Nghiên cứu ảnh hưởng của lực gió đến tính ổn định của ô tô khách cỡ lớn
- 69 trang
- file .pdf
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC GIÓ ĐẾN TÍNH ỔN
ĐỊNH CỦA Ô TÔ KHÁCH CỠ LỚN
HÀ VĂN HIẾU
[email protected]
Ngành Kỹ thuật ô tô
Giảng Viên Hướng Dẫn: TS. Trịnh Minh Hoàng
Đơn vị: NCM Ô tô và Xe chuyên dụng
Khoa cơ khí động lực
Trường cơ khí
HÀ NỘI, 10/2022
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC GIÓ ĐẾN TÍNH ỔN
ĐỊNH CỦA Ô TÔ KHÁCH CỠ LỚN
HÀ VĂN HIẾU
[email protected]
Ngành Kỹ thuật ô tô
Giảng Viên Hướng Dẫn: TS. Trịnh Minh Hoàng
Chữ ký của GVHD
Đơn vị: NCM Ô tô và Xe chuyên dụng
Khoa cơ khí động lực
Trường cơ khí
HÀ NỘI, 10/2022
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN
THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Hà Văn Hiếu
Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng của lực gió đến tính ổn định của ô tô
khách cỡ lớn
Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô
Mã số HV: 20211002M
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận
tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày với các
nội dung sau:
- Chỉnh sửa các lỗi chế bản;
- Chỉnh sửa các đồ thị kết quả;
- Chỉnh sửa trích dẫn tài liệu tham khảo.
Ngày tháng năm 2022
Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của lực gió đến tính ổn định của ô tô khách cỡ lớn
Tác giả luận văn: Hà Văn Hiếu Khóa: 2021A
Người hướng dẫn: TS.Trịnh Minh Hoàng
Từ khóa: Lực và mô men khí động, phản lực thẳng đứng từ mặt đường lên bánh
xe; tính ổn định, ô tô khách cỡ lớn.
Nội dung tóm tắt:
a) Lý do chọn đề tài
Khi ô tô chuyển động trên đường, sự tương tác giữa vỏ xe và gió có ảnh hưởng
xấu đến chất lượng làm việc của ô tô. Với ô tô khách cỡ lớn, các lực và mô men
khí động trong trường hợp gió lớn có thể gây mất ổn định quỹ đạo chuyển động
của ô tô, ảnh hưởng trực tiếp tới an toàn chuyển động của ô tô. Để giảm tối đa
những ảnh hưởng xấu nêu trên, cần có những nghiên cứu sâu về mối quan hệ
giữa lực gió ngang, vận tốc của gió ngang và tính ổn định của ô tô. Chính vì vậy
việc nghiên cứu và đánh giá ảnh hưởng của lực gió ngang đến ổn định chuyển
động của xe khách cỡ lớn là một vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu: Đánh giá ảnh hưởng của lực gió ngang đến ổn định chuyển
động của xe bằng mô hình tĩnh.
Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận văn là xe khách cỡ lớn 45
chỗ THACO HB120-SL.
Phạm vi nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của lực gió ngang đến tính
ổn định chuyển động của xe. Kết quả khảo sát làm cơ sở cho các bài toán điều
khiển và cảnh báo trong điều kiện sử dụng thực tế. Mô hình đánh giá ổn định ô tô
khách là mô hình tĩnh
c) Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Luận văn bao gồm các nội dung nghiên cứu chính sau:
- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu;
- Xây dựng mô hình xác định các lực khí động tác động lên vỏ ô tô khách cỡ lớn
bằng phần mềm chuyên dụng;
- Đánh giá ảnh hưởng của lực gió ngang đến ổn định chuyển động của xe khách
cỡ lớn bằng mô hình tĩnh.
d) Phương pháp nghiên cứu
Luận văn áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết bằng mô hình tĩnh và ứng
dụng phần mềm Matlab trong tính toán và khảo sát.
e) Kết luận
Luận văn đã trình bày và phân tích cơ sở lý thuyết, xây dựng mô hình xác định
các lực và mô men khí động khi xe khách chuyển động thẳng có gió ngang tác
động, từ đó đánh giá các ảnh hưởng của lực gió ngang đến ổn định của xe khách
cỡ lớn. Để đánh giá các ảnh hưởng ấy, luận văn đã xây dựng các phương trình,
giải phương trình bằng phương pháp đại số và đưa ra các điều kiện giới hạn về
vận tốc chuyển động và tốc độ gió giới hạn gây ra mất ổn định của ô tô khách khi
đi vào vùng có gió ngang. Các kết quả khảo sát của luận văn có thể được sử dụng
làm cơ sở cho các bài toán điều khiển và cảnh báo trong điều kiện sử dụng thực
tế.
Các nghiên cứu trong luận văn mới chỉ dừng lại ở kết quả lý thuyết bằng mô hình
tĩnh và tính toán số. Cần có một nghiên cứu hoàn chỉnh hơn để đánh giá ổn định
chuyển động của ô tô khách cỡ lớn bằng phương pháp mô phỏng động lực học
cũng như cần nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá độ tin cậy của mô hình nghiên
cứu lý thuyết.
LỜI CAM ĐOAN
Trong suốt thời gian thực hiện luận văn, tôi xin cam đoan:
1. Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực
tiếp của TS. Trịnh Minh Hoàng - NCM Ô tô và Xe chuyên dụng - Khoa Cơ khí
động lực - Trường Cơ khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội;
2. Mọi tài liệu tôi tham khảo và đưa vào trong luận văn này đều được trích dẫn rõ
ràng và minh bạch;
3. Trong luận văn này, mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm chương trình đào tạo,
quy chế đào tạo, hay có dấu hiệu gian dối tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
HỌC VIÊN
Ký và ghi rõ họ tên
Hà Văn Hiếu
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................ 1
1.1 Tổng quan về nền công nghiệp ô tô Việt Nam ............................................. 1
1.1.1 Sự phát triển ngành công nghiệp ô tô ....................................................... 1
1.1.2. Chiến lược phát triển ô tô .......................................................................... 4
1.2. Các khái niệm cơ bản về khí động học ........................................................ 5
1.2.1. Các thông số đặc trưng .............................................................................. 5
1.2.2. Lực cản không khí ...................................................................................... 6
1.2.3. Lực nâng khí động ..................................................................................... 8
1.2.4. Lực khí động ngang ................................................................................... 9
1.3. Đặc tính gió ngang ......................................................................................... 9
1.3.1. Các mô hình nghiên cứu gió ngang không ổn định ............................... 10
1.3.2. Các mô hình gió nghiên cứu gió ngang ổn định .................................... 12
1.3.3. Lựa chọn phương án mô phỏng gió ngang của đề tài ........................... 13
1.4. Các phương pháp nghiên cứu khí động học ô tô ...................................... 14
1.4.1. Nghiên cứu lý thuyết ................................................................................ 14
1.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm .......................................................................... 20
1.5. Tiêu chí đánh giá ổn định chuyển động của xe khách cỡ lớn trong điều
kiện gió ngang ..................................................................................................... 21
1.6. Kết luận ........................................................................................................ 22
CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH LỰC VÀ MÔ MEN KHÍ ĐỘNG TÁC DỤNG
LÊN XE KHI CÓ GIÓ NGANG ...................................................................... 24
2.1. Các lực và mô men khí động ...................................................................... 24
2.2. Xác định các lực và mô men khí động ....................................................... 25
2.2.1. Xây dựng mô hình hình học .................................................................... 25
2.2.2. Vùng không gian mô phỏng .................................................................... 27
2.2.3. Chia lưới .................................................................................................... 28
2.2.4. Lựa chọn mô hình dòng rối ..................................................................... 30
2.2.5. Thiết lập thuật giải, đặt điều kiện biên .................................................. 31
2.2.6. Kết quả mô phỏng .................................................................................... 31
2.3. Xác định các hệ số khí động ........................................................................36
2.3.1. Hệ số lực khí động .....................................................................................38
2.3.2. Hệ số mô men khí động ............................................................................39
2.4. Kết luận chương 2 ........................................................................................41
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ SỰ MẤT ỔN ĐỊNH CỦA XE KHÁCH CỠ LỚN
TRONG ĐIỀU KIỆN GIÓ NGANG BẰNG MÔ HÌNH TĨNH .....................42
3.1. Các trạng thái mất ổn định tĩnh .................................................................42
3.2. Xác định các phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác động lên các bánh
xe ...........................................................................................................................43
3.3. Các trường hợp mất ổn định.......................................................................47
3.3.1. Bánh xe không tiếp xúc với đường ..........................................................47
3.3.2. Bánh xe bị trượt ........................................................................................48
3.3.3. Vận tốc mất ổn định..................................................................................49
3.4. Đánh giá sự mất ổn định của ô tô khách trong điều kiện gió ngang tĩnh
...............................................................................................................................49
3.5. Kết luận .........................................................................................................51
KẾT LUẬN ..........................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................54
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Các lực và mô men khí động tác động trên xe khách ........................ 6
Hình 1.2 Hình dạng khí động học của xe du lịch qua các thời kì [3] ............... 7
Hình 1.3 Các vùng xoáy trên vỏ xe ô tô con ..................................................... 8
Hình 1.5 Mô hình gió ngang không ổn định của Pascal Theissen [6] ............ 11
Hình 1.6 Mô hình gió ngang trong nghiên cứu của Makoto Tsubokura [7] ... 11
Hình 1.7 Dữ liệu gió ngang trong nghiên cứu của tác giả Magnus Juhlin [8] 12
Hình 1.8 Mô hình gió ngang ổn định tác động lên ô tô khách [3] .................. 12
Hình 1.9 Mô hình gió xiên của đề tài .............................................................. 14
Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý làm việc của ống khí động .................................. 21
Hình 2.1 Vận tốc gió tương đương khi xe chuyển động trong điều kiện gió
ngang ............................................................................................................... 24
Hình 2.2 Các lực và mô men khí động tác động lên thân ô tô khách ............. 25
Hình 2.3 Thông số kích thước của xe khách THACO HB120SL-H380R-14 26
Hình 2.4 Mô hình 3D của xe khách tham khảo .............................................. 26
Hình 2.5 Vùng không gian mô phỏng khí động của xe khách cỡ lớn trong
Ansys ............................................................................................................... 28
Hình 2.6 Vùng không gian tính toán trong Ansys Fluent ............................... 29
Hình 2.7 Phổ giá trị đánh giá chỉ số orthogonal quality & skewness của
Ansys ............................................................................................................... 30
Hình 2.8 Phổ vận tốc tại mặt phẳng nằm ngang cách mặt đường 2m ............ 32
Hình 2.9 Véc tơ vận tốc tại mặt phẳng nằm ngang cách mặt đường 2m ........ 32
Hình 2.10 Phổ vận tốc tại mặt phẳng dọc chính giữa xe ................................ 33
Hình 2.11 Vecto vận tốc tại mặt phẳng dọc chính giữa xe ............................. 33
Hình 2.12 Xuất kết quả lực theo phương Ox khi xe nghiêng góc 450 ............ 34
Hình 2.13 Xuất kết quả mô men theo phương Ox khi xe nghiêng góc 450 .... 34
Hình 2.14 Lực cản theo vận tốc và góc nghiêng............................................. 35
Hình 2.15 Lực bên theo góc nghiêng và vận tốc ............................................ 35
Hình 2.16 Lực ngang theo góc nghiêng và vận tốc ........................................ 35
Hình 2.17 Mô men lắc ngang theo góc nghiêng và vận tốc ............................ 36
Hình 2.18 Mô men lắc dọc theo góc nghiêng và vận tốc ................................ 36
Hình 2.19 Mô men xoay thân xe theo góc nghiêng và vận tốc....................... 36
Hình 2.20 Các hệ số lực khí động ................................................................... 38
Hình 2.21 Các hệ số mô men khí động ........................................................... 40
Hình 3.1 Các dạng mất ổn định khi xe chuyển động trong điều kiện gió
ngang ............................................................................................................... 42
Hình 3.2 Các lực tác động lên thân xe khách khi chuyển động đều trong
điều kiện chịu tác động của gió ngang. ........................................................... 43
Hình 3.3 Đồ thị vận tốc giới hạn ..................................................................... 50
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Kích thước cơ bản của xe khách THACO HB120SL-H380R-14 ... 25
Bảng 2.2 Chất lượng lưới của mô hình mô phỏng .......................................... 30
Bảng 2.3 Hệ số khí động tại các góc nghiêng ................................................. 37
Bảng 3.1 Các thông số xe................................................................................ 49
Bảng 3.2 Các giá trị vận tốc gió giới hạn gây mất ổn định............................. 51
LỜI NÓI ĐẦU
Sự chuyển động của ô tô trên đường đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạo
phức tạp, liên quan mật thiết đến động lực học ô tô theo phương ngang. Động lực
học phương ngang nghiên cứu động lực học của ô tô khi có lực ngang tác dụng.
Lực ngang xuất hiện khi xe quay vòng, khi xe đi trên đường nghiêng, khi có gió
ngang hoặc va chạm với các phương tiện khác. Khi có lực ngang, phản lực thẳng
đứng từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe thay đổi làm ảnh hưởng đến khả
năng truyền lực kéo, lực phanh, thậm chí có thể gây nguy hiểm như trượt hoặc lật
xe theo phương ngang.
Với đặc điểm là có kích thước vỏ xe lớn, khi ô tô khách cỡ lớn chuyển động
trên đường với vận tốc cao, đặc biệt là khi có gió ngang mạnh, các lực khí động
tác động lên vỏ xe sẽ gây ra các lực ngang và mô men xoay thân xe. Đây là một
trong những nguyên nhân có thể gây nên mất ổn định cho ô tô. Do đó, việc đánh
giá ảnh hưởng của lực gió đến động lực học ô tô nói chung và tính ổn định của ô
tô khách nói riêng là một nhu cầu cấp thiết.
Xuất phát từ thực trạng trên, học viên thực hiện đã chọn đề tài “Nghiên cứu
ảnh hưởng của lực gió đến tính ổn định của ô tô khách cỡ lớn”. Đây là hướng
nghiên cứu về động lực học ngang của ô tô khách cỡ lớn, cụ thể luận văn góp phần
xây dựng một số cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá mức độ ảnh hưởng của lực gió
ngang đến ổn định chuyển động của xe khách cỡ lớn bằng mô hình tĩnh.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Minh Hoàng cùng các thầy giáo
trong NCM Ô tô và Xe chuyên dụng, Khoa Cơ khí động lực, Trường Cơ khí, Đại
học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực
hiện luận văn. Do thời gian có hạn, không tránh được các thiếu sót, em kính
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy để bản luận văn được hoàn thiện
hơn.
Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Học viên thực hiện
Hà Văn Hiếu
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về nền công nghiệp ô tô Việt Nam
1.1.1 Sự phát triển ngành công nghiệp ô tô
Theo dự báo của các chuyên gia kinh tế, giai đoạn phổ cập ô tô ở nước ta sẽ
diễn ra vào khoảng từ 2020 - 2025. Hiện nay xu thế chung là có sự dịch chuyển
mạnh mẽ cơ sở sản xuất, lắp ráp ô tô từ châu Âu, châu Mỹ sang châu Á làm thay
đổi bức tranh công nghiệp ô tô toàn cầu. Như vậy, nếu không sản xuất trong
nước, Việt Nam sẽ phải nhập khẩu ô tô để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.
Phát triển công nghiệp ô tô cần được xem là giải pháp dài hạn góp phần thực hiện
mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đưa Việt Nam tham gia sâu vào
chuỗi giá trị toàn cầu, có tác động lan tỏa kéo theo sự phát triển của các ngành
công nghiệp có liên quan, góp phần giảm thâm hụt cán cân thương mại.
Ngày 28 tháng 10 năm 2015, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định
số 1829/QĐ-TTg phê duyệt kế hoạch hành động phát triển ngành công nghiệp ô
tô và phụ tùng ô tô nhằm thực hiện Chiến lược Công nghiệp hóa của Việt Nam
trong khuôn khổ hợp tác Việt Nam - Nhật Bản hướng đến năm 2020, tầm nhìn
2030 [1].
Công nghiệp ô tô Việt Nam hiện nay chủ yếu chịu sự chi phối của 19 nhà
sản xuất là thành viên của VAMA (gồm 13 doanh nghiệp liên doanh và 6 doanh
nghiệp trong nước). Các nhà sản xuất này cùng chia nhau thị trường trên 200.000
xe/năm, với nhiều chủng loại xe khác nhau. Một số thương hiệu ô tô lớn trên thế
giới đã có mặt tại Việt Nam như Toyota, GM, Ford, Honda, Mercedes-
Benz... Theo Tổng cục Thống kê [1] tính đến hết năm 2012, có 358 doanh nghiệp
có liên quan đến kinh doanh, sản xuất ô tô, giải quyết gần 80.000 lao động việc
làm. Tuy nhiên, so với các ngành công nghiệp khác, công nghiệp ô tô Việt Nam
hiện nay chưa thực sự có nhiều đóng góp cho nền kinh tế nói chung và công
nghiệp nói riêng.
Ở Việt Nam hiện nay, công nghiệp ô tô vẫn còn được bảo hộ với hàng rào
thuế nhập khẩu 15 - 50%. Năm 2014, cả sản lượng và dung lượng thị trường đều
đạt trên 120.000 xe, trong đó xe 5 chỗ chiếm 42,1% sản lượng xe sản xuất trong
nước, xe tải chiếm 25,1% và các dòng xe còn lại mỗi dòng chiếm trên dưới 10%.
1
Tăng trưởng bình quân kim ngạch xuất khẩu giai đoạn 2009 - 2013 đạt
28,9%/năm. Mặt hàng xuất khẩu chủ yếu là linh kiện, phụ tùng ô tô, chiếm trên
90% và thị trường xuất khẩu chủ yếu là Nhật Bản và Hoa Kỳ. Công nghiệp hỗ trợ
cho công nghiệp ô tô vẫn còn kém phát triển. Tỉ lệ mua phụ tùng trong nước đạt
được ở mức khác nhau tùy theo chủng loại xe và nhà sản xuất (10-30% đối với
xe du lịch, >30% đối với xe tải, > 40% đối với ô tô khách). Công nghiệp ô tô
Việt Nam hiện nay đứng trước một số vấn đề cơ bản sau:
- Thị trường trong nước vẫn còn nhỏ;
- Giá xe ở Việt Nam cao hơn so với giá xe của các nước trong khu vực;
- Áp lực cạnh tranh từ các nước trong khu vực ngày càng lớn khi lộ trình cắt
giảm thuế CEPT hoàn tất vào năm 2018 với mức thuế suất về 0% đối với mọi
loại xe nhập khẩu từ ASEAN.
- Công nghiệp hỗ trợ cho công nghiệp ô tô vẫn chưa phát triển, nguồn nhân
lực trong công nghiệp ô tô nói riêng và công nghiệp phụ trợ nói chung chưa đáp
ứng được yêu cầu của doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô.
- Chính sách phát triển công nghiệp ô tô còn thiếu đồng bộ và thường mang
tính ngắn hạn, gây khó khăn cho các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp trong việc
lập kế hoạch sản xuất dài hạn.
Với định hướng phát triển công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô Việt Nam trở
thành ngành công nghiệp quan trọng của nền kinh tế, đáp ứng được phần lớn nhu
cầu trong nước và tham gia sâu vào mạng lưới sản xuất ô tô thế giới, kế hoạch
hành động phát triển ngành công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô xác định từ năm
2015 thực hiện [2]:
- Điều chỉnh các loại thuế, phí và lệ phí liên quan đến ô tô
Chính sách thuế, phí và lệ phí liên quan đến ô tô sẽ được duy trì ổn định lâu
dài với lộ trình thuế, phí nội địa ổn định trong vòng 10 năm. Từ năm 2015, điều
chỉnh lại giá trị tính thuế tiêu thụ đặc biệt đối với xe sản xuất trong nước và xe
nhập khẩu cho hợp lý.
- Hỗ trợ sản xuất trong nước và nâng cao giá trị tạo ra trong nước
Bổ sung công nghiệp ô tô và phụ tùng vào danh mục các lĩnh vực ưu đãi
2
đầu tư. Đơn giản hóa thủ tục xuất nhập khẩu và vận chuyển linh kiện, phụ tùng từ
các nhà cung cấp chế xuất để phục vụ thị trường nội địa. Giảm thuế nhập khẩu
đối với các phụ tùng, linh kiện ô tô chưa sản xuất được ở trong nước và định kỳ
rà soát, điều chỉnh danh mục phụ tùng, linh kiện ô tô được giảm thuế nhập
khẩu. Nghiên cứu, thực thi giải pháp, chính sách phù hợp nhằm giải quyết vấn đề
chi phí sản xuất cao của ngành công nghiệp ô tô trong nước.
- Phát triển công nghiệp hỗ trợ
Xây dựng danh mục sản phẩm công nghiệp hỗ trợ ưu tiên phát triển theo
hướng tập trung, có chọn lọc hơn. Bổ sung công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô vào
danh mục các sản phẩm cơ khí trọng điểm khuyến khích phát triển. Bổ sung một
số linh kiện, phụ tùng ô tô vào danh mục các sản phẩm công nghệ cao.
Bố trí nguồn vốn nhất định từ Quỹ phát triển doanh nghiệp vừa và nhỏ để
cho các doanh nghiệp vay đầu tư trang thiết bị sản xuất trong lĩnh vực công
nghiệp hỗ trợ phục vụ công nghiệp ô tô với lãi suất, thời hạn vay ưu đãi và nới
lỏng điều kiện thế chấp. Xây dựng và cập nhật thường xuyên cơ sở dữ liệu
về công nghiệp hỗ trợ và cơ khí. Nghiên cứu, đề xuất phát triển các cụm liên kết
(cluster) công nghiệp ô tô nhằm tận dụng sự tập trung công nghiệp hiện có của
các doanh nghiệp hoạt động trong công nghiệp ô tô và định hướng rõ ràng cho
những dự án, nhà đầu tư mới.
- Phát triển nguồn nhân lực
Nắm bắt thực trạng nguồn nhân lực công nghiệp, tăng cường kết nối giữa
doanh nghiệp và nhà trường. Thực thi việc cấp giấy chứng nhận tay nghề trong
ngành công nghiệp ô tô (đặc biệt trong sản xuất phụ tùng, linh kiện). Xây dựng
chương trình phát triển nguồn nhân lực công nghiệp ô tô với sự hợp tác, hỗ trợ
của doanh nghiệp và tổ chức nước ngoài.
- An toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng
Tổ chức diễn đàn trao đổi giữa các bên liên quan (chính phủ, doanh nghiệp,
chuyên gia, tổ chức phi lợi nhuận...) để thảo luận về các vấn đề liên quan đến an
toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng trong công nghiệp ô tô. Thực hiện các nghiên
cứu về các vấn đề an toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng trong công nghiệp ô tô.
3
1.1.2. Chiến lược phát triển ô tô
Ngày 16 tháng 7 năm 2014, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số
1168/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam
đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035 [2].
Mục tiêu tổng quát của chiến lược: Xây dựng ngành công nghiệp ô tô Việt
Nam trở thành ngành công nghiệp quan trọng, đáp ứng nhu cầu thị trường nội địa
về các loại xe có lợi thế cạnh tranh, tham gia xuất khẩu, tạo động lực thúc đẩy sự
phát triển của các ngành công nghiệp khác và nâng cao năng lực cạnh tranh để
trở thành nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng trong chuỗi sản xuất công nghiệp ô tô
thế giới.
Các nhóm sản phẩm ưu tiên gồm:
- Dòng xe tải nhỏ đa dụng phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, nông thôn và
các loại xe khách tầm trung và tầm ngắn chạy liên tỉnh, huyện, nội đô... với giá
thành hợp lý, an toàn và tiện dụng.
- Dòng xe cá nhân kích thước nhỏ, tiêu thụ ít năng lượng phù hợp với hạ
tầng giao thông và thu nhập của người dân.
- Các chi tiết, linh kiện, quan trọng như bộ truyền động, hộp số, động cơ,
thân vỏ xe... cho một vài chủng loại xe; tăng cường hợp tác với các hãng ô tô lớn
để lựa chọn chủng loại phụ tùng, linh kiện mà Việt Nam có thể sản xuất để đảm
nhận vai trò mắt xích trong chuỗi sản xuất - cung ứng toàn cầu, trên cơ sở đó đầu
tư công nghệ tiên tiến, sản xuất phục vụ xuất khẩu.
Năm 2020, tổng sản lượng xe đạt ~ 227.500 chiếc. Năm 2025, con số này là
~ 466.400 chiếc và tới năm 2035, tổng sản lượng xe đạt ~ 1.531.400 chiếc. Tỷ lệ
xe sản xuất lắp ráp trong nước lần lượt là ~ 67%, ~ 70% và ~ 78%. Tổng lượng
xe xuất khẩu trong các mốc năm 2020, 2025 và 2035 là ~ 20.000 chiếc, ~ 37.000
chiếc và ~ 90.000 chiếc.
Chiến lược định hướng hình thành một số trung tâm/cụm liên kết công
nghiệp ô tô tập trung trên cơ sở tổ chức, sắp xếp lại sản xuất. Đẩy mạnh hợp tác -
liên kết giữa các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô, các doanh nghiệp công
nghiệp hỗ trợ, các cơ sở nghiên cứu - triển khai và các cơ sở đào tạo thuộc mọi
4
thành phần kinh tế để nâng cao hiệu quả đầu tư và tăng cường khả năng chuyên
môn hóa.
Một số giải pháp, chính sách thực hiện Chiến lược:
- Lựa chọn một số bộ phận quan trọng trong chuỗi giá trị cấu thành ô tô đưa
vào Danh mục sản phẩm cơ khí trọng điểm.
- Nghiên cứu thiết lập các điều kiện kinh doanh cần thiết đối với ô tô nhập
khẩu.
- Nghiên cứu, rà soát, cải cách các chính sách thuế, phí (thuế nhập khẩu xe
nguyên chiếc và linh, phụ kiện; thuế tiêu thụ đặc biệt...) bảo đảm khả thi và ổn
định lâu dài.
- Bảo đảm nhất quán, ổn định hệ thống chính sách trong thời gian tối thiểu
10 năm, phù hợp với xu thế hội nhập để tạo sự tin tưởng đối với người tiêu dùng
và nhà sản xuất, làm tiền đề cho các hoạt động đầu tư.
1.2. Các khái niệm cơ bản về khí động học
Khi ô tô chuyển động trên đường, sự tương tác giữa vỏ xe và môi trường
không khí xung quanh có ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc của ô tô. Lực
cản không khí chính diện làm tăng tổng lực cản chuyển động của ô tô, 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 có thể gây mất ổn định chuyển động của ô tô. Các mô men
cũng gây ảnh hưởng trực tiếp tới an toàn chuyển động của ô tô.
Để giảm tối đa những ảnh hưởng xấu nêu trên, cần có những nghiên cứu
sâu về khí động học. Với ô tô khách cỡ lớn cần quan tâm đặc biệt đến sự ổn định
do lực ngang và các mô men gây ra trong trường hợp gió ngang lớn.
1.2.1. Các thông số đặc trưng
Đối tượng nghiên cứu của khí động học là dòng chảy quanh một vật cản
đang chuyển động. Bằng phương pháp Ơ le với hệ tọa độ gắn với vật, người ta
coi một vật chuyển động với vận tốc v trong môi trường không khí tĩnh tương
đương với vật đứng yên trong dòng khí có vận tốc v.
5
Hình 1.1 Các lực và mô men khí động tác động trên xe khách
Khi ô tô chuyển động trên đường, các thành phần lực khí động sẽ tác động
lên vỏ xe bao gồm: lực cản (theo trục dọc X), lực nâng (theo trục thẳng đứng Z),
lực ngang (theo trục ngang Y) và các mô men quanh các trục dọc, trục ngang và
trục thẳng đứng như minh họa hình 1.1 [3].
Trong nghiên cứu khí động có 3 thông số quan trọng đặc trưng cho dòng
chảy không khí là số Reynolds, hệ số Mach và hệ số Strohal. Các thông số này
phụ thuộc vào vận tốc và tần số dao động của dòng khí, chiều dài của vật thể, độ
nhớt động lực học của chất lỏng và khối lượng riêng của dòng khí. Trong các tính
toán khí động học ô tô, để đơn giản hóa bài toán người ta thường giả thiết là không khí
không chịu nén.
1.2.2. Lực cản không khí
Theo lý thuyết, lực cản khí động được xác định theo công thức:
1
=
Fwx A.CD .ρ.v 2 (1.1)
2
Trong công thức trên, khối lượng riêng của không khí ρ là thông số không
thể thay đổi. Để giảm lực cản Fwx, nếu giảm diện tích cản chính diện A thì không
gian sử dụng bị giảm, còn nếu giảm vận tốc v thì sẽ làm giảm năng suất vận
chuyển.
Như vậy, giảm hệ số cản khí động CD đồng nghĩa với việc cải thiện hình
6
dạng khí động học của ô tô. Quá trình hoàn thiện dạng khí động học vỏ xe ô tô
con theo lịch sử phát triển được mô tả trên hình 1.2 [3]. Có thể nhận thấy rằng,
trong giai đoạn trước năm 1930 với những chiếc ô tô có hình dáng giống xe ngựa
cổ xưa, hệ số cản (trên hình kí hiệu là cw) rất lớn (0,65÷1,0). Sau đó, vào những
năm 1970, hệ số này giảm xuống gần giá trị 0,4 và ngày nay nó chỉ còn là
0,28÷0,32 và một số loại xe đã có thể đạt được 0,25÷0,27. Tuy nhiên sau năm
2000, khi những chiếc ô tô gần như đã hoàn thiện về dạng khí động học thì việc
giảm dù chỉ 0,01 trong CD ngày càng trở nên khó khăn hơn, nó đòi hỏi phải có
nghiên cứu toàn diện hơn, sâu sắc hơn, trang bị thiết bị thử nghiệm hiện đại hơn
cùng những chi phí cao hơn rất nhiều. Vì vậy, trong giai đoạn này, đồ thị mô tả
CD theo thời gian gần như nằm ngang.
Hình 1.2 Hình dạng khí động học của xe du lịch qua các thời kì [3]
Khi ô tô chuyển động trong môi trường không khí, tương tác giữa môi
trường với cấu trúc của vỏ xe tạo thành những vùng xoáy có áp suất thấp. Ngoài
vùng xoáy lớn ở đuôi xe, còn rất nhiều vùng xoáy nhỏ trên nắp vỏ xe góp phần
tạo nên lực cản khí động. Muốn giảm tối đa các lực khí động cần phải tìm cách
loại bỏ hoặc giảm kích thước của các vùng xoáy này.
Một ví dụ về sự hình thành các vùng xoáy được mô tả trên hình 1.3 [3]. Các
vùng xoáy hình thành ở những nơi vỏ xe bị gấp khúc, tạo nên sự đổi hướng đột
ngột của dòng chảy không khí. Vùng thứ nhất trên hình 3 chính là phần mũi xe
với dòng xoáy ngay trên nắp capot, đồng thời dòng khí đi qua két làm mát cũng
sinh ra lực cản nhất định. Các vùng xoáy khác như khu vực chân kính chắn gió,
góc chữ a, bánh xe,... Cũng góp phần tạo nên lực cản không khí. Để giảm thiểu
ảnh hưởng của chúng, cần phải có giải pháp thiết kế hợp lý.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, ô tô nói chung và ô tô khách cỡ lớn nói riêng
7
có hình dạng khí động học được coi là không tốt, nên chúng phải chịu lực cản khí
động rất lớn. Trong đó, thành phần cản do chênh áp vẫn chiếm phần lớn, vì vậy
muốn giảm lực cản thì biện pháp hợp lý nhất là cải thiện hình dáng khí động học
của vỏ xe.
Hình 1.3 Các vùng xoáy trên vỏ xe ô tô con
1.2.3. Lực nâng khí động
Theo lý thuyết khí động học, khi xe con chuyển động, luồng không khí phía
trên mui xe di chuyển với quãng đường dài hơn luồng không khí phía bên dưới
gầm xe, phía trước nhanh hơn phía sau nên theo nguyên lý Bernoulli, vận tốc
khác nhau của dòng khí sẽ phát sinh chênh lệch áp suất tạo nên lực nâng xe lên
làm giảm sức bám mặt đường của lốp. Cũng như lực cản, lực nâng tỷ lệ với diện
tích mặt sàn xe, với bình phương vận tốc và hệ số nâng (CL). Hệ số này phụ
thuộc hình dạng của xe.
1
=
Fwz A.CL .ρ.v 2 (1.2)
2
Ở tốc độ cao, lực nâng Fwz có thể tăng quá mức và gây ảnh hưởng xấu đến
sự chuyển động của xe. Lực nâng tập trung chủ yếu ở phía sau, nếu lực nâng quá
lớn, các bánh xe phía sau sẽ bị trượt, và như vậy rất nguy hiểm, nhất là khi xe
8
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC GIÓ ĐẾN TÍNH ỔN
ĐỊNH CỦA Ô TÔ KHÁCH CỠ LỚN
HÀ VĂN HIẾU
[email protected]
Ngành Kỹ thuật ô tô
Giảng Viên Hướng Dẫn: TS. Trịnh Minh Hoàng
Đơn vị: NCM Ô tô và Xe chuyên dụng
Khoa cơ khí động lực
Trường cơ khí
HÀ NỘI, 10/2022
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA LỰC GIÓ ĐẾN TÍNH ỔN
ĐỊNH CỦA Ô TÔ KHÁCH CỠ LỚN
HÀ VĂN HIẾU
[email protected]
Ngành Kỹ thuật ô tô
Giảng Viên Hướng Dẫn: TS. Trịnh Minh Hoàng
Chữ ký của GVHD
Đơn vị: NCM Ô tô và Xe chuyên dụng
Khoa cơ khí động lực
Trường cơ khí
HÀ NỘI, 10/2022
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN
THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Hà Văn Hiếu
Đề tài luận văn: Nghiên cứu ảnh hưởng của lực gió đến tính ổn định của ô tô
khách cỡ lớn
Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô
Mã số HV: 20211002M
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận
tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày với các
nội dung sau:
- Chỉnh sửa các lỗi chế bản;
- Chỉnh sửa các đồ thị kết quả;
- Chỉnh sửa trích dẫn tài liệu tham khảo.
Ngày tháng năm 2022
Giáo viên hướng dẫn Tác giả luận văn
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của lực gió đến tính ổn định của ô tô khách cỡ lớn
Tác giả luận văn: Hà Văn Hiếu Khóa: 2021A
Người hướng dẫn: TS.Trịnh Minh Hoàng
Từ khóa: Lực và mô men khí động, phản lực thẳng đứng từ mặt đường lên bánh
xe; tính ổn định, ô tô khách cỡ lớn.
Nội dung tóm tắt:
a) Lý do chọn đề tài
Khi ô tô chuyển động trên đường, sự tương tác giữa vỏ xe và gió có ảnh hưởng
xấu đến chất lượng làm việc của ô tô. Với ô tô khách cỡ lớn, các lực và mô men
khí động trong trường hợp gió lớn có thể gây mất ổn định quỹ đạo chuyển động
của ô tô, ảnh hưởng trực tiếp tới an toàn chuyển động của ô tô. Để giảm tối đa
những ảnh hưởng xấu nêu trên, cần có những nghiên cứu sâu về mối quan hệ
giữa lực gió ngang, vận tốc của gió ngang và tính ổn định của ô tô. Chính vì vậy
việc nghiên cứu và đánh giá ảnh hưởng của lực gió ngang đến ổn định chuyển
động của xe khách cỡ lớn là một vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
b) Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu: Đánh giá ảnh hưởng của lực gió ngang đến ổn định chuyển
động của xe bằng mô hình tĩnh.
Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận văn là xe khách cỡ lớn 45
chỗ THACO HB120-SL.
Phạm vi nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu ảnh hưởng của lực gió ngang đến tính
ổn định chuyển động của xe. Kết quả khảo sát làm cơ sở cho các bài toán điều
khiển và cảnh báo trong điều kiện sử dụng thực tế. Mô hình đánh giá ổn định ô tô
khách là mô hình tĩnh
c) Tóm tắt cô đọng các nội dung chính và đóng góp mới của tác giả
Luận văn bao gồm các nội dung nghiên cứu chính sau:
- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu;
- Xây dựng mô hình xác định các lực khí động tác động lên vỏ ô tô khách cỡ lớn
bằng phần mềm chuyên dụng;
- Đánh giá ảnh hưởng của lực gió ngang đến ổn định chuyển động của xe khách
cỡ lớn bằng mô hình tĩnh.
d) Phương pháp nghiên cứu
Luận văn áp dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết bằng mô hình tĩnh và ứng
dụng phần mềm Matlab trong tính toán và khảo sát.
e) Kết luận
Luận văn đã trình bày và phân tích cơ sở lý thuyết, xây dựng mô hình xác định
các lực và mô men khí động khi xe khách chuyển động thẳng có gió ngang tác
động, từ đó đánh giá các ảnh hưởng của lực gió ngang đến ổn định của xe khách
cỡ lớn. Để đánh giá các ảnh hưởng ấy, luận văn đã xây dựng các phương trình,
giải phương trình bằng phương pháp đại số và đưa ra các điều kiện giới hạn về
vận tốc chuyển động và tốc độ gió giới hạn gây ra mất ổn định của ô tô khách khi
đi vào vùng có gió ngang. Các kết quả khảo sát của luận văn có thể được sử dụng
làm cơ sở cho các bài toán điều khiển và cảnh báo trong điều kiện sử dụng thực
tế.
Các nghiên cứu trong luận văn mới chỉ dừng lại ở kết quả lý thuyết bằng mô hình
tĩnh và tính toán số. Cần có một nghiên cứu hoàn chỉnh hơn để đánh giá ổn định
chuyển động của ô tô khách cỡ lớn bằng phương pháp mô phỏng động lực học
cũng như cần nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá độ tin cậy của mô hình nghiên
cứu lý thuyết.
LỜI CAM ĐOAN
Trong suốt thời gian thực hiện luận văn, tôi xin cam đoan:
1. Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực
tiếp của TS. Trịnh Minh Hoàng - NCM Ô tô và Xe chuyên dụng - Khoa Cơ khí
động lực - Trường Cơ khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội;
2. Mọi tài liệu tôi tham khảo và đưa vào trong luận văn này đều được trích dẫn rõ
ràng và minh bạch;
3. Trong luận văn này, mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm chương trình đào tạo,
quy chế đào tạo, hay có dấu hiệu gian dối tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
HỌC VIÊN
Ký và ghi rõ họ tên
Hà Văn Hiếu
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................ 1
1.1 Tổng quan về nền công nghiệp ô tô Việt Nam ............................................. 1
1.1.1 Sự phát triển ngành công nghiệp ô tô ....................................................... 1
1.1.2. Chiến lược phát triển ô tô .......................................................................... 4
1.2. Các khái niệm cơ bản về khí động học ........................................................ 5
1.2.1. Các thông số đặc trưng .............................................................................. 5
1.2.2. Lực cản không khí ...................................................................................... 6
1.2.3. Lực nâng khí động ..................................................................................... 8
1.2.4. Lực khí động ngang ................................................................................... 9
1.3. Đặc tính gió ngang ......................................................................................... 9
1.3.1. Các mô hình nghiên cứu gió ngang không ổn định ............................... 10
1.3.2. Các mô hình gió nghiên cứu gió ngang ổn định .................................... 12
1.3.3. Lựa chọn phương án mô phỏng gió ngang của đề tài ........................... 13
1.4. Các phương pháp nghiên cứu khí động học ô tô ...................................... 14
1.4.1. Nghiên cứu lý thuyết ................................................................................ 14
1.4.2. Nghiên cứu thực nghiệm .......................................................................... 20
1.5. Tiêu chí đánh giá ổn định chuyển động của xe khách cỡ lớn trong điều
kiện gió ngang ..................................................................................................... 21
1.6. Kết luận ........................................................................................................ 22
CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH LỰC VÀ MÔ MEN KHÍ ĐỘNG TÁC DỤNG
LÊN XE KHI CÓ GIÓ NGANG ...................................................................... 24
2.1. Các lực và mô men khí động ...................................................................... 24
2.2. Xác định các lực và mô men khí động ....................................................... 25
2.2.1. Xây dựng mô hình hình học .................................................................... 25
2.2.2. Vùng không gian mô phỏng .................................................................... 27
2.2.3. Chia lưới .................................................................................................... 28
2.2.4. Lựa chọn mô hình dòng rối ..................................................................... 30
2.2.5. Thiết lập thuật giải, đặt điều kiện biên .................................................. 31
2.2.6. Kết quả mô phỏng .................................................................................... 31
2.3. Xác định các hệ số khí động ........................................................................36
2.3.1. Hệ số lực khí động .....................................................................................38
2.3.2. Hệ số mô men khí động ............................................................................39
2.4. Kết luận chương 2 ........................................................................................41
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ SỰ MẤT ỔN ĐỊNH CỦA XE KHÁCH CỠ LỚN
TRONG ĐIỀU KIỆN GIÓ NGANG BẰNG MÔ HÌNH TĨNH .....................42
3.1. Các trạng thái mất ổn định tĩnh .................................................................42
3.2. Xác định các phản lực thẳng đứng từ mặt đường tác động lên các bánh
xe ...........................................................................................................................43
3.3. Các trường hợp mất ổn định.......................................................................47
3.3.1. Bánh xe không tiếp xúc với đường ..........................................................47
3.3.2. Bánh xe bị trượt ........................................................................................48
3.3.3. Vận tốc mất ổn định..................................................................................49
3.4. Đánh giá sự mất ổn định của ô tô khách trong điều kiện gió ngang tĩnh
...............................................................................................................................49
3.5. Kết luận .........................................................................................................51
KẾT LUẬN ..........................................................................................................53
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................54
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Các lực và mô men khí động tác động trên xe khách ........................ 6
Hình 1.2 Hình dạng khí động học của xe du lịch qua các thời kì [3] ............... 7
Hình 1.3 Các vùng xoáy trên vỏ xe ô tô con ..................................................... 8
Hình 1.5 Mô hình gió ngang không ổn định của Pascal Theissen [6] ............ 11
Hình 1.6 Mô hình gió ngang trong nghiên cứu của Makoto Tsubokura [7] ... 11
Hình 1.7 Dữ liệu gió ngang trong nghiên cứu của tác giả Magnus Juhlin [8] 12
Hình 1.8 Mô hình gió ngang ổn định tác động lên ô tô khách [3] .................. 12
Hình 1.9 Mô hình gió xiên của đề tài .............................................................. 14
Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý làm việc của ống khí động .................................. 21
Hình 2.1 Vận tốc gió tương đương khi xe chuyển động trong điều kiện gió
ngang ............................................................................................................... 24
Hình 2.2 Các lực và mô men khí động tác động lên thân ô tô khách ............. 25
Hình 2.3 Thông số kích thước của xe khách THACO HB120SL-H380R-14 26
Hình 2.4 Mô hình 3D của xe khách tham khảo .............................................. 26
Hình 2.5 Vùng không gian mô phỏng khí động của xe khách cỡ lớn trong
Ansys ............................................................................................................... 28
Hình 2.6 Vùng không gian tính toán trong Ansys Fluent ............................... 29
Hình 2.7 Phổ giá trị đánh giá chỉ số orthogonal quality & skewness của
Ansys ............................................................................................................... 30
Hình 2.8 Phổ vận tốc tại mặt phẳng nằm ngang cách mặt đường 2m ............ 32
Hình 2.9 Véc tơ vận tốc tại mặt phẳng nằm ngang cách mặt đường 2m ........ 32
Hình 2.10 Phổ vận tốc tại mặt phẳng dọc chính giữa xe ................................ 33
Hình 2.11 Vecto vận tốc tại mặt phẳng dọc chính giữa xe ............................. 33
Hình 2.12 Xuất kết quả lực theo phương Ox khi xe nghiêng góc 450 ............ 34
Hình 2.13 Xuất kết quả mô men theo phương Ox khi xe nghiêng góc 450 .... 34
Hình 2.14 Lực cản theo vận tốc và góc nghiêng............................................. 35
Hình 2.15 Lực bên theo góc nghiêng và vận tốc ............................................ 35
Hình 2.16 Lực ngang theo góc nghiêng và vận tốc ........................................ 35
Hình 2.17 Mô men lắc ngang theo góc nghiêng và vận tốc ............................ 36
Hình 2.18 Mô men lắc dọc theo góc nghiêng và vận tốc ................................ 36
Hình 2.19 Mô men xoay thân xe theo góc nghiêng và vận tốc....................... 36
Hình 2.20 Các hệ số lực khí động ................................................................... 38
Hình 2.21 Các hệ số mô men khí động ........................................................... 40
Hình 3.1 Các dạng mất ổn định khi xe chuyển động trong điều kiện gió
ngang ............................................................................................................... 42
Hình 3.2 Các lực tác động lên thân xe khách khi chuyển động đều trong
điều kiện chịu tác động của gió ngang. ........................................................... 43
Hình 3.3 Đồ thị vận tốc giới hạn ..................................................................... 50
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Kích thước cơ bản của xe khách THACO HB120SL-H380R-14 ... 25
Bảng 2.2 Chất lượng lưới của mô hình mô phỏng .......................................... 30
Bảng 2.3 Hệ số khí động tại các góc nghiêng ................................................. 37
Bảng 3.1 Các thông số xe................................................................................ 49
Bảng 3.2 Các giá trị vận tốc gió giới hạn gây mất ổn định............................. 51
LỜI NÓI ĐẦU
Sự chuyển động của ô tô trên đường đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạo
phức tạp, liên quan mật thiết đến động lực học ô tô theo phương ngang. Động lực
học phương ngang nghiên cứu động lực học của ô tô khi có lực ngang tác dụng.
Lực ngang xuất hiện khi xe quay vòng, khi xe đi trên đường nghiêng, khi có gió
ngang hoặc va chạm với các phương tiện khác. Khi có lực ngang, phản lực thẳng
đứng từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe thay đổi làm ảnh hưởng đến khả
năng truyền lực kéo, lực phanh, thậm chí có thể gây nguy hiểm như trượt hoặc lật
xe theo phương ngang.
Với đặc điểm là có kích thước vỏ xe lớn, khi ô tô khách cỡ lớn chuyển động
trên đường với vận tốc cao, đặc biệt là khi có gió ngang mạnh, các lực khí động
tác động lên vỏ xe sẽ gây ra các lực ngang và mô men xoay thân xe. Đây là một
trong những nguyên nhân có thể gây nên mất ổn định cho ô tô. Do đó, việc đánh
giá ảnh hưởng của lực gió đến động lực học ô tô nói chung và tính ổn định của ô
tô khách nói riêng là một nhu cầu cấp thiết.
Xuất phát từ thực trạng trên, học viên thực hiện đã chọn đề tài “Nghiên cứu
ảnh hưởng của lực gió đến tính ổn định của ô tô khách cỡ lớn”. Đây là hướng
nghiên cứu về động lực học ngang của ô tô khách cỡ lớn, cụ thể luận văn góp phần
xây dựng một số cơ sở lý thuyết cho việc đánh giá mức độ ảnh hưởng của lực gió
ngang đến ổn định chuyển động của xe khách cỡ lớn bằng mô hình tĩnh.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Minh Hoàng cùng các thầy giáo
trong NCM Ô tô và Xe chuyên dụng, Khoa Cơ khí động lực, Trường Cơ khí, Đại
học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực
hiện luận văn. Do thời gian có hạn, không tránh được các thiếu sót, em kính
mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy để bản luận văn được hoàn thiện
hơn.
Hà Nội, ngày tháng năm 2022
Học viên thực hiện
Hà Văn Hiếu
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về nền công nghiệp ô tô Việt Nam
1.1.1 Sự phát triển ngành công nghiệp ô tô
Theo dự báo của các chuyên gia kinh tế, giai đoạn phổ cập ô tô ở nước ta sẽ
diễn ra vào khoảng từ 2020 - 2025. Hiện nay xu thế chung là có sự dịch chuyển
mạnh mẽ cơ sở sản xuất, lắp ráp ô tô từ châu Âu, châu Mỹ sang châu Á làm thay
đổi bức tranh công nghiệp ô tô toàn cầu. Như vậy, nếu không sản xuất trong
nước, Việt Nam sẽ phải nhập khẩu ô tô để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.
Phát triển công nghiệp ô tô cần được xem là giải pháp dài hạn góp phần thực hiện
mục tiêu công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, đưa Việt Nam tham gia sâu vào
chuỗi giá trị toàn cầu, có tác động lan tỏa kéo theo sự phát triển của các ngành
công nghiệp có liên quan, góp phần giảm thâm hụt cán cân thương mại.
Ngày 28 tháng 10 năm 2015, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định
số 1829/QĐ-TTg phê duyệt kế hoạch hành động phát triển ngành công nghiệp ô
tô và phụ tùng ô tô nhằm thực hiện Chiến lược Công nghiệp hóa của Việt Nam
trong khuôn khổ hợp tác Việt Nam - Nhật Bản hướng đến năm 2020, tầm nhìn
2030 [1].
Công nghiệp ô tô Việt Nam hiện nay chủ yếu chịu sự chi phối của 19 nhà
sản xuất là thành viên của VAMA (gồm 13 doanh nghiệp liên doanh và 6 doanh
nghiệp trong nước). Các nhà sản xuất này cùng chia nhau thị trường trên 200.000
xe/năm, với nhiều chủng loại xe khác nhau. Một số thương hiệu ô tô lớn trên thế
giới đã có mặt tại Việt Nam như Toyota, GM, Ford, Honda, Mercedes-
Benz... Theo Tổng cục Thống kê [1] tính đến hết năm 2012, có 358 doanh nghiệp
có liên quan đến kinh doanh, sản xuất ô tô, giải quyết gần 80.000 lao động việc
làm. Tuy nhiên, so với các ngành công nghiệp khác, công nghiệp ô tô Việt Nam
hiện nay chưa thực sự có nhiều đóng góp cho nền kinh tế nói chung và công
nghiệp nói riêng.
Ở Việt Nam hiện nay, công nghiệp ô tô vẫn còn được bảo hộ với hàng rào
thuế nhập khẩu 15 - 50%. Năm 2014, cả sản lượng và dung lượng thị trường đều
đạt trên 120.000 xe, trong đó xe 5 chỗ chiếm 42,1% sản lượng xe sản xuất trong
nước, xe tải chiếm 25,1% và các dòng xe còn lại mỗi dòng chiếm trên dưới 10%.
1
Tăng trưởng bình quân kim ngạch xuất khẩu giai đoạn 2009 - 2013 đạt
28,9%/năm. Mặt hàng xuất khẩu chủ yếu là linh kiện, phụ tùng ô tô, chiếm trên
90% và thị trường xuất khẩu chủ yếu là Nhật Bản và Hoa Kỳ. Công nghiệp hỗ trợ
cho công nghiệp ô tô vẫn còn kém phát triển. Tỉ lệ mua phụ tùng trong nước đạt
được ở mức khác nhau tùy theo chủng loại xe và nhà sản xuất (10-30% đối với
xe du lịch, >30% đối với xe tải, > 40% đối với ô tô khách). Công nghiệp ô tô
Việt Nam hiện nay đứng trước một số vấn đề cơ bản sau:
- Thị trường trong nước vẫn còn nhỏ;
- Giá xe ở Việt Nam cao hơn so với giá xe của các nước trong khu vực;
- Áp lực cạnh tranh từ các nước trong khu vực ngày càng lớn khi lộ trình cắt
giảm thuế CEPT hoàn tất vào năm 2018 với mức thuế suất về 0% đối với mọi
loại xe nhập khẩu từ ASEAN.
- Công nghiệp hỗ trợ cho công nghiệp ô tô vẫn chưa phát triển, nguồn nhân
lực trong công nghiệp ô tô nói riêng và công nghiệp phụ trợ nói chung chưa đáp
ứng được yêu cầu của doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô.
- Chính sách phát triển công nghiệp ô tô còn thiếu đồng bộ và thường mang
tính ngắn hạn, gây khó khăn cho các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp trong việc
lập kế hoạch sản xuất dài hạn.
Với định hướng phát triển công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô Việt Nam trở
thành ngành công nghiệp quan trọng của nền kinh tế, đáp ứng được phần lớn nhu
cầu trong nước và tham gia sâu vào mạng lưới sản xuất ô tô thế giới, kế hoạch
hành động phát triển ngành công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô xác định từ năm
2015 thực hiện [2]:
- Điều chỉnh các loại thuế, phí và lệ phí liên quan đến ô tô
Chính sách thuế, phí và lệ phí liên quan đến ô tô sẽ được duy trì ổn định lâu
dài với lộ trình thuế, phí nội địa ổn định trong vòng 10 năm. Từ năm 2015, điều
chỉnh lại giá trị tính thuế tiêu thụ đặc biệt đối với xe sản xuất trong nước và xe
nhập khẩu cho hợp lý.
- Hỗ trợ sản xuất trong nước và nâng cao giá trị tạo ra trong nước
Bổ sung công nghiệp ô tô và phụ tùng vào danh mục các lĩnh vực ưu đãi
2
đầu tư. Đơn giản hóa thủ tục xuất nhập khẩu và vận chuyển linh kiện, phụ tùng từ
các nhà cung cấp chế xuất để phục vụ thị trường nội địa. Giảm thuế nhập khẩu
đối với các phụ tùng, linh kiện ô tô chưa sản xuất được ở trong nước và định kỳ
rà soát, điều chỉnh danh mục phụ tùng, linh kiện ô tô được giảm thuế nhập
khẩu. Nghiên cứu, thực thi giải pháp, chính sách phù hợp nhằm giải quyết vấn đề
chi phí sản xuất cao của ngành công nghiệp ô tô trong nước.
- Phát triển công nghiệp hỗ trợ
Xây dựng danh mục sản phẩm công nghiệp hỗ trợ ưu tiên phát triển theo
hướng tập trung, có chọn lọc hơn. Bổ sung công nghiệp ô tô và phụ tùng ô tô vào
danh mục các sản phẩm cơ khí trọng điểm khuyến khích phát triển. Bổ sung một
số linh kiện, phụ tùng ô tô vào danh mục các sản phẩm công nghệ cao.
Bố trí nguồn vốn nhất định từ Quỹ phát triển doanh nghiệp vừa và nhỏ để
cho các doanh nghiệp vay đầu tư trang thiết bị sản xuất trong lĩnh vực công
nghiệp hỗ trợ phục vụ công nghiệp ô tô với lãi suất, thời hạn vay ưu đãi và nới
lỏng điều kiện thế chấp. Xây dựng và cập nhật thường xuyên cơ sở dữ liệu
về công nghiệp hỗ trợ và cơ khí. Nghiên cứu, đề xuất phát triển các cụm liên kết
(cluster) công nghiệp ô tô nhằm tận dụng sự tập trung công nghiệp hiện có của
các doanh nghiệp hoạt động trong công nghiệp ô tô và định hướng rõ ràng cho
những dự án, nhà đầu tư mới.
- Phát triển nguồn nhân lực
Nắm bắt thực trạng nguồn nhân lực công nghiệp, tăng cường kết nối giữa
doanh nghiệp và nhà trường. Thực thi việc cấp giấy chứng nhận tay nghề trong
ngành công nghiệp ô tô (đặc biệt trong sản xuất phụ tùng, linh kiện). Xây dựng
chương trình phát triển nguồn nhân lực công nghiệp ô tô với sự hợp tác, hỗ trợ
của doanh nghiệp và tổ chức nước ngoài.
- An toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng
Tổ chức diễn đàn trao đổi giữa các bên liên quan (chính phủ, doanh nghiệp,
chuyên gia, tổ chức phi lợi nhuận...) để thảo luận về các vấn đề liên quan đến an
toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng trong công nghiệp ô tô. Thực hiện các nghiên
cứu về các vấn đề an toàn, môi trường và cơ sở hạ tầng trong công nghiệp ô tô.
3
1.1.2. Chiến lược phát triển ô tô
Ngày 16 tháng 7 năm 2014, Thủ tướng Chính phủ đã ký Quyết định số
1168/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam
đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035 [2].
Mục tiêu tổng quát của chiến lược: Xây dựng ngành công nghiệp ô tô Việt
Nam trở thành ngành công nghiệp quan trọng, đáp ứng nhu cầu thị trường nội địa
về các loại xe có lợi thế cạnh tranh, tham gia xuất khẩu, tạo động lực thúc đẩy sự
phát triển của các ngành công nghiệp khác và nâng cao năng lực cạnh tranh để
trở thành nhà cung cấp linh kiện, phụ tùng trong chuỗi sản xuất công nghiệp ô tô
thế giới.
Các nhóm sản phẩm ưu tiên gồm:
- Dòng xe tải nhỏ đa dụng phục vụ cho sản xuất nông nghiệp, nông thôn và
các loại xe khách tầm trung và tầm ngắn chạy liên tỉnh, huyện, nội đô... với giá
thành hợp lý, an toàn và tiện dụng.
- Dòng xe cá nhân kích thước nhỏ, tiêu thụ ít năng lượng phù hợp với hạ
tầng giao thông và thu nhập của người dân.
- Các chi tiết, linh kiện, quan trọng như bộ truyền động, hộp số, động cơ,
thân vỏ xe... cho một vài chủng loại xe; tăng cường hợp tác với các hãng ô tô lớn
để lựa chọn chủng loại phụ tùng, linh kiện mà Việt Nam có thể sản xuất để đảm
nhận vai trò mắt xích trong chuỗi sản xuất - cung ứng toàn cầu, trên cơ sở đó đầu
tư công nghệ tiên tiến, sản xuất phục vụ xuất khẩu.
Năm 2020, tổng sản lượng xe đạt ~ 227.500 chiếc. Năm 2025, con số này là
~ 466.400 chiếc và tới năm 2035, tổng sản lượng xe đạt ~ 1.531.400 chiếc. Tỷ lệ
xe sản xuất lắp ráp trong nước lần lượt là ~ 67%, ~ 70% và ~ 78%. Tổng lượng
xe xuất khẩu trong các mốc năm 2020, 2025 và 2035 là ~ 20.000 chiếc, ~ 37.000
chiếc và ~ 90.000 chiếc.
Chiến lược định hướng hình thành một số trung tâm/cụm liên kết công
nghiệp ô tô tập trung trên cơ sở tổ chức, sắp xếp lại sản xuất. Đẩy mạnh hợp tác -
liên kết giữa các doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô, các doanh nghiệp công
nghiệp hỗ trợ, các cơ sở nghiên cứu - triển khai và các cơ sở đào tạo thuộc mọi
4
thành phần kinh tế để nâng cao hiệu quả đầu tư và tăng cường khả năng chuyên
môn hóa.
Một số giải pháp, chính sách thực hiện Chiến lược:
- Lựa chọn một số bộ phận quan trọng trong chuỗi giá trị cấu thành ô tô đưa
vào Danh mục sản phẩm cơ khí trọng điểm.
- Nghiên cứu thiết lập các điều kiện kinh doanh cần thiết đối với ô tô nhập
khẩu.
- Nghiên cứu, rà soát, cải cách các chính sách thuế, phí (thuế nhập khẩu xe
nguyên chiếc và linh, phụ kiện; thuế tiêu thụ đặc biệt...) bảo đảm khả thi và ổn
định lâu dài.
- Bảo đảm nhất quán, ổn định hệ thống chính sách trong thời gian tối thiểu
10 năm, phù hợp với xu thế hội nhập để tạo sự tin tưởng đối với người tiêu dùng
và nhà sản xuất, làm tiền đề cho các hoạt động đầu tư.
1.2. Các khái niệm cơ bản về khí động học
Khi ô tô chuyển động trên đường, sự tương tác giữa vỏ xe và môi trường
không khí xung quanh có ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc của ô tô. Lực
cản không khí chính diện làm tăng tổng lực cản chuyển động của ô tô, 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 có thể gây mất ổn định chuyển động của ô tô. Các mô men
cũng gây ảnh hưởng trực tiếp tới an toàn chuyển động của ô tô.
Để giảm tối đa những ảnh hưởng xấu nêu trên, cần có những nghiên cứu
sâu về khí động học. Với ô tô khách cỡ lớn cần quan tâm đặc biệt đến sự ổn định
do lực ngang và các mô men gây ra trong trường hợp gió ngang lớn.
1.2.1. Các thông số đặc trưng
Đối tượng nghiên cứu của khí động học là dòng chảy quanh một vật cản
đang chuyển động. Bằng phương pháp Ơ le với hệ tọa độ gắn với vật, người ta
coi một vật chuyển động với vận tốc v trong môi trường không khí tĩnh tương
đương với vật đứng yên trong dòng khí có vận tốc v.
5
Hình 1.1 Các lực và mô men khí động tác động trên xe khách
Khi ô tô chuyển động trên đường, các thành phần lực khí động sẽ tác động
lên vỏ xe bao gồm: lực cản (theo trục dọc X), lực nâng (theo trục thẳng đứng Z),
lực ngang (theo trục ngang Y) và các mô men quanh các trục dọc, trục ngang và
trục thẳng đứng như minh họa hình 1.1 [3].
Trong nghiên cứu khí động có 3 thông số quan trọng đặc trưng cho dòng
chảy không khí là số Reynolds, hệ số Mach và hệ số Strohal. Các thông số này
phụ thuộc vào vận tốc và tần số dao động của dòng khí, chiều dài của vật thể, độ
nhớt động lực học của chất lỏng và khối lượng riêng của dòng khí. Trong các tính
toán khí động học ô tô, để đơn giản hóa bài toán người ta thường giả thiết là không khí
không chịu nén.
1.2.2. Lực cản không khí
Theo lý thuyết, lực cản khí động được xác định theo công thức:
1
=
Fwx A.CD .ρ.v 2 (1.1)
2
Trong công thức trên, khối lượng riêng của không khí ρ là thông số không
thể thay đổi. Để giảm lực cản Fwx, nếu giảm diện tích cản chính diện A thì không
gian sử dụng bị giảm, còn nếu giảm vận tốc v thì sẽ làm giảm năng suất vận
chuyển.
Như vậy, giảm hệ số cản khí động CD đồng nghĩa với việc cải thiện hình
6
dạng khí động học của ô tô. Quá trình hoàn thiện dạng khí động học vỏ xe ô tô
con theo lịch sử phát triển được mô tả trên hình 1.2 [3]. Có thể nhận thấy rằng,
trong giai đoạn trước năm 1930 với những chiếc ô tô có hình dáng giống xe ngựa
cổ xưa, hệ số cản (trên hình kí hiệu là cw) rất lớn (0,65÷1,0). Sau đó, vào những
năm 1970, hệ số này giảm xuống gần giá trị 0,4 và ngày nay nó chỉ còn là
0,28÷0,32 và một số loại xe đã có thể đạt được 0,25÷0,27. Tuy nhiên sau năm
2000, khi những chiếc ô tô gần như đã hoàn thiện về dạng khí động học thì việc
giảm dù chỉ 0,01 trong CD ngày càng trở nên khó khăn hơn, nó đòi hỏi phải có
nghiên cứu toàn diện hơn, sâu sắc hơn, trang bị thiết bị thử nghiệm hiện đại hơn
cùng những chi phí cao hơn rất nhiều. Vì vậy, trong giai đoạn này, đồ thị mô tả
CD theo thời gian gần như nằm ngang.
Hình 1.2 Hình dạng khí động học của xe du lịch qua các thời kì [3]
Khi ô tô chuyển động trong môi trường không khí, tương tác giữa môi
trường với cấu trúc của vỏ xe tạo thành những vùng xoáy có áp suất thấp. Ngoài
vùng xoáy lớn ở đuôi xe, còn rất nhiều vùng xoáy nhỏ trên nắp vỏ xe góp phần
tạo nên lực cản khí động. Muốn giảm tối đa các lực khí động cần phải tìm cách
loại bỏ hoặc giảm kích thước của các vùng xoáy này.
Một ví dụ về sự hình thành các vùng xoáy được mô tả trên hình 1.3 [3]. Các
vùng xoáy hình thành ở những nơi vỏ xe bị gấp khúc, tạo nên sự đổi hướng đột
ngột của dòng chảy không khí. Vùng thứ nhất trên hình 3 chính là phần mũi xe
với dòng xoáy ngay trên nắp capot, đồng thời dòng khí đi qua két làm mát cũng
sinh ra lực cản nhất định. Các vùng xoáy khác như khu vực chân kính chắn gió,
góc chữ a, bánh xe,... Cũng góp phần tạo nên lực cản không khí. Để giảm thiểu
ảnh hưởng của chúng, cần phải có giải pháp thiết kế hợp lý.
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, ô tô nói chung và ô tô khách cỡ lớn nói riêng
7
có hình dạng khí động học được coi là không tốt, nên chúng phải chịu lực cản khí
động rất lớn. Trong đó, thành phần cản do chênh áp vẫn chiếm phần lớn, vì vậy
muốn giảm lực cản thì biện pháp hợp lý nhất là cải thiện hình dáng khí động học
của vỏ xe.
Hình 1.3 Các vùng xoáy trên vỏ xe ô tô con
1.2.3. Lực nâng khí động
Theo lý thuyết khí động học, khi xe con chuyển động, luồng không khí phía
trên mui xe di chuyển với quãng đường dài hơn luồng không khí phía bên dưới
gầm xe, phía trước nhanh hơn phía sau nên theo nguyên lý Bernoulli, vận tốc
khác nhau của dòng khí sẽ phát sinh chênh lệch áp suất tạo nên lực nâng xe lên
làm giảm sức bám mặt đường của lốp. Cũng như lực cản, lực nâng tỷ lệ với diện
tích mặt sàn xe, với bình phương vận tốc và hệ số nâng (CL). Hệ số này phụ
thuộc hình dạng của xe.
1
=
Fwz A.CL .ρ.v 2 (1.2)
2
Ở tốc độ cao, lực nâng Fwz có thể tăng quá mức và gây ảnh hưởng xấu đến
sự chuyển động của xe. Lực nâng tập trung chủ yếu ở phía sau, nếu lực nâng quá
lớn, các bánh xe phía sau sẽ bị trượt, và như vậy rất nguy hiểm, nhất là khi xe
8