Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của lực khí động đến sự ổn định hướng chuyển động của xe khách cỡ lớn

Tên luận án:

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

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Xe khách cỡ lớn hiện đang được sử dụng phổ biến tại Việt Nam, tuy nhiên, chúng dễ bị mất ổn định khi đi qua vùng gió ngang do kích thước và tải trọng lớn, gây nguy hiểm cho bản thân xe và các phương tiện khác. Vì vậy, nghiên cứu ảnh hưởng của lực khí động đến sự ổn định chuyển động của xe khách cỡ lớn là rất cần thiết, đặc biệt khi vận tốc chuyển động ngày càng cao, nhằm cung cấp tín hiệu cảnh báo cho người lái hoặc làm đầu vào cho các hệ thống điều khiển ổn định.

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu, tính toán các lực và mô men khí động tác động lên xe khách cỡ lớn khi chuyển động, đồng thời đánh giá ảnh hưởng của chúng đến sự ổn định hướng chuyển động của xe. Để đạt được mục tiêu này, luận án kết hợp nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng số và thực nghiệm. Phương pháp mô phỏng khí động học bằng phần mềm chuyên dụng (Fluent) được sử dụng để xác định các lực cản, lực ngang, lực nâng và mô men khí động trong điều kiện gió xiên ổn định. Các hệ số khí động được nội suy bằng hàm đa thức bậc 4.

Mô hình động lực học 14 bậc tự do (bao gồm 6 bậc tự do cho thân xe) được xây dựng để mô tả chuyển động của xe khách cỡ lớn trong điều kiện gió ngang. Hệ phương trình vi phân được giải bằng phương pháp số (Matlab Simulink) để khảo sát các thông số ổn định hướng như độ lệch bên, gia tốc bên và vận tốc góc xoay thân xe. Thí nghiệm trong ống khí động với mô hình xe khách thu nhỏ tỷ lệ 1/40 đã được tiến hành để kiểm chứng kết quả mô phỏng về lực cản và lực ngang khí động.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng các lực và mô men khí động được tính toán là thông số quan trọng để đánh giá ổn định. Cụ thể, khi xe chạy 120 km/h và gió ngang 100 km/h trên đường thẳng, phẳng, sau 5 giây, độ lệch bên là 8,36 m và vận tốc góc xoay thân xe là 1,23 độ/s, được đánh giá là ổn định theo tiêu chuẩn Baker. Sai lệch giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm dưới 10%, khẳng định độ tin cậy của phương pháp mô phỏng.

Luận án còn hạn chế khi chỉ xét gió ổn định và chuyển động thẳng đều, không có tác động từ người lái. Hướng nghiên cứu tiếp theo đề xuất mở rộng sang gió bất ổn định và các trường hợp vận hành phức tạp hơn như phanh, tăng tốc, đường dốc, có tác động từ người lái.

Mục lục chi tiết:

• 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
    • 1.1.2. An toàn trong chuyển động đối với xe khách cỡ lớn
    • 1.1.3 Khí động học ô tô
  • 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
    • 1.2.2 Những nghiên cứu trên thế giới về ổn định do lực khí động
      • 1.2.2.1 Nghiên cứu lý thuyết
      • 1.2.2.2 Nghiên cứu thực nghiệm
    • 1.2.3 Những nghiên cứu trong nước
  • 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
    • 1.3.2 Lựa chọn thông số đánh giá ổn định do lực khí động
    • 1.3.3 Lựa chọn phương pháp nghiên cứu ổn định gió ngang
  • 1.4 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
    • 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu
    • 1.4.2 Đối tượng nghiên cứu
    • 1.4.3 Phương pháp nghiên cứu
    • 1.4.4 Phạm vi nghiên cứu
    • 1.4.5 Bố cục luận án
  • 1.5. Kết luận chương 1

• 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
  • 2.2. Mô phỏng khí động học bằng phần mềm Fluent
  • 2.2.6. Kết quả mô phỏng trường vận tốc, áp suất
  • 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
      • 2.3.1.1 Lực ngang khí động
      • 2.3.1.3 Lực nâng khí động
    • 2.3.2. Xác định các hệ số khí động
      • 2.3.3.1. Hệ số lực khí động
      • 2.3.3.2. Hệ số mô men khí động
  • 2.4 Kết luận chương 2

• 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
    • 3.1.1. Phân tích cấu trúc xe khách cỡ lớn và các giả thiết
    • 3.1.3 Hệ phương trình vi phân tổng quát
  • 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
      • 3.2.4.2. Gia tốc bên
      • 3.2.4.3. Góc xoay thân xe
    • 3.2.3 Đánh giá ổn định khi xe sẽ di chuyển qua vùng gió ngang
      • 3.2.3.1 Độ lệch bên
      • 3.2.3.2 Gia tốc bên
      • 3.2.3.3 Vận tốc góc xoay thân xe
  • 3.3. Kết luận chương 3

• CHƯƠNG 4. THÍ NGHIỆM KHÍ ĐỘNG HỌC

  • 4.1. Mục tiêu thí nghiệm
  • 4.2. Các thông số đo
  • 4.3. Thiết bị thí nghiệm
    • 4.3.1. Sơ đồ ống khí động
    • 4.3.6. Cân khí động
  • 4.4. Mẫu thí nghiệm
  • 4.5. Thí nghiệm trong ống khí động
    • 4.5.1 Mô tả thí nghiệm
    • 4.5.2 Các chế độ thử và quy trình thí nghiệm
  • 4.7. Đánh giá kết quả thí nghiệm và mô phỏng
    • 4.7.1 Đánh giá kết quả lực cản khí động (Fxka) bằng thí nghiệm và mô phỏng
    • 4.7.2 Đánh giá kết quả lực ngang khí động (Fykd) bằng thí nghiệm và mô phỏng
  • 4.8. Kết luận chương 4

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ