Tổng quan về an toàn chuyển động của ô tô khi chuyển làn đường, tai nạn giao thông ở Việt Nam, chỉ tiêu sử dụng để đánh giá sự vi phạm làn đường; thiết lập mô hình động lực chuyển động của xe tải khi chuyển làn đường; khảo sát ổn định chuyển động của xe tải khi chuyển làn đường.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Thiết lập mơ hình động lực học nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động xe tải chuyển đường TRẦN VĂN THẮNG thangtv@hactech.edu.vn Ngành Kỹ thuật khí động lực Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS.Dương Ngọc Khánh Viện: Cơ khí động lực Hà Nội – 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Thiết lập mơ hình động lực học nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động xe tải chuyển đường TRẦN VĂN THẮNG thangtv@hactech.edu.vn Ngành Kỹ thuật khí động lực Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS.Dương Ngọc Khánh Chữ ký GVHD Viện: Cơ khí động lực Hà Nội – 2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : Trần Văn Thắng Đề tài luận văn: Thiết lập mơ hình động lực học nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động xe tải chuyển đường Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số HV: CA180191 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 24/06/2020 với nội dung sau: -Thêm phần kết luận cho luận văn - Chỉnh sửa lỗi chế Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm 2020 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Lời cam đoan Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng hướng dẫn thầy hướng dẫn Các kết nghiên cứu trình bày luận văn 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 văn cảm ơn, thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tơi xin chịu trách nhiệm nghiên cứu Hà Nội, ngày Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Dương Ngọc Khánh tháng năm 2020 Học viên Trần Văn Thắng Lời cảm ơn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Dương Ngọc Khánh người tận tình hướng dẫn, khích lệ tơi suốt trình nghiên cứu thực luận văn này, giúp đỡ tơi hồn thiện kiến thức chuyên môn thân Tôi xin trân trọng cảm ơn đến Ban giám hiệu Trường, Khoa đào tạo sau đại học tồn thể q thầy, tham gia giảng dạy Viện Cơ khí động lực Trường Đại học Bách Khoa truyền đạt kiến thức quý báu cho thời gian tham gia khóa học Trường Đại học Bách Khoa Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình hồn thiện luận văn Xin trân trọng cảm ơn! HỌC VIÊN Trần Văn Thắng Tóm tắt nội dung luận văn Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: Ngày nay, với hệ thống giao thơng hồn thiện, loại tô tải chuyển động đường với tốc độ ngày cao để rút ngắn thời gian vận chuyển hàng hóa Khi chuyển động xe tải chịu yếu tố tác động từ điều khiển người lái, điều kiện mặt đường, yếu tố ngoại cảnh khác Vì vậy, tính chât động lực học nói chung quỹ đạo chuyển động xe tải phức tạp Cần có nghiên cứu đánh giá ổn định xe tải trạng thái chuyển động có điều khiển liên tục chuyển đường điều kiện chuyển động khác Các kết nghiên cứu làm sở để cảnh báo thiết kế hệ thống điều khiển ổn định sau Mục tiêu đề tài kết đạt được: - Xây dựng mơ hình động lực học xe tải khảo sát q trình chuyển đường; - Khảo sát đánh giá thông số ảnh hưởng đến hành lang quét xe tải chuyển đường; Kết luận văn làm sở để đề xuất phương pháp xác định vùng điều khiển để xe tải chuyển mà khơng bị vi phạm đường làm sở thiết kế hệ thống cảnh báo hệ thống điều khiển làm tăng tính ổn định chuyển động, hạn chế vi phạm đường Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: - Tổng quan vấn đề nghiên cứu ; - Thiết lập mơ hình động lực học chuyển động xe tải ; - Khảo sát ảnh hưởng số thông số đến ổn định quỹ đạo chuyển đường xe tải Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết mơ hình động lực học kết hợp ứng dụng phần mềm mô Matlab Simulink HỌC VIÊN Trần Văn Thắng MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN ÁN viii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.1 Vấn đề an toàn chuyển động ô tô chuyển đường 1.2 Tình hình tai nạn giao thơng Việt Nam 1.2.1.Điều kiện đường Việt Nam 1.2.2 Tình hình tai nạn giao thơng năm gần 1.3 Tình hình nghiên cứu nước ổn định quỹ đao chuyển động 1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 10 1.4 Các tiêu sử dụng để đánh giá vi phạm đường 11 1.5 Mục tiêu, phương pháp nội dung nghiên cứu 14 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 14 1.5.2 Phương pháp nghiên cứu 14 1.5.3 Kết luận chương 15 CHƯƠNG THIẾT LẬP MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TẢI KHI CHUYỂN LÀN ĐƯỜNG 16 2.1 Phân tích cấu trúc giả thiết 16 2.1.1 Phân tích cấu trúc xe tải 16 2.1.2 Đề xuất giả thiết xây dựng mơ hình 17 2.1.3 Hệ quy chiếu 18 2.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động xe tải cầu 19 2.2.1 Các phương trình xác định chuyển động mặt phẳng đường 19 2.2.2 Các phương trình dao động khối lượng treo mặt phẳng dọc 20 2.2.3 Các phương trình dao động mặt phẳng ngang 22 i 2.2.4 Động lực học bánh xe 24 2.3 Xác định thành phần ngoại lực lực liên kết 25 2.3.1 Xác định nội lực hệ thống treo 25 2.3.2 Tải trọng thẳng đứng bánh xe 27 2.3.3 Lực tương tác lốp đường 28 2.4 Quy luật đánh lái chuyển đường 31 2.5 Mô phần mềm MATLAB Simulink 32 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TẢI KHI CHUYỂN LÀN ĐƯỜNG .37 3.1 Thông số phương án khảo sát 37 3.1.1 Thông số khảo sát 37 3.1.2 Các phương án khảo sát 39 3.2 Khảo sát ảnh hưởng vận tốc đánh lái đến chuyển đơn 40 3.3 Khảo sát ảnh hưởng biên độ đánh lái Sin chuyển đường đơn 47 3.4 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đánh lái chuyển đường đơn 55 3.5 Kết luận chương 61 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị OXYZ Giải nghĩa Hệ quy chiếu cố định Cxyz Hệ quy chiếu cục trọng tâm xe tải ij Chỉ số bánh xe thứ i (cầu) trái (j=1)/phải (j=2) v m/s Vận tốc xe vx m/s Vận tốc dọc xe vy m/s Vận tốc ngang xe 2b m Chiều rộng sở xe 2w m Khoảng cách hai hệ thống treo cầu xe ax m/s2 Gia tốc dọc β rad Góc hướng thân xe β rad Góc hướng bánh xe ay m/s2 Gia tốc ngang g m/s2 Gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2 h m Chiều cao trọng tâm h m Khoảng cách từ trọng tâm tới tâm lật l1 m Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu xe số l2 m Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu xe số m kg Khối lượng treo M kg Khối lượng tồn xe δ rad Góc quay bánh xe dẫn hướng hij m kích thích mặt đường iii exij m Khoảng dịch phản lực Fz phương dọc bánh xe ij hRi m Chiều cao tâm quay tức thời Ri cầu i, (i=1,2) r0ij m Bán kính tự bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2) ftij m Độ võng tĩnh lốp thứ ij (i=1,2, j=1,2) sij Hệ số trượt bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2) αij độ Cij N/m Kij CLij KLij Góc lệch bên bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2) Độ cứng hệ thống treo (i=1,2, j=1,2) N/(m/s) Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo ij (i=1,2, j=1,2) N/m Độ cứng hướng kính lốp thứ ij (i=1,2, j=1,2) N/(m/s) Hệ số cản hướng kính lốp thứ ij (i=1,2, j=1,2) Jx kgm2 Mô men quán tính trục x khối lượng treo Jy kgm2 Mơ men qn tính trục y khối lượng treo Jz kgm2 Mơ men qn tính trục z khối lượng treo JAxi kgm2 JAyij kgm2 MAij Nm Mô men chủ động bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2) MBij Nm Mô men phanh bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2) Fxij N Lực dọc bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2) Fyij N Lực ngang bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2) Fzij N Phản lực bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2) FGij N Tải trọng tĩnh ứng với bánh xe thứ ij (i=1(,2, j=1,2) FCij N Lực đàn hồi hệ thống treo thứ ij (i=1,2, j=1,2) FKij N Lực cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij (i=1,2, j=1,2) Mô men qn tính trục x khối lượng khơng treo cầu i (i=1,2) Mơ men qn tính trục y bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2) iv Hình 3.20 Đồ thị Fz22 Khi chuyển đường, thay đổi thông số động học dẫn đến thông số động lực học thay đổi Sự thay đổi tải trọng động bánh xe ảnh hưởng trực tiếp đến chuyển động xe Khi biên độ δA lớn thay đổi tải trọng lớn Trong giai đoạn tăng góc lái (góc lái dương) tải trọng bánh xe bên trái tăng dần, tải trọng bánh xe bên phải giảm dần Các tải trọng khảo sát chưa giảm 0, tức chưa có tượng tách bánh xe Xe không bị ổn định lật ngang Hình 3.21 Đồ thị tọa độ ngang Y Tọa độ ngang trọng tâm xe cho thấy, tăng δA dịch chuyển ngang tăng lên Chuyển đường q trình chuyển vị trí trọng tâm xe tâm đường mong muốn (chuyển đường lý tưởng) 51 Trong thực tế, xe khó bám hồn tồn theo đường mong muốn Quá trình chuyển đường thừa (overshoot) tọa độ trọng tâm xe lớn tọa độ đường mong muốn Còn chuyển đường thiếu (undershoot) ngược lại Các khảo sát cho thấy, với δA 1,60 tọa độ trọng tâm gần bám với đường mong muốn Tức tọa độ ngang xe gần bám với đường mong muốn Tuy nhiên sau có xu hướng bị hướng ngồi chút Điều quy luật đánh lái dạng không phản hồi Đối với q trình đánh lái có phản hồi (close loop) người lái đánh lái bám theo đường với quy luật gần với đường Sin đơn có thay đổi theo điều kiện đường Đối với trường hợp δA nhỏ (1,40) xe bị chuyển đường thiếu δA lớn (1,80) xe bị chuyển đường thừa Nhưng vấn đề đặt chuyển đường thừa chuyển đường thiếu xe khơng bị vi phạm đường Hình 3.22 Đồ thị tọa độ ngang Y11 Hình 3.23 Đồ thị tọa độ ngang Y21 52 Xét tiêu giới hạn ngồi (maxYi1) từ hình 3.22 đến hình 3.23 cho thấy: Sự vi phạm xảy đánh lái với δA 1,80 xảy vi phạm đường điểm giới hạn T11, T21 ( Vượt qua đường giới hạn màu vàng Y=5,25m) Trong vi phạm xảy sớm điểm T11 (khi t = 3,1s) đánh giá qua vị trí Y11 Y21 (đồ thị hình 3.22 3.23) Sự vi phạm dẫn đến khả xe bị va chạm với thành, lề đường…dẫn đến trạng thái ổn định nguy hiểm Hình 3.24 Đồ thị tọa độ ngang Y12 Hình 3.25 Đồ thị tọa độ ngang Y22 Với điểm giới hạn trong, vi phạm xảy biên độ góc lái δA khơng đủ lớn Với giá trị khảo sát δA 1,40 đến 1,80 điểm giới hạn Ti2 khơng bị vi phạm Cịn tới góc đánh δA từ 1,20 trở xuống ( bảng 3.26)thì vi phạm dẫn đến phần xe chưa chuyển sang đường mong muốn Điều dẫn đến va chạm với phương tiện chiều đường di chuyển phương tiện ngược chiều 53 Bảng 3.26 Bảng tổng hợp tiêu theo biên độ góc lái (deg) 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 maxY(m) 2,2486 2,7045 3,16 3,63 4,11 4,61 5,11 5,65 6,22 6,84 7,49 (3,1856) (3,6884) (4,2214) (4,7959) (5,4268) (6,1336) (6,9422) (8,4423) (9,7983) maxY11(m) 3,5871 4,0606 4,5391 5,0247 5,5202 6,03 6,56 7,11 7,69 8,31 8,99 (6,0578) (6,6964) (7,4142) (8,2381) (9,7593) (11,1446) 3,44 3,89 4,34 4,80 5,26 5,75 6,24 6,75 7,29 7,88 8,51 3,4855 3,9506 4,4302 4,9305 5,4599 6,0290 6,6521 7,3480 8,1411 9,6199 10,9463 1,0933 1,5674 2,0465 2,5328 3,0291 3,54 4,07 4,62 5,20 5,82 6,51 (3,5628) (4,2010) (4,9193) (5,7433) (7,2647) (8,6503) 0,95 1,39 1,85 2,30 2,77 3,24 3,74 4,26 4,81 5,38 6,01 (0,9905) (1,4556) (1,9352) (2,4355) (2,9649) (3,5340) (4,1572) (4,8530) (5,6463) (7,1252) (8,4520) max (deg/s) 4,4041 5,2833 6,1640 7,0480 7,9380 8,8372 9,7497 10,6805 11,6352 12,6201 13,6418 max (deg) 4,4945 5,3989 6,3089 7,2272 8,1575 9,1043 10,0735 11,0719 12,1083 13,1929 14,3381 1,0690 1,2777 1,4839 1,6877 1,8891 2,0883 2,2858 2,4819 2,6773 2,8724 3,0674 Chỉ tiêu maxY21(m) maxY12(m) maxY22(m) max ay(m/ s ) 54 Nhận xét bảng - Những giá trị màu đỏ vi phạm ngồi (>5,25m) - Những ô giá trị màu vàng vi phạm ( 5,25m) - Những ô giá trị màu vàng vi phạm (