Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Nghiên cứu ảnh hưởng của lực khí động đến sự ổn định hướng chuyển động của ô tô khách cỡ lớn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

16
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án "Nghiên cứu ảnh hưởng của lực khí động đến sự ổn định hướng chuyển động của ô tô khách cỡ lớn" được thực hiện với mục tiêu nghiên cứu, tính toán các lực, mô men khí động tác động lên xe khách cỡ lớn khi chuyển động trong điều kiện gió ngang; đánh giá ảnh hưởng của các lực, mô men khí động đến sự ổn định chuyển động của xe khách cỡ lớn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật cơ khí động lực: Nghiên cứu ảnh hưởng của lực khí động đến sự ổn định hướng chuyển động của ô tô khách cỡ lớn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỖ TIẾN QUYẾT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC KHÍ ĐỘNG ĐẾN SỰ ỔN ĐỊNH HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHÁCH CỠ LỚN Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 9520116 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2023
Công trình được hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Trọng Hoan 2. TS. Trịnh Minh Hoàng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại 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 – Đại học Bách khoa Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU Hiện nay, phương thức vận chuyển hành khách bằng xe khách cỡ lớn đang được sử dụng phổ biến tại Việt Nam. Khi đi qua vùng gió ngang có vận tốc lớn xe khách cỡ lớn dễ bị mất ổn định do kích thước và tải trọng lớn. Mất ổn định chuyển động như lệch làn đường, xoay thân xe gây nguy hiểm không chỉ cho bản thân xe khách mà còn cả với các phương tiện tham gia thông thông khác. Vì vậy, nghiên cứu ổn định chuyển động do lực khí động của xe khách cỡ lớn là rất cần thiết khi mà vận tốc chuyển động của xe khách đang ngày càng được nâng cao. Kết quả nghiên cứu có thể làm tín hiệu cảnh báo cho người lái hoặc làm đầu vào cho các hệ thống điều khiển ổn định trên xe khách cỡ lớn. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Xu thế phát triển và vấn đề ổn định chuyển động của xe khách cỡ lớn 1.1.1. Sự phát triển của xe khách cỡ lớn tại Việt Nam Ngày 24-7/2014 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 1211 phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030, trong đó sẽ kiểm soát sự phát triển của xe máy, ô tô cá nhân [1]. Theo đó, cần nhanh chóng phát triển phương thức vận tải nhanh, khối lượng vận tải lớn tại các đô thị lớn (trước tiên là Thủ đô Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh); phát triển vận tải ở các đô thị theo hướng sử dụng vận tải công cộng là chính, đảm bảo hiện đại, an toàn, tiện lợi; phát triển hệ thống giao thông tĩnh; kiểm soát sự gia tăng phương tiện cá nhân; giải quyết ùn tắc giao thông và bảo đảm trật tự an toàn giao thông đô thị. 1.1.2. An toàn trong chuyển động đối với xe khách cỡ lớn Tai nạn giao thông luôn là vấn đề gây nhức nhối với xã hội. Tại Việt Nam, số lượng phương tiện giao thông tăng lên đánh kể, trong đó có các phương tiện vận chuyển hành khách như xe khách cỡ lớn. Có hai nguyên nhân chính gây ra tai nạn là nguyên nhân chủ quan và nguyên nhân khách quan. Nguyên nhân chủ quan phụ thuộc rất nhiều 1
vào yếu tố người lái như kinh nghiệm, tâm lý, sức khỏe…Nguyên nhân khách quan phụ thuộc chủ yếu vào kết cấu của xe, chất lượng cơ sở hạ tầng, các điều kiện thời tiết, môi trường. 1.1.3 Khí động học ô tô Khi ô tô chuyển động trên đường, sự tương tác giữa vỏ xe và môi trường không khí xung quanh có ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc của ô tô. Lực cản không khí chính diện làm tăng tổng lực cản chuyển động của ô tô, từ đó làm gia tăng mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô, đặc biệt là ở vận tốc cao do lực cản này tỉ lệ với bình phương vận tốc chuyển động của ô tô. Lực nâng có thể giảm khả năng bám đường, đặc biệt khi xe chuyển động ở vận tốc cao. Lực ngang trong trường hợp gió lớn gây mất ổn định chuyển động của ô tô. Các mô men cũng gây ảnh hưởng trực tiếp tới an toàn chuyển động của ô tô. Để giảm tối đa những ảnh hưởng xấu nêu trên, cần có những nghiên cứu sâu về khí động học. Với xe khách cỡ lớn cần quan tâm đặc biệt đến sự ổn định do lực ngang, mô men xoay thân xe trong trường hợp gió ngang lớn. 1.2 Những nghiên cứu liên quan đến luận án 1.2.1 Những nghiên cứu trên thế giới về khí động học 1.2.1.3 Các mô hình nghiên cứu gió ngang ổn định Gió ngang ổn định có giá trị, phương của vận tốc không thay đổi theo thời gian. Khi xe khách chuyển động trong điều kiện gió ngang ổn định, thân xe sẽ chịu tác động đồng thời từ 2 nguồn gió: nguồn gió do lực cản không khí do chuyển động của xe (vxe) và nguồn gió ngang ổn định (vgiongang). Khi đó có thể dùng một nguồn gió tương đương (vxien) để thay thế. Theo tác giả Wiliam [18], trong điều kiện gió ổn định: Vxien =Vxe +Vgiongang (1.7) 1.2.2 Những nghiên cứu trên thế giới về ổn định do lực khí động 1.2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết Khi vận tốc gió ngang càng lớn thì các giá trị lực và mô men khí động sẽ tăng lên đáng kể. Do đó, dễ dàng nhận ra sự ổn định của ô tô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động và vận tốc gió. Việc xác định 2
giới hạn các vận tốc gió có ý nghĩa cảnh báo đối với người lái trong các trường hợp nguy hiểm. Tác giả Baker đã nghiên cứu ổn định lật, xoay trượt của xe buýt [21,22]. 1.2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm Nghiên cứu thực nghiệm về ổn định chuyển động trong điều kiện gió ngang được tiến hành tại một trung tâm thí nghiệm, hoặc ngoài đường thực tế. Tác giả Tolosin [14] thí nghiệm đo các các thông số mất ổn định: độ lệch bên, gia tốc lệch bên, góc xoay thân xe của xe con trong tại một trung tâm thí nghiêm 1.2.3 Những nghiên cứu trong nước Theo tìm hiểu của NCS, tại Việt Nam có rất ít các công trình chuyên sâu nghiên cứu về khí động học ô tô, đặc biệt là về ổn định chuyển động trong điều kiện gió ngang. Tác giả Tô Hoàng Tùng đã nghiên cứu về hệ số cản khí động trên xe khách, từ đó đề xuất biện pháp cải thiện kết cấu nhằm giảm hệ số cản khí động [31]. Tuy nhiên, tác giả không nghiên cứu đến các lực, mô men khí động còn lại như: lực ngang, lực nâng, mô men xoay thân xe, mô men lắc dọc, mô men lắc ngang. 1.3. Lựa chọn phương pháp mô phỏng khí động và thông số đánh giá ổn định do lực khí động 1.3.1 Lựa chọn phương pháp mô phỏng khí động Dựa trên các mô hình nghiên cứu về gió ngang đã được phân tích ở trên, trong luận án đã lựa chọn phương án mô phỏng gió ổn định (steady). Trong điều kiện xe khách cỡ lớn chuyển động đều trong điều kiện gió ngang ổn định, luận án sử dụng phương pháp mô phỏng số bằng phần mềm chuyên dụng để xác định các thành phần lực khí động, trong đó nguồn gió được sử dụng dạng 1 luồng gió (1 nguồn gió inlet) có vận tốc và góc nghiêng với thân xe như một gió xiên tương đương 1.3.2 Lựa chọn thông số đánh giá ổn định do lực khí động NCS lựa chọn các thông số: độ lệch bên, gia tốc lệch bên, vận tốc góc xoay thân xe (theo gợi ý của ISO12021) để đánh giá sự ổn định của xe khách cỡ lớn trong điều kiện có gió ngang. Đồng thời NCS 3
cũng đánh giá độ ổn định theo tiêu chuẩn của Baker trong một số trường hợp cụ thể của trong quá trình vận hành của xe khách cỡ lớn. 1.3.3 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu ổn định gió ngang NCS lựa chọn sử dụng phương pháp xây dựng và giải hệ phương trình động lực học để đánh giá ổn định chuyển động của xe khách cỡ lớn trong điều kiện gió ngang. 1.4 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu, tính toán các lực, mô men khí động tác động lên xe khách cỡ lớn khi chuyển động; - Đánh giá ảnh hưởng của các lực, mô men khí động đến sự ổn định chuyển động của xe khách cỡ lớn. 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu Tại Việt Nam xe khách cỡ lớn là phương tiện vận tải hành khách đường dài phổ biến. Xe khách Thaco là một trong những hãng xe được sử dụng phổ biến nhất tại thị trường Việt Nam. Do đó NCS lựa chọn xe khách Thaco HB120SL-H380R-14 như hình 1.25 làm đối tượng nghiên cứu. 1.4.3 Phương pháp nghiên cứu Để kết quả nghiên cứu có độ tin cậy cần thiết, quá trình nghiên cứu ảnh hưởng của các lực khí động tới xe khách cỡ lớn được tiến hành kết hợp hai phương pháp là nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. 1.4.4 Phạm vi nghiên cứu Khí động học là một quá trình phức tạp. Vận tốc gió trong tự nhiên có biên độ, phương thay đổi liên tục. Luận án chỉ nghiên cứu gió ổn định (gió có vận tốc, phương không đổi theo thời gian). Ổn định chuyển động của xe khách khi chịu tác dụng của các lực khí động học là một quá trình phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố. Luận án chỉ chỉ nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc xe, vận tốc gió tới mất ổn định khí động học trong trường hợp xe chuyển động thẳng, trên đường phẳng và không xét tới tác động điều khiển từ người lái. 4
1.4.5 Bố cục luận án Với những mục tiêu và phương pháp đã trình bày ở trên, nội dung luận án được trình bày gồm 4 chương như sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Nghiên cứu xác định các lực và mô men khí động bằng phần mềm chuyên dụng Chương 3: Đánh giá sự ổn định hướng chuyển động của xe khách cỡ lớn trong điều kiện gió ngang Chương 4: Thí nghiệm khí động học 1.5. Kết luận chương 1 Chương 1 đã trình bày các tìm hiểu tổng quan về vấn đề nghiên cứu bao gồm các lý thuyết cơ bản về các lực, mô men khí động tác động lên ô tô trong điều kiện chuyển động có gió ngang, các mô hình nghiên cứu về gió ngang. Từ đó lựa chọn cách tiếp cận mô phỏng gió ngang để xác định các lực, mô men khí động lên ô tô. Phương pháp thí nghiệm khí động học bằng mô hình thu nhỏ cũng đã được xét tới. CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC LỰC VÀ MÔ MEN KHÍ ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG 2.1. Cơ sở lý thuyết khí động học 2.1.1 Các phương trình cơ bản Để mô tả dòng chảy của môi chất bất kỳ một cách đầy đủ người ta thường sử dụng phương trình Navier Stoker, được viết dưới dạng một hệ gồm 3 phương trình: phương trình bảo toàn khối lượng (còn được gọi là phương trình liên tục), phương trình bảo toàn động lượng và phương trình bảo toàn năng lượng. Như vậy, để mô tả dòng chảy không khí bao quanh vỏ xe ô tô, ta có hệ phương trình   i ui = 0  (2.14)  1   t ui + u j  jui = -  i p+υ j jui  ρ Khó khăn lớn nhất trong việc giải bài toán khí động học nằm ở mức độ phức tạp của các phương trình vi phân đạo hàm riêng. Để 5
giải bài toán này, trong phần lớn các trường hợp các nhà nghiên cứu buộc phải chấp nhận các giả thiết đơn giản hóa. 2.2. Mô phỏng khí động học bằng phần mềm Fluent Fluent thực hiện mô phỏng và tính toán khí động học bằng phương pháp thể tích hữu hạn dựa trên các phương trình cơ bản đã nêu ở mục 2.1. Phần mềm Fluent giải quyết bài toán khí động học với các trình tự thực hiện như sau [41]: - Xây dựng mô hình hình học - Xác định vùng không gian mô phỏng - Tạo lưới - Xác định và thiết lập các điều kiện biên của bài toán - Chạy chương trình mô phỏng - Kết xuất và xử lý kết quả 2.2.6. Kết quả mô phỏng trường vận tốc, áp suất Hình 2. 11. Phổ áp suất tại bề mặt vỏ xe phía trước Hình 2. 12. Phổ áp suất tại bề mặt vỏ xe phía mặt bên 6
Hình 2.11, 2.12 là phổ áp suất tại bề mặt vỏ xe phía trước và phía mặt bên. Kết quả cho thấy, khi góc nghiêng 00, áp suất vỏ xe phía trước có giá trị lớn (vùng màu đỏ) và đối xứng, áp suất vỏ xe mặt bên gần như bằng áp suất không khí. 2.3. Giá trị lực, mô men và hệ số lực, hệ số mô men khí động 2.3.1 Lực, mô men khí động 2.3.1.1 Lực cản khí động Hình 2. 16. Lực cản theo vận tốc và góc nghiêng Hình 2.16 là đồ thị giá trị lực cản khí động theo vận tốc gió xiên và góc nghiêng khác nhau. Đồ thị cho thấy, cùng một giá trị góc nghiêng thì giá trị lực cản sẽ tăng tương ứng theo giá trị vận tốc gió xiên. Tuy nhiên, cùng một giá trị vận tốc gió xiên thì giá trị lực cản thay đổi theo quy luật phức tạp theo giá trị góc nghiêng. Giá trị lực cản lớn nhất đạt 10019,12 N khi giá trị vận tốc gió xiên là 50 m/s tại góc nghiêng 220. 2.3.1.1 Lực ngang khí động Hình 2.19 là đồ thị giá trị lực ngang khí động theo vận tốc gió xiên và góc nghiêng khác nhau. Đồ thị cho thấy, cùng một giá trị góc nghiêng thì giá trị ngang sẽ tăng tương ứng theo giá trị vận tốc gió xiên. Tuy nhiên, cùng một giá trị vận tốc gió xiên thì giá trị lực ngang tăng tương ứng khi góc nghiêng tăng từ 100 đến 530, và giảm tương 7
ứng khi góc nghiêng tăng từ 540 đến 820. Giá trị lực ngang lớn nhất đạt 63969,44 N khi vận tốc gió xiên là 50 m/s tại góc nghiêng 530. Hình 2. 19. Lực ngang theo vận tốc gió xiên và góc nghiêng 2.3.1.3 Lực nâng khí động Hình 2. 22. Lực ngang theo vận tốc gió xiên và góc nghiêng Hình 2.22 là đồ thị giá trị lực nâng khí động theo vận tốc gió xiên và góc nghiêng khác nhau. Đồ thị cho thấy, cùng một giá trị góc nghiêng thì giá trị lực nâng sẽ tăng tương ứng theo giá trị vận tốc gió xiên. Tuy nhiên, cùng một giá trị vận tốc gió xiên thì giá trị lực ngang tăng tương ứng khi góc nghiêng tăng từ 10 đến 460, và có xu hướng giảm khi góc nghiêng tăng từ 470 đến 900. Giá trị lực ngang lớn nhất đạt 26075,14 N khi vận tốc gió xiên là 50 m/s tại góc nghiêng 460. 8
2.3.2. Xác định các hệ số khí động 2.3.3.1. Hệ số lực khí động Các hệ số lực khí động tính toán trực tiếp từ mô hình mô phỏng khí động và tính toán từ hàm nội suy đa thức bậc 4 được minh họa như trên hình 2.33. Các hàm nội suy của các hệ số lực khí động được xác định như sau: Cx(β) = 0.4969β 4 +0.01637β 3 - 2.386β 2 +1.361β +0.5093 (2.25) Cy(β) = 4.274β 4 - 14.1β 3 +11.15β 2 +3.267β (2.26) Cz(β) = 4.636β 4 - 14.31β 3 +11.19β 2 +0.3152β - 0.1758 (2.27) Hình 2.33. Các hệ số lực khí động 2.3.3.2. Hệ số mô men khí động Hình 2.34. Các hệ số mô men khí động 9
Các hàm nội suy của các hệ số mô men khí động được xác định như sau: CMx(β) = -0.00157β 4 -0.1262β 3 +0.2284β 2 +0.1264β + 0.003601 (2.28) CMy(β) = -1.113β 4 +3.952β 3 - 4.373β 2 +1.344β +0.002343 (2.29) CMz(β) = 0.3784β 4 - 0.8895β 3 - 1.069β 2 +2.258β +0.0008042 (2.30) Các hàm nội suy để tính các hệ số CMx (  ) , CMy (  ) , CMz (  ) cũng đều có chỉ số R-square xấp xỉ 0,99. 2.4 Kết luận chương 2 Chương 2 đã trình bày cơ sở lý thuyết, xây dựng mô hình mô phỏng xác định lực, mô men khí động bằng phần mềm chuyên dụng. Các bước xây dựng mô hình và lựa chọn các thông số cấu trúc cũng như kiểm soát độ chính xác, hội tụ của kết quả đã được phân tích và làm rõ. Kết quả chính của nghiên cứu là các giá trị lực, mô men khí động tác động lên xe khách cỡ lớn khi có gió ngang. Trong nghiên cứu này, các lực và mô men khí động được tính toán trong các trường hợp thay đổi vận tốc gió xiên (1 nguồn gió) và góc nghiêng (góc giữa hướng gió và mặt phẳng đối xứng dọc của xe). Từ đó xác định được hàm đa thức bậc 4 cho các hệ số lực và hệ số mô men khí động đặc trưng của xe khách tham khảo khi có gió ngang. Các kết quả tính toán về lực và mô men khí động sẽ là thông số đầu vào cho bài toán phân tích và đánh giá ảnh hưởng của chúng đến sự ổn định hướng chuyển động của xe bằng mô hình động lực học sẽ được trình bày cụ thể trong chương 3. Phương pháp mô phỏng tính toán các lực khí động bằng phần mềm chuyên dụng cũng được kiểm chứng bằng thí nghiệm đo thực tế và được trình bày cụ thể ở chương 4. CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ SỰ ỔN ĐỊNH HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE KHÁCH CỠ LỚN TRONG ĐIỀU KIỆN GIÓ NGANG 3.1 Mô hình động lực học xe khách cỡ lớn 10
3.1.1. Phân tích cấu trúc xe khách cỡ lớn và các giả thiết Xe khách cỡ lớn có kích thước lớn. Kết cấu xe khách cỡ lớn có đặc điểm khung vỏ chịu lực. Do đặc điểm khối lượng được phân bố tương đối đều trên toàn bộ chiều dọc xe nên thân xe được xem như một tấm phẳng. Hai cầu xe được liên kết với thân xe bằng các HT treo phụ thuộc. Mô hình động lực học xe khách cỡ lớn được mô tả như hình 3.1. Hình 3. 1 Mô hình không gian xe khách cỡ lớn 3.1.3 Hệ phương trình vi phân tổng quát Kết hợp các phương trình vi phân đã mô tả ở trên, hệ phương trình vi phân tổng quát mô tả động lực học của xe khách cỡ lớn được mô tả ở hệ phương trình 3.19 bao gồm 14 phương trình vi phân. Để giải hệ phương trình toán học này, hiện nay Matlab Simulink là một phần mềm rất hữu hiệu và được sử dụng rộng rãi. Trong nghiên cứu này, việc lập trình được thực hiện theo cấu trúc mô đun. Điều đó cho phép quản lý chương trình dễ dàng, cũng như giúp cho việc thay đổi hay khảo sát các thông số đầu vào có thể thực hiện nhanh chóng. 11
 Mx = F cosδ - F sinδ + F cosδ - F sinδ  x11 11 y11 11 x12 12 y12 12  + Fx21cosδ21 + Fy21sinδ21 + Fx22cosδ22 + Fy21sinδ21 - Fwx + Mψy   My = Fx11 sinδ11 + Fy11cosδ11 + Fx12 sinδ12 + Fy12cosδ12   - Fx21 sinδ21 + Fy21cosδ21 - Fx22 sinδ22 + Fy22cosδ22 + Fwy - Mψx  J zψ = b1 (-Fx11cosδ11 + Fy11sinδ11 + Fx12cosδ12 - Fy12 sinδ12 )+ b2 (-Fx21cosδ21 - Fy21sinδ21   + Fx22 cosδ22 + Fy22 sinδ22 )- l2 (Fy21cosδ21 - Fx21sinδ21 + Fy22cosδ22 - Fx22 sinδ22 )   + l1 (Fx11 sinδ11 + Fy11cosδ11 + Fx12cosδ12 + Fy12cosδ12 )+ M wz mz = F + F + F + F + F + F + F + F + F  C11 K11 C12 K12 C21 K21 C22 K22 wz  J y φ = -l1 (FC11 + FK11 + FC12 + FK12 )+ l2 (FC21 + FK21 + FC22 + FK22 )- (M 11 + M 12 (3.19)   + M 21 + M 22 ) - (hg - r1 )(Fx11cosδ11 - Fy11 sinδ11 + Fx12cosδ12 - Fy12 sinδ12 )   - (hg - r2 )(Fx21cosδ21 + Fy21sinδ21 + Fx22cosδ22 + Fy22 sinδ22 )+ M wy  J β = (F + F - F - F )w +(F + F - F - F )w + M  x C11 K11 C12 K12 1 C21 K21 C22 K22 2 wx mA1ξ A1 = (FCL11 + FCL12 + FKL11 + FKL12 )+(FC11 + FK11 + FC12 + FK12 )   J Ax1 β A1 = (FC12 + FK12 - FC11 - FK11 )w1 +(FCL11 + FKL11 - FCL12 - FKL12 )b2   +(Fy11cosδ11 + Fx11 sinδ11 + Fy12cosδ12 + Fx12 sinδ12 )r1 m ξ = (F + F + F + F ) - (F + F - F - F )  A2 A2 CL21 CL22 KL21 KL22 C21 K21 C22 K22  J Ax2 β A2 = (FC22 + FK22 - FC21 - FK21 )w2 +(FCL21 + FKL21 - FCL22 - FKL22 )b2   +(Fy21cosδ21 - Fx21 sinδ21 + Fy22 cosδ22 - Fx22 sinδ22 )r2  J φ = M - (F + fF )r  Ayij ij ij xij zij ij 3.2. Đánh giá ổn định của xe khách trong điều kiện gió ngang 3.2.2. Đánh giá ổn định khi xe đang di chuyển trong vùng gió ngang 3.2.2.1. Độ lệch bên Vận tốc xe 80 km/h Hình 3.3 là đồ thị độ lệch bên của xe khách khi chuyển động đều với vận tốc dọc Vv = 80 km/h và trong các trường hợp có gió ngang khác nhau (vận tốc gió ngang thay đổi từ 40 km/h đến 100 km/h) trong thời gian khảo sát là 5s. Đồ thị cho thấy khi thời gian tăng lên thì độ lệch bên có sự gia tăng nhanh chóng (giai đoạn đầu khảo sát từ 12
1-1,5s thì giá trị độ lệch bên nhỏ (dưới 0,04m)). Giá trị độ lệch bên đạt giá trị cực đại tại thời điểm kết thúc quá trình khảo sát. Cùng một giá trị vận tốc chuyển động của xe thì độ lệch bên tăng tỉ lệ thuận với vận tốc của gió (nguyên nhân do lực bên cũng tăng tỉ lệ thuận với vận tốc gió ngang). Sau 5s, độ lệch lớn nhất khi gió 40 km/h là 0,83m, giá trị này lớn hơn 0,625m. Hình 3. 9. Độ lệch bên khi xe 80 km/h 3.2.4.2. Gia tốc bên Hình 3. 12. Gia tốc bên khi xe chuyển động 80 km/h Hình 3.12 là đồ thị gia tốc bên của xe khách khi chuyển động đều với vận tốc dọc Vv = 80 km/h và trong các trường hợp có gió 13
ngang khác nhau. Kết quả cho thấy, khi xe đi vào vùng gió ngang, giá trị gia tốc lệch bên có sự dao động mạnh ở khoảng thời gian đầu (từ 0 đến 2s), sau đó biên độ dao động giảm dần. Khi vận tốc gió tăng lên thì giá trị trung bình của gia tốc lệch bên cũng tăng tương ứng, điều này phù hợp với quy luật của độ lệch bên đã được khảo sát ở trên. Giá trị lớn nhất của gia tốc lệch bên đạt 0,12 (m/s2) khi vận tốc gió 80 km/h. 3.2.4.3. Góc xoay thân xe Hình 3.14 biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị vận tốc góc xoay thân xe theo vận tốc gió khi xe chuyển động với vận tốc 80 km/h. Trong giai đoạn đầu thì giá trị vận tốc góc xoay thân xe biến thiên mạnh, tuy nhiên giai đoạn sau (từ 2-5s) thì giá trị góc xoay thân xe gần như ổn định (trên đồ thị gần như nằm ngang). Giá trị góc xoay thân xe tăng lên tương ứng với giá trị vận tốc gió. Hình 3. 14. Vận tốc góc xoay thân xe khi xe chuyển động 80 km/h 3.2.3 Đánh giá ổn định khi xe sẽ di chuyển qua vùng gió ngang 3.2.3.1 Độ lệch bên Hình 3.20 minh họa độ lệch bên của xe khách cỡ lớn khi xe chuyển động với vận tốc 120 km/h trong điều kiện gió ngang từ 40 đến 100 km/h. Trong thời gian mô phỏng 5 s, khi tốc độ gió tăng lên 14
thì độ lệch bên cũng tăng tương ứng. Vì khi vận tốc gió ngang tăng lên thì lực bên và mô men xoay thân xe sẽ tăng lên tương ứng. Hình 3.20.. Độ lệch bên khi vận tốc xe 120 km/h 3.2.3.2 Gia tốc bên Hình 3.21. Gia tốc lệch bên khi vận tốc xe 120 km/h Hình 3.21 minh họa độ lệch bên của xe khách cỡ lớn khi xe chuyển động với vận tốc 100 km/h trong điều kiện gió ngang từ 40 đến 100 km/h. Nhận xét, trong thời gian mô phỏng 5 giây, gia tốc lệch 15
bên của xe khách cỡ lớn thay đổi theo 5 giai đoạn. Giai đoạn 1, gia tốc bằng 0 khi xe khách đi trong đoạn đường dài 20 m trước khi vào vùng gió ngang. Giai đoạn 2, gia tốc tăng dần khi xe bắt đầu đi vào vùng gió ngang. Giai đoạn 3 gia tốc thay đổi nhỏ khi toàn bộ chiều dài xe đều nằm trong khu vực gió ngang. Giai đoạn 4 gia tốc giảm dần về 0 khi xe di chuyển ra khỏi vùng gió ngang. Giai đoạn 5 gia tốc bằng 0 khi xe thoát khỏi hoàn toàn vùng gió ngang 3.2.3.3 Vận tốc góc xoay thân xe Hình 3. 22. Vận tốc góc xoay thân xe khi vận tốc xe 120 km/h Hình 3.22 minh họa vận tốc góc xoay thân xe của xe khách cỡ lớn khi xe chuyển động với vận tốc 120 km/h trong điều kiện gió ngang từ 40 đến 100 km/h. Nhận xét, trong thời gian mô phỏng 5 s, gia tốc lệch bên của xe khách cỡ lớn cũng thay đổi theo 5 giai đoạn tương tự như quy luật của gia tốc lệch bên. Giá trị lớn nhất của vận tốc góc xoay thân xe là 1,2 (độ/s). 3.3. Kết luận chương 3 Mô hình động lực học 14 bậc tự do đã được xây dựng để tính toán ổn định hướng chuyển động của xe khách cỡ lớn trong điều kiện có gió ngang. Phương pháp số được lựa chọn để giải hệ phương trình vi phân động lực học này. 16
Luận án đã đánh giá thông số ổn định hướng chuyển động (độ lệch bên, gia tốc bên, vận tốc góc xoay thân xe) trong 2 trường hợp: xe đang di chuyển trong vùng gió ngang và xe sẽ đi qua vùng gió ngang. Các giả thiết xe đi thẳng, gió ngang vuông góc với thân xe, đường phẳng, nhẵn, không có tác động từ người lái được sử dụng trong quá trình khảo sát. Kết quả cho thấy khi vận tốc xe, vận tốc gió tăng lên thì các thông số đánh giá ổn định hướng: độ lệch bên, gia tốc bên và vận tốc góc xoay thân xe sẽ tăng lên tương ứng. Trong vùng gió ngang, sau 5 giây khi vận tốc xe 120 km/h, vận tốc gió 100 km/h xe bị lệch ngang 8,36 m. Dựa theo tiêu chuẩn ISO, sau 5 s khi vận tốc xe 120 km/h, vận tốc gió 100 km/h vận tốc xoay thân xe lớn nhất là 1,20. Xe được coi là ổn định theo tiêu chuẩn của Baker. CHƯƠNG 4. THÍ NGHIỆM KHÍ ĐỘNG HỌC 4.1. Mục tiêu thí nghiệm Mục tiêu của việc nghiên cứu thí nghiệm khí động học vỏ xe khách cỡ lớn trong ống khí động là đo các lực, mô men tác động lên mẫu vỏ xe. Kết quả so sánh giữa lý thuyết và thí nghiệm được sử dụng để kiểm chứng mô hình xác định các lực và mô men khí động tác động lên vỏ xe khách cỡ lớn bằng phương pháp mô phỏng đã trình bày ở chương 2. 4.2. Các thông số đo Với mục tiêu kiểm chứng kết quả mô phỏng xác định các lực khí động bằng mô hình trên máy tính và cân nhắc lựa chọn các phương pháp thí nghiệm khí động, thiết bị và khả năng thực hiện phù hợp với điều kiện hiện nay, các thông số đo cần thiết để kiểm chứng thu được từ thí nghiệm cụ thể, bao gồm: - Lực cản khí động (Fxkđ), là lực có phương trùng với phương của gió thổi; - Lực ngang khí động (Fykđ), là lực có phương vuông góc với phương gió thổi; 17
4.3. Thiết bị thí nghiệm 4.3.1. Sơ đồ ống khí động Sơ đồ ống khí động của phòng thí nghiệm khí động học của Viện kỹ thuật Phòng không – Không quân được mô tả trên hình 4.1. Ống khí động gồm đường ống dẫn khí 2, động cơ dẫn động quạt gió 1 và khoang thử (còn gọi là buồng thử) dành cho việc bố trí mẫu xe thí nghiệm 4 cùng với các thiết bị đo lường như thể hiện trên sơ đồ hình 4.1. Hình 4. 1. Sơ đồ ống khí động và kết nối thiết bị thí nghiệm Ống khí động có các thông số cơ bản sau đây - Vận tốc thử tối đa: 40 m/s - Kích thước buồng thử (dài x rộng x cao): 3.800 mm x 2.000 mm x 1.400 mm - Công suất động cơ quạt gió: 260 mã lực 4.3.6. Cân khí động Cân khí động SCHENK (còn được gọi là bàn đo 6 thành phần) dùng để đo các lực và mô men tác dụng lên mẫu thử theo cả 3 phương. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý đo biến dạng trên thanh đỡ có gắn mẫu thử. Dải đo các lực của cân khí động SCHENK: - Lực dọc Fxkđ [N]: ±200 - Lực thẳng đứng Fzkđ [N]: ± 200 18