Phân tích ổn định chuyển động ngang của xe khách giường nằm HB 120 bằng mô hình động lực học phương ngang

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN VẠN PHÚC PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG NGANG CỦA XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM HB120 BẰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHƯƠNG NGANG Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Khí Động Lực Mã số: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS Trần Hữu Nhân Cán chấm nhận xét 01: TS Nguyễn Lê Duy Khải Cán chấm nhận xét 02: TS Nguyễn Chí Thanh Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM ngày 11 tháng 01 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: PGS TS Huỳnh Thanh Công Thư ký: TS Phạm Tuấn Anh Phản biện 1: TS Nguyễn Lê Duy Khải Phản biện 2: TS Nguyễn Chí Thanh ủy viên: TS Nguyễn Văn Trạng Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN VẠN PHÚC MSHV: 13131080 Ngày, tháng, năm sinh : 29/05/1978 Nơi sinh : TP HCM Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ khí - Động lực Mã số: 60520116 TÊN ĐỀ TÀI: 1- “Phân tích ổn định chuyển động ngang xe khách giường nằm HB120 mơ hình động lực học phương ngang” NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: 2- Xác định ảnh hưởng chuyển động lắc quanh trục dọc, thay đổi vị trí i toạ độ trọng tâm chuyển động lắc gây ra, đặc biệt vị trí tâm lắc quanh trục dọc xe khách giường nằm HB120 đến an toàn ổn định xe vào cua hay quay vòng phương pháp mơ ii Từ kết tính tốn phân tích mơ giúp định hướng xác định cụ thể phương án thiết kế cải tiến nhằm nâng cao tính ổn định an toàn xe khách giường nằm HB120 vào cua hay quay vòng 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 15 tháng 12 năm 2015 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 05 tháng 01 năm 2017 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Trần Hữu Nhân Tp HCM, ngày 05 tháng 01 năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG (Họ tên chữ ký) ii LỜI CÁM ƠN Để thực đề tài luận văn tốt nghiệp “Phân tích ổn định chuyển động ngang xe khách giường nằm HB120 mơ hình động lực học phương ngang”, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể, cá nhân tận tình giúp đỡ suốt trình theo học trường: ❖ ❖ Thầy Cô Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Thầy Cơ Bộ Mơn Kỹ Thuật Ơ Tơ - Máy Kéo Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM ❖ Thầy hướng dẫn TS Trần Hữu Nhân, người dành nhiều thời gian hướng dẫn đóng góp ý kiến quý báu cho đề tài ❖ Thầy TS Nguyễn Lê Duy Khải đóng góp ý kiến quý báu cho đề tài ❖ Các bạn bè đồng nghiệp, bạn bè cao học anh chị cao học giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn ❖ Vợ động viên, giúp đỡ tạo điều kiện cho học tập, nghiên cứu đến Xin chân thành cảm ơn ! Tp HCM, ngày 05 tháng 01 năm 2017 Học viên thực Phan Vạn Phúc TÓM TẮT Để khảo sát ảnh hưởng vị trí tâm lắc đến tính ổn định theo phương ngang xe khách giường nằm HB120 xe quay vòng, mơ hình tính tốn mơ động lực học theo phương ngang xét đến ảnh hưởng vị trí tâm lắc nghiên cứu ứng dụng Q trình tính tốn phân tích thực mơ hình động lực học theo phương ngang, bậc tự có kể đến ảnh hưởng vị trí tâm lắc thành phần lực ngang biến thiên theo thời gian thu từ mơ hình động lực học phẳng xe vào cua hay chuyển động quay vòng Kết cho thấy ảnh hưởng vị trí tâm lắc đến giới hạn lật ngang xe HB120 vào cua Từ đó, xác định thông số tới hạn cho phép đảm bảo điều kiện an toàn theo phương ngang Các thông số làm sở tham khảo để tiến hành đề xuất phương án thiết kế nhằm nâng cao tính chuyển động ổn định xe HB120 quay vòng ABSTRACT To analyze the roll center position’s effects on the lateral stability of the seatingbed passenger car model HB120 in the turning case, the computational lateral dynamics model, in which the influence of the vehicle’s roll center position is considered, has been investigated and applied The process of calculation and analysis is done by vehicle lateral dynamics model, degrees of freedom, taking in to account the vehicle roll center position’s effects and the lateral force component variation over time obtained by calculation based on the vehicle planar dynamics model The results showed that the influence of the vehicle’s roll center position on the critical over-roll condition while the HB120 turning From there, the critical lateral stability parameters, so that the safe conditions to be met, have been determined Those are considered as the basis of references to carry out the proposed design model to enhance the features of vehicle’s lateral stability V LỜI CAM ĐOAN Họ tên học viên: PHAN VẠN PHÚC Ngày, tháng, năm sinh: 29/05/1978 Nơi sinh: Tp.Hồ Chí Minh Địa liên lạc: 49/5A, Đ Tân Thới Hiệp 21, p Tân Thới Hiệp, Q.12, Tp.HCM Số điện thoại: 0936 034 034 Tơi xin cam đoan luận văn “Phân tích ổn định chuyển động ngang xe khách giường nằm HB120 mơ hình động lực học phương ngang” thực hiện, không chép người khác Nếu sai thật, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước nhà trường pháp luật Học viên thực Phan Vạn Phúc vi MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TÔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan nước 1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới 1.2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước 1.2.3 Lý chọn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4.3 Các giả thuyết 1.5 Nội dung nghiên cứu 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.6.1 Ý nghĩa khoa học 1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.7 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Động lực học theo phương ngang 2.1.1 Hệ tọa độ 2.1.2 Mô hình dạng xe bánh 2.1.3 Cơ sở lý thuyết tính tốn động lực học theo phương ngang (khơng có ảnh hưởng góc lắc quanh trục X & z) [3] 2.1.3.1 Xác định lực mô-men tác dụng lên xe theo phương ngang (phương trình Newton - Euler) .9 2.1.3.2 2.1.4 Hệ lực mô-men tác dụng lên xe 12 Mơ hình động lực học chuyển động quay vòng xe (dạng bánh) [3] 14 2.1.5 Đáp ứng quay vòng ổn định 17 vii 2.1.6 Đáp ứng thời gian 19 2.1.7 Xác định thông số lực ngang xe chuyển động quay vòng 20 2.1.8 Góc lái hàm buớc 20 2.1.9 Góc lái hàm sin2 21 2.2 Tâm lắc [6] 21 2.2.1 Giới thiệu 21 2.2.2 Tay đòn dẫn huớng 22 2.2.3 Tâm lắc động lục học (KRC) 24 2.2.4 Tâm lắc lục (FRC) 25 2.2.5 Tâm lắc hình học (GRC) 28 2.3 Mơ hình dao động ỵ/i tơ mặt phang ngang khơng có lục ly tâm (mơ hình dao động túy) [1] 29 2.4 Mơ hình dao động ỵ/i ô tô mặt phang ngang cólục ly tâm 32 2.5 Lý thuyết đặc tính ổn định ngang ô tô 39 2.5.1 Khái niệm 39 2.5.2 Xác định điều kiện tới hạn theo ổn định ngang 39 2.5.2.1 Điều kiện trượt 39 2.5.2.2 Điều kiện lật 41 CHƯƠNG 3: THÔNG SỐ TÍNH TỐN XE KHÁCH GIƯỜNG NẲM HB120 42 3.1 Thơng số kỹ thuật tổng quát xe khách giường nằm HB120 [8] 42 3.2 Thơng số tính tốn động lực học 44 3.2.1 Thơng số mơ hình động lực học phang 44 3.2.2 Thông số mơ hình động lực học mặt phang ngang 45 3.2.2.1 Biên dạng mặt đường 45 3.2.2.2 Các thông số 45 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 49 4.1 Sơ đồ tính tốn mơ 49 4.2 Khảo sát đánh giá biến thiên lực ngang 50 4.2.1 Khảo sát giá trị cực đại Fy theo kiện bám điều kiện lật ngang viii xe 50 4.2.2 4.2.3 Khảo sát vận tốc giới hạn cực đại, vxc so với góc lái 52 Khảo sát biến thiên theo thời gian thành phần lực ngang 53 4.3 Khảo sát chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng 54 4.4 Khảo sát đánh giá miền thời gian chuyển động lắc quanh trục 57 4.5 Khảo sát miền khoảng cách tâm lắc (p tọa độ trọng tâm (hr) 60 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 65 5.1 Kết luận 65 5.2 Hướng phát triển đề tài 65 % - radius of rotation R Rnoload = vx./r_noload; Rhaload = vx./r_haload; Rfullload = vx./r_fullload; n = length(r_noload); m = round(n/20); tt = t(m:end); RRnoload = R_noload(m:end); RRhaload = R_haload(m:end); RRfullload = R_fullload(m:end); figure(6) axesl = axes('FontSize',16); plot(tt,RR_noload, b’,'LineWidth',4); hold on; plot(tt,RR_haload,.r','LineWidth',4); plot(tt,RR_fullload, 'k','LineWidth',4); h = legend('no load','half load', 'full load',1); xlim([0 10]); %ylim([-12 3]); set(gca,'XTick,[0:2:10]); %set(gca,'YTick', [-12:3:3]); xlabel('t, s'); ylabel('R, m/s'); %} % forward force Fx to maintain the constant speed % Eq 10.469; p 649 %{ Fxnoload = -m_noload.*r_noload.*vy_noload; Fxhaload = m_haload.*r_haload.*vy_haload; Fxfullload = -m_fullload.*r_fullload.*vy_fullload; figure(7) axesl = axes('FontSize',16); plot(t,le-3*Fx_noload,'—b','LineWidth',4); hold on; plot(t,le-3*Fx_haload, '-.r','LineWidth',4); plot(t,le-3*Fx_fiillload, 'k','LineWidth',4); h = legend('no load','half load', 'full load',4); xlim([0 10]); %ylim([-100 400]); set(gca,'XTick',[0:2:10]); %set(gca,'YTick',[-100:100:400]); xlabel('t, s'); ylabel('F_x, kN'); %} clear all; clc; %under stering, over steering, neutral steering C alpha f = le5*[2.0773,2.3867, 2.3301]; % N/rad C alpha r = le5*[2.7838, 2.7838, 2.9221]; % N/rad m = [13710, 14910,16110]; % kg al = [3.84, 3.531, 3.818]; % m a2 = [2.31, 2.619, 2.332]; % m I = al + a2; h= [1.630,1.723, 1.815]; %m w = [2, 2, 2]; %m width of the bus delta = 0.2; % rad phi y = 0.9; %ffiction coefficience g = 9.81; %m/s2 vx = 0.1:0.5:15; %m/s % - K = (m./l.A2).*(a2./C_alpha_f - al./c_alpha_r) % K is stability factor % Understeer K>0 % Neutral K=o % Oversteer K0 % Neutral K=o % Oversteer K