điều khiển chuyển động của ô tô, máy kéo vehicle dynamics and control

ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG
CỦA Ô TÔ, MÁY KÉO
"VEHICLE DYNAMICS AND CONTROL"

1


NỘI DUNG
Thời lượng: 03 tín chỉ
NỘI DUNG
• An toàn giao thông
• Điều khiển hướng chuyển động
• Bổ sung các kiến thức về phanh
Mục tiêu: Cung cấp
 Các khái niệm về an toàn chuyển động, về động lực học và
điều khiển chuyển động
 Giải thích một số kết cấu mới hiện nay đang trang bị trên ô tô
 Xây dựng các mô hình tính toán cơ bản trong nghiên cứu
 Phương pháp nghiên cứu các ảnh hưởng của kết cấu và một
số các giải pháp chính hoàn thiện khả năng an toàn chuyển
động của ô tô trong khai thác sử dụng.
2


PHƯƠNG PHÁP HỌC TẬP
• Học tập theo giảng dạy trên lớp
–
–
–
–

Nghe giảng
Sách tham khảo
Làm bài tập về nhà
Thảo luận bài trên lớp

• Kiểm tra sau khi học: (theo lịch của BM)
– Thi viết gồm : 01 câu hỏi tự luận
01 bài tập cụ thể

• Tài liệu học tập
– Cơ sở thiết kế ô tô NXBGTVT 2006
– Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô NXBGTVT 1996
3


Phần 1

AN TOÀN GIAO THÔNG
1.

Các khái niệm về ATGT

2.

An toàn chủ động trong vận hành ô tô

3.

An toàn thụ động

4.

An toàn môi trường

4


Các khái niệm về ATGT
•
•
•

ATGT và tai nạn giao thông
Các yếu tố liên quan tới tai nạn giao thông
Định nghĩa về an toàn chủ động và an toàn thụ động

Mục đích
•

Các khái niệm về an toàn giao thông của ô tô (ATGT)

•

Các giải pháp chung nâng cao an toàn cho ngƣời và
xe trên ô tô trƣớc và trong và sau tai nạn nhằm hạn
chế TNGT

5

ATGT và TNGT
Tai nạn giao thông (TNGT)

là sự việc bất thường khi các đối tượng tham gia giao thông đang
hoạt động trên đường, nó xẩy ra ngoài ý muốn chủ quan của con
người và gây ra thiệt hại nhất định về người và tài sản cho xã hội

An toàn giao thông (ATGT)

là một đặc tính của giao thông nhằm hạn chế tối đa các TNGT xảy ra,
giúp cho con người thực hiện mục đích vận tải, không gây tác hại xấu
cho cộng đồng

Các thành phần cơ bản

1. An toàn không để xảy ra TNGT (an toàn chủ động)
2. An toàn để hạn chế tổn thất (an toàn thụ động)
3. An toàn đối với môi trường cộng đồng (an toàn môi trường)

Các yếu tố liên quan tới ATGT
–
–
–
–

kết cấu ô tô,
tính điều khiển,
các thiết bị an toàn thụ động
môi trường sống của con người (khí xả, độ ồn, bụi độc …).
6

Các yếu tố liên quan tới TNGT
AN TOÀN TRONG VẬN HÀNH TRÊN ĐƢỜNG

Người lái

Đường

Xe
An toàn trong vận
hành

An toàn chủ động

An toàn thụ động

Tính chất
chuyển động

Y tế

An toàn ngoài vận hành
đảm bảo chống:
tự trôi xe
cháy
bị đâm (tín hiệu đỗ xe)
bị trộm
Sau va chạm
Giảm chấn thƣơng

Giảm khả năng cháy, nổ

Tính chất
môi trƣờng
Khả năng
quan sát
Khả năng
điều khiển

Khi va chạm

Bên ngoài
Hạn chế tổn thất cho:
người bộ hành
Phương tiện khác

Bên trong
Hạn chế tổn thất cho người
và hàng hóa trong xe

Đảm bảo sự sống của con người
Hình 2-22: Các thành phần cơ bản của tính an toàn trong vận hành

7


An toàn chủ động
An toàn chủ động là đặc tính an toàn bao gồm tất cả các tính chất của ô tô giúp
cho người lái có thể điều khiển được ô tô khi xuất hiện chướng ngại đột xuất,
hay có thể vượt qua chướng ngại mà không xảy ra TNGT.

Các yếu tố có thể chia 2 nhóm:
1.

Các đặc tính của kết cấu ô tô liên quan đến khả năng điều khiển và thích ứng trước tác
động điều khiển:
– Đặc tính phanh ô tô,
– Đặc tính gia tốc,
– Tính ổn định hướng chuyển động,
– Khả năng đi trên đường rích rắc,
– Độ nhạy cảm trước ngoại lực không mong muốn,
– Tính chất tín hiệu âm thanh, hệ thống chiếu sáng,
– Khả năng quan sát của lái xe trên ghế ngồi:
– Khả năng điều khiển chính xác và kịp thời của các cơ cấu xung quanh người lái.

2.

Các đặc tính liên quan đến tính tiện nghi của người lái: nhằm tránh gây mệt mỏi người lái
trong quá trình điều khiển ô tô.
• Sự thích hợp của ghế ngồi,
• Các giải pháp về nhân trắc, không gian làm việc người lái trong buồng lái,
• Lực điều khiển và hành trình các cơ cấu gài,
• Đáp ứng tốt khoảng quan sát thực của người lái,
• Vi khí hậu buồng điều khiển (khí hậu, điều hòa, sưởi nóng, thông gió, âm thanh phụ),
• Ánh sáng bên trong và bên ngoài xe phục vụ quan sát trong chuyển động,
• Độ ồn và rung động…
8


CÁC ĐẶC TÍNH LIÊN QUAN TỚI AN TOÀN CHỦ ĐỘNG
AN TOÀN CHỦ ĐỘNG

Khả năng
quan sát

Khả năng
điều khiển

bảo tính tiện
nghi sử dụng)

(Đảm bảo quan sát
và nhìn rõ)

(Tin cậy và điều
khiển chính xác)

Tầm quan
sát rộng rãi

Vị trí
ngƣời lái

Khả năng
phanh xe

Khí hậu bên
trong xe
Thông gió
Điều hòa
Vi khi hâu

Quan sát
trƣớc, sau xe

Vị trí cơ cấu
điều khiển

Khả năng ổn
định hƣớng

Mức độ độ
ồn trong xe

Chiếu sáng
đƣờng chạy

Lực điều
khiển

Khả năng
bám đƣờng

Tiện nghi
ghế ngồi

Khả năng
quan sát:

Thiết bị kiểm

Khả năng ổn
định khí độg

(vị trí, kích
thước, chống
rung, điều
chỉnh..)

chiếu sàng
trong, kính,
gƣơng, thiết bị
tín hiệu, màu
trong và ngoài
xe

Tính chất
chuyển động
(Giảm tai nạn giao
thông do ô tô)
Khả năng
gia tốc

Tính chất
môi trƣờng
(Đảm

Tạo tâm lý
thoải mái

Hình 2-23: An toàn chủ động của ô tô

tra và tín hiệu

Khóa cửa
an toàn
Tín hiệu âm
thanh

9


CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Tính chất động lực học của ô tô
Khả năng điều khiển
Bố trí ghế ngồi
Bố trí các cơ cấu điều khiển
Khả năng quan sát
Vi khí hậu
Độ ồn trong
(xem tài liệu tham khảo)

10

An toàn thụ động
An toàn thụ động bao gồm các đặc tính và chất lƣợng kết cấu ô tô, để khi xảy ra tai
nạn, đảm bảo tổn thất là ít nhất.
Các tai nạn giao thông này có thể gây tổn hại đến con ngƣời tham gia giao thông.
Theo các nhà nghiên cứu thi có thể chia ra theo các mức:
Mức 0 - Không gây tổn thƣơng cho con ngƣời,
Mức 1 - Tổn thƣơng nhỏ,
Mức 2 - Tổn thƣơng vừa,
Mức 3 - Tổn thƣơng nặng,
Mức 4 - Tổng thƣơng rất nặng,
Mức 5 - Tổn thƣơng nghiêm trọng xác suất sống sót nhỏ,
Mức 6 - Tổn thƣơng rất nghiêm trọng không có khả năng sống.
AN TOÀN
THỤ ĐỘNG

(10-15)%
(60-65)%
14%

Đảm bảo an toàn cho Đảm bảo an toàn cho
bên trong xe
bên ngoài xe

(8-10)%

Hình 2-36: An toàn thụ
động của ô tô

11


Các tiêu chuẩn bảo vệ con người
Các tiêu chuẩn về bảo vệ con ngƣời thiết lập theo các hệ thống đang
đƣợc áp dụng rộng rãi:
 ECE ( Economic Commision Community) – hình thành 1958 tại Geneve,
 EEC (European Economic Community) – hình thành 1993 cho các nƣớc
EU, ngày nay ký hiệu gọn bằng tiếng Anh là: EC, hệ thống tiêu chuẩn ECE
cũng nằm trong hệ thống EC.
 FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standart) – tiêu chuẩn của Mỹ.
 Tiêu chuẩn ISO

Khi xảy ra tai nạn làm giảm thiểu tổn thất của con ngƣời bằng cách:
– Hạn chế tối đa sự va chạm cứng với các bộ phận cứng của cơ thể để gây
nên gãy vỡ xƣơng (mức 3 trở lên),
– Đảm bảo khoảng không gian cho phép để con ngƣời trong xe có khả năng
duy trì sự sống (mức 3 trở lên),
– Giảm thiểu khả năng gây thƣơng tích cho lái xe và ngƣời trong xe bởi các
cơ cấu điều khiển, các bề mặt trong của vỏ xe và các bề mặt xung quanh
con ngƣời (trang bị nội thất),
– Đảm bảo khả năng tháo dỡ nhanh các cụm để giảm thời gian cứu hộ con
ngƣời trong xe,
– Hạn chế tối đa xảy ra cháy nổ,
12


Nội dung tóm tắt của Tiêu chuẩn ECE
liên quan tới việc bảo vệ con ngƣời
AN TOÀN THỤ ĐỘNG

Khi va chạm

PHƢƠNG TiỆN
GT

Sau va chạm

Các thành phần tham gia
giao thông khác

Tự bảo vệ

Bảo vệ các thành phần tham gia
giao thông khác

Bảo vệ ngƣời lái

Bảo vệ hành khách trên xe

Bảo vệ ngƣời đi bộ,xe máy

Bảo vệ ngƣời trong xe

Kết cấu trong xe
Hệ thống đai, túi
giữ

Kết cấu buồng lái

Kết cấu ngoàI vỏ

Giới hạn cơ
sinh học

Kết cấu an toàn trong xe

Kết cấu trong khung vỏ

Kết cấu ngoài khung vỏ

Giới hạn cơ
sinh học

Kết cấu An toàn ngoài xe

Khả năng sống cho tất cả thành phần tham gia Giao thông
Hình 2-37: An toàn thụ động và vấn đề bảo vệ con ngƣời

13


CÁC GIẢI PHÁP KẾT CẤU
1. Bảo vệ ngƣời lái và ngƣời ngồi trên xe bao gồm các vấn đề chính sau:
– Các bộ phận đàn hồi bên trong của khung vỏ
– Loại trừ các vật liệu khi gẫy vỡ tạo dạng nhọn sắc, cứng,
– Chống văng các mảnh vỡ do va đập,
– Làm mềm các vật có thể gây nên sát thƣơng với ngƣời khi bị va chạm,
– Gữi chặt ngƣời ngồi không bị văng (dây đai, gối đỡ đầu, tựa ghế),
– Khoá của an toàn chặt chẽ (gây tự mở cửa khung giá bản lề cửa, …),
– Sử dụng các vật liệu mềm giảm va đập ….
– Sự cháy của ô tô

– Trang bị nội thất
– Dây đai an toàn và túi khí bảo vệ

2. Bảo vệ ngƣời ngoài xe
– Tạo nên các tấm chắn giảm va phía trƣớc và sau xe,
– Kết cấu hợp lý các phần đầu xe, tránh va chạm vào chỗ cứng của ngƣời đi
đƣờng…,
– Loại trừ tất vả những đƣờng cong nhọn trên khung vỏ (bán kính công
nghệ trên khung vỏ ô tô con không cho phép nhỏ hơn 2,5 mm),
– Loại trừ mọi kết cấu bắt bên ngoài có thể văng xa khi xảy ra tai nạn.
14


An toàn môi trường
An toàn đối với môi trường được đặt ra cho bất kỳ một sản phẩm do con
người tạo ra.
Đối với ô tô, an toàn đối với môi trường được đặt ra với các mặt chính
sau: khí xả, độ ồn, nhiệt, bụi chất thải sau và trong sử dụng ....
Các quy định ngày nay tập trung vào giảm thiểu ô nhiễm do khí xả, độ ồn,
chất thải sau và trong sử dụng.
Các tiêu chuẩn này một phần nằm trong tiêu chuẩn của quốc tế trong chế
tạo ô tô, một số khác lại nằm trong tiêu chuẩn quốc tế về bảo vệ sức
khỏe của cộng đồng.
a) Khí xả của động cơ đốt trong
b) Độ ồn ngoài
c) Vật liệu atbet
d) Môi chất làm lạnh

15

Khí xả của động cơ đốt trong
1,5

g/km

g/km

Xăng
1,0

0,10

LPG
Diezel

0,05

0,5

0

0
CO

CnHm

NOx

Muội

Hình 2-46: So sánh khí xả của các loại nhiên liệu Xăng, LPG, Diezel

Các giải pháp kỹ thuật hạn chế ô nhiễm môi trường theo hai hướng cơ bản:
– Hạn chế việc tạo ra chất độc hại do khí xả gây nên nhờ:
• Sử dụng các loại năng lƣợng khác ít ô nhiễm: điện, hydro, năng lƣợng
mặt trời, hơi nƣớc, khí nén, LPG …..
• Tác động vào kết cấu động cơ: hoàn thiện quá trình cháy, sử dụng điều
khiển điện tử tác động theo hƣớng tối ƣu,
• Sử dụng liên hợp năng lƣợng điện và động cơ đốt trong (Hybrid),
• Tiêu chuẩn hóa chặt chẽ nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong….
– Khử bớt chất độc hại trƣớc khi đẩy ra môi trƣờng nhƣ:
16
sử dụng các bộ lọc, các bộ trung hòa chất độc hại…


Môi chất làm lạnh
môi chất R-12 và R-134a
•

Môi chất làm lạnh R-12 chlorofluocarbon CFC) chất làm lạnh
tốt. Nhƣng khi thoát ra môi trƣờng, bay lên khí quyển nguyên
tử Clo tham gia phản ứng với O3 trong tầng Ôzon và là nguyên
nhân phá hủy tầng Ôzon bảo vệ trái đất.

•

Môi chất làm lạnh R-134a (hydrofluocarbon HFC), không hòa
tan trong dầu khoáng chất nên chất hòa tan là dầu tổng hợp
polyalkalinegglycol (PAG) hay polyoester (POE). Trong cấu trúc

của HFC không có gốc Clo nên không gây ảnh hƣởng xấu đến
tầng Ôzon bảo vệ trái đất.

•

Theo công ƣớc quốc tế ngày nay chỉ đƣợc sử dụng R-134a

17


Phần 2
ĐIỀU KHIỂN HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG
CỦA Ô TÔ
VEHICLE LATERAL DYNAMICS AND CONTROL

PGS. TS. NGUYỄN KHẮC TRAI


YÊU CẦU SAU MÔN HỌC
Yêu cầu về lý luận
1.
Các quy luật chuyển động của ô tô khi quay vòng
2.
Khái niệm quay vòng đúng, thừa, thiếu - Ứng dụng
3.
Ảnh hƣởng cua hệ thống treo khi quay vòng
4.
Khả năng ổn định chuyển động
Giải thích đúng các kết cấu
1.

2.
3.
4.
5.

Hệ thống phanh hai dùng dạng bố trí chéo?
Ô tô con 1 cầu chủ động có động cơ và cầu trƣớc chủ động?
Bố trí bán kính quay bánh xe ro âm?
Thanh ổn định ngang trên ô tô?
Trọ lực lái, …….

Giải đúng các bài tập đơn giản

1.
2.

Giải các bài toán cơ bản trong quay vòng
Vận dụng các bài toán vào thực tế ch/đg của ô tô


MỞ ĐẦU, KHÁI NiỆM CHUNG
Đặt vấn đề
Điều khiển

Tốc độ

Động cơ

Phanh

Hướng

Số

Lái

Các quan hệ
động lực học


MÔ HÌNH KHẢO SÁT

Đƣờng

Ngƣời lái

Xe


Phƣơng pháp nghiên cứu

Môi
trƣờng
Nhận thức
Hƣớng c/đ yêu x0, y0, Ngƣời
0, 0
cầu
lái
x1, y1, 1, 1

Ngoại cảnh:
Gió bên,
đƣờng,..

v

Liên hệ ngƣợc

Sơ đồ khối mô hình hệ thống điều khiển của ô tô

• Cơ hệ khảo sát
Tuyến tính , phi tuyến trong bài toán ô tô
Phẳng, không gian

Chuyển vị
x0, y0, 0, o


MÔ HÌNH TOÁN CHO ÔTÔ HAI CẦU
Mục đích:

Thiết lập các phƣơng trình quay vòng của ô tô
Tìm hiểu quy luật điều khiển hƣớng theo lý thuyết điều khiển hệ thống
Tác động vào hệ thống, nâng cao chất lƣợng điều khiển (ổn định)

 Mô hình xe
 Mô hình hệ thống lái
 Mô hình bánh xe đàn hồi
Giả thiết chung mô hình xe
phẳng, không để ý treo,

4 bánh xe đàn hồi,
Có gió,
 t như nhau
Mô hình phẳng 1 vết, tuyến tính,
Hình thành bài toán quỹ đạo chuyển động, hành lang quét
Các thông số cần khảo sát (hàm mục tiêu)


MÔ HÌNH Ô TÔ QUAY VÒNG
y
t

Ms1

Pf1

1
S1
x

X1
S3

v

MJz

Tâm áp lực gió

Pf3

X3



3

C

T

Ms3

N



Quỹ đạo ch.đg

P
t

Ms2
Trọng tâm ô tô

Pv’

Pf2

Py
c

S2

X2
S4

b

X4

4
zo

a

Pf4

yo

+

xo

Ms4

L

2

PHƢƠNG TRÌNH QUAY VÒNG
Phƣơng trình
2.7 - Viết khi chiếu trên trục dọc ô tô;
2.8 - Viết khi chiếu trên trục ngang ô tô;
2.9 - Viết khi lấy mômen với trọng tâm ô tô;
(PT quay vòng)
Phƣơng trình cơ học (dạng không chính tắc, chƣa kể đến Z)

Hàm mục tiêu khảo sát:
Quỹ đạo: xo, yo
Hƣớng ch/ đg tiếp theo: 
Góc quay so với toạ độ gốc: 

Ngoại lực tác dụng:
P; N; N.e;
Xi: Si: Msi: Các mô men và lực tại bánh xe

Hàm điều khiển:
t  0