Nghiên cứu ổn định chuyển động của xe buýt daewoo BC212MA trong thành phố hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUÝT DAEWOO BC212MA TRONG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUÝT DAEWOO BC212MA TRONG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60520116 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUÝT DAEWOO BC212MA TRONG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60520116 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 11 năm 2014 Tác giả NGUYỄN VĂN BÌNH iii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn xin chân thành cảm ơn đến: - PGS.TS Nguyễn Văn Phụng tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho thời gian học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn - Q Thầy, Cơ khoa Cơ khí Động lực, phịng Đào tạo tất Thầy, Cô giảng dạy suốt trình học tập Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM - Các anh, chị học viên lớp Cao học Kỹ thuật Cơ khí Động lực - CKO12B, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM cùng tất người thân đóng góp ý kiến, động viên tơi suốt thời gian học tập Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 11 năm 2014 Người nghiên cứu Nguyễn Văn Bình iv MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Dẫn nhập 1.2 Nội dung nghiên cứu 1.3 Lý chọn đề tài 1.4 Các kết nghiên cứu công bố 1.4.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.4.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.5 Mục đích nội dung cơng việc thực 1.6 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 1.6.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.6.2 Đối tượng nghiên cứu 1.7 Giới hạn đề tài 1.8 Phương pháp nghiên cứu 1.9 Kế hoạch thực 10 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Cơ sở lý thuyết ổn định chuyển động ô tô 11 2.1.1 Tính chất ổn định mặt cắt dọc 11 2.1.1.1 Tính chất ổn định tĩnh 11 a Xe đứng yên đường lên dốc 11 vii b Khi xe đứng yên quay đầu xuống dốc 12 c Tính ổn định theo điều kiện bám 13 d Điều kiện an toàn tĩnh 15 2.1.1.2 Tính chất ổn định dọc động 15 a Trường hợp xe chuyển động lên dốc với tốc độ nhỏ ổn định 16 b Trường hợp xe chuyển động ổn định với vận tốc cao đường nằm ngang 16 2.1.3 Tính chất ổn định mặt cắt ngang 19 2.1.3.1 Tính chất ổn định ngang tĩnh 19 2.1.3.2 Tính chất ổn định ngang động 21 a Khi xe chuyển động thẳng đường nghiêng 22 b Khi ô tô chuyển động quay vịng đường nghiêng ngang góc CHƯƠNG III 23 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG XE BT DAEWOO BC212MA 35 3.1 Xác định tọa độ trọng tâm ô tô 35 3.1.1 Tọa độ trọng tâm không tải 35 3.1.2 Tọa độ trọng tâm đầy tải 37 3.2 Tính chất ổn định mặt cắt dọc 38 3.2.1 Tính chất ổn định tĩnh 38 3.2.1.1 Xe đứng yên đường lên dốc 38 3.2.1.2 Khi xe đứng yên quay đầu xuống dốc 41 3.2.2 Tính chất ổn định dọc động 43 3.2.2.1 Xe chuyển động lên dốc với tốc độ nhỏ ổn định 43 3.2.2.2 Xe chuyển động ổn định với vận tốc cao đường nằm ngang 43 3.4 Tính chất ổn định mặt cắt ngang 46 3.4.1 Tính chất ổn định ngang tĩnh 46 3.4.2 Tính chất ổn định ngang động 49 a Khi xe chuyển động đường nghiêng 49 b Khi ô tô chuyển động quay vòng đường nghiêng ngang góc viii 50 3.5 Xác định hệ số ổn định an toàn tĩnh SSF 60 3.5.1 Ý nghĩa hệ số SSF 61 3.5.2 Quan hệ hàm số SSF khối lượng xe 62 3.5.3 Xây dựng đường cong hệ số ổn định tĩnh SSF=f(m) 63 Kết luận 66 Kiến nghị 67 ix CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Dẫn nhập Khi mức thu nhập tăng nhu cầu lại người dân cũng tăng theo Hiện nay, xe ô tô dần phương tiện giao thông ưa dùng nước ta, đặc biệt thành phố lớn Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh Việc sử dụng xe tơ nói chung xe tơ khách (xe bt) nói riêng năm gần tăng lên nhanh chóng, người dân chuyển dần từ việc bộ, xe đạp xe máy sang xe buýt Năm 2000, số lượng xe ô tô lưu thông 6,4 triệu, đến nay, số 18 triệu xe Tuy nhiên mật độ chưa cao so với số nước khu vực Thái Lan, Singapore Hình 1.1 Thống kê lượng xe ô tô lưu thông Vừa qua, Thủ tướng Chính phủ vừa phê duyệt chiến lược phát triển ngành công nghiệp tơ VN đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035, đáng ý việc đưa nhóm sản phẩm ưu tiên với việc trọng phát triển dòng xe tải nhỏ đa dụng phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, nông thôn loại xe khách tầm trung tầm ngắn chạy liên tỉnh, huyện, nội đô Trước hết, phải khẳng định việc Thủ tướng Chính phủ ban hành chiến lược tạo niềm vui cho hầu hết DN đã, dự định tham gia vào lĩnh vực này, biết nên theo hướng nào, khác với năm qua tự mà khơng có định hướng rõ ràng Hình 1.2 Số lượng xe sản xuất nước xuất (ĐVT: chiếc) Tuy nhiên, tai nạn giao thông tình trạng nhức nhối chung tồn xã hội Với số thống kê ước tính năm 2010 Việt Nam có 15.000 trường hợp tử vong TNGT, số ngày cao số liệu báo cáo cảnh sát giao thông tương đương với số liệu theo dõi ngành Y tế thông qua sổ tử vong A6 Do vậy, việc phân tích đánh giá tình hình sử dụng lưu thơng phương tiện giao thơng nước cần tính tốn cách cụ thể, nhằm đảm bảo yếu tố kinh tế tính tiện dụng việc khai thác vận tải hàng hóa người, đảm bảo tính an tồn giao thơng 1.2 Nội dung nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu với nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu ổn định xe chuyển động thẳng - Nghiên cứu ổn định chuyển động xe quay vòng 1.3 Lý chọn đề tài Xe buýt DAEWOO BC212MA có sức chứa tối thiểu 80 hành khách, chiều dài 11.940 m, chiều rộng 2.500m chiều cao 3.190 m, công suất động 290ps/2100 vịng/ phút Hệ thống phanh sử dụng khí nén hai dịng độc lập với van bảo vệ, có hệ thống chống bó cứng chống trượt tăng tốc (ABS & ASR) Nhằm mục đích vận chuyển hành khách công cộng, thay bổ sung cho tuyến xe buýt + Trường hợp lực li tâm cùng chiều trọng lượng ngược chiều với thành phần ngang Phương trình hình chiếu tổng lực lên mặt phẳng đường: (3.33) mà Trên hình chiếu đứng vng góc mặt đường có: Thay vào (3.33) ta có: (3.34) Thay vào (3.34) ta có: hay Trong đó: (3.35) n: hệ số bám ngang mặt đường, chọn n = 0,4 : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện trượt, chọn  = 10,20 (m/s)  17,69 (km/h) Ta có: - Khi xe quay vịng mặt đường nằm ngang (3.36) = 6,86 (m/s) = 24,7 (km/h) Nhận xét: Sau tính tốn tốc độ nguy hiểm điều kiện bám ô tô theo điều kiện lật đổ theo Để đảm bảo an toàn ta lấy theo điều kiện trượt trước lật đổ Do đó: Vn = 17,69 (km/h) ứng với  = 0.4,  = 10,20 55 Trường hợp 3: Mặt đường nghiêng vào vng góc với trục quay vịng Sơ đồ lực momen trường hợp biểu diễn hình 3.14 Hình 3.14 Lực mơ men tác dụng lên ô tô - Xét theo điều kiện lật: Phương trình cân bằng momen: (3.37) Trong đó: Điều kiện xảy lật trường hợp (3.38) 56 Thay vào (3.38) ta có: (3.39) Trong đó: hg: chiều cao trọng tâm xe đầy tải hg = 1,37 : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện lật, chọn   = 10,20 Do đó: Vnl = 9,9 (m/s) = 35,7 (km/h) - Xét theo điều kiện trượt ngang: + Trường hợp lực li tâm ngược chiều với Gsin Phương trình hình chiếu tổng lực lên mặt phẳng đường: (3.40) mà Trên hình chiếu đứng vng góc mặt đường có: Thay vào (3.40) ta có: (3.41) Thay vào (3.41) ta có: hay Trong đó: (3.42) n: hệ số bám ngang mặt đường, chọn n = 0,4 : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện trượt, chọn  = 10,20 Ta có: (m/s)  18.17 (km/h) Sau tính tốn tốc độ nguy hiểm 57 ô tô theo điều kiện lật đổ ngang theo điều kiện bám ngang Để đảm bảo an tồn ta lấy theo điều kiện xe bị trượt trước bị lật đổ Do đó: Vn = 18,17 (km/h) ứng với mặt đường có  = 0.4,   = 10,20 Trường hợp 4: Mặt đường nghiêng ngồi vng góc với trục quay vịng Sơ đồ lực momen trường hợp biểu diễn hình 3.15 - Xét theo điều kiện lật: Phương trình cân bằng momen: Trong đó: Điều kiện xảy lật trường hợp (3.43) 58 Hình 3.15 Lực mơ men tác dụng lên tơ Thay vào (3.43) ta có: (3.44) Trong đó: hg: chiều cao trọng tâm xe đầy tải hg = 1,37 : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện lật, chọn   = 10,20 Do đó: Vnl = 7,534 (m/s) = 27,12 (km/h) - Xét theo điều kiện trượt ngang: 59 + Trường hợp lực li tâm cùng chiều với Gsin Phương trình hình chiếu tổng lực lên mặt phẳng đường: (3.45) mà Trên hình chiếu đứng vng góc mặt đường có: Thay vào (3.40) ta có: (3.46) Thay vào (3.46) ta có: hay (3.47) Trong đó: n: hệ số bám ngang mặt đường, chọn n = 0,4 : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện trượt, chọn  = 10,20 Ta có: Vn = 7,08 (m/s)  25,49 (km/h) Sau tính tốn tốc độ nguy hiểm theo điều kiện bám ngang ô tô theo điều kiện lật đổ ngang Để đảm bảo an tồn ta lấy theo điều kiện xe bị trượt trước bị lật đổ Do đó: Vn = 25,49 (km/h) ứng với mặt đường có  = 0.4,   = 10,20 3.5 Xác định hệ số ởn định an tồn tĩnh SSF Hiện vấn đề đặt ổn định xe quay vịng để đảm bảo cho xe khơng lật, từ suy xác định trọng tâm an toàn dẫn đến đưa vào hệ số an tồn chuyển động SSF Khi có giá trị SSF ta tính chiều cao trọng tâm 60 Hình Lực momen tác dụng lên ô tô đứng yên đường nghiêng ngang Ta có: Momen tạo lật: Gsin.hg Momen chống lật: Để đảm bảo an tồn xe khơng lật ⇒ t=33,80 , , (chọn v=15km/h, g=10m/s2, R=12m) 61 ⇒ đ = 8,50 3.5.1 Ý nghĩa hệ số SSF - Hệ số ổn định tĩnh biểu thị góc lật ngang, momen lật đổ ngang xe - Xác định hệ số an toàn tĩnh để đánh giá loại xe an toàn loại xe 3.5.2 Quan hệ hàm số SSF khối lượng xe Xác định chiều cao trọng tâm xe theo “hệ số ổn định tĩnh” (SSF) Ta có: ; (3.48) Trong : C chiều rộng sở bánh xe sau (vết bánh xe sau) Quan hệ hệ số ổn định tĩnh phụ thuộc vào trọng lượng xe: (3.49) Hệ số ổn định tĩnh: (3.50) Tính theo momen lật đổ: (3.51) Từ (3.50) (3.51) ta có: Từ suy ra: hay Như hệ số ổn định tĩnh ô tô (SSF) phụ thuộc vào trọng lượng (G) hay khối lượng ô tô (m) G = m.g Hệ số SSF biểu diễn qua đồ thị SSF = f(m) hình 3.11 62 Hình 3.16 Đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh ô tô Ta cần xây dựng phương trình hệ số ổn định tĩnh (SSF) phụ thuộc vào khối lượng xe (m), SSF = f(m) theo phương pháp nội suy: ) Dựa vào số liệu xe bus DAEWOO BC212MA Số liệu chiều cao trọng tâm xe: xét thành phần có khối lượng lớn Ta có: C = 1,853 (m); SSF = C/2hg Chiều cao trọng tâm xe không tải: Chiều cao trọng tâm hành khách: Chiều cao trọng tâm xe có khách hành lý: Để giảm momen lật đổ cần giảm chiều cao trọng tâm xe (hg) có tải 3.5.3 Xây dựng đường cong hệ số ổn định tĩnh SSF=f(m) Giá trị trọng lượng tọa độ trọng tâm thành phần: 63 Ký hiệu Phân loại Gi (kG) hi (m) Gi.hi (kGm) Gkh Trọng lượng khung gầm có gắn động 6090 0,69 4202,1 Gkvs Trọng lượng khung vỏ sàn 4756 1,49 7086,4 Ggh Trọng lượng ghế ngồi 364 1,4 509,6 Gđh Trọng lượng hệ thống điều hoà 590 2,95 1740,5 Ghkđ Trọng lượng hành khách đứng 3240 1,95 6318 Ghkn Trọng lượng hành khách ngồi 1560 1,65 2574 Ghlđ Trọng lượng hành lí hành khách đứng 391 2,05 801,5 Ghln Trọng lượng hành lí hành khách ngồi 188 1,75 329 Với C = 1,853 (m) ta tính theo trọng tâm sau: Bảng 3.3 Bảng số liệu xây dựng đường cong hệ số ổn định tĩnh STT X (m) H Y (SSF) 1250 0,65 1,69 6090 (Trọng lượng khung gầm) 0,69 1,34 11800 (Trọng lượng xe không tải) 1,15 0,8 17179 (Trọng lượng xe đầy tải) 1,37 0,67 A0 = 1,69 64 Vậy phương trình đường cong hệ số ổn định tĩnh có dạng sau: Hình 3.12 Đồ thị hệ số ổn định tĩnh SSF= f(m) Nhận xét: Dựa vào đồ thị hệ số ổn định tĩnh ta nhận thấy, ứng với giá trị tải trọng xe có giá trị ổn định SSF Để tính an tồn ổn định tơ nâng cao ta ln muốn giá trị SSF lớn Để có điều vấn đề đặt giảm trọng tâm xe Đề xuất phương án giảm chiều cao trọng tâm hg xe buýt DAEWOO BC 212 MA Hạ thấp trọng tâm hành lí bằng cách để hành lý xuống sàn xe, lúc trọng tâm hành lí: hhl =1,05 (m) Chiều cao trọng tâm mới: thay vào công thức ta có: (m) 65 Lúc KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong suốt trình thực đề tài, nhờ giúp đỡ tận tình Q thầy bạn đồng mơn khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt tận tình giúp đỡ hướng dẫn PGS – TS Nguyễn Văn Phụng giúp tơi hồn thành luận văn Qua luận văn cho có hội nghiên cứu sâu về lý thuyết chuyên ngành thực tiễn cách thấu đáo nhằm giải vấn đề đề tài Đây đề tài thực mang tính kết hợp sở lý thuyết khảo sát thực tế có liên quan để đánh giá tính ổn định chuyển động ôtô, cụ thể loại xe buýt DAEWOO BC212 MA Tp Hồ Chí Minh Bằng kiến thức học nguồn tài liệu tìm tơi đưa nhìn tổng quan về điều kiện giao thông Tp HCM, xây dựng sở lý thuyết ổn định chuyển động Từ sở lý thuyết có áp dụng cho việc tính tốn đánh giá tính ổn định an tồn xe buýt DAEWOO BC212 MA Tp Hồ Chí Minh Tuy nhiên, đánh giá dừng lại mức tham khảo dựa phương pháp tính lý thuyết chưa áp dụng cụ thể để nhìn nhận loại xe tốt hay chưa tốt, phù hợp hay không phù hợp với điều kiện Việt Nam Bỡi thơng số thu thập áp dụng cho việc tính tóan đề tài thơng số mang tính thương mại hố thị trường nên mang tính xác chưa cao Muốn đánh giá xác cụ thể cần phải có nhiều đề tài khác thực Đồng thời cần có q trình khảo nghiệm thực tế nhiều hơn, cụ thể thông số khảo nghiệm phải nhà sản xuất cung cấp để tham số tính tốn xác Từ kết tính tốn ta đưa số kết luận sau: 66 - Đề tài xây dựng hệ thống sơ lý thuyết đầy đủ cho việc tính tốn ổn định chuyển động ơtơ buýt DAEWOO BC212 MA Tp Hồ Chí Minh - Qua việc tính tốn chuyển động điều kiện xe với số thông số điều kiện giao thơng TP HCM (dù chưa đầy đủ) ta nhận thấy xe buýt DAEWOO BC212 MA Tp Hồ Chí Minh đảm bảo khả tăng tốc, đảm bảo ổn định mặt cắt dọc mặt cắt ngang - Xây dựng đồ thị hệ số ổn định tĩnh SSF thể mối quan hệ chiều cao trọng tâm xe với độ ổn định mặt cắt ngang Kiến nghị Từ kết thu đề tài vấn đề nảy sinh trình nghiên cứu, người thực đề tài xin nêu số kiến nghị sau: - Nên bố trí nhiều ghế ngồi xe buýt hạn chế số hành khách đứng để giảm chiều cao trọng tâm xe - Người sử dụng xe phải chạy tốc độ quy định - Khi bố trí tải trọng xe cần theo yêu cầu đảm bảo hệ số SSF (static stability factor) cao nhằm hạ thấp trọng tâm xe để tăng tính ổn định khơng lật đổ xe - Nên tổ chức khảo sát thống kê sở liệu đầy đủ về đặc trưng lưu thơng dịng xe buýt TPHCM Nếu có thống kê đầy đủ điều kiện áp dụng lý thuyết an toàn ổn định chuyển động ôtô cuả đề tài xây dựng cẩm nang điều khiển xe thích nghi lưu thơng thành phố Việc giúp tài xế có thêm nhiều kỹ để lái xe an tồn ổn định TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 [1] Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Minh Thái, Dư Quốc Thịnh, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng, Lý thuyết ô tô – máy kéo, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2003 [2] Nguyễn Văn Phụng, Lý thuyết ô tô, Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM, 2000 [3] Lâm Mai Long, Cơ học chuyển động ô tô, ĐHSPKT, 2001 [4] Nguyễn Khắc Trai, Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô, 1997 [5] B.C Phalkevik, Theory abtomobil, Mockva, 1968 [6] A Tante, Kraftfahrtmechanik, Verlag Technik, Berlin 1974 [7] Wong Ty, Theory of ground Vehicles, Carleton University, Ottawa, Canada, 2001 [8] Reimpell, Jornsen, Grundlagen, Wuurzburg, Vogel Buchverlag, 1988 [9] Burckhardt, Manfred, Bremsdynamic und Pkw- Bremsanlagen, Wurnburg: Vogel Buchverlag, 1991 [10] Zomotor, Adam, Fahrverhalten, Wurnburg, Vogel Buchverlag, 1991 [11] Reimpell, Jornsen, Stoll, Helmut, Stoss-und Schwingungsdamfer, Wurnburg, Vogel Buchverlag, 1989 [12] Trương Hoàng Tuấn, Xác định tải trọng động tác dụng lên chassi xe SYM T880 phương pháp mô phỏng, 2013 68 S K L 0 ... PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUÝT DAEWOO BC212MA TRONG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã... dung nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu với nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu ổn định xe chuyển động thẳng - Nghiên cứu ổn định chuyển động xe quay vòng 1.3 Lý chọn đề tài Xe buýt DAEWOO BC212MA. .. việc nghiên cứu, phân tích, đánh giá hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Phụng, tác giả đề xuất việc xây dựng đề tài “NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUÝT DAEWOO BC212MA TRONG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH? ??