nghiên cứu tính ổn định khi quay vòng đối với loại xe bus hai tầng sử dụng ở tp hcm và các tỉnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NGỌC DŨNG NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH KHI QUAY VÒNG ĐỐI VỚI LOẠI XE BUS HAI TẦNG SỬ DỤNG Ở TP.HCM VÀ CÁC TỈNH S K C 0 9 NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 602546 S KC 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NGỌC DŨNG NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH KHI QUAY VÒNG ĐỐI VỚI LOẠI XE BUS HAI TẦNG SỬ DỤNG Ở TP.HCM VÀ CÁC TỈNH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 605246 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN NGỌC DŨNG NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH KHI QUAY VÒNG ĐỐI VỚI LOẠI XE BUS HAI TẦNG SỬ DỤNG Ở TP.HCM VÀ CÁC TỈNH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 605246 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trần Ngọc Dũng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 24/08/1987 Nơi sinh: Tp.HCM Quê quán: Cambodia Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 349 Lê Hồng Phong, phường quận 10 Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E – mail: II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/đến……./……… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 05/2010 Nơi học (trường, thành phố): ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Cơ khí động lực Tên đồ án: Chuyên đề hệ thống điện xe gắn máy Ngày & nơi bảo vệ đồ án: 01/2010 trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Người hướng dẫn: Lê Xuân Tới III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Nơi công tác Thời gian 06/2010 ÷ 06/2011 08/2011 đến Trường TC Kỹ thuật Công nghệ Hùng Vương Trường CĐ Kinh tế Kỹ thuật Phú Lâm i Công việc đảm nhiệm Giáo viên Giảng viên LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 03 năm 2014 ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập hoàn thành luận văn này, đã nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu thầy cô bạn lớp Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc, xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ trình học tập hoàn thành luận văn Phó giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Văn Phụng, người thầy kính mến đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp Người thầy đã tận tâm, nhiệt tình hướng dẫn bảo để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn thầy cô hội đồng chấm luận văn đã cho những đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luận văn Kính chúc ban giám hiệu, thầy mạnh khỏe, thành công đuốc soi đường cho hệ đàn em chúng em tiến bước thành công hơn, vững đường khoa học có khó khan thử thách Xin chân thành cảm ơn chúc thầy cô sức khỏe thành đạt iii TÓM TẮT Luận văn nghiên cứu tính ổn định chuyển động xe trạng thái quay vòng xe bus tầng thông qua việc sử dụng thông số kỹ thuật xe để tính toán hệ số đặc trưng kết cấu (K) Qua đó rút đề nghị để khắc phục nhược điểm xe nhằm đáp ứng yêu cầu an toàn cho xe bus tầng Đồng thời, dựa vào hệ số đặc trưng kết cấu (K) sử dụng phần mềm SolidWorks để mô phỏng trạng thái quay vòng xe ABSTRACT The thesis presents an investigation on the stability of vehicle as well as the steady state turning of double decker, the used specifications of double decker to calculate steady state steering characteristics by understeer coefficient Thereby to sum up disadvantages to overcome for respond the safety requirements to double decker At the same time, based on understeer coefficient used SolidWorks to simulate the state turning vehicle iv MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách hình ix Danh sách bảng xiv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Mục đích đề tài 32 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 33 1.4 Phương pháp nghiên cứu 33 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 34 2.1 Bánh xe 34 2.2 Hệ số bám 34 2.3 Phân bố tải trọng 35 2.4 Góc lệch hướng 35 2.5 Chất lượng mặt đường 36 2.6 Hệ thống treo 37 2.7 Hệ thống phanh 37 2.8 Động lực học xe 38 CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ 39 3.1 Tính chất ổn định mặt cắt dọc 39 3.1.1 Tính chất ổn định tĩnh 39 3.1.2 Tính chất ổn định động 42 v 3.2 Tính chất ổn định mặt cắt ngang 46 3.2.1 Tính chất ổn định tĩnh 46 3.2.2 Tính chất ổn định động 48 3.3 Sự ổn định xe phanh 53 3.3.1 Sự hãm cứng bánh xe 53 3.3.2 Ổn định phanh 55 CHƯƠNG 4: LÝ THUYẾT QUAY VÒNG ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ 60 4.1 Động học động lực học quay vòng 60 4.1.1 Quá trình quay vòng có giai đoạn 60 4.1.2 Sơ đồ quay vòng ô tô 60 4.1.3 Quan hệ thông số góc quay bánh xe dẫn hướng 61 4.2 Quan hệ góc θn θt với cấu hình thang lái 64 4.3 Quan hệ θn θt ô tô nhiều cầu dẫn hướng 65 4.3.1 Trường hợp tất bánh xe dẫn hướng 65 4.3.2 Nhiều cầu trước dẫn hướng 66 4.4 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng quay vòng 67 4.5 Các lực tác dụng lên ô tô quay vòng 68 4.6 Đặc tính lái – tốc độ giới hạn quay vòng ô tô 69 4.7 Ảnh hưởng tính đàn hồi lốp xe đến quay vòng 70 4.8 Các thông số kết cấu ảnh hưởng đặc tính quay vòng loại lốp biến dạng 74 4.9 Quan hệ góc quay bánh xe dẫn hướng θn, θt lốp đàn hồi 75 4.10 Tính ổn định bánh xe dẫn hướng 76 4.10.1 Sơ đồ bánh xe dẫn hướng có trụ quay đứng đặt nghiêng ngang góc β 77 4.10.2 Góc nghiêng trụ quay đứng phía sau mặt cắt dọc 78 4.10.3 Ảnh hưởng độ đàn hồi lốp xe theo hướng ngang 78 4.11 Moment ổn định bánh xe dẫn hướng 79 4.12 Các góc nghiêng bánh xe dẫn hướng 81 4.12.1 Góc doãng (α) 81 4.12.2 Góc chụm (γc) 81 vi 4.12.3 Tính chất ổn định 82 CHƯƠNG 5: XÁC ĐỊNH TRẠNG THÁI QUAY VÒNG DỰA TRÊN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN XE BUS TẦNG BHT 89 84 5.1 Ý nghĩa kí hiệu sử dụng công thức 84 5.2 Các công thức tính toán 84 5.2.1 Tính chất ổn định tĩnh 84 5.2.2 Quan hệ giữa thông số góc quay bánh xe dẫn hướng θn, θt 85 5.2.3 Ảnh hưởng tính đàn hồi lốp xe đến trạng thái quay vòng xe ô tô 85 5.2.4 Tốc độ đặc trưng cho xe quay vòng thiếu 86 5.2.5 Tốc độ đặc trưng cho xe quay vòng thừa (tốc độ nguy hiểm) 86 5.3 Trình bày kết tính toán 86 5.3.1 Tính chất ổn định tĩnh 86 5.3.2 Quan hệ giữa thông số góc quay bánh xe dẫn hướng θn, θt 88 5.3.3 Đánh giá trạng thái quay vòng xe bus tầng BHT 89 thông qua hệ số đặc trưng kết cấu xe 104 5.3.4 Tốc độ đặc trưng cho xe quay vòng thừa (tốc độ nguy hiểm) 106 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG TRẠNG THÁI QUAY VÒNG CỦA XE DỰA VÀO HỆ SỐ ĐẶC TRƯNG KẾT CẤU (K) 107 6.1 Giới thiệu phần mềm SolidWorks 107 6.2 Thông số kỹ thuật xe bus tầng BHT 89 107 6.3 Quá trình xây dựng mô phỏng trạng thái quay vòng 108 6.3.1 Xây dựng mô hình 108 6.3.2 Trạng thái xe quay vòng trung tính 109 6.3.3 Trạng thái xe quay vòng thiếu 110 6.3.4 Trạng thái xe quay vòng thừa 113 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 116 7.1 Kết luận 116 7.2 Đề nghị 116 vii Chƣơng KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 7.1 Kết luận Sau khoảng thời gian nghiên cứu thực đề tài, gặp nhiều khó khăn học viên cố gắng hoàn thành đề tài thời hạn quy định Đề tài đạt số kết sau:  Đã nghiên cứu đặc tính, thông số kỹ thuật xe bus tầng BHT 89 hoạt động Thành phố Hồ Chí Minh để làm sở cho việc tính toán  Đã nghiên cứu trạng thái không biến dạng lốp xe trạng thái biến dạngđàn hồi lốp xe tính quay vòng xe dựa vào thông số đặc trưng kết cấu xe bus tầng BHT 89 để tính toán so sánh  Tính toán mối quan hệ góc quay bánh xe dẫn hướng bên (θn) góc quay bánh xe dẫn hướng bên (θt ):θn = f(θt )  Tính toán thông số đặc trưng kết cấu (K) xe để xác định trạng thái quay vòng xe bus tầng BHT 89 dựa thông số kỹ thuật thông số tính toán xe Từ nội dung thực nêu trên, ta đến kết luận sau:  Mối quan hệ góc quay bánh xe dẫn hướng bên góc quay bánh xe dẫn hướng bên θn = f(θt ) không phụ thuộc vào loại lốp biến dạng đàn hồi hay không đàn hồi, độ cứng bánh xe hay vận tốc chuyển động xe  Xe bus tầng BHT 89 có hệ số đặc trưng kết cấu âm (K < 0) nên làm cho xe quay vòng thừa Vì người lái xe phải điều khiển xe theo yêu cầu nhà sản xuất kinh nghiệm điều khiển tốc độ vào đường vòng 130 7.2 Đề nghị Do xe bus tầng BHT 89 có đặc tính quay vòng thừa (K < 0) nên dẫn đến trạng thái nguy hiểm quay vòng Vì để giảm đặc tính quay vòng thừa khả nguy hiểm quay vòng, xin đề xuất số đề nghị sau: K = G Cαs b − C′αt a (4 – 13) C′αt Cαs L Muốn xe có trạng thái quay vòng thiếu (K > 0) thì: ′ Cαs b − Cαt a>  ′ Cαs b>Cαt a  Do trọng tâm xe bus tầng BHT 89 nằm phía sau xe (a > b) nên dẫn đến đặc tính quay vòng thừa Vì để khắc phục tượng này, tài xế nên tập trung hành khách phía trước nhiều phía sau để trọng tâm dồn phía trước  Thiết kế trọng tâm dịch phía trước (b > a) để hệ số đặc trưng kết cấu xe lớn không (K > 0) làm cho xe có đặc tính quay vòng thiếu Vì thế, xe quay vòng đảm bảo an toàn  Không kéo dài thùng xe để tăng lượng hành khách làm trọng tâm dịch phía sau nhiều (a > b), xe có đặc tính quay vòng thừa  Thiết kế động xe đặt phía trước để cầu trước chủ động, làm tăng trọng lượng cầu trước tăng hệ số bám (φ) để bánh dẫn hướng tốt Dựa vào đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh xe ta thấy giá trị SSF ≤ 1,5, do01 SSF = tgβtmax ≤1,5  βtmax ≤ 56018’ Mặt khác: SSF = tgβtmax =  h′g = c 2.SSF = c 2h ′g 2020 2.1,5 = 673 (mm) = 0,673 (m) 131 Khi xe chuyển động:  h′′g = h′g 1,2 = 0,673.1,2 = 0,807 (m)  Do đó, muốn xe không bị lật ngang chuyển động mặt đường nghiêng ngang ta phải dịch chuyển chiều cao trọng tâm xe xuống  Hạn chế tập trung hành khách tầng xe bus, không tập trung hàng hóa xe, nên để hàng hóa xuống khoang hành lý xe TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Văn Phụng “Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô” Đại học Công NghiệpTp Hồ Chí Minh [2] PGS.TS Nguyễn Văn Phụng “Lý thuyết ô tô (Nâng cao)” Đại học Công Nghiệp Tp Hồ Chí Minh [3] TS Lâm Mai Long “Giáo trình Cơ học chuyển động ô tô” Đại học SPKT Tp Hồ Chí Minh Năm 2003 [4] Th.S Đặng Quý “Giáo trình lý thuyết ô tô”.Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh [5] Nguyễn Hữu Cẩn – Dư Quốc Thịnh – Phạm Minh Thái – Nguyễn Văn Tài – Lê Thị Vàng “Lý thuyết ô tô máy kéo” Hà Nội Nhà xuất khoa học kỹ thuật Năm 1998 [6] Nguyễn Hữu Cẩn – Phan Đình Kiên “Thiết kế tính toán ô tô máy kéo tập III” Hà Nội Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp Năm 1985 [7] J.Y.Wong.“Theory of ground vehicles – Third Edition” Department of Mechanical and Aerospace Engineering Carleton University, Ottawa – Canada 132 [8] Steering and turning vehicles [9] http://www.doubledecker-bus.com/history/ [10] http://michelintruck.com [11] http://www.routemasters.nl/history%20UK.htm PHỤ LỤC  Phần mềm Matlab Dùng phần mềm Matlab để vẽ đồ thị quan hệ giữagóc quay bánh xe dẫn hướng bên (θn) góc quay bánh xe dẫn hướng bên trong(θt ) >> t=(1:1:50); >> i=591*tan(t*pi/180) i= Columns through 10.3159 20.6382 30.9730 41.3267 51.7058 62.1166 72.5657 Columns through 14 83.0596 93.6052 104.2092 114.8788 125.6209 136.4431 147.3528 Columns 15 through 21 158.3580 169.4665 180.6868 192.0275 203.4976 215.1064 226.8636 Columns 22 through 28 238.7795 250.8646 263.1302 275.5878 288.2500 301.1295 314.2403 Columns 29 through 35 327.5966 341.2140 355.1086 369.2978 383.7999 398.6345 413.8227 Columns 36 through 42 133 429.3866 445.3504 461.7398 478.5824 495.9079 513.7485 532.1388 Columns 43 through 49 551.1164 570.7221 591.0000 611.9984 633.7699 656.3720 679.8677 Column 50 704.3264 >> j=202*tan(t*pi/180)+591 j= Columns through 594.5259 598.0540 601.5864 605.1252 608.6727 612.2311 615.8025 Columns through 14 619.3892 622.9937 626.6181 630.2648 633.9364 637.6354 641.3643 Columns 15 through 21 645.1257 648.9226 652.7576 656.6338 660.5542 664.5220 668.5405 Columns 22 through 28 672.6133 676.7439 680.9362 685.1941 689.5220 693.9241 698.4053 Columns 29 through 35 702.9704 707.6248 712.3738 717.2236 722.1803 727.2507 732.4419 Columns 36 through 42 737.7616 743.2179 748.8197 754.5764 760.4981 766.5959 772.8816 Columns 43 through 49 779.3680 786.0691 793.0000 800.1771 807.6185 815.3437 823.3744 Column 50 831.7342 >> k=i./j k= Columns through 134 0.0174 0.0345 0.0515 0.0683 0.0849 0.1015 0.1178 0.1823 0.1982 0.2140 0.2297 0.2924 0.3081 0.3237 0.3393 0.4022 0.4180 0.4340 0.4499 0.5149 0.5314 0.5481 0.5650 0.6342 0.6521 0.6702 0.6885 0.7648 0.7847 0.8050 0.8257 0.0682 0.0847 0.1011 0.1173 0.1803 0.1956 0.2108 0.2258 0.2845 0.2988 0.3131 0.3271 0.3824 0.3960 0.4094 0.4228 0.4755 0.4885 0.5014 0.5143 Columns through 14 0.1341 0.1503 0.1663 Columns 15 through 21 0.2455 0.2612 0.2768 Columns 22 through 28 0.3550 0.3707 0.3864 Columns 29 through 35 0.4660 0.4822 0.4985 Columns 36 through 42 0.5820 0.5992 0.6166 Columns 43 through 49 0.7071 0.7260 0.7453 0.8468 >> l=atan(k) l= Columns through 0.0173 0.0345 0.0514 Columns through 14 0.1333 0.1491 0.1648 Columns 15 through 21 0.2407 0.2554 0.2700 Columns 22 through 28 0.3411 0.3550 0.3687 Columns 29 through 35 0.4361 0.4493 0.4624 Columns 36 through 42 135 0.5271 0.5398 0.5526 0.5652 0.5778 0.5904 0.6030 0.6529 0.6654 0.6778 0.6902 3.9069 4.8555 5.7934 6.7207 Columns 43 through 49 0.6155 0.6280 0.6405 Column 50 0.7026 >> n=l*180/pi n= Columns through 0.9941 1.9764 2.9473 Columns through 14 7.6378 8.5448 9.4421 10.3299 11.2085 12.0782 12.9391 Columns 15 through 21 13.7916 14.6359 15.4724 16.3012 17.1226 17.9368 18.7442 Columns 22 through 28 19.5450 20.3394 21.1277 21.9102 22.6870 23.4585 24.2249 Columns 29 through 35 24.9864 25.7432 26.4956 27.2439 27.9882 28.7289 29.4660 Columns 36 through 42 30.1999 30.9309 31.6590 32.3845 33.1077 33.8287 34.5479 Columns 43 through 49 35.2654 35.9814 36.6961 37.4098 38.1227 38.8349 39.5468 Column 50 40.2585 >>plot(t,n) >> t=(0:1:50) t= 136 Columns through 13 10 11 12 18 19 20 21 22 23 24 25 31 32 33 34 35 36 37 38 44 45 46 47 48 49 50 Columns 14 through 26 13 14 15 16 17 Columns 27 through 39 26 27 28 29 30 Columns 40 through 51 39 40 41 42 43 >> i=5633*tan(t*pi/180); >> j=1925*tan(t*pi/180)+5633; >> k=i./j; >> l=atan(k); >> n=l*180/pi; >>plot(t,n)  Phần mềm SolidWorks  Khung sườn xe Part Sensors Annotations Material Front Plane Top Plane Right Plane 137 Origin Plane Boss – Extrude Plane Cut – Extrude Cut – Extrude Cut – Extrude Cut – Extrude Boss – Extrude Plane Boss – Extrude Boss – Extrude Boss – Extrude Plane Revolve Revolve Hole Hole Fillet Fillet Fillet Fillet Fillet Fillet  Cầu xe Part Sensors 138 Annotations Material Front Plane Top Plane Right Plane Origin Plane Boss – Extrude Plane Revolve Revolve Hole Plane  Bánh xe vành xe User Library – ATS Rad 7x13 175_50_13 (Standard ) Sensoren Beschriftung Ebene vorne Ebene oben Ebene rechts Ursprung Dummy – Teile Normteile Zukaufteile User Library – ATS Rad 7x13 175_50_13 ATS 7x13 ET20 (Standard < Standard>_Anzeigestatus – 1>) Mates in User Library – ATS Rad 7x13 175_50_13 139 Sensoren Beschriftung Unassigned Items Vorderseite Links Abwicklung Oben Aluminiumlegierung Ebene vorne Ebene oben Ebene rechts Ursprung Leitskizze Rotation Linear austragen Linear austragen Linear austragen Kreismuster Linear austragen Verrundung Kreismuster Fase Linear austragen Linear austragen Kreismuster Linear austragen Scale 140 User Library – ATS Rad 7x13 175_50_13_175_50_13 vorne (Standard < Standard>_Anzeigestatus – 1>) Mates in User Library – ATS Rad 7x13 175_50_13 Sensoren Beschriftung Material Ebene vorne Ebene oben Ebene rechts Ursprung Ebene Rotation Ebene Linear austragen Kreismuster Linear austragen Scale  Vành tay lái User Library – Volante_joystick_3? (Default) Mates in Assem Sensors Annotations Material Front Plane Top Plane Right Plane Origin 141 Stock – User Library – volante_joystick_1 Point User Library-Volante_joystick – 2 >? (Default_Display State 1>) Mates in Assem Sensors Annotations Material Front Plane Top Plane Right Plane Origin Stock – User Library – volante_joystick_1 Point Plane  Mặt đường Sensors Annotations Unassigned Items Front Material Front Plane Top Plane Right Plane Origin Plane Boss – extrude 142 143