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

TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2023


Cơng trình được hồn 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: PGS.TS. Trần Văn Như
Phản biện 2: PGS.TS. Lê Hồng Quân
Phản biện 3: TS. Bùi Việt Đức

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 14 giờ 00, ngày 8 tháng 9 năm 2023

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 khơng chỉ cho bản thân xe khách
mà cịn cả với các phương tiện tham gia thơng thơng 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 sốt sự phát triển của xe máy, ơ tơ 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 đơ Hà Nội và thành
phố Hồ Chí Minh); phát triển vận tải ở các đô thị theo hướng sử
dụng vận tải cơng cộng là chính, đảm bảo hiện đại, an tồn, tiện lợi;
phát triển hệ thống giao thơng tĩnh; kiểm soát sự gia tăng phương
tiện cá nhân; giải quyết ùn tắc giao thông và bảo đảm trật tự an tồn
giao thơng đơ thị.
1.1.2. An tồn 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 ngun nhân chính gây ra tai nạn là nguyên nhân chủ
1


quan và nguyên nhân khách quan. Nguyên nhân chủ quan phụ thuộc
rất nhiều 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, mơi trường.
1.1.3 Khí động học ô tô
Khi ô tô chuyển động trên đường, sự tương tác giữa vỏ xe và
mơi trường khơng khí xung quanh có ảnh hưởng xấu đến chất lượng
làm việc của ơ tơ. Lực cản khơng khí chính diện làm tăng tổng lực
cản chuyển động của ơ tơ, 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 tồn chuyển
động của ơ tơ. 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 mơ 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 khơng khí do chuyển động của xe (v xe) 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
2


Khi vận tốc gió ngang càng lớn thì các giá trị lực và mơ 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 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
ngồi đường thực tế. Tác giả Tolosin [14] thí nghiệm đo các các

thơng 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 cơng trình
chun sâu nghiên cứu về khí động học ơ tơ, đặc biệt là về ổn định
chuyển động trong điều kiện gió ngang. Tác giả Tơ Hồng 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 khơng nghiên cứu đến các lực, mơ men khí động cịn
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 thơng số đánh
giá ổn định do lực khí động
1.3.1 Lựa chọn phương pháp mơ phỏng khí động
Dựa trên các mơ hình nghiên cứu về gió ngang đã được phân
tích ở trên, trong luận án đã lựa chọn phương án mơ 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
3


1.3.2 Lựa chọn thông số đánh giá ổn định do lực khí động
NCS lựa chọn các thơng 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 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 tốn các lực, mơ men khí động tác động lên
xe khách cỡ lớn khi chuyển động;
- Đánh giá ảnh hưởng của các lực, mơ 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 làm đối tượng nghiên
cứu.
1.4.3 Phương pháp nghiên cứu
Để kết quả nghiên cứu có độ tin cậy cần thiết, q 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 q 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 khơng đổi theo thời gian).
4



Ổn định chuyển động của xe khách khi chịu tác dụng của các
lực khí động học là một q 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.
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 mơ 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, mơ men khí
động tác động lên ơ tơ trong điều kiện chuyển động có gió ngang,
các mơ hình nghiên cứu về gió ngang. Từ đó lựa chọn cách tiếp cận
mơ phỏng gió ngang để xác định các lực, mơ men khí động lên ơ tơ.
Phương pháp thí nghiệm khí động học bằng mơ hình thu nhỏ cũng đã
được xét tới.
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH CÁC LỰC VÀ MƠ
MEN KHÍ ĐỘNG BẰNG PHẦN MỀM CHUN DỤNG
2.1. Cơ sở lý thuyết khí động học
2.1.1 Các phương trình cơ bản
Để mơ tả dịng chảy của mơi 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 tồn khối lượng
(cịn được gọi là phương trình liên tục), phương trình bảo tồn động

lượng và phương trình bảo tồn năng lượng.
5


Như vậy, để mơ tả dịng chảy khơng khí bao quanh vỏ xe ơ tơ, ta có
hệ phương trình
iui 0

1

t ui  u j  jui - ρ i p+υu j jui

(2.14)
Khó khăn lớn nhất trong việc giải bài tốn khí động học nằm
ở mức độ phức tạp của các phương trình vi phân đạo hàm riêng. Để
giải bài tốn này, trong phần lớn các trường hợp các nhà nghiên cứu
buộc phải chấp nhận các giả thiết đơn giản hóa.
2.2. Mơ phỏng khí động học bằng phần mềm Fluent
Fluent thực hiện mơ phỏng và tính tốn 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 tốn khí động học
với các trình tự thực hiện như sau [41]:
- Xây dựng mơ hình hình học
- Xác định vùng không gian mô phỏng
- Tạo lưới
- Xác định và thiết lập các điều kiện biên của bài tốn
- Chạy chương trình mơ 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

6


Hình 2. 12. Phổ áp suất tại bề mặt vỏ xe phía mặt bên
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 0 0, 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 khơng khí.
2.3. Giá trị lực, mơ men và hệ số lực, hệ số mơ men khí động
2.3.1 Lực, mơ men khí động
2.3.1.1 Lực cản khí động

15000
10000
5000
0
-5000
50
40
30
20
10

0

20

40


60

80

100

Góc nghiêng (độ)

Vận tốc gió xiên (m/s)

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
7


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.
2.3.1.2 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 10 0 đến 530, và giảm
tương 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.

104
8
6
4
2
0
50
40
30
20
10

0

20

40

60

80

100

Góc nghiêng (độ)

Vận tốc gió xiên (m/s)


Hình 2. 19. Lực ngang theo vận tốc gió xiên và góc nghiêng
2.3.1.3 Lực nâng khí động

8


104
3
2
1
0
-1
50
40
30
20
10

0

20

40

60

80

100


Góc nghiêng (độ)

Vận tốc gió xiên (m/s)

Hình 2. 22. Lực nâng 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 1 0 đến 460, và có xu
hướng giảm khi góc nghiêng tăng từ 47 0 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.
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 tốn trực tiếp từ mơ hình mơ
phỏng khí động và tính tốn 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:
C x(β) = 0.4969β 4 +0.01637β 3 - 2.386β 2 +1.361β +0.5093

(2.25)
C y(β) = 4.274β 4 - 14.1β 3 + 11.15β 2 + 3.267β

(2.26)

C z(β) = 4.636β 4 - 14.31β 3 +11.19β 2 +0.3152β - 0.1758

(2.27)


9


5
4

C x,sim
C y,sim

3

C z,sim
C x,fit

2

C y,fit
C z,fit

1
0
-1

0

20

40
60

Góc nghiêng (độ)

80

100

Hình 2.33. Các hệ số lực khí động
2.3.3.2. Hệ số mơ men khí động
C Mx,sim

1

C My,sim

0.8

C Mz,sim
C Mx,fit

0.6

C My,fit
C Mz,fit

0.4
0.2
0
-0.2
-0.4


0

20

40
60
Góc nghiêng (độ)

80

100

Hình 2.34. Các hệ số mơ men khí động
Các hàm nội suy của các hệ số mơ 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
4

3

2

(2.29)

CMz(β) = 0.3784β - 0.8895β - 1.069β + 2.258β + 0.0008042


Các hàm nội suy để tính các hệ số CMx    , CMy
cũng đều có chỉ số R-square xấp xỉ 0,99.

(2.30)
  , C  
Mz

10


2.4 Kết luận chương 2
Chương 2 đã trình bày cơ sở lý thuyết, xây dựng mơ hình mơ
phỏng xác định lực, mơ men khí động bằng phần mềm chun dụng.
Các bước xây dựng mơ hình và lựa chọn các thơng số cấu trúc cũng
như kiểm sốt 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, mơ men khí
động tác động lên xe khách cỡ lớn khi có gió ngang. Trong nghiên
cứu này, các lực và mơ men khí động được tính tốn 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 mơ men khí
động đặc trưng của xe khách tham khảo khi có gió ngang.
Các kết quả tính tốn về lực và mơ men khí động sẽ là thơng số
đầu vào cho bài tốn phân tích và đánh giá ảnh hưởng của chúng đến
sự ổn định hướng chuyển động của xe bằng mơ hình động lực học sẽ
được trình bày cụ thể trong chương 3. Phương pháp mơ phỏng tính
tốn 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 GIĨ
NGANG
3.1 Mơ hình động lực học xe khách cỡ lớn
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 hệ
thống treo phụ thuộc. Mơ hình động lực học xe khách cỡ lớn được
mơ tả như hình 3.1.

11


Hình 3. 1 Mơ hình khơng gian xe khách cỡ lớn
3.1.3 Hệ phương trình vi phân tổng quát
Kết hợp các phương trình vi phân đã mơ tả ở trên, hệ phương
trình vi phân tổng qt mơ 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 tốn 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 mơ
đun. Điều đó cho phép quản lý chương trình dễ dàng, cũng như giúp
cho việc thay đổi hay khảo sát các thơng số đầu vào có thể thực hiện
nhanh chóng.

12



 Mx = F cosδ - F sinδ + F cosδ - F sinδ
x11
11
y11
11
x12
12
y12
12



+ Fx21cosδ21 + Fy21 sinδ21 + Fx22cosδ22 + Fy21 sinδ21 - Fwx + Mψyy

 My = Fx11 sinδ11 + Fy11cosδ11 + Fx12 sinδ12 + Fy12 cosδ12


- Fx21 sinδ21 + Fy21cosδ21 - Fx22 sinδ22 + Fy22 cosδ22 + Fwy - Mψyx

 J zψy = b1 (-Fx11cosδ11 + Fy11sinδ11 + Fx12 cosδ12 - Fy12 sinδ12 )+ b2 (-Fx21cosδ21 - Fy21 sinδ21

+ Fx22 cosδ22 + Fy22 sinδ22 )- l2 (Fy21cosδ21 - Fx21 sinδ21 + Fy22 cosδ22 - Fx22 sinδ22 )


+ l1(Fx11 sinδ11 + Fy11cosδ11 + Fx12 cosδ12 + Fy12 cosδ12 )+ M wz

mz = F + F + F + F + F + F + F + F  F
C11
K11
C12

K12
C21
K21
C22
K22
wz

 = -l1(FC11 + FK11 + FC12 + FK12 )+ l2 (FC21 + FK21 + FC22 + FK22 )- (M 11 + M 12 (3.19)
 J yφ

+ M 21 + M 22 ) - (hg - r1 )(Fx11cosδ11 - Fy11 sinδ11 + Fx12 cosδ12 - Fy12 sinδ12 )


- (hg - r2 )(Fx21cosδ21 + Fy21 sinδ21 + Fx22 cosδ22 + Fy22 sinδ22 )+ M wy

 J β = (F + F - F - F )w +(F + F - F - F )w + M
C11
K11
C12
K12
1
C21
K21
C22
K22
2
wx
 x
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 + Fy12 cosδ12 + Fx12 sinδ12 )r1

m ξ = (F + F + F + F ) - (F + F - F - F )
CL21
CL22
KL21
KL22
C21
K21
C22
K22
 A2 A2
 J Ax2 βA2 = (FC22 + FK22 - FC21 - FK21 )w2 +(FCL21 + FKL21 - FCL22 - FKL22 )b2

+(Fy21cosδ21 - Fx21 sinδ21 + Fy22 cosδ22 - Fx22 sinδ22 )r2

J φ
 Ayij ij = M ij - (Fxij + fFzij )rij

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
Hình 3.9 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 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
13


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.
2
Vgio = 40 km/h
Vgio = 60 km/h

1.5

Vgio = 80 km/h
Vgio = 100 km/h

1

0.5

0

0

1

2

3


4

5

Thời gian (s)

Hình 3. 9. Độ lệch bên khi xe 80 km/h
3.2.4.2. Gia tốc bên
0.13
Vgio = 40 km/h

0.12

Vgio = 60 km/h
Vgio = 80 km/h

0.11
0.1
0.09
0.08
0.07
0.06

0

1

2
3

Thời gian (s)

4

5

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
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
14


(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/s 2) khi vận
tốc gió 80 km/h.
3.2.4.3. Vận tốc 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.
0.35
Vgio = 40 km/h
Vgio = 60 km/h


0.3

Vgio = 80 km/h
Vgio = 100 km/h

0.25

0.2

0.15

0

1

2

3

4

5

Thời gian(s)

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
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.
15


3
V gio = 40 km/h

2.5

V gio = 60 km/h
V gio = 80 km/h

2

V gio = 100 km/h

1.5
1
0.5
0

0

1

2
3
Thời gian (s)


4

5

Hình 3.20. Độ lệch bên khi vận tốc xe 120 km/h
3.2.3.2 Gia tốc bên
1
0.8

Vgio = 40 km/h

0.6

Vgio = 80 km/h

Vgio = 60 km/h
Vgio = 100 km/h

0.4
0.2
0
-0.2
-0.4

0

1

2

3
Thời gian (s)

4

5

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 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
16


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 hồn tồn vùng gió ngang
3.2.3.3 Vận tốc góc xoay thân xe
1.2
1

Vgio = 40 km/h

0.8

Vgio = 80 km/h


Vgio = 60 km/h
Vgio = 100 km/h

0.6
0.4
0.2
0
-0.2

0

1

2
3
Thời gian (s)

4

5

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

Mơ hình động lực học 14 bậc tự do đã được xây dựng để tính
tốn 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.
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 vng góc với thân
17


xe, đường phẳng, nhẵn, khơng 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 thơng 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, mơ men tác động lên
mẫu vỏ xe. Kết quả so sánh giữa lý thuyết và thí nghiệm được sử
dụng để kiểm chứng mơ hình xác định các lực và mơ 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 thơng số đo
Với mục tiêu kiểm chứng kết quả mô phỏng xác định các lực

khí động bằng mơ 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 vng góc với
phương gió thổi;
4.3. Thiết bị thí nghiệm
4.3.1. Sơ đồ ống khí động
Sơ đồ ống khí động của phịng thí nghiệm khí động học của
Viện kỹ thuật Phịng khơng – Khơng qn được mơ tả trên hình 4.1.
18