Xây dựng mô hình xác định hành lang an toàn chuyển động khi quay vòng của xe bus lắp ráp tại việt nam

Xây dựng mô hình xác định hành lang an toàn chuyển động khi quay vòng của xe bus lắp ráp tại Việt NamTổng quan về công nghiệp ô tô Việt Nam; tính điều khiển, vấn đề an toàn giao thông và quỹ đạo chuyển động; các dạng mất ổn định ngang ô tô; mô hình nghiên cứu dao động; các nguồn kích thích ô tô dao động. Xây dựng mô hình động lực học xác định quĩ đạo chuyển động của xe bus giường nằm. Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến hành lang an toàn chuyển động của xe bus khi qua...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

- -

BÙI PHÚ BAN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH HÀNH LANG

AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG KHI QUAY VÒNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH MINH HOÀNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên tác giả luận văn : Bùi Phú Ban

Đề tài luận văn: Xây dựng mô hình xác định hành lang an toàn chuyển

động khi quay vòng của xe bus lắp ráp tại Việt Nam

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực

Mã số SV: CA170212

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 27/10/2018 với các nội dung sau:

- Lỗi in ấn, chế bản

Ngày 11 tháng 7 năm 2018

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

LỜI CAM ĐOAN iv

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan về công nghiệp ô tô Việt Nam 4

1.1.1 Sự phát triển ngành công nghiệp ô tô 4

1.1.2 Chiến lược phát triển công nghiệp ô tô đến 2025, tầm nhìn 2035 7

1.2 Tính điều khiển, vấn đề an toàn giao thông và quỹ đạo chuyển động 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 9

1.3 Các dạng mất ổn định ngang ô tô 9

1.4 Mô hình nghiên cứu dao động 12

1.4.1 Mô hình 1/4 13

1.4.2 Mô hình 1/2 theo phương dọc 14

1.4.3 Mô hình quay vòng 1/2 14

1.4.4 Mô hình không gian 15

1.5 Các nguồn kích thích ô tô dao động 15

1.6 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu 17

1.6.1 Mục tiêu nghiên cứu 17

1.6.2 Đối tượng nghiên cứu 17

1.6.3 Phương pháp nghiên cứu 17

1.6.4 Phạm vi nghiên cứu 17

1.6.5 Nội dung luận văn 17

1.7 Kết luận chương I 18

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC XÁC ĐỊNH QUĨ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUS GIƯỜNG NẰM 19

2.1 Phương pháp xây dựng mô hình 19

2.2 Phân tích cấu trúc ô tô và các giả thiết 20

2.3 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả động lực học của xe bus 23

2.3.1 Xét trong mặt phẳng song song với mặt đường 23

2.3.2 Xét trong mặt phẳng dọc xe 25

2.3.3 Xét trong mặt phẳng ngang xe 26

2.3.4 Nội lực hệ thống treo 28

2.3.5 Xác định các lực bánh xe bằng mô hình lốp 30

2.4 Hệ phương trình vi phân tổng quát 34

CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ ĐẾN HÀNH LANG AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUS KHI QUAY VÒNG 36

3.1 Thông số kỹ thuật của xe bus 36

3.2 Điều kiện khảo sát, chỉ tiêu đánh giá và phương án khảo sát 39

3.2.1 Mô tả điều kiện khảo sát 39

3.2.2 Chỉ tiêu đánh giá 40

3.2.3 Các phương án khảo sát 40

3.3 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số sử dụng đến khả năng vi phạm làn đường của xe bus khi quay vòng đều trong một cung đường có bán kính không đổi 41

3.3.1 Ảnh hưởng của góc quay bánh xe dẫn hướng đến khả năng vi phàm làn đường của xe bus khi quay vòng 41

3.3.2 Ảnh hưởng của vận tốc xe đến khả năng vi phạm làn đường khi quay vòng 45

3.4 Khảo sát ảnh hưởng của các thông số sử dụng đến khả năng vi phạm làn đường của xe khi quay vòng đều trong các cung đường có bán kính không đổi 50 3.5 Kết luận chương 3 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Bùi Phú Ban

Học viên cao học lớp 2017 A KTOTO - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Hiện đang công tác tại: Lữ đoàn 279 - Binh chủng Công Binh

Tôi xin cam đoan luận văn với đề tài : “ Xây dựng mô hình xác định hành

lang an toàn chuyển động khi quay vòng của xe bus lắp ráp tại Việt Nam ” do thầy

giáo TS Trịnh Minh Hoàng hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất

cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng

Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng như nội dung trong đề cương và yêu cầu của thầy giáo hướng dẫn Nếu có vấn đề gì trong nội dung của luận văn, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình

Hà Nội, ngày 28 tháng 9 năm 2018

Học viên

Bùi Phú Ban

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIẾT TẮT

M c1 Khối lượng toàn bộ phân cho cầu trước kg

M c2 Khối lượng toàn bộ phân cho cầu sau kg

b 1 Một nửa khoảng cách vết bánh xe trước m

Mô men quán tính khối lượng của các bánh

2

J Ay21 , J Ay22

Mô men quán tính khối lượng của các bánh

2

x Hệ số bám dọc cực đại

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật xe THACO BUS HB120-SL 37 Bảng 3.2 Thông số sử dụng trong tính toán mô phỏng động lực học 37 Bảng 3.3 Trạng thái quay vòng của xe khi quay vòng với vận tốc v = 40 km/h trong cung đường có bán kính R =40m, bề rộng làn đường 3.75m, góc quay bánh xe dẫn hướng δ thay đổi 44 Bảng 3.4 Trạng thái quay vòng của xe khi quay vòng với góc quay bánh xe dẫn hướng δ = 9.20 trong cung đường có bán kính R =40m, bề rộng làn đường 3.75m, vận tốc v thay đổi 47 Bảng 3.5 Kết quả khảo sát ổn định quỹ đạo (vi phạm làn đường) của xe khi quay vòng đều trên cung đường có bán kính R = 40m, bề rộng làn đường 3.75m 49 Bảng 3.6 Kết quả khảo sát ổn định quỹ đạo (vi phạm làn đường) của xe khi quay vòng đều trên cung đường có bán kính R = 35m, bề rộng làn đường 3.75m 52 Bảng 3.7 Kết quả khảo sát ổn định quỹ đạo (vi phạm làn đường) của xe khi quay vòng đều trên cung đường có bán kính R = 45m, bề rộng làn đường 3.75m 53 Bảng 3.8 Kết quả khảo sát ổn định quỹ đạo (vi phạm làn đường) của xe khi quay vòng đều trên cung đường có bán kính R = 50m, bề rộng làn đường 3.75m 54

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình 1/4 13

Hình 1.2 Mô hình 1/2 14

Hình 1.3 Mô hình quay vòng 1/2 15

Hình 2.1 Mô hình không gian ô tô bus giường nằm 21

Hình 2.2 Mô hình lực tác động lên xe trong mặt phẳng song song với mặt đường 24

Hình 2.3 Mô hình các lực tác động trong mặt phẳng dọc 25

Hình 2.4 Mô hình các lực tác động trong mặt phẳng ngang 27

Hình 2.5 Nội lực hệ thống treo 28

Hình 2.6 Đặc tính hệ thống treo 29

Hình 2.7 Mô hình động lực học bánh xe đàn hồi 31

Hình 2.8 Mô hình lốp 32

Hình 3.1 Hành lang chuyển động của xe với v = 40 km/h, δ = 9.10, bán kính cung đường R = 40m, bề rộng đường bR = 3.75m 41

Hình 3.2 Hành lang chuyển động của xe với v = 40 km/h, δ = 8.70 42

Hình 3.3 Hành lang chuyển động của xe với v = 40 km/h, δ = 9.50 43

Hình 3.4 Hành lang chuyển động của xe với δ = 9.20, v = 50 km/h 45

Hình 3.5 Hành lang chuyển động của xe với δ = 9.20 , v = 36 km/h 46

Hình 3.6 Hành lang chuyển động của xe với δ = 9.20 , v = 54 km/h 47

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá các ngành công nghiệp ở Việt Nam, 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 Thời gian qua, Chính phủ đã tạo những định hướng 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

Trong quá trình phát triển chung, hiện nay ở nước ta số ô tô do các doanh nghiệp

tư nhân sản xuất lắp ráp đang gia tăng cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế 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

Xuất phát từ thực trạng trên, tác giả đã chọn đề tài “Xây dựng mô hình xác định

hành lang an toàn chuyển động khi quay vòng của xe Bus lắp ráp tại Việt Nam”

Đây là hướng nghiên cứu về động lực học ngang của ô tô bus giường nằm, cụ thể là xác

định hành lang an toàn chuyển động thông qua việc đánh giá khả năng vi phạm làn đường của xe khi quay vòng ổn định Luận văn góp phần xây dựng một số cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá độ an toàn chuyển động trong thời điểm hệ thống giao

thông chưa hoàn chỉnh do còn nhiều đoạn giao cắt và mật độ giao thông lớn

Mục tiêu luận văn:

Xây dựng mô hình không gian mô tả trạng thái động lực học ngang của ô tô bus giường nằm cho phép đánh giá khả năng vi phạm làn đường của xe khi quay vòng ảnh hưởng đến hành lang an toàn chuyển động của xe; khảo sát sự ảnh hưởng

của một số thông số đến khả năng vi phạm làn đường của xe khi quay vòng ổn định

Đối tượng nghiên cứu:

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

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

Phạm vi nghiên cứu:

Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc xe và góc quay bánh xe dẫn hướng đến quỹ đạo chuyển động khi quay vòng ổn định Các kết quả cho phép đánh giá mức độ vi phạm làn đường của xe khi quay vòng Kết quả khảo sát làm cơ sở cho các bài toán điều khiển và cảnh báo trong điều kiện sử dụng thực tế

Nội dung và bố cục của luận văn:

Nội dung nghiên cứu của luận văn gồm các phần chính như sau:

Một số kết quả mới của luận văn:

- Xây dựng được mô hình động lực học không gian của ô tô bus giường nằm;

- Khảo sát được ảnh hưởng của các thông số sử dụng như góc quay bánh xe dẫn hướng, vận tốc khi quay vòng đến sự mất ổn định quỹ đạo và vi phạm làn đường của xe khi quay vòng ổn định

Đây là những kết quả làm cơ sở cho các bài toán cảnh báo và điều khiển động lực học ngang sau này

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn:

- Luận văn đã xây dựng được mô hình động lực học không gian ô tô từ kết cấu xe bus giường nằm sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam Mô hình có thể sử dụng với các loại xe khác có kết cấu tương tự và trong các điều kiện khảo sát tích hợp

- Kết quả khảo sát đưa ra miền giá trị của các chỉ tiêu đánh giá mất ổn định quĩ đạo vi phạm làm đường phụ thuộc vào các điều kiện sử dụng Các kết quả này cho phép đánh giá được vùng điều khiển mất an toàn và cơ sở dữ liệu cho các bài toán cảnh báo và điều khiển động lực học

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

Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Trịnh Minh Hoàng cùng các thầy giáo trong Bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực, Viện Sau đại học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, giúp

đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận văn

Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2018

Học viên Bùi Phú Ban

CHƯƠNG 1: 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 dự báo của các chuyên gia kinh tế, giai đoạn phổ cập ô tô ở nước ta sẽ diễn ra vào khoảng từ 2020 - 2025 Hiện nay xu thế chung là có sự dịch chuyển mạnh mẽ cơ sở sản xuất, lắp ráp ô tô từ châu Âu, châu Mỹ sang châu Á làm thay đổi bức tranh công nghiệp ô tô toàn cầu Như vậy, nếu không sản xuất trong nước, Việt Nam sẽ phải nhập khẩu ô tô để đáp ứng 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

Ngày 28 tháng 10 năm 2015, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định

số 1829/QĐ-TTg phê duyệt kế hoạch hành động phát triển ngành công nghiệp ô tô

và phụ tùng ô tô 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]

Công nghiệp ô tô Việt Nam hiện nay chủ yếu chịu sự chi phối của 19 nhà sản xuất là thành viên của VAMA (gồm 13 doanh nghiệp liên doanh và 6 doanh nghiệp trong nước) Các nhà sản xuất này 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,

so với các ngành công nghiệp khác, công nghiệp ô tô Việt Nam hiện nay chưa thực

sự có nhiều đóng góp cho nền kinh tế nói chung và công nghiệp nói riêng

Ở Việt Nam hiện nay, công nghiệp ô tô vẫn còn được bảo hộ với hàng rào thuế nhập khẩu 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% Tăng trưởng bình quân kim ngạch xuất khẩu giai đoạn 2009 - 2013 đạt 28,9%/năm 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 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;

- Áp lực cạnh tranh từ các nước trong khu vực ngày càng lớn khi lộ trình cắt giảm thuế CEPT hoàn tất vào năm 2018 với mức thuế suất về 0% đối với mọi loại

xe nhập khẩu từ ASEAN

- 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 công nghiệp ô tô 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

Chính sách thuế, phí và lệ phí liên quan đến ô tô sẽ được duy trì ổn định lâu dài với lộ trình thuế, phí nội địa ổn định trong vòng 10 năm Từ năm 2015, điều chỉnh lại giá trị tính thuế tiêu thụ đặc biệt đối với xe sản xuất trong nước và xe nhập khẩu cho hợp lý

- 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 thi 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

Xây dựng danh mục sản phẩm công nghiệp hỗ trợ ưu tiên phát triển theo hướng tập trung, có chọn lọc hơn Bổ sung 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

Bố trí nguồn vốn nhất định từ Quỹ phát triển doanh nghiệp vừa và nhỏ để cho các doanh nghiệp vay đầu tư trang thiết bị sản xuất trong lĩnh vực công nghiệp

hỗ trợ phục vụ công nghiệp ô tô 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

Nắm bắt thực trạng nguồn nhân lực công nghiệp, tăng cường kết nối giữa doanh nghiệp và nhà trường 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 công nghiệp ô tô đến 2025, tầm nhìn 2035

Ngày 16 tháng 7 năm 2014, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số 1168/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035 [2]

Mục tiêu tổng quát 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 nhóm sản phẩm ưu tiên gồm:

- Dòng xe tải nhỏ đa dụng phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, nông thôn và các loại xe khách tầm trung và tầm ngắn chạy liên tỉnh, huyện, nội đô với giá thành hợp lý, an toàn và tiện dụng

- Dòng xe cá nhân kích thước nhỏ, tiêu thụ ít năng lượng phù hợp với hạ tầng giao thông và thu nhập của người dân

- 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

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

Chiến lược định hướng hình thành 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 ) bảo đảm khả thi và ổn định lâu dài

- Bảo đảm 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

1.2 Tính điều khiển, vấn đề an toàn giao thông và quỹ đạo chuyển động

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

Liên quan tới tính điều khiển là khái niệm về ổn định của hệ thống Một hệ thống được gọi là ổn định nếu quá trình quá độ tắt dần theo thời gian 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 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

Trong giao thông ô tô, mặt đường thường giới hạn sự chuyển động của ô tô [4] Nếu ô tô mất ổn định điều khiển thường rất dễ ẫn tới mất an toàn giao thông 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 và lật đổ

1.3 Các dạng mất ổn định ngang ô tô

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

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 [8] 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 [9] nghiên cứu xác định RAR và chỉ ra trị số đó nhỏ hơn 0.2 khi vận tốc chạy 88 km/h Macadam [10] 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 [5] 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 [6] 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 [7] 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 [11] thuộc trường Đại học Nanyang Singapor (26/5/2001) Tuy nhiên trong công trình này tác giả chỉ đưa ra được một

Four-Wheel-mô hình đơn giản, chưa xây dựng được Four-Wheel-mô hình lốp, chưa tính đến được ảnh hưởng của hệ 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 [13] Với công trình này, mô hình tính toán đã được mở rộng hơn với mô hình ½ 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 [14] 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 [16] 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 giường nằm 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

1.4 Mô hình nghiên cứu dao động

Một mô hình đầy đủ thường có các khối lượng: thân xe (khối lượng được treo); các bánh xe (các khối lượng không được treo) Liên kết giữa khối lượng không được treo và khối lượng được treo là hệ thống treo Hệ thống treo đặc trưng 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

1.4.1 Mô hình 1/4

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 1.1)

Hình 1.1 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



Z m

K

h

m C

1.4.2 Mô hình 1/2 theo phương dọc

Mô hình dao động này được sử dụng cho việc khảo sát dao động liên kết của ôtô hoặc dao động của các cầu trong mặt phẳng dọc xe Trên hình 1.2 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



Để việc khảo sát có tính khả thi, coi các bánh trước có góc lệch trung bình là 1, các bánh sau có góc lệch trung bình là 2 Khi đó mô hình quay vòng được đơn giản hóa thành mô hình một dãy Hình 1.3

Hình 1.3 Mô hình quay vòng 1/2

1.4.4 Mô hình không gian

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

1.5 Các nguồn kích thích ô tô dao động

Khi chuyển động trên đường có rất nhiều nguồn kích thích ô tô dao động Có

+ 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

+ 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 quỹ đạo gây vi phạm làn đường của ô tô do góc quay bánh xe dẫn hướng và tốc độ của xe khi quay vòng Đó là một số yếu tố hình thành lực ngang tác dụng lên ô tô

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

1.6.1 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 giường nằm với các yếu tố tác động như điều khiển của người lái (vận tốc xe, góc đánh lái);

- Khảo sát sự ảnh hưởng của một số thông số sử dụng đến quỹ đạo chuyển động của xe và đánh giá mức vi phạm làn đường của khi quay vòng ổn định

1.6.2 Đối tượng nghiên cứu

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

1.6.3 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

1.6.4 Phạm vi nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc xe và góc quay bánh xe dẫn hướng đến quỹ đạo chuyển động khi quay vòng ổn định Các kết quả cho phép đánh giá mức độ vi phạm làn đường của xe khi quay vòng Kết quả khảo sát làm cơ sở cho các bài toán điều khiển và cảnh báo trong điều kiện sử dụng thực tế

1.6.5 Nội dung luận 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 mô hình động lực học xác định quĩ đạo chuyển động của xe bus giường nằm;

Chương 3: Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến hành lang an toàn chuyển động của xe bus khi quay vòng;

1.7 Kết luận chương I

Vận chuyển người và hàng hóa bằng xe bus nói chung và xe bus giường nằm nói riêng là một trong những phương thức vận chuyển quan trọng, hiệu quả của nền kinh tế Khi xe quay vòng xe thường bị mất ổn định hướng và vi phạm làn đường,

có thể gây tai nạn nguy hiểm không chỉ cho bản thân mà còn cho các thành phần tham gia giao thông khác

Nghiên cứu xác định ngưỡng mất ổn định quỹ đạo chuyển động có thể đề xuất ngưỡng chuyển động an toàn cho xe Từ các kết quả đó có thể đề xuất phương pháp cảnh báo cho người lái có biện 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 cho ô tô

Trong chương I của luận văn đã nêu được tổng quan về ngành công nghiệp ôtô và chiến lược phát triển công nghiệp ô tô Trong chương này cũng đã trình bày một cách khái quát về tính điều khiển, vấn đề an toàn giao thông và quỹ đạo chuyển động; các yếu tố hình thành lực ngang tác dụng lên ô tô và một số mô hình đặc trưng về nghiên cứu động lực học Từ những nghiên cứu tổng quan đó đề xuất những mục tiêu, đối tượng và nội dung nghiên cứu chính của đề tài và phương pháp thực hiện Công việc xây dựng mô hình động lực học xác định quĩ đạo chuyển động của xe bus giường nằm sẽ được trình bày ở chương 2 và khảo sát đánh giá ảnh hưởng của một số thông số đến hành lang an toàn chuyển động của xe bus khi quay vòng sẽ được trình bày ở chương 3 của luận văn

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC XÁC ĐỊNH QUĨ

ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUS GIƯỜNG NẰM

Ô tô là một hệ cơ học phức tạp bao gồm nhiều bộ phận, khối lượng Tuy nhiên khi nghiên cứu về động lực học nói chung và động lực học ngang nói riêng,

có thể chia khối lượng của ô tô thành hai khối lượng chính đó là khối lượng được treo (là toàn bộ khối lượng của xe nằm bên trên hệ thống treo – lò xo và giảm chấn)

và khối lượng không được treo (là khối lượng nằm dưới hệ thống treo và bên trên bánh xe)

Tùy theo từng mục đích nghiên cứu về động lực học ô tô có thể xây dựng mô hình vật lý hệ thống trong các mặt phẳng khác nhau Trong mặt phẳng dọc, dao động thẳng đứng và quay quanh trục ngang đi qua trọng tâm của khối lượng được treo ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động của xe Trong mặt phẳng ngang, chuyển

vị góc của khối lượng được treo quay quanh trục dọc đi qua trọng tâm của xe sẽ quyết định đến tính dẫn hướng và mức độ ổn định chuyển động của xe Mô hình nghiên cứu động lực học ô tô được xây dựng phải đảm bảo: sát với thực tế, đơn giản, thuận tiện trong tính toán, phù hợp với mục đích nghiên cứu và cho kết quả chính xác nhất

Mục tiêu của luận văn là xây dựng mô hình và khảo sát quỹ đạo chuyển động của ô tô nhằm đánh giá khả năng vi phạm làn đường để xác định hành lang an toàn của ô tô khi quay vòng ổn định Chương 2 sẽ trình bày cụ thể về phương pháp, các giả thiết nghiên cứu và mô hình toán (hệ phương trình vi phân) mô tả chuyển động của ô tô khi quay vòng

2.1 Phương pháp xây dựng mô hình

Mô hình xây dựng trong trường hợp xe quay vòng ổn định được xác định từ

mô hình động lực học của xe tải 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 nói chung và khả năng vi phạm làn đường nói riêng 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;

 Định nghĩa hệ quy chiếu;

 Thiết lập hệ phương trình vi phân;

 Giải hệ phương trình vi phân bằng phương pháp số

Sau khi giải hệ phương trình vi phân, từ các kết quả thu được cho phép đánh giá khả năng vi phạm làn đường của ô tô khi quay vòng 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 tải bus là phức tạp với tính chất liên kết phi tuyến giữa các khối lượng, điều này ảnh hưởng rất lớn đến tính chất động lực học của xe Vì vậy việc

mô tả phi tuyến (hệ thống treo, lốp, tách bánh) là cần thiết trong nghiên cứu động lực học hiện nay Kết cấu xe bus có đặc điểm là khung vỏ chịu lực, hệ treo phụ thuộc ở cả các cầu xe trước và sau

Với đặc điểm cấu trúc như vậy, luận văn sử dụng các giả thiết sau trong quá trình mô tả động lực học của xe bus giường nằm:

1 Mô hình động lực học không gian tổng quát;

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

3 Thân xe được coi như một tấm phẳng có khối lượng M đặt tại trọng tâm

Trong trường hợp tổng quát, thân xe có 6 chuyển động (6 bậc tự do) bao

gồm: 3 chuyển động tịnh tiến theo các trục x (trục dọc), y (trục ngang), z

(trục thẳng đứng) và 3 góc xoay tương ứng:  (góc lắc dọc - quay quanh trục

y),  (góc lắc ngang - quay quanh trục x),  (góc lệch bên - quay quanh trục

z);

4 Các cầu xe (cầu trước - 1, cầu sau - 2) là các khối lượng không được treo

được coi như các thanh phẳng, có khối lượng m A1 , m A2 đặt tại trọng tâm của

chúng Mỗi cầu xe có 3 chuyển động tịnh tiến: theo trục dọc (x 1 , x 2), theo

trục ngang (y 1 , y 2), theo trục thẳng đứng (A1, A2) và 1 chuyển vị góc lắc ngang quanh trục dọc (A1, A2) Bỏ qua góc xoay của cầu xe theo trục thẳng đứng và trục ngang;

5 Thân xe được nối với các cầu xe thông qua hệ thống treo (đặc trưng bởi

các độ cứng C ij và hệ số cản giảm chấn K ij ) (chỉ số i: 1 – trước; 2-sau; chỉ số

j: 1-trái; 2-phải);

6 Cầu xe liên kết với mặt đường bằng bánh xe đàn hồi, đặc trưng bởi độ

cứng C Lij;

7 Bỏ qua tác động của gió đến chuyển động của xe

Hình 2.1 Mô hình không gian ô tô bus giường nằm

Với các giả thiết cấu trúc như vậy thì mô hình động lực học xe bus có thể được mô tả theo các thể hiện như trên hình 2.1

Trên mô hình sử dụng các ký hiệu sau:

- OXYZ: Hệ tọa độ cố định

- C: trọng tâm của khối lượng được treo

- A 1 , A 2 : trọng tâm của khối lượng không được treo trước (cầu 1) và sau (cầu

2)

- m: Khối lượng được treo

- M: Khối lượng toàn bộ

- m A1: Khối lượng không được treo cầu 1

- m A2: Khối lượng không được treo cầu 2

- J z : Mô men quán tính quanh trục z của xe tải

- J y : Mô men quán tính trục y của khối lượng được treo xe tải

- J x : Mô men quán tính trục x của khối được treo xe tải

- J Axi : Mô men quán tính trục x của khối lượng không được treo cầu thứ i (i=12)

- J Ayij : Mô men quán tính trục y bánh xe thứ ij (i=12, j=12)

- x: Chuyển vị theo phương dọc của trọng tâm khối lượng được treo

- y: Chuyển vị theo phương ngang của trọng tâm khối lượng được treo

- z: Chuyển vị theo phương thẳng đứng của trọng tâm khối lượng được treo

- : Góc lắc ngang của thân xe

- : Góc lắc dọc của thân xe

- : Góc xoay thân xe

- A1: Chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm khối lượng không được treo trước (cầu thứ 1)

- A1: Góc lắc ngang của cầu thứ 1

- A2: Chuyển vị thẳng đứng của trọng tâm khối lượng không được treo sau (cầu thứ 2)

A2

-ij: Góc quay của bánh xe thứ ij (i=12, j=12)

- C ij: Độ cứng của nhíp gần với bánh xe ij (i=12, j=12)

- K ij: Hệ số cản giảm chấn gần với bánh xe ij (i=12, j=12)

- C Lij: Độ cứng hướng kính của lốp thứ ij (i=12, j=12)

- h g: Chiều cao trọng tâm thân xe

- L: Chiều dài cơ sở của xe

- l 1: Khoảng cách từ trọng tâm thân xe đến cầu trước

- l 2: Khoảng cách từ trọng tâm thân xe đến cầu sau

- 2b 1: Khoảng cách giữa tâm 2 bánh xe cầu trước

- 2b 2: Khoảng cách giữa tâm 2 bánh xe cầu sau

- 2w 1: Khoảng cách giữa 2 vị trí đặt nhíp trên cầu trước

- 2w 2: Khoảng cách giữa 2 vị trí đặt nhíp trên cầu sau

Như vậy, mô hình cấu trúc của xe bus sẽ có 14 tọa độ suy rộng (14 bậc tự do)

bao gồm: 6 bậc tự do mô tả chuyển động của thân xe (x, y, z, , , ); 2 bậc tự do

mô tả cầu trước (cầu thứ 1) (A1, A1); 2 bậc tự do mô tả cầu sau (cầu thứ 2) (A2,

A2) và 4 bậc tự do mô tả góc quay của bánh xe (11, 12, 21, 22)

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

Hệ phương trình vi phân mô tả động lực học của xe bus được xây dựng nhờ phương pháp tách vật và đặt các ngoại lực lên từng vật là các phản lực liên kết giữa các vật, sau đó sử dụng nguyên lý D'Alambert để thiết lập các phương trình vi phân

mô tả chuyển động của từng vật theo các tọa độ suy rộng Các phương trình này được thiết lập nhờ phương pháp cân bằng lực và mô men tác động lên vật Việc này

có thể được làm rõ hơn nhờ cách xét mô hình động lực học theo các mặt phẳng chiếu

2.3.1 Xét trong mặt phẳng song song với mặt đường

Khi xét trong mặt phẳng song song với mặt đường, toàn xe với khối lượng M

(bao gồm khối lượng được treo và các khối lượng không được treo) thực hiện 3

chuyển động là: chuyển động dọc (x), ngang (y) và quay quanh trục đứng (ψ) Với 3

bậc tự do ta thiết lập được 3 phương trình mô tả chuyển động của xe trong mặt phẳng song song với mặt đường (hình 2.2)

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

Hình 2.2 mô tả các lực tác động lên xe trong mặt phẳng song song với mặt đường Trong đó có các ký hiệu:

-δ ,δ11 12: Góc quay bánh xe dẫn hướng bên trái và bên phải

- F xij : Phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe thứ ij (i=12, j=12) theo phương dọc

- F yij : Phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe thứ ij (i=12, j=12) theo phương ngang

- F zij : Phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe thứ ij (i=12, j=12) theo phương thẳng đứng

Phương trình mô tả chuyển động dọc của xe trong hệ quy chiếu cục bộ Cxy

được viết như sau: