Hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo và lắp ráp dòng xe mini buýt thông dụng 6 - 8 chỗ ngồi mang nhãn hiệu Việt Nam - Phần tính toán ổn định của xe ô tô minibus 6 - 8 chỗ ngồi

BCN VSAE CATD Bé C«ng nghiÖp Héi Kü s− « t« ViÖt Nam Trung t©m ph¸t triÓn c«ng nghÖ « t« =====o0o===== B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc kü thuËt Dù ¸n Hoµn thiÖn thiÕt kÕ, c«ng nghÖ chÕ t¹o vµ l¾p r¸p dßng xe mini buýt th«ng dông 6 ÷ 8 chç ngåi mang nh∙n hiÖu ViÖt Nam M· sè: KC.05.DA.13 _______________________________________________ PhÇn tÝnh to¸n æn ®Þnh cña xe «t« minibus 6-8 chç ngåi PGS.TS. D− Quèc ThÞnh 6091-1 07/9/2006 Hµ Néi, 06-2006 Môc lôc Më ®Çu.................................................................................................................. 1 1. TÝnh æn ®Þnh däc cña «t«.................................................................................. 2 1.1. TÝnh æn ®Þnh däc tÜnh ................................................................................ 2 1.2. TÝnh æn ®Þnh däc ®éng ............................................................................ 5 1.2.1. Tr−êng hîp tæng qu¸t. ........................................................................ 5 1.2.2. Tr−êng hîp xe chuyÓn ®éng lªn dèc víi tèc ®é nhá, kh«ng kÐo moãc vµ chuyÓn ®éng æn ®Þnh. ......................................................... 6 1.2.3. Tr−êng hîp xe chuyÓn ®éng æn ®Þnh víi vËn tèc cao trªn ®−êng n»m ngang. ........................................................................................ 7 2. TÝnh æn ®Þnh ngang cña «t« ............................................................................. 8 2.1. TÝnh æn ®Þnh ®éng ngang cña «t« khi chuyÓn ®éng trªn ®−êng nghiªng ngang. ......................................................................................... 8 2.2. TÝnh æn ®inh ®éng ngang cña «t« khi chuyÓn ®éng quay vßng trªn ®−êng nghiªng ngang. ......................................................................................... 9 2.2.1. Theo ®iÒu kiÖn lËt ®æ........................................................................ 10 2.2.2. Theo ®iÒu kiÖn bÞ tr−ît bªn. ..............................................................11 Phô lôc ............................................................................................................... 14 - 1 - Më ®Çu TÝnh æn ®Þnh cña «t« m¸y kÐo lµ kh¶ n¨ng ®¶m b¶o ®−îc quÜ ®¹o chuyÓn ®éng theo yªu cÇu trong mäi ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng kh¸c nhau. Tuú thuéc vµo ®iÒu kiÖn sö dông, «t« m¸y kÐo cã thÓ ®øng yªn, chuyÓn ®éng trªn ®−êng dèc (®−êng cã gãc nghiªng däc hoÆc nghiªng ngang), cã thÓ quay vßng hoÆc phanh ë c¸c lo¹i ®−êng kh¸c nhau. Trong nh÷ng tr−êng hîp chuyÓn ®éng nh− vËy, «t« m¸y kÐo ph¶i gi÷ ®−îc quÜ ®¹o chuyÓn ®éng cña nã sao kh«ng bÞ lËt ®æ, kh«ng bÞ tr−ît. Môc ®Ých cña viÖc tÝnh to¸n kiÓm tra æn ®Þnh cña «t« nh»m t¨ng tÝnh an toµn chuyÓn ®éng ®Ó n©ng cao vËn tèc chuyÓn ®éng cña xe, nghÜa lµ t¨ng tÝnh kinh tÕ vµ tÝnh æn ®Þnh trong mäi ®iÒu kiÖn lµm viÖc. Th«ng sè kü thuËt xe mini buýt 8 chç ngåi sö dông trong tÝnh to¸n æn ®Þnh Th«ng sè §¬n vÞ Gi¸ trÞ Träng l−îng b¶n th©n Kg 975 Ph©n bè lªn cÇu tr−íc Kg 493 Ph©n bè lªn cÇu sau Kg 482 Träng t¶i cho phÐp ng−êi 08 Träng l−îng toµn bé Kg 1555 Ph©n bè lªn cÇu tr−íc Kg 700 Ph©n bè lªn cÇu sau Kg 855 KÝch th−íc bao (Dµi x Réng x Cao) mm 3635 x 1475 x 1895 ChiÒu dµi c¬ së mm 2350 VÖt b¸nh tr−íc/ sau mm 1280/1290 Cì lèp 155R13.6PR VËn tèc lín nhÊt khi toµn t¶i km/h 105 Gãc dèc lín nhÊt v−ît ®−îc ®é 16 B¸n kÝnh quay vßng nhá nhÊt m 4.5 ChiÒu cao träng t©m mm 700 HÖ sè b¸m däc cña ®−êng 0.7 HÖ sè b¸m ngang cña ®−êng 0.6 - 2 - 1. TÝnh æn ®Þnh däc cña «t« 1.1. TÝnh æn ®Þnh däc tÜnh TÝnh æn ®Þnh däc tÜnh cña «t« lµ kh¶ n¨ng ®¶m b¶o cho xe kh«ng bÞ lËt hoÆc bÞ tr−ît khi ®øng yªn trªn ®−êng dèc däc H×nh 1. S¬ ®å lùc vµ m« men t¸c dông lªn «t« khi ®øng yªn. b. §øng quay ®Çu xuèng dèc. a. §øng quay ®Çu lªn dèc; H×nh 1 tr×nh bµy s¬ ®å lùc vµ m« men t¸c dông lªn «t« khi ®øng lªn dèc. Khi «t« ®øng trªn dèc nghiªng quay ®Çu lªn dèc sÏ chÞu t¸c dông cña c¸c lùc sau: - Träng l−îng cña «t« ®Æt t¹i trong t©m xe lµ G. Do cã gãc dèc α nªn G ®−îc ph©n ra lµm 2 thµnh phÇn Gcosα vµ Gsinα. - Hîp lùc cña c¸c ph¶n lùc th¼ng ®øng cña ®−êng t¸c dông lªn b¸nh xe tr−íc lµ Z1 vµ b¸nh xe sau lµ Z2. Ta cã Z1 + Z2= Gcosα - Do t¸c dông cña thµnh phÇn träng l−îng Gsinα, xe cã thÓ bÞ tr−ît xuèng dèc mÆc dï cã m«men c¶n l¨n c¶n l¹i. TrÞ sè cña m«men c¶n l¨n nhá nªn ph¶i ®Æt phanh ë c¸c b¸nh xe sau. Tr−êng hîp xe ®øng trªn dèc quay ®Çu lªn (h×nh 1a), khi gãc dèc α t¨ng dÇn cho tíi lóc b¸nh xe tr−íc nhÊc khái mÆt ®−êng, lóc ®ã tr−êng hîp lùc Z1 = 0 vµ - 3 - xe bÞ lËt quanh ®iÓm O2 (O2 lµ giao ®iÓm cña ®−êng vµ trôc th¼ng ®øng qua t©m b¸nh xe sau). §Ó x¸c ®Þnh gãc dèc giíi h¹n mµ xe bÞ lËt ®æ khi ®øng quay ®Çu lªn dèc, ta lËp ph−¬ng tr×nh m«men cña tÊt c¶ c¸c lùc ®èi víi ®iÓm O2 råi rót gän víi Z1 = 0 sÏ ®−îc: G.bcosα1 - Ghgsinα1 = 0 (1) gh btg =1α (2) Trong ®ã α1 - gãc dèc giíi h¹n mµ xe bÞ lËt khi ®øng quay ®Çu lªn dèc. Thay sè, ta cã gãc dèc giíi h¹n lËt cña xe khi quay ®Çu lªn dèc α1 = 560. Tr−êng hîp khi xe ®øng trªn dèc quay ®Çu xuèng ta còng lµm t−¬ng tù b»ng c¸ch lÊy m«men ®èi víi ®iÓm O1, thay Z2 = 0 råi rót gän ta ®−îc: gh atg ='1α (3) ë ®©y: α'1 - gãc dèc giíi h¹n mµ xe bÞ lËt ®æ ®øng khi xe quay ®Çu xuèng dèc. Thay sè, ta cã gãc dèc giíi h¹n lËt cña xe khi quay ®Çu xuèng dèc α'1 = 610. CÇn chó ý r»ng trong c¸c ph−¬ng tr×nh trªn ®· bá qua m«men c¶n l¨n nh»m t¨ng tÝnh æn ®Þnh tÜnh cña xe. Qua c¸c biÓu thøc trªn ta thÊy r»ng gèc dèc giíi h¹n lËt ®æ tÜnh chØ phô thuéc vµo to¹ ®é träng t©m cña xe. Sù mÊt æn ®Þnh däc tÜnh cña «t« kh«ng chØ do sù lËt ®æ däc mµ cßn do sù tr−ît trªn dèc do kh«ng ®ñ lùc phanh hoÆc do b¸m kh«ng tèt gi÷a b¸nh xe vµ mÆt ®−êng. Trong tr−êng hîp nµy, ®Ó tr¸nh cho xe khái tr−ît l¨n xuèng dèc, ng−êi ta th−êng bè trÝ phanh ë c¸c b¸nh xe. Khi lùc phanh lín nhÊt ®¹t ®Õn giíi h¹n b¸m, xe cã thÓ bÞ tr−ît xuèng dèc, gãc dèc giíi h¹n khi xe bÞ tr−ît ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: Ppmax = Gsinαt = ϕZ2 (4) Trong ®ã: Ppmax - Lùc phanh lín nhÊt ®Æt ë b¸nh xe sau; ϕ - HÖ sè b¸m däc cña b¸nh xe víi ®−êng; Z2 - Hîp lùc cña c¸c ph¶n lùc th¼ng gãc tõ ®−êng t¸c dông lªn b¸nh xe sau. - 4 - L GhGa Z g αα sincos 2 += Thay gi¸ trÞ cña Z2 vµo (4) råi rót gän, ta sÏ x¸c ®Þnh ®−îc gãc dèc giíi h¹n khi «t« ®øng trªn dèc bÞ tr−ît: g t hL atg ϕϕα −= (5) Thay sè, ta cã gãc dèc giíi h¹n tr−ît cña xe khi quay ®Çu lªn dèc αt = 260. Khi xe ®øng trªn dèc quay ®Çu xuèng, ta còng x¸c ®Þnh ®−îc gãc dèc giíi h¹n khi xe bÞ tr−ît b»ng c¸ch t−¬ng tù nh− khi xe ®øng quay ®Çu lªn dèc: ghL atg t ϕϕα += ' (6) Trong ®ã: αt - gãc dèc giíi h¹n bÞ tr−ît khi xe ®øng trªn dèc quay ®Çu lªn; α't - gãc dèc giíi h¹n bÞ tr−ît khi xe ®øng trªn dèc quay ®Çu xuèng. Thay sè, ta cã gãc dèc giíi h¹n tr−ît cña xe khi quay ®Çu xuèng dèc α't = 17.60. §èi víi «t«, c¬ cÊu phanh ®−îc bè trÝ ë tÊt c¶ c¸c b¸nh xe. Do cã lùc phanh cùc ®¹i Ppmax = ϕ.G.cosα. Còng x¸c ®Þnh t−¬ng tù nh− trªn ta cã ®iÒu kiÖn ®Ó xe ®øng trªn dèc bÞ tr−ît nh− sau: tgαt = tgα't = ϕ (7) §Ó ®¶m b¶o an toµn khi xe ®øng trªn dèc ng−êi ta th−êng ®Ó ®iÒu kiÖn xe bÞ tr−ît tr−íc khi bÞ lËt ®æ, ®iÒu ®ã ®−îc x¸c ®Þnh b»ng biÓu thøc: tgαt <tgαl; (8) gg h b hL a <−ϕ ϕ (9) Hay: gh b<ϕ Qua c¸c tr−êng hîp trªn, ta cã nhËn xÐt r»ng gãc giíi h¹n khi «t« ®øng trªn dèc bÞ tr−ît hoÆc lËt ®æ chØ phô thuéc vµo to¹ ®é träng t©m cña xe vµ chÊt l−îng mÆt ®−êng. - 5 - 1.2. TÝnh æn ®Þnh däc ®éng Khi «t« chuyÓn ®éng trªn ®−êng dèc cã thÓ bÞ mÊt æn ®Þnh (bÞ lËt ®æ hoÆc bÞ tr−ît) d−íi t¸c dông cña c¸c lùc vµ m«men hoÆc bÞ lËt ®æ khi «t« chuyÓn ®éng ë tèc ®é cao trªn ®−êng b»ng. 1.2.1. Tr−êng hîp tæng qu¸t H×nh 2 tr×nh bµy s¬ ®å lùc mµ m«men t¸c dông lªn «t« khi chuyÓn ®éng lªn dèc kh«ng æn ®Þnh, cã kÐo moãc. Hîp lùc cña c¸c ph¶n lùc th¼ng gãc tõ ®−êng t¸c dông lªn c¸c b¸nh xe: ⎪⎪⎩ ⎪⎪⎨ ⎧ +++++= −++−−= L hPhPPGfrbG Z L hPhPPGfrbG Z mmgjb mmgjb )sin()(cos )sin()(cos 1 1 ω ω αα αα Khi t¨ng gãc dèc α ®Õn gi¸ trÞ giíi h¹n th× xe sÏ bÞ lËt ®æ øng víi lóc Z1 = 0, b¸nh xe tr−íc bÞ nhÊc khái mÆt ®−êng. C¸ch lµm t−¬ng tù nh− phÇn æn ®Þnh tÜnh, ta x¸c ®Þnh ®−îc ngay gãc dèc giíi h¹n mµ xe bÞ lËt ®æ khi chuyÓn ®éng lªn dèc hoÆc xuèng dèc. §Ó ®¬n gi¶n ta xÐt tr−êng hîp «t« chuyÓn ®éng æn ®Þnh lªn dèc, kh«ng kÐo moãc. Do ®ã lùc qu¸n tÝnh Pj = 0 vµ Pm = 0 Gãc dèc giíi h¹n khi xe bÞ lËt ®æ (coi cos α ≈1): H×nh 2. S¬ ®å lùc t¸c dông lªn «t« khi chuyÓn ®éng lªn dèc. - 6 - G P h frbtg g b d ωα −−= (10) Thay sè, ta cã gãc dèc giíi h¹n khi xe bÞ lËt ®æ α® = 82.70. 1.2.2. Tr−êng hîp xe chuyÓn ®éng lªn dèc víi tèc ®é nhá, kh«ng kÐo moãc vµ chuyÓn ®éng æn ®Þnh Tr−êng hîp nµy Pj = 0; Pm = 0, Pω ≈ 0 vµ Pf ≈ 0 v× lùc c¶n l¨n nhá cã thÓ bá qua. Do ®ã ta x¸c ®Þnh ®−îc gãc dèc giíi h¹n khi xe chuyÓn ®éng lªn dèc bÞ lËt ®æ: g d h btg =α (11) TÝnh t−¬ng tù ë trªn, ta cã gãc dèc giíi h¹n khi xe lªn dèc bÞ lËt ®æ α1 = 560. Tr−êng hîp xe chuyÓn ®éng xuèng dèc víi vËn tèc nhá, kh«ng kÐo theo moãc, chuyÓn ®éng æn ®Þnh ta còng x¸c ®Þnh ®−îc gãc dèc giíi h¹n mµ xe bÞ lËt ®æ: g d h atg =α (12) TÝnh t−¬ng tù ë trªn, ta cã gãc dèc giíi h¹n khi xe xuèng dèc bÞ lËt ®æ α1 = 610. §Ó tr¸nh cho xe kh«ng bÞ lËt ®æ khi chuyÓn ®éng trªn dèc nghiªng, ta cÇn x¸c ®Þnh ®iÒu kiÖn ®Ó xe tr−ît trªn dèc: khi lùc kÐo ë b¸nh xe chñ ®éng ®¹t ®Õn giíi h¹n b¸m th× xe b¾t ®Çu tr−ît, trÞ sè cña lùc kÐo ®−îc x¸c ®Þnh nh− sau: Pkmax = Pϕ =ϕZ2 = Gsinαϕ; (13) MÆt kh¸c ta cã: L haG ZP g )sincos( . 2 ϕϕ ϕ ααϕϕ +== (14) Rót gän c«ng thøc (13) vµ (14) ta x¸c ®Þnh ®−îc gãc dèc giíi h¹n mµ xe bÞ tr−ît: ghL atg ϕ ϕαϕ −= (15) ë ®©y: Pkmax - lùc kÐo tiÕp tuyÕn lín nhÊt ë b¸nh xe chñ ®éng; Pϕ- lùc b¸m cña b¸nh xe chñ ®éng. ϕ - hÖ sè b¸m däc cña b¸nh xe víi ®−êng. - 7 - §iÒu kiÖn ®Ó ®¶m b¶o cho xe bÞ tr−ît tr−íc khi bÞ lËt ®æ còng ®−îc x¸c ®Þnh t−¬ng tù nh− phÇn æn ®Þnh tÜnh. 1.2.3. Tr−êng hîp xe chuyÓn ®éng æn ®Þnh víi vËn tèc cao trªn ®−êng n»m ngang Trªn h×nh 3 tr×nh bµy s¬ ®å lùc t¸c dông lªn «t« khi chuyÓn ®éng víi vËn tèc cao (bá qua ¶nh h−ëng cña c¶n l¨n). H×nh 3. Lùc t¸c dông lªn «t« khi chuyÓn ®éng ë tèc ®é cao. Trong tr−êng hîp nµy (th−êng lµ xe du lÞch) xe cã kh¶ n¨ng bÞ lËt do lùc c¶n kh«ng khÝ g©y ra khi chuyÓn ®éng víi tèc ®é rÊt lín. Lùc c¶n kh«ng khÝ t¨ng ®Õn trÞ sè giíi h¹n, xe sÏ bÞ lËt qua ®iÓm O2 (O2 lµ giao ®iÓm cña mÆt ph¼ng qua trôc b¸nh xe sau víi ®−êng), lóc ®ã ph¶n lùc Z1 = 0. MÆt kh¸c: L hPfrbG Z gb ω −−= )(1 Ta coi Mf ≈ 0 v× trÞ sè cña nã rÊt nhá so víi Pω, thay trÞ sè Pω = k.F.v2/13 vµ rót gän ta cã vËn tèc nguy hiÓm mµ xe bÞ lËt ®æ: g n hFk Gbv .. 6,3= ; (17) Trong ®ã: v:- vËn tèc cña xe tÝnh theo km/h; vn: - vËn tèc nguy hiÓm khi xe bÞ lËt ®æ. - 8 - Thay sè ta cã vËn tèc nguy hiÓm vn = 557 km/h. KÕt qu¶ cho thÊy xe æn ®Þnh khi ch¹y víi vËn tèc cao trªn ®−êng n»m ngang 2. TÝnh æn ®Þnh ngang cña «t« 2.1. TÝnh æn ®Þnh ®éng ngang cña «t« khi chuyÓn ®éng trªn ®−êng nghiªng ngang. H×nh 4 tr×nh bµy s¬ ®å lùc vµ m«men t¸c dông lªn «t« khi chuyÓn ®éng trªn ®−êng ngang kh«ng moãc. Tr−êng hîp nµy gi¶ thiÕt vÕt cña b¸nh xe tr−íc vµ sau trïng nhau, träng t©m cña xe n»m trong mÆt ph¼ng ®èi xøng däc, lùc vµ m«men t¸c dông lªn «t«-m¸y kÐo gåm: - Träng l−îng cña «t« lµ G ®−îc ph©n ra hai thµnh phÇn theo gãc nghiªng β. - M« men cña c¸c lùc qu¸n tÝnh tiÕp tuyÕn Mjn t¸c dông trong mÆt ph¼ng ngang khi xe chuyÓn ®éng kh«ng æn ®Þnh. - C¸c ph¶n lùc th¼ng gãc tõ ®−êng t¸c dông lªn b¸nh xe bªn tr¸i Z' vµ b¸nh xe bªn ph¶i Z". - β: gãc nghiªng ngang cña ®−êng. - C¸c ph¶n lùc ngang Y' vµ Y". H×nh 4. S¬ ®å lùc t¸c dông lªn «t« khi chuyÓn ®éng trªn ®−êng nghiªng ngang. D−íi t¸c dông cña c¸c lùc vµ m«men, khi gãc β t¨ng dÇn tíi gãc giíi h¹n, xe bÞ lËt quanh ®iÓm A (A lµ giao tuyÕn cña mÆt ph¼ng th¼ng ®øng qua trôc b¸nh xe bªn tr¸i vµ mÆt ®−êng) lóc ®ã Z" = 0, ta cã: - 9 - 0 sincos 2" = −− = C MGhCG Z jndgd ββ ë ®©y coi Mjn ≈ 0 v× trÞ sè cña nã qu¸ nhá cã thÓ bá qua, xe kh«ng kÐo moãc nªn Pm = 0. Ta x¸c ®Þnh ®−îc gãc giíi h¹n lËt ®æ khi xe chuyÓn ®éng trªn ®−êng nghiªng ngang: g d h Ctg 2 =β (18) Trong ®ã: βd - gãc giíi h¹n mµ xe bÞ lËt ®æ. TÝnh t−¬ng tù ë trªn, ta cã gãc dèc giíi h¹n βd = 900. Khi chÊt l−îng b¸m cña b¸nh xe víi ®−êng kÐm, xe còng cã thÓ bÞ tr−ît khi chuyÓn ®éng trªn ®−êng nghiªng ngang. §Ó x¸c ®Þnh gãc giíi h¹n khi xe bÞ tr−ît, ta lËp ph−¬ng tr×nh h×nh chiÕu c¸c lùc lªn mÆt ph¼ng song song víi mÆt ®−êng: Gsinβϕ = Y' + Y" = ϕy(Z'+Z") = ϕyGcosβϕ; (19) Trong ®ã: βϕ - gãc dèc giíi h¹n mµ «t« bÞ tr−ît. ϕy - hÖ sè b¸m ngang gi÷a b¸nh xe vµ ®−êng. Thay sè, ta cã gãc dèc giíi h¹n khi xe bÞ tr−ît ngang βϕ = 310. Rót gän c«ng thøc (19) ta ®−îc: tgβϕ = ϕy (20) §iÒu kiÖn ®Ó xe tr−ît khi bÞ lËt khi chuyÓn ®éng trªn ®−êng nghiªng ngang: tgβϕ < tgβ® hay g y h C 2 <ϕ (21) Khi «t« ®øng yªn trªn ®−êng nghiªng ngang, ta còng x¸c ®Þnh ®−îc gãc nghiªng giíi h¹n mµ t¹i ®ã xe bÞ lËt ®æ hoÆc bÞ tr−ît. ë tr−êng hîp nµy, «t« chØ chÞu t¸c dông cña träng l−îng. Ph−¬ng ph¸p x¸c ®Þnh còng t−¬ng tù nh− phÇn trªn, ta cã ngay gãc giíi h¹n mµ xe bÞ lËt ®æ: g t h Ctg 2 =β (22) Còng t−¬ng tù ta cã gãc giíi h¹n mµ xe bÞ tr−ît vµ ®iÒu kiÖn ®Ó xe tr−ît khi lËt ®æ nh− sau: - 10 - tgβϕ < tgβt hay g y h C 2 <ϕ (23) 2.2. TÝnh æn ®inh ®éng ngang cña «t« khi chuyÓn ®éng quay vßng trªn ®−êng nghiªng ngang H×nh 5 tr×nh bµy s¬ ®å lùc vµ m«men t¸c dông lªn «t« khi chuyÓn ®éng quay vßng trªn ®−êng nghiªng ngang. 2.2.1. Theo ®iÒu kiÖn lËt ®æ Khi xe quay vßng ta xem nh− xe ®ang chuyÓn ®éng quanh s−ên ®åi, ngoµi c¸c lùc ®· tr×nh bµy ë phÇn trªn, xe cßn chÞu t¸c dông cña c¸c lùc ly t©m Pl ®Æt t¹i träng t©m xe (trôc quay lµ YY) vµ lùc kÐo ë mãc kÐo Pm. Tr−êng hîp nµy coi ph−¬ng cña lùc Pm t¸c dông theo ph−¬ng n»m ngang. C¸c lùc Pl vµ Pm ®Òu ph©n ra hai thµnh phÇn do gãc nghiªng ngang β. Khi gãc β t¨ng dÇn, ®ång thêi d−íi t¸c dông cña lùc Pb xe sÏ bÞ lËt ®æ xung quanh mÆt ph¼ng ®i qua O1 (lµ giao tuyÕn gi÷a mÆt ®−êng vµ mÆt ph¼ng gãc qua trôc b¸nh xe bªn ph¶i) øng víi vËn tèc giíi h¹n vµ hîp lùc Z" = 0. Sö dông c«ng thøc x¸c ®Þnh c¸c ph¶n lùc Z" ®· tr×nh bµy ë trªn, mÆt kh¸c ta thay trÞ sè cña lùc ly t©m R v g GP nl 2 = vµo c«ng thøc råi rót gän ta cã: H×nh 5. S¬ ®å lùc vµ m«men t¸c dông lªn «t« khi chuyÓn ®éng quay vßng trªn ®−êng nghiªng ngang. - 11 - )βsin 2 βcos( )βsin-βcos 2 ( 2 ddg dgd n ChG gRhCG v + = ; Rót gän ta cã: ddg dgd n Ch hCgR v βsin 2 βcos )βsin-βcos 2 ( + = Hay d g d g n tg h C tg h CgR v β 2 1 )β 2 ( + − = Trong ®ã: β® - gãc dèc giíi h¹n khi xe quay vßng bÞ lËt ®æ; R - b¸n kÝnh quanh vßng cña xe; v - vËn tèc chuyÓn ®éng quay vßng, m/s; vn - vËn tèc giíi h¹n (hay vËn tèc nguy hiÓm); g - gia tèc träng tr−êng. NÕu h−íng nghiªng cña ®−êng cïng phÝa víi trôc quay vßng th× vËn tèc nguy hiÓm khi xe lËt ®æ lµ: d g d g n tg h C tg h CgR v β 2 1 )β 2 ( − + = (26) 2.2.2. Theo ®iÒu kiÖn bÞ tr−ît bªn Khi quay vßng trªn ®−êng nghiªng ngang, xe cã thÓ bÞ tr−ît bªn d−íi t¸c dông cña thµnh phÇn lùc Gsinβ vµ Plcosβ do ®iÒu kiÖn b¸m ngang cña b¸nh xe vµ ®−êng kh«ng ®¶m b¶o. §Ó x¸c ®Þnh vËn tèc giíi h¹n khi xe bÞ tr−ît bªn ta còng lµm t−¬ng tù nh− phÇn trªn b»ng c¸ch sö dông ph−¬ng tr×nh h×nh chiÕu vµ rót gän ta ®−îc: Plcosβϕ + Gsinβϕ = Y' + Y" = ϕy (Z' + Z'') = ϕy (Gcosβϕ - Plsinβϕ) Thay trÞ sè cña Pl vµ rót gän ta x¸c ®Þnh ®−îc vËn tèc tíi h¹n khi xe bÞ tr−ît bªn: - 12 - ϕϕ ϕϕ ϕ ϕ ϕ βsinβcos )sinβ-cosβ( y ygRv += (27) Hay: ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ tgβ1 )tgβ-( y ygRv += NÕu h−íng nghiªng cña ®−êng cïng phÝa víi trôc quay vßng th× vËn tèc tíi h¹n khi xe bÞ tr−ît bªn ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ tgβ1 )tgβ( y ygRv − += (28) Thay sè, ta cã vϕ = 32 km/h Tr−êng hîp xe quay vßng trªn ®−êng n»m ngang th× vËn tèc tíi h¹n ®Ó xe bÞ tr−ît bªn: ygRv ϕϕ = (29) Trong ®ã: βϕ - Gãc tíi h¹n cña ®−êng øng víi vËn tèc tíi h¹n; ϕy- HÖ sè b¸m ngang cña ®−êng vµ b¸nh xe. Thay sè, ta cã vϕ = 18 km/h Qua c¸c c«ng thøc ®−îc tr×nh bµy ë trªn, cã thÓ nhËn xÐt r»ng gãc dèc giíi h¹n vµ vËn tèc nguy hiÓm mµ t¹i ®ã « t« - m¸y kÐo bÞ lËt ®æ hoÆc bÞ tr−ît bªn khi chuyÓn ®éng trªn ®−êng nghiªng ngang phô thuéc vµo to¹ ®é träng t©m, b¸n kÝnh quay vßng vµ hÖ sè b¸m ngang cña b¸nh xe víi ®−êng. Ngoµi ra, khi xe chuyÓn ®éng cßn bÞ mÊt æ ®Þnh ngang do ¶nh h−ëng cña c¸c yÕu tè kh¸c nh− lùc giã ngang, do ®−êng mÊp m« vµ do phanh trªn ®−êng ... §Ó nghiªn cøu tr−êng hîp b¸nh xe chñ ®éng b¨n chÞu lùc giã ngang Py, sö dông s¬ ®å h×nh VII-7. B¸nh xe l¨n sÏ chÞu t¸c dông cña c¸c l¹c vµ m«men: Mk, Gb, Px, Py vµ c¸c ph¶n lùc Z, Y. Theo s¬ ®å h×nh VII-7: R lµ lùc cña lùc kÐo tiÕp tuyÕn Pk vµ lùc ngang Y (ph¶n lùc ngang Y do lùc ngang Pyt¸c dông). Hîp lùc R cã ®iÓm ®Æt lµ ®iÓm tiÕp xóc gi÷a b¸nh xe vµ ®−êng qua trôc b¸nh xe vµ ®−îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: 22 YPR k += (30) - 13 - Theo ®iÒu kiÖn b¸m R = Rmax = ϕ.Gb vµ ph¶n lùc ngang còng ®¹t gi¸ trÞ cña cùc ®¹i Y = Ymax. Thay gi¸ trÞ cña Rmax vµ Ymax vµo (30) ta cã: ( ) 2222maxmax kbk PGPRY −=−= ϕ (31) Theo c«ng thøc (VII-31) ta thÊy lùc kÐo Pk cµng lín th× Y cµng nhá. Khi lùc kÐo Pk hoÆc lùc phanh Pp ®¹t ®Õn giíi h¹n lùc b¸m th× Ymax = 0. Do ®ã chØ cÇn mét lùc ngang rÊt nhá t¸c dông lªn b¸nh xe th× nã b¾t ®Çu tr−ît. Sù tr−ît nµy sÏ dÉn ®Õn hiÖn t−îng quay vßng thiÕu (khi b¸nh xe tr−íc x¶y ra sù tr−ît) hoÆc quay vßng thõa (khi b¸nh xe sau bÞ tr−ît). HiÖn t−îng quay vßng thõa rÊt nguy hiÓm trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng cña xe khi cã lùc ngang t¸c dông. Trªn ®©y lµ nh÷ng kÕt qu¶ tÝnh to¸n kh¶o s¸t tÝnh æn ®Þnh cña xe minibus trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng. C¸c kÕt qu¶ tÝnh to¸n kh¶o s¸t cho thÊy trong c¸c ®iÒu kiÖn chuyÓn ®éng th«ng th−êng, xe minibus ®¶m b¶o æn ®Þnh cao trong qu¸ tr×nh chuyÓn ®éng. - 14 - Phu lôc: Ch−¬ng tr×nh tÝnh to¸n æn ®Þnh «t« sö dông phÇn mÒm Matlab G = 1555; G1 = 700; G2 = 855; L = 2.350; a = G2*L/G; b = G1*L/G; hg = 0.7; phi = 0.7; f = 0.02; rb = (155+13.5*25.4)/1000; vmax = 105; k = 0.035; B = 1.475; H = 1.895; F = H*B; g =9.81; Pw = k*F*vmax^2/13; alphal1 = atan(b/hg); alphal2 = atan(a/hg); alphat1 = atan(phi*a/(L-phi*hg)); alphat2 = atan(phi*a/(L+phi*hg)); alphad = (b-f*rb)/hg-Pw/G; vn = 3.6*sqrt(G*b/(k*F*hg)); % Tinh on dinh ngang C = 1280; phiy = 0.6; R = 4.5; betad = atan(C/2/hg); betaphi = atan(phiy); vng1 = sqrt(g*R*(C/2/hg-tan(betad))/(1+C*tan(betad)/2/hg)); vng2 = sqrt(g*R*(C/2/hg+tan(betad))/(1-C*tan(betad)/2/hg)); vphi1 = sqrt(g*R*(phiy-tan(betaphi))/(1+phiy*tan(betaphi))); vphi2 = sqrt(g*R*(phiy+tan(betaphi))/(1-phiy*tan(betaphi))); vphi3 = sqrt(g*R*phiy);