nghiên cứu các biện pháp nâng cao tính ổn định của xe trên đường nhằm đảm bảo an toàn cho xe và khách

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM NGỌC PHAN HUY

NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO
TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG
NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO XE VÀ KHÁCH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

S K C0 0 4 7 4 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM NGỌC PHAN HUY

NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP
NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG
NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO XE VÀ KHÁCH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học:

PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Phạm Ngọc Phan Huy

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 09/07/1979

Nơi sinh: Khánh Hòa

Quê quán: Diên Khánh –Khánh Hòa

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: Thôn Phước Trạch – Xã Diên Toàn – Huyện Diên Khánh – Tỉnh
Khánh Hòa.
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại cá nhân: 0913.426781

E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học Nghề:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/ 1995 đến 01/ 1999
Nơi học: Trường Trung học kỹ thuật và nghiệp vụ Khánh Hòa

Ngành học: Sửa chữa máy nổ
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1999 đến 03/2003
Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM – TPHCM
Ngành học: Cơ khí động lực

III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

09/2003

Bộ môn Ô TÔ – Khoa Cơ Khí

đến nay

Trường Cao Đẳng Nghề Nha Trang

i

Giáo Viên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai

công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 09 năm 2015
Người nghiên cứu

Phạm Ngọc Phan Huy

ii


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện luận văn, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến:
– Quý Thầy Cô trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt thời gian thực
hiện luận văn này. Xin kính chúc quý Thầy Cô luôn luôn mạnh khoẻ, vui tươi và
hạnh phúc.
– Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Phụng. Thầy đã tận tình
giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.
Xin kính chúc Thầy luôn luôn mạnh khỏe, vui tươi và hạnh phúc.
– Xin chân thành cảm ơn các Thầy trong hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp
đã đóng góp ý kiến thiết thực cho luận văn.
Xin kính chúc sức khỏe, chân thành cảm ơn!

iii


TÓM TẮT
Ngày nay, các loại hình vận chuyển hành khách ngày càng nhiều, 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.
Luận văn này nghiên cứu tính ổn định chuyển động của xe trên đường trong
các trạng thái chuyển động thẳng, quay vòng ứng với các vận tốc tính toán và chiều
cao trọng tâm của xe. Qua các thông số kỹ thuật của xe chọn làm đối tượng nghiên
cứu và cơ sở lý thuyết để tính toán các thông số phù hợp với điều kiện hoạt động ở
khu vực phía nam. Từ đó, khắc phục các nhược điểm còn tồn tại của xe, đưa ra các
biện pháp nâng cao tính ổn định của xe trên đường, nhằm đảm bảo an toàn cho xe
và hành khách.
Xuất phát từ những lý do trên và được sự định hướng của thầy PGS-TS
Nguyễn Văn Phụng, học viên 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”.

iv


ABSTRACT
Road accident has been a major concern these days due to an increase of
means of guest transportation together with its higher density. Automobile operating
stability depends mostly on the following specifications: sizes, center of gravity
position, speed, braking distance, suspension system and the driver’s skills: use of
brake, speed, driving manner, gearing skills on curved and slopy roads. Max speed,
passenger and merchandise arrangements are also important factors that help assure
vehicle’s gravity center balance.
This thesis studies the stability of a vehicle’s motion in both straight and

circle states in correspondence with calculated speeds and its gravity center
position. With collected specifications of vehicles chosen as subjects of this
research and theoretical bases on which appropriate figures are calculated to suit its
operating conditions in the Sounthern Area, it is promising that vehicle and
passengers‘ life shall be safely assured thanks to improvements on its shortfalls and
increase of the vehicle’s stability.
With all above-mentioned reasons and under the orientation of Associate
Professor-Doctor Nguyen Van Phung, the author has decided to choose the
following named thesis for his research: ‘‘Research on Measures for Improving
Vehicle’s Stability in Assuring Vehicle and Passengers safety“

v


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)