Luận án Nghiên cứu giới hạn ổn định lật ngang của đoàn xe sơ Mi Rơ Moóc khi quay vòng ổn định - Tạ Tuấn Hưng

LỜI CAM ĐOAN . i

LỜI CẢM ƠN. ii

MỤC LỤC . iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT . vi

DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ. xiv

DANH MỤC BẢNG BIỂU. xviii

MỞ ĐẦU . 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN . 5

1.1. Xu thế phát triển và vấn đề mất ổn định ĐXSMRM. 5

1.1.1. Xu thế phát triển ĐXSMRM . 5

1.1.2. Phân loại mất ổn định ĐXSMRM . 8

1.2. Những nghiên cứu liên quan đến luận án. 12

1.2.1. Những nghiên cứu trên thế giới về mô hình ĐXSMRM. 12

1.2.2. Những nghiên cứu trên thế giới về mất ổn định lật ngang ĐXSMRM . 13

1.2.3. Những nghiên cứu trên thế giới về cảnh báo và điều khiển chống lật ngang 23

1.2.4. Những nghiên cứu trong nước. 24

1.3. Lựa chọn chỉ tiêu, thông số đánh giá mất ổn định lật ngang ĐXSMRM. 25

1.4. Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu . 27

1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu. 27

1.4.2. Đối tượng nghiên cứu. 28

1.4.3. Phương pháp nghiên cứu. 28

1.4.4. Phạm vi nghiên cứu . 29

1.4.5. Nội dung luận án . 29

1.5. Kết luận chương 1 . 29

CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC KHÔNG GIAN XÁC

ĐỊNH MẤT ỔN ĐỊNH LẬT NGANG ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC. 31

2.1. Mô hình động lực học ĐXSMRM. 31

2.1.1. Phân tích cấu trúc và các giả thiết xây dựng mô hình. 31

2.1.2. Phương trình động lực học các khối lượng được treo. 38iv

2.1.3. Phương trình động lực học các cầu xe . 44

2.1.4. Phương trình động lực học các bánh xe . 46

2.2. Xác định lực tương tác bánh xe-mặt đường . 48

2.3. Xác định lực và mô men liên kết của hệ thống treo . 50

2.3.1. Các lực liên kết phương thẳng đứng. 50

2.3.2. Các lực liên kết theo phương dọc. 54

2.3.3. Các lực liên kết theo phương ngang và mô men thanh ổn định . 54

2.4. Xác định liên kết tại khớp nối . 56

2.5. Xác định các lực cản khí động . 59

2.6. Điều kiện đầu của các phương trình vi phân. 60

2.7. Cấu trúc mô hình động lực học đoàn xe sơ mi rơ moóc . 61

2.8. Kết luận chương 2 . 62

CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT XÁC ĐỊNH MẤT ỔN ĐỊNH LẬT NGANG ĐOÀN XE

SƠ MI RƠ MOÓC KHI QUAY VÒNG . 63

3.1. Mô tả điều kiện đầu vào và các chỉ tiêu đánh giá. 63

3.1.1. Mô tả điều kiện đầu vào . 63

3.1.2. Các chỉ tiêu, thông số được sử dụng để đánh giá . 66

3.2. Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm đến mất ổn định lật ngang

ĐXSMRM . 67

3.3. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc xe đến mất ổn định lật ngang ĐXSMRM . 73

3.4. Khảo sát ảnh hưởng của góc lái đến mất ổn định lật ngang ĐXSMRM. 76

3.5. Đề xuất phương pháp xác định ngưỡng mất ổn định lật ngang và ngưỡng an

toàn của ĐXSMRM khi quay vòng . 82

3.5.1. Phương pháp xác định ngưỡng mất ổn định lật ngang của ĐXSMRM khi quay

vòng . 82

3.5.2. Phương pháp xác định ngưỡng chuyển động an toàn của ĐXSMRM khi quay

vòng . 90

3.6. Kết luận chương 3 . 97

CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM. 98

4.1. Mục đích, đối tượng và các thông số thí nghiệm . 99

4.1.1. Mục đích thí nghiệm. 99v

4.1.2. Đối tượng thí nghiệm . 99

4.1.3. Các thông số thí nghiệm. 99

4.2. Thiết bị thí nghiệm . 100

4.2.1. Cảm biến 6 bậc tự do MPU 6050 . 101

4.2.2. Cảm biến SHARP Rotary Encoder. 101

4.2.3. Bộ xử lý tín hiệu . 103

4.2.4. Sơ đồ thí nghiệm. 104

4.3. Các phương án thí nghiệm. 104

4.3.1. Mô tả thí nghiệm . 104

4.3.2. Các phương án thí nghiệm. 105

4.4. Kết quả thí nghiệm và so sánh với mô phỏng . 106

4.4.1. Kết quả thí nghiệm . 106

4.4.2. So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả mô phỏng. 111

KẾT LUẬN . 119

TÀI LIỆU THAM KHẢO . 121

pdf176 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 392 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Nghiên cứu giới hạn ổn định lật ngang của đoàn xe sơ Mi Rơ Moóc khi quay vòng ổn định - Tạ Tuấn Hưng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
       Áp dụng định luật 2, 3 Newton và quan hệ các góc Euler dạng Roll Pitch Yaw cho liên kết tại khớp nối suy ra hệ phương trình xác định các lực liên kết được tính từ hệ phương trình 2.72 như sau: H A 1 1 1 C1 H O 1 O H 2 C2 C1 1 F F m a (2.72) F B A.F      Trong đó: Hx1 H 1 Hy1 Hz1 F F F F            là các lực liên kết lý tưởng theo 3 phương trong hệ quy 58 chiếu C1x1y1z1; Hx2 H 2 Hy2 Hz2 F F F F            là các lực liên kết lý tưởng theo 3 phương trong hệ quy chiếu C2x2y2z2; ' ' ' ' x11 x12 x231 x232 1 1 wx1 A ' ' 1 R1 R 23 1 1 1 wy1 C11 C12 K11 K12 C231 C232 K231 K232 1 1 1 F F F F m gsin F F F F m g cos sin F F +F +F +F +F +F +F +F +m g(1-cosφ cosβ )                     là lực hoạt động trên khối lượng được treo XĐK; Trong lập trình aC1 được lấy từ quan hệ khớp nối lý tưởng 2.71 với các thành phần x2 y2 z2 x2 y2 z2v ,v ,v , , ,   trong công thức 2.71 được lấy vi phân từ các thành phần x2 y2 z2 x2 y2 z2v ,v ,v , , ,   từ phương trình 2.17. Như vậy hệ phương trình 2.72 có thể giải được bằng phương pháp số. Với kết cấu khớp nối dạng chốt kéo mâm xoay, luận án bỏ qua ảnh hưởng của ma sát tại khớp nối chỉ tính thành phần mô men theo trục dọc xe MHx1, MHx2. Hình 2.13. Dạng mâm xoay mô phỏng Với giả thiết về khớp nối dạng chốt kéo-mâm xoay có trục lắc dọc (Pitch Axis) của XĐK luôn vuông góc với trục quay quanh trụ đứng (Yaw Axis) của SMRM [53] thì tích véc tơ có hướng theo hai trục tại khớp nối bằng 0. Gọi β’1 là góc chiếu từ β2 trên hệ quy chiếu C1x1y1z1. Viết đầy đủ từ các véc tơ chỉ hướng trong các ma trận côsin cho từng khối lượng được treo 1 2C C 1 O OA; B  được hệ phương trình xác định góc β’1 như sau: 59 ' ' ' ' ' ' y1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 z2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ' ' ' y1 z2 1 1 1 1 1 2 e [cos sin sin sin cos sin sin sin cos cos cos sin ] e [cos sin cos sin sin sin sin cos cos sin cos cos ] (2.73) e .e (cos sin sin sin cos ).(cos si                                       2 2 2 2 ' ' 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 ' 1 1 2 2 n cos sin sin ) (sin sin sin cos cos ).(sin sin cos cos sin ) cos sin .cos cos 0                               Hình 2.14. Sơ đồ tính góc lắc ngang tương đối tại khớp nối Hình 2.15. Đồ thị quan hệ giữa góc lắc tương đối và mô men xoắn tại khớp nối Biến đổi 2.73 ta suy ra: ' 2 2 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 sin cos sin( ) sin cos( ) (2.74) sin sin cos cos( ) sin sin sin( ) cos cos cos                         Suy ra mô men lắc ngang sinh ra tại khớp nối tác dụng lên khối lượng được treo XĐK MHx1 và SMRM MHx2 là: Hx1 mHx 1 1 Hx2 2 1 Hx1 M C ( ' ) (2.75) M cos( )M        Tham khảo giá trị từ phần mềm Trucksim [64] cho loại khớp nối chốt kéo mâm xoay tương đương, luận án xác định CmHx là độ cứng góc theo phương x tại khớp nối từ đặc tính như hình 2.15. 2.5. Xác định các lực cản khí động Bỏ qua ảnh hưởng của các thành phần mô men và lực nâng của không khí đối với ĐXSMRM. Các thành phần lực cản khí động có thể được viết như sau: 60 22 11 1 1 1 1 22 22 2 2 2 2 2 2 76 2 2       yx wx x x wy y y yx wx x x wy2 y y vv F C A F C A vv F C A F C A ( . ) Trong đó: Cx, Cy là các hệ số khí động; Ax1, Ax2, Ay1, Ay2 là các diện tích cản theo các phương dọc và ngang trên từng xe; ρ (kg/m3) là mật độ không khí; vx1, vy1, vx2, vy2 là vận tốc chuyển động theo các phương x, y trên từng xe [22]. 2.6. Điều kiện đầu của các phương trình vi phân Sử dụng phần mềm Matlab-Simulink [10] thiết lập các mô đun của mô hình động lực học để giải các hệ phương trình vi phân đã thiết lập. Khi giải bằng phương pháp này, cần xác lập điều kiện đầu cho các biến vi phân. Các điều kiện đầu này được xác định ở trạng thái khi xe đi chuyển động thẳng đều với vận tốc ban đầu v0 không đánh lái. a. Điều kiện đầu của các phương trình chuyển động Các hệ phương trình mô tả 6 chuyển động của các khối lượng được treo trong không gian với các điều kiện đầu vào như sau: x1,0 x2,0 x1,0 x2,0 yAi,0 x1,0 x2,0 0 y1,0 y2,0 zAi,0 z1,0 z2,0 z1,0 z2,0 xAi,0 v v 0 0 v 0 v v v 0 v 0 (2.77) v v 0 0 0                          b. Điều kiện đầu của các phương trình động lực học bánh xe 12 phương trình động lực học bánh xe để xác định vận tốc góc các bánh xe ωBij với điều kiện đầu của các phương trình là: 0 Bij,0 Bij,0 ij,0 v 0 (2.78) r     c. Điều kiện mô men chủ động Quá trình phanh chưa được nghiên cứu trong luận án này. Khi mô phỏng các mô men chủ động MAij trong công thức 2.40 được xác định từ các điều kiện cản để cho đoàn xe chuyển động đều khi đi thẳng. Với giả thiết 12, mô men trên các bánh xe chủ động là bằng nhau và được xác định từ các điều kiện lực cản khi xe chuyển động đều ở vận tốc v0 như sau: 2 A21 A22 A31 A32 1 2 x 1 o 1 1 1 M =M =M =M = ((M +M )gf+ ρC A v )r (2.79) 4 2 61 2.7. Cấu trúc mô hình động lực học đoàn xe sơ mi rơ moóc Chương trình mô phỏng được thiết lập thành các mô đun từ cấu trúc mô hình động lực học ĐXSMRM như hình 2.16. Hình 2.16. Cấu trúc mô hình động lực học ĐXSMRM Các mô đun xác định chuyển động của khối lượng được treo XĐK và SMRM được thiết lập với đầu ra là 6 thành phần vận tốc trong hệ quy chiếu cục bộ đặt tại trọng tâm từng phần. Đầu vào của các khối này là các lực và mô men liên kết từ hệ thống treo, các ngoại lực tác động...Từ đó tính được các chỉ tiêu đánh giá mất ổn định lật ngang. Các cầu xe được thiết lập với 3 bậc tự do cho từng cầu. Cầu xe lại liên kết 62 với mô hình lốp và bánh xe thông qua các các lực tương tác bánh xe và lốp. Liên kết giữa các khối lượng được treo được mô tả qua mô hình khớp nối với các lực liên kết theo 3 phương và mô men MHx1, MHx2 tại khớp nối. 2.8. Kết luận chương 2 Chương 2 đã trình bày cơ sở lý thuyết và phương pháp xây dựng mô hình động lực học không gian của ĐXSMRM 46 bậc tự do bằng phương pháp hệ nhiều vật sử dụng hệ phương trình Newton-Euler; Các khối lượng được treo XĐK và SMRM được mô tả đầy đủ 6 bậc tự do cho mỗi khối lượng. 6 cầu xe được mô tả 3 bậc tự do (thẳng đứng, ngang và lắc ngang) với mỗi cầu xe tương ứng. 12 bánh xe được mô tả 1 bậc tự do (vận tốc góc quay bánh xe) với mỗi bánh xe tương ứng; Các lực liên kết hệ thống treo (đàn hồi và cản giảm chấn) được xác định từ dịch chuyển và vận tốc dịch chuyển của các điểm liên kết trên và dưới của từng hệ thống treo tương ứng; Các lực liên kết lốp-đường được xác định từ mô hình lốp phi tuyến theo hàm mẫu Ammon; Đối với liên kết tại khớp nối: Lực liên kết được xác định từ điều kiện khớp nối lý tưởng; mô men do sự lệch góc lắc ngang tại khớp nối được xác định từ điều kiện ràng buộc tương ứng của khớp nối chốt kéo mâm xoay. 63 CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT XÁC ĐỊNH MẤT ỔN ĐỊNH LẬT NGANG ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC KHI QUAY VÒNG Mất ổn định lật ngang bao gồm lật vấp (Tripped Rollover) có thể xảy ra ngay cả khi đường có hệ số bám thấp và lật quán tính (Maneuver Rollover) xảy ra khi xe đầy tải với chiều cao trọng tâm lớn quay vòng trên đường có hệ số bám cao. Đối với lập vấp thường xảy ra do các ngoại lực lớn tác động như khi va chạm với lề đường, hàng rào bảo vệ đường, các phương tiện khác, hoặc mấp mô đường, chỗ lún, nền đường mềm. Lật quán tính thường xảy ra khi xe đi trên các đoạn đường có hệ số bám cao với các điều khiển người lái như quay vòng, phanh, ga khác nhau. Mô hình động lực học không gian ĐXSMRM mô phỏng bằng Matlab-Simulink đã được kiểm chứng trong chương 4 được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm, vận tốc xe khi quay vòng và góc lái đến sự mất ổn định lật ngang ĐXSMRM. Trong chương này phương pháp xác định ngưỡng mất ổn định lật ngang và ngưỡng chuyển động an toàn của ĐXSMRM khi quay vòng cũng được trình bày từ các kết quả khảo sát. 3.1. Mô tả điều kiện đầu vào và các chỉ tiêu đánh giá 3.1.1. Mô tả điều kiện đầu vào Luận án tập trung nghiên cứu vấn đề lật quán tính khi quay vòng nên các điều kiện đầu vào cho mô hình khảo sát được giả thiết phù hợp theo vấn đề nghiên cứu. Cách xác định thông số tính toán cho mô hình khảo sát được trình bày trong phần phụ lục 1. Mất ổn định lật quán tính của ĐXSMRM khi quay vòng thường xảy ra trên đường có hệ số bám cao. Đường Asphalt khô có hệ số bám φxmax từ 0,8÷0,9 [22] là loại đường có hệ số bám cao. Lựa chọn loại đường có φxmax bằng 0,8 làm đầu vào cho các khảo sát xác định ngưỡng mất ổn định lật ngang. Các trường hợp khảo sát được thực hiện với điều kiện đường phẳng tuyệt đối nên các chiều cao mấp mô mặt đường hij được gán bằng 0 trong mô hình khảo sát. Chiều cao trọng tâm là thông số ảnh hưởng lớn đến sự mất ổn định lật ngang ĐXSMRM. Chiều cao trọng tâm khác nhau là do các loại hàng hóa, chất tải. Luận án khảo sát ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm tăng dần từ 2m đến 2,5m đến sự mất ổn định lật ngang ĐXSMRM khi đầy tải. Các thông số khảo sát đầy tải được xác định từ các thông số kết cấu đo và tính toán cơ bản được liệt kê trong bảng P1.1 (phụ lục 1). 64 Sự mất ổn định lật ngang do quán tính thường xảy ra khi quay vòng ở bán kính với vận tốc cao hoặc là chuyển làn đường gấp. Khi quay vòng người lái sẽ điều khiển xe bám theo cung quay vòng của đường. Nghiên cứu phản ứng của người lái đến chuyển động của ô tô là một bài toán dạng kín (close-loop) rất phức tạp nên chưa được nghiên cứu trong luận án này. Luận án tập trung nghiên cứu trạng thái quay vòng của ĐXSMRM với các điều khiển dạng mở (open-loop) tức là có định nghĩa trước quy luật đánh lái cho xe quay vòng ổn định và mức vận tốc xe cho trước. Trong thực tế, khi quay vòng người lái không xác định được chính xác góc lái là bao nhiêu mà chỉ lái bám theo hình dạng đường. Tuy nhiên để có thể sử dụng bán kính quay vòng làm thông số đầu vào thì cần phải thiết lập mô hình hệ thống lái. Trong phạm vi luận án chưa thực hiện được điều này mà có giả thiết bỏ qua ảnh hưởng của hệ thống lái với hàm đầu vào điều khiển hướng là các góc quay bánh xe dẫn hướng (trong luận án gọi tắt là góc lái) được định nghĩa trước. Hình 3.1. Quy luật đánh lái RSM Năm 2004, NHTSA đã sử dụng hai quy luật đầu vào dạng mở là J turn và Fishhook để phục vụ cho nghiên cứu thí nghiệm ổn định ngang ô tô. Các thí nghiệm này xác định khả năng chống mất ổn định lật ngang của xe theo điều kiện điều khiển đầu vào. Quy luật đánh lái dạng Fishhook thường dùng nghiên cho nghiên cứu ổn định của xe đơn [57]. Đối với các loại xe tải lớn khi nghiên cứu phản ứng của xe thường sử dụng quy luật đánh lái RSM (Ramp Steer Maneuver). Quy luật đánh lái dạng này tạo cho xe quay ổn định quanh một đường tròn. Khi muốn ra khỏi vòng tròn 65 thì trả lái về góc 0 như hình 3.1. Năm 2011, quy luật đánh lái RSM được NHTSA [33] sử dụng làm thí nghiệm xác định trạng thái quay vòng của ĐXSMRM. Quy luật đánh lái này bao gồm các giai đoạn: Giai đoạn đi thẳng, góc lái bằng 0; giai đoạn quá độ bắt đầu tính từ tbd đến tbd+Δt với vận tốc góc quay vô lăng là 175 (0/s); giai đoạn quay vòng với góc lái ổn định sau đó giảm trả lái về 00. Luận án sử dụng một phần quy luật đánh lái RSM (không mô phỏng đoạn trả lái) làm đầu vào với tốc độ đánh vô lăng là 175 (0/s). Tốc độ đánh lái này là phù hợp trong các thí nghiệm động lực học quay vòng của ô tô [24]. Với tỷ số truyền iL=25 và bỏ qua ảnh hưởng của đàn hồi hệ thống lái có thể xác định được quy luật đầu vào của bánh xe dẫn hướng bên trái (gọi tắt là góc lái δ11) bên trái khi xe quay vòng ổn định cho góc quay với thông số là giá trị góc lái khi ổn định và Δt là thời gian quá độ của quá trình quay vòng được tính theo công thức sau: 0 11 11 0 25 t (s) (3.1) 175 7      Quy luật góc lái bánh xe 12 được tính từ quan hệ Ackermann [41] với khoảng cách hai trụ lái là w=2,05m và chiều dài cơ sở XĐK là L=3,91m [2] theo công thức sau: 12 11 w cot cot (3.2) L     Hai quy luật góc lái bánh xe dẫn hướng bên trái và bên phải là đầu vào điều khiển hướng cho mô hình khảo sát. Luận án chưa xét đến ảnh hưởng của tốc độ đánh lái mà chỉ khảo sát khi các góc lái là ổn định. Vì vậy, các giá trị góc lái nói đến trong các khảo sát sau này là giá trị ở đoạn góc lái ổn định. Vận tốc dọc xe khi quay vòng là thông số vận hành ảnh hưởng lớn đến sự mất ổn định lật ngang ĐXSMRM. Luận án khảo sát với các mức vận tốc bắt đầu quay vòng là v=30(2)60 (km/h) là để xác định được các giới hạn mất ổn định. Để có thể xác định được miền giá trị các thông số đánh giá mất ổn định lật ngang cần khảo sát trên các vùng giá trị đầu vào. Từ đó có thể xác định được ngưỡng mất ổn định lật ngang và đề xuất ngưỡng chuyển động an toàn của ĐXSMRM khi quay vòng. Miền các giá trị càng chính xác khi khoảng cách các giá trị đầu vào khảo sát càng nhỏ. Luận án có khảo sát với các vùng thông số khảo sát bao gồm: chiều cao 66 trọng tâm SMRM từ 2m đến 2,5m với bước 0,1m; Vận tốc xe từ 30km/h đến 60km/h với bước 2km/h; Góc lái từ 0,50 đến 120 với bước 0,50. Như vậy, sẽ có rất nhiều trường hợp khảo sát để có thể xác định miền giá trị cần thiết. Tuy nhiên, để đánh giá ảnh hưởng của một số thông số đến sự mất ổn định lật ngang ĐXSMRM khi quay vòng. Luận án có lựa chọn một số khoảng thông số khảo sát với 3 phương án được trình bày trong bảng 3.1. Bảng 3.1. Các phương án khảo sát Thông số Phương án φxmax h2(m) v(km/h) δ11(0) Phần trình bày trong luận án Phương án 1: Ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm đến mất ổn định lật ngang ĐXSMRM 0,8 2(0,1)2,5 50 6 3.2 Phương án 2: Ảnh hưởng của vận tốc xe đến mất ổn định lật ngang ĐXSMRM 0,8 2,3 40(2)50 7 3.3 Phương án 3: Ảnh hưởng của góc lái đến mất ổn định lật ngang ĐXSMRM 0,8 2,3 50 3(0,5)8 3.4 Khi khảo sát trong điều kiện đường có hệ số bám cao (φxmax=0,8) luận án xác định trạng thái mất ổn định lật ngang nên thời gian dừng khảo sát được xác định trong các trường hợp mất ổn định lật ngang là sau khoảng thời gian khi có sự tách tất cả các bánh xe (LTR=1) mà chưa khảo sát đến khi lật hoàn toàn. Các trường hợp không bị mất ổn định lật ngang được lựa chọn thời gian khảo sát là 5s. 3.1.2. Các chỉ tiêu, thông số được sử dụng để đánh giá Hệ số phân bố tải trọng cho từng cầu xe được sử dụng để xác định trạng thái tách bánh xe của một cầu xe. Sự tách bánh xe xảy ra trên một cầu xe khi hệ số phân bố tải trọng trên cầu xe đó bằng ±1. Công thức tính được viết cho ĐXSMRM 6 cầu xe như sau: zi2 zi1 i zi2 zi1 F -F LTR = (i 1(1)6) (3.3) F +F  67 Hệ số LTR toàn xe là hệ số phân bố tải trọng được tính từ hiệu tải trọng các bánh xe bên phải và bên trái trên tổng tải trọng toàn xe. Công thức sử dụng cho ĐXSMRM 6 cầu xe trong luận án được viết như sau: 6 zi2 zi1 i=1 6 zi2 zi1 i=1 (F -F ) LTR= (3.4) (F +F )   Hệ số an toàn lắc ngang RSF được sử dụng làm tiêu chí xác định mất ổn định lật ngang của ĐXSMRM 6 cầu xe như sau: 6 zi2 zi1 i=2 6 zi2 zi1 i=2 (F -F ) RSF= (3.5) (F +F )   3.2. Khảo sát ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm đến mất ổn định lật ngang ĐXSMRM Chiều cao trọng tâm của SMRM thay đổi theo loại hàng hóa và cách chất tải. Phần này khảo sát ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm đến sự mất ổn định lật ngang của ĐXSMRM khi quay vòng. Trạng thái khảo sát quay vòng với quy luật quay vòng ổn định ở một vận tốc xe 50km/h cho trước với điều kiện đầy tải với các mức chiều cao trọng tâm SMRM tăng dần từ 2m lên đến 2,5m. Hình 3.2. Đồ thị góc lái bánh xe 11 Hình 3.3. Đồ thị góc lái bánh xe 12 Góc lái được sử dụng trong khảo sát này là dạng RSM cho trước quy luật với góc lái bánh xe 11 (bên trái) khi ổn định là 60 (tương ứng 1500 góc quay vô lăng và tốc độ đánh lái là 1750/s) như hình 3.2. Tính với công thức 3.2 được quy luật đánh lái bánh xe 12 (bên phải) như hình 3.3. 68 a. h2=2,2m b. h2=2,4m Hình 3.4. Đồ thị các hệ số phân bố tải trọng Sự phân bố tải trọng ở các cầu thay đổi theo trạng thái chuyển động của xe. Trong trường hợp khảo sát với vận tốc xe khi bắt đầu đánh lái là 50km/h, góc lái 60, chiều cao trọng tâm khối lượng được treo SMRM h2=2,2m bánh xe 61 bị tách khỏi mặt đường ở thời điểm khảo sát là 2,212s tương ứng với thời điểm hệ số LTR6 bằng 1 như hình 3.4a. Bánh xe 21 và 11 không bị tách khỏi mặt đường, điều đó được thể hiện qua các hệ số LTR2 và LTR1 không tiến đến 1. Quá trình quay vòng tiếp tục, các hệ số đó tăng đến một giá trị cụ thể sau đó có xu hướng giảm. Xe quay vòng ổn định là khi các hệ số LTR và RSF cũng có quy luật biến đổi ổn định khi góc lái là ổn định. Trong trường hợp này, hệ số LTR, RSF cho toàn xe tăng lên nhưng vẫn nhỏ hơn 1 sau đó có xu hướng giảm. Điều đó cho thấy trường hợp chiều cao trọng tâm này xe không bị mất ổn định lật ngang. Khảo sát với mức h2=2,4m xe bị mất ổn định lật ngang (hình 3.4b). Sự mất ổn định lật ngang thể hiện qua dấu hiệu là các hệ số RSF và LTR bằng 1. RSF là hệ số phân bố tải trọng của xe khi bỏ qua ảnh hưởng của cầu 1 nên khi bánh xe 21 của cầu 2 bị tách khỏi mặt đường RSF bằng 1 tương ứng thời điểm LTR2 bằng 1. Trong khi LTR bằng 1 ở thời điểm LTR1 bằng 1. Như vậy với hai trường hợp khảo sát trên cho thấy trạng thái phân bố tải trọng của các cầu xe và toàn xe thay đổi theo mức chiều cao trọng tâm xe. Mở rộng vùng khảo sát chiều cao trọng tâm khối lượng được treo SMRM với cùng mức vận tốc và góc lái được các kết quả tiếp theo. 69 Hình 3.5. Đồ thị hệ số LTR6 Chiều cao trọng tâm SMRM ảnh hưởng trực tiếp đến thời điểm tách bánh xe 61. Chiều cao trọng tâm càng lớn thì thời điểm tách bánh xe số 61 càng nhanh như hình 3.5 và bảng 3.1. Bánh xe 61 tách trước sau đó đến các bánh xe ở các cầu phía trước. Hình 3.6. Đồ thị hệ số LTR2 Bánh xe 21 tách bánh như hình 3.6 là một dấu hiệu xác định trạng thái mất ổn định lật ngang ĐXSMRM. Khi bánh xe 21 tách bánh thì RSF bằng 1. Kết quả khảo sát chỉ ra khi quay vòng với góc lái 60 và vận tốc 50km/h với chiều cao trọng tâm 2,3m đến 2,5m xe bị mất ổn định lật ngang. Các chiều cao trọng tâm 2m đến 2,2m, xe không bị mất ổn định lật ngang như hình 3.7. Khi RSF bằng 1 thì LTR cũng tiến đến 1 ngay sau đó như hình 3.8. 70 Hình 3.7. Đồ thị hệ số RSF Hình 3.8. Đồ thị hệ số LTR Bảng 3.2. Thời điểm các hệ số phân bố tải trọng bằng 1 h2(m) Chỉ tiêu 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 LTR6=1 2,342 2,272 2,212 2,16 2,114 2,073 LTR2=1 x x x 3,849 3,429 3,244 LTR1=1 x x x 4,307 4,149 3,739 RSF=1 x x x 3,849 3,429 3,244 LTR=1 x x x 4,307 4,149 3,739 Thời điểm các chỉ tiêu đạt 1 được tổng hợp theo bảng 3.2 (dấu x: hệ số tải trọng nhỏ hơn 1). Từ kết quả các đồ thị 3.5 đến 3.8 và bảng 3.2 rút ra nhận xét: Quay vòng 71 đối với chiều cao trọng tâm cao dễ bị lật ngang hơn so với chiều cao trọng tâm thấp. Kết quả khảo sát với ở góc lái 60 và vận tốc 50km/h, các trường hợp trọng tâm SMRM 2m đến 2,2m xe không bị lật ngang. Tuy nhiên, bánh xe 61 vẫn bị tách khỏi mặt đường. Chiều cao trọng tâm càng lớn thì thời điểm tách bánh xe càng nhanh. Các trường hợp khảo sát với chiều cao trọng tâm từ 2,3m, xe bị mất ổn định lật ngang. Chiều cao trọng tâm càng lớn xe bị mất ổn định lật ngang càng nhanh (ứng với thời điểm RSF bằng 1). Khi RSF bằng 1 thì LTR tiến đến 1 nhanh (0,458s ứng với trường hợp h2 bằng 2,3m). Thời gian bắt đầu từ khi tách bánh 61 đến khi tách bánh 11 (LTR1 bằng 1) là rất nhanh (2,147s ứng với trường hợp h2 bằng 2,3m). Chiều cao trọng tâm ảnh hưởng lớn đến sự mất ổn định lật ngang ĐXSMRM khi quay vòng. Chiều cao trọng tâm càng cao thì xe dễ bị mất ổn định lật ngang hơn. Hình 3.9. Đồ thị gia tốc ngang ay1 Hình 3.10. Đồ thị gia tốc ngang ay2 Xu hướng của gia tốc ngang ay1 (hình 3.9) và ay2 (hình 3.10) thể hiện ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm đến sự mất ổn định lật ngang. Khi xe không bị mất ổn định lật ngang thì gia tốc ngang của XĐK và SMRM có xu hướng ổn định theo quy luật đánh lái mặc dù bị chậm pha hơn. Khi tăng chiều cao trọng tâm gia tốc ngang của XĐK và SMRM đều có xu hướng giảm sau khi đạt giá trị cực đại. Chiều cao trọng tâm lớn thì giá trị gia tốc ngang cực đại thấp. Điều này được lý giải là do khi chiều cao trọng tâm khối lượng được treo SMRM lớn làm tăng mô men gây lật ngang, tức là chỉ cần một mức gia tốc ngang nhỏ đã có thể gây lật ngang. 72 Hình 3.11. Đồ thị góc lắc ngang β1 Hình 3.12. Đồ thị góc lắc ngang β2 Sự ảnh hưởng của chiều cao trọng tâm khối lượng được treo SMRM đến sự mất ổn định lật ngang được thể hiện rõ ràng trên đồ thị góc lắc ngang β1 (hình 3.11) và β2 (hình 3.12). Các trường hợp khảo sát với mức chiều cao trọng tâm từ 2,3 đến 2,5m xe bị mất ổn định lật ngang nên các góc lắc ngang hết quá trình quá độ thì tăng rất nhanh. Chiều cao trọng tâm càng lớn thì góc lắc ngang tăng càng nhanh. Còn các trường hợp trọng tâm thấp từ 2m đến 2,2m thì góc lắc ngang có tăng sau đó ổn định quanh một giá trị góc lắc ngang. Các kết quả này phù hợp với các kết quả RSF, LTR, ay1, ay2. Bảng 3.3. Giá trị RSFmax phụ thuộc vào δ11 và h2 δ11(0) h2(m) 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 2 0,46 0,533 0,606 0,676 0,775 0,844 0,92 0,967 1 1 1 1 2,1 0,479 0,555 0,631 0,706 0,81 0,896 0,947 1 1 1 1 1 2,2 0,498 0,578 0,656 0,76 0,839 0,917 0,973 1 1 1 1 1 2,3 0,517 0,6 0,682 0,792 0,887 0,945 1 1 1 1 1 1 2,4 0,536 0,623 0,719 0,815 0,907 0,973 1 1 1 1 1 1 2,5 0,555 0,645 0,758 0,853 0,93 1 1 1 1 1 1 1 Khảo sát với một khoảng góc lái từ 30 đến 80 ở vận tốc 50km/h với các mức chiều cao trọng tâm h2 khác nhau. Xác định các trường hợp mất ổn định lật ngang thông qua hệ số RSF bằng 1. Ứng với mỗi cặp góc lái δ11 và chiều cao trọng tâm h2 luận án xác định giá trị RSFmax được bảng 3.3. Với cùng một chiều cao trọng tâm h2, tăng góc lái làm tăng khả năng xe bị mất ổn định lật ngang. 73 3.3. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc xe đến mất ổn định lật ngang ĐXSMRM Hình 3.13. Đồ thị góc lái bánh xe 11 Hình 3.14. Đồ thị góc lái bánh xe 12 Khảo sát với quy luật đánh lái quá độ với mức góc lái 70 (tương ứng với với góc quay vô lăng 1750 thời gian quá độ là 1s) như hình 3.13. Khảo sát ở các mức vận tốc khi quay vòng khác nhau từ 40 đến 50km/h khi xe đầy tải với chiều cao trọng tâm của khối lượng được treo SMRM là 2,3m và đường phẳng có hệ số bám φxmax bằng 0,8. Đánh giá mất ổn định lật ngang đoàn xe thông qua một số thông số như LTR2, LTR6, LTR, RSF, ay1, ay2, β1, β2. Hình 3.15. Đồ thị hệ số LTR6 Hình 3.16. Đồ thị hệ số LTR2 Trong điều kiện khảo sát, vận tốc ảnh hưởng đến thời gian tách bánh xe 61. Vận tốc càng lớn thì bánh xe 61 tách bánh càng sớm tương ứng là thời điểm LTR6 bằng 1 (hình 3.15). Điều đó được giải thích như sau: Với cùng điều kiện quay vòng vận tốc càng lớn thì gia tốc ngang càng lớn làm cho cầu xe bị lắc ngang nhanh hơn dẫn đến nhanh bị tách bánh hơn. Sự tách bánh 61 là khởi đầu cho các sự tách các bánh xe phía trước. Sự tách bánh xe 21 là dấu hiệu của sự mất ổn định lật ngang tương ứng LTR2 bằng 1 (hình 3.16). Trong khảo sát này các vận tốc từ 46 km/h trở lên thì LTR2 bằng 74 1, vận tốc càng lớn thì hệ số này tiến đến 1 càng nhanh. Khi LTR2 bằng 1 thì RSF bằng 1 đồng thời (hình 3.17). a. Theo thời gian khảo sát b. Theo vận tốc xe Hình 3.17. Đồ thị hệ số RSF a. Theo thời gian khảo sát b. Theo vận tốc xe Hình 3.18. Đồ thị hệ số LTR Khi xe quay vòng ở trạng thái ổn định thì RSF tăng lên và dao động quanh một mức tùy thuộc vào điều kiện chuyển động của xe. Sự dao động càng lớn khi khảo sát ở mức vận tốc càng cao. Khi tăng vận tốc khảo sát thì RSF tăng dần và đạt lớn nhất là 1. Khi RSF bằng 1 tức là xe bị mất ổn định lật ngang. Trong phương án khảo sát này vận tốc xe tăng từ 46km/h đến 50km/h xe bị mất ổn định lật ngang. Từ đồ thị 3.17a tổng hợp các giá trị RSFmax được mối quan hệ RSFmax(v) như hình 3.17b. Như vậy vận tốc xe khi quay vòng ảnh hưởng đến sự mất ổn định lật ngang của ĐXSMRM. Đối với hệ số LTR cũng có xu hướng tương tự nhưng xảy ra chậm hơn (hình 3.18). Khi vận tốc tăng thì các hệ số LTR tăng theo. Đối với các trường hợp xe còn ổn định thì LTR nhỏ hơn 1. Khi vận tốc lớn hơn hoặc bằng 46km/h thì LTRmax bằng 1. Vận tốc khảo sát càng lớn thì thời gian hệ số LTR đạt đến 1 càng ngắn. 75 a. Theo thời gian khảo sát b. Theo vận tốc xe Hình 3.19. Đồ thị gia tốc ngang ay1 a. Theo thời gian khảo sát b. Theo vận tốc xe Hình 3.20. Đồ thị gia tốc ngang ay2 Các kết quả khảo sát cho thấy quy luật biến đổi của gia tốc ngang khi chưa bị mất ổn định là tương tự như quy luật đánh lái (hình 3.19 và 3.20). Ở góc lái khi ổn định là 70 với vận tốc nhỏ hơn 46km/h thì sau khi quá độ gia tốc ngang có xu hướng ổn định theo góc lái. Tuy nhiên có sự dao động các giá trị do hệ xe gồm nhiều liên kết đàn hồi. Khi vận tốc lớn hơn hoặc bằng 46 km/h thì gia tốc ngang đạt giá trị lớn

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_nghien_cuu_gioi_han_on_dinh_lat_ngang_cua_doan_xe_so.pdf
Tài liệu liên quan