Khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe bus khi có tác động của lực gió ngang

Ở Việt Nam trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay, việc phát triển sản xuất lắp ráp ô tô trong nước hiện là một trong những lĩnh vực đã và đang được chú trọng đến. Những năm gần đây, Chính phủ đã ban hành những chính sách, định hướng quan trọng cho việc phát triển ngành công nghiệp ô tô với mục tiêu nhanh chóng đáp ứng nhu cầu thị trường nội địa về các loại xe thông dụng, nâng cao năng lực cạnh tranh để trở thành nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng trong chuỗi sản xuất công nghiệp ô tô thế giới. Bắt kịp theo sự phát triển chung của nền kinh tế, hiện nay ngành ôtô cũng đang được các doanh nghiệp tư nhân đầu tư và lắp ráp dẫn đến số ôtô ngày càng tăng nhanh. Do đường xá ngày càng được nâng cấp và mở rộng nên mật độ ô tô ngày càng cao điều này dẫn đến vấn đề về an toàn chuyển động của ô tô ngày càng được quan tâm. Sự chuyển động của ô tô trên đường đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạo phức tạp, người lái luôn luôn điều chỉnh góc quay vành lái. Khi nâng cao tốc độ chuyển động cần thiết phải đảm bảo mối tương quan giữa quỹ đạo chuyển động và góc quay vành lái chặt chẽ hơn. Trong nhiều trường hợp sự sai lầm nhỏ trong điều khiển sẽ dẫn tới mất quỹ đạo chuyển động và gây mất an toàn giao thông. Động lực học phương ngang nghiên cứu động lực học của ô tô khi có lực ngang tác dụng. Lực ngang xuất hiện khi xe quay vòng, khi xe đi trên đường nghiêng, khi có gió ngang hoặc va chạm với các phương tiện khác. Khi có lực ngang, phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên hai bánh xe cùng một trục thay đổi làm ảnh hưởng đến khả năng truyền lực kéo, lực phanh, thậm chí có thể gây nguy hiểm như trượt hoặc lật xe theo phương ngang. Đây là một dạng tai nạn nguy hiểm không chỉ cho bản thân ô tô mà còn cho cả các thành phần tham gia giao thông khác. Từ tình trạng trên, sinh viên thực hiện đã chọn đề tài “Khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe bus khi có tác động của lực gió ngang”. Đây là hướng nghiên cứu về động lực học ngang của ô tô bus, từ đó luận văn góp phần xây dựng một số cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá mức độ ảnh hưởng của lực khí động đến ổn định chuyển động của xe bus. Do khả năng và thời gian có hạn, luân văn không tránh được các thiếu sót, em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy để bản luân văn được hoàn thiện hơn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ Khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe bus khi

có tác động của lực gió ngang

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

LỜI CAM ĐOAN iii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 3

1.1 Tổng quan về công nghiệp ô tô Việt Nam 3

1.1.1 Sự phát triển ngành công nghiệp ô tô 3

1.1.2 Chiến lược phát triển ô tô 6

1.2 Tính ổn định và quỹ đạo chuyển động của ô tô 8

1.2.1 Tính điều khiển của ô tô 8

1.2.2 Vấn đề an toàn giao thông và quỹ đạo chuyển động 8

1.3 Các tiêu chí đánh giá dao động 8

1.3.1 Chỉ tiêu về độ êm dịu 9

1.3.2 Chỉ tiêu về tải trọng động 10

1.3.3 Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo 12

1.4 Khí động học ô tô 12

1.4.1 Khí động học và các thông số đặc trưng 13

1.4.2 Lực cản không khí 14

1.4.3 Lực nâng khí động 14

1.4.4 Lực khí động ngang 15

1.4.5 Các thông số đánh giá sự ổn định của chuyển động liên quan đến gió ngang .16

1.4.6 Mức độ ảnh hưởng của gió ngang đến ổn định chuyển động 17

1.5 Các dạng mất ổn định ngang 18

1.6 Mô hình nghiên cứu dao động và ổn định chuyển động 21

1.6.1 Mô hình ¼ 22

1.6.2 Mô hình 1/2 theo phương dọc 22

1.6.3 Mô hình quay vòng 1/2 23

1.6.4 Mô hình không gian 24

1.7 Các nguồn kích thích ô tô dao động và mất ổn định 24

1.8 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu 25

1.8.1 Mục tiêu nghiên cứu 25

1.8.2 Đối tượng nghiên cứu 26

1.8.3 Phương pháp nghiên cứu 26

1.8.4 Phạm vi nghiên cứu 26

1.8.5 Nội dung của luân văn 26

1.8.6 Kết luận chương I 26

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ĐỂ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC GIÓ ĐẾN ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUS 27

2.1 Phương pháp xây dựng mô hình .27

2.2 Phân tích cấu trúc ô tô và các giả thiết 27

2.3 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả động lực học của xe bus 29

2.3.2 Xét trong mặt phẳng dọc xe 31

2.3.3 Xét trong mặt phẳng ngang xe 33

2.3.4 Xác định các lực bánh xe bằng mô hình lốp 33

2.4 Hệ phương trình vi phân tổng quát 38

CHƯƠNG III: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC KHÍ ĐỘNG ĐẾN ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUS 39

3.1 Khái quát chung về Matlab và Simulink 39

3.1.1 Matlab 39

3.1.2 Simulink 39

3.1.2.1 Đặc điểm của Simulink 40

3.1.2.2 Cấu trúc của một sơ đồ Simulink 40

3.1.2.3 Trình tự thực hiện quá trình mô phỏng 42

3.1.3 Sơ đồ một số khối chức năng mô phỏng hệ phương trình động lực học 44

3.2 Khảo sát ảnh hưởng của lực gió đến ổn định chuyển động của xe bus 47

3.2.1 Thông số kỹ thuật của xe bus 47

3.2.2 Ảnh hưởng của gió dọc đến ổn định chuyển động của xe bus 49

KẾT LUẬN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Những nội dung được trình bày trong luận văn do chính tôi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo TS Trịnh Minh Hoàng, cùng các thầy giáo trong Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Toàn bộ nội dung trong luận văn hoàn toàn phù hợp với nội dung đã được đăng ký và phê duyệt của Hiệu trưởng Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2019

Tác giả

Vũ Văn Quý

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

J Ay11 , J Ay12 Mô men quán tính khối lượng của các bánh

2

2

xmax Hệ số bám dọc cực đại

ymax Hệ số bám ngang cực đại

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Sources 40

của Matlab Simulink 40

Bảng 3.2 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Sinks 41

Bảng 3.3 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Continuous 41

Bảng 3.4 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Signal & System 41

Bảng 3.5 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Math 42

Bảng 3.6 Một số khối chức năng trong thư viện nhóm Funtion & Tables 42

Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật xe THACO BUS HB120-SL 48

Bảng 3.8 Thông số sử dụng trong tính toán mô phỏng động lực học 48

Bảng 3.8 Thông số gió dọc tác dụng vào xe 49

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Các lực và momen khí động tác động trên xe khách 13

Hình 1.2 Đồ thị độ lệch quỹ đạo trong nghiên cứu của TRISTAN FAVRE 16

Hình 1.3 Đồ thị góc lệch bánh xe dẫn hướng trong nghiên cứu của Youhanna William 16

Hình 1.4 Đồ thị gia tốc ngang trong nghiên cứu Milan Batista 17

Hình 1.5 Biên độ dao động theo phương thẳng đứng tại các bánh xe 17

Hình 1.6 Mô hình 1/4 22

Hình 1.7 Mô hình 1/2 23

Hình 1.8 Mô hình quay vòng 1/2 24

Hình 2.1 Mô hình không gian ô tô bus 28

Hình 2.2 Mô hình lực tác động lên xe trong mặt phẳng song song với mặt đường 30

Hình 2.3 Mô hình các lực tác động trong mặt phẳng dọc 32

Hình 2.4 Mô hình các lực tác động trong mặt phẳng ngang 33

Hình 3.1: Góc lắc dọc của thân xe khi ô tô chuyển động trong dải vận tốc khảo sát từ 30 - 100 km/h 50

Hình 3.2: Phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe khi ô tô chuyển động trong dải vận tốc khảo sát từ 30 - 100 km/h 51

Hình 3.3: Hệ số tải trọng động tác động lên cầu trước và cầu sau khi ô tô chuyển động trong dải vận tốc khảo sát từ 30 - 100 km/h 51

Hình 3.4: Chuyển vị phía trước (z1) và chuyển bị phía sau (z2) khi ô tô chuyển động trong dải vận tốc khảo sát từ 30 - 100 km/h 52

Hình 3.5: Hệ số trượt dọc tại các bánh xe khi ô tô chuyển động trong dải vận tốc khảo sát từ 30 - 100 km/h 53

Hình 3.6 : Quỹ đạo chuyển động của xe khi xe chạy với vận tốc 80 km/h trong quãng đường 2000m 53

Hình 3.7 : Quỹ đạo chuyển động của xe khi xe chạy với vận tốc 100 km/h trong quãng

đường 2000m 54

Hình 3.8 : Quỹ đạo chuyển động của xe khi xe chạy với vận tốc 120 km/h trong quãng đường 2000m 54

Hình 3.9: Độ lệch quỹ đạo của xe 55

Hình 3.10 : Góc xoay thân xe 56

Hình 3.11 : Góc lắc dọc của thân xe 56

Hình 3.12: Góc lắc ngang của thân xe 57

Hình 3.13 : Hệ số tải trọng động tác động lên các bánh xe khi xe chạy với vận tốc 80km/h trên đoạn đường 2000m 58

Hình 3.14 : Hệ số tải trọng động tác động lên các bánh xe khi xe chạy với vận tốc 100km/h trên đoạn đường 2000m 58

Hình 3.15 : Hệ số tải trọng động tác động lên các bánh xe khi xe chạy với vận tốc 120km/h trên đoạn đường 2000m 59

LỜI NÓI ĐẦU

Ở Việt Nam trong thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa hiện nay, việc phát triển sản xuất lắp ráp ô tô trong nước hiện là một trong những lĩnh vực đã và đang được chú trọng đến Những năm gần đây, Chính phủ đã ban hành những chính sách, định hướng quan trọng cho việc phát triển ngành công nghiệp ô tô với mục tiêu nhanh chóng đáp ứng nhu cầu thị trường nội địa về các loại xe thông dụng, nâng cao năng lực cạnh tranh để trở thành nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng trong chuỗi sản xuất công nghiệp ô tô thế giới

Bắt kịp theo sự phát triển chung của nền kinh tế, hiện nay ngành ôtô cũng đang được các doanh nghiệp tư nhân đầu tư và lắp ráp dẫn đến số ôtô ngày càng tăng nhanh Do đường

xá ngày càng được nâng cấp và mở rộng nên mật độ ô tô ngày càng cao điều này dẫn đến vấn đề về an toàn chuyển động của ô tô ngày càng được quan tâm

Sự chuyển động của ô tô trên đường đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạo phức tạp, người lái luôn luôn điều chỉnh góc quay vành lái Khi nâng cao tốc độ chuyển động cần thiết phải đảm bảo mối tương quan giữa quỹ đạo chuyển động và góc quay vành lái chặt chẽ hơn Trong nhiều trường hợp sự sai lầm nhỏ trong điều khiển sẽ dẫn tới mất quỹ đạo chuyển động và gây mất an toàn giao thông

Động lực học phương ngang nghiên cứu động lực học của ô tô khi có lực ngang tác dụng Lực ngang xuất hiện khi xe quay vòng, khi xe đi trên đường nghiêng, khi có gió ngang hoặc va chạm với các phương tiện khác Khi có lực ngang, phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên hai bánh xe cùng một trục thay đổi làm ảnh hưởng đến khả năng truyền lực kéo, lực phanh, thậm chí có thể gây nguy hiểm như trượt hoặc lật xe theo phương ngang Đây là một dạng tai nạn nguy hiểm không chỉ cho bản thân

ô tô mà còn cho cả các thành phần tham gia giao thông khác

Từ tình trạng trên, sinh viên thực hiện đã chọn đề tài “Khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe bus khi có tác động của lực gió ngang” Đây là hướng nghiên cứu về động

lực học ngang của ô tô bus, từ đó luận văn góp phần xây dựng một số cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá mức độ ảnh hưởng của lực khí động đến ổn định chuyển động của xe bus

Do khả năng và thời gian có hạn, luân văn không tránh được các thiếu sót, em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy để bản luân văn được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy, thầy Trịnh Minh Hoàng cùng các

thầy giáo trong Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện luận văn

Hà Nội, ngày15 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Vũ Văn Quý

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1 Tổng quan về công nghiệp ô tô Việt Nam

1.1.1 Sự phát triển ngành công nghiệp ô tô

Theo các chuyên gia kinh tế, giai đoạn phổ cập ô tô ở nước ta sẽ diễn ra vào khoảng từ 2020 - 2025 Hiện nay các doanh nghiệp sản xuất lắp ráp ôtô ở châu Âu và châu Mỹ đang dịch chuyển các nhà máy sản xuất và lắp ráp sang châu Á làm thay đổi bức tranh công nghiệp ô tô toàn cầu Như vậy, nếu Việt Nam không sản xuất được trong nước thì sẽ phải nhập khẩu ôtô để đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng Phát triển công nghiệp ô tô cần được xem là giải pháp dài hạn góp phần thực hiện mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đưa Việt Nam tham gia sâu vào chuỗi giá trị toàn cầu, có tác động lan tỏa kéo theo sự phát triển của các ngành công nghiệp có liên quan, góp phần giảm thâm hụt cán cân thương mại

Thủ tướng chính phủ đã ban hành Quyết định số 1829/QĐ-TTg vào ngày 28/10/2015, nội dung của quyết định này là phê duyệt kế hoạch hành động phát triển ngành công nghiếp ôtô và phụ tùng ôtô nhằm thực hiện Chiến lược Công nghiệp hóa của Việt Nam trong khuôn khổ hợp tác Việt Nam - Nhật Bản hướng đến năm 2020, tầm nhìn 2030 [1]

19 nhà sản xuất ôtô là thành viên của VAMA (gồm 13 doanh nghiệp liên doanh

và 6 doanh nghiệp trong nước) đang chi phối rất lớn nghành công nghiệp ôtô của Việt Nam hiện nay, họ cùng chia nhau thị trường trên 200.000 xe/năm, với nhiều chủng loại xe khác nhau Một số thương hiệu ô tô lớn trên thế giới đã có mặt tại Việt Nam như Toyota, GM, Ford, Honda, Mercedes-Benz Theo Tổng cục Thống kê [1] tính đến hết năm 2012, có 358 doanh nghiệp có liên quan đến kinh doanh, sản xuất ô tô, giải quyết gần 80.000 lao động việc làm Tuy nhiên, ngành công nghiệp ôtô ở Việt Nam chưa thực sự có nhiều đóng góp cho nền kinh tế nói chung và ngành công nghiệp nói riêng giống như các ngành kinh tế khác

Ở Việt Nam hiện nay, hàng rào thuế nhập khẩu đang bảo hộ ngành công nghiệp ôtô với mức thuế 15 – 50% Năm 2014, cả sản lượng và dung lượng thị trường đều đạt trên 120.000 xe, trong đó xe 5 chỗ chiếm 42,1% sản lượng xe sản xuất trong nước, xe tải chiếm 25,1% và các dòng xe còn lại mỗi dòng chiếm trên dưới 10% Kim ngạch xuất khẩu giai đoạn 2009 -2013 tăng trưởng bình quân đạt 28,9% Mặt hàng xuất khẩu chủ yếu là linh kiện, phụ tùng ô tô, chiếm trên 90% và thị trường xuất khẩu chủ yếu là

Nhật Bản và Hoa Kỳ Các ngành công nghiệp hỗ trợ cho công nghiệp ô tô vẫn còn kém phát triển Tỉ lệ mua phụ tùng trong nước đạt được ở mức khác nhau tùy theo chủng loại xe và nhà sản xuất (10-30% đối với xe du lịch, >30% đối với xe tải, > 40% đối với xe buýt) Công nghiệp ô tô Việt Nam hiện nay đứng trước một số vấn đề cơ bản sau:

- Thị trường trong nước vẫn còn nhỏ;

- Giá xe ở Việt Nam cao hơn so với giá xe của các nước trong khu vực;

- Lộ trình cắt giảm thuế CEPT hoàn tất năm 2018 đưa mức thuế suất về 0% đối với mọi loại xe nhập khẩu từ ASEAN tạo nên áp lực cạnh tranh rất lớn từ các nước trong khu vực

- Công nghiệp hỗ trợ cho công nghiệp ô tô vẫn chưa phát triển, nguồn nhân lực trong công nghiệp ô tô nói riêng và công nghiệp phụ trợ nói chung chưa đáp ứng được yêu cầu của doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô

- Chính sách phát triển còn thiếu đồng bộ và thường mang tính ngắn hạn, gây khó khăn cho các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp trong việc lập kế hoạch sản xuất dài hạn

Với định hướng phát triển công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô Việt Nam trở thành ngành công nghiệp quan trọng của nền kinh tế, đáp ứng được phần lớn nhu cầu trong nước và tham gia sâu vào mạng lưới sản xuất ô tô thế giới, kế hoạch hành động phát triển ngành công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô xác định từ năm 2015 thực hiện [2]:

- Điều chỉnh các loại thuế, phí và lệ phí liên quan đến ô tô

Từ năm 2015, điều chỉnh lại giá trị thuế tiêu thụ đặc biệt đối với xe sản xuất trong nước và xe nhập khẩu cho hợp lý Các chính sách thuế, phí và lệ phí lien quan đến ôtô sẽ được duy trì ổn định lâu dài với lộ trình thuế, phí nội địa ổn định trong vòng

10 năm

- Hỗ trợ sản xuất trong nước và nâng cao giá trị tạo ra trong nước

Bổ sung công nghiệp ô tô và phụ tùng vào danh mục các lĩnh vực ưu đãi đầu

tư Đơn giản hóa thủ tục xuất nhập khẩu và vận chuyển linh kiện, phụ tùng từ các nhà cung cấp chế xuất để phục vụ thị trường nội địa Giảm thuế nhập khẩu đối với các phụ tùng, linh kiện ô tô chưa sản xuất được ở trong nước và định kỳ rà soát, điều chỉnh danh mục phụ tùng, linh kiện ô tô được giảm thuế nhập khẩu Nghiên cứu, thực hiện

giải pháp, chính sách phù hợp nhằm giải quyết vấn đề chi phí sản xuất cao của ngành công nghiệp ô tô trong nước

- Phát triển công nghiệp hỗ trợ

Công nghiệp hỗ trợ là các ngành công nghiệp sản xuất nguyên vật liệu, phụ kiện, phụ tùng linh kiện, bán thành phẩm để cung cấp cho ngành công nghiệp sản xuất, chế biến, lắp ráp các sản phẩm hoàn chỉnh là tư liệu sản xuất hoặc sản phẩm tiêu dùng

Theo khảo sát của Công ty Reed Tradex (Thái Lan), ngành công nghiệp hỗ trợ của Việt Nam ngày càng phát triển và có vai trò quan trọng trong việc tham gia vào chuỗi cung ứng cũng như chuỗi giá trị toàn cầu Các công ty, tập đoàn lớn của nước ngoài đã thiết lập nhiều nhà máy chế tạo và lắp ráp tại Việt Nam Điều đó chứng tỏ họ

kỳ vọng vào việc cắt giảm chi phí vận chuyển và rủi ro, vì thế nó sẽ tạo cơ hội lớn cho các nhà cung cấp phụ tùng trong nước phát triển sản xuất

Việc phát triển công nghiệp hỗ trợ được xem là một trong những chính sách ưu tiên hàng đầu của Việt Nam nhằm thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp, góp phần đẩy nhanh quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước Tuy nhiên, thực trạng ngành công nghiệp hỗ trợ Việt Nam còn yếu và cần những chính sách phù hợp

để phát triển

Xây dựng danh mục sản phẩm công nghiệp hỗ trợ ưu tiên phát triển theo hướng tập trung, có chọn lọc hơn Đưa công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô vào danh mục các sản phẩm cơ khí trọng điểm khuyến khích phát triển Bổ sung một số linh kiện, phụ tùng ô tô vào danh mục các sản phẩm công nghệ cao

Khuyến khích các doanh nghiệp vừa và nhỏ đầu tư trang thiết bị sản xuất trong lĩnh vực công nghiệp hỗ trợ phục vụ ngành công nghiệp ôtô bằng cách bố trí nguồn vốn vay nhất định từ Quỹ phát triển doanh nghiệp với lãi suất, thời hạn vay ưu đãi và nới lỏng điều kiện thế chấp Xây dựng và cập nhật thường xuyên cơ sở dữ liệu về công nghiệp hỗ trợ và cơ khí Nghiên cứu, đề xuất phát triển các cụm liên kết (cluster) công nghiệp ô tô nhằm tận dụng sự tập trung công nghiệp hiện có của các doanh nghiệp hoạt động trong công nghiệp ô tô và định hướng rõ ràng cho những dự án, nhà đầu tư mới

- Phát triển nguồn nhân lực

Tăng cường kết nối giữa các doanh nghiệp và nhà trường, nâng cao trình độ đào tạo, nắm bắt thực trạng nguồn nhân lực công nghiệp Thực thi việc cấp giấy chứng

nhận tay nghề trong ngành công nghiệp ô tô (đặc biệt trong sản xuất phụ tùng, linh kiện) Xây dựng chương trình phát triển nguồn nhân lực công nghiệp ô tô với sự hợp tác, hỗ trợ của doanh nghiệp và tổ chức nước ngoài

- An toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng

Tổ chức diễn đàn trao đổi giữa các bên liên quan (chính phủ, doanh nghiệp, chuyên gia, tổ chức phi lợi nhuận ) để thảo luận về các vấn đề liên quan đến an toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng trong công nghiệp ô tô Thực hiện các nghiên cứu về các vấn đề an toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng trong công nghiệp ô tô

1.1.2 Chiến lược phát triển ô tô

Thủ Tướng chính phủ đã ký Quyết định số 1168/QĐ-TTg ngày 16 tháng 7 năm

2014 phê duyệt Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm

2025, tầm nhìn đến năm 2035 [2]

Tổng quát mục tiêu của chiến lược: Xây dựng ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trở thành ngành công nghiệp quan trọng, đáp ứng nhu cầu thị trường nội địa về các loại xe có lợi thế cạnh tranh, tham gia xuất khẩu, tạo động lực thúc đẩy sự phát triển của các ngành công nghiệp khác và nâng cao năng lực cạnh tranh để trở thành nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng trong chuỗi sản xuất công nghiệp ô tô thế giới

- Các chi tiết, linh kiện, quan trọng như bộ truyền động, hộp số, động cơ, thân

vỏ xe cho một vài chủng loại xe; tăng cường hợp tác với các hãng ô tô lớn để lựa chọn chủng loại phụ tùng, linh kiện mà Việt Nam có thể sản xuất để đảm nhận vai trò mắt xích trong chuỗi sản xuất - cung ứng toàn cầu, trên cơ sở đó đầu tư công nghệ tiên tiến, sản xuất phục vụ xuất khẩu

Mục tiêu năm 2020, tổng sản lượng xe đạt ~ 227.500 chiếc Năm 2025, con số này là ~ 466.400 chiếc và tới năm 2035, tổng sản lượng xe đạt ~ 1.531.400 chiếc Tỷ

lệ xe sản xuất lắp ráp trong nước lần lượt là ~ 67%, ~ 70% và ~ 78% Tổng lượng xe

xuất khẩu trong các mốc năm 2020, 2025 và 2035 là ~ 20.000 chiếc, ~ 37.000 chiếc và

~ 90.000 chiếc

Hình thành định hướng chiến lược cho một số trung tâm/cụm liên kết công nghiệp ô tô tập trung trên cơ sở tổ chức, sắp xếp lại sản xuất Đẩy mạnh hợp tác - liên kết giữa các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô, các doanh nghiệp công nghiệp hỗ trợ, các cơ sở nghiên cứu - triển khai và các cơ sở đào tạo thuộc mọi thành phần kinh tế để nâng cao hiệu quả đầu tư và tăng cường khả năng chuyên môn hóa

Một số giải pháp, chính sách thực hiện Chiến lược:

- Lựa chọn một số bộ phận quan trọng trong chuỗi giá trị cấu thành ô tô đưa vào Danh mục sản phẩm cơ khí trọng điểm

- Nghiên cứu thiết lập các điều kiện kinh doanh cần thiết đối với ô tô nhập khẩu

- Nghiên cứu, rà soát, cải cách các chính sách thuế, phí (thuế nhập khẩu xe nguyên chiếc và linh, phụ kiện; thuế tiêu thụ đặc biệt ) đảm bảo sự khải thi và ổn định lâu dài

- Nhất quán, ổn định hệ thống chính sách trong thời gian tối thiểu 10 năm, phù hợp với xu thế hội nhập để tạo sự tin tưởng đối với người tiêu dùng và nhà sản xuất, làm tiền đề cho các hoạt động đầu tư

Bắt nguồn từ mong chờ ban đầu của đa số Khách hàng Việt về những chiếc xe mang thương hiệu Việt với tiêu chí chất lượng, giá rẻ Và đến tận hôm nay, tuy mới chỉ trải qua chưa đầy 2 năm, nhưng thương hiệu xe VinFast đã đạt được những bước đi thật sự đáng ngưỡng mộ, ngày một tiến gần hơn tới chỗ đứng vững chắc trong ngành công nghiệp ôtô Bất ngờ hơn khi trong thời gian đây nhất, hãng ôtô Vinfast thực hiện

ký kết hợp đồng hợp tác cùng rất nhiều thương hiệu lớn khác

Tính từ cột mốc 02/09/2017 - Nhà máy VinFast chính thức khởi công cho đến ngày hôm nay 20/11/2019, Vinfast đã cho ra mắt các mẫu xe đẳng cấp thế giới, đi cùng niềm tự hào dân tộc, niềm tin vào nền công nghiệp ô tô nước nhà, niềm tin vào một mai không chỉ ở việt nam mà thương hiệu Vinfast sẽ vươn ra năm châu bốn biển

1.2 Tính ổn định và quỹ đạo chuyển động của ô tô

1.2.1 Tính điều khiển của ô tô

Tính điều khiển của ô tô [4] được hiểu là các phản ứng của ô tô (chuyển vị) đối với góc quay vành lái khi ô tô chuyển động trong một điều kiện nhất định (vận tốc v = const) Như thế tính điều khiển được coi là điều khiển khách quan và thay thế tác động người lái bằng các hàm góc quay vành lái

 Ổn định hệ thống là một trong những khái niệm liên quan trực tiếp đến tính điều khiển Một hệ thống ổn định hay không phụ thuộc đến quá trình quá độ, nó

ổn định nếu quá trình quá độ tắt dần theo thời gian và ngược lại, hệ thống không ổn định nếu quá trình quá độ tăng dần theo thời gian Hệ thống ở biên

ổn định nếu quá trình quá độ không đổi hoặc dao động không tắt dần Ngoài ra tính ổn định còn được đánh giá qua sự ổn định hướng chuyển động của ô tô, là một đặc tính của ô tô giữ được hướng chuyển động theo góc quay vành lái khi chịu tác động của các lực và mô men ngoại cảnh

1.2.2 Vấn đề an toàn giao thông và quỹ đạo chuyển động

Mặt đường thường giới hạn sự chuyển động của ô tô [4] Sẽ rất dễ mất an toàn giao thông nếu ô tô mất sự ổn định điều khiển Vì vậy việc đảm bảo quỹ đạo chuyển động của ô tô theo đường cong mặt đường là một yếu tố nhằm đảm bảo an toàn giao thông

Sự chuyển động của ô tô trên đường đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạo phức tạp, người lái luôn luôn điều chỉnh góc quay vành lái Khi nâng cao tốc độ chuyển động cần thiết phải đảm bảo mối tương quan giữa quỹ đạo chuyển động và góc quay vành lái chặt chẽ hơn Trong nhiều trường hợp sự sai lầm nhỏ trong điều khiển sẽ dẫn tới mất quỹ đạo chuyển động và gây mất an toàn giao thông Chẳng hạn khi đi trên đường vòng ở tốc độ cao gặp chướng ngại vật, phanh xe quá gấp dẫn đến bó lết các bánh xe làm mất khả năng điều khiển hoặc gia tốc hướng tâm tăng lên đột biến dẫn tới trượt bên các bánh xe gây va chạm, thậm chí lật xe

1.3 Các tiêu chí đánh giá dao động

Dao động và mất an toàn động lực học (suy giảm khả năng bám đường) cũng là các vấn đề cần thiết phải quan tâm trong quá trình đánh giá chất lượng xe Để đánh giá ảnh hưởng dao động của xe có nhiều tiêu chí đánh giá Trước đây, người ta đưa ra 2

chỉ tiêu là độ êm dịu và tải trọng động, các chỉ tiêu này tượng trung cho sự ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chi tiết

Để bắt kịp với sự phát triển, tiên tiến của khoa học, con người đã có nhiều nhận thức mới về ảnh hưởng dao động điều đó cũng kéo theo sự xuất hiện các chỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng dao động mới là: Chỉ tiêu về độ êm dịu; chỉ tiêu về tải trọng động; chỉ tiêu về không gian thiết kế hệ thống treo

1.3.1 Chỉ tiêu về độ êm dịu

Chỉ tiêu về độ êm dịu được đánh giá bởi chỉ tiêu đối với hành khách và chỉ tiêu đối với hàng hóa khi chuyên chở trên xe

Độ êm dịu khi xe chuyển động là chỉ sự cảm nhận chủ quan của người ngồi trên

xe về dao động của xe Ngưỡng chủ quan của độ êm dịu là cảm giác của nhiều nhóm người khác nhau trong đó có đông đảo các nhà khoa học trong ngành cơ kỹ thuật, y tế, bảo hiểm lao động, kỹ thuật chống rung, chống ồn được trắc nghiệm nhận định Các nhà khoa học chỉ ra rằng, dao động có ảnh hưởng xấu đến người và hàng hoá, đặc biệt làm giảm khả năng điều khiển của lái xe

Để đánh giá chỉ tiêu về độ êm dịu cho hành khách có Tiêu chuẩn quốc gia VDI -

2537 của Hiệp hội kỹ sư Đức VDI và tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 [5] được Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế chấp nhận Độ êm dịu chuyển động được đặc chưng bởi rất nhiều

thông số vật lý cũng như là cảm giác của con người Trong thực tiễn, người ta đưa ra khái nệm cường độ dao động KB và được thể hiện trên một số các trị số sau:

+ KB = 20 giới hạn êm dịu

+ KB = 50 giới hạn điều khiển

+ KB = 125 giới hạn gây bệnh lý

- Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá:

Khi nghiên cứu ảnh hưởng của dao động với đường và trên cơ sở chỉ tiêu về an

toàn hàng hoá mà Hiệp hội đóng gói Đức BFSV nêu ra Trên cơ sở đó, Mitschke đề ra

ngưỡng cho an toàn hàng hóa như sau:

+ zmax  3 / m s2 giới hạn cảnh báo

+ zmax  5 / m s2 giới hạn can thiệp

Giới hạn cảnh báo, là mức mà (theo Mitschke [6]) tại đó hệ thống treo hoặc đường

xá đã hỏng đến mức phải có kế hoạch tu bổ, sửa chữa

Giới hạn can thiệp, là mức mà (theo Mitschke) tại đó đường đã hỏng nặng, cần phải sửa chữa ngay

1.3.2 Chỉ tiêu về tải trọng động

Chỉ tiêu về tải trọng động được đánh giá theo chỉ tiêu về độ bền chi tiết; chỉ tiêu

về mức độ phá đường và chỉ tiêu về an toàn động lực học

Chỉ tiêu tải trọng động được đặc trưng bởi tải trọng động của cầu xe, nhiều mô hình không xác định được yếu tố này Để xác định được chỉ tiêu tải trọng động trong

mô hình, chúng ta phải xác định được phản lực từ đường lên bánh xe

Trong đó:

- Tải trọng động cực đại ( ) làm giảm tuổi thọ chi tiết, gây tổn hại cho đường

- Hệ số áp lực đường w đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động với đường

 Chỉ tiêu về độ bền chi tiết

Hệ số tải trọng động cực đại được xác định như sau:

, max

,

max( )

2,5

z d d

z st

F k

 Chỉ tiêu về mức độ thân thiện với đường

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam nói riêng và toàn thế giới nói chung đang có một sự phát triển mạnh mẽ, ôtô ngày càng có tải trọng lớn, mạng lưới đường xá, cầu cầu cống giao thông cũng phát triển tỉ lệ thuận với sự phát triển ngành công nghiệp ô

tô, có nghĩa là hệ thống cầu đường giao thông Việt Nam được nâng cấp, củng cố tiệm cận với tiêu chuẩn Quốc tế Các nhà khoa học của Anh, Mỹ và một số nước phát triển

đã nêu vấn đề nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ôtô đối với cầu và đường giao thông khá toàn diện Người ta thấy rằng mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô đến cầu

và đường tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe với đường Những nhà khoa học đã đưa ra khái niệm Road strees Coeficient, tạm gọi là hệ số áp lực đường w, là hệ số có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động ôtô đối với cầu và đường [7]

Theo các nhà nghiên cứu, công thức xác định hệ số áp lực đường w như sau:

và được tính bằng công thức sau

, min

, 1

( )

i

z st i

: giới hạn cảnh báo

: giới hạn can thiệp

1.3.3 Chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo

Để chỉ ra khả năng chọn độ võng tĩnh và độ võng động cũng như việc xác lập vị trí đặt vấu hạn chế hành trình treo đó là chỉ tiêu về không gian bố trí hệ thống treo

Lực cản không khí chính diện làm tăng tổng lực cản chuyển động của ô tô, từ

đó làm gia tăng mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô, đặc biệt là ở vận tốc cao do lực cản này tỉ lệ với bình phương vận tốc chuyển động của ô tô Lực nâng có thể giảm khả năng bám đường, đặc biệt khi xe chuyển động ở vận tốc cao Lực ngang trong trường hợp gió lớn có thể gây mất ổn định chuyển động của ô tô Các mô men cũng gây ảnh hưởng trực tiếp tới an toàn chuyển động của ô tô

Để giảm tối đa những ảnh hưởng xấu nêu trên, cần có những nghiên cứu sâu về khí động học Với xe khách cỡ lớn cần quan tâm đặc biệt đến sự ổn định do lực ngang

và các momen gây ra trong trường hợp gió ngang lớn

1.4.1 Khí động học và các thông số đặc trưng

Đối tượng nghiên cứu của khí động học là dòng chảy quanh một vật cản đang chuyển động Bằng phương pháp Ơ le với hệ tọa độ gắn với vật, người ta coi một vật chuyển động với vận tốc V trong môi trường không khí tĩnh tương đương với vật đứng yên trong dòng khí có vận tốc V

Hình 1.1 Các lực và momen khí động tác động trên xe khách

Với ô tô khi chuyển động trên đường có các lực khí động: lực cản, lực nâng, lực

ngang và các momen theo các phương dọc, ngang, đứng như minh họa hình 1.1

Trong nghiên cứu khí động có 3 thông số quan trọng đặc trưng cho dòng chảy không khí là số Reynolds, Mach, Strohal

U



Trong đó

U: vận tốc của dòng khí

f : tần số dao động của dòng khí

L : chiều dài của vật thể

: độ nhớt động lực học của chất lỏng

 : khối lượng riêng của dòng khí

khí cách xa vật chuyển động và không chịu ảnh hưởng của vật này

gọi là dòng chảy dưới âm với môi trường không chịu nén Vì vậy, trong các tính toán khí động học ô tô, để đơn giản hóa bài toán người ta thường giả thiết là không khí không chịu nén

1.4.2 Lực cản không khí

và cản do chênh áp Fca, do vậy Cx cũng được chia thành hai thành phần tương ứng:

Cx = Cms + Cca

Nếu như thành phần cản do ma sát phụ thuộc chủ yếu vào độ nhám bề mặt của

vỏ xe thì thành phần cản do chênh áp lại phức tạp hơn rất nhiều Nó phụ thuộc chủ yếu vào hình dạng khí động học của vật cản

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, ô tô nói chung và ô tô khách cỡ lớn nói riêng có hình dạng khí động học được coi là không tốt, nên chúng phải chịu lực cản khí động rất lớn Trong đó, thành phần cản do chênh áp vẫn chiếm phần lớn, vì vậy muốn giảm lực cản thì biện pháp hợp lý nhất là cải thiện hình dáng khí động học của vỏ xe

Khi chiếc xe di chuyển, phần đuôi hình vuông sẽ tạo nên một vùng chân không

do hình thành dòng không khí chuyển động hỗn loạn và xoáy Áp suất lớn phía đầu, cộng với áp suất chân không phía đuôi xe sẽ tăng cường đáng kể lực cản không khí, làm chiếc xe phải sinh nhiều công hơn

1.4.3 Lực nâng khí động

Theo lý thuyết khí động học, khi xe con chuyển động, luồng không khí phía trên mui xe di chuyển với quãng đường dài hơn luồng không khí phía bên dưới gầm

xe, phía trước nhanh hơn phía sau nên theo nguyên lý Bernoulli, vận tốc khác nhau của dòng khí sẽ phát sinh chênh lệch áp suất tạo nên lực nâng xe lên làm giảm sức bám mặt đường của lốp Cũng như lực cản, lực nâng tỷ lệ với diện tích mặt sàn xe, với bình phương vận tốc và hệ số nâng (Cl) – hệ số này phụ thuộc hình dạng của xe Ở tốc độ cao, lực nâng có thể tăng quá mức và gây ảnh hưởng rất xấu đến sự chuyển động của

xe Lực nâng tập trung chủ yếu ở phía sau, nếu lực nâng quá lớn, các bánh xe phía sau

sẽ bị trượt, và như vậy rất nguy hiểm, nhất là khi xe chạy ở tốc độ cao Trên xe con để giảm giá trị lực nâng mà không ảnh hưởng quá nhiều đến lực cản, các nhà chế tạo đã lắp một cánh gió phía đuôi xe [8]

Về bản chất, cánh gió là 1 tấm cản, có tác dụng hướng phần lớn luồng không khí trên mui xe thoát thẳng ra phía sau mà không quẩn trở lại, vì thế, làm giảm lực nâng đáng kể hoặc thậm chí phát sinh lực nén trong khi lực cản chỉ tăng một lượng rất

bé

Nếu tăng góc độ của cánh thì có thể làm tăng lực nén thậm chí tới 1000N Khi

đó, chỉ có một luồng không khí rất nhỏ chạy ra phía sau và quẩn dưới đuôi cánh Như vậy cánh đã làm giảm đáng kể sự nhiễu loạn không khí xuất hiện ở chiếc xe không có

dạng fastback, và đã loại trừ được lực nâng, xe chỉ còn chịu lực cản

Xét trong trường hợp xe khách cỡ lớn, chênh lệch quãng đường dòng không khí

di chuyển trên nóc xe và dưới gầm xe là không đáng kế Hơn nữa, xe khách cỡ lớn chuyển động với tốc độ cao thường được lắp cánh phía đuôi xe Kết quả khi xe khách chuyển động ở tốc độ cao, dòng không khí sẽ ép xuống cánh phía đuôi xe, gây ra lực

ép lên xe, giữ cho xe bám đường tốt hơn [8]

1.4.4 Lực khí động ngang

Với xe con, diện tích theo phương ngang của xe không lớn do đó lực ngang thường không đáng kể so với lực cản Tuy nhiên với xe khách cỡ lớn, diện tích theo phương ngang của vỏ xe là rất lớn do đó giá trị của lực ngang là rất đáng kể so với lực cản Khi xe chuyển động với tốc độ cao trong trường hợp gió ngang lớn, đặc biệt khi gió bão lớn thì giá trị lực ngang khi đó là lớn so với lực cản, lực ngang này có thể gây mất ổn định hướng, cũng như mất ổn định lật với sự chuyển động của ô tô Ngoài ra, khi ô tô quay vòng hoặc chuyển làn, lực khí động tạo nên một thành phần tác động theo phương ngang, gây ảnh hưởng đến ổn định chuyển động Khi xét đến ảnh hưởng

của lực khí động ngang thì bài toán động lực học của ô tô khi chuyển động là rất phức tạp, tuy nhiên vì yêu cầu thực tiễn của bài toán ổn định (vận tốc xe ngày càng cao, thường xuyên xuất hiện gió bão trong quá trình chuyển động) nên vấn đề ổn định của

xe trong điều kiện gió ngang vẫn đang thu hút được rất nhiều sự chú ý của các nhà khoa học trên thế giới

1.4.5 Các thông số đánh giá sự ổn định của chuyển động liên quan đến gió ngang

Khi xe chuyển động trong điều kiện gió ngang, các lực và momen khí động sinh

ra sẽ làm thay đổi một số thông số động học, động lực học của xe Trong các nghiên cứu của mình, các nhà khoa học thường tính toán một số thông số để đánh giá sự ổn định chuyển động: độ lệch quỹ đạo, độ lệch góc bánh xe dẫn hướng, gia tốc bên, độ nghiêng thân xe

Giá trị độ lệch quỹ đạo trong nghiên cứu của tác giả TRISTAN FAVRE [33]

Hình 1.2 Đồ thị độ lệch quỹ đạo trong nghiên cứu của TRISTAN FAVRE

Giá trị góc lệch bánh xe dẫn hướng trong nghiên cứu của Youhanna William [31]

Hình 1.3 Đồ thị góc lệch bánh xe dẫn hướng trong nghiên cứu của Youhanna William

Giá trị gia tốc ngang trong nghiên cứu của Milan Batista [3]

Hình 1.4 Đồ thị gia tốc ngang trong nghiên cứu Milan Batista

1.4.6 Mức độ ảnh hưởng của gió ngang đến ổn định chuyển động

Tác giả Milan Batista [9] đã tính độ lệch của đầu xe tải là 0,34 m; độ lệch của thùng xe tải là 0,8 m khi xe quay vòng Giá trị này nằm trong vùng nguy hiểm, để xe

ổn định trở lại tác giả đã tính toán rằng người lái phải đánh lái một góc khoảng 150

trong thời gian dưới 0,5 giây

Tác giả Youhanna William [10] đã chỉ ra rằng với vận tốc gió ngang lớn hơn giá trị 10 m/s sẽ làm xe vi phạm làn đường Để xe không vi phạm làn đường cần có sự tác động của người lái

Hình 1.5 Biên độ dao động theo phương thẳng đứng tại các bánh xe

Tác giả Xiaoyu Zhang [11] đã tính ra sự dao động theo phương thẳng đứng tại các bánh xe trong điều kiện gió ngang Đây là dữ liệu đầu vào quan trọng trong việc điều khiển hệ thống lái, cũng như các hệ thống ổn định trên các xe hiện đại (hình 1.5)

Từ một số kết quả đã được nghiên cứu kể trên có thể nhận thấy rằng, khi tốc độ gió càng lớn thì nguy cơ mất ổn định của xe ngày càng tăng lên: xe bị nghiêng ở vùng nguy hiểm, vi phạm làn đường chuyển động Mặt khác việc tính toán một số thông số động học, động lực học khi xe chuyển động trong điều kiện gió ngang như phản lực thẳng đứng tại các bánh xe, dao động theo phương thẳng đứng tại các bánh xe, góc nghiêng thân xe, cũng rất quan trọng Vì các giá trị này liên quan trực tiếp đến việc điều khiển hệ thống lái, cũng như các hệ thống điều khiển ổn định đã được trang bị trên ô tô hiện nay

1.5 Các dạng mất ổn định ngang

An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ô tô là chỉ tiêu hàng đầu trong việc đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng Để nâng cao tính an toàn chuyển động nhất thiết phải đề cập đến động lực học chuyển động ngang của ô tô

Động lực học phương ngang nghiên cứu động lực học của ô tô khi có lực ngang tác dụng Lực ngang xuất hiện khi xe quay vòng, khi xe đi trên đường nghiêng, khi có gió ngang hoặc va chạm với các phương tiện khác

Khi có lực ngang, phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng lên hai bánh xe cùng một trục thay đổi làm ảnh hưởng đến khả năng truyền lực kéo, lực phanh, thậm chí có thể gây nguy hiểm như trượt hoặc lật xe theo phương ngang Đây là một dạng tai nạn nguy hiểm không chỉ cho bản thân ô tô mà còn cho cả các thành phần tham gia giao thông khác Vì vậy, nghiên cứu động lực học ngang ô tô là cần thiết trong thời điểm hệ thống giao thông chưa hoàn chỉnh do còn nhiều đoạn giao cắt và mật độ giao thông lớn Kết quả nghiên cứu hướng đến làm đầu vào cho các hệ thống điều khiển ổn định ngang hoặc làm tín hiệu cảnh báo cho người lái Để làm được việc đó, cần phải

xác định được các trạng thái mất ổn định ngang bằng các tiêu chí đánh giá

Khi chuyển động, ô tô chịu các tác động từ người lái, tác động của đường và ngoại cảnh, bao gồm:

- Tác động của người lái: Gia tốc, phanh, quay vòng;

- Tác động của đường: Liên kết lốp đường được thể hiện qua hệ số bám và biên dạng đường;

- Tác động ngoại cảnh: Ô tô chịu tác động lực gió phương ngang khi chuyển động, đặc biệt trong trường hợp chuyển động với vận tốc cao

Với các tác động như vậy, ô tô thường bị mất ổn định ngang Có hai dạng mất

ổn định ngang là: Mất ổn định hướng và mất ổn định lật ngang

Nguyên nhân gây ra mất ổn định hướng thường là các bánh xe bị trượt ngang do phanh gấp hoặc do gia tốc lớn khi đi trên đường có hệ số bám thấp Khi bị mất ổn định hướng, người lái khó có thể điều khiển hướng chuyển động của xe theo mong muốn

Mất ổn định lật ngang xảy ra do xe va chạm với lề đường, các phương tiện, chướng ngại vật khác hoặc do thay đổi đột ngột một bên mặt đường (ổ trâu, ổ gà) Sự

va chạm với các đối tượng này cùng với các chuyển động của xe sẽ sinh ra mô men gây lật ngang lớn làm xe mất ổn định lật ngang rất nhanh Sự va chạm xảy ra do nhiều nguyên nhân, trong đó chủ yếu là các phương tiện vi phạm làn đường di chuyển Sự vi phạm làn đường lại do sự mất ổn định hướng gây ra Nếu đường có hệ số bám thấp, dù gia tốc ngang không lớn, xe sẽ trượt ngang và vấp phải lề đường, xe có thể bị lật Khi phanh, nhất là trên đường vòng, các bánh xe có thể bị bó cứng và lực ngang có thể giảm mạnh, xe có thể bị trượt, chạm lề đường và gây lật Nếu đường có hệ số bám cao, khi xe quay vòng ở vận tốc lớn, khi đó gia tốc ngang sẽ lớn và có khả năng bám ngang tốt nên xe không bị trượt ngang mà chỉ có thể bị lật do quán tính Trạng thái mất ổn định lật ngang này là do chuyển hướng khi xe chuyển động với gia tốc ngang lớn, chiều cao trọng tâm lớn trên đường có hệ số bám cao

Đối với vấn đề mất ổn định lật, một số nghiên cứu của Fancher và Mathew chỉ

ra SRT của ô tô là 0.38g; El-Gindy là 0.4g sai số +/- 5% ở Canada Cũng có những nghiên cứu cố gắng đưa ra quan hệ giữa thông số kết cấu của xe và các thống kê về lật

từ các tai nạn Nalecz [12] đưa ra hàm RPER là một hàm dựa trên cân bằng năng lượng RPER là hiệu của năng lượng cần thiết gây lật lại vị trí bị chặn và năng lượng

do mô men sinh ra là do lực trọng trường Winkle [13] nghiên cứu xác định RAR và chỉ ra trị số đó nhỏ hơn 0.2 khi vận tốc chạy 88 km/h Macadam [14] xác định quan hệ giữa ổn định hướng và ổn định lật của xe tải nặng

Đối với vấn đề ổn định quỹ đạo, một số mô hình động học ổn định hướng của

xe đã nghiên cứu trong thời gian qua của các tác giả như: Schmid [15] đã nghiên cứu

lý thuyết về ổn định lái, đặc trưng bởi một mô hình tuyến tính, mô tả chuyển động của

ô tô với hai tọa độ suy rộng Phương trình chuyển động đưa ra hướng tới tổ hợp ảnh

hưởng của phanh và tăng tốc, cũng như điều kiện mất ổn định rút ra từ các phương trình đặc trưng Leucht [16] trình bày mô hình xe với đặc tính lốp phi tuyến Lực ngang của lốp được xác định phi tuyến bậc hai với góc lệch bánh xe và phản lực lốp Laurien [17] khảo sát cả lý thuyết và thực nghiệm về ổn định hướng của xe vào những năm 1950

Công trình nghiên cứu với đề tài “Trajectory Planning for a Steering Vehicle” của Danwei Wang Feng Qi [18] thuộc trường Đại học Nanyang Singapor (26/5/2001) Tuy nhiên trong công trình này tác giả chỉ đưa ra được một mô hình đơn giản, chưa xây dựng được mô hình lốp, chưa tính đến được ảnh hưởng của hệ

Four-Wheel-số bám cũng như độ trượt của xe “Dynamic Trajectory Planning with Dynamic Constraints State –Time Space Approach” của nhóm tác giả trường Đại học Yokohama Nhật Bản năm 1993 [19] Với công trình này, mô hình tính toán đã được

mở rộng hơn với mô hình 1/2 và đặc biệt hơn nữa là mô tả quỹ đạo chuyển động của

xe trong không gian với không gian trạng thái gần đúng Juey-Fu và Hsuan-Chih [20]

có nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số hình học của đường đến quá trình ổn định quỹ đạo khi quay vòng ở tốc độ thấp Nghiên cứu xác định hành lang di chuyển của xe bằng các phương pháp tính toán hình học với giả thiết xe đi với tốc độ thấp, coi như bánh xe không bị trượt Jihan Ryu [21] có nghiên cứu động lực học ô tô có tích hợp GPS để xác định vị trí của xe trên đường từ đó để có các hướng điều khiển hướng cho phù hợp nhằm tăng tính năng an toàn chuyển động cho ô tô

Qua một số mô hình nghiên cứu về ổn định hướng, ổn định lật ngang và vấn đề

ổn định quỹ đạo chuyển động ở trên thấy rằng, mỗi một nghiên cứu lại lựa chọn các chỉ tiêu, dấu hiệu riêng để đánh giá Với ngưỡng chuyển động an toàn trong khả năng không vi phạm làn đường có thể đề xuất phương pháp cảnh báo cho người lái có biện pháp ứng phó phù hợp hoặc làm thông số đầu vào cho các hệ thống điều khiển ổn định động lực học của xe làm giảm khả năng bị mất ổn định ngang và tăng tính năng an toàn khi chuyển động là cần thiết

Để nghiên cứu động lực học ngang của ô tô nói chung và ô tô bus 45 chỗ nói riêng, cần thiết phải xây dựng mô hình mô tả các trạng thái động lực học của xe trong điều kiện sử dụng thực tế Mô hình cần thiết phải mô tả được cấu trúc của ô tô và cho phép khảo sát được ảnh hưởng của các thông số kết cấu và sử dụng đến ổn định hướng chuyển động của ô tô

1.6 Mô hình nghiên cứu dao động và ổn định chuyển động

Một mô hình đầy đủ thường có các khối lượng:

+ Khối lượng được treo: Thân xe

+ Các khối lượng không được treo: Các bánh xe

Liên kết giữa khối lượng không được treo và khối lượng được treo là hệ thống treo, gồm 3 bộ phận:

+ Bộ phận đàn hồi nối khung vỏ với bánh xe, tiếp nhận lực thẳng đứng tác dụng

từ khung vỏ tới bánh xe, có cấu tạo chủ yếu là chi tiết đàn hồi kim loại (nhíp, lò xo xoắn, thanh xoắn) hoặc khí, thủy khí Khi xe đi qua các mấp mô mặt đường, tác động

từ mấp mô thông qua bánh xe tác động lên bộ phận đàn hồi của hệ thống treo và gây ra dao động

+ Bộ phận giảm chấn có vai trò dập tắt dao động bằng cách biến năng lượng dao động thành nhiệt năng tỏa ra ngoài, trong đó việc biến năng lượng dao động thành nhiệt năng được thực hiện nhờ ma sát Trên ô tô, giảm chấn là loại giảm chấn thủy lực, khi xe dao động chất lỏng trong giảm chấn được piston giảm chấn dồn từ buồng này qua buồng khác qua lỗ tiết lưu Ma sát giữa chất lỏng với thành lỗ tiết lưu và giữa các lớp chất lỏng với nhau thành nhiệt nung nóng vỏ giảm chấn và tỏa ra ngoài

+ Bộ phận hướng đảm bảo động học bánh xe tức đảm bảo cho bánh xe chỉ dao động trong mặt phẳng thẳng đứng và làm nhiệm vụ truyền lực dọc , ngang và momen

giữa khung vỏ với bánh xe

Chúng ta xét đặc trưng của hệ thống treo bởi độ cứng của bộ phận đàn hồi và độ cản giảm chấn

Khối lượng không được treo là phần tử liên kết đường với thân xe Xét về mặt dao động theo phương thẳng đứng, thân xe có ba hệ toạ độ suy rộng có ý nghĩa là chuyển động theo phương thẳng đứng, chuyển động lắc dọc, chuyển động lắc ngang Khi khảo sát dao động ô tô trong không gian thường sử dụng các mô hình dao động tương đương của ôtô thay cho mô hình vật lý thực Việc thiết lập và lựa chọn các

mô hình dao động tương đương của ô tô phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, khả năng tính toán và phương tiện tính toán Trong phần tổng quan, tác giả chỉ đưa ra một số loại mô hình đặc trưng với mục đích có một cách nhìn tổng quan

về lập mô hình

1.6.1 Mô hình ¼

Mô hình 1/4 là mô hình được xây dựng chỉ có 1 hệ thống treo, 1 bánh xe và phần khối lượng được treo là khối lượng đặt lên hệ thống treo nghiên cứu Ứng dụng của

mô hình này có thể nghiên cứu đặc tính của hệ thống treo, lốp và các nghiên cứu khác

Mô hình 1/4 bao gồm khối lượng được treo m thay thế cho khối lượng thân xe và khối lượng không được treo mA thay thế cho khối lượng bánh xe, cầu xe và thành phần liên kết Phần treo và không được treo liên kết với nhau thông qua các phần tử đàn hồi của treo và giảm chấn, có độ cứng là C và hệ số giảm chấn là K (Hình 1.6)

Hình 1.6 Mô hình 1/4

Quá trình nghiên cứu trong mô hình 1/4 chỉ xét dao động của một trong bốn bánh xe, dao động của hệ là nhỏ, tuyến tính, bánh xe luôn tiếp xúc với đường và lăn không trượt

Mô hình 1/4 thường được dùng để chọn tối ưu các thông số như độ cứng lốp, khối lượng không được treo mA, độ cứng C và hệ số giảm chấn K

1.6.2 Mô hình 1/2 theo phương dọc

Mô hình 1/2 nghiên cứu dao động trong mặt phẳng dọc vuông góc với mặt đường

và đi qua trọng tâm xe, khảo sát dao động liên kết của ô tô hoặc dao động của các cầu



Z m

K

h

m C

xe Hai hệ thống treo trái và phải được quy về thành một, hai lốp trái và phải cũng quy

về thành một

Trên hình 1.7 là mô hình động lực học biểu thị dao động liên kết ô tô 2 cầu ở dạng mô hình phẳng Mô hình này nghiên cứu dao động trong mặt phẳng dọc vuông góc với mặt đường và đi qua trọng tâm của xe Hai hệ thống treo bên trái và bên phải

xe được quy về thành một Tương tự, hai bánh xe bên trái và phải cũng được quy về thành một Nhấp nhô mặt đường được thể hiện bằng các hàm h1 và h2

1

1

1 1

lệch trung bình là 2 Khi đó mô hình quay vòng được đơn giản hóa thành mô hình một dãy Hình 1.8

Hình 1.8 Mô hình quay vòng 1/2

1.6.4 Mô hình không gian

Mô hình không gian nghiên cứu dao động của toàn xe

Mô hình không gian là mô hình tổng thể của xe bao gồm một khối lượng được treo được mô tả như một tấm phẳng cứng tuyệt đối Đối với hệ thống treo độc lập, các khối lượng không được treo được mô tả như các chất điểm Đối với hệ thống treo phụ thuộc, khối lượng không được treo trước và sau được mô tả như một thanh phẳng Mô hình không gian cũng có thể dùng để nghiên cứu xe nhiều cầu có kết cấu vỏ chịu lực như xe tăng, xe bọc thép

1.7 Các nguồn kích thích ô tô dao động và mất ổn định

Khi chuyển động trên đường có rất nhiều nguồn kích thích ô tô dao động Có thể kể ra một số nguồn kích thích như:

+ Độ nghiêng, biên dạng mấp mô của mặt đường: Chuyển động của ô tô trên mặt đường không bằng phẳng sẽ sinh ra các dao động của khối lượng phần không được treo và khối lượng phần được treo của ô tô Độ mấp mô của mặt đường là nguồn kích thích chính cho ô tô dao động

+ Tác động của các yếu tố ngoại cảnh như gió ngang, gió dọc

Khi xe chuyển động trên đường, gió ngang tác động vào thân xe gây ra 1 lực Trong trường hợp lực đủ lớn có thể làm thay đổi hướng chuyển động của xe, từ đó gây thay đổi quỹ đạo vận hành của xe

Một số trường hợp khi xe di chuyển trên đường nghiêng, cộng với ảnh hưởng của lực gió ngang, khi đó lực bám giảm, lực bên tăng có thể dẫn đến hậu quả chiếc xe bị lật ngang

+ Kết cấu ô tô: Sự phân bố khối lượng, độ lệch tâm, hình dạng không đồng đều của bánh xe, độ không cân bằng của các bánh xe, tình trạng lốp và sự dao động của các chi tiết chuyển động quay của động cơ, hệ thống truyền lực…

+ Điều kiện vận hành: Trong quá trính vận hành, nguồn kích thích ô tô dao động có tác động rất lớn đó là ảnh hưởng của quá trình phanh, gia tốc, quay vòng Có thể thấy rằng, ngày nay mật độ xe rất lớn và điều kiện đường xá chật hẹp không kịp thay đổi so với sự tăng nhanh của số lượng xe tham gia giao thông, do đó thời gian người lái xe tác động vào hệ thống phanh, gia tốc, quay vòng chiếm một khoảng thời gian rất lớn trong thổng thời gian xe chuyển động trên đường Điều này dẫn đến sự ảnh hưởng của điều kiện vận hành tới dao động của ô tô là rất đáng kể

Hàm kích động là một yếu tố thuộc mô hình dao động, mô tả những yếu tố gây dao động và thường được mô tả dưới dạng các hàm biên dạng sau:

+ Kích thích dạng bậc với biên độ ho

+ Hàm điều hòa: h = hosint

+ Hàm xung;

+ Hàm dao động ngẫu nhiên

Như vậy, ngoài mấp mô của đường là yếu tố chính gây dao động, còn có các yếu tố gây dao động khác mà ta có thể kể ra như sau: Gió ngang, gió dọc, góc quay vòng, độ nghiêng của đường, điều kiện vận hành, kết cấu ô tô Trong khi nghiên cứu hoặc là riêng về từng yếu tố một, hoặc đồng thời một số yếu tố kết hợp Trong phạm vi

đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu yếu tố gây ảnh hưởng đến mất ổn định chuyển động do lực khí động Đó là một số yếu tố hình thành lực ngang tác dụng lên ô tô

1.8 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu

1.8.1 Mục tiêu nghiên cứu

Từ những nghiên cứu tổng quan ở trên, luận văn đề ra các mục tiêu nghiên cứu

cụ thể như sau:

- Xây dựng mô hình động lực học không gian của xe bus 45 chỗ với các yếu tố tác động như điều khiển của người lái (vận tốc xe, góc đánh lái) và các yếu tố môi trường (gió, mấp mô mặt đường);

- Khảo sát ảnh hưởng của lực khí động đến ổn định chuyển động của xe bus

1.8.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là xe bus 45 chỗ THACO BUS HB120-SL Đây là dòng xe bus liên tỉnh được Công ty ô tô Trường Hải sản xuất, lắp ráp trong nước, do đó được chọn làm đối tượng nghiên cứu

1.8.3 Phương pháp nghiên cứu

Luận văn áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết bằng mô hình và ứng dụng phần mềm Matlab Simulink trong tính toán mô phỏng và khảo sát

1.8.4 Phạm vi nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của lực khí động đến tính ổn định chuyển động của xe Kết quả khảo sát làm cơ sở cho các bài toán điều khiển và cảnh báo trong điều kiện sử dụng thực tế

1.8.5 Nội dung của luân văn

Ngoài lời nói đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, nội dung nghiên cứu chính của luận văn được chia thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan;

Chương 2: Xây dựng phương trình động lực học đánh giá ảnh hưởng của lực khí động đến ổn định chuyển động của xe bus

Chương 3: Khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của lực khí động đến ổn định

chuyển động của xe bus

1.8.6 Kết luận chương I

Chương 1 đã trình bày các nghiên cứu tổng quan liên quan đến mục tiêu nghiên cứu của đề tài Trong các chương tiếp theo sẽ trình bày về cơ sở lý thuyết và lập mô hình động lực học, từ đó khảo sát và đánh giá ảnh hưởng của lực gió đến ổn định chuyển động của xe bus

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ĐỂ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC GIÓ ĐẾN ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUS

2.1 Phương pháp xây dựng mô hình

Mô hình để đánh giá ảnh hưởng của lực gió đến ổn định chuyển động của xe bus được xây dựng trên cơ sở mô hình động lực học của xe bus 2 cầu Sử dụng mô hình động lực học có thể xác định được quỹ đạo chuyển động và có thể đánh giá khả năng mất ổn định của ô tô dưới ảnh hưởng của lực gió theo các phương Việc thiết lập hệ phương trình mô tả động lực học ô tô có thể sử dụng nhiều phương pháp tùy theo mức độ và các thông số cần tính toán Trong nghiên cứu này sử dụng phương pháp tách cấu trúc

hệ nhiều vật để thiết lập mô hình động lực học Để xây dựng mô hình động lực học ô

tô theo phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật, các bước cơ bản cần thực hiện bao gồm:

 Phân tích cấu trúc ô tô và đặt các giả thiết;

 Tách vật, đặt lực và mô men lên từng vật;

 Thiết lập hệ phương trình vi phân;

Sau khi giải hệ phương trình vi phân, từ các kết quả thu được cho phép đánh giá ảnh hưởng của lực khí động đến tính ổn định chuyển động của xe bus Sau đây là các nội dung của từng bước cụ thể

2.2 Phân tích cấu trúc ô tô và các giả thiết

Kết cấu xe bus phức tạp, có đặc điểm là khung vỏ chịu lực, hệ treo phụ thuộc ở

cả các cầu xe trước và sau Trong thực tế, cấu trúc liên kết giữa các vật (các khối lượng được treo, khối lượng không được treo, bánh xe, mặt đường) là phi tuyến Tuy nhiên, trong nghiên cứu này mục tiêu là chỉ nghiên cứu ảnh hưởng tác động của lực gió đến ổn định chuyển động của xe, do đó đã sử dụng một số liên kết, ràng buộc cứng giữa các vật Luận văn sử dụng các giả thiết sau trong quá trình mô tả động lực học của xe bus:

1 Mô hình động lực học không gian;

2 Mô hình xe bus 45 chỗ có 2 trục (cầu sau chủ động) là đối xứng theo trục dọc của xe;