Nghiên cứu mô phỏng an toàn chuyển động vượt của ô tô

HồChí Minh, tháng10năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TRUNG THÀNH NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG VƯỢT

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TRUNG THÀNH

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG

AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG VƯỢT CỦA Ô TÔ

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116

S K C0 0 4 6 7 4

Trang 2

NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

MÃ SỐ: 60520116

Tp HồChí Minh, tháng10năm 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TRUNG THÀNH

NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG VƯỢT CỦA Ô TÔ

Trang 3

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:

Họ & tên: Trần Trung Thành Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 30/12/1988 Nơi sinh: Khánh Hòa Quê quán: Diên Phú – Diên Khánh – Khánh Hòa Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:

144 Tổ 7, thôn 4, Diên Phú, Diên Khánh, Khánh Hòa

Điện thoại cơ quan: Điện thoại di động: 01222.400.179

Fax: E-mail: trungthanhdk@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Đại học:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2007 đến 11/2011

Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Công Nghiệp Tp.Hồ Chí Minh

Ngành học: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:

Ứng dụng phần mềm CarSim mô phỏng chuyển động ô tô

Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:

Tháng 09/2011, Tp.Hồ Chí Minh

Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Quốc Sỹ

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm

2011 Công ty cổ phần AP Sài Gòn Petro Nhân viên phòng kinh doanh

2012 đến nay ĐH Công Nghệ Đồng Nai Giảng viên

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 9 năm 2015

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, em đã học được rất nhiều kiến thức bổ ích cũng như phương pháp nghiên cứu khoa học và tư duy sáng tạo khoa học Khi thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp, em đã được các thầy cô hướng dẫn và chỉ bảo tận tình Những nhận xét, ý kiến đóng góp từ các chuyên đề 1, 2 đã giúp em khắc phục những thiếu sót để hoàn thiện hơn về đề tài nghiên cứu của mình

Tuy nhiên, do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế và năng lực của bản thân có hạn, nên việc thực hiện đề tài còn có nhiều khiếm khuyết Em mong các thầy cô thông cảm và đóng góp ý kiến để em có thể hoàn thiện hơn trong cuộc sống và công việc trong tương lai

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã tham gia giảng dạy và hướng dẫn

em trong thời gian vừa qua Đặc biệt là thầy PGS.TS Nguyễn Văn Phụng và thầy TS Lâm Mai Long, TS Lê Thanh Phúc đã cung cấp cho em những kiến thức chuyên sâu

và những tài liệu quý để em có thể thực hiện tốt luận văn này

Em cũng xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã hỗ trợ động viên và tạo điều kiện trong thời gian vừa qua để em hoàn thành tốt khóa học cũng như đề tài tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn!

KS Trần Trung Thành

Trang 6

TÓM TẮT

Một trong những vấn đề nguy hiểm khi tham gia giao thông trên đường là việc vượt

xe phía trước trên cùng len đường ở tốc độ cao Quá trình vượt càng nguy hiểm hơn khi trời tối, thời tiết xấu, tầm nhìn bị hạn chế Nên việc cảnh báo an toàn và hỗ trợ người tài xế trong quá trình vượt là rất cần thiết

Đề tài “ Nghiên cứu mô phỏng an toàn chuyển động vƣợt của ô tô”

Trong đề tài này, em nghiên cứu đánh giá an toàn của quá trình vượt theo chỉ tiêu quay vòng và phanh khi chuyển động ở tốc độ cao tính cụ thể cho xe Ford Ranger và sau đó đưa ra quỹ đạo chuyển động vượt an toàn Nội dung trong luận văn này được thực hiện bao gồm 3 phần chính:

- Tính toán các thông số động học cần thiết cho ô tô chuyển động trên đường với tốc độ cao

- Tính toán các chỉ tiêu đánh giá tính an toàn khi quay vòng và phanh Dùng công thức tính toán kết hợp phần mềm LapVIEW mô phỏng quỹ đạo chuyển động an toàn khi vượt ở tốc độ cao

- Mô phỏng trên máy tính quá trình vượt của ô tô khi di chuyển theo giới

hạn của quỹ đạo chuyển động vượt an toàn bằng phần mềm CarSim

Toàn bộ những phân tích và chương trình tính toán ở đây có thể áp dụng cho các loại xe tương tự khác Ta có thể sử dụng các cảm biến để thu thập các thông số đầu vào để tính toán và so sánh với các giá trị thực tế đo đạc được để hiệu chỉnh cho phù hợp trong quá trình thử nghiệm xe

Trang 7

ABSTRACT

One of the most risky maneuvers in roads with both directions in the same carriageway and only one lane for each direction is overtaking another vehicle at high speed To overtake becomes particularly dangerous at night, with bad weather conditions and in curves, due to the diminution of the visibility Should the safety alert and assist the driver in the process is essential reached

In this thesis, I research about stability and safe when roll and braking at high speed when overtaking for specific Ford Ranger and then making orbit safety overtake The main content of this thesis is done consists of 3 main parts:

- Calculate the Aerodynamic is overtaking another vehicle at high speed for cars

- Calculate the indicator of safety when braking and rolling when overtaking The trajectories of vehicles are predicted according to their kinematics and the information of the road shape by software LapVIEW

- Computer simulation in the process of overtaking when cars move in the limits of orbital motion safety overtake by software CarSim

The whole program analysis and calculations here can be applied to other similar cars We can use the sensors to collect the input parameters to calculate and compare with the actual values measured for calibration accordingly during vehicle testing

Trang 8

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN ii

LỜI CẢM ƠN iii

TÓM TẮT iv

ABSTRACT v

DANH MỤC BẢNG KÊ ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu: 1

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước: 1

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước: 3

1.3 Mục đích của đề tài: 3

1.4 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài: 3

1.4.1 Nhiệm vụ của đề tài 3

1.4.2 Giới hạn đề tài 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

2.1 Sự lăn của bánh ô tô và các loại bán kính bánh ô tô 7

2.1.1 Khái niệm về sự trượt của bánh ô tô và bán kính lăn rl 7

2.1.2 Bán kính tính toán r: 7

2.2 Các quan hệ động học bánh ô tô khi phanh 7

2.2.1 Khái niệm về tốc độ trượt và độ trượt 7

2.2.2 Đặc tính trượt: 9

2.3 Tính chất ổn định của ô tô chuyển động thẳng: 9

2.4 Ổn định chuyển động trong mặt cắt dọc: 10

2.5 Tính chất ổn định động trong mặt cắt ngang: 13

2.5.1 Khi ô tô chuyển động thẳng trên mặt đường nghiêng ngang: 13

2.5.2 Khi ô tô chuyển động thẳng trên mặt đường nghiêng ngang: 14

2.6 Tính chất ổn định của ô tô khi quay vòng: 17

2.6.1 Tính ổn định của ô tô khi chuyển động quay vòng trên đường nằm ngang 17

Trang 9

2.6.2 Xét ổn định theo điều kiện trượt bên 18

2.6.3 Xét ổn định theo điều kiện lật đổ 19

2.6.4 Ảnh hưởng của điều kiện mặt đường đến góc quay vòng giới hạn 19

2.6.5 Ảnh hưởng tính đàn hồi của lốp ô tô đến sự quay vòng 21

2.6.5.1 Sự quay vòng của ô tô có lốp cứng 21

2.6.5.2 Sự quay vòng của ô tô có lốp đàn hồi 22

2.7 Tính chất ổn định ô tô khi phanh: 25

2.7.1 Các bánh ô tô ở cầu sau bị hãm cứng khi phanh: 25

2.7.2 Các bánh ô tô cầu trước bị hãm cứng khi phanh: 26

2.7.3 Ổn định của ô tô khi phanh nếu các lực phanh phân bố không đều: 28

2.8 An toàn giao thông khi vượt ô tô khác theo tiêu chuẩn cục đường bộ: 31

2.8.1 Điều kiện vượt: 32

2.8.2 Một số cần lưu ý khi vượt ô tô an toàn: (theo BATGTQG) 33

2.8.3 Đánh giá yếu tố khách quan điều kiện vượt: 33

CHƯƠNG 3: TÍNH THỰC TẾ CHO CHUYỂN ĐỘNG VƯỢT Ô TÔ BÁN TẢI FORD-RANGER 36

3.1 Các thông số kỹ thuật của ô tô FORD - RANGER 36

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chyển động ô tô: 37

3.2.1 Thông số cản lăn: 37

3.2.2 Nhân tố cản không khí 38

3.2.3 Bán kính làm việc trung bình của bánh ô tô 40

3.3 Xây dựng phương trình cân bằng lực kéo của động cơ: 40

3.3.1 Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ: 40

3.3.2 Tính toán xây dựng lực kéo tiếp tuyến ở bánh ô tô chủ động 42

3.4 Tính toán tính ổn định của ô tô FORD RANGER 45

3.4.1 Xác định các thông số của ô tô: 45

3.4.2 Tính toán ổn định dọc 46

3.4.3Tính toán ổn định ngang của ôtô 48

3.5 Tính toán chuyển động vượt theo chỉ tiêu khi quay vòng của ô tô FORD RANGER 49

Trang 10

3.5.1 Xác định bán kính quay vòng Rv theo tốc độ trượt khi vượt V2<Vmax: 50

3.5.2 Ảnh hưởng của lực li tâm trong trường hợp ô tô quay vòng khi phanh 51

3.6 Tính toán chuyển động vượt theo chỉ tiêu khi phanh của ô tô FORD RANGER 52

3.6.1 Xác định lực và momen phanh 52

3.6.2 Quy luật thay đổi của các thông số khi phanh có ABS 55

3.6.2.1 Đối với cầu trước 57

3.6.2.2 Đối với cầu sau 59

3.6.3 Thời gian giảm tốc khi phanh không bị hãm cứng 60

3.6.4 Quá trình phanh ô tô: 62

Chương 4 : MÔ PHỎNG AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI VƯỢT 65

4.1 Quãng đường vượt: 68

4.2 An toàn khi vượt khi chuyển động ngược chiều: (trường hợp ít xảy ra trên thực tế) 69

4.3 An toàn khi vượt khi chuyển động cùng chiều: 70

4.4 Ổn định khi chuyển động: 72

4.4.1.Xây dựng mô phỏng 72

4.4.2 Mô hình phẳng tổng quát: 72

4.5 Kết quả mô phỏng khi chuyển động vượt của ô tô: 76

4.5.1 Mô hình vượt tốc độ 80 (km/h) < Vmax=140(km/k): 76

4.5.2 Mô hình vượt tốc độ 120 (km/h) =Vtcvn<Vmax=140 (km/h): 79

4.5.3 Mô hình vượt tốc độ 140 (km/h) =Vmax(140 km/h): 82

4.5.4 Đánh giá quá trình vượt an toàn theo S,V: 83

4.5.5 Đánh giá quá trình vượt an toàn điều khiển chuyển động: 84

Chương 5 : KẾT LUẬN 88

5.1 Nhận xét về đề tài: 88

5.2 Khuyến nghị 88

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

Trang 11

DANH MỤC BẢNG KÊ

Chương 1:

Bảng 1 1: Thông số cơ sở xe Ford Ranger 5

Chương 3: Bảng 3 1: Thông số kỹ thuật của ô tô FORD RANGER trước có tải 36

Bảng 3 2: Bảng giá trị hệ số cản lăn 38

Bảng 3.3: Bảng trị số trung bình hệ số cản không khí (K), diện tích cản chính diện (F) và nhân tố cản không khí W = F.K ứng với từng loại ôtô 39

Bảng 3 4: Bảng thông số hiệu suất truyền động của ôtô 40

Bảng 3.5: Giá trị Pe (kW), Me (Nm) 41

Bảng 3 6: Bảng giá trị tương ứng với lực kéo và vận tốc ở trên 44

Bảng 3 7: Giá trị Momen phanh cầu trước và cầu sau 54

Bảng 3 8: Quan hệ giữa hệ số bám dọc φx và độ trượt δ 57

Bảng 3 9: Quan hệ giữa mô men phanh trước Mp1 với độ trượt δ ở giai đoạn tăng áp suất: 57

Bảng 3 10: Quan hệ giữa mô men phanh trước Mp1 với độ trượt δ ở giai đoạn giảm áp suất: 58

Bảng 3 11: Quan hệ giữa mô men phanh trước Mp1 với độ trượt δ ở giai đoạn giữ áp suất 58

Bảng 3 12: Quan hệ giữa mô men phanh sau Mp2 với độ trượt δ ở giai đoạn tăng áp suất 59

Bảng 3 13: Quan hệ giữa mô men phanh sau Mp2 với độ trượt δ ở giai đoạn giảm áp suất 59

Bảng 3 14: Thời gian phanh không bị hãm cứng 61

Chương 4: Bảng 4 1:Thông số kỹ thuật của ô tô Ford Ranger 65

Bảng 4 2: Chọn các thông số tính toán: 67

Trang 12

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Chương 1:

Hình 1 1: Đường cao tốc Việt Nam 1

Hình 1 2: Ford Ranger 4

Chương 2: Hình 2 1: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh ô tô khi có trượt lăn 7

Hình 2 2: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh ô tô khi trượt lết 8

Hình 2 3: Đồ thị thể hiện mối quan hệ của hệ số bám và độ trượt 9

Hình 2 4: Phản lực mặt đường tác dụng lên bánh ô tô 10

Hình 2 5: Sơ đồ tính tốc độ giới hạn ô tô 10

Hình 2 6: mô hình ô tô tối ưu 12

Hình 2 7: Sơ đồ lực tác dụng khi chuyển động 13

Hình 2 8: Sơ đồ lực khi ô tô quay vòng 14

Hình 2 9: Sơ đồ lực khi ô tô theo điều kiện trượt 16

Hình 2 10: Sơ đồ mômen và lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng trên đường nằm ngang 17

Hình 2 11: Các lực tác dụng lên bánh ô tô dẫn hướng 19

Hình 2 12: Các thành phần của lực đẩy F’ 20

Hình 2 13: Sơ đồ quá trình quay vòng ô tô có lốp cứng 21

Hình 2.14: Sơ đồ quay vòng của ô tô có lốp đàn hồi 23

Hình 2 15: Quay vòng trung hòa 24

Hình 2 16: Quay vòng thiếu 24

Hình 2 17: Quay vòng thừa 25

Hình 2 18: Các bánh ô tô ở cầu sau bị hãm cứng 26

Hình 2 19: Các bánh ô tô ở cầu trước bị hãm cứng 27

Hình 2 20: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh mà có hiện tượng quay ô tô do lực phanh phân bố không đều 29

Hình 2 21: Mô hình vượt ô tô khác 32

Trang 13

Chương 3:

Hình 3 1: Bản vẽ kích thước tổng thể ô tô FORD RANGER trước có tải 36

Hình 3 2: Đồ thị đặc tính ngoài của động cơ: 41

Hình 3 3: Đồ thị đặc tính kéo ứng với từng tỷ số truyền được biểu diễn ở đồ thị -V 45

Hình 3 4: Sơ đồ tính toán ổn định dọc khi ô tô lên dốc 46

Hình 3 5: Sơ đồ tính toán ổn định dọc khi ô tô xuống dốc 47

Hình 3 6: Sơ đồ tính toán ổn định ngang 48

Hình 3 7: Sơ đồ vượt 49

Hình 3 8: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng 51

Hình 3 9: Đồ thị quan hệ momen phanh của ô tô FORD RANGER 54

Hình 3 10: Các lực và momen tác dụng lên bánh ô tô khi phanh 55

Hình 3 11: Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối δ của bánh ô tô 57

Hình 3 12: Chu kỳ thay đổi momen phanh ở cầu trước khi có ABS 58

Hình 3 13: Chu kỳ thay đổi momen phanh ở cầu sau khi có ABS 59

Hình 3 14: Thời gian quá trình phanh 62

Chương 4: Hình 4.1: Mô hình 3D xe Ford Ranger 66

Hình 4.2: Thông số kích thước của xe Ford Ranger 66

Hình 4.3: Thông số hệ thống truyền lực Ford Ranger 67

Hình 4.4: Thông số tính toán 67

Hình 4.5: Mô hình vượt cùng chiều 69

Hình 4 6: Mô hình vượt cùng chiều 70

Hình 4 7: Quỹ đạo chuyển động vượt được tính toán bằng LapVIEW 71

Hình 4 8: Quỹ đạo chuyển động vượt được nhập vào CarSim từ LapVIEW 71

Hình 4.9: Quan hệ động học của ô tô trong mô hình phẳng 72

Hình 4 10: Mô hình ô tô chuyển động quỹ đạo cong 74

Hình 4 11: Góc lệch hướng bánh xe 74

Trang 14

Hình 4 12: Vượt xe khác với tốc độ 80 Km/h 76

Hình 4 13:Xác định thông số cơ bản của ô tô 77

Hình 4 14: Quỹ đạo quãng đường vượt 77

Hình 4 15: Đồ thị biến thiên vận tốc 78

Hình 4 16: Độ lệch của quỹ đạo chuyển động khi vượt 79

Hình 4 19: Qũy đạo quãng đường vượt 80

Hình 4 20: Mô phỏng chuyển động theo quỹ đạo quảng đường vượt 81

Hình 4 24: Qũy đạo quãng đường vượt 82

Hình 4 26: Góc lệch hướng theo phương X (140 km/h) 84

Hình 4 27: Góc lệch hướng theo quỹ đạo vượt (đánh lái) 140 km/h 85

Định dạng
Số trang	22
Dung lượng	6,83 MB