Tổng quan về ổn định quay vòng của ô tô du lịch

iv
TÓM TT

Tính ổn định chuyển động quay vòng của ô tô là khả năng giữ được quỹ đạo
chuyển động theo yêu cầu của người lái trong những điều kiện chuyển động khác
nhau, tính ổn định quay vòng của ô tô phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Việc nghiên
cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố tới quỹ đạo quay vòng bằng thí nghiệm đòi hỏi sự
đầu tư lớn vềthiết bị thí nghiệm, thời gian, con người,… . Chính vì vậy, người thực
hiện đã chọn đề tài Tổng quan về ổn định quay vòng của ô tô du lịch” để nghiên
cứu.
Tuy nhiên, do thời gian làm luận văn có hạn nên người thực hiện chỉ nghiên
cứu một số nội dung sau:
. Tng quan
 lý thuyt
3. Xây d qu o
4. S dng LabVIEW gii h 
5. Kho sát các yu t n qu o quay vòng
Ch6. Kt lun
Trong luận văn này, bằng cách sử dụng phương pháp nghiên cứu tái tạo mô
hình quay vòng ô tô, mô tả quỹ đạo quay vòng bằng phương trình vi phân toán học
vàsử dụng công cụ LabVIEW Control and Simulation để giải phương trình vi phân
mô tả quỹ đạo chuyển động quay vòng người thực hiện đã đãxác định, kiểm tra,
phân tích từng yếu tố riêng lẻ tác động đến ổn định quay vòng. Đây cũng chính là
mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài.
v
ABSTRACT

Stability in automobile’s rotary motion is the ability to hold the motion’s orbit
according to the driver’s control in the different motional conditions. This stability depends
on varied factors. The studying of the influence of these factors on the motion’s orbit
through experimentsrequires a massive investment in laboratory equipment, time, and

manpower. For those reasons, the researcher has decided on the topic 

By virtue of time limitation, the studyis humbly focused on some main parts as
below:
Chapter 1. Overview
Chapter 2. 
Chapter 3. Building the differential equations demonstrating the 
Chapter4. Applying LabVIEW in solving the systems of differential equations
Chapter 5. Investigating the factors affecting the 
Chapter 6. Conclusion
In this study,by means of using the researching method of simulating the template of
automobile’s rotary motion,demonstrating the motion’s orbitwith the mathematical
differential equations, and applying LabVIEW Control and Simulation in order to solve the
differential equations demonstrating the motion’s orbit, the researcher has determinated,
examined, analyzedeach individual affecting the rotational stability. This is the leading
objective of the study.


vi
MC LC

Nội dung Trang
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn
Lý lịch cá nhân i
Lời cam đoan ii
Lời cảm tạ iii
Tóm tắt iv
Mục lục vi

Danh sách các hình ix
Danh sách các bảng xii
Các ký hiệu trong luận văn xiii
. Tng quan 1
1.1.Tng quan nh quay vòng ca ô tô du lch và lý do ch tài 1
1.2. M tài 5
1.3.Nhim v và gii h tài 5
u 6
 lý thuyt 7
2.1. H trc t. 7
ng lc h-euler 10
2.3. S     i tác dng ca l  c tính
ng 13
2.3.1. Sự lăn của bánh xe đàn hồi dưới tác dụng của lực ngang 13
2.3.2. Đặc tính hướng 15
2.3.3 Đặc tính trượt 16
2.4. Các lc và mô men tác dng lên ô tô 17
2.4.1. Lực kéo 17
vii
2.4.2. Lực bên 19
2.4.3. Lực cản lăn 23
2.4.4. Lực cản không khí 25
2.4.5. Lực quán tính Fj 26
2.4.6. Lực ly tâm F
lt
27
ng h  qu o 28
3.1. Qu o chuyng ô tô 28
3.1.1. Quỹ đạo chuyển động ô tô trong mô hình phẳng 28
3.1.2. Quỹ đạo chuyển động quay vòng lý thuyết của ô tô 30

3.2. Xây dng h  qu o quay vòng ôtô 31
3.2.1. Mô hình phẳng một vết . 31
3.2.1.1. Hệ thống lực và mô men 31
3.2.1.2. Góc lệch hướng chuyển động và góc xoay thân xe. 33
3.2.2. Mô hình động lực học phẳng một vết 35
ng dng LABVIEW trong gii h  39
4.1. Gii thiu v công c LABVIEW và Control Design and Simulation 39
4.1.1. Giới thiệu về Lab VIEW 39
4.1.2. LabVIEW Control Design and Simulation Tools 42
4.2. u din mô hình phng mt vt 47
4.2.1. Góc lệch hướng chuyển động và góc xoay thân xe. 48
4.2.2. Chương trình mô tả quỹ đạo quay vòng 52
4.3. u din mô hình ng lc phng mt vt. . 53
4.3.1. Biểu diễn khối mô tả lực ngang. 54
4.3.2. Biểu diễn khối tính vận tốc từ gia tốc 55
4.3.3. Biểu diễn khối tính lực kéo 56
4.3.4. Biểu diễn khối tính lực cản lăn 57
4.3.5. Biểu diễn khối tính góc lệch hướng chuyển động  và góc xoay thân
xe  58
4.3.6. Khối mô tả quỹ đạo quay vòng 61
viii
o sát các yu t nh ng ti chuyng quay vòng 66
5.1. Các thông s ca xe kho sát 66
5.2. Mô hình phngmt vt. 67
5.2.1. Chế độ tải. 67
5.2.2.Vận tốc chuyển động của ô tô 69
5.2.3.Độ cứng của lốp 70
ng lc hc phng mt vt. 71
5.3.1. Sự gia tốc của ô tô khi quay vòng. 71
5.3.2. Độ cứng của lốp. 74

5.3.3. Hệ số bám dọc. 76
5.3.4. Cầu chủ động. 79
. Kt lun 81
 tài 81
6.2. Kin ngh 82
Tài liệu tham khảo 84

ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG
Hình1.1. Quan hệ hình học của xe 3
Hình 2.1. Hệ quy chiếu gắn tại trọng tâm ô tô 7
Hình 2.2. Hệ trục tọa độ xét chuyển vị của ô tô 8
Hình 2.3. Xe cứng trong một chuyển động trên mặt phẳng 11
Hình 2.4. Sơ đồ minh hoạ sự lăn của bánh xe đàn hồi 14
Hình 2.5. Đặc tính hướng của lốp diagonal 16
Hình 2.6. Đặc tính hướng của lốp radial 17
Hình 2.7. Đặc tính trượt 17
Hình 2.8. Đồ thị quan hệ giữa lực bên và góc lệch bên 20
Hình 2.9Góc lệch bên α, góc đánh lái δ, góc lệch hướng chuyển động 21
Hình 2.10. Chiều rộng và chiều cao lớn nhất của xe 26
Hình 3.1. Ô tô cứng trong một chuyển động trên mặt phẳng 28
Hình 3.2.Sự thay đổi của ô tô sau khoảng thời gian t= dt 29
Hình 3.3. Sơ đồ động học quay vòng của ô tô có hai bánh xe dẫn hướng phía trước 31
Hình 3.4. Các lực và mô men tác dụng trong mô hình hai vết. 32
Hình 3.5. Mô hình động lực học phẳng một vết 36
Hình 4.1. Cửa sổ Front Panel 41
Hình 4.2. Cửa sổ Block Diagram 42
Hình 4.3. Thư viện của Control Design &Simulation 43

Hình 4.4. Nhóm signal generation 43
Hình 4.5. Nhóm signal arithmetic 44
Hình 4.6. Nhóm lookup tables 44
Hình 4.7. Nhóm Utilities 44
Hình 4.8. Nhóm tiện ích đồ họa 44
Hình 4.9. Nhóm tuyến tính liên tục 45
Hình 4.10. Nhóm phi tuyến tính 45
x
Hình 4.11. Nhóm rời rạc tuyến tính 45
Hình 4.12. Nhóm điều khiển 46
Hình 4.13. Nhóm xác suất 46
Hình 4.14. Nhóm hệ thống phân cấp 46
Hình 4.15. Nhóm hệ thống ẩn 46
Hình 4.16. Nhóm giả lập 47
Hình 4.17. Nhóm tối ưu thiết kế 47
Hình 4.18. Nhóm hệ thống bên ngoài 47
Hình 4.19. Cửa sổ giao diện LabVIEW khi mới khởi động 48
Hình 4.20. Cửa sổ Front Panel và Block Diagram 49
Hình 4.21. Chọn Control & Sinmulation Loop 49
Hình 4.22. Chọn thiết lập cho Control & Sinmulation Loop 50
Hình 4.23. Các thông số thiết lập Control & Sinmulation Loop 50
Hình 4.24. Lập trình cho hiển thị góc lệch hướng chuyển động. 51
Hình 4.25. Giao diện hiển thị góc lệch hướng chuyển động 52
Hình 4.26. Lập trình cho hiển thị quỹ đạo quay vòng 53
Hình 4.27. Giao diện hiển thị quỹ đạo chuyển động 53
Hình 4.28. Mô tả lực ngang cầu trước F
yf
54
Hình 4.29. Mô tả lực ngang cầu sau F
yr

55

Hình 4.30. Khối tính vận tốc từ gia tốc 55
Hình 4.31. Khối tính lực kéo cầu trước 
1
56
Hình 4.32. Khối tính lực kéo cầu sau 
2
57
Hình 4.33. Khối tính lực cản lăn ở cầu xe phía trước 57
Hình 4.34. Khối tính lực cản lăn cầu sau 58
Hình 4.35. Khối giải phương trình vi phân tính góc  và góc  60
Hình 4.36. Công thức tính 

trong formula 60
Hình 4.37. Công thức tính  trong formula 61
Hình 4.38. Mô tả quỹ đạo quay vòng trên LabVIEW 62
Hình 4.39. Nhập công thức tọa độ x vào Formula 62
xi
Hình 4.40. Nhập công thức tọa độ y vào Formula 63
Hình 4.41. Sơ đồ tổng quỹ đạo quay vòng 64
Hình 4.42. Cửa sổ nhập thông số khảo sát và hiển thị kết quả 65
Hình 5.1. Thông số đầu vào chế độ tải 67
Hình 5.2. Quỹ đạo quay vòng theo chế độ tải 68
Hình 5.3. Thay đổi vận tốc chuyển động và kết quả hiển thị quỹ đạo 69
Hình 5.4. Thay đổi độ cứng của lốp và kết quả hiển thị quỹ đạo 70
Hình 5.5. Quay vòng không ổn định với gia tốc bằng 2m/s
2
72
Hình 5.6. Quay vòng không ổn định với gia tốc bằng 3m/s

2
73
Hình 5.7. Quay vòng không ổn định với gia tốc bằng 4m/s
2
73
Hình 5.8. Quay vòng không ổn định với gia tốc bằng 5m/s
2
74
Hình 5.9. Quỹ đạo quay vòng khi cho độ cứng car = caf 75
Hình 5.10. Quỹ đạo quay vòng khi cho độ cứng car> caf 75
Hình 5.11. Quỹ đạo quay vòng khi cho độ cứng car<caf 76
Hình 5.12. Quỹ đạo chuyển động với = 0.2 77
Hình 5.13.Quỹ đạo chuyển động với = 0.4 77
Hình 5.14. Quỹ đạo chuyển động với = 0.6 78
Hình 5.15. Quỹ đạo chuyển động với = 0.8 78
Hình 5.16. Thông số đầu vào và quỹ đạo ô tô cầu trước chủ động 79
Hình 5.17. Thông số đầu vào và quỹ đạo ô tô cầu sau chủ động 80


xii
DANH SÁCH CÁC BNG

BNG TRANG
Bảng 2.1. Phân loại đường và hệ số 

tương ứng 19
Bảng 2.2. Giá trị hệ số cản lăn khi vận tốc của xe 80/ 24
Bảng 2.3. Giá trị của K và S 26
Bảng 5.1. Thông số xe khảo sát 66

xiii
CÁC KÝ HIU TRONG LU

Ký hiệu
Đơn vị
Ý nghĩa



rad
Góc lệch bên bánh xe phía trước



rad
Góc lệch bên bánh xe phía sau



N/rad
Độ cứng bánh xe phía trước



N/rad
Độ cứng bánh xe phía sau

rad
Góc lệch hướng chuyển động của xe




rad/s
Vận tốc góc lệch hướng chuyển động của ô tô

rad
Góc đánh lái
k


%
Độ trượt




Hệ số bám dọc




Hệ số bám ngang

rad
Góc xoay thân xe
= 


rad/s

Vận tốc góc xoay thân xe



kg.m
2

Mô men quán tính của ô tô quay quanh trục Cz
m
kg
Khối lượng của ô tô
a
1

m
Khoảng cách từ cầu trước tới trọng tâm C
a
2

m
Khoảng cách từ cầu sau tới trọng tâm C
l
m
Chiều dài cơ sở của xe
v
m/s
Vận tốc của xe
v
x


rad/s
2

Gia tốc theo hướng trục Cx
v
y

m/s
Vận tốc theo hướng Cy
v
x

m/s
Vận tốc theo hướng Cx
g
m/s
2

Gia tốc trọng trường
f

Hệ số cản lăn




m/s
Vận tốc của ô tô trong hệ trục tọa độ G
xiv






Véc tơ chuyển hệ trục tọa độ dạng ma trận






Chuyển vị véc tơ chuyển hệ trục tọa độ dạng ma trận




m/s
Vận tốc của ô tô trong hệ trục tọa độ B



N
Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe thứ i
Mz
N.m
Mô men quay quanh trục Cz



N

Lực ngang cầu trước



N
Lực ngang cầu sau

1

N
Lực tiếp tuyến cầu trước

2

N
Lực tiếp tuyến cầu sau

1

N
Lực cản lăn cầu trước

2

N
Lực cản lăn cầu sau



N

Lực cản gió



N
Lực cản quán tính

Chương 1. Tổng quan
Trang 1


TNG QUAN

1.1. Tng quan nh quay vòng ca ô tô du lch và lý do ch tài
Tính ổn định của ô tô là khả năng đảm bảo giữ được quỹ đạo chuyển động
theo yêu cầu của người lái trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau. Tùy thuộc
vào điều kiện sử dụng, ô tô có thể đứng yên, chuyển động trên đường có góc
nghiêng dọc, nghiêng ngang, có thể quay vòng hoặc phanh ở các loại đường khác
nhau.
Sự quay thân xe thường xảy ra khi xe quay vòng trên đường có tốc độ cao.
Các yếu tố gây nên sự quay vòng thừa hay quay thiếu do nhiều nguyên nhân:
 Do sự phân bố tải trên các bánh xe không phù hợp như: xếp tải, tăng giảm
tốc độ chuyển động,…
 Do ảnh hưởng của các yếu tố tác động của môi trường xung quanh như: nền
đường nghiêng, lực gió bên, chất lượng mặt đường,…
 Do tốc độ di chuyển trên đường cong.
 Do ảnh hưởng của hệ thống treo, đàn hồi của bánh xe…
Trong những điều kiện chuyển động phức tạp như vậy ô tô phải giữ được quỹ
đạo chuyển động của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trượt hoặc thùng xe
không bị nghiêng, cầu xe bị quay lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảo cho

chúng chuyển động an toàn. Mục đích của việc thiết kế tính toán các cụm chi tiết
của ô tô cũng như việc sử dụng chúng đều nhằm tăng khả năng an toàn chuyển
động, nâng cao vận tốc chuyển động của ô tô, có nghĩa là tăng tính kinh tế và ổn
định của ô tô trong mọi điều kiện làm việc.
Nghiên cứu động lực học chuyển động của ô tô là bài toán cơ bản của lý
thuyết ô tô nhằm đánh giá cũng như xác định chất lượng khai thác ô tô trong những
điều kiện khác nhau. Trong đó, vấn đề điều khiển ô tô là không thể thiếu trong quá
trình nghiên cứu. Với tốc độ phát triển của khoa học công nghệ hiện nay ngoài việc
đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật của các cụm tổng thành của ô tô thì việc cải thiện tính
Chương 1. Tổng quan
Trang 2

điều khiển của ô tô đang được các nhà khoa học rất quan tâm. Trong đó, tính điều
khiển ổn định quay vòng của ô tô (chuyển động thẳng là chuyển động quay vòng
với bán kính quay vòng bằng vô cùng) là mảng nghiên cứu rộng, nó liên quan đến
nhiều lĩnh vực như: điều khiển tự động, cơ khí, khí động học,
Sự chuyển động của ô tô trên đường đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạo phức
tạp, người lái luôn luôn điều chỉnh góc quay vành tay lái. Khi nâng cao tốc độ
chuyển động cần thiết phải đảm bảo chặt chẽ hơn mối tương quan giữa quỹ đạo
chuyển động và góc quay vành lái phải. Trong thực tế chỉ cần một sai lầm nhỏ trong
điều khiển sẽ dẫn tới mất ổn định quay vòng của ô tô.
Do ổn định quay vòng liên quan đến các góc lệch hướng quỹ đạo chuyển động
nên vấn đề đặt ra thuộc lĩnh vực quỹ đạo chuyển động quay vòng.
Các nghiên cứu trước đây khi tính toán các thông số kết cấu, những nhân tố
ảnh hưởng đến tính chất quay vòng của ô tô du lịch, chưa tính đến biến dạng của lốp
xe cho nên giữa bánh xe và mặt đường không có hiện tượng trượt, lúc này quan hệ
giữa các thông số chỉ các quan hệ đơn thuần về mặt hình học thể hiện ở hình (1.1).

Hình1.1. Quan hệ hình học của xe
Chương 1. Tổng quan

Trang 3

Góc xoay thân xe lý thuyết được xác định theo quan hệ hình học hình (1.1).
Từ hình vẽ trên các góc quay bánh xe dẫn hướng  và góc lệch thân xe  được xác
định như sau:
Theo quan hệ về hệ thức lượng trong tam giác vuông, xét tam giác vuông
PHC, tam giá vuông PHT. Đặt R
0
= PH ta có:
Góc quay của bánh xe dẫn hướng trung bình  tính theo công thức:
=


0
(1.1)
Bán kính quay vòng của xe tính bằng:

0
=


(1.2)
Góc xoay thân xe:
=

2

0
(1.3)
Vậy ta có thể viết:



=

2

(1.4)
Hay
=

2

 (1.5)
Góc xoay thân xe lý thuyết tính tại trọng tâm ô tô được xác định theo công
thức sau:


= (

2

) (1.6)
Bán kính quay vòng lý thuyết tính tại trọng tâm T của ô tô R tính theo công
thức:
=

2

=



2
..
(1.7)
Trường hợp ô tô chuyển động trên đường vòng bán kính R với vận tốc không
đổi, lực ly tâm


=
.
2
.
=  (1.8)
Trong thực tế, do trên ô tô du lịch sử dụng bánh xe cao su đàn hồi nên khi ô tô
chuyển động trên đường bánh xe bị biến dạng làm cho quan hệ động học của mô
Chương 1. Tổng quan
Trang 4

hình bị thay đổi, lúc đó quỹ đạo chuyển động của ô tô cũng như các tính chất quay
vòng sẽ không còn đúng với trường hợp tính toán theo lý thuyết, sẽ có những sai số
dẫn đến việc phân tích đánh giá các chỉ tiêu về ổn định chuyển động quay vòng của
ô tô không còn chính xác.
Khi chuyển động trên các điều kiện đường khác nhau cùng với việc sử dụng
lốp cao su đã ảnh hưởng không nhỏ tới khả năng điều khiển cũng như độ ổn định
của ô tô. Khi đó, tại bánh xe luôn xuất hiện góc lăn lệch nên chịu đồng thời cả lực
kéo và lực bên. Đặc biệt là khi xe chuyển động quay vòng với sự góp mặt của các
lực khác: lực ly tâm, lực quán tính, lực gió bên, khi tăng tốc hoặc khi giảm tốc đột
ngột thì khả năng điều khiển, tính ổn định của xe sẽ có những thay đổi.
Lực dọc lại bị giới hạn bởi lực bám, giá trị lực dọc lớn nhất của bánh xe có thể

đạt được bằng giá trị lực bám của bánh xe với mặt đường. Khi có mặt lực bên khả
năng truyền lực dọc của bánh xe sẽ bị giảm nhỏ, và khi lực dọc đạt giá trị lớn nhất
thì lực bên bằng không tức là bánh xe không có khả năng tiếp nhận lực bên làm cho
bánh xe dễ bị trượt bên. Ngược lại, nếu lực bên đạt giá trị lớn nhất khi đó bánh xe
không có khả năng tiếp nhận lực dọc làm cho bánh xe dễ bị trượt dọc. Vì vậy rất
cần thiết phải phân bố các lực tại mỗi cầu xe sao cho tận dụng được khả năng bám
của mỗi bánh xe tránh tình trạng trượt dọc và trượt bên giúp ô to giữ được quỹ đạo
quay vòng.
Như vậy, qua các phân tích trên người nghiên cứu nhận thấy ổn định quay
vòng chỉ căn cứ vào các quan hệ hình học thì chưa đủ, cần thiết phải kể đến ảnh
hưởng của điều kiện chuyển động, các đặc tính biến dạng của lốp cao su đàn hồi,
thông số kết cấu của xe. Khi có xét đến các yếu tố trên sẽ làm cho quan hệ hình học
của ô tô bị thay đổi, làm cho tính quay vòng của ô tô có thể là quay vòng đúng,
quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa.
Để nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quay vòng trong thực tế là
khó khăn, đòi hỏi cơ sở vật chất, thời gian nghiên cứu và làm thực nghiệm rất lớn.
Xuất phát từ vần đề trên tác giả đã chọn hướng xây dựng đề tài luận văn tốt nghiệp
là: “Tổng quan về ổn định quay vòng của ô tô du lịch” để nghiên cứu.
Chương 1. Tổng quan
Trang 5

1.2. M tài
 Tái tạo mô hình quay vòng ô tô thực tế lên mô hình.
 Xét các lực và mô men tác dụng lên mô hình.
 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả quỹ đạo chuyển động quay vòng của
ô tô thông qua các mô hình nghiên cứu.
 Tìm hiểu công cụ LabVIEW Control and Simulation dùng trong mô phỏng hệ
phương trình vi phân mô tả quỹ đạo chuyển động quay vòng.
 ng dụng công cụ mô phỏng LabVIEW Control and Simulation để khảo sát
đặc tính quay vòng của ô tô. Từ đó, xem xét từng yếu tố riêng lẻ ảnh hưởng đến

chuyển động quay vòng của ô tô du lịch, đồng thời đưa ra các phương pháp để hạn
chế sự mất ổn định quay vòng của ô tô du lịch.
1.3. 
 Xây dựng mô hình ô tô cứng chuyển động quay vòng trong mặt phẳng bỏ
qua sự nghiêng ngang của ô tô và các lực cản lăn, cản gió, cản quán tính, cản dốc.
 Xét các lực và mô men tác dụng lên xe cứng:
 Lực tiếp tuyến 

theo động lực Newton
 Lực bên
 Mô men xoay quanh trục thẳng đứng qua trọng tâm 

.
 Xây dựng mô hình động lực học phẳng một vết với trạng thái chuyển động
bao gồm ba bậc tự do: chuyển động về phía trước, trượt ngang và xoay quanh trục
thẳng đứng qua trọng tâm xe có xét đến các lực ngang, lực kéo tiếp tuyến, lực cản
lăn, cản gió, cản quán tính.
 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô gồm:
góc lệch hướng chuyển động của ô tô , góc xoay xe quanh trục thẳng đứng qua
trọng tâm của ô tô .
 Tìm hiểu công cụ mô phỏng LABVIEW và ứng dụng để khảo sát đặc tính
quay vòng của ô tô. Từ đó, khảo sát từng yếu tố riêng lẻ ảnh hưởng đến chuyển
động quay vòng của ô tô du lịch, đồng thời đưa ra các phương pháp để hạn chế sự
mất ổn định quay vòng của ô tô du lịch.
Chương 1. Tổng quan
Trang 6

 Tổng kết các kết quả thực hiện và viết bài báo cáo đề tài.
1.4. 
 Đề tài chọn phương pháp nghiên cứu tái tạo mô hình quay vòng ô tô thực tế

và sử dụng công cụ LabVIEW Control and Simulation để xác định, kiểm tra, phân
tích từng yếu tố riêng lẻ tác động đến ổn định quay vòng. Việc nghiên cứu ổn định
quỹ đạo quay vòng của ô tô du lịch theo hướng mô hình hóa, ứng dụng công cụ
LabVIEW Control and Simulation để mô tả các yếu tố tác động trên máy tính sẽ
giúp tiết kiệm được thời gian phát triển sản phẩm, cho kết quả tin cậy. Ngoài ra, sử
dụng quá trình mô phỏng để cung cấp cái nhìn sâu sắc về hoạt động của hệ thống
động lực mà không thể tái tạo thuận tiện trong phòng thí nghiệm.
 Bên cạnh đó, tìm và đọc những tài liệu, đề tài nghiên cứu khoa học có liên
quan, các nguồn tài liệu trong và ngoài nước từ tạp chí, sách báo, từ mạng internet.
Đồng thời, thường xuyên trao đổi với Thầy hướng dẫn để đề tài được đi đúng
hướng nghiên cứu.
 Phân tích, suy luận theo hướng lí thuyết ổn định quay vòng trong mô hình
phẳng dựa vào các kiến thức nền đã được trang bị trong quá trình học đại học và
cao học.

Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 7





2.1. 
Dựa vào hệ trục tọa độ mà vị trí của ô tô được xác định, đồng thời có một
đồng hồ đo thời gian để xác định vị trí của ô tô tại một thời điểm cụ thể.

Hình 2.1. Hệ quy chiếu gắn tại trọng tâm ô tô
Hệ quy chiếu quán tính được định nghĩa là hệ quy chiếu trong đó không xuất
hiện lực quán tính. Điều này có nghĩa là mọi lực tác động lên các vật thể trong hệ
quy chiếu này đều có thể quy về các lực cơ bản. Theo định luật thứ nhất của

Newton khi không bao hàm lực quán tính, một vật trong hệ quy chiếu quán tính sẽ
giữ nguyên trạng thái đứng yên hay chuyển động thẳng đều khi tổng các lực cơ bản
tác dụng lên vật bằng không. Tương tự định luật thứ hai của Newton hay các định
luật cơ học khác, khi chỉ bao hàm lực cơ bản, sẽ chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán
tính, nơi không có lực quán tính.
Hệ quy chiếu phi quán tính là hệ quy chiếu có xuất hiện lực quán tính. Trong
cơ học cổ điển, chúng là các hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với hệ quy
chiếu quán tính. Trong hệ quy chiếu này dạng của các định luật cơ học cổ điển chỉ
chứa các lực cơ bản có thể thay đổi so với trong các hệ quy chiếu quán tính, do có
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 8


thêm lực quán tính. Các định luật cơ học bao gồm cả lực quán tính sẽ không cần
thay đổi.
Hệ quy chiếu tổng thể và hệ quy chiếu gắn với vật. Một hệ quy chiếu cố định
được dùng để định vị toàn hệ, còn gọi là hệ quy chiếu quán tính và hệ quy chiếu gắn
với vật được chọn cho mỗi vật trong hệ.
Ô tô là một hệ thống cơ học biến dạng. Nếu gắn vào thân xe một hệ trục tọa độ
đi qua trọng tâm ô tô, chúng ta có thể biểu thị sự biến dạng của hệ thống theo cả ba
phương Cx, Cy, Cz. Đặt trưng cho sự biến dạng đó là biến dạng của các phần tử đàn
hồi, giảm chấn, bánh xe, khâu khớp đòn giằng, khung vỏ,…
Ô tô là một cơ hệ đàn hồi chuyển động trên đường trong hệ trục tọa độ cố định
(hệ trục tọa độ quán tính). Các dịch chuyển của ô tô theo các trục tọa độ gây nên các
chuyển vị dọc theo 3 trục và quay quanh 3 trục, như vậy có thể coi trong hệ trục tọa
độ không gian 3 chiều, chuyển động của trọng tâm ô tô được xem xét bởi 6 chuyển
vị. Tùy mục đích khảo sát mà có thể xem xét các chuyển vị này là đồng thời hay
độc lập.
Khi khảo sát quỹ đạo chuyển động quan trọng hơn cả là chuyển vị theo tọa độ
mặt đường G

XYZ
(hệ trục tọa độ quán tính)

biểu diễn bằng tọa độ X, Y, Z và góc
quay thân xe . Hệ thống cơ học ở đây có tính chất đàn hồi, do vậy quy luật của
chúng cũng phức tạp.  mức độ đơn giản ta có thể biểu thị mối quan hệ hệ thống cơ
học của ô tô như hình (2.2).

Hình 2.2. Hệ trục tọa độ xét chuyển vị của ô tô
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 9


Chuyển động của ô tô trên nền đường phụ thuộc rất nhiều vào mối quan hệ của
bánh xe trên nền đường. Ngày nay, do ô tô chỉ sử dụng các loại bánh xe cao su, hay
còn gọi là bánh xe đàn hồi cho nên trong chương này chỉ tính cho trường hợp bánh
xe đàn hồi. Nếu gắn vào bánh xe một hệ trục tọa độ không gian ba chiều, bánh xe sẽ
chịu các lực dọc (theo phương Cx), lực ngang (theo phương Cy), lực thẳng đứng
(theo phương Cz), đồng thời nó cũng chịu các mô men M
x
(quay quanh trục Cx),
M
y
(quay quanh trục Cy) và mô men M
z
(quay quanh trục Cz). Các lực và mô men
này luôn biến đổi và phụ thuộc vào tốc độ quay và khả năng biến dạng của bánh xe.
Xét trong khoảng thời gian ngắn bánh xe có thể được coi là lăn đều, tâm quay của
bánh xe là tâm trục, đây là trạng thái cơ sở để khảo sát.
Trước khi xây dựng mô hình khảo sát cho xe, cần thiết phải thiết lập hệ trục

tọa. Hệ trục tọa độ gắn lên xe cần khảo sát gọi là hệ trục tọa độ địa phương Bxyz
(hệ trục tọa độ tương đối) được gắn vào trọng tâm C của xe, để biết được trong một
khoảng thời gian khảo sát vị trí của trọng tâm xe nằm ở đâu thì cần phải có hệ trục
tọa độ cố định G
XYZ
(hệ trục tọa độ tuyệt đối) gắn trên mặt đường như trên hình
(2.2).
Các dịch chuyển của ô tô theo các trục tọa độ gây nên các chuyển vị dọc theo
ba phương và quay quanh ba trục, như vậy có thể coi trong hệ trục tọa độ không
gian ba chiều, chuyển động của trọng tâm ô tô được xem xét bởi 6 chuyển vị được
mô tả trên hình (2.2). Tùy theo mục đích khảo sát mà có thể xem xét các chuyển vị
này là đồng thời hay độc lập. Khi khảo sát chuyển động quan trọng hơn cả là
chuyển vị theo tọa độ mặt đường (tọa độ cố định) G
XYZ
biểu diễn bằng tọa độ x
0
, y
0

và góc quay thân xe . Do hệ thống cơ học ở đây có tính chất đàn hồi nên tích chất
của nó rất phức tạp.
Để chỉ sự định hướng của xe, chúng ta dùng ba góc: góc xoay quanh trục Cx là
, góc xoay quanh trục Cy là , góc xoay quanh trục Cz là .
Ta có vận tốc xoay quanh các trục Cx, Cy, Cz lần lượt là đạo hàm của các góc:
=  (2.1)


=  (2.2)
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 10



=  (2.3)
Lực và mô men xe nhận được từ đất và môi trường là hệ thống lực (F, M). Hệ
thống lực này được biểu diễn trong hệ trục tọa độ gắn với xe như sau:


= 

+ 

+ 




(2.4)
Trong đó:


: lực F trong hệ trục tọa độ gắn với ô tô (B)


, 

, 

: Lực F được chiếu lên các trục Cx, Cy, Cz của hệ trục tọa độ

gắn với xe.
, 



, 


là các véc tơ đơn vị của hệ trục tọa độ.
Lực dọc 

: là lực tác dụng dọc theo trục Cx. Kết quả lực 

> 0 nếu xe tăng
tốc, và 

< 0 nếu xe phanh. Lực dọc hay còn gọi là lực kéo.
Lực ngang 

: là lực vuông góc với với lực 

và 

. Kết quả lực 

> 0 nếu
xe chuyển động sang trái (hướng nhìn của người tài xế). Lực ngang thường xuất
hiện khi xe quay vòng đó là nguyên nhân chính gây mô men xoay xe theo trục thẳng
góc với mặt đất.
Lực thẳng đứng 


: là thành phần lực vuông góc với mặt phẳng đất. Kết quả
lực 

> 0 nếu xe nhấc lên. Lực thẳng đứng hay còn gọi là tải trọng của xe.
Vị trí và hướng của xe trong tọa độ gắn lên xe thì được xét với một hệ trục tọa
độ gắn liền với mặt đất.
2.2. -euler
Trong cơ học cổ điển, khối lượng có giá trị không đổi, bất kể chuyển động của
vật. Do đó, phương trình định luật 2 Newton trở thành:


=



=




= 




(2.5)


=  (2.6)

Với:
m: khối lượng của vật [kg]
: gia tốc của vật [m/s
2
].
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 11


Như vậy, trong cơ học cổ điển, tổng ngoại lực bằng tích của khối lượng và gia
tốc. Cũng trong cơ học cổ điển, khi không xét tới lực quán tính, định luật 2 giống
như định luật 1 là chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán tính. Khi áp dụng cho hệ quy
chiếu không quán tính, cần thêm vào lực quán tính.
Giả sử ô tô là một khối cứng giống như một hộp chuyển động trên một bề mặt
phẳng. Xe cứng có một chuyển động phẳng với ba bậc tự do là chuyển động theo
hướng Cx, chuyển động theo hướng Cy và quay xung quanh trục Cz như hình (2.3).

Hình 2.3. Xe cứng trong một chuyển động trên mặt phẳng
Véc tơ vận tốc của xe được biểu diễn trên tọa gắn trên xe:



=





0


(2.7)
Trong đó 

là thành phần hướng phía trước, 

là bộ phận vuông góc của v.
Véc tơ vận tốc trong hệ trục tọa độ gắn tại mặt đất G tính theo véc tơ vận tốc trong
tọa độ gắn với xe B.



= 





(2.8)
Trong đó:



: vận tốc của ô tô trong hệ trục tọa độ gắn với mặt đường G
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 12






: ma trận chuyển hệ trục tạo độ gắn lên ô tô B sang hệ trục tọa độ gắn
với mặt đất G



: vận tốc của ô tô trong hệ trục tọa độ gắn với mặt đường G
Ta có véc tơ chuyển hệ trục tọa độ dạng ma trận.



=

  0
  0
0 0 1

(2.9)
Vận tốc của ô tô xét trong hệ trục tọa độ gắn với mặt đất G là:






0

=

  0
  0

0 0 1





0

(2.10)
=



 




 + 


0

(2.11)
Và vì vậy thành phần gia tốc là:









0

=




 


 



+ 






+ 


 +




 



0

(2.12)
Ta có phương trình định luật 2 Newton cho chuyển động trong tọa độ gắn với
mặt đất là:



= 



(2.13)
Mối quan hệ lực 

ở hệ trục tọa độ gắn với mặt đất G và hệ trục tọa độ gắn
với xe B là:



= 






(2.14)
Rút 


ra từ biểu thức (2.14), ta được phương trình lực 

kéo tại trọng tâm C
của ô tô trong tọa độ gắn với xe B là:



= 






= 







(2.15)
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 13

Trong đó:




là ma trận của vị của ma trận chuyển đổi trục tọa độ 


(



=
1



).
Thay thế 



trong công thức (2.12) vào công thức (2.15) ta được các phương
trình Newton của chuyển động trong hệ trục tọa độ gắn lên xe B.







0

= 







 


 



+ 






+ 


 +




 



0

(2.16)
= 



 





 



0

(2.17)
Áp dụng tương tự đối với chuyển đổi trục tọa độ mô men.




= 





(2.18)


0
0



=

  0
  0
0 0 1

0
0



(2.19)
Chúng ta có phương trình mô men trong tọa độ gắn liền với xe là:



= 



(2.20)
        

2.3.1. 
Hình (2.4) khảo sát sự lăn của bánh xe đàn hồi trong hai trường hợp: không
có lực ngang tác dụng (hình 2.4a) và có lực ngang tác dụng (hình 2.4b). Khi xe
chuyển động bánh xe có thể chịu tác động của lực ngang do có gió ngang, do đường
mấp mô, do phanh trên đường trơn,…
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 14



Hình 2.4. Sơ đồ minh hoạ sự lăn của bánh xe đàn hồi
a. Khi không có lực ngang tác dụng.
b. Khi có lực ngang tác dụng.
c. Biểu đồ phân bố lực ngang ở vết bánh xe.
Khi bánh xe lăn không có lực ngang
y
F
tác dụng hình (2.4.a), bánh xe chỉ chịu
tác dụng của
b
G
, lực đẩy 


, lực cản lăn 

. Điểm B của lốp sẽ tiếp xúc với mặt
đường tại điểm B
1
, điểm C và ở C
1
… Quỹ đạo của mặt phẳng quay của bánh xe
trùng với đường thẳng AA
1
. Vết tiếp xúc của bánh xe trùng với đường đối xứng qua
mặt phẳng dọc của bánh xe (phần diện tích gạch chéo hình 2.4.a).
Khi có lực ngang tác dụng (lực
y
F
trên hình 2.4.b), bánh xe bị biến dạng, các
thớ lốp bị uốn cong, mặt phẳng giữa của bánh xe bị dịch chuyển so với tâm của vết
tiếp xúc một đoạn b
1
. Khi bánh xe lăn, điểm B của lốp lần luợt tiếp xúc với đường ở
điểm B
2
, điểm C ở C
2
, Kết quả là bánh xe sẽ lệch theo phương AA
2
, mặt phẳng