Các biện pháp nâng cao mức độ an toàn của xe khách 2 tầng khi xe đi vào đường vòng

Nội dung text: Các biện pháp nâng cao mức độ an toàn của xe khách 2 tầng khi xe đi vào đường vòng

1. CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO MỨC ĐỘ AN TOÀN CỦA XE KHÁCH 2 TẦNG KHI XE ĐI VÀO ĐƯỜNG VÒNG INVESTIGATING WAYS TO IMPROVE THE STABILITY OF DOUBLE-DECKER COACHES WHEN THEY ENTER A DETOUR Nguyêñ Viñ h Hiêp̣ [1], Nguyêñ Văn Phuṇ g [2] [1] Email: nguyenvinhhiep.gata@gmail.com [2] Email: phungnv39@yahoo.com.vn TÓM TẮT Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu tính ổn định chuyển động của xe trong các trạng thái quay vòng trên đường ứng với các vận tốc tính toán và chiều cao trọng tâm của xe khách 2 tầng giường nằm. Thông qua việc sử dụng các thông số kỹ thuật của nhà chế tạo và cơ sở lý thuyết để tính toán các thông số phù hợp theo điều kiện trong nước. Qua đó rút ra các đề nghị để khắc phục các nhược điểm nhằm đáp ứng yêu cầu an toàn cho xe khách 2 tầng giường nằm. Đồng thời sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng các thông số đã được tính toán. ABSTRACT The paper presents the research about stable motion of the vehicle in rotation movement in accordance with the calculated velocity and central height of a double-decker coach. Appropriate technical specifications can be figured out by using the specifications of the vehicle of manufacturers and the theoretical basis.Thereby, suggestions can be made to remedy current weaknesses in order to meet safety requirements for double-decker coaches. Also, MATLAB software is used to simulate the calculated parameters. 1. Giớ i thiêụ : 2. Khảo sát dòng xe Universe – K43 2.1. Hệ số kết cấu ôtô K ( s2/m ): Nghiên cứu tạo điều kiện khảo sát, kiểm tra dê ̃ dàng các thông số ứng với các trạng thái 훼푠 . − 훼 푡 . 퐾 = chuyển động của loại xe Universe- K43 훼푠 . 훼 푡 . 푙 Từ đó sẽ giúp người vận hành biết được 15900 60000.2,332 − 46150.3,818 = những lưu ý khi vận hành xe cũng như giúp 60000. 46150.6,15 cho các nhà chế tạo nâng cao tính hợp lý kết 퐾 = − 0,034 Xe có đặc tính quay vòng thừa. Để ngày một tối ưu hóa sản phẩm xe khánh hai tầng giường nằm của mình phù hợp với Tốc độ đặc trưng vng ( m/s ): điều kiện vận hành ở Việt Nam. 푙 −6,15 푣 = − = =13,45 (m/s) Điều này giúp haṇ chế những rủi ro đáng 푛𝑔 퐾 −0,034 tiếc có thể xảy ra cho cả ngườ i và phương tiêṇ . 푣푛𝑔 = 48,4 (km/h)
2. Hàm truyền tốc độ góc quay thân xe : 2.2. Ảnh hưởng của lực gió bên: Phương trình tổng quát của hàm truyền: Khoảng cách tâm áp lực gió bên đến trọng tâm xe e : 휀 푣 1 = . ′ ∗ 2 훼푠 . − 훼푡 . 훽푣 푡 푙 푣 1 − 푒 = − ′ 푣푛𝑔 훼푠 + 훼푡 60000.2,332 − 46150.3,818 Thế 푣 = 13,45 ; 푙 = 6,15 ( ) = − 푛𝑔 푠 60000 + 46150 = 0,342( ) 휀 푣 1 = . 훽∗ 6,15 푣 2 푣 푡 1 − Khoảng cách từ tâm áp lực gió đến cầu 13,45 trước:  ' Khi v = vng =13,45 ( m/s ) x = a + e = 3,818 + 0,342 = 4,16 (m)  * v t Khoảng cách từ tâm áp lực gió đến cầu sau: x = b – e = 2,332 – 0,342 = 1,99 (m) Vậy tâm áp lực gió dịch về phía sau trọng tâm xe một đoạn là e = 0,342 (m) 3. Xây dưṇ g hàm biểu thị mối quan hệ giữa hệ số ổn định tĩnh SSF, khối lượng m củ a xe, vận tốc giới hạn lật đổ 푽풏 3.1. Xác định chiều cao trọng tâm của ô tô.  Dưạ vào đồ thị hệ số ổn định tĩnh. Đồ thị tốc độ hàm truyền góc quay thân xe Kết luận: Do kết cấu của xe mà hệ số kết cấu K< 0 dẫn tới xe có xu hướ ng quay vòng thừa. Khi vận tốc quay vòng đạt v=13,45(m/s)thì  ' hàm truyền tức là xe sẽ bị mất  * v t tính ổn định khi vận tốc đạt đến giới hạn này, điều này rất nguy hiểm. Ta có: SSF = từ đó suy ra ℎ𝑔 = 2.ℎ𝑔 2.푆푆퐹
3.  Xác định chiều cao trọng tâm của xe theo STT Khối lượng(kg): x Hệ số SSF: y các giá trị chiều cao thành phần. 0 1250 1,4 1 2300 1,2 2 12800 0,653 3 15900 0,61 Bảng thông số khối lượng và hệ số SSF ℎ3 ℎ ℎ2 0 ℎ1 0 = 0 + 1 − 0 Với : + 2 − 0 − 1 ℎ0, 0 : Chiều cao trọng tâm, khối + 3 − 0 − 1 − 2 lượng xe không tải Giải phương trình nội suy ta được ℎ1, 1 : Chiều cao trọng tâm, khối −4 lượng hàng hóa ở thùng xe  0 = 1,4 − 1,9. 10 − 1250 + 1,19. 10−8 − 1250 − 2300 ℎ2, 2 : Chiều cao trọng tâm, khối −13 lượng hành khách ở tầm 1 −6,13. 10 − 1250 − 2300 −12800 ℎ3, 3 : Chiều cao trọng tâm, khối lượng hành khách ở tầng 2 Hay SSF=1,4 − 1,9. 10−4 − 1250 + ℎ0. 0 + ℎ1. 1 + ℎ2 2 + ℎ3. 3 1,19. 10−8 − 1250 − 2300 ℎ𝑔 = 0 + 1 + 2 + 3 −13 3.2. Xây dựng hàm số mối quan hệ giữa SSF −6,13. 10 − 1250 − 2300 và khối lượng m của xe − 12800 Quan hệ giữa hệ số ổn định tĩnh phụ thuộc vào khối lượng xe: SSF= f(m): Ô tô Thông số a(m) b(m) h(m) Không tải 3,840 2,310 1,57 Toàn tải 3,818 2.332 1,68 Bảng thông số tọa độ trọng tâm của xe Theo phương pháp nội suy: Đồ thị phương trình quan hệ giữa SSF và khối 0 = 0 + 1 − 0 + 2 − 0 − 1 lượng xe m + ⋯ 3.3. Xây dựng đồ thị mối quan hệ giữa hệ số + 푛 − 0 − 푛−1 SSF và vận tốc giới hạn lật đổ 푽풏
4. Chọn : R=10 (m) tg 훽đ = 0,18 thì kết cấu của xe cần phải thay đổi theo giá trị cụ thể như sau : Ta xây dựng đồ thị quan hệ giữa hệ số SSF và m C b C' a ' 푛 st b C t 46150 K 0 ' 0 0,769 C s. C t . l a C s 60000 Khi thay đổi thông số a và b tức là thay đổi trọng tâm của xe, đồng nghĩa với sự thay đổi phân bố trọng lượng ở cầu trước và cầu sau, dẫn đến lực bám ở các bánh xe chủ động cũng sẽ thay đổi . Vì vậy, điều kiện để thay đổi a và b là : PPk ( ở đây ta chỉ cần xét lực kéo Pk ở tay số truyền 1 vì tay số truyền 1 có lực kéo lớn nhất và ta so sánh với lực bám P ) Đồ thị mối quan hệ giữa hệ số SSF và vận tốc giới hạn lật đổ 푛 Lực kéo ở tay số truyền 1 : 4. Đề xuất và tính toán tăng tính an toàn 푒 . 𝑖0. 𝑖1.휂푡 1402.3,153.6,814.0,85 của ôtô 푃 = = 0,55 4.1. Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu = 46551 ( ) trước và cầu sau : Đối với trường hợp xe ta đang xét , vì Lực bám: K 0 ) hoặc xe quay vòng 2,58 ( ) ≤ ≤ 3,476( ) đúng ( K = 0 ). Để đảm bảo được điều kiện đó
5. = 3,15 ( ) Khi có sự tác động của gió xe có xu hướng bị Chọn = 3 ( ) lệch quĩ đạo chuyển động theo chiều gió nên 4.2. Tính toán các thông số đặc tính quay tài xế có thể chủ động bẻ ngược vành lái lại, vòng của xe : đảm bảo xe được an toàn khi có gió tác động Hệ số kết cấu ôtô K ( s2/m ): lên . − . 퐾 = 훼푠 훼푡 4.4. Giảm chiều cao trọng tâm xe 훼푠 . 훼 푡 . 푙 Ta có : 푆푆퐹 = do vâỵ muốn tă ng hê ̣số ổn 15900 60000.3 − 46150.3,15 2ℎ𝑔 = 60000. 46150.6,15 điṇ h tiñ h SSF thì ta cần giảm chiều cao troṇ g 퐾 = 0,03 > 0 tâmℎ𝑔. Viêc̣ này giúp cho xe ổn điṇ h , giảm => Xe có đặc tính quay vòng thiếu. nguy hiểm khi đi vào đườ ng vòng. Để giảm chiều cao troṇ g tâm ℎ𝑔ta giảm Tốc độ đặc trưng 풗 ′ ( m/s ): 풔 chiều cao trọng tâm các thành phần cấu thành. 푙 6,15 풗 ′ = = =14,3(m/s) Ví dụ: Giả sử để có trọng tâm xe khi 풔 퐾 0,03 ′ đầy tải ℎ𝑔 = 1,6 ta có thểđiều chỉnh lại số = 51,48 (km/h) lượng hành khách nằm ở các tầng 4.3. Ảnh hưởng của lực gió bên: Ta gọi x là số hành nằm ở tầng 1 ⇒ 41-x là số Khoảng cách tâm áp lực gió bên đến trọng lượng hành khách nằm ở tầng 2. tâm xe e : Ta có bảng sau: . − ′ . 훼푠 훼푡 Phần tử Khối Chiều Mô men 푒 = − ′ 훼푠 + 훼푡 khối lượng lượng cao trọng lật (kg) tâm (m) (kg.m) 60000.3 − 46150.3,15 = − 1. Chassis 7025 1.08 7587 60000 + 46150 2. Khung vỏ 4515 2.16 9752,4 = − 0,326( ) sàn, điều hòa 3. Ghế tầng 1 30 1.66 49,8 Khoảng cách từ tâm áp lực gió đến cầu 4. Giường tầng 30.x 1.73 51,9.x trước: 1 5. Giường tấng 30.(41- 2.65 3259,5- 2 x) 79,5.x x = a + e = 3,15 - 0,326 = 2,824(m) 6. Hành khách 120 1.89 226,8 ngồi tầng 1 Khoảng cách từ tâm áp lực gió đến cầu sau: 7. Hành khách 60.x 1.94 116,4.x nằm tầng 1 8. Hành khách 60.(41- 2.86 7035,6- x = b + e = 3 + 0,326 = 3,326 (m) nằm tầng 2 x) 171,6.x 9. Hàng hóa 520 0.92 478,4 Vậy tâm áp lực gió dịch về phía trước trọng Toàn bộ xe 15900 1,6 28389,5- 82,8.x tâm xe một đoạn là e = 0,326 (m)
6. lệch khỏi quĩ đạo chuyển động nên rất nguy Ta có: hiểm. 28389,5−82,8.x ℎ′ = = 1,6 ⇒ = 35,6 - Chính vì kết cấu của xe như vậy mà khi chịu 𝑔 15900 sự tác động của gió thì tâm của gió bên có xu chọn x=36 hướng lệch về phía sau trọng tâm hướng về Với phương án bố trí hành khách: 36 phía cầu sau, điều đóđồng nghĩa với việc khi có khách nằm tầng 1, 5 khách nằm tầng 2 thì sẽ gió bên thì xe có xu hướng bị quay ngược lại giảm được chiều cao trọng tâm từ 1,68 (m) so với chiều tác động của gió gây mất lái, xuống 1,6 (m). Hệ số ổn định tĩnh tăng từ ′ không an toàn. SSF=0,61 lên SSF = ′ = 0,64, xe sẽ an 2.ℎ𝑔 - Ngoài ra để tăng tính an toàn khi xe vào toàn hơn khi đi vào đường vòng đường vòng thì ta cần tăng hệ số ổn định tĩnh Vậy để tăng hệ số SSF, nâng cao an SSF bằng cách giảm tọa độ trọng tâm của xe. toàn khi quay vòng phải ưu tiên phân bố cho (Giảm tọa độ trọng tâm các thành phần cấu khách nằm ở tầng 1, hạn chế phân bố khách ở thành như hàng hóa, hành khách ), ưu tiên tầng 2 cũng như không tập trung hàng hóa ở phân bố cho khách nằm ở tầng 1, hạn chế phân trên xe đặc biệt ở tầng 2, hàng hóa nên để ở bố khách ở tầng cao cũng như không tập trung khoang hành lý. hàng hóa ở trên xe đặc biệt ở tầng 2, hàng hóa 5. Kết luâṇ nên để ở khoang hành lý. - Các yếu tố quyết định sự an toàn, ổn định - Khi vào quay vòng phải giảm vận tốc xuống của chiếc xe khi vào đường vòng: Sự biến dạng một cách từ từ và sự thay đổi góc quay vành lái của lốp xe, kết cấu của ô tô và ảnh hưởng của phải nhỏ và từ từ. Để đảm bảo quay vòng được lực gió tác dụng vào xe. (Không xét các yếu tố an toàn, xe không bị lệch khỏi quĩ đạo chuyển chủ quan bao gồm như: thái độ nghiêm túc cẩn động. trọng của tài xế trong việc điều khiển xe). - Vì xe Huyndai Universe - K43có xu hướng - Đối với chiếc xe Huyndai Universe - quay vòng thừa nên bơm các bánh xe trước có K43mà ta đang xét thì tính ổn định không cao. áp suất nhỏ hơn áp suất các bánh xe sau để đảm Bởi vì kết cấu của xe có trọng tâm lệch về phía bảo xe có xu hướng quay vòng thiếu khi vào gần cầu sau hơn (b = 2,36(m); a= 3,79(m) làm quay vòng. cho xe có xu hướng quay vòng thừa K= - - Thay đổi sự phân bố trọng lượng trên 2 cầu 0,034<0, điều này rất nguy hiểm có thể gây xe sao cho trọng tâm của ô tô dịch về phía cầu mất điều khiển khi vào quay vòng, và nếu như trước. Để làm được điều này đối với những vận tốc vào quay vòng lớn, đạt vận tốc ngưỡng chiếc xe Huyndai Universe - K43đang hoạt là v =13,45(m/s) = 48,4 (km/h) thì xe rất dễ bị ng động thì không kéo dài thùng xe, khi chở khách
7. nên cho phần lớn khách dịch chuyển về phía trước. trước để tăng trọng lượng tác động lên cầu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. PGS.TS Nguyễn Văn Phụng,Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô, Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh. [2]. PGS.TS Nguyễn Văn Phụng, Lý thuyết ô tô (Nâng cao), Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh. [3]. TS. Lâm Mai Long, Giáo trình Cơ học chuyển động của ô tô, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh [4]. J.Y.Wong. “Theory of ground vehicles – Third Edition”. Department of Mechanical and Aerospace Engineering. Carleton University, Ottawa – Canada. [5]. Reza N.Jazar .“Vehicle dynamics Theory and Application” Springer, 2008. Thông tin liên hệ tác giả chính: Họ tên: Nguyêñ Viñ h Hiêp̣ Đơn vị: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM Điện thoại: 0902.791.750 Email: nguyenvinhhiep.gata@gmail.com XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
8. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.