Nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động của đoàn xe sơ mi rơ moóc khi chuyển làn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC KHI CHUYỂN LÀN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA ĐỒN XE SƠ MI RƠ MC KHI CHUYỂN LÀN Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS VÕ VĂN HƯỜNG Hà Nội – 2018 Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng hướng dẫn thầy hướng dẫn Các kết nghiên cứu trình bày luận án trung thực, khách quan chưa bảo vệ học vị chưa tác giả khác công bố Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận án cảm ơn, thơng tin trích dẫn luận án rõ nguồn gốc Tôi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Người hướng dẫn khoa học Nghiên cứu sinh PGS.TS Võ Văn Hường Nguyễn Tiến Dũng i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN ÁN xii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Xu phát triển đoàn xe, vấn đề ổn định chuyển động tính cấp thiết 1.1.1 Xu phát triển đoàn xe 1.1.2 Tai nạn Giao thông 1.1.3 Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu 1.2 Tình hình nghiên cứu Thế giới Việt Nam ổn định quỹ đạo chuyển động 10 1.2.1 Tình hình nghiên cứu Thế giới 10 1.2.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 13 1.3 Các tiêu, thông số đánh giá ổn định quỹ đạo chuyển động 13 1.4 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu 15 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 15 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu 15 1.4.3 Phương pháp nghiên cứu 16 1.4.4 Phạm vi nghiên cứu 17 1.4.5 Cấu trúc luận án 18 1.5 Kết luận chương 18 Chương MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ĐỒN XE SƠ MI RƠ MOÓC NGHIÊN CỨU CHUYỂN LÀN ĐƯỜNG 20 2.1 Phân tích cấu trúc giả thiết lập mơ hình 21 2.1.1 Phân tích cấu trúc ĐXSMRM 21 2.1.2 Các giả thiết xây dựng mơ hình 21 2.2 Mơ hình động lực học ĐXSMRM nghiên cứu chuyển đường 22 2.2.1 Hệ quy chiếu 22 2.2.2 Hệ lực mô men 23 2.2.3 Hệ phương trình chuyển động ĐXSMRM mặt phẳng đường 24 2.2.4 Hệ phương trình động lực học phương thẳng đứng 27 ii 2.2.5 Động lực học bánh xe đàn hồi 31 2.2.6 Xác định lực liên kết 36 2.2.7 Xác định lực cản khí động 44 2.3 Các mô đun mơ hình 45 2.4 Điều kiện đầu phương trình vi phân 46 2.5 Kết luận chương 47 Chương KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH QUỸ ĐẠO ĐXSMRM KHI CHUYỂN LÀN ĐƯỜNG 48 3.1 Mô tả điều kiện khảo sát, phương án khảo sát tiêu đánh giá 48 3.1.1 Mô tả điều kiện phương án khảo sát 48 3.1.2 Các tiêu sử dụng để đánh giá ổn định quỹ đạo chuyển động chuyển 53 54 3.2 Khảo sát ảnh hưởng biên độ đánh lái Sin chuyển đường đơn, v=50km/h 55 3.3 Khảo sát ảnh hưởng tần số đánh lái chuyển đường đơn, v=50km/h 66 3.4 Khảo sát ảnh hưởng vận tốc xe chuyển đường đơn 72 3.5 Xác định vùng điều khiển chuyển đường 78 3.6 Kết luận chương 86 Chương NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 87 4.1 Mục đích, đối tượng thơng số thí nghiệm 87 4.1.1 Mục đích thí nghiệm 87 4.1.2 Đối tượng thí nghiệm 87 4.1.3 Các thơng số thí nghiệm 88 4.2 Thiết bị thí nghiệm 89 4.2.1 Cảm biến đo gia tốc MMA7361L 89 4.2.2 Cảm biến Encoder 90 4.2.3 Bộ xử lý tín hiệu kết nối với máy tính NI USB – 6210 91 4.2.4 Sơ đồ liên kết cảm biến thí nghiệm 92 4.3 Các phương án thí nghiệm 93 4.3.1 Mơ tả thí nghiệm 93 4.3.2 Các phương án thí nghiệm 93 4.3.3 Một số hình ảnh thí nghiệm 94 4.3.4 Thiết lập điều kiện tương quan thí nghiệm mơ 94 4.4 Kết thí nghiệm so sánh với mơ 95 4.4.1 Kết thí nghiệm 95 4.4.2 So sánh kết thí nghiệm với kết mơ 96 4.5 Kết luận chương 105 iii KẾT LUẬN 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH 113 ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 113 Phụ lục Các giá trị max điểm giới hạn khảo sát với δA=30 114 Phụ lục Các giá trị max điểm giới hạn khảo sát với δA=40 125 Phụ lục Một số kết tính sai số thí nghiệm 136 Phụ lục 3.1 Bảng giá trị tính tốn sai số v=28km/h 136 Phụ lục 3.2 Bảng giá trị tính tốn sai số v=30km/h 139 Phụ lục 3.3 Bảng giá trị tính tốn sai số v=35km/h 142 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa Hê ̣ to ̣a đô ̣ cố đinh ̣ G(OXYZ) C1(C1x1y1z1) Hê ̣ to ̣a đô ̣ trọng tâm XĐK /Xe đầu kéo/Tractor C2(C2x2y2z2) Hê ̣ to ̣a đô ̣ trọng tâm SMRM/Sơ mi rơ mooc/ Semi-Trailer ĐXSMRM Đồn xe sơ mi rơ mc (Tractor Semi-Trailer) XĐK Xe đầu kéo (Tractor) Sơ mi rơ moóc (Semi-Trailer) SMRM LTR Hệ số phân bố tải trọng (Load Transfer Ratio) MBS Hệ nhiều vật MBS (Multi Body System) Hệ số khuếch đại gia tốc (Rearward Amplication) RA RA=max(ayn)/max(ay1) 2bi m Chiều rộng sở cầu thứ i, i=1(1)4 2wi m Khoảng cách hai hệ thống treo cầu thứ i, (i=1(1)4) axi m/s2 Gia tốc dọc vật rắn i ayi m/s2 Gia tốc ngang vật rắn i azi m/s2 Gia tốc thẳng đứng vật rắn i g m/s2 Gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2 ij Chỉ số bánh xe thứ i (cầu) trái (j=1)/phải (j=2) i=1(1)4 Chỉ số cầu xe j=1 Chỉ số bánh xe bên trái j=2 Chỉ số bánh xe bên phải l1 m Khoảng cách từ trọng tâm XĐK đến cầu xe số l2 m Khoảng cách từ trọng tâm XĐK đến cầu xe số v l3 m Khoảng cách từ trọng tâm SMRM đến cầu xe số l4 m Khoảng cách từ trọng tâm SMRM đến cầu xe số lk1 m Khoảng cách trọng tâm XĐK đến chốt mâm xoay lk2 m Khoảng cách trọng tâm SMRM đến chốt mâm xoay m1 kg Khối lượng treo XĐK m2 kg Khối lượng treo SMRM mAi kg Khối lượng không treo cầu i (i=1(1)4) M1 kg Khối lượng XĐK M1=m1+mA1+mA2 M2 kg Khối lượng SMRM M2=m1+mA3+mA4 h1 m Chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm khối lượng treo XĐK h2 m Chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm khối lượng treo SMRM hk1, hk2 m Chiều cao từ mặt đường đến tâm chốt mâm xoay exij m Khoảng dịch phản lực Fz phương dọc bánh xe ij hRi m Chiều cao tâm quay tức thời Ri cầu i, (i=1(1)4) r0ij m Bán kính tự bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) ftij m Độ võng tĩnh lốp thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) Hệ số trượt bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) sij αij độ Góc lệch bên bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) Cij N/m Kij N/(m/s) CLij N/m Độ cứng hướng kiń h lốp thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) KLij N/(m/s) Hệ số cản hướng kiń h lốp thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) Jx1 kgm2 Mơ men qn tính trục x khối lượng treo XĐK Jx2 kgm2 Mô men quán tính trục x khối lượng treo SMRM Độ cứng hệ thống treo (i=1(1)4, j=1(1)2) Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo ij (i=1(1)4, j=1(1)2) vi Jy1 kgm2 Mơ men qn tính trục y khối lượng treo XĐK Jy2 kgm2 Mơ men qn tính trục y khối lượng treo SMRM Jz1 kgm2 Mô men qn tính trục z XĐK Jz2 kgm2 Mơ men quán tính trục z SMRM JAxi kgm2 JAyij kgm2 Mơ men qn tính trục y bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) MAij Nm Mô men chủ động bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) MBij Nm Mô men phanh bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) Fxij N Lực dọc bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) Fyij N Lực ngang bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) Fzij N Phản lực bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) FGij N Tải trọng tĩnh ứng với bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) FCij N Lực đàn hồi hệ thống treo thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) FKij N Lực cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) FCLij N Lực đàn hồi hướng kính lốp thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) FKLij N Lực cản giảm chấn lốp bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2) F’Ri N FRi N Mơ men qn tính trục x khối lượng không treo cầu i (i=1(1)4) Lực liên kế t ngang khối lượng không treo treo tâm quay tức thời Ri (i=1(1)4) tác động từ cầu Lực liên kế t ngang khối lượng không treo treo tâm quay tức thời Ri (i=1(1)4) tác động từ khối lượng treo vii DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Phân loại đồn xe Hình 1.2 Sơ đồ tương tác Đường - ĐXSMRM - Người lái Hình 1.3 Sự trượt ngang đồn xe Hình 1.4 Sơ đồ dạng ổn định ngang ĐXSMRM Hình 1.5 Hệ số RA thí nghiệm chuyển đường [63] 12 Hình 1.6 Kích thước đường thử nghiệm ổn định ngang theo tiêu chuẩn ISO 14791:2000 14 Hình 1.7 Đối tượng nghiên cứu 16 Hình 2.1a Hệ quy chiếu ĐXSMRM 22 Hình 2.1b Hệ lực/mơ men tác dụng lên ĐXSMRM 24 Hình 2.2 Sơ đồ lực ĐXSMRM mặt phẳng đường XOY 25 Hình 2.3 Sơ đồ lực học XĐK mặt phẳng đường XOY 26 Hình 2.4 Sơ đồ lực SMRM mặt phẳng đường XOY 27 Hình 2.5 Sơ đồ lực tác động ĐXSMRM mặt phẳng XOZ 28 Hình 2.6 Sơ đồ lực tác động lên khối lượng treo XĐK mặt phẳng ngang YOZ 28 Hình 2.7 Sơ đồ lực tác động lên ĐX SMRM mặt phẳng dọc XOZ 29 Hình 2.8 Sơ đồ lực tác động lên khối lượng treo SMRM mặt phẳng ngang YOZ 30 Hình 2.9 Động lực học cầu xe thứ i 30 Hình 2.10a Bánh xe chủ động MAij>0 31 Hình 2.10b Bánh xe phanh MBij