Nghiên cứu điều khiển tỷ số truyền hệ thống lái nhằm tăng ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
----------***----------

NGUYỄN ANH TUẤN

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỶ SỐ TRUYỀN
HỆ THỐNG LÁI NHẰM TĂNG ỔN ĐỊNH QUỸ ĐẠO
CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ

Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô - máy kéo
Ngành: Cơ khí động lực
Mã số: 95.20.116

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI - 2018


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Giao thông Vận Tải

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Đào Mạnh Hùng
2. TS. Nguyễn Khắc Huân

Phản biện 1: PGS.TS. Bùi Hải Triều
Phản biện 2: GS.TS. Vũ Đức Lập
Phản biện 3: PGS.TS. Lưu Văn Tuấn

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá Cấp Trường

họp tại Trường Đại Học Đại học Giao thông Vận Tải vào hồi
……. ngày...… tháng … năm 201….

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia, Hà Nội
- Thư viện Trường Đại học Đại học Giao thông Vận Tải


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hệ thống lái là một trong những hệ thống quan trọng của ô tô, có chức năng thay
đổi và ổn định hướng khi ô tô chuyển động, do đó giữ vai trò quyết định đến tính an
toàn chuyển động của ô tô. Hệ thống lái tích cực AFS (Active Front Steering) giúp
người lái kiểm soát được các tình huống mất ổn định, nâng cao tính an toàn chuyển
động của ô tô.
Hệ thống lái tích cực là một trong các công nghệ mới được ứng dụng trong ngành ô
tô. Tại Việt Nam cho tới nay đã có một vài đề tài đề cập đến ảnh hưởng của hệ thống lái
đến quỹ đạo chuyển động của ô tô, tuy nhiên các hướng nghiên cứu mới tập trung chủ
yếu vào các hệ thống lái có trợ lực chứ chưa đầu tư nghiên cứu sâu về hệ thống lái tích
cực. Xuất phát từ các yêu cầu thực tế trên, nghiên cứu sinh đã chọn đề tài: “Nghiên cứu
điều khiển tỷ số truyền hệ thống lái nhằm tăng ổn định quỹ đạo chuyển động của ô
tô” nhằm góp phần tạo dựng cơ sở lý thuyết và kiểm nghiệm trên mô hình bán thực
nghiệm phục vụ cho việc đánh giá chất lượng của sản phẩm được thiết kế, chế tạo, hoàn
thiện bộ điều khiển điện tử trên hệ thống lái tích cực nói chung.
2. Mục tiêu nghiên cứu
+ Xây dựng mô hình động lực học của ô tô
+ Xây dựng mô hình động lực học hệ thống lái tích cực
+ Xây dựng thuật toán, thiết kế bộ điều khiển tỷ số truyền hệ thống lái nhằm
ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô và được kiềm chứng bằng mô hình bán thực

nghiệm
3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài: là hệ thống lái tích cực trên ô tô con
Phạm vi nghiên cứu của đề tài:
+ Đề tài chỉ nghiên cứu điều khiển thay đổi tỷ số truyền góc của hệ thống lái
+ Tiến hành thực nghiệm trên mô hình bán thực nghiệm với các chế độ quay
vòng ổn định, chuyển làn, chuyển động thẳng vận tốc thay đồi và khi có gió ngang
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu của luận án là nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
5. Nội dung và bố cục của luận án
Xuất phát từ mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu, bố cục
của luận án gồm có bốn chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Xây dựng mô hình động lực học ô tô và hệ thống lái.
Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển và khảo sát chuyển động của ô tô với hệ thống
lái tích cực.
Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm.


2
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô
1.1.1. Khái quát về an toàn chuyển động
An toàn chuyển động là những giải pháp kỹ thuật đảm bảo cho ô tô và người
ngồi trên xe an toàn trong quá trình chuyển động, đây là một trong những vấn đề
đang được rất nhiều các nhà khoa học nghiên cứu hiện nay. An toàn chuyển động có
thể được chia thành hai loại là an toàn thụ động và chủ động.
1.1.2. Ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô
* Mất ổn định hướng khi quay vòng

Khi ô tô quay vòng, do ảnh hưởng của sự biến dạng bên của lốp, bán kính quay vòng
thực tế của ô tô có thể khác với bán kính quay vòng mong muốn của người điều khiển,
dẫn đến mất ổn định quỹ đạo chuyển động gây nguy hiểm cho người và phương tiện.
* Mất ổn định hướng do tác dụng của gió ngang
Khi ô tô đang chuyển động thẳng, giá trị lực gió ngang lớn sẽ làm các lốp xe bị
biến dạng bên và lăn lệch khỏi hướng chuyển động thẳng.
* Mất ổn định hướng khi phanh
Hiện tượng mất ổn định quỹ đạo chuyển động còn có thể xảy ra khi ô tô phanh
gấp trên đường có hệ số bám không đều giữa hai bên bánh xe hoặc bánh xe giữa các
cầu bị bó cứng không đồng thời.
1.1.3. Tỷ số truyền của hệ thống lái
* Tỷ số truyền góc
Tỷ số truyền góc của cơ cấu lái là tỷ số giữa góc quay vành lái và góc quay bánh xe
dẫn hướng

ic 

 sw
 FW

Trong đó: δsw là góc quay vành lái
δFW là góc quay bánh xe dẫn hướng
* Tỷ số truyền lực
Là tổng tỷ số giữa mô men cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng
và mômen đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng.

il 

TFW
Tsw

Trong đó:
TFW - mô men tác dụng lên bánh xe dẫn hướng
Tsw - mô men đặt lên vành lái
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài và trong nước
1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Đối với hệ thống lái tích cực (Active Steering), các công trình nghiên cứu trên
thế giới tập trung vào các hướng sau:


3
- Hướng thứ nhất: Nghiên cứu và thiết lập mô hình động lực học của ô tô với
hệ thống lái tích cực để ổn định quỹ đạo tiêu biểu là các công trình như: Sylvain
Tardy đã nghiên cứu ổn định chuyển động của ô tô với hệ thống lái tích cực với phần
mềm CarMaker Simulations.
- Hướng thứ hai: Nghiên cứu thay đổi tỷ số truyền khi xe thay đổi tốc độ của
các tác giả Wolfgang Reinelt, Katsuhiko Satoh… đã phát triển hệ thống điều khiển
hệ thống lái tích cực.
- Hướng thứ ba: Nghiên cứu về cơ cấu chấp hành của hệ thống lái tích cực như
cơ cấu bánh răng hành tinh, mô tơ trợ lực lái của Willy Klier và Wolfgang Reinelt
và Bjoern Avak
- Hướng thứ tư: Các nghiên cứu về bộ điều khiển của hệ thống lái tích cực tiêu
biểu như công trình của Masao Nagai và FengYing
Tuy nhiên, sự hiểu biết của chúng ta về các công nghệ này chưa thật sự hoàn
thiện vì các công trình nghiên cứu của các tác giả chỉ công bố công bố một phần
hoặc không công bố nên việc tiếp cận các công nghệ trên là rất khó khăn.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Liên quan đến hệ thống lái và quỹ đạo chuyển động của ô tô, trong nước cũng đã
có một số tác giả quan tâm nghiên cứu.
Đỗ Sanh cùng các cộng sự đã biên soạn tài liệu về động học, động lực học, trong

đó đã khảo sát động học quay vòng của ô tô ở tốc độ cao.
Nguyễn Khắc Trai đã cho xuất bản tài liệu sách về tính điều khiển và quỹ
đạo chuyển động của ô tô.
Đào Mạnh Hùng đã làm rõ hơn mối quan hệ tác động giữa bánh xe và mặt đường
của ô tô tải ở Việt Nam.
Nguyễn Tuấn Anh đã giới thiệu bộ điều khiển tối ưu hệ thống lái tích cực ô tô
trên tạp chí giao thông vận tải và tiến hành đánh giá chất lượng bộ điều khiển trong
trường hợp có tác động của gió ngang.
Tóm lại, các đề tài nghiên cứu trong nước những năm gần đây mới chỉ dừng lại
ở mức phân tích động học và động lực học hệ thống lái thông thường, hệ thống lái
tích cực chưa được nghiên cứu sâu sắc để đánh giá hiệu quả và tác động đối với quá
trình chuyển động của ô tô.
1.3. Kết luận chương 1
Chương 1 đã khái quát tiến trình phát triển của các hệ thống lái trên ô tô để thấy
được vị trí và vai trò của hệ thống lái tích cực.
Qua nghiên cứu các công trình liên quan đến đề tài trong, ngoài nước: ổn định
quỹ đạo chuyển động của ô tô, mối quan hệ giữa tốc độ xe và tỷ số truyền, cơ cấu
chấp hành, bộ điều khiển của hệ thống lái tích cực cho thấy nghiên cứu điều khiển
tỷ số truyền hệ thống lái nhằm tăng ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô là hướng
nghiên cứu mang nhiều tính mới, khả thi, có ý nghĩa khoa học cao nhằm từng bước
làm chủ kỹ thuật, công nghệ hiện đại theo xu thế nội địa hóa sản phẩm và phát triển
công nghiệp phụ trợ cho ngành ô tô Việt Nam.


4
CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ
VÀ HỆ THỐNG LÁI
2.1. Xây dựng mô hình chuyển động của ô tô
2.1.1. Mô hình động lực học ô tô

chuyển động trong mặt phẳng
Mô hình ô tô hai vết bánh xe
(Hình 2.1), nghiên cứu chuyển động
của ô tô trong trường hợp tổng quát
khi chịu tác dụng của phản lực dọc và
phản lực ngang từ mặt đường lên các
bánh xe, các lực ngang...với giả thiết
tải trọng tĩnh phân bố đối xứng theo
phương chuyển động của ô tô.
Hình 2.1. Mô hình chuyển động của ô tô
trong mặt phẳng

Trong đó: C-Trọng tâm ô tô;
δi - Góc quay của các bánh xe
dẫn hướng thứ i, 1 ,  2  0, 3 ,  4  0 ; αi - Góc lệch bên của bánh xe thứ i (i = 1 ÷ 4);
ψ - Góc quay thân xe quanh trục thẳng đứng qua trọng tâm; β - Góc lệch thân xe so
với phương chuyển động; v - Vận tốc chuyển động của ô tô; vxC ,vyC - Các thành phần
vận tốc ô tô trong hệ tọa độ trọng tâm; vi - Vận tốc của bánh xe thứ i (i = 1÷ 4); v Gia tốc tiếp tuyến của ô tô; a  v     - Gia tốc hướng tâm của ô tô; Fyi - Phản
ht

lực ngang từ mặt đường tác dụng lên bánh xe thứ I; Fxi - Lực dọc tác dụng lên bánh
xe thứ i (i = 1÷ 4); b1, b2 - Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm vết bánh xe bên trái,
bên phải; a1, a2 - Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm vết bánh xe phía trước, phía
sau; Fwx - Lực cản không khí Fwx  0, 5cw Aw vx2 , trong đó cw là hệ số cản không khí,
ρw là mật độ không khí, và A là diện tích cản chính diện của ô tô.; Fwy - Lực gió
ngang; lw - Khoảng cách từ điểm đặt lực gió ngang tới trọng tâm xe. Biến đổi hệ
phương trình trên thành hệ phương trình với các biến là v, β,  như sau:
v  v      
v
v

     



1
 Fx1  Fy11  Fx 2  Fy 2 2  Fx3  Fx 4  Fwx 
m

(2.1)

1
 Fx11  Fy1  Fx 2 2  Fy 2  Fy 3  Fy 4  Fwy 
mv

(2.2)


1    Fx1  Fy11  b1   Fx11  Fy1  a1   Fx 2  Fy 2 2  b2


J z    Fx 2 2  Fy 2  a1  Fx 3b2  Fy 3a2  Fx 4b1  Fy 4 a2  Fwylw 



(2.3)

Các phương trình 2.1 - 2.3 được sử dụng để khảo sát chuyển động của ô tô khi
quay vòng và khi chịu tác dụng của lực ngang. Để có thể khảo sát, cần phải xác định
được các phản lực Fy từ mặt đường lên các bánh xe.

5
2.1.2. Mô hình động lực học của bánh xe đàn hồi
Bánh xe trực tiếp tương tác với mặt đường để tạo ra các trạng thái chuyển
động của ô tô theo tín hiệu điều khiển của người lái, do đó bánh xe ảnh hưởng lớn
đến các tính chất động lực học của ô tô. Mô hình này nhằm xác định giá trị của phản
lực ngang Fy   dựa vào góc lệch bên  i của lốp.
Hình 2.2 [45] là mô hình chuyển động
bánh xe, trong đó vxi là vận tốc dọc của bánh
xe, vyi là vận tốc ngang của bánh xe, vi là
tổng hợp vận tốc của bánh xe và βi là góc
hợp bởi phương vận tốc vi và phương chuyển
động của thân xe. Ở đây các lực tác dụng từ
mặt đường lên bánh xe bao gồm: phản lực
thẳng đứng Fzi, phản lực ngang Fyi, phản lực
dọc Fxi. để xác định quỹ đạo chuyển động của
ô tô khi chuyển động ổn định cần xác định
được các phản lực ngang Fyi, trong đó các lực
này được xác định thông qua các góc lệch bên
của bánh xe.
Hình 2.2. Các lực tác dụng từ mặt
đường lên bánh xe [45]
2.1.3. Mô hình xác định tải trọng tác dụng lên các bánh xe
Sử dụng mô hình chuyển động của ô
tô trong không gian để xác định tải trọng
thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe như
hình 2.3. Từ hình vẽ ta thấy, các ngoại
lực gây ra tải trọng thẳng đứng ở các
bánh xe bao gồm: Trọng lượng bản thân

của xe G, lực cản không khí Fwx, lực gió
ngang Fwy, lực quán tính tiếp tuyến
Ftt  mv , lực quán tính ly tâm
Hình 2.3. Mô hình xác định tải trọng thẳng
đứng tác dụng lên các bánh xe

Flt  mv     . Các lực quán tính đặt

tại trọng tâm ô tô, có chiều cao so với mặt
đường là hg. Lực cản không khí và lực
gió ngang đặt tại tâm hình học của tiết diện ô tô theo phương ngang cách mặt đất hwx
và theo phương dọc cách mặt đất hwy.
Sử dụng các phương trình cân bằng mô men, xác định được phản lực tại các bánh
xe theo công thức sau:


6
Fz1  G






hwy
hg
a2

Fwy 
mv sin   mv     cos  

2 L 2  b1  b2 
2  b1  b2 



(2.4)



h
h
h
hwx
Fwx  g mv cos   mv     sin   g Fwx  g Fwy
2L
2L
2a1
2b1

Fz 2  G





hwy
hg
a2

Fwy 

mv sin   mv     cos  
2 L 2  b1  b2 
2  b1  b2 
(2.5)





h
h
h
hwx
Fwx  g mv cos   mv     sin   g Fwx  g Fwy
2L
2L
2a1
2b2
hwy
hg
a2
Fz 3  G

Fwy 
mv sin   mv     cos  
2 L 2  b1  b2 
2  b1  b2 
(2.6)










h
h
h
hwx
Fwx  g mv cos   mv     sin   g Fwx  g Fwy
2L
2L
2a2
2b2

Fz 4  G








hwy
hg
a2


Fwy 
mv sin   mv     cos  
2 L 2  b1  b2 
2  b1  b2 



(2.7)



h
h
h
hwx
Fwx  g mv cos   mv     sin   g Fwx  g Fwy
2L
2L
2a2
2b1

2.2. Xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô
Hình 2.4 là sơ đồ simulink mô phỏng động lực học chuyển động của ô tô. Đầu
vào của mô hình bao gồm: vận tốc ô tô v, góc quay của các bánh xe dẫn hướng i,
các thông số của mô hình lốp. Đầu ra của mô hình là vận tốc của trọng tâm ô tô (vx
và vy), quỹ đạo chuyển động của trọng tâm ô tô (dịch chuyển theo phương dọc x và
phương ngang y).
Từ góc quay của các
bánh xe dẫn hướng fl,

fr kết hợp với các
thông số vận tốc của
xe vx, vy,  và tải
trọng thẳng đứng tác
dụng lên các bánh xe
Fzi sẽ xác định được
phản lực ngang tác
dụng lên các bánh xe
thông qua mô hình
bánh xe. Đưa các
phản lực ngang này
vào mô hình phẳng
hai vết bánh xe sẽ xác Hình 2.4. Sơ đồ simulink mô phỏng động lực học chuyển
định các góc quay ,
động của ô tô


7
β và các vận tốc góc quay  ,  của thân xe. Kết hợp các góc quay, vận tốc góc quay
này với vận tốc chuyển động v của xe, ta thu được quỹ đạo chuyển động của ô tô.
2.3. Xây dựng mô hình hệ thống lái ô tô
2.3.1. Mô hình hệ thống lái tích cực
Mô hình của hệ thống lái tích cực (Hình 2.5), bao gồm hệ thống lái bị động và
cơ cấu Harmonic có mô tơ điều khiển. Các giả thiết xây dựng mô hình bao gồm:
- Động lực học của hệ thống lái được coi là tuyến tính
- Không có tổn hao truyền lực và truyền động bên trong hệ thống lái
Trong đó:

K SL1 , K SL 2 - độ cứng của đòn đòn bên;  SLL1 ,  SLL 2 - góc xoay ngang phía dưới

của đòn ngang bên của bên trái và bên phải;  - hệ số quay đòn ngang bên của hệ
thống lái; BSL1 , BSL 2 - hệ số cản giảm chấn của thanh điều chỉnh liên kết bánh xe bên
trái và bên phải; CFFW 1 , CFFW 2 - lực ma sát khô giữa mặt đường và bánh xe bên trái,
bên phải; AT1 , AT2 - mô men từ mặt đường tác dụng lên bánh xe bên trái và bên phải;

FW1, FW2 - góc quay của bánh xe bên trái và bánh xe bên phải; ηF - Hiệu suất của
bộ truyền bánh răng; ηB - Hiệu suất phản hồi của bộ truyền bánh răng; RP - bán kính
của bánh răng truyền lực; KT - Độ cứng của lò xo xoắn van trợ lực thủy lực; ηB Hiệu suất của hệ thống lái thủy lực; mR - khối lượng của thước lái; NL - chiều dài
của thanh liên kết từ thước lái đến bánh xe; Φ - hệ số bám của bánh xe;  sc - góc
quay của trục lái phía trên

 Motor - góc quay mô tơ;  scc - góc quay
của trục lái phía dưới.

 sw

- góc quay vành lái;

Tsw - mô men tác dụng lên vành lái;
Ksc - độ cứng xoắn của trục lái;
Bsw - hệ số cản xoắn của trục lái;
 sc - góc quay của trục lái;

 P - góc quay của bánh răng;
YR - dịch chuyển ngang của thanh răng;
CFR - lực ma sát khô tác dụng giữa bánh
răng và thanh răng;
Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống lái tích cực BR - hệ số cản dịch chuyển ngang giữa trục
bánh răng và thanh răng;
 SLU 1 ,  SLU 2 - góc xoay ngang phía trên của đòn bên;

8
Đối với hệ thống lái bị động, góc quay bánh xe dẫn hướng thay đổi khi người
lái xoay vành lái. Tuy nhiên khi ô tô chuyển động dưới tác dụng của lực ngang và
biến dạng bên của bánh xe thì bánh xe thay đổi một góc so với điều khiển của
người lái. Để khắc phục hiện tượng này, hệ thống lái tích cực với mô tơ điều khiển
giúp bù lại góc sai lệch tại các bánh xe dẫn hướng, giúp ổn định quỹ đạo chuyển
động của ô tô.
2.3.2. Mô hình toán học hệ thống lái tích cực
a. Mô hình toán học cơ cấu Harmonic
Quan hệ giữa các góc quay của cơ cấu Harmonic có dạng:
N 1
1
 scc 
 sc   Motor
N
N
Trong đó N là tỷ số truyền cơ cấu Harmonic.
b. Mô hình toán học xác định góc quay bánh xe dẫn hướng theo góc quay vành
lái với hệ thống lái tích cực
Viết các phương trình này dưới dạng ma trận:

M1x  C1x  K1x  F1  G1

(2.8)

Trong đó:

x   scc1 , YR ,  FW 1 ,  FW 2 

T

 N
 N  1 I sc

M1  




N 1

I sccc  0
N

0
1
0
0
0
0



N



 N  1 Bsw

0 0



0
0 0

C 
1 0 1

0

0 1 

N 1 
  N
   N  1 K sc  N KT 




 F KT
1


RP M R
MR

K1 



0



0







0

N  1 KT
N RP

0

0

 BR
MR

0

0

 BSL1

I FW 1

0

0




0 


0 


 BSL 2 
I FW 2 
0

0

 B
  B K SL1
F
 2  K SL1  K SL 2   2 KT 
RP
 NL
 NL M R
K SL1
K

 SL1
N L I FW 1
I FW 1
K SL 2
N L I FW 2

0




 B K SL 2 

NL M R 

0 


K SL 2 

I FW 2 
0


9



Bsw sw  K sc sw
0








CF
  R sgn Y   PS F 
   B  K SL1  K SL 2   
R
PS
 MR
 ,
MR


M R NL




F1  
CF
G1  
K SL1 
1
 FW sgn  FW 1  

AT 




 I FW 1 1 I FW 1 
I FW 1




  CFFW sgn 

  1 AT  K SL 2  


FW 2
2


 I
I FW 2
I FW 2 


 FW 2
c. Mô hình toán học xác định mô men của mô tơ điều khiển từ góc quay bánh
xe dẫn hướng với hệ thống lái tích cực
TMotor  

I scc  N 2 I M
K

K
 scc 2  CM sgn  scc 2   T  scc 2  T YR
N
N
N .RP

(2.9)

2.4. Mô hình mô phỏng hệ thống lái
Trên hình 2.6 là mô hình tổng quát hệ thống lái tích cực

Hình 2.6. Sơ đồ Simulink hệ thống lái tổng quát
2.5. Kết luận
Trong chương này tác giả đã xây dựng mô hình động lực học chuyển động của ô
tô, hệ thống lái tích cực và xây dựng các thuật toán điều khiển thay đổi tỷ số truyền
hệ thống lái tích cực bằng phần mềm Matlab.
Đã xác định sự phụ thuộc của vận tốc góc quay thân xe  , gia tốc góc quay thân
xe  vào góc quay bánh xe dẫn hướng δi. Trên cơ sở xây dựng mô hình động lực
học của bánh xe đàn hồi để xác định giá trị của phản lực ngang F   dựa vào góc
y


10
lệch bên  i của lốp theo công thức thực nghiệm “Magic Formula” của Pacejka, xây
dựng mô hình xác định tải trọng tác động lên bánh xe để xác định tải trọng thẳng
đứng Fz .
Đã xây dựng mô hình động học hệ thống lái tích cực trên cơ sở hệ thống lái bị
động và cơ cấu Harmonic để xác định được góc bù của mô tơ để thay đổi góc quay
bánh xe dẫn hướng nhằm ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô.
CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ
VỚI HỆ THỐNG LÁI TÍCH CỰC
3.1. Thiết kế bộ điều khiển
3.1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay, có rất nhiều kiểu điều khiển được ứng dụng trên các hệ thống điện tử
ô tô như điều khiển PID, TS, logic mờ.... Việc dùng lý thuyết mờ sẽ giúp chúng ta
giải quyết các tham số trên một cách tối ưu nhất.
Mục tiêu của bộ điều khiển AFS là ổn định quỹ đạo mong muốn của ô tô
bằng cách:
Tối thiểu sai lệch giữa vận tốc góc, gia tốc góc quay thân xe lý thuyết xác định theo
tín hiệu điều khiển của người lái và vận tốc góc, gia tốc góc quay thân xe thực tế.
3.1.2. Thiết kế bộ điều khiển AFS - Fuzzy Logic
Tập luật điều khiển được xây dựng trên nguyên tắc “If…Then” kết hợp với kiến
thức chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu. Luật điều khiển được xây dựng nhằm
nâng cao khả năng ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô. Tập luật điều khiển bao
gồm 25 luật được trình trong bảng 3.1:
Bảng 3.1. Tập luật của bộ điều khiển logic mờ
Delta_sup

Sai lệch vận tốc góc

NL
NS
Z
PS
PL

Sai lệch gia tốc góc
NL NS Z
PS

PL PL PS PS
Z
PL PS Z
PS Z
Z
Z
PS Z
Z
NS
NS NS NS NL

PL
PS
NS
NS
NL
NL

Quan hệ truyền đạt của bộ điều khiển mờ thể hiện mối quan hệ giữa tín hiệu đầu
vào (sai lệch vận tốc và sai lệch gia tốc góc quay thân xe) với tín hiệu đầu ra (góc bù
bánh xe dẫn hướng). Quan hệ này được thể hiện trên hình 3.1.


11

Hình 3.1. Quan hệ truyền đạt của bộ điều khiển mờ
3.1.3. Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy logic của mô tơ với hệ thống lái tích cực
Chương trình điều khiển mô tơ được xây dựng dựa trên lưu đồ thuật toán và từ
sơ đồ thuật toán trên tác giả đã sử dụng phần mềm Matlab R2016a và mã nguồn mở
Arduino hỗ trợ trên Simulink để phát triển và mô phỏng các thuật toán chạy độc lập

trên Arduino (Hình 3.2).

Hình 3.2. Mô hình tổng quát điều khiển mô tơ của hệ thống lái tích cực
Đầu vào của mô hình điều khiển là các thông số được lấy từ tín hiệu góc quay
vành lái, góc quay trục lái sau mô tơ VGRS, tín hiệu chân ga, tín hiệu đo áp suất lốp
sau đó các thông số trên được vào mô hình lái tích cực để tính toán ra góc quay bánh
xe dẫn hướng. Sau đó góc quay này sẽ được đưa vào tính toán lực ngang tác động
lên bánh xe theo biểu thức Pacejka. Thông số trên được đưa vào mô hình phẳng hai
vết để tính ra góc lệch thân xe, vận tốc góc quay thân xe, gia tốc góc quay thân xe.
Giá trị trên được tiếp tục đưa vào mô hình Fuzzy Logic để xác định góc quay hiệu
chỉnh rồi đưa ra xung điều khiển cung cấp cho driver công suất để điều khiển mô tơ,
đảm bảo quỹ đạo chuyển động của ô tô một cách chủ động nhất. Ngoài ra còn có
một tín hiệu góc quay bánh xe dẫn hướng để đưa thông số góc quay bánh xe dẫn
hướng lên màn hình quan sát.


12
3.2. Mô phỏng khảo sát chuyển động của ô tô với tác động điều khiển tỉ số truyền
của hệ thống lái
3.2.1. Khảo sát chuyển động của ô tô khi quay vòng
Khi độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn độ cứng ngang lốp sau sẽ xảy ra trường
hợp quay vòng thiếu, góc đánh lái quay trái 90 độ, thời gian đánh lái 5s, tốc độ xe
40 km/h, hệ số quay vòng Ks = 0.11

Hình 3.4. Góc quay trục lái trước và sau mô tơ

Quỹ đạo

Hình 3.3. Các lực ngang tác dụng lên các lốp

Quỹ đạo
Hình 3.5. Góc quay trung bình bánh xe dẫn hướng

Hình 3.6. Quỹ đạo chuyển động của ô tô

Nhận xét:
- Khi quay vành lái một góc 1.57 rad (90 độ) thì góc quay của trục lái phía trước
mô tơ là 90 độ. Khi có sự điều chỉnh của mô tơ bước thì góc quay trục lái phía sau
mô tơ đạt 180 độ (Hình 3.4 ) do góc quay điều chỉnh của mô tơ quay thêm một góc
90 độ nên góc quay trung bình bánh xe dẫn hướng đạt 19 độ so với góc quay mong
muốn là 20 độ (Hình 3.5 ).
- Khi không có mô tơ điều chỉnh, giá trị gia tốc ngang đạt 3,96 [m/s2] so với giá
trị mong muốn là 4.4 [m/s2]. Giá trị của gia tốc ly tâm khi có mô tơ điều chỉnh sẽ
gần với giá trị của gia tốc ly tâm mong muốn
- Trong trường hợp quay vòng thiếu, đường kính quay vòng của ô tô khi không
có sự can thiệp của hệ thống lái tích cực là 90 m, khi có hệ thống lái tích cực là 75
m, quỹ đạo theo lý thuyết mong muốn là 72 m. Như vậy, hệ thống lái tích cực sẽ
điều chỉnh góc quay bánh xe dẫn hướng để quỹ đạo của ô tô tiến gần hơn với quỹ
đạo mong muốn (Hình 3.6) tương ứng với tỷ số truyền của hệ thống lái là 14.5


13

Lực ngang [N]

3.2.2. Khảo sát chuyển động của ô tô khi chuyển động thẳng
a. Khảo sát chuyển động của ô tô dưới tác dụng của gió ngang
Tiến hành mô phỏng khảo sát chuyển động khi ô tô chịu tác dụng của lực gió
ngang với giả thiết lực gió ngang đặt tại tâm thiết diện xe, góc đánh lái bằng 0,
tốc độ xe đạt 80 km/h, lực gió ngang 500 N

Thời gian [s]

Quỹ đạo [m]

Hình 3.7. Các lực ngang tác dụng lên các lốp

Quỹ đạo [m]
Hình 3.8. Quỹ đạo chuyển động của ô tô

Hình 3. 9. Đồ thị tỷ số truyền


14
Nhận xét:
- Khi không có điều khiển, giá trị của các lực ngang tác dụng lên lốp (Hình 3.7)
như sau: bánh xe phía trước bên trái và sau trái đạt giá trị Fy1 = Fy4= 145 [N], bánh
xe trước phải và sau bên phải đạt Fy3 = Fy2 = 105[N].
- Gia tốc ngang tại trọng tâm của ô tô cũng đạt giá trị trung bình sau khi có hệ
thống lái tích cực là 0.006 [m/s2], giảm 10 lần so với khi không có hệ thống lái tích
cực là 0.06 [m/ s2] và tiệm cận với giá trị mong muốn là 0 [m/ s2].
- Quỹ đạo chuyển động của ô tô (Hình 3.8), cho thấy khi có tác động của lực
gió ngang 500 N thì ô tô sẽ bị lệch khỏi quỹ đạo chuyển
động thẳng 1,4 m
trên chiều dài quãng đường là 100 m, khi đó mô tơ của hệ thống lái tích cực sẽ
quay một góc điều chỉnh phù hợp để giữ quỹ đạo chuyển động thẳng của ô tô và
lệch so với đường quỹ đạo chuyển động thẳng 0,8 m sau 100 giây, tỷ số truyền
trong trường hợp này là 16,2 (Hình 3.9).
b. Khảo sát chuyển động của ô tô khi chuyển động thẳng thay đổi tốc độ
Thí nghiệm được

tiến hành trong trường
hợp chuyển động của ô
tô khi không có sự tác
động của lực gió ngang,
vận tốc tăng dần đều từ
V = 0 - 140 km/h, độ
cứng lốp trước và lốp
sau bằng nhau, người
lái giữ vành lái ở vị trí ô
tô chuyển động thẳng.
Vận tốc [km/h]
[50].
Hình 3.10. Đồ thị tỷ số truyền theo vận tốc
Nhận xét:
Đồ thị hình 3.10 cho thấy mối quan hệ phụ thuộc giữa vận tốc và tỷ số truyền
theo tỷ lệ thuận. Lúc mới bắt đầu di chuyển và tốc độ thấp thì tỷ số truyền nhỏ, khi
vận tốc ô tô tăng cao (lớn hơn 100 km/h) thì tỷ số truyền cũng tăng theo.
Nếu tốc độ 100 km/h thì mô tơ AFS không tác động vào hệ thống lái vả tỷ số
truyền lúc này là 17.5.
3.2.3. Khảo sát chuyển động của ô tô khi chuyển làn
Tiến hành mô phỏng khảo sát chuyển động của ô tô khi chuyển làn với điều kiện
đầu vào là góc quay vành lái góc quay vành lái dao động từ 50 độ đến -50 độ, tốc độ
V=80 km/h, các kích thước của sa hình được mô phỏng theo tiêu chuẩn quốc tế (ISO
3888) [28] với cung đường tiêu chuẩn có chiều dài là 60 m bao gồm 2 làn đường,
các giá trị a = 3.135 m và b = 3.850 m. Trên đoạn đường thí nghiệm có bố trí cọc
mốc di động và kẻ vạch.


15

Góc quay [độ]

Có điều khiển
Không điều khiển

Hình 3.11. Đồ thị góc quay bánh xe dẫn hướng
Fy
Fy
Fy
Fy

200
100

fl
Fr
rl
rr

0

N

Lực ngang [N]

300

-100
-200
-300

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Quỹ đạo [m]

Thời gian [ s ]
Hình 3.12. Đồ thị các lực ngang tác dụng lên các lốp

Nhận xét:
- Khi không có sự can thiệp
của hệ thống lái tích cực, các
lực ngang cực đại tác dụng

lên lốp như sau: bánh xe tích
cực phía trước bên trái và
phải đạt giá trị Fy1 = Fy2 =
190 [N], bánh xe sau bên trái
và bên phải đạt Fy3 = Fy4
=200 [N] được thể hiện trên
(Hình 3.12).
- Đồ thị hình 3.13 cho thấy
quỹ đạo chuyển động của ô
tô khi có sự can thiệp của hệ
thống lái tích cực sẽ tiệm cận
với quỹ đạo mong muốn.
- Khi không có sự can thiệp
của mô tơ bước thì độ lệch
lớn nhất của quỹ đạo thực tế
và mong muốn theo thí
nghiệm trên là 0,2 [m]. Khi
có sự can thiệp của mô tơ thì
độ lệch lớn nhất của quỹ đạo
thực tế và mong muốn khi thí
nghiệm chuyển làn là 0,05
[m], tương ứng với tỷ số
truyền là 16,3

Quỹ đạo [m]

Hình 3.13. Đồ thị quỹ đạo chuyển động của ô tô
3.3. Kết luận chương 3
- Trên cơ sở lý thuyết chương 2 tác giả đã nghiên cứu nguyên lý về điều khiển
mờ dùng để thiết kế bộ điều khiển hệ thống lái AFS theo hướng Fuzzy logic. Các

mô hình mô phỏng được xây dựng trên phần mềm Matlab R2016a và công cụ
Simulink cho phép mô phỏng động lực học của ô tô với hệ thống lái tích cực AFS.
- Đã tiến hành khảo sát quỹ đạo chuyển động của ô tô khi có hoặc không có điều
khiển của hệ thống lái tích cực AFS. Đồng thời đã phân tích, đánh giá các kết quả
mô phỏng bằng phần mềm trong các điều kiện quay vòng thiếu, quay vòng thừa,
chuyển làn, chuyển động thẳng với tốc độ thay đổi và có tác động của gió ngang để
thấy được vai trò điều khiển của mô tơ nhằm ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô.


16
CHƯƠNG 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Mục đích, nhiệm vụ và đối tượng thí
nghiệm
4.1.1. Mục đích thí nghiệm
Kiểm nghiệm tính đúng đắn của mô hình
lý thuyết.
Xác định các thông số đầu vào như tốc
độ, góc quanh vành tay lái, hệ số bám, tải
trọng trên mô hình bán thực nghiệm.
Thiết kế và chế tạo bộ điều khiển hệ
thống lái tích cực.
4.1.2. Đối tượng thí nghiệm
Đối tượng thí nghiệm được chọn là bệ
thử hệ thống lái tích cực AFS có gắn mô tơ
VGRS của ô tô Lexus LX 470.
Các thông số đầu vào để khảo sát chuyển
động hệ thống lái tích cực có gắn mô tơ
VGRS được thể hiện trên bảng 4.1
Hình 4.1. Lưu đồ bộ điều khiển mô

tơ lái tích cực
4.1.3. Điều kiện thí nghiệm
Để thí nghiệm và xử lý các số liệu xác định quỹ đạo chuyển động của ô tô khi sử
dụng hệ thống lái tích cực AFS có gắn mô tơ VGRS trên mô hình bán thực nghiệm.
4.2. Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống lái tích cực AFS
Nghiên cứu thực nghiệm là phương pháp phổ biến được áp dụng để kiểm chứng
lại cơ sở lý thuyết đã được xây dựng và thường được tiến hành trên trên sản phẩm
thật hoặc trên mô hình bán thực nghiệm. NCS đã đưa ra phương án thiết kế mô hình
hệ thống lái tích cực AFS bán thực nghiệm. Mô hình bán thực nghiệm là sự kết hợp
của cụm hệ thống thực, máy tính và phần mềm chuyên dùng.
4.2.1. Hệ thống lái tích cực
Kết cấu cơ khí bao gồm hệ thống lái và cầu trước được lấy nguyên bản từ ô tô
Lexus LX 470 để đảm bảo tính chính xác của các góc đặt bánh xe, hệ thống lái…
trong quá trình thử nghiệm (Hình 4.2).


17

Hình 4.2. Cụm cầu trước của xe Lexus LX 470

4.2.2. Bộ phận tạo tải
Khi ô tô chuyển động, tải trọng của ô tô tác dụng lên mặt đường thay đổi theo
tình trạng mặt đường và tốc độ chuyển động của ô tô. Chức năng chính của bộ phận
tạo tải (Hình 4.3) là tạo ra lực cản tương ứng lên cầu trước của mô hình như khi ô tô
chuyển động trên các loại đường khác nhau. Bộ phận đo tải trọng tác động lên bánh
xe là cảm biến tải trọng
1. Đĩa đo góc quay bánh xe
đẫn hướng; 2. Cảm biến đo
tải trọng tác động của bánh
xe lên mặt đường; 3. Bộ phận

tạo tải trọng tác động của
Hình 4.3. Các bộ phận tạo tải cho mô hình AFS bánh xe và mặt đường
4.2.3. Cụm đo góc quay bánh xe
Dịch chuyển bánh xe bên phải và bên trái ảnh hưởng trực tiếp bởi góc đặt bánh
xe và thông số hình thang lái. Trong luận án, NCS sử dụng các cảm biến đo độ dịch
chuyển góc quay (Hình 4.4) có chức năng chính là theo dõi góc quay vành lái và góc
quay bánh xe dẩn hướng.
1.Cảm biến đo góc quay
bánh xe dẫn hướng; 2.
Cảm biến đo độ dịch
chuyển trục lái trước mô
tơ AFS; 3. Cảm biến đo
độ dịch chuyển trục lái
sau mô tơ AFS
Hình 4.4. Cụm đo góc quay bánh xe dẫn hướng
4.2.4. Cảm biến đo góc quay
Luận án dùng 3 cảm biến đo góc quay Omron E6F-CWZ5G thuộc loại encoder
tương đối với 360 xung trong một vòng quay (Hình 4.8), để đo góc xoay vành lái,
góc xoay trục lái sau mô tơ và góc xoay bánh xe với đường kính trục: 10mm, đường
kính thân: 60mm, điện áp hoạt động: 12...24V DC.


18
4.2.5. Cấu trúc điều khiển động cơ một chiều không chổi than (BLDCM)
BLDCM có ba cuộn dây stator và
một rotor là nam châm vĩnh cửu.
Dòng điện cảm ứng rotor có thể được
bỏ qua do điện trở suất cao của cả
nam châm và lõi thép không gỉ. Mô
tơ được cung cấp từ nguồn điện áp

một chiều ba pha theo phương pháp
điều chế xung thay đổi tần số theo
thời gian (PWM) (Hình 4.5)
Hình 4.5. Sơ đồ chức năng mạch điều khiển mô tơ BLDC
4.2.6. Chế tạo bộ điều khiển mô tơ của hệ thống lái tích cực
a. Khái quát về bộ điều khiển lái tích cực
Bộ điều khiển hệ thống lái tích cực
(AFS) được nghiên cứu chế tạo bố trí trên
mô hình hệ thống (Hình 4.6), có chức năng
chính là điều khiển mô tơ của hệ thống lái
tích cực. Nó bao gồm các bộ phận sau:
Khối chuyển đổi điện áp, khối phân tích
các cảm biến và tín hiệu điều khiển, khối
điều khiển mô tơ nguồn điện và chương
trình matlab tạo thành bộ điều khiển hệ
thống lái tích cực AFS.
1- Nguồn cung cấp cho vi xử lý; 2- Bộ phận
chuyển đổi DC - DC cách ly, chống nhiễu; Hình 4.6. Hộp điều khiển hệ thống lái tích cực
3- Bộ vi xử lý đọc cảm biến (có tích hợp
mạch giao tiếp với máy tính); 4- Bộ vi xử lý xử lý các giá trị và điều khiển mô tơ; 5Mạch lọc tín hiệu đầu vào chống nhiễu; 6- Driver LoadCell; 7- Nguồn cung cấp cho
mạch khiển mô tơ; 8- Mạch điều khiển mô tơ; 9- Tản nhiệt; 10- Mạch điều khiển
chốt mô tơ.
Dựa trên sơ đồ mạch nguyên lý mô tả trên,
tác giả đã chế tạo mạch điều khiển mô tơ của hệ
thống lái tích cực (ECU - VGRS) gồm 4 khối
chính là: Khối chuyển đổi điện áp - cấp nguồn,
khối đọc các giá trị cảm biến, khối điều khiển
mô tơ và khối điều khiển khóa mô tơ (Hình 4.7).
Board mạch điều khiển động cơ một chiều Hình 4.7. Mạch điều khiển mô tơ
một chiều không chổi than

không chổi than với dãi điện áp 12-48V DC với
đầu vào là chiều quay và tín hiệu điều chế độ rộng xung từ vi điều khiển. Với cơ chế trên,
board mạch sẽ nhận chiều quay thì dữ liệu chiều quay đưa vào và tín hiệu điều chế xung


19
để phát xung điều khiển mô tơ quay với tốc độ và chiều quay tương ứng như phương
pháp điều khiển.
4.3. Kết quả thí nghiệm khảo sát chuyển động quay vòng của ô tô (J-turn)
Trong phần này NCS sẽ thí nghiệm khảo sát chuyển động của ô tô khi quay vòng
trong hai trường hợp: độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn độ cứng ngang lốp sau quay
và ngược lại với mô hình khảo sát là ô tô chuyển động trên đường với giả thiết không
có sự tác động của gió ngang, ô tô chuyển động đều với vận tốc không đổi
4.3.1. Khi độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn độ cứng ngang lốp sau
a. Kết quả thí nghiệm khảo sát

Góc quay [độ]

Trong trường hợp độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn độ cứng ngang lốp sau
ta có kết quả thí nghiệm như sau:

Có điều khiển
Không điều khiển

Thời gian [s]
Hình 4.8. Đồ thị góc quay bánh xe dẫn hướng

Nhận xét:
- Khi ô tô di chuyển với tốc độ 40 km/h, góc đánh lái ban đầu là 90 độ nhưng do
xảy ra hiện tượng quay vòng thiếu nên góc quay thực tế của góc quay trục lái sau

mô tơ sẽ đạt 180 độ, vì mô tơ AFS điều chỉnh quay trục lái thêm một góc 90 độ và
tỷ số truyền của cơ cấu lái giảm từ 17.5 xuống còn 14.89. Góc quay bánh xe dẫn
hướng đạt 12.2 độ so với góc mong muốn đạt được là 12.8 độ (Hình 4.8).
- Trong trường hợp độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn độ cứng ngang lốp sau (quay
vòng thiếu) thì mô tơ của hệ thống lái tích cực sẽ quay thêm một góc phụ trợ cho hệ thống
lái, góc quay thực tế của trục lái phía sau mô tơ lớn hơn góc quay trục lái trước mô tơ.
4.4.2 Khi độ cứng ngang lốp trước lớn hơn độ cứng ngang lốp sau
Trong trường hợp độ cứng ngang lốp trước lớn hơn độ cứng ngang lốp sau
ta có kết quả thí nghiệm như sau:


Góc quay [độ]

20

Có điều khiển
Không điều khiển
Thời gian [s]
Hình 4.9. Đồ thị góc quay bánh xe dẫn hướng

Nhận xét:
- Khi ô tô di chuyển với tốc độ 40 km/h, góc quay trục lái trước mô tơ (vành vành
lái) quay 90 độ thì góc quay trục lái sau mô tơ đạt 72 độ do có sự can thiệp điều
chỉnh của mô tơ AFS Mô tơ điều chỉnh một góc 18 độ theo chiều ngược với chiều
quay của vành lái tỷ số truyền của cơ cấu lái thay đổi từ 17.5 xuống còn 13.8
- Trái ngược với trường hợp quay vòng thiếu, khi xảy ra hiện tượng quay vòng
thừa thì người tài xế đánh lái nhiều nhưng góc quay sau mô tơ sẽ giảm đi để đảm
bảo an toàn chyển động cho ô tô. Góc quay bánh xe dẫn hướng sẽ đạt 4.2 độ so với
góc quay bánh xe dẫn hướng khi không điều khiển là 5.5 độ và mong muốn là 4.1
độ (Hình 4.9).

- Trong trường hợp độ cứng ngang lốp trước lớn hơn độ cứng ngang lốp sau
(quay vòng thừa) thì mô tơ của hệ thống lái tích cực sẽ quay một góc nhỏ hơn so
với góc đánh lái.
- Góc quay thực tế của trục lái phía sau mô tơ luôn nhỏ hơn góc quay trục lái
trước mô tơ (vành lái).
- Do có sự thay đổi liên tục của tỷ số truyền nên góc quay bánh xe dẫn hướng khi
có sự can thiệp của hệ thống lái tích cực AFS luôn lớn hơn hệ thống lái bị động vì
vậy tính năng an toàn của ô tô được nâng cao.
4.5. Kết quả khảo sát quỹ đạo của ô tô khi chuyển động thẳng
4.5.1. Quỹ đạo chuyển động của ô tô dưới tác động của lực gió ngang
Nhận xét:
- Do lực tác động của gió ngang nên ô tô không giữ được quỹ đạo chuyển động
thẳng như mong muốn. Nếu vận tốc ô tô càng lớn thì quỹ đạo bị lệch càng nhiều.
- Từ kết quả thí nghiệm cho thấy khi không có sự can thiệp của hệ thống lái
tích cực thì quỹ đạo chuyển động của ô tô trên quãng đường 100m với các tốc
độ V= 80 km/h bị lệch so với quỹ đạo chuyển động thẳng lần lượt là 1.5 m.


21

Quỹ đạo [m]

Ngược lại, khi có hệ thống lái tích cực thì quỹ đạo chuyển động của ô tô càng
gần với quỹ đạo chuyển động thẳng hơn và độ lệch tương ứng với các giá trị là
0.9 m (Hình 4.10)

Quỹ đạo [m]
Hình 4.10. Đồ thị quỹ đạo chuyển động của ô tô khi gió ngang tác động

4.5.2. Khảo sát quỹ đạo chuyển động của ô tô khi thay đổi tốc độ

Thí nghiệm được tiến hành trong trường hợp chuyển động của ô tô khi không có
sự tác động của lực gió ngang, vận tốc tằng dần đều từ V = 0 - 140 km/h, độ cứng
lốp trước và lốp sau bằng nhau, tải trọng tác dụng lên bánh xe trước thay đổi, người
lái giữ vô lăng ở vị trí ô tô chuyển động thẳng

Vận tốc [km/h]

Hình 4.11. Đồ thị tỷ số truyền theo vận tốc

Nhận xét:
Qua hình 4.11 cho thấy rằng nếu vận tốc càng tăng thì tỷ số truyền cũng tăng
theo. Ở dãy tốc độ thấp mô tơ AFS sẽ phụ trợ thêm một góc theo chiều quay của vô
lăng để đảm báo tính năng thay đổi nhanh theo các điều kiện hoạt động của ô tô. Tuy
nhiên, khi ô tô hoạt động ở dãy tốc độ cao thì mô tơ AFS sẽ điều chỉnh làm cho góc
sau mô tơ AFS sẽ nhỏ hơn góc quay của vô lăng để đảm bảo khả năng bám của bánh


22

Góc quay [độ]

xe với mặt đường, khi đó mô tơ của hệ thống lái tích cực sẽ điều chỉnh để quỹ đạo
chuyển động của ô tô trở về trạng thái mong muốn.
4.8. So sánh đánh giá kết quả giữa thực nghiệm với mô phỏng lý thuyết
Hình 4.12 - 4.13 thể hiện kết quả so sánh giữa góc quay bánh xe dẫn hướng mong
muốn và thực nghiệm trong điều kiện vận tốc xe V = 80 km/h, hệ số bám mặt đường
φ= 0.8, góc đánh lái 90 độ

Thời gian [s]
Hình 4.12. So sánh sai lệch góc quay bánh

xe dẫn hướng giữa mong muốn và thực tế

Thời gian [s]
Hình 4. 13. So sánh sai lệch góc quay mô
tơ giữa mong muốn và thực tế

Nhận xét: Từ kết quả so sánh giữa đồ thị mong muốn theo lý thuyết và thực
nghiệm cho thấy sự sai lệch về góc quay bánh xe dẫn hướng của ô tô khi khảo
sát giữa mô hình thực nghiệm và mô phỏng lý thuyết chỉ trong khoảng từ 0.1%
- 7.92%, nằm trong giới hạn cho phép. Điều đó đã minh chứng cho bộ điều khiển
được lắp trên mô hình hệ thống lái tích cực do NCS nghiên cứu, thiết kế, chế tạo
là đáng tin cậy và có thể được ứng dụng để sản xuất tại Việt Nam.
4.9. Kết luận chương 4
Để kiểm chứng mô hình lý thuyết, luận án đã:
- Thiết kế, chế tạo mô hình bán thực nghiệm trên cơ sở sử dụng toàn bộ cụm cầu
trước, khung xe Lexus LX470 để bảo đảm tính chính xác của các góc đặt bánh xe.
- Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển trên cơ sở lý thuyết chương 3
- Tiến hành thí nghiệm ở các chế độ chuyển động tương tự như khảo sát
chương 3
- Việc so sánh các giá trị của góc quay bánh xe dẫn hướng, góc quay mô tơ giữa
kết quả mô phỏng và thí nghiệm ở các trường hợp cụ thể đều cho thấy sai lệch nhỏ
hơn 10 %. Đây có thể coi là minh chứng cho độ chính xác và độ tin cậy của mô hình
mà luận án đã xây dựng, thiết kế và chế tạo.


23
KẾT LUẬN
Nghiên cứu hệ thống lái tích cực AFS trên ô tô mang ý nghĩa khoa học và thực
tiễn cao, tuy nhiên nghiên cứu về ổn định quỹ đạo chuyển động của xe với hệ thống
lái tích cực chưa được quan tâm nhiều tại Việt Nam. Luận án là một công trình có ý

nghĩa khoa học và thực tiễn phù hợp với xu hướng nghiên cứu của ngành ô tô.
1. Kết quả nghiên cứu, đóng góp mới của luận án:
Qua nghiên cứu đã cho thấy vai trò của hệ thống lái tích cực, việc nghiên cứu
điều khiển tỷ số truyền hệ thống lái nhằm tăng ổn định quỹ đạo chuyển động của ô
tô là một hướng đi tích cực và hiệu quả.
Đã xác định sự phụ thuộc vận tốc góc quay thân xe  , gia tốc góc quay thân xe
 vào góc quay bánh xe dẫn hướng δi thông qua mô hình động lực học trong mặt

phẳng; mô hình động lực học của bánh xe đàn hồi xác định giá trị của phản lực ngang
dựa vào góc lệch bên  i của lốp và mô hình xác định tải trọng tác động lên
F  
y

bánh xe để xác định tải trọng thẳng đứng Fz.
Đã nghiên cứu điều khiển thay đổi tỷ số truyền hệ thống lái nhằm tăng ổn định
quỹ đạo chuyển động của ô tô
Đã nghiên cứu nguyên lý về điều khiển mờ dùng để thiết kế bộ điều khiển hệ
thống lái AFS theo hướng Fuzzy logic.
Đã thiết kế, chế tạo mô hình bán thực nghiệm trên cơ sở sử dụng toàn bộ
cụm cầu trước, khung xe Lexus LX470 với bộ điều khiển hệ thống lái tích cực
theo thuật toán logic mờ.
Đã tiến hành thực nghiệm xác định góc quay mô tơ, góc quay bánh xe dẫn hướng
của ô tô trong trường hợp khi có và không có sự can thiệp của hệ thống lái tích cực.
Phân tích và đánh giá các kết quả thí nghiệm trong các trường hợp khác nhau để thấy
được tác động điều khiển của hệ thống lái tích cực đến góc quay bánh xe dẫn hướng
của ô tô như khi quay vòng ổn định, chuyển làn, chuyển động thẳng với tốc độ thay
đổi và.có tác động của gió ngang.
Khi ô tô di chuyển với tốc độ 40 km/h, góc đánh lái ban đầu là 90 độ. Nếu xảy
ra hiện tượng quay vòng thiếu thì góc quay thực tế của góc quay trục lái sau mô tơ
sẽ đạt 180 độ, mô tơ AFS điều chỉnh quay trục lái thêm một góc 90 độ, tỷ số truyền

của cơ cấu lái giảm từ 17.5 xuống còn 14.89, góc quay bánh xe dẫn hướng sẽ tăng
lên 12.2. Nếu xảy ra hiện tượng quay vòng thừa thì góc quay trục lái sau mô tơ đạt
72 độ do có sự can thiệp điều chỉnh của mô tơ AFS, mô tơ điều chỉnh một góc 18 độ