Nghiên cứu ổn định chuyển động của xe buýt DAEWOO BC212MA trong thành phố Hồ Chí Minh

Nội dung text: Nghiên cứu ổn định chuyển động của xe buýt DAEWOO BC212MA trong thành phố Hồ Chí Minh

1. NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUÝT DAEWOO BC212MA TRONG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH STABILITY STUDY OF MOVEMENT IN BUSES DAEWOO BC212MA HO CHI MINH CITY Nguyễn Văn Phụng 1, Nguyễn Văn Bình1 1Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh;phungnv@yahoo.com.vn; nbbkdnckd@gmail.com; TÓM TẮT Ở nước ta, ô tô buýt là phương tiện vận chuyển hành khách và hàng hoá đang được sử dụng phổ biến rộng rãi. Trong các thành phố lớn cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ giao thông trên đường ngày càng cao dẫn đến tai nạn giao thông ngày càng nhiều. Sự chuyển động an toàn của ô tô trên đường phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố chủ quan và khách quan. Trong đó có trạng thái chuyển động không ổn định của xe khi xét theo điều kiện trượt và lật đổ trên các loại đường là một vấn đề được đặt ra. Bài báo này nghiên cứu sự ổn định chuyển động của dòng xe buýt DAEWOO BC212MA trong thành phố Hồ Chí Minh nhằm mục đích tính toán kiểm nghiệm tính ổn định của xe buýtkhi hoạt động trong thành phố. Từ kết quả tính toán được, đề xuất phương án tối ưu cho hệ số an toàn tĩnh (SSF) để góp phần nâng cao tính an toàn cho hành khách và hàng hóa khi sử dụng loại phương tiện này. Đồng thời, kết quả nghiên cứu này cũng dùng để tham khảo khi tính toán ổn định chuyển động của các dòng xe tương đương. Từ khóa: Xe buýt; Daewoo BC212MA; Ổn định; hệ số an toàn tĩnh SSF; hệ số ổn định động. ABSTRACT In our country, buses that transport passengers and goods are being used widely. In major cities, along with the growth of the economy, the density of traffic on the road leading to increasing traffic accidents and more. Safe movement of cars on the road depends on a lot of subjective factors and objective. In which state is unstable motion of the vehicle when it slid under the conditions and subversion on the type of road is a problem arises. This paper studies the steady motion of BC212MA DAEWOO bus line in the city of Ho Chi Minh City for the purpose of calculating the stability testing of buses operating in the city. From the calculated results, the proposed optimal scheme for static safety factor (SSF) to contribute to improving safety for passengers and cargo when using this type of media. At the same time, the results of this study also used as a reference when calculating the steady motion of the vehicle equivalent. Key words: Bus; Daewoo BC212MA bus; Stability; Static safety factor (SSF); 1. Đặt vấn đề chỉnh côn, lốp xe loại không săm, thảm sàn xe Xe buýt DAEWOO BC212MA có sức chứa dạng cao cấp chống trơn trượt. Với những đặc 80 hành khách, chiều dài 11.940 m, chiều rộng điểm trên dòng xe buýt DAEWOO BC212MA 2.500m và chiều cao 3.190 m, công suất động cơ khi hoạt động sẽ có nhiều tiện ích và an toàn cho 290ps/2100 vòng/phút. Hệ thống phanh sử dụng hành khách. Dòng xe này còn có thêm tiện ích khí nén hai dòng độc lập với 4 van bảo vệ, có hệ nữa cho khách hàng là sàn xe thấp và chỉ có 1 bậc thống chống bó cứng và chống trượt khi tăng tốc lên xuống cho cửa trước và cửa giữa, loại cửa (ABS & ASR). Đây là xe buýt 3 cửa, sàn thấp, dạng 2 mảnh đóng mở trượt vào trong, chiều rộng giảm xóc khí nén duy nhất hiện đang được sản hữu ích của cửa là 1.200mm (thông thường các xuất tại Việt Nam. loại xe buýt chiều rộng hữu ích của cửa lên xuống Xe được trang bị hệ thống giảm sóc khí nén, là 600 – 900mm). Với 3 cửa lên xuống sẽ giảm hệ thống chống kẹt cửa tự động (xe sẽ không hẳn thời gian dừng và đỗ xe, nhất là khi tan tầm, chạy được khi cửa chưa đóng hẳn hay khi cửa bị hành khách sẽ không còn cảnh chen lấn khi lên kẹt), hệ thống tự điều chỉnh phanh và tự điều xuống.
2. Tuy nhiên, với những thực trạng trong việc Phương trình cân bằng mô men tại điểm O2: khai thác, vận hành các loại xe buýt nói chung và ΣMO2 = ΣZ1. L + G. sinα. hg − G. cosα. b = 0 xe buýt DAEWOO BC212MA vẫn còn một số G.bcos - G.hgsin =0 vấn đề bất cập xảy ra như: việc lật xe buýt khi lưu b tgαghl = thông trên các loại hình đường trong nước, việc hg mất an toàn ổn định trong khai thác vận tải hành Trong đó: ghl – góc dốc giới hạn mà xe bị lật khách Đã đem đến những khó khăn nhất định khi đứng quay đầu lên dốc. trong việc khai thác và sử dụng. + Trường hợp xe không tải: 0 2. Tính toán ổn định chuyển động xe buýt tg ghl = 1,810/1,15 ⇒ ghl = 57,56 2.1 Xác định tọa độ trọng tâm ô tô + Trường hợp xe có tải: 0 Xác định tọa độ trọng tâm ô tô đã được tính tg ghl = 2,111/1,37 ⇒ ghl = 57 toán trong [1]. Hiện nay vấn đề đặt ra là ổn định - Xét theo điều kiện bám: Để tránh cho xe khi xe quay vòng để đảm bảo cho xe không lật, khỏi trượt lăn xuống dốc, người ta thường bố trí từ đó suy ra xác định trọng tâm như thế nào là an phanh ở các bánh xe sau. Khi lực phanh lớn nhất toàn nhất dẫn đến đưa vào hệ số an toàn chuyển đạt đến giá trị bám, xe có thể bị trượt xuống dốc, động SSF. Khi có giá trị SSF ta tính được chiều góc dốc giới hạn khi xe bị trượt được xác định cao trọng tâm. như sau: Fpmax = Gsinαt = φZ2 Lực bám này phải lớn hơn lực gây ra trượt xe Gsin tức: Z2. G.sin Trong đó: F – lực phanh lớn nhất đặt ở bánh xe sau; pmax Hình 1: Lực tác dụng lên xe. φ – hệ số bám dọc của bánh xe với đường. Bảng 1: Giá trị trọng tâm của xe. Z2 – hợp các phản lực thẳng góc từ đường tác Ô tô buýt DAEWOO Thông số dụng lên bánh xe sau. Tính Z2 qua điều kiện cân bằng momen tại BC212MA a (m) b (m) hg (m) O1: Trọng tâm Không tải 4,040 1,810 1,15 MO1 = Z2.L – G.sin .hg – G.cos .a = 0 của xe Đầy tải 3,739 2,111 1,37 G a cosα + Ghg sinα 2.2 Tính toán ổn định tĩnh Z = 2 L 2.2.1 Xe đứng yên trên đường lên dốc Thay giá trị của Z2 vào ta có: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ô tô trong G(sinαh +cosα.a) φ. g ≥ G. sinα, sẽ xác định trường hợp này được biểu diễn trên hình 2. L được góc dốc giới hạn khi ô tô đứng trên dốc bị trượt: a tgαt = φ L−φhg Trong đó: αt – góc dốc giới hạn bị trượt khi xe đứng yên quay đầu lên dốc; Chọn = 0,7 hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường. + Trường hợp xe không tải: 4,040 .0,7 0 tg t = t = 29,27 Hình 2: Lực tác dụng lên ô tô khi đứng yên. 5,850−0,7 .1,15 - Xét theo điều kiện lật đổ: Khi góc dốc + Trường hợp xe có tải: 3,739 .0,7 0 tăng, đến lúc Z1 = 0, ô tô sẽ bị lật đổ qua điểm tg t = t 28 5,850−0,7 .1,37 O1.
3. Sau khi xét tính ổn định của xe qua hai điều khi xe quay đầu xuống dốc. kiện lật đổ và bám. Ta chọn góc giới hạn ổn định + Trường hợp xe không tải: 0 và an toàn là góc αgh có trị số bé. Tức là ảđ m bảo tg ghx = 4,040/1,15 ⇒ ghx 74 cho xe bị trượt trước khi bị lật đổ. + Trường hợp xe có tải: 0 Từ kết quả tính trong điều kiện lật và điều kiện tg ghx = 3,739/1,37 ⇒ ghx 70 bám, để an toàn trong trường hợp này ta chọn ghl - Xét theo điều kiện bám: Khi xe đứng trên 0 ≤ t ⇒ ghl ≤ 28 . dốc quay đầu xuống, ta cũng xác định được góc - Đối với xe có cầu sau chủ động, lực phanh dốc giới hạn khi xe bị trượt bằng cách tương tự do cầu sau tạo ra: như khi xe đứng quay đầu lên dốc: a F = F = Z . φ ′ p2 φ 2 tgαt = φ L + φhg - Phương trình cân bằng momen tại O1: Trong đó: α′ - góc dốc giới hạn bị trượt khi xe MO1 = Z2.L – G.sin .hg – G.cos .a = 0 t đứng trên dốc quay đầu xuống. G. sinα. hg + G. cosα. a Z2 = + Trường hợp xe không tải: L 4,040 .0,7 G.sinα.hg+G.cosα.a tgα′ = = 0,42 ⇒ α′ 230 F = F = . φ t 5,850+0,7 .1,15 t p2 φ2 L - Từ đây suy ra, nếu xét 2 cầu chủ động thì + Trường hợp xe có tải: ′ 3,739 .0,7 ′ 0 −G.sinα.hg+G.cosα.b tgα = = 0,38 ⇒ α 21 F = F = . φ t 5,850+0,7 .1,37 t p1 φ1 L Nhận xét: Ta thấy lực phanh phụ thuộc hoàn Từ kết quả tính trong điều kiện lật và điều kiện toàn vào trọng lượng và khoảng cách trọng tâm bám, để an toàn trong trường hợp này ta chọn ′ 0 cầu trước và cầu sau. Nếu cầu sau chủ động trọng ghx ≤ αt ⇒ ghl ≤ 21 . tâm của nó tăng cường cho bánh xe chủ động (tức - Điều kiện lực phanh bố trí ở tất cả các Z2 lớn tức là giảm b xuống). bánh xe: Đối với ô tô, cơ cấu phanh được bố trí 2.2.2 Khi xe đứng yên quay đầu xuống dốc ở tất cả các bánh xe. Do đó lực phanh cực đại: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên ô tô trong Fpmax = Fφ1 + Fφ2 = ΣZ1. φ + ΣZ2. φ = Fφ trường hợp này được biểu diễn trên hình 3.2. = φ(ΣZ1 + ΣZ2) = φ. G. cosα mà F G.sin ⇒ .G.cos G.sin , nên tgαtgh ≤ , với = 0,7 ta có: 0 tg gh ≤ 0,7 ⇒ gh ≤ 35 Tương tự như trên ta có điều kiện để xe đứng trên dốc bị trượt như sau: ′ 0 tgαt = tgαt = φ = 0,7 ⇒ = 35 Trong trường này góc giới hạn trượt của xe là 0 gh ≤ 35 Hình 3 : Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô. Qua các công thức tính toán trên ta thấy rằng - Xét theo điều kiện lật đổ: khi tăng góc dốc góc dốc giới hạn lật đổ trong trường hợp ổn định đến lúc Z2 =0 thì xe sẽ bị lật đổ qua điểm tiếp tĩnh chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm xe. xúc O2. Khi ô tô chuyển động trên đường dốc có thể Từ phương trình cân bằng momen tại O1, ta bị mất ổn định (bị lật đổ hoặc bị trượt) dưới tác có: dụng của các lực và momen hoặc bị lật đổ khi ô ΣMO1 = ΣZ2. L + G. sinα. hg − G. cosα. a = 0 tô chuyển động ở tốc độ cao trên đường bằng. Xét các trường hợp sau: Xe bắt đầu lật khi ΣZ2 = 0, ta có: 2.2.3 Xe chuyển động lên dốc với tốc độ nhỏ và G. sinα. hg = G. cosα. a a ổn định Từ đó ta có: tgαghx = hg Trường hợp này Fj =0, Fw =0, Ff 0 (vì các lực Ở đây: αghx – góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ này nhỏ có thể bỏ qua). Do đó ta xác định được
4. góc dốc giới hạn khi xe chuyển động lên dốc bị DAEWOO BC 212 MA chỉ được phép chạy từ lật đổ tương tự như trường hợp ổn định tĩnh. 30 – 35 km/h, còn ở ngoại thành TPHCM thì Điều kiện để đảm bảo cho xe bị trượt trước khi được chạy với tốc độ 60km/h. Vì vậy với kết quả bị lật đổ cũng được xác định tương tự như phần tính toán trên ta có thể thấy rằng xe buýt này ổn định tĩnh. chuyển động an toàn. 2.2.4 Xe chuyển động ổn định với vận tốc cao - Khi lực phanh lớn hơn lực bám thì xảy ra trên đường nằm ngang hiện tượng xe bị trượt Khi xe chuyển động thẳng trên đường nằm Fp > F nên yêu cầu lực phanh bằng lực bám. ngang (i = 0) thường chạy với tốc độ cao. Trong - Phanh trước khi xe dừng lại tức là xe bị bó trường hợp này lực cản không khí rất lớn và gây cứng Fp < F ra tính mất ổn định cho xe. - Do đó để chuyển động ổn định thì lực phanh lớn nhất bằng lực bám Fp F Fp = F = Z2. + Z1. = .(Z2 + Z1) Fp = F = G. MA = Z2.L – G.a = 0 ⇒ Z = G.a = 17179.3,739 = 10979 2 L 5,850 Hình 4: Lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động ở Lực phanh phân bố lên cầu sau : tốc độ cao. G. a 17179.3,739.0,7 Fp = Fφ = . φ = Khi xe chạy vượt quá tốc độ nguy hiểm Vn, 2 2 L 5,858 lực cản không khí gây ra sự lật đổ xe qua điểm = 7685 (N) tiếp xúc giữa bánh sau với mặt đường O2. Tương tự nếu cầu trước cũng phanh thì ta có Theo phương trình cân bằng momen, ta có: lực phanh trên cầu trước của xe: ΣMO2 = ΣZ1. L + Fw. hg − G. b + Mf = 0 G.b 17179.2,11.0,7 Fp1 = . φ = = 4337 (N) Trong đó: M : momen cản lăn có trị số bé L 5,850 f Qua đó ta nhận thấy lực phanh phụ thuộc tọa nên bỏ qua (M 0). f độ trọng tâm xe. F = K. F. V2: Lực cản không khí. w n b.Khi xe chuyển động lên dốc K = 0,4 Ns2/m4: hệ số cản không khí. F = 7,64 m2: diện tích cản chính diện của xe. Vn: tốc độ nguy hiểm. Xe bắt đầu lật đổ khi: ΣZ1 = 0 nên ta có: 2 G. b = K. F. Vn . hg Do đó tốc độ nguy hiểm giới hạn Vng là: G.b ⇒ Vn = √ hg.K.F Thay các giá trị vào ứng với trường hợp xe không tải ta được: Hình 5 : Lực và momen tác dụng lên xe khi chuyển 11800.1,810 động đều lên dốc. V = √ = 24,9 (m/s) n 1,15.0,4.7,64.9.81 - Khi xe chuyển động lên dốc sẽ chịu tác dụng (89,6 km/h) của các lực Thay các giá trị vào ứng với trường hợp đầy Lực cản lăn Ff = G.f.cos trong đó: tải ta được: G - trọng lượng toàn bộ ô tô (N) 17179.2,111 f - hệ số cản lăn của ô tô V = √ = 29,7 (m/s) n 1,37.0,4.7,64.9.81 - góc dốc mặt đường 106,9 (km/h) Lực cản lên dốc Fi = Gsin Nhận xét: Theo qui định thì xe buýt trong nội Fi sẽ có dấu (+) khi xe lên dốc, còn khi xe thành TPHCM thì xe buýt nói chung và xe buýt xuống dốc, lực Pi sẽ có dấu (-)
5. 2 Lực cản không khí Fw = KFV , trong đó: K - hệ số cản không khí (Ns2/m4). V - tốc độ tương đối giữa ô tô và không khí (m/s). F - diện tích cản chính diện của ô tô (m2). Lực quán tính của ô tô : F = G . j.  j g Trong đó: j- gia tốc chuyển động tịnh tiến của ô tô. -hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng chuyển động quay được quy về trọng tâm ô tô. Khi xe chuyển động lực quan trọng nhất là lực quán tính của xe (lực quán tính ngược chiều chuyển động). Tổng các lực cản khi xe lên dốc: F = Ff + Fi + Fw + Fj Tổng các lực cản khi xe xuống dốc: Hình 6: Lực và momen tác dụng lên ô tô. c F = Ff - Fi + Fw - Fj ′′ ΣMO1 = ΣZ . c − G. cosβ. + G. sinβ. hg = 0 c. Phanh xe khi chuyển động 2 ′′ Đối với lực phanh xe 2 cầu chủ động: + Xe bắt đầu lật khi ΣZ = 0, ta có: G. sinβ. h = G. cosβ. c Fp=F =Z1. + Z2. = ( Z1 + Z2) g 2 sinβ c c mà: Z1+ Z2 = Gcos = hay tgβtmax = cosβ 2hg 2.hg F = F = . Gcos p Trong đó: Trường hợp cầu sau chủ động β – góc nghiêng ngang lớn nhất khi xe F = F = Z . φ tmax p2 φ2 2 đứng yên. Mp = Z2. L − G. sinα. hg + Fj. hg − Fw. hg c = 1853 (mm) - chiều rộng cơ sở của xe. − G. cosα. a = 0 hg- chiều cao trọng tâm của xe. (−F +G.sinα).h +F .h +G.cosα.a ⇒ Z = j g w g Thay các giá trị vào ứng với trường hợp xe 2 L không tải ta được: (G.sinα−Fj+Fw).hg+퐆.퐜퐨퐬훂.퐚 F = F = . 1,853 p2 φ L 0 tgβtmax = = 0,8 ⇒ tmax 38,65 Nhận xét: Qua công thức trên ta thấy lực 2.1,15 Thay các giá trị vào ứng với trường hợp xe đầy phanh phụ thuộc tọa độ trọng tâm, chiều cao tải ta được: trọng tâm, lực quán tính. Lực quán tính phụ thuộc 1,853 0 tgβ = = 0,67 ⇒ tmax 33,8 gia tốc chuyển động xe, khi xe chuyển động rồi tmax 2.1,37 phanh thì gia tốc rất lớn, lực Fj rất lớn. - Xét theo điều kiện trượt ngang: 2.3 Tính chất ổn định trong mặt cắt ngang Đối với xe 2 cầu chủ động: ′ ′′ ′ ′′ 2.3.1 Tính chất ổn định ngang tĩnh Fφn = ΣY + ΣY = (ΣZ + ΣZ )φn Khi xe đứng yên trên mặt đường nghiêng φn – hệ số bám ngang (chọn n = 0,7). ngang có thể xảy ra sự lật đổ và trượt ngang. Sơ ΣY′, ΣY′′ - Lực bám của bánh xe bên trái và đồ lực và momen trong trường hợp này được biểu bên phải trước và sau. diễn trên hình . Thành phần gây trượt ngang cho xe là G. sinβ. - Xét theo điều kiện lật đổ: Điều kiện xe không bị trượt ngang: + Trường hợp lật đổ quanh điểm O1, ta có: Fφn ≥ G. sinβ Hay: G. cosβ. φn ≥ G. sinβ ⇒ sinβ = tgβ ≤ φ cosβ φ n
6. ′′ βφ – góc nghiêng ngang tính theo điều kiện - Xe bắt đầu lật khi ΣZ = 0 bám. Thay vào phương trình trên có: 0 c tgβ ≤ 0,7 ⇒  ≤ 35 ⇒ G. sinβ. h = G. cosβ. φ g 2 - Đối với xe cầu sau chủ động: hay tgβ = c đ 2h F = G . cosβ. φ ≥ G. sinβ g φn 2 n + Ứng với trường hợp xe không tải ta được: G2 10979 1,853 0 tgβ ≤ . φn = . 0,7 ≈ 0,45 tgβ = = 0,8 ⇒ tmax 38,65 G 17179 tmax 2.1,15 0  ≤ 24 + Ứng với trường hợp xe đầy tải ta được: Điều kiện an toàn tốt nhất là xe chỉ bị trượt 1,853 0 tgβtmax = = 0,67 ⇒ tmax 33,8 chứ không bị lật đổ, tức là: 2.1,37 Điều kiện trượt ngang là do: G. sinβ, nên để tgβ ≤ tgβ hay β ≤ β φ tmax φ tmax đảm bảo không trượt thì: Để đảm bảo an toàn khi xe không tải chọn góc P ≥ G. sinβ hay P = ΣY′ + ΣY′′ = β có giá trị bé, tức là  ≤ 350. φn φn (ΣY′ + ΣY′′). φ = G. cosβ. 휑 Để đảm bảo an toàn khi xe đầy tải chọn gócβ n 푛 nên G. cosβ. φ ≥ G. sinβ có giá trị bé, tức là  ≤ 240. n hay tgβ ≤ φ (chọn = 0,7) 2.3.2 Tính chất ổn định ngang động đ n n 0 Khi xe chuyển động thẳng hoặc quay vòng, xe Tương tự như trên ta có  đ ≤ 35 . Do đó, để dễ bị lật đổ và trượt ngang do thành phần các lực đảm bảo an toàn khi xe không tải chọn góc  ≤ 0 tác dụng. 35 , để đảm bảo an toàn khi xe đầy tải chọn góc 0 a. Khi xe chuyển động thẳng trên đường  ≤ 33,8 . nghiêng ngang b. Khi ô tô chuyển động quay vòng trên đường nghiêng ngang góc 훃 Trường hợp1: Mặt đường nghiêng vào trục quay vòng, trục quay vòng vuông góc với mặt phẳng ngang. Sơ đồ lực và momen trong trường hợp này được biểu diễn trên hình 8. Hình 7: Lực và mô men tác dụng lên ô tô. Điều kiện lật đổ ngang trong trường hợp này là do: Thành phần G. sinβ } tạo ra sự lật đổ Hình 8: Lực và momen tác dụng lên ô tô. Momen quán tính M jn - Xét theo điều kiện lật đổ: quanh điểm O1 : Do mặt đường nghiêng vào trục tâm quay ⇒ ΣM = ΣZ′′. c − G. cosβ. c + O1 2 vòng nên: G. sinβ. h + M = 0 G v2 g jn + Lực li tâm F = . hướng ngược với lt g R - Momen Mjn thường bé, coi Mjn ≈ 0 hướng lực thành phần G. sinβ.
7. G V2 + Dưới tác dụng lực ly tâm Fltcos xe bị lật Với F = . n ta có: lt g R đổ quanh điểm O2. 2 1 − tgβφ Phương trình cân bằng momen tại O1 ta có: Vnφ = g. R φn + tgβφ ′′ c ΣMO1 = ΣZ . c − Flt. cosβ. + G. sinβ. hg 1 − tgβφ 2 hay Vnφ = √g. R. c φn + tgβφ + F . sinβ. h − G. cosβ. = 0 lt g 2 Trong đó: n: hệ số bám ngang của mặt ′′ + Xe bắt đầu lật khi ΣZ = 0 , từ đó có: đường, chọn n = 0,7. c 0 F . cosβ. − G. sinβ. h − F . sinβ. h −  : góc nghiêng ngang, chọn  = 10,2 . lt 2 g lt g c 1 − 0,18 G. cosβ. = 0 Ta có: V = √9,81.12. = 9,7 (m/s) 2 nφ 0,7 + 0,18 V2 Trong đó: F = G . nl lt g R 34,8 (km/h) Nhận xét: Vnl - tốc độ giới hạn gây ra lật đổ (m/s). R - bán kính quay vòng (m), R = 12 (m). Sau khi tính toán tốc độ nguy hiểm Vnl của ô + Thay vào phương trình trên ta được tốc độ tô theo điều kiện lật đổ và theo điều kiện bám nguy hiểm giới hạn lật đổ: Vnφ. Để đảm bảo an toàn thì lấy các giá trị giới c ( + tgβ) hạn theo điều kiện trượt trước khi lật đổ. Do đó: 2 2hg V = g. R. c 0 nl − tgβ Vn = 34,8 (km/h) ứng với = 0,7;  = 10,2 . 2hg Trường hợp 2: Mặt đường nghiêng ra phía c ( + tgβ) 2hg ngoài trục quay vòng, trục quay vòng vuông góc hay V = √g. R. c (m/s) nl − tgβ 2hg với mặt phẳng ngang (ít xảy ra). Sơ đồ lựcvà momen trong trường hợp àyn được biểu diễn trên + Trong đó: tgβđ ứng với góc nghiêng ngang 0 hình 9. lớn nhất (chọn đ = 10,2 ). + Ứng với trường hợp xe đầy tải: hg0 = 1,15 (m) 0,8 + 0,18 V = √9,81.12. = 10,9 (m/s) nl 1 − 0,8.0,18 39,26 (km/h) + Ứng với trường hợp xe đầy tải: hg = 1,37 (m) Do đó: 0,67 + 0,18 V = √9,81.12. = 10,1 (m/s) nl 1 − 0,67.0,18 36,5 (km/h) - Xét theo điều kiện trượt ngang: + Trường hợp này lực li tâm Fltcos ngược chiều với thành phần ngang và trọng lượng G. sinβ. Phương trình hình chiếu của tổng các lực lên mặt phẳng của đường: Hình 9: Lực và mô men tác dụng lên ô tô. ΣY′ + ΣY′′ + G. sinβ − F . cosβ = 0 lt Tương tự trường hợp 1, ta tính được kết quả mà ΣY′ + ΣY′′ = (ΣZ′ + ΣZ′′). φ n là: Trên hình chiếu đứng vuông góc mặt đường c ( − tgβ) có: 2hg V = √g. R. c (m/s) ′′ nl 1 + .tgβ ΣZ′ + ΣZ = G. cosβ − Flt. cosβ 2hg Thay vào phương trình trên ta có: Trong đó: (G. cosβ − Fltcosβ). φn − G. sinβ − c = 0,67 ứng với trường hợp đầy tải. 2.hg Flt. cosβ = 0 0 Chọn góc nghiêng ngang đ = 10,2 . Do đó:
8. 0,67 − 0,18 - Khi xe quay vòng trên mặt đường nằm ngang V = √9,81.12. = 7,2 (m/s) nl 1 + 0,67.0,18 β = 0 ⇒ tgβφ = 0 25,8 (km/h) Vnφ = √g. R. φn Trường hợp xe quay vòng trên mặt đường Vnφ = √9,81.12.0,4 = 6,86 (m/s) ngang β = 0 ⇒ tgβ = 0 đ đ = 24,7 (km/h) c Vnl = √g. R. Nhận xét: 2hg Sau khi tính toán tốc độ nguy hiểm V của ô hay n tô theo điều kiện lật đổ và theo điều kiện bám 1,853 V = √9,81.12. = 8,9 (m/s) V . Để đảm bảo an toànthì ta lấy theo điều kiện nl 2.1,37 nφ trượt trước khi lật đổ. Do đó: 32,12 km/h 0 Nhận xét: Vn = 17,69 (km/h) ứng với = 0.4,  = 10,2 Muốn tăng tính ổn định ngang khi quay vòng Trường hợp 3: Mặt đường nghiêng vào và cần: vuông góc với trục quay vòng. Sơ đồ lực và - Thiết kế mặt đường nghiêng và nên nghiêng momen trong trường hợp này được biểu diễn trên vào trục tâm quay vòng. hình 10. - Tăng bán kính quay vòng R tại chỗ đường vòng. - Giảm tốc độ khi đi vào đường vòng đảm bảo Vthực tế < Vn. - Xét theo điều kiện trượt ngang: + Trường hợp này lực li tâm Fltcos ngược chiều với thành phần ngang và cùng chiều trọng lượng G. sinβ. Phương trình hình chiếu của tổng các lực lên mặt phẳng của đường: ′ ′′ ΣY + ΣY − G. sinβ − Flt. cosβ = 0 mà ΣY′ + ΣY′′ = (ΣZ′ + ΣZ′′). φ n Trên hình chiếu đứng vuông góc mặt đường Hình 10: Lực và mô men tác dụng lên ô tô. có: - Xét theo điều kiện lật: ′ ′′ ΣZ + ΣZ = G. cosβ − Flt. sinβ Phương trình cân bằng momen: Thay vào ta có: ′′ ΣMO1 = Z . C − G. sinβ. hg + Flt. hg (G. cosβ − Fltsinβ). φn − G. sinβ − Flt. cosβ = 0 c V2 − G. cosβ. + M = 0 Thay F = G . n vào ta có: 2 jn lt g R Trong đó: Mjn 0 2 φn−tgβφ Vnφ = g. R 1+φn.tgβφ Điều kiện xảy ra lật trong trường hợp này khi ′′ φn−tgβφ Z = 0 hay Vnφ = √g. R. c 1+φn.tgβφ G. sinβ. h − F h + G. cosβ. = 0 g lt g 2 Trong đó: n: hệ số bám ngang của mặt V2 Thay F = G . nl vào ta có: đường, chọn n = 0,4. lt g R  : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện 2 G. Vnl c 0 . hg = G. (cosβ. + sinβ. hg) trượt, chọn  = 10,2 . gR 2 Ta có: c 0,4−0,18 V = √g. R. (sinβ + . cosβ) V = √9,81.12. = 4,9 (m/s) nl nφ 1+ 0,4.0,18 2hg 17,69 (km/h) Trong đó: hg: chiều cao trọng tâm khi xe đầy
9. tải hg = 1,37.  : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện lật, 0 chọn  = 10,2 . Do đó: Vnl = 9,9 (m/s) = 35,7 (km/h) - Xét theo điều kiện trượt ngang: + Trường hợp này lực li tâm Flt ngược chiều với Gsin. Phương trình hình chiếu của tổng các lực lên mặt phẳng của đường: ′ ′′ ΣY + ΣY − G. sinβ + Flt = 0 ′ ′′ ′ ′′ mà ΣY + ΣY = (ΣZ + ΣZ ). φn Trên hình chiếu đứng vuông góc mặt đường có: ΣZ′ + ΣZ′′ = G. cosβ Thay vào phương trình trên ta có: G. cosβ. φ − G. sinβ + F = 0 n lt V2 Thay F = G . n vào ta có: Hình11: Lực và mô men tác dụng lên ô tô. lt g R V2 2 Thay F = G . nl vào ta có: Vnφ = g. R. (sinβ − cosβ. φn) lt g R 2 hay Vnφ = √g. R. (sinβ − cosβ. φn) G. Vnl c . hg = G. (cosβ. − sinβ. hg) Trong đó: n: hệ số bám ngang của mặt gR 2 đường, chọn = 0,4. c n V = √g. R. (cosβ. − sinβ) nl 2h  : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện g 0 trượt, chọn  = 10,2 . Trong đó: hg: chiều cao trọng tâm khi xe đầy tải hg = 1,37. Ta có: Vnφ = 5,04 (m/s) 18.17 (km/h)  : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện lật, Sau khi tính toán tốc độ nguy hiểm V của ô n 0 tô theo điều kiện lật đổ ngang và theo điều kiện chọn  = 10,2 . Do đó: bám ngang Vnφ. Để đảm bảo an toàn thì ta lấy V = 7,534 (m/s) = 27,12 (km/h) theo điều kiện xe bị trượt trước khi bị lật đổ. Do nl - Xét theo điều kiện trượt ngang: đó: + Trường hợp này lực li tâm Flt cùng chiều Vn = 18,17 (km/h) ứng với mặt đường có = 0 với Gsin. 0.4,  = 10,2 . Phương trình hình chiếu của tổng các lực lên Trường hợp 4: Mặt đường nghiêng ra ngoài mặt phẳng của đường: và vuông góc với trục quay vòng. Sơ đồ lực và ΣY′ + ΣY′′ − G. sinβ − F = 0 momen trong trường hợp này được biểu diễn trên lt mà ΣY′ + ΣY′′ = (ΣZ′ + ΣZ′′). φ hình 11. n Trên hình chiếu đứng vuông góc mặt đường - Xét theo điều kiện lật: có: Phương trình cân bằng momen: ′ ′′ ′ ΣZ + ΣZ = G. cosβ ΣMO2 = Z . C + G. sinβ. hg + Flt. hg c Thay vào phương trình trên ta có: − G. cosβ. + M = 0 2 jn G. cosβ. φn − G. sinβ − Flt = 0 2 G Vn Trong đó: Mjn 0 Thay F = . vào ta có: lt g R Điều kiện xảy ra lật trong trường hợp này khi 2 Vnφ = g. R. (φn. cosβ − sinβ) Z′ = 0 c hay V = √g. R. (φ . cosβ − sinβ) G. sinβ. h + F h − G. cosβ. = 0 nφ n g lt g 2
10. 2 Trong đó: n: hệ số bám ngang của mặt (chọn v=15km/h, g=10m/s , R=12m) 0 đường, chọn n = 0,4. ⇒đ = 8,5  : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện 2.5.1 Ý nghĩa hệ số SSF 0 trượt, chọn  = 10,2 . - Hệ số ổn định tĩnh biểu thị góc lật ngang, momen lật đổ ngang của xe. Ta có: Vn = 7,08 (m/s) 25,49 (km/h) - Xác định hệ số an toàn tĩnh để đánh giá loại Sau khi tính toán tốc độ nguy hiểm Vn của ô tô theo điều kiện lật đổ ngang và theo điều kiện xe nào an toàn hơn loại xe nào. 2.5.2 Quan hệ giữa SSF và khối lượng xe bám ngang Vnφ. Để đảm bảo an toàn thì ta lấy Xác định chiều cao trọng tâm xe theo “hệ số theo điều kiện xe bị trượt trước khi bị lật đổ. Do ổn định tĩnh” (SSF) đó: Ta có: SSF = C ; hg = C (m) Vn = 25,49 (km/h) ứng với mặt đường có = 2hg 2.SSF 0 0.4,  = 10,2 . Trong đó : C là chiều rộng cơ sở bánh xe sau 2.5 Xác định hệ số ổn định an toàn tĩnh SSF Quan hệ giữa hệ số ổn định tĩnh phụ thuộc vào Vấn đề đặt ra là ổn định khi xe quay vòng để trọng lượng xe: đảm bảo cho xe không lật, từ đó suy ra xác định SSF = f(m) trọng tâm như thế nào là an toàn nhất dẫn đến đưa Hệ số ổn định tĩnh: SSF = C vào hệ số an toàn chuyển động SSF. Khi có giá 2hg0 trị SSF ta tính được chiều cao trọng tâm. Tính theo momen lật đổ: Gsinα = C Gcosα 2hg0 Từđó ta có: SSF = Gsinα Gcosα Suy ra: SSF = f(G) hay SSF = f(m) Như vậy hệ số ổn định tĩnh của ô tô (SSF) phụ thuộc vào trọng lượng (G) hay khối lượng ô tô (m) vì G = m.g Hệ số SSF có thể biểu diễn qua đồ thị SSF = f(m) như hình 13. Hình 12: Lực và momen tác dụng lên ô tô đứng yên trên đường nghiêng ngang. Ta có: Momen tạo ra lật: Gsin.hg Momen chống lật: G. cosβ. C Hình 13: Đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh ô tô. 2 Để đảm bảo an toàn xe không lật Ta cần xây dựng phương trình hệ số ổn định tĩnh (SSF) phụ thuộc vào khối lượng xe (m), G. cosβ. C ≥ Gsin. hg 2 SSF = f(m) theo phương pháp nội suy: C 1,853 0 tgβ ≤ = = 0,67 ⇒ t=33,8 . 0 = 0 + 1( − 0) + 2( − 1)( − 2hg 2.1,37 ) + ⋯ . ( − ) . ( − ) C Flt .hg 2 푛 0 푛−1 tgβđ = − , do cosβđ ≈ 1 2.hg hg.G.cosβđ Dựa vào số liệu xe bus DAEWOO BC212MA C Flt Số liệu chiều cao trọng tâm xe: xét những tgβđ = − , Flt = 0,52 2.hg G thành phần có khối lượng lớn
11. Ta có: A0 = 1,69 C = 1,853 (m); SSF = C/2hg y1 − y0 1,34 − 1,69 −5 a1 = = = −7,23.10 Chiều cao trọng tâm xe khi không tải: x1 − x0 6090 − 1250 13538,64 y2 − y0 0,8 − 1,69 −5 hg0 = = 1,15 a2 = = = −8,43.10 11800 x2 − x0 11800 − 1250 Chiều cao trọng tâm hành khách: y3 − y0 0,67 − 1,69 −5 8892 a3 = = = −6,4.10 h = = 1,85 x3 − x0 17179 − 1250 hk 4800 −5 −5 Chiều cao trọng tâm khi xe có khách và hành a2 − a1 −8,43.10 + 7,23.10 A2 = b2 = = lý: x2 − x1 11800 − 6090 −9 h = 23561 = 1,37 = −2,1.10 g 17179 −5 −5 a3 − a1 −6,4.10 + 7,23.10 Để giảm momen lật đổ cần giảm chiều cao b3 = = x3 − x1 17179 − 6090 trọng tâm xe (hg) khi có tải. = 0,75.10−9 2.5.3 Xây dựng đường cong hệ số ổn định tĩnh −9 −9 b3 − b2 0,75.10 + 2,1.10 SSF=f(m) A3 = c3 = = Giá trị trọng lượng và tọa độ trọng tâm các x3 − x2 17179 − 11800 −12 thành phần đã được tính trong3 [1 ]: = 0,53.10 Bảng 2: Giá trị trọng lượng và trọng tâm Vậy phương trình đường cong hệ số ổn định Ký Gi hi Gi.hi tĩnh có dạng như sau: Phân loại hiệu (kG) (m) (kGm) = 1,69 − 7,23.10−5( − 1250) − Trọng lượng khung gầm −9 Gkh 6090 0,69 4202,1 2,1.10 ( − 1250)( − 6090) + có gắn động cơ −12 Trọng lượng khung vỏ và 0,53.10 ( − 1250)( − 6090)( − G 4756 1,49 7086,4 kvs sàn 11800) Ggh Trọng lượng ghế ngồi 364 1,4 509,6 Trọng lượng hệ thống G 590 2,95 1740,5 đh điều hoà Trọng lượng hành khách G 3240 1,95 6318 hkđ đứng Trọng lượng hành khách G 1560 1,65 2574 hkn ngồi Trọng lượng hành lí hành G 391 2,05 801,5 hlđ khách đứng Trọng lượng hành lí hành G 188 1,75 329 hln khách ngồi Với C = 1,853 (m) ta tính được SSF = C 2hg theo trọng tâm như sau: Bảng 3: Bảng số liệu xây dựng đường cong hệ số ổn định tĩnh Hình 14: Đồ thị hệ số ổn định tĩnh SSF= f(m). Y STT X (m) H Nhận xét: Dựa vào đồ thị hệ số ổn định tĩnh (SSF) ta nhận thấy, ứng với 1 giá trị tải trọng xe có 1 0 1250 0,65 1,69 giá trị ổn định SSF. Để tính an toàn ổn định của 1 6090 (Trọng lượng khung gầm) 0,69 1,34 ô tô được nâng cao thì ta luôn muốn giá trị SSF lớn nhất. Để có được điều này thì vấn đề đặt ra là 2 11800 (Trọng lượng không tải) 1,15 0,8 giảm trọng tâm của xe. 3 17179 (Trọng lượng xe đầy tải) 1,37 0,67 Đề xuất phương án giảm chiều cao trọng tâm hg của xe buýt DAEWOO BC 212 MA. y = A0 + A1(x − x0) + A2(x − x1)(x − x2) Hạ thấp trọng tâm hành lí bằng cách để hành + ⋯ . An(x − x0) . (x − xn−1 lý xuống sàn xe, lúc đó trọng tâm của hành lí:
12. hhl =1,05 (m) thống kê đầy đủ các điều kiện này chúng ta có thể Chiều cao trọng tâm mới: thay vào công thức áp dụng lý thuyết an toàn ổn định chuyển động ở trên ta có: của ôtô cuả đề tài này xây dựng các cẩm nang hg = 1,34 (m) điều khiển xe thích nghi khi lưu thông trong Lúc đó SSF = C = 0,69. thành phố. Việc này sẽ giúp các tài xế có thêm 2hg nhiều kỹ năng để lái xe an toàn và ổn định hơn. 3. Kết luận Tài liệu tham khảo Từ các kết quả tính toán được ta có thể đưa ra một số kết luận như sau: [1] Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Minh Thái, Dư Quốc Thịnh, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng, Lý thuyết - Đề tài đã xây dựng được một hệ thống cơ sơ ô tô – máy kéo, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà lý thuyết đầy đủ cho việc tính toán ổn định Nội, 2003. chuyển động của ôtô buýt DAEWOO BC212 MA trong Tp. Hồ Chí Minh. [2] Nguyễn Văn Phụng, Lý thuyết ô tô, Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM, 2000. - Qua việc tính toán chuyển động trong các điều kiện của xe với một số thông số điều kiện [3] Lâm Mai Long, Cơ học chuyển động của ô tô, giao thông TP HCM (dù chưa đầy đủ) nhưng ta ĐHSPKT, 2001. có thể nhận thấy xe buýt DAEWOO BC212 MA [4] Nguyễn Khắc Trai, Tính điều khiển và quỹ đạo trong Tp. Hồ Chí Minh đảm bảo khả năng tăng chuyển động của ô tô, 1997. tốc, đảm bảo ổn định trên mặt cắt dọc và mặt cắt [5] B.C Phalkevik, Theory abtomobil, Mockva, ngang. 1968 - Xây dựng được đồ thị hệ số ổn định tĩnh SSF [6] A. Tante, Kraftfahrtmechanik, Verlag Technik, thể hiện mối quan hệ giữa chiều cao trọng tâm xe Berlin 1974 với độ ổn định trên mặt cắt ngang. [7] Wong Ty, Theory of ground Vehicles, Carleton 2. Kiến nghị University, Ottawa, Canada, 2001 Từ những kết quả thu được của đề tài và [8] Reimpell, Jornsen, Grundlagen, Wuurzburg, những vấn đề nảy sinh trong quá trình nghiên Vogel Buchverlag, 1988. cứu, người thực hiện đề tài này xin được nêu một [9] Burckhardt, Manfred, Bremsdynamic und Pkw- số kiến nghị như sau: Bremsanlagen, Wurnburg: Vogel Buchverlag, - Nên bố trí nhiều ghế ngồi trên xe buýt hạn 1991. chế số hành khách đứng để giảm chiều cao trọng [10] Zomotor, Adam, Fahrverhalten, Wurnburg, tâm xe. Vogel Buchverlag, 1991. - Người sử dụng xe phải chạy đúng tốc độ quy [11] Reimpell, Jornsen, Stoll, Helmut, Stoss-und định. Schwingungsdamfer, Wurnburg, Vogel - Khi bố trí tải trọng trên xe cần theo đúng yêu Buchverlag, 1989. cầu đảm bảo hệ số SSF (static stability factor) cao [12] Trương Hoàng Tuấn,Xác định tải trọng động tác nhằm hạ thấp trọng tâm của xe để tăng tính ổn dụng lên chassi xe SYM T880 bằng phương pháp định không lật đổ của xe. mô phỏng, 2013. - Nên tổ chức khảo sát và thống kê một cơ sở dữ liệu đầy đủ về các đặc trưng lưu thông của các [13] Nguyễn Văn Bình, Nghiên cứu ổn định chuyển động của xe buýt DAEWOO BC212MA trong TP dòng xe ở buýt ở TPHCM. Nếu có được một sự Hồ Chí Minh, Luận văn Thạc sĩ năm 2014. XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
13. 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.