Luận Văn Thạc Sĩ: Phân Tích Ổn Định Chuyển Động Ngang Xe Khách Giường Nằm HB120

Phân tích ổn định chuyển động ngang xe khách giường nằm HB120 bằng mô hình động lực học phi tuyến trong luận văn thạc sĩ kỹ thuật ô tô máy kéo.

• Tác giả: Nguyễn Trường Lĩnh
• Người hướng dẫn: TS. Trần Hữu Nhân
• Trường học: Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô - máy kéo
• Đề tài: Phân Tích Ổn Định Chuyển Động Ngang Xe Khách Giường Nằm HB120 Bằng Mô Hình Động Lực Học Một Dãy Phi Tuyến
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Trong bối cảnh kinh tế Việt Nam phát triển, nhu cầu về dịch vụ giao thông vận tải hành khách ngày càng gia tăng. Đặc biệt, xe khách giường nằm HB120 đã trở thành lựa chọn phổ biến cho hành khách nhờ vào sự thoải mái và tiện nghi của nó. Tuy nhiên, với sự gia tăng số lượng xe, vấn đề an toàn giao thông cũng trở nên cấp bách hơn bao giờ hết. Theo thống kê, số vụ tai nạn liên quan đến xe khách giường nằm đã tăng lên đáng kể trong những năm gần đây. Điều này cho thấy cần thiết phải có những nghiên cứu sâu hơn về phân tích ổn định chuyển động của loại xe này nhằm đảm bảo an toàn cho hành khách. Luận văn này tập trung vào việc áp dụng mô hình động lực học một dãy phi tuyến để phân tích chuyển động ngang của xe khách giường nằm HB120.

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Việc nghiên cứu động lực học xe không chỉ giúp cải thiện tính năng an toàn của xe mà còn giảm thiểu chi phí thử nghiệm sau khi sản xuất. Đề tài này nhằm mục đích cung cấp một cái nhìn tổng quan về các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng động học và động lực học của xe khách giường nằm, từ đó đề xuất các phương án cải thiện tính năng và an toàn cho xe. Các kết quả nghiên cứu sẽ có giá trị tham khảo cho việc tính toán mô phỏng động học và động lực học của các loại xe khác trong tương lai.

II. Cơ sở lý thuyết

Cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu này được xây dựng từ các mô hình toán học mô phỏng lốp xe phi tuyến, điều này rất quan trọng trong việc phân tích động lực học của xe. Mô hình lốp xe phi tuyến, như mô hình Pacejka, cho phép tính toán chính xác hơn các lực tác dụng lên xe trong quá trình chuyển động. Việc thiết lập mô hình động lực học một dãy phi tuyến giúp mô phỏng chính xác hơn các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động ngang của xe, từ đó có thể đánh giá được các thông số như lực cản không khí, lực cản lăn và lực kéo bánh xe chủ động.

2.1. Mô hình toán học mô phỏng lốp xe

Mô hình lốp xe phi tuyến được xây dựng dựa trên các thông số thực tế của lốp xe, giúp mô phỏng chính xác hơn các đặc tính của lốp trong quá trình vận hành. Mô hình này cho phép phân tích các lực tác động lên lốp xe khi xe chuyển động theo phương ngang, từ đó xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định chuyển động của xe. Các thông số như lực ngang và lực dọc của lốp xe sẽ được phân tích kỹ lưỡng để đưa ra các giải pháp cải thiện an toàn cho xe.

III. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng trong luận văn này bao gồm việc sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab để mô phỏng và phân tích động học và động lực học của xe khách giường nằm HB120. Các thông số kỹ thuật của xe sẽ được thu thập và nhập vào mô hình để tiến hành tính toán. Việc so sánh giữa mô hình động lực học phi tuyến và tuyến tính sẽ giúp xác định được độ chính xác của các kết quả tính toán, từ đó đưa ra các nhận định về khả năng ổn định chuyển động của xe.

3.1. Thiết lập mô hình mô phỏng

Mô hình mô phỏng được thiết lập dựa trên các thông số kỹ thuật của xe khách giường nằm HB120, bao gồm khối lượng, phân bố khối lượng, và các thông số động lực học khác. Các phương trình chuyển động sẽ được thiết lập để mô phỏng quá trình chuyển động ngang của xe. Kết quả thu được từ mô hình sẽ được phân tích và so sánh với các dữ liệu thực tế để đánh giá tính chính xác của mô hình. Điều này sẽ giúp xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến tính năng động học và động lực học của xe, từ đó đề xuất các giải pháp cải thiện an toàn cho hành khách.

IV. Kết quả và phân tích

Kết quả của nghiên cứu cho thấy mô hình động lực học một dãy phi tuyến có khả năng mô phỏng chính xác hơn so với mô hình tuyến tính trong việc đánh giá động lực học và tính ổn định chuyển động của xe khách giường nằm HB120. Các thông số như lực cản không khí và lực cản lăn được tính toán chính xác hơn, giúp cải thiện khả năng vận hành của xe. Việc phân tích kết quả cho thấy rằng, khi xe chuyển động theo phương ngang, các lực tác động lên xe có ảnh hưởng lớn đến độ ổn định và an toàn của xe.

4.1. Đánh giá tính năng động học

Kết quả phân tích cho thấy rằng các thông số ảnh hưởng đến động lực học xe có thể được điều chỉnh để cải thiện tính năng an toàn. Việc sử dụng mô hình phi tuyến cho phép đánh giá được những tình huống thực tế mà xe có thể gặp phải trong quá trình vận hành. Điều này không chỉ giúp nâng cao độ an toàn mà còn giảm thiểu chi phí thử nghiệm sau sản xuất. Các khuyến nghị về cải tiến thiết kế và bố trí xe sẽ được đưa ra dựa trên các kết quả phân tích này.

V. Kết luận

Luận văn đã thành công trong việc xây dựng mô hình động lực học một dãy phi tuyến cho xe khách giường nằm HB120, từ đó phân tích và đánh giá tính ổn định của chuyển động ngang của xe. Kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị thực tiễn trong việc cải thiện an toàn cho xe khách giường nằm mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới cho các loại xe khác. Các kết quả thu được có thể được ứng dụng trong việc thiết kế và cải tiến xe, nhằm nâng cao tính năng an toàn và hiệu suất vận hành.

5.1. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu trong tương lai có thể mở rộng ra các loại xe khác và áp dụng các mô hình động lực học phức tạp hơn để đánh giá chính xác hơn về tính ổn định chuyển động. Việc kết hợp giữa mô hình toán học và thực nghiệm sẽ giúp cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của các kết quả nghiên cứu, từ đó góp phần nâng cao an toàn giao thông trong bối cảnh phát triển nhanh chóng của ngành vận tải hành khách.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Kinh tế Việt Nam ngày một phát triển, nhu cầu đối với dịch vụ giao thông vận tải hành khách ngày một nâng cao cả về số lượng và chất lượng của dịch vụ. Để đáp ứng được nhu cầu vận chuyển hành khách đi liên tỉnh ở cự li ngắn (dưới 500 km) và trung bình (từ 500 đến 1000 km), Từ năm 2010 đến nay số lượng xe khách giường nằm ngày càng phát triển và được nhiều người dân sử dụng do sự thoải mái, và tiện nghi khi di chuyển trong thời gian dài. Theo thống kê của Cục Đăng kiểm VN, toàn quốc hiện có khoảng 4.553 xe chở khách giường nằm hai tầng, trong đó có 859 xe được hoán cải từ xe chở khách ghế ngồi thông thường, 80 xe nhập khẩu nguyên chiếc từ Trung Quốc, còn lại 3.606 xe sản xuất, lắp ráp mới. Đi kèm với số lượng xe ngày càng tăng thì số vụ tại nạn có liên quan đến xe khách giường nằm cũng tăng theo.

Trong vòng 2 năm 2013 và 2014 số vụ tai nạn liên quan đến xe khách giường nằm là 22 vụ, đây là con số khó có thể chấp nhận được. Mặc dù chưa có vụ nào được xác định là do nguyên nhân kỹ thuật và có tới 19/22 vụ là xe giường nằm nguyên bản được sản xuất, lắp ráp mới. Tuy nhiên sau vụ tai nạn thảm khốc liên quan đến xe khách giường nằm tại Lào Cai ngày 1/9/2014, dù chưa có kết quả của cơ quan điều tra nguyên nhân tai nạn nhưng ngay sau đó Bộ trưởng Giao thông Vận tải Đinh La Thăng đã họp và đề xuất cấm xe buýt giường nằm đi vào khu vực đèo, đồi, núi và thực tế từ tháng 4/2014 để đảm bảo an toàn kỹ thuật Cục Đăng kiểm Việt Nam đã cấm chuyển đổi xe khách ghế ngồi thông thường thành xe giường nằm. Trong tương lai đối với xe sản xuất, láp ráp trong nước cần được thử nghiệm sau khi chuyển đổi, thay đổi kết cấu.

Tuy nhiên việc tính toán kỹ thuật, kiểm nghiệm tĩnh, chuyển động về tính an toàn còn rất nhiều hạn chế tại Việt Nam. Việc đánh giá động học và động lực học trong quá trình chuyển động của xe khách giường nằm cần được tính toán mô phỏng và thực nghiệm tốt hơn. Thực tế tại Việt Nam và thế giới hiện nay đã có một số công trình nghiên cứu về vấn đề tương tự như: Trang 7 Đề tài luận văn Thạc sĩ “Phân tích ổn định chuyển động quay vòng xe khách giƣờng nằm bằng mô hình động lực học phẳng” do Nguyễn Duy Bảo thực hiện. 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. Sách Vehicle Dynamics: Theory and Application do Reza N. Jazar viết được nhà xuất bản Springer xuất bản năm 2008. Trong chương 3 của sách đã phân tích ảnh hưởng của tình trạng, kết cấu lốp xe, các lực cũng như ảnh hưởng của tình trạng mặt đường đến các lực và mô men tác dụng đến lốp xe.

Trong chương 3 của sách trình bày các mô hình để tính toán lực ngang lốp xe trong các trường hợp khác nhau như mô hình lốp xe tuyến tính, mô hình lốp xe phi tuyến. Một trong số những mô hình lốp xe phi tuyến được trình bày trong đó là Pacejka đây là mô hình chính được trình bày trong đề tài luận văn này. Trang 8 Trong chương 10 của sách cũng trình bày mô hình động học và động lực học phẳng của xe sử dụng mô hình lốp xe tuyến tính. Tuy nhiên sách chưa trình bày được ảnh hưởng của lốp xe phi tuyến đến động học và động lực học của xe và ảnh hưởng của các lực tác dụng lên xe khi xe chuyển động ngang.

Sách cũng chưa so sánh các lực và mô men được tính theo các mô hình lốp xe so với lốp xe thực tế. Nghiên cứu: Vehicle Dynamics Platform, Experiments, and Modeling Aiming at Critical Maneuver Handling do đồng tác giả Kristoffer Lundahl, Jan Aslund, and Lars Nielsen viết được xuất bản năm 2013. Trong nghiên cứu này các tác giả đã sử dụng các thiết bị đo kiểm để phân tích các thông số động học và động lực học trong thực nghiệm với các thông số được tính toán theo các mô hình lốp xe tuyến tính và phi tuyến (trong đó có mô hình Pacejka) cho xe Volkswagen Golf V sản xuất năm 2008. Nghiên cứu: The single track model do M.

Gerdts viết được xuất bản năm 2003. Trong nghiên cứu này tác giả đã trình bày phương pháp tính toán mô hình động học và động lực học xe chuyển động ngang sử dụng lốp xe phi tuyến theo mô hình Pacejka, và ảnh hưởng của các lực tác dụng lên xe trong quá trình xe chuyển động. Tuy nhiên nghiên cứu chưa phân tích được các thông số động học và động lực học khi xe chuyển động ngang. Những đề tài trên đã góp phần tính toán, mô phỏng được chuyển động của xe, xác định được vận tốc giới hạn, tính năng động học và động lực học của xe tuy nhiên đề tài được xây dựng trên cơ sở lốp xe tuyến tính chỉ phù hợp cho góc trượt nhỏ, chưa xét đến các lực tác dụng vào xe khi xe chuyển động.

Trang 9 Vì những lý do đó tác giả chọn đề tài: “PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG NGANG XE KHÁCH GIƢỜNG NẰM HB120 BẰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC MỘT DÃY 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 khách khác. Đối tƣợng 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: Đối tƣợng 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 một dãy 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 ôtô mô hình động lực học một 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.

Mục tiêu nghiên cứu - Phát triển đề tài “PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG QUAY VÒNG XE KHÁCH GIƢỜNG NẰM BẰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHẲNG” Trang 10 bằng cách sử dụng mô hình lốp xe phi tuyến Pacejka trong đó có xét đến ảnh hưởng của các thành phần lực khác tác dụng lên xe trong quá trình chuyển động: o Lực cản không khí dọc. o Lực cản lăn (theo vận tốc) - Giải được bài toán mô phỏng từ mô hình kết hợp phi tuyến từ đó giúp đánh giá tốt hơn các kết quả động học và động lực học chuyển động của xe: o Khi quay vòng, o Khi chuyển làn. - Các kết quả thu được từ mô hình tính toán mô phỏng phi tuyến được phân tích và so sánh với mô hình tuyến tính đã được thực hiện để có thể xác định được kết quả tốt nhất 1. Nội dung nghiên cứu - Mô hình toán học mô phỏng lốp xe một dãy 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 một dãy phi tuyến. - Các thông số tính toán động học & 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 Ý nghĩa khoa học: Trang 11 Đề tài này là sự nối tiếp và phát triển bổ sung trên cơ sở của đề tài trước trong việc phân tích ổn định chuyển động của xe khách giường nằm HB 120. Đề tài trước được nghiên cứu dựa trên mô hình lốp bánh xe tuyến tính còn nhiều vấn đề cần thiết được thực thực hiện nghiên cứu tiếp theo do đó đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu các mô hình lốp xe phi tuyến từ đó tính toán tính năng động học và động lực học chuyển động theo phương ngang của xe khách giường nằm HB 120. 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. Làm cơ sở tham khảo cho việc tính toán mô phỏng động học và động lực học chuyển động của các chủng loại xe khác.

Ý nghĩa thực tiễn: Từ kết quả tính toán mô phỏng ta có thể đánh giá được tính năng động học và động lực học của xe khách giường nằm HB 120.