Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật Ô tô, máy kéo: Nghiên cứu mô phỏng cải tiến ngoại thất và tuyến hình xe khách giường nằm

Việc phân tích dòng không khí bên ngoài xe khách giường nằm rất quan trọng bởi vì lực cản khí động học sẽ tăng vọt khi xe di chuyển với tốc độ từ 65 km/h trở lên.. Hệ số cản không khí củ

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

Chữ ký PGS.TS PHẠM XUÂN MAI Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày…tháng….năm… Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm : 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau

khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng 12 năm 2013

- -oOo -

Tp HCM, ngày 22 tháng 11 năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: LÂM VŨ THÀNH NHẬT Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15 - 08 - 1988 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô – Máy kéo

MSHV: 11130433

1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu mô phỏng cải tiến ngoại thất và tuyến hình xe

khách giường nằm”

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

1 Nghiên cứu các thiết ngoại thất, bố trí ngoại thất, tính thẩm mỹ và an toàn xe khách giường nằm

2 Mô phỏng khí động học mẫu xe THACO HB120ESL-12 3 Mô phỏng khí động học của các mô hình thiết kế mới của xe khách giường

nằm

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/01 / 2013 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 22 / 11 /2013 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ):

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QUẢN LÝ

CHUYÊN NGÀNH CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

PGS.TS Phạm Xuân Mai TS Trần Hữu Nhân TS Nguyễn Lê Duy Khải

LỜI CẢM ƠN



Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Thầy Cô Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM và các Thầy Cô thuộc Bộ môn Kỹ thuật Ôtô – Máy kéo đã tận tình giảng dạy Tôi trong suốt quá trình theo học tại Trường

Tôi xin cảm ơn PGS.TS Phạm Xuân Mai đã hướng dẫn và cho Tôi hướng

nghiên cứu hữu ích cùng những lời góp ý rất chân thành để hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân đã tạo điều kiện cho Tôi học tập và nghiên cứu đến nay

Mặc dù đã hoàn thành nhưng Tôi tin chắc không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế trong luận văn nên tôi mong có được những lời nhận xét góp ý từ phía các Thầy Cô Bộ môn và các bạn cùng khóa để luận văn hoàn thiện hơn

Học viên: LÂM VŨ THÀNH NHẬT

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Họ và tên : Lâm Vũ Thành Nhật

Địa chỉ liên lạc : 167/7/40/18 Phú Định, Phường 16, Quận 8, Tp.HCM

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO

- 2006 đến 2011 : học đại học tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM - 2011 đến 2013 : học cao học tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG

xuất lớn trong lĩnh vực sản xuất xe khách dùng trong vận tải hành khách đường dài Do phát triển trong điều kiện kinh tế kỹ thuật còn hạn chế như ở nước ta hiện nay nên doanh nghiệp còn có những vấn đề kỹ thuật chưa giải quyết triệt để trong quá trình thiết kế, sản xuất xe khách đại trà như hiện nay, đặc biệt là dòng xe khách giường nằm Một trong những vấn đề quan trọng trong thiết kế xe khách hiện nay là thiết kế tuyến hình xe nhằm cải thiện tính năng khí động học của xe

Tuyến hình xe ngoài vai trò tạo tính thẩm mỹ cho xe còn có vai trò quan trọng là làm giảm lực cản khí động học tác dụng lên xe trong quá trình xe di chuyển, đặc biệt là ở tốc độ cao Hiện nay yếu tố này chưa được chú trọng nghiên cứu, các mẫu xe hầu như không thay đổi nhiều so với các mẫu xe truyền thống trước đây

Vậy trong thực tế thì tuyến hình có ảnh hưởng thế nào đến tính năng khí động học của xe khi xe hoạt động trong thực tế? Những bề mặt nào chịu lực cản lớn nhất? Tuyến hình nào là tối ưu? Các chi tiết như đuôi chỉnh dòng, kính chiếu hậu… ảnh hưởng như thế nào đến lực cản khí động học tác dụng lên xe?

Để giải đáp những câu hỏi trên thì tác giả đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu cải tiến ngoại thất và tuyến hình xe khách giường nằm” Đề tài được chia làm năm chương, cụ thể: Chương 1: Mở đầu; Chương 2: Tổng quan các vấn đề cần nghiên cứu; Chương 3: Cơ sở lý thuyết của phương pháp nghiên cứu mô phỏng khí động học với phần mềm CFD; Chương 4: Nghiên cứu mô phỏng cải tiến tuyến hình mẫu xe THACO HB120ESL-12bằng phương pháp mô phỏng khí động học với phần mềm CFD; Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Sau khi phân tích và mô phỏng nhờ phần mềm ANSYS thì tác giả đã có được những kết quả như: tìm được các bề mặt chịu lực cản lớn, tính được lực cản, hệ số cản CD để làm cơ sở thiết kế tối ưu cho tuyến hình xe

characteristics of long-distance, high-speed coaches, especially in high-speed running conditions

In fact, How does the external shape do affect aerodynamic performances of a coach in real conditions? Which surfaces will takes the most aerodynamic drag? What is the most optimal external body shape? How rear spoiler affects? This research is going to answer those questions above

After simulating models with ANSYS software, the author found out the surfaces of maximum and minimum drag, calculated the drag, the coefficient of drag(Cd) From the study, it was found that total drag of the original model (model 1A) was reduced on the model 2A that is equivalent to 42.1 kW of an engine brake power at 120 km/h in speed by each coach at the same operating conditions The saved power helps in reducing fuel consumption and exhaust gas emission

hướng dẫn trực tiếp của thầy PGS.TS.Phạm XuânMai 2 Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên

tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố 3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá,

tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Học viên

LÂM VŨ THÀNH NHẬT

2.1 Các mẫu xe khách giường nằm 7

2.2 Mô hình ngoại thất tổng thể của xe 9

2.3 Hệ qui chiếu theo tiêu chuẩn ISO 10

2.4 Sơ đồ lái của một loại xe 11

2.5 Tỉ lệ của lực cản khí động so với lực cản tổng thể của xe 12

2.6 Hệ số cản không khí của một số vật thể có hình dạng đơn giản 14

2.6 Hệ số cản không khí của một số loại xe 15

2.8 Phần đuôi xe 16

2.9 Hình dạng tuyến hình của xe khách 18

2.10 Các mô hình xe có dạng giọt nước 20

2.11 Hình dáng của xe ảnh hưởng đến sự tách dòng của không khí tác dụng lên xe 20 2.12 Các hình dáng khác nhau của tiết diện cản gió trên xe 21

2.13 Sự phân bố áp suất đối với bánh xe 21

2.14 Những kiểu tấm chắn hướng dòng cho bánh xe 21

2.15 Mô phỏng dòng không khí phía sau kính chiếu hậu 22

2.16 Camera quan sát phía sau và màn hình hiển thị trong buồng lái 22

2.17 Các tấm chắn sử dụng ở gầm xe 23

2.18 Tầm nhìn của tài xế về phía trước và qua kính chiếu hậu 24

2.19 Bố trí kính chắn gió và cần gạt nước 25

2.20 Hình dáng và vị trí tấm che nắng 25

2.21 Cửa lên xuống chính của xe 26

2.22 Tầm nhìn của hành khách về phía trước và hai bên 27

2.23 Cửa sổ ở vị trí ngồi của người lái 27

2.24 Các mẫu xe với hình dạng và màu sắc khác nhau 29

2.25 Hệ thống đèn đầu của xe 32

2.26 Hệ thống đèn tín hiệu phía sau xe 32

2.27 Tầm nhìn của người lái qua kính chiếu hậu 35

3.1 Thể tích kiểm soát hữu hạn 43

3.4 Thể tích kiểm soát hữu hạn cố định trong không gian 48

3.5 Phần tử lưu chất vô cùng bé chuyển động, giới hạn theo phương x 50

3.6 Dòng năng lượng liên quan đến phần tử lưu chất vô cùng bé chuyển động 51

3.7 Sự phát triển lớp biên trên mui xe 55

3.8 Một số bài toán mô phỏng Ansys 60

3.9 Sự thay đổi áp suất và tốc độ không khí xung quanh xe 63

3.10 Sự tách dòng trên mui xe 64

3.11 Những ảnh hưởng theo tỉ lệ kích thước của xe 65

3.12 Hình ảnh các dòng không khí di chuyển xung quanh xe 68

4.1 Kích thước và hình dáng hình học mẫu xe Thaco HB120ESL-12 69

4.2 Hình dáng mô hình dùng trong mô phỏng(mô hình 1A) 70

4.3 Hình dáng của mô hình thiết kế khí động học(mô hình 2A) 71

4.4 Hình dáng của mô hình thiết kế khí động học(mô hình 2B) 72

4.5 Chia lưới cho các mô hình mô phỏng 73

4.6 Điểm thiết kế chính của mẫu xe mới 74

4.7 Sự di chuyển của không khí xung quanh thân xe 1A 76

4.8a Trường vận tốc tác dụng lên thân xe 1A 77

4.8b Kết quả mô phỏng mô hình 1A theo các mặt cắt khác nhau 77

4.9 Trường áp suất tác dụng lên thân xe 1A 78

4.10 Giá trị lực cản tác dụng lên thân xe 1A 78

4.11 Sự di chuyển của không khí xung quanh thân xe 1B 80

4.12 Trường vận tốc tác dụng lên thân xe 1B 81

4.13 Trường áp suất tác dụng lên thân xe 1B 81

4.14 Giá trị lực cản tác dụng lên thân xe 1B 82

4.15 Sự khác biệt về áp suất tác dụng lên phía sau xe của mô hình 1A và 1B 83

4.16 Trường gió xung quanh thân xe 2A 84

4.17 Trường áp suất tác dụng lên thân xe 2A 85

4.18 Giá trị lực cản tác dụng lên thân xe 2A 86

4.21 Trường áp suất tác dụng lên thân xe 2B 88

4.22 Giá trị lực cản tác dụng lên thân xe 2B 89

4.23 Sự khác biệt về áp suất tác dụng lên phía sau xe của mô hình 2A và 2B 90

4.24 Biểu đồ so sánh hệ số cản CD giữa các mô hình ở các vận tốc khác nhau 91

4.25 Biểu đồ so sánh hệ số cản CD trung bình của các mô hình 92

4.26 Biểu đồ tỉ lệ giảm của hệ số CD giữa các mô hình so với mô hình 1A 92

4.27 Biểu đồ so sánh hệ số cản giữa mô hình 2A và 1A 93

4.28 Biểu đồ lượng công suất được giảm của mô hình 2A theo các giá trị tốc độ khác nhau 94

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

2.1 Các tiêu chuẩn đánh giá tầm nhìn của người lái 24

2.2 Số lượng cửa hành khách trên xe 26

2.3 Vị trí lắp đặt các loại đèn 33

2.4 Số lượng cửa thoát hiểm tối thiểu 35

4.1 Các giá trị lực cản tác dụng lên mô hình 1A theo các vận tốc mô phỏng khác nhau 79

4.2 Mối quan hệ giữa vận tốc và hệ số cản CD của mô hình 1A 79

4.3 Các giá trị lực cản tác dụng lên mô hình 1B theo các vận tốc mô phỏng khác nhau 82

4.4 Mối quan hệ giữa vận tốc và hệ số cản CD của mô hình 1B 82

4.5 Các giá trị lực cản tác dụng lên mô hình 2A theo các vận tốc mô phỏng khác nhau 86

4.6 Mối quan hệ giữa vận tốc và hệ số cản CD của mô hình 2A 87

4.7 Các giá trị lực cản tác dụng lên mô hình 2B theo các vận tốc mô phỏng khác nhau 89

4.8 Mối quan hệ giữa vận tốc và hệ số cản CD của mô hình 2B 90

4.9 Các giá trị CD ở các vận tốc khác nhau của các mô hình 91

Chương 1: Mở đầu 1

1.1 Sự cần thiết của nghiên cứu 1

1.2 Tầm quan trọng của đề tài 2

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3

1.5 Phương pháp nghiên cứu 3

1.5.1 Phương pháp thống kê phân tích 3

1.5.2 Phương pháp tính toán lý thuyết và mô phỏng 3

1.5.3 Phương pháp chuyên gia 3

1.6 Một số công trình nghiên cứu trước đây 3

1.6.1 Ý nghĩa 3

1.6.2 Một số công trình nghiên cứu trước đây 4

1.7 Nội dung nghiên cứu của đề tài 5

1.8 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 5

1.8.1 Ý nghĩa khoa học 5

1.8.2 Ý nghĩa thực tiễn của 6

1.9 Cơ sở chuẩn bị thực hiện đề tài của học viên 6

Chương 2: Tổng quan các vấn đề cần nghiên cứu 7

2.1 Xe khách giường nằm 7

2.1.1 Định nghĩa xe khách giường nằm 7

2.1.2 Nhu cầu sử dụng xe khách giường nằm 8

2.1.3 Giới thiệu các nhà máy sản suất xe khách giường nằm 8

2.2 Mô hình ngoại thất của xe 9

2.3 Động lực học của xe 10

2.3.1 Quá trình điều khiển lái không hướng tâm 11

2.3.2 Quá trình lái hướng tâm 11

2.4 Khí động học của xe khách giường nằm 12

2.4.1 Những thành phần cơ bản của khí động lực học 13

2.5.1 Định nghĩa tuyến hình của xe 18

2.5.2 Khí động học của xe 18

2.5.3 Hình dáng, kiểu thiết kế của xe 19

2.6 Tầm nhìn và độ thông thoáng của xe 24

3.5.6 Phương trình năng lượng 51

3.5.7 Tóm lượt những phương trình chủ đạo cho động lực học lưu chất 52

3.6 Lớp biên 54

3.6.3 Lớp biên chảy rối 57

3.7 Trình tự giải bài toán CFD 58

3.7.1 Đặt vấn đề 58

3.7.2 Giải quyết vấn đề 59

3.7.3 Đánh giá kết quả 59

3.8 Phần mềm mô phỏng ANSYS FLOTRAN CFD 60

3.8.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng ANSYS FLOTRAN CFD 60

4.1.2 Các mẫu xe được thiết kế mới 71

4.2 Các điều kiện của phương pháp mô phỏng 72

4.3 Tạo miền số, chia lưới và các điều kiện mô phỏng 73

4.4 Các đặc trưng thiết kế chính và phạm vi hoạt động 74

4.5 Phân tích đặc tính khí động học của các mẫu xe 74

4.6 Kết quả mô phỏng của mô hình 1A 75

4.7 Kết quả mô phỏng của mô hình 1B 80

4.7.1 Kết quả 80

4.7.2 Kết luận 83

4.8 Kết quả mô phỏng của mô hình 2A 84

4.9 Kết quả mô phỏng của mô hình 2B 87

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Sự cần thiết của nghiên cứu

Việt Nam có địa hình và các thành phố chủ yếu nằm dọc theo bờ biển, các tuyến giao thông nội địa như đường bộ, đường sắt, đường hàng không đều đi theo hướng Bắc - Nam Đường sắt hầu như không phát triển, chỉ có một đường ray khổ 1m, các đầu máy, toa xe và hệ thống đường ray rất cũ kĩ, năng lực vận chuyển hành khách chỉ đạt khoảng 5400 hành khách/ngày đêm Hàng không tuy phát triển nhưng giá vé cao và còn có xu hướng tăng lên trong tương lai nên chủ yếu chỉ dành cho những hành khách có thu nhập cao hoặc những người đi công tác Vận chuyện hành khách chủ yếu dựa vào các phương tiện vận chuyển đường bộ

Khối lượng vận chuyển hành khách bằng đường bộ tăng liên tục trong nhiều năm với tốc độ khá cao Các tuyến đường bộ được nâng cấp và mở rộng đáng kể Theo ngành vận tải, thì vận chuyển hành khách bằng đường bộ trong năm 2012 chiếm tỉ trọng cao nhất(77,1%) và tăng với tốc độ cao nhất(12,1%)

Đối với vận chuyển hành khách bằng đường bộ, thì vận chuyển hành khách đi đường dài chiếm tỉ lệ lớn Vận chuyển hành khách đường dài hiện nay khoảng 70.000 hành khách/ngày đêm, dự dự đoán năm 2020 sẽ là 120.000 hành khách/ngày đêm và sẽ tăng lên 156.000 hành khách/ngày đêm vào năm 2030 Đặc biệt vào các thời kì cao điểm như hè, tết, lễ thì nhu cầu sẽ tăng lên gấp 2 – 3 lần

Việc cần phải có một loại phương tiện vận chuyển hành khách đường dài Bắc – Nam để phục vụ số đông hành khách có thu nhập trung bình và thấp, thay thế cho tàu hỏa và máy bay là một nhu cầu cấp thiết của Việt Nam hiện tại và trong tương lai Xe khách giường nằm như thực tiễn đã chứng minh và dự báo chiến lược sẽ là loại phương tiện chủ lực cho việc vận chuyển hành khách đường dài

Với nhu cầu vận chuyển hành khách ngày càng tăng nhanh, đã có rất nhiều các công ty kinh doanh dịch vụ vận tải hành khách được thành lập Rất nhiều dòng xe

khách giường nằm của các hãng xe khác nhau đã được sử dụng Mỗi loại xe có những ưu nhược điểm riêng về sự tiện nghi, độ an toàn cũng như những thế mạnh về khí động lực học khác nhau

Thông qua nhu cầu sử dụng cao của các loại xe khách giường nằm, những điểm thiết kế quan trọng của xe đó là thiết kế ngoại thất và tuyến hình ngày càng bộc lộ rõ những khuyết điểm Những khuyết điểm này ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn của xe và hành khách khi lưu thông, hoặc ảnh hưởng đến tính kinh tế nhiên liệu của xe Do đó, việc nghiên cứu, cải tiến thiết kế ngoại thất và tuyến hình của xe khách giường nằm là rất cần thiết

1.2 Tầm quan trọng của đề tài

Việc nghiên cứu cải tiến ngoại thất và tuyến hình rất cần thiết trong việc cải thiện tính năng kinh tế, kỹ thuật của xe Cải tiến ngoại thất giúp thiết kế, bố trí hình dáng bên ngoài của xe hợp lý hơn, nâng cao tính thẩm mỹ, tăng sự an toàn ngoại thất của xe

Tuyến hình xe làm thay đổi ảnh hưởng của dòng không khí tác dụng lên xe trong quá trình xe di chuyển Việc phân tích dòng không khí bên ngoài xe khách giường nằm rất quan trọng bởi vì lực cản khí động học sẽ tăng vọt khi xe di chuyển với tốc độ từ 65 km/h trở lên Việc làm giảm càng nhiều lực cản thì sẽ tiết kiệm đáng kể lượng nhiên liệu tiêu thụ Hơn nữa, các loại xe khách giường nằm được sử dụng chủ yếu cho việc vận chuyển hành khách đường dài, do đó sự tiêu hao nhiên liệu là vấn đề lớn đối với các nhà hoạt động trong lĩnh vực vận tải hành khách Hệ số cản không khí của các xe khách giường nằm hiện nay khoảng 0,5 và được dự đoán sẽ ngày càng thấp hơn trong tương lai gần nhờ vào nhiều hơn các cải tiến trong nghiên cứu và thiết kế

1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Thực hiện việc nghiên cứu mô phỏng cải tiến ngoại thất và tuyến hình xe khách giường nằm nhằm giúp thiết kế ra các mẫu xe khách giường nằm mới đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật, hợp thời trang, đảm bảo tốt các yêu cầu về an toàn của ngoại thất, khả

năng được nhận biết từ xa để tăng tính an toàn khi vận hành Đồng thời mẫu xe mới có khả năng cải thiện tính năng khí động học của xe, qua đó giảm mức tiêu hao nhiên liệu và giảm lượng khí thải trong quá trình sử dụng

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu là xe khách giường nằm THACO HB120-ESL của tập đoàn ô tô Trường Hải Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu là nghiên cứu mô phỏng nhằm cải tiến thiết kế tuyến hình của xe khách giường nằm THACO HB120-ESL bằng phần mềm ANSYS FROTRAN-CFD

1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.5.1 Phương pháp thống kê, phân tích

Bao gồm thu thập, phân tích, xử lý, tổng hợp các thông tin cần thiết từ các tài liệu sưu tầm được và từ các nghiên cứu liên quan Phương pháp này được áp dụng trong suốt quá trình thực hiện đề tài

1.5.2 Phương pháp tính toán lý thuyết và mô phỏng

Tính toán lý thuyết và xây dựng mô hình mô phỏng lý thuyết với phần mềm CFD để phân tích các kết quả mô phỏng Đây là phương pháp nghiên cứu chủ yếu xuyên suốt đề tài

1.5.3 Phương pháp chuyên gia

Đưa ý kiến đến hội đồng chuyên gia để nhận được các phân tích và nhận định có giá trị

1.6 Một số công trình nghiên cứu trước đây 1.6.1 Ý nghĩa

Việc tìm hiểu các nghiên cứu trước đây sẽ giúp đưa ra những thông tin nền tảng chi tiết dẫn đến nghiên cứu này Với việc xem lại các nghiên cứu trước đây, thật sự đã đưa ra một vài chỉ dẫn cho hướng nghiên cứu dựa trên các vấn đề hiện tại Việc tìm

hiểu các nghiên cứu lý thuyết liên quan đến khí động học của xe như: hệ số cản, sự phân bố áp suất, sự hiển thị dòng chảy, phương pháp CFD… sẽ giúp nắm bắt và hiểu được các lý thuyết, điều này rất quan trọng trong việc giải thích các kết quả

1.6.2 Một số nghiên cứu trước đây về khí động học của xe

Có nhiều công trình nghiên cứu khí động học của các loại xe khách, xe thể thao đã được thực hiện với phần mềm CFD Tuy nhiên, tác giả chỉ xem lại một số bài báo gần nhất để hiểu rõ hơn những thành tựu đã đạt được trong việc nghiên cứu khí động học của xe, cũng như sự phát triển hiện nay của việc ứng dụng phần mềm ANSYS FLOTRAN-CFD trong việc nghiên cứu mô phỏng khí động học của xe

Lietz et al.(2000) đã tiến hành một nghiên cứu kiểm chứng cho phương pháp

CFD Mục đích của nghiên cứu là đánh giá sự ảnh hưởng của hình dạng khác nhau của đuôi chỉnh dòng phía sau xe (hay còn gọi là đuôi xe) đối với lực cản và lực nâng khí động học Các hệ số áp suất bề mặt được dự đoán ở mặt trước, ở dưới gầm và mặt sau xe gần giống với các dữ liệu thực nghiệm

Roy và Srivinasan(2000) đã thực hiện các phân tích dòng chảy 3D để hiểu rõ

các đặc tính dòng chảy xung quanh thân xe Sự phân bố dòng chảy không ổn định được tính toán nhờ công thức Navier-Stokes Họ nhận thấy rằng thay đổi hình dáng hình học của xe có thể làm giảm đáng kể hệ số cản, từ đó cải thiện hiệu suất tiêu hao nhiên liệu

Patel và Vijayakumar(2001) đã thực hiện việc phân tích dòng không khí lưu

thông bên ngoài đối với 3 loại xe, đó là Sedan, Wagon và Coupe bằng cách sử dụng mô hình rối k-ε tiêu chuẩn Dựa trên nghiên cứu CFD, những dự đoán đã được đưa ra về hệ số cản, các trường vận tốc và sự phân bố áp suất xung quanh xe Nghiên cứu của họ thật sự đã đưa ra những hiểu biết rõ hơn về đặc tính dòng không khí gần bề mặt thân xe Một số gợi ý đã được đưa ra để cải thiện hệ số khí động học như góc nghiêng phía sau ở trên mui xe

Yang và Khalaghi(2005) thực hiện một nghiên cứu CFD để phân tích dòng

không khí xung quanh xe Trong nghiên cứu của họ, những so sánh giữa CFD ổn định,

CFD tạm thời và kết quả thực nghiệm đã được thực hiện Họ nhận thấy CFD ổn định và CFD tạm thời đều đưa ra chất lượng về dữ liệu gần giống nhau Kết quả này rất hữu dụng đối với việc phát triển khí động học của xe Bởi vì những tính toán với chế độ ổn định yêu cầu ít dữ liệu hơn và nhanh đưa ra kết quả hơn, do đó có tính kinh tế tốt hơn

Việc xem lại các tài liệu trước đây cho thấy rằng có thể dự đoán hệ số cản, các trường vận tốc và sự phân bố áp suất xung quanh xe dựa vào việc nghiên cứu CFD Kết quả lý thú nhất từ việc xem lại các nghiên cứu trước đây đó là mô phỏng CFD ổn định cho chất lượng kết quả như mô phỏng CFD tạm thời Kết quả này rất hữu dụng cho sự nghiên cứu khí động học của xe bởi vì các tính toán cho tình trạng ổn định yêu cầu ít dữ liệu tính toán hơn và cho kết quả nhanh hơn, do đó có tính kinh tế tốt hơn

1.7 Nội dung nghiên cứu của đề tài:

Đề tài tập trung vào nghiên cứu những nội dung chính sau đây: -Nghiên cứu các thiết kế ngoại thất, bố trí ngoại thất, tính thẩm mỹ và an toàn xe khách giường nằm

-Nghiên cứu mô phỏng nhằm cải tiến tuyến hình của xe khách giường nằm THACO HB120ESL-12

-Đề xuất hướng phát triển và những công việc trong tương lai

1.8 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1.8.1 Ý nghĩa khoa học

-Đánh giá tính năng động lực học của ngoại thất và tuyến hình xe giường nằm thông qua phương pháp nghiên cứu mô phỏng

-Góp phần tối ưu kết cấu ngoại thất và tuyến hình của xe giường nằm -Góp phần gợi mở ra nhiều hướng nghiên cứu, cải tiến và phát triển trong việc thiết kế ngoại thất và tuyến hình xe giường nằm sử dụng trong vận tải hành khách đường dài

1.8.2 Ý nghĩa thực tiễn

-Nghiên cứu, thiết kế kết cấu ngoại thất và tuyến hình xe khách giường nằm có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và tính kinh tế trong vận chuyển hành khách đường dài

-Góp phần mở ra nhiều dự án phát triển và sản xuất xe khách giường nằm đáp ứng nhu cầu vận chuyển hành khách đường dài ở Việt Nam

1.9 Cơ sở chuẩn bị thực hiện đề tài của học viên

-Thu thập những tài liệu nghiên cứu liên quan đến đề tài -Xác định nội dung và phương pháp nghiên cứu phù hợp với mục tiêu nghiên cứu

-Nghiên cứu sử dụng các phần mềm mô phỏng và tính toán ANSYS và MATLAB

-Thu thập số liệu thực tế, phân tích, đánh giá và đưa ra kết luận sơ bộ

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

2.1 Xe khách giường nằm 2.1.1 Định nghĩa xe khách giường nằm

Xe khách giường nằm là loại xe dùng để vận chuyển hành khách đi những quảng đường dài, liên tục từ vài trăm km trở lên Trên xe có trang bị giường nằm để hành khách có thể nằm nghỉ ngơi Nhưng giường này cũng có thể được sử dụng như chức năng của ghế trên xe ghế ngồi Xe có nhiều phân loại để có thể phục vụ nhu cầu đa dạng của các tầng lớp hành khách khác nhau Ví dụ như có loại xe chỉ phục vụ cho mục đích đơn thuần là để nghỉ ngơi trong suốt chặng đường, có xe phục vụ cả việc ăn uống, tiệc tùng ngay trên xe…Ở Việt Nam hiện nay thì xe giường nằm được sử dụng cho mục đích nghỉ ngơi của hành khách là chủ yếu

Sự khác biệt cơ bản của xe khách giường nằm và xe khách ghế ngồi đó chính là kích thước tổng thể của xe, chủ yếu nhất là chiều cao Chiều cao của xe ảnh hưởng lớn đến sự ổn định khi xe chuyển động, đặc biệt khi xe chuyển động với tốc độ cao Ngoài ra, chiều cao là nhân tố chính ảnh hưởng đến tính năng khí động lực học của xe, do đó ảnh hưởng lớn đến tính kinh tế nhiên liệu của xe

Hình 2.1 Các mẫu xe khách giường nằm: a) Mẫu xe Mobihome của Thaco b) Mẫu xe

Universe Noble của Hy unDai

2.1.2 Nhu cầu sử dụng xe khách giường nằm

Nhờ tính tiện lợi, giá cả hợp lý, mạng lưới vận tải hành khách rộng khắp, thời gian hoạt động chủ yếu vào ban đêm nên được ưa thích, do đó xe khách giường nằm đang dần trở thành phương tiện vận tải hành khách đường dài phổ biến nhất

Một cuộc khảo sát được thực hiện với hành khách [1] Họ mong muốn có một chuyến đi nhanh chóng thoải mái, giá cả hợp lý và an toàn Có thể thấy rằng người sử dụng xe khách liên tỉnh bao gồm chủ yếu là người làm việc ở các tỉnh, thành phố khác chiếm (45%) và sinh viên chiếm (34%), còn lại là các đối tượng khác

Trên một chuyến xe, trong đó số hành khách sử dụng xe giường nằm cho các chuyến đi công tác là khoảng 16% số ghế 93% hành khách thích đi trong đêm và 7% hành khách thích đi ban ngày 72% hành khách thích ngủ trong khi chỉ có 28% số người còn lại làm các hoạt động khác Theo khảo sát, nếu có đủ tài chính thì 82% những người đi du lịch thích đi xe khách giường nằm Hành khách thích đi xe khách giường nằm là vì sự thoải mái, an toàn, tốc độ cao và thuận tiện trong việc di chuyển đến trạm, bến xe hay đưa đón tận nơi Hầu hết mọi người ưa thích chiếm vị trí hàng ghế trước hơn ở phía sau

2.1.3 Giới thiệu về các nhà máy sản xuất xe khách giường nằm ở Việt Nam

 Công ty CP ô tô Trường Hải: Sản xuất và lắp ráp các sản phẩm ô tô tập trung tại Khu phức hợp ô tô Chu Lai - Trường Hải (Quảng Nam) Trường Hải có hệ thống các nhà máy sản xuất và lắp ráp ô tô, các nhà máy sản xuất linh kiện phụ tùng, hợp tác với Tập đoàn Hyundai và Kinglong sản xuất và lắp ráp các dòng xe khách và xe buýt cao cấp từ 29 đến 80 chỗ phục vụ cho nhu cầu vận chuyển hành khách và du lịch lữ hành

 Công ty TNHH MTV ô tô 1-5 trực thuộc Tổng công ty Công nghiệp ô tô Việt Nam Qua hơn một nửa thế kỷ xây dựng, thăng trầm và phát triển, Công ty TNHH MTV ô tô 1-5 đã trở thành một đơn vị chủ chốt của ngành công nghiệp sản xuất ô tô Việt nam Thương hiệu ô tô 1-5 được các khách hàng đánh giá cao trên khắp mọi miền đất nước Sản phẩm chính của Công ty là các loại xe khách, xe buýt từ 29-80 chỗ, các

loại xe tải nặng, xe tải nhẹ và các xe chuyên dùng Công ty có dây chuyền công nghệ và trang thiết bị hiện đại với có khả năng sản xuất hàng năm trên 5000 xe/năm

 Công ty cổ phần Cơ khí ô tô 3-2 là doanh nghiệp nhà nước cổ phần hoá Tiền thân của công ty là xưởng sữa chữa ô tô 3-2, được thành lập ngày 09/3/1964 Sản phẩm chủ yếu của công ty là đóng mới các loại xe khách, xe buýt từ 29 đến 80 chỗ với sản lượng trung bình 900-1000 xe/ năm

 Nhà máy sản suất xe khách SAMCO chuyên cung cấp các sản phẩm cơ khí do SAMCO sản xuất như: xe samco buýt, xe samco khách trên nền xe cơ sở như Isuzu, Hino, Hyundai Hiện nay các sản phẩm do SAMCO sản xuất là xe khách từ 29, 34, 46 chỗ và xe khách giường nằm mới 100% mang thương hiệu xe SAMCO

2.2 Mô hình ngoại thất của xe

Khi nghiên cứu, thiết kế mô hình ngoại thất của xe, ta phải đảm bảo đầy đủ các yếu tố như sơ đồ sau đây:

Hình 2.2 Mô hình ngoại thất tổng thể của xe

Việc thiết kế ngoại thất xe rất phức tạp và đòi hỏi đáp ứng rất nhiều yêu cầu khác nhau nhằm nâng cao tính an toàn cũng như yếu tố thẩm mỹ của xe Dựa vào mô hình này, các nhà thiết kế ngoại thất xe sẽ thiết kế ra những mẫu xe có thể đáp ứng đa dạng thị

hiếu của người tiêu dùng, nhưng đồng thời cũng đảm bảo đầy đủ các tính năng kinh tế, kỹ thuật theo từng giai đoạn phát triển của nền khoa học công nghệ và sự phát triển của xã hội hiện đại

2.3 Động lực học của xe

Động lực học của xe có thể được chia thành động lực học thẳng đứng và động lực học ngang Động lực học theo phương thẳng đứng thường được đề cập đến vấn đề tiện nghi, thoải mái của xe Còn động lực học theo phương ngang thì liên quan đến vấn đề điều khiển xe Có thể chia quá trình điều khiển xe thành điều khiển hướng tâm và không hướng tâm Quá trình điều khiển hướng tâm bao gồm trường hợp khi xe di chuyển ở đoạn đường thẳng hẹp hoặc xe chạy qua những khúc quanh có bán kính lớn với tốc độ cao nhưng gia tốc ngang nhỏ Quá trình điều khiển không hướng tâm bao gồm những trường hợp còn lại Việc điều khiển xe là yếu tố chính của sự an toàn chủ động của xe

Khi nghiên cứu về động lực học của xe, ba hệ qui chiếu được sử dụng để mô tả chuyển động của xe Hệ qui chiếu thứ nhất là (Xe, Ye, Xe), hệ qui chiếu thứ hai(Xv, Yv, Zy) và thứ 3 là hệ trung gian(X, Y, Z) Mặt phẳng XY trùng với mặt phẳng XeYe

Hình 2.3 Hệ qui chiếu theo tiêu chuẩn ISO

2.3.1 Quá trình điều khiển lái không hướng tâm

Quá trình điều khiển không hướng tâm được đặc trưng bởi những chuyển động có gia tốc ngang vừa phải đến gia tốc ngang lớn Những chuyển động này có thể là chuyển động ổn định như trường hợp xe có bán kính chuyển động không đổi, hoặc tạm thời như chuyển làn đường Một đặc tính phổ biến của quá trình điều khiển không hướng tâm đó là hệ số quay vòng thiếu Kus

Hinh 2.4 Sơ đồ lái của một loại xe Xe quay vòng thiếu khi gia tốc thấp và quay

vòng thừa khi gia tốc cao

Những phương pháp dùng để đánh giá các đặc trưng lái tạm thời của xe có thể được tìm thấy trong tiêu chuẩn ISO 14793, trong khi những tiêu chuẩn về trạng thái ổn định tồn tại ở tiêu chuẩn ISO 14792

2.3.2 Quá trình lái hướng tâm

Các loại xe ngày càng được cải tiến, tốc độ ngày càng tăng và những tính năng lái hướng tâm đã nhận được nhiều sự quan tâm hơn từ các nhà nghiên cứu Đã có nhiều

nổ lực nhằm cải thiện tính năng lái hướng tâm từ nửa thế kỉ trước, và đến ngày nay có 2 tiêu chuẩn ISO về đặc tính lái hướng tâm Theo 2 tiêu chuẩn ISO này, thì quá trình lái hướng tâm đó là: “Sự mô tả về “cảm giác” lái và độ chính xác của xe trong suốt quá trình lái trên đoạn đường thẳng hẹp và trong quá trình chạy qua những khúc quanh có bán kính lớn với tốc độ cao nhưng gia tốc ngang nhỏ”

2.4 Khí động lực học của xe khách giường nằm

Khi xe chuyển động trên đường, để duy trì được tốc độ thì nó phải vượt qua được 2 ngoại lực, đó là lực cản lăn và lực cản khí động học Lực cản lăn ảnh hưởng đến sự ổn định lái của xe Trong khi đó, lực cản khí động ảnh hưởng tới lượng nhiên liệu tiêu hao và sự phát thải khí xả

Hình 2.5 Tỉ lệ của lực cản khí động so với lực cản tổng thể của xe

Vấn đề về sử dụng năng lượng cũng như xử lý khí thải đang rất cấp bách, do đó có rất nhiều các nghiên cứu đã được thực hiện nhằm hiểu rõ hơn về bản chất khí động học của xe để tìm ra những thiết kế khí động tốt hơn cho xe, từ đó giúp tăng hiệu suất sử dụng nhiên liệu và giảm phát thải khí xả

2.4.1 Những thành phần cơ bản của khí động lực học

 Lực cản gió: Khí động học là việc nghiên cứu dòng chảy của không khí quanh xe và xuyên qua xe trong quá trình xe di chuyển Khi xe chuyển động, nó sẽ mất một phần năng lượng và năng lượng này dùng để thắng lực cản gió

Đối với động lực học của ô tô thì lực cản gió bao gồm 2 lực chính sau: +Áp suất phía trước: áp suất này được gây ra khi dòng không khí tác động vào mặt trước của xe Hàng triệu phân tử khí tác động và làm tăng áp suất ở mặt trước Trong khi đó, các phân tử khí khác chạy dọc thân xe có cùng áp suất khí quyển, áp suất này thấp hơn ở mặt trước của xe Do đó, các phân tử khí bị nén ở phía trước sẽ tìm cách thoát ra và tác động vào phía trên, phía dưới và hai bên xe

+Độ chân không phía sau: được tạo ra bởi phần không gian phía sau xe khi xe di chuyển Khi xe di chuyển, nó sẽ tạo ra một khoảng không lớn trong không khí Khoảng không này được tạo ra bởi vì không khí không thể lấp đầy vào khoảng trống đó khi xe tạo ra nó trong quá trình di chuyển, và quá trình này liên tục xảy ra khi xe di chuyển Kết quả là một khoảng chân không liên tục kéo ngược hướng di chuyển của xe Thuật ngữ để chỉ hiện tượng này là sự tách dòng(Flow detachment)

 Lực nâng hay lực nén: Mỗi vật thể khi di chuyển trong không khí sẽ tạo ra lực nâng hoặc lực nén Đối với xe đua thì các nhà thiết kế xe sẽ tìm cách tạo ra lực nén để tăng sức kéo cũng như tăng tính ổn định của xe Ngược lại, thì các nhà thiết kế máy bay tìm cách để tạo ra lực nâng cho hai cánh máy bay Còn đối với xe khách, hình dáng thân xe có xu hướng tạo ra áp suất thấp phía trên khi xe di chuyển, do đó có xu hướng tạo ra lực nâng

Theo các qui tắc cơ bản của động lực học chất lỏng của Bernoulli, thì khi xe di chuyển càng nhanh, áp suất phía trên xe sẽ càng thấp, khi đó lực nâng xe sẽ càng lớn

Không thể bỏ qua phần bên dưới của xe Khu vực này cũng tạo ra lực nâng hoặc lực nén Nếu gầm xe ở phía trước thấp hơn phía sau thì sẽ tạo ra chân không ở phía dưới xe, có tác dụng như lực nén Người ta thiết kế gầm xe ở phía trước thấp nhằm ngăn cản không cho không khí chảy qua phía dưới xe

 Hệ số cản không khí: Lực cản gió được tính như sau:

: lực cản không khí (N)  mật độ không khí (kg/m3) : vận tốc của xe (m/s)

: hệ số cản không khí : tiết diện cản gió tối đa của xe (m2) +Lực cản khiến cho việc tăng tốc trở nên khó khăn vì nó tỉ lệ với bình phương vận tốc Thử nghiệm cho thấy khi xe di chuyển với tốc độ trung bình khoảng 50 km/h thì khoảng 25% lượng nhiên liệu tiêu thụ sẽ được dùng để khắc phục lực cản không khí

+Hệ số cản không khí phụ thuộc nhiều vào hình dạng xe Trị số thấp khi xe có dạng khí động học tốt, lúc đó lực cản không khí cũng sẽ giảm

Hệ số cản không khí của một số vật thể có hình dạng đơn giản được xác định như sau:

Hình 2.6 Hệ số cản không khí của một số vật thể có hình dạng đơn giản

Theo sơ đồ trên, ta nhận thấy hình giọt nước có dạng khí động học tốt nhất, hệ số cản không khí thấp nhất với = 0,04

Hình 2.7 Hệ số cản không khí của một số loại xe tiêu biểu

Theo sơ đồ hình 2.7 thì xe ô tô con có hệ số cản không khí thấp nhất với = 0.3 Xe có kéo theo toa xe có hệ số cản lớn nhất vì đặc điểm hình dáng bên ngoài của xe với = 1.0

Xe khách có hình dáng khí động học tốt hơn, kết cấu bên ngoài hợp lý hơn nên hệ số cản thấp hơn rất nhiều, chỉ nằm trong khoảng từ 0.5 đến 0.6

Như phân tích ở trên thì hình dáng của xe ảnh hưởng chính tới lực cản gió Do đó, để có được lực cản chuyển động tối thiểu thì thân xe phải có:

+Diện tích cản gió ở đầu xe phải nhỏ +Gầm xe thấp để giảm thiểu không gian luân chuyển của không khí, hoặc sử dụng chắn gió ở gầm xe phía trước nhằm giảm ma sát của không khí với các bộ phận nhô ra phía dưới gầm xe

+Kiếng trước có góc nghiêng lớn để tránh trường hợp tiết diện cản gió tăng đột ngột +Tiết diện cản gió phía sau không được giảm đột ngột để giảm thiểu tác động của xoáy lốc

+Đuôi xe có dạng nhỏ dần để tránh tạo xoáy lốc +Thiết kế phần sau của các kính chiếu hậu có dạng lồi, cũng như che kín các phần nhô ra ở gầm xe để giảm bớt lực cản không khí

+Thiết kế cánh phía trước(front wing) và cánh phía sau(rear wing) dưới gầm xe Các cánh này được thiết kế có gó nghiêng thích hợp để tạo lực nén xe, giúp xe có thể chuyển động ổn định hơn

+Đuôi xe (spoiler), ngoài tác dụng thẩm mỹ còn giúp giảm lực nâng của xe, giúp xe chuyển động ổn định hơn bằng cách hướng dòng không khí dịch chuyển phía trên thân xe sang hướng khác nhằm hạn chế tạo thành xoáy lốc phía sau xe

Như phân tích ở trên, để giảm thiểu lực cản khí động thì cần phải thiết kế xe có hình dáng gần giống với hình dạng của giọt nước, đặc biệt là ở phần đầu xe và giảm dần về phía đuôi xe Xu hướng thiết kế ngày nay là giảm góc chắn gió phía trước xe

c) Cánh gầm

Cánh gầm là tên gọi chung của cánh hướng gió lắp phía dưới cản trước và cánh hướng gió lắp dọc hông xe Cánh gầm lắp phía dưới mũi xe có tác dụng làm biến đổi luồng không khí lưu động phía dưới gầm xe Có nhiều bộ phận như động cơ, hộp số, trục lái và vài bộ phận khác phơi trần dưới đáy xe Chúng sẽ ngăn cản luồng không khí, đó không chỉ là nguyên nhân gây ra sự nhiễu loạn làm tăng lực cản mà nó còn làm chậm luồng không khí và tăng lực nâng theo nguyên lý Bernoulli

Cánh gầm và cánh cản ngang được sử dụng để giảm luồng không khí bên dưới bằng cách hướng không khí đi qua những mặt bên cạnh của xe Kết quả là chúng làm giảm bớt lực cản và lực nâng do luồng không khí phía dưới sinh ra

d) Thân xe trơn nhẵn

Ta cũng có thể giảm một phần lực cản khí động học bằng cách thiết kế thân xe trơn nhẵn, và chú ý đến luồng không khí phía dưới gầm xe, cần làm cho gầm xe trở nên bằng phẳng, không có các hốc trống để tránh sự nhiễu loạn, nó là nguyên nhân gây ra lực cản bên dưới gầm xe

2.5 Tuyến hình của xe 2.5.1 Định nghĩa tuyến hình xe khách giường nằm

Tuyến hình xe khách là hình dạng đường cắt mô tả hình dáng hình học bên ngoài của xe và được xây dựng trên ba hình chiếu cơ bản(hình 2.9) Sử dụng hệ thống ba mặt phẳng toạ độ vuông góc lẫn nhau gồm:

- Mặt phẳng đối xứng dọc ở giữa, chia đôi chiều rộng của xe - Mặt phẳng đối xứng ngang vuông góc với mặt phẳng đối xứng dọc và chia đôi chiều dài của xe

- Mặt phẳng ngang là mặt phẳng nằm ngang vuông góc với hai mặt phẳng trên và đi qua sàn thùng xe

Bằng cách dùng hàng loạt mặt cắt song song với ba mặt phẳng toạ độ trên, lần lượt ta có giao tuyến của các mặt phẳng này với vỏ xe là các đường cắt dọc, đường cắt ngang theo chiều dài và đường cắt ngang song song với sàn xe

Các giao tuyến này chính là hình dáng tuyến hình của xe, tương ứng được chia thành tuyến hình dọc và tuyến hình ngang Trên bản vẽ tuyến hình biểu diễn hình dáng vỏ bao ở ba dạng hình chiếu: Hình chiếu đứng, hình chiếu bằng và hình chiếu cạnh Ba dạng hình chiếu của bản vẽ tuyến hình là tài liệu thiết kế cơ bản, nó thể hiện các kích thước tổng thể, được dùng để tính toán các tính năng của xe, để lập sơ đồ bố trí chung, để kiểm tra việc lắp ráp các mảng xe

2.5.2 Khí động học của xe khách

Dựa vào công thức tính lực tác dụng lên thân xe, ta nhận thấy lực này phụ thuộc vào mật độ không khí, tốc độ di chuyển của xe, tiết diện cản gió và hệ số cản không khí của xe Việc giảm mật độ không khí và tốc độ xe không phải là giải pháp khả thi trong việc giảm lực cản tác dụng lên xe Giảm tiết diện cản gió mới là giải pháp khả thi bởi vì nó sẽ trực tiếp làm giảm lực cản một cách đáng kể Có những nghiên cứu đã chỉ ra

Hình 2.9 Hình dạng tuyến hình của xe khách

rằng những mẫu xe có sàn xe thấp làm giảm được chiều cao tổng thể của xe, sẽ giảm tiết diện cản gió, từ đó làm giảm lực cản tác dụng lên xe Nhưng việc thiết kế những mẫu xe có sàn xe thấp phải vượt qua được những trở ngại sau:

+Làm giảm không gian của khoang hành lý +Dè xe lớn sẽ làm giảm số lượng ghế +Có ít không gian hơn cho thùng nhiên liệu, do đó thùng nhiên liệu sẽ nhỏ hơn, làm cho năng suất làm việc của xe thấp hơn

+Buồng chứa động cơ cũng sẽ nhỏ hơn, gây khó khăn nhất định trong quá trình bảo dưỡng, sửa chữa xe

2.5.3 Hình dạng, kiểu thiết kế của xe khách giường nằm

Lực cản tác dụng lên xe phụ thuộc vào tiết diện cản gió và hệ số cản không khí của xe Nếu một trong hai giá trị này giảm sẽ trực tiếp làm giảm lực cản của xe khi xe di chuyển Hệ số cản không khí được xác định bởi hình dạng của xe Tiết diện cản gió của xe phụ thuộc vào bố trí nội thất bên trong xe Hai yếu tố này ảnh hưởng đến hình dáng bên ngoài của xe Hình dáng thiết kế bên ngoài rất quan trọng, bởi vì nó phải thu hút sự chú ý của hành khách Chiếc xe phải có khả năng thể hiện những tính năng và sự tiện nghi của nó thông qua thiết kế bên ngoài Tìm được sự hài hòa với những yêu cầu về thiết kế sẽ tạo ra một mẫu xe thành công cả về tính năng kỹ thuật lẫn hiệu suất kinh tế

Hình dáng tổng thể của thân xe cho biết tính năng động lực học của thân xe, do đó, nó là đặc điểm thiết kế quan trọng nhất để giảm hệ số cản không khí Cd của thân xe Yêu cầu chính đó là thân xe phải duy trì được dòng không khí trên hầu hết các mặt phẳng của bề mặt thân xe Điều này được thực hiện nhờ vào thân xe có hình dáng khí động học Hình dáng có hiệu quả khí động học cao nhất đó là hình dạng của giọt nước

Hình dáng tổng thể của xe phải trơn nhẵn, những góc cạnh sắc phải được loại bỏ bằng mọi giá, bởi vì chúng sẽ tạo ra thành phần áp suất ngược, những dòng chảy rối và gây ra lực cản cho chuyển động tịnh tiến của xe Một mẫu thiết kế “trơn nhẵn”có thể

đạt được bằng cách tạo ra hình dáng xe có những đường cong phù hợp Ví dụ như tạo ra góc lớn nhất có thể giữa nắp ca-pô và kính chắn gió

Hình 2.10 Các mô hình xe có dạng giọt nước

Phần trước của xe phải được thiết kế cẩn thận nhằm chú ý đến việc cải thiện lực cản, bởi vì các dòng khí ở khu vực này nếu tách ra không như ý muốn sẽ làm gia tăng lực cản của xe Một mẫu thiết kế tối ưu phải có khả năng làm cho dòng không khí tách ra ở gần phần đuôi xe nhất có thể

Hình 2.11 Hình dáng của xe ảnh hưởng đến sự tách dòng không khí tác dụng

lên xe

Một nguồn khác có thể góp phần đáng kể vào việc giảm lực cản của xe đó là giảm tiết diện cản gió của xe Tuy nhiên, việc giảm tiết diện cản gió là một giải pháp rất hạn chế Bởi vì tiết diện cản gió được xác định đặc trưng theo kích thước của từng loại xe, việc giảm tiết diện cản gió cũng đồng nghĩa với việc giảm kích thước tổng thể của loại xe đó

Hình 2.12 Các hình dáng khác nhau của tiết diện cản gió

Lực cản tổng thể của xe cũng có sự góp mặt của những dòng chảy phức tạp ở dè xe Dòng khí ở dè xe và xung quanh bánh xe có thể chiếm 30% tổng lực cản của xe Việc dùng các thiết bị che phủ dè xe nhằm mục đích ổn định dòng không khí trong những khu vực đó sẽ làm giảm đáng kể lực cản của xe Giải pháp này gặp khó khăn trong việc đảm bảo sự hài hòa về hình dáng tổng thể của xe cũng như đảm bảo tính năng dẫn hướng của các bánh xe trước Tuy nhiên, các nhà thiết kế đã thiết kế được các mẫu xe có hình dáng của dè xe và hình dáng thân xe phù hợp, nhằm đảm bảo những yêu cầu khắt khe về mặt thiết kế và các tính năng kỹ thuật của xe

Hình 2.13 Sự phân bố áp suất đối

với bánh xe có tấm hướng dòng a) và không có tấm hướng dòng b)

H

Hình 2.14 Những kiểu tấm chắn hướng dòng cho bánh xe

Kính chiếu hậu là phần lồi ra của thân xe, khi xe di chuyển nó sẽ tạo ra khoảng chân không phía sau kính, đây là nguyên nhân khiến cho kính chiếu hậu cũng làm tăng lực cản của xe

Hình 2.15 Mô phỏng dòng không khí phía sau kính

chiếu hậu khi xe di chuyển

Bằng những thiết kế chính xác, lực cản của kính chiếu hậu có thể được cải thiện 50%, thông qua việc tích hợp vào hình dáng tổng thể của xe Tuy nhiên, giải pháp tốt nhất để giảm lực cản do kính chiếu hậu gây ra đó là thay kính chiếu hậu bằng camera quan sát phía sau và màn hình quan sát ở trong buồng lái Cách này sẽ loại bỏ toàn bộ lực cản được tạo ra bởi kính chiếu hậu và sẽ tạo ra một bước tiến lớn trong việc cải thiện hệ số cản không khí của xe

Hình 2.16 Camera quan sát phía sau và màn hình hiển thị trong buồng lái

Tuy nhiên, đây không được xem là giải pháp thực tiễn bởi vì chi phí cao và phải có thêm nhiều giai đoạn trong quá trình sản xuất Ngoài ra, hệ thống điện để hoạt động

camera và màn hình hiển thị cũng sẽ làm tăng tải điện, từ đó cũng sẽ làm tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ

Để cải thiện sức cản động lực học của xe thì một khu vực khác cần phải quan tâm đó là gầm xe Nếu gầm xe có cấu trúc tối ưu thì có thể giảm được 25% lực cản của xe Gầm xe bị để lộ ra có cấu trúc không đều, gồ ghề sẽ gây ra sự tách dòng và sự chảy rối, điều này rất bất lợi trong việc cải thiện tính năng động lực học của xe Che phủ khu vực mở này với những tấm che sẽ giảm sự chảy rối và làm cho các dòng khí chuyển động thẳng, từ đó làm giảm sức cản

Hình 2.17 Các tấm chắn sử dụng ở gầm xe

Tuy nhiên, việc gắn thêm những tấm chắn phía dưới gầm xe phải được cân nhắc kĩ Những vật liệu được gắn thêm vào sẽ làm tăng khối lượng tổng thể của xe, điều này bất lợi cho tính kinh tế nhiên liệu của xe Việc gắn thêm những tấm chắn ở gầm xe đòi hỏi phải tăng thêm những qui trình sản xuất, làm tăng nhu cầu sử dụng năng lượng, điều này ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường Ngoài ra, những tấm chắn ở gầm xe sẽ tạo ra những khó khăn khi sửa chữa hệ thống treo, hệ thống lái…

2.6 Tầm nhìn và độ thông thoáng của xe khách giường nằm 2.6.1 Tầm nhìn

Hình 2.18 Tầm nhìn của tài xế về phía trước và thông qua kính chiếu hậu

Theo qui định của Bộ Giao thông vận tải Việt Nam ban hành năm 2003 về các chỉ tiêu đánh giá tầm nhìn của người lái xe như sau:

Bảng 2.1 Các tiêu chuẩn đánh giá tầm nhìn của người lái

Phần giới hạn bên trái mép trước phần đường do cột

Khoảng cách hình chiếu đầu xe và hình chiếu điểm K trên mặt đường (điểm K nằm trên tia giới hạn nhìn thấy phía trên cách mặt đường 5 m)

L3  10

Kính chắn gió ảnh hưởng chính đến tầm nhìn của người lái Do đó, kính chắn gió phải có các đặc tính kỹ thuật cần thiết cho việc quan sát Đồng thời, đó phải là loại kính an toàn, chịu lực (loại kính có 2 lớp, ở giữa có keo dính, hoặc loại kính khi vỡ không tạo ra cạnh sắc nhọn)