BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM NGỌC PHAN HUY

NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO
TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG
NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO XE VÀ KHÁCH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246

S K C0 0 4 7 4 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM NGỌC PHAN HUY

NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP
NÂNG CAO TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE TRÊN ĐƯỜNG
NHẰM ĐẢM BẢO AN TOÀN CHO XE VÀ KHÁCH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 605246
Hướng dẫn khoa học:

Ngành học: Sửa chữa máy nổ
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/1999 đến 03/2003
Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM – TPHCM
Ngành học: Cơ khí động lực

III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

09/2003

Bộ môn Ô TÔ – Khoa Cơ Khí

đến nay

Trường Cao Đẳng Nghề Nha Trang

i

Giáo Viên


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai

khi tham gia giao thông phụ thuộc kết cấu các hệ thống tổng thành như kích thước
xe, chiều cao trọng tâm, tốc độ xe, quãng đường phanh, hệ thống treo và việc điều
khiển của người lái: Sử dụng phanh, tốc độ xe, cách lái xe, cách sử dụng tay số trên
đường vòng, đường đèo dốc. Ngoài ra, tốc độ tối đa, cách sắp xếp hành khách và
hàng hóa trên xe cũng là yếu tố rất quan trọng để tránh tình trạng mất cân đối trọng
tâm của xe.
Luận văn này nghiên cứu tính ổn định chuyển động của xe trên đường trong
các trạng thái chuyển động thẳng, quay vòng ứng với các vận tốc tính toán và chiều
cao trọng tâm của xe. Qua các thông số kỹ thuật của xe chọn làm đối tượng nghiên
cứu và cơ sở lý thuyết để tính toán các thông số phù hợp với điều kiện hoạt động ở
khu vực phía nam. Từ đó, khắc phục các nhược điểm còn tồn tại của xe, đưa ra các
biện pháp nâng cao tính ổn định của xe trên đường, nhằm đảm bảo an toàn cho xe
và hành khách.
Xuất phát từ những lý do trên và được sự định hướng của thầy PGS-TS
Nguyễn Văn Phụng, học viên chọn nghiên cứu về đề tài: “Nghiên cứu các biện
pháp nâng cao tính ổn định của xe trên đường, nhằm đảm bảo an toàn cho xe và
khách”.

iv


ABSTRACT
Road accident has been a major concern these days due to an increase of
means of guest transportation together with its higher density. Automobile operating
stability depends mostly on the following specifications: sizes, center of gravity
position, speed, braking distance, suspension system and the driver’s skills: use of
brake, speed, driving manner, gearing skills on curved and slopy roads. Max speed,
passenger and merchandise arrangements are also important factors that help assure
vehicle’s gravity center balance.
This thesis studies the stability of a vehicle’s motion in both straight and

1.3. Phương pháp nghiên cứu giải quyết.....................................................................4
1.4. Đối tượng nghiên cứu và giới hạn của đề tài .......................................................4
1.5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài ......................................................5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................6
2.1. Ổn định và an toàn chuyển động của ô tô trên đường bằng, đường dốc..............6
2.1.1 Tính ổn định của ôtô trên mặt phẳng dọc...........................................................6
2.1.1.1. Tính ổn định dọc tĩnh .....................................................................................6
2.1.1.1.1. Xét ổn định theo điều kiện lật đổ ................................................................6
2.1.1.1.2. Xét ổn định theo điều kiện bám ..................................................................8
2.1.1.1.3. Xác định hệ số ổn định tĩnh của ôtô – SSF. ..............................................10

vi


2.1.1.2. Ổn định dọc động. ........................................................................................11
2.1.1.2.1. Trường hợp chuyển động tổng quát: Ôtô chuyển động lên dốc không ổn
định............................................................................................................................11
2.1.1.2.2. Trường hợp xe chuyển động ổn định với vận tốc cao trên đường nằm
ngang. ........................................................................................................................13
2.1.2. Tính ổn định trong mặt phẳng ngang của ôtô .................................................14
2.1.2.1. Xác định tọa độ trọng tâm trên cơ sở lý thuyết:...........................................14
2.1.2.1.1. Khi ô tô không tải:.....................................................................................14
2.1.2.1.2. Khi ô tô đầy tải:.........................................................................................15
2.1.2.2. Xác định tọa độ trọng tâm qua thực nghiệm:.............................................15
2.1.2.2.1. Xác định trọng tâm theo chiều dọc a,b: ....................................................15
2.1.2.2.2. Xác định trọng tâm theo chiều cao hg .......................................................16
2.1.2.2.3. Xác định độ lệch trọng tâm theo chiều ngang (e) ....................................17
2.1.2.3. Tính chất ổn định động ................................................................................17
2.1.2.3.1.Khi xe chuyển động thẳng trên mặt đường nghiêng ngang .......................17
2.1.2.3.2. Khi xe chuyển động có gia tốc, tính Vmax. ................................................19

2.4. Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ ở các tỉnh phía nam...................................44
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ PHÂN TÍCH TÍCH ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ
THACO-HYUNDAI HB120SL ..............................................................................46
3.1. Đặc tính kỹ thuật cơ bản của ô tô THACO-HYUNDAI HB120SL...................46
3.2. Đặc tính kỹ thuật của xe:....................................................................................53
3.2.1. Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ:.......................................................53
3.2.2. Số liệu khối lượng, chiều cao trọng tâm, mô men tải trọng các phần tử xe. ..64
3.2.2.1. Xác định trọng lượng ôtô .............................................................................64

viii


3.2.2.2. Xác định tọa độ trọng tâm trên cơ sở lý thuyết:...........................................65
3.3. Ổn định và an toàn chuyển động của ô tô trên đường bằng, đường dốc............67
3.3.1. Xây dựng đồ thị quan hệ giữa hệ số ổn định tĩnh SSF và khối lượng m của xe.
...................................................................................................................................68
3.3.2. Phương pháp giảm chiều cao trọng tâm xe theo hệ số ổn định tĩnh (SSF) khi
có tải: .........................................................................................................................71
3.4. Ổn định và an toàn của ô tô khi xe quay vòng...................................................75
3.4.1. Động lực học quay vòng đều ..........................................................................75
3.4.1.1. Mô hình phẳng tuyến tính ............................................................................75
3.4.1.2. Tính điều khiển tĩnh của ôtô ........................................................................76
3.4.1.3. Hàm truyền của vận tốc góc quay thân xe. Hiện tượng quay vòng thừa, quay
vòng thiếu..................................................................................................................78
3.4.2. Tính chất ổn định động: ..................................................................................83
3.5. Tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh........................................88
3.5.1. Tính ổn định của ô tô trong khi phanh. ...........................................................88
3.5.2. Ổn định hướng chuyển động ôtô khi phanh....................................................91
3.5.2.1. Sự bó cứng bánh xe và khả năng ổn định của ôtô........................................91
3.5.2.2. Độ tin cậy của hệ thống phanh, sự ổn định chuyển động của ôtô có hệ thống

Hình 2.15: Sơ đồ quay vòng thiếu............................................................................28
Hình 2.16: Sơ đồ quay vòng thừa.............................................................................29
Hình 2.17: Sơ đồ lực tác dụng khi xe quay vòng .....................................................29
Hình 2.18: Sơ đồ lực tác dụng khi xe quay vòng .....................................................31
Hình 2.19: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô theo điều kiện trượt ngang ..........................32
Hình 2.20: Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh .............................................34
Hình 2.21a: Hãm cứng cầu sau ................................................................................38
Hình 2.21b: Hãm cứng cầu trước.............................................................................38
Hình 2.22: Phanh xe trên đường dốc.......................................................................40
Hình 2.23: Sơ đồ các lực khi phanh .........................................................................41
Hình 2.24: Quan hệ lực phanh và  khi S1 = S2 = 0 ...............................................42

x


Hình 2.25: Quan hệ lực phanh và  khi S1  S2  0 ................................................43
Hình 3.1: Xây dựng đồ thị công suất của động cơ ...................................................55
Hình 3.2: Đồ thị lực kéo tiếp tuyến Fk tại bánh xe chủ động ở các tay số ..............57
Hình 3.3: Đồ thị lực lực kéo tiếp tuyến Fk tại các bánh xe chủ động ở các tay số
khác nhau tại bánh xe chủ động ................................................................................59
Hình 3.4: Đồ thị nhân tố động lực học của xe..........................................................60
Hình 3.5: Đồ thị gia tốc của xe.................................................................................62
Hình 3.6: Đồ thị gia tốc thời gian tăng tốc của xe khi đầy tải .................................63
Hình 3.7: Đồ thị quãng đường tăng tốc của xe ........................................................64
Hình 3.8: Các lực và mô men tác dụng trạng thái tĩnh ............................................68
Hình 3.9: Đồ thị xác định hệ số ổn định tĩnh của ôtô (m < 3000 kg) ......................69
Hình 3.10: Mối quan hệ giữa SSF và m...................................................................71
Hình 3.11: Mối quan hệ giữa SSF và m theo cách bố trí mới..................................75
Hình 3.12: Mô hình phẳng một vết của ôtô .............................................................76
Hình 3.13: Đồ thị đặc tính tốc độ của vận tốc góc quay thân xe .............................81


xii


Chương 1

TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nước đã công bố.
1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
Trong thời gian gần đây, với sự phát triển mạnh về loại hình dịch vụ vân tải
hành khách bằng xe khách giường nằm do tính tiện ích, thuận lợi mà nó mang lại
cho hành khách; cùng với sự phát triển đó là các vấn đề về tai nạn giao thông thảm
khốc xảy ra ngày càng nhiều, mà chủ yếu là xe khách giường nằm, bởi rất nhiều
nguyên nhân và góp mặt trong đó là nguyên nhân về tính ổn định, tính an toàn của
các phương tiện tham gia lưu thông trên đường. Vì vậy, một nhu cầu cấp thiết đặt ra
là cần nghiên cứu các biện pháp để nâng cao tính ổn định của xe để đảm bảo an toàn
tối đa cho con người cũng như phương tiện và hàng hoá tham gia lưu thông trên
đường. Nguyên nhân gây tai nạn không chỉ đơn thuần là do sự trượt của các bánh
xe trên đường, trên thực tế đã có rất nhiều những tai nạn đáng tiếc xảy ra do hiệu
quả phanh kém hoặc khi phanh xảy ra hiện tượng bó cứng bánh xe làm mất khả
năng điều khiển hoặc khi ô tô khởi hành hay tăng tốc độ đột ngột trên đường có hệ
số bám thấp thì rất có thể các bánh xe chủ động bị trượt quay tại chỗ dẫn đến làm
mất mát mô men chủ động và có thể làm trượt xe. Đặc biệt có những trường hợp ô
tô mất ổn định động học trong quá trình tăng tốc hay quay vòng (quay vòng thừa
hoặc quay vòng thiếu) cũng dẫn đến các tình huống nguy hiểm cho ô tô. Ô tô
chuyển động trên đường với quỹ đạo rất phức tạp, nếu ô tô chuyển động với tốc độ
cao, gặp chướng ngại vật cần phanh gấp hoặc cần đổi hướng chuyển động một cách
đột ngột để tránh chướng ngại vật có thể làm xe bị lật.
Vấn đề nghiên cứu nâng cao tính ổn định của xe trên đường nhằm đảm bảo

Control).
+ Hệ thống túi khí…vv
Và còn rất nhiều các hệ thống được nghiên cứu và ứng dụng trên nhiều xe khác
nhau.
Các hệ thống trên hỗ trợ người lái trong quá trình phanh, quá trình khởi hành
hay khi chuyển động trên các loại đường trơn trượt, có hệ số bám thay đổi, chúng

2


chủ yếu tác động đến lực phanh, lực kéo nhằm kiểm soát sự trượt của các bánh xe
và chúng thường được ứng dụng một cách độc lập trên xe.
Trong nước đã có một số đề tài nghiên cứu về các loại ô tô, xe bus, xe khách
một tầng, hai tầng như:
– Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống treo đến mức độ êm
dịu xe bus Samco B47 sử dụng trong thành phố HCM”, tác giả: Nguyễn
Trường Giang.
– Tính toán kiểm tra ổn định của xe ô tô mini bus 6 – 8 chỗ ngồi. PGS-TS Dư
Quốc Thịnh.
– Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu việc sử dụng LabVIEW để mô phỏng 3D ổn
định chuyển động của ô tô”, tác giả Lê Minh Đảo.
– Luận văn thạc sĩ: “Tổng quan về ổn định quay vòng của ô tô du lịch”, tác giả
Tôn Thất Hiểu.
– Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên hành khách trong
xe khách giường nằm (Thaco-mobihome)”, tác giả Nguyễn Xuân Ngọc.
1.2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
– Nâng cao tính ổn định chuyển động của xe trên đường nhằm đảm bảo an
toàn cho xe và hành khách.
– Sử dụng lý thuyết ổn định chuyển động của ô tô để khảo sát tính toán đối với
loại xe khách cụ thể chọn làm đối tượng nghiên cứu. Từ đó đánh giá tính ổn

1.4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng chọn nghiên cứu là dòng xe khách giường nằm “THACOHYUNDAI HB – 120SL ” do Công ty Cổ phần ôtô Trường Hải sản xuất, lắp ráp và
phân phối tại Việt Nam.
Phạm vi nghiên cứu
Trong quá trình chuyển động, ô tô thực chất là một cơ hệ phức tạp chuyển
động trên đường với nhiều trạng thái mất ổn định khác nhau, nhiều địa hình đường
xá khác nhau, nên phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ giới hạn ở các tỉnh phía nam,
nghiên cứu chỉ tính toán các thông số về tính ổn định của xe, đưa ra các thông số tối
ưu và mô phỏng bằng phần mềm hiện có.

4


Xét tổng quát quá trình chuyển động của ô tô trên đường ở một số các trạng
thái đặc biệt liên quan đến vấn đề khảo sát và nghiên cứu, không có biểu thị các hệ
thống bố trí trên xe.
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Khảo sát và chứng minh các yếu tố tác động đến độ an toàn của xe để đánh
giá được các yếu tố nào ảnh hưởng đến độ ổn định và an toàn cao nhất của ô tô. Từ
đó kiểm soát được quá trình vận hành với độ ổn định và an toàn tối ưu, phù hợp với
điều kiện thực tế hoạt động của xe.
Thông qua đề tài, nhà chế tạo nâng cao tính hợp lý về kết cấu của các bộ
phận, chi tiết liên quan để ngày một tối ưu hóa tính ổn định và nâng cao độ an toàn
cho xe khách phù hợp với các trạng thái chuyển động trên đường tại các tỉnh phía
nam và cả nước nói chung. Ngoài ra, người vận hành biết được những lưu ý khi sử
dụng xe sao cho tốt nhất, hợp lý nhất.
Nghiên cứu của đề tài sẽ tạo điều kiện khảo sát, kiểm tra dễ dàng các thông
số liên quan giữa khối lượng với hệ số ổn định tĩnh SSF, ứng với các trạng thái
chuyển động của xe, cách bố trí hành khách, hàng hóa phù hợp đảm bảo an toàn hơn

 M O2  Z1 .L  G.sin  l .hg - G.cos  l .b  0

Xe bắt đầu lật khi  Z1  0
nên:

G.sin  l .hg - G.cos  l .b  0

 tg l 

b
hg

(2.1.1.1)

Trong đó:
 l : Góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc.

hg: Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao.
– Xe đứng yên quay đầu xuống dốc
Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô:

Hình 2.2: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi đứng yên quay đầu xuống dốc
Trường hợp khi xe đứng yên quay đầu xuống dốc, xe có xu hướng lật quanh
trục nằm trong mặt phẳng của đường và đi qua điểm tiếp xúc của hai bánh xe cầu
trước với mặt đường (điểm O1). Khi góc α tăng dần đến góc  l (góc giới hạn mà xe

7


bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc) thì các bánh xe cầu sau nhấc khỏi mặt đường,


Ppmax = G.sinαt = Z2. φ
Trong đó:

(2.1.1.3)

Ppmax - Lực phanh lớn nhất đặt ở các bánh xe sau.
φ

- Hệ số bám dọc của bánh xe với mặt đường.

Z2

- Hợp lực của các phản lực thẳng góc từ mặt đường tác
dụng lên bánh xe sau.

Khi tăng góc α lên tới αt (góc giới hạn mà ôtô bắt đầu trượt khi đứng quay
đầu lên dốc) thì lúc đó lực phanh đạt tới giới hạn bám.
Lập phương trình cân bằng moment tại O1
 M O1  Z 2 .L - G.sin  t .hg - G.cos  t .a  0

 Z2 

G.(sin  t .hg  cos  t .a)
L

(2.1.1.4)

Thay giá trị Z2 vào (2.1.3)


cực đại:
Ppmax = φ.G.cosα

(2.1.1.7)

Tương tự, điều kiện để xe đứng trên dốc bị trượt như sau:

9


tgαt= tgα’t = φ

(2.1.1.8)

Điều kiện an toàn
Sau khi xét tính ổn định của xe qua hai điều kiện lật đổ và điều kiện bám.
Góc giới hạn ổn định và an toàn là góc α có trị số bé, tức đảm bảo cho xe bị trượt
trước khi bị lật đổ, được xác định bằng biểu thức:
tgαt < tgαl

(2.1.1.9)

a.
b

L   .hg hg

– Nếu xe chỉ phanh ở cầu sau thì:

– Nếu xe phanh ở tất cả các bánh xe thì:  

2hg
G.cos 

Như vậy:

SSF  f (  , G )

2.1.1.2. Ổn định dọc động.
Khi ôtô chuyển động trên đường dốc có thể bị mất ổn định (do bị lật đổ hay
bị trượt) dưới tác dụng của lực và moment hoặc bị lật đổ khi chuyển động ở tốc độ
cao trên đường bằng.
2.1.1.2.1. Trường hợp chuyển động tổng quát: Ôtô chuyển động lên dốc không
ổn định.

Hình 2.5: Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ôtô khi chuyển động lên dốc

– Xét ổn định theo điều kiện lật đổ:
Lập phương trình moment đối với điểm O2
M O2  Z1.L - G cos  l .b  (G sin  l  Pj  P ) hg  M f  0

 Z1 

G cos  l .b - (G sin  l  Pj  P )hg - M f
L

Trong đó:
G: Trọng lượng toàn bộ của xe
L: Chiều dài cơ sở của xe

11