BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUÝT DAEWOO BC212MA TRONG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUÝT DAEWOO BC212MA TRONG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60520116 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN BÌNH NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE BUÝT DAEWOO BC212MA TRONG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60520116 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC Nguyễn Văn Bình Họ & tên: Ngày, tháng, năm sinh: Quê quán: 11/05/1981 Hải Xuân - Hải Hậu - Nam Định Giới tính: Nam Nơi sinh: Nam Định Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước học tập, nghiên cứu: Quản lý kỹ thuật công ty thiết bị y khoa công ty Đỗ Thân Chỗ riêng địa liên lạc: 842/1/21 Nguyễn Kiệm, phường 3, Q Gò Vấp, TPHCM Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: nbbkdnckd@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Lý thuyết động đốt trong, Kết cấu động đốt trong, Lý thuyết ô tô Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ 10/2012 đến 10/2014 Chính quy tập trung Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Ngành học: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Tên luận văn: Nghiên cứu ổn định chuyển động xe buýt DAEWOO BC212 – MA TPHCM Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Người hướng dẫn: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM PGS.TS Nguyễn Văn Phụng Ngày & nơi bảo vệ: Đại học sư phạm kỹ thuật Tp.HCM Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): tiếng Anh – trình độ B Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Nơi cấp ĐH GTVT TPHCM Chuyên ngành đào tạo Cơ khí Ô Tô i Văn Số hiệu Ngày cấp Kỹ sư 00381040 07/09/ Ngày tháng 11 năm 2014 Người khai ký tên Nguyễn Văn Bình ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 11 năm 2014 Tác giả NGUYỄN VĂN BÌNH iii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn xin chân thành cảm ơn đến: - PGS.TS Nguyễn Văn Phụng tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn - Quý Thầy, Cô khoa Cơ khí Động lực, phòng Đào tạo tất Thầy, Cô giảng dạy suốt trình học tập Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM - Các anh, chị học viên lớp Cao học Kỹ thuật Cơ khí Động lực - CKO12B, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM cùng tất người thân đóng góp ý kiến, động viên suốt thời gian học tập Tp Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 11 năm 2014 Người nghiên cứu Nguyễn Văn Bình iv TÓM TẮT Hiện nay, trước phát triển khoa học kỹ thuật, sống người nâng cao về vật chất tinh thần, nhu cầu tham gia giao thông bằng loại xe ô tô ngày tăng Thời gian gần số vụ tai nạn giao thông xe chở khách gia tăng đáng kể Vì vấn đề an toàn sử dụng phương tiện tham gia giao thông đặt nhà sản xuất ô tô Ở nước ta, ô tô buýt phương tiện vận chuyển hành khách hàng hoá sử dụng phổ biến rộng rãi Trong thành phố lớn với tăng trưởng nền kinh tế, mật độ giao thông đường ngày cao dẫn đến tai nạn giao thông ngày nhiều Sự chuyển động an toàn ô tô đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố chủ quan khách quan Trong có trạng thái chuyển động không ổn định xe xét theo điều kiện trượt lật đổ loại đường vấn đề đặt Đề tài nghiên cứu ổn định chuyển động dòng xe buýt DAEWOO BC212MA thành phố Hồ Chí Minh nhằm mục đích tính toán kiểm nghiệm tính ổn định xe buýt hoạt động thành phố Từ kết 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 hàng hóa sử dụng loại phương tiện Đồng thời, kết nghiên cứu cũng dùng để tham khảo tính toán ổn định chuyển động dòng xe tương đương v ABSTRACT Today, before the development of science and technology, human life is improving both physical and mental, in traffic demand on these types of cars is increasing Recently, the number of traffic accidents of passenger cars increased significantly So safety issues when using the vehicle in traffic to always be set to auto manufacturers In our country, buses that transport passengers and goods are being widely used In major cities, along with the growth of the economy, traffic density on the road increasing traffic accidents leading to more and more The safe movement of cars on the road depends on a lot of subjective factors and objective In that state of motion of the vehicle when unstable conditions in terms of slip and topple the sugars are a problem arises This paper studies the stability of the motion DAEWOO BC212MA bus lines in 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 to use this media type At the same time, the results of this study also used for reference when calculating the steady motion of the equivalent models vi MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC BẢNG x DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH xi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Dẫn nhập 1.2 Nội dung nghiên cứu 1.3 Lý chọn đề tài 1.4 Các kết nghiên cứu công bố 1.4.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.4.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.5 Mục đích nội dung công việc thực 1.6 Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 1.6.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.6.2 Đối tượng nghiên cứu 1.7 Giới hạn đề tài 1.8 Phương pháp nghiên cứu 1.9 Kế hoạch thực 10 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Cơ sở lý thuyết ổn định chuyển động ô tô 11 2.1.1 Tính chất ổn định mặt cắt dọc 11 2.1.1.1 Tính chất ổn định tĩnh 11 a Xe đứng yên đường lên dốc 11 vii + Trường hợp lực li tâm cùng chiều trọng lượng ngược chiều với thành phần ngang Phương trình hình chiếu tổng lực lên mặt phẳng đường: (3.33) mà Trên hình chiếu đứng vuông góc mặt đường có: Thay vào (3.33) ta có: (3.34) Thay vào (3.34) ta có: hay Trong đó: (3.35) n: hệ số bám ngang mặt đường, chọn n = 0,4 : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện trượt, chọn  = 10,20 (m/s)  17,69 (km/h) Ta có: - Khi xe quay vòng mặt đường nằm ngang (3.36) = 6,86 (m/s) = 24,7 (km/h) Nhận xét: Sau tính toán tốc độ nguy hiểm điều kiện bám ô tô theo điều kiện lật đổ theo Để đảm bảo an toàn ta lấy theo điều kiện trượt trước lật đổ Do đó: Vn = 17,69 (km/h) ứng với  = 0.4,  = 10,20 55 Trường hợp 3: Mặt đường nghiêng vào vuông góc với trục quay vòng Sơ đồ lực momen trường hợp biểu diễn hình 3.14 Hình 3.14 Lực mô men tác dụng lên ô tô - Xét theo điều kiện lật: Phương trình cân bằng momen: (3.37) Trong đó: Điều kiện xảy lật trường hợp (3.38) 56 Thay vào (3.38) ta có: (3.39) Trong đó: hg: chiều cao trọng tâm xe đầy tải hg = 1,37 : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện lật, chọn   = 10,20 Do đó: Vnl = 9,9 (m/s) = 35,7 (km/h) - Xét theo điều kiện trượt ngang: + Trường hợp lực li tâm ngược chiều với Gsin Phương trình hình chiếu tổng lực lên mặt phẳng đường: (3.40) mà Trên hình chiếu đứng vuông góc mặt đường có: Thay vào (3.40) ta có: (3.41) Thay vào (3.41) ta có: hay Trong đó: (3.42) n: hệ số bám ngang mặt đường, chọn n = 0,4 : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện trượt, chọn  = 10,20 Ta có: (m/s)  18.17 (km/h) Sau tính toán tốc độ nguy hiểm 57 ô tô theo điều kiện lật đổ ngang theo điều kiện bám ngang Để đảm bảo an toàn ta lấy theo điều kiện xe bị trượt trước bị lật đổ Do đó: Vn = 18,17 (km/h) ứng với mặt đường có  = 0.4,   = 10,20 Trường hợp 4: Mặt đường nghiêng vuông góc với trục quay vòng Sơ đồ lực momen trường hợp biểu diễn hình 3.15 - Xét theo điều kiện lật: Phương trình cân bằng momen: Trong đó: Điều kiện xảy lật trường hợp (3.43) 58 Hình 3.15 Lực mô men tác dụng lên ô tô Thay vào (3.43) ta có: (3.44) Trong đó: hg: chiều cao trọng tâm xe đầy tải hg = 1,37 : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện lật, chọn   = 10,20 Do đó: Vnl = 7,534 (m/s) = 27,12 (km/h) - Xét theo điều kiện trượt ngang: 59 + Trường hợp lực li tâm cùng chiều với Gsin Phương trình hình chiếu tổng lực lên mặt phẳng đường: (3.45) mà Trên hình chiếu đứng vuông góc mặt đường có: Thay vào (3.40) ta có: (3.46) Thay vào (3.46) ta có: hay (3.47) Trong đó: n: hệ số bám ngang mặt đường, chọn n = 0,4 : góc nghiêng ngang ứng với điều kiện trượt, chọn  = 10,20 Ta có: Vn = 7,08 (m/s)  25,49 (km/h) Sau tính toán tốc độ nguy hiểm theo điều kiện bám ngang ô tô theo điều kiện lật đổ ngang Để đảm bảo an toàn ta lấy theo điều kiện xe bị trượt trước bị lật đổ Do đó: Vn = 25,49 (km/h) ứng với mặt đường có  = 0.4,   = 10,20 3.5 Xác định hệ số ổn định an toàn tĩnh SSF Hiện vấn đề đặt ổn định xe quay vòng để đảm bảo cho xe không lật, từ suy xác định trọng tâm an toàn dẫn đến đưa vào hệ số an toàn chuyển động SSF Khi có giá trị SSF ta tính chiều cao trọng tâm 60 Hình Lực momen tác dụng lên ô tô đứng yên đường nghiêng ngang Ta có: Momen tạo lật: Gsin.hg Momen chống lật: Để đảm bảo an toàn xe không lật ⇒ t=33,80 , , (chọn v=15km/h, g=10m/s2, R=12m) 61 ⇒ đ = 8,50 3.5.1 Ý nghĩa hệ số SSF - Hệ số ổn định tĩnh biểu thị góc lật ngang, momen lật đổ ngang xe - Xác định hệ số an toàn tĩnh để đánh giá loại xe an toàn loại xe 3.5.2 Quan hệ hàm số SSF khối lượng xe Xác định chiều cao trọng tâm xe theo “hệ số ổn định tĩnh” (SSF) Ta có: ; (3.48) Trong : C chiều rộng sở bánh xe sau (vết bánh xe sau) Quan hệ hệ số ổn định tĩnh phụ thuộc vào trọng lượng xe: (3.49) Hệ số ổn định tĩnh: (3.50) Tính theo momen lật đổ: (3.51) Từ (3.50) (3.51) ta có: Từ suy ra: hay Như hệ số ổn định tĩnh ô tô (SSF) phụ thuộc vào trọng lượng (G) hay khối lượng ô tô (m) G = m.g Hệ số SSF biểu diễn qua đồ thị SSF = f(m) hình 3.11 62 Hình 3.16 Đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh ô tô Ta cần xây dựng phương trình hệ số ổn định tĩnh (SSF) phụ thuộc vào khối lượng xe (m), SSF = f(m) theo phương pháp nội suy: ) Dựa vào số liệu xe bus DAEWOO BC212MA Số liệu chiều cao trọng tâm xe: xét thành phần có khối lượng lớn Ta có: C = 1,853 (m); SSF = C/2hg Chiều cao trọng tâm xe không tải: Chiều cao trọng tâm hành khách: Chiều cao trọng tâm xe có khách hành lý: Để giảm momen lật đổ cần giảm chiều cao trọng tâm xe (hg) có tải 3.5.3 Xây dựng đường cong hệ số ổn định tĩnh SSF=f(m) Giá trị trọng lượng tọa độ trọng tâm thành phần: 63 Ký hiệu Phân loại Gi (kG) hi (m) Gi.hi (kGm) Gkh Trọng lượng khung gầm có gắn động 6090 0,69 4202,1 Gkvs Trọng lượng khung vỏ sàn 4756 1,49 7086,4 Ggh Trọng lượng ghế ngồi 364 1,4 509,6 Gđh Trọng lượng hệ thống điều hoà 590 2,95 1740,5 Ghkđ Trọng lượng hành khách đứng 3240 1,95 6318 Ghkn Trọng lượng hành khách ngồi 1560 1,65 2574 Ghlđ Trọng lượng hành lí hành khách đứng 391 2,05 801,5 Ghln Trọng lượng hành lí hành khách ngồi 188 1,75 329 Với C = 1,853 (m) ta tính theo trọng tâm sau: Bảng 3.3 Bảng số liệu xây dựng đường cong hệ số ổn định tĩnh STT X (m) H Y (SSF) 1250 0,65 1,69 6090 (Trọng lượng khung gầm) 0,69 1,34 11800 (Trọng lượng xe không tải) 1,15 0,8 17179 (Trọng lượng xe đầy tải) 1,37 0,67 A0 = 1,69 64 Vậy phương trình đường cong hệ số ổn định tĩnh có dạng sau: Hình 3.12 Đồ thị hệ số ổn định tĩnh SSF= f(m) Nhận xét: Dựa vào đồ thị hệ số ổn định tĩnh ta nhận thấy, ứng với giá trị tải trọng xe có giá trị ổn định SSF Để tính an toàn ổn định ô tô nâng cao ta muốn giá trị SSF lớn Để có điều vấn đề đặt giảm trọng tâm xe Đề xuất phương án giảm chiều cao trọng tâm hg xe buýt DAEWOO BC 212 MA Hạ thấp trọng tâm hành lí bằng cách để hành lý xuống sàn xe, lúc trọng tâm hành lí: hhl =1,05 (m) Chiều cao trọng tâm mới: thay vào công thức ta có: (m) 65 Lúc KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong suốt trình thực đề tài, nhờ giúp đỡ tận tình Quý thầy bạn đồng môn khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt tận tình giúp đỡ hướng dẫn PGS – TS Nguyễn Văn Phụng giúp hoàn thành luận văn Qua luận văn cho có hội nghiên cứu sâu về lý thuyết chuyên ngành thực tiễn cách thấu đáo nhằm giải vấn đề đề tài Đây đề tài thực mang tính kết hợp sở lý thuyết khảo sát thực tế có liên quan để đánh giá tính ổn định chuyển động ôtô, cụ thể loại xe buýt DAEWOO BC212 MA Tp Hồ Chí Minh Bằng kiến thức học nguồn tài liệu tìm đưa nhìn tổng quan về điều kiện giao thông Tp HCM, xây dựng sở lý thuyết ổn định chuyển động Từ sở lý thuyết có áp dụng cho việc tính toán đánh giá tính ổn định an toàn xe buýt DAEWOO BC212 MA Tp Hồ Chí Minh Tuy nhiên, đánh giá dừng lại mức tham khảo dựa phương pháp tính lý thuyết chưa áp dụng cụ thể để nhìn nhận loại xe tốt hay chưa tốt, phù hợp hay không phù hợp với điều kiện Việt Nam Bỡi thông số thu thập áp dụng cho việc tính tóan đề tài thông số mang tính thương mại hoá thị trường nên mang tính xác chưa cao Muốn đánh giá xác cụ thể cần phải có nhiều đề tài khác thực Đồng thời cần có trình khảo nghiệm thực tế nhiều hơn, cụ thể thông số khảo nghiệm phải nhà sản xuất cung cấp để tham số tính toán xác Từ kết tính toán ta đưa số kết luận sau: 66 - Đề tài xây dựng hệ thống sơ lý thuyết đầy đủ cho việc tính toán ổn định chuyển động ôtô buýt DAEWOO BC212 MA Tp Hồ Chí Minh - Qua việc tính toán chuyển động điều kiện xe với số thông số điều kiện giao thông TP HCM (dù chưa đầy đủ) ta nhận thấy xe buýt DAEWOO BC212 MA Tp Hồ Chí Minh đảm bảo khả tăng tốc, đảm bảo ổn định mặt cắt dọc mặt cắt ngang - Xây dựng đồ thị hệ số ổn định tĩnh SSF thể mối quan hệ chiều cao trọng tâm xe với độ ổn định mặt cắt ngang Kiến nghị Từ kết thu đề tài vấn đề nảy sinh trình nghiên cứu, người thực đề tài xin nêu số kiến nghị sau: - Nên bố trí nhiều ghế ngồi xe buýt hạn chế số hành khách đứng để giảm chiều cao trọng tâm xe - Người sử dụng xe phải chạy tốc độ quy định - Khi bố trí tải trọng xe cần theo yêu cầu đảm bảo hệ số SSF (static stability factor) cao nhằm hạ thấp trọng tâm xe để tăng tính ổn định không lật đổ xe - Nên tổ chức khảo sát thống kê sở liệu đầy đủ về đặc trưng lưu thông dòng xe buýt TPHCM Nếu có thống kê đầy đủ điều kiện áp dụng lý thuyết an toàn ổn định chuyển động ôtô cuả đề tài xây dựng cẩm nang điều khiển xe thích nghi lưu thông thành phố Việc giúp tài xế có thêm nhiều kỹ để lái xe an toàn ổn định TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 [1] Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Minh Thái, Dư Quốc Thịnh, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng, Lý thuyết ô tô – máy kéo, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2003 [2] Nguyễn Văn Phụng, Lý thuyết ô tô, Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP.HCM, 2000 [3] Lâm Mai Long, Cơ học chuyển động ô tô, ĐHSPKT, 2001 [4] Nguyễn Khắc Trai, Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô, 1997 [5] B.C Phalkevik, Theory abtomobil, Mockva, 1968 [6] A Tante, Kraftfahrtmechanik, Verlag Technik, Berlin 1974 [7] Wong Ty, Theory of ground Vehicles, Carleton University, Ottawa, Canada, 2001 [8] Reimpell, Jornsen, Grundlagen, Wuurzburg, Vogel Buchverlag, 1988 [9] Burckhardt, Manfred, Bremsdynamic und Pkw- Bremsanlagen, Wurnburg: Vogel Buchverlag, 1991 [10] Zomotor, Adam, Fahrverhalten, Wurnburg, Vogel Buchverlag, 1991 [11] Reimpell, Jornsen, Stoll, Helmut, Stoss-und Schwingungsdamfer, Wurnburg, Vogel Buchverlag, 1989 [12] Trương Hoàng Tuấn, Xác định tải trọng động tác dụng lên chassi xe SYM T880 phương pháp mô phỏng, 2013 68 S K L 0