Với mục đích chính đề xuất về vận tải hành khách công cộng xoay quanh các vấn đề sau: Tổ chức hoàn thiện hệ thống xe buýt nhanh trên tuyến Đại Lộ Đông Tây và các tuyến liền kề nhằm thu
Giới thiệu
Hiện nay trên thế giới, tại các thành phố lớn người ta đang tìm cách giảm bớt ôtô, xe máy để giảm gây ô nhiễm, để cải thiện môi trường sinh hoạt của người dân trong thành phố, bớt lệ thuộc vào nguồn năng lượng ngày càng đang khan hiếm Ðể giải quyết việc này, một là mở rộng các con đường cũ, làm thêm các con đường mới trên mặt đất hay làm đường trên cao, đường hầm Tuy nhiên, để tạo ra một mạng lưới giao thông như trên mặt đất khi thực hiện ở dưới lòng đất hay trên cao là một điều vô cùng khó khăn và tốn kém Và hình như chúng ta vẫn hầu như chưa ý thức được hoàn toàn tinh thần trách nhiệm và ý thức bảo vệ môi trường trong bối cảnh toàn cầu hóa hiện nay Và việc giảm thiểu ùn tắc giao thông vẫn đang là một dấu bỏ ngõ chưa có biện pháp giải quyết một cách dứt điểm và trọn vẹn
Chính vì vậy, người ta thường chọn giải pháp các phương tiện giao thông công cộng có thể giúp cải thiện được cơ bản cơ cấu đô thị bằng cách giải phóng được không gian lẽ ra được sử dụng để làm đường và nơi đỗ xe, tạo điều kiện cho các việc khác như các khu vực cho người đi bộ và các khoảng không thoáng có sức hẫp dẫn về môi trường, đồng thời chi phí cho giải pháp công cộng cũng ít tốn kém hơn so giải pháp xây đường trên cao hay làm đường hầm, không chỉ thế giao thông công cộng còn giải quyết đến vấn đề kẹt xe, ùn tắc vào những lúc giờ cao điểm, ngoài ra cộng giao thông công cộng cũng ít gây hại cho môi trường trên mỗi km/hành khách so với các xe tư nhân về yêu cầu không gian, tiêu thụ nhiên liệu, ô nhiễm khí, ô nhiễm tiếng ồn và mức độ an toàn… và đó là giải pháp mà các nhà chức trách trong và ngoài nước đã nhiều năm suy nghĩ
Theo nhiều chuyên gia nghiên cứu giải pháp cho giao thông công cộng phải tùy thuộc vào điều kiện không gian, thời gian, hoàn cảnh của từng quốc gia mà áp dụng Vì thế bài toán giao thông công cộng luôn mang nhiều tranh cãi trong những thời điểm khác nhau Từ đó xuất hiện nhiều biện pháp cho giao thông công như Metro, Monorail, Light rail, Bus & Trolley Bus… Nhưng đâu là giải pháp hữu dụng, hữu ích cho giao thông công cộng ở Việt Nam nói chung và Thành phố
Hồ Chí Minh nói riêng.
Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
- Tuyến đường Đại lộ Đông Tây
- Mẫu xe buýt chạy bằng nhiên liệu CNG 75 chỗ, và mẫu xe buýt trong và ngoài nước, từ đó đưa ra phương án tích hợp nhằm tạo ra mẫu xe buýt chạy bằng nhiên liệu CNG cho tuyến Đại lộ Đông Tây.
Nội dung và phạm vi nghiên cứu
Nội dung nghiên cứu chính
Nội dung 1: Nghiên cứu chọn làn đường cho x e BRT_CNG hoạt động
Nội dung 2: Nghiên cứu thiết kế trạm dừng, trạm trung chuyển trên tuyến
Nội dung 3: Nghiên cứu mẫu xe BRT sử dụng nhiên liệu CNG (dựa trên cơ sở khung là từ những mẫu thiết kế, bản vẽ của nhà máy lắp ráp)
Nội dung 4: Nghiên cứu hệ thống ITS, hộp đen hỗ trợ cho xe BRT_CNG.
Phạm vi nghiên cứu
- Những mẫu xe buýt hiện hữu ở Việt Nam, tham khảo mẫu xe BRT 1 toaa ở thế giới
- Tuyến hoạt đông cho xe BRT_CNG ( Đại lộ Đông Tây )
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết : Sử dụng phương pháp tìm kiếm và sàn lọc những vấn đề liên quan đến đề tài, từ đó tham khảo và tích trữ những điều cần thiết và phù hợp cho đề tài
- Phương pháp khảo sát, phân tích, tổng hợp : Bao gồm thu thập, phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu từ quá trình nghiên cứu thực tế Phương pháp này được sử dụng xuyên suốt trong quá trình thực hiện đề tài
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: tập hợp số liệu lại, đưa ra kết quả là mẫu xe mô hình:
Thông số kỹ thuật chung của xe
Cách bố trí cho từng chi tiết trên xe
Đưa ra mô hình xe BRT_CNG bằng bản vẽ 2D,3D
Thiết kế kỹ thuật tuyến, trạm dừng, trạm trung chuyển cho tuyến Đại lộ Đông Tây
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học
Góp phần phân tích và đánh giá đặc tính hiệu quả mẫu xe sử dụng nhiên liệu sạch CNG, những công nghệ tiên tiến được áp dụng trực tiếp và gián tiếp trên xe BRT nhằm mục đích cải thiện tình trạng giao thông Tp.HCM nói riêng và cho toàn đất nước nói chung.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tình hình xe buýt
2.1.1 Tình hình chung trong nước
Hệ thống giao thông đô thị nói chung và năng lực cung ứng của dịch vụ vận tải hành khách công cộng nói riêng ở nước ta phát triển chưa tương xứng với sức tăng của nhu cầu vận tải Hiện thống vận tải hành khách công cộng của Tp.HCM chỉ mới đáp ứng khoảng 7,3% nhu cầu đi lại của người dân, trong khi số phương tiện cá nhân tăng quá nhanh với gần 5,5 triệu xe (trong đó đến hơn 4,1 triệu xe gắn máy), dẫn đến nhiều vấn đề nóng bỏng trong giao thông tại thành phố như ùn tắc, tai nạn giao thông, ô nhiễm không khí… tác động tiêu cực đến đời sống, sức khỏe người dân, môi trường và phát triển kinh tế của thành phố Đất nước Việt Nam càng ngày càng phát triển đồng nghĩa với việc cơ sở hạ tầng, công nghệ thông tin cũng như trình độ dân trí của người dân ngày càng được cải thiện và nâng cao, đồng nghĩa với các thành phố lớn ngày càng phát triển mạnh hơn Và giải pháp đưa ra để giải quyết tình hình đó là mô hình vận chuyển bằng xe Bus Rapid Transit (BRT) chỉ mới được áp dụng ở các thành phố lớn của đất nước
Dự án tuyến xe BRT dài 14 km (Kim Mã - Yên Nghĩa) trị giá 49 triệu USD được
Hà Nội triển khai và đưa vào khai thác đầu năm 2015 Xe chạy 3-5 phút một lượt, dừng đón khách ở dải phân cách giữa đường, tự động soát vé Với năng lực vận chuyển khoảng 2.000 hành khách/giờ/hướng, tuyến xe buýt nhanh này sẽ góp phần giảm ùn tắc giao thông cho nhiều tuyến đường , đồng thời nó cũng giải quyết đến nhiều vấn đề có liên quan như trộm cắp, giảm sự ô nhiễm môi trường
Dự án tuyến xe BRT dài 23 km (Khu công nghiệp Hòa Khánh – Cao đẳng công nghệ thông tin Việt Hàn) trị giá khoảng 37,5 triệu USD được Đà Nẵng phê duyệt và đưa vào hoạt động đầu năm 2020 Xe chạy 5 phút một lượt, dừng đón khách ở dải phân cách giữa đường Sử dụng xe buýt tiêu chuẩn (chiều dài 12m), thuận tiện và an toàn cho hành khách lên xuống, 35 chỗ ngồi và 44 chỗ đứng (tổng cộng 79 chỗ), mở cửa hai bên, nhiên liệu sử dụng là diesel hiện đại hoặc CNG; tiêu chuẩn khí thải Euro 4 hoặc 5, hệ thống quản lý và điều hành thông minh, hệ thống vé và thẻ thông minh Theo chuyên gia SKM trưởng nhóm tư vấn phương án xe BRT thì đây là giải pháp hữu hiệu để giải quyết ùn tắc giao thông cho Thành phố Đà Nẵng vào năm
2.1.2 Tình hình xe buýt Thành phố Hồ Chí Minh
Thành phố được chia thành 24 quận với diện tích tự nhiên 2095,6 km 2 , trong đó có 19 quận nội thành với sự tập trung dân cư và đô thị ở mức cao với diện tích 442 km2 và 5 quận ngoại thành với phần lớn là nông thôn Tp.HCM nằm ở trung tâm Nam Bộ, phía Bắc giáp với tỉnh Bình Dương, phía tây bắc giáp với Tây Ninh, phía đông và đông bắc giáp với Đồng Nai, phía đông nam giáp với Bà Rịa Vũng Tàu, phía tây và tây nam giáp với Long An, Tiền Giang và phía nam giáp với biển Đông với bờ biển dài 15 km Trong các năm qua Tp.HCM có mức tăng trưởng kinh tế nhanh, phát triển toàn diện và đang giữ vai trò là một trung tâm nhiều chức năng đối với khu vực phía nam và cả nước
Hình 2.1 B ản đồ Tp.HCM
Ngoài ra Tp.HCM cũng là thành phố cảng, là đầu mối giao thông lớn, nối liền các địa phương trong nước và quốc tế, với hệ thống thương cảng quốc tế Sài Gòn, hệ thống các quốc lộ, tuyến đường sắt Bắc Nam, sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất… do đó thành phố là nơi tập trung mọi hoạt động về công nghiệp, du lịch dich vụ của phía nam do dó thành phố cũng là nơi tập trung dân cư ở mức cao
Theo thống kê năm 2012 thì dân số thành phố có:
- Dân số chính thức : 7.750.900 người
- Nội thành (cũ và mới) : 6.433.200 người
- Dân cư trú vãng lai : 3.2 triệu người
- Mật độ dân số : 3.699 người/Km 2
B ả ng 2.1: Phân b ố dân s ố các qu ậ n huy ệ n c ủa Tp.HCM năm 2012
Danh sách các đơn vị hành chính trực thuộc thành phố Hồ Chí Minh [40]
Dân số (người) Các quận
Dân số (người) Các quận
Nguồn : Cục thống kê Tp.HCM
Với số lượng dân cư ở mức cao như hiện nay nhưng sự phân bố lại không đều ở các quận nội thành và ngoại thành, quận cao nhất là quận 5 với mật độ là 45.864 người/km2 so với mật độ chung của thành phố là 3.175 người/km2 Số lượng dân số thành phố tăng nhanh từ 3,2 triệu người vào năm 1980 tăng lên gần 7.750.900 triệu người năm 2012 chưa kể gần 3.2 triệu dân vãng lai Nhưng sự phát triển của cơ sở hạ tầng rất chậm làm cho hệ thống giao thông đô thị thành phố trở nên lạc hậu và quá tải đặc biệt là các quận có mật độ dân số cao như ở quận 5, quận 4, quận 3, quận 10 và quận 11 mật độ dân số từ 40 ngàn đến gần 46 ngàn người/km 2
2.1.2.2 Mạng lưới giao thông Tp.HCM phục vụ cho giao thông công cộng
Báo cáo 2012 của Ủy ban nhân dân Tp.HCM Hiện nay Tp.HCM (diện tích 2.095,6 km 2 ) có 3.800 con đường với tổng chiều dài khoảng 3.676 km, với mật độ diện tích đường giao thông so với tổng diện tích của thành phố chỉ mới chỉ đạt 1,87 km/km2, mật độ diện tích đường trên diện tích chung là 1,03% Theo tiêu chuẩn của các nước tiên tiến, để đáp ứng nhu cầu giao thông thông suốt thì mật độ diện tích đường so với diện tích chung phải đạt giá trị từ 10-20%
M ật độ đườ ng giao thông
Theo thống kê hiện nay, mật độ đường trung bình của thành phố đạt 1,87 km/km 2 Tình trạng phân bổ đường giao thông tại thành phố cũng không đồng đều Tại các quận nội thành mật độ đường đạt tỉ lệ cao trung bình là 6,3 km/km 2 , trong khi đó tại vùng ngoại thành trung bình chỉ có 1,12 km/km 2 Diện tích đường giao thông tại thành phố chỉ chiếm một tỉ lệ rất thấp so với diện tích chung của toàn thành phố, đạt khoảng 1,03% tổng diện tích thành phố và cũng có chênh lệch lớn giữa hai khu vực nội thành và ngoại thành Tại các quận nội thành, diện tích đường chiếm 5,7% Trong khi đó chỉ số này tại khu vực ngoại thành chỉ là 0,7%
Bi ểu 2.1: Bi ểu đồ mật độ đường xá giao thông Tp.HCM so với một số th ành ph ố khác tr ên th ế giới
Nguồn: Houtrans Đấ t dành cho giao thông
Bao gồm giao thông động (mạng lưới đường các loại) và giao thông tĩnh (bến xe, bãi đậu) chiếm tỉ lệ rất thấp lại không đều trên địa bàn toàn thành phố Tổng diện tích đất dành cho giao thông là 27,76 triệu m 2 , chỉ chiếm 1,33% diện tích đất tự nhiên của thành phố(diện tích đất dành cho giao thông của Tp HCM chỉ chiếm 6,1% và diện tích bến bãi đỗ xe chiếm 0,1% tổng diện tích đất đô thị), trong khi đó tỉ lệ này ở nước ngoài là 20 – 25%.(Dự kiến đất dành cho hệ thống hạ tầng giao thông Tp.HCM đến năm 2020 khoảng 22.305 ha, chiếm 22,3% quỹ đất xây dựng của Tp.HCM)
Diện tích đất dành cho giao thông trên địa bàn thành phố thấp, lại phân bố không đều trên địa bàn toàn thành phố, cụ thể là: Khu vực trung tâm (Quận 1, Quận 3, Quận 5) có mật độ đường trung bình đạt 11,5 km/km 2 , các quận nội thành còn lại đạt 2,5 km/km 2
Các quận mới và các huyện ngoại thành mật độ đường thấp, chỉ đạt 0,45km/km 2 Với số liệu trên cho thấy quỹ đất dành cho giao thông quá thấp
Ch ất lượ ng m ặt đườ ng
Hiện nay phần lớn đường giao thông trong thành phố đã được nâng cấp, các đường đã được trải bêtông nhựa nóng chiếm tỉ lệ lớn giúp việc giao thông thuận lợi, giảm bụi bẩn và tiếng ồn Tuy nhiên, tình trạng đào xới liên tục trên đường do việc
% lắp đặt, sửa chữa các công trình mang tính chất ngầm: như cáp quang, ống cấp nước, mạng dây điện, điện thoại, hệ thống ống cấp gas làm cho chất lượng mặt đường xuống cấp rất nhanh, tình hình giao thông bị cản trở, nạn kẹt xe, tai nạn phổ biến tại các con đường này vào giờ cao điểm Hiện nay thành phố vẫn chưa giải quyết được tình trạng ngập lụt vào mùa mưa và triều cường và đây cũng là nguyên nhân gây ách tắc giao thông
Tuy nhiên gần đây chất lượng đường xá ở Tp.HCM đã được nâng cao rất nhiêu, cụ thể là Modun đàn hồi là 212 MPa cho tuyến Đại lộ Đông-Tây , đáp ứng đủ điều kiện để xây dựng mô hình xe BRT với 774 tuyến/ngày (Modun đàn hồi là 201 MPa)
Bi ể u 2.2: Bi ểu đồ t ỷ l ệ ch ất lượng đườ ng t ạ i Tp.HCM
Kích thước đườ ng giao thông
Phần lớn các đường đều hẹp: chỉ có khoảng 14% số đường có lòng đường rộng trên 12m để có thể tổ chức vận chuyển hành khách bằng xe buýt được thuận lợi, 51
THIẾT KẾ LÀN ĐƯỜNG VÀ TRẠM DỪNG TRÊN ĐẠI LỘ ĐÔNG TÂY
Làn đường hoạt động cho xe BRT
3.1.1 Sơ bộ về Đại Lộ Đông-Tây Đại lộ Võ Văn Kiệt - Mai Chí Thọ : hay còn được biết nhiều hơn bởi tên gọi là Đại lộ Đông - Tây, một tuyến đường đi qua trung tâm Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM), đang được khôi phục, nâng cấp từ tuyến đường hiện hữu và xây dựng thêm tuyến đường mới để tạo thành một trục đường mới ra vào phía Nam theo hướng Đông - Tây, nhằm giảm ách tắc giao thông cho cầu Sài Gòn và các trục chính trong thành phố Tuyến đường này đáp ứng yêu cầu lưu thông cho các cảng của thành phố đi các nơi theo hướng Đông Bắc - Tây Nam và các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, tạo trục giao thông sang Thủ Thiêm, và cải thiện môi trường ven kênh mà nó đi qua, tăng vẻ mỹ quan cho thành phố.
3.1.1.1 Vị trí Đại lộ chạy dọc theo kênh từ quốc lộ 1A huyện Bình Chánh đến ngã ba đường Yersin - Chương Dương gần cầu Calmette, quận 1; vượt sông Sài Gòn bằng hầm Thủ Thiêm và nối với xa lộ Hà Nội tại Ngã ba Cát Lái, quận 2 Chiều dài toàn tuyến là 21,89 km, đi qua địa bàn các quận 1, 2, 4, 5, 6, 8, Bình Tân và huyện Bình Chánh, tạo thành một tuyến trục giao thông Đông - Tây, và kết nối hai đầu Đông Bắc - Tây Nam thành phố Đại lộ Đông – Tây tạo điều kiện thuận lợi cho các phương tiện giao thông ra vào cảng Sài Gòn và từ đây đi các tỉnh miền Đông và miền Tây không phải đi vào trung tâm thành phố Đây sẽ là con đường huyết mạch liên kết chặt chẽ các địa phương trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam
Hầm Thủ Thiêm : được thực hiện theo phương án hầm dìm, có chiều dài hầm dìm chỉ bằng 1/3 so với hầm đào, khoảng cách từ đỉnh hầm đến đáy sông chỉ 3-4m trong khi với hầm đào khoảng cách này sâu hơn gấp nhiều lần
Hầm dìm dài khoảng 1,49 km, rộng 33m (tương đương đường Nguyễn Huệ tại trung tâm quận 1Tp.HCM), cao 9m, có sáu làn xe, mỗi bên ba làn cho cả ôtô và xe
THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG XE BRT VỚI HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU CNG
Lựa chọn động cơ CNG cho xe buýt BRT
4.1.1 Giới thiệu Ô nhiễm không khí đang là một trong những vấn đề nóng bỏng mang tính chất toàn cầu Ngoài các chất thải độc hại cho con người như CO, HC, NOx, SOx, VOC, PM… còn có CO 2 là chất gây ra hiệu ứng nhà kính làm nóng dần trái đất
Trong các nguồn gây ra ô nhiễm không khí cho các đô thị hiện nay trên thế giới, ô nhiễm do các phương tiện giao thông chiếm tỷ lệ đến 60,6%, do công nghiệp chiếm 16,2%, các trạm phát điện 14,1% và do các nguồn khác chiếm 9,1% Đặc biệt tại các thành phố lớn, với hệ thống giao thông công cộng có nhiều xe buýt Diesel Ở Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM), hoạt động giao thông đường bộ là nguồn gây ô nhiễm môi trường không khí chủ yếu trong nội thành Lượng các chất ô nhiễm CO chiếm đến 90%, HC chiếm 60% và NOx chiếm 50% Ngoài ra còn có một lượng bụi khói PM đáng kể phát sinh từ sản phẩm cháy động cơ đốt trong Mặt khác, trong tương lai gần, nguồn nhiên liệu truyền thống như xăng, dầu có nguồn gốc từ dầu mỏ cũng sẽ dần cạn kiệt Việc tìm kiếm những loại nhiên liệu hoặc năng lượng thay thế đang được các nước quan tâm Đây chính là xu hướng phát triển ôtô nói chung và các loại xe hoạt động trong đô thị nói riêng để chống ô nhiễm môi trường và thay thế năng lượng hoặc nhiên liệu mới trong thế kỷ 21 này Ở một số thành phố trên thế giới, người ta đã ứng dụng các loại nhiên liệu, năng lượng hoặc phương pháp giảm chất ô nhiễm trên đường ống thải để có thể đạt được hiệu quả cao nhất về giảm ô nhiễm môi trường Ví dụ ở thành phố Grenoble (cộng hòa Pháp), 80% các loại xe chở khách công cộng sử dụng nhiên liệu sạch, năng lượng sạch và có thiết bị khử chất độc ở hệ thống thải khí
Việc sử dụng nhiên liệu sạch cũng là một điều bắt buộc khi chúng ta hội nhập vào thế giới, hình 4.1 cho thấy Việt Nam vẫn đang ở mức Euro 1, trong khi các nước trên thế giới, ngay cả các nước xung quanh đã áp dụng tiêu chuẩn Euro 3 trở lên
Hình 4.1: M ức độ ứ ng d ụ ng tiêu chu ẩ n Euro ở các nướ c trên th ế gi ớ i
4.1.2 Các phương án về nhiên liệu và năng lượng sạch:
Các loại nhiên liệu sạch hoặc năng lượng thay thế có thể sử dụng khả thi trên ôtô hiện nay bao gồm:
1- Nhóm nhiên liệu khí: a Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG: Liquefied Petroleum Gas) b Khí thiên nhiên nén (CNG: Compressed Natural Gas)
2- Nhóm nhiên liệu lỏng: Cồn ethanol, cồn methanol, dầu thực vật các loại… trong đó xu hướng hiện nay chủ yếu dùng cồn ethanol cho xe sử dụng động cơ xăng và dầu thực vật biodiesel cho xe sử dụng động cơ Diesel
3- Các loại nhiên liệu đặc biệt khác: a Khí hydrogen, sản phẩm chính của quá trình cháy là nước, do vậy, nay là một loại nhiên liệu sạch hoàn toàn (Zero Emission Vehicle ZEV) b Tế bào nhiên liệu: Đặc biệt nếu Hydrogen được dùng dưới dạng pin nhiên liệu
“Fuel cell” sẽ phát huy được tác dụng tốt hơn nhiều so với phương pháp đốt cháy trực tiếp trong buồng đốt
Tuy nhiên, hiện nay 2 loại nhiên liệu này vẫn đang trong quá trình nghiên cứu thử nghiệm và giá thành rất đắt
4- Năng lượng điện: nguồn điện có thể là điện lưới hoặc accu, loại xe buýt sử dụng điện lưới (trolleybus), tuy nhiên vì tính phức tạp của mạng lưới và không phù hợp với các thành phố có nhiều cây cối, hay có gió bão… nên không được chọn
5- Xe hybride: sử dụng 2 loại động cơ, động cơ đốt trong kết hợp với động cơ điện Khi chạy trong thành phố sử dụng động cơ điện và khi chạy ngoài thành phố sử dụng động cơ đốt trong dùng nhiên liệu khí (CNG), lúc này động cơ khí sẽ có thêm chức năng nạp điện Các loại xe này Hybrid Electric Vehicle (HEV) hiện đang được quan tâm phát triển và là một trong những loại xe của tương lai
Theo các tài liệu của nước ngoài, xu hướng khai thác và sử dụng nhiên liệu của thế giới biến đổi như hình 4.2, theo dự đoán này, trong những năm 2020, nhiên liệu khí sẽ được sử dụng khoảng 29%, so với dầu mỏ là 38% :
Bi ể u 4.1: Ti ềm năng khai thác và sử d ụ ng các lo ạ i nhiên li ệ u trên th ế gi ớ i
Nguồn: Khảo sát và xử lý
Từ năm 2005 – 2020, xu hướng sử dụng nhiên liệu cho giao thông đường bộ là ở các thành phố sẽ là:
- Các loại nhiên liệu khí: LPG, CNG…
- Động cơ sử dụng các loại nhiên liệu có nguồn gốc từ thiên nhiên khác như: cồn, dầu thực vật …
- Động cơ lai: kết hợp các loại hình nhiên liệu Ví dụ: Động cơ Hybride (nhiên liệu khí + điện), hoặc động cơ điện cho các loại xe nhỏ chạy trong thành phố
- Ôtô sử dụng năng lượng điện Công nghệ mới hứa hẹn nhiều hấp dẫn Tuy nhiên, phải sau năm 2020 mới có thể phát triển thương mại Ôtô sử dụng CNG (Natural Gas Vehicle – NGV) có rất nhiều ưu điểm về mặt giảm ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu so với các loại nhiên liệu khác (biểu 4.1) Ngoài ra, CNG còn cho phép thải ra một lượng khí CO2 nhỏ nhất so với các loại nhiên liệu khác và như vậy giảm thiểu hiệu ứng nhà kính
Bi ể u 4.2: So sánh các ch ấ t ô nhi ễ m th ả i ra t ừ các lo ạ i nhiên li ệ u khác nhau
Nguồn: Khảo sát và xử lý
4.1.3 Chọn loại hệ thống nhiên liệu:
Với những đặc tính ưu việt như trên, phương án xe BRT sử dụng nhiên liệu CNG là rất có ít, hợp lý Các phương pháp chế tạo xe BRT_CNG như sau: a Chuyển đổi xe buýt đang sử dụng động cơ diesel sang động cơ sử dụng nhiên liệu khí CNG, đánh lửa cưỡng bức, kết hợp thay đổi tỉ số nén cho phù hợp (Retrofited CNG bus) b Chuyển đổi xe buýt đang sử dụng động cơ diesel sang loại động cơ CNG trong đó sử dụng nhiên liệu Diesel để phun mồi (dual fuel: nhiên liệu diesel phun mồi để đốt cháy hỗn hợp hoà khí CNG trong xylanh) c Chế tạo xe buýt CNG tại Tp.HCM, trong đó phần động cơ CNG và dàn gầm nhập của nước ngoài (CKD, Dedicated CNG chassis), tại Tp.HCM sẽ tổ chức chế tạo và nội địa hóa các chi tiết thùng xe, các hệ thống thông thường của xe buýt (hiện
CO NMOG Nox Tổng cộng
Xaêng MethanolLPGNGV nay đã nội địa hóa được trên 40%) và điều quan trọng nhất là sẽ tổ chức chế tạo bình chứa khí CNG, vì giá thành của bộ bình chứa khí CNG chiếm 40% giá thành toàn bộ hệ thống nhiên liệu CNG
Theo kinh nghiệm của nước ngoài, việc chuyển đổi theo phương án (b) sử dụng 2 nhiên liệu mặc dù ít có sự thay đổi kết cấu tuy nhiên phải có 2 hệ thống nhiên liệu, sử dụng và bảo dưỡng khó khăn, và quan trọng hơn là mức độ ô nhiễm vẫn còn cao Còn phương án (a), thay đổi toàn bộ hệ thống nhiên liệu Diesel bằng CNG tuy có ưu điểm là nhiên liệu sạch, tuy nhiên khá tốn kém và không phù hợp với công nghiệp sản xuất xe buýt CNG sau này Như vậy, trong thực tế để đảm bảo cho việc phù hợp công nghiệp sản xuất ôtô nói chung và xe buýt CNG nói riêng, chọn phương án (c) và đây là cơ sở thử nghiệm cho việc sử dụng hệ thống xe buýt CNG hàng loạt sau này Phương án này cũng rất phù hợp với công nghiệp sản xuất ôtô Việt nam
4.1.4 Nghiên cứu lựa chọn bình chứa CNG cho xe BRT:
4.1.4.1 Lựa chọn dung tích và số lượng bình CNG:
- Theo tính toán mỗi ngày mỗi xe BRT hoạt động trung bình khoảng 10 giờ với tốc độ khoảng 30 km/h Chọn 310 km là hành trình hoạt động trong ngày
- Theo số liệu thực nghiệm của nước ngoài [NGV 96, Vol 3], độ tiêu hao nhiên liệu của CNG cho xe buýt thành phố khoảng từ 36,2 – 40,5 kg/100 km
- Như vậy, để hoạt động một ngày 310 km, cần tiêu thụ khoảng 107 kg CNG Với 1 bình nhiên liệu tiêu chuẩn 80 lít (tính theo đơn vị thể tích chất lỏng), có khả năng chứa trung bình khoảng 11,52 - 15 kg CNG (tùy theo áp suất bình chứa và thành phần gas), lấy trung bình 13 kg, hoặc bình nhiên liệu tiêu chuẩn 120 lít (tính theo đơn vị thể tích chất lỏng) thì có khả năng chứa trung bình khoảng 17,28 – 22,5 kg CNG, lấy trung bình 21kg
Với n = 1,2… Ta có bảng thông số như sau :
Từ những điều kiện trên phương án được chọn lựa là 8 bình CNG đặt ở trọng tâm xe (gồm 4 bình 80 lít và 4 bình 120 lít)
Giải pháp cổ điển nhất là sử dụng bình thép để chứa CNG dưới áp suất khoảng
200 bar Tuy nhiên, việc chế tạo bình thép phải theo tiêu chuẩn phôi ống và khối lượng bình khá lớn (bảng 4.1) Do vậy phương án chọn cho xe BRT_CNG sẽ là vật liệu nhôm gia cố sợi thủy tính hoặc composites sường bằng sợi thủy tinh
B ả ng 4.1: Kh ả năng chứ a (m 3 , điề u ki ệ n tiêu chu ẩ n- ĐKTC)/1 kg b ình ch ứ a làm b ằ ng các lo ạ i v ậ t li ệ u khác nhau ở 200 bar
Vật liệu Khả năng chứa (ĐKTC)m 3 /kg bình chứa ở
Nhôm gia cố sợi thủy tinh 0.28-0.38 (TB = 0,33)
Composit sườn bằng sợi thủy tinh 0.4-0.5 (TB = 0,45)
Composit sườn bằng sợi cacbon 0.5-0.7
Các giải pháp khác là dùng vật liệu hấp thụ (than hoạt tính hay oxyde kim loại) rất tốn kém nên không được chọn
4.1.4.3 Kích thước bình nhiên liệu CNG:
- Bình nhiên liệu gồm 2 phần:
Phần 1: là hình trụ tròn có bán kính R & có chiều dài L
Phần 2: là 2 nửa hình cầu có bán kính là R
Bình nhiên liệu tiêu chuẩn ( lít )
Phương án thiết kế Thể tích thật của bình
B ả ng 4.3: Kh ối lượ ng các bình CNG theo các lo ạ i v ậ t li ệ u khác nhau
4.1.4.4 Kết cấu hệ thống bình nhiên liệu CNG
Hình 4.2: Mô hình c ủ a bình nhiên li ệ u
Vật liệu Khối lượng bình cho 1 m 3 khí tiêu chuẩn
Khối lượng 1 bình (kg, loại 120 lít, 200bar)
TB: 123 Nhôm gia cố sợi thủy tinh 2,63 – 3,57 63,12 – 85,68
TB: 74,4 Composit sườn bằng sợi thủy tinh
Composit sườn bằng sợi cacbon 1,43 – 2,00 34,32 – 48,00
Hình 4.3: Kích th ướ c bao c ủ a bình nhiên li ệ u 80 lít và 120 lít.
Thiết kế bố trí chung xe BRT_CNG
4.2.1 Những tiêu chuẩn kỹ thuật cơ bản về thiết kế xe buýt tại Việt Nam 4.2.1.1 Kích thước giới hạn cho phép
- Chiều dài: Không lớn hơn 12,20 m
- Chiều rộng: Không lớn hơn 2,5 m
- Chiều cao: Xe có khối lượng toàn bộ trên 5 tấn: ≤ 4 m
- Chiều dài đuôi xe không lớn hơn 65% chiều dài cơ sở
- Khoảng sáng gầm xe không nhỏ hơn 120 mm
- Xe phải chuyển động quay tròn được trong một đường tròn có bán kính lớn nhất là 12,5 m mà không có bất kỳ điểm ngoài cùng nào của xe nhô ra ngoài đường tròn này và đồng thời xe phải ở bên trong một hành lang tròn rộng 7,2 m
Hình 4.4: Gi ớ i h ạn quay vòng [1]
+ Chiều cao mặt ghế (H) : 400÷500 mm
- Tại vòm che bánh xe và nắp động cơ, chiều cao mặt ghế ngồi, có thể giảm nhưng không thấp hơn 350 mm và phải đảm bảo thoải mái cho hành khách
- Khoảng cách từ mặt sau đệm tựa của ghế trước đến mặt trước đệm tựa của ghế sau của hai dãy ghế liền kề (L) không nhỏ hơn 630 mm
B ảng 4 4: B ố trí gh ế hành khách
- Chiều cao từ sàn đến trần trên lối đi dọc:
- Độ dốc lối đi dọc: ≤ 8%
B ả ng 4.5: Kích thướ c cho phép đối v ớ i các b ậc
4.2.1.5 Đối với bình chứa CNG
- Bình chứa phải được cấp chứng nhận phù hợp với tiêu chuẩn về bình chứa CNG
- Bình chứa phải được lắp đặt chắc chắn trên xe đảm bảo an toàn khi chịu các tác động bên ngoài và được thông gió hợp lý, không được lắp trong khoang động cơ
- Không được có tiếp xúc giữa kim loại với kim loại, trừ các điểm lắp đặt cố định của bình chứa
- Tất cả các bộ phận phải được định vị đúng và kẹp chặt chắc chắn
- Không được có bộ phận nào của hệ thống CNG nhô ra khỏi bề mặt ngoài của xe trừ đầu nạp khí có thể được nhô ra không quá 10mm
- Các bộ phận của hệ thống CNG phải cách ống xả hoặc nguồn nhiệt tương tự từ
100 mm trở lên trừ khi các bộ phận này được cách nhiệt thích hợp
- Tất cả các bộ phận của hệ thống CNG được lắp trong khoang khách hoặc khoang hành lý phải được bao kín bởi vỏ bọc kín khí
- Lỗ thoát của vỏ bọc khí phải thông với môi trường bên ngoài xe không được hướng vào vòm che bánh xe hoặc nguồn nhiệt như ống xả
4.2.1.6 Kích thước của lên xuống
B ảng 4.6: S ố l ượ ng c ử a khách ít nh ất
B ả ng 4.7: Kích thướ c h ữ u ích nh ỏ nh ấ t c ủ a c ủ a hành khách
Khối lượng 1 hành khách tính toán: GHK = 65 kg/người (kể cả hành lý) (theo
22 TCN 302-02) đối với ô tô khách thành phố
4.2.2.2 Khối lượng phần đóng mới ( khung bệ và ghế )
Khối lượng phần đóng mới (khung bệ và ghế) 1 hành khách GKB = 65kg/HK
4.2.2.3 Tổng tải trọng cho một hành khách
G tHK = G HK + G KB = 65 + 65 = 130 (kg/người) 4.2.2.4 Phương án lựa chọn nhập khẩu chassis
Chassis được nhập toàn bộ từ hãng Huyndai, trên chassis có động cơ CNG, hệ thống bình chứa nhiên liệu CNG
B ảng 4.8: Thông s ố k ỹ thu ật chi ti ết chassis Huyndai Super Aero City
Thông số kỹ thuật Đơn Thông số
I Kích thước và trọng lượng
Loại chassis Lái bên trái (LHD-Left Hand
Drive), 4x2 (Cầu sau chủ động)
Chiều dài cơ sở mm 5400
Loại hệ thống treo LEAF (Nhíp)
Chiều dài toàn bộ mm 11100
Chiều rộng toàn bộ mm 2465
Chiều cao toàn bộ mm 2063
Chiều dài cơ sở mm 5400
Vệt bánh xe Trước mm 2010
Chiều dài Đầu xe mm 2370 Đuôi xe mm 3230
Khoảng sáng gầm xe mm 255
Khối lượng khi chưa có tải kg 11190
Khối lượng lên cầu trước kg 3390
Khối lượng lên cầu sau kg 7770
Khối lượng tối đa cho phép kg 16000
Khối lượng tối đa lên cầu trước kg 6000
Khối lượng tối đa lên cầu sau kg 10000
II Thông số kỹ thuật phần hệ thống truyền lực
4 kỳ, làm mát bằng nước, động cơ CNG,tăng nạp (Turbo Charger), làm mát khí nạp (Intercooled)
Dung tích xylanh cc 11,149 Đường kính x Hành trình piston mm 130x140
Công suất cực đại ps/r 213/2200
Hệ thống điện Ắc quy V/A 24/200
Loại Điều khiển bằng thủy lực, trợ lực khí nén, một đĩa ma sát khô
Chất liệu bề mặt Amiăng
Kích thước đĩa ma sát (Đường kính ngoài x Đường kính trong) mm Ф430 x Ф250
Kiểu 5 số tới, 1 số lùi
Tỷ số truyền của các tay số
Số lùi 6,240 Điều khiển hộp số Chuyển số bằng cơ khí (Cần chuyển số cơ khí)
4 Lốp và niền bánh xe
Loại Bánh đơn phía trước và bánh đôi phía sau
Loại niền bánh xe Trước/sau 8.25T22.5-165
Trục vít, Ecu-bi, trợ lực lái, điều chỉnh được độ nghiêng và độ cao thấp Đường kính tay lái mm Ф500
Hệ thống phanh chính Loại Khí nén, điều khiển kép Đường kính tang trống mm Ф410
Má phanh trước (Bề rộng x độ dày) mm 156x19
Má phanh sau (Bề rộng x độ dày) mm 207.5x19
Loại Tác dụng lên bánh sau
Kích thước mm Nhíp: Dài x Rộng x Bề dày –
Thanh ổn định Trước Loại thanh xoắn
Giảm chấm thủy lực tác động hai chiều được gắn lên trục trước và sau
8 Bình chứa nhiên liệu CNG
Sức chứa Lít 800 lít (~ 136 KG) với 8 bình nhiên liệu
Vật liệu Loại 3 (Thép và được bao bọc tăng độ cứng)
Dầm chịu lực chính mm Trước: 180x90x4,5t
Các công cụ điều khiển Đồng hồ đo và công-tơ-mét Đồng hồ đo tốc độ xe Đồng hồ đo điện áp (Vôn kế) Đo nhiệt độ nước làm mát Đo áp suất khí nén Đồng hồ đo quãng đường đã đi được của xe Đo mức nhiên liệu Đo áp suất dầu Đo tốc độ động cơ Đèn cảnh báo Đèn và còi cành báo áp suất dầu Đèn và còi cảnh báo nhiệt độ nước làm mát Đèn và còi cảnh báo áp suất khí nén Đèn báo sạc ắc-quy Đèn báo cos/pha Đèn báo rẻ trái/phải và cảnh báo nguy hiểm Đèn cảnh báo (đỗ) dừng xe Đèn báo phanh Đèn và còi báo quá nhiệt động
Công tắc rở-le ắc-quy
Công tắc chuyển đèn pha và Cos
Công tắc khởi động máy
Công tắc mở cần gạt kính và phun nước rửa kính
Công tắc đèn báo nguy hiểm Công tắc đèn cảnh báo Công tắc xả khí hệ thống Phanh
Công tắc đèn báo đỗ xe Công tắc mở cửa xe trái Công tắc mở cửa xe phải
IV Chi tiết kỹ thuật hệ thống điện
Thiết bị hệ thống điện
Loại 24V Ắc-quy Hai bình accu 12V mắc nối tiếp, 200Ah
Máy phát điện Có chỉnh lưu và điểu chỉnh dòng điện Đèn Chiếu cao/thấp: 75/70W x 2 Đèn báo rẻ và báo nguy hiểm Trước: 21Wx2 Sau: 21Wx2 Đèn báo dừng (đỗ) 21/5Wx2 Đèn báo lùi 21Wx1
Thiết bị giải trí DVD-06 loa
Kính chắn gió trước có bố trí chổ lắp bảng đèn LED ( có dây nguồn chờ để lắp đèn LED kính sau); Bình cứu hỏa, búa thoát hiểm, tay nắm, tay vịn theo tiêu chuẩn
Hình 4.6: Chassis Huyndai Super Aero City C6AC(CNG) Bi ểu 4 3: Bi ểu đồ l ự c kéo theo t ừ ng c ấp s ố ứ ng v ớ i t ốc độ xe và t ốc độ động cơ trên chassis C6AC(CNG)
4.2.3 Các thông số bố trí chung về kích thước ô tô buýt thiết kế
4.2.3.1 Các kích thước tổng thể
Chiều dài tổng thể: 11120 mm
Chiều rộng tổng thể: 2500 mm
Chiều cao tổng thể: 3200 mm
4.2.3.2 Các kích thước bên trong khoang hành khách
Hình 4.7: Mô hình bên ngoài c ủa xe BRT
Hình 4.8: Mô hình bên trong c ủa xe BRT
Thiết kế bố trí chung về khối lượng của ô tô buýt theo phương án được chọn
Trọng tâm xe thiết kế được xác định theo phương pháp tổng hợp trọng tâm của các thành phần chính của xe Công thức tổng hợp trọng tâm :
Do đó, để xác định tọa độ trọng tâm của xe ta cần xác định trọng tâm của các thành phần cơ bản sau : Chassis, thùng xe (khung xương và tôn vỏ), ghế xe và hành khách, dãy bình nhiên liệu CNG, máy lạnh
4.3.2.1 Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc
Theo các thông số phân bố tải trọng của chassis đã chọn, ta có :
- Tự trọng của chassis phân bố lên cầu trước : G s1 = 1820 kG
- Tự trọng của chassis phân bố lên cầu sau : G s2 = 5220 kG
Do đó, tọa độ trọng tâm theo chiều dọc được xác định như sau :
- Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến cầu sau
7040 = 1396 Trong đó : L 0 = 5400 mm Chiều dài cơ sở
G = 7040 kG Tự trọng của chassis
- Khoảng cách từ tọa độ trọng tâm đến cầu trước a = 5400 – 1396 @04 mm
4.3.2.2 Tọa độ trọng tâm theo chiều cao
Ta xem như chassis được hình thành từ các thành phần sau : dàn khung xương, cụm động cơ – ly hợp – hộp số, phần phía sau (gồm cầu, hệ thống treo và bánh xe), phần phía trước (gầm phía trước, cơ cầu điều khiển, cơ cấu lái, treo trước)
Dầm dọc làm bằng thép hình chữ U, 2 dầm ở giữa kích thước (Trước 180x90x4,5 và sau 200x85x7)mm, các dầm chéo (100x60x6)mm
Các dầm ngang hình chữ U kích thước : U(100x60x6)mm và các thanh hình chữ nhật (40x40x2)mm, (50x50x3)mm
Dựa vào khối lượng riêng của thép là : 7850 kg/m 3
Tổng khối lượng dầm dọc và dầm ngang : G kx ~ 1800kg
Tọa độ trọng tâm của dàn khung xương : H kx ~ 650mm
Động cơ, ly hợp, hộp số
Khối lượng động cơ – ly hợp – hộp số : G đc = 1400 kg (tham khảo thông số từ chassis cơ sở)
Phần động cơ phía sau xem như có dạng hình dọc cơ bản là khối hình hộp Do đó, trọng tâm của cụm : H đc = 1305 mm (tính từ mặt tựa chuyển động)
Phần phía sau của cầu sau
Khối lượng phần này chiếm khoảng 60% khối lượng dàn khung chassis, các hệ thống phanh treo lái và thiết bị phụ là :
Tọa độ trọng tâm của phần này lấy theo bán kính bánh xe :
Phần phía trước của cầu trước
Khối lượng phần này G t = 1536 kg (40% còn lại) Phần này xem như có dạng hỡnh học cơ bản là khối hỡnh hộp cú khối lượng phõn bố đều, trọng tõm là ẵ chiều cao của khối này
Trọng tâm của cụm này là H t = 967 mm
Tọa độ trọng tâm chassis theo chiều cao
= 822,256 mm Vậy tọa độ trọng tâm chassis theo chiều cao là hg = 822 mm (Tính từ mặt đỗ xe)
4.3.3 Trọng tâm của ghế và hành khách
4.3.3.1 Trọng tâm theo chiều cao
- Khối lượng một hành khách là 65 kg
Khối lượng toàn bộ hành khách – tài xế - phụ xế : 68.65 = 4420 kg
- Khối lượng ghế đơn : 8,5 kg
- Khối lượng ghế đôi : 17 kg
- Khối lượng toàn bộ ghế : 32.8,5 = 272 kg
- Trọng tâm của ghế ngồi đặt tại mặt ghế vị trí giao điểm của tựa lưng và mặt ghế
- Chiều cao trọng tâm của dãy ghế không bị cơi bậc trong xe, gồm 19 ghế và ghế tài xế Chiều cao của mặt ghế là 440 mm, vậy trọng tâm của ghế là 440 mm so với mặt sàn Và 440 + 895 = 1335 mm so với mặt tựa chuyển động
- Các ghế bị cơi bậc (đặt trên các vị trí của khung xe) trong xe gồm :
+ 5 ghế, trọng tâm so với sàn là 912 mm và 912 + 895 = 1807 mm so với mặt tựa chuyển động
+ 8 ghế, trọng tâm so với sàn là 675 mm và 675 + 895 = 1570 mm so với mặt tựa chuyển động
Trọng tâm ghế so với mặt tựa chuyển động ( 895mm được lấy teo chiều cao sàn xe)
Trọng tâm hành khách ngồi
- Khối lượng toàn bộ hành khách ngồi : 32 65 = 2080 kg
- Hành khách khi ngồi trên ghế có trọng tâm cơ thể cách mặt ghế ngồi 300mm
- Chiều cao trọng tâm của dãy ghế không bị cơi bậc trong xe, gồm 19 ghế; khi có hành khách trọng tâm của ghế là 320 + 1335 55 mm so với mặt tựa chuyển động
- Các ghế bị cơi bậc trong xe (đặt trên các vị trí của khung xe) gồm :
+ 5 ghế có hành khách ngồi, trọng tâm là 320 + 1807 = 2127 mm so với mặt tựa chuyển động
+ 8 ghế có hành khách ngồi, trọng tâm là 320 + 1570 = 1890 mm so với mặt tựa chuyển động
Trọng tâm của hành khách ngồi so với mặt tựa chuyển động :
Trọng tâm hành khách đứng
- Khối lượng hành khách đứng : 35 65 = 2275 kg
- Trọng tâm hành khách đứng : Trọng tâm hành khách đứng so với sàn 850 mm và bằng 850 + 895 = 1745 mm so với mặt tựa chuyển động của xe
4.3.3.2 Trọng tâm theo chiều dọc
Theo quy tắc tính trọng tâm, ta được :
- Khối lượng hành khách : 65 68 = 4420 kg
Hình 4.9: B ố trí gh ế và hành khách c ủa xe buýt thi ết k ế
Hình 4.10: Phân b ố t ả i tr ọng c ủa xe buýt khi đầy t ải
- Phân bố tải trọng khi toàn tải :
Trong đó : + F 1 : khối lượng phân bố ở vùng sau của cầu sau
+ n 1 : số chỗ ngồi phân bố ở vùng sau của cầu sau
+ d 1 = 5 : số chỗ đứng phân bố ở vùng sau của cầu sau + N 1 , D 1 : Khối lượng của hành khách ngồi, đứng D 1 = N 1 = 65
- Dựa vào sơ đồ bố trí mặt bằng ta có được :
- Lấy moment tại cầu sau :
- Lấy moment tại cầu trước
Với R1 và R2 là tải trọng phân bố cầu sau và trước khi toàn tải
- Tọa độ trọng tâm đến cầu trước
- Tọa độ trọng tâm đến cầu sau
Tính toán tương tự như trên ta có :
Trong đó : g 1 : số ghế hành khách phân bố ở vùng sau của cầu sau
G 1 : khối lượng của ghế phân bố ở vùng sau của cầu sau
- Dựa vào sơ đồ bố trí mặt bằng ta có được :
- Lấy moment tại cầu sau :
- Lấy moment tại cầu trước :
- Tọa độ trọng tâm đến cầu trước
- Tọa độ trọng tâm đến cầu sau a g2 = L 0 – a g1 = 5400 – 3663,58 = 1736,42 4.3.4 Trọng tâm khung xương – thùng xe
- Sau khi có được bản vẽ khung xương xe, ta xác định được khối lượng và trọng tâm (gần đúng) thông qua trọng tâm hình học của các mảng
- Khối lượng của các thanh trong các mảng được tính dựa vào công thức :
Trong đó : - L : chiều dài thanh
- S : diện tích tiết diện thanh
- ρ : 7850kg/m 3 : khối lượng riêng của thép
4.3.4.1 Trọng tâm theo chiều dọc
- Khối lượng của các mảng khung xương thành phần
B ảng 4.9: Kh ối lượng các m ả ng khung x ươ ng thành ph ần
Các mảng thành phần Khối lượng (kg)
- Khoảng cách từ cầu trước đến trọng tâm các mảng
B ảng 4.10: Kho ảng cách t ừ c ầu tr ướ c đến tr ọng tâm các m ả ng
Các mảng thành phần Khoảng cách (mm)
- Trọng tâm khung xương theo chiều dọc (tính từ cầu trước):
4.3.4.2 Trọng tâm theo chiều cao
- Trọng tâm theo chiều cao của các mảng khung xương thành phần : được xác định gần đúng thông qua trọng tâm hình học của các mảng Chiều cao được xác định từ mặt tựa chuyển động
B ảng 4.11: Tr ọng tâm theo chi ều cao các m ả ng khung x ươ ng
Các mảng thành phần Trọng tâm (mm)
- Chiều cao trọng tâm của khung xương:
- Do thùng xe gồm khung xương và tôn vỏ ốp vào nên ta có thể xem trọng tâm khung xương cũng chính là trọng tâm của thùng xe
- Khối lượng của máy lạnh : 205 kg (tham khảo khối lượng máy lạnh dùng cho xe buýt)
- Trọng tâm theo chiều cao : h ml 100 mm
- Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước : a ml 53 mm
4.3.6 Trọng tâm của dãy bình nhiên liệu
Khối lượng dãy 8 bình CNG được tính khi 8 bình chứa đầy nguyên liệu
- Khối lượng của dãy bình CNG : 956 kg
- Trọng tâm theo chiều cao : h nl = 535 mm
- Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước : a nl = 2720 mm
4.3.7 Trọng tâm của xe thiết kế khi đầy tải
Trọng tâm của các thành phần
B ảng 4.12: Tr ọ ng tâm các thành ph ần khi ô tô đầy t ải
Thành phần Khối lượng (kg)
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước (mm)
Chiều cao trọng tâm (mm)
Tổng khối lượng đầy tải 15281,58
Ghi chú : trong thành phần khối lượng khung xương – thùng xe bao gồm các thành phần khối lượng sau : (Tham khảo xe buýt có chiều dài tương tự xe thiết kế do Samco sản xuất)
- Khối lượng gỗ ốp : 450 kg
- Tôn ốp các mảng : 220 kg
- Khối lượng các chi tiết phụ khác : 80 kg
Khoảng cách từ cầu trước đến trọng tâm
Khoảng cách từ cầu sau đến trọng tâm b = L 0 - a d = 1850,09 mm
Trọng tâm theo chiều cao :
THIẾT KẾ KỸ THUẬT
Thiết kế khung xương
Có hai dạng khung xương chính:
Loại thứ nhất: Thùng vỏ riêng, thùng vỏ được bố trí ngay trên khung xương được bắt chặc vào khung xe bằng các mối hàn hay các bulong, đinh tán Do đó, cả khung và vỏ đều chịu tác động của ngoại lực Ngoài ra, thùng vỏ còn có thể liên kết với khung xương bằng các mối nối đàn hồi, khi chịu tác động của ngoại lực thì chỉ có khung chịu biến dạng mà không truyền đến vỏ Vì lý do thùng vỏ được bố trí ngay trên khung xe từ đó ta có thể bố trí nhiều loại thùng vỏ khác nhau để tạo nên các chủng loại khác nhau
Loại thứ hai: vỏ chịu lực, loại thùng vỏ này làm đồng thời nhiệm vụ khung xương, chúng sẽ nhận toàn bộ ngoại lực tác động lên bản thân
Trong đề tài này, thiết kế của tôi chọn loại thứ nhất để thiết kế và tính toán
5.1.1 Thiết kế khung xương thùng xe theo các mảng
Các mảng khung xương thùng xe có hình dáng được thiết kế theo hình dáng kích thước bao bên ngoài của xe
Khối lượng của các thành trong các mảng được tính dựa theo công thức:
G = L s p (kg) (5.1) Trong đó: - L là chiều dài thanh
- S là diện tích tiết diện thanh
- p = 7850 kg/m 3 là khối lượng riêng của thép
Kết cấu khung xương mảng đầu có hình dáng như sau:
Hình 5.1: K ế t c ấu khung xương mảng đầ u B ả ng 5.1: B ả ng kê kh ối lượ ng khung m ảng đầ u
Tên gọi Quy cách Vật liệu Số thanh
Chiều dài một thanh (mm)
- Trọng lượng thép ống vuông có BxHxdPx25x2.5: = 17.78 kg; Chiều dài = 6.47 mét 81.32
- Trọng lượng thép ống vuông có BxHxdPx50x3: = 63.54 kg; Chiều dài = 14.35 mét
Khung xương màng đầu có kết cấu gồm các thanh thép hộp vuông, hộp chữ nhật có kích thước: 50x50x3, 50x25x2.5
Các thanh thép mảng đầu được uốn cong nhờ vào máy uốn kèo Thiết kế khung xương mảng đầu cần chú ý vị trí gắn kính tài xế, táp lô
Kết cấu khung xương mảng đuôi có hình dáng như sau:
Hình 5.2: K ế t c ấu khung xương mảng đuôi
B ả ng 5.2: B ả ng kê kh ối lượng khung xưong mảng đuôi
Khung xương mảng đuôi sử dụng các loại thép có tiết diện: Vuông 40x40x2.5 và chữ nhật 50x25x2.5.Khi thiêt kê cần chú ý đến các vị trí như động cơ, nắp cốp sau Các thanh thép mảng đuôi được uốn cong nhờ vào máy uốn kèo
Số hiệu Quy cách Vật liệu Số thanh
Chiều dài một thanh (mm)
- Trọng lượng thép ống vuông có BxHxdPx25x2.5: = 46.67 kg; Chiều dài = 16.99 mét
- Trọng lượng thép ống vuông có BxHxd@x40x2.5: = 27.71 kg; Chiều dài = 9.41 mét 74.38
Kết cấu khung xương mảng hông phải có hình dáng như sau:
Hình 5.3: K ế t c ấ u khung xương mả ng hông ph ả i
B ả ng 5.3: B ả ng kê kh ối lượng khung xưong mả ng hông ph ả i
Tên gọi Quy cách Vật liệu
Chiều dài một thanh (mm)
Các loại thép được dùng để tạo nên mảng hông phải là thép hộp có các tiết diện sau: vuông 50x50x3 và thép góc 32x32x3
Trong kết cấu mảng xương hông phải thì các thanh đứng (kèo chính) chịu lực chủ yếu của khung Các kèo chính không thẳng hoàn toàn mà có hình dáng cong theo biên dạng cong của xe
Khi thiết kế cần chú ý đến các kết cấu chỗ hai cửa lên xuống hành khách, các cửa sổ
- Trọng lượng Thép góc: LDC 32x3 = 25.01 kg; Chiều dài = 17.13 mét
- Trọng lượng thép ống vuông có BxHxdPx50x3: = 285.66 kg; Chiều dài = 64.52 mét
Kết cấu khung xương mảng hông trái có hình dáng như sau:
Hình 5.4: K ế t c ấu khung xương mả ng hông trái
B ả ng 5.4: B ả ng kê kh ối lượng khung xưoug mả ng hông trái
Tên gọi Quy cách Vật liệu
Chiều dài một thanh (mm)
- Trọng lượng Thép góc: LDC 32x3 = 20.85 kg; Chiều dài = 14.27 mét 291.22
- Trọng lượng thép ống vuông có BxHxdPx50x3: = 270.37 kg; Chiều dài = 61.07 mét
Kết cấu khung xương mảng hông trái tương tự như mảng hông phải, chỉ trừ vị trí cửa lên xuống, bên trái hai cửa thì bên phải có một cửa
Các loại thanh thép được dùng có tiết diện: Vuông 50x50x3, thép góc 32x32x3
Khung xương mảng mui được kết cấu như sau:
Hình 5.5: K ế t c ấu khung xưong mả ng mui B ả ng 5.5: B ả ng kê kh ối lượ ng khung xương mả ng mui
Tên gọi Quy cách Vật liệu
Chiều dài một thanh (mm)
- Trọng lượng thép ống vuông có BxHxdPx25x2.5: = 320.92 kg; Chiều dài = 116.8 mét
Mảng mui được kết cấu bởi các thanh thép có tiết diện: chữ nhật 50x25x2.5 Các thanh này được uốn hai đầu để tạo nên mảng mui để ráp với các mảng phải, trái, trước và sau cho hợp lý
Kết cấu khung xương mảng sàn có hình dáng như sau:
Hình 5.6: K ế t c ấu khung xưong mả ng sàn
B ả ng 5.6: B ả ng kê kh ối lượng khung xương mả ng sàn
Khung xương mảng sàn được kết cấu bằng các thanh thép dạng: vuông 50x50x3, thép góc 40x40x3
Tên gọi Quy cách Vật liệu Số thanh
Chiều dài một thanh (mm)
- Trọng lượng thép ống vuông có BxHxdPx50x3: = 309.5 kg; Chiều dài = 69.9 mét
- Trọng lượng Thép góc: LDC 40x3 = 100.57 kg; Chiều dài = 54.37 mét
5.1.2 Ghép các mảng tạo thành khung xương xe BRT_CNG
Sau khi tạo các mảng, tiến hành giai đoạn lắp các mảng lại với nhau để tạo thành khung xương hoàn chỉnh
Trong quá trình hàn nối các mảng cần định vị, kẹp chặc chính xác để đảm bảo tạo thành khung xương đúng kích thước đã thiết kế Sau khi lắp các mảng lại cân gia cố thêm một số vị trí để đảm bảo kết cấu cứng vững thoe thiết kế ban đầu
Sau đây là kết cầu toàn bộ khung xương hoàn chỉnh sau khi lắp các mảng và gia cố phần động cơ, vị trí kệ CNG, máy lạnh
Hình 5.7: K ế t c ấu khung xương xe BRT_CNG thi ế t k ế ( bên ph ả i xe )
Hình 5.8: K ế t c ấu khung xương xe BRT_CNG thiế t k ế ( bên trái xe )
Tính bền khung xương xe BRT_CNG
Phương pháp phần tử hữu hạn và áp dụng phần mềm ANSYS 14.0 để hỗ trợ tính toán
Khung xe BRT_CNG phải được kiểm nghiệm bền trong các trường hợp sau:
- Uốn do tải trọng và trọng tải của xe
- Xoắn do độ không bằng phẳng của đường (Ví dụ xe gặp ổ gà) và theo chuyển động của ô tô (Tải trọng phát sinh khi xe chuyển động trên đường không bàng
2 9 8 0 phẳng, khi phanh, tăng tốc hoặc quay vòng) Các tải trọng này bao gồm: tổng các ngoại lực và nội lực
5.2.2 Các thông số cần thiết
Khung xe BRT_CNG bao gồm các thanh thép có tiết diện khác nhau Có năm loại thanh thép được dùng chủ yểu để làm khung xe như sau:
- Thép hình chữ nhật 50x25x2.5 mm
Các thanh thép này có độ dài khác nhau và được hàn nối đảm bảo thành khung xương hoàn chỉnh
Tải trọng tác dụng lên khung bao gồm:
- Máy lạnh đặt trên mảng mui của khung
- Bình chứa CNG đặt dưới mảng sàn của khung
- Động cơ, hệ thống truyền động đặt trên chassis
- Người và hàng hóa, ghế đặt trên mảng sàn của khung
5.2.3 Tạo mô hình hình học
Dựa theo mô hình hình học khung xe 3D đã dựng trước, xây dựng mô hình trong
ANSYS 14.0 để tạo thành khung xương xe Mô hình sau khi tạo được là dạng các đường thẳng nối với nhau, các đường thẳng được tạo bởi các điểm nối lại với nhau Sau khi hoàn thành ta có mô hình dùng để tính toán như sau:
Hình 5.9: Mô hình khung x ương xe BRT_CNG trong ANSYS 14.0
Mô hình hình học này tương đối chính xác về kich thước so với bản vẽ kỹ thuật khung xe buýt đã được thiết kế phần trước Do đó đảm bảo sự chính xác trong vấn đề tính toán khi khung xe chịu tải trọng
5.2.4 Xác định loại phần tử
Theo tính chất của các loại tải trọng, loại mô hình hình học khung xe và các thông số đã có ta lựa chọn loại phần tử để tính toán là BEAM 188
Sau khi chọn loại phần tử, tiến hành xác định các yếu tố cần thiết của diện tích mặt cắt ngang các thanh thép có trong khung xe Chúng ta có 6 loại tiết diện thanh thép (kể cả dầm chassis) Các thuộc tính của tiết diện các thanh thép sẽ được định nghĩa trong ANSYS làm cơ sở dữ liệu để tính toán sau khi khai báo kích thước của các tiết diện này
5.2.5 Xác định thuộc tính vật liệu
Vật liệu dừng làm khung xe là thép có các thông số như sau:
Trước khi chia lưới cần xác định loại tiết diện thanh ở từng vị trí khác nhau trong khung xe Sau khi xác định đúng tất cả các loại thanh trong khung xe tiến hành chia lưới để tạo thành các phần tử để tính toán
Sau khi chia lưới ta được mô hình phần tử hữu hạn như sau:
Hình 5.11: Mô hình ph ầ n t ử h ữ u h ạ n c ủ a khung xe
5.2.7 Xác định điều kiện biên và đặt tải trọng phân bố
5.2.7.1 Trường hợp khung chịu uốn Để đảm bảo mô phỏng tính toán gần đúng với trường hợp thực tế thì điều kiện biên của các gối đỡ trong mô hình cần được xác định chính xác Đối với trường hợp uốn, ta cố định các bật tự do sau:
- Gối dầm trước bên trái: Ux, Uy, Uz, ROTx, ROTy
- Gối dầm trước bên phải: Ux, Uz
- Gối dầm sau bên trái: Uy, Uz
- Gối dầm sau bên phải: Uz
Trong đó: Ux, Uy, Uz, là dịch chuyển theo chiều X ,Y, Z
ROTx, ROTy là quay theo trục X, trục Y
Sau khi xác định điều kiện biên các gối ta có mô hình như sau:
Hình 5.12: Đặt điề u ki ệ n biên lên các g ối đỡ trên d ầm chassis trườ ng h ợ p khung ch ị u u ố n
Sau khi đặt điêu kiện biên lên các gối đỡ, ta tiến hành đặt lực phần bố lên các thanh chịu lực chính trên các mảng Chúng ta có 4 loại tải trọng: Máy lạnh, động cơ, người và ghế, CNG Đây là các tải trọng phân bố nên ta cần đặt chính xác lên các BEAM trong các mảng của khung xe Hệ số tải trọng động được dùng là 1.5
Hình 5.13: Đặ t t ả i tr ọ ng phân b ố lên xe trườ ng h ợ p u ố n
5.2.7.2 Trường hợp khung chịu xoắn Đối với trường hợp xoắn, ta cố định các bật tự do sau:
- Gối dầm trước bên trái: tự do
- Gối dầm trước bên phải: Uz, ROT x , ROTy, ROT z
- Gối dầm sau bên trái: Ux, Uy, Uz, ROT x , ROTy, RTOz
- Gối dầm sau bên phải: Ux, Uz, ROT x , ROTy, RTOz
Trong đó: Ux, Uy, Uz, là dịch chuyển theo chiều X, Y, Z
ROTx, ROTỵ, ROT z là quay theo trục X, trục Y, trục Z
Sau khi xác định điều kiện biên các gối ta có mô hình như sau:
Hình 5.14: Đặt điề u ki ệ n biên lên các g ối đỡ trên d ầm chassis trườ ng h ợ p khung ch ị u xo ắ n
Hình 5.15: Đặt tải trọng phân bố lên xe trường hợp xoắn
Sau khi đặt tải trọng và điều kiện biên cho các trường hợp khác nhau, ta tiến hành tính toán cho các trường hợp này
Lưu ý khi tính toán nếu có lỗi sai thì phải kiểm tra lại các bước trên, có thể sai ở bước xây dựng mô hình, đặt điều kiện biên hoặc đặt lực phân bố
Nếu không có sai sót xảy ra thì phần mềm sẽ báo đã tính xong sau khi chọn lệnh tính toán cho từng trường hợp
5.2.9 Kết quả và kết luận
5.2.9.1 Trường hợp khung chịu uốn
Sau khi tính toán ta có kết quả chuyển vị như sau đối với trường hợp khung chịu uốn:
Hình 5.16: K ết quả tính toán cho ra chuyển vị của khung ở trường hợp chịu uốn
Hình 5.17: Khung b ị biến dạng trong trường hợp khung chịu uốn
Hình 5.18: Chuy ển vị ở phần phía sau của khung xe l à l ớn nhất
Như vậy, chuyển vị lớn nhất đối với trường hợp uốn là DMX – 12.5862 mm Chuyển vị chấp nhận được đối với trường hợp chịu uốn của khung Chuyển vị bé hơn 20 mm
Ứng suất Ứng suất sau khi tính toán trường hợp khung chịu uốn như sau:
Hình 5.19: Ứ ng su ấ t l ớ n nh ấ t c ủa khung trong trườ ng h ợ p khung ch ị u u ố n
Như vậy, sau khi tính toán trường hợp chịu uốn, kết quả ứng suất lớn nhất là SMX = 106.851 MPa < [ơ]/2 = 295/2 MPa
Trong đó [ơ] = 295 MPa ứng suất giới hạn cho phép theo tài liệu - Thiết kế máy -
Kết luận: Trường hợp khung chịu uốn, chuyển vị và ứng suất lớn nhất của khung đều nằm trong giới hạn cho phép Do đó, kết cấu khung đối với trường hợp chịu uốn là thích hợp
5.2.9.2 Trường hợp khung chịu xoắn
Sau khi tính toán khung cho trường hợp chịu xoắn ta có kết quả chuyển vị của khung như sau:
Hình 5.20: Chuy ể n v ị c ủa khung trong trườ ng h ợ p ch ị u xo ắ n
Hình 5.21: Khung b ị biến dạng khi có tác dụng lực trong trường hợp xoắn
Như vậy, sau khi tính toán trong trường hợp chịu xoắn của khung, ta có chuyển vị lớn nhất trong trường hợp này là DMX = 31.723 mm > 20 mm Chuyển vị này vượt quá mức cho phép trong trường hợp chịu xoắn
Ứng suất Ứng suất sau khi tính toán trường hợp chịu xoắn như sau :
Hình 5.22: Ứng suất lớn nhất trong trường hợp khung chịu xoắn
Trong trường hợp chịu xoắn, ứng suất lớn nhất SMX =138.518 MPa < [ơ]/2 =
Kết luận: Trường hợp chịu xoắn, chuyển vị sinh ra vượt mức cho phép, ứng suất nằm trong điều kiện cho phép Do đó khung cần gia cố hoặc gia cường thêm vật liệu để có kết cấu thích hợp hơn trong trường hợp chịu xoắn
Bảng 5.7:Tổng hợp phân tích kết quả tính toán bền kết cấu khung xe
STT Trường hợp Đơn vị Chuyển vị Ứng suất
HỆ THỐNG GIAO THÔNG THÔNG MINH (ITS)
Khái niệm về trung tâm điều khiển giao thông thông minh
Trung tâm điều khiển giao thông thông minh là nơi điều hành hoạt động của mạng lưới hay tuyến xe buýt nhanh và đây cũng là nơi tập hợp và xử lý tất cả các tất các các thông tin của phương tiện, tín hiệu giao thông, lộ trình, thời gian và hoạt động của tuyến, các thông tin của các thiết bị điều khiển giao thông minh … từ đó đưa ra tín hiệu đã được sử lý để hoạt động tuyến như; thời gian xuất bến, điều khiển tín hiệu giao, thông báo thời gian đến và đi, quản lý thu phí … Để thiết kế trung tâm điều khiển giao thông thông minh thì trước tiên phải thiết kế từng hệ thống điều khiển giao thông thông minh Hệ thống điều khiển giao thông thông minh có ý nghĩa nâng cao tính an toàn, hiện đại và phục vụ để đạt hiểu quả cao nhất trong khai thác hệ thống BRT Hệ thống điều khiển giao thông thông minh được hoạt động bằng cách nhận tín hiệu hay dữ liệu được truyền qua hệ thống mạng lưới cáp hay vệ tinh để kết hợp với máy tính thông minh đã được cài đặc sẵn các dữ liệu sau đó xử lý và truyền tải thông tin đến các thiết bị điều khiển hoặc cho tài xế để điều điều khiển phương tiện, hay trung tâm điều khiển tín hiệu giao thông hoặc truyền tải thông tin đến khách hàng Có rất nhiều hệ thống thông minh kết hợp với nhau để điều khiển hệ thống như hệ thống tự động định vị xe AVL (Automatic Vehicle Location) kết hợp với hệ thống lên lịch tự động và xuất bến ASD (Automated Scheduling and Dispatch) và hệ thống ưu tiên tín hiệu giao thông TSP (Transt Signal Priority), hệ thống tránh va chạm, hệ thống xác định vị trí xe, cảnh báo va chạm …tất cả các hệ thống trên kết hợp lại để cung cấp nhiều đặc tính cải tiến cũng như nâng cao hiệu xuất của hệ thống BRT Ngoài ra hệ thống điều khiển giao thông thông minh còn nâng cao sự tin tưởng của hành khách, an ninh hay an toàn
Việc áp dụng ITS là nền tảng của việc nâng cao công suất hoạt động, hiệu quả hoạt động và lợi ích của hệ thống BRT Đôi khi, quá trình áp dụng từng hệ thống ITS riêng lẽ cho hệ thống BRT hay là kết hợp nhiều hệ thống ITS phải kết nối các tín hiệu lại với nhau để cung cấp chất lượng phục vụ cao hơn còn phải nghiên cứu đến từng trường hợp cụ thể
Hình 6.1: S ơ đồ h ệ th ống trung tâm điề u khi ể n xe buýt nhanh
Hệ thống điều khiển thông minh hệ thống BRT đựơc chia thành nhiều nhóm sau:
Ưu tiên cho phương tiên
Các công nghệ hỗ trợ
Hệ thống bán vé và thu phí điện tử
Thông tin về hành khách
An toàn và an ninh
Sự hỗ trợ khoa hoc kỹ thuật
Thiết kế hệ thống điều khiển giao thông thông minh
Để xây dựng hệ thống điều khiển thông minh cho hệ thống BRT phải phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống như: Đường cho BRT sẽ liên quan đến điều khiển tín hiệu giao thông, các thông tin cần quản lý và theo dõi, yêu cầu của hệ thống thu phí, các thông tin cần quản lý, yêu cầu về an toàn và công nghệ hỗ trợ từ đó sẽ xem xét và đưa ra công nghệ ITS áp dụng thích hợp Thông thường hệ thống điều khiển thông minh sẽ chú trọng đến các hệ thống chính như: Ưu tiên cho phương tiện, công nghệ hỗ trợ, quản lý hoạt động, bán vé và thu phí, thông tin cho hành khách và các công nghệ kỹ thuật hỗ trợ khác Trong đó mỗi hệ thống điều khiển sẽ có nhiều công nghệ ứng dụng sẽ tạo nên sự tiện lợi và kinh tế khác nhau Từ những yếu tố cần thiết đó để xây dựng mạng lưới BRT thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) ta đề xuất áp dụng các hệ thống điều khiển giao thông thông minh cho mạng lưới như sau:
Ưu tiên cho phương tiện bằng hệ thống ưu tiên tín hiệu giao thông tại các giao lộ
Công nghệ hỗ trợ giúp xe BRT và tài xế
Hệ thống quản lý gồm: Quản lý thông tin, lập trình lịch rời bến, theo dõi phương tiện
Thông tin cho hành khách bao gồm thông tin lịch trình và thời gian đến tại nhà chờ và trên xe
Hệ thống thu phí và bán vé tự động tại trạm dừng
Hệ thống an ninh và an toàn
Hình 6.2: Gi ả i pháp thi ế t k ế cho h ệ th ố ng ITS
6.2.1 Công nghệ ưu tiên cho phương tiện tại các giao lộ
Việc ưu tiên cho phương tiện nhằm nâng cao tốc độ cho phương tiện giảm tối thiểu sự trể giờ vì dừng tại các nút đèn giao thông, nâng cao hiệu quả hoạt động cua hệ thống BRT Có các cách phương pháp ưu tiên cho phương tiện như điều khiển lệch pha thời gian tại các nút giao thông, điều khiển tín hiệu đèn giao thông ưu tiên, điều khiển ưu tiên phương tiện ra vào trạm Đối với hệ thống BRT thiết kế cho Tp.HCM như đã nêu trên, việc ưu tiên cho phương tiện sẽ áp dụng kỹ thuật cho việc sử lý hệ thống đèn tín hiệu giao thông ưu tiên TSP (Transit Signal Priority) vì hệ thống này tối ưu hơn sự điều khiển tín hiệu lệch pha
Hệ thống điều khiển tín hiệu giao thông ưu tiên có nguyên lý cơ bản là nhận tín hiệu xác định vị trí của phương tiện và điều khiển tín hiệu đèn giao thông hợp lý cho phương tiện thông suốt, không dừng lại bởi tín hiệu đèn đỏ tại các nút giao thông Hệ thống điều điều khiển tín hiệu ưu tiên sẽ liên quan đến các thành phần như phương tiện, quản lý phương tiện, tín hiệu giao thông và quản lý tín hiệu điều khiển giao thông Hệ thống thống điều khiển tín hiệu giao thông ưu tiên gồm các thành phần chính như: Cảm biến xác nhận vị trí phương tiện (Detection) và phát tín hiệu ưu tiên PRG (Priority Request Generator), thiết bị sử lý tín hiệu ưu tiên PRS (Priority Request Server), hộp điều khiển tín hiệu giao thông (Controller) và phần mềm quản lý việc sử lý tín hiệu điều khiển ưu tiên
Hình 6.3: Nguyên lý ho ạt độ ng c ủ a h ệ th ống ưu tiên t ín hi ệ u giao thông
Qua nghiên cứu và tham khảo các hệ thống trên thế giới, thông số kỹ thuật của hệ thống tín hiệu giao thông ưu tiên được đề suất thiết kế như sau:
- Cảm biến định vị phương tiện: Đầu dò quang học
- Bộ phận điều khiển tín hiệu: Type 2070
- Nhà cung cấp bộ phận điều khiển: Vector hay Naztec
- Thiết kế phần mềm: Bitran
- Phương thức điều khiển: Bật đèn xanh sớm hơn, kéo dài đèn xanh
- Chi phí đầu tư hệ thống TSP: 12.000-18.000 usd / giao lộ (chưa tính chi phí đầu tư phần mềm cho phương tiện là 500-2.000 usd / xe)
Nguyên lý hoạt động như sau: Một cảm biến được lắp đặt trên đường gần vị trí nút giao thông như hình 6.2 để xác định vị trí phương tiện để đưa tín hiệu ưu tiên về trung tâm điều khiển TSP Trung tâm điều kiển TSP sẽ tiếp nhận thông tin và đồng thời cũng sử dụng một số thông tin khác như tốc độ xe chạy, khoản cách từ điểm định vị đến giao lộ, thông tin đèn tín hiệu từ trung tâm điểu khiển giao thông để tính toán và đưa thông tin đến thiết bị điều khiển tín hiệu ưu tiên (PRS) để điều khiển tín hiệu ưu tiên Quá tình sử lý thông tin để đưa đến thiết bị điều khiển tín hiệu giao thông sẽ sảy ra hai trường hợp Phương tiện sẽ thông suốt mà không cần thay đổi tín hiệu giao thông hiện tại, hệ thống sẽ giữ nguyên tín hiệu hiện tại Phương tiện sẽ không thông qua giao lộ vì sẽ gặp đèn đỏ, phần mềm sẽ tiến hành tính toán và đưa ra kết quả để điều khiển ưu tiên bằng cách kéo dài thời gian đèn xanh hay bật sớm thời gian đèn xanh cho xe BRT vượt qua giao lộ Trong suôt quá trình trên, tất cả các thông tin đều được lưu lại trong trung tâm điều khiển giao thông chung để kiểm tra và sử lý tối ưu hơn cho hệ thống
Hiệu quả hoạt động của hệ thống điều khiển tín hiệu ưu tiên nhằm nâng cao vận tốc phương tiện, giảm thời gian chạy của phương tiện khoản 15% tùy thuộc vào từng hệ thống
- Ổn định thời gian vì giảm thời gian trì hoản tại đèn tín hiệu
- Nâng cao tốc độ hoạt động của phương tiện
- Giảm thời gian chạy (khoảng 15% so với không sử dụng tín hiệu ưu tiên)
- Nâng cao hình ảnh hệ thống BRT và thu hút hành khách
6.2.2 Công nghệ tự động hổ trợ phương tiện và tài xế
Công nghệ này hỗ trợ điều khiển tự động cho cả phương tiện như đánh lái, chạy thẳng, điều khiển tốc độ, điều khiển vị trí dừng cho BRT Sử dụng những chức năng cảnh báo va chạm để nâng cao độ an toàn cho BRT, ngoài ra hệ thống còn điều khiển dừng trạm tự động để tránh va chạm và không đúng vi trí của lên xuống
Hình 6.4: S ơ đồ h ệ th ố ng qu ản lý độ i xe
1 Thiết bị báo động khi có va chạm: Báo động cho người lái về việc xuất hiện những chướng ngại vật hoặc sự va chạm có thể xảy ra đối với xe và người đi bộ Thiết bị này cũng được lắp cả trước, sau, và hai bên hông xe Cần phải lắp đặt các hệ thống cảm ứng (tia laser, video, …) và những thiết bị phụ trên xe
Giá thành của bộ cảm ứng là 3500 USD
2 Hệ thống đậu xe chính xác: Hệ thống này giúp cho người lái có thể đậu xe một cách chính xác tại các điểm dừng Nó đòi hỏi phải lắp đặt các nam châm dưới vạch vôi trên các bề mặt đường và trong xe phải có những hệ thống cảm ứng để có thể nhận dạng và xác định được các nam châm nhằm liên kết với hệ thống điều
Hình 6.5: Thi ế t b ị báo độ ng va khiển bánh lái xe Hiện tại khả năng của hệ thống này bị giới hạn vì những xe đã bán thì hệ thống này chỉ là thiết bị phụ trợ, tức là muốn có hệ thống này thì phải đăng ký với nhà cung cấp xe
Giá thành: Bộ cảm ứng nam châm ở mỗi trạm: 4.000 USD
Tín hiệu quang học ở mỗi trạm: 4.000 USD
Bộ phận cảm ứng trên mỗi xe: 50.000 USD
3 Bộ phận dẫn hướng của xe: Hướng dẫn xe BRT chạy trên đường vẫn giữ nguyên tốc độ cần phải áp dụng nhiều kỹ thuật khác nhau Nó được gọi là thiết bị hỗ trợ trên đường cho phép xe BRT vận hành ở tốc độ cao Có 3 phương pháp được sử dụng: từ trường, quang học, GPS Những phương pháp này không những đòi hỏi phải có tín hiệu trên đường mà còn đòi hỏi sự phát triển của GPS (hệ thống định vị bản đồ) Nó còn yêu cầu bên trong xe phải có bộ cảm ứng để xác định các tín hiệu trên đường và có thể điều khiển xe
Giá thành: Hệ thống nam châm mỗi dặm: 2000 USD, hệ thống quang học mỗi dặm: 20.000 USD, GPS: 125.000 USD, các thiết bị trong xe: 50.000 – 95.000 USD
Hình 6.6: Đậ u xe chính xác vào tr ạ m
6.2.3 Quản lý hoạt động hệ thống
Bao gồm các thiết bị tự động giúp tăng khả năng quản lý cho hệ thống BRT Hiện tại, nhiều cơ quan vận tải và các trang web đang điều chỉnh lại thông tin của họ để có thể giải quyết các yêu cầu cơ bản nhất
Chức năng của hệ thống tự động vận chuyển theo lịch trình và hệ thống dẫn đường để hỗ trợ cho việc quản lý nhằm đạt được tiện ích tốt nhất trong khi sử dụng Tất cả các chức năng của hệ thống quản lý vận hành giúp tăng tính hiệu quả trong quá trình sử dụng các dịch vụ và làm giảm thời gian lưu thông Những thiết bị quản lý vận hành bao gồm:
1 Hệ thống tự động vận chuyển theo lịch trình:
Có nhiệm vụ thu thập dữ liệu của một chiếc xe như: lộ trình, lịch trình, số hành khách… nhằm quản lý các xe BRT trong một hệ thống và bảo đảm một dịch vụ tốt nhất cho khách hàng
Giá thành: Thiết bị và phần mềm cần thiết: 20.000 – 40.000 USD
Toàn bộ hệ thống: 225.000 – 500.000 USD
Hình 6.7: B ộ ph ậ n d ẫn hướ ng giúp xe ch ạ y v ớ i t ốc độ cao
Cung cấp vị trí hiện tại của tất cả xe BRT trong mạng Các thông tin này được sử dụng để phát triển dịch vụ tư vấn, lịch trình và các kế hoạch trong tương lai Nó đòi hỏi phải có một hệ thống thông tin liên lạc kết hợp với các thiết bị dẫn đường cho xe Hệ thống được sử dụng phổ biến nhất là hệ thống định vị toàn cầu (GPS) tự xác định vị trí của một chiếc xe
Giá thành: Thiết bị vận hành trung tâm: 15.000 – 30.000 USD, phần mềm điều khiển: 815.000 – 1.720.000 USD, thiết bị trong xe: 600 – 1000 USD
6.2.4 Kỹ thuật thông tin đến hành khách
Mối quan hệ giữa các thành phần trong hệ thống BRT
Sau khi đã giới thiệu cụ thể từng thành phần trong hệ thống BRT, để hệ thống BRT hoạt động hiệu quả và tối đa hoá lợi ích của hệ thống thì các thành phần của hệ thống BRT cần phải liên kết với nhau một cách liền mạch Mối quan hệ giữa các thành phần bao gồm:
6.3.1 Quan hệ giữa loại tuyến đường và ITS:
Hệ thống tín hiệu giao thông hoạt động trên đường để điều khiển toàn bộ dòng phương tiện, bao gồm phương tiện BRT và các loại phương tiện khác chạy trên những tuyến đường song song hoặc cắt ngang tuyến BRT Nhờ hệ thống này, BRT hoạt động an toàn hơn và tiết kiệm được thời gian nhiều hơn Ngoài ra còn có hệ thống tín hiệu giao thông ưu tiên hoạt động nhằm giảm tắc nghẽn giao thông nếu có
6.3.2 Quan hệ giữa trạm dừng và ITS:
Các thiết bị ITS đặt tại các trạm BRT có ảnh hưởng lớn đến hành khách Những thiết bị này có nhiệm vụ thông báo thời gian xe đến và rời trạm, kiểm soát vé của hành khách, và giúp xe vào bến một cách chính xác
6.3.3 Quan hệ giữa phương tiện BRT và ITS:
Trên xe BRT được lắp đặt các thiết bị của ITS như: bộ truyền tín hiệu giao thông ưu tiên, thiết bị cảnh báo va chạm và công nghệ tự động (xe thông minh), hệ thống thông tin cao cấp, định vị vị trí xe, thông tin trên xe về thời gian của dịch vụ và thiết bị đếm số lượng hành khách trên xe Tất cả những thiết bị này được gắn trên xe và đều có khả năng chịu đựng được rung động khi xe chạy
1 Tiêu chuẩn ngành Việt Nam 22 TCN 302-06: Phương tiện giao thông cơ giới đường bộ - Ô tô khách thành phố - Yêu cầu kỹ thuật
2 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6724:2000 Phương tiện giao thông đường bộ - Ô tô khách cở lớn – Yêu cầu về cấu tạo chung trong công nhận kiểu
3 Quyết định phê duyệt qui hoạch phát triển giao thông vận tải Thành phố đến năm 2020 và tầm nhìn sau 2020 của thủ tướng chính phủ số: 101/ QĐ-TTg
4 Bùi Văn Ga và các tác giả, Ôtô và ô nhiễm môi trường, Nhà xuất bản Giáo
5 Phạm Xuân Mai – Nguyễn Hữu Hường – Ngô Xuân Ngát, Tính Toán Sức Kéo Ôtô Máy Kéo, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh,
6 Bài giảng “ Tổ chức vận tải”, T.S Trịnh Văn Chính Trường ĐH GTVT
7 Nguyễn Văn (2009 Nghiên cứu công nghệ xe buýt nhanh ( BRT ) và xây dựng mạng lưới xe buýt nhanh Thành Phố Hồ Chí Minh Luân văn Thạc Sĩ
8 Nguyễn Quốc Gia Liêm (2009) Nghiên cứu xe buýt sàn thấp Thành phố Hồ Chí Minh Luân văn Thạc Sĩ
9 Vũ Hoàng Hưng – Nguyễn Quang Hùng, ANSYS Phân Tích Kết Cấu Công Trình Thủy Lợi Thủy Điện, Nhà Xuất Bản Xây Dựng Hà Nội, 2011
10 ANSYS HELP, Design Optimization Structural Analysis, Ansys Inc
11 Moo – Kyung Shin, Korea’s CNG bus Project
12 The BRT Standard 2013: Commissioner Gabe Klein - Chicago Department of Transportation
13 Curitiba, brazil BRT study incase - Federal Transit Adminastration
14 Bus rapid transit development in China - Federal Transit Adminastration – July 2006
![Hình 4.4: Giới hạn quay vòng [1] - Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Nghiên cứu thiết kế xe BRT-CNG cho tuyến đại lộ Đông Tây](https://media.store123doc.com/figures/005/912/hinh-gioi-han-quay-vong-5912518.webp)
