Xemtailieu Tải về Nghiên cứu các biện pháp nâng cao tính ổn định của xe trên đường nhằm đảm bảo an toàn cho xe và khách
MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học.......................................................................................................... i Lời cam đoan.............................................................................................................. ii Lời cảm ơn ................................................................................................................ iii Tóm tắt ...................................................................................................................... iv Mục lục...................................................................................................................... vi Danh sách các hình......................................................................................................x Danh sách các bảng .................................................................................................. xii Chương 1 TỔNG QUAN ..........................................................................................1 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. ...............................................................................................1 1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu.........................................................1 1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. ................................2 1.2. Mục đích của đề tài ..............................................................................................3 1.3. Phương pháp nghiên cứu giải quyết.....................................................................4 1.4. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài .......................................................4 1.5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài ......................................................5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................6 2.1. Ổn định và an toàn chuyển động của ô tô trên đường bằng, đường dốc..............6 2.1.1 Tính ổn định của ôtô trên mặt phẳng dọc...........................................................6 2.1.1.1. Tính ổn định dọc tĩnh .....................................................................................6 2.1.1.1.1. Xét ổn định theo điều kiện lật đổ ................................................................6 2.1.1.1.2. Xét ổn định theo điều kiện bám ..................................................................8 2.1.1.1.3. Xác định hệ số ổn định tĩnh của ôtô – SSF. ..............................................10 vi 2.1.1.2. Ổn định dọc động. ........................................................................................11 2.1.1.2.1. Trường hợp chuyển động tổng quát: Ôtô chuyển động lên dốc không ổn định............................................................................................................................11 2.1.1.2.2. Trường hợp xe chuyển động ổn định với vận tốc cao trên đường nằm ngang. ........................................................................................................................13 2.1.2. Tính ổn định trong mặt phẳng ngang của ôtô .................................................14 2.1.2.1. Xác định tọa độ trọng tâm trên cơ sở lý thuyết:...........................................14 2.1.2.1.1. Khi ô tô không tải:.....................................................................................14 2.1.2.1.2. Khi ô tô đầy tải:.........................................................................................15 2.1.2.2. Xác định tọa độ trọng tâm qua thực nghiệm:.............................................15 2.1.2.2.1. Xác định trọng tâm theo chiều dọc a,b: ....................................................15 2.1.2.2.2. Xác định trọng tâm theo chiều cao hg .......................................................16 2.1.2.2.3. Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang (e) ....................................17 2.1.2.3. Tính chất ổn định động ................................................................................17 2.1.2.3.1.Khi xe chuyển động thẳng trên mặt đường nghiêng ngang .......................17 2.1.2.3.2. Khi xe chuyển động có gia tốc, tính Vmax. ................................................19 2.2. Ổn định và an toàn của ô tô khi xe quay vòng...................................................22 2.2.1. Trường hợp tổng quát khi ô tô quay vòng trên mặt đường nghiêng ngang. ...22 2.2.2. Trường hợp xe đứng yên trên đường có độ nghiêng ngang............................24 2.2.3. Các lực tác dụng lên xe khi quay vòng. ..........................................................25 2.2.4. Ảnh hưởng tính đàn hồi lốp xe đến quay vòng ...............................................26 2.2.5. Tính ổn định của ôtô chuyển động quay vòng ................................................29 2.2.5.1. Trường hợp mặt đường nghiêng vào trục tâm quay vòng ...........................29 2.2.5.2. Trường hợp mặt đường nghiêng ra phía ngoài trục tâm quay vòng. ...........31 2.2.5.3. Khi ôtô quay vòng trên mặt đường ngang: ..................................................32 vii 2.2.5.4. Xét ổn định theo điều kiện trượt ngang .......................................................32 2.3. Ổn định và an toàn của ô tô khi phanh...............................................................33 2.3.1. Lực tác dụng lên ô tô khi phanh......................................................................33 2.3.1.1. Sơ đồ. ...........................................................................................................33 2.3.1.2. Các lực khi phanh.........................................................................................34 2.3.1.3. Tính phản lực mặt đường Zp khi phanh .......................................................34 2.3.2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh. .........................................................35 2.3.2.1. Gia tốc phanh jp ...........................................................................................35 2.3.2.2. Quãng đường phanh, Sp ...............................................................................36 2.3.2.3. Thời gian phanh tp ........................................................................................37 2.3.2.4. Lực phanh riêng, Pp ......................................................................................37 2.3.3. Sự ổn định hướng chuyển động khi phanh .....................................................37 2.3.3.1. Sự hãm cứng bánh xe ...................................................................................37 2.3.3.2.Trường hợp khi xe chuyển động thẳng .........................................................39 2.3.3.3. Khi xe quay vòng .........................................................................................39 2.3.3.4.Trên đường lên dốc .......................................................................................39 2.3.4. Ổn định phanh .................................................................................................41 2.4. Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ ở các tỉnh phía nam...................................44 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ THACO-HYUNDAI HB120SL ..............................................................................46 3.1. Đặc tính kỹ thuật cơ bản của ô tô THACO-HYUNDAI HB120SL...................46 3.2. Đặc tính kỹ thuật của xe:....................................................................................53 3.2.1. Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ:.......................................................53 3.2.2. Số liệu khối lượng, chiều cao trọng tâm, mô men tải trọng các phần tử xe. ..64 3.2.2.1. Xác định trọng lượng ôtô .............................................................................64 viii 3.2.2.2. Xác định tọa độ trọng tâm trên cơ sở lý thuyết:...........................................65 3.3. Ổn định và an toàn chuyển động của ô tô trên đường bằng, đường dốc............67 3.3.1. Xây dựng đồ thị quan hệ giữa hệ số ổn định tĩnh SSF và khối lượng m của xe. ...................................................................................................................................68 3.3.2. Phương pháp giảm chiều cao trọng tâm xe theo hệ số ổn định tĩnh (SSF) khi có tải: .........................................................................................................................71 3.4. Ổn định và an toàn của ô tô khi xe quay vòng...................................................75 3.4.1. Động lực học quay vòng đều ..........................................................................75 3.4.1.1. Mô hình phẳng tuyến tính ............................................................................75 3.4.1.2. Tính điều khiển tĩnh của ôtô ........................................................................76 3.4.1.3. Hàm truyền của vận tốc góc quay thân xe. Hiện tượng quay vòng thừa, quay vòng thiếu..................................................................................................................78 3.4.2. Tính chất ổn định động: ..................................................................................83 3.5. Tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh........................................88 3.5.1. Tính ổn định của ô tô trong khi phanh. ...........................................................88 3.5.2. Ổn định hướng chuyển động ôtô khi phanh....................................................91 3.5.2.1. Sự bó cứng bánh xe và khả năng ổn định của ôtô........................................91 3.5.2.2. Độ tin cậy của hệ thống phanh, sự ổn định chuyển động của ôtô có hệ thống dẫn động phanh kiểu TT và K...................................................................................93 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .............................................................96 4.1. Kết luận. .............................................................................................................96 4.2. Đề nghị: ..............................................................................................................98 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................99 PHỤ LỤC ix DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH Trang Hình 2.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô khi đứng yên trên dốc ...............................6 Hình 2.2: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi đứng yên quay đầu xuống dốc ..................7 Hình 2.3: Sơ đồ tính ổn định theo điều kiện bám của bánh xe sau ............................8 Hình 2.4: Đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh của ôtô...............................................10 Hình 2.5: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô khi chuyển động lên dốc ............11 Hình 2.6: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô.....................................................13 Hình 2.7: Sơ đồ lực tác dụng khi chuyển động ........................................................17 Hình 2.8: Đồ thị cân bằng lực kéo ô tô ....................................................................19 Hình 2.9: Sơ đồ các lực và momen tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng ngang ........22 Hình 2.10: Sơ đồ xác định phản lực ngang .............................................................24 Hình 2.11: Các lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng................................................25 Hình 2.12: Sự đàn hồi lốp xe....................................................................................26 Hình 2.13: Đồ thị lực bên và góc lăn lệch................................................................27 Hình 2.14: Sơ đồ quay vòng ô tô có lốp đàn hồi......................................................27 Hình 2.15: Sơ đồ quay vòng thiếu............................................................................28 Hình 2.16: Sơ đồ quay vòng thừa.............................................................................29 Hình 2.17: Sơ đồ lực tác dụng khi xe quay vòng .....................................................29 Hình 2.18: Sơ đồ lực tác dụng khi xe quay vòng .....................................................31 Hình 2.19: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô theo điều kiện trượt ngang ..........................32 Hình 2.20: Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh .............................................34 Hình 2.21a: Hãm cứng cầu sau ................................................................................38 Hình 2.21b: Hãm cứng cầu trước.............................................................................38 Hình 2.22: Phanh xe trên đường dốc.......................................................................40 Hình 2.23: Sơ đồ các lực khi phanh .........................................................................41 Hình 2.24: Quan hệ lực phanh và khi S1 = S2 = 0 ...............................................42 x Hình 2.25: Quan hệ lực phanh và khi S1 S2 0 ................................................43 Hình 3.1: Xây dựng đồ thị công suất của động cơ ...................................................55 Hình 3.2: Đồ thị lực kéo tiếp tuyến Fk tại bánh xe chủ động ở các tay số ..............57 Hình 3.3: Đồ thị lực lực kéo tiếp tuyến Fk tại các bánh xe chủ động ở các tay số khác nhau tại bánh xe chủ động ................................................................................59 Hình 3.4: Đồ thị nhân tố động lực học của xe..........................................................60 Hình 3.5: Đồ thị gia tốc của xe.................................................................................62 Hình 3.6: Đồ thị gia tốc thời gian tăng tốc của xe khi đầy tải .................................63 Hình 3.7: Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe ........................................................64 Hình 3.8: Các lực và mô men tác dụng trạng thái tĩnh ............................................68 Hình 3.9: Đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh của ôtô (m < 3000 kg) ......................69 Hình 3.10: Mối quan hệ giữa SSF và m...................................................................71 Hình 3.11: Mối quan hệ giữa SSF và m theo cách bố trí mới..................................75 Hình 3.12: Mô hình phẳng một vết của ôtô .............................................................76 Hình 3.13: Đồ thị đặc tính tốc độ của vận tốc góc quay thân xe .............................81 Hình 3.14: Các lực tác động lên ô tô........................................................................83 Hình 3.15: Mối quan hệ giữa vận tốc vn và hệ số ổn định tĩnh SSF ........................87 Hình 3.16: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh mà bị quay ngang ......................89 Hình 3.17: Sơ đồ khảo sát hiện tượng bó cứng bánh xe của cầu xe và khả năng ổn định khi phanh...........................................................................................................92 Hình 3.18: Các sơ đồ dẫn động phanh hai dòng của ôtô con...................................93 Hình 3.19: Sự ổn định chuyển động của ôtô khi phanh với hư hỏng một dòng dẫn động...........................................................................................................................94 xi DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG Trang Bảng 2.1: Bảng tổng hợp các chỉ tiêu kỹ thuật.........................................................44 Bảng 2.2: Chỉ tiêu cho phép của độ dốc mặt đường ................................................45 Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của ô tô Thaco Hyundai HB – 120SL........................46 Bảng 3.2: Giá trị tương ứng ne, Ne, Me .....................................................................56 Bảng 3.3: Trọng lượng, chiều cao trọng tâm, mô men các phần tử khối lượng xe..66 Bảng 3.4: Thông số tọa độ trọng tâm của xe............................................................67 Bảng 3.5: Các thông số giới hạn ổn định của ô tô Thaco Hyundai HB – 120SL ...68 Bảng 3.6: Mối quan hệ giữa khối lượng xe và hệ số SSF ........................................70 Bảng 3.7: Phương án bố trí các phần tử của xe ........................................................72 Bảng 3.8: Thông số khối lượng, trọng tâm và hệ số SSF.........................................74 Bảng 3.9: Tiêu chuẩn tốc độ tính toán, bán kính quay vòng và độ nghiêng mặt đường.........................................................................................................................84 xii Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. 1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Trong thời gian gần đây, với sự phát triển mạnh về loại hình dịch vụ vân tải hành khách bằng xe khách giường nằm do tính tiện ích, thuận lợi mà nó mang lại cho hành khách; cùng với sự phát triển đó là các vấn đề về tai nạn giao thông thảm khốc xảy ra ngày càng nhiều, mà chủ yếu là xe khách giường nằm, bởi rất nhiều nguyên nhân và góp mặt trong đó là nguyên nhân về tính ổn định, tính an toàn của các phương tiện tham gia lưu thông trên đường. Vì vậy, một nhu cầu cấp thiết đặt ra là cần nghiên cứu các biện pháp để nâng cao tính ổn định của xe để đảm bảo an toàn tối đa cho con người cũng như phương tiện và hàng hoá tham gia lưu thông trên đường. Nguyên nhân gây tai nạn không chỉ đơn thuần là do sự trượt của các bánh xe trên đường, trên thực tế đã có rất nhiều những tai nạn đáng tiếc xảy ra do hiệu quả phanh kém hoặc khi phanh xảy ra hiện tượng bó cứng bánh xe làm mất khả năng điều khiển hoặc khi ô tô khởi hành hay tăng tốc độ đột ngột trên đường có hệ số bám thấp thì rất có thể các bánh xe chủ động bị trượt quay tại chỗ dẫn đến làm mất mát mô men chủ động và có thể làm trượt xe. Đặc biệt có những trường hợp ô tô mất ổn định động học trong quá trình tăng tốc hay quay vòng (quay vòng thừa hoặc quay vòng thiếu) cũng dẫn đến các tình huống nguy hiểm cho ô tô. Ô tô chuyển động trên đường với quỹ đạo rất phức tạp, nếu ô tô chuyển động với tốc độ cao, gặp chướng ngại vật cần phanh gấp hoặc cần đổi hướng chuyển động một cách đột ngột để tránh chướng ngại vật có thể làm xe bị lật. Vấn đề nghiên cứu nâng cao tính ổn định của xe trên đường nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng thông qua kết cấu và điều khiển là vô cùng quan trọng. Do đường xá ngày càng được cải thiện tốt hơn, tốc độ phát triển ngành giao thông vận tải tăng nhanh, vì thế tốc độ chuyển động của ô tô cũng ngày càng được nâng 1 cao. Tuy nhiên, cùng với những sự phát triển đó mật độ phương tiện cơ giới trên đường ngày càng cao, vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề quan tâm hàng đầu. Tính ổn định của ô tô khi tham gia giao thông phụ thuộc kết cấu các hệ thống tổng thành như kích thước xe, chiều cao trọng tâm, tốc độ xe, quãng đường phanh, hệ thống treo và việc điều khiển của người lái: Sử dụng phanh, tốc độ xe, cách lái xe, cách sử dụng tay số trên đường vòng, đường đèo dốc. Ngoài ra, tốc độ tối đa, cách sắp xếp hành khách và hàng hóa trên xe cũng là yếu tố rất quan trọng để tránh tình trạng mất cân đối trọng tâm của xe. Chính vì vậy, thông qua sự hướng dẫn của thầy PGS-TS Nguyễn Văn Phụng tôi chọn nghiên cứu về đề tài: “Nghiên cứu các biện pháp nâng cao tính ổn định của xe trên đường, nhằm đảm bảo an toàn cho xe và khách.” 1.1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. Các công trình nghiên cứu ở nước ngoài về nâng cao tính ổn định, tính an toàn cho xe và khách đã có nhiều do nhu cầu sử dụng rộng rãi và thời gian sử dụng đã hàng chục năm. Cụ thể là các hãng sản xuất đã cho ra đời hàng loạt các hệ thống kiểm soát sự ổn định, an toàn cho xe và khách được ứng dụng trên ô tô hiện nay như: + Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh – ABS ( Anti-lock Braking System) + Hệ thống phân phối lực phanh điện tử - EBD (Electronic Brake force Distribution) + Hệ thống kiểm soát lực kéo – TRC (Traction Control System) + Hệ thống điều khiển góc quay của xe quanh trục dọc xe AYC (Active Yaw Control). + Hệ thống túi khí…vv Và còn rất nhiều các hệ thống được nghiên cứu và ứng dụng trên nhiều xe khác nhau. Các hệ thống trên hỗ trợ người lái trong quá trình phanh, quá trình khởi hành hay khi chuyển động trên các loại đường trơn trượt, có hệ số bám thay đổi, chúng 2 chủ yếu tác động đến lực phanh, lực kéo nhằm kiểm soát sự trượt của các bánh xe và chúng thường được ứng dụng một cách độc lập trên xe. Trong nước đã có một số đề tài nghiên cứu về các loại ô tô, xe bus, xe khách một tầng, hai tầng như: – Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo đến mức độ êm dịu xe bus Samco B47 sử dụng trong thành phố HCM”, tác giả: Nguyễn Trường Giang. – Tính toán kiểm tra ổn định của xe ô tô mini bus 6 – 8 chỗ ngồi. PGS-TS Dư Quốc Thịnh. – Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu việc sử dụng LabVIEW để mô phỏng 3D ổn định chuyển động của ô tô”, tác giả Lê Minh Đảo. – Luận văn thạc sĩ: “Tổng quan về ổn định quay vòng của ô tô du lịch”, tác giả Tôn Thất Hiểu. – Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên hành khách trong xe khách giường nằm (Thaco-mobihome)”, tác giả Nguyễn Xuân Ngọc. 1.2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI – Nâng cao tính ổn định chuyển động của xe trên đường nhằm đảm bảo an toàn cho xe và hành khách. – Sử dụng lý thuyết ổn định chuyển động của ô tô để khảo sát tính toán đối với loại xe khách cụ thể chọn làm đối tượng nghiên cứu. Từ đó đánh giá tính ổn định và an toàn của loại xe này. – Phân tích các trạng thái hoạt động của xe ảnh hưởng đến sự ổn định và an toàn xe và khách. – Tính toán tính ổn định và an toàn của chuyển động của loại xe khách THACO-HYUNDAI HB120SL được khảo sát . – Đưa ra các biện pháp nâng cao tính ổn định và an toàn tối ưu nhất cho loại xe khách được khảo sát làm đối tượng nghiên cứu để đảm bảo an toàn khi chuyển động. 3 1.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU GIẢI QUYẾT Nghiên cứu tính ổn định, an toàn của xe bằng đặc tính động học và động lực học của ô tô bằng lý thuyết, bao gồm: – Thu thập thông tin liên quan đến quá trình tính toán. – Nghiên cứu chuyên sâu về lý thuyết ô tô, cơ học chuyển động ô tô, tính toán thiết kế ô tô, tham khảo tài liệu và các đề tài có liên quan. Tính ổn định, an toàn chuyển động của ô tô khi xe chạy trên đường thẳng. Tính ổn định, an toàn chuyển động của ô tô khi xe chạy trên đường quay vòng. Tính ổn định, an toàn chuyển động của ô tô khi phanh. – Ứng dụng các phần mềm như: LabVIEW, MATLAB… để tính toán, xây dựng các đồ thị đặc tính cần thiết về động học và động lực học của xe. – Từ những thông số ban đầu của loại xe khách được khảo sát làm đối tượng nghiên cứu và các số liệu do nhà chế tạo cung cấp kết hợp với thực nghiệm, tính toán bằng lý thuyết, phân tích các đồ thị để rút ra kết luận, từ đó đề xuất các biện pháp để nâng cao tính ổn định của xe trên đường nhằm đảm bảo an toàn cho xe và khách. 1.4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Đối tượng nghiên cứu Đối tượng chọn nghiên cứu là dòng xe khách giường nằm “THACOHYUNDAI HB – 120SL ” do Công ty Cổ phần ôtô Trường Hải sản xuất, lắp ráp và phân phối tại Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu Trong quá trình chuyển động, ô tô thực chất là một cơ hệ phức tạp chuyển động trên đường với nhiều trạng thái mất ổn định khác nhau, nhiều địa hình đường xá khác nhau, nên phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn ở các tỉnh phía nam, nghiên cứu chỉ tính toán các thông số về tính ổn định của xe, đưa ra các thông số tối ưu và mô phỏng bằng phần mềm hiện có. 4 Xét tổng quát quá trình chuyển động của ô tô trên đường ở một số các trạng thái đặc biệt liên quan đến vấn đề khảo sát và nghiên cứu, không có biểu thị các hệ thống bố trí trên xe. 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Khảo sát và chứng minh các yếu tố tác động đến độ an toàn của xe để đánh giá được các yếu tố nào ảnh hưởng đến độ ổn định và an toàn cao nhất của ô tô. Từ đó kiểm soát được quá trình vận hành với độ ổn định và an toàn tối ưu, phù hợp với điều kiện thực tế hoạt động của xe. Thông qua đề tài, nhà chế tạo nâng cao tính hợp lý về kết cấu của các bộ phận, chi tiết liên quan để ngày một tối ưu hóa tính ổn định và nâng cao độ an toàn cho xe khách phù hợp với các trạng thái chuyển động trên đường tại các tỉnh phía nam và cả nước nói chung. Ngoài ra, người vận hành biết được những lưu ý khi sử dụng xe sao cho tốt nhất, hợp lý nhất. Nghiên cứu của đề tài sẽ tạo điều kiện khảo sát, kiểm tra dễ dàng các thông số liên quan giữa khối lượng với hệ số ổn định tĩnh SSF, ứng với các trạng thái chuyển động của xe, cách bố trí hành khách, hàng hóa phù hợp đảm bảo an toàn hơn khi lưu thông trên đường. 5 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRÊN ĐƯỜNG BẰNG, ĐƯỜNG DỐC. 2.1.1 Tính ổn định của ôtô trên mặt phẳng dọc 2.1.1.1. Tính ổn định dọc tĩnh Tính ổn định dọc của xe là khả năng đảm bảo cho xe không bị lật hoặc bị trượt khi đứng yên trên đường dốc dọc. 2.1.1.1.1. Xét ổn định theo điều kiện lật đổ – Xe đứng yên quay đầu lên dốc Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô: Hình 2.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô khi đứng yên trên dốc Khi xét theo điều kiện lật đổ: xe có xu hướng lật quanh trục nằm trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của bánh xe cầu sau với mặt đường (điểm O2) theo phương dọc. 6 Khi góc dốc α tăng dần đến góc l (góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc) thì các bánh xe cầu trước nhấc khỏi mặt đường, lúc đó hợp lực Z1 = 0 và xe sẽ bị lật quanh điểm O2. Lập phương trình moment đối với điểm O2: M O2 Z1 .L G.sin l .hg - G.cos l .b 0 Xe bắt đầu lật khi Z1 0 nên: G.sin l .hg - G.cos l .b 0 tg l b hg (2.1.1.1) Trong đó: l : Góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc. hg: Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao. – Xe đứng yên quay đầu xuống dốc Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô: Hình 2.2: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi đứng yên quay đầu xuống dốc Trường hợp khi xe đứng yên quay đầu xuống dốc, xe có xu hướng lật quanh trục nằm trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe cầu trước với mặt đường (điểm O1). Khi góc α tăng dần đến góc l (góc giới hạn mà xe 7 bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc) thì các bánh xe cầu sau nhấc khỏi mặt đường, lúc đó hợp lực Z2 = 0 và xe sẽ bị lật quanh điểm O1. Lập phương trình moment đối với điểm O1 M O1 Z 2 .L G.sin l.hg - G.cos l.a 0 Xe bắt đầu lật khi Z 2 0 G.sin l.hg - G.cos l.a 0 tg l a hg (2.1.1.2) Trong đó: l : Góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc. 2.1.1.1.2. Xét ổn định theo điều kiện bám Sự mất ổn định dọc tĩnh của ôtô không chỉ do sự lật đổ dọc mà còn do trượt trên dốc vì không đủ lực phanh hoặc do lực bám không tốt giữa các bánh xe và mặt đường. Trường hợp các bánh xe sau được phanh cứng Hình 2.3: Sơ đồ tính ổn định theo điều kiện bám của bánh xe sau Khi lực phanh đạt tới giới hạn bám, xe có thể bị trượt xuống dốc, góc dốc khi xe bị trượt được xác định như sau: 8 Ppmax = G.sinαt = Z2. φ Trong đó: (2.1.1.3) Ppmax - Lực phanh lớn nhất đặt ở các bánh xe sau. φ - Hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường. Z2 - Hợp lực của các phản lực thẳng góc từ mặt đường tác dụng lên bánh xe sau. Khi tăng góc α lên tới αt (góc giới hạn mà ôtô bắt đầu trượt khi đứng quay đầu lên dốc) thì lúc đó lực phanh đạt tới giới hạn bám. Lập phương trình cân bằng moment tại O1 M O1 Z 2 .L - G.sin t .hg - G.cos t .a 0 Z2 G.(sin t .hg cos t .a) L (2.1.1.4) Thay giá trị Z2 vào (2.1.3) . G.(sin t .hg cos t .a) L G.sin t Suy ra: tg t . a L - .hg (2.1.1.5) Khi ôtô đứng trên dốc quay đầu xuống, tương tự ta được: tg t . a L + .hg (2.1.1.6) Trong đó: at, α’t: Góc dốc giới hạn bị trượt khi xe đứng yên trên dốc quay đầu lên và xuống. – Trường hợp phanh tất cả các bánh xe của cầu trước và cầu sau. Đối với ôtô, cơ cấu phanh được bố trí ở tất cả các bánh xe. Do đó lực phanh cực đại: Ppmax = φ.G.cosα (2.1.1.7) Tương tự, điều kiện để xe đứng trên dốc bị trượt như sau: 9 tgαt= tgα’t = φ (2.1.1.8) Điều kiện an toàn Sau khi xét tính ổn định của xe qua hai điều kiện lật đổ và điều kiện bám. Góc giới hạn ổn định và an toàn là góc α có trị số bé, tức đảm bảo cho xe bị trượt trước khi bị lật đổ, được xác định bằng biểu thức: tgαt < tgαl (2.1.1.9) a. b L .hg hg – Nếu xe chỉ phanh ở cầu sau thì: – Nếu xe phanh ở tất cả các bánh xe thì: b hg Góc giới hạn khi ôtô đứng trên dốc bị trượt hoặc bị lật đổ chỉ phụ thuộc vào tọa độ trọng tâm của xe và chất lượng mặt đường. 2.1.1.1.3. Xác định hệ số ổn định tĩnh của ôtô – SSF. Hình 2.4: Đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh của ôtô Công thức xác định hệ số ổn định tĩnh của ôtô: SSF (Static Stability Factor) SSF c 2.hg Trong đó: c: Chiều rộng cơ sở của ôtô; hg: Chiều cao trọng tâm của ôtô 10 Mà tg c G.sin suy ra SSF tg 2hg G.cos Như vậy: SSF f ( , G ) 2.1.1.2. Ổn định dọc động. Khi ôtô chuyển động trên đường dốc có thể bị mất ổn định (do bị lật đổ hay bị trượt) dưới tác dụng của lực và moment hoặc bị lật đổ khi chuyển động ở tốc độ cao trên đường bằng. 2.1.1.2.1. Trường hợp chuyển động tổng quát: Ôtô chuyển động lên dốc không ổn định. Hình 2.5: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô khi chuyển động lên dốc – Xét ổn định theo điều kiện lật đổ: Lập phương trình moment đối với điểm O2 M O2 Z1.L - G cos l .b (G sin l Pj P ) hg M f 0 Z1 G cos l .b - (G sin l Pj P )hg - M f L Trong đó: G: Trọng lượng toàn bộ của xe L: Chiều dài cơ sở của xe 11 (2.1.2.1) (2.1.2.2) a, b: Khoảng cách từ trọng tâm đến trục bánh xe trước và sau hg: Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao α: Góc dốc của đường trong mặt phẳng dọc Pj: Lực quán tính của xe khi chuyển động lên dốc Pω: Lực cản không khí Mf: Moment cản lăn Khi tăng góc dốc α đến giá trị giới hạn thì xe bị lật đổ ứng với Z1 = 0. Xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ khi chuyển động lên dốc hoặc xuống dốc. Từ biểu thức (2.1.2.2) suy ra: tg l b ( Pj P ) hg + M f hg hg .G cos l Khi 1 40 i tg l b ( Pj P )hg M f hg hg .G (2.1.2.3) – Xét trường hợp ôtô chuyển động ổn định lên dốc với tốc độ nhỏ Trong trường hợp này: Pj = 0, P ≈ 0 và Mf ≈ 0. Thế các giá trị trên vào biểu thức (2.1.2.3) tg l b hg (2.1.2.4) – Xét trường hợp ôtô chuyển động ổn định xuống dốc với tốc độ nhỏ Tương tự như trên, xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị lật đổ: tg l a hg (2.1.2.5) – Xét ổn định theo điều kiện trượt: Để đảm bảo an toàn cho xe chuyển động, cần tính toán theo điều kiện trượt của bánh xe chủ động với mặt đường nhằm tạo điều kiện bánh xe chủ động trượt quay trước khi xe bị lật đổ. 12 Khi lực kéo ở bánh xe chủ động đạt tới giới hạn bám thì xe bắt đầu trượt, trị số của lực kéo được xác định như sau: Pkmax = Pφ = φ.Z2 = Gsinαφ Với Z2 Pφ = . nên (2.1.2.6) G.(sin t .hg cos t .a ) L G.(sin t .hg cos t .a ) L G sin t (2.1.2.7) Rút gọn công thức (2.1.2.7), xác định được góc dốc giới hạn mà xe bị trượt: tg t Trong đó: a L hg (2.1.2.8) Pkmax: Lực kéo tiếp tuyến lớn nhất ở bánh xe chủ động. P : Lực bám ở bánh xe chủ động. : Hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường. Điều kiện để đảm bảo cho ôtô bị trượt quay trước khi lật đổ: tgαt < tgαl (2.1.2.9) 2.1.1.2.2. Trường hợp xe chuyển động ổn định với vận tốc cao trên đường nằm ngang. Khi ôtô chuyển động trên đường nằm ngang (i = 0) thường chạy với tốc độ cao. Trường hợp này lực cản không khí rất lớn và gây ra tính mất ổn định cho xe. Hình 2.6: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô 13 Tải về bản full