầu trước: Z1 = Z01 + Zt1 = 2500 + 355 = 2855 (kg).
- Tổng khối lƣợng phân bố lên cầu sau: Z2 = Z02 + Zt2 = 3100 + 2245 = 5345 (kg).
- Tổng khối lƣợng toàn bộ của ô tô:
3.2.1.2 Xác định tọa độ trọng tâm của ô tô theo chiều dọc
Nhóm thực hiện khảo sát tính toán ở trong hai trường hợp là khi xe không tải và xe đầy tải, nhưng trong cả hai trường hợp thì cách tính toán đều giống nhau nên về mặt phân tích để tính toán thì nhóm sẽ dựa trên bài toán trường hợp xe đầy tải và sẽ đưa về kết quả cho cả hai trường hợp.
Hình 3.3: Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi đứng yên
Sau khi tính toán và có kết quả của các phản lực tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và cầu sau ở trạng thái tĩnh , từ đó ta vẽ được sơ đồ lực tác dụng lên xe khi đứng yên Trong trường hợp này chỉ còn có ba lực tác dụng lên xe: Trọng lượng toàn bộ của xe và các phản lực
Viết phương trình mô men tại điểm :
Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cầu trước: a Z
Z2 - Khối lƣợng phân bố lên trục sau ô tô G - Khối lƣợng toàn bộ ô tô
Khoảng cách từ trọng tâm ôtô đến tâm cầu sau: b L a 1,34 (m)
Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cầu trước: a Z
Z02 - Khối lƣợng phân bố lên trục sau ô tô
G0 - Khối lƣợng bản thân ô tô
+ Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cầu sau: b
3.2.1.3 Xác định tọa độ trọng tâm của ô tô theo chiều cao
Căn cứ vào trị số khối lƣợng của các thành phần và chiều cao trọng tâm của chúng ta có thể xác định chiều cao trọng tâm của ô tô khi không tải nhƣ sau:
Trong đó: hg0 - Chiều cao trọng tâm ôtô khi không tải;
Gi - Khối lƣợng các thành phần ô tô sát xi, thùng vỏ, hành lý, ); hgi - Chiều cao trọng tâm các thành phần khối lƣợng;
G0 - Khối lƣợng bản thân ô tô.
Căn cứ vào trị số khối lƣợng của các thành phần và chiều cao trọng tâm của chúng ta có thể xác định chiều cao trọng tâm của ô tô khi không tải nhƣ sau: h G g G
Trong đó: hg - Chiều cao trọng tâm ôtô khi đầy tải;
Gi - Khối lƣợng các thành phần ô tô sát xi, thùng vỏ, hành lý, ); hgi - Chiều cao trọng tâm các thành phần khối lƣợng;
G - Khối lƣợng toàn bộ ô tô
Khi ô tô đầy tải: h g = 1,185 (m) Khi ô tô không tải: h g0 = 1,097 (m)
3.2.1.5 Xét tính ổn định của ô tô theo điều kiện lật đổ a Xe đậu trên dốc hướng lên
Hình 3.4: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ô tô khi đứng yên lên dốc
Khi xét theo điều kiện lật đổ: Xe có xu hướng lật quanh trục n m trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của bánh xe cầu sau với mặt đường điểm ) theo phương dọc.
Trạng thái giới hạn lật đổ: Khi góc tăng dần đến góc góc giới hạn khi xe lật đổ đứng khi quay đầu lên dốc), các bánh xe cầu trước nhấc khỏi mặt đường:
Ta lập phương trình với điểm
Xe bắt đầu lật khi Z 1 0 nên G.Sin t hg G.Cos t b 0
Trong đó: là góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng yên quay đầu lên dốc.
65 là tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao.
+ Khi ô tô không tải: b Xe đậu trên dốc hướng xuống
Hình 3.5: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ô tô khi đứng yên xuống dốc
Tương tự khi xe đứng yên quay đầu xuống dốc, thì xe có xu hướng lật quanh trục n m trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe cầu trước với mặt đường (điểm ), khi góc tăng dần đến góc góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc), các bánh xe cầu sau nhấc khỏi mặt đường, lúc đó lực và xe sẽ bị lật quanh điểm
Ta lập phương trình với điểm :
Xe bắt đầu lật khi Z 2 0 tan ' t
Trong đó: - là góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng yên quay đầu lên dốc.
- là tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao.
3.2.1.6 Xét tính ổn định của ô tô theo điều kiện trƣợt
Sự mất ổn định dọc tĩnh của ô tô không chỉ lo sợ lật đổ dọc mà còn do trƣợt trên dốc do lực bám không tốt giữa các bánh xe và mặt đường
Khi lực phanh lớn nhất đạt giới hạn bám, xe có thể bị trƣợt xuống dốc, góc dốc của xe bị trƣợt đƣợc xác định nhƣ sau:
Trong đó: Fpmax – Lực phanh lớn nhất đặt ở các bánh xe sau. φ – Hệ số bám dọc của bánh xe với đường φ = 0,8 đối với các đường bê-tông, đường nhựa)
Z2 – Hợp lực của các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên các bánh xe sau.
Khi α tăng tới góc góc dốc giới hạn mà ô tô bắt đầu bị trƣợt khi đứng quay đầu trên dốc), lúc đó lực phanh đạt tới giới hạn bám.
Ta lập phương trình với điểm :
Khi ô tô đứng yên trên dốc quay đầu lên, ta thay giá trị 3.6), ta đƣợc: tg a. t L .h vào công thức
Khi ô tô đứng yên trên dốc và quay đầu xuống, ta làm tương tự: tg ' a. t L .h
Trong đó: là góc giới hạn bị trƣợt khi xe đứng yên trên dốc quay đầu lên và xuống.
+ Khi ô tô không tải: Để đảm bảo an toàn khi ô tô đứng yên trên dốc thì hiện tƣợng trƣợt phải xảy ra trước khi lật đổ, được xác định b ng biểu thức: tg t
Thỏa mãn cả trường hợp xe đầy tải và không tải.
3.2.2 Tính ổn định dọc động
Khi ô tô chuyển động trên đường dốc có thể bị mất ổn định (lật đổ hoặc trượt) dưới tác dụng của lực và mô men hoặc bị lật đổ khi ô tô chuyển động ở tốc độ cao trên đường b ng phẳng.
Ta xét trường hợp ô tô chuyển động lên dốc không ổn định
Hình 3.6: Sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên ô tô khi chuyển động lên dốc
Lấy mô men lần lƣợt tại các điểm O1 và O2, rút gọn ta đƣợc biểu thức nhƣ sau:
Ta không xét trong tất cả trường hợp vì xe không kéo theo rơmooc.
Khi tăng góc dốc đến giá trị giới hạn, xe sẽ lật đổ ứng với Z1 = 0, rút gọn biểu thức 3.11), ta đƣợc góc dốc giới hạn khi xe bị lật đổ là: tg b fr b đ h g
3.2.2.2 Trường hợp xe chuyển động lên dốc với vận tốc nhỏ, không kéo romooc và chuyển động ổn định Ở trường hợp này ta có : , vì nhỏ có thể coi
69 a Xét ổn định theo điều kiện lật đổ Ô tô có xu hướng lật đổ quanh trục qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe ở cầu sau với mặt đường.
Thế các giá trị trên vào công thức 3.11) và làm tương tự như ở trường hợp ổn định dọc tĩnh, ta xác định đƣợc góc giới hạn mà xe bị lật đổ khi chuyển động lên dốc. tg (3.14)
Khi xe chuyển động xuống dốc, ta cũng xác định đƣợc góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ là : tg ' đ
+ Khi ô tô không tải: b Xét ổn định theo điều kiện trƣợt
Khi lực kéo tại các bánh xe chủ động đạt tới giới hạn bám, xe bắt đầu trượt trường hợp xe cầu sau chủ động).
Với đƣợc xác định b ng cách lấy mô men đối với điểm
Từ hai biểu thức trên ta xác định đƣợc góc dốc giới hạn mà xe bị trƣợt : tg đ a.
Trong đó : Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất ở bánh xe chủ động.
Lực bám của bánh xe chủ động.
Hệ số bám của bánh xe với mặt đường.
Ta có điều kiện để đảm bảo cho ô tô trượt trước khi bị lật đổ là : tg đ tg đ đ đ (3.19) Thỏa mãn cả trường hợp xe đầy tải và không tải.
3.2.2.3 Trường hợp xe chuyển động ổn định với vận tốc cao trên đường nằm ngang và không kéo romooc.
Trong trường hợp này, ta có : cản lăn.
, bỏ qua ảnh hưởng của lực
Hình 3.7: Sơ đồ lực và mô men của ô tô khi chuyển động trên đường n m ngang
Khi đó xe có khả năng bị lật đổ do lực cản không khí gây ra nếu chuyển động với tốc độ rất lớn Lực cản không khí tăng tới giá trị giới hạn, xe sẽ bị lật quanh điểm ( là giao điểm của mặt phẳng qua trục bánh xe sau với đường), lúc đó phản lực
71 Để xác định vận tốc giới hạn mà xe bị lật đổ, ta sử dụng công thức b ng cách lấy mô men tại điểm :
Ta coi vì trị số của nó rất nhỏ so với gọn ta đƣợc vận tốc nguy hiểm mà xe bị lật đổ
Trong đó: Vận tốc giới hạn mà xe bị lật đổ (m/s).
Nhân tố cản không khí : W 0, 625.C X S
Hệ số cản không khí Diện tích cản không khí
Tính ổn định ngang của ô tô
3.3.1 Tính ổn định ngang của ô tô khi chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang a Xét ổn định theo điều kiện lật đổ
Hình 3.8: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ô tô khi chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang
Các phản lực ngang tác dụng lên các bánh xe bên phải và bên trái.
Góc nghiêng ngang của mặt đường.
Các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên các bánh xe bên phải và bên trái.
Mô men của các lực quán tính tiếp tuyến tác dụng trong mặt phẳng ngang khi ô tô chuyển động không ổn định. Ô tô có xu hướng lật đổ quanh trục n m trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe bên trái với mặt đường điểm B).
Lấy mô men đối với điểm B và rút gọn ta đƣợc biểu thức :
Khi góc tăng tới giới hạn , xe bị lật quanh trục đi qua B Lúc đó
Thông thường giá trị nhỏ nên có thể coi , xe không kéo romooc nên
Ta xác định được góc giới hạn lật đổ khi xe chuyển động trên đường nghiêng ngang là: tg c đ 2h
Trong đó: Góc nghiêng ngang giới hạn của đường mà xe bị lật đổ.
Vệt bánh xe sau phía ngoài
+ Khi ô tô đầy tải: độ)
+ Khi ô tô không tải: độ) b Xét ổn định theo điều kiện trƣợt
Khi chất lượng bám của bánh xe với mặt đường kém, xe có xu hướng trượt khi chuyển động trên đường nghiêng ngang. Để xác định góc giới hạn khi xe bị trượt, ta lập phương trình hình chiếu các lực lên mặt phẳng song song với mặt đường:
G.Sin Y ' Y '' y G.Cos (3.24) Trong đó: Góc nghiêng ngang giới hạn mà ô tô bị trƣợt.
Hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đường.
Rút gọn biểu thức trên ta đƣợc: tg y (3.25)
. Để đảm bảo an toàn, xe phải bị trượt trước khi lật đổ, nghĩa là : tg tag hay
Thỏa mãn cả trường hợp xe đầy tải và không tải.
Khi ô tô đứng yên trên đường nghiêng ngang, ta cũng xác định được góc nghiêng giới hạn mà tại đó xe bị lật đổ hoặc bị trƣợt. Ở trường hợp này, ô tô chỉ chịu tác dụng của trọng lượng Phương pháp xác định cũng tương tự như phần trên, ta có ngay góc giới hạn mà xe bị lật đổ: tg c (3.27) t 2hg
+ Khi ô tô đầy tải: độ)
+ Khi ô tô không tải: độ)
Cũng tương tự ta có góc giới hạn mà xe bị trượt là: tg t y (3.28) Điều kiện để xe trượt trước khi lật đổ là : tg t tag t hay y c 2hg
Thỏa mãn cả trường hợp xe đầy tải và không tải.
3.3.2 Tính ổn định ngang của ô tô khi chuyển động quay vòng trên đường nghiêng ngang
3.3.2.1 Xác định bán kính quay vòng của ô tô
Hình 3.9: Hành lang quay vòng của ô tô
Bán kính quay vòng nhỏ nhất tính đến tâm đối xứng dọc ô tô:
Với : - Góc quay trung bình của các bánh xe dẫn hướng 33,7 o L - Chiều dài cơ sở của ôtô
3.3.2.2 Ổn định chuyển động của ô tô khi quay vòng xét theo điều kiện lật đổ a Trường hợp ô tô quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài (hướng nghiêng ngang của đường và trục quay vòng của xe ở hai phía của đường)
Hình 3.10: Sơ đồ mô men và lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài
Trong trường hợp này ô tô chịu tác dụng của các lực sau: Lực ly tâm và trọng lƣợng toàn bộ của ô tô G.
Khi góc tăng dần đồng thời dưới tác dụng của lực ly tâm , xe sẽ bị lật đổ quanh trục đi qua A trục này là giao tuyến giữa mặt phẳng của đường với mặt phẳng đi qua hai tâm của các bánh xe bên phải và vuông góc với mặt đường), lúc đó vận tốc của ô tô đạt tới giá trị giới hạn và hợp lực
77 Để xác định trị số phản lực bên trái, ta lập phương trình cân b ng mô men đối với đường thẳng đi qua hai điểm tiếp xúc hai điểm A) của các bánh xe bên phải với mặt đường, ta được: Z'' Z''1 Z''2
Các phản lực thẳng góc của đường tác dụng lên bánh xe bên trái ở cầu trước và cầu sau.
Thông thường trị số nhỏ nên chúng ta có thể bỏ qua Thay trị số của lực ly tâm F
G.V 2 n vào công thức trên và rút gọn, ta có :
Lấy căn bậc hai hai vế ta đƣợc giá trị của :
Trong đó: Góc nghiêng ngang của đường khi xe quay vòng bị lật đổ.
Bán kính quay vòng của xe.
Vận tốc chuyển động quay vòng m/s).
Vận tốc giới hạn khi xe quay vòng bị lật đổ. Để xét các vận tốc giới hạn quay vòng Vn khác nhau ứng với các góc giới hạn quay vòng lật đổ đ khác nhau, ta lập bảng sau:
Bảng 3.3: Bảng vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài theo điều kiện lật đổ ứng với từng góc giới hạn khác nhau.
(độ) khi đầy tải khi không tải
35 1,35 2,1 b Trường hợp ô tô quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong (hướng nghiêng của đường cùng phía với trục quay vòng)
Hình 3.11: Sơ đồ mô men và lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng trên đường nghiêng ngang hướng vào trong Ở trường hợp này chiều của Y' và Y'' sẽ ngược chiều so với các trường hợp trước. Ô tô có xu hướng lật đổ quanh trục đi qua A và n m trong mặt phẳng của mặt đường Lấy mô men đối với điểm A, ta có :
.Cos G.hg Sin Z''.c F1 hg Cos F1.c Sin
Khi vận tốc ô tô tăng tới giá trị giới hạn, ô tô sẽ lật đổ Lúc đó, các bánh xe phía bên trái không còn tiếp xúc với mặt đường nữa nên
(3.34) Để xét các vận tốc giới hạn quay vòng quay vòng lật đổ đ khác nhau, ta lập bảng sau:
' n khác nhau ứng với các góc giới hạn
Bảng 3.4: Bảng vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong theo điều kiện lật đổ ứng với từng góc giới hạn khác nhau.
(độ) khi đầy tải khi không tải
25 15,67 20,28 c Trường hợp ô to quay vòng trên đường nằm ngang
Hình 3.12: Sơ đồ mô men và lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng trên đường n m ngang
Làm tương tự như hai trường hợp trên b ng cách lấy mô men đối với điểm A, ta có vận tốc giới hạn khi xe lật đổ là:
3.3.2.3 Ổn định chuyển động của ô tô khi quay vòng xét theo điều kiện trƣợt ngang
Khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang ô tô có thể bị trượt bên dưới tác động của các thành phần lực và do điều kiện bám ngang của xe với mặt đường không đảm bảo). a Trường hợp xe quay vòng trên đường nghiêng ngang hướng ra ngoài
Khi ô tô đạt giá trị giới hạn , ô tô bắt đầu trƣợt ngang, lúc đó các phản lực ngang sẽ b ng lực bám.
Chiếu các lực lên phương song song với mặt đường và phương vuông góc với mặt đường, ta được:
Thế các giá trị của hai biểu thức 3.36) vào 3.37), ta đƣợc:
(3.38) Để xét các vận tốc giới hạn quay vòng nghiêng ngang khác nhau, ta lập bảng sau:
V bị trượt tương ứng với các góc
Bảng 3.5: Bảng vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang ra ngoài theo điều kiện trƣợt ứng với từng góc giới hạn khác nhau.
3,7 2,94 1,9 b Trường hợp xe quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong Để xác định giới hạn mà tại đó ô tô bắt đầu trượt bên, ta cũng làm tương tự như trên là chiếu các lực lên phương song song với mặt đường và phương vuông góc mặt đường, ta được:
Rút gọn biểu thức trên, ta có:
(3.39) Để xét các vận tốc giới hạn quay vòng V ' bị trượt tương ứng với các góc nghiêng ngang khác nhau, ta lập bảng sau:
Bảng 3.6: Bảng vận tốc giới hạn khi xe quay vòng trên đường nghiêng ngang vào trong theo điều kiện trƣợt ứng với từng góc giới hạn khác nhau.
35 13,89 c Trường hợp xe quay vòng trên đường nằm ngang
Vận tốc giới hạn khi ô tô bị trƣợt bên là
Trong đó: Hệ số bám ngang của đường và bánh xe.
Vận tốc giới hạn khi ô tô bị trƣợt bên là V '' 6, 73 (m / s)
Mô phỏng ổn định ô tô
3.3.1 Mục đích mô phỏng Để có thể so sánh kết quả của việc tính toán với kết quả thực tế mà xe có thể đáp ứng thì việc mô phỏng có thể đánh giá gần nhƣ khách quan nhất, gần nhất và làm rõ đƣợc sự chênh lệch giữa hai cách tính toán.
3.3.2 Phương hướng mô phỏng và các bước thực hiện mô phỏng Ở phần này nhóm chỉ tập chung mô phỏng về hiện tƣợng lật ngang khi quay vòng của xe Bus ở các mức vận tốc khác nhau nh m đƣa ra các khuyến cáo giới hạn vận tốc khi quay vòng cho tài xế để tránh khỏi những tai nạn đáng tiếc không mong muốn.
Các bước thực hiện mô phỏng :
- Lựa chọn dạng xe mô phỏng trong phần mềm.
- Thay đổi các thông số mặc định của xe mẫu để phù hợp với đối tƣợng khảo sát.
- Chọn loại đường mô phỏng.
- Thay đổi điều kiện vận tốc.
- Đánh giá và đƣa khuyến cáo.
3.3.2.1 Tạo dữ liệu mới và nhập các thông số đầu vào Đầu tiên ta tạo một cơ sở dữ liệu mới của xe b ng cách khởi động phần mềm và vào File/New Dataset Empty).
Sau khi tạo dữ liệu mới thì lựa chọn Road Options để có thể lựa chọn đƣợc đa dạng các loại đường mô phỏng Ngoài ra cần đặt tên cho Dataset vừa tạo.
Hình 3.13 : Lưu cơ sở dữ liệu mới
Tiếp tục sẽ thay đổi các thông số của xe mặc định thành các thông số của đối tƣợng khảo sát, thay đổi các thông số nhƣ: Sprung mass khối lƣợng đƣợc treo), Tires thông số lốp), Steer torque mô men lái), Powertrain truyền công suất), và cuối cùng là hệ thống treo của hai cầu Cụ thể các thông số đầu vào nhƣ sau : Bảng 3.7: Thông số đầu vào
STT Thông số Giá trị Đơn vị
2 Thông số về kích thước
3 Thông số về khối lƣợng
3.1 Khối lƣợng toàn bộ cho phép
8200 kg tham gia giao thông
4.1 Công suất lớn nhất/Số vòng quay 121/2500 kW)/ vòng/phút)
4.2 Mô men xoắn/Số vòng quay 496/1500 NW)/ vòng/phút)
5 Thông số đã tính lý thuyết
5.1 Khoảng cách từ trọng tâm ô tô
5.2 Khoảng cách từ trọng tâm ô tô
5.3 Chiều cao trọng tâm xe 1,251 m
Hình 3.14 : Giao diện nhập dữ liệu 3.3.2.2 Lựa chọn dạng mô phỏng
Sau khi thiết lập dữ liệu, ta vào mục Procedure chọn dạng mô phỏng trên đường Road Networks) và chọn mô phỏng quay vòng Roundabout).
Xe Bus là xe có kích thước tương đối lớn và dài, ngoài ra còn được sử dụng rất nhiều trong giao thông hàng ngày và việc lưu thông trong các khu vực như vòng xoay hoặc quay đầu với vận tốc lớn thì có khả năng lật đổ khá cao Đầu tiên, ta sẽ chọn một khu vực vòng xoay có bán kính vòng quay 24m để mô phỏng và điều chỉnh hệ số bám mặt đường là 0.85 lựa chọn đường nhựa tốt khô ráo).
Hình 3.15 : Lựa chọn dạng mô phỏng xe quay vòng
Sau khi lựa chọn được dạng đường di chuyển thì tiếp tục chọn cách di chuyển của xe Bus trên cung đường đó Tiếp đó ta lựa chọn bán kính quay vòng trong mô phỏng là R m.
Vì lựa chọn bán kính quay vòng khác so với việc tính toán thực tế nên để so sánh kết quả mô phỏng với kết quả tính toán thì nhóm sẽ tính toán lại vận tốc giới hạn lật đổ khi quay vòng với bán kính tính toán R m, cụ thể nhƣ sau:
+ Kết quả tính toán lý thuyết:
V'' - Vận tốc giới hạn lật đổ khi quay vòng
R – Bán kính quay vòng R = 5,77 m) c – Vệt bánh sau phía ngoài c = 1920 mm) h g - Chiều cao trọng tâm khi xe đầy tải ( h g = 1,185 m)
+ Kết quả tính toán để so sánh với mô phỏng
V'' - Vận tốc giới hạn lật đổ khi quay vòng
R – Bán kính quay vòng R = 20 m) c – Vệt bánh sau phía ngoài c = 1920 mm) h g - Chiều cao trọng tâm khi xe đầy tải ( h g = 1,185 m)
Vậy V '' 12, 6 (m / s) so sánh và đánh giá. hay V ''
45 (km /h) Và nhóm sẽ dựa trên kết quả này để
Ta tiến hành nạp dữ liệu sau khi thay đổi b ng Run Math Model, và sau đó tiến hành xuất video mô phỏng b ng lệnh Video + Plot.
Hình 3.16 : Xe Bus bị lật ngang ở vận tốc 50 km/h
Trên vòng xoay có bán kính 24m có kết quả mô phỏng nhƣ sau :
- Vận tốc nhỏ hơn 48 km/h thì xe vẫn di chuyển ổn định.
- Vận tốc 48 km/h thì xe bắt đầu mất ổn định.
- Vận tốc đạt từ 50 km/h thì xe sẽ bị lật ngang.
Hình 3.17: Lực pháp tuyến tác dụng lên cầu sau ở vận tốc 50km/h
Phân tích mô phỏng thông qua đồ thị lực pháp tuyến: Ban đầu lực pháp tuyến tác dụng lên cầu rất là ổn định, nhƣng từ giây thứ 8 lực pháp tuyến ở cầu sau và cầu trước bên trái và = 0 Lực pháp tuyến b ng không cho thấy bánh xe này đã tách khỏi mặt đường và bánh xe tách khỏi mặt đường cho thấy đoàn xe đã bị mất ổn định ngang.
Kết quả mô phỏng có chênh lệch so với kết quả tính toán km/h.
Khi vào khu vực vòng xoay người lái xe nên giảm tốc độ xuống dưới 40 km/h để đảm bảo tính ổn định của ô tô Bus với bán kính quay vòng là 20m.
Nhận xét
Qua các biểu thức tính toán ở phần dọc tĩnh, ta có thể thấy góc giới hạn lật đổ chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe.
91 Đối với góc giới hạn của ô tô khi đứng trên dốc bị trƣợt hoặc bị lật đổ ngoài phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe còn phụ thuộc vào chất lượng bám của mặt đường và loại đường.
Góc nghiêng ngang giới hạn và vận tốc nguy hiểm mà tại đó ô tô bị lật hoặc bị trượt bên khi chuyển động trên đường nghiêng ngang phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm, bán kính quay vòng và hệ số bám của mặt đường.
Sau khi tiến hành mô phỏng thì nhóm đã thu đƣợc kết quả là vận tốc giới hạn lật đổ khi quay vòng của mô phỏng (50 km/h) lớn hơn kết quả tính toán lý thuyết (45 km/h) với đối tƣợng khảo sát là xe Bus với bán kính quay vòng là 20m Từ đó đƣa ra một số đánh giá về tính ổn định của đối tƣợng khảo sát:
+ Với vận tốc giới hạn lật đổ khi quay vòng nhƣ đã tính toán và mô phỏng thì nhận thấy tương đối phù hợp với điều kiện đường xá ở các tỉnh thành phố đông dân cƣ nhƣ Thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội,
+ Các góc giới hạn lật đổ khi xe lên dốc và xuống dốc có thể đảm bảo tốt ở một số tỉnh thành có điều kiện dốc tương đối, còn đối với một số đường đồi núi thì đối tƣợng mà nhóm đang khảo sát sẽ không thể đáp ứng tốt nhất.
