luận án nghiên cứu tính ổn định của ô tô kéo moóc (TT)

1
ẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong khuôn khổ giới hạn của hạ tầng giao thông, việc phát triển đoàn xe là một tất yếu
nhằm giảm ùm tắc giao thông, giảm chi phí vận chuyển, giảm CO2 [6,9].
Khi đoàn xe được phát triển cũng kéo theo một số hệ lụy. Người ta nhận thấy rằng tai nạn
giao thông có liên hệ trực tiếp tới động lực học ô tô kéo moóc [6,7,9,12,13]. Vì vậy,đề tài
“Nghiên cứu tính ổn định của ô tô kéo moóc” được chọn để nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu
của đề tài là ô tô kéo moóc.
Mục tiêu nghiên cứu là x y dựng mô hình động lực học ô tô kéo moóc hai dãy dạng mô
hình tích hợp gồm mô hình cơ học hệ nhiều vật và các mô hình liên kết để có thể mô tả tất cả các
trạng thái phản ứng của lái xe với các số thông số sử dụng và ngoại cảnh để khảo sát các trạng
thái ổn định hướng và trước lật của ô tô kéo moóc.
Phương pháp nghiên cứu là mô hình hóa ô tô kéo moóc bằng phương pháp tách cấu trúc hệ
nhiều vật và sử dụng hệ phương trình Newton-Euler. Để có độ tin cậy, mô hình được kiểm
chứng bằng thử nghiệm trên đường.
2. Nội dụng nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết: sử dụng nguyên lý tách cấu trúc hệ nhiều vật MBS, sử dụng các mô
hình thích nghi xác định các lực liên kết, lập phương trình động lực học của các vật bằng hệ
phương trình Newton-Euler.
Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm động lực học trên đường để kiểm chứng mô hình.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiến.
Vấn đề nghiên cứu là cơ sở ban đầu cho việc nghiên cứu động lực học ô tô kéo moóc theo
quy định của ISO (ISO 12021 và 14792).
Mô hình và chương trình mô phỏng cho phép khảo sát động lực học chuyển động ô tô kéo
moóc nhằm tìm ra quy luật và giới hạn mất ổn định của ô tô kéo moóc, giúp cho lái xe có cơ sở
điều khiển ô tô kéo moóc hoạt động việc ổn định và an toàn.
Đóng góp về phương pháp: phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật dạng mô hình lai gồm
mô hình cơ học và mô hình thích nghi xác định các liên kết.
4. iểm mới của luận án
Đã vận dụng hợp lý phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật, mô tả các vật chuyển động

trong hệ tọa độ tương đối và sử dụng hệ phương trình Newton-Euler, lập trình theo cấu trúc mô
đun.
5 Cấu trúc của luận án
Luận án gồm 102 trang với các phần mở đầu (03 trang); Chương 1: Tổng quan các vấn đề
nghiên cứu (14 trang); Chương 2: X y dựng mô hình động lực học ô tô kéo moóc (41 trang);
Chương 3: Khảo sát động lực học ô tô kéo moóc (20 trang); Chương 4: Thí nghiệm động lực học
đoàn xe (24 trang); Kết luận và kiếm nghị (03); Tài liệu tham khảo (38 tài liệu); Danh mục công
trình đã công bố của luận án (05 công trình); luận án có 157 hình và đồ thị; gồm 03 phụ lục.
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN Ề NGHIÊN CỨU
1.1. Sự phát triển của đoàn xe
Cũng như các nước phát triển, sự phát triển đoàn xe là yêu cầu tất yếu đối với Việt Nam.
- Các nghiên cứu đã cho thấy, động lực học đoàn xe có liên hệ trực tiếp đến tai nạn giao
thông [6,7,9,12,13]. Vì vậy nhiều chuyên gia đã tập trung nghiên cứu động lực học đoàn xe
nhiều năm nay.
- Khái niệm đoàn xe là tổ hợp các xe đơn: xe kéo một hay nhiều rơ moóc đơn; xe kéo bán
moóc và kéo theo một số rơ moóc độc lập [16, 12].
- Phần lớn các tai nạn đoàn xe bắt nguồn từ các trạng thái mất ổn định sau: mất ổn định lật
(Roll instability) và mất ổn định hướng (Yaw instability),[6,7,9,12,13].
1.2. Tình hình nghiên cứu động lực học đoàn xe
1.2.1. Các mô hình nghiên cứu về động lực học xe ô tô

a. Mô hình nghiên cứu xe đơn
Để đánh giá ổn định xe đơn dựa trên các nghiên cứu của Mitschke [30], đánh giá theo đặc
tính quay vòng.


2

b. Mô hình nghiên cứu đoàn xe
Các mô hình nghiên cứu của các tác giả [12,18,19] là mô hình một dãy nhiều kh u, có thể

nghiên cứu ổn định ngang trong miền tuyến tính với vận tốc xe không đổi và góc lái nhỏ.
1.2.2.Tiêu chí đánh giá ổn định đoàn xe
Đoàn xe được đánh giá ổn định theo hai tiêu chí: ổn định hướng và ổn định lật.

a. Tiêu chuẩn đánh giá ổn định hướng của đoàn xe:
- Các giả Fancher, Arvind Mathew và Luijten [10, 12] sử dụng khái niệm RA (Rearward
Amplification) là tỷ lệ gia tốc ngang của kh u sau cùng ayn chia cho gia tốc ngang của xe kéo
ay1:
RA1 = a1a y12 a1a y11
+ Đánh ổn định xe kéo:
(1.2)
+ Đánh giá ổn định rơ moóc:

RA2 = a1a y22

+ Đánh giá ổn định đoàn xe:

RA = a yn

(1.3)

a2 ay21

(1.4)

ay1

Trong đó: ayn là gia tốc ngang cầu sau hoặc cụm cầu sau của xe thứ n.
ay1 là gia tốc ngang cầu trước xe kéo, a1, a2 là tọa độ trọng t m.
Các biểu thức (1.1), (1.2) là phức tạp. Chỉ cần hàm gia tốc ay(t) hoặc  (t ) hoặc hàm phản

ứng tốc a y (t ) /  (t ) ; hàm phản ứng vận tốc góc  (t ) /  (t) vẫn có thế xác định thuộc tính quay
vòng xe đơn.

b. Tiêu chí đánh giá ổn định lật của đoàn xe:
- Hiện tại, tác giả Erik Dahlberg [9] và Luijten [12] đã đưa ra các thông số đánh giá ổn
định lật của đoàn xe như sau:

F F

+ Hệ số ph n bố tải trọng ngang:

LTR =

+ Hệ số LTRi cho từng cầu xe:

LTRi =

zi1

 Fzij

Fzi1  Fzi 2
Fzi1  Fzi 2

zi 2

(1.5)
(1.6)

Trong đó: Fzi1, Fzi2 là phản lực tại bánh xe bên trái, phải của cầu thứ i.

i là số cầu của đoàn xe.j=1, j=2 là ứng với bánh xe bên trái,phải.
1.2.3. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
Ở Việt Nam hiện nay các công trình nghiên cứu chủ yếu về xe bán rơ moóc:
- Tác giả Đào Đình Tại đã nghiên cứu về ổn định xe bán moóc khi quay vòng [1]
- Tác giả Vũ Đình Long nghiên cứu “Động học và động lực học khi quay vòng của đoàn
xe và nghiên cứu khả năng ứng dụng trong thẩm định thiết kế đường giao thông” [3].
Những kết quả nghiên cứu trên chỉ ra rằng, các mô hình động lực học đoàn xe đã công bố
phần lớn là mô hình tuyến tính một dãy, khảo sát với vận tốc không đổi và góc hướng bé.
1.3 i tư ng mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận án
. . . i tư ng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu là ô tô kéo moóc với xe đầu kéo Thaco Foton 5 tấn và rơ moóc của
Công ty Việt Phương RM01.
- Cầu Dolly dùng để liên kết giữa xe đầu kéo và rơ moóc.
1.3.2. Mục tiêu của đề tài
X y dựng mô hình động lực học ô tô kéo moóc hai dãy dạng mô hình tích hợp gồm mô
hình cơ học hệ nhiều vật và các mô hình liên kết để có thể mô tả tất cả các trạng thái phản ứng
của lái xe với các số thông số sử dụng và ngoại cảnh để khảo sát các trạng thái ổn định hướng và
trước lật của ô tô kéo moóc.
1.3.3. Phương pháp và nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: sử dụng nguyên lý tách cấu trúc hệ nhiều vật MBS, sử dụng các
mô hình thích nghi xác định các lực liên kết, lập phương trình động lực học của các vật bằng hệ
phương trình Newton-Euler.
- Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm động lực học trên đường để kiểm chứng mô hình.
- Sử dụng mô hình động lực học ô tô kéo moóc khảo sát các trạng thái đặc trưng về động
lực học ô tô kéo moóc bằng Phần mền chuyên dụng MatLab-Simulink.


3
1.4. Cấu trúc luận án
Trong khuôn khổ của luận án tác giả thực hiện các nội dung sau:

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
Chương 2: X y dựng mô hình động lực học ô tô kéo moóc
Chương 3: Khảo sát động lực học ô tô kéo moóc
Chương 4: Thí nghiệm động lực học đoàn xe.
1.5. Kết luận chương 1:

1. Phát triển đoàn xe là một xu thế tất yếu nhằm n ng cao công suất vận chuyển, giảm chi
phí vận chuyển, giảm áp lực cho môi trường và giảm tiêu hao nhiên liệu trong một đơn vị công
suất vận tải nhằm tối ưu hệ thống giao thông. Sự gia tăng đoàn xe cũng kéo theo sự gia tăng tai
nạn giao thông. Tai nạn giao thông có quan hệ chặt chẽ với động lực học đoàn xe. Vì vậy,
nghiên cứu động lực học ô tô kéo moóc để tìm ra giới hạn ổn định trong sử dụng và làm cơ sở
cho thiết kế tối ưu ô tô kéo moóc là một nhu cầu cấp thiết.
2. Các mô hình nghiên cứu về ổn định ô tô kéo moóc trên thế giới cho tới thời điểm này
vẫn còn một số vấn đề chưa hoàn chỉnh: Các mô hình chưa mô tả được đầy đủ cấu trúc cần thiết
của ô tô kéo moóc, chưa mô tả được tích hợp các trạng thái phản ứng của lái xe và chưa khảo sát
tới hạn cận vật lý.
3. Các tiêu chí đánh giá tính ổn định của ô tô kéo moóc được lựa chọn trong luận án bao
gồm: tỷ lệ gia tốc ngang RA và gia tốc ngang của các xe đơn; hệ số ph n bố tải các cầu LTRi để
đánh giá ổn định lật.
Chương 2. XÂY DỰNG
H NH
NG ỰC HỌC KÉO RƠ OÓC
2.1. Phân tích cấu trúc ô tô kéo moóc
Đối tượng dùng để lập mô hình làô tô kéo moóc: xe đầu kéo Thaco Foton hai cầu và một rơ
moóc độc lập hai cầu có cầu dẫn hướng Dolly.

1. Rơ moóc; 2. Cầu Dolly; 3. Xe đầu kéo.
Hình 2.3. Mô hình chuyển động ô tô kéo moóc

Như vậy, mô hình ô tô kéo moóc là mô hình hệ động lực học gồm 3 kh u: xe kéo và rơ

moóc, cầu Dolly (kh u liên kết động lực học) như hình 2.3.
Một số giả thiết khi thành lập mô hình:
(1) Trọng t m các khối lượng được treo của xe kéo và rơ moóc nằm trong mặt phẳng dọc;
(2) Lốp tiếp xúc với mặt đường theo điểm khi xác định phản lực lốp đường;
(3) Khối lượng của đòn kéo chữ “A” có khối lượng nhỏ hơn nhiều so với khối lượng toàn
xe;
(4) Hệ thống treo phụ thuộc của ô tô kéo moóc gồm một phần tử đàn hồi và một phần tử
giảm chấn. Chỉ xét sự dịch chuyển tương đối trong mặt phẳng thẳng đứng, không có chuyển
động tương đối theo phương dọc và phương ngang;
(5) Không xét ảnh hưởng của xoắn khung trong các phương trình xác định phản lực lốpđường;
(6) Bỏ qua tính đàn hồi của hệ thống lái;
(7) Đầu vào của quá trình phanh là mô men phanh đặt tại các bánh xe, còn ở quá trình tăng
tốc đầu vào là mô men chủ động đặt tại các bánh xe chủ động xe kéo (cầu 2);
(8) Không có khe hở tại các khớp bản lề của cầu Dolly; Cầu Dolly chỉ quay quanh trục z so
với khối lương được treo rơ moóc, bỏ qua ma sát trong khớp Dolly;
(9) Trọng t m của phần khối lượng không được treo của xe kéo và rơ moóc nằm trong mặt
phẳng dọc chứa trọng t m của xe kéo và rơ moóc.


4
2.2. Phương pháp thiết lập mô hình toán học
Sử dụng phương pháp hệ nhiều vật và hệ phương trình Newton-Euler để lập mô hình toán
học. Đó là phương pháp tách cấu trúc, mỗi vật trong hệ được coi là một hệ con.
2.2.1. ịnh nghĩa hệ trục tọa độ ô tô kéo moóc
Hệ tọa độ mô tả ô tô kéo moóc được thể hiện bằng các hệ tọa độ Descartes thuận như hình
2.4 và 2.5 gồm:
- Đối với xe kéo bao gồm các bậc tự do được mô tả trền hình 2.4:

Hình 2.4. Hệ tọa độ xe kéo

- Đối với rơ moóc bao gồm các bậc tự do được mô tả trền hình 2.5:

Hình 2.5. Hệ tọa độ rơ moóc và cầu dẫn hướng Dolly


5
2.2.2. Các lực và mô men trong mô hình
Để đoàn xe chuyển động, lái xe tác động vào bàn đạp ga/phanh tạo ra các mô men chủ
động MAij hoặc mô men phanh MBij (Mij=MAij+MBij) và kết hợp quay vô lăng để thay đổi hướng
của xe theo mong muốn người lái xe. Các tác động đó sẽ tạo ra các lực truyền ở các bánh xe
gồm: lực dọc Fxij và lực ngang Fyij.
Các lực Fxij, Fyij, Fzij trong thực tế là các lực động, tức là phụ thuộc vào thời gian. Ngoài ra
cấu trúc của vỏ lốp không đồng nhất và áp suất trong lốp cũng thay đổi, bề mặt tiếp xúc... cũng
ảnh hưởng đến các lực Fxij, Fyij, Fzij tại bánh xe.
2.3.

ô hình động lực học của đoàn ô tô kéo moóc
Để dễ lập trình và tường minh khi ph n tích, ta tách mô hình động lực học đoàn xe thành ba
mô hình con:
(1) Mô hình chuyển động của đoàn xe trong mặt phẳng đường: đ y là mô hình cơ bản dùng
để đánh giá các trạng thái chuyển động;
(2) Mô hình động lực học phương thẳng đứng: với mô hình này ta xác định phản lực lốp
đường Fzij để tính lực truyền Fxij, Fyij;
(3) Mô hình động lực học bánh xe.
2. . Mô hình động lực học của ô tô kéo moóc trong mặt phẳng đường

Hình 2.6b. Động lực học xe kéo trong mặt phẳng đường

M c1( xc1  yc1 c1 )  Fx11cos11  Fy11 sin 11  Fx12cos12  Fy12 sin 12 
Fx 21  Fx 22  Fkx1  Fwx1  FR11 cos 11  FR12 cos 12  ( FR 21  FR 22 )

(2.1)

M c1(yc1  xc1 c1 )  Fx11sin11  Fy11cos11  Fx12 sin12  Fy12cos12  Fy 21
 Fy 22  Fky1  Fwy1  FR11 sin 11  FR12 sin 12

(2.2)

J zc1 c1  ( Fx11sin11  Fy11cos11  Fx12 sin12  Fy12cos12 )a1  ( Fy 21  Fy 22 )a2 
[( Fx12cos12  Fy12 sin 12 )  ( Fx11cos11  Fy11 sin 11 )]b1
( Fx 22  Fx 21 )b2  Fky1lk1  ( M z11  M z12  M z 21  M z 22 )
 b1( FR12 cos 11  FR11 cos 11 )  b2 ( FR 22  FR 21 )

(2.3)


6

Hình 2.7. Động lực học cầu Dolly trong mặt phẳng đường

M c 3 ( xc 3  yc 3 c 3 )  Fx 31  Fx 32  Fkx' 1  Fkx' 2  ( FR 31  FR 32 )

(2.4)

M c 3 (yc 3  xc 3 c 3 )  Fy 31  Fy 32  F

(2.5)

'
ky1

F

'
ky 2

J zc 3 c 3  F a  Fx 32b3  Fx 31b3  ( M z 31  M z 32 )  b3 ( FR 32  FR 31 )  M kz
'
ky1 k

(2.6)

Hình 2.8. Động lực học rơ moóc trong mặt phẳng đường

M c 2 ( xc 2  yc 2 c 2 )  Fx 41  Fx 42  Fkx 2  Fwx 2  ( FR 41  FR 42 )

(2.7)

M c 2 (yc 2  xc 2 c 2 )  Fy 41  Fy 42  Fky 2  Fwy 2

(2.8)

J zc 2 c 2  ( Fy 41  Fy 42 )a4  ( Fx 42  Fx 41 )b4  Fky 2 a3  Fwy 2  M kz

(2.9)

 b4 ( FR 42  FR 41 )  M z 41  M z 42

2. .2. Mô hình động lực học phương thẳng đứng ô tô kéo moóc
Nội dung của mục 2.3.2 là xác định phản lực Fzij để tính các lực truyền bánh xe:

Fx ij  Fz ij x ij

Fxyij  Fz ij y ij


7
2. .2. . ộng lực học mặt phẳng dọc

Hình 2.9. Động lực học xe kéo trong mặt phẳng dọc

mc1  zc1  xc1c1   FC11  FK 11  FC12  FK 12  FC 21  FK 21  FC 22  FK 22

(2.10)

J yc1c1  ( FC11  FK 11  FC12  FK 12 ) a1  ( FC 21  FK 21  FC 22  FK 22 ) a 2
 ( Fx'11  Fx'12 )(hc1  r1 )  ( Fx'21  Fx'22 )(hc1  r2 )  Fkx1 (hc1  hk1 )
  M 11  M 12  M 21  M 22 

(2.11)

Hình 2.10. Động lực học rơ moóc trong mặt phẳng dọc

mc 2 ( zc 2  xc 2c 2 )  FC 31  FK 31  FC 32  FK 32  FC 41  FK 41  FC 42  FK 42

(2.12)

J yc 2c 2  ( FC 31  FK 31  FC 32  FK 32 ) a 3  ( FC 41  FK 41  FC 42  FK 42 ) a 4
 ( Fx'31  Fx'32 )(hc 2  r3 )  ( Fx' 41  Fx' 42 )(hc 2  r4 )  Fkx' 1 (hc 2  hk1 )
  M 31  M 32  M 41  M 42 

(2.13)


8
2. .2.2 ộng lực học trong mặt phẳng ngang

Hình 2.11. Động lực học khối lượng được treo xe kéo trong mặt phẳng ngang

J xc1c1  ( FC11  FK 11  FC12  FK 12 ) w1  ( FC 21  FK 21  FC 22  FK 22 )w2
 FR1 (hc1  hR1 )  FR 2 (hc1  hR 2 )  Fky1 (hc1  hk1 )

(2.14)

- Động lực học khối lượng được treo rơ moóc trong mặt phẳng ngang (tương tự)
J xc 2 c 2  ( FC 31  FK 31  FC 32  FK 32 ) w3  ( FC 41  FK 41  FC 42  FK 42 )w4
 FR3 (hc 2  hR3 )  FR 4 (hc 2  hR 4 )  Fky' 1 (hc 2  hk1 )

(2.15)

2. .2. . ộng lực học của các cầu xe
- Động lực học cầu xe 1 trong mặt phẳng ngang:

Hình 2.13. Động lực học cầu xe 1 trong mặt phẳng ngang

mA1 ( A1   A1 y A1 )  ( FCL11  FKL11  FCL12  FKL12 )  ( FC11  FK 11  FC12  FK 12 )

(2.16)

mA1 ( y A1   A1 A1 )   F  Fx11sin11  Fy11cos11  Fx12sin12  Fy12cos12  FR11  FR12

(2.17)

'
R1

J Ax1 A1  ( FC12  FK 12  FC11  FK 11 )w1  ( FCL11  FKL11  FCL12  FKL12 )b1  F (hR1  r1 )
'
R1

 ( Fx11sin11  Fy11cos11  Fx12sin12  Fy12cos12  FR11  FR12 )(r1   A1 )

(2.18)

- Động lực học cầu xe 2 trong mặt phẳng ngang (tương tự):
mA2 ( A2   A2 y A2 )  ( FCL 21  FKL 21  FCL 22  FKL 22 )  ( FC 21  FK 21  FC 22  FK 22 )

(2.19)

mA2 ( y A2   A2 A2 )   F  Fy 21  Fy 22

(2.20)

'
R2

J Ax 2  A2  ( FC 22  FK 22  FC 21  FK 22 ) w2  ( FCL 21  FKL 21  FCL 22  FKL 22 )b2
 ( Fy 21  Fy 22 )(r   A2 )  FR' 2 (hR 2  r2 )

(2.21)

9
- Động lực học cầu xe 3 trong mặt phẳng ngang (tương tự):
mA3 ( A3   A3 y A3 )  ( FCL31  FKL31  FCL32  FKL32 )  ( FC 31  FK 31  FC 32  FK 32 )

(2.22)

mA3 ( y A3   A3 A3 )   FR' 3  Fy 31  Fy 32

(2.23)

J Ax3  A3  ( FC 32  FK 32  FC 31  FK 32 )w3  ( FCL31  FKL31  FCL32  FKL32 )b3
 ( Fy 31  Fy 32 )(r3   A3 )  FR' 3 (hR3  r3 )

(2.24)

- Động lực học cầu xe 4 trong mặt phẳng ngang (tương tự):
mA4 ( A4   A4 y A4 )  ( FCL 41  F4  FCL 42  FKL 42 )  ( FC 41  FK 41  FC 42  FK 42 )

(2.25)

mA4 ( y A4   A4 A4 )   F  Fy 41  Fy 42

(2.26)

'
R4

J Ax 4  A4  ( FC 42  FK 42  FC 41  FK 42 ) w4  ( FCL 41  FKL 41  FCL 42  FKL 42 )b4
 ( Fy 41  Fy 42 )(r4   A4 )  FR' 4 (hR 4  r4 )

2. .

(2.27)

ộng lực học bánh xe đàn hồi

Hình 2.17. Động lực học bánh xe

J Ay1111  M 11  Fx11  r011   h11   A11  

(2.28)

J Ay1212  M 12  Fx12  r012   h12   A12  

(2.29)

J Ay 2121  M 21  Fx 21  r021   h21   A 21  

(2.30)

J Ay 2222  M 22  Fx 22  r022   h22   A 22  

(2.31)

J Ay 3131  M 31  Fx 31  r031   h31   A31  

(2.32)

J Ay 3232  M 32  Fx 32  r032   h32   A32  

(2.33)

J Ay 4141  M 41  Fx 41  r041   h41   A 41  

(2.34)

J Ay 4242  M 42  Fx 42  r042   h42   A 42  

(2.35)

2.4. Xác định các lực liên kết
2.4.1. Lực liên kết hệ th ng treo FCij, Fkij
- Bánh xe phía trước bên trái xe kéo (Bánh xe 11)

C  h   
FCL11   L11 11 A11

 FG11


 FKL11  K L11 h11   A11

FCL11  FKL11  FG11


Fz11  

0




khi
khi



h11   A11  f11t   0
h11   A11  f11t   0
(2.38)

khi
khi

h11   A11  f11t   0
h11   A11  f11t   0


10

Lực liên kết hệ thống treo FCij, Fkij của các bánh xe còn lại được thực hiện tương tự
như bánh xe 11.
2.4.2. Xác định các lực dọc, lực ngang, phản lực bánh xe Fxij, Fyij, Fzịj
a. Xác định các phản lực Fzij được xác định thông qua mô hình dao động thẳng đứng.
b. Xác định các lực dọc và ngang Fxij, Fyij

Theo Ammonn các lực truyền được xác định theo công thức (2.60) và (2.61).

Fx ( sx , )  Fz x,max



 sx2   2
f
sx2   2  sx , max  y , max

 




(2.60)


Fy ( sx , )  Fz  y , max


 sx2   2
g
sx2   2   x , max  y , max

 




(2.61)

s



2.4. . Xác định các lực liên kết tại các khớp Dolly
a. Các lực liên kết tại K1
b. Lực tại khớp A3: FAx3, FAy3:
2.5. Phương pháp giải hệ phương trình động lực học ô tô kéo moóc
Để giải hệ 35 phương trình vi ph n cấp 2 từ (2.1) đến (2.35) ta cần xác định các tham
số/điều kiện sau:
- Thông số cấu trúc của xe: kích thước hình học, khối lượng và mô men quán tính, phụ lục 1 và
phụ lực 3;
- Hàm phản ứng của lái xe: đặc trưng bởi góc lái, vận tốc ban đầu;
- Điều kiện đầu của các tọa độ suy rộng.
2.5. Hàm phản ứng của lái xe
a. Hàm điều khiển mô men
b. Hàm điều khiển quay vòng
2.5.2 iều kiện đầu
2.5.3 Xác định các lực dọc và ngang Fxij, Fyij
2.6. Cấu trúc động lực họcô tô kéo moóc
- Cấu trúc chương trình mô phỏng gồm có 4 mô đun chính:

Hình 2.25. Cấu trúc chương trình mô phỏng


11

- Cấu trúc mô hình động lực học ô tô kéo moóc trong mặt phẳng đường

Hình 2.26. Cấu trúc mô hình động lực học ô tô kéo moóc trong mặt phẳng đường

2.7. Kết luận chương 2.

1. X y dựng mô hình: đã x y dựng được mô hình động lực học ô tô kéo moóc là mô hình
lai (Hybrid model) gồm mô hình cấu trúc là dạng hệ nhiều vật; các mô hình xác định lực liên kết
là các mô hình thích nghi (Adaptiv Model). Với mô hình trên có thể khảo sát lý thuyết các quá
trình động lực học ô tô kéo moóc ở các giới hạn trượt để nghiên cứu ổn định.
2. Đặc điểm phương pháp: sử dụng phương pháp tách cầu trúc hệ nhiều vật cho phép thay
đổi tham số kết cấu và hàm đầu vào khi khảo sát; mô hình lốp Ammon cho phép khảo sát các
trạng thái chuyển động tới hạn trong các trường hợp sử dụng và các yếu tố ngoại cảnh thường
xuyên thay đổi.
3. Phương pháp giải: việc giải giải hệ phương trình vi ph n được thực hiện bằng phần
mềm Matlab-Simulink với phương pháp ph n chia mô đun.
4. Phạm vi ứng dụng: mô hình có thể mở rộng để khảo sát các giới hạn trượt và cận lật để
xác định điều kiện an toàn chuyển động ô tô kéo moóc; có thể mô tả xe ảo trước khi chế tạo.
Thông số đầu vào là các phản ứng của lái xe và điều kiện ngoại cảnh (mặt đường, gió) có thể mô
tả hay thay đổi tùy theo ý định khảo sát.
Chương 3. KHẢO SÁT
NG LỰC HỌCô tô kéo moóc
3.1. Các phương án khảo sát
Khảo sát được thực hiện thông qua 7 phương án:
3.1.1. Ảnh hưởng của góc lái đến trạng thái quay vòng trên đường hệ s cao
- Trong thực tế lái xe khi điều khiển quay vòng là ngẫu nhiên. Trong khảo sát ảnh hưởng
của cường độ lái chỉ có thể cho các góc quay bánh xe là các giá trị cố định như hình 3.1 và 3.2.
- Ta chọn 3 giá trị góc lái là 7 độ, 8 độ, 9 độ.
- Vận tốc khảo sát là 50 km/h, đường bằng, có hệ số bám cao như sau:
Loại đường
Loại 1

φxmax
0,8

φxmin

0,7

φymax
0,7

φymin
0,6

Với các góc quay bánh xe bên trái δ11=[7 8 9] (độ) ứng với các chỉ số [1 2 3] trên các đồ
thị


12

Hình 3.1. Góc lái của bánh xe trái xe kéo

Hình 3.2. Góc lái của bánh xe phải xe kéo

a. Đánh giá về ổn định hướng:

Hình 3.3. Gia tốc ngang xe kéo

Hình 3.4. Gia tốc ngang rơ moóc

Đồ thị gia tốc ngang khi góc lái 7 độ (đường đen) trong hình 3.3 và 3.4 có dáng điệu như
góc quay bánh xe, gần với trạng thái quay vòng đủ. Hai trường hợp khác, gia tốc dao động
quanh vị trí c n bằng, biểu hiện quay vòng thừa và quay vòng thiếu nhẹ. Tuy nhiên cả 3 trường
hợp, gia tốc đều lớn hơn 4,5 m/s2. Hình 3.5 là đồ thị hệ số RA=ayc2/ayc1, ta thấy chỉ có đường đen
là có dáng điệu như hàm quay vô lăng (quay vòng đủ), còn 2 trường hợp 2,3 giá trị RA dao động
quanh giá trị 1; vừa quay vòng thiếu vừa quay vòng thừa (RA<1 và RA>1).

b. Đánh giá về ổn định lật:

Hình 3.5. Hệ số gia tốc RA=ayc2/ayc1

Hình 3.6. Hệ số phân tải cầu 1 LTR1

Hình 3.8. Hệ số phân tải cầu 3 LTR3

Hình 3.7. Hệ số phân tải cầu 2 LTR2

Hình 3.9. Hệ số phân tải cầu 4 LTR4

Kết quả khảo sát (hình 3.6÷3.9), các hệ số LTRi trong trường hợp này đều vượt ngưỡng
dấu hiệu mất ổn định lật 0,75 [9]. Chúng ta chưa xét điều kiện đủ của lật nên chỉ có thể kết luận
xe có dấu hiệu lật. Điều kiện lật là các hệ số LTRi=1 và mô men lật do lực quán tính g y ra lớn


13
hơn mô men chống lật (điều kiện cần) và điều kiện đủ là các bánh xe phía còn lại vấn còn khả
năng bám.
Kết luận: Với điều kiện quay vòng ở vận tốc 50 km/h, đường tốt, nếu đánh lái [7, 8, 9 độ]
ô tô kéo moóc có dấu hiệu lật (chưa lật). Các gia tốc ngang tương ứng đều lớn hơn 4,5 m/s2, theo
Mitschke [29] là giới hạn giữa tuyến tính và phi tuyến và là giới hạn ổn định. Do đó để an toàn
ta chỉ quay vòng trong giới hạn gia tốc nhỏ hơn 4 m/s2.
3.1.2. Ảnh hưởng của góc lái đến trạng quay vòng trên đường hệ s bám thấp
- Khảo sát với trường hợp xe quay vòng với vận tốc ban đầu v0=50km/h trong điều kiện
đường bằng, có hệ số bám thấp như sau:
Loại đường
Loại 3

φxmax
0,6

φxmin
0,5

φymax
0,5

φymin
0,4

- Ta chọn 3 giá trị góc lái là 5 độ, 6 độ, 7 độ.
Với các góc quay bánh xe bên trái δ11= [5 6 7] (độ) ứng với các chỉ số [1 2 3] trên các đồ
thị hình 3.10 và 3.11.

Hình 3.10. Góc lái của bánh trái xe kéo

Hình 3.11. Góc lái của bánh phải xe kéo

a. Đánh giá ổn định hướng
Khi đi với vận tốc 50km/h, đường có hệ số bám thấp (0,6), với 3 góc lái [5,6,7] (độ), ta
thấy đồ thị gia tốc ngang của cả xe kéo và rơ moóc (đường 1, 2 trong hình 3.12; 3.13) đều có
dáng điệu giống đồ thị góc quay bánh xe, chứng tỏ phản ứng của xe “theo yêu cầu” của lái xe;
gia tốc ngang nhỏ hơn 4 m/s2, là ngưỡng ổn định hướng cho xe đơn. Đường thứ 3, góc lái 7 độ,
sau 4 gi y xe kéo quay vòng thiếu mạnh, gia tốc ngang giảm đột ngột; sau 3 gi y gia tốc rơ
moóc cũng giảm và dao động giữa 4,5 và 3 m/s2, trạng thái này rơ moóc bị dao động ngang
trong mặt phẳng đường; rơ moóc dao động góc trục đứng như con lắc 3. Xét đồ thị hình 3.14,
RA=ayc2/ayc1, hai trường hợp đầu (1,2), góc lái 5, 6 độ, dáng điệu của nó giống đặc tính góc quay

bánh xe khi đó ô tô kéo moóc ở trạng thái “quay vòng đủ”. Trường hợp 3, góc lái 7 độ, hàm RA
có dáng điệu như hàm gia tốc ayc2: cũng thể hiện tính dao động lắc của rơ moóc.

Hình 3.12. Gia tốc ngang xe kéo

Hình 3.13. Gia tốc ngang rơ moóc

Hình 3.14. Hệ số gia tốc ngang RA=ayc2/ayc1


14
b. Đánh giá ổn định lật
Kết quả khảo sát (hình 3.15, 3.16 và 3.18), hệ số ph n bố tải trọng khi góc lái (5 độ, 6 độ)
có giá trị LTR1,2,4 < 0,75, riêng đường 3 có giá trị LTR3>0,75 (góc lái 7 độ) nhưng sau đó giá trị
LTR giảm, xe trở lại ổn định ứng với các đường 3.
Kết luận: Khi hệ số bám thấp (0,6) và ở vận tốc 50km/h, nếu quay vòng với góc lái 5, 6, 70
ô tô kéo moóc có hệ số ph n tải ngang LTR bé hơn ngưỡng ổn định lật của Erik Dahlberg [9] là
0,75. Tuy nhiên khi đường có hệ số bám thấp ô tô kéo moóc không ổn định hướng, moóc dao
động góc quanh trục z. Do đó khi đường có hệ số bám thấp, không nên quay vòng với góc lái
lớn hơn 6 độ, nghĩa là không nên quay vòng với gia tốc ngang lớn hơn 3 m/s2, hoặc giảm vận tốc
xuống dưới 50 km/h.

Hình 3.15. Hệ số phân tải cầu 1 LTR1

Hình 3.16. Hệ số phân tải cầu 2 LTR2

Hình 3.17. Hệ số phân tải cầu 3 LTR3

Hình 3.18. Hệ số phân tải cầu 4 LTR4

3.1.3. Ảnh hưởng của hệ s bám đến khả năng quay vòng
- Xe quay vòng với vận tốc ban đầu v0=50km/h.
- Ta chọn giá trị góc lái (δ11) là 7 độ.
- Điều kiện đường bằng, ứng với ba loại dường hệ số bám khác nhau như sau:
Loại đường
Loại 1
Loại 2
Loại 3

φxmax
0,8
0,7
0,6

φxmin
0,7
0,6
0,5

φymax
0,7
0,6
0,5

φymin
0,6
0,5
0,4

Với các loại đường: [1 2 3] ứng với các chỉ số trên đồ thị là 1, 2, 3.

Hàm góc lái được cho như hình 3.19 và 3.20. Các hình 3.24 dến 3.27 là các quan hệ gia
tốc. Các hình 3.26 đến 3.29 là hệ ph n bố tải các cầu LTRi.

Hình 3.19. Góc lái của bánh trái xe kéo

Hình 3.20. Góc lái của bánh phải xe kéo

a. Đánh giá ổn định hướng
Khi quay vòng với góc lái 70 và vận tốc ban đầu 50 km/h với 3 loại đường với hệ số bám
[0,6; 0,7; 0,8], ta thấy 2 trường hợp đầu đồ thị gia tốc ay1 và ay2 có dáng điệu như đồ thị góc quay
bánh xe, chứng tỏ các xe đơn quay vòng ổn định. Từ đồ thị hình 3.23 ta cũng thấy hệ số gia tốc
ngang RA cũng có xu thế ổn định như xe đơn. Ngược lại, khi hệ số bám thấp, xe kéo quay vòng
thiếu mạnh sau 4 gi y; rơ moóc quay vòng thiếu sau 3 gi y và dao động (lắc ngang). Điều này
dẫn đến ô tô kéo moóc dao động lắc (dạng con lắc 3) như hình (3.21 và 3.22).


15

Hình 3.21. Gia tốc ngang xe kéo

Hình 3.22. Gia tốc ngang rơ moóc

Hình 3.23. Hàm hệ số gia tốc ngang RA=ayc2/ayc1

b. Đánh giá ổn định lật
Theo tiêu chuẩn lật của Erik [9] các cầu 2 và 3 có hệ số ph n tải ngang LTR có giá trị
vượt ngưỡng 0,75; các cầu còn lại chưa vượt ngưỡng lật.

Hình 3.24. Hệ số phân tải cầu 1 LTR1

Hình 3.25. Hệ số phân tải cầu 2 LTR2

Hình 3.26. Hệ số phân tải cầu 3 LTR3

Hình 3.27. Hệ số phân tải cầu 4 LTR4

Kết luận: Với vận tốc 50 km/h, góc quay bánh xe không đổi 7 độ, khi đường có hệ số bám
cao, ô tô kéo moóc ổn định cả về trượt lẫn lật. Khi hệ số bám thấp (0,5) rơ moóc dao động góc.
Để bảo đảm an toàn chuyển động, hoặc góc lái bé hơn 7 độ hoặc vận tốc bé hơn 50 km/h để gia
tốc ngang không lớn hơn 4 m/s2.
3.1.4. Ảnh hưởng của vận t c xe đến khả năng quay vòng
- Khảo sát với trường hợp xe quay vòng với vận tốc ban đầu v0=[40 45 50] km/h ứng với
các chỉ số trên đồ thị [1 2 3].
- Ta chọn giá trị góc lái (δ11) là 7 độ.
- Điều kiện đường bằng, có hệ số bám thấp như sau:
Loại đường
Loại 3

φxmax
0,6

φxmin
0,5

φymax
0,5

φymin
0,4

Góc lái được cho như hình 3.28a và 3.28b. Các hình 3.20 đến 3.32 là các đồ thị quan hệ
gia tốc; hình 3.33 đến 3.36 là đồ thị về ph n bố lại tải trọng ngang của các cầu. Thông số khảo
sát là vận tốc xe và được chọn 3 vận tốc xe thường hoạt động.


16

Hình 3.28a. Góc lái bánh xe trái

Hình 3.28b. Góc lái bánh xe phải

a. Đánh giá ổn định hướng
Khi quay vòng với góc lái 7 độ và đường loại 3 với hệ số bám (0,6), ta thấy 2 trường hợp
đầu với vận tốc khảo sát 40, 45 km/h đồ thị gia tốc ay1 và ay2 có dáng điệu như đồ thị góc quay
bánh xe, chứng tỏ các xe đơn quay vòng ổn định, hình 3.29 và 3.30. Từ đồ thị hình 3.31 ta cũng
thấy hệ số gia tốc ngang RA cũng có xu thế ổn định như xe đơn. Ngược lại, khi hệ số bám thấp
và vận tốc 50 km/h, xe kéo quay vòng thiếu mạnh sau 4 gi y; rơ moóc quay vòng thiếu sau 3
gi y và dao động (lắc ngang). Điều này dẫn đến ô tô kéo moóc dao động lắc (con lắc 3) như hình
(3.33). Đường 3 trong hình 3.31, sau 3 gi y RA giảm nhanh xuống 0,75 (quay vòng thiếu) và
tăng nhanh lên 1,27 tại 4 gi y (quay vòng thừa) và lại giảm (quay vòng thiếu). Rơ moóc dao
động lắc ngang.

Hình 3.29. Gia tốc ngang xe kéo

b. Đánh ổn định lật

Hình 3.30. Gia tốc ngang rơ moóc

Hình 3.31. Hệ số gia tốc ngang RA=ayc2/ayc1

Theo tiêu chuẩn lật, khi hệ số bám thấp và vận tốc thấp (40, 45 km/h) các cầu có hệ số
ph n tải ngang LTR có giá trị chưa vượt ngưỡng lật 0,75; Khi vận tốc 50 km/h, cầu 2 và 3 có
LTR>0,75 nhưng sau đó giảm nhanh về vị trí ổn định.

Hình 3.32. Hệ số phân tải cầu 1 LTR1

Hình 3.33. Hệ số phân tải cầu 2 LTR2


17

Hình 3.34. Hệ số phân tải cầu 3 LTR3

Hình 3.35. Hệ số phân tải cầu 4 LTR4

Kết luận: Với vận tốc 50 km/h, góc quay bánh xe đẫn hướng không đổi 7 độ, khi đường
có hệ số bám thấp (0,5) thì ô tô kéo moóc ổn định hướng và lật khi vận tốc bé hơn 45 km/h còn
ở vận tốc 50 km/h, còn rơ moóc xảy ra dao động góc. Để bảo đảm an toàn chuyển động thì khi
điều khiển góc lái bé hơn 7 độ (vận tốc đánh lái như trên) trong trường hợp xe chạy với vận tốc
50 km/h để gia tốc ngang không lớn hơn 3,5 m/s2 hoặc phải giảm tốc độ dưới 50 km/h khi quay
vòng ở góc lái trên.
3.1.5. Ảnh hưởng của góc lái đến quá trình phanh trên đường có hệ s bám thấp
- Khảo sát xe quay vòng với vận tốc ban đầu v0=50km/h.
- Ta chọn ba giá trị góc lái (δ11) là 5 độ, 6 độ, 7 độ.
- Điều kiện đường bằng loại 3 có hệ số bám như sau:
Loại đường
Loại 3

φxmax
0,6

φxmin
0,5

φymax
0,5

φymin
0,4

- Phanh với gia tốc tương ứng 0,27g, tương đương gia tốc phanh lý thuyết 2,7 m/s2.

Hình 3.36. Góc lái bánh xe trái

Hình 3.37. Góc lái bánh xe bên phải

Các hình 3.36 và 3.37 là hàm đầu vào góc lái. Các hình 3.38 đến 3.41 là hàm đầu vào mô
men bánh xe trái, chạy ổn định với vận tốc 50 km/h tới 3 giấy và bắt đầu phanh tới 3,5 gi y đạt
mô men phanh lớn nhất.

Hình 3.38. Mô men bánh xe tráicầu trước xe kéo

Hình 3.39. Mô men bánh xe tráicầu sau xe kéo

Hình 3.40. Mô men bánh xe trái của cầu Dolly

Hình 3.41. Mô men bánh xe trái cầu sau rơ moóc

a. Đánh giá ổn định hướng
Từ các đồ thị gia tốc ngang trong các hình 3.42 và 3.43, gia tốc ngang đạt 4,5 m/s2 và ổn

định hướng, nhưng khi phanh gia tốc ngang giảm nhanh, cả xe kéo và rơ moóc đề quay vòng
thiếu mạnh. Với góc lái lớn, 7 độ, sau 3,5 gi y rơ moóc còn dao động động góc (đường 3 trong
hình 3.43). Các xe đơn thì quay vòng thiếu, nhưng moóc thì quay vòng thừa (so với xe kéo) như


18
hình 4.44: RA đạt hơn 2, rơ moóc chuyển động xa t m quay vòng, xu thế mất ổn định; xe kéo
quanh vòng thiếu mạnh, không vào cua được, đường 1 trong hình 3.46. Ô tô kéo moóc mất tính
điều khiển. Với góc lái 7 độ gia tốc phanh không ổn định.

Hình 3.42. Gia tốc ngang xe kéo

Hình 3.43. Gia tốc ngang rơ moóc

Hình 3.44. Hệ số gia tốc ngang RA

b. Đánh giá ổn định lật
Ở giai đoạn đầu trước khi phanh là giai đoạn quay vòng ổn định, hệ số LTR của cầu 2 và 3
vượt ngưỡng 0,75 nhưng khi phanh các giá trị này giảm dần về 0. Riêng góc lái 7 độ rơ moóc
dao động lắc ngang. Tuy nhiên, khi phanh ô tô kéo moóc có xu thế ổn định lật.

Hình 3.47. Hệ số phân tải cầu 1 LTR1

Hình 3.48. Hệ số phân tải cầu 2 LTR2

Hình 3.49. Hệ số phân tải cầu 3 LTR3

Hình 3.50. Hệ số phân tải cầu 4 LTR4

Kết luận: Khi phanh trong đường vòng, với góc lái khác nhau, ô tô kéo moóc vào cua

chậm hơn (khó vào cua), thậm chí chuyển động hướng tiếp tuyến. Ô tô kéo moóc ổn định lật hơn
so với khi quay vòng ổn định. Gia tốc phanh không giảm khi phanh trong đường vòng.
3.1.6. Ảnh hưởng của phanh trên đường vòng với hệ s bám khác nhau
- Xe quay vòng với vận tốc ban đầu v0=50km/h.
- Ta chọn giá trị góc lái (δ11) là 6 độ.
- Điều kiện đường bằng, ứng với ba loại dường hệ số bám khác nhau như sau:
Loại đường
Loại 1
Loại 2
Loại 3

φxmax
0,8
0,7
0,6

φxmin
0,7
0,6
0,5

φymax
0,7
0,6
0,5

- Phanh khi t=3 gi y với gia tốc lý thuyết tương ứng 0,27g (2,7 m/s2).

φymin
0,6

0,5
0,4


19
3.2. Kết luận chương 3:
- Qua các khảo sát trên, gia tốc ngang là đại lượng dễ xác định, có khả năng đánh giá ổn
định: Đường hệ số bám thấp gia tốc ổn định dưới 3m/s2, đường tốt 4 m/s2. Có thể dùng thiết bị
cảnh báo gia tốc ngang để cảnh báo nguy hiểm cho lái xe. Nếu được cảnh báo gia tốc ngang, lái
xe có thể thiết lập lại trạng thái ổn định thông qua ch n ga/phanh và vô lăng. Những kết quả trên
cũng chỉ ra yếu tố lật ít nghiêm trọng hơn là ổn định hướng.
- Khảo sát 06 phương án chuyển động đặc trưng với các thông số điều khiển là vận tốc xe,
góc quay vô lăng, cường độ phanh ứng với ba loại đường có hệ số bám đặc trưng 0,6, 0,7 và 0,8.
Các thông số đánh giá là gia tốc ngang và tỷ lệ gia tốc RA=ayc2/ayc1 giữa rơ moóc và xe kéo
dùng để đánh giá ổn định trượt và hệ số ph n tải ngang LTRi để đánh giá cận trước khi lật xe.
- Nếu khi quay vòng trên đường có hệ số bám lớn, ô tô kéo moóc có thể đạt gia tốc ngang
lớn, lớn hơn 4,5 m/s2, xe vẫn ổn định hướng nhưng làm cho phản lực phía t m quay vòng giảm,
nếu hệ số tải LTR>0,75 thì có nguy cơ lật.
Chương 4. THÍ NGHIỆM
NG LỰC HỌC OÀN XE
4.1. Mục tiêu và đ i tư ng thí nghiệm
4.1.1. Mục tiêu thí nghiệm
- Đo góc quay vô lăng (đo trực tiếp), với giả thiết hệ thống lái không đàn hồi, ta xác định
góc lái theo biểu thức   VL / i L (sẽ chính xác nếu đo trực tiếp góc lái).
- Đo vận tốc góc bánh xe chủ động, trong điều kiện vận tốc thấp (v<50 km/h) khi bánh xe
chưa trượt, ta có thể xác định gần đúng vận tốc xe. Đo gia tốc dọc (đo trực tiếp). Từ vận tốc và
gia tốc ta có thế xác định mô men chủ động sao cho vận tốc từ thực nghiệm gần sát với vận tốc
mô phỏng (tạo sự tương đương trong động lực học dọc).
4.1.2.

i tư ng thí nghiệm
Đối tượng thí nghiệm là ô tô kéo moóc 4 cầu.

4.2. Thiết bị thí nghiệm động lực học đoàn xe
4.2.1. Cảm biến đo gia t c ba phương x,y,z - MMA7361L
Các cảm biến dùng để đo gia tốc dọc ax1, ax2, ax3, ax4 và gia tốc ngang ay1, ay2, ay3, ay4 tại các
cầuô tô kéo moóc.
4.2.2. Cảm biến đo s vòng quay bánh xe và vành tay lái SHARP Rotary Encoder
Hai cảm biến được lắp ở hai bánh xe chủ động phía sau xe đầu kéo để xác định vận tốc góc
của bánh xe.
4.2.3. Hộp xử lý tín hiệu và kết n i với máy tính - NI USB – 6210
Là thiết bị thu thập dữ liệu đa chức năng National Instruments USB-6210 với khả năng thu
thập dữ liệu tin cậy.
4.2.4. Card chuyển đổi tín hiệu
Tín hiệu từ encoder là tín hiệu quang dạng xung. Để đồng bộ tín hiệu này với hộp NI ta cần
một mạch chuyển đổi.
4.2.5. Hệ th ng đo


20

Hình 4.9. Sơ đồ truyền và xử lý tín hiệu

4.3. Quy trình thí nghiệm

1. Cảm biến đo góc vành tay lái; 2. Cảm biến vận tốc góc bánh xe; 3. Cảm biến đo gia tốc theo ba phương;
Hình 4.14. Sơ đồ bố trí cảm biến ô tô kéo moóc thí nghiệm

4.3.3. Quá trình thí nghiệm
4.4. Kết quả thí nghiệm

4.4. Thí nghiệm và mô phỏng quay vòng quá độ
i. Xác định điều kiện đầu vào cho mô hình mô phỏng
Để có thể so sánh được giữa thí nghiệm và mô phỏng chúng ta phải có điều kiện tương
đương: góc lái bánh xe 11 , 12 (hình 4.16) và mô men chủ động MA21, MA22 (hình 4.17 a,b) phải
tương đương (cũng tương đương vận tốc dọc).


21

Hình 4.15. Góc quay vô lăng (đo)

Hình 4.16. Góc lái cho MP (từ thí nghiệm, hình 4.15)

Qua thí nghiệm ta đo được góc quay vô lăng như hình 4.15. Từ đó xác định được góc quay
bánh xe theo tỷ số truyền hệ thống lái, bỏ qua đàn hồi hệ thống lái, hình 4.16.

Hình 4.17a. Hàm mô men (gián tiếp từ thí nghiệm)

Hình 4.17b. Hàm mô men (gián tiếp từ thí nghiệm)

ii. So sánh kết quả giữa thí nghiệm và mô phỏng
Thông số đầu vào chung giữa thí nghiệm và mô phỏng là mô men chủ động MA21, MA22 và
góc quay bánh xe 11 , 12 . Thông số so sánh là vận tốc dọc vx (hình 4.20) và gia tốc ngang ayi
(i=1-4), (hình 4.21 - 4.24).

Hình 4.20. Đồ thị vận tốc xe kéo khi quay vòng (1:mô phỏng; 2: thí nghiệm)

Hình 4.21. Đồ thị gia tốc ngang cầu 1

Hình 4.22. Đồ thị gia tốc ngang cầu 2

Hình 4.23. Đồ thị gia tốc ngang cầu 3

Hình 4.24. Đồ thị gia tốc ngang cầu 4

Nhận xét: So sánh các đồ thị vận tốc, hình 4.20 và đồ thị gia tốc ngang, hình 4.21 đến 4.22
ta thấy, kết quả thí nghiệm (đường xanh 2) có dáng điệu bám sát đường mô phỏng (đường đen


22
1). Các kết quả này cũng có dáng điệu như góc quay vô lăng. Có thế khẳng định tính tương thích
giữa thí nghiệm và mô hình.
iii. Kết quả mô phỏng theo điều kiện thí nghiệm
Khi mô phỏng với điều kiện đầu vào là góc quay bánh xe và mô men chủ động, ta có thể
đưa ra một số kết quả khác. Tuy không có các thông số đo từ thí nghiệm để so sánh nhưng xem
xét quy luật cũng có thể khẳng định tính đúng đắn của mô hình.

Hình 4.31. Góc lắc ngang cầu

Hình 4.32. Góc lắc ngang khối lượng được treo

4.4.2 Thí nghiệm và mô phỏng quay vòng “dạng sin”
i. Xác định điều kiện đầu vào cho mô hình mô phỏng
Qua thí nghiệm ta đo được góc quay vô lăng như hình 4.35. Từ đó xác định được góc quay
bánh xe theo tỷ số truyền, bỏ qua đàn hồi hệ thống lái, hình 4.36.

Hình 4.35. Đồ thị góc quay vô lăng xe kéo
từ thí nghiệm

Hình 4.37. Mô men bánh xe phải đưa

vào MP MA22

Hình 4.36. Đồ thị góc lái xe kéo từ
thí nghiệm

Hình 4.38. Mô men bánh xe trái đưa vào
mô phỏng MA21

ii. So sánh kết quả giữa thí nghiệm và mô phỏng trạng thái quay vòng “sin”

Hình 4.41. Đồ thị gia tốc ngang cầu 1

Hình 4.42. Đồ thị gia tốc ngang cầu 2


23

Hình 4.43. Đồ thị gia tốc ngang cầu 3

Hình 4.44. Đồ thị gia tốc ngang cầu 4

Các gia tốc ngang ay1, ay2, ay3 và ay4 lấy từ thí nghiệm (đường xanh 2) và mô phỏng đường
đen 1), sử dụng phương pháp chồng đồ thị ở các hình 4.41÷4.44 ta thấy kết quả tương đương
giữa tính toán và thí nghiệm. Các đồ thị gia tốc ngang của ô tô kéo moóc tại 4 vị trí như hình
(4.12) có cùng quy luật và dáng diệu như nhau và có dạng góc quay vô lăng, hình 4.35.
iii. Kết quả mô phỏng theo điều kiện thí nghiệm
Ngoài các kết quả so sánh đã nêu ở trên, các kết quả tính toán theo điều kiện tương
đương với thí nghiệm sẽ được trình bày dưới đ y cho thấy tính quy luật của quay vòng
dạng”sin”.

Hình 4.51. Vận tốc góc quay thân xe

Hình 4.52. Góc hướng arctan(vy/vx)

- Hình 4.51-4.52: vận tốc góc q uay th n xe trục z của ba kh u  c1 , c 2 , c3 và góc hướng
của xe kéo và rơ moóc kéo 1 ,  2 đều có dáng điệu như góc quay bánh xe, hình 4.36.
4.5. Kết luận chương 4
- Trong chương 4 đã x y dựng được phương pháp thí nghiệm động lực học đoàn xe với hệ
thống đo gồm thiết bị đo NI USB 6210 của hãng National Instrument, USA; các card chuyển đổi
tín hiệu xung (Encoder) sang tín hiệu số để đưa vào NI; các cảm biến gia tốc 3 phương
MMA7361L của hãng Freescale Semiconductor; xử lý bằng phần mềm Labview trên máy PC.
Thiết bị đo hiện đại và có thể mở rộng 16 kênh. Hệ thống thí nghiệm có thể sử dụng để nghiên
cứu thực nghiệm quay vòng quá độ và quay vòng ổn định.
- Thí nghiệm đã đo các thông số góc quay vô lăng, số vòng quay hai bánh xe chủ động, gia
tốc dọc và gia tốc ngang tại các vị trí đầu và cuối xe kéo và rơ moóc.
- Gia tốc ngang tại các vị trí đo (hình 4.14) được trình bày trong hình (4.21÷4.24 và
4.41÷4.44) cùng với kết mô phỏng, đường đen. Các đồ thị có cùng dáng điệu và trị số không
lệch nhiều.
- Vì điều kiện thí nghiệm hạn chế nên không đo trực tiếp mô men đầu vào cho mô phỏng.
Kết quả sẽ chính xác nếu đo được mô men tại tất cả các bánh xe nhưng điều này đến thời điểm
này ở Việt Nam rất khó thực hiện.


24
K T U N VÀ KI N NGH
1. Kết quả đạt đư c và một s đóng góp mới của luận án
1.1. Các kết quả đã đạt đư c
- Đã x y dựng được mô hình động lực họcô tô kéo moóc, có khả năng mô phỏng được các
trạng thái chuyển động tích hợp khi tăng tốc/quay vòng; quay vòng/phanh với các loại đường có
hệ số bám khác nhau; cho phép khảo sát các quá trình chuyển động tới hạn trượt và cận lật. Mô

hình có thể sử dụng khi nghiên cứu đông lực học điều khiển ô tô kéo moóc [34, 35].
- Đã x y dựng được một quy trình đo và hệ thống thí nghiệm động lực họcô tô kéo moóc.
Quy trình và hệ thống đo cũng có thể được sử dụng cho các thí nghiệm động lực học khác như
phanh, tăng tốc.
- Đã khảo sát các trạng thái đặc trưng gồm: ảnh hưởng của vận tốc, góc và vận tốc quay vô
lăng, cường độ phanh, điều kiện bám của đường. Đ y là những thông số có ảnh hưởng lớn đến
ổn định ô tô kéo moóc theo hai tiêu chí là ổn định lật và ổn định trượt ngang (chương 3).
1.2. Về phương pháp
Đã vận dụng phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật, mô đun hóa cấu trúc chương trình
mô phỏng, cho phép dễ dàng thay đổi tham số khi tối ưu kết cấu. Mô hình lai là dạng kết hợp
một mô hình cơ học với các mô hình thích nghi mô tả các liên kết cho phép chính xác hóa mô
hình sát với các điều kiện vận hành vốn thay đổi thường xuyên. Điểm mới về phương pháp là đã
vận dụng hợp lý phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật, mô tả các vật chuyển động trong hệ tọa
độ tương đối và sử dụng hệ phương trình Newton-Euler, lập trình theo cấu trúc mô đun. Với
phương pháp này có thể lập mô hình động lực học cho ô tô kéo moóc và có thể lập cho các đoàn
xe khác nhau.
2. Ý nghĩa thực tiễn
- Mô hình và chương trình mô phỏng cho phép khảo sát động lực học chuyển động ô tô
kéo moóc nhằm tìm ra quy luật và giới hạn mất ổn định củaô tô kéo moóc, giúp cho lái xe có cơ
sở điều khiển ô tô kéo moóc hoạt động việc ổn định và an toàn. Ngoài ra, các thông số trên có
thể làm tài liệu tham khảo quan trọng giúp cho các công ty chế tạo đoàn xe sơmi-rơ moóc và
nghiên cứu thay đổi kết cấu, cải tiến sản phẩm; các hướng nghiên cứu và kết quả nghiên cứu có
thể sử dụng làm cơ sở cho các nhà quản lý, nhà quy hoạch giao thông ban hành các quy định về
tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo, đăng kiểm, vận hành và khai thácô tô kéo moóc, luận án cũng có thể
được dùng làm tài liệu tham khảo cho đào tạo.
- Đóng góp về phương pháp: phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật dạng mô hình lai
gồm mô hình cơ học và mô hình thích nghi xác định các liên kết; phương pháp mô đun hóa cấu
trúc và chương trình mô phỏng thuận tiện cho các bài toán tối ưu tham số và điều khiển.
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo
- Hướng hoàn thiện mô hình:

Để hoàn thiện mô hình ô tô kéo moóc gần sát với thực tế cần phải mô tả động lực học hệ
thống lái và hệ thống treo nhằm mô tả góc quay trục đứng khác nhau giữa cầu và th n xe. Liên
kết từ vô lăng đến bánh xe là liên kết động lực học, không thể bỏ qua yếu tố này [36, 37]. Cầu
xe, nhất là ph n tử đàn hồi là nhíp, sẽ quay tương đối trục đứng so với khung xe làm thay đổi
hướng chuyển động (tự quay vòng), làm cho kết quả mô phỏng chưa đạt đến độ chính xác cao.
Vì vậy, cần phải mô tả động lực học quay quanh trục đứng của cầu xe (quay tương đối giữa cầu
và th n xe quanh trục đứng  Ai   C1 , C 2 ) và động lực học hệ thống lái.
- Hướng hoàn thiện thí nghiệm:
Để n ng cao độ chính xác của mô hình cần có thí nghiệm kiểm chứng đầy đủ hơn. Trong
điều kiện của các trường Đại học khó có thể trang bị Cảm biến đo mô men. Hợp lý nhất là xác
định mô men đầu vào cho mô hình bằng phương pháp gián tiếp như đã trình bày.