Nghiên cứu hiệu quả phanh trên đường có hệ số bám khác nhau của đoàn xe sơ mi rơ moóc làm cơ sở đề xuất giải pháp nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN THANH TÙNG

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ PHANH TRÊN ĐƯỜNG
CÓ HỆ SỐ BÁM KHÁC NHAU CỦA ĐOÀN XE
SƠ MI RƠ MOÓC LÀM CƠ SỞ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
NHẰM GIẢM THIỂU TAI NẠN GIAO THÔNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số:

62520116

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2016


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Võ Văn Hường
2. PGS.TS. Nguyễn Phú Hùng

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài: Nhằm đáp ứng nhu cầu vận chuyển ngày càng cao của xã hội, các
đoàn xe sơ mi rơ moóc (ĐXSMRM) được chế tạo rất nhiều để phục vụ cho việc vận chuyển hàng
hóa. Đoàn xe SMRM có công suất vận chuyển cao, góp phần giảm ùn tắc giao thông và giảm ô
nhiễm môi trường. Tuy nhiên, việc phát triển ĐXSMRM cũng kéo theo nhiều hệ luỵ như:
ĐXSMRM làm cầu đường mau bị hư hỏng và gây nhiều tai nạn giao thông. Để góp phần làm giảm
tai nạn giao thông do ĐXSMRM gây ra tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu hiệu quả phanh trên
đường có hệ số bám khác nhau của đoàn xe sơ mi rơ moóc làm cơ sở đề xuất giải pháp nhằm
giảm thiểu tai nạn giao thông”.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Kết quả nghiên cứu hiệu quả phanh ĐXSMRM của luận án
là cơ sở ban đầu cho việc nghiên cứu động lực học phanh ĐXSMRM theo quy định của tiêu chuẩn
TCVN 7360:2008 và ISO 7634:2007 [12], ECE-R13 [33] và ISO 14794: 2011 [24]. Mô hình và
chương trình mô phỏng động lực học phanh ĐXSMRM cho phép khảo sát các trạng thái phanh
ĐXSMRM nhằm tìm ra quy luật và giới hạn mất ổn định của đoàn xe khi phanh trong những điều
kiện đường và kỹ thuật lái xe khác nhau, giúp cho lái xe có cơ sở điều khiển ổn định và an toàn.
Ngoài ra, kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo cho các công ty chế tạo nghiên cứu thay
đổi kết cấu, cải tiến sản phẩm; làm cơ sở cho các nhà quản lý giao thông ban hành các quy định về
thiết kế, chế tạo, đăng kiểm, vận hành ĐXSMRM; luận án có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho
cán bộ kỹ thuật và học viên ngành công nghệ ô tô.
Điểm mới của luận án: Luận án là đã vận dụng hợp lý phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều

vật, mô tả ĐXSMRM 6 cầu chuyển động trong hệ tọa độ tương đối và sử dụng hệ phương trình
Newton-Euler, lập trình theo cấu trúc mô đun. Luận án đã xây dựng phương pháp đo và hệ thống đo
đồng thời 5 thông số động lực học phanh ĐXSMRM trong điều kiện Việt Nam. Thông qua thí
nghiệm đã xác định được hàm hệ số bám x(sx) làm thông số đầu vào cho mô hình khảo sát.
Cấu trúc của luận án: Luận án có 4 chương, 125 trang, 52 tài liệu tham khảo, 10 công trình
đã công bố của luận án, 94 hình và đồ thị, 6 phụ lục.

Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Xu thế phát triển ĐXSMRM và tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Hiện nay, trên thế giới và Việt Nam đang có nhu cầu tăng cường vận tải bằng đoàn xe để tận
dụng những hạ tầng giao thông đã phát triển nhằm giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông, giảm lượng
khí thải, giảm ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên, việc phát triển đoàn xe cũng kéo theo một số hệ luỵ
như làm giảm tuổi thọ của đường, tăng tai nạn giao thông.
1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong và ngoài nước
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam hiện nay chưa có công trình nghiên cứu nào về hiệu quả phanh ĐXSMRM được
công bố, chỉ có một số công trình nghiên cứu về hệ thống phanh ô tô.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu của thế giới
Đến nay trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về hiệu quả phanh của ô tô được
công bố. Các nghiên cứu tập trung giải quyết vấn đề nâng cao hiệu quả phanh và an toàn chuyển
động cho ô tô. Trên cơ sở các nghiên cứu đó nhiều hệ thống phanh có điều khiển bằng điện tử được
thiết kế chế tạo và sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu về hiệu quả phanh của
ĐXSMRM, đặc biệt là nghiên cứu phanh trên đường ướt, đường có hệ số bám thấp thì trên thế giới
hiện nay chưa có nhiều.
1.3 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp nghiên cứu và giới hạn của đề tài
1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu
1


Luận án nghiên cứu cơ sở khoa học, xác định các yếu tố ảnh hưởng của đường như hệ số bám

và kỹ thuật vận hành như cường độ phanh, vận tốc bắt đầu phanh, góc quay vô lăng đến hiệu quả
phanh ĐXSMRM trên đường bằng phẳng, nhằm đề xuất phương án nâng cao hiệu quả phanh dưới
góc độ sử dụng và góc độ kết cấu để giảm thiểu tai nạn giao thông do ĐXSMRM gây ra.
1.3.2 Đối tượng nghiên cứu
Đoàn xe SMRM 6 cầu gồm XĐK Trung Quốc FAW 3 cầu và SMRM Tân Thanh 40F 3 cầu.
1.3.3 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết bằng mô hình không gian và thực nghiệm phanh đoàn xe SMRM trên
đường. Luận án sử dụng phương pháp Newton-Euler để mô tả động lực học phanh ĐXSMRM.
1.3.4 Giới hạn của đề tài
Luận án chưa nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu, vật liệu chế tạo hệ thống phanh, kết cấu, vật
liệu chế tạo lốp cũng như kết cấu của đường đến hiệu quả phanh ĐXSMRM.
1.4 Nội dung nghiên cứu và cấu trúc luận án
1.4.1 Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan về hiệu quả phanh ô tô và ĐXSMRM;
- Phân tích cấu trúc và lập mô hình không gian để mô tả động lực học phanh ĐXSMRM;
Thiết lập hệ phương trình động lực học phanh đoàn xe; Mô phỏng các quá trình phanh đặc trưng
trên đường thẳng và đường vòng;
- Thí nghiệm xác định hàm hệ số bám x(sx) khi phanh của bánh xe trên đường khô và ướt;
- Đánh giá hiệu quả phanh của ĐXSMRM; Đề xuất các giải pháp để nâng cao hiệu quả phanh.
1.4.2 Bố cục luận án
Luận án được bố cục gồm 4 chương: Mở đầu; Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu;
Chương 2. Mô hình động lực học phanh ĐXSMRM; Chương 3. Khảo sát động lực học phanh
ĐXSMRM; Chương 4. Thí nghiệm phanh ĐXSMRM; Kết luận và kiến nghị
1.5 Tóm tắt chương 1
Hiện nay ĐXSMRM được sử dụng rất nhiều ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam. Đoàn xe
SMRM mang lại nhiều lợi ích kinh tế, xã hội nhưng cũng gây ra nhiều tai nạn giao thông cần phải
nghiên cứu khắc phục. Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống phanh
ĐXSMRM và đạt được những kết quả rất khả quan; đã đề xuất áp dụng hệ thống phanh ABS trên
ĐXSMRM ở Mỹ và Châu Âu. Ở Việt Nam còn ít công trình nghiên cứu về ĐXSMRM, chưa có
công trình nghiên cứu về hiệu quả phanh ĐXSMRM được công bố và chưa có qui định bắt buộc sử

dụng hệ thống phanh ABS trên ĐXSMRM.
Hiện nay tiêu chí đánh giá hiệu quả phanh ĐXSMRM khi nghiên cứu chưa có công bố cụ thể.
Khi nghiên cứu thường đánh giá hiệu quả phanh bởi hai tiêu chí chủ yếu là gia tốc phanh và ổn định
quỹ đạo chuyển động thông qua góc lệch giữa thân XĐK và thân SMRM (K), trong đó tiêu chí ổn
định chuyển động của đoàn xe khi phanh là quan trọng nhất [12, 19, 24, 33]. Để nghiên cứu hiệu
quả phanh ĐXSMRM luận án chọn phương pháp nghiên cứu lý thuyết bằng mô hình không gian
phi tuyến kết hợp với phương pháp thực nghiệm phanh ĐXSMRM trên đường.

2


Chương 2. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHANH
ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC
Đoàn xe SMRM là hệ nhiều vật, liên kết phức tạp. Mô hình động lực học phanh ĐXSMRM là
mô hình tích hợp gồm mô hình cơ học hệ nhiều vật được mô tả bằng hệ phương trình Newton-Euler
và mô hình xác định lực liên kết dạng thích nghi như mô hình lốp. Luận án chọn mô hình không
gian để có thể mô tả đầy đủ cấu trúc ĐXSMRM và đáp ứng được mục tiêu nghiên cứu.
2.1 Phân tích cấu trúc ĐXSMRM
Đoàn xe SMRM có 2 thân, gồm XĐK và SMRM liên kết với nhau bằng khớp yên ngựa. Liên
kết giữa khối lượng được treo và không được treo của ĐXSMRM thông qua hệ thống treo nhíp,
được mô tả bằng các nội lực hệ thống treo là các hàm phi tuyến. Liên kết giữa xe và đường thông
qua các bánh xe đàn hồi chịu biến dạng ở phương thẳng đứng, phương ngang, thể hiện qua phản lực
lốp-đường.
Để thuận tiện cho việc lập mô hình, luận án chia ĐXSMRM nghiên cứu thành 8 khối lượng
(vật) cơ bản như sau: Khối lượng được treo của XĐK là mc1 đặt tại trọng tâm C1 của XĐK; Khối
lượng được treo của SMRM là mc2 đặt tại trọng tâm C2 của SMRM; Khối lượng không được treo
của các cầu là mAi đặt tại trọng tâm Ai của các cầu (i=1÷6), như hình (2.2).

Hình 2.1 Khối lượng đoàn xe sơmi-rơmooóc

* Một số giả thiết để lập mô hình: ĐXSMRM đối xứng trục theo chiều dọc; Cầu xe không
quay quanh trục y; Cầu xe chuyển động theo trục x và trục z cùng với khối lượng được treo; Bỏ qua
đàn hồi và ma sát trong khớp yên ngựa, lực cản không khí và mô men quay bánh xe quanh trục z;
Độ đàn hồi của hệ thống treo tuyến tính trong miền làm việc và phi tuyến khi chạm vấu giới hạn
hành trình; Độ cứng hướng kính lốp không thay đổi khi chưa tách bánh.
2.2 Phương pháp lập mô hình
Để mô tả động lực học ĐXSMRM ta có thể sử dụng các phương pháp Newton-Euler,
D’Alembert/Jourdain, Lagrange. Trong đó, phương pháp Newton-Euler đơn giản hơn, cho phép
phân chia cấu trúc và lập trình theo mô đun, có thể xác định được các quan hệ nội hàm [6, 25].
2.2.1 Định nghĩa hệ tọa độ cho ĐXSMRM
Để mô tả chuyển động của ĐXSMRM ta cần thiết lập một hệ tọa độ Descartes thuận bao gồm
hệ toạ độ cố định G(OXYZ) và các hệ tọa độ vật B(Cxyz) như hình (2.2).
2.2.2 Lực và mô men tác dụng lên ĐXSMRM
Lực và mô men tác dụng lên ĐXSMRM như hình (2.3).

3


zc2

yc2

c2

c2

C2
z61

z51

xc2

z41

yk2

zk2

c2

xk2

K2

z62

z52

z42
z231

zc1
zk1

61
61

51
51

y61

zA6

yA6 x61
xA6
A6

62

62

A6

52

zA5

41

y51

yA5
x51
xA5
A5

A5

yA4
A4

c1

xk1

y41

zA4

C1

z232

x41

52

x62

y52

42

x52

xc1
c1

z12

xA4
A4
31

y62

z11

c1

K1

41

42

yk1

yc1

231

y31

y42

11

y21
x31

zA3

x42

yA3

A3

Y

xA3

X

x32

y22
x22

y11
x11

yA1

A2
2

O

zA1

xA2

232

y32

11

x21

yA2

A2

A3
32

zA2

xA1

A1
12
A1
12

y12
x12

Hình 2.2 Hệ tọa độ cố định và hệ toạ độ vật của ĐXSMRM

4


zc2

yc2

c2
c2

C2

xc2
Fkz2

c2

K2

Fkx2
Mkx2

Fky2

zc1

yc1

c1

M61

M51
Fy61

A6

Fy51
Fx61FR51

Fz61
M52

Fy62

A5

Fz51
M42

Fz52

C1

xc1

Fz41

A4

M31
M21

Fy42

Fy31

M11
Fy21

FR31

Fx42

FR42

c1

K1

c1

Fx52
FR52

Fz62

Fkx1

Fky1

Fx41

Fx51 FR41

Fy52

Fx62
FR62

Fy41

Mkx1

FR61

M62

Fkz1

M41

A3

M32

Fz42

Fz31

M22

Fy32
FR32

Fx31 F
R21
A2

FR22

Fx11

Fx21
Fz21

A1
M12

Fy22

Fx32

Fy11
FR11

Fz11

Fy12

Fx22
FR12

Fz32
Fz22

Fx12
Fz12

Hình 2.3 Ngoại lực tác dụng lên ĐXSMRM

5


2.3 Phương trình động lực học ĐXSMRM trong mặt phẳng đường (OXY)

2.3.1 Phương trình động lực học XĐK trong mặt phẳng đường (OXY)
Dựa vào hệ phương trình Newton-Euler, ta có thể viết hệ phương trình động lực học XĐK
trong mặt phẳng đường như sau:
3

( mc1   m Ai )( 
xc1   c1 y c1 )  ( Fx11  FR11 )cos 11  ( Fx12  FR12 )cos 12  Fy 11 sin  11
1

(2.1)

 Fy 12 sin  12  ( FR 21  FR 22  FR31  FR32 )  ( Fx 21  Fx 22  Fx 31  Fx 32 )  Fwx1  Fkx1
3

( mc1   m Ai )( 
y c1   c1 x c1 )  ( Fx11  FR11 ) sin  11  ( Fx12  FR12 ) sin  12

(2.2)

1

 Fy11cos 11  Fy12 cos 12  ( Fy 21  Fy 22  Fy 31  Fy 32 )  Fky1
J zc1c1  [( Fx11  FR11 ) sin  11  ( Fx12  FR12 ) sin  12  Fy11cos 11  Fy12 cos 12 ]l1
( Fx12 cos 12  Fx11cos 11  Fy11 sin  11  Fy12 sin  12  FR11cos 11  FR12 cos 12 )b1

(2.3)

( Fx 22  Fx 21  FR 21  FR 22 )b2  ( Fx32  Fx 31  FR 31  FR 3 )b3  ( Fy 21  Fy 22 )l2

1

lk1

FR

12 c
o

s

yc

l3

l2

Fx

12 c
o

s

l1

Fx12

( Fy 31  Fy 32 )l3  Fky 1lk 1

Hình 2.4 Sơ đồ động lực học XĐK trong mặt phẳng đường

2.3.2 Phương trình động lực học SMRM trong mặt phẳng đường (OXY)
Hệ phương trình động lực học SMRM trong mặt phẳng đường là:
6

( m c 2   m Ai )( 
x c 2   c 2 y c 2 )  ( Fx 41  FR 41 )  ( Fx 42  FR 42 )
4

(2.4)

 ( Fx 51  FR 51 )  ( Fx 52  FR 52 )  ( Fx 61  FR 61 )  ( Fx 62  FR 62 )  Fkx 2
6

( m c 2   m Ai )( 
y c 2   c 2 x c 2 )  Fky 2  F y 41  F y 42  F y 51  F y 52  F y 61  F y 62

(2.5)

4

J zc 2c 2  ( Fx 42  Fx 41  FR41  FR42 )b4  ( Fx 52  Fx 51  FR51  FR52 )b5
 ( Fx 62  Fx 61  FR61  FR62 )b6  Fky 2 lk 2  ( F y 41  F y 42 )l4

(2.6)

 ( F y 51  F y 52 )l5  ( F y 61  F y 62 )l6

6


F ky

l6

l5

2

F kx

2

l4
F x4

F y4
1

1

y c2

FR4

x c2

1

1

1

F y5

F x5

1

2b 4

F R5
F x6

1

1

F y6

l k2

1

2b 5

F R6

F y4
2

2b 6

F x4
2

2

2

F x5

FR4

2

F y5

F y6
2

2

F x6

FR5

2

FR6
2

Hình 2.5 Sơ đồ động lực học SMRM trong mặt phẳng đường

2.4 Phương trình động lực học khối lượng được treo phương thẳng đứng
2.4.1 Phương trình động lực học XĐK phương thẳng đứng

m c1 ( 
z c1   c1 x c1 )  FC 11  FK 11  FC 12  FK 12  FC 231

(2.7)

 FK 231  FC 232  FK 232  Fkz 1
J yc1c1  ( FC11  FK11  FC12  FK12 )l1  Fkz1lk1  Fkx1( hc1  hk1 )
l l 
 ( FC231  FK 231  FC232  FK 232 )  2 3   Fwx1( hw1  hc1 )
 2 
'
'
'
'
 ( Fx11  Fx12 )( hc1  r1 )  ( Fx231  Fx232
)( hc1  r23 )  M11  M12

(2.8)

hc1
J yA33j

J yA22j

mA3 xc1

J yA11j

1j

 2j

3 j

hw1

hk1

 c1

 1 j m x
A2 c1

J 1j1 j

mA1 xc1

 Aij

ij

z Ai

Hình 2.6 Sơ đồ động lực học XĐK phương thẳng đứng

2.4.2 Động lực học SMRM phương thẳng đứng
7


c 2

2 j

3 j

J  2 j2 j

J  3 j3 j

J yA6j6j

J yA4j4j

J yA5j5j

 6j

 5j

mA6j xc 2

mA5j xc 2

mA4j xc 2

 4j
Aij

ij

zAi

Hình 2.7 Sơ đồ động lực học SMRM phương thẳng đứng

m c 2 ( 
z c 2   c 2 x c 2 )  FC 41  FK 41  FC 42  FK 42  FC 51  FK 51
 FC 52  FK 52  FC 61  FK 61  FC 62  FK 62  Fkz 2

(2.9)

J yc2c2  ( FC41  FK41  FC42  FK42 )l4  ( FC51  FK51  FC52  FK52 )l5  M62
'
'
( FC61  FK61  FC62  FK62 )l6  ( Fx41
 Fx42
)( hc2  r4 )  M41  M42  M51  M52

(2.10)

'
'
'
'
( Fx51
 Fx52
)( hc2  r5 )  Fkx2( hc2  hk 2 )  Fkz2lk 2  ( Fx61
 Fx62
)( hc2  r6 )  M61

2.5 Phương trình động lực học ngang ĐXSMRM
2.5.1 Phương trình động lực học ngang XĐK
a. Phương trình lắc ngang quanh trục x của khối lượng được treo XĐK:
i3

i3

i 1

i1

J xc1c1  ( FCi2  FKi2  FCi1  FKi1 )wi  F(h
i c1  hBi )  Mkx1

(2.11)

b. Hệ phương trình động lực học ngang của cầu 1, 2, 3 XĐK:

mAi (zAi  Ai yAi )  FCLij  FKLij  FCij  FKij

(2.12÷2.14)

mAi ( yAi  Ai zAi )  Fi  Fyij

(2.15÷2.17)
j2

(2.18÷2.20)
J Axi Ai  ( FCi1  FKi1  FCi2  FKi2 )wi ( FCLi2  FKLi2  FCLi1  FKLi1 )bi  Fyij (rij Aij )  F(h
i
Bi  ri )
j 1

2.5.2 Phương trình động lực học ngang SMRM

a. Phương trình lắc ngang quanh trục x của khối lượng được treo SMRM là:
i3

i3

i1

i 1

J xc2c2  ( FCi2  FKi2  FCi1  FKi1 )wi  F(h
i c2  hBi )  Mkx2

(2.21)

b. Hệ phương trình động lực học ngang của cầu 4, 5, 6 SMRM:

mAi (zAi  Ai yAi )  FCLij  FKLij  FCij  FKij

(2.22÷2.24)

8


mAi ( yAi  Ai zAi )  Fi  Fyij

(2.25÷2.27)
j2

(2.28÷2.30)
J AxiAi  ( FCi1  FKi1  FCi2  FKi2 )wi ( FCLi2  FKLi2  FCLi1  FKLi1 )bi  Fyij (rij Aij )  F(h

i
Bi  ri )
j 1

 c1

zi1

zi 2

 Ai

 Ai1

 i1

 Ai 2

i 2

Hình 2.8 Sơ đồ động lực học ngang XĐK

2.6 Phương trình động lực học bánh xe
ij
J Ayijij

mAij xij

 Aij

Hình 2.9 Sơ đồ động lực học bánh xe

Với i=1÷6, j=1 chỉ bánh xe bên trái, j=2 chỉ bánh xe bên phải, ta có phương trình động lực học của các
bánh xe như sau:

J Ayijij  M Aij  M Bij  Fxij rdij

(2.31÷2.42)

2.7 Xác định các lực và mô men liên kết
2.7.1 Lực liên kết của hệ thống treo

C ij  zij  f dijn 


 FCij  Cij ij  zij 



t
 C ij  zij  f dij 


 FKij  Kij ij  zij



khi f dijn  ij  zij
khi f dijt  ij  zij  f dijn

(2.43)

khi ij  zij  f dijt



2.7.2 Tính các lực và mô men liên kết tại khớp yên ngựa (mâm xoay)
9


 Fkx 2  Fkx1 cos( c1  c2 )  Fky1 sin( c1  c2 )

 Fky 2  Fkx1 sin( c1  c2 )  Fky1 cos( c1  c 2 )

cos( c1  c2 )
M  M
kx1
 kx 2
1  sin 2 ( c1  c 2 )cos 2 (  c1  c 2 )

 Fkx1  Fkx2 cos( c1  c2 )  Fky 2 sin( c1  c2 )

 Fky1  Fky2 cos( c1  c2 )  Fkx2 sin( c1  c2 )

cos( c2  c1 )
M  M
kx2
2
 kx1
1  sin ( c2  c1 )cos 2 ( c2  c1 )

(2.50)

(2.51)

2.7.3 Tính lực liên kết lốp-đường tại tâm vết tiếp xúc bánh xe
Fxij = Fzij φxij

Fyij = Fzij φyij


F = FCLij +FKLij +FGij

zij


0

(2.52)
khi

hij - ξAij - fijt   0

khi

hij - ξAij - fijt  <0

2.10 Kết luận chương 2
1. Về xây dựng mô hình
Đã xây dựng được mô hình động lực học phanh ĐXSMRM là mô hình lai (Hybrid model)

gồm mô hình cấu trúc là dạng hệ nhiều vật MBS; các mô hình xác định lực liên kết là các mô hình
thích nghi (Adaptive Model). Với đặc điểm đó ta có thể đưa vào mô hình các hàm điều khiển và yếu
tố ngoại cảnh khác nhau cũng như điều chỉnh tham số để mô hình có độ chính xác hơn. Với mô
hình trên có thể khảo sát lý thuyết các quá trình động lực học phanh ĐXSMRM ở các giới hạn
trượt để nghiên cứu phản ứng của đoàn xe khi có điều khiển của lái xe.
2. Đặc điểm phương pháp
Sử dụng Phương pháp Tách cấu trúc Hệ nhiều vật MBS 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 hệ phương trình vi phân được thực hiện bằng phần mềm Matlab-Simulink với
phương pháp phân chia mô đun. Đây là phương pháp cho phép lập trình thuận tiện và có thể thay
đổi đầu vào ở mỗi mô đun khi khảo sát động lực học ĐXSMRM.
4. Phạm vi ứng dụng
Mô hình có thể khảo sát động lực học phanh ĐXSMRM với các tham số sau: ảnh hưởng của
vận tốc khi phanh, ảnh hưởng của hệ số bám, ảnh hưởng cường độ phanh, độ nhạy của hệ thống. Có
thể sử dụng mô hình để nghiên cứu về Phân bố lực phanh lý tưởng và điều khiển ABS cho đoàn xe,
tối ưu động lực học phanh đoàn xe.

Chương 3. KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC PHANH
ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC
3.1 Phương pháp giải hệ phương trình động lực học phanh ĐXSMRM
Để giải hệ 42 phương trình vi phân cấp 2 từ (2.1÷2.42) luận án sử dụng phần mềm MatlabSimulink.
3.2 Cấu trúc chương trình mô phỏng động lực học ĐXSMRM

10


xc 2 , yc 2 , c 2

xc1 , y c1 , c1

zc1 ,  c1 ,  c1 x
ij

xij zc 2 ,  c 2 , c 2

zij

zij
xij y ij

xij y ij

ij

ij

z Ai , y Ai ,  Ai

ij

Fxij

Fxij

 xij ,max

Fzij

ij

Fzij

ij

z Ai , y Ai ,  Ai
 xij ,max

Fzij

 xij ,min

ij,

 xij ,min

Fzij

 yij,max

 yij,max

hij

hij

Hình 3.1 Cấu trúc chương trình mô phỏng

3.3 Khảo sát hiệu quả phanh ĐXSMRM

Để nghiên cứu hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng và đường vòng, dựa theo tiêu
chuẩn Châu Âu ECE-R13 [33] và tiêu chuẩn ISO 14794:2011 [24] luận án đã khảo sát 12 phương
án trong 3 trường hợp tổng quát phanh ĐXSMRM trong các điều kiện đường và kỹ thuật lái xe khác
nhau như sau:
3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của hệ số bám đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng
a. Khảo sát ảnh hưởng của hệ số bám đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng ở
vận tốc 60km/h
Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy thẳng ở vận tốc Vo=60km/h, phanh với mức
MB=80%MBđm (với MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8) tại t=1s. Khảo sát trên 6 loại đường có hệ
số bám khác nhau xmax=[0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0].
Bảng 3.1 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá hiệu quả phanh trên 6 loại đường ở 60km/h

Hệ số bám
φxmax

Gia tốc phanh (m/s2)

Quãng đường phanh (m)

Thời gian
phanh (s)

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu chuẩn

ECE-R13

0,5

39,9

31,8

4,0

5,0

4,5

0,6

35,3

31,8

4,7

5,0

3,9

0,7

31,9

31,8

5,6

5,0

3,3

0,8

30,3

31,8

6,3

5,0

3,2

0,9

30,3

31,8

6,3

5,0

3,1

1,0

30,3

31,8

6,3

5,0

3,1

Bảng 3.2 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá ổn định phanh ĐXSMRM trên 6 loại đường ở 60km/h

Hệ số trượt

Hệ số bám
φxmax

s1

s3

0,5

0,04

1,0

Hệ số tận dụng bám

Hệ số tải trọng động

s6

e1

e3

e6

kd1

kd3

kd6

1,0

0,84

0,8

0,8

1,6

0,97

0,87
11


0,6

0,03

1,0

1,0

0,64

0,83

0,83

1,65

0,98

0,85

0,7

0,03

0,04

1,0

0,58

0,92

0,98

1,73

0,98

0,83

0,8

0,03

0,04

0,05

0,5

0,79

0,85

1,73

0,98

0,83

0,9

0,03

0,03

0,04

0,45

0,7

0,85

1,71

1,01

0,81

1,0

0,03

0,03

0,04

0,4

0,62

0,78

1,71

1,01

0,81

* Nhận xét: Phanh ĐXSMRM với cường độ 80% mô men phanh định mức ở vận tốc 60km/h
trên đường xmax=[0,7; 0,8; 0,9; 1,0] thì gia tốc phanh > 5m/s2, quãng đường phanh < 31,8m, hiệu
quả phanh cao, đoàn xe chuyển động ổn định đạt tiêu chuẩn ECE-R13; đường xmax=0,6 thì các
bánh xe cầu giữa và cầu sau bị trượt hoàn toàn, gia tốc phanh khoảng 4,7m/s2, hiệu quả phanh
giảm 25%; đường xmax=0,5 thì các bánh xe cầu giữa và cầu sau bị trượt hoàn toàn, gia tốc phanh
khoảng 4m/s2, hiệu quả phanh giảm khoảng 37%. Vậy phanh ĐXSMRM với cường độ 80% ở vận
tốc 80km/h trên đường có hệ số bám xmax=[0,5; 0,6; 0,7] thì đoàn xe bị trượt, mất ổn định và hiệu
quả phanh giảm.
b. Khảo sát ảnh hưởng của hệ số bám đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng ở
vận tốc 80km/h
Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy thẳng ở vận tốc Vo=80km/h, phanh với mức
MB=80% MBđm (với MBđm=FGxmax rd ứng với xmax=0,8), tại thời điểm t=1s. Khảo sát trên 6 loại
đường có hệ số bám khác nhau xmax=[0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0].
Bảng 3.3 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá hiệu quả phanh ĐXSMRM trên 6 loại đường ở 80km/h

Hệ số bám
φxmax

Gia tốc phanh (m/s2)

Quãng đường phanh (m)

Thời gian
phanh (s)

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

0,5

68,5

56,6

4,0

5,0

5,9

0,6

59,9

56,6

4,7

5,0

5,0

0,7

53,5

56,6

5,6

5,0

4,4

0,8

50,3

56,6

6,3

5,0

4,0

0,9

50,3

56,6

6,3

5,0

4,0

1,0

50,3

56,6

6,3

5,0

4,0

Bảng 3.4 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá ổn định phanh ĐXSMRM trên 6 loại đường ở 80km/h

Hệ số trượt

Hệ số tận dụng bám

Hệ số tải trọng động

s6

e1

e3

e6

kd1

kd3

kd6

1,0

1,0

0,84

0,8

0,8

1,6

0,962

0,87

0,032

1,0

1,0

0,68

0,84

0,84

1,65

0,965

0,85

0,7

0,028

0,08

1,0

0,58

0,93

0,85

1,72

0,965

0,83

0,8

0,028

0,08

0,1

0,5

0,78

0,98

1,72

0,965

0,83

0,9

0,026

0,06

0,08

0,44

0,7

0,85

1,71

1,01

0,81

1,0

0,026

0,06

0,08

0,4

0,64

0,78

1,71

1,01

0,81

Hệ số bám
φxmax

s1

s3

0,5

0,04

0,6

* Nhận xét: Phanh ĐXSMRM với cường độ MB=80% MBđm ở V0= 80km/h trên đường

xmax=[0,7; 0,8; 0,9; 1,0] thì gia tốc phanh > 5m/s2, quãng đường phanh < 56,6m đạt tiêu chuẩn
ECE-R13, hiệu quả phanh cao, đoàn xe chuyển động ổn định; đường xmax = 0,6 thì các bánh xe 31
và 61 bị trượt hoàn toàn, gia tốc phanh khoảng 4,7m/s2, giảm khoảng 25%; đường xmax=0,5 thì
12


các bánh xe 31, 61 bị trượt hoàn toàn, gia tốc phanh khoảng 4m/s2, giảm khoảng 37%. Vậy phanh
đoàn xe với cường độ 80% ở vận tốc 80km/h trên đường xmax=[0,5; 0,6; 0,7] thì đoàn xe bị trượt,
mất ổn định và giảm hiệu quả phanh.
3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường
thẳng
a. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường
thẳng ở vận tốc 60km/h
Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy thẳng ở vận tốc Vo=60km/h, trên đường có hệ số bám
xmax=0,8. Khảo sát với 6 mức phanh MB=[50; 60; 70; 80; 90; 100]%MBđm (với MBđm=FGxmaxrd
ứng với xmax=0,8).
Bảng 3.5 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá hiệu quả phanh ĐXSMRM với 6 mức phanh ở 60km/h

Mức phanh
MB(Nm)

Quãng đường phanh (m)

Gia tốc phanh (m/s2)

Thời gian
phanh (s)

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

50% MBđm

43,2

31,8

3,9

5,0

4,7

60% MBđm

37,5

31,8

4,7

5,0

4,0

70% MBđm

33,4

31,8

5,5

5,0

3,3

80% MBđm

30,3

31,8

6,3

5,0

3,2

90% MBđm

29,2

31,8

6,3

5,0

3,1

100% MBđm

28,4

31,8

6,3

5,0

3,0

* Nhận xét: Phanh mức MB=[80; 90; 100]%MBđm thì gia tốc phanh đạt 6,3m/s2 và quãng
đường phanh khoảng 30m đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ECE-R13; phanh mức MB=[50; 60;
70]%MBđm thì đoàn xe ổn định nhưng gia tốc phanh và quãng đường phanh không đạt yêu cầu theo
tiêu chuẩn ECE-R13; phanh mức MB=100%MBđm các bánh xe cầu giữa và cầu sau bị bó cứng và
trượt hoàn toàn, ĐXSMRM có dấu hiệu mất ổn định nhẹ.
b. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường
thẳng ở vận tốc 80km/h

ĐXSMRM chạy thẳng ở vận tốc Vo=80km/h, trên đường có hệ số bám xmax=0,8. Khảo sát
với 6 mức phanh MB=[50; 60; 70; 80; 90; 100]% MBđm (với MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8).
Bảng 3.7 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá hiệu quả phanh ĐXSMRM với 6 mức phanh ở 80km/h

Mức phanh
MB(Nm)

Quãng đường phanh (m)

Gia tốc phanh (m/s2)

Thời gian
phanh (s)

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

50% MBđm

73,0

56,6

4,0

5,0

6,1

60% MBđm

63,0

56,6

4,7

5,0

5,2

70% MBđm

55,8

56,6

5,5

5,0

4,5

80% MBđm

50,3

56,6

6,3

5,0

4,0

90% MBđm

48,6

56,6

6,3

5,0

3,9

100% MBđm

47,6

56,6

6,3

5,0

3,9

* Nhận xét: Phanh ĐXSMRM với cường độ MB = [70; 80; 90; 100]%MBđm thì gia tốc phanh
lớn hơn 5m/s2 và quãng đường phanh nhỏ hơn 56,6m đạt tiêu chuẩn ECE-R13; phanh mức
MB=[50; 60]%MBđm thì các bánh xe không bị trượt, đoàn xe chuyển động ổn định nhưng gia tốc
phanh và quãng đường phanh không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ECE-R13; phanh mức MB
13


=100%MBđm thì bánh xe cầu 3, 6 bị bó cứng và trượt hoàn toàn, đoàn xe có dấu hiệu mất ổn định.
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên
đường thẳng
a. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên
đường thẳng có hệ số bám xmax= 0,8
Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy thẳng trên đường có hệ số bám xmax=0,8; phanh mức
MB=80%MBđm (với MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8). Khảo sát với 12 cấp vận tốc Vo=[30; 35;
40; 45; 50; 55]km/h và Vo=[60; 65; 70; 75; 80; 85]km/h.
Bảng 3.9 Thông số hiệu quả phanh ĐXSMRM ứng với các vận tốc khác nhau trên đường 0,8

Vận tốc bắt đầu phanh
V0(km/h)

Quãng đường phanh (m)

Gia tốc phanh (m/s2)

Thời gian
phanh (s)

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

30

9,5

11,4

6,3

5,0

1,8

35

12,2

14,7

6,3

5,0

2,3

40

15,2

18,3

6,3

5,0

2,3

45

18,5

22,3

6,3

5,0

2,5

50

22,1

26,7

6,3

5,0

2,7

55

26,1

31,5

6,3

5,0

2,9

60

30,3

36,7

6,3

5,0

3,2

65

34,9

42,3

6,3

5,0

3,4

70

39,7

48,2

6,3

5,0

3,6

75

44,9

54,5

6,3

5,0

3,8

80

50,3

61,2

6,3

5,0

4,0

85

56,1

68,3

6,3

5,0

4,3

* Nhận xét: Đoàn xe SMRM chạy ở các vận tốc Vo=[30; 35; 40; 45; 50; 55; 60; 65; 70; 75;
80; 85]km/h trên đường xmax= 0,8 rồi phanh với cường độ 80%MBđm thì gia tốc phanh khoảng
6,3m/s2 lớn hơn qui định 5m/s2 và quãng đường phanh có giá trị nhỏ hơn (0,15V+V2/130)m, đạt
tiêu chuẩn ECE-R13, đoàn xe chuyển động ổn định.
b. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên
đường thẳng có hệ số bám xmax= 0,6
Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy thẳng trên đường có hệ số bám xmax=0,6; cường độ
phanh MB =80%MBđm (với MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8). Khảo sát với 12 mức vận tốc
Vo=[30; 35; 40; 45; 50; 55]km/h và Vo=[60; 65; 70; 75; 80; 85]km/h.
Bảng 3.11 Thông số hiệu quả phanh ĐXSMRM ứng với các vận tốc khác nhau trên đường 0,6

Vận tốc bắt đầu phanh
V0(km/h)

Quãng đường phanh (m)

Gia tốc phanh (m/s2)

Thời gian
phanh (s)

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

30

10,3

11,4

4,7

30

10,3

35

13,5

14,7

4,7

35

13,5

40

17,0

18,3

4,7

40

17,0

45

21,0

22,3

4,7

45

21,0
14


50

25,3

26,7

4,7

50

25,3

55

30,1

31,5

4,7

55

30,1

60

35,3

36,7

4,7

60

35,3

65

40,8

42,3

4,7

65

40,8

70

46,8

48,2

4,7

70

46,8

75

53,1

54,5

4,7

75

53,1

80

59,9

61,2

4,7

80

59,9

85

67,0

68,3

4,7

85

67,0

* Nhận xét: Khi ĐXSMRM chạy ở các vận tốc từ (30 đến 85)km/h trên đường có hệ số bám
xmax= 0,6 rồi phanh với cường độ 80%MBđm (ứng với xmax=0,8) thì gia tốc phanh khoảng 4,7m/s2
không đạt qui định của tiêu chuẩn ECE-R15; quãng đường phanh có giá trị nhỏ hơn
(0,15V+V2/130)m, đạt tiêu chuẩn ECE-R13; các bánh xe cầu giữa và cầu sau bị trượt hoàn toàn,
đoàn xe có dấu hiệu chuyển động không ổn định.
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường
vòng
a. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường
vòng có hệ số bám xmax= 0,8
Dựa theo tiêu chuẩn ISO 19747:2011 [24] luận án khảo sát ĐXSMRM trong đường vòng với
điều kiện giả định như sau: cho đoàn xe chạy trên đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc
Vo=50km/h trên đường có hệ số bám 0,8. Khảo sát với 6 mức phanh MB=[0, 50, 60, 70, 80,
90]%MBđm (MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8).
Bảng 3.13 Giá trị đánh giá hiệu quả phanh ứng với 6 mức phanh trong đường vòng xmax=0,8
Mức phanh
MB(Nm)

Quãng đường phanh
(m)

Gia tốc phanh
(m/s2)

Góc lệch thân xe
k(độ)

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu
chuẩn

0% MBđm

0,0

0,0

0,0

0,0

0,2

45

50% MBđm

27,5

22,1

4,2

5,0

0,5

45

60% MBđm

25,8

22,1

4,9

5,0

0,7

45

70% MBđm

24,2

22,1

5,8

5,0

1,2

45

80% MBđm

22,6

22,1

6,1

5,0

1,5

45

90% MBđm

21,0

22,1

6,2

5,0

2,0

45

* Nhận xét: ĐXSMRM khi chạy trong đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc
Vo=50km/h trên đường xmax=0,8 rồi phanh với 6 mức MB=[0; 50; 60; 70; 80; 90]%MBđm thì quãng
đường phanh đạt yêu cầu khi phanh mức 90%MBđm và gia tốc phanh đạt yêu cầu khi phanh mức
MB=[70; 80; 90]%MBđm; các bánh xe 31, 61, 62 bị bó cứng và trượt hoàn toàn, ĐXSMRM có dấu
hiệu mất ổn định.
b. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường
vòng có hệ số bám xmax= 0,6
Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy trên đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc
Vo=50km/h, đường có hệ số bám 0,6. Khảo sát với 6 mức phanh MB=[0, 50, 60, 70, 80, 90]%MBđm
(MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8).
15


Bảng 3.21 Giá trị đánh giá hiệu quả phanh ứng với 6 mức phanh trong đường vòng xmax=0,6

Mức phanh
MB(Nm)

Quãng đường phanh
(m)

Gia tốc phanh
(m/s2)

Góc lệch thân xe
k(độ)

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu
chuẩn

0% MBđm

0,0

0,0

0,0

0,0

0,3

45

50% MBđm

27,5

22,1

4,2

5,0

1,2

45

60% MBđm

25,5

22,1

4,6

5,0

2,0

45

70% MBđm

24,2

22,1

4,9

5,0

29,2

45

80% MBđm

22,6

22,1

5,1

5,0

54,8

45

90% MBđm

21,0

22,1

5,2

5,0

56,7

45

* Nhận xét: ĐXSMRM khi chạy trong đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc
Vo=50km/h trên đường xmax=0,6 rồi phanh với 6 mức MB=[0; 50; 60; 70; 80; 90]%MBđm thì quãng
đường phanh đạt yêu cầu khi phanh mức 90%MBđm và gia tốc phanh đạt yêu cầu khi phanh mức
MB=[80; 90]%MBđm; các bánh xe 11, 31, 32, 61, 62 bị bó cứng và trượt hoàn toàn; góc lệch giữa
thân XĐK và SMRM vượt quá giá trị giới hạn của Ủy ban an toàn giao thông quốc gia Mỹ [19],
đoàn xe bị gập thân rất nguy hiểm.
3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của lệch phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường vòng
a. Khảo sát ảnh hưởng của chậm phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường vòng
có hệ số bám xmax= 0,8
Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy trên đường vòng có bán kính R=100m, ở vận tốc
Vo=50km/h, đường có hệ số bám 0,8. Phanh mức MB= 60%MBđm (MBđm=FGxmaxrd ứng với
xmax=0,8). Khảo sát với 6 mức chậm phanh giữa SMRM và XĐK là tc=[0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1]s.
Bảng 3.25 Hiệu quả phanh ứng với 6 mức chậm phanh trong đường vòng xmax=0,8
Quãng đường phanh
(m)

Gia tốc phanh
(m/s2)

Góc lệch thân xe
k(độ)

Thời gian chậm
phanh
tc(s)

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu
chuẩn

0,0

24,0

22,1

4,8

5,0

0,7

45

0,2

25,0

22,1

4,9

5,0

0,9

45

0,4

26,5

22,1

4,9

5,0

1,5

45

0,6

27,5

22,1

4,9

5,0

1,9

45

0,8

28,1

22,1

4,9

5,0

2,4

45

1,0

28,9

22,1

4,9

5,0

2,7

45

* Nhận xét: ĐXSMRM chạy trên đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc
Vo=50km/h, đường có hệ số bám 0,8 phanh mức MB=60%MBđm với 6 mức chậm phanh giữa SMRM
và XĐK là tc=[0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1]s thì quãng đường phanh và gia tốc phanh không đạt yêu
cầu; các bánh xe 31, 61, 62 bị bó cứng và trượt hoàn toàn, đoàn xe mất ổn định.
b. Khảo sát ảnh hưởng của nhanh phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường vòng
có hệ số bám xmax= 0,8
Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy trên đường vòng có bán kính R=100m, ở vận tốc
Vo=50km/h, đường có hệ số bám 0,8. Phanh mức MB=60%MBđm (MBđm=FGxmaxrd ứng với
16

xmax=0,8). Khảo sát với 6 mức nhanh phanh giữa SMRM và XĐK là tn = [0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1]s.
Bảng 3.29 Hiệu quả phanh ứng với 6 mức nhanh phanh trong đường vòng xmax=0,8
Thời gian nhanh
phanh tn(s)

Quãng đường phanh
(m)

Gia tốc phanh
(m/s2)

Góc lệch thân xe
k(độ)

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu chuẩn
ECE-R13

Khảo sát

Tiêu
chuẩn

0,0

24,0

22,1

4,8

5,0

0,7

45

0,2

23,3

22,1

4,9

5,0

1,0

45

0,4

22,0

22,1

5,0

5,0

0,9

45

0,6

21,5

22,1

5,05

5,0

0,8

45

0,8

19,2

22,1

5,1

5,0

0,8

45

1,0

17,7

22,1

5,1

5,0

0,7

45

* Nhận xét: ĐXSMRM chạy trên đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc
Vo=50km/h, đường có hệ số bám 0,8 phanh mức MB=60%MBđm với 6 mức nhanh phanh giữa
SMRM và XĐK thì quãng đường phanh và gia tốc phanh đạt yêu cầu khi nhanh phanh một khoảng
thời gian tn=[0,4; 0,6; 0,8; 1]s; các bánh xe 61, 62 bị bó cứng và trượt hoàn toàn, đoàn xe mất ổn
định khi SMRM nhanh phanh hơn XĐK một khoảng thời gian tn=[0,8; 1]s. Vì vậy, để nâng cao hiệu
quả phanh của ĐXSMRM ta nên điều khiển cho các bánh xe của SMRM phanh sớm hơn các bánh

xe của XĐK từ 0,4giây đến 0,6 giây.
3.4 Giải pháp nâng cao hiệu quả phanh ĐXSMRM nhằm giảm thiểu tai nạn giao
thông
- Để nâng cao hiệu quả phanh cho ĐXSMRM nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông do
ĐXSMRM gây ra luận án xin đề xuất các giải pháp như sau:
- ĐXSMRM chạy ở V0≥ 60km/h trên đường có hệ số bám xmax≥0,7 thì mức phanh tối ưu
bằng 80% mô men phanh định mức; ĐXSMRM chạy ở các vận tốc từ (30÷85)Km/h trên đường
xmax= 0,8 thì mức phanh tối ưu bằng 80%MBđm; trên đường có hệ số bám xmax= 0,6 thì phanh với
cường độ <80%MBđm.
- ĐXSMRM khi chạy trong đường vòng ở vận tốc Vo=50km/h trên đường xmax=0,8 thì
không được phanh quá với mức 90%MBđm; đường xmax=0,6 thì không được phanh quá với mức
80%MBđm
- Để ĐXSMRM chuyển động an toàn và đạt hiệu quả phanh cao thì nên thiết kế cho SMRM
phanh sớm hơn XĐK một khoảng thời gian tn=(0,4÷0,6)s; lắp bộ điều hòa lực phanh cho cầu trước
hoặc trang bị hệ thống phanh ABS.
3.6 Kết luận chương 3
- Đã khảo sát 12 phương án xét ảnh hưởng của hệ số bám, vận tốc phanh ban đầu, cường độ
phanh đến phản ứng của ĐXSMRM thông qua gia tốc phanh, hệ số sử dụng trọng lượng bám và
thông số ổn định phanh như hệ số trượt, hệ số tải trọng động.
- Mô hình mô phỏng được mô đun hóa cho phép thay đổi tham số khảo sát và xác định nội
hàm cho các bài toán điều khiển sau này. Đặc điểm của mô hình là cho trước các thông số ngoại
cảnh như hệ số bám, phản ứng của lái xe như tăng tốc, phanh, quay vô lăng để khảo sát hầu hết các
trạng thái chuyển động bình thường cho đến trạng thái tới hạn. Mô hình có thể mô phỏng hầu hết
17


các trạng thái động lực học phanh đoàn xe.
- Có thể sử dụng mô hình trên để khảo sát phân bố lực phanh lý tưởng cho bài toán điều hòa
lực phanh; có thể dùng mô hình trên để nghiên cứu ABS và nghiên cứu hệ thống ổn định đoàn xe
ESP.

- Với phương pháp tách cấu trúc Hệ nhiều vật MBS và Phương trình Newton-Euler có thể
thành lập mô hình động lực học phanh đoàn xe có nhiều khâu khác nhau. Mô hình có thể mở rộng
cho bài toán tối ưu kết cấu xác định tham số.
- Hạn chế của mô hình: do giả thiết đoàn xe đối xứng trục dọc nên không khảo sát được trạng
thái lệch tải ngang. Đoàn xe có kết cấu khung dài nên cần mô tả khung xoắn thì kết quả sẽ chính
xác hơn.

Chương 4. THÍ NGHIỆM PHANH ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC
4.1 Mục tiêu và đối tượng thí nghiệm
4.1.1 Mục tiêu thí nghiệm
Thí nghiệm xác định hàm hệ số bám của bánh xe theo hệ số trượt x(sx) làm thông số đầu vào
cho mô hình khảo sát động lực học phanh ĐXSMRM; Kiểm chứng độ chính xác mô hình động lực
học phanh ĐXSMRM.
4.1.2 Đối tượng thí nghiệm
Đối tượng thí nghiệm là ĐXSMRM 6 cầu, gồm XĐK Trung Quốc FAW và SMRM Tân
Thanh 40F.
4.2 Xác định hàm hệ số bám của bánh xe làm thông số đầu vào cho mô hình khảo
sát
F (t )
Hệ số bám dọc của bánh xe theo thời gian như sau:  x (t )  x
(4.2)
Fz (t )
Để xác định hệ số bám bằng thực nghiệm ta phải xác định (đo) hai thông số là lực tiếp tuyến
Fx và phản lực thẳng đứng Fz. Lực tiếp tuyến Fx đo trực tiếp và phản lực Fz đo gián tiếp.
4.2.1 Xác định phản lực Fz
Sử dụng phương pháp tách vật đối với mô hình động lực học ô tô ¼ ta có tính được phản lực
thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe là: FZ  FG  FCL  FG  mz  m A
(4.7)

z , 

Tải trọng tĩnh FG được cân, tải trọng động FCL xác định thông qua đo gia tốc 
4.2.2. Xác định lực tiếp tuyến Fx
Dựa vào phương trình cân bằng lực kéo ta có:
12

Fx  FBx 61  FBx 62  Fmk   FR ij  Fwx

(4.12)

1

4.2.3 Xác định hệ số trượt dọc
x (t )  rd  (t )
Khi phanh:
sx (t )  
x (t )
r  (t )  x (t )
Khi tăng tốc: sx (t )  d
rd  (t )

(4.14)
(4.15)

18


1. Cảm biến loadcell đo lực dọc; 2. Cảm biến đo gia tốc thẳng đứng thân xe tại cầu 6;
3. Cảm biến đo gia tốc thẳng đứng cầu 6; 4. Cảm biến đo vận tốc góc bánh xe phanh cầu 6;
5. Cân tải trọng xe; 6. Cảm biến đo vận tốc góc bánh xe không phanh cầu 5

Hình 4.1 Sơ đồ lắp đặt cảm biến trên ĐXSMRM thí nghiệm

4.3. Thiết bị thí nghiệm phanh ĐXSMRM
Muốn xác định hàm hệ số bám dọc của bánh xe, ta cần các cảm biến và thiết bị đo như:
- Cảm biến đo lực kéo Loadcell ZSGB-A-30T đặt giữa xe kéo và ĐXSMRM thí nghiệm để
xác định giá trị lực dọc Fmk của ĐXSMRM.
- Cảm biến đo vận tốc góc Sharp Rotary Encoder số 1 đặt ở trục bánh xe không phanh cầu số
5 để xác định giá trị vận tốc góc bánh xe không phanh cầu 5 ( 5 ).
- Cảm biến đo vận tốc góc Sharp Rotary Encoder số 2 đặt ở trục bánh xe có phanh của cầu số
6 để xác định giá trị vận tốc góc bánh xe phanh cầu 6 ( 6 ).
- Cảm biến gia tốc MMA7361LC-XYZ AXIS đặt trên thân xe tại vị trí đầu trên hệ thống treo
cầu số 6 để đo gia tốc thẳng đứng thân xe ( z6 ).
- Cảm biến gia tốc MMA7361LC-XYZ AXIS đặt trên cầu xe số 6 tại vị trí đầu dưới hệ thống
treo để đo gia tốc thẳng đứng cầu xe ( 6 ).
- Bộ thu nhận và xử lý tín hiệu NI (National Instruments)
- Máy tính và phần mềm thí nghiệm Measurement & Automation
- Cân điện tử
z , 
 ) của ĐXSMRM như hình (4.7).
Sơ đồ hệ thống đo các thông số (F ,  ,  , 

 6


Z
6

6

6

 x ( sx )

6

Hàm hệ số bám

 5

6

Máy tính

5

Bộ thu nhận và xử lý
tín hiệu NI

mk

Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đo hàm hệ số bám của bánh xe

4.4 Qui trình thí nghiệm
4.4.1 Công việc chuẩn bị
Để phục vụ cho việc thí nghiệm phanh ĐXSMRM trên đường khô và đường ướt phải chuẩn bị
như sau: 01 ĐXSMRM để thí nghiệm, cắt bỏ phanh cầu số 1, 2, 3, 4, 5, chỉ chừa lại phanh các bánh
xe của cầu số 6; 01 xe kéo để kéo đoàn xe thí nghiệm; 01 xe bồn tưới cây để tưới ướt đường thí
nghiệm; Thiết bị thí nghiệm bao gồm: Cảm biến đo vận tốc góc của bánh xe không phanh, cảm biến
đo vận tốc góc của bánh xe phanh, cảm biến đo lực kéo ĐXSMRM thí nghiệm, cảm biến đo gia tốc
thẳng đứng thân xe, cảm biến đo gia tốc thẳng đứng cầu xe, bộ thu nhận và xử lý tín hiệu NI, máy

tính, phần mềm thí nghiệm Measurement & Automation…
19


4.4.2 Lắp đặt cảm biến và thiết bị thí nghiệm
Lắp cảm biến đo gia tốc thẳng đứng thân xe và cảm biến đo gia tốc thẳng đứng cầu xe; Lắp
cảm biến đo vận tốc góc bánh xe phanh cầu số 6 và cảm biến đo vận tốc góc bánh xe không phanh
cầu số 5; Lắp cảm biến đo lực dọc đoàn xe; Đấu dây các cảm biến với bộ thu nhận và xử lý tín hiệu
NI.
4.4.3 Quá trình thí nghiệm
Quá trình thí nghiệm đo động lực học phanh ĐXSMRM trên đường khô và đường ướt được
thực hiện theo các bước như sau: Cân tải trọng ĐXSMRM thí nghiệm; Lắp đặt cảm biến theo sơ đồ;
Kết nối cảm biến với thiết bị đo; Khởi động thiết bị đo và đoàn xe thí nghiệm.
Tiến hành thí nghiệm đo các thông số động lực học phanh đoàn xe theo trình tự như sau: Khởi
động động cơ xe kéo; Khởi động động cơ ĐXSMRM thí nghiệm để bơm khí vào bình chứa hệ
thống phanh; Tài xế xe kéo khởi hành từ từ để kéo ĐXSMRM thí nghiệm chạy trên đường nhựa
khô; Tài xế ĐXSMRM thí nghiệm không vào số, chỉ giữ vô lăng cho ĐXSMRM thí nghiệm chạy
thẳng; Khi ĐXSMRM thí nghiệm chạy ổn định và đạt vận tốc thí nghiệm (30km/h, 40km/h,
50km/h) thì tài xế ĐXSMRM thí nghiệm tiến hành phanh; Trong khi đó tài xế xe kéo vẫn giữ ga ổn
định cho đến khi bánh xe phanh bị trượt thì dừng lại; Lưu kết quả thí nghiệm vào máy tính, tắt phần
mềm thí nghiệm.

Hình 4.3 Xe kéo và ĐXSMRM thí nghiệm

4.5 Kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm xác định được 6 thông số đo trực tiếp gồm: Vận tốc góc bánh xe phanh
cầu số 6 (6 ) ; Vận tốc góc bánh xe không phanh cầu số 5 (5 ) ; Lực kéo đoàn xe SMRM thí
nghiệm (Fmk); Gia tốc thẳng đứng cầu xe số 6 ( ) ; Gia tốc thẳng đứng thân xe tại cầu số 6 ( z ) ;
6

6

Khối lượng phân bố lên các cầu xe: (Mcau1, Mcau2, Mcau3, Mcau4, Mcau5, Mcau6).
Dựa vào 6 thông số xác định được bằng thực nghiệm ta xác định được các thông số gián tiếp
như sau: Xác định phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe cầu 6 (Fz6) theo công thức
(4.7); Xác định lực dọc (Fx) theo công thức (4.12); Xác định hệ số bám của bánh xe số 6  x 6 (t )
theo công thức (4.13); Xác định hệ số trượt của bánh xe số 6 sx6(t) theo công thức (4.14, 4.15).
Từ hệ số bám của bánh xe số 6

 x 6 (t )

và hệ số trượt của bánh xe sx6(t) ta xác định được

hàm hệ số bám của bánh xe theo hệ số trượt của bánh xe số 6  x6 ( s x6 ) , như hình (4.20, 4.21).

20


Hình 4.4 Hàm hệ số bám của bánh xe khi phanh trên đường khô tại 50km/h

Hình 4.5 Hàm hệ số bám của bánh xe khi phanh trên đường ướt tại 50km/h

4.6 Kiểm chứng mô hình
Để kiểm chứng đánh giá độ chính xác của mô hình động lực học phanh ĐXSMRM so với
thực tế, luận án khảo sát mô hình động lực học phanh ĐXSMRM với điều kiện đầu vào giống với
điều kiện thí nghiệm ĐXSMRM trên đường thực tế và so sánh kết quả đầu ra của mô phỏng với kết
quả thu được từ thực nghiệm.
Khảo sát ĐXSMRM ở vận tốc 50km/h trên đường khô có hệ số bám φxmax=0,876;
φxmin=0,736; lực phanh cực đại Fxmax = 33013N; phanh tại thời điểm t = 0,5s; thời gian từ khi bắt
đầu phanh đến khi lực phanh đạt giá trị cực đại là 0,95s. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm của lực

phanh và phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe cầu 6 bên phải 62 được thể hiện
trong các đồ thị sau:

Hình 4.6 Lực phanh bánh xe 62 trên đường khô tại 50km/h

21


Hình 4.7 Phản lực thẳng đứng bánh xe 62 khi phanh trên đường khô tại 50km/h

Để tính sai số của đồ thị xác định bằng thí nghiệm và mô phỏng NCS lấy giá trị lực phanh và
phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe tại các thời điểm t1, t2,..., tn của đồ thị xác định
bằng thí nghiệm (giá trị A1, A2, ... An) và đồ thị xác định bằng mô phỏng (giá trị B1, B2, ... Bn). Sử
dụng hàm ABS trong Excell để tính sai số của 2 đồ thị tại các thời điểm t1, t2, ... tn (giá trị C1, C2, ...
Cn) với “C” “=ABS((A-B)/B)”. Sử dụng hàm AVERAGE trong Excell để tính sai số trung bình của
2 đồ thị.
Sai lệch trung bình giữa kết quả mô phỏng và thí nghiệm phanh ĐXSMRM ở vận tốc 50km/h
trên đường khô là 17,53%. Trong đó sai lệch trung bình giữa kết quả mô phỏng và thí nghiệm của
lực phanh là 13,81% và phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe là 21,25% như hình
(4.22).

Hình 4.8 Sai lệch giữa kết quả thí nghiệm và mô phỏng

4.7 Kết luận chương 4
Chương 4 đã xây dựng được phương pháp thí nghiệm và hệ thống 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 MMA7361 LC-XYZ của hãng Freescale Semiconductor; cảm biến Loadcell ZSGB-A30T.
Hệ thống đo được xử lý bằng phần mềm Labview Measurement & Automation 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, phanh đoàn xe trên đường thẳng và trên đường
vòng.
Thí nghiệm đã đo 5 thông số là (i) lực kéo , (ii) số vòng quay bánh xe phanh, (iii) số vòng
quay bánh xe tự do, (iv) gia tốc phương thẳng đứng của khối lượng được treo và (v) không được
treo để xác định phản lực cầu số 6. Đã thí nghiệm động lực học phanh ĐXSMRM trên đường thẳng
khô và ướt. Hệ thống thí nghiệm đo đồng thời 5 thông số động lực học phanh ĐXSMRM, hệ thống
có độ tin cậy và phù hợp với điều kiện Việt Nam. Sai số giữa thí nghiệm và mô phỏng lý thuyết
trung bình khoảng 13,8% đối với đo lực tiếp tuyến, 21,25% khi đo tải phương thẳng đứng.
Thí nghiệm đã xác định được hàm hệ số bám của bánh xe theo hệ số trượt  x ( sx ) khi
phanh trên đường nhựa khô và đường ướt làm đầu vào cho mô hình khảo sát. Kết quả thí nghiệm
trên đường Võ Văn Kiệt, phường 9, thành phố Vĩnh Long, tỉnh Vĩnh Long ở trạng thái khô có hệ số
22


bám  xmax  0,876 ,  x min  0, 736 , tương đương các loại đường trong khu vực và quốc tế [34]. Hệ
số bám ở trạng thái ướt được xác định có giá trị là  xmax  0, 722 ,  x min  0,576 .
Hạn chế của thí nghiệm: Hệ thống thí nghiệm trên có thể đo thêm gia tốc phanh nhưng tác giả
đã sơ suất không nhận ra. Nếu đo được thì phần kiểm chứng mô hình có thể được kết luận với độ tin
cậy cao hơn. Thí nghiệm sẽ đơn giản hơn không cần đo lực kéo.
Đề xuất hệ thống đo mới: Ngoài những cảm biến đã nêu ở trên, hệ thống đo cần hai cảm biến
đo mô men bánh xe và một cảm biến đo góc quay vô lăng thì bài toán kiểm chứng mô hình sẽ có
sức thuyết phục hơn (hiện ở Việt Nam ĐH SPKT Nam Định có cảm biến đo mô men bánh xe cho
xe con). Với hệ thống đo đó có thể thí nghiệm hầu hết các Thủ tục thí nghiệm động lực học đoàn xe
theo ISO 14792, ISO 14793 [12], ISO 14794:2011 [24].

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Nghiên cứu hiệu quả phanh ô tô là một lĩnh vực được rất nhiều nhà khoa học trong nước và
trên thế giới quan tâm. Tuy nhiên, nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số bám và kỹ thuật điều khiển đến
hiệu quả phanh ĐXSMRM chưa có công trình nghiên cứu công bố ở Việt Nam. Sau thời gian thực
hiện luận án đã hoàn thành được những nội dung cơ bản như mục tiêu ban đầu đã đề ra.

1. Kết quả đạt được và đóng góp mới của luận án
1.1. Các kết quả đã đạt được
1. Đã xây dựng được mô hình động lực đoàn xe SMRM có đặc điểm sau: Mô hình động lực
học phanh đoàn xe là mô hình lai (Hybrid Model) gồm một mô hình Hệ nhiều vật MBS và các mô
hình Thích nghi (Adaptive Model); Mô hình mô phỏng được mô đun hóa cho phép thay đổi tham số
khảo sát và xác định nội hàm cho các bài toán điều khiển sau này. Đặc điểm của mô hình là cho
trước các thông số ngoại cảnh như hệ số bám, phản ứng của lái xe như tăng tốc, phanh, quay vô
lăng để khảo sát hầu hết các trạng thái chuyển động bình thường cho đến trạng thái tới hạn. Mô
hình có thể mô phỏng hầu hết các trạng thái động lực học phanh đoàn xe; cho phép khảo sát các quá
trình phanh đoàn xe khi mô phỏng ảo trong giai đoạn tiền thiết kế và mô phỏng điều kiện thực trước
khi thí nghiệm. Có thể sử dụng mô hình trên để khảo sát phân bố lực phanh lý tưởng cho bài toán
điều hòa lực phanh; có thể đùng mô hình trên để nghiên cứu ABS và nghiên cứu hệ thống ổn định
đoàn xe ESP.
2. Đã xây dựng được một quy trình đo và hệ thống thí nghiệm động lực học phanh đoàn xe
SMRM. Quy trình và hệ thống đo cũng có thể được sử dụng cho các thí nghiệm động lực học như
phanh, tăng tốc. Nếu mở rộng có thể thí nghiệm quay vòng quá độ quay vòng ổn định. Hệ thống đo
có độ tin cậy cho nghiên cứu động lực học. Có thể sử dụng quy trình đo và hệ thống thí nghiệm
trong nghiên cứu khoa học và giảng dạy trong các trường Đại học.
3. Đã khảo sát lý thuyết 12 trạng thái đặc trưng gồm: ảnh hưởng của vận tốc, hệ số bám, độ
lệch phanh, cường độ phanh. Kết quả khảo sát chỉ ra rằng, khi phanh đoàn xe yếu tố mất ổn định
phanh là nghiêm trọng hơn là gia tốc phanh. Vì vậy nhu cầu thiết kế ABS và điều khiển ổn định
hướng đoàn xe có tính cấp thiết.
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 mô hình cho các đoàn xe khác nhau

với số khâu liên kết lớn hơn 2.
23