Chương 1 TỔNG QUAN 1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Trong thời gian gần đây, với sự phát triển mạnh về loại hình dịch vụ vân tải hành khách bằng xe khách giường nằm do tính tiện ích, thuận lợi mà nó mang lại cho hành khách; cùng với sự phát triển đó là các vấn đề về tai nạn giao thông thảm khốc xảy ra ngày càng nhiều, mà chủ yếu là xe khách giường nằm, bởi rất nhiều nguyên nhân và góp mặt trong đó là nguyên nhân về tính ổn định, tính an toàn của các phương tiện tham gia lưu thông trên đường. Vì vậy, một nhu cầu cấp thiết đặt ra là cần nghiên cứu các biện pháp để nâng cao tính ổn định của xe để đảm bảo an toàn tối đa cho con người cũng như phương tiện và hàng hoá tham gia lưu thông trên đường.
Nguyên nhân gây tai nạn không chỉ đơn thuần là do sự trượt của các bánh xe trên đường, trên thực tế đã có rất nhiều những tai nạn đáng tiếc xảy ra do hiệu quả phanh kém hoặc khi phanh xảy ra hiện tượng bó cứng bánh xe làm mất khả năng điều khiển hoặc khi ô tô khởi hành hay tăng tốc độ đột ngột trên đường có hệ số bám thấp thì rất có thể các bánh xe chủ động bị trượt quay tại chỗ dẫn đến làm mất mát mô men chủ động và có thể làm trượt xe. Đặc biệt có những trường hợp ô tô mất ổn định động học trong quá trình tăng tốc hay quay vòng (quay vòng thừa hoặc quay vòng thiếu) cũng dẫn đến các tình huống nguy hiểm cho ô tô. Ô tô chuyển động trên đường với quỹ đạo rất phức tạp, nếu ô tô chuyển động với tốc độ cao, gặp chướng ngại vật cần phanh gấp hoặc cần đổi hướng chuyển động một cách đột ngột để tránh chướng ngại vật có thể làm xe bị lật. Vấn đề nghiên cứu nâng cao tính ổn định của xe trên đường nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng thông qua kết cấu và điều khiển là vô cùng quan trọng.
Do đường xá ngày càng được cải thiện tốt hơn, tốc độ phát triển ngành giao thông vận tải tăng nhanh, vì thế tốc độ chuyển động của ô tô cũng ngày càng được nâng 1 cao. Tuy nhiên, cùng với những sự phát triển đó mật độ phương tiện cơ giới trên đường ngày càng cao, vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề quan tâm hàng đầu. Tính ổn định của ô tô khi tham gia giao thông phụ thuộc kết cấu các hệ thống tổng thành như kích thước xe, chiều cao trọng tâm, tốc độ xe, quãng đường phanh, hệ thống treo và việc điều khiển của người lái: Sử dụng phanh, tốc độ xe, cách lái xe, cách sử dụng tay số trên đường vòng, đường đèo dốc. Ngoài ra, tốc độ tối đa, cách sắp xếp hành khách và hàng hóa trên xe cũng là yếu tố rất quan trọng để tránh tình trạng mất cân đối trọng tâm của xe.
Chính vì vậy, thông qua sự hướng dẫn của thầy PGS-TS Nguyễn Văn Phụng tôi chọn nghiên cứu về đề tài: “Nghiên cứu các biện pháp nâng cao tính ổn định của xe trên đường, nhằm đảm bảo an toàn cho xe và khách. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. Các công trình nghiên cứu ở nước ngoài về nâng cao tính ổn định, tính an toàn cho xe và khách đã có nhiều do nhu cầu sử dụng rộng rãi và thời gian sử dụng đã hàng chục năm. Cụ thể là các hãng sản xuất đã cho ra đời hàng loạt các hệ thống kiểm soát sự ổn định, an toàn cho xe và khách được ứng dụng trên ô tô hiện nay như: + Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh – ABS ( Anti-lock Braking System) + Hệ thống phân phối lực phanh điện tử - EBD (Electronic Brake force Distribution) + Hệ thống kiểm soát lực kéo – TRC (Traction Control System) + Hệ thống điều khiển góc quay của xe quanh trục dọc xe AYC (Active Yaw Control).
+ Hệ thống túi khí…vv Và còn rất nhiều các hệ thống được nghiên cứu và ứng dụng trên nhiều xe khác nhau. Các hệ thống trên hỗ trợ người lái trong quá trình phanh, quá trình khởi hành hay khi chuyển động trên các loại đường trơn trượt, có hệ số bám thay đổi, chúng 2 chủ yếu tác động đến lực phanh, lực kéo nhằm kiểm soát sự trượt của các bánh xe và chúng thường được ứng dụng một cách độc lập trên xe. Trong nước đã có một số đề tài nghiên cứu về các loại ô tô, xe bus, xe khách một tầng, hai tầng như: – Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo đến mức độ êm dịu xe bus Samco B47 sử dụng trong thành phố HCM”, tác giả: Nguyễn Trường Giang. – Tính toán kiểm tra ổn định của xe ô tô mini bus 6 – 8 chỗ ngồi.
PGS-TS Dư Quốc Thịnh. – Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu việc sử dụng LabVIEW để mô phỏng 3D ổn định chuyển động của ô tô”, tác giả Lê Minh Đảo. – Luận văn thạc sĩ: “Tổng quan về ổn định quay vòng của ô tô du lịch”, tác giả Tôn Thất Hiểu. – Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên hành khách trong xe khách giường nằm (Thaco-mobihome)”, tác giả Nguyễn Xuân Ngọc.
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI – Nâng cao tính ổn định chuyển động của xe trên đường nhằm đảm bảo an toàn cho xe và hành khách. – Sử dụng lý thuyết ổn định chuyển động của ô tô để khảo sát tính toán đối với loại xe khách cụ thể chọn làm đối tượng nghiên cứu. Từ đó đánh giá tính ổn định và an toàn của loại xe này. – Phân tích các trạng thái hoạt động của xe ảnh hưởng đến sự ổn định và an toàn xe và khách.
– Tính toán tính ổn định và an toàn của chuyển động của loại xe khách THACO-HYUNDAI HB120SL được khảo sát. – Đưa ra các biện pháp nâng cao tính ổn định và an toàn tối ưu nhất cho loại xe khách được khảo sát làm đối tượng nghiên cứu để đảm bảo an toàn khi chuyển động. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT Nghiên cứu tính ổn định, an toàn của xe bằng đặc tính động học và động lực học của ô tô bằng lý thuyết, bao gồm: – Thu thập thông tin liên quan đến quá trình tính toán. – Nghiên cứu chuyên sâu về lý thuyết ô tô, cơ học chuyển động ô tô, tính toán thiết kế ô tô, tham khảo tài liệu và các đề tài có liên quan.
Tính ổn định, an toàn chuyển động của ô tô khi xe chạy trên đường thẳng. Tính ổn định, an toàn chuyển động của ô tô khi xe chạy trên đường quay vòng. Tính ổn định, an toàn chuyển động của ô tô khi phanh. – Ứng dụng các phần mềm như: LabVIEW, MATLAB… để tính toán, xây dựng các đồ thị đặc tính cần thiết về động học và động lực học của xe.
– Từ những thông số ban đầu của loại xe khách được khảo sát làm đối tượng nghiên cứu và các số liệu do nhà chế tạo cung cấp kết hợp với thực nghiệm, tính toán bằng lý thuyết, phân tích các đồ thị để rút ra kết luận, từ đó đề xuất các biện pháp để nâng cao tính ổn định của xe trên đường nhằm đảm bảo an toàn cho xe và khách. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Đối tượng nghiên cứu Đối tượng chọn nghiên cứu là dòng xe khách giường nằm “THACO- HYUNDAI HB – 120SL ” do Công ty Cổ phần ôtô Trường Hải sản xuất, lắp ráp và phân phối tại Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu Trong quá trình chuyển động, ô tô thực chất là một cơ hệ phức tạp chuyển động trên đường với nhiều trạng thái mất ổn định khác nhau, nhiều địa hình đường xá khác nhau, nên phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn ở các tỉnh phía nam, nghiên cứu chỉ tính toán các thông số về tính ổn định của xe, đưa ra các thông số tối ưu và mô phỏng bằng phần mềm hiện có. 4 Xét tổng quát quá trình chuyển động của ô tô trên đường ở một số các trạng thái đặc biệt liên quan đến vấn đề khảo sát và nghiên cứu, không có biểu thị các hệ thống bố trí trên xe.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Khảo sát và chứng minh các yếu tố tác động đến độ an toàn của xe để đánh giá được các yếu tố nào ảnh hưởng đến độ ổn định và an toàn cao nhất của ô tô. Từ đó kiểm soát được quá trình vận hành với độ ổn định và an toàn tối ưu, phù hợp với điều kiện thực tế hoạt động của xe. Thông qua đề tài, nhà chế tạo nâng cao tính hợp lý về kết cấu của các bộ phận, chi tiết liên quan để ngày một tối ưu hóa tính ổn định và nâng cao độ an toàn cho xe khách phù hợp với các trạng thái chuyển động trên đường tại các tỉnh phía nam và cả nước nói chung. Ngoài ra, người vận hành biết được những lưu ý khi sử dụng xe sao cho tốt nhất, hợp lý nhất.
Nghiên cứu của đề tài sẽ tạo điều kiện khảo sát, kiểm tra dễ dàng các thông số liên quan giữa khối lượng với hệ số ổn định tĩnh SSF, ứng với các trạng thái chuyển động của xe, cách bố trí hành khách, hàng hóa phù hợp đảm bảo an toàn hơn khi lưu thông trên đường. 5 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG BẰNG, ĐƯỜNG DỐC.1 Tính ổn định của ôtô trên mặt phẳng dọc 2. Tính ổn định dọc tĩnh Tính ổn định dọc của xe là khả năng đảm bảo cho xe không bị lật hoặc bị trượt khi đứng yên trên đường dốc dọc.
Xét ổn định theo điều kiện lật đổ – Xe đứng yên quay đầu lên dốc Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô: Hình 2.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô khi đứng yên trên dốc Khi xét theo điều kiện lật đổ: xe có xu hướng lật quanh trục nằm trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của bánh xe cầu sau với mặt đường (điểm O2) theo phương dọc. 6 Khi góc dốc α tăng dần đến góc l (góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc) thì các bánh xe cầu trước nhấc khỏi mặt đường, lúc đó hợp lực Z1 = 0 và xe sẽ bị lật quanh điểm O2. Lập phương trình moment đối với điểm O2: M O2 Z1 .b 0 Xe bắt đầu lật khi Z1 0 nên: G.