Tài liệu Nghiên cứu ổn định của xe thiết giáp btr 152 trong công tác cứu hộ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- NGUYỄN XUÂN LIM NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA XE THIẾT GIÁP BTR-152 TRONG CÔNG TÁC CỨU HỘ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực Đà Nẵng, năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------------------- NGUYỄN XUÂN LIM NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA XE THIẾT GIÁP BTR-152 TRONG CÔNG TÁC CỨU HỘ Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số : 60.52.01.16 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Phan Minh Đức Đà Nẵng, năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Xuân Lim ii MỤC LỤC Trang Bản cam đoan ......................................................................................................... i Mục lục .................................................................................................................. ii Tóm tắt luận văn ................................................................................................... iv Danh mục các ký hiệu, viết tắt .............................................................................. v Danh mục bảng .................................................................................................... vii Danh mục hình vẽ............................................................................................... viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1 Chương 1 – TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................................ 3 1.1. Ổn định của xe Thiết giáp BTR-152 khi vận hành ............................................. 3 1.1.1. Những vấn đề chung................................................................................. 3 1.1.2. Ổn định của xe .......................................................................................... 4 1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định của xe khi vận hành ...................... 6 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.......................................................... 9 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ........................................................... 9 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ......................................................... 10 1.3. Mục tiêu, nội dung, phương pháp và phạm vi nghiên cứu ............................... 10 1.3.1. Mục tiêu ................................................................................................... 10 1.3.2. Nội dung nghiên cứu .............................................................................. 10 1.3.3. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 11 1.3.4. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................ 11 Chương 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA XE THIẾT GIÁP BTR-152 KHI VẬN HÀNH ............................................................................. 12 2.1. Giới thiệu chung về xe thiết giáp BTR-152 ........................................................ 12 2.2. Xây dựng mô hình vật lý...................................................................................... 15 2.2.1. Phương pháp thiết lập ............................................................................ 15 2.2.2. Xây dựng mô hình vật lý ........................................................................ 16 2.3. Xây dựng mô hình toán học ................................................................................ 18 2.3.1. Phương pháp thiết lập ............................................................................ 18 2.3.2. Thiết lập phương trình vi phân của hệ ................................................. 19 2.3.3. Xác định các thành phần lực ................................................................. 22 2.3.4. Mô hình toán học khảo sát ổn định của xe khi vận hành ................... 24 2.3.5. Chỉ số lật .................................................................................................. 24 iii Chương 3 – MÔ PHỎNG ỔN ĐỊNH CỦA XE THIẾT GIÁP BTR-152 BẰNG PHẦN MỀM MATLAB – SIMULINK .....................................................................26 3.1. Các thông số kỹ thuật đầu vào ............................................................................26 3.2. Các trường hợp khảo sát .....................................................................................27 3.3. Mô hình khảo sát ổn định của xe bằng Matlab-Simulink ................................ 28 3.3.1. Chọn phương pháp .................................................................................28 3.3.2. Giải bài toán bằng phần mềm Matlab-Simulink .................................29 3.4. Thông số đầu vào và xây dựng chương trình tính toán đối với các trường hợp khảo sát. ........................................................................................................................ 32 3.4.1. Trường hợp 1: Ảnh hưởng của khối lượng phần treo ........................ 32 3.4.2. Trường hợp 2: Ảnh hưởng của góc nghiêng mặt đường ....................34 3.4.3. Trường hợp 3: Ảnh hưởng của cấp gió bão .........................................35 3.4.4. Trường hợp 4: Ảnh hưởng của vận tốc quay vòng ............................. 37 Chương 4 – KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ...................................................................39 4.1. Kết quả khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến chỉ số lật ngang ........................... 39 4.1.1. Ảnh hưởng của khối lượng phần treo ...................................................39 4.1.2. Ảnh hưởng của góc nghiêng mặt đường...............................................40 4.1.3. Ảnh hưởng của cấp gió bão ...................................................................42 4.1.4. Ảnh hưởng của vận tốc quay vòng ........................................................ 43 4.2. Các thông số tới hạn ............................................................................................. 44 4.3. Các giải pháp nhằm nâng cao ổn định quay vòng hiện nay ............................. 44 4.3.1. Hệ thống cảnh báo sai lệch đường .......................................................45 4.3.2. Hệ thống giữ làn đường.........................................................................45 4.3.3. Hệ thống kiểm soát độ bám đường: Traction control ......................... 45 4.3.4. Hệ thống kiểm soát lực kéo ASR ........................................................... 46 4.3.5. Hệ thống điều khiển ổn định động học DSC ........................................48 4.3.6. Hoạt động điều chỉnh khi xe quá lái hoặc thiếu lái ............................. 48 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .............................................................................50 1. Kết luận ....................................................................................................................50 2. Khuyến nghị .............................................................................................................50 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................51 PHỤ LỤC .....................................................................................................................53 iv TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH CỦA XE THIẾT GIÁP BTR-152 TRONG CÔNG TÁC CỨU HỘ Học viên : Nguyễn Xuân Lim; Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số : 60.52.01.16; Khóa:30; Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt: Xe Thiết giáp BTR-152 là loại xe bọc thép bánh lốp phục vụ trong công tác chiến đấu và sẵn sàng chiến đấu. Những năm gần đây do tình hình thời tiết, thiên tai diễn biến phức tạp nên dòng xe này được bổ sung nhiệm vụ sử dụng trong công tác phòng chống thiên tai, bão lụt, thường xuyên đi trên đường giao thông công cộng, nên việc bảo đảm an toàn, tránh tai nạn giao thông là vấn đề vô cùng quan trọng. Để hạn chế tai nạn giao thông, nâng cao khả năng an toàn chuyển động của xe, nên việc nghiên cứu ổn định của xe Thiết giáp BTR-152 khi sử dụng trong công tác cứu hộ trong điều kiện vận hành mới, thay đổi là cần thiết. Luận văn: “Nghiên cứu ổn định của xe thiết giáp BTR-152 trong công tác cứu hộ” tập trung nghiên cứu tổng quan sự ổn của xe khi vận hành sử dụng trong công tác cứu hộ, xây dựng mô hình nghiên cứu tính toán ổn định của xe, từ đó nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố và xác định các giá trị giới hạn. Từ khoá - Ổn định BTR-152; cứu hộ cứu nạn; Ổn định xe thiết giáp; xe thiết giáp cứu hộ cứu nạn; cứu hộ cứu nạn trong gió bão. Summary: BTR-152 Armored Vehicle is an armored vehicle for combats duty and combat readiness. In recent years, due to the complicated weather and natural disasters, this line of motorcycles has been supplemented with the task of using natural disaster prevention and flood and often on public roads. Ensuring safety and avoiding traffic accidents is a very important issue. In order to reduce traffic accidents and improve vehicle safety, the stability study of BTR-152 armored vehicles when used in rescue work under new operating conditions, necessary. Thesis: "Stability study of BTR-152 armored vehicles in rescue work" focuses on study of vehicle stability in use for rescue work, The stability of the car, from which to study the influence of a number of factors and determine the limit values. Key words - Stability BTR-152; Rescue and rescue; Stable armored vehicles; Rescue armor; Rescue and rescue in the wind. v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích 2b0 Chiều rộng profile của lốp 2b1 Khoảng cách trung bình giữa hai vệt bánh xe phải và trái 2b2 Khoảng cách giữa điểm đặt của hệ thống treo hai bên thân xe C1 Độ cứng của lốp C2 Độ cứng của hệ thống treo G Trọng lượng ô tô g Gia tốc trọng trường h2 Độ cao trọng tâm phần được treo so với mặt đường h1 Độ cao trọng tâm phần không được treo so với mặt đường hg Độ cao trọng tâm ô tô so với mặt đường J1 Mô men quán tính khối lượng của phần không treo với tâm lắc J2 Mô men quán tính khối lượng của phần được treo với tâm lắc K2 Hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo m1 Khối lượng phần không treo m2 Khối lượng phần treo P1 Lực ngang tác dụng lên khối lượng không treo P2 Lực ngang tác dụng lên khối lượng treo RT Phản lực thẳng đứng từ đường tác dụng lên bánh xe bên trái RP Phản lực thẳng đứng từ đường tác dụng lên bánh xe bên phải Rqv Bán kính quay vòng RI Chỉ số lật ngang Y’ Lực bám ngang từ đường tác dụng lên bánh xe bên trái Y” Lực bám ngang từ đường tác dụng lên bánh xe bên phải v Vận tốc chuyển động thẳng của ô tô β Góc nghiêng ngang của đường γ1 Góc hợp bởi lực ngang tác dụng lên khối lượng không treo với phương ngang của mặt đường vi Ký hiệu γ2 Giải thích Góc hợp bởi lực ngang tác dụng lên khối lượng treo với phương ngang của mặt đường φn Hệ số bám ngang của bánh xe với đường ψ1 Góc lắc của khối lượng không được treo ψ2 Góc lắc của khối lượng được treo Ω Góc quay vành tay lái vii DANH MỤC BẢNG Số hiệu bảng 3.1 Tên bảng Thông số xe thiết giáp BTR-152 Trang 26 3.2 Các thông số tính toán khảo sát ảnh hưởng của khối lượng treo 32 3.3 Các thông số tính toán khi khảo sát ảnh hưởng của góc nghiêng ngang mặt đường 34 3.4 Các thông số tính toán khi khảo sát ảnh hưởng của cấp gió bão 35 3.5 Các thông số tính toán khi khảo sát ảnh hưởng của vận tốc quay vòng 37 4.1 Giá trị giới hạn lật ngang của xe thiết giáp BTR-152 44 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ hình vẽ Trang 1.1 Mô hình ô tô quay vòng trên đường nghiêng ngang 7 2.1 Hình ảnh xe thiết giáp BTR-152 12 2.2 Khoang động lực (Nhìn từ trên xuống) 13 2.3 Khoang điều khiển và khoang chiến đấu 14 2.4 Các cơ cấu ở khoang điều khiển 14 2.5 Bảng đồng hồ lái xe 15 2.6 Mô hình khảo sát dao động ô tô 17 2.7 Sơ đồ các lực tác dụng lên khối lượng được treo 20 2.8 Sơ đồ các lực tác dụng lên khối lượng không được treo 21 2.9 Sơ đồ xác định chuyển dịch tương đối 22 3.1 Mô đun tính z2 29 3.2 Mô đun tính z1 30 3.3 Mô đun tính ψ2 30 3.4 Mô đun tính ψ1 31 3.5 Mô đun tính RI 31 3.6 Khối lấy các giá trị đầu ra 32 4.1 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của khối lượng treo với chỉ số lật ngang 39 4.2 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của khối lượng treo với góc lắc thân xe 40 4.3 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của góc nghiêng ngang mặt đường với chỉ số lật ngang 40 4.4 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của góc nghiêng ngang mặt đường với góc lắc thân xe 41 4.5 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của cấp gió bão với chỉ số lật ngang 42 4.6 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của cấp gió bão với góc lắc thân xe 42 4.7 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của vận tốc quay vòng với chỉ số lật ngang 43 ix Số hiệu Tên hình vẽ Trang 4.8 Đồ thị thể hiện ảnh hưởng của vận tốc quay vòng với góc lắc thân xe 43 4.9 Hệ thống kiểm soát lực kéo chống trơn trượt 47 hình vẽ 1 MỞ ĐẦU Ô tô là một trong những phương tiện giao thông phổ biến trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Đi kèm với điều đó là tai nạn giao thông có liên quan đến ô tô cả về số lượng và mức độ nghiêm trọng luôn ở mức cao. Tai nạn ô tô có thể là những tai nạn do người điều khiển (mất tập trung, say rượu bia…), do lỗi kĩ thuật của xe (hư hỏng hệ thống phanh, mất lái, nổ lốp…) hoặc do điều kiện môi trường, chất lượng đường; dẫn đến ô tô mất điều khiển, mất ổn định chuyển động dẫn đến trượt, lật, va chạm gây ra tai nạn. Trong số đó, hiện tượng mất ổn định là một trong những nguyên nhân hàng đầu dẫn đến thương vong cho người lái và hành khách trên xe. Theo thống kê của Bộ Giao thông Mỹ thì mất ổn định của xe là loại tai nạn đặc biệt nghiêm trọng, gây ra tỷ lệ thương vong lớn hơn tất cả các loại tai nạn khác. Tai nạn mất ổn định chỉ chiếm 2,1% tổng số vụ tai nạn nhưng gây ra cái chết cho 35% tổng số người chết do tai nạn giao thông. Đối với xe thiết giáp BTR-152 là loại xe bọc thép bánh lốp. Hầu hết các xe này được sản xuất từ những thập kỷ 50-60 nhằm phục vụ cho công tác chiến đấu và sẵn sàng chiến đấu. Những năm gần đây do tình hình thời tiết, thiên tai diễn biến phức tạp nên dòng xe này được bổ sung nhiệm vụ sử dụng trong công tác phòng chống thiên tai, bão lụt, thường xuyên đi trên đường giao thông công cộng, nên việc bảo đảm an toàn, tránh tai nạn giao thông là vấn đề vô cùng quan trọng. Để hạn chế tai nạn giao thông, nâng cao khả năng an toàn chuyển động của xe, nên việc nghiên cứu ổn định của xe Thiết giáp BTR-152 khi sử dụng trong công tác cứu hộ trong điều kiện vận hành mới, thay đổi là cần thiết. Khi xem xét ổn định của xe chủ yếu xem xét theo chuyển động theo quỹ đạo tròn (chuyển động thẳng chỉ là một trường hợp riêng khi bán kính quay vòng vô cùng lớn). Các trường hợp lật ngang điển hình là: ô tô duy trì tốc độ cao khi đi vào các cung đường có khúc cua gấp, tránh chướng ngại vật, vượt cùng chiều đi trên đường, ô tô đi trên đường nghiêng ngang..v.v… Do đó, ổn định ngang khi ô tô chuyển động quay vòng cần được nghiên cứu: ô tô sẽ trượt ngang, lật ngang khi đạt tới tốc độ giới hạn nào? Từ giá trị vận tốc tới hạn đó xác định góc lắc thân xe lớn nhất, bán kính quay vòng lớn nhất mà ở đó chưa xảy ra sự mất ổn định ngang? Yếu tố về đường có ảnh hưởng như thế nào? 2 Đáp ứng nhu cầu trên, luận văn đưa ra mục tiêu “Nghiên cứu ổn định của xe Thiết giáp BTR-152 trong công tác cứu hộ”. Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn sẽ nghiên cứu tổng quan về ổn định của xe khi vận hành, xây dựng mô hình nghiên cứu tính toán ổn định của xe, từ đó nghiên cứu sự ảnh hưởng của một số yếu tố, xác định các giá trị giới hạn. 3 Chương 1 – TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Nghiên cứu ổn định của ô tô là nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng, và đề ra những giải pháp phù hợp giúp nâng cao an toàn chuyển động của ô tô. Nội dung chương này sẽ đề cập đến tổng quan về ổn định của ô tô khi vận hành. Đồng thời giới thiệu tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. Từ đó đề ra mục tiêu, nội dung, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của luận văn. 1.1. Ổn định của xe Thiết giáp BTR-152 khi vận hành Sự mất ổn định của ô tô gồm hai vấn đề: trượt ngang và lật ngang. 1.1.1. Những vấn đề chung Ổn định của ô tô được đánh giá bằng khả năng không bị trượt ngang hoặc lật ngang, khung xe không bị phá hủy. Khi ô tô chuyển động trên đường, ở các vị trí khung xe có liên kết với hệ thống treo có dịch chuyển khác nhau. Sự khác biệt lớn giữa chuyển dịch của hai bên khung xe sẽ dẫn đến hiện tượng xoắn, thậm chí gãy khung xe. Mất ổn định thường xảy ra khi có lực ngang lớn tác dụng. Thời điểm bắt đầu xảy ra trượt ngang ở các bánh xe là khi lực bám ngang của bánh xe đó cân bằng với lực ngang tác dụng. Sự trượt ngang có thể xảy ra đồng thời ở tất cả các bánh xe hoặc trước tiên xảy ra ở các bánh xe của một cầu nào đó, sau đó mới dẫn đến sự trượt ngang của các bánh xe cầu khác. Trong thực tế, hiện tượng trượt ngang của bánh xe các cầu là không đồng thời. Bánh xe cầu chủ động dễ bị trượt ngang hơn cầu bị động vì trên các bánh xe cầu chủ động còn có các phản lực tiếp tuyến mà sự tác dụng của chúng làm giảm khả năng bám của bánh xe với đường. Ô tô bị lật ngang khi véc tơ tổng hợp lực tác dụng lên ô tô có phương nằm ngoài mặt chân đế. Sự lật ngang có thể xảy ra qua điểm tiếp xúc của các bánh xe bên phải (hoặc bên trái) với mặt đường. Ở thời điểm ô tô bắt đầu bị lật ngang, phản lực của đường tác dụng lên các bánh xe cùng bên (phải hoặc trái) sẽ bằng không. Mất ổn định có thể xảy ra khi ô tô chuyển động trên đường nghiêng ngang. Khi đó, thành phần song song với mặt đường của trọng lượng ô tô đóng vai trò lực ngang. Giá trị của thành phần này phụ thuộc góc nghiêng ngang của đường. Khi ô tô chuyển động trên đường bằng, nếu quay vòng gấp với vận tốc lớn cũng có khả năng xảy ra mất ổn định ngang. Khi đó lực ly tâm đóng vai trò lực ngang. Giá trị của lực ly tâm phụ thuộc vào vận tốc và bán kính quay vòng của ô tô. Khi giá trị của lực ngang tác dụng lên ô tô đủ lớn thì ô tô xảy ra sự mất ổn định ngang. Như vậy, ô tô có thể mất ổn định ngang khi chuyển động quay vòng với vận tốc lớn, thậm chí ngay cả khi đi thẳng nếu chuyển động trên đường nghiêng ngang. 4 Khi ô tô chuyển động trên đường, người lái điều khiển hướng chuyển động và tốc độ chuyển động của ô tô. Bằng cách thay đổi góc quay vành tay lái Ω, thông qua dẫn động của hệ thống lái, người lái thay đổi được góc quay của các bánh xe dẫn hướng, qua đó điều khiển ô tô chuyển động thẳng hoặc quay vòng theo phương hướng mong muốn và đồng thời thay đổi bán kính quay vòng của ô tô. Để thay đổi vận tốc chuyển động, người lái tác động trực tiếp vào các hệ thống của ô tô như chân ga để tăng giảm công suất động cơ, tác động vào hệ thống truyền lực bằng cách chuyển các tay số khác nhau hoặc điều khiển hệ thống phanh. Vận tốc chuyển động của ô tô và bán kính quay vòng có quan hệ với giá trị của lực ly tâm, là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến ổn định ngang của ô tô khi chuyển động. Do đó, yếu tố người lái có vai trò rất lớn đến an toàn chuyển động của ô tô. 1.1.2. Ổn định của xe Nghiên cứu ổn định của ô tô trong mối quan hệ giữa ba yếu tố chính: Đường – Xe – Người. Ở mục 1.1.1, yếu tố người lái đã được phân tích rõ cho thấy vai trò quan trọng đối với ổn định ngang của ô tô. Nội dung của mục này sẽ tìm hiểu về các yếu tố cụ thể của ô tô và đường. a) Thông số kết cấu ô tô Khả năng ô tô không bị trượt ngang hoặc lật ngang chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố: kích thước ô tô, hệ thống treo, lốp… Trong các thông số kích thước, chiều rộng cơ sở B và chiều cao trọng tâm hg có ảnh hưởng hơn cả đến sự ổn định ngang của ô tô. Những chiếc ô tô có cùng chiều rộng cơ sở, nhưng cách phân bố tải trọng khác nhau, khiến chiều cao trọng tâm khác nhau thì sẽ có vận tốc giới hạn lật khác nhau. Chiều cao trọng tâm càng lớn thì vận tốc giới hạn lật của ô tô càng bé. Và ngược lại, ở các ô tô có cùng chiều cao trọng tâm, chiều rộng cơ sở của ô tô càng nhỏ thì nguy cơ lật ngang càng lớn. Kết cấu của hệ thống treo cũng có ảnh hưởng đến sự mất ổn định ngang của ô tô. Hệ thống treo có kết cấu đa dạng: ở cầu trước có thể bố trí hệ thống treo phụ thuộc, hoặc hệ thống treo độc lập đòn ngang (loại một đòn treo Mc Pherson, loại hai đòn ngang)…ở cầu sau bố trí hệ thống treo độc lập loại đòn ngang, đòn dọc (có hoặc không có thanh liên kết), đòn chéo, bố trí hệ thống treo độc lập hoặc treo cân bằng. Kết cấu phần tử hướng của hệ thống treo khác nhau khiến cho tâm lắc ở các cầu xe cũng khác nhau, ảnh hưởng đến dao động lắc ngang, ổn định ngang của ô tô. Mức độ ảnh hưởng của mỗi kiểu hệ thống treo là khác nhau, xét từ cao đến thấp sẽ là treo độc lập, treo phụ thuộc, treo cân bằng. Do có liên kết giữa các bánh xe ở cùng một cầu, nguy cơ trượt, lật do hệ thống treo phụ thuộc và cân bằng sẽ nhỏ hơn. 5 Yếu tố lốp cũng cần được bàn đến. Lốp ô tô là bộ phận tương tác với mặt đường, truyền và biến đổi tác động từ mặt đường lên ô tô. Nếu hệ số bám của lốp với đường nhỏ, thì giới hạn trượt của ô tô dưới tác dụng của lực ngang giảm. Lốp ô tô thường được sử dụng là lốp cao su, nên có hệ số đàn hồi nhất định. Khi ô tô chuyển động, lốp có biến dạng. Sự biến dạng không đồng đều của lốp gây mất ổn định ngang. Hệ số đàn hồi của lốp phụ thuộc vào nhiều yếu tố: áp suất hơi lốp, kích thước lốp… Hệ số đàn hồi lốp nếu thay đổi, xét trong mối tương quan với hệ thống treo sẽ làm ảnh hưởng đến dao động của ô tô, góc lắc thân xe cũng như nguy cơ lật dưới tác dụng lực ngang. Ngoài ra, chiều rộng profile lốp có ảnh hưởng đến cánh tay đòn của mô men chống lật, do đó ảnh hưởng đến ổn định lật của xe. Như vậy, khi khảo sát ổn định ngang của ô tô, cần nghiên cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố: chiều cao trọng tâm, chiều rộng cơ sở của ô tô, kết cấu và hệ số đàn hồi, hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo, hệ số bám của lốp với mặt đường, chiều rộng profile và hệ số đàn hồi của lốp. b) Thông số về đường Đường là một nguyên nhân quan trọng gây mất ổn định ngang. Có thể phân loại đường theo mức độ biến dạng, theo góc nghiêng ngang, theo hệ số bám, theo mấp mô mặt đường. Trong các bài toán khảo sát động lực học thường nêu giả thiết về đường lý tưởng: không biến dạng (cứng tuyệt đối), phẳng (góc nghiêng ngang β = 0), hệ số bám φ = 1 và không có mấp mô mặt đường. Theo mức độ biến dạng, mặt đường có thể là cứng tuyệt đối hoặc có biến dạng. Mặt đường có biến dạng do các yếu tố về tải trọng tác dụng từ bánh xe xuống mặt đường, tính đồng nhất của mặt đường, điều kiện môi trường… Hệ quả là biến dạng của mặt đường không giống nhau ở các bánh xe của cùng một cầu cũng như giữa các cầu khác nhau. Khi đó, do biến dạng đường không đều ở vị trí các bánh xe trên cùng một cầu, có thể quy dẫn thành điều kiện đường không biến dạng, có góc nghiêng ngang nhất định. Trên thực tế, hệ số bám giữa đường và bánh xe phụ thuộc vào nhiều yếu tố: trọng lượng bám của xe (tỷ lệ thuận), áp suất hơi lốp (tỷ lệ nghịch), kết cấu lốp, loại hệ thống truyền lực (ảnh hưởng đến sự ăn khớp giữa lốp với đường), chất lượng và trạng thái đường (độ ẩm của đất, lực bám dính, lực cản nén của đất…) dẫn đến giới hạn trượt ngang của ô tô khác nhau khi vận hành trong những điều kiện khác nhau. Điều kiện mấp mô mặt đường trong thực tế sử dụng ô tô là rất đa dạng. Ảnh hưởng của chúng đến dao động ô tô được xác định bởi kích thước hình học, hình dạng và đặc tính thay đổi của chúng. Tùy theo chiều dài mấp mô hoặc chiều cao của nó mà 6 có thể phân ra các nhóm đặc trưng khác nhau của biên dạng bề mặt đường. Có thể phân thành ba nhóm chủ yếu gồm: nhóm mấp mô có chiều dài ngắn, tác động của chúng lên các bánh xe mang tính va đập, nhóm mấp mô có dạng điều hòa hoặc mấp mô thay đổi liên tục với hình dạng bất kỳ. Mấp mô mặt đường lại cũng khác nhau giữa các bánh xe ở cùng một cầu xe: bánh xe một bên có thể đang trên mấp mô, nhưng bánh xe bên còn lại có thể đang đi trên đường bằng, và khác nhau giữa các bánh xe ở các cầu trong cùng một thời điểm… Như vậy, có thể sử dụng mô hình đường cứng tuyệt đối, có góc nghiêng ngang để xét trường hợp ô tô chuyển động trên đường có mấp mô mặt đường thay đổi. Ngoài ra, tùy điều kiện địa hình mà đường có thể có góc nghiêng ngang nhất định. Sự nghiêng ngang mặt đường còn được tính toán trong thiết kế đường: đường quốc lộ thường được thiết kế có độ dốc, cao ở phía tim đường và thoải ra ngoài để thoát nước (đường hai mái); đường ở những khúc cua gấp được thiết kế có góc nghiêng ngang hướng vào bụng đường cong, cao ở phía lưng đường cong (đường một mái). Điều đó, dẫn đến kết luận là khi xét trong mặt phẳng ngang, về lý thuyết thì xe chạy trên đường bằng, hệ số bám lý tưởng, nhưng trong thực tế, hệ số bám của bánh xe với đường là không lý tưởng và xe chạy trên đường có thể quy dẫn là cứng tuyệt đối (không biến dạng) với góc nghiêng ngang β nào đó (khi xét đến sự biến dạng không đều của đường, mấp mô mặt đường khác nhau ở các bánh xe cũng như điều kiện của cung đường). 1.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định của xe khi vận hành Để nghiên cứu ổn định của ô tô khi quay vòng, xét chuyển động ô tô trong mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với trục dọc xe, đi qua đường tâm cầu xe (hình 1.1). Như đã trình bày ở mục 1.1.2, có thể giả thiết bánh xe lăn trên đường cứng tuyệt đối với góc nghiêng ngang β. Góc nghiêng ngang giữa hai bánh xe này có thể do thiết kế của đường, do mấp mô của đường không đều nhau ở hai bánh xe, nhưng cũng có thể do sự biến dạng không đồng đều của đường ở vị trí hai bánh xe. 7 Hình 1.1. Mô hình ô tô quay vòng trên đường nghiêng ngang Trọng lượng G được đặt ở trọng tâm T, hướng xuống dưới. Chiều cao trọng tâm là hg. Giả thiết rằng T thuộc mặt phẳng dọc xe. Khi ô tô chuyển động quay vòng sẽ chịu tác dụng của lực ngang P có gốc ở trọng tâm ô tô, hướng ra ngoài tâm quay vòng, phương hợp với phương ngang của mặt đường một góc γ2. Lực ngang và thành phần song song với mặt đường của trọng lượng sẽ đóng vai trò lực ngang gây nên sự trượt ngang, lật ngang của ô tô trong quá trình quay vòng. Thành phần vuông góc với mặt đường của trọng lượng sẽ tạo ra mô men chống lật ngang của ô tô. a) Sự trượt ngang Sự trượt ngang sẽ bắt đầu xảy ra khi hình chiếu của tổng các lực tác dụng lên ô tô theo phương ngang vượt khả năng bám ngang lớn nhất của các bánh xe với mặt đường. Nhận thấy sự trượt ngang của ô tô chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Khi ô tô chuyển động thẳng, sự trượt ngang của ô tô chịu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống treo, lốp, của hệ số bám ngang và góc nghiêng ngang của đường. Nguy cơ trượt ngang tỷ lệ thuận với góc nghiêng ngang của đường và tỷ lệ nghịch với hệ số bám ngang của lốp xe với đường. Khi xe chuyển động quay vòng, ngoài các yếu tố kể trên, sự trượt ngang còn liên quan đến tốc độ và hướng chuyển động (gián tiếp làm thay đổi bán kính quay vòng của ô tô). Tốc độ ô tô càng lớn, và bán kính quay vòng càng bé (quay vòng gấp) thì lực ngang càng lớn, tăng nguy cơ trượt ngang của ô tô. 8 b) Sự lật ngang Ô tô có thể lật ngay cả khi đang chuyển động thẳng trên đường nghiêng ngang dưới tác dụng của trọng lượng ô tô. Khi phương của trọng lượng nằm ở phía trong điểm L (nằm trong mặt chân đế) thì xe chưa bị lật. Góc ứng với trường hợp cánh tay đòn của trọng lượng đi qua điểm lật gọi là góc giới hạn lật. Khi có thêm tác dụng của các lực ngang khác, ví dụ lực ly tâm, góc giới hạn lật sẽ thay đổi. Khi phương của vec tơ tổng hợp lực còn chưa vượt qua điểm lật L thì ô tô chưa bị lật ngang. Dưới tác dụng của các lực ngang, xét cân bằng mô men tại điểm L là điểm tiếp xúc giữa cạnh ngoài của lốp xe bên trái và mặt đường, khi mô men gây lật (của tổng hợp lực của lực ngang và thành phần song song mặt đường của trọng lượng đối với điểm L) lớn hơn mô men chống lật (của thành phần vuông góc với mặt đường của trọng lượng đối với điểm L), phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe bên phải bằng không, ô tô sẽ bị lật ngang sang trái, quanh điểm L. Theo [20], sử dụng đại lượng RI – là chỉ số lật ngang để đánh giá khả năng lật ngang của ô tô căn cứ theo các phản lực thẳng đứng từ đường tác dụng lên lốp bên trái (RT) và phải (RP). RI  RT  RP RT  RP (1.1) Khi RT = 0 thì RI = -1, khi RP = 0 thì RI = 1. Như vậy, giá trị của RI trong khoảng [-1;1]. Ta có thể dùng chỉ số lật ngang RI để đánh giá khuynh hướng lật ngang của ô tô. Sự lật ngang của ô tô phụ thuộc vào nhiều yếu tố: đường, ô tô và người lái. Khi ô tô chuyển động thẳng, sự lật ngang của ô tô có quan hệ với góc nghiêng ngang của đường. Góc nghiêng của đường càng lớn thì ô tô càng có nguy cơ mất ổn định. Ngoài ra phải kể đến ảnh hưởng của hệ thống treo và lốp, bao gồm: độ cứng phần tử đàn hồi, hệ số cản giảm chấn, độ cứng của lốp, chiều rộng profile lốp. Sự lật ngang còn chịu ảnh hưởng của chiều rộng cơ sở và chiều cao trọng tâm ô tô. Chiều rộng cơ sở và chiều rộng profile lốp càng lớn thì mô men chống lật càng lớn. Giá trị chiều cao trọng tâm càng bé thì mô men gây lật càng bé, giúp tăng ổn định ngang của ô tô. Khi ô tô chuyển động quay vòng, ngoài các yếu tố đã kể trên, nguy cơ lật ngang còn tỷ lệ thuận với vận tốc chuyển động và tỷ lệ nghịch với bán kính quay vòng của ô tô.