BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
NGUYỄN THANH TÙNG
NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ PHANH TRÊN ĐƯỜNG
CÓ HỆ SỐ BÁM KHÁC NHAU CỦA ĐOÀN XE
SƠ MI RƠ MOÓC LÀM CƠ SỞ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
NHẰM GIẢM THIỂU TAI NẠN GIAO THÔNG
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 62520116
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Hà Nội – 2016
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Võ Văn Hường
2. PGS.TS. Nguyễn Phú Hùng
Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế
Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Văn Dũng
Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Nhật Chiêu
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài: Nhằm đáp ứng nhu cầu vận chuyển ngày càng cao của xã hội, các
đoàn xe sơ mi rơ moóc (ĐXSMRM) được chế tạo rất nhiều để phục vụ cho việc vận chuyển hàng
hóa. Đoàn xe SMRM có công suất vận chuyển cao, góp phần giảm ùn tắc giao thông và giảm ô
nhiễm môi trường. Tuy nhiên, việc phát triển ĐXSMRM cũng kéo theo nhiều hệ luỵ như:
ĐXSMRM làm cầu đường mau bị hư hỏng và gây nhiều tai nạn giao thông. Để góp phần làm giảm
tai nạn giao thông do ĐXSMRM gây ra tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu hiệu quả phanh trên
đường có hệ số bám khác nhau của đoàn xe sơ mi rơ moóc làm cơ sở đề xuất giải pháp nhằm
giảm thiểu tai nạn giao thông”.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Kết quả nghiên cứu hiệu quả phanh ĐXSMRM của luận án
là cơ sở ban đầu cho việc nghiên cứu động lực học phanh ĐXSMRM theo quy định của tiêu chuẩn
TCVN 7360:2008 và ISO 7634:2007 [12], ECE-R13 [33] và ISO 14794: 2011 [24]. Mô hình và
chương trình mô phỏng động lực học phanh ĐXSMRM cho phép khảo sát các trạng thái phanh
ĐXSMRM nhằm tìm ra quy luật và giới hạn mất ổn định của đoàn xe khi phanh trong những điều
kiện đường và kỹ thuật lái xe khác nhau, giúp cho lái xe có cơ sở điều khiển ổn định và an toàn.
Ngoài ra, kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo cho các công ty chế tạo nghiên cứu thay
đổi kết cấu, cải tiến sản phẩm; làm cơ sở cho các nhà quản lý giao thông ban hành các quy định về
thiết kế, chế tạo, đăng kiểm, vận hành ĐXSMRM; luận án có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho
cán bộ kỹ thuật và học viên ngành công nghệ ô tô.
Điểm mới của luận án: Luận án là đã vận dụng hợp lý phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều
vật, mô tả ĐXSMRM 6 cầu chuyển động trong hệ tọa độ tương đối và sử dụng hệ phương trình
Newton-Euler, lập trình theo cấu trúc mô đun. Luận án đã xây dựng phương pháp đo và hệ thống đo
đồng thời 5 thông số động lực học phanh ĐXSMRM trong điều kiện Việt Nam. Thông qua thí
nghiệm đã xác định được hàm hệ số bám x(sx) làm thông số đầu vào cho mô hình khảo sát.
Cấu trúc của luận án: Luận án có 4 chương, 125 trang, 52 tài liệu tham khảo, 10 công trình
đã công bố của luận án, 94 hình và đồ thị, 6 phụ lục.
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Xu thế phát triển ĐXSMRM và tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Hiện nay, trên thế giới và Việt Nam đang có nhu cầu tăng cường vận tải bằng đoàn xe để tận
dụng những hạ tầng giao thông đã phát triển nhằm giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông, giảm lượng
khí thải, giảm ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, việc phát triển đoàn xe cũng kéo theo một số hệ luỵ
như làm giảm tuổi thọ của đường, tăng tai nạn giao thông.
1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam hiện nay chưa có công trình nghiên cứu nào về hiệu quả phanh ĐXSMRM được
công bố, chỉ có một số công trình nghiên cứu về hệ thống phanh ô tô.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu của thế giới
Đến nay trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về hiệu quả phanh của ô tô được
công bố. Các nghiên cứu tập trung giải quyết vấn đề nâng cao hiệu quả phanh và an toàn chuyển
động cho ô tô. Trên cơ sở các nghiên cứu đó nhiều hệ thống phanh có điều khiển bằng điện tử được
thiết kế chế tạo và sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu về hiệu quả phanh của
ĐXSMRM, đặc biệt là nghiên cứu phanh trên đường ướt, đường có hệ số bám thấp thì trên thế giới
hiện nay chưa có nhiều.
1.3 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp nghiên cứu và giới hạn của đề tài
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu
2
Luận án nghiên cứu cơ sở khoa học, xác định các yếu tố ảnh hưởng của đường như hệ số bám
và kỹ thuật vận hành như cường độ phanh, vận tốc bắt đầu phanh, góc quay vô lăng đến hiệu quả
phanh ĐXSMRM trên đường bằng phẳng, nhằm đề xuất phương án nâng cao hiệu quả phanh dưới
góc độ sử dụng và góc độ kết cấu để giảm thiểu tai nạn giao thông do ĐXSMRM gây ra.
1.3.2 Đối tượng nghiên cứu
Đoàn xe SMRM 6 cầu gồm XĐK Trung Quốc FAW 3 cầu và SMRM Tân Thanh 40F 3 cầu.
1.3.3 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết bằng mô hình không gian và thực nghiệm phanh đoàn xe SMRM trên
đường. Luận án sử dụng phương pháp Newton-Euler để mô tả động lực học phanh ĐXSMRM.
1.3.4 Giới hạn của đề tài
Luận án chưa nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu, vật liệu chế tạo hệ thống phanh, kết cấu, vật
liệu chế tạo lốp cũng như kết cấu của đường đến hiệu quả phanh ĐXSMRM.
1.4 Nội dung nghiên cứu và cấu trúc luận án
1.4.1 Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về hiệu quả phanh ô tô và ĐXSMRM;
- Phân tích cấu trúc và lập mô hình không gian để mô tả động lực học phanh ĐXSMRM;
Thiết lập hệ phương trình động lực học phanh đoàn xe; Mô phỏng các quá trình phanh đặc trưng
trên đường thẳng và đường vòng;
- Thí nghiệm xác định hàm hệ số bám x(sx) khi phanh của bánh xe trên đường khô và ướt;
- Đánh giá hiệu quả phanh của ĐXSMRM; Đề xuất các giải pháp để nâng cao hiệu quả phanh.
1.4.2 Bố cục luận án
Luận án được bố cục gồm 4 chương: Mở đầu; Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu;
Chương 2. Mô hình động lực học phanh ĐXSMRM; Chương 3. Khảo sát động lực học phanh
ĐXSMRM; Chương 4. Thí nghiệm phanh ĐXSMRM; Kết luận và kiến nghị
1.5 Tóm tắt chương 1
Hiện nay ĐXSMRM được sử dụng rất nhiều ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam. Đoàn xe
SMRM mang lại nhiều lợi ích kinh tế, xã hội nhưng cũng gây ra nhiều tai nạn giao thông cần phải
nghiên cứu khắc phục. Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống phanh
ĐXSMRM và đạt được những kết quả rất khả quan; đã đề xuất áp dụng hệ thống phanh ABS trên
ĐXSMRM ở Mỹ và Châu Âu. Ở Việt Nam còn ít công trình nghiên cứu về ĐXSMRM, chưa có
công trình nghiên cứu về hiệu quả phanh ĐXSMRM được công bố và chưa có qui định bắt buộc sử
dụng hệ thống phanh ABS trên ĐXSMRM.
Hiện nay tiêu chí đánh giá hiệu quả phanh ĐXSMRM khi nghiên cứu chưa có công bố cụ thể.
Khi nghiên cứu thường đánh giá hiệu quả phanh bởi hai tiêu chí chủ yếu là gia tốc phanh và ổn định
quỹ đạo chuyển động thông qua góc lệch giữa thân XĐK và thân SMRM (K), trong đó tiêu chí ổn
định chuyển động của đoàn xe khi phanh là quan trọng nhất [12, 19, 24, 33]. Để nghiên cứu hiệu
quả phanh ĐXSMRM luận án chọn phương pháp nghiên cứu lý thuyết bằng mô hình không gian
phi tuyến kết hợp với phương pháp thực nghiệm phanh ĐXSMRM trên đường.
3
Chương 2. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHANH
ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC
Đoàn xe SMRM là hệ nhiều vật, liên kết phức tạp. Mô hình động lực học phanh ĐXSMRM là
mô hình tích hợp gồm mô hình cơ học hệ nhiều vật được mô tả bằng hệ phương trình Newton-Euler
và mô hình xác định lực liên kết dạng thích nghi như mô hình lốp. Luận án chọn mô hình không
gian để có thể mô tả đầy đủ cấu trúc ĐXSMRM và đáp ứng được mục tiêu nghiên cứu.
2.1 Phân tích cấu trúc ĐXSMRM
Đoàn xe SMRM có 2 thân, gồm XĐK và SMRM liên kết với nhau bằng khớp yên ngựa. Liên
kết giữa khối lượng được treo và không được treo của ĐXSMRM thông qua hệ thống treo nhíp,
được mô tả bằng các nội lực hệ thống treo là các hàm phi tuyến. Liên kết giữa xe và đường thông
qua các bánh xe đàn hồi chịu biến dạng ở phương thẳng đứng, phương ngang, thể hiện qua phản lực
lốp-đường.
Để thuận tiện cho việc lập mô hình, luận án chia ĐXSMRM nghiên cứu thành 8 khối lượng
(vật) cơ bản như sau: Khối lượng được treo của XĐK là mc1 đặt tại trọng tâm C1 của XĐK; Khối
lượng được treo của SMRM là mc2 đặt tại trọng tâm C2 của SMRM; Khối lượng không được treo
của các cầu là mAi đặt tại trọng tâm Ai của các cầu (i=1÷6), như hình (2.2).
Hình 2.1 Khối lượng đoàn xe sơmi-rơmooóc
* Một số giả thiết để lập mô hình: ĐXSMRM đối xứng trục theo chiều dọc; Cầu xe không
quay quanh trục y; Cầu xe chuyển động theo trục x và trục z cùng với khối lượng được treo; Bỏ qua
đàn hồi và ma sát trong khớp yên ngựa, lực cản không khí và mô men quay bánh xe quanh trục z;
Độ đàn hồi của hệ thống treo tuyến tính trong miền làm việc và phi tuyến khi chạm vấu giới hạn
hành trình; Độ cứng hướng kính lốp không thay đổi khi chưa tách bánh.
2.2 Phương pháp lập mô hình
Để mô tả động lực học ĐXSMRM ta có thể sử dụng các phương pháp Newton-Euler,
D’Alembert/Jourdain, Lagrange. Trong đó, phương pháp Newton-Euler đơn giản hơn, cho phép
phân chia cấu trúc và lập trình theo mô đun, có thể xác định được các quan hệ nội hàm [6, 25].
2.2.1 Định nghĩa hệ tọa độ cho ĐXSMRM
Để mô tả chuyển động của ĐXSMRM ta cần thiết lập một hệ tọa độ Descartes thuận bao gồm
hệ toạ độ cố định G(OXYZ) và các hệ tọa độ vật B(Cxyz) như hình (2.2).
2.2.2 Lực và mô men tác dụng lên ĐXSMRM
Lực và mô men tác dụng lên ĐXSMRM như hình (2.3).