Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 12 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG KIỂM SỐT KHOẢNG CÁCH AN TỒN CHO ƠTƠ TRÊN ĐƯỜNG CAO TỐC RESEARCHING ABOUT A CONTROL SYSTEM OF SAFETY DISTANCE FOR CAR ON THE HIGHWAY. SVTH: Trần Quốc Đạt 1 , Đặng Quang Đơng 2 Lớp 1 06C4A, 2 06C4B, Trường Đại học Bách khoa GVHD: TS. Lê Văn Tụy; ThS. Phạm Quốc Thái Khoa Cơ Khí Giao Thơng, Trường Đại học Bách khoa TĨM TẮT Đề tài nghiên cứu hệ thống tự động kiểm sốt tốc độ để giữ khoảng cách an tồn và tốc độ tương đối của xe với phía trước để giảm tránh tai nạn xảy ra khi xe hoạt động trên đường cao tốc. Hệ thống này sẽ tác động vào cơ cấu chấp hành: hệ thống phanh và bướm ga điều khiển điện tử. Do đó, ln tạo ra một phạm vi an tồn quanh xe khi chaỵ trên đường cao tốc. ABSTRACT. The report searches on adaptive cruise control system that automatically controls speed to adjust the safety distance of the car from a vehicle in front and relative speed to preceding vehicles on the highway by employing suitable actuator systems (Electronic throttle and braking systems) to avoid the collision. This creates “the virtual safety belt ” around the car when running on the highway. 1. Mở đầu 1.1.Đặt vấn đề Đường cao tốc là cơng trình phản ánh trình độ phát triển giao thơng cũng như sức mạnh kinh tế của một đất nước hoặc một khu vực nào đó. Các phương tiện lưu thơng trên đường cao tốc với tốc độ rất cao nên u cầu cấp thiết là phải đảm bảo an tồn khi lưu thơng trên đường. Đây là cơ sở để chúng em nghiên cứu và thiết kế:” hệ thống kiểm sốt khoảng cách an tồn cho ơtơ trên đường cao tốc”. 1.2.Nội dung đề tài Để đạt được kết quả cuối cùng là nghiên cứu và thiết kế::” hệ thống kiểm sốt khoảng cách an tồn cho ơtơ trên đường cao tốc” thì phải đảm bảo được các kết quả sau. -Xây dựng được đặc tính khoảng cách an tồn theo tốc độ chuyển động của ơtơ. -Xây dựng phương pháp đo khoảng cách giữa hai xe chuyển động trên đường cao tốc. -Xây dựng được hệ thống điều khiển mềm để tự động điều chỉnh lượng cung cấp nhiên liệu nhằm điều chỉnh tốc độ ơtơ để duy trì khoảng cách an tồn. 2. Nội dung 2.1. Xây dựng đường đặc tính khoảng cách an tồn: Khoảng cách an tồn theo tốc độ chuyển động của ơtơ trên đường cao tốc được xác định theo khoảng cách phanh an tồn, tức xây dựng đặc tính S min = f(V 1 ). Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 13 Pps PptPf1Pf2 Z2 Z1 Ga Pj P  V 1P  h  hg b a L0 Hình 2.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô khi phanh trên đường ngang. Chú thích: Các thông số hình học của xe: a, b là khoảng Tổng hợp 21 vi phạm cần tránh đường cao tốc Đường cao tốc loại đường thiết kế đặc biệt cho xe giới lưu thông với tốc độ cao liên tục, đặc biệt người bộ, xe thô sơ, xe gắn máy, xe mô tô máy kéo, xe máy chuyên dùng (tốc độ nhỏ 70 km/h) không tham gia giao thông loại đường Người điều khiển phương tiện giao thông vi vi phạm quy định đường cao tốc bị xử phạt h ố VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí Quay đầu xe, lùi xe đường cao tốc Không tuân thủ quy định khoảng cách an toàn xe chạy liền trước chạy đường cao tốc Không tuân thủ quy định dừng xe, đỗ xe đường cao tốc Khi dừng xe, đỗ xe đường cao tốc không - triệu đồng đặt biển báo hiệu nguy hiểm theo quy định VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí xe chạy liền trước chạy đường cao tốc 16 Không tuân thủ quy định m VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 12 NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG KIỂM SỐT KHOẢNG CÁCH AN TỒN CHO ƠTƠ TRÊN ĐƯỜNG CAO TỐC RESEARCHING ABOUT A CONTROL SYSTEM OF SAFETY DISTANCE FOR CAR ON THE HIGHWAY. SVTH: Trần Quốc Đạt 1 , Đặng Quang Đơng 2 Lớp 1 06C4A, 2 06C4B, Trường Đại học Bách khoa GVHD: TS. Lê Văn Tụy; ThS. Phạm Quốc Thái Khoa Cơ Khí Giao Thơng, Trường Đại học Bách khoa TĨM TẮT Đề tài nghiên cứu hệ thống tự động kiểm sốt tốc độ để giữ khoảng cách an tồn và tốc độ tương đối của xe với phía trước để giảm tránh tai nạn xảy ra khi xe hoạt động trên đường cao tốc. Hệ thống này sẽ tác động vào cơ cấu chấp hành: hệ thống phanh và bướm ga điều khiển điện tử. Do đó, ln tạo ra một phạm vi an tồn quanh xe khi chaỵ trên đường cao tốc. ABSTRACT. The report searches on adaptive cruise control system that automatically controls speed to adjust the safety distance of the car from a vehicle in front and relative speed to preceding vehicles on the highway by employing suitable actuator systems (Electronic throttle and braking systems) to avoid the collision. This creates “the virtual safety belt ” around the car when running on the highway. 1. Mở đầu 1.1.Đặt vấn đề Đường cao tốc là cơng trình phản ánh trình độ phát triển giao thơng cũng như sức mạnh kinh tế của một đất nước hoặc một khu vực nào đó. Các phương tiện lưu thơng trên đường cao tốc với tốc độ rất cao nên u cầu cấp thiết là phải đảm bảo an tồn khi lưu thơng trên đường. Đây là cơ sở để chúng em nghiên cứu và thiết kế:” hệ thống kiểm sốt khoảng cách an tồn cho ơtơ trên đường cao tốc”. 1.2.Nội dung đề tài Để đạt được kết quả cuối cùng là nghiên cứu và thiết kế::” hệ thống kiểm sốt khoảng cách an tồn cho ơtơ trên đường cao tốc” thì phải đảm bảo được các kết quả sau. -Xây dựng được đặc tính khoảng cách an tồn theo tốc độ chuyển động của ơtơ. -Xây dựng phương pháp đo khoảng cách giữa hai xe chuyển động trên đường cao tốc. -Xây dựng được hệ thống điều khiển mềm để tự động điều chỉnh lượng cung cấp nhiên liệu nhằm điều chỉnh tốc độ ơtơ để duy trì khoảng cách an tồn. 2. Nội dung 2.1. Xây dựng đường đặc tính khoảng cách an tồn: Khoảng cách an tồn theo tốc độ chuyển động của ơtơ trên đường cao tốc được xác định theo khoảng cách phanh an tồn, tức xây dựng đặc tính S min = f(V 1 ). Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 13 Pps PptPf1Pf2 Z2 Z1 Ga Pj P  V 1P  h  hg b a L0 Hình 2.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô khi phanh trên đường ngang. Chú thích: Các thông số hình học của xe: a, b Vành đai xanh trên đường cao tốc Tarim xuyên qua sa mạc Taklamakan Để ngăn chặn đường cao tốc từng bị chôn vùi bởi những đụn cát xâm lấn, người ta trông một thảm thực vật trên cả hai bên đường để neo cát lại. Một hệ thống thủy lợi lớn đã được xây dựng sao cho nước bơm từ hồ chứa dưới lòng đất đủ để duy trì hệ sinh thái nhân tạo này. Đường cao tốc sa mạc Tarim đi qua sa mạc Taklamakan, ở Trung Quốc, liên kết các thành phố Luntai và Minfeng nằm trên đường biên giới phía Bắc và phía Nam của lưu vực sông Tarim. Tổng chiều dài của con đường cao tốc này là 552km, trong đó có khoảng 446km được xây dựng trên một khu vực không có người ở, được bao phủ bởi những cồn cát dịch chuyển cao 20m, những cồn cát này thường xuyên chôn vùi đường cao tốc. Để ngăn chặn đường cao tốc từng bị chôn vùi bởi những cồn cát xâm lấn, người ta tiến hành trồng một thảm thực vật trên cả hai bên đường để neo cát lại. Một hệ thống thủy lợi lớn đã được xây dựng sao cho nước bơm từ hồ chứa dưới lòng đất đủ để duy trì hệ sinh thái nhân tạo này. Hàng trăm công nhân được thuê để trồng cây, những căn nhà được xây dựng cách mỗi 4 cây số dọc theo con đường để làm chỗ ở cho công nhân chăm sóc cây, họ phải đảm bảo rằng thảm thực vật này sẽ không chết. Nước xuất phát từ giếng, giếng phải đào sâu xuống hơn 100m vào tầng ngậm nước bên dưới sa mạc, nước từ giếng được cung cấp bởi các con sông chảy xuống từ các ngọn núi xung quanh. Mặc dù có nồng độ dung dịch muối cao trong nước, nhưng các vành đai xanh này vẫn tiếp tục phát triển mạnh. Năm năm qua chính phủ đã trồng thử nghiệm các loài cây khác nhau có thể tồn tại trong điều kiện sa mạc. Trong năm 1999, một dự án thí điểm của vành đai bảo vệ được thực hiện dọc theo một phầnđường cao tốc dài 6,3km đã được hoàn thành. Trong năm 2001, dự án đã được mở rộng thêm một đoạn dài 30,8 cây số dọc theo đường cao tốc. Dự án cuối cùng đã được sự chấp thuận của nhà nước trong năm 2003. Ngày nay, gần 4/5 chiều dài của đường cao tốc sở hữu hai bên vành đai cây rộng 72-78m, bao gồm tổng diện tích hơn 3.000 ha. Đường cao tốc sa mạc Tarim có ý nghĩa kinh tế rất lớn, đó là lý do tại sao các biện pháp tốn kém và phức tạp như vậy cần phải được thông qua chỉ để giữ cho các cây trồng có thể sống được. Đường cao tốc được xây dựng vào năm 1995 để phục vụ đường ống dẫn dầu Bắc - Nam nằm bên dưới sa mạcTaklamakan. Bên dưới sa mạc còn chứa các mỏ dầu khí lớn nhất Trung Quốc. Đường cao tốc không chỉ cho phép truy cập trực tiếp đến mỏ tài nguyên nằm dưới lòng chảo Tarim, mà nó cũng cho phép vận chuyển hàng hoá và tài nguyên từ các mỏ dầu Lunnan ở phía Nam một cách nhanh chóng, không phải đi đường vòng xung quanh sa mạc. Bởi vì khu vực này hoàn toàn không có người ở nên có một trạm xăng và một vài nhà hàng được xây dựng tại các điểm nằm dọc theo đường cao tốc để cho các khách du lịch nghỉ chân tiếp tế. Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 106 Trong đó : + k=1,4 : Hệ số sử dụng phanh của xe tải. + R lồi : Bán kính đường cong lồi(m). +  : Hệ số bám dọc trên đường lấy trong điều kiện bình thường, mặt đường sạch  =0,5. Trên bình đồ tuyến đường cong lồi có bán kính nhỏ nhất là R lồi = 8000(m). Từ (1) và (2) tính được V = 88,56>70 (km/h) Như vậy trên toàn tuyến, xe chạy không bị hạn chế tốc độ khi vào các đường cong đứng lồi. *Tại các đường cong đứng lõm tốc độ hạn chế được xác định từ điều kiện lò xo nhíp không vượt quá tải: V = lom 6,5.R Đường cong đứng lõm có bán kính nhỏ nhất trên toàn tuyến là 10000(m), ta có: V = 6,5.10000 =255 > 70 (km/h). Vậy xe chạy không bị hạn chế tốc độ khi vào đường cong đứng lõm. 8.1.3.Tính toán các đoạn tăng tốc, giảm tốc và hãm phanh: Chiều dài đoạn tăng tốc hay giảm tốc (không sử dụng phanh) được xác định theo công thức ) S t,g = 2 2 2 1 tb V V 245.[D (f i)]    (m) Trong đó: + S t,g :Chiều dài đoạn tăng hay giảm tốc (m) + V 1 , V 2 : Tốc độ trước và sau khi tăng tốc hay giảm tốc (km/h) + D tb : Nhân tố động lực giữa V 1 và V 2 . + f: hệ só sức cản lăn f=0,02 + i:Độ dốc dọc : khi lên dốc (+) ,khi xuống dốc(-) Do không có vận tốc hạn chế nên không xác định S h . Kết quả tính toán thể hiện ở bảng phụ lục: 8.1.4. Lập biểu đồ xe chạy lý thuyết: Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Giáo trình hướng dẫn phân tích và tính toán biểu đồ xe chạy trên đường cao tốc . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 107 Dựa vào bảng xác định vận tốc cân bằng, vận tốc tối đa, vận tốc hạn chế và chiều dài đoạn tăng tốc, giảm tốc, hãm phanh đã tính toán ta vẽ được biểu đồ tốc độ xe chạy lý thuyết cho 2 phương án cả hai chiều đi và về. 8.1.5. Nhận xét: Từ biểu đồ tốc độ xe chạy lý thuyết của 2 phương án tuyến cho cả hai chiều đi và về ta thấy trên toàn tuyến xe luôn chạy được với tốc độ thiết kế 8.2. Tính toán tốc độ xe chạy trung bình: Công thức tính toán: V tb = n i i 1 l T   Km/h Trong đó: - l i : Chiều dài của đoạn thứ i (Km). - T: Thời gian xe chạy trên tuyến (h). + Phương án 1: V tb = 64,578(Km/h). + Phương án 2: V tb = 64,552(Km/h). 8.3. Tính toán thời gian xe chạy trung bình: Thời gian xe chạy trên tuyến xác định theo công thức: n i i 1 i l T V    (giờ) Trong đó: - li: Chiều dài của đoạn thứ i (Km). - V i : Tốc độ xe chạy ứng với l i , (Km/h). + Phương án 1: T=0,046(h). + Phương án 2: T=0,045(h). 8.4. Tính toán lượng tiêu hao nhiên liệu: Lượng tiêu hao nhiên liệu là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả kinh tế của tuyến đường và so sánh giữa các phương án tuyến. *Lượng tiêu hao nhiên liệu trên 100km đường khi xe chạy xác định theo công thức: c c 100 q N Q 10 V      (l/100Km) Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 108 Trong đó: + q c : Tỷ suất tiêu hao nhiên liệu (g/mã lực giờ), thay đổi phụ thuộc vào số vòng quay của động cơ và mức độ mở bướm xăng, khi tính toán xem bướm xăng mở hoàn toàn nên lấy q c = 280 g/mã lực giờ. + V: Tốc độ xe chạy, (km/h) + : Tỷ trọng nhiên liệu,  = 0,8. + N c : Công suất động cơ (mã lực), xác định theo công thức: 2 K. .V V Nc G(f i) 13 270.            mã lực). Trong đó: + : Hệ số hiệu dụng của động cơ, với Zin 150 lấy =0,88. + K: Hệ số sức cản không khí, với Zin 150 lấy k=0,06. + : Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 116 CHƯƠNG 9 LUẬN CHỨNG SO SÁNH CHỌN PHƯƠNG ÁN TUYẾN 9.1. Tính tổng chi phí xây dựng và khai thác tính đổi về năm gốc cho 2 phương án tuyến: 9.1.1. Công thức tính toán: Tương tự như ở phần luận chứng kết cấu áo đường, chi phí xây dựng và khai thác tính đổi về năm gốc của hai phương án đề xuất được tính theo công thức: P td =K 0 + 1 1 . (1 ) (1 ) (1 )        c d tr Ttc Td Ttr td td td K K K E E E d tr n n + K d o +K q o + q Ts t t t t 1 t 1 td td K K K (1 E ) (1 E )           S 0 T ätä ätä t + K s o + s T S th Ts Ts t t t t t t t 1 t 1 t 1 td td td K K C K (1 E ) (1 E ) (1 E )               0 th (9.1). Trong đó: + K 0 , K c , K d , K tr : các chi phí xây dựng tập trung từng đợt tính cho tất cả các công trình trên đường(nền đường, mặt đường, công trình thoát nước ) trên chiều dài tuyến L(km). Trong thời gian khai thác không có cải tạo nâng cấp nên K c = 0. + K d o : tổn thất cho nền kinh tế quốc dân do chiếm đất nông nghiệp, quy định lấy bằng tổng giá trị sản phẩm có thể đem lại của đất bị chiếm do lấy đất làm đường trong thời gian hoàn vốn T=10 năm tương ứng với hệ số hiệu quả kinh tế tiêu chuẩn khi tính đổi E tđ = 0,10. Tuyến đường không đi qua vùng đất nông nghiệp nên K 0 đ =0. + K q o : tổng số vốn lưu động thường xuyên nằm trong quá trình khai thác ở năm đầu tiên. K q o = 365 DTQ 0 (đồng) (9.2). Trong đó: Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 117 + T= tt 365.L 24.0,7.V (9.3). + Q 0 : tổng lượng hàng hoá vận chuyển trên đường ứng với năm đầu tiên đưa công trình vào khai thác (tấn). Q 0 = 365. 0 . .G.N   (9.4) Trong đó: +  : hệ số sử dụng hành trình, lấy  =0,65. +  : Hệ số lợi dụng tải trọng  =0,9  0,95; lấy  =0,95. + G: Tải trọng trung bình trên các ôtô tham gia vận chuyển (T) G = 0,24.7,4 + 0,51.9,54 + 0,18.14,82 = 9,309(T) + N 0 : Lưu lượng xe chạy hỗn hợp ở năm đầu tiên. 15 0 14 N N (1 q)   = 14 820 (1 0,1)  = 216(xehh/ngày.đêm).  Q 0 = 365.0,65.0,95.9,309.216 = 453.196,563 (T) + D: giá trung bình 1 tấn hàng vận chuyển trên đường lấy D= 500.000(đồng/tấn) + T: Tổng thời gian hàng năm trong quá trình vận chuyển trong 1 năm (ứ đọng trong quá trình vận chuyển và bốc dỡ. + L: Chiều dài tuyến (Km). + V tt : Vận tốc xe chạy lý thuyết trung bình trên tuyến xác định từ biểu đồ vận tốc xe chạy lý thuyết. + K q t : chi phí bỏ thêm hàng năm của vốn lưu động xe chạy tăng thêm xác định theo công thức: K q t =K q 0 . t 0 0 N N N  (9.5). Trong đó: + N t và N 0 lưu lượng xe chạy năm thứ t và năm bắt đầu đưa công trình vào sử dụng. + K ätä t : chi phí cần đầu tư xây dựng các cơ sở phục vụ cho vận tải ôtô, gara ôtô, xí nghiệp sửa chữa ban đầu tương ứng với yêu cầu vận chuyển ở năm đầu tiên Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m Click to buy NOW! P D F - X C h a n g e V i e w e r w w w . d o c u - t r a c k . c o m . . Đồ Án Tốt Nghiệp Khoa Xây Dựng Cầu Đường SVTH: Nguyễn Đình Ninh- Lớp 02X3B. Trang 118 + K ôtô t : Chi phí đầu tư thêm hàng năm cho các cơ sở phục vụ đó do yêu cầu vận chuyển tăng : K ôtô t = oto 0 t 0 0 K (N N ) N  (9.6). + K s 0 , K 0 th , K s t , K t th : các chi phí đầu tư cho vận tải đường sắt, đường thủy (nếu có) cũng có ý nghĩa như K ôtô 0 , trong đồ án không có vận chuyển đường sắt đường thuỷ nên ta bỏ qua chi phí này. + T S : thời gian để so sánh các phương án tuyến: T s = 15năm. + C t : tổng chi phí thường xuyên hằng năm được tính cho tất cả các hạng mục công trình của đường ôtô trên toàn chiều dài tuyến L(km) được xác định theo công thức: C t = C d t +C vc t +C cht t + C hk t + C ... lùi xe đường cao tốc Không tuân thủ quy định khoảng cách an toàn xe chạy liền trước chạy đường cao tốc Không tuân thủ quy định dừng xe, đỗ xe đường cao tốc Khi dừng xe, đỗ xe đường cao tốc không... theo quy định VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí xe chạy liền trước chạy đường cao tốc 16 Không tuân thủ quy định m VnDoc - Tải tài liệu, văn pháp luật, biểu mẫu miễn phí