Nghiên cứu tính ổn định khi quay vòng đối với loại xe bus 2 tầng sử dụng ở TP.HCM và các tỉnh

Nội dung text: Nghiên cứu tính ổn định khi quay vòng đối với loại xe bus 2 tầng sử dụng ở TP.HCM và các tỉnh

1. NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH KHI QUAY VÒNG ĐỐI VỚI LOẠI XE BUS 2 TẦNG SỬ DỤNG Ở TP.HCM VÀ CÁC TỈNH STABILITY TURNING VEHICLES STUDY OF A DOUBLE DECKER BUS TO AROUND HCM CITY AND PROVINCES PGS.TS.Nguyễn Văn Phụng, KS.Trần Ngọc Dũng Đại học Sư Phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. tranngocdung24081987@gmail.com University of Technical Education Ho Chi Minh City Tóm tắt: Trong bài báo đề xuất các phương án để hạn chế nguy hiểm khi quay vòng đối với xe bus 2 tầng sử dụng ở Tp.HCM và các tỉnh. Các đề xuất được dựa trên tính toán các thông số kỹ thuật của xe bus 2 tầng BHT 89 đang sử dụng ở Tp.HCM và từ đó mô phỏng các trạng thái quay vòng của xe dựa vào hệ số đặc trưng kết cấu ô tô (K) thông qua phần mềm SolidWorks. Kết quả tính toán góp phần cho việc khắc phục các hạn chế khi quay vòng của xe bus 2 tầng, đồng thời giúp cho việc sản xuất xe bus 2 tầng ở Việt Nam ngày càng phát triển. Abtract: This study suggests some methods for limited risk to turning vehicles of double decker bus around HCM city and provinces. Methods based on calculating specifications of double decker bus BHT 89 using HCM city and which are used software SolidWorks to simulating turning vehicles based on understeer coefficient (Kus). Calculation results have helped to overcome limited when the double decker bus turned of cornering and to help produced double decker bus in Vietnam growing. Từ khóa: Hệ số đặc trưng kết cấu ô tô, quay vòng ổn định, đặc trưng trạng thái ổn định, SolidWorks, mô phỏng. Keywords: Understeer coefficient, turning vehicles, steady-state handling, SolidWorks, simulation. 1. Giới thiệu. 2.1 Tính chất ổn định tĩnh. Theo báo cáo đánh giá đô thị hóa tại Việt Nam do Ngân 2.1.1. Tính ổn định trong mặt phẳng dọc. hàng Thế giới thực hiện cho rằng đường phố ở Hà Nội cũng  Xét theo điều kiện lật đổ. như ở Thành phố Hồ Chí Minh không thể tải được thêm xe tg = gắn máy và ô tô. Để phục vụ nhu cầu đi lại cũng như vận tải hành khách  Xét theo điều kiện bám. công cộng ngày càng đa dạng ở TP Hồ Chí Minh, chính vì tgαgh ≤ φ vậy, tháng 12 năm 2005 Liên Hiệp Hợp Tác Xã Vận Tải 2.1.2 Tính ổn định trong mặt phẳng ngang. TP.HCM đã đưa vào sử dụng hai xe bus 2 tầng nhằm phục  Xét theo điều kiện lật đổ. vụ kịp thời nhu cầu đi lại cho hành khách nhất là học sinh, tgβtmax = sinh viên ở những tuyến đường trọng điểm. Vận tải hành khách công cộng bằng xe bus 2 tầng là một mô hình mới  Xét theo điều kiện bám. đang được thử nghiệm ở TP Hồ Chí Minh trong những năm tgβφ ≤ φn qua. Đây là một vấn đề rộng lớn và phức tạp, có cả những 2.2 Quan hệ giữa các thông số góc quay bánh xe dẫn nhận thức và quan điểm khác nhau, thậm chí là đối lập hướng θt, θn. nhau. Do đó cần phải có những nghiên cứu về sự ổn định 2.2.1 Đối với loại lốp không biến dạng. của xe bus 2 tầng theo quan điểm an toàn khi chuyển động cotgθn – cotgθt = và sự tiện nghi, thoải mái cho hành khách ngồi trên xe. 2.2.2 Đối với loại lốp đàn hồi. Mục đích của đề tài nhằm nghiên cứu tính ổn định khi quay vòng đối với loại xe buýt 2 tầng sử dụng ở TP.HCM và các tỉnh vì những lý do sau: . Xe buýt 2 tầng có trọng tâm cao hơn so với các loại xe buýt thông thường khác. 2.3 Ảnh hưởng của tính đàn hồi lốp xe đến trạng thái . Là loại xe phục vụ cho con người nên yêu cầu đảm bảo về quay vòng của xe ô tô. sự an toàn phải cao. Nếu các góc lệch hướng , không lớn lắm thì bán . Điều kiện vận hành phải phù hợp với hệ thống giao thông ở TP.HCM và các tỉnh, những ảnh hưởng của xe buýt 2 kính quay vòng của xe có lốp đàn hồi được tính bằng công tầng đến khả năng hoạt động của xe cần phải được nghiên thức: cứu để đưa ra những đánh giá có tính khoa học. = Qua đó phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới động lực học quay vòng của ô tô như: đặc tính biến dạng của bánh xe, Do các góc lệch hướng , phải sử dụng các thiết bị đặc tính trượt của bánh xe, đặc tính hướng của bánh xe, để đo nên sẽ khó khăn. Vì vậy, ta sẽ dùng hệ số đặc trưng phương trình động học và động lực học để làm cơ sở lựa kết cấu của ô tô K để tính toán. chọn mẫu xe phù hợp khi nhu cầu vận tải hành khách công cộng bằng xe buýt 2 tầng phát triển. 2. Cơ sở lý thuyết để tính toán.
2. 2.4 Tốc độ đặc trưng cho xe quay vòng thiếu. = .1,2 = 0,808.1,2 = 0,97 (m) = = Nhận xét. So sánh kết quả tính toán chiều cao trọng tâm của xe 2.5 Tốc độ đặc trưng cho xe quay vòng thừa (tốc độ dựa vào hệ số ổn định tĩnh ( ) và chiều cao trọng tâm (hg) nguy hiểm). theo thông số kỹ thuật của xe ở chế độ không tải, ta thấy: = = = 808 < hg = 1493. 3. Kết quả tính toán. Nếu xe đang chuyển động ( ): 3.1 Tính chất ổn định tĩnh. = 970 < hg = 1493. 3.1.1 Tính ổn định trong mặt phẳng dọc. Điều này cho ta thấy chiều cao trọng tâm của xe quá cao,  Xét theo điều kiện lật đổ. do đó sẽ làm cho xe chuyển động không ổn định trên mặt tg = Không tải Đầy tải đường nghiêng ngang. Dẫn đến khả năng quay vòng của xe trên đường nghiêng ngang không ổn định, nguy hiểm khi 46058’ 47049’ quay vòng. 3.2 Quan hệ giữa các thông số góc quay bánh xe dẫn hướng θ , θ  Xét theo điều kiện bám. t n 3.2.1 Đối với loại lốp không biến dạng. Ta xét trong trường hợp loại đường nhựa hoặc bêtong có tình trạng mặt đường khô và sạch → φ = 0,7 (Kết quả của quá trình thực nghiệm). tgαgh ≤ 0,7 0 αgh ≤ 34 59’ 3.1.2 Tính ổn định trong mặt phẳng ngang.  Xét theo điều kiện lật đổ. tgβtmax = Không tải Đầy tải 3404’ 30056’  Xét theo điều kiện bám. Hình 3.2: Đồ thị đường cong θn = f(θt ) đối với loại lốp Ta xét trong trường hợp loại đường nhựa hoặc bêtong có không biến dạng. tình trạng mặt đường khô và sạch → φ = 0,7 (Kết quả của 3.2.2 Đối với loại lốp đàn hồi. quá trình thực nghiệm). tgαgh ≤ 0,7 0 αgh ≤ 34 59’ 3.1.3 Tính toán chiều cao trọng tâm của xe dựa vào hệ số ổn định tĩnh của xe. Hình 3.3: Đồ thị đường cong θn = f(θt ) đối với loại lốp đàn hồi. Kết luận: Dựa vào bảng kết quả và đồ thị trên ta thấy góc quay của các bánh xe dẫn hướng bên ngoài θn và bên trong θt không phụ thuộc vào loại lốp có biến dạng hay loại lốp đàn hồi cũng như các thông số kết cấu, vận tốc Hình 3.1: Đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh của xe. chuyển động của xe, mà chỉ thuộc vào mối quan hệ góc Dựa vào đồ thị, ta xác định được hệ số ổn định tĩnh của quay bánh xe dẫn hướng θn = f (θt) xe vào khoảng SSF = 1,25 SSF = tgβtmax = = = = 808 (mm) = 0,808 (m) Nếu xe đang chuyển động thì chiều cao trọng tâm sẽ là:
3.  Trường hợp đầy tải. 3.3 Đánh giá trạng thái quay vòng của xe bus 2 tầng = BHT 89 thông qua hệ số đặc trưng kết cấu của xe. < < =  Trường hợp không tải. < < = = , = = (N/rad) , 35.000 45.000 = = 30.000 60.000 = = (N/rad) 35.000 45.000 30.000 60.000 40.000 60.000 = = 40.000 60.000 K - 0,157 - 0,092 - 0,229 - 0,115 K - 0,157 - 0,092 - 0,229 - 0,115 61329,01 65625,95 23523,46 47046,91 (m/s)2 Kết luận: Dựa vào bảng kết quả ta thấy vận tốc nguy hiểm phụ thuộc vào độ cứng bánh xe và sự chênh Hình 3.4: Đồ thị hệ số (K) đối với trường hợp không tải.  Trường hợp đầy tải. lệch độ cứng giữa bánh xe trước và bánh xe sau. Mặt khác, < < = = vận tốc nguy hiểm tỉ lệ thuận với hệ số đặc trưng kết cấu của xe. Giá trị hệ số đặc trưng kết cấu K càng tăng thì vận tốc nguy hiểm càng tăng và ngược lại. , = = (N/rad) 35.000 45.000 4. Mô phỏng các trạng thái quay vòng của xe. 30.000 60.000 = = 4.1 Trạng thái xe quay vòng trung tính. Trong trường hợp này, hệ số đặc trưng kết cấu của xe 40.000 60.000 bằng không (K = 0) nên xe quay vòng đúng với quỹ đạo K - 0,165 - 0,09 - 0,251 - 0,126 cong của đường. Hình 3.5: Đồ thị hệ số (K) đối với trường hợp đầy tải. Kết luận: Dựa vào bảng kết quả và đồ thị ta thấy xe buýt 2 tầng BHT 89 có hệ số K < 0. Do đó, xe có đặc tính quay vòng thừa. Và khi độ cứng bánh xe càng lớn thì xe có xu hướng giảm đặc tính quay vòng thừa của xe. Hình 4.1: Mô phỏng quá trình xe bắt đầu đi vào đường vòng. 3.4 Tốc độ đặc trưng cho xe quay vòng thừa (tốc độ nguy hiểm).  Trường hợp không tải. < < = = , = = (N/rad) 35.000 45.000 30.000 60.000 = = 40.000 60.000 Hình 4.2: Mô phỏng trạng thái quay vòng trung tính của xe khi quay volant một góc cố định. K - 0,157 - 0,092 - 0,229 - 0,115 37535,47 64186,40 25777,20 51554,40 (m/s)2
4. Hình 4.3: Mô phỏng quá trình xe đi ra khỏi đườn vòng. Hình 4.7: Trạng thái phải quay thêm volant để xe quay vòng đúng với quỹ đạo cong của đường. Hình 4.4: Trạng thái quay vòng trung tính của xe khi hệ số đặc trưng kết cấu của xe K = 0. 4.2 Trạng thái xe quay vòng thiếu. Hình 4.8: Mô phỏng quá trình xe đi ra khỏi đường vòng. Trong trường hợp này, hệ số đặc trưng kết cấu của xe sẽ lớn hơn không (K > 0) nên xe sẽ quay vòng thiếu so với quỹ đạo quay vòng của đường. Nên khi xe quay vòng, người lái xe phải quay thêm volant nhằm đảm bảo cho xe quay vòng đúng với quỹ đạo cong của đường. Hình 4.9: Trạng thái quay vòng thiếu của xe khi hệ số đặc trưng kết cấu của xe K > 0. 4.3 Trạng thái xe quay vòng thừa. Trong trường hợp này, hệ số đặc trưng kết cấu của xe sẽ bé hơn không (K < 0) nên xe sẽ quay vòng thừa so với quỹ Hình 4.5: Mô phỏng quá trình xe bắt đầu đi vào đường vòng. đạo quay vòng của đường. Nên khi xe quay vòng, người lái xe phải giảm bớt góc quay của volant nhằm đảm bảo cho xe quay vòng đúng với quỹ đạo cong của đường. Hình 4.6: Mô phỏng trạng thái quay vòng thiếu của xe khi quay volant một góc cố định. Hình 4.10: Mô phỏng quá trình xe bắt đầu đi vào đường vòng.
5. . Đã nghiên cứu các đặc tính, thông số kỹ thuật của xe bus 2 tầng BHT 89 đang hoạt động tại Thành phố Hồ Chí Minh để làm cơ sở cho việc tính toán. . Đã nghiên cứu trạng thái không biến dạng của lốp xe và trạng thái biến dạng đàn hồi của lốp xe đối với tính năng quay vòng của xe dựa vào thông số đặc trưng kết cấu của xe bus 2 tầng BHT 89 để tính toán và so sánh. . Tính toán mối quan hệ giữa góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngoài (θn) và góc quay bánh xe dẫn hướng bên trong (θt ): θn = f(θt ). . Tính toán thông số đặc trưng kết cấu (K) của xe để xác Hình 4.11: Mô phỏng trạng thái quay vòng thừa của xe định trạng thái quay vòng của xe bus 2 tầng BHT 89 dựa khi quay Volant một góc cố định. trên các thông số kỹ thuật cũng như các thông số tính toán của xe. 5.2 Hướng phát triển. Do xe bus 2 tầng BHT 89 có đặc tính quay vòng thừa (K 0) thì: > 0 Hình 4.12: Trạng thái phải giảm bớt góc quay của volant > để xe quay vòng đúng với quỹ đạo cong của đường. . Do trọng tâm xe bus 2 tầng BHT 89 nằm phía sau xe (a > b) nên dẫn đến đặc tính quay vòng thừa. Vì thế để khắc phục hiện tượng này, tài xế nên tập trung hành khách ở phía trước nhiều hơn phía sau để trọng tâm dồn về phía trước. . Thiết kế trọng tâm dịch về phía trước (b > a) để hệ số đặc trưng kết cấu của xe lớn hơn không (K > 0) sẽ làm cho xe có đặc tính quay vòng thiếu. Vì thế, xe quay vòng sẽ đảm bảo an toàn hơn. . Không kéo dài thùng xe để tăng lượng hành khách vì sẽ làm trọng tâm dịch về phía sau nhiều hơn (a > b), do đó xe sẽ có đặc tính quay vòng thừa. Hình 4.13: Mô phỏng quá trình xe đi ra khỏi đường vòng. . Thiết kế động cơ xe đặt phía trước để cầu trước chủ động, làm tăng trọng lượng cầu trước cũng như tăng hệ số bám (φ) để 2 bánh dẫn hướng tốt hơn. Dựa vào đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh của xe ta thấy giá trị SSF ≤ 1,5, do đó: SSF = tgβtmax ≤ 1,5 0 βtmax ≤ 56 18’ Mặt khác: SSF = tgβtmax = = = = 673 (mm) = 0,673 (m) Hình 4.14: Trạng thái quay vòng thừa của xe Khi xe chuyển động: khi hệ số đặc trưng kết cấu của xe K < 0. = .1,2 = 0,673.1,2 = 0,807 (m) 5. Kết luận. 5.1 Kết quả đạt được. . Do đó, muốn xe không bị lật ngang khi chuyển động Sau một khoảng thời gian nghiên cứu và thực hiện đề trên mặt đường nghiêng ngang ta phải dịch chuyển tài, tuy gặp nhiều khó khăn nhưng học viên vẫn cố gắng chiều cao trọng tâm của xe xuống. hoàn thành đề tài đúng thời hạn quy định. Đề tài đã đạt . Hạn chế tập trung hành khách ở tầng trên của xe bus, được một số kết quả như sau: cũng như không tập trung hàng hóa trên xe, nên để hàng hóa xuống khoang hành lý của xe.
6. 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.HCM [2]. PGS.TS. Nguyễn Văn Phụng. “Lý thuyết ô tô (Nâng cao)”. Đại học Công Nghiệp TPHCM. [3]. TS. Lâm Mai Long. “Giáo trình Cơ học chuyển động của ô tô”. Đại học SPKT Tp Hồ Chí Minh. Năm 2003. [4]. Th.S Đặng Quý. “Giáo trình lý thuyết ô tô”. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh. [5]. Nguyễn Hữu Cẩn – Dư Quốc Thịnh – Phạm Minh Thái – Nguyễn Văn Tài – Lê Thị Vàng. “Lý thuyết ô tô máy kéo”. Hà Nội. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. Năm 1998. [6]. Nguyễn Hữu Cẩn – Phan Đình Kiên. “Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo tập III”. Hà Nội. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp. Năm 1985. [7]. J.Y.Wong. “Theory of ground vehicles – Third Edition”. Department of Mechanical and Aerospace Engineering. Carleton University, Ottawa – Canada. [8]. Steering and turning vehicles. [9]. [10]. [11].
7. 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.