nghiên cứu các biện pháp nâng cao tính ổn định của xe trên đường nhằm đảm bảo an toàn cho xe và khách

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM NGỌC PHAN HUY NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG NHẰM Đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM NGỌC PHAN HUY

NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG

NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO XE VÀ KHÁCH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

S K C0 0 4 7 4 9

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015

LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM NGỌC PHAN HUY

NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO XE VÀ KHÁCH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

Hướng dẫn khoa học:

PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Ngày, tháng, năm sinh: 09/07/1979 Nơi sinh: Khánh Hòa

Địa chỉ liên lạc: Thôn Phước Trạch – Xã Diên Toàn – Huyện Diên Khánh – TỉnhKhánh Hòa

Điện thoại cơ quan: Điện thoại cá nhân: 0913.426781E-mail: huycdnnhatrang@gmail.com

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Trung học Nghề:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/ 1995 đến 01/ 1999

Nơi học: Trường Trung học kỹ thuật và nghiệp vụ Khánh Hòa

Ngành học: Sửa chữa máy nổ

2 Đại học:

Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1999 đến 03/2003

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM – TPHCMNgành học: Cơ khí động lực

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

09/2003

đến nay

Bộ môn Ô TÔ – Khoa Cơ KhíTrường Cao Đẳng Nghề Nha Trang Giáo Viên

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 aicông bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 09 năm 2015

Người nghiên cứu

Phạm Ngọc Phan Huy

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:

– Quý Thầy Cô trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh đã tận

tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt thời gian thựchiện luận văn này Xin kính chúc quý Thầy Cô luôn luôn mạnh khoẻ, vui tươi vàhạnh phúc

– Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Phụng Thầy đã tận tình

giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.Xin kính chúc Thầy luôn luôn mạnh khỏe, vui tươi và hạnh phúc

– Xin chân thành cảm ơn các Thầy trong hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp

đã đóng góp ý kiến thiết thực cho luận văn

Xin kính chúc sức khỏe, chân thành cảm ơn!

Luận văn này nghiên cứu tính ổn định chuyển động của xe trên đường trongcác trạng thái chuyển động thẳng, quay vòng ứng với các vận tốc tính toán và chiềucao trọng tâm của xe Qua các thông số kỹ thuật của xe chọn làm đối tượng nghiêncứu và cơ sở lý thuyết để tính toán các thông số phù hợp với điều kiện hoạt động ởkhu vực phía nam Từ đó, khắc phục các nhược điểm còn tồn tại của xe, đưa ra cácbiện pháp nâng cao tính ổn định của xe trên đường, nhằm đảm bảo an toàn cho xe

và hành khách

Xuất phát từ những lý do trên và được sự định hướng của thầy PGS-TS

Nguyễn Văn Phụng, học viên chọn nghiên cứu về đề tài: “Nghiên cứu các biện pháp nâng cao tính ổn định của xe trên đường, nhằm đảm bảo an toàn cho xe và khách”.

Road accident has been a major concern these days due to an increase ofmeans of guest transportation together with its higher density Automobile operatingstability depends mostly on the following specifications: sizes, center of gravityposition, speed, braking distance, suspension system and the driver’s skills: use ofbrake, speed, driving manner, gearing skills on curved and slopy roads Max speed,passenger and merchandise arrangements are also important factors that help assurevehicle’s gravity center balance

This thesis studies the stability of a vehicle’s motion in both straight andcircle states in correspondence with calculated speeds and its gravity centerposition With collected specifications of vehicles chosen as subjects of thisresearch and theoretical bases on which appropriate figures are calculated to suit itsoperating conditions in the Sounthern Area, it is promising that vehicle andpassengers‘ life shall be safely assured thanks to improvements on its shortfalls andincrease of the vehicle’s stability

With all above-mentioned reasons and under the orientation of AssociateProfessor-Doctor Nguyen Van Phung, the author has decided to choose the

following named thesis for his research: ‘‘Research on Measures for Improving

Vehicle’s Stability in Assuring Vehicle and Passengers safety“

MỤC LỤC

Trang tựa

Quyết định giao đề tài

Lý lịch khoa học i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Tóm tắt iv

Mục lục vi

Danh sách các hình x

Danh sách các bảng xii

Chương 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố .1

1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1

1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố .2

1.2 Mục đích của đề tài 3

1.3 Phương pháp nghiên cứu giải quyết 4

1.4 Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài 4

1.5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Ổn định và an toàn chuyển động của ô tô trên đường bằng, đường dốc 6

2.1.1 Tính ổn định của ôtô trên mặt phẳng dọc 6

2.1.1.1 Tính ổn định dọc tĩnh 6

2.1.1.1.1 Xét ổn định theo điều kiện lật đổ 6

2.1.1.1.2 Xét ổn định theo điều kiện bám 8

2.1.1.1.3 Xác định hệ số ổn định tĩnh của ôtô – SSF .10

2.1.1.2 Ổn định dọc động .11

2.1.1.2.1 Trường hợp chuyển động tổng quát: Ôtô chuyển động lên dốc không ổn định 11

2.1.1.2.2 Trường hợp xe chuyển động ổn định với vận tốc cao trên đường nằm ngang .13

2.1.2 Tính ổn định trong mặt phẳng ngang của ôtô 14

2.1.2.1 Xác định tọa độ trọng tâm trên cơ sở lý thuyết: 14

2.1.2.1.1 Khi ô tô không tải: 14

2.1.2.1.2 Khi ô tô đầy tải: 15

2.1.2.2 Xác định tọa độ trọng tâm qua thực nghiệm: 15

2.1.2.2.1 Xác định trọng tâm theo chiều dọc a,b: 15

2.1.2.2.2 Xác định trọng tâm theo chiều cao hg 16

2.1.2.2.3 Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang (e) 17

2.1.2.3 Tính chất ổn định động 17

2.1.2.3.1.Khi xe chuyển động thẳng trên mặt đường nghiêng ngang 17

2.1.2.3.2 Khi xe chuyển động có gia tốc, tính Vmax .19

2.2 Ổn định và an toàn của ô tô khi xe quay vòng .22

2.2.1 Trường hợp tổng quát khi ô tô quay vòng trên mặt đường nghiêng ngang .22

2.2.2 Trường hợp xe đứng yên trên đường có độ nghiêng ngang 24

2.2.3 Các lực tác dụng lên xe khi quay vòng .25

2.2.4 Ảnh hưởng tính đàn hồi lốp xe đến quay vòng 26

2.2.5 Tính ổn định của ôtô chuyển động quay vòng 29

2.2.5.1 Trường hợp mặt đường nghiêng vào trục tâm quay vòng 29

2.2.5.2 Trường hợp mặt đường nghiêng ra phía ngoài trục tâm quay vòng .31

2.2.5.3 Khi ôtô quay vòng trên mặt đường ngang: 32

2.2.5.4 Xét ổn định theo điều kiện trượt ngang 32

2.3 Ổn định và an toàn của ô tô khi phanh 33

2.3.1 Lực tác dụng lên ô tô khi phanh 33

2.3.1.1 Sơ đồ .33

2.3.1.2 Các lực khi phanh 34

2.3.1.3 Tính phản lực mặt đường Zpkhi phanh 34

2.3.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh .35

2.3.2.1 Gia tốc phanh jp 35

2.3.2.2 Quãng đường phanh, Sp 36

2.3.2.3 Thời gian phanh tp 37

2.3.2.4 Lực phanh riêng, Pp 37

2.3.3 Sự ổn định hướng chuyển động khi phanh 37

2.3.3.1 Sự hãm cứng bánh xe 37

2.3.3.2.Trường hợp khi xe chuyển động thẳng 39

2.3.3.3 Khi xe quay vòng 39

2.3.3.4.Trên đường lên dốc 39

2.3.4 Ổn định phanh 41

2.4 Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ ở các tỉnh phía nam 44

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ THACO-HYUNDAI HB120SL 46

3.1 Đặc tính kỹ thuật cơ bản của ô tô THACO-HYUNDAI HB120SL 46

3.2 Đặc tính kỹ thuật của xe: 53

3.2.1 Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ: 53

3.2.2 Số liệu khối lượng, chiều cao trọng tâm, mô men tải trọng các phần tử xe 64

3.2.2.1 Xác định trọng lượng ôtô 64

3.2.2.2 Xác định tọa độ trọng tâm trên cơ sở lý thuyết: 65

3.3 Ổn định và an toàn chuyển động của ô tô trên đường bằng, đường dốc 67

3.3.1 Xây dựng đồ thị quan hệ giữa hệ số ổn định tĩnh SSF và khối lượng m của xe 68

3.3.2 Phương pháp giảm chiều cao trọng tâm xe theo hệ số ổn định tĩnh (SSF) khi có tải: 71

3.4 Ổn định và an toàn của ô tô khi xe quay vòng .75

3.4.1 Động lực học quay vòng đều 75

3.4.1.1 Mô hình phẳng tuyến tính 75

3.4.1.2 Tính điều khiển tĩnh của ôtô 76

3.4.1.3 Hàm truyền của vận tốc góc quay thân xe Hiện tượng quay vòng thừa, quay vòng thiếu 78

3.4.2 Tính chất ổn định động: 83

3.5 Tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh 88

3.5.1 Tính ổn định của ô tô trong khi phanh .88

3.5.2 Ổn định hướng chuyển động ôtô khi phanh 91

3.5.2.1 Sự bó cứng bánh xe và khả năng ổn định của ôtô 91

3.5.2.2 Độ tin cậy của hệ thống phanh, sự ổn định chuyển động của ôtô có hệ thống dẫn động phanh kiểu TT và K 93

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 96

4.1 Kết luận .96

4.2 Đề nghị: 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 PHỤ LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô khi đứng yên trên dốc 6

Hình 2.2: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi đứng yên quay đầu xuống dốc 7

Hình 2.3: Sơ đồ tính ổn định theo điều kiện bám của bánh xe sau 8

Hình 2.4: Đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh của ôtô 10

Hình 2.5: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô khi chuyển động lên dốc 11

Hình 2.6: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô 13

Hình 2.7: Sơ đồ lực tác dụng khi chuyển động 17

Hình 2.8: Đồ thị cân bằng lực kéo ô tô 19

Hình 2.9: Sơ đồ các lực và momen tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng ngang 22

Hình 2.10: Sơ đồ xác định phản lực ngang 24

Hình 2.11: Các lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng 25

Hình 2.12: Sự đàn hồi lốp xe 26

Hình 2.13: Đồ thị lực bên và góc lăn lệch 27

Hình 2.14: Sơ đồ quay vòng ô tô có lốp đàn hồi 27

Hình 2.15: Sơ đồ quay vòng thiếu 28

Hình 2.16: Sơ đồ quay vòng thừa 29

Hình 2.17: Sơ đồ lực tác dụng khi xe quay vòng 29

Hình 2.18: Sơ đồ lực tác dụng khi xe quay vòng 31

Hình 2.19: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô theo điều kiện trượt ngang 32

Hình 2.20: Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh 34

Hình 2.21a: Hãm cứng cầu sau 38

Hình 2.21b: Hãm cứng cầu trước 38

Hình 2.22: Phanh xe trên đường dốc 40

Hình 2.23: Sơ đồ các lực khi phanh 41

Hình 2.24: Quan hệ lực phanh và  khi S1= S2= 0 42

Hình 2.25: Quan hệ lực phanh và  khi S1 S2  0 43

Hình 3.1: Xây dựng đồ thị công suất của động cơ 55

Hình 3.2: Đồ thị lực kéo tiếp tuyến Fk tại bánh xe chủ động ở các tay số 57

Hình 3.3: Đồ thị lực lực kéo tiếp tuyến Fk tại các bánh xe chủ động ở các tay số khác nhau tại bánh xe chủ động 59

Hình 3.4: Đồ thị nhân tố động lực học của xe 60

Hình 3.5: Đồ thị gia tốc của xe 62

Hình 3.6: Đồ thị gia tốc thời gian tăng tốc của xe khi đầy tải 63

Hình 3.7: Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe 64

Hình 3.8: Các lực và mô men tác dụng trạng thái tĩnh 68

Hình 3.9: Đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh của ôtô (m < 3000 kg) 69

Hình 3.10: Mối quan hệ giữa SSF và m 71

Hình 3.11: Mối quan hệ giữa SSF và m theo cách bố trí mới 75

Hình 3.12: Mô hình phẳng một vết của ôtô 76

Hình 3.13: Đồ thị đặc tính tốc độ của vận tốc góc quay thân xe 81

Hình 3.14: Các lực tác động lên ô tô 83

Hình 3.15: Mối quan hệ giữa vận tốc vnvà hệ số ổn định tĩnh SSF 87

Hình 3.16: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh mà bị quay ngang 89

Hình 3.17: Sơ đồ khảo sát hiện tượng bó cứng bánh xe của cầu xe và khả năng ổn định khi phanh 92

Hình 3.18: Các sơ đồ dẫn động phanh hai dòng của ôtô con 93

Hình 3.19: Sự ổn định chuyển động của ôtô khi phanh với hư hỏng một dòng dẫn động .94

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật 44

Bảng 2.2: Chỉ tiêu cho phép của độ dốc mặt đường 45

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của ô tô Thaco Hyundai HB – 120SL 46

Bảng 3.2: Giá trị tương ứng ne, Ne, Me 56

Bảng 3.3: Trọng lượng, chiều cao trọng tâm, mô men các phần tử khối lượng xe 66

Bảng 3.4: Thông số tọa độ trọng tâm của xe 67

Bảng 3.5: Các thông số giới hạn ổn định của ô tô Thaco Hyundai HB – 120SL 68

Bảng 3.6: Mối quan hệ giữa khối lượng xe và hệ số SSF 70

Bảng 3.7: Phương án bố trí các phần tử của xe 72

Bảng 3.8: Thông số khối lượng, trọng tâm và hệ số SSF 74

Bảng 3.9: Tiêu chuẩn tốc độ tính toán, bán kính quay vòng và độ nghiêng mặt đường 84

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố.

1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu

Trong thời gian gần đây, với sự phát triển mạnh về loại hình dịch vụ vân tảihành khách bằng xe khách giường nằm do tính tiện ích, thuận lợi mà nó mang lạicho hành khách; cùng với sự phát triển đó là các vấn đề về tai nạn giao thông thảmkhốc xảy ra ngày càng nhiều, mà chủ yếu là xe khách giường nằm, bởi rất nhiềunguyên nhân và góp mặt trong đó là nguyên nhân về tính ổn định, tính an toàn củacác phương tiện tham gia lưu thông trên đường Vì vậy, một nhu cầu cấp thiết đặt ra

là cần nghiên cứu các biện pháp để nâng cao tính ổn định của xe để đảm bảo an toàntối đa cho con người cũng như phương tiện và hàng hoá tham gia lưu thông trênđường Nguyên nhân gây tai nạn không chỉ đơn thuần là do sự trượt của các bánh

xe trên đường, trên thực tế đã có rất nhiều những tai nạn đáng tiếc xảy ra do hiệuquả phanh kém hoặc khi phanh xảy ra hiện tượng bó cứng bánh xe làm mất khảnăng điều khiển hoặc khi ô tô khởi hành hay tăng tốc độ đột ngột trên đường có hệ

số bám thấp thì rất có thể các bánh xe chủ động bị trượt quay tại chỗ dẫn đến làmmất mát mô men chủ động và có thể làm trượt xe Đặc biệt có những trường hợp ô

tô mất ổn định động học trong quá trình tăng tốc hay quay vòng (quay vòng thừahoặc quay vòng thiếu) cũng dẫn đến các tình huống nguy hiểm cho ô tô Ô tôchuyển động trên đường với quỹ đạo rất phức tạp, nếu ô tô chuyển động với tốc độcao, gặp chướng ngại vật cần phanh gấp hoặc cần đổi hướng chuyển động một cáchđột ngột để tránh chướng ngại vật có thể làm xe bị lật

Vấn đề nghiên cứu nâng cao tính ổn định của xe trên đường nhằm đảm bảo

an toàn cho người sử dụng thông qua kết cấu và điều khiển là vô cùng quan trọng

Do đường xá ngày càng được cải thiện tốt hơn, tốc độ phát triển ngành giao thôngvận tải tăng nhanh, vì thế tốc độ chuyển động của ô tô cũng ngày càng được nâng

cao Tuy nhiên, cùng với những sự phát triển đó mật độ phương tiện cơ giới trênđường ngày càng cao, vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề quan tâm hàngđầu Tính ổn định của ô tô khi tham gia giao thông phụ thuộc kết cấu các hệ thốngtổng thành như kích thước xe, chiều cao trọng tâm, tốc độ xe, quãng đường phanh,

hệ thống treo và việc điều khiển của người lái: Sử dụng phanh, tốc độ xe, cách lái

xe, cách sử dụng tay số trên đường vòng, đường đèo dốc Ngoài ra, tốc độ tối đa,cách sắp xếp hành khách và hàng hóa trên xe cũng là yếu tố rất quan trọng để tránhtình trạng mất cân đối trọng tâm của xe

Chính vì vậy, thông qua sự hướng dẫn của thầy PGS-TS Nguyễn Văn Phụng

tôi chọn nghiên cứu về đề tài: “Nghiên cứu các biện pháp nâng cao tính ổn định của

xe trên đường, nhằm đảm bảo an toàn cho xe và khách.”

1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố.

Các công trình nghiên cứu ở nước ngoài về nâng cao tính ổn định, tính antoàn cho xe và khách đã có nhiều do nhu cầu sử dụng rộng rãi và thời gian sử dụng

đã hàng chục năm Cụ thể là các hãng sản xuất đã cho ra đời hàng loạt các hệ thốngkiểm soát sự ổn định, an toàn cho xe và khách được ứng dụng trên ô tô hiện naynhư:

+ Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh – ABS ( Anti-lock BrakingSystem)

+ Hệ thống phân phối lực phanh điện tử - EBD (Electronic Brake forceDistribution)

+ Hệ thống kiểm soát lực kéo – TRC (Traction Control System)

+ Hệ thống điều khiển góc quay của xe quanh trục dọc xe AYC (Active YawControl)

chủ yếu tác động đến lực phanh, lực kéo nhằm kiểm soát sự trượt của các bánh xe

và chúng thường được ứng dụng một cách độc lập trên xe

Trong nước đã có một số đề tài nghiên cứu về các loại ô tô, xe bus, xe kháchmột tầng, hai tầng như:

– Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo đến mức độ êm

dịu xe bus Samco B47 sử dụng trong thành phố HCM”, tác giả: NguyễnTrường Giang

– Tính toán kiểm tra ổn định của xe ô tô mini bus 6 – 8 chỗ ngồi PGS-TS Dư

Quốc Thịnh

– Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu việc sử dụng LabVIEW để mô phỏng 3D ổn

định chuyển động của ô tô”, tác giả Lê Minh Đảo

– Luận văn thạc sĩ: “Tổng quan về ổn định quay vòng của ô tô du lịch”, tác giả

Tôn Thất Hiểu

– Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên hành khách trong

xe khách giường nằm (Thaco-mobihome)”, tác giả Nguyễn Xuân Ngọc

1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

– Nâng cao tính ổn định chuyển động của xe trên đường nhằm đảm bảo an

toàn cho xe và hành khách

– Sử dụng lý thuyết ổn định chuyển động của ô tô để khảo sát tính toán đối với

loại xe khách cụ thể chọn làm đối tượng nghiên cứu Từ đó đánh giá tính ổnđịnh và an toàn của loại xe này

– Phân tích các trạng thái hoạt động của xe ảnh hưởng đến sự ổn định và an

toàn xe và khách

– Tính toán tính ổn định và an toàn của chuyển động của loại xe khách

THACO-HYUNDAI HB120SL được khảo sát

– Đưa ra các biện pháp nâng cao tính ổn định và an toàn tối ưu nhất cho loại xe

khách được khảo sát làm đối tượng nghiên cứu để đảm bảo an toàn khichuyển động

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT

Nghiên cứu tính ổn định, an toàn của xe bằng đặc tính động học và động lựchọc của ô tô bằng lý thuyết, bao gồm:

– Thu thập thông tin liên quan đến quá trình tính toán.

– Nghiên cứu chuyên sâu về lý thuyết ô tô, cơ học chuyển động ô tô, tính toán

thiết kế ô tô, tham khảo tài liệu và các đề tài có liên quan

 Tính ổn định, an toàn chuyển động của ô tô khi xe chạy trên đườngthẳng

 Tính ổn định, an toàn chuyển động của ô tô khi xe chạy trên đường quayvòng

 Tính ổn định, an toàn chuyển động của ô tô khi phanh

– Ứng dụng các phần mềm như: LabVIEW, MATLAB… để tính toán, xây

dựng các đồ thị đặc tính cần thiết về động học và động lực học của xe

– Từ những thông số ban đầu của loại xe khách được khảo sát làm đối tượng

nghiên cứu và các số liệu do nhà chế tạo cung cấp kết hợp với thực nghiệm,tính toán bằng lý thuyết, phân tích các đồ thị để rút ra kết luận, từ đó đề xuấtcác biện pháp để nâng cao tính ổn định của xe trên đường nhằm đảm bảo antoàn cho xe và khách

1.4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng chọn nghiên cứu là dòng xe khách giường nằm HYUNDAI HB – 120SL ” do Công ty Cổ phần ôtô Trường Hải sản xuất, lắp ráp vàphân phối tại Việt Nam

Xét tổng quát quá trình chuyển động của ô tô trên đường ở một số các trạngthái đặc biệt liên quan đến vấn đề khảo sát và nghiên cứu, không có biểu thị các hệthống bố trí trên xe.

1.5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Khảo sát và chứng minh các yếu tố tác động đến độ an toàn của xe để đánhgiá được các yếu tố nào ảnh hưởng đến độ ổn định và an toàn cao nhất của ô tô Từ

đó kiểm soát được quá trình vận hành với độ ổn định và an toàn tối ưu, phù hợp vớiđiều kiện thực tế hoạt động của xe

Thông qua đề tài, nhà chế tạo nâng cao tính hợp lý về kết cấu của các bộphận, chi tiết liên quan để ngày một tối ưu hóa tính ổn định và nâng cao độ an toàncho xe khách phù hợp với các trạng thái chuyển động trên đường tại các tỉnh phíanam và cả nước nói chung Ngoài ra, người vận hành biết được những lưu ý khi sửdụng xe sao cho tốt nhất, hợp lý nhất

Nghiên cứu của đề tài sẽ tạo điều kiện khảo sát, kiểm tra dễ dàng các thông

số liên quan giữa khối lượng với hệ số ổn định tĩnh SSF, ứng với các trạng tháichuyển động của xe, cách bố trí hành khách, hàng hóa phù hợp đảm bảo an toàn hơnkhi lưu thông trên đường

2.1.1.1.1 Xét ổn định theo điều kiện lật đổ

– Xe đứng yên quay đầu lên dốc

Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô:

Hình 2.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô khi đứng yên trên dốc

Khi xét theo điều kiện lật đổ: xe có xu hướng lật quanh trục nằm trong mặtphẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của bánh xe cầu sau với mặt đường (điểm

O2) theo phương dọc

Khi góc dốc α tăng dần đến góc  (góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay l

đầu lên dốc) thì các bánh xe cầu trước nhấc khỏi mặt đường, lúc đó hợp lực Z1 = 0

b tg

 Góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc.

h g: Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao

– Xe đứng yên quay đầu xuống dốc

Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô:

Hình 2.2: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi đứng yên quay đầu xuống dốc

Trường hợp khi xe đứng yên quay đầu xuống dốc, xe có xu hướng lật quanhtrục nằm trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe cầutrước với mặt đường (điểm O1) Khi góc α tăng dần đến góc (góc giới hạn mà xe l

bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc) thì các bánh xe cầu sau nhấc khỏi mặt đường,lúc đó hợp lực Z2= 0 và xe sẽ bị lật quanh điểm O1.

Lập phương trình moment đối với điểm O1

a tg

 Góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc.

2.1.1.1.2 Xét ổn định theo điều kiện bám

Sự mất ổn định dọc tĩnh của ôtô không chỉ do sự lật đổ dọc mà còn do trượttrên dốc vì không đủ lực phanh hoặc do lực bám không tốt giữa các bánh xe và mặtđường

Trường hợp các bánh xe sau được phanh cứng

Hình 2.3: Sơ đồ tính ổn định theo điều kiện bám của bánh xe sau

Khi lực phanh đạt tới giới hạn bám, xe có thể bị trượt xuống dốc, góc dốc khi

xe bị trượt được xác định như sau:

P pmax = G.sinα t = Z 2 φ (2.1.1.3)

φ - Hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường

t

g

a tg

– Trường hợp phanh tất cả các bánh xe của cầu trước và cầu sau.

Đối với ôtô, cơ cấu phanh được bố trí ở tất cả các bánh xe Do đó lực phanhcực đại:

Tương tự, điều kiện để xe đứng trên dốc bị trượt như sau:

tgα t = tgα’ t = φ (2.1.1.8)

Điều kiện an toàn

Sau khi xét tính ổn định của xe qua hai điều kiện lật đổ và điều kiện bám.Góc giới hạn ổn định và an toàn là góc α có trị số bé, tức đảm bảo cho xe bị trượttrước khi bị lật đổ, được xác định bằng biểu thức:

2 g

c tg

Khi ôtô chuyển động trên đường dốc có thể bị mất ổn định (do bị lật đổ hay

bị trượt) dưới tác dụng của lực và moment hoặc bị lật đổ khi chuyển động ở tốc độcao trên đường bằng

2.1.1.2.1 Trường hợp chuyển động tổng quát: Ôtô chuyển động lên dốc không

ổn định.

Hình 2.5: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô khi chuyển động lên dốc

– Xét ổn định theo điều kiện lật đổ:

Lập phương trình moment đối với điểm O2

G: Trọng lượng toàn bộ của xe

L: Chiều dài cơ sở của xe

a, b: Khoảng cách từ trọng tâm đến trục bánh xe trước và sau

h g : Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao

α: Góc dốc của đường trong mặt phẳng dọc

P j : Lực quán tính của xe khi chuyển động lên dốc

P ω : Lực cản không khí

M f : Moment cản lăn

Khi tăng góc dốc α đến giá trị giới hạn thì xe bị lật đổ ứng với Z 1 = 0 Xác

định được góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ khi chuyển động lên dốc hoặc xuốngdốc

Từ biểu thức (2.1.2.2) suy ra:

– Xét trường hợp ôtô chuyển động ổn định lên dốc với tốc độ nhỏ

Trong trường hợp này: Pj= 0, P ≈ 0 và Mf ≈ 0 Thế các giá trị trên vào biểu thức(2.1.2.3)

l g

b tg

h



– Xét trường hợp ôtô chuyển động ổn định xuống dốc với tốc độ nhỏ

Tương tự như trên, xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ:

l g

a tg

h



– Xét ổn định theo điều kiện trượt:

Để đảm bảo an toàn cho xe chuyển động, cần tính toán theo điều kiện trượtcủa bánh xe chủ động với mặt đường nhằm tạo điều kiện bánh xe chủ động trượtquay trước khi xe bị lật đổ

Khi lực kéo ở bánh xe chủ động đạt tới giới hạn bám thì xe bắt đầu trượt, trị

số của lực kéo được xác định như sau:

: Hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường

Điều kiện để đảm bảo cho ôtô bị trượt quay trước khi lật đổ:

Khi ôtô chạy vượt quá tốc độ nguy hiểm V n, lực cản không khí gây ra sự lật

đổ xe qua điểm tiếp xúc bánh sau với mặt đường O 2

Lập phương trình cân bằng moment đối với điểm O 2

n

g

G b V

h K F



2.1.2 Tính ổn định trong mặt phẳng ngang của ôtô

2.1.2.1 Xác định tọa độ trọng tâm trên cơ sở lý thuyết:

2.1.2.1.1 Khi ô tô không tải:

– Tọa độ trọng tâm ô tô khách theo chiều dọc:

 Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cầu trước: O2

o O

a G



 Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cầu sau: b o  L a o

– Tọa độ trọng tâm theo chiều cao:

Căn cứ vào giá trị các thành phần trọng lượng và tọa độ trọng tâm của chúng, taxác định chiều cao trọng tâm của ô tô theo công thức:

i gi go

O

G h h

G





Trong đó: Gi– Trọng lượng của các cụm, chi tiết của ô tô

hgi– chiều cao trọng tâm của các cụm, chi tiết của ô tô

Go– trọng lượng không tải của ô tô

2.1.2.1.2 Khi ô tô đầy tải:

– Tọa độ trọng tâm ô tô khách theo chiều dọc:

 Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cầu trước: Z L2

a G



 Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm cầu sau: b L a

– Tọa độ trọng tâm theo chiều cao:

Căn cứ vào giá trị các thành phần trọng lượng và tọa độ trọng tâm của chúng, taxác định chiều cao trọng tâm của ô tô theo công thức:

.

i gi g

G h h

G



Trong đó: Gi– Trọng lượng của các cụm, chi tiết của ô tô

hgi– chiều cao trọng tâm của các cụm, chi tiết của ô tô

G – trọng lượng toàn bộ tải của ô tô

2.1.2.2 Xác định tọa độ trọng tâm qua thực nghiệm:

Trọng tâm ô tô ảnh hưởng đến tính chất động lực học; nó được xác định theochiều dọc, chiều ngang và chiều cao ô tô

2.1.2.2.1 Xác định trọng tâm theo chiều dọc a,b:

Sơ đồ:

Cân toàn bộ xe có G

Cân bánh sau xe có G2 (hoặc cân bánh trước)

G L b

G  - song song mặt phẳng tiếp xúc bánh xe

Theo điều kiện cân bằng moment tại O1tâm bánh xe trước

2.1.2.2.3 Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang (e)

Sơ đồ:

Cân bánh sau xe bên trái có G’(hoặc bên phải) Suy ra G” = G – G’

Từ điều kiện cân bằng moment so điểm O2, ta có:

2.1.2.3.1.Khi xe chuyển động thẳng trên mặt đường nghiêng ngang

Hình 2.7: Sơ đồ lực tác dụng khi chuyển động

– Xét ổn định theo điều kiện lật đổ

Trong trường hợp này là do thành phần G.sinβ và moment quán tính M jn tạo

Khi góc β tăng tới giới hạn β d thì xe bị lật đổ quanh điểm B, lúc đó Z’’= 0 Ở

đây coi M jn≈ 0 vì trị số của nó nhỏ có thể bỏ qua

Thay vào biểu thức (2.2.3.2) xác định được góc giới hạn lật đổ khi xe chuyểnđộng trên đường nghiêng ngang

2

d g

c tg

h

h g - Chiều cao trọng tâm của xe ;

– Xét ổn định theo điều kiện trượt

Khi chất lượng bám giữa bánh xe với mặt đường kém thì xe có xu hướngtrượt trên mặt đường nghiêng ngang Để xác định góc giới hạn khi xe bị trượt, lậpphương trình hình chiếu các lực lên mặt phẳng song song với mặt đường

G    YY   ZZ   G   (2.2.3.4)Rút gọn biểu thức (2.2.3.4) sẽ được:

c h

Trong đó:

β φ : Góc dốc giới hạn mà ôtô bị trượt ;

φ : Hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đường

2.1.2.3.2 Khi xe chuyển động có gia tốc, tính V max

Trên đồ thị, xây dựng các quan hệ giữa lực kéo tại bánh xe chủ động (Pk) vàcác lực cản chuyển động (P  Pw) phụ thuộc vào tốc độ chuyển động của ô tô Vớitrục tung biểu thị các lực, trục hoành biểu thị tốc độ chuyển động (V) ta sẽ được đồthị cân bằng lực kéo ô tô

Hình 2.8: Đồ thị cân bằng lực kéo ô tô

Trên đồ thị, các đường cong PK1, PK2, PK3… là lực kéo tiếp tuyến tại bánh xechủ động ở số truyền I, số truyền II, số truyền III, được tính theo biểu thức:

0

.

e hi t Ki

b

M i i P

Đường cong P  biểu thị lực cản tổng cộng của đường P  P f P i

Khi ô tô chuyển động với tốc độ nhỏ hơn V  16, 7  22 m/s, thì đường P 

song song với trục hoành, vì không phụ thuộc tốc độ ô tô Khi ô tô chuyển động vớitốc độ lớn hơn V  16, 7  22m/s thì đường P  sẽ là một đường cong, vì lúc này P  sẽphụ thuộc tốc độ chuyển động của ô tô

Từ điểm A chiếu xuống trục hoành sẽ có được giá trị vận tốc lớn nhất của ô

tô Vmax trong điều kiện chuyển động đã cho

Tương ứng các vận tốc bé hơn Vmax, thì hiệu số tung độ nằm giữa cácđường cong lực kéo tiếp tuyến (Pk) và đường cong tổng lực cản (P  Pw)là lực kéo

dự trữ (Pd) dùng để tăng tốc (Pj> 0) hoặc lên dốc với độ dốc cao hơn (Pi)

Sử dụng đồ thị cân bằng lực kéo của ô tô (hình 4) có thể xác định được các

chỉ tiêu động lực học của ô tô khi chuyển động ổn định như vận tốc lớn nhất của ô

tô (Vmax) các lực cản thành phần ở một vận tốc nào đó

Tại vận tốc V1 có:

Tung độ bc: biểu thị lực cản tổng cộng (P  )

Tung độ ab: biểu thị lực cản không khí (Pw)

Tung độ ad: biểu thị lực kéo còn dư (Pd)

Tung độ cd: biểu thị lực kéo tiếp tuyến (Pk)

Giá trị vận tốc cực đại của xe còn có thể xác định qua biểu thức sau:

2 max

4 ( )2

2 2

.2

.60

Nemax– công suất cực đại động cơ (HP)

nN– số vòng quay ứng với công suất cực đại (v/min)

i0, ih– tỉ số truyền lực chính và hộp số

rb– bán kính trung bình bánh xe (m)

t

 - hiệu suất truyền lực

Để xét khả năng có thể trượt quay của bánh xe chủ động, trên đồ thị cần xâydựng đường biểu thị lực bám (P ) theo tốc độ chuyển động của ô tô

.

i

P  m G  

G  - trọng lượng phân bố lên cầu chủ động

 - hệ số bám của bánh xe với mặt đường

mi– hệ số phân bố tải trọng động

1 1

D T

Z m Z

 - hệ số phân bố tải trọng động cầu trước

2 2

D T

Z m Z

 - hệ số phân bố tải trọng động cầu sau

Khi tăng tốc:

' 1 ' 2

0, 65 0, 70

1, 20 1, 35

m m

 

 

Khi phanh xe sẽ có hiện tượng ngược lại, lúc đó hệ số tải trọng động ở cầutrước sẽ tăng lên, còn cầu sau sẽ giảm xuống

Z1D, Z2D– tải trọng tác dụng lên cầu trước và sau khi chuyển động

Z1T, Z2T – tải trọng tĩnh tác dụng lên cầu trước và sau khi xe không chuyểnđộng

Lực bám biểu diễn trên đồ thị là một đường ngang song song với trục hoành.Khu vực các đường cong lực tiếp tuyến (Pk) nằm dưới đường lực bám (P )thỏa mãn điều kiện: P k P , nghĩa là khu vực ô tô chuyển động không bị trượtquay

Những đường cong lực kéo tiếp tuyến (Pk) nằm trên đường lực bám (P ) thì

ô tô không chuyển động được vì các bánh xe đều bị trượt quay

Như vậy điều kiện để cho ô tô có thể chuyển động ổn định và không bị trượtquay là: P   Pk Pcản và Pcản= P  Pw

2.2 ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN CỦA Ô TÔ KHI XE QUAY VÒNG.

2.2.1 Trường hợp tổng quát khi ô tô quay vòng trên mặt đường nghiêng ngang.

Hình 2.9: Sơ đồ các lực và momen tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng ngang

Các lực tác dụng lên xe bao gồm: trọng lực của xe đặt tại trọng tâm (G); lực

ly tâm (Plt) xuất hiện khi xe quay vòng

Giá trị lực ly tâm tính theo:

2

lt

G v P

C – chiều rộng cơ sở của xe

Mjn – mô men của các lực quán tính tiếp tuyến các bộ phận chuyển động quay củađộng cơ và hệ thống truyền lực tác dụng trong mặt phẳng ngang

YY – trục quay vòng của ô tô

 - tổng phản lực ngang tác dụng các bánh xe cầu sau

2.2.2 Trường hợp xe đứng yên trên đường có độ nghiêng ngang

Trường hợp này lực ly tâm Pl= 0

Từ các biểu thức trên, ta có:

'

.cos sin 2

.cos sin 2

2.2.3 Các lực tác dụng lên xe khi quay vòng.

Khi xe quay vòng sẽ phát sinh thành phần lực ngang Py của lực ly tâm Plt.Với  - bán kính quán tính trọng tâm xe (C) được ký hiệu trên sơ đồ

Hình 2.11: Các lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng

Qua sơ đồ có: PyP lt.cos a ;  a bé; cos  a 1 ;  a- góc quay xe

.

v

v j

L





 - gia tốc pháp tuyến

Theo sơ đồ: sin a b

2.2.4 Ảnh hưởng tính đàn hồi lốp xe đến quay vòng

Khi bánh xe lăn trên đường, dưới tác dụng của lực bên, Pybánh xe đàn hồi sẽbiến dạng theo sơ đồ sau: