Nghiên cứu xác định các thông số vận tốc góc xoay thân xe đánh giá ổn định quay vòng của xe du lịch sản xuất tại việt nam

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Mai Ngọc Cƣơng. Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình
nghiên cứu của tôi. Nếu tôi có bất cứ hành vi gian lận nào thì tôi hoàn toàn chịu
trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng.
Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2016
Học viên

Mai Ngọc Cƣơng

1


LỜI CẢM ƠN
Với tình cảm chân thành nhất, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với TS. Dương
Ngọc Khánh, ngƣời Thầy đã tận tình, hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi nghiên cứu, hoàn
thành bản luận văn cao học này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, cô giáo Viện Cơ khí và động lực,
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, chỉ bảo tận tình trong quá trình
học tập cũng nhƣ định hƣớng nghiên cứu sau này.
Tôi trân trọng cảm ơn các thầy lãnh đạo Trƣờng, các đồng nghiệp công tác
tại Trƣờng Cao đẳng Công nghiệp Nam Định đã hỗ trợ nhiệt tình tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi hoàn thành Luận văn này.
Do điều kiện thời gian cũng nhƣ hạn chế của bản thân, luận văn không tránh
khỏi những khiếm khuyết. Rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy,
cô giáo, của bạn bè, đồng nghiệp, của những ai quan tâm đến các vấn đề đƣợc đề
cập trong luận văn để kết quả nghiên cứu đƣợc hoàn thiện hơn và có thể ứng dụng
vào thực tiễn.
Xin chân thành cảm ơn./.
Nam Định, ngày 28 tháng 10 năm 2016
Học viên

Mai Ngọc Cƣơng

2


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. 2
MỤC LỤC ................................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ..................................................................... 8
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 11
1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................... 13
1.1. Tình hình an toàn giao thông ở Việt Nam từ năm 2013 đến tháng 6/2016. 13
1.2. Ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô ....................................................... 14
1.3. Đánh giá ổn định chuyển động của ô tô ...................................................... 17
1.4. Mục đích, nội dung, phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài ........................... 22
2. CHƢƠNG 2: LẬP MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ XÁC ĐỊNH CÁC
THÔNG SỐ VẬN TỐC GÓC XOAY THÂN XE ................................................... 24
2.1. Định nghĩa hệ tọa độ .................................................................................... 24
2.2. Thiết lập mô hình toán học xác định quỹ đạo chuyển động của ô tô .......... 27
2.3. Xác định các lực bánh xe ............................................................................. 36
2.4. Mô phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink .............................................. 39
3

CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ VẬN TỐC GÓC

XOAY THÂN XE ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH QUAY VÒNG ..................................... 41

3.1. Đối tƣợng và phƣơng án khảo sát ................................................................ 41
3.1.1. Đối tƣợng .................................................................................................. 41
3.1.2. Các phƣơng án khảo sát ........................................................................... 42
3


3.2. Các kết quả khảo sát và đánh giá ................................................................. 43
3.2.1. Hệ số bám x = 0.8, vận tốc v = 40 km/h, góc đánh lái  = 80 ÷ 110 ....... 43
3.2.2. Hệ số bám x = 0.8, góc đánh lái  =50, vận tốc thay đổi từ v1=45km/h,
v2 = 50km/h, v3 = 55km/h, v4 = 60km/h........................................................... 48
3.2.3. Góc đánh lái  =50, vận tốc v = 40km/h, hệ số bám x1 = 0.5, x2=0.6,
x3= 0.7, x4 = 0.8 .............................................................................................. 53
3.2.4. Góc đánh lái  =50 , vận tốc v = 40km/h, hệ số bám x = 0.8, phanh từ
20% ÷50% .......................................................................................................... 57
3.2.5. Góc đánh lái  =50, vận tốc v = 40km/h, hệ số bám x = 0.5, phanh từ
20% ÷ 50% ......................................................................................................... 68
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 79

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT

Ký

Nội dung

hiệu

Đơn vị

1

L

Chiều dài cơ sở

m

2

A

Diện tích cản chính diện

m2

3

a1

Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trƣớc

m

4

a2

Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau

m

5

W

Bề rộng của xe

m

6

M

Khối lƣợng toàn bộ của xe

kg

7

R

Bán kính tự do của lốp

m

8

F

Hệ số cản lăn

9



Mật độ không khí

10

C

Hệ số khí động

11



Góc đánh lái

0

12



Góc lắc ngang thân xe

0

13

’

Vận tốc góc lắc ngang thân xe

14



Góc lắc dọc thân xe

15

’

Vận tốc góc lắc dọc thân xe

16



Góc xoay thân xe

17

’

Vận tốc góc xoay thân xe

0

18

’’

Gia tốc góc xoay thân xe

0

19

ax

Gia tốc dọc của xe

m/s2

20

ay

Gia tốc ngang của xe

m/s2

21

CL

Độ cứng hƣớng kính lốp

N/m

22

M

Khối lƣợng đƣợc treo

kg/m3

0

/s
0

0

/s
0

/s

/s2

kg

23

mA11,12 Khối lƣợng không đƣợc treo bánh xe trƣớc

kg

24

mA21,22 Khối lƣợng không đƣợc treo bánh xe sau

kg

25

C11,C12 Độ cứng của hệ thống treo trƣớc
5

N/m


26

C21,C22 Độ cứng của hệ thống treo trƣớc

N/m

27

K11,K12 Hệ số cản của giảm chấn trƣớc

Ns/m

28

K21,K22 Hệ số cản của giảm chấn sau

Ns/m

29

Fxij

Lực tác dụng lên bánh xe thứ j của cầu i theo phƣơng x

N

30

Fyij

Lực tác dụng lên bánh xe thứ j của cầu i theo phƣơng y

N

31

Fzij

Lực tác dụng lên bánh xe thứ j của cầu i theo phƣơng z

N

32

M11

Mômen chủ động của bánh trƣớc bên trái

Nm

33

M21

Mômen chủ động của bánh trƣớc bên phải

Nm

34

ξ Aij

Chuyển vị hệ khối lƣợng không đƣợc treo

m

6

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Số liệu thống kê số vụ tai nạn giao thông từ năm 2013 đến 6/2016 .......... 13
Bảng 3.1. Các thông số chính của xe thí nghiệm và khảo sát ..................................... 41

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Biểu đồ biểu thị tỷ lệ nạn giao thông do các phƣơng tiện khác nhau gây ra
tính đến tháng 6/2016. ...............................................................................................14
Hình 1.2. Sơ đồ điều khiển động lực học ô tô ...........................................................15
Hình 1.3. Trạng thái điều khiển khi quay vòng thiếu và thừa...................................16
Hình 1.4. Các thông số đặc trƣng đặc tính quay vòng ..............................................16
Hình 1.5. Quan hệ hình học của xe ...........................................................................18
Hình 1.6. Quan hệ hình học của xe ...........................................................................18
Hình 1.7. Các thông số chính đánh giá ổn định chuyển động của ô tô .....................21
Hình 2.1. Hệ tọa độ xe B (Cxyz) ...............................................................................24
Hình 2.2. Định nghĩa các góc trong mặt phẳng đƣờng .............................................25
Hình 2.3. Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng đƣờng .................27
Hình 2.4. Sơ đồ khối phƣơng trình chuyển động theo phƣơng x..............................28
Hình 2.5. Sơ đồ khối phƣơng trình chuyển động theo phƣơng y..............................29
Hình 2.6. Sơ đồ khối phƣơng trình chuyển động theo phƣơng z ..............................30
Hình 2.7. Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng dọc ......................31
Hình 2.8. Sơ đồ khối phƣơng trình dao động thẳng đứng của phần đƣợc treo .........31
Hình 2.9. Sơ đồ khối phƣơng trình dao động lắc dọc ...............................................32
Hình 2.10. Các lực và mô men tác dụng lên phần đƣợc treo ....................................33
Hình 2.11. Sơ đồ khối phƣơng trình dao động lắc ngang .........................................34
Hình 2.12 Sơ đồ khối phƣơng trình dao động bánh xe 11 ........................................35
Hình 2.13. Sơ đồ khối phƣơng trình dao động bánh xe 12 .......................................35
Hình 2.14. Sơ đồ khối phƣơng trình dao động bánh xe 21 .......................................36

Hình 2.15. Sơ đồ khối phƣơng trình dao động bánh xe 22 .......................................36
Hình 2.16. Mô hình lốp .............................................................................................37
Hình 3.1. Đồ thị 11 ...................................................................................................43
Hình 3.2. Đồ thị ay.....................................................................................................43
Hình 3.3. Đồ thị ’ ....................................................................................................44
Hình 3.4. Đồ thị  .....................................................................................................45
8


Hình 3.5. Đồ thị gia tốc góc xoay thân xe .................................................................45
Hình 3.6. Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe ................................................................46
Hình 3.7. Đồ thị  .....................................................................................................47
Hình 3.8. Đồ thị góc đánh lái 11 ..............................................................................48
Hình 3.9. Đồ thị gia tốc ngang xe ay .........................................................................48
Hình 3.10. Đồ thị vận tốc góc lắc ngang ’ ..............................................................49
Hình 3.11. Đồ thị góc lắc ngang  ............................................................................50
Hình 3.12. Đồ thị gia tốc góc xoay thân xe ” .........................................................50
Hình 3.13. Đồ thị vận tốc góc xoay thân xe ’.........................................................51
Hình 3.14. Đồ thị góc xoay thân xe  .......................................................................52
Hình 3.15. Đồ thị 11 .................................................................................................53
Hình 3.16. Đồ thị ay...................................................................................................53
Hình 3.17. Đồ thị ’ ..................................................................................................54
Hình 3.18. Đồ thị  ...................................................................................................54
Hình 3.19. Đồ thị ” .................................................................................................55
Hình 3.20. Đồ thị ’..................................................................................................55
Hình 3.21. Đồ thị  ...................................................................................................56
Hình 3.22. Đồ thị 11 .................................................................................................57
Hình 3.23. Đồ thị M11 ...............................................................................................57
Hình 3.24. Đồ thị vx ..................................................................................................58
Hình 3.25. Đồ thị ax...................................................................................................59

Hình 3.26. Đồ thị ay...................................................................................................59
Hình 3.27. Đồ thị ’ ..................................................................................................60
Hình 3.28. Đồ thị  ...................................................................................................61
Hình 3.29. Đồ thị ” .................................................................................................61
Hình 3.30. Đồ thị ’..................................................................................................62
Hình 3.31. Đồ thị  ...................................................................................................63
Hình 3.32. Đồ thị s11..................................................................................................63
Hình 3.33. Đồ thị s12..................................................................................................64
9


Hình 3.34. Đồ thị s21..................................................................................................64
Hình 3.35. Đồ thị s22..................................................................................................65
Hình 3.36. Đồ thị Fz11 ................................................................................................65
Hình 3.37. Đồ thị Fz12 ................................................................................................66
Hình 3.38. Đồ thị Fz21 ................................................................................................67
Hình 3.39. Đồ thị Fz22 ................................................................................................67
Hình 3.40. Đồ thị 11 .................................................................................................68
Hình 3.41. Đồ thị M11 ...............................................................................................69
Hình 3.42. Đồ thị M21 ...............................................................................................69
Hình 3.43. Đồ thị vx ..................................................................................................70
Hình 3.44. Đồ thị ax...................................................................................................70
Hình 3.45. Đồ thị ay...................................................................................................71
Hình 3.46. Đồ thị ’ ..................................................................................................71
Hình 3.47. Đồ thị  ...................................................................................................72
Hình 3.48. Đồ thị ” .................................................................................................72
Hình 3.49. Đồ thị ’..................................................................................................73
Hình 3.50. Đồ thị  ...................................................................................................73
Hình 3.51. Đồ thị Fz11 ................................................................................................74
Hình 3.52. Đồ thị Fz12 ................................................................................................74

Hình 3.53. Đồ thị s11..................................................................................................75
Hình 3.54. Đồ thị s12..................................................................................................75
Hình 3.55. Đồ thị s21..................................................................................................76
Hình 3.56. Đồ thị s22..................................................................................................76

10


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, nền kinh tế của Việt Nam đang trên đà tăng trƣởng mạnh, đời sống
của ngƣời dân tăng cao nên nhu cầu đi lại, mua sắm các phƣơng tiện cá nhân cũng
tăng. Trong khi đó điều kiện đƣờng bộ đƣợc cải thiện rất nhiều, tốc độ trung bình
của ô tô đƣợc nâng cao, tốc độ xe tăng lên làm cho thời gian lƣu thông đƣợc rút
ngắn lại, mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế nhƣng khi tăng vận tốc lên cao lại
liên quan đến vấn đề an toàn giao thông. Hiện nay tai nạn giao thông đang là vấn đề
thời sự nóng bỏng. Để cái thiện vấn đề tai nạn giao thông cần phải nâng cao ý thức
của con ngƣời tham gia giao thông, ngƣời điều khiển các loại phƣơng tiện cơ giới
đƣờng bộ: ô tô, xe máy. Về mặt kỹ thuật các phƣơng tiện tham gia giao thông phải
đảm bảo đƣợc tính điều khiển ở mức độ tốt nhất, tức là phải đảm bảo đƣợc quỹ đạo
chuyển động của ô tô khi có tín hiệu điều khiển của ngƣời lái xe.
Việc nghiên cứu về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô đối với Việt Nam
hiện nay là rất cần thiết, nó là cơ sở để đánh giá chất lƣợng của các loại ô tô du lịch
sản xuất tại Việt Nam. Khai thác các phƣơng tiện hiện có đồng thời là cơ sở để đánh
giá chất lƣợng của các loại ô tô khi cải tiến, lắp ráp, hoán cải mục đích sử dụng và
nâng cao an toàn trong chuyển động, góp phần đẩy nhanh nền kinh tế của nƣớc nhà
và thực hiện các nghị định của Chính phủ về an toàn giao thông.
Xuất phát từ các yêu cầu thực tế, tôi đã lựa chọn đề tài nghiên cứu của mình là
“Nghiên cứu xác định các thông số vận tốc góc xoay thân xe đánh giá ổn định
quay vòng của xe du lịch sản xuất tại Việt Nam”, với mong muốn góp một phần
công sức của mình vào vấn đề an toàn giao thông cũng nhƣ có đƣợc kiến thức về

tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô phục vụ cho công việc của tôi sau
này.
Trong thời gian làm luận văn tôi luôn nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, chỉ bảo quan
tâm tận tình của thầy giáo hƣớng dẫn: TS. Dƣơng Ngọc Khánh cùng các thầy giáo
trong bộ môn ô tô trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn
TS. Dƣơng Ngọc Khánh, các thầy trong bộ môn cùng các bạn đồng nghiệp đã tận
tình giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn của mình.
11


Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Viện Đào Tạo Sau Đại Học Bách Khoa Hà
Nội và đơn vị công tác đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2016
Học viên

Mai Ngọc Cƣơng

12


1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

Tình hình an toàn giao thông ở Việt Nam từ năm 2013 đến tháng
6/2016.

Theo tin tức của cảnh sát giao thông: Trong những năm gần đây tình hình tai
nạn giao thông (TNGT) ở nƣớc ta có xu hƣớng giảm nhƣng số vụ tai nạn vẫn còn
rất cao, TNGT đã cƣớp đi sinh mạng của hàng nghìn ngƣời mỗi năm.
Bảng 1.1. Số liệu thống kê số vụ tai nạn giao thông từ năm 2013 đến 6/2016 [1]

Năm

Số vụ tai nạn

Số ngƣời chết

Số ngƣời bị thƣơng

2013

29385

9369

29500

2014

25322

8996

24417

2015

22827

8700

21069

1-6/2016

10227

4362

8939

Tai nạn giao thông đƣờng bộ (TNGTĐB) là một trong những nguyên nhân gây
tử vong hàng đầu cho ngƣời, trung bình mỗi năm có trên dƣới 10 triệu ngƣời tử
vong vì TNGTĐB và hàng chục triệu ngƣời khác bị thƣơng tích. Cùng với đó là
những thiệt hại khổng lồ về kinh tế, bao gồm: chi phí mai táng ngƣời chết, chi phí y
tế cho ngƣời bị thƣơng, thiệt hại về phƣơng tiện giao thông, về hạ tầng, chi phí khắc
phục, điều tra vụ TNGT đó cùng với thiệt hại do hao phí thời gian lao động của
chính ngƣời bị tai nạn và cả của những ngƣời chăm sóc ngƣời đó. Mặt khác TNGT
gây nên những tác động tâm lý cả trƣớc mắt cũng nhƣ về lâu dài đối với mọi ngƣời,
nó để lại những di chứng về tâm lý hết sức nặng nề cho ngƣời bị tai nạn, ngƣời thân
của ngƣời đó và nếu nhƣ trong một địa phƣơng, một quốc gia xảy ra TNGT quá
nhiều sẽ gây nên hiện tƣợng bất an cho cƣ dân ở đó. Trong tổng số các vụ tai nạn có
đến 25% số vụ liên quan đến ô tô chiếm tỷ lệ thƣơng vong cao.

13


Hình 1.1. Biểu đồ biểu thị tỷ lệ nạn giao thông do các phương tiện khác nhau gây ra
tính đến tháng 6/2016.
Để giảm thiểu số vụ tai nạn cũng nhƣ hậu quả của các vụ tai nạn giao thông,
nhà nƣớc đã đề ra nhiều biện pháp nhƣ tuyên truyền nhằm nâng cao ý thức của

ngƣời tham gia giao thông, đầu tƣ cải thiện chất lƣợng công trình giao thông, và áp
dụng các biện pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo tính ổn định của xe.
1.2.

Ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô

a. Sơ đồ điều khiển chuyển động của ô tô
Động lực học ô tô là một chỉnh thể nhất quán, không tách rời đƣợc. Khi
chuyển động trên đƣờng, xe chịu tác động của các yếu tố: các yếu tố ngoại cảnh nhƣ
gió, đƣờng nghiêng/dốc; độ bám và chịu sự tác động của lái xe nhƣ mức độ ga
(MA), phanh (MB) và quay vô lăng (). Các yếu tố ngoại cảnh và các phản ứng của
lái xe là ngẫu nhiên, khác nhau ở từng lái xe. Tƣơng tác bánh xe với đƣờng có tính
chất phi tuyến: bản chất truyền lực lốp – đƣờng có tính chất “khớp – đàn hồi – ma
sát”. Vì vậy, phản ứng của xe không tuyến tính, các đại lƣợng vận tốc dọc, ngang và
vận tốc góc quay thân xe đặc trƣng cho khả năng ổn định hƣớng của ô tô.
Với một tình huống cụ thể, lái xe có thể điều khiển một cách ngẫu nhiên và xe
chuyển động có thể không nhƣ ý, thậm chí là mất khả năng điều khiển. Trong vùng
chƣa mất điều khiển, lái xe thay đổi ga, phanh hoặc quay vô lăng nhằm đƣa xe về
quỹ đạo mong muốn. Chúng ta dễ nhận thấy khả năng điều khiển của lái xe vốn bị
hạn chế, vì vậy trong một số tình huống, xe có thể rơi vào vùng mất điều khiển do
lái xe tác động sai. Từ đó các kỹ sƣ phƣơng Tây dƣới áp lực xã hội đã thực hiện ý
14


tƣởng “mở rộng khả năng vốn bị hạn chế của lái xe” bằng cách thiết kế các hệ thống
cơ điện tử: “hệ thống hỗ trợ lái xe” và “các hệ thống an toàn động lực học”, có một
khái niệm khái quát hơn là “ô tô thông minh” hay “ô tô cơ điện tử”. Hình 1.2 là sơ
đồ điều khiển thông thƣờng. Ta có thể hình dung, từ các tín hiệu đo đƣợc nhƣ vận
tốc, gia tốc dọc và ngang cũng nhƣ vận tốc góc và các đại lƣợng quan sát đƣợc khác
liên quan đến ổn định hƣớng, ta có thể dùng chúng để điều khiển quỹ đạo [2].

x, y, 

Hình 1.2. Sơ đồ điều khiển động lực học ô tô
Ô tô là một chỉnh thể thống nhất. Đến nay, chúng ta vẫn chƣa có khả năng
điều khiển tổng thể. Các kỹ sƣ ô tô dựa vào phân tích cấu trúc và phƣơng pháp mô
đun hóa trong lập trình và điều khiển đã phân ra các dạng điều khiển ô tô theo mô
đun.
Các mô đun điều khiển đƣợc phân ra nhƣ sau:
- Điều khiển động lực học phƣơng dọc;
- Điều khiển động lực học phƣơng thẳng đứng;
- Điều khiển động lực học phƣơng ngang;
- Điều khiển tích hợp.
15


Hình 1.3. Trạng thái điều khiển khi quay vòng thiếu và thừa

Hình 1.4. Các thông số đặc trưng đặc tính quay vòng
Hình 1.4 là dấu hiệu xác định trạng thái quay vòng thừa/quay vòng thiếu thông
qua cặp vận tốc và gia tốc quay thân xe [2].
b. Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động ô tô
Trong trƣờng hợp không trƣợt, khi phanh gia tốc dọc làm thay đổi phản lực
phƣơng thẳng đứng, làm giảm hiệu quả phanh; khi tăng tốc, giảm phản lực phƣơng
thẳng đứng cầu trƣớc và giảm khả năng tăng tốc. Do vậy, việc thiết kế điều hòa lực
phanh nhƣ là một yêu cầu cần thiết. Trong trƣờng hợp bánh xe quay có trƣợt, ta
nhận ra rằng, chuyển động ô tô phụ thuộc vào:
16

Phản lực Fz: Các yếu tố ảnh hƣởng đến phản lực thẳng đứng là mấp mô đƣờng,
lực quán tính và mô men quán tính khối lƣợng đƣợc treo, gió. Do vậy, ngoài các yêu
cầu về độ êm dịu chuyển động, ở phƣơng z cần điều khiển hệ thống treo (tích cực
hoặc bán tích cực), điều khiển chống lắc ngang thân xe, điều khiển giảm chấn thủy
lực.
Điều khiển lực kéo, lực phanh: Các giá trị này có giá trị lớn nhất khi mô men
cấp (mô men tăng tốc hoặc mô men phanh) đạt giá trị cực đại. Các lực truyền tại các
vết tiếp xúc bánh xe đƣợc xác lập qua các đại lƣợng động học là hệ số trƣợt dọc và
ngang. Nhƣ vậy, ta phải điều khiển lực kéo, lực phanh theo hệ số trƣợt bằng các hệ
ABS (phanh) và TCS (tăng tốc). Nếu kết hợp ta có hệ ESP = ABS + TCS. Để nâng
cao khả năng động lực học ô tô, ta cần điều khiển cấp mô men ra các cầu, các bánh xe
không vƣợt quá khả năng bám. Điều này đƣợc thực hiện nhờ vi sai điều khiển điện
tử.
Đặc tính động lực học ô tô chịu ảnh hƣởng bởi các yếu tố sau:
Các phản lực từ đƣờng lên lốp Fz: Các phản lực đó chịu tác động của các yếu
tố ngoại cảnh nhƣ mấp mô mặt đƣờng, đƣờng dốc, đƣờng nghiêng, các lực do gió
gây ra, các lực và mô men quán tính khi lái xe tăng tốc, phanh và quay vô lăng;
Hệ số bám thay đổi và khác nhau giữa các bánh xe: cấu trúc lốp, bề mặt
đƣờng, độ ẩm, nhiệt độ lốp – đƣờng;
Các mô men chủ động và mô men phanh đƣợc cấp không hợp lý, vƣợt quá
giới hạn bám;
Tác động của lái xe thái quá, tạo ra các mô men bánh xe lớn hơn sự cần thiết
và tác động đột ngột, nhất là các trạng thái nguy hiểm và đƣờng trơn mà lái xe
không kiểm soát đƣợc.
1.3.

Đánh giá ổn định chuyển động của ô tô

Khi nghiên cứu về quỹ đạo chuyển động của ô tô, từ trƣớc đến nay khi tính
toán các thông số kết cấu, những nhân tố ảnh hƣởng đến tính chất quay vòng của xe,

chƣa tính đến sự biến dạng của lốp xe cho nên giữa bánh xe và mặt đƣờng không có
hiện tƣợng trƣợt, lúc này các quan hệ giữa các thông số chỉ các quan hệ đơn thuần
về mặt hình học nhƣ hình 1.5 mô hình hai vết, hình 1.6 mô hình một vết [3].
17


Hình 1.5. Quan hệ hình học của xe

Hình 1.6. Quan hệ hình học của xe
Từ hình vẽ trên các góc

và Ψ đƣợc xác định nhƣ sau:

+ Góc quay của bánh xe dẫn hƣớng trung bình
coso  cosi 

w
l

tính theo công thức:
(1.1)

18


cos 

l
R1 cos o  cos i
hoặc tg 


l
2
R

(1.2)

Trong đó:
l – chiều dài cơ sở của xe
R – bán kính quay vòng của xe
+ Bán kính quay vòng của xe tính bằng: R 

l
tg

(1.3)

hoặc R  R12  a 22

(1.4)

Trong đó:
R1: Khoảng cách từ tâm quay vòng đến trục đỗi xứng dọc của xe

1
R1  l.cosi  w
2
hoặc R1 

(1.5)

1
l
1
l
w
 w
2
tgi
2
tgo

+ Góc xoay thân xe: tglt 

(1.6)

a2
R

(1.7)

 Bán kính quay vòng tính theo góc xoay thân xe: R 

Vậy ta có thể viết:

l
a
 2
tg tglt

a2
tglt

(1.8)

(1.9)

+ Góc xoay thân xe lý thuyết tính tại trọng tâm ô tô cũng có thể đƣợc xác định

 a2

tg 
 l


theo công thức sau: lt  arctg 

+ Gia tốc ngang lý thuyết của xe: a ylt
Trong đó:
ay – gia tốc ngang của xe
v – vận tốc dài của xe
R – bán kính quay vòng của xe
19

(1.10)
v2

R

(1.11)

Trong trƣờng hợp ô tô chuyển động trên đƣờng vòng bán kính R với vận tốc

Gv2
 const
không đổi, lực ly tâm: Fh 
gR

(1.12)

Trong thực tế, do trên xe sử dụng bánh xe đàn hồi nên khi ô tô chuyển động
trên đƣờng bánh xe bị biến dạng làm cho quan hệ động học của mô hình bị sai khác,
lúc đó quỹ đạo chuyển động của xe cũng nhƣ các tính chất quay vòng sẽ không còn
đúng với trƣờng hợp tính toán theo lý thuyết, sẽ có những sai số dẫn đến việc phân
tích đánh giá các chỉ tiêu về quỹ đạo chuyển động của ô tô không còn chính xác.
Hơn nữa về khía cạnh an toàn giao thông hiện nay, các loại phƣơng tiện vận
tải đƣờng bộ đã nâng cao tốc độ chuyển động, điều kiện đƣờng bộ cũng tốt hơn cho
nên việc tăng tốc trung bình của bánh xe cơ giới đặc biệt là xe du lịch mang lại
nhiều lợi ích về mặt kinh tế nhƣng nếu chúng ta vẫn sử dụng các phƣơng pháp tính
toán đơn giản để đánh giá các chỉ tiêu về quỹ đạo chuyển động của ô tô sẽ không
đảm bảo về mặt an toàn khi các phƣơng tiện giao thông tham gia. Hiện nay vấn đề
an toàn giao thông lại đang là vấn đề nóng của xã hội. Về mặt thiết kế mới, cải tạo,
chuyển đổi mục đích sử dụng của xe cần thiết phải kiểm tra lại các chỉ tiêu, các
nhân tố ảnh hƣởng đến tính chất quay vòng cũng nhƣ quỹ đạo chuyển động của ô
tô.
Khi chuyển động trên các điều kiện đƣờng xá khác nhau cùng với việc sử
dụng lốp cao su đã ảnh hƣởng không nhỏ tới khả năng điều khiển cũng nhƣ độ ổn
định của ô tô. Khi đó, tại bánh xe luôn xuất hiện góc lăn lệch nên chịu đồng thời cả
lực kéo và lực bên. Đặc biệt là khi xe chuyển động trên đƣờng vòng (vào cua) với

sự góp mặt của các lực khác nhƣ: lực ly tâm, lực quán tính, ảnh hƣởng của gió
bên…, khi tăng tốc hoặc khi giảm tốc đột ngột thì khả năng điều khiển, tính ổn định
của xe sẽ có những thay đổi. Lực dọc lại bị giới hạn bởi lực bám, giá trị lực dọc lớn
nhất của bánh xe có thể đạt đƣợc bằng giá trị lực bám của xe với mặt đƣờng. Khi có
mặt lực bên khả năng truyền lực dọc của bánh xe sẽ bị giảm nhỏ, và khi lực kéo đạt
giá trị lớn nhất thì lực bên băng không tức là bánh xe không có khả năng tiếp nhận
lực bên (bánh xe dễ bị trƣợt bên). Ngƣợc lại nếu lực bên đạt giá trị lớn nhất khi đó
bánh xe không có khả năng tiếp nhận lực dọc (bánh xe dễ bị trƣợt dọc). Vì vậy rất
20


cần thiết phải phân bố các lực tại mỗi bánh xe sao cho tận dụng đƣợc khả năng bám
của mỗi bánh xe là tốt nhất thông qua việc phân bố lại trọng lƣợng lên các cầu xe,
điều khiển lực phanh ở từng bánh xe riêng và thậm chí là có thể điều khiển cả mô
men xoắn của động cơ. Từ đó cần nghiên cứu các thông số để đánh giá ổn định
chuyển động của ô tô. Một số thông số động học có thể đƣợc sử dụng để đánh giá
ổn định chuyển động ô tô nhƣ sau:

'"
'"



'"

v

Hình 1.7. Các thông số chính đánh giá ổn định chuyển động của ô tô
khi quay vòng
Trong đó:

- , ’, ”- góc lắc ngang, vận tốc góc lắc ngang và gia tốc góc lắc ngang: là
các thông số đánh giá ổn định lắc ngang của ô tô và dựa vào các thông số này chúng
ta có thể đánh giá đƣợc trạng thái lật của ô tô.
- , ’- góc lắc dọc, vận tốc góc lắc dọc: là các thông số đánh giá đƣợc độ
chúi của xe, dựa trên các thông số này chúng ta có thể đánh giá dao động của xe
theo phƣơng x (dọc xe)
- , ’, ”- góc xoay thân xe, vận tốc góc xoay thân xe và gia tốc góc xoay
thân xe: là các thông số đánh giá đƣợc ổn theo phƣơng z của xe khí xe chuyển động
hƣớng, và khi phanh.
- ay – gia tốc ngang của xe: là thông số đánh giá đƣợc phản ứng của xe theo
điểu khiển của ngƣời lái.
- ax – gia tốc dọc xe là thông số đánh giá đƣợc ổn định của xe theo phƣơng
dọc.
21


- Bên cạnh đó các thông số về lực bánh xe cũng có thể đánh giá đƣợc trạng
thái của xe thông qua sự trƣợt dọc và trƣợt ngang của xe tuy nhiên khó xác định trên
thực tế nên chỉ dùng đánh giá trên lý thuyết.
Nhƣ vậy, qua các phân tích trên học viên nhận thấy để nghiên cứu quỹ đạo
chuyển động của ô tô chỉ căn cứ vào các quan hệ hình học thì chƣa đủ, mà cần thiết
phải kể đến ảnh hƣởng của điều kiện chuyển động, các đặc tính biến dạng của lớp
cao su đàn hồi, thông số kết cấu của xe. Khi kể đến các yếu tố này nó làm cho quan
hệ hình học của ô tô thay đổi, làm cho đặc tính quay vòng của ô tô có thể là quay
vòng đủ hoặc quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa.
1.4.

Mục đích, nội dung, phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài

Xuất phát từ những nhận định trên học viên đã chọn hƣớng xây dựng đề tài

luận văn tốt nghiệp là: “Nghiên cứu xác định các thông số vận tốc góc xoay thân xe
đánh giá ổn định quay vòng của xe du lịch sản xuất tại Việt Nam”. Với mục đích
khảo sát quá trình quay vòng, xác định các thông số vận tốc góc xoay thân xe là cơ
sở cho việc thiết kế hệ thống lái cũng nhƣ các hệ thống kiểm soát ảnh hƣởng chuyển
động trên ô tô. Do đó xây dựng đƣợc mô hình nghiên cứu của xe ô tô, có kể đến ảnh
hƣởng của sự biến dạng của lốp. Khảo sát quỹ đạo chuyển động của xe khi biết
trƣớc quy luật đánh lái, xem xét các nhân tố ảnh hƣởng đến quỹ đạo chuyển động
của xe khi kể đến đặc tính biến dạng của lốp và sự phân bố khối tải trọng lên các
bánh xe.
Bên cạnh đó điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay, chƣa có đƣợc bãi thử,
phòng thí nghiệm để đánh giá tính chất quay vòng của ô tô. Kể cả trong trƣờng hợp
có đầy đủ các điều kiện làm thí nghiệm thì việc mô phỏng trên máy tính giúp chúng
ta rút ngắn đƣợc thời gian làm thí nghiệm.
Với mục đích nhƣ vậy nội dung của luận văn sẽ trình bày về lý thuyết tính
toán bánh xe đàn hồi, khảo sát các trƣờng hợp quay vòng của ô tô và đƣa ra một số
biện pháp để khắc phục những trƣờng hợp quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa để
đảm bảo cho tính ổn định chuyển động cũng nhƣ an toàn của ô tô.
Cụ thể luận văn bao gồm các nội dung chính sau:
Chƣơng 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu
22


Chƣơng 2: Lập mô hình động lực học ô tô xác định các thông số vận tốc góc
xoay thân xe.
Chƣơng 3: Khảo sát xác định các thông số vận tốc góc xoay thân xe đánh giá
ổn định quay vòng
Phƣơng pháp nghiên cứu: Xây dựng một mô hình động lực học 4x4 của xe con
nhằm xác định các thông số động lực học để đánh giá ổn định chuyển động của ô tô
khi quay vòng và khi phanh. Mô hình đƣợc thiết lập theo phƣơng pháp tách hệ
nhiều vật và áp dụng phƣơng trình Newton - Euler cho từng vật đƣợc tách cấu trúc

và đƣợc mô hình hóa bằng phần mềm Matlab Simulink để mô phỏng mô hình toán
học đƣợc lập. Học viên đã khảo sát trong một số trƣờng hợp chuyển động thƣờng
gặp nhƣ quay vòng và tích hợp phanh ở các điều kiện khác nhau.

23


2. CHƢƠNG 2: LẬP MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ XÁC ĐỊNH CÁC
THÔNG SỐ VẬN TỐC GÓC XOAY THÂN XE
2.1.

Định nghĩa hệ tọa độ

Để xét các thuộc tính chuyển động của xe ta định nghĩa hệ tọa độ cục bộ xe
B(Cxyz) nhƣ hình 2.1. Trục Cx là trục dọc đi qua trọng tâm C, chỉ hƣớng chuyển
động tịnh tiến của trục xe; trục Cy là trục ngang, chỉ hƣớng chuyển động ngang của
xe, thƣờng ký hiệu sang trái so với lái xe; trục Cz là trục thẳng đứng vuông góc với
mặt Cxy là mặt đƣờng, có hƣớng ngƣợc với tâm quả đất. Góc  là góc lắc ngang
của xe quanh trục Cy, góc  là góc lắc dọc của xe quanh trục Cx, góc ψ là góc quay
thân xe quanh trục Cz [4,6].

Hình 2.1. Hệ tọa độ xe B (Cxyz)
Tại các điểm tiếp xúc của bánh xe với đƣờng tồn tại các phản lực (Fx, Fy, Fz).
Hợp lực của nó (F, M) sẽ là các lực, mô men tại trọng tâm C làm cho xe chuyển
động. Nó là các yếu tố quyết định khả năng ổn định và quay vòng của ô tô.

24


- Lực tiếp tuyến Fx là lực tác dụng dọc theo trục Cx. Nếu Fx > 0 xe tăng tốc,

nếu Fx < 0 xe bị phanh. Ngƣời ta có thể gọi Fx là lực kéo, lực chủ động nếu Fx > 0
và là lực phanh nếu Fx < 0 ;
- Fy là lực ngang, vuông góc với mặt phẳng (FzFx). Fy > 0 khi có hƣớng về bên
trái của lái xe, thƣờng đƣợc gây ra chủ đạo bởi góc quay bánh xe, tạo ra mô men
quay thân xe quanh trục Cz và để quay vòng.
- Fz là phản lực thẳng đứng, vuông góc với mặt nền Cxy, có thể gọi là lực
thẳng đứng hoặc tải của xe. Fz phụ thuộc kích động mặt đƣờng, gió, lực quán tính
.. .. .. ..

gây ra do x, y, , , và sau cùng là khả năng dập tắt dao động của hệ treo;
..

- Mx là mô men lắc ngang quanh trục Cx do lực quán tính ly tâm m y và gió
gây ra;
- My là mô men lắc dọc quanh trục Cy làm thay đổi tải qua các bánh trƣớc và
sau và do tăng tốc, phanh hay gió gây ra;
- Mz là mô men quay thân xe quanh trục Cz.
Y
x

V

r1

y

r4

a1

r2

d

2

r3

C

a

w



X

O

Hình 2.2. Định nghĩa các góc trong mặt phẳng đường
Ta gọi B(Cxyz) là hệ tọa độ xe (cục bộ) và G(OXYZ) là hệ tọa độ cố định
(mặt đất), xem hình 2.2. ψ là góc quay thân xe, hợp giữa trục Cx và véc tơ vận tốc
v. Tổng góc (ψ + β) là góc hƣớng của xe, tức là góc giữa véc tơ vận tốc v và trục
OX. Trục OZ vuông góc với mặt phẳng OXY, trục Oz vuông góc với mặt phẳng
Cxy [2].
25