Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu và điều kiện sử dụng đến tính ổn định của ô tô khi quay vòng

Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu và điều kiện sử dụng đến tính ổn định của ô tô khi quay vòng Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số kết cấu và điều kiện sử dụng đến tính ổn định của ô tô khi quay vòng luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ VĂN HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ ĐIỀU KIỆN SỬ DỤNG ĐẾN TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA Ơ TƠ KHI QUAY VỊNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LƯU VĂN TUẤN Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Những nội dung trình bày luận văn thực với hướng dẫn khoa học thầy giáo PGS.TS Lưu Văn Tuấn, thầy giáo Bộ môn ô tô xe chuyên dụng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Toàn nội dung luận văn hoàn toàn phù hợp với nội dung đăng ký phê duyệt Hiệu trưởng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 24 tháng 09 năm 2018 Tác giả Lê Văn Hùng MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 12 1.1 THỰC TRẠNG GIAO THƠNG VÀ TÌNH HÌNH TAI NẠN Ở VIỆT NAM 12 1.1.1 Đặt vấn đề 12 1.1.2 An toàn giao thông đường 13 1.1.3 Số lượng phương tiện hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn an toàn kỹ thuật phương tiện Việt Nam 17 1.1.4 Hệ thống đường giao thông Việt Nam 19 1.1.5 Thực trạng giao thơng đường tình hình tai nạn giao thông Việt Nam 21 1.2 VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 24 1.2.1 Đặt vấn đề 24 1.2.2 Ảnh hưởng thông số chiều cao trọng tâm xe 24 1.2.3 Ảnh hưởng vận tốc chuyển động 25 1.2.4 Ảnh hưởng hệ số bám lốp xe mặt đường 26 1.3 MỤC TIÊU VÀ YÊU CẦU NGHIÊN CỨU 27 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 1.5 KẾT CẤU CỦA LUẬN VĂN 28 CHƯƠNG II: BÁNH XE ĐÀN HỒI 29 2.1 CẤU TẠO CỦA LỐP 29 2.2 BÁNH XE CHỊU LỰC DỌC 31 2.2.1 Các lực tác dụng theo phương dọc 31 2.2.2 Phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên bánh 32 2.2.2.1 Khi xe đứng yên 32 2.2.2.2 Khi xe chuyển động 33 2.2.3 Phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe 33 2.2.3.1 Bánh xe bị động 33 2.2.3.2 Bánh xe chủ động 34 2.2.3.3 Bánh xe chịu mô men phanh 37 2.3 BÁNH XE CHỊU LỰC NGANG 38 2.3.1 Góc lệch bên mơ men đàn hồi bánh xe chịu lực bên 39 2.3.1.1 Khi xe đứng yên 39 2.3.1.2 Khi xe chuyển động 40 2.3.2 Các đường đặc tính lệch bên bánh xe 41 2.3.3 Các đặc tính lệch bánh xe có lực dọc, khả trượt dọc trượt ngang 45 2.3.4 Ảnh hưởng độ trượt dọc đến hệ số bám ngang 49 CHƯƠNG III: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG XE 51 3.1 KHÁI NIỆM 51 3.2 ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VỊNG 53 3.2.1 Bánh xe khơng biến dạng 53 3.2.2 Bánh xe đàn hồi 55 3.2.2.1 Biến dạng bánh xe đàn hồi chịu lực ngang 55 3.2.2.2 Động học quay vịng xe có bánh xe đàn hồi 56 3.3 CÁC TRẠNG THÁI QUAY VÒNG 59 3.3.1 Quay vòng đủ 60 3.3.2 Quay vòng thiếu 61 3.3.3 Quay vịng thừa 62 3.4 PHẢN ỨNG QUAY VỊNG CỦA XE KHI QUAY VÔ LĂNG 63 3.4.1 Vận tốc góc quay thân xe ω 63 3.4.2 Gia tốc bên 65 3.4.3 Cung quay vòng 66 CHƯƠNG IV: ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ SỬ DỤNG ĐẾN ỔN ĐỊNH XE KHI QUAY VÒNG 69 4.1 ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ CHIỀU CAO TRỌNG TÂM XE (h) ĐẾN ỔN ĐỊNH XE KHI QUAY VÒNG 69 4.1.1 Cơ sở lý thuyết 69 4.1.2 Ảnh hưởng chiều cao trọng tâm xe h tới điều kiện lật đổ 69 4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ HỆ SỐ BÁM 𝜑𝑦 ĐẾN ỔN ĐỊNH XE KHI QUAY VÒNG 71 4.2.1 Cơ sở lý thuyết 71 4.2.2 Ảnh hưởng hệ số bám 𝜑𝑦 tới điều kiện trượt 72 4.3 ẢNH HƯỞNG CỦA THƠNG SỐ BÁN KÍNH QUAY VỊNG R ĐẾN ĐIỀU KIỆN QUAY VỊNG 74 4.3.1 Trường hợp tơ quay vịng đường nghiêng ngang xét theo điều kiện lật đổ 74 4.3.2 Trường hợp tơ quay vịng đường nghiêng ngang vào xét theo điều kiện trượt 78 KẾT LUẬN 83 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ký hiệu Tên gọi Đơn vị G0 Trọng lượng toàn xe khơng tải N Gt Trọng lượng tồn xe đầy tải N G10 Trọng lượng đặt lên cầu trước không tải N G1t Trọng lượng đặt lên cầu trước đầy tải N G20 Trọng lượng đặt lên cầu sau không tải N G2t Trọng lượng đặt lên cầu sau đầy tải N Gia tốc trọng trường m/s2 WB Chiều dài sở mm LW Chiều dài toàn xe mm BW Chiều rộng toàn xe mm HW Chiều cao toàn xe mm g BT1/ BT2 Vết bánh xe phía trước/ sau Rbx mm Bán kính bánh xe mm Htmax Chiều cao tải xe lớn mm Hmin Khoảng sáng gầm xe mm δ Góc nghiêng ngang trụ xoay đứng ( góc Kingpin) rad ∆δ Sự thay đổi góc nghiêm ngang rad γ0 Góc nghiêng ngang bánh xe ( góc Camber) rad r0 Bán kính bánh xe quay quanh trụ đứng mm ft Độ võng tĩnh mm fđ Độ võng động mm f0T Độ võng hệ treo trạng thái không tải mm Kr Chiều dài trụ đứng mm hs Tâm quay tức thời thùng xe mặt đường Fp Tải trọng đặt lên buồng đàn hồi N F20 Lực tác dụng lên phận đàn hồi xe khơng tải N S Diện tích làm việc buồng đàn hồi m2 U Hệ số biến đổi diện tích làm việc trạng thái tức thời Us Hệ số biến đổi diện tích làm việc trạng thái tĩnh pa Áp suất khí N/m2 p Áp suất khí nén buồng đàn hồi N/m2 p0 Áp suất ban đầu trạng thái không tải N/m2 pz Độ chênh áp suất buồng khí nén N/m2 ps Áp suất khí nén trạng thái tĩnh N/m2 pps Áp suất buồng đàn hồi chiều cao tĩnh N/m2 pp Áp suất buồng đàn hồi chiều cao tức thời N/m2 V Thể tích buồng đàn hồi chiều cao tức thời m3 Vs Thể tích đàn hồi chiều cao tĩnh m3 Vtt Thể tích buồng tích trữ khí m3 v Thể tích buồng m3 n Trị số mũ đa biến phương trình trạng thái khí lý tưởng dw Đường kính piston mm z Chuyển vị piston mm C Độ cứng buồng đàn hồi N/m C0 Độ cứng phận đàn hồi N/m Cs Độ cứng phần tử đàn hồi trạng thái tĩnh N/m Cz Độ cứng phần tử đàn hồi trạng thái làm việc N/m ω0 Tần số dao động riêng Hz ω0s Tần số dao động riêng trạng thái tĩnh Hz mm ω0z Tần số dao động riêng trạng thái làm việc Hz dw0 Đường kính hiệu dụng piston mm dw1 Đường kính piston tương ứng với hành trình trả lớn mm dw2 Đường kính piston tương ứng với hành trình nén lớn mm lt Chiều dài địn ngang mm ld Chiều dài đòn ngang mm lbx Khoảng cách từ tâm quay khớp chữ A đến bánh xe mm llx Khoảng cách từ tâm khớp đến vị trí đặt balon khí mm DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang Bảng 3.1 Mối quan hệ góc quay bánh dẫn hướng α vận tốc xe 54 Bảng 3.2 Mối quan hệ vận tốc góc quay thân xe vận tốc xe 58 Bảng 3.3 Vận tốc quay vòng hàm phản ứng gia tốc 59 Bảng 3.4 Vận tốc hàm truyền cung quay vòng 60 Bảng 4.1 Vận tốc lật hiểm ứng với chiều cao trọng tâm thiết kế 63 Bảng 4.2 Vận tốc nguy hiểm ứng với loại đường khác 65 Bảng 4.3 Vận tốc lật ứng với bán kính quay vịng 69 Bảng 4.4 Vận tốc lật hiểm ứng với bán kính quay vịng vào 72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Số liệu thống kê tai nạn giao thơng Việt Nam 2002-2017 20 Hình 1.2 Số liệu thống kê tai nạn giao thông hàng năm Việt Nam 21 Hình 2.1 Lốp xe 26 Hình 2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe 28 Hình 2.3 Phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên bánh xe 29 Hình 2.4 Bánh xe bị động 30 Hình 2.5 Bánh xe chủ động 31 Hình 2.6 Bánh xe chịu mơ men phanh 33 Hình 2.7 Bánh xe đứng n chịu lực ngang 35 Hình 2.8 Bánh xe chuyển động chịu lực ngang 35 Hình 2.9 Dấu chiều Fyb Myb 36 Hình 2.10 Sơ đồ thí nghiệm đường đặc tính bên 37 Hình 2.11 Quan hệ lực bên, góc lệch bên tải trọng bánh xe 37 Hình 2.12 Quan hệ mơ men lệch bên, góc lệch bên tải trọng bánh x 38 Hình 2.13 Quan hệ lực bên, dịch chuyển lực bên tải trọng bánh xe 38 Hình 2.14 Đồ thị Gough 39 Hình 2.15 Đặc tính lệch bên bánh xe áp suất lốp p thay đổi 39 Hình 2.16 Đặc tính lệch bên theo cấu trúc bánh xe 40 Hình 2.17 Đặc tính lệch bên theo bánh xe theo hệ số bám đường 40 Hình 2.18 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ lực dọc lực ngang 41 Hình 2.19 Ảnh hưởng lực dọc tới đặc tính lệch bên bánh xe 42 Hình 2.20 Ảnh hưởng lực dọc 43 Hình 2.21 Ảnh hưởng lực dọc tới khả truyền lực ngang 43 10 Hình 4.9:- Sơ đồ mơ men lực tác dụng lên tơ quay vịng đường nghiêng vào - Bảng mối liên hệ R 𝑣𝜑 xe VEAM Huyndai HD45 * Đối với xe veam VT252-1 góc β = 20 (độ); 𝜑𝑦 =0,75; g = 9,81 (m/s2) ta có bảng liên hệ bán kính quay vòng R vận tốc giới hạn 𝑣𝜑 : * Đối với xe Huyndai HD45 góc β = 20 (độ); 𝜑𝑦 =0,75; g = 9,81 (m/s2) ta có bảng liên hệ bán kính quay vịng R vận tốc giới hạn 𝑣𝜑 : Bảng 4.4: Vận tốc nguy hiểm ứng với bán kính quay vịng TT R (m) Xe VEAM Huyndai HD45 v (Km/h) v (Km/h) 10 24,3 24,3 20 34,4 34,4 30 42,1 42,1 79 35 45,4 45,4 40 48,6 48,6 45 51,5 51,5 50 54,3 54,3 55 57,0 57,0 60 59,5 59,5 10 65 61,9 61,9 11 70 64,3 64,3 12 75 66,5 66,5 13 80 68,7 68,7 14 85 70,8 70,8 15 90 72,9 72,9 Đồ thị mối liên hệ R Vn xe VEAM xe Huyndai HD45 80 Hình 4.10: Đồ thị mối liên hệ R&Vn xe VEAM VT252-1 Hình 4.11: Đồ thị mối liên hệ R & Vn xe HYUNDAI HD45 81 Nghiên cứu mô sử dụng công thức lý thuyết để xác định vận tốc nguy hiểm quay vòng cho kết tin cậy Phương pháp mô trực quan, đưa kết nhanh chóng, áp dụng cho đối tượng tơ, cung đường có địa hình điều kiện khác Cơng cụ hỗ trợ nhà quản lý giao thông cắm biển hạn chế tốc độ để đảm bảo ATGT, đồng thời giúp nhà quản lý vận tải kiểm soát tốc độ hành trình phương tiện vận tải đơn vị 82 KẾT LUẬN Nghiên cứu ảnh hưởng thông số kết cấu điều kiện sử dụng, ô tô quay vòng đảm bảo cho phép xe với tốc độ tối đa đảm bảo không bị lật, bị trượt ô tô vào cung đường có địa hình khác Luận văn nghiên cứu biến dạng lốp ảnh hưởng đến tính chuyển động đặc biệt quay vịng Từ đưa khuyến cáo cho nhà cung cấp lốp, đặc biệt người sử dụng phải tuân theo yêu cầu sử dụng nhà cung cấp để đảm bảo yếu tố an toàn cho người sử dụng Luận văn nghiên cứu sâu lý thuyết để hiểu quay vòng thiếu thừa Yếu tố ảnh hưởng quay vịng thơng số kết cấu chiều cao trọng tâm, khối lượng xe, vết bánh xe, biến dạng lốp từ xây dựng mối liên hệ để khuyến cáo cho nhà sản xuất lắp ráp xe ô tô Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng thông số sử dụng mối liên hệ hệ số bám loại đường ảnh hưởng đến tốc độ chuyển động tốc độ quay vòng Ảnh hưởng bán kính quay vịng ảnh hưởng đến vận tốc giới hạn quay vòng chuyển động 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO I TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Thiết kế tính tốn tơ Hà Nội 2011 - PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Kết cấu ô tô NXB Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội 2010 - Nguyễn Khắc Trai, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Huy Hường, Nguyễn Văn Chưởng, Trịnh Minh Hoàng Bài giảng động lực học ô tô Hà Nội 2015 - PGS.TS Lưu Văn Tuấn Giáo trình lý thuyết tơ 2012 - TS Đặng Quý Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô 1997 - PGS.TS Nguyễn Khác Trai II.TÀI LIỆU NƯỚC NGOÀI Ammonn, D (1997), Modellbildung und Systementwicklung in der Fahrzeugtechink, BG Teubner 84 ... nhiên, điều mang đến nhiều hậu không mong muốn TNGT, gây thiệt hại lớn người Do vậy, việc nghiên cứu ảnh hưởng thông số kết cấu điều kiện sử dụng đến tính ổn định xe ô tô đường nói chung quay vịng... (h) ĐẾN ỔN ĐỊNH XE KHI QUAY VÒNG 69 4.1.1 Cơ sở lý thuyết 69 4.1.2 Ảnh hưởng chiều cao trọng tâm xe h tới điều kiện lật đổ 69 4.2 ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ HỆ SỐ BÁM