Khảo sát ngưỡng ổn định lật ngang của ô tô chở chất lỏng khi vào cua

Các nghiên cứu trong nước và ngoài nước

Các hướng nghiên cứu chính: tính ổn định lật ngang của ô tô khi quay vòng; tính ổn định lật ngang của ô tô khi tránh vật cản, khi chuyển làn; ảnh hưởng của mực chất lỏng đối với chuyển động của xe;. Ở đây, các tác giả sử dụng một số các giả thuyết, xác định các ngoại lực và mô men liên kết để xây dựng mô hình động lực học của ô tô khách. Kết quả khảo sát, cho thấy với mức vận tốc thấp thì xe chuyển động ổn định nhưng với mức vận tốc cao thì xe bị lật ngang, với dấu hiệu là tăng nhanh chóng góc lắc ngang và giảm nhanh gia tốc ngang và đạt đến 1 của hệ số phân bố tải trọng LTR, các thông số này được biểu diễn thông qua biểu đồ bên dưới.

* Công trình nghiên cứu của Tran Van Nhu, Nguyen Xuan Ngoc, Dang Tien Phuc, Vu Van Tan “Rollover stability analysis of liquid tank truck taking into account the road profiles” Journal of Applied Engineering Science Vol. Công trình đã xây dựng mô hình và khảo sát độ ổn định lật ngang của ô tô bằng phương pháp quay vòng ổn định trên các mặt cắt đường khác nhau cho trước. Đối với khả năng chuyển làn khi không bị ảnh hưởng bởi mặt đường với tỷ số truyền LTR ở bên trái (1.11a), góc nghiêng hệ thống treo bên phải (1.11b) trong trường hợp tốc độ chuyển làn là 20m/s, cho thấy giá trị LTR cao nhất và gấy mất ổn định ở mức chất lỏng từ 50% đến 75% so với đường kính bồn chứa, góc nghiêng hệ thống treo đạt giá trị lớn nhất khi mức chất lỏng là 75% đến 100%.

* Công trình nghiên cứu của Zheng X, Zhang H, Ren Y, Wei Z, Song X “Rollover stability analysis of tank vehicles based on the solution of liquid sloshing in partially filled tanks”. Chuyển động của chất lỏng trong xi téc rất phức tạp, nó phụ thuộc vào kích thước, hình dạng của xi téc, khối lượng và độ nhớt của chất lỏng chứa trong xi téc. Khi một xe chở chất lỏng chứa một phần trong xi téc thì trong trường hợp quay vòng chất lỏng sẽ phản ứng với gia tốc ngang bằng cách di chuyển trong xi téc làm cho trọng tâm của khối chất lỏng bị thay đổi, điều ngày sẽ tác động rất lớn đến trạng thái di chuyển của ô tô, khi mà trọng tâm của thân xe và trọng tâm của khối chất lỏng cùng lệch về một phía thì lúc này sẽ gây ra hiện tượng cộng hưởng.

Để khảo sát độ ổn định của chất lỏng, công trình này sử dụng ba phương pháp khác nhau để mô tả hiệu ứng tạt chất lỏng trong các bể được đổ đầy một phần có mặt cắt elip, đó là ước tính hiện tượng tạt chất lỏng, ước tính cải thiện hiện tượng tạt chất lỏng và mô hình hóa mô hình cơ học tương đương cho hiện tượng chất lỏng. Khi mực chất lỏng trong xitec khá nhỏ dưới 0.2d thì khả năng làm mất ổn định là không đáng kể, nhưng khi mực chất lỏng tăng lên điều này làm cho ngưỡng ổn định lật của xe khảo sát giảm đáng kể và độ ổn định kém chất ở mức tải là 0.6d.

KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

Năm 1983, Jack Little, một người đã học ở MIT và Stanford, đã viết lại MATLAB bằng ngôn ngữ C và nó được xây dựng thêm các thư viện phục vụ cho thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống hộp công cụ (tool box), mô phỏng. Cho đến nay phiên bản mới nhất là R3023b với những cải tiến kỹ thuật và thư viện khổng lồ giúp người dùng có thể làm những công việc phức tạp hơn như: xử lý ảnh, learning AI, mô phỏng các phương trình toán học, vẽ biểu đồ hàm số,. Simulink có các thư viện sau: thư viện các khối nguồn tín hiệu (Sources), thư viện khối xuất và hiển thị dữ liệu (Sink), thư viện các phần tử tuyến tính (Linear), thư viện các phần tử phi tuyến (Nonlinear), thư viện các khối gián đoạn (Discrete), thư viện các khối nối (Connections), thư viện các khối phụ (Extras).

Trong những trường hợp như vậy nếu chỉ là quá trình di chuyển xe thông thường (không phải đi chữa cháy) để đảm bảo cho quá trình di chuyển thì người điều khiển phương tiện thường tiến hành xả hết nước trong téc để đảm bảo an toàn trong quá trình di chuyển, còn trong trường hợp đi chữa cháy thì lúc này người điều khiển phương tiện bắt buộc phải di chuyển với tốc độ vừa phải để đảm bảo an toàn nhưng như thế sẽ làm chậm thời gian di chuyển tới đám cháy. Trong thực tế tại Việt Nam vấn đề lật xe chữa cháy RENAULT – Saurus chưa xảy ra nhưng trải qua quá trình lái xe thực tế tác giả nhận thấy việc nghiên cứu ảnh hưởng của mực chất lỏng trong xi téc đến tính ổn định lật ngang của xe RENAULT – Saurus là hết sức cần thiết. Khảo sát ảnh hưởng của mực chất lỏng đến ổn định lật ngang của ô tô chữa cháy RENAULT – Saurus, từ đó có thể đưa ra các biện pháp cải thiện về mặt kết cấu, nghiên cứu các hệ thống điều khiển ổn định ngang ô tô chữa cháy để đưa ra điều kiện giới hạn trong khai thác.

Trong mục này, mô hình toán học ổn định lật ngang của ô tô chữa cháy (trong xi téc chứa nước) trên một trục khi quay vòng và chịu kích thích từ lực ngang được mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink với bộ giải phương trình vi phân ode45 (phương pháp Runge-Kutta cấp 4,5 với bước tính biến thiên). Kết quả mô phỏng với lực ngang riêng không đổi (bán kính và vận tốc quay vòng không đổi). - Lực ngang riêng trong trường hợp này:. Hình 3.6: Góc lật hệ thống treo trong các trường hợp chiều cao mực chất lỏng trong xitec khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy biểu đồ hình 3.4 ta thấy được khi cho xe quay vòng trên đường bằng với bán kính và tốc độ quay vòng không đổi thì góc nghiêng thân xe sẽ dao động và có chiều hướng ổn định với một giá trị nhất định. Góc nghiêng thân xe tỷ lệ thuận với mực chất lỏng, nhưng dựa trên biểu đồ ta có thể thấy thêm được là khi mực chất lỏng đạt 0.75d thì gây mất ổn định và có biên độ dao động lớn nhất. - Kết quả mô phỏng góc dao động của khối chất lỏng chứa trong xitec:. Hình 3.7: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi góc dao động của tâm khối chất lỏng. Ở trường hợp mực chất lỏng chiếm một phần của xitec thì mực chất lỏng h = 0.75d là biên độ dao động của khối chất lỏng là thấp nhất và h = 0.25d có biên độ dao động và gây mất ổn định là lớn nhất. - Kết quả mô phỏng phần tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe bên trái và bánh xe bên phải:. a) Biểu đồ tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe bên trái. b) Biểu đồ tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe bên phải Hình 3.8: Biểu đồ tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bang xe bên trái. Tuy nhiên, khi xét về biên độ dao động của lực tải trọng tác dụng lên bánh xe thì bánh xe bên trái lại lớn hơn bánh xe bên phải, điều này xảy ra là do bánh xe bên trái nằm xa tâm lắc hơn bánh xe bên phải nên độ ổn định cũng kém hơn.

Mặt khác, trong trường hợp mực chất lỏng chỉ lấp đầy một phần xitec thì mực chất lỏng 0.75d là có biên độ gây mất ổn định là lớn nhất và ở mực chất lỏng là 0.5d thì độ ổn định lật ngang của xe khi quay vòng là kém nhất. Khảo sát ảnh hưởng của mực chất lỏng đến giới hạn lật Trong trường hợp này ta tiến hành cho lực nghiêng tăng dần đến khi gây lật xe đối với từng mức tải trọng khác nhau để tìm ra giá trị lực ngang riêng gây lật xe. Đối với chất tải lỏng, ta có thể thấy được trên biểu đồ độ ổn định lật ngang của chất tải lỏng kém hơn nhiều so với tải rắn, đường biểu đồ còn cho thấy khi mực chất lỏng đạt từ 50% đến 60% là trạng thái mất ổn định nhất của xe.

Trong chương này, ta đã xây dựng được mô hình mô phỏng ổn định ngang của ô tô chữa cháy trên phần mềm Matlab/Simulink, mô phỏng được động lực học lật ngang của xe khảo sát, khảo sát được sự ảnh hưởng của mực chất lỏng đến giới hạn lật ngang của xe.