phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định chuyển động của ô tô - máy kéo

I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trong giai đoạn hiện nay trước sự phát triển của khoa học kỹ thuật cuộc sống của
con người được nâng cao cả về vật chất và tinh thần, như cầu tham gia giao thông các
phương tiện ngày càng tăng, tai nạn giao thông gia tăng vì vậy vấn đề an toàn khi sử dụng
các phương tiện khi tham gia giao thông luôn được đặt ra đối với các nhà kỹ thuật ôtô – máy
kéo. Sự chuyển động an toàn của ô tô phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái chuyển động của ô
tô. Trong đó có trạng thái chuyển động không ổn định của xe xẩy ra khi ô tô không thể điều
khiển hướng chuyển động theo quỹ đạo ổn định.
Trạng thái chuyển động ổn định của ô tô phụ thuộc vào tính ổn định hướng chuyển
động của ô tô máy kéo, được hiểu là khả năng của xe tự duy trì hướng chuyển động theo
hướng đã được người điều khiển định trước.
Tính ổn định hướng chuyển động của ô tô đảm bảo đến sự chuyển động êm dịu của
xe, quyết định lớn đến mức độ an toàn và sức khoẻ cho người và sự an toàn hàng hóa trên
xe.
Đối với máy kéo, tính ổn định hướng chuyển động còn ảnh hưởng đến chất lượng
công việc và hiệu quả kinh tế. Trong đó tính ổn định chuyển động thẳng gây ảnh hưởng lớn
nhất. Ví dụ nếu máy kéo có tính ổn định chuyển động thẳng không tốt sẽ ảnh hưởng đến
năng suất và chất lượng cày, bừa …
Do vậy việc nghiên cứu để nâng cao tính ổn định chuyển động của ô tô máy kéo luôn
là vấn đề được nhiều nhà khoa học kỹ thuật trên thế giới và trong nước coi trọng.
Các kiến thức về tính ổn định chuyển động ô tô máy kéo cũng cần được trang bị cho
nhà quản lý và tổ chức sử dụng khai thác các phương tiện vận tải bằng ô tô cũng như sử
dụng các liên hợp máy kéo trên đồng ruộng nhằm nâng cao tính an toàn, nâng cao chất
lượng công việc và nâng cao hiệu quả kinh tế sử dụng các loại phương tiện này.
Từ những lý do trên tôi tiến hành nghiên cứu chuyên đề :
“Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định chuyển động của ô tô - máy
kéo”
• Mục tiêu của chuyên đề: Là đi sâu vào phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn
định chuyển động của ô tô máy kéo, từ đó đưa ra các biện pháp nâng cao tính an toàn
khi sử dụng ô tô – máy kéo.
• Yêu cầu: Trên cơ sở thu thập, nghiên cứu các tài liệu có liên quan tính ổn định

chuyển động của xe, ta đi sâu vào phân tích các yếu tố chính làm ảnh hưởng đến tính
ổn định chuyển động của ô tô máy kéo làm nổi bật lên mức độ ảnh hưởng của các
yếu tố chính đó.
1
II. NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
2.1. Phương pháp nghiên cứu
Trên cơ sở đọc tài liệu sách vở, trên mạng kết hợp với kiến thức thầy cô cung
cấp và thực tiễn tìm hiểu đưa ra phương án phân tích cho phù hợp.
2.2. Nội dung nghiên cứu
2.2.1. Cơ sở lý thuyết phân tích tính ổn định chuyển động của ô tô – máy kéo
2.2.1.1 Khái niệm
Tính ổn định hướng chuyển động là tính chất chuyển động của cơ hệ sát gần với
chuyển động chính hoặc chuyển động có thể đạt tới chuyển động chính khi có nhiễu.
Ngược lại, chuyển động không ổn định có đặc tính của chuyển động chính và sau đó
tiếp tục nhận được một vài nhiễu ban đầu nhỏ.
2.2.1.2 Các dạng chuyển động ổn định và dấu hiệu chính
Tính chất ổn định của hệ thống cơ học có thể chia thành 2 dạng chính:
Dạng 1- Từ những nhiễu ban đầu, trong suốt thời gian tác dụng, nhiễu có trị số gần
bằng 0. Chuyển động chính của hệ thống nhận được gọi là ổn định tiệm cận.
Dạng 2 - Nhiễu tồn tại nhưng nhỏ và không mất đi. Chuyển động chính của hệ thống
nhận được gọi là ổn định không tiệm cận.
Hệ thống cơ học học thực tế nào đó ( ví dụ máy kéo, Ô tô, máy móc, liên hợp máy
kéo …) có thể nhận được hoặc không nhận được tính chất ổn định của chuyển động, nó phụ
thuộc vào việc chọn các tham số động học khi thiết kế máy.
Để đánh giá tính ổn định chuyển động của hệ thống cơ học có thể sử dụng một số chỉ
tiêu nhất định tùy theo mức độ phức tạp của cơ hệ cũng như mục đích và điều kiện nghiên
cứu. Một trong những lý thuyết cổ điển về chuyển động ổn định được sử dụng rộng rãi là
công trình của A.M. Liapunov. Tóm tắt nội dung của lý thuyết này như sau:
Nếu xét sự sai lệch giữa chuyển động có nhiễu và chuyển động không co nhiễu và ký
hiệu e

i
, ta có:

)()()(
0
tqtqt
iiii
−==
εε
(1.1)
Khoảng cách ρ giữa những quĩ đạo chuyển động nhiễu và không nhiễu được xác định
theo theo công thức:

∑
=
=
n
i
i
1
2
ερ
(1.2)
Từ đó ta có những khái niện ổn định xác định sau đây :
+ Ổn định chuyển động : Sự chuyển động của hệ thống cơ học được gọi là ổn định
nếu có số α nhỏ tuỳ ý có thể tìm được một số A để sao cho ρ
0
<A thì nhận được
2
ρ< α khi t > t

0
.
+ Ổn định tiệm cận : Sự chuyển động hệ thống cơ học được gọi là ổn định tiệm cận nếu có
thể tìm được số dương A để ρ
0
<A thì ρ →0 khi t→∞.
+ Chuyển động không ổn định : Sự chuyển động của hệ thống cơ học được gọi là không ổn
định nếu nó không thoả mãn các điều kiện nói trên .
2.1.1.3. Lý thuyết xác định ổn định hướng chuyển động của cơ hệ
Theo định lý A.M. Liapunov phương trình đại số bậc bất kỳ có nghiệm phức với
phần thực âm, nếu tất cả các hệ số của phương trình là dương, ngoài ra định thực được lập
từ các hệ số của phương trình đã được nghiên cứu có giá trị bằng 0.
Dấu hiệu chỉ sự ổn định của hệ thống cơ học là trường hợp khi mà sai lệch so với chuyển
động chính được miêu tả bằng phương trình vi phân tuyến tính có hệ số không đổi, nhưng
khi thành lập phương trình vi phân của chuyển động lại thường nhận được phương trình
không tuyến tính. Trong những trường hợp đó khi nghiên cứu một hệ thống di dời rất nhỏ sẽ
dẫn đến phương trình tuyến tính.
Với mục đích là thành lập tất cả phương trình tuyến tính nhờ có các bậc tự do hoặc một
phương pháp nào đó sẽ đưa đến chuỗi bậc cao vô cùng nhỏ.
Khi nghiên cứu phương trình đặc tính bằng 0 sẽ phức tạp trong việc xác định ổn định của
cơ hệ, sự ổn định của chuyển động trong trường hợp đó có thể được giải quyết bằng phương
trình không tuyến tính.
Khi sai lệch của hệ thống so với vị trí cân bằng là nhiều nó sẽ phụ thuộc vào lực tác dụng,
nên di chuyển và vận tốc cũng không phải là tuyến tính có thể sinh ra dao động tự động.
2.2.1.4. Quỹ đạo chuyển động của xe ô tô
* Quan hệ động học
Mô hình đưa ra ở dạng phẳng, trọng tâm của ô tô coi như đặt tại mặt đường.
Quỹ đạo chuyển động của xe là một đường cong và được xác định bởi các vị trí liên
tiếp của trọng tâm ô tô T. Vận tốc tức thời của ô tô là v đặt tại trọng tâm. Hệ toạ độ cố định
(hệ toạ độ mặt đường) ký hiệu Ox

0
y
0
z
0,
hệ toạ độ di động (hệ toạ độ gắn với trọng tâm ô tô)
ký hiệu là Txyz. Như vậy vận tốc v tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động và nghiêng đi so
với trục dọc ô tô là α (góc này được gọi tên là góc lệch hướng chuyển động của ô tô). Góc
quay tương đối giữa hai hệ toạ độ là ε và cũng chính là góc quay của trục dọc ô tô khi
chuyển động
Chiếu vận tốc v lên hai trục Ox
0
và Oy
0
, ta có:

. os( + )
xo
v v c
α ε
=

.sin( )
yo
v v
α ε
= +

Vị trí toạ độ trọng tâm được tính bằng tích phân:
3

0 0
.cos( ).
t t
o xo
x v dt v dt
α ε
= = +
∫ ∫

0 0
.sin( ).
t t
o yo
y v dt v dt
α ε
= = +
∫ ∫

Để xác định quỹ đạo chuyển động của xe cần xác định các góc α và ε , toạ độ x
0,
y
0.
Các thông số khác cần xác định trên là:
− Gia tốc hướng tâm: a
h
có mặt là do ô tô chuyển động trên một quỹ đạo cong có gia
tốc chuyển động tịnh tiến không trùng với vận tốc v

2

h
i
v
a
R
=
Trong đó R
i
là bán kính đường cong tức thời của quỹ đạo. Đạo hàm theo thời gian
của v
x0
và

y
y0
thu được :
cos( ) .( ).sin( )
xo
v v v
α ε α ε α ε
= + − + +
& &
& &
.sin( ) .( ). os( + )
yo
v v v c
α ε α ε α ε
= + + +
& &
& &

( )v
α ε
+
& &
là gia tốc hướng tâm a
h:

.( )
h
a v
α ε
= +
& &

4
Khoảng cách TP là bán kính cong của quỹ đạo R
i
. Khoảng cách TP là bán kính quay
của trọng tâm ô tô.
Nếu trong trường hợp v= const; α=const thì R
i
=R lúc đó a
h
= a
ht;
và
t
ε ε
=

& &


2
ht t
v
a v
R
ε
= =
&
Ở đây sử dụng “t” để chỉ trạng thái quay vòng ổn định (gọi là quay vòng đều).
* Phương trình mổ tả quỹ đạo chuyển động của ôtô
Các lực tác dụng lên bánh xe bao gồm: Lực kéo (X
i
), lực cản lăn (P
fi
); các lực phản
bên (S
i
), các mô men quay cản của bánh xe (M
si
). Trọng tâm ô tô T đặt cách tâm trục cầu
sau một đoạn là b; cách tâm trục cầu trước một đoạn là a. Chiều dài cơ sở là l =a+ b. Lực
cản của không khí (kể cả của gió ) đặt tại điểm C cách trọng tâm một đoạn e và chia làm hai
thành phần. Lực cản không khí theo phương dọc là x là Pw và lực gió bên là N.
5
Tại trọng tâm ô tô có lực quán tính
mv
&

, lực ly tâm là
. ( )m v
α ε
+
& &
, trong đó m là khối
lượng của ô tô.
Khi thân xe quay, xuất hiện mô men quán tính xung quanh trục Tz và có giá trị là
z
J
ε
&&
(J
z
là mô men quán tính của ô tô đối với trục Tz đi qua trọng tâm T,
ε
&&
là gia tốc góc
quay thân xe). Góc quay của bánh xe trước là β
t
, các kích thước chiều rộng vết lốp của cầu
trước là t
t
, cầu sau là t
s.
Phương trình cân bằng các lực và mô mem sẽ là:
Đối với trục dọc ô tô

1 2
1 2 1 2 t 3 4 3 4

cos ( )sin ( )sin
( ) os 0
t
f f f f
mv mv s s
X X P P c P X X P P
ω
α α ε α β
β
− + + − + +
+ + − − − + + − − =
& &
&
(2.1)
Đối với trục ngang ô tô

1 2 t
3 4 1 2 1 2
sin ( ) os -(S ) os
( )sin 0
f f t
mv mv c S c
S S X X P P N
α α ε α β
β
− − + + +
+ + + + − − + =
& &
&
(2.2)

Phương trình cân bằng mô men đối với trọng tâm ô tô T

1 2 3 4 1 2
1 2 3 4 1 2 1 2 t
1 2 1 2 t 3 3 4 4
( ) cos ( ) ( ). sin
2
( ) ( )a.sin
( ) os ( ) . 0
2 2
t
z t t
s s s s f f
t s
f f f f
t
J S S a S S b S S
M M M M X X P P
t t
X X P P c X P X P N
ε β β
β
β ε
− + + − + + − −
− + + + + + − − −
− − − + − − − + + =
&&
(2.3)
Các phương trình này biểu thị sự chuyển động của ô tô khi bánh xe dẫn hướng có thể
lệch một góc β

t
. Vậy phương trình 2.1, 2.2, 2.3 được gọi là phương trình quay vòng của ô
tô. Nếu β
t
= 0 khi đó ô tô có thể chuyển động thẳng. Ở đây coi chuyển động thẳng là một
trường hợp đặc biệt của chuyển động quay vòng. Các phương trình này có dạng vi phân bậc
2 đối với α, ε, với các hàm kích động là các mô men, phản lực của mặt đuờng, các lực cản
6
không khí, lực cản gió bên và góc đánh vành lái β
t
.
* Mô hình của hệ thống lái
Góc quay các bánh xe dẫn hướng β
t
của ô tô được coi là như nhau. Trong thực tế các góc
quay này là khác nhau và được quyết định bởi phương pháp dẫn động lái. Sự sai khác này ở
đây không kể tới bởi vì cần thiết hơn cả là xác định mối quan hệ của góc quay vành lái β
v
và
góc quay bánh xe dẫn hướng β
t
chịu ảnh hưởng của góc quay vành lái, cơ cấu lái, đòn dẫn
động lá, trụ đứng và các bánh xe dẫn hướng. Mô hình được miêu tả như trên hình:
Mối quan của β
t
và
*
t
β
được thể hiện qua phương trình sau:

1
21
*
)).((
C
nnSS
sk
t
++
−=
ββ
(2.4)
Khi cần xác định mối quan hệ của β
t
và β
v
ta sử dụng công thức:
1
21
1
)).((
C
nnSS
i
skv
t
++
−=
β
β

(2.5)
Áp dụng 2 mô hình 1 có thể khảo sát mối quan hệ động lực học theo hướng chuyển động
của ô tô bằng các phương trình 2.1, 2.2, 2.3 và 2.5.
2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định hướng chuyển động xe ô tô
Sự chuyển động của ô tô trên nền đường phụ thuộc rất nhiều vào mối quan hệ của
bánh xe trên nền đường. Nếu gắn vào bánh xe một hệ tọa độ không gian ba chiều, bánh xe
sẽ chịu các lực dọc (theo phương x), lực ngang (theo phương y) và lực thẳng đứng (theo
phương z) đồng thời chịu mô men tác dụng theo các trục M
x
, (quay xung quanh trục x);
M
y
(quay xung quanh trục y); M
z
(quay xung quanh trục z). Các lực và mô men này luôn
luôn biến động và phụ thuộc và tốc độ quay và khả năng biến dạng của bánh xe. Trong
khoảng thời gian ngắn bánh xe có thể được coi là lăn đều, tâm quay của bánh xe là tâm trục.
Trạng thái này là trạng thái cơ sở để khảo sát .
7
Hình 1: Mô hình của hệ thống
lái
Trụ
đứng
Cơ cấu
lái
Vành lái
Trục lái
Đòn
quay
đứng

Độ cứng
(C
z)
Đòn quay
phụ
Đòn
quay
bánh xe
Trụ
đứng
X
1
X
1
X
2
n
s1
n
k
S
1
S
2
t
β
+
t
β
+

x
0
y
0
z
0
+
n
s2
n
k
r
0
n
x2
n
x1
r
0
S
1
v
β
Đòn
ngang
*
v
v
l
i

β
β
=
P
P
P
2.3.2.1 Góc lệch bên và mô men đàn hồi của bánh xe khi chịu lực ngang
Coi bánh xe được đặt vuông góc với mặt đường và đứng yên, chiu lực theo phương
z (hình 2), lực bên Y
k
tác dụng vào bánh xe tại tâm quay.Tại bề mặt tiếp xúc của bánh xe;
phản lực thẳng đứng Z
k
và phản lực bên S
k
. Do bánh xe đàn hồi nên mặt phẳng đối xứng của
bánh xe dịch chuyển một đoạn y
k
(so với khi không có lực bên Y
k
). Các thí nghiệm chỉ ra
rằng biểu đồ phân bố các lực bên phần tử tại vết tiếp xúc có dạng như trên hình vẽ. Tổng
hợp các lực bên S
k
và đặt tại điểm giữa của vết tiếp xúc . Trường hợp này không tạo nên mô
men đàn hồi của bánh xe.
Nếu bánh xe lăn đều (v
k

≠

0) biến dạng của phần bánh xe đàn hồi nằm trong vết tiếp
xúc sẽ khác nhau. Biểu đồ lực bên phần tử sẽ có dạng như trên hình vẽ (3.1.b). Tổng hợp
các lực bên phần tử sẽ chuyển dịch về phía sau so với tâm vết tiếp xúc một đoạn n
s
(Độ dịch
sau của lực bên tổng hợp S
k
), đồng thời tạo nên sự lệch bên của đường tâm vết tiếp xúc với
phương vận tốc bánh xe x
k
một góc
k
α
. Góc lệch
k
α
được gọi là góc lệch bên của bánh xe
khi chịu lực bên. Do có độ dịch sau của lực bên tổng hợp so với lực Y
k
tác dụng tại tâm trục,
xuất hiện mô men ngẫu lực của S
k
và Y
k
quay xung quanh trục z. Nếu ta chuyển lực S
k
về
tâm vết tiếp xúc thì phải thêm vào mô men M
sk
.

k
sk
s
S
M
n
=
(2.6)
Mô men M
sk
có cùng chiều quay của véc tơ v
k
và tạo nên xu hướng làm quay bánh xe
gây nên mất ổn định cho xe. Bởi vậy M
sk

được gọi là mô men đàn hồi bánh xe. Dấu và
chiều được xác định trên hình vẽ .
8
Hình 2: Sự thay đổi vết tiếp xúc và các mối quan hệ động học, động lực học của
bánh xe khi v
k
=0 (a) và v
k
0 (b)
z
k
z
k
V

k
= 0
V
k
≠ 0
Y
k
Y
k
y
k
y
k
S
k
Z
k
Z
k
S
k
S
k
X
k
Y
k
y
k
Vết tiếp xúc

X
k
k
α
Y
k
S
k
S
k
n
s
y
k
2.3.2.2 Các đặc tính của bánh xe khi có mặt lực dọc, khả năng trượt ngang, trượt dọc
Sự lăn của bánh xe thường xảy ra khi có măt cả lực dọc và lực bên.Lực dọc có thể quy
ước theo hệ toạ độ của ô tô đã chọn, hoặc quy ước là dương khi truyền lực kéo và là âm khi
chịu lực phanh. Lực dọc bị giới hạn bởi lực bám . Giá trị lực dọc lớn nhất của bánh xe có
thể đạt giá trị bằng giá trị lực bám của bánh xe với mặt đường. Giới hạn
axm
k
X
của lực dọc
khi không có mặt lực bên là:

ax ax
.
m m
k x k
X Z

ϕ
=
(2.7)
Ký hiệu
axm
x
ϕ
biểu thị hệ số bám dọc lớn nhất của bánh xe theo phương x. Nếu
Z
k
=const; S
k
=0 bánh xe có thể tiếp nhận lực dọc lớn nhất.
Khi có mặt của lực bên khả năng truyển lực dọc của bánh xe sẽ bị giảm nhỏ.
Giả thiết rằng khả năng bám ngang (
y
ϕ
) và bám dọc (
x
ϕ
) là như nhau thì trong toạ độ
Oxy trên mặt phẳng của đường, đầu mút của các vectơ phản lực tổng hợp từ lực dọc và lực
ngang lớn nhất sẽ được vẽ trên đường tròn với bán kính là
axm
k
R
, tâm là tâm của vết tiếp xúc
của bánh xe như hình vẽ.

2 2

k k k
R X S= +
(2.8)
Giá trị
axm
k
R
đạt được khi (
axm
x
ϕ
=
axm
y
ϕ
=
axm
ϕ
)

axm
k
R
=
axm
ϕ
. Z
k
(2.9)
Từ đồ thị nhận thấy nếu X

k
đạt
axm
k
X
thì S
k
=0 tức là khi đó bánh xe không có khả năng
tiếp nhận lực bên. Ngược lại nếu S
k
đạt
axm
k
S
khi đó bánh xe không có khả năng tiếp nhận
lực tổng hợp từ lực dọc. Như vậy đường tròn vẽ nên bởi đầu mút của
axm
k
R
là giới hạn khả
năng tiếp nhận lực tổng hợp từ lực dọc và lực ngang của bánh xe.
9
Hình 3: Dấu và chiều của , S
k
, M
sk
.
X
k
X

kv
k
v
k
-Y
k
-Y
k
y
k
y
k
+S
k
n
s
+S
k
z
k
+
k
α
+
M
sk
k
α
+
Kèm theo khả năng tiếp nhận lực dọc và lực bên của bánh xe là hiện tượng trượt dọc

và trượt ngang của bánh xe, khi có lực dọc cực đại (kéo, phanh) bánh xe dễ dàng bị trượt
bên và ngược lại khi có lực bên cực đại, bánh xe dễ dàng bị trượt dọc. Đó là cơ sở khi xem
xét tính điều khiển và dẫn hướng của bánh xe và của ô tô.
2.3.2.3 Ảnh hưởng của gió
Ảnh hưởng của gió đuợc tính toán trong trường hợp tổng quát bao gồm:
-Vận tốc dịch chuyển của ô tô trong môi trường không khí tĩnh. Trên trục toạ độ gắn
với ô tô vận tốc này mang dấu âm (-
o
v
) và nghiêng so với trục dọc của ô tô một góc
α
.
- Vận tốc gió v
g
biểu thị trên hình 5.
Tổng hợp hai véctơ vận tốc này:
0kk k
v v v= +
r r r
Véctơ
kk
v
r
nghiêng so với trục dọc ô tô một góc
τ
. Góc
τ
được gọi là góc tác dụng của
gió. Khi ô tô chuyển động thẳng theo chiều gió thì
τ

=0, còn lại thường xuyên chịu ảnh
hưởng của gió với
τ
≠
0.
Để xác định ảnh hưởng của gió bên trong bài toán quỹ đạo chuyển động có thể giả
thiết rằng:
- Phương của vận tốc ô tô nghiêng đi so với trục dọc một góc +
α
- Toạ độ của vỏ khí động được xác định là điểm giữa (hình dạng hình dọc) của ô tô: O.
10
S
k
S
k
0
0
X
k
=0
X
k1
X
k2
S
k
S
k1
S
k2

X
k
α
k
ϕ
Y
Z
K
X
K1
X
K2
Hình 4: Ảnh hưởng của lực dọc tới đặc tính lệch bên của bánh xe
V
g
τ
α
V
g
V
kk
Hình 5: Xác định ảnh hưởng của gió
- Tốc độc của không khí v
kk
được xác định theo hai thành phần v
kk
và v
khô
.
Lực tác dụng của không khí tỷ lệ thuận với mật độ không khí

ρ
và bình phương vận
tốc v
kk
. Nếu biết hệ số cản bên của không khí là C
N
thì:

2
2
N x kk
N C S v
ρ
=
(2.10)
Trong đó: N là lực tác dụng của gió bên
S
x
là diện tích cản chính diện của bề mặt ô tô
Mô men làm quay ô tô xung quanh trục z đối với điểm O của ô tô là:

( )
2
0 Z
0
( ) . . . .
2
Z M x kk
M C S v l
ρ

=
(2.11)
Trong đó: (C
MZ
)
0
− hệ số quay của mô men xung quanh điểm 0
l − chiều dài cơ sở của ô tô

Trong thực nghiệm các giá trị
,
, , ,
x kk
S v l
ρ
là các giá trị dễ dàng xác định. Vấn đề còn
lại là tìm các hệ số cản bên của không khí C
N
và hệ số quay mô men (C
MZ
)
0
. Các hệ số này
đều xuất phát từ việc đo trên ốngn thổi và mô hình đồng dạng.
Độ nhạy cảm với gió bên của ô tô.
Độ nhạy cảm với gío bên được đánh giá khi ô tô chuyển động với
v
β
=0 Ảnh
hưởng của hàm truyền vận tốc góc quay thân xe là:

*
2 2 * 2
1 2
1
( )
( ) 1
v kk
kk kk v
t
T
p
v
p
v p v T p T p
ε
β
ε ε
τ τ β
+
 
= − +
 ÷
+ +
 
&
& &
(2.12)
Hàm này chứa các đại lượng quen thuộc:
2
.

kk
v
β
τ
là hàm truyền của góc bù điều khiển cần thiết để ô tô chuyển động thẳng khi gió
bên không đổi.
Thành phần mới là:
11
Hình 6: Lực gió bên, mô men quay của gió và các góc tác dụng của gió.
x
0
y
0
+
N
(M
z
)
0
V
kk0
V
kk
+α
-τ
l/2
l
V
kky
V

z
0
0
'
. .
( ) ( )
kk s t
T
m e v
v C b e C a e
ε
α α
=
+ − −
&
(2.13)
Dấu (-) ở phương trình (2.12) phụ thuộc vào toạ độ chọn. Ở đây
ε
&
là dương nếu
τ
là
âm.
Ảnh hưởng của hàm truyền (2.12) nên quy luật của đồ thị đặc tính
2
.
kk
v
β
τ

=f(t) giống
với quy luật
2
kk
qd
v
ε
τ
 
 ÷
 
&
=f(t). Do đó ta có :

0
*
t
2 2 *
2
( )
1 os sin .
( )
1
t
v kk
t
kk kk v
t
T
D

v
p
e c t t
v p v
D
ε
δ
ω
β
ε ε
ω ω
τ τ β
−
 
 
−
 
 ÷
 
 
 ÷
= − − −
 ÷
 
 ÷
−
 
 ÷
 
 

 
&
& &
(2.14)
Đồ thị được biểu diễn trên hình 7
Hệ số góc tại gôc toạ độ
ε
&
(t=0) suy ra từ (2.14) khi
*
v
β
=
α
=0.
2 2
0
( 0)
N
kk kk z
t
k e
d t
dt v v J
ε ε
τ τ
=
 
=
= = −

 ÷
 
& &&
(7-8)

2.3.2.4 Ảnh hưởng của phanh
Sự chuyển động an toàn của ô tô phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái chuyển động của
ô tô khi nó phanh. Các trạng thái thường xẩy ra là ô tô không thể điều khiển hướng chuyển
động theo quỹ đạo của đường khi phanh. Trạng thái này gắn liền với sự bó cứng xảy ra ở
từng cầu, tức là cầu nào bị bó cứng trước. Có hai khả năng xảy ra:
− Bó cứng ở cầu sau trước.
− Bó cứng ở cầu truớc trước.
12
kk
v
ε
τ
&
2
N
kk
z
k e
v
J
τ
[ ]
*
2 * 2
0

( ) ( )
v N
s t
kk v z
t
k
C b e C a e
v J mv
α α
β
ε
τ β ω
   
= + − −
 ÷  ÷
   
&
t
Hình 7 : Đồ thị đặc tính quá độ của hàm truyền vận tốc góc quay
thân xe trước ảnh hưởng của gió bên =0
Trong trường hợp này, nếu do một ngoại lực bất kỳ nào đó lực quán tính
mx
&&
không
nằm dọc theo trục x của ô tô mà nghiêng một góc α. Phân tích
mx
&&
theo phương y và x có F
y
và F

x
. Lực F
y
cân bằng với các phản lực bên ở các cầu xe S
t
và S
s
. Nếu bó cứng cầu sau
(S
s
=0) lực bên chỉ tồn tại ở bánh trước và F
y
.a=S
t
.a và cặp ngẫu lực F
y
, S
t
làm quay ô tô
xung quanh z theo chiều mũi tên, dẫn tới mất ổn định.
Nếu bó cứng bánh xe cầu trước, ta có S
t
=0 và S
s
≠0 mô men do cặp ngẫu lực làm
quay ô tô theo hướng giảm nhỏ góc α. Tức là khi bó cứng bánh xe trước, ô tô chuyển động
gần giống trạng thái trước lúc phanh bó cứng như vậy ô tô chuyển động ổn định.
Qua phân tích trên: Khi xe chuyển động thẳng việc xảy ra bó cứng bánh xe cầu trước
có lợi cho khả năng ổn định hơn. Khi ô tô đi trên đường cong, phanh bó cứng như thế, làm
cho ô tô chuyển động theo hướng mở rộng bán kính quay vòng. Người lái muốn điều chỉnh

hướng chuyển động nhưng vì bánh xe không có khả năng tiếp nhận lực ngang, nên việc điều
chỉnh không có hiệu quả, ô tô ở trạng thái mất tính điều khiển.
Nếu bó cứng bánh xe của cầu sau, còn có khả năng điều chỉnh hướng chuyển động ở
các bánh xe cầu trước, để giảm góc quay thân xe phải đánh ngược vành lái. Việc điều chỉnh
như vậy đòi hỏi người lái phải có nhiều kinh nghiệm như khả năng bớt chân phanh để
không bó cứng bánh xe cầu sau, đồng thời phân chia lực phanh hợp lý. Cấu trúc của các loại
ô tô như thế tạo điều kiện cho ô tô không bị quay quanh trục đứng nhiều khi phanh và người
ít có kinh nghiệm lái xe vẫn có thể sử dụng được.
Sự bó cứng đồng thời ở các bánh xe hai cầu, không gây nên các lực bên phụ, ô tô vẫn
có thể tiếp tục chuyển động thẳng. Song nếu xuất hiện các phản lực bên sẽ dẫn tới quay
vòng ô tô. Sự ổn định của ô tô phụ thuộc vào kết cấu bố trí cơ cấu phanh.
Trên ô tô hiện nay có hai phương pháp bố trí cơ cấu phanh
− Cơ cấu phanh bố trí trong lòng bánh xe
− Cơ cấu phanh bố trí ngoài bánh xe
13
Hình 8: Sơ đồ khảo sát hiện tượng bó cứng bánh xe của cầu xe
và khả năng ổn định khi phanh.
a) Bó cứng bánh sau; b) Bó cứng bánh trước
b
y
x
F
x
F
y
T
S
t
=0
b)

S
s
P
Ps
P
Pt
α
mx
&&
a
y
x
F
x
F
y
T
S
s
=0
a)
P
Ps
P
Pt
S
t
α
mx
&&

Sơ đồ phân tích lực ảnh hưởng do bố trí cơ cấu phanh và bán kính quay bánh xe r
0
chỉ
ra trên hình 9
Với cơ cấu phanh bố trí trong lòng bánh xe (hình 9.a) lực phanh P
p
gây nên tại chỗ tiếp
xúc của bánh xe với mặt đường có cánh tay đòn với trụ đứng là
1 0
osr r c
δ
=

Mô men gay quay bánh xe quanh trụ đứng là M
p0
=P
p
.r
1
. Mô men này tác động lên hệ
thống lái thông qua hệ thống đòn ngang. Nếu lực bám ở hai bên bánh xe như nhau và ô tô
chuyển động thẳng, mô men ở hai bánh xe dẫn hướng có xu hướng bị triệt tiêu. Nhưng khi
lực phanh ở hai bên bánh xe không đồng đều, bán kính r
0
dương và không quá lớn sẽ làm
giảm ảnh hưởng của dự không đều lực phanh hoặc lực cản lăn. Nhờ vậy người lái giảm
cường độ lao động để điều chỉnh hướng chuyển động.
Với cơ cấu phanh bố trí ngoài bánh xe (sát truyền lực chính) như trên hình vẽ (9.c), lực
phanh P
p

đặt tại mặt đường tác dụng lên hệ treo, mô men phanh không gây ảnh hưởng với
trụ đứng. Ở trường hợp này lực P
p
được chuyển về tâm quay bánh xe và gây ảnh hưởng với
trụ đứng bằng cánh tay đòn r
2
. Như vậy:
2 1 3 0 0
os +r sin( )r r r r c
δ γ δ
= + = +
14
r
1
0
M
p0
P
p
+r
0
a)
r
d
P
p
r
1
0
M

p0
P
p
b)
P
p
−r
0
r
2
0
M
p0
P’
p
c)
P’
p
+r
0
−r
0
r
2
0
M
pk
P’
k
d)

k
P
′
Hình 9: Sơ đồ phân tích lực với các kết cấu bố trí cơ cấu phanh và bánh kính r
0
-4. Sơ đồ phân tích lực với các kết cấu bố trí cơ cấu phanh và bán kính r
0
Khi bố trí bán kính quay bánh xe xung quanh trụ đứng r
0
âm, trạng thái kết cấu như
trên hình (9.b) và (9.d). Nếu bánh xe chịu lực phanh hoặc chiu lực kéo đều có M
p0
và M
k0
cùng chiều. Các đòn ngang của hệ thống lái chỉ chịu lực theo một chiều, biên độ dao động
tương đối của lực tác dụng lên đòn ngang sẽ nhỏ. Điều này rất có lợi về độ bền của kết cấu
đòn ngang, đồng thời sự chịu lực của các phần tử đàn hồi trong dẫn động lái (nhằm tự động
khắc phục khe hở mòn ) làm việc theo một chiều và là hợp lý nhất.
Trong sử dụng ô tô có cầu trước chủ động tường xuyên truyền lực kéo lớn, các bánh
xe dẫn hướng sẽ làm việc ở chế độ kéo, khi nhả bàn đạp nhiên liệu lập tức các bánh xe
chuyển sang chế độ làm việc giống như phanh, bởi vậy việc bố trí r
0
âm là hợp lý. Song giá
trị r
0
âm không được lớn, nhằm giảm nhỏ độ nhạy cảm của các bánh xe dẫn hướng khi lực
bám giữa hai bánh xe này khác nhau.
2.3.2.5 Tính ổn định khi quay vòng
* Tính điều khiển tĩnh của ôtô
Trong quay vòng đều, ô tô sẽ chuyển động trên quỹ đạo cong có R=const, lực ly tâm

tăng lên quá lớn, các bánh xe chuyển động ở giới hạn trượt bên, dẫn tới làm mất quỹ đạo
chuyển động với R không đổi.
Trong thực nghiệm thường để v=const, thay đổi bán kính R để đạt được các gia tốc
hướng tâm khác nhau.
Nếu quay vòng đều trên đường có R=const; v=const giá trị
α
và
ε
&
sẽ thay đổi khi
các bánh xe chuyển động trước giới hạn trựơt bên, tức là:
* *
vt
t
onst=
onst=
onst=
v
tm
c
c
c
β β
α α
ε ε
=
=
=
& &
Như vậy

0
ε
=
&&
,
0
ε
=
&
Bỏ qua ảnh hưởng của gió được viết như sau:

2 ' ' ' *
1
[ ( . . )]. ( ). .
s t t t s tm t vt
mv C b C a C C C
v
α α α α α
ε α β
− + + + =
&
(2.15)

' 2 ' ' *
1
( . . ). ( . . ). . .
t s t s t tm t vt
C a C b C b C a C a
v
α α α α α

ε α β
+ − − =
&
(2.16)
Vì quỹ đạo chuyển động là tròn nên gia tốc bên của thân xe là gia tốc hướng tâm của
trọng tâm, khi đó

.
t t
y const y v
ε
= = =
&
&& &&
(2.17)
Gia tốc hướng tâm ở những giá trị nhỏ sẽ gây nên phản lực nhỏ; khi tăng gia tốc
hướng tâm, phản lực bên cũng tăng, nếu tăng tới giới hạn trượt bên kết quả tính toán quay
vòng đều sẽ không chính xác.
+ Hàm truyền cuả vận tốc quay vòng thân xe

[ ]
( )
22,2,
,
*


vKl
v
vaCbCmlCC

lvCC
atasasat
asat
t
v
+
=
−+
=
•
β
ε
(2.18)
15
Trong đó:
( )
lCC
aCbCm
K
asat
atas


,
,
−
=
(2.19)
- K là nhân tố quay vòng của ô tô, ảnh hưởng rất lớn đến tính điều khiển của ô tô.
Công thức (2.18) sơ bộ đánh giá trạng thái quay vòng của ô tô khi thiết kế.

- K >0 ⇒ vận tốc
K
v
1
=
⇒
( )
aCbCm
lCC
v
atas
asat


,
2
,
2
−
=
•
ε
(2.20)
Với vận tốc này ô tô có độ nhạy lớn đối với góc quay thân xe. Ở trạng thái này người
lái xe cần thận trọng điều khiển tốc độ để ô tô có thể làm chủ quỹ đạo chuyển động.
- K < 0 ở tại vận tốc
K
v
1
−=

⇒
( )
aCbCm
lCC
v
atas
asat
ng


,
2
,
2
−
−=
Ở vận tốc này là vận tốc nguy
hiểm. Chế độ làm việc của ô tô khi có độ nhạy cảm quá lớn đồng thời dẫn tới tăng lực ly
tâm do
•
ε
tăng mạnh, người lái mất khả năng điều khiển, đây là vùng chuyển động mất ổn
định.
- K=0 sự tăng tốc độ sẽ kèm theo sự tăng tuyến tính của giá trị hàm truyền
*Tính điều khiển động
+ Hàm truyền của gia tốc bên là:
22
21
221
**

*
1
1
)(
)(
pTpT
pTpT
y
p
py
F
yy
t
vv
Y
++
++








==
ββ
+ Hàm truyền mô men vành lái:
22
21

221
**
*
1
1
)(
)(
pTpT
pTpT
M
p
pM
F
yy
t
v
v
v
v
Mv
++
++









==
ββ
+ Hệ số cản lăn:
2
'22'
2
)() (
vmJ
CCJbCaCm
z
asatzasat
+++
=
δ
Hệ ổn định khi δ > 0;
0
2
0
>
ω
nếu như:
Khi v
2
ε
>0 tức là v
ε
là giá trị thực thì ô tô chuyển động ổn định cần có K>0 tức là ô tô
ở trạng thái quay vòng thiếu.
Khi v
2

ε
< 0 tức là giá trị ảo thì ô tô chỉ ổn định khi v < v
ng
. Tốc độ v
ng
chỉ xuất hiện
khi K <0 tức là ô tô ở trạng thái quay vòng thừa.
2.3.2.6. Sự nghiêng thân xe
Trường hợp đơn giản có thể phản ánh ảnh hưởng của sự nghiêng thân xe tới khả năng ổn
định của ô tô là trường hợp quay vòng đều. Khi quay vòng đều thân xe bị nghiêng với góc ψ
= const,

,ΨΨ
bằng không.
Sự nghiêng thân xe khi quay vòng dẫn tới đồng thời thay đổi giá trị phản lực thẳng đứng,
góc nghiêng ngang của bánh xe và thay đổi góc điều khiển của bánh xe. Do vậy ảnh hưởng
tới quỹ đạo chuyển động của ô tô.
Sự gia tăng góc ψ dẫn tới sai lệch tải trọng thẳng đứng các bánh xe của cùng một cầu sẽ
lớn. Để giảm ψ thường yêu cầu
gt
C
và
gs
C
lớn hợp lý. Vì rằng
gt
C
và
gs
C

có ảnh hưởng tới
16
độ êm dịu chuyển động, tính điều khiển, tính ổn định của ô tô.
+ Sự nghiêng bánh xe
Khi nghiêng thân xe nghiêng đồng thời dẫn tới nghiêng ngang bánh xe. Do ảnh hưởng của
nghiêng ngang bánh xe, tại vết tiếp xúc với mặt đường có thêm phản lực bên S
ξ
= - C
ξ
. ξ.
Khi góc nghiêng ngang của bánh xe trước là dương ôtô đi trên đường vòng sẽ làm tăng góc
lệch bên của cầu trước, giả sử góc lệch nghiêng ξ ở bánh sau bằng không thì góc lệch bên α
t
> α
s
( quay vòng thiếu ). Còn nếu góc nghiêng ngang của bánh xe sau là dương, bánh trước
bằng không sẽ gây lên quay vòng thừa.
+ Sự tự điều khiển cầu xe
Hệ thống lái điều khiển các bánh xe là hệ thống đàn hồi, dưới tác dụng của lực bên và mô
men đàn hồi đặt tại tâm bánh xe, các bánh xe dẫn hướng bị quay xung quanh trụ đứng. Góc
quay bánh xe xung quanh trụ đứng được điều khiển nhờ vành lái. Bên cạnh sự đàn hồi của
hệ thống lái tác động vào góc quay này còn có sự đàn hồi của các gối đỡ trong hệ treo. Tác
động của hệ treo đặt cả vào cầu dẫn hướng và cầu không dẫn hướng. Mặt khác khi thân xe
bị nghiêng đi cũng làm quay bánh xe. Góc phụ thêm của góc quay bánh xe do ảnh hưởng
của góc nghiêng ngang thân xe được biểu diễn theo công thức:
ψ
ψ
β
β
ψ

st
st
,
,,






∂
∂
=
Trong đó:
st,,
ψ
β
là hệ số kể đến ảnh hưởng của hiện tượng tự điều khiển bánh xe khi
thân xe nghiêng ngang.
Nếu như góc quay β
s
là âm, β
t
= const sẽ làm giảm bánh kính quay vòng. Khi cần giữ
nguyên quỹ đạo đường cong chuyển động thì cần giảm β
t
Nếu β
s
dương thì góc quay bánh xe trước cần phải lớn hơn để giữ nguyên quỹ đạo chuyển
động.

Vậy β
s
>0 sẽ ảnh hưởng theo xu hướng quay vòng thiếu, β
s
<0 sẽ ảnh hưởng theo xu
hướng quay vòng thừa thì ô tô sẽ mất ổn định khi chuyển động.
17
III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
+ Kết luận:
Qua phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định chuyển động ô tô, ta thấy quá
trình chuyển động của ô tô-máy kéo là một quá trình rất phức tạp. Bao gồm rất nhiều yếu tố
làm ảnh hưởng đến hướng ổn định chuyển động của xe. Về cơ bản là do yếu tố về kết cấu
của xe, nhóm yếu tố tải trọng tác dụng lên xe, khả năng điều khiển của người lái. Nhóm yếu
tố về kết cấu hầu như gồm tất cả các hệ thống trên xe, như hệ thống lái, hệ thống phanh, hệ
thống di chuyển, hệ thống treo. Với sự phát triển của nghành công nghiệp ô tô, ứng dụng
điều khiển điện tử, kết cấu của xe ngày tiến tới tối ưu không chỉ cho tính ổn định hướng
chuyển động mà cho tất cả các tính năng của xe.
Vậy trên cơ sở phân tích đó ta vận dụng vào thực tiễn từ đó đưa ra các biện pháp
nâng cao tính an toàn khi sử dụng ô tô – máy kéo.
+ Kiến nghị:
Đây là một đề tài hay, đi sâu vào nghiên cứu tính ổn định chuyển động của ôtô – máy
kéo từ đó đưa ra các giải pháp an toàn cho người sử dụng. Đây là một tiêu chí quan trọng
luôn đặt ra cho các nhà kỹ thuật. Trong giai đoạn hiện nay với trình độ khoa học công nghệ
phát triển tính ổn định của ôtô- máy kéo được nâng cao rất nhiều, nhưng ta thấy tai nạn giao
thông không những không giảm và còn gia tăng. Vậy vấn đề an toàn giao không chỉ phụ
thuộc vào thiết bị máy móc của xe mà còn phụ thuộc trình độ hiểu biết và ý thức của người
sử dụng. Tôi thiết nghĩ đề tài này để áp dụng vào thực tiễn không chỉ dừng lại quy mô
nghiên cứu của một tiểu luận mà nên phát triển thành một đề tài nghiên cứu có quy mô lớn
hơn mới phát huy được giá trị thực của đề tài.
Ngày … tháng …năm 2009

Người thực hiện
Phạm Thị Huyến
18