Luận văn: Phân tích ổn định động lực học xe khách giường nằm theo phương ngang

Luận văn: Phân tích ổn định động lực học ngang xe khách giường nằm. Mô hình động lực học phẳng hai dãy, lốp xe phi tuyến. Nghiên cứu chuyên sâu!

• Tác giả: Nguyễn Trường Lĩnh
• Người hướng dẫn: TS. Trần Hữu Nhân
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Phân tích ổn định động lực học theo phương ngang xe khách giường nằm bằng mô hình động lực học phẳng hai dãy với mô hình lốp xe phi tuyến
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Luận Văn Thạc Sĩ Cơ Khí Động Lực

Luận văn thạc sĩ về cơ khí động lực đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam. Trong bối cảnh hội nhập kinh tế quốc tế, việc nâng cao năng lực cạnh tranh của các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước là vô cùng cần thiết. Một trong những yếu tố then chốt để đạt được mục tiêu này là ứng dụng các công nghệ tiên tiến vào thiết kế và chế tạo khung vỏ xe, thành phần có ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng động học và động lực học của xe. Việc tính toán mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng giúp giảm thiểu chi phí và thời gian thử nghiệm trước khi sản xuất. Tính năng ổn định chuyển động ngang của xe, đặc biệt là xe khách giường nằm, được quan tâm đặc biệt do liên quan đến nhiều vụ tai nạn.

1.1. Thách Thức và Cơ Hội cho Ngành Công Nghiệp Ô Tô Việt Nam

Hiệp định Thương mại hàng hóa ASEAN (ATIGA) tạo ra cơ hội xuất khẩu nhưng cũng đặt ra thách thức lớn về tỷ lệ nội địa hóa. Nghị định 116/2017 thể hiện quyết tâm của chính phủ trong việc phát triển ngành công nghiệp ô tô. Tuy nhiên, tỷ lệ nội địa hóa của các doanh nghiệp hiện nay vẫn còn thấp, tập trung chủ yếu vào chế tạo khung vỏ xe và cụm nội thất. Khung vỏ xe chiếm tỷ lệ khối lượng lớn và ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng động học và động lực học.

1.2. Tại Sao Ổn Định Chuyển Động Ngang Xe Khách Giường Nằm Quan Trọng

Tai nạn liên quan đến xe khách giường nằm, đặc biệt là mất ổn định chuyển động ngang, đặt ra yêu cầu cấp thiết về nghiên cứu và cải thiện tính năng này. Việc tính toán mô phỏng trước khi sản xuất giúp tiết kiệm chi phí và thời gian. Đề tài này hướng đến xây dựng mô hình xe ngày càng gần với thực tế, phân tích tính năng an toàn và đề xuất phương án cải thiện tính năng động học và động lực học.

II. Vấn Đề Nghiên Cứu Phân Tích Ổn Định Xe Khách Giường Nằm

Đề tài tập trung vào phân tích ổn định động lực học theo phương ngang của xe khách giường nằm bằng cách sử dụng mô hình động lực học phẳng hai dãy kết hợp với mô hình lốp xe phi tuyến. Mục tiêu là xây dựng mô hình xe gần với thực tế, phân tích tính năng an toàn trong chuyển động ngang, và đề xuất phương án cải thiện tính năng động học và động lực học. Kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở để tính toán cho các dòng xe khác. Tác giả chọn đề tài để từng bước xây dựng mô hình xe ngày càng gần với thực tế.

2.1. Giới Hạn Của Các Nghiên Cứu Trước Về Động Lực Học Xe

Các nghiên cứu trước đây còn tồn tại những hạn chế như sử dụng mô hình lốp xe tuyến tính, chưa đánh giá được ảnh hưởng của ngoại lực tác dụng lên xe khi quay vòng, hoặc chỉ mô phỏng trên một dãy bánh xe. Luận văn của Nguyễn Duy Bảo (2013) sử dụng mô hình lốp tuyến tính và hàm bước mô tả góc đánh lái, không phù hợp với thực tế. Nghiên cứu của Nguyễn Trường Lĩnh chỉ mô phỏng trên một dãy bánh xe, chưa đánh giá được ảnh hưởng của ngoại lực khi quay vòng.

2.2. Mục Tiêu Cụ Thể của Luận Văn Thạc Sĩ Này

Luận văn này hướng đến khắc phục những hạn chế của các nghiên cứu trước bằng cách sử dụng mô hình động lực học phẳng hai dãy kết hợp với mô hình lốp xe phi tuyến. Mục tiêu là phân tích tính năng an toàn trong chuyển động ngang, đề xuất phương án cải thiện tính năng động học và động lực học, và làm cơ sở để tính toán cho các dòng xe khác. Đánh giá được ảnh hưởng của lốp xe thực tế tác động lên xe khi quay vòng.

III. Phương Pháp Mô Hình Động Lực Học Phẳng Hai Dãy Phi Tuyến

Luận văn sử dụng mô hình động lực học phẳng hai dãy để mô tả chuyển động của xe, kết hợp với mô hình lốp xe phi tuyến để tăng độ chính xác. Mô hình này cho phép đánh giá ảnh hưởng của các thông số như góc lái, vận tốc, tải trọng, và đặc tính của lốp xe đến ổn định động lực học của xe. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng giúp tiết kiệm chi phí và thời gian so với thử nghiệm thực tế.

3.1. Ưu Điểm của Mô Hình Động Lực Học Phẳng Hai Dãy

Mô hình này cho phép mô phỏng chuyển động của xe với độ chính xác cao hơn so với các mô hình đơn giản hơn như mô hình một dãy. Nó cũng cho phép đánh giá ảnh hưởng của các thông số khác nhau đến ổn định động lực học, giúp xác định các yếu tố quan trọng cần cải thiện.

3.2. Tầm Quan Trọng của Mô Hình Lốp Xe Phi Tuyến Trong Nghiên Cứu

Mô hình lốp xe phi tuyến mô tả chính xác hơn quan hệ giữa lực tác dụng lên lốp và độ trượt của lốp so với mô hình tuyến tính. Điều này đặc biệt quan trọng khi xe chuyển động với góc lái lớn hoặc trên bề mặt đường trơn trượt.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Phân Tích và Đánh Giá Tính Năng An Toàn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng mô hình lốp xe phi tuyến mang lại kết quả chính xác hơn so với mô hình tuyến tính. Các thông số như góc lái, vận tốc, và tải trọng có ảnh hưởng đáng kể đến ổn định động lực học của xe. Nghiên cứu cũng xác định được các thông số hệ thống treo cần cải thiện để nâng cao tính năng an toàn của xe.

4.1. Ảnh Hưởng của Góc Lái và Vận Tốc Đến Ổn Định Xe

Góc lái và vận tốc là hai yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến ổn định động lực học của xe. Khi xe chuyển động với vận tốc cao hoặc góc lái lớn, nguy cơ mất ổn định sẽ tăng lên. Kết quả nghiên cứu giúp xác định giới hạn vận tốc và góc lái an toàn.

4.2. Vai Trò của Hệ Thống Treo Trong Cải Thiện Ổn Định Xe

Hệ thống treo đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu dao động và cải thiện ổn định của xe. Kết quả nghiên cứu giúp xác định các thông số hệ thống treo cần cải thiện để nâng cao tính năng an toàn và sự thoải mái cho hành khách.

4.3. Tác động của tải trọng lên khả năng kiểm soát và ổn định

Việc chở quá tải trọng cho phép sẽ làm thay đổi các thông số động lực học của xe, từ đó ảnh hưởng đến lực phanh, hệ thống lái, và đặc biệt là tính năng an toàn của xe. Do đó, việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của tải trọng rất quan trọng.

V. Ứng Dụng Thực Tế Hướng Phát Triển Đề Tài Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong thiết kế và chế tạo xe khách giường nằm, giúp nâng cao tính năng an toàn và sự thoải mái cho hành khách. Đề tài có thể được phát triển theo hướng nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống điều khiển ổn định điện tử (ESP) đến ổn định động lực học của xe.

5.1. Ứng Dụng Kết Quả Nghiên Cứu Trong Thiết Kế Xe

Các thông số hệ thống treo, lốp xe, và hệ thống lái được tối ưu hóa dựa trên kết quả nghiên cứu sẽ giúp tạo ra những chiếc xe an toàn hơn và thoải mái hơn.

5.2. Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Tích Hợp Hệ Thống ESP

Hệ thống ESP có khả năng can thiệp vào hệ thống phanh và hệ thống lái để giúp xe duy trì ổn định trong các tình huống khẩn cấp. Nghiên cứu về tích hợp ESP vào xe khách giường nằm sẽ giúp nâng cao tính năng an toàn lên một tầm cao mới.

VI. Kết Luận Tầm Quan Trọng Của Luận Văn Cơ Khí Động Lực

Luận văn đã thành công trong việc phân tích ổn định động lực học theo phương ngang của xe khách giường nằm bằng mô hình động lực học phẳng hai dãy và mô hình lốp xe phi tuyến. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao trong việc nâng cao tính năng an toàn và sự thoải mái cho hành khách. Luận văn cũng mở ra hướng nghiên cứu mới về tích hợp hệ thống ESP vào xe khách giường nằm.

6.1. Tổng Kết Các Kết Quả Chính Của Luận Văn

Luận văn đã xác định được các yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến ổn định động lực học của xe, đánh giá được hiệu quả của việc sử dụng mô hình lốp xe phi tuyến, và đề xuất các giải pháp cải thiện tính năng an toàn.

6.2. Ý Nghĩa Khoa Học và Thực Tiễn của Nghiên Cứu

Luận văn đóng góp vào sự phát triển của ngành cơ khí động lực bằng cách cung cấp một phương pháp phân tích ổn định động lực học chính xác và hiệu quả. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế và chế tạo xe khách giường nằm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2018, theo hiệp định Thương mại hàng hóa ASEAN (ATIGA) thì thuế nhập khẩu ô tô từ các nước ASEAN vào Việt Nam sẽ giảm về 0%, với điều kiện áp dụng là tỷ lệ nội địa hóa của xe phải đặt từ 40%. Đây là một thử thách rất lớn đối với ngành công nghiệp ô tô Việt Nam khi phải đối mặt với các xe nhập khẩu từ các nước ASEAN nhưng cũng là một cơ hội để những doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước đạt tỷ lệ nội địa 40% có thể mở rộng thị trường xuất khẩu. Về phía chính phủ Việt Nam với việc ra nghị định 116/2017, nghị định quy định điều kiện sản xuất, lắp ráp, nhập khẩu và kinh doanh dịch vụ bảo hành, bảo dưỡng ô tô, cho thấy chính phủ vẫn quyết tâm phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam. Với những quyết tâm của chính phủ, các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước từ trước đến nay vẫn luôn cố gắng tăng tỷ lệ nội địa hoá nhưng hiện vẫn chỉ đạt từ 15-37% tuỳ dòng xe và tuỳ từng doanh nghiệp.

Phần nội địa hoá của các doanh nghiệp hiện nay tập trung vào phần chế tạo khung vỏ xe và cụm nội thất, trong đó phần chế tạo khung vỏ xe có thể được tính tỷ lệ nội địa hoá lên đến 32. Khung vỏ xe là thành phần chiếm tỷ lệ khối lượng rất lớn của khối lượng bản thân xe (đặc biệt là dòng xe khách) cũng như là thành phần quyết định tới việc bố trí các khối lượng khác trên xe nên việc thiết kế chế tạo khu vỏ xe ảnh hưởng trực tiếp vào tính năng động học và động lực học của xe. Hiện nay việc tính toán tính năng động học và động lực học của xe hoàn toàn bằng thực nghiệm rất tốn kém, do đó việc tính toán mô phỏng bằng phần mềm chuyên dùng sẽ mang lại nhiều lợi thế cho các doanh nghiệp về mặt chi phí và thời gian trước khi đi vào thực nghiệm và sản xuất. Trong các tính năng động học và động lực học thì tính năng ổn định chuyển động ngang của xe đặc biệt là xe buýt giường nằm đang được quan tâm và chú ý nhiều nhất do nhiều vụ tại nạn liên quan đến vấn đề này.

2 Vì lý do đó tác giả chọn đề tài: “PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG NGANG XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM BẰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHẲNG HAI DÃY VỚI MÔ HÌNH LỐP XE PHI TUYẾN” để từng bước xây dựng mô hình xe ngày càng gần với thực tế. Kết quả tính toán dùng để phân tích tính năng an toàn trong chuyển động ngang, đồng thời đề xuất phương án cải thiện tính năng động học và động lực học của xe khách giường nằm HB120, cũng như làm cơ sở để tính toán cho những dòng xe khác. Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước. Nghiên cứu trong nước - Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích ổn định chuyển động quay vòng xe khách giường nằm bằng mô hình động lực học phẳng” do Nguyễn Duy Bảo thực hiện, 2013 [2].

Đề tài trên được xây dựng trên mô hình động lực học chuyển động phẳng của xe khi quay vòng dạng 2 bánh. Xe chuyển động với vận tốc dọc theo chiều trục xe không đổi trong suốt quá trình quay vòng hoặc vượt xe khác. Sử dụng hàm bước để mô tả góc đánh lái của xe. Sử dụng mô hình lốp bánh xe tuyến tính để xác định lực ngang ảnh hưởng tới xe.

Đề tài đã đánh giá được đặc tính quay vòng trong tất cả các trường hợp tải trọng của xe, xác định được vận tốc tới hạn cho phép đảm bảo điều kiện trượt ngang khi xe quay vòng, xác định các thông số động học và động lực học của xe tại vị trí từng bánh xe trước, sau riêng biệt theo thời gian. Tuy nhiên đề tài chưa đánh giá được ảnh hưởng của các ngoại lực tác dụng lên xe cũng như lực kéo của bánh xe chủ động có thể làm cho xe chuyển động theo chiều dọc với vận tốc thay đổi, việc đánh lái với góc lái thay đổi đột ngột theo hàm bước không phù hợp với thực tế, mô hình bánh xe phi tuyến chỉ phù hợp khi xe đánh lái với góc lái nhỏ. - Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích ổn định chuyển động ngang của xe khách giường nằm HB120 bằng mô hình động lực học một dãy phi tuyến” do Nguyễn Trường Lĩnh [3] thực hiện. Đề tài này đã so sánh được tính năng động học và động lực học khi xe chuyển động ngang dựa trên mô hình lốp phi tuyến với trường hợp dựa trên mô hình lốp xe tuyến tính.

Tuy nhiên, khi đánh lái thì góc lái của bánh lái hai bên khác nhau mà đề tài này chỉ mô phỏng động học và động lực học trên một 3 dãy bánh xe nên chưa đánh giá được ảnh hưởng của ngoại lực tác dụng lên xe khi quay vòng như xe thực tế được. - Đề tài luận văn thạc sĩ “Khảo sát ảnh hưởng của hệ thống treo đến đặc tính ổn định ngang của xe MobiHome HB120 khi chuyển động quay vòng trên mặt đường mấp mô” do Nguyễn Xuân Ngọc thực hiện, 2016 [4]. Tác giả chỉ khảo sát đánh giá ảnh hưởng độ cứng của giảm chấn khi xe chuyển động qua mặt đường mấp mô từ đó xác định vận tốc nguy hiểm của xe. Tuy nhiên, đề tài này chưa đánh giá được ảnh hưởng của ngoại lực tác dụng lên xe khi quay vòng như xe thực tế được.

- Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích động lực học quay vòng của xe khách giường nằm HB120 bằng mô hình động lực học phẳng bốn bánh” do Lê Quang Thống thực hiện, 2017 [5]. Tác giả tập trung vào việc nghiên cứu mô hình động lực học phẳng bốn bánh từ đó phân tích vai trò và ý nghĩa của các thông số cơ sở ảnh hưởng đến tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của xe. Tuy nhiên, đề tài này chưa đánh giá được ảnh hưởng của lốp xe thực tế ảnh hưởng lên xe khi quay vòng. Nghiên cứu ngoài nước - Sách Vehicle Dynamics: Theory and Application do Reza N.

Jazar viết được nhà xuất bản Springer xuất bản năm 2008 [1]. Trong chương 9, 10, 11 tác giả trình bày cơ sở động lực học mô hình động lực học phẳng một dãy. - Bài báo khoa học: “Study of the Vehicle Controllability and Stability Based on Multi – body System Dynamics” (The Open Mechanical Engineering Journal, 2014, 8, 865 – 871) của tác giả Lin Hu, Shengyong Fang, Jia Yang, [8]. Trong bài báo này tác giả đã sử dụng phần mềm ADAMS/CAR để tiến hành khảo sát mô phỏng đặc tính kiểm soát và ổn định của xe như khả năng quay vòng, khả năng trượt trên đường dốc có chướng ngại vật, khả năng hồi vị của hệ thống lái; kết quả rút ra được là để cải thiện đặc tính tối ưu đó là có 3 yếu tố: khối lượng ô tô, tải trọng đặt lên cầu trước và độ cứng xoắn của thanh ổn định chống lật sau.

Lý do chọn đề tài - Tính ổn định là thuộc tính quan trọng được thiết lập bằng mô hình động lực học trong mặt phẳng đường có ý nghĩa quan trọng khi khảo sát thuộc tính chuyển động của ô tô và để phát triển các đề tài trên tác giả chọn đề tài “PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG NGANG XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM BẰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHẲNG HAI DÃY VỚI MÔ HÌNH LỐP XE PHI TUYẾN” nhằm mô phỏng và phân tích đánh giá tính năng chuyển động quay vòng, nâng cao tính năng an toàn chuyển động và tăng tính cơ động cả ở tốc độ thấp và tính ổn định khi chuyển động ở tốc độ cao. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Trong phạm vi giới hạn về thời gian, nguồn lực và yêu cầu của luận văn thạc sĩ đề tài này nghiên cứu như sau: 1. Đối tượng nghiên cứu Chọn xe khách giường nằm HB120 do công ty sản xuất và lắp ráp ô tô Trường Hải chế tạo là đối tượng cụ thể để tiến hành nghiên cứu.

Xác định các thông số ảnh hưởng đến tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của xe theo mô hình động lực học hai dãy với mô hình lốp xe phi tuyến, các thông số này sẽ được nghiên cứu, xác định bằng phương pháp thu thập dữ liệu và mô phỏng. Phạm vi nghiên cứu Đề tài này thực hiện nghiên cứu cơ sở tính toán mô phỏng động học và động lực học chuyển động ngang của ô tô mô hình động lực học hai dãy phi tuyến. Từ đó sử dụng các thông số cụ thể được xác định từ đối tượng nghiên cứu như nêu trên, tiến hành mô phỏng để có được kết quả tính toán mô phỏng. Kết quả tính toán mô phỏng của các mô hình toán học mô tả động học và động lực học chuyển động ngang sẽ được phân tích và đánh giá.

Các giả thuyết - Xe chuyển động đều và quay vòng đều trên đường nằm ngang. - Mặt đường cứng tuyệt đối. - Khả năng bám ngang của các bánh xe là như nhau. Mục tiêu nghiên cứu 1.

Mục tiêu chung: Xây dựng và phát triển mô hình động lực học của xe trong mặt phẳng đường dạng 4 bánh trong đó sử dụng mô hình động lực học lốp xe phi tuyến. Mục tiêu cụ thể - Phân tích tính năng động lực học chuyển động của xe buýt giường nằm HB120 khi vào cua bằng mô hình động lực học phẳng dạng 2 dãy 4 bánh xe trong đó sử dụng mô hình động lực học lốp xe dạng phi tuyến. - So sánh đánh giá sự khác biệt so với kết quả đã tính được từ mô hình sử dụng lốp xe tuyến tính. Nội dung nghiên cứu - Mô hình động lực học lốp xe tuyến tính và phi tuyến.

- Mô hình toán học mô tả tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của xe theo mô hình động lực học hai dãy phi tuyến. - Các thông số tính toán động học và động lực học xe khách giường nằm HB 120. - Giải được bài toán tính toán mô phỏng động học và động lực học chuyển động theo phương ngang của xe từ mô hình toán học. - Phân tích kết quả tính toán mô phỏng từ đó đánh giá được các tính năng về động học và động lực học, an toàn của xe trong quá trình chuyển động theo phương ngang.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học: - Xây dựng mô hình toán học mô hình hoá, khảo sát tính năng động lực học chuyển động của xe khách giường nằm HB120 nói riêng và các dạng ô tô khác nói chung.