Đặt vấn đề Trong những năm gần đây đất nước ngày càng phát triển, đời sống người dân ngày càng được nâng cao. Vì thế 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 yêu cầu thoải mái và tiện nghi khi di chuyển trong thời gian dài, các nhà xe vận chuyển hành khách đi liên tỉnh ở cự li ngắn chuyển sang sử dụng xe khách ghế ngồi có hệ thống treo khí vì độ êm dịu cao. Tuy nhiên, nhiều mẫu trong số đó sử dụng chung khung gầm đặt ra vấn đề về độ ổn định cũng như an toàn trong quá trình sử dụng.
Theo số liệu thống kê cho thấy khoảng 30% số vụ tai nạn giao thông đặc biệt nghiêm trọng và thảm khốc xảy ra đối với xe giường nằm trên các đoạn đường đèo núi. Cục Đăng kiểm Việt Nam đã có văn bản đề xuất Bộ Giao thông Vận tải sửa đổi, bổ sung một số quy định tại Thông tư 29/2012/TT-BGTVT (quy định về cải tạo xe cơ giới) nhằm siết chặt hơn nữa công tác cải tạo xe cơ giới, trong đó cấm cải tạo ôtô khách thông thường thành xe khách giường nằm hai tầng; cấm các ô tô tải cải tạo thùng chở hàng, hệ thống phanh, cầu bị động, hệ thống treo…để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành. Vì các lý do trên nên vấn đề đánh giá động học và động lực học theo phương ngang trong quá trình chuyển động của xe khách 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.
Tuy nhiên các Tổng quan tình hình nghiên cứu liên quan trong và ngoài nước 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới Sách Vehicle Dynamics: Theory and Application do Reza N. Jazar viết được nhà xuất bản Springer xuất bản năm 2008. [1] Trong chương 13 của sách cũng trình bày về dao động của xe bằng mô hình dao động xe trong mặt phẳng ngang.
Mô hình cho phép khảo sát thông số dao động của thân xe theo phương thẳng đứng x lắc ngang quanh trục Ox của xe với góc lắc ngang φ, chuyển động thẳng đứng của các bánh xe x1, x2 và các dao động riêng biệt từ mặt đường y1, y2. Tuy nhiên sách chưa trình bày được ảnh hưởng của lực quán tính đến động học và động lực học của xe cũng như ảnh hưởng của ổn định ngang của xe khi quay vòng. 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, [2] 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 HVTH: Kiều Trung Tín Trang 1 Phân tích ổn định lắc ngang xe khách ghế ngồi Wenda Doosan bằng phương pháp động lực học đa vật thể. 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.
Tổng quan tình hình 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 [3]. 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 thực hiện, 2015 [4].
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, đề tài này chỉ mô phỏng động học và động lực học trên một 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 [5]. 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 ổn định chuyển động ngang của xe khách giường nằm HB120 bằng mô hình động lực học phương ngang” do Phan Văn Phúc thực hiện, 2016 [6]. Tác giả xây dựng mô hình mô phỏng sử dụng trong tính toán ổn định ngang, xác định các điều kiện tới hạn ổn định động lực học, an toàn chuyển động của của xe khách giường nằm HB120 khi quay vòng. Tuy nhiên trong quá trình tính toán có nhiều thông số lấy giá trị gần đúng nên cần thực nghiệm lại kết quả.
Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích đặc tính chống lắc ngang trên hệ thống treo xe ghế ngồi WENDA trên hai nền sát xi DOOSAN và ISUZU” do Võ Thành Nhân thực hiện, 2019 [7]. HVTH: Kiều Trung Tín Trang 2 Phân tích ổn định lắc ngang xe khách ghế ngồi Wenda Doosan bằng phương pháp động lực học đa vật thể. Nhằm phân tích sự ảnh hưởng của thanh cân bằng đến độ ổn định ngang của xe ở xe khách ghế ngồi WENDA và ảnh hưởng của việc bố trí hệ thống treo trên dòng xe này (trên nền sát xi DOOSAN và ISUZU ) trong trường hợp vào cua bằng mô hình toán học, trong đó xem xét đến sự ảnh hưởng của góc lật đến ổn định thân xe theo chiều ngang. Tuy nhiên các đề tài trên sử dụng mô phỏng bằng mô hình toán học nên rất khó khăn khi sử dụng trong thực tế đối với các kỹ sư thiết kế của các công ty.
Lý do chọn đề tài Để kiểm nghiệm lại kết quả tính toán mô phỏng bằng mô hình toán của những đề tài trên, đồng thời xây dựng mô hình mô phỏng trực quan giúp các kỹ sư thiết kế dể dàng sử dụng, tác giả xây dựng mô hình mô phỏng dao động xe khách ghế ngồi Wenda Doosan với hệ thống treo khí bằng phần mềm MATLAB Simscape. Đó là lý do tác giả chọn đề tài: “Phân tích ổn định lắc ngang xe khách ghế ngồi Wenda Doosan bằng phương pháp động lực học đa vật thể”. 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, cũng như làm cơ sở để tính toán cho những dòng xe khách khác. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng thể: Xác định được sự ảnh hưởng của các thông số thiết kế, điều kiện và các chế độ chuyển động quay vòng của xe khách ghế ngồi Wenda Doosan ảnh hưởng đến an toàn, ổn định của xe khi quay vòng bằng phương pháp mô phỏng.
Từ kết quả tính toán phân tích mô phỏng giúp ta định hướng xác định cụ thể phương án thiết kế cải tiến nhằm nâng cao tính năng ổn định và an toàn của xe khách ghế ngồi Wenda Doosan nói riêng và các chủng loại xe khác nói chung khi vào cua hay quay vòng. Mục tiêu cụ thể: Ứng dụng phần mềm Matlab Simscape thực hiện tính toán mô phỏng theo mô hình vật lý Phân tích đánh giá kết quả tính toán mô phỏng bằng mô hình vật lý so với mô hình toán học thu được từ đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích đặc tính chống lắc ngang trên hệ thống treo xe ghế ngồi WENDA trên hai nền sát xi DOOSAN và ISUZU” do Võ Thành Nhân thực hiện năm 2019 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1. Đối tượng nghiên cứu Xe khách ghế ngồi Wenda Doosan do công ty sản xuất và lắp ráp ô tô SAMCO 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 phương ngang, các thông số này sẽ được nghiên cứu, xác định bằng phương pháp thu thập dữ liệu và mô phỏng.
HVTH: Kiều Trung Tín Trang 3 Phân tích ổn định lắc ngang xe khách ghế ngồi Wenda Doosan bằng phương pháp động lực học đa vật thể. Phạm vi nghiên cứu Vấn đề dao động theo phương ngang của xe khi quay vòng là một vấn đề rất phức tạp vì nó chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố và các trạng thái làm việc khác nhau. Vì vậy đề tài nghiên cứu chỉ giới hạn trong việc nghiên cứu động lực học khi xe quay vòng theo phương ngang khi chuyển động thẳng qua các mấp mô với vận tốc không đổi, các tín hiệu kích thích từ mặt đường có dạng bán bình phương hàm sin. Nội dung nghiên cứu Xây dựng mô hình vật lý và mô hình toán học mô tả dao động của xe sử dụng trong tính toán ổn định ngang của xe khách ghế ngồi Wenda Doosan khi quay vòng.
Xác định toàn bộ các thông số cần thiết của xe bằng thực nghiệm kết hợp với lý thuyết để sử dụng cho bài toán tính toán mô phỏng.
