ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ QUANG THỐNG

PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG CỦA XE
KHÁCH GIƯỜNG NẰM HB120 BẰNG MÔ HÌNH ĐỘNG
LỰC HỌC PHẲNG BỐN BÁNH

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
Mã số ngành : 60520116

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2017


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN 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 : 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 22
tháng 07 năm 2017.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS HUỲNH THANH CÔNG.
2. TS. LÊ ĐÌNH TUÂN.
3. TS. NGUYỄN LÊ DUY KHẢI.
4. TS. NGUYỄN CHÍ THANH .

5. TS. NGUYỄN NGỌC LINH.
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

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

(Họ tên và chữ ký)


i
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ QUANG THỐNG

MSHV: 7140358

Ngày, tháng, năm sinh: 04-04-1987
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực

Nơi sinh: Bình Định
Mã số: 60520116

I. TÊN ĐỀ TÀI:

“ Phân tích động lực học quay vòng của xe khách giường nằm HB120 bằng mô hình động lực
học phẳng bốn bánh”
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1. Tìm hiểu lý thuyết động lực học ngang ô tô.
2. Thiết lập mô hình chuyển động quay vòng ô tô bằng mô hình động lực học phang bốn
bánh theo phương ngang.
3. Lập mô hình mô tả tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của
xe theo mô hình động lực học phẳng bốn bánh bằng ngôn ngữ lập trình Matlab.
4. Phân tích tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của xe theo mô
hình động lực học phẳng bốn bánh với góc đánh lái thay đổi theo thời gian và góc đánh
lái cố định cho trước.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 16/01/2017
IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHỆM VỤ: 18/06/2017

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS Trần Hữu Nhân

Tp. HCM, ngày 22 tháng 7 năm 2017
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)


TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

(Họ tên và chữ ký)


ii

LỜI CÁM ƠN

Để thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp “Phân tích động lực học quay vòng của xe
khách giường nằm HB120 bằng mô hình động lực học phẳng bốn bánh”, tác giả xin gửi lời

cảm ơn chân thành đến các tập thể, cá nhân đã tận tình giúp đỡ trong suốt quá trình theo
học tại trường:
❖
❖

Thầy Cô Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM.
Thầy Cô Bộ Môn Kỹ Thuật Ô Tô - Máy Kéo Trường Đại Học Bách Khoa
TPHCM.

❖

Thầy hướng dẫn TS. Trần Hữu Nhân, người đã dành nhiều thời gian hướng dẫn
và đóng góp những ý kiến quý báu cho đề tài.

❖

Khoa Cơ khí Động lực của trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng đã tạo điều
kiện học tập, công việc của tác giả để thực hiện luận văn này.


❖

Các bạn bè đồng nghiệp, bạn bè cao học và anh chị cao học đã giúp đỡ và tạo
điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.

Xin chân thành cảm ơn !
Tp. HCM, ngàỵ 22 tháng 07 năm 2017
Học viên thực hiện

Lê Quang Thống


3

TÓM TẮT LUẬN VĂN
•

Việc tính toán động học và động lực học ô tô rất quan trọng trong việc thiết kế, bố
trí trên ô tô, các thông số trong quá trình tính toán giúp cho việc đánh giá, cải thiện tính
năng an toàn của ô tô trong quá 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 mô hình động lực học phẳng bốn bánh gần với mô hình xe thực tế từ đó
tính toán tính năng động học và động lực học chuyển động theo phương ngang của xe khách
giường nằm HB 120. Phân tích vai trò và ý nghĩa của các thông 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 toán mô phỏng động học và động lực học chuyển động của các chủng loại xe khác.



4

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
Họ và tên học viên: LÊ QUANG THỐNG
Ngày, tháng, năm sinh: 04/04/1987

Nơi sinh: Bình Định

Địa chỉ liên lạc: 130/13, Đ. Trần Thái Tông, p. 15, Q.Tân Bình, Tp.HCM.
Số điện thoại: 0984 687 195
Email:
Tôi xỉn cam đoan luận văn “Phân tích động lực học quay vòng của xe khách giường nằm
HB120 bằng mô hình động lực học phẳng bốn bánh” là do tôi 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

Lê Quang Thống


V

MỤC LỤC
TRANG BÌA
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
LỜI CÁM ƠN
TÓM TẮT LUẬN VĂN
LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
CHUƠNGI: TÔNG QUAN .......................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1
1.2. Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nuớc ....................................................... 2
1.2.1 Nghiên cứu trong nước ...................................................................................... 2
1.2.2 Tình hình nghiên cứu quốc tế ............................................................................ 3
1.2.3 Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 3
1.3. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 4
1.3.1 Mục tiêu tổng thể ............................................................................................... 4
1.3.2 Mục tiêu cụ thể .................................................................................................. 4
1.4. .................................................................................................................. Đối
tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................................4
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 4
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu ...........................................................................................5
1.4.3 Các giả thuyết ....................................................................................................5
1.5. Nội dung nghiên cứu........................................................................................... 5
1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................ 6
1.6.1 Ý nghĩa khoa học ............................................................................................... 6
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn ............................................................................................... 6
1.7. Phưomg pháp nghiên cứu .................................................................................. 6
CHUƠNGII: Cơ SỎ LÝ THUYẾT .............................................................................. 7


vi

2.1.


Hệ tọa độ ........................................................................................................... 7

2.2.

Mô hình động lực học bánh xe đàn hồi ............................................................. 8

2.2.1 Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe ............................... 9
2.2.2 Góc lệch bên bánh xe ........................................................................................ 9
2.2.3 Phản lực ngang mặt đường tác dụng lên bánh xe ............................................ 14
2.2.4 Động học hệ thống lái ..................................................................................... 15
2.3.

Mô hình động lực học theo phương ngang...................................................... 16

2.3.1 Chuyển đổi hệ trục tọa độ................................................................................ 18
2.3.2 Các thành phần lực momen tác dụng lên bánh xe thứ i .................................. 20
2.3.3 Các thành phần lực momen tác dụng .............................................................. 21
2.3.4 Các phương trình chuyển động ....................................................................... 23
2.4

Lý thuyết về tính ổn định ngang của ô tô ........................................................ 27

2.4.1 Khái niệm ........................................................................................................ 27
2.4.2 Xác định các điều kiện tới hạn theo ổn định ngang ........................................ 27
2.4.2.1

Điều kiện trượt ............................................................................................ 27

2.4.2.2


Điều kiện lật đổ ........................................................................................... 28

2.5

Lý thuyết khảo sát động lực học chuyển động của xe..................................... 29

2.5.1 Góc lái là hàm bước ........................................................................................ 29
2.5.2 Góc lái là hàm sin ............................................................................................ 29
2.6

Xác định momen quán tính ............................................................................. 30

2.7

Các điều kiện tính toán .................................................................................... 32

CHƯƠNG III: THÔNG SỐ TÍNH TOÁN ĐỘNG HỌC & ĐỘNG Lực
HỌC XE KHÁCH GIƯỜNG NẦM[5J ...................................................................... 33
3.1.

Thông số kỹ thuật tổng quát xe khách giường nằm HB120 ............................ 33

3.2

Bố trí chung của xe khách giường nằm HB120 ............................................. 34

3.3

Thông số khối lượng ....................................................................................... 34


3.3.1 Khối lượng bản thân ....................................................................................... 35
3.3.2 Khối lượng toàn bộ .......................................................................................... 35
3.3.3 Thông số phân bố khối lượng.......................................................................... 35
3.4

Thông số tọa độ trọng tâm ............................................................................... 37


vii

3.5

Thông số động lực học theo phương ngang ....................................................38

3.6

Thông số tính toán lực bám ngang ...................................................................38

CHƯƠNG IV: TÍNH TOẤN MÔ PHỎNG .................................................................39
4.1.

Sơ đồ tính toán mô phỏng ................................................................................39

4.2

Khảo sát động học và động lực học theo phương ngang .................................40

4.2.1. ............................................................................................................. Khảo
sát góc lái theo hàm bước và hàm sin theo thời gian .................................................. 40
4.2.2 Sự biến thiên của lực ngang Fy (N) theo góc lái ............................................. 41

4.2.3. Khảo sát sự biến thiên momen theo thời gian ................................................ 42
4.2.4. Chuyển vị theo phương ngang ........................................................................43
4.2.5. Khảo sát vận tốc ngang theo thời gian ............................................................43
4.2.6. Khảo sát gia tốc chuyển động theo phương ngang..........................................44
4.2.7. Khảo sát chuyển vị góc xoay thân xe ..............................................................45
4.2.8. Khảo sát vận tốc xoay thân xe .........................................................................46
4.2.9 Khảo sát gia tốc xoay thân xe...........................................................................46
4.3.

Khảo sát tính ổn định chuyển động theo phương ngang ..................................47

4.3.1 Khảo sát giá trị cực đại Fy theo đều kiện bám và điều kiện lật ngang của xe ...
.........................................................................................................................47
4.3.2 Khảo sát vận tốc giới hạn cực đại, Vxc so với góc lái ô ................................. 48
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ............................ 49
5.1.

Kết luận ...........................................................................................................49

5.2. Hướng phát triển đề tài ......................................................................................49

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG


8

DANH MỤC HÌNH


Trang
Hình 2.1: Hệ tọa độ cục bộ thân xe B(Cxyz) .............................................................. 07
Hình 2.2: Hệ trục tọa độ lốp xe ................................................................................... 08
Hình 2.3: Hướng góc lệch của lốp xe theo vectơ vận tốc V, góc lệch bên a góc dẫn hướng

ô ...................................................................................................................................10
Hình 2.4: Động học hệ thống lái ..................................................................................15
Hình 2.5: Mô hình động lực học ô tô theo phương ngang ...........................................16
Hình 2.6 : Vị trí của véc tơ p trước và sau khi quay quanh trục z của hệ tọa độ toàn cầu

18
Hình 2.7: Hệ lực và momen tác dụng lên bánh xe điển hình .......................................20
Hình 2.8 : Chuyển động của xe trong mặt phang .........................................................23
Hình 2.9: Sơ đồ lực tác dụng khi ô tô chuyển động quay vòng trên đường ngang 27
Hình 2.10: Sơ đồ lực tác dụng khi ô tô chuyển động rẽ phải trên đường ngang.... 28
Hình 2.11: Hình xe vượt qua mặt xe cùng chiều ..........................................................30
Hình 2.12: Xét xe như hình hộp chữ nhật đồng chất ...................................................31
Hình 2.13: Chuyển đổi tọa độ trọng tâm hình hộp chữ nhật về tọa độ trọng tâm thực tế32
Hình 3.1: Bố trí chung của xe khách giường nằm HB120 ...........................................34
Hình 4.1: Sơ đồ tính toán mô phỏng ............................................................................39
Hình 4.2: Đồ thị góc lái theo thời gian và góc lái là hằng số .......................................40
Hình 4.3: Lực ngang tổng cộng tác dụng tại trọng tâm xe ...........................................41
Hình 4.4: Momen tổng cộng tác dụng tại trọng tâm xe ...............................................42
Hình 4.5: Chuyển vị theo phương ngang theo thời gian ..............................................43
Hình 4.6:

Vận tốc chuyển động theo phương ngang theo thời gian ........................44

Hình 4.7:


Gia tốc chuyển động theo phương ngang theo thời gian .........................44

Hình 4.8: Chuyển vị góc xoay thân xe theo thời gian ..................................................45
Hình 4.9:

Vận tốc chuyển vị góc xoay thân xe theo thời gian ................................46

Hình 4.10: Gia tốc xoay thân xe phương ngang theo thời gian....................................46


9

Hình 4.11: Lực ngang Fy với vận tốc Vx (ổ = 0.2(rad)) ............................................. 48
Hình 4.12: Vận tốc giới hạn cực đại, Vx so với góc lái ô ........................................... 48


X

DANH MỤC BẢNG

Trang
Bảng 3.1:

Thông số kỹ thuật tổng quát xe khách giường nằm HB 120 .............. 33

Bảng 3.2:

Thông số phân bố khối lượng của xe .................................................. 35

Bảng 3.3:


Thông số phân bố khối lượng của xe .................................................. 37

Bảng 3.4:

Thông số tọa độ trọng tâm của xe ....................................................... 38

Bảng 3.5:

Thông số khi ôtô đầy tải ..................................................................... 38

Bảng 3.6:

Thông số tính toán lực bám ngang...................................................... 38

Bảng 4.1: Giá trị lực ngang .......................................................................................... 47


xi
DANH MỤC KÝ HỆU

a-y

Gia tốc hướng tâm

c

Vị trí trọng tâm xe

Cj, C£


Hệ số thực nghiệm

c

al’ a2Độ cứng góc lệch bên bánh xe trước trái, phải

^a3’^a4 Độ cúng góc lệch bên bánh xe sau phải, trái
F

xi

F

yi

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

F

Zi

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

F

zl’Fz2


phải

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

F

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

F

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

Z3’FZ4

xwl

F

XW2

F

XW3

p xw4
F

ywl

F


yw2

F

yw3

Phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe sau phải
Phản lực tiếp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe sau trái
Phản lực ngang từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước ttái
Phản lực ngang từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước phải
Phản lực ngang từ mặt đường tác dụng lên bánh xe sau phải

F
yw4

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

Fy(p

Lực ngang theo điều kiện bám

Fyroll

g
Izz

Lực ngang theo điều kiện lật
Gia tốc trọng trường
Mô men quán tính khối lượng quanh trục z



xii
1y , If
L
m

Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm vết bánh xe phía trước, phía sau
Chiều dài cơ sở

Mx

Khối lượng xe
Momen lắc dọc của thân xe.

My

Momen lắc ngang thân xe.

M

Momen quay thân xe theo trục z.

V

Vận tốc chuyển động của ô tô

z

V


xl’Vyl

Thành phần vận tốc bánh xe trước trái

V

Thành phần vận tốc bánh xe trước phải

v

Thành phần vận tốc bánh xe sau phải

v

Thành phần vận tốc bánh xe sau trái

Vx, Vy

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

x2’Vy2

x3’vy3
x4’vy4

v v

l’ 2


v

3’v4

Vận tốc tại bánh xe trước trái và trước phải
Vận tốc tại bánh xe sau phải, sau trái

Vxc

Vận tốc giới hạn cực đại

wpw,

Khoảng cách giữa hai tâm vệt bánh xe trước, sau

a15 a2

Góc lệch bên của bánh xe trước trái, trước phải

a3, a4

Góc lệch bên của bánh xe sau phải, sau trái

p

Góc lệch phương vận tốc V so với phương chuyển động Góc quay

ô ô

của bánh dẫn hướng trong (trái) và ngoài (phải)


s

Góc lái lớn nhất khi quay vòng

i’ 0

o

0

Góc lắc ngang của xe quanh trục Cy
Hệ số bám ngang

V
V

Góc lắc dọc xe quanh trục Cx
Góc quay thân xe quanh trục Cz.


xiii
y, \|/,\|/ Góc quay, vận tốc, gia tốc thân xe quanh trục thẳng đứng qua trọng tâm tt)z Vận
tốc góc khi xe quay vòng


CHƯƠNG I

TỔNG QUAN
1.1.


Đặt vấn đề

Ngành công nghệ ô tô ngày một phát triển, hạ tầng giao thông ngày càng hoàn
thiện nên nhu cầu đối với dịch vụ giao thông vận tải hành khách ngày một nâng cao cả
về số lượng và chất lượng của dịch vụ. Để đáp ứng được nhu cầu vận chuyển hành khách
đi liên tỉnh ở cự li ngắn (dưới 500 km) và trung bình (từ 500 đến 1000 km), từ năm 2010
đến 2015 số lượng xe khách giường nằm ngày càng phát triển và được nhiều người dân
sử dụng do sự thoải mái và tiện nghi khi di chuyển trong thời gian dài. Theo thống kê
của Cục Đăng kiểm Việt Nam, toàn quốc hiện có khoảng 4.553 xe chở khách giường
nằm hai tầng, trong đó có 859 xe được hoán cải từ xe chở khách ghế ngồi thông thường,
80 xe nhập khẩu nguyên chiếc từ Trung Quốc, còn lại 3.606 xe sản xuất, lắp ráp mới. Đi
kèm với số lượng xe ngày càng tăng thì số vụ tại nạn có liên quan đến xe khách giường
nằm cũng tăng theo. Trong vòng 2 năm 2013 và 2014 số vụ tai nạn liên quan đến xe
khách giường nằm là 22 vụ, đây là con số đáng báo động. Mặc dù chưa có vụ nào được
xác định là do nguyên nhân kỹ thuật và có tới 19/22 vụ là xe giường nằm nguyên bản
được sản xuất, lắp ráp mới. Tuy nhiên sau vụ tai nạn thảm khốc liên quan đến xe khách
giường nằm tại Lào Cai ngày 1/9/2014, dù chưa có kết quả của cơ quan điều tra nguyên
nhân tai nạn nhưng ngay sau đó Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải, ông Đinh La Thăng
đã họp và đề xuất cấm xe khách giường nằm đi vào khu vực đèo, đồi, núi và thực tế từ
tháng 4/2014 để đảm bảo an toàn kỹ thuật Cục Đăng kiểm Việt Nam đã cấm chuyển đổi
xe khách ghế ngồi thông thường thành xe giường nằm. Trong tương lai đối với xe sản
xuất, láp ráp trong nước cần được thử nghiệm sau khi chuyển đổi, thay đổi kết cấu. Tuy
nhiên việc tính toán kỹ thuật, kiểm nghiệm tĩnh, chuyển động về tính an toàn, ổn định
còn rất nhiều hạn chế tại Việt Nam. Việc đánh giá động học và động lực học trong quá
trình chuyển động của xe khách giường


2


nằm cần được tính toán mô phỏng và thực nghiệm tốt hơn. Thực tế tại Việt Nam và thế
giới hiện nay đã có một số công trình nghiên cứu về vấn đề tương tự.
1.2

Tổng quan tình hình 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 vòng xe khách giường
nằm bằng mô hình động lực học phẳng” do Nguyễn Duy Bảo thực hiện, 2013 [2], Đề tài

trên được xây dựng trên mô 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 không đổi trong suốt
quá trình quay vòng hoặc vượt xe khác. Sử dụng hàm bước để mô tả góc đánh lái của
xe. Sử dụng mô 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, mô 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 mô hình động lực học một dãy phỉ 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 mô hình lốp phi tuyến với trường hợp dựa trên mô hình lốp xe

tuyến tính. Tuy nhiên, đề tài này chỉ mô phỏng động học và động lực học trên một 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 MobỉHome IIB120 khỉ chuyển động quay vòng trên mặt đường mấp
mô” do Nguyễn Xuân 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 mô từ đó xác định vận


3

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.
1.2.2

Tình hình nghiên cứu quốc tế

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 mô hình động lực học phang một dây.
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 mô phỏng đặc tính kiểm soát
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.

1.2.3

Lý do chọn đề tài

Tính ổn định là thuộc tính quan trọng được thiết lập bằng mô hình động lực học
trong mặt phẳng đường có ý nghĩa quan trọng khi khảo sát thuộc tính chuyển động của
ô tô và để phát triển các đề tài trên tác giả chọn đề tài “Phân tích động lực học quay vòng
của xe khách giường nằm HB120 bằng mô hình động lực học phẳng bốn bánh” nhằm mô

phỏng và phân tích đánh giá tính năng chuyển động quay vòng, nâng cao tính năng an
toàn 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 Mục tiêu nghiên cứu
1.3.1

Mục tiêu tổng thể:

Nghiên cứu phát triển mô hình tính toán động học, động lực học theo phương
ngang của ô tô từ hai bánh lên bốn bánh.
Phân tích, mô phỏng kết quả mô hình tính toán động học, động lực học quay
vòng theo phương ngang.
Đạt hiệu quả tính toán trong quá trình phân tích dữ liệu mô phỏng góp phần đánh


4

giá tốt hơn tính năng an toàn, ổn định của xe HB120 trong quá trình thiết kế sản
xuất.
1.3.2


Mục tiêu cụ thể:

Thực hiện tính toán mô phỏng động học, động lực học theo phương ngang cho
xe khách giường nằm HB120 bằng mô hình động lực học phang dạng phức tạp
(bốn bánh).
Quá trình tính toán mô phỏng sẽ được thực hiện trong trường hợp đầy tải và động
học động lực học quay vòng của xe.
Đánh giá được tính năng an toàn, ổn định chuyển động theo phương ngang của
xe HB120.
Xác định phương hướng của tiến trình thiết kế góp phần tăng cường tính năng an
toàn, ổn định động học và động lực học của xe HB120, đặc biệt trong trường hợp
xe chuyển động quay vòng.
1.4

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1

Đối tượng nghiên cứu

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 thông số ảnh hưởng
đến tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của xe theo mô hình động
lực học phẳng bốn bánh, các thông số này sẽ được nghiên cứu, xác định bằng phương
pháp thu thập dữ liệu và mô phỏng
1.4.2

Phạm vi nghiên cứu

Đề tài này thực hiện nghiên cứu cơ sở tính toán mô phỏng động học và động lực

học chuyển động theo phương ngang của ôtô theo mô hình động lực học phẳng bốn
bánh. Sử dụng các thông số cụ thể được xác định từ đối tượng nghiên cứu như nêu trên,
tiến hành mô phỏng để có được kết quả tính toán mô phỏng. Kết quả tính toán mô phỏng
của các mô hình toán học mô tả động học và động lực học chuyển động ngang sẽ được
phân tích và đánh giá, đồng thời so sánh với kết quả tính toán khi sử dụng các mô hình


5

mô phỏng dạng hai bánh đã sử dụng trước đó.
1.4.3

Các giả thuyết

Xe chuyển động đều và quay vòng đều trên đường nằm ngang.
Bỏ qua tác dụng của khí động lực học.
Mặt đường cứng tuyệt đối.
Bánh xe lăn không trượt trên đường.
Khả năng bám ngang của các bánh xe là như nhau.
1.5

Nội dung nghiên cứu

Tổng quan của đề tài nghiên cứu
Cơ sở lý thuyết mô hình động lực học phang bốn bánh theo phương ngang
Thông số tính toán động học và động lực học của xe khách giường nằm HB120
Tính toán và phân tích kết quả mô phỏng
Kết luận và phát triển đề tài
1.6


Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.6.1 Ý nghĩa khoa học

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 trước
nghiên cứu trên mô hình một dây phi tuyến chưa gần với thực tế do đó đề tài này tập
trung vào việc nghiên cứu các mô hình phẳng bốn bánh phi tuyến từ đó tính toán tính
năng động học và động lực học chuyển động theo phương ngang của xe khách giường
nằm HB 120. Phân tích vai trò và ý nghĩa của các thông 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 toán mô phỏng động học và động lực học chuyển động của các chủng loại xe
khác.
1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Từ kết quả tính toán mô phỏng ta có thể đánh giá được tính năng động học và


6

động lực học của xe khách giường nằm HB 120. Xác định rõ các nhân tố trực tiếp làm
ảnh hưởng tới tính năng động học và động lực học của xe, từ đó đề xuất các phương án
cải tiến để nâng cao tính năng động học và động lực học của xe khách giường nằm HB
120.
1.7

Phương pháp nghiên cứu

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

Nghiên cứu lý thuyết các mô 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.
CHƯƠNG II
Cơ SỞ LÝ THUYẾT
Động lực học theo phương ngang của ô tô
2.1

Hệ tọa độ

Chuyển động của ô tô là chuyển động phức hợp, gồm ba chuyển động tịnh tiến
theo phương X, y, z và ba chuyển động góc (p, d,

Hình 2.1 Hệ tọa độ cục bộ thân xe B(Cxyz).[l]
Hình 2.1, Với c trọng tâm của xe, Cx là trục dọc đi qua c, chỉ hướng chuyển


7

động tịnh tiến của xe. Cy là trục ngang, chỉ hướng chuyển động ngang của xe, Cz là trục
thẳng đứng vuông góc với mặt đường Cxy. Góc (p là góc lắc dọc xe quanh trục Cx, góc
0 là góc lắc ngang của xe quanh trục Cy. Góc ỵ/ là góc quay thân xe quanh trục Cz.
-

Lực tiếp tuyến Fx là lực tác dụng theo dọc trục Cx. Neu Fx > 0 là lực kéo, nếu Fx< 0
là lực phanh;

-

Lực ngang Fy là thường được gây ra bởi góc quay bánh xe và là nguyên nhân chính

để tạo ra mô men quay thân xe và để quay vòng xe;

-

Phản lực thẳng đứng Fz hoặc tải của xe. Phụ thuộc kích động mặt đường, gió, lực
quán tính và khả năng dập tắt dao động của hệ treo;

-

Mx mô men lắc ngang quanh trục Cx

-

My mô men lắc dọc quanh trục Cy

-

Mz mô men quay thân xe quanh trục Cz.

2.2

Mô hình động lực học bánh xe đàn hồi

Bánh xe là bộ phận tương tác trực tiếp với mặt đường để tạo ra các trạng thái
chuyển động của ô tô theo tín hiệu điều khiển của người lải, do đố bánh xe ảnh hưởng lớn
đến tính chất động lực học quan trọng của ô tô. Hình 2.2 là mô hình động lực học của bánh
xe, trong đó:

vx : vận tốc dọc của bánh xe. vy : vận tốc ngang của bánh xe.
V : tồng hợp vận tốc của bánh xe.



8

F*

: phản lực tiếp tuyến

Fyị

: phản lực ngang

Fzí : phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe p : góc hợp bởi phương
vận tốc Vị và phương chuyển động vx. Mz

Mx : momen lắc dọc của thân xe.
M : momen lắc ngang thân xe.

: momen quay thân xe theo trục z.


9

2.2.1

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

Do khảo sát xe chuyển động ổn định trên mặt phẳng nên phản lực pháp tuyến được xác
định như sau:
- Bánh xe trước trái:

- Bánh xe trước phải: Fzl =
- Bánh xe sau phải:
-

Bánh xe sau trái: F,,z4=
2L

(2.1)
mglr
2L

(2.2)

m

(2.3)

glf

Trong đó:
-

m: khối lượng của xe

-

g: gia tốc trọng trường

-


L: chiều dài cơ sở

(2.4)

lf, lr: khoảng cách từ trọng tâm đến tâm vệt bánh xe trước, sau
2.2.2

Góc lệch bên của bánh xe
Hình 2.2 là mô hình động lực học của bánh xe, trong đó vxi là vận tốc dọc của

bánh xe, V . là vận tốc ngang của bánh xe, Vị là tổng hợp vận tốc của bánh xe, Pị là góc
hợp bởi phương vận tốc Vị và phương chuyển động của thân xe, Mzỉà momen quay thân
xe theo trục z, Mx là momen lắc dọc của thân xe, My là momen lắc ngang thân xe.
Xét trường hợp ô tô chuyển động ổn định, sự trượt dọc của bánh xe là rất nhỏ do
đó tại bề mặt tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường chỉ xảy ra hiện tượng trượt ngang và
tương ứng chỉ có phản lực ngang tại vị trí tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường.


10

v
---jị

VVx
V

■■■■
■
.Vb


V-

".--dF-

tì-

y

UF

_______ X *

y
>■■■

y.

(b)
(a)
Hình 2.3: Góc lệch hướng của lốp xe theo vectơ vận tốc V, gốc lệch bên a gốc dẫn hướng

ổ.
Góc lệch bên của bánh xe có thể xác định từ hình 2.3(a) như sau:
ai=Pi-Si,i = (l, 2,3,4)

(2.5)

Trong đỏ:

-


a là góc lệch giữa phương của vectơ vận tốc V và phương của trục xw

-

ô là góc lái của bánh xe dẫn hướng, được xảc định bởi phương của trực xw

và phương của trục X

-

/3 là góc lệch giữa phương của vectơ vận tốc và phương của trục X
Hệ trực tọa độ Bw(xw,yw) đật tâm vệt bánh xe được thể hiện như hình

2.3(a). Hướng của bánh xe được đo bởi một hệ trục tọa độ khác , góc lệch giữa phương
trục xwvà xlà góc bánh xe dẫn hướng. Góc lệch giữa phương của vectơ vận tốc và trục X w
là gỏc lệch bên bánh xe và gỏc giữa phương của vectơ vận tốc và trục X Các gốc a,

,

ổ

frong hình 2.3(a) là các gốc dương và cố quan hệ
như sau: a=p-Ô
Trong thực tế khi lốp xe di chuyển thì vectơ vận tốc nằm giữa trục xwvà X được thể hiện
như hình 2.3(b). Do tính đàn hồi của lốp xe nên góc lệch của vectơ vận tốc với trục X nhỏ
hơn góc đánh lái ỏ. Góc đảnh lái ỗ dương nên góc lệch bên bảnh xe