Phân tích ổn định động lực học theo phương ngang xe khách giường nằm bằng mô hình động lực học phẳng hai dãy với mô hình lốp xe phi tuyến

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------

NGUYỄN TRƯỜNG LĨNH

ĐỀ TÀI:

PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG LỰC HỌC
THEO PHƯƠNG NGANG XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM
BẰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHẲNG HAI DÃY
VỚI MƠ HÌNH LỐP XE PHI TUYẾN

Chun ngành

: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực

Mã số

: 60520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2018


ii

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN HỮU NHÂN

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. NGUYỄN CHÍ THANH

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày
11 tháng 01 năm 2019.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI
2. PGS.TS. LÊ ĐÌNH TN
3. TS. HỒNG ĐỨC THƠNG
4. TS. NGUYỄN CHÍ THANH
5. TS. NGUYỄN THÀNH TÂM
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành
sau khi luận văn đã được sửa chữa.
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG


iii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN TRƯỜNG LĨNH

MSHV: 1770204

Ngày, tháng, năm sinh: 09-10-1988

Nơi sinh: Hậu Giang

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực

Mã số: 60520116

I. TÊN ĐỀ TÀI: Phân tích ổn định động lực học theo phương ngang xe khách giường
nằm bằng mơ hình động lực học phẳng hai dãy với mơ hình lốp xe phi tuyến.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tìm hiểu lý thuyết mơ hình động lực học lốp xe tuyến tính và phi tuyến.
2. Thiết lập mơ hình tốn học mơ tả tính năng động học và động lực học chuyển động
ngang của xe theo mơ hình động lực học hai dãy phi tuyến.
3. Thiết lập mơ hình tính tốn, mô phỏng động học và động lực học chuyển động theo
phương ngang của xe từ mơ hình tốn học.
4. Phân tích các tính năng về động học và động lực học, an tồn của xe trong q
trình chuyển động theo phương ngang.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 13/08/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/12/2018
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS Trần Hữu Nhân
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Tp. HCM, ngày…… tháng …… năm 20……

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG
(Họ tên và chữ ký)


iv

LỜI CÁM ƠN
Luận văn tốt nghiệp này được hoàn thành vào tháng 12 năm 2018 trong bộ
mơn Kỹ Thuật Ơ tô - Máy kéo tại trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí
Minh. Trong suốt thời gian thực hiện luận văn tác giả đã gặp nhiều khó khăn mà nếu
khơng có sự hỗ trợ từ những thầy, cơ trong khoa, gia đình, bạn bè, đồng nghiệp thì đã
khơng thể hồn thành luận văn. Do đó
Đầu tiên, tác giả tỏ lòng cảm ơn chân thành đến TS. Trần Hữu Nhân, người
thầy đã tiếp nhận, giao đề tài, thầy đã hỗ trợ tác giả rất nhiều mỗi khi thực hiện đề tài
có khó khăn cũng như động viên tác giả vượt qua khó khăn và hướng dẫn tác giả hồn
thành luận văn này. Tác giả cũng gửi lời cám ơn sâu sắc đến các giảng viên bộ mơn
Kỹ Thuật Ơ tơ - Máy kéo đã chỉ dẫn tác giả trong suốt quá trình đào tạo.
Kế đến, tác giả cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã động viên, khuyến khích trong
suốt quá trình học tập và làm luận văn của tác giả.
Cuối cùng, tác giả cám ơn những đồng nghiệp, trưởng bộ mơn ơ tơ, trưởng
Khoa Cơ khí Động lực của trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng đã tạo điều kiện
học tập, thực hiện luận văn, công việc của tác giả trong thời gian thực hiện luận văn.
Một lần nữa, tác giả chân thành cảm ơn tất cả.
Tp. HCM, ngày 02 tháng 12 năm 2018

Học viên thực hiện


v

TĨM TẮT LUẬN VĂN
Việc tính tốn động học và động lực học ô tô rất quan trọng trong việc thiết
kế, bố trí trên ơ tơ, các thơng số trong q trình tính tốn giúp cho việc đánh giá, cải
thiện tính năng an tồn của ơ tơ trong q trình vận hành, giảm thiểu và tiết kiệm chi
phí thử nghiệm sau khi sản xuất.
Đề tài này là sự nối tiếp và phát triển bổ sung trên cơ sở của đề tài trước trong
việc phân tích ổn định chuyển động của xe khách giường nằm HB 120. Đề tài này tập
trung vào việc nghiên cứu các mơ hình lốp xe phi tuyến từ đó tính tốn tính năng
động học và động lực học chuyển động theo phương ngang của xe khách giường nằm
HB 120. Phân tích vai trị và ý nghĩa của các thơng số cơ sở ảnh hưởng đến tính năng
động học và động lực học chuyển động ngang của xe. Làm cơ sở tham khảo cho việc
tính tốn mơ phỏng động học và động lực học chuyển động của các chủng loại xe
khác.


vi

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
Họ và tên học viên: NGUYỄN TRƯỜNG LĨNH
Ngày, tháng, năm sinh: 09/10/1988

Nơi sinh: Hậu Giang

Địa chỉ liên lạc: 429/20 Chiến Lược, P. Bình Trị Đơng A, Q. Bình Tân, Tp. HCM.
Số điện thoại: 0933 524 336

Email:

Tơi xin cam đoan luận văn “Phân tích ổn định động lực học theo phương ngang
xe khách giường nằm bằng mơ hình động lực học phẳng hai dãy với mơ hình lốp
xe phi tuyến” là do tơi thực hiện, không sao chép của người khác. Nếu sai sự thật,
tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường và pháp luật.
Học viên thực hiện

NGUYỄN TRƯỜNG LĨNH


vii

MỤC LỤC
Đề mục

Trang

TRANG BÌA
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
LỜI CÁM ƠN
TĨM TẮT LUẬN VĂN
LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ....................................................................................... 1
1.1.

Đặt vấn đề ...................................................................................................... 1

1.2.

Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................. 2

1.2.1.

Nghiên cứu trong nước .................................................................................. 2

1.2.2.

Nghiên cứu ngoài nước .................................................................................. 3

1.2.3.

Lý do chọn đề tài ............................................................................................ 4

1.3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.................................................................. 4

1.3.1.

Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 4

1.3.2.

Phạm vi nghiên cứu........................................................................................ 4

1.3.3.

Các giả thuyết................................................................................................. 5

1.4.

Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 5

1.4.1.

Mục tiêu chung............................................................................................... 5

1.4.2.

Mục tiêu cụ thể ............................................................................................... 5

1.5.

Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 5

1.6.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ....................................................... 6

1.6.1.

Ý nghĩa khoa học ........................................................................................... 6

1.6.2.

Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................ 6

1.7.

Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 6


viii

1.8.

Tiến độ thực hiện luận văn dự kiến................................................................ 7

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE TRONG
MẶT PHẲNG ĐƯỜNG. ............................................................................................ 8
2.1

Mơ hình động lực học lốp xe ......................................................................... 8

2.1.1

Mơ hình động học lốp xe ............................................................................... 8

2.1.2

Mơ hình động lực học lốp xe tuyến tính ...................................................... 10

2.1.3

Mơ hình động lực học lốp xe đồng dạng ..................................................... 10

2.1.4

Mơ hình động lực học lốp xe phi tuyến ....................................................... 11

2.2

Mơ hình động lực học của xe ....................................................................... 12

2.3

Các thơng số động học và động lực học của xe ........................................... 14

2.3.1

Phản lực pháp tuyến mặt đường tác dụng lên bánh xe ................................ 14

2.3.2

Động học hệ thống lái .................................................................................. 15

2.3.3

Góc lệch bên các bánh xe ............................................................................. 16

2.3.4

Phản lực ngang mặt đường tác dụng lên bánh xe ........................................ 18

2.3.5

Phản lực tiếp tuyến mặt đường tác dụng lên bánh xe .................................. 20

2.4

Phương trình động lực học mô tả chuyển động của xe trong mặt phẳng đường
...................................................................................................................... 20

2.5

Lý thuyết khảo sát động lực học của xe ....................................................... 22

2.5.1

Góc lái là hàm bước ..................................................................................... 22

2.5.2

Xác định mơ men qn tính khối lượng ...................................................... 22

2.5.3

Các điều kiện tính tốn................................................................................. 24

2.6.

Lý thuyết về tính ổn định ngang của xe ....................................................... 24

2.6.1

Khái niệm ..................................................................................................... 24

2.6.2

Xác định các điều kiện tới hạn theo ổn định ngang ..................................... 25

CHƯƠNG 3. THƠNG SỐ TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC XE
KHÁCH GIƯỜNG NẰM HB120............................................................................. 28
3.1

Thơng số kích thước .................................................................................... 28

3.2

Thơng số khối lượng ................................................................................... 29

3.2.1

Khối lượng bản thân .................................................................................... 29

3.2.2

Khối lượng toàn bộ ...................................................................................... 29


ix

3.2.3

Thông số phân bố khối lượng ...................................................................... 30

3.2.4

Thông số toạ độ trọng tâm ........................................................................... 31

3.3

Thơng số tính tốn mơ hình lốp xe .............................................................. 32

3.3.1

Thơng số mơ hình lốp xe dạng tuyến tính.................................................... 32

3.3.2

Thơng số mơ hình lốp xe dạng phi tuyến ..................................................... 32

CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ MƠ PHỎNG ................ 34
4.1

Sơ đồ tiến trình thực hiện tính tốn mơ phỏng ............................................ 34

4.2

Khảo sát động học và động lực học theo phương ngang ............................. 35

4.2.1.

Khảo sát góc lái là hàm bước theo thời gian ................................................ 35

4.2.2

Sự biến thiên của góc lệch bên bánh xe ....................................................... 36

4.2.3

Sự biến thiên của lực ngang Fy (N) theo thời gian ...................................... 36

4.2.4.

Khảo sát sự biến thiên momen theo thời gian .............................................. 38

4.2.5.

Chuyển vị theo phương ngang ..................................................................... 40

4.2.6.

Khảo sát vận tốc ngang theo thời gian ......................................................... 41

4.2.7.

Khảo sát gia tốc chuyển động theo phương ngang ...................................... 42

4.2.8.

Khảo sát chuyển vị góc xoay thân xe........................................................... 43

4.2.9.

Khảo sát vận tốc xoay thân xe ..................................................................... 44

4.2.10 Khảo sát gia tốc xoay thân xe ...................................................................... 45
4.3.

Khảo sát tính ổn định chuyển động theo phương ngang.............................. 45

4.3.1

Khảo sát giá trị cực đại Fy theo đều kiện bám và điều kiện lật ngang của
xe .................................................................................................................. 45

4.3.2

Khảo sát vận tốc giới hạn cực đại, vxc so với góc lái δ ................................ 47

KẾT LUẬN VÀ PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .................................................................. 50
Kết luận ..................................................................................................................... 50
Hướng phát triển đề tài .............................................................................................. 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 52
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 53


x

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1: Mơ hình động học của lốp xe chuyển động với vận tốc tức thời v, góc
trượt ngang α và góc đánh lái δ .................................................................................. 8
Hình 2.2: Mơ hình lốp xe đồng dạng ..................................................................... 10

Hình 2.3: Mơ hình động lực học hai dãy................................................................ 12
Hình 2.4: Động học hệ thống lái ............................................................................ 15
Hình 2.5: Xét xe như hình hộp chữ nhật đồng chất ............................................... 23
Hình 2.6: Chuyển đổi tọa độ trọng tâm hình hộp chữ nhật về tọa độ trọng tâm thực
tế của xe

............................................................................................................... 24

Hình 2.7: Sơ đồ lực tác dụng khi ô tô chuyển động quay vịng trên đường ngang
................................................................................................................................. 25
Hình 2.8: Sơ đồ lực tác dụng khi ô tô chuyển động rẽ phải trên đường ngang ..... 26
Hình 3.1: Bố trí chung của xe khách giường nằm HB120 ........................................ 30
Hình 4.1: Sơ đồ tính tốn mơ phỏng ..................................................................... 35
Hình 4.2: Đồ thị góc lái là hằng số ........................................................................ 36
Hình 4.3: Góc lệch bên các bánh xe theo thời gian.............................................. ..37
Hình 4.4: Lực ngang tổng cộng tác dụng tại trọng tâm xe ..................................... 38
Hình 4.5: Mơ-men tổng cộng tác dụng tại trọng tâm xe ........................................ 40
Hình 4.6: Chuyển vị theo phương ngang theo thời gian ........................................ 41
Hình 4.7: Vận tốc chuyển động theo phương ngang theo thời gian ...................... 42
Hình 4.8: Gia tốc chuyển động theo phương ngang theo thời gian ........................ 43
Hình 4.9: Chuyển vị góc xoay thân xe theo thời gian .............................................. 44
Hình 4.10: Vận tốc chuyển vị góc xoay thân xe theo thời gian ............................... 45
Hình 4.11: Gia tốc xoay thân xe phương ngang theo thời gian ............................... 46
Hình 4.12: Lực ngang Fy với vận tốc vx (δ = 0.2(rad) ............................................. 47
Hình 4.13: Vận tốc giới hạn cực đại, vxc so với góc lái δ ......................................... 49


xi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Thơng số kích thước của xe. .................................................................. 27
Bảng 3.2: Thông số xe khi đầy tải .......................................................................... 27
Bảng 3.3: Thông số phân bố khối lượng của xe ..................................................... 29
Bảng 3.4: Thông số khối lượng của xe ................................................................... 30
Bảng 3.5: Thông số toạ độ trọng tâm của xe .......................................................... 31
Bảng 3.6: Thông số lốp xe phi tuyến theo mơ hình Pacejka .................................. 31
Bảng 4.1: Lực ngang các mơ hình lốp xe khi thay đổi vận tốc và góc lái ............. 38
Bảng 4.2: Mô-men tổng cộng tác dụng tại trọng tâm xe ........................................ 40
Bảng 4.3: Giá trị lực ngang .................................................................................... 47


xii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
a1 , a2

: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến bánh xe phía trước và phía sau

ay

: Gia tốc hướng tâm

Bi , B f , Br

: Hệ số tính đến ảnh hưởng độ cứng lốp xe thứ i, trước, sau

C

: Trọng tâm của xe

Ci

: Hệ số tính đến ảnh hưởng của hình dạng lốp xe thứ i

C1 , C2

: Hệ số thực nghiệm

C 1 , C 2

: Độ cứng góc lệch bên bánh xe trước trái, phải

C 3 , C 4

: Độ cứng góc lệch bên bánh xe sau phải, trái

Di, Df, Dr

: Hệ số tính đến ảnh hưởng gai lốp thứ i, trước, sau

Ei, Ef, Er

: Hệ số tính đến ảnh hưởng độ cong lốp thứ i, trước, sau

Fywi

: Phản lực ngang

Fzi

: Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe

Fz1 , Fz 2

: Phản lực pháp tuyến mặt đường tác dụng lên bánh xe trước trái, trước

phải
Fz 3 , Fz 4

: Phản lực pháp tuyến mặt đường tác dụng lên bánh xe sau phải, sau trái

Fxw1

: Phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước trái

Fxw 2

: Phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước phải

Fxw3

: Phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe sau phải

Fxw 4

: Phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe sau trái

Fyw1

: Phản lực ngang từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước trái

Fyw 2

: Phản lực ngang từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước phải

Fyw3

: Phản lực ngang từ mặt đường tác dụng lên bánh xe sau phải

Fyw 4

: Phản lực ngang từ mặt đường tác dụng lên bánh xe sau trái

Fyφ

: Lực ngang theo điều kiện bám

Fyroll

: Lực ngang theo điều kiện lật

g

: Gia tốc trọng trường


xiii

Izz

: Mơ men qn tính khối lượng quanh trục z

l

: Chiều dài cơ sở xe

m

: Khối lượng của xe

Mz

: Momen tác dụng lên xe.

M z1 , M z 2

: Mô men tác dụng lên bánh xe trước trái, phải

M z3 , M z 4

: Mô men tác dụng lên bánh xe sau phải, trái

R1

: là bán kính quay vịng

v

: Vận tốc chuyển động của xe

vx , vy

: Các thành phần vận tốc ô tô trong hệ toạ độ trọng tâm

vxc

: Vận tốc giới hạn cực đại

w

: Chiều rộng cơ sở

w f , wr

: Khoảng cách giữa hai tâm vệt bánh xe trước, sau

1 ,  2

: Góc lệch bên của bánh xe trước trái, trước phải

3 , 4

: Góc lệch bên của bánh xe sau phải, sau trái

β

: Góc lệch vectơ vận tốc v so với phương trục x

β1 , β2

: Góc lệch giữa vectơ vận tốc v1, v2 với trục x1, x2

β3 , β4

: Góc lệch giữa vectơ vận tốc v3, v4 với trục x3, x4

1 ,  i

: Góc quay của bánh dẫn hướng trong (trái)

2 , 0

: Góc quay của bánh dẫn hướng ngồi (phải)



: Góc quay thân xe quanh trục thẳng đứng qua trọng tâm

 , ,

: Góc quay, vận tốc, gia tốc thân xe quanh trục thẳng đứng qua trọng

tâm
z

: Vận tốc góc khi xe quay vòng


1

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1.

Đặt vấn đề
Kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2018, theo hiệp định Thương mại hàng hóa ASEAN

(ATIGA) thì thuế nhập khẩu ơ tơ từ các nước ASEAN vào Việt Nam sẽ giảm về 0%,
với điều kiện áp dụng là tỷ lệ nội địa hóa của xe phải đặt từ 40%. Đây là một thử thách
rất lớn đối với ngành công nghiệp ô tô Việt Nam khi phải đối mặt với các xe nhập khẩu
từ các nước ASEAN nhưng cũng là một cơ hội để những doanh nghiệp sản xuất ô tô
trong nước đạt tỷ lệ nội địa 40% có thể mở rộng thị trường xuất khẩu. Về phía chính
phủ Việt Nam với việc ra nghị định 116/2017, nghị định quy định điều kiện sản xuất,
lắp ráp, nhập khẩu và kinh doanh dịch vụ bảo hành, bảo dưỡng ô tô, cho thấy chính
phủ vẫn quyết tâm phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam. Với những quyết tâm
của chính phủ, các doanh nghiệp sản xuất ơ tơ trong nước từ trước đến nay vẫn luôn
cố gắng tăng tỷ lệ nội địa hoá nhưng hiện vẫn chỉ đạt từ 15-37% tuỳ dòng xe và tuỳ
từng doanh nghiệp. Phần nội địa hoá của các doanh nghiệp hiện nay tập trung vào phần
chế tạo khung vỏ xe và cụm nội thất, trong đó phần chế tạo khung vỏ xe có thể được
tính tỷ lệ nội địa hố lên đến 32.5 % (theo quyết định số 28/2004/QĐ-BKHCN). Khung
vỏ xe là thành phần chiếm tỷ lệ khối lượng rất lớn của khối lượng bản thân xe (đặc biệt
là dòng xe khách) cũng như là thành phần quyết định tới việc bố trí các khối lượng
khác trên xe nên việc thiết kế chế tạo khu vỏ xe ảnh hưởng trực tiếp vào tính năng động
học và động lực học của xe. Hiện nay việc tính tốn tính năng động học và động lực
học của xe hoàn toàn bằng thực nghiệm rất tốn kém, do đó việc tính tốn mơ phỏng
bằng phần mềm chun dùng sẽ mang lại nhiều lợi thế cho các doanh nghiệp về mặt
chi phí và thời gian trước khi đi vào thực nghiệm và sản xuất. Trong các tính năng
động học và động lực học thì tính năng ổn định chuyển động ngang của xe đặc biệt là
xe buýt giường nằm đang được quan tâm và chú ý nhiều nhất do nhiều vụ tại nạn liên

quan đến vấn đề này.


2

Vì lý do đó tác giả chọn đề tài: “PHÂN TÍCH ỔN ĐỊNH ĐỘNG LỰC HỌC
THEO PHƯƠNG NGANG XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM BẰNG MƠ HÌNH
ĐỘNG LỰC HỌC PHẲNG HAI DÃY VỚI MƠ HÌNH LỐP XE PHI TUYẾN”
để từng bước xây dựng mơ hình xe ngày càng gần với thực tế. Kết quả tính tốn dùng
để phân tích tính năng an toàn trong chuyển động ngang, đồng thời đề xuất phương án
cải thiện tính năng động học và động lực học của xe khách giường nằm HB120, cũng
như làm cơ sở để tính tốn cho những dịng xe khác.
1.2. Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước.
1.2.1. Nghiên cứu trong nước
-

Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích ổn định chuyển động quay vịng xe khách

giường nằm bằng mơ hình động lực học phẳng” do Nguyễn Duy Bảo thực hiện,
2013 [2]. Đề tài trên được xây dựng trên mơ hình động lực học chuyển động phẳng
của xe khi quay vòng dạng 2 bánh. Xe chuyển động với vận tốc dọc theo chiều trục
xe khơng đổi trong suốt q trình quay vịng hoặc vượt xe khác. Sử dụng hàm bước
để mô tả góc đánh lái của xe. Sử dụng mơ hình lốp bánh xe tuyến tính để xác định
lực ngang ảnh hưởng tới xe. Đề tài đã đánh giá được đặc tính quay vòng trong tất cả
các trường hợp tải trọng của xe, xác định được vận tốc tới hạn cho phép đảm bảo
điều kiện trượt ngang khi xe quay vòng, xác định các thông số động học và động lực
học của xe tại vị trí từng bánh xe trước, sau riêng biệt theo thời gian. Tuy nhiên đề
tài chưa đánh giá được ảnh hưởng của các ngoại lực tác dụng lên xe cũng như lực
kéo của bánh xe chủ động có thể làm cho xe chuyển động theo chiều dọc với vận tốc
thay đổi, việc đánh lái với góc lái thay đổi đột ngột theo hàm bước không phù hợp

với thực tế, mơ hình bánh xe phi tuyến chỉ phù hợp khi xe đánh lái với góc lái nhỏ.
-

Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích ổn định chuyển động ngang của xe khách

giường nằm HB120 bằng mơ hình động lực học một dãy phi tuyến” do Nguyễn
Trường Lĩnh [3] thực hiện. Đề tài này đã so sánh được tính năng động học và động
lực học khi xe chuyển động ngang dựa trên mơ hình lốp phi tuyến với trường hợp
dựa trên mơ hình lốp xe tuyến tính. Tuy nhiên, khi đánh lái thì góc lái của bánh lái
hai bên khác nhau mà đề tài này chỉ mô phỏng động học và động lực học trên một


3

dãy bánh xe nên chưa đánh giá được ảnh hưởng của ngoại lực tác dụng lên xe khi
quay vòng như xe thực tế được.
-

Đề tài luận văn thạc sĩ “Khảo sát ảnh hưởng của hệ thống treo đến đặc

tính ổn định ngang của xe MobiHome HB120 khi chuyển động quay vịng trên
mặt đường mấp mơ” do Nguyễn Xn Ngọc thực hiện, 2016 [4]. Tác giả chỉ khảo
sát đánh giá ảnh hưởng độ cứng của giảm chấn khi xe chuyển động qua mặt đường
mấp mơ từ đó xác định vận tốc nguy hiểm của xe. Tuy nhiên, đề tài này chưa đánh
giá được ảnh hưởng của ngoại lực tác dụng lên xe khi quay vòng như xe thực tế được.
-

Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích động lực học quay vịng của xe khách

giường nằm HB120 bằng mơ hình động lực học phẳng bốn bánh” do Lê Quang

Thống thực hiện, 2017 [5]. Tác giả tập trung vào việc nghiên cứu mơ hình động lực
học phẳng bốn bánh từ đó phân tích vai trị và ý nghĩa của các thơng số cơ sở ảnh
hưởng đến tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của xe. Tuy
nhiên, đề tài này chưa đánh giá được ảnh hưởng của lốp xe thực tế ảnh hưởng lên xe
khi quay vòng.
1.2.2. Nghiên cứu ngoài nước
-

Sách Vehicle Dynamics: Theory and Application do Reza N. Jazar viết được

nhà xuất bản Springer xuất bản năm 2008 [1]. Trong chương 9, 10, 11 tác giả trình
bày cơ sở động lực học mơ hình động lực học phẳng một dãy.
-

Bài báo khoa học: “Study of the Vehicle Controllability and Stability Based

on Multi – body System Dynamics” (The Open Mechanical Engineering Journal,
2014, 8, 865 – 871) của tác giả Lin Hu, Shengyong Fang, Jia Yang, [8]. Trong bài
báo này tác giả đã sử dụng phần mềm ADAMS/CAR để tiến hành khảo sát mơ phỏng
đặc tính kiểm sốt và ổn định của xe như khả năng quay vòng, khả năng trượt trên
đường dốc có chướng ngại vật, khả năng hồi vị của hệ thống lái; kết quả rút ra được
là để cải thiện đặc tính tối ưu đó là có 3 yếu tố: khối lượng ô tô, tải trọng đặt lên cầu
trước và độ cứng xoắn của thanh ổn định chống lật sau.


4

1.2.3. Lý do chọn đề tài
-

Tính ổn định là thuộc tính quan trọng được thiết lập bằng mơ hình động lực

học trong mặt phẳng đường có ý nghĩa quan trọng khi khảo sát thuộc tính chuyển
động của ơ tơ và để phát triển các đề tài trên tác giả chọn đề tài “PHÂN TÍCH ỔN
ĐỊNH ĐỘNG LỰC HỌC THEO PHƯƠNG NGANG XE KHÁCH GIƯỜNG
NẰM BẰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHẲNG HAI DÃY VỚI MƠ HÌNH
LỐP XE PHI TUYẾN” nhằm mơ phỏng và phân tích đánh giá tính năng chuyển
động quay vịng, nâng cao tính năng an tồn chuyển động và tăng tính cơ động cả ở
tốc độ thấp và tính ổn định khi chuyển động ở tốc độ cao.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
Trong phạm vi giới hạn về thời gian, nguồn lực và yêu cầu của luận văn thạc sĩ
đề tài này nghiên cứu như sau:
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
Chọn xe khách giường nằm HB120 do công ty sản xuất và lắp ráp ô tô Trường
Hải chế tạo là đối tượng cụ thể để tiến hành nghiên cứu. Xác định các thơng số ảnh
hưởng đến tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của xe theo mơ
hình động lực học hai dãy với mơ hình lốp xe phi tuyến, các thơng số này sẽ được
nghiên cứu, xác định bằng phương pháp thu thập dữ liệu và mô phỏng.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài này thực hiện nghiên cứu cơ sở tính tốn mơ phỏng động học và động
lực học chuyển động ngang của ô tô mô hình động lực học hai dãy phi tuyến. Từ đó
sử dụng các thơng số cụ thể được xác định từ đối tượng nghiên cứu như nêu trên, tiến
hành mơ phỏng để có được kết quả tính tốn mơ phỏng. Kết quả tính tốn mơ phỏng
của các mơ hình tốn học mơ tả động học và động lực học chuyển động ngang sẽ
được phân tích và đánh giá.


5

1.3.3. Các giả thuyết

-

Xe chuyển động đều và quay vòng đều trên đường nằm ngang.

-

Mặt đường cứng tuyệt đối.

-

Khả năng bám ngang của các bánh xe là như nhau.

1.4. Mục tiêu nghiên cứu
1.4.1. Mục tiêu chung:
Xây dựng và phát triển mơ hình động lực học của xe trong mặt phẳng đường
dạng 4 bánh trong đó sử dụng mơ hình động lực học lốp xe phi tuyến.
1.4.2. Mục tiêu cụ thể
-

Phân tích tính năng động lực học chuyển động của xe bt giường nằm HB120

khi vào cua bằng mơ hình động lực học phẳng dạng 2 dãy 4 bánh xe trong đó sử dụng
mơ hình động lực học lốp xe dạng phi tuyến.
-

So sánh đánh giá sự khác biệt so với kết quả đã tính được từ mơ hình sử dụng

lốp xe tuyến tính.
1.5. Nội dung nghiên cứu
-

Mơ hình động lực học lốp xe tuyến tính và phi tuyến.

-

Mơ hình tốn học mơ tả tính năng động học và động lực học chuyển động

ngang của xe theo mơ hình động lực học hai dãy phi tuyến.
-

Các thơng số tính tốn động học và động lực học xe khách giường nằm HB

120.
-

Giải được bài tốn tính tốn mơ phỏng động học và động lực học chuyển động

theo phương ngang của xe từ mơ hình tốn học.
-

Phân tích kết quả tính tốn mơ phỏng từ đó đánh giá được các tính năng về

động học và động lực học, an toàn của xe trong quá trình chuyển động theo phương
ngang.


6

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

1.6.

Ý nghĩa khoa học:

1.6.1.
-

Xây dựng mơ hình tốn học mơ hình hố, khảo sát tính năng động lực học

chuyển động của xe khách giường nằm HB120 nói riêng và các dạng ơ tơ khác nói
chung.
-

Xây dựng cơ sở dữ liệu tính tốn và phân tích tính năng động lực học chuyển

động của xe trong mặt phẳng đường trong đó lần đầu tiên mơ hình lốp xe phi tuyến
được sử dụng
Ý nghĩa thực tiễn

1.6.2.

Kết quả thu được là cơ sở để có thể phân tích sự ảnh hưởng của các thơng số
thiết kế của xe khách giường nằm HB120 cũng như các loại ơ tơ khác đến tính năng
động lực học, an toàn chuyển động của xe khi vào cua và chuyển làn từ đó góp phần
cải tiến thiết kế nhằm nâng cao tính năng động lực học và ổn định an toàn chuyển
động của xe.
1.7.
-

Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu của đề tài này là phương pháp lý thuyết kết hợp với

mơ phỏng
-

Nghiên cứu lý thuyết các mơ hình động học và động lực học lốp xe và chuyển

động ngang của xe.
-

Mô phỏng động học và động lực học chuyển động ngang của xe.


7

1.8.

Tiến độ thực hiện luận văn dự kiến.
2018

Nội dung công việc
3
Định hướng đề tài
Viết đề cương
Hoàn chỉnh đề cương
Bảo vệ đề cương
Thực hiện chương 1,2
Thực hiện chương 3,4,5
Viết luận văn và sửa chữa
Bảo vệ luận văn

4

5

6

7

8

9

10

11

12


8

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE
TRONG MẶT PHẲNG ĐƯỜNG
2.1

MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC LỐP XE
Lốp xe là một bộ phận quan trọng của một chiếc xe. Lốp xe khơng chỉ chịu

trọng lượng của tồn bộ xe và hỗ trợ dập tắt rung động khi xe di chuyển trên đường
khơng bằng phẳng mà chúng cịn tạo ra các lực cần thiết để tăng tốc hoặc giảm tốc
xe, thay đổi hướng chuyển động của xe. Từ quan điểm cơ học hoặc mơ hình hố, lốp
xe là một bộ phận phức tạp được làm từ các hợp chất phức tạp của nhiều vật liệu khác
nhau, lưu hoá cùng nhau sau một quá trình chế tạo phức tạp. Một mơ hình lốp xe là
một mơ tả tốn học về đặc tính của lốp xe có thể bao gồm một số lĩnh vực vật lý như:
kết cấu cơ khí, nhiệt động lực học, lưu chất, hoá học, truyền nhiệt, ma sát học,…
Trong phần này chỉ trình bày các mơ hình tính động học và động lực học lốp xe.
2.1.1 Mơ hình động học lốp xe

Hình 2.1: Mơ hình động học của lốp xe chuyển động với vận tốc tức thời v,
góc trượt ngang α và góc đánh lái δ


9

Xét mơ hình lốp xe như Hình 2.1, có 2 trường hợp có khả năng xảy ra là vectơ vận tốc tức thời tại vị trí tâm tiếp xúc bánh xe với mặt đường v có thể nằm trong
hay nằm ngoài khoảng giữa hai trục toạ độ trung gian x và trục toạ độ bánh xe xw, lần
lượt được thể hiện ở Hình 2.1a và 2.1b.
Hệ trục tọa độ bánh xe Bw đặt tại tâm vết tiếp xúc bánh xe với mặt đường được
thể hiện như hình 2.1a. Phương và hướng của hệ trục toạ độ Bw được xác định bởi
một hệ trục toạ độ khác, có các phương song song với hệ toạ độ thân xe B(x, y). Góc
quay của bánh xe dẫn hướng δ là góc tạo bởi trục toạ độ x quét sang trục xw theo chiều
quay trục z. Góc lệch bên lốp xe α là góc tạo bởi sự quét trục xw của hệ trục toạ độ
bánh xe Bw sang vec-tơ vận tốc tức thời của bánh xe v. Tương tự, góc lệch tồn cục β
là góc tạo bởi sự quét trục x của hệ trục toạ độ trung gian B sang vec-tơ vận tốc tức
thời của bánh xe v. Các góc α, β, δ trong hình 2.1a có giá trị dương và có quan hệ như
sau:

   -

(2.1)

Trong thực tế chuyển động, khi bánh xe dẫn hướng chuyển động hướng tới,
mối quan hệ giữa các góc α, β, δ trong trường hợp này cho thấy rằng vec-tơ vận tốc
v nằm giữa khoảng hai trục toạ độ x và xw. Trường hợp thực tế có thể xảy ra được thể
hiện Hình 2.1b. Góc đánh lái sẽ làm quay hướng tới của lốp xe một góc δ. Tuy nhiên,
do sự biến dạng đàn hồi của lốp xe, làm cho vec-tơ vận tốc của lốp xe v quay trễ hơn
so với hướng tới của lốp xe (tức trục xw), tạo thành góc trượt ngang tồn cục β, lúc
này β < δ. Do vậy, trong trường hợp này góc đánh lái bánh xe dẫn hướng là dương
tạo ra góc trượt ngang lốp xe âm. Phân tích Hình 2.1b và sử dụng định nghĩa chiều
dương của các góc cho thấy rằng ngay cả trong trường hợp thực tế thì biểu thức (2.1)
vẫn đúng cho cả hai trường hợp như Hình 2.1a và 2.1b.
Góc lệch bên α là ngun nhân sinh ra lực ngang tại lốp xe. Trong phân tích
động lực học của xe, mơ hình lốp xe tập trung vào các lực và mô men được tạo ra
giữa lốp và mặt đường. Các mơ hình lốp thực nghiệm có hiệu quả với độ chính xác
cao trong phân tích động lực xe, đặc biệt là trên đường bằng phẳng, cứng và đáp ứng


10

tần số thấp. Trong phạm vi đề tài này chỉ trình bày hai dạng mơ hình lốp xe tuyến
tính và mơ hình lốp xe phi tuyến.
2.1.2 Mơ hình động lực học lốp xe tuyến tính
Đối với mơ hình lốp xe đơn giản lực ngang lốp xe là hàm tuyến tính theo góc
trượt (trong mơ hình này tải trọng lốp khơng đổi)
Fywi  C ii

Trong đó:

(2.2)
C i là độ cứng góc lệch bên của bánh xe thứ i

 i là góc lệch bên của bánh xe thứ i
2.1.3 Mơ hình động lực học lốp xe đồng dạng

Hình 2.2: Mơ hình lốp xe đồng dạng
Trong đó:

Fz : Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe

Fy : Phản lực ngang mặt đường tác dụng lên bánh xe

Mơ hình có tính đến ảnh hưởng của phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên
bánh xe Fz (như trong Hình 2.2) và ma sát lốp xe với mặt đường dẫn đến mối quan
hệ phi tuyến của các lực tại lốp xe là một hàm của góc trượt và phản lực pháp tuyến
của mặt đường tác dụng lên lốp xe. Khi phản lực pháp tuyến của mặt đường Fz tác
dụng lên lốp xe bị giảm thì phản lực ngang khi góc lệch bên cố định sẽ giảm do áp
lực giảm giữa mặt đường và mặt tiếp xúc lốp.


11

Các thí nghiệm chứng minh rằng lực ngang được chuẩn hố khi đo cho các góc lệch
bên khác nhau dẫn đến cùng một đường cong lực ngang / góc lệch bên, với lực ngang
được chuẩn hóa Fy và góc lệch bên được chuẩn hóa  được xác định bởi:
Fy 



Fy

(2.3)

 Fz

CF  Fz 

 Fz

tan 

(2.4)

Trong đó μ là hệ số ma sát giữa lốp xe và mặt đường và

CF  Fz 

là độ cứng góc lệch

bên là một hàm theo phản lực pháp tuyến của mặt đường. Mối quan hệ này của các
đường cong lực ngang / góc lệch bên dẫn đến khả năng mơ hình hóa thực nghiệm của
lốp xe với các phản lực pháp tuyến của mặt đường khác nhau dựa trên mối quan hệ
thu được ở tải trọng thẳng đứng Fz 0 bằng cách điều chỉnh cả tải trọng ngang và độ
cứng ngang trong vùng tuyến tính của các đường cong lực ngang/ góc lệch bên.
Pacejka đề xuất trong rằng phản lực ngang được chia tỷ lệ theo tỷ lệ của phản lực
pháp tuyến với phản lực pháp tuyến danh nghĩa 

Fz / Fz 0 

với góc lệch bên tương

đương được xác định bởi:
Fy 

 eq 

Fz
Fy 0  eq 
Fz 0

(2.5)

CF  Fz  Fz 0

CF 0 Fz

(2.6)

Tuy nhiên, mơ hình lốp xe vẫn cần các hàm để tính tốn các lực ngang phản lực pháp
tuyến danh nghĩa và độ cứng góc lệch bên được điều chỉnh

CF  Fz 

, do đó mơ hình

cơng thức ma thuật do Pacekja được phát triển và sử dụng.
2.1.4 Mơ hình động lực học lốp xe phi tuyến
Khi góc lệch bên lớn, mơ hình tuyến tính (2.2) khơng thể mơ tả đặc tính lốp xe
do đó trong đề tài này sẽ sử dụng mơ hình lốp xe Pacejika theo công thức sau:





Fywi  Di sin Ci arctan Bi i  Ei  Bi i  arctan  Bi i  



(2.7)


12

Trong đó
Bi : là hệ số tính đến ảnh hưởng độ cứng lốp xe thứ i
C i : là hệ số tính đến ảnh hưởng của hình dạng lốp xe thứ i

Di : là hệ số tính đến ảnh hưởng của gai lốp xe thứ i

Ei : là hệ số tính đến ảnh hưởng độ cong lốp xe thứ i

2.2 MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE
Mơ hình động lực học của xe gồm có mơ hình một dãy và mơ hình hai dãy. Trong đó
mơ hình hai dãy phù hợp với ơ tơ thực tế hơn.

Hình 2.3: Mơ hình động lực học hai dãy
Mơ hình ơ tơ hai dãy bánh xe (two-track model) nghiên cứu chuyển động của
ô tô trong trường hợp ô tô chịu tác dụng của phản lực ngang, phản lực tiếp tuyến từ
mặt đường lên các bánh xe.

Các ký hiệu trong hình vẽ được giải thích như sau: