ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN KẾT HỢP SỰ LÀM VIỆC CỦA THANH ỔN ĐỊNH NGANG VÀ HỆ THỐNG PHANH ĐỂ TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỐNG LẬT BÊN CỦA XE TẢI

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU
KHIỂN KẾT HỢP SỰ LÀM VIỆC CỦA THANH ỔN ĐỊNH NGANG VÀ HỆ
THỐNG PHANH ĐỂ TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỐNG LẬT BÊN CỦA XE
TẢI.
SOFTWARE APPLICATIONS MATLAB SIMULINK CONTROL MODEL
BUILDING COMBINES THE WORK OF THE HORIZONTAL STABILIZER
BAR AND BRAKE SYSTEM TO STRENGTHEN RESISTANCE TO OUSTED
TRUCK BEN.
Ks. Đào Đức Thụ, Email: , Điện thoại:0972802963
Ths. Đỗ Công Đạt, Email : , Điện thoại: 0903280863
Tóm tắt: Một trong những tai nạn thường xảy ra đối với xe tải khi đi vào đường
vòng đó chính là bị lật bên. Đã có nhiều biện pháp được đề xuất để giảm thiểu số tai
nạn này. Trong nội dung bài viết này, chúng tôi đã khảo sát, nghiên cứu đề xuất biện
pháp dùng thanh ổn định ngang kết hợp với hệ thống phanh , thông qua kết quả đã thể
hiện tác dụng chống lật khi kết hợp thanh ổn định và hệ thống phanh khi xe tải đi vào
đường vòng.
Abstract: One accident happened to the truck whilee traveling on road has ousted
.Many measures proposed to minimize the number of accidents .In this article content
authors use measures is the horizontal stabilizer bar combined with the brake system to
enhance against the ousted vehicles in while on the road toll.
1. Giới thiệu về thanh ổn định
a. Công dụng
Thanh ổn định lắp trên ô tô là bộ phận đàn hồi phụ với chức năng hạn chế sự
nghiêng thân xe. Thanh ổn định chỉ làm việc khi nào có sự chênh lệch phản lực thẳng
đứng đặt lên bánh xe.
Trong trường hợp xe chạy trên nền đường không bằng phẳng hoặc quay vòng,
dưới tác dụng của lực l y tâm phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên một cầu thay đổi
sẽ làm cho tăng độ nghiêng thùng xe và làm giảm khả năng truyền lực dọc, lực bên của
bánh xe với mặt đường. Thanh ổn định có tá c dụng khi xuất hiện sự chênh lệch phản
lực thẳng đứng đặt lên bánh xe nhằm san bớt tải trọng từ bên cầu chịu tải nhiều sang
bên cầu chịu tải ít hơn.

b. Kết cấu


Hình 1.1. Kết cấu của thanh ổn định
Về cấu tạo chung thanh ổn định được bố trí trên ô tô có dạng hình chữ U. Các đầu
nối với bánh xe, thân thanh ổn định nối với thân xe nhờ các ổ đỡ bằng cao su hay
ngược lại.
2. Sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên ô tô khi chuyển động vào đường
vòng
a. Sơ đồ các lực và mô men tác dụng lên ô tô khi chuyển động và o đường vòng

Hình 2.1. Các lực và mô men tác dụng lên ô tô


Theo tài liệu [1] ta có các phương trình động lực học quay vòng của ô tô :
v =

1
{[( S1 + S 2 ) cos  + ( F1 + F2 ) sin  + S 3 + S 4 ]sin  −
m

− [( S1 + S 2 ) sin  − ( F1 + F2 ) cos  − ( F3 + F4 )]cos  }

 =

1
[( S1 + S 2 ) cos  + S 3 + S 4 + ( F1 + F2 ) sin  ] − v sin  − 
mv cos 
v cos 

 =

1
JZ

(2.1)
(2.2)

tt

( S1 + S 2 )a. cos  − ( S 3 + S 4 )b + ( S1 − S 2 ) 2 . sin  +

+ ( F1 + F2 )a sin  − ( F1 − F2 )

tt
t 
cos  − ( F3 − F4 ) s 
2
2

(2.3)

Trong đó:
v : Gia tốc của ô tô
 : Vận tốc góc lệch thân xe
 : Gia tốc góc xoay thân xe
Fi : lực dọc tác dụng lên ô tô trong quá trìn h chuyển động.
Si: các phản lực ngang của mặt đường tác dụng lên vết của bánh xe.
β: Góc đánh lái
tt, ts : Chiều rộng vệt lốp bánh xe trước và bánh xe sau.

Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên 4 bánh xe như sau:
Z1 =

1
1
b

Z t − ∆Z t =  m.g − ∆Z  − ∆Z t
2
2
L


(2.4)

Z2 =

1
1
b

Z t + ∆Z t =  m.g − ∆Z  + ∆Z t
2
2
L


(2.5)

Z3 =

1
1
a

Z s − ∆Z s =  m.g + ∆Z  − ∆Z s
2
2
L


(2.6)

Z4 =

1
1
a

Z s + ∆Z s =  m.g + ∆Z  + ∆Z s
2
2
L


(2.7)

Trong đó:
Sự chênh lệch tải trọng giữa bánh trước và bánh sau:
∆Z = [v cos  − v( +  ) sin  ]

m.h
l

(2.8)

Sự chênh lệch tải trọng giữa 2 bánh xe phía trước:
∆Z t =


m ' h '− m "t ( pt − h "t ) − m "s ( ps − h "s )
1 v2  b '
+ m "t h "t 
 m ' pt + C gt
tt R  l
C gt + C gs + K od 1 + K od 2 − m ' h ' g


Sự chênh lệch tải trọng giữa 2 bánh xe phía sau:

(2.9)


∆Z s =


m ' h '− m "t ( pt − h "t ) − m "s ( ps − h "s )
1 v2  b '
+ m "s h "s 
 m ' ps + C gs

ts R  l
C gt + C gs + K od 1 + K od 2 − m ' h ' g


(2.10)

Góc nghiêng thân xe được tính:
=

m ' h '− mt "( pt − ht ") − ms "( ps − hs ") v 2
C gt + C gs + K od 1 + K od 2 − m ' gh ' R

(2.11)

Trong đó:
m: Khối lượng của toàn xe
m’: Khối lượng phần được treo của ô tô
mt”: Khối lượng phần không được treo cầu trước
ms”: Khối lượng phần không được treo cầu sau
h: Chiều cao trọng tâm xe
h’: Chiều cao trọng tâm phần được treo của ô tô
ht”: Chiều cao của phần không được treo cầu trước
hs”: Chiều cao của phần không được treo cầu sau
l: Chiều dài cơ sở của ô tô
R: bán kính quay vòng thực tế của ô tô
Cgt: Độ cứng của cầu trước
Cgs: Độ cứng cầu sau
Kod1: Độ cứng thanh ổn định của cầu trước
Kod2: Độ cứng của thanh ổn định của cầu sau
b. Kết quả mô phỏng

Với hệ phương trình được trên, sử dụng chương trình Matlab Simulink mô phỏng
ta được kết quả mô phỏng ứng với trường hợp điều khiển góc xoay vành tay lái được
xác lập như hình vẽ :

Hình 2.2. Mô phỏng góc xoay vành tay lái


Góc nghiêng thùng xe:

Hình 2.3. Góc nghiêng thùng xe khi đi vào đường vòng
Theo hình 2.3 thấy trong thời gian từ 0s đến 1s thì chưa tác động vào vành tay
lái, xe chuyển động thẳng do đó từ 0s đến 1s góc nghiêng thùng xe trong các trường
hợp có thanh ổn định và không có thanh ổn định đều bằng 0. Từ 1s đến 2s lúc này
người lái bắt đầu đánh lái làm góc nghiêng thùng xe tăng dần. Quy luật của hai đường
cong là giống nhau đều dao động là tắt dần và ổn định ở giây thứ 10, tuy nhiên qua đồ
thị ta thấy trong trường hợp có thanh ổn định đã hạn chế được góc nghiêng thùng xe.


Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng của cầu trước trong trường hợp xe chuyển động
40km/h

Hình 2.4. Sự thay đổi tải trọng cầu trước
Theo hình 2.4 thấy trong thời gian từ 0s đến 1s xe ở trạng thái đi thẳng nên cả
bốn đường Z1 – Không có thanh ổn định, Z1 - Có thanh ổn định, Z2 – Không có thanh
ổn định và Z2 – Có thanh ổn định là trùng nhau. Từ 1s đến 2s ta tiến hành đánh lái và
sau đó giữ cố định vô lăng, khi đó xuất hiện lực ly tâm. Do xuất hiện lực ly tâm làm
phân bố lại tải trọng giữa các bánh xe tr ên cùng một cầu. Qua đồ thị ta thấy tải trọng
thẳng đứng tác dụng vào bánh xe số 1 có xu hướng giảm, tải trọng thẳng đứng tác dụng
vào bánh xe số 2 có xu hướng tăng. Nếu không có thanh ổn định thì sự tăng của tải
trọng thẳng đứng ở bánh xe số 2 cũng như sự giảm của tải trọng thẳng đứng tác dụng

vào bánh xe số 1 là đáng kể. Tuy nhiên khi có thanh ổn định thì sự tăng và giảm này ít
hơn. Cụ thể là khi chưa đánh lái thì Z1 = Z2 = 3180 (N), sau 10s thì với trường hợp
không có thanh ổn định thì Z1 = 2180 (N), Z2 = 3910 (N) và với trường hợp có sử
dụng thanh ổn định thì Z1 = 2540 (N), Z2 = 3560 (N).


Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng của cầu sau trong trường hợp xe chuyển động
40km/h

Hình 2.5. Sự thay đổi tải trọng cầu sau
Với kết quả ở hình 2.5 thấy t rong thời gian từ 0s đ ến 1s xe ở trạng thái đi thẳng
nên cả bốn đường Z3 – Không có thanh ổn định, Z3 - Có thanh ổn định, Z4 – Không có
thanh ổn định và Z4 – Có thanh ổn định là trùng nhau. Từ 1s đến 2s ta tiến hành đánh
lái và sau đó giữ cố định vô lăng, khi đó xuất hiện lực l y tâm. Do xuất hiện lực ly tâm
làm phân bố lại tải trọng giữa các bánh xe trên cùng một cầu. Qua đồ thị ta thấy tải
trọng thẳng đứng tác dụng vào bánh xe số 3 có xu hướng giảm, tải trọng thẳng đứng tác
dụng vào bánh xe số 4 có xu hướng tăng. Nếu không có t hanh ổn định thì sự tăng của
tải trọng thẳng đứng ở bánh xe số 4 cũng như sự giảm của tải trọng thẳng đứng tác
dụng vào bánh xe số 3 là đáng kể. Tuy nhiên khi có thanh ổn định thì sự tăng và giảm
này ít hơn. Cụ thể là khi chưa đánh lái thì Z3 = Z4 = 3990 ( N), sau 10s thì với trường
hợp không có thanh ổn định thì Z3 = 2990 (N), Z4 = 5250 (N) và với trường hợp có sử
dụng thanh ổn định thì Z3 = 3650 (N), Z4 = 4840 (N).


Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng của cầu trước trong trường hợp xe chuyển động
60km/h

Hình 2.6. Sự thay đổi tải trọng cầu trước
Khi có sự thay đổi về tốc độ sẽ làm lực ly tâm lớn hơn và làm tăng sự thay đổi
tải trọng thẳng đứng giữa các bánh xe trên một cầu. Qua đồ thị 2.4 và 2.6 ta thấy sau

10s thì đối với trường hợp không có thanh ổn định với vận tốc 40 km/h thì Z1 = 2180
(N), Z2 = 3910 (N), còn với vận tốc 60 km/h thì Z1 = 2130 (N), Z2 = 3950 (N). Nhờ
tác dụng của thanh ổn định làm sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa hai bánh xe 1 và
2 được giảm cụ thể là sau 10s thì trong trường hợp khô ng có thanh ổn định Z1 = 2130
(N), Z2 = 3950 (N), còn với trường hợp có thanh ổn định thì Z1 = 2510 (N), Z2 = 3520
(N).


Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng của cầu sau trong trường hợp xe chuyển động
60km/h

Hình 2.7. Sự thay đổi tải trọng cầu sau
Khi có sự thay đổi về tốc độ sẽ làm lực ly tâm lớn hơn và làm tăng sự thay đổi
tải trọng thẳng đứng giữa các bánh xe trên một cầu. Qua đồ thị 2.5 và 2.7 ta thấy sau
10s thì đối với trường hợp không có thanh ổn định với vận tốc 40 km/h thì Z3 = 2990
(N), Z4 = 5250 (N), còn với vận tốc 60 km/h thì Z3 = 3010 (N), Z4 = 5430 (N). Nhờ
tác dụng của thanh ổn định làm sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa hai bánh xe 3 và
4 được giảm cụ thể là sau 10s thì trong trường hợp không có thanh ổn định Z3 = 3010
(N), Z4 = 5430 (N), còn với trường hợp có thanh ổn định thì Z3 = 3600 (N), Z4 = 4620
(N).


Quỹ đạo chuyển động của ô tô với vận tốc 40 km/h

Hình 2.8. Quỹ đạo chuyển động của ô tô với 40km/h
Từ 0s đến 1s chưa quay vô lăng, xe chuyển động thẳng nên quỹ đạo chuyển
động trong các trường hợp quay vòng lý thuyết, quay vòng với xe tải không được trang
bị thanh ổn định, xe tải có thanh ổn định và thanh ổn định có thanh ổn định kết hợp với
hệ thống phanh đều trùng nhau và là đường thẳng. Từ 1s đến 2s ta tiến hành quay vô
lăng 4 rad hay 229 độ sau đó giữ nguyên vị trí vô lăng, khi đó xuất hiện lực ly tâm làm

bánh xe bị biến dạng và khi đó bán kính quay vòng thực tế khác với bán kính quay
vòng lý thuyết. Qua hình 2.8 ta thấy do có lực ly tâm làm xe có xu hướng quay vòng
thiếu, khi xe có trang bị thanh ổn định thì giúp san đều tải trọng giữa các bánh xe trên
cùng một cầu nhưng không đáng kể, khi có kết hợp với hệ thống phanh thì giúp san
đều hơn tải trọng giữa các bánh xe trên cùng một cầu, làm bán kính quay vòng thực tế
gần với quỹ đạo quay vòng lý thuyết.


Quỹ đạo chuyển động của ô tô với vận tốc 60 km/h

Hình 2.9. Quỹ đạo chuyển động của ô tô
Từ 0s đến 1s chưa quay vô lăng, xe chuyển động thẳng nên quỹ đạo chuyển
động trong các trường hợp quay vòng lý thuyết, quay vòng với xe tải k hông được trang
bị thanh ổn định, xe tải có thanh ổn định và thanh ổn định có thanh ổn định kết hợp với
hệ thống phanh đều trùng nhau và là đường thẳng. Do xe quay vòng với vận tốc 60
km/h do đó làm lực ly tâm tăng, làm quỹ đạo quay vòng thực tế có xu hướn g khác xa
với quỹ đạo quay vòng lý thuyết. Qua hình 2.9 ta thấy nhờ có việc kết hợp giữa thanh
ổn định và hệ thống phanh giúp quỹ đạo quay vòng thực tế gần trở về quỹ đạo quay
vòng lý thuyết.


Kết luận
Thông qua các đồ thị ta thấy khi có thanh ổn định thì góc nghiêng thùng xe
giảm, sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa các bánh xe trên cùng một cầu là ít hơn.
Như vậy việc lắp thêm thanh ổn định giúp tăng khả năng chống lật cho xe tải khi đi vào
đường vòng.
Khảo sát các quỹ đạo chuyển động của ô tô gồm: qu ỹ đạo chuyển động lý
thuyết, khi không có thanh ổn định, khi có thanh ổn định, khi có sự kêt hợp của thanh
ổn định và hệ thống phanh. Kết quả của việc khảo sát này cho thấy khi xe tải có thanh
ổn định thì giúp cho việc ổn định quỹ đạo chuyển động nhưng ít, khi có sự kết hợp

giữa thanh ổn định và hệ thống treo thì giúp quỹ đạo chuyển động thực tế của ô tô gần
về với quỹ đạo chuyển động lý thuyết.

Tài liệu tham khảo
[1] PGS.TS Nguyễn Khắc Trai: “Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô
tô”. NXB Giao thông vận tải Hà Nội , 1997.
[2] Nguyễn Phùng Quang: “ Matlab và Simulink”. NXB Khoa học và Kỹ thuật,
2004.
[3] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị
Vàng:”Lý thuyết ô tô máy kéo” NXB Khoa học và Kỹ thuật, 200 0.
[4] Chatchai Chumjun, Chak Chantalakhana, and Saiprasit Koetniyom: “A
Compromise of Comfort and Handling in Automotive Vertical Dynamics” . The 20th
Conference of Mechanical Engineering Network of Thailand, 2006.