Nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động của đoàn xe sơ mi rơ moóc khi chuyển làn tt

MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của luận án
Ở Việt Nam, đoàn xe sơ mi rơ moóc (gọi tắt là ĐXSMRM) là loại
đoàn xe được sử dụng tương đối phổ biến. Khi quay vòng, ĐXSMRM
thường mất ổn định ngang. Mất ổn định ngang gồm hai quá trình kế tiếp
nhau: (i) mất ổn định hướng (Yaw Instability), (ii) mất ổn định lật ngang
(Roll Instability). Khi chuyển làn đường, cho dù chưa mất ổn định hướng
nhưng nếu ĐXSMRM va chạm lề đường hoặc chướng ngại vật tương tự
đoàn xe có thể bị lật vấp (tripped Rollover), nhất là khi đường có hệ số
bám thấp. Vì vâ ̣y, viê ̣c nghiên cứu đô ̣ng lực ho ̣c đoàn xe nói chung và
nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động của đoàn xe nói riêng là vấ n đề
có ý nghiã cấ p bách hiê ̣n nay ở Viê ̣t Nam.
Mục tiêu nghiên cứu
Khi chuyển làn đường biên độ góc quay bánh xe dẫn hướng, tần số
đánh lái, vận tốc đoàn xe có thể ảnh hưởng tới sự vi phạm làn đường dẫn
đến lật vấp. Nghiên cứu xác định vùng điều khiển để ĐXSMRM chuyển
làn đường mà không bị vi phạm làn đường có thể làm cơ sở khi thiết kế
các hệ thống cảnh báo và điều khiển làm tăng tính ổn định chuyển động.
Đối tượng nghiên cứu
ĐXSMRM gồm: Xe đầu kéo (XĐK) MAZ 543203-220; Sơ mi rơ
moóc (SMRM) DV-CSKS-400NA.
Phương pháp nghiên cứu
Lập mô hình Động lực học ĐXSMRM, thí nghiệm quay vòng.
Phạm vi nghiên cứu
Sự mất ổn định quỹ đạo có thể xảy ra khi đoàn xe quay vòng hoặc
chuyển làn đường. Trong khuôn khổ của luận án, nghiên cứu sinh nghiên
cứu quá trình chuyển làn đường và xác định hành lang quét an toàn nhằm
tránh quá trình lật vấp.
Nội dung luận án
Bố cục của luận án được trình bày theo 4 chương chính như sau:
(1) Tổng quan; (2) Mô hình động lực học ĐXSMRM nghiên cứu

chuyển làn đường; (3) Khảo sát ổn định quỹ đạo chuyển động của
ĐXSMRM khi chuyển làn đường; (4) Nghiên cứu thực nghiệm.
Những kết quả mới của luận án
(i) Xây dựng được mô hình 28 bậc tự do cho đoàn xe sơ mi rơ
moóc với XĐK 2 cầu và SMRM 2 cầu. Mô hình có thể khảo sát được các
trạng thái ổn định quỹ đạo với các quy luật đánh lái khác nhau; (ii) Luận
án đã xác định được vùng điều khiển theo hai thông số là tần số đánh lái
và vận tốc đoàn xe ở một biên độ góc quay bánh xe dẫn hướng cụ thể làm
cơ sở để thiết kế các hệ thống cảnh báo và điều khiển khi ĐXSMRM
chuyển làn đường; (iii) Đã thiết lập được phương pháp và xây dựng hệ

1


thống thí nghiệm để kiểm chứng mô hình đoàn xe sơ mi rơ moóc khi
chuyển làn đường.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án
Luận án đã xây dựng được mô hình ĐXSMRM để nghiên cứu các
quá trình mất ổn định quỹ đạo chuyển động. Đã sử dụng mô hình để khảo
sát được ảnh hưởng của một số thông số điều khiển đến ổn định quỹ đạo
khi chuyển làn đường đặc trưng.
Ý nghĩa khoa học của luận án
Phương pháp xác định vùng điều khiển theo hai thông số có ý
nghĩa thực tiễn và khoa học trong nghiên cứu cảnh báo và điều khiển
chống vi phạm làn đường trong trạng thái chuyển làn đường.
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Xu thế phát triển đoàn xe, vấn đề mất ổn định chuyển động và
tính cấp thiết
1.1.1. Xu thế phát triển đoàn xe
Đoàn xe có ưu điểm là vận chuyển được nhiều hàng hóa trên một

đơn vị công suất của động cơ nên chi phí vận chuyển thấp và có thể vận
chuyển được những hàng hóa có kích thước và khối lượng lớn. Đoàn xe
được phát triển mạnh trên Thế giới và Việt Nam.
1.1.2. Tai nạn Giao thông
Do kích thước lớn và có 2 thân nên khi tham gia giao thông đoàn
xe thường gây tai nạn do mất ổn định trượt và lật. Khi đường có hệ số
bám thấp, cũng như trong một số trường hợp, chưa mất ổn định trượt
nhưng nếu vượt hành lang có thể xẩy ra lật vấp.
1.1.3. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu
Hình 1.2 chỉ rõ mối quan hệ động lực học “Người-Xe-Đường”.
Đoàn xe có 3 cụm cầu, tùy theo trạng thái vật lý của các cầu mà
ĐXSMRM có 3 dạng trượt ngang như (hình 1.3). Hình 1.3a tượng trưng
cho dao động SMRM: động lực học ngang bánh xe vẫn trong vùng tuyến
tính và ổn định nhưng nếu biên độ lớn có thể lật vấp. Hình 1.3b là trạng
thái trượt ma sát cầu 3, đoàn xe dễ rơi vào mất ổn định hướng và có thể
lật. Hình 1.3c là trạng thái cầu giữa trượt ngang, gập thân xe.

Hình 1.2. Sơ đồ tương tác Đường-ĐXSMRM-Người lái

2


Hình 1.3. Sự trượt ngang đoàn xe
Trong thực tế, trạng thái chuyển làn đường là thường xuyên, có
thể xuất hiện 3 dạng trượt ngang như hình 1.3; cho dù còn ổn định ngang
(vùng tuyến tính) nhưng khi vi phạm làn đường (va chạm ngang) xe vẫn
có thể lật vấp. Vì thế nghiên cứu trạng thái giới hạn lật vấp khi chuyển
làn đường là cần thiết.
1.2. Tình hình nghiên cứu của Thế giới và Việt Nam về ổn định quỹ
đạo chuyển động

1.2.1. Tình hình nghiên cứu của Thế giới
(a) Mô hình: Có nhiều tác giả đề xuất mô hình: Schmid [57],
Collins và Wong [29], Fancher [34], Dugoff và Murphy [31], Jindra [40,
41] nghiên cứu ổn định động lực học cuả đoàn xe bằng phân tích hệ
phương trình tuyến tính.
(b) Tiêu chí đánh giá: Trong nghiên cứu về ổn định quỹ đạo,
thường đánh giá theo LTR, RA, góc gập thân xe  k .
1.2.2. Tình hình nghiên cứu của Việt Nam
(a) Mô hình: Ở Việt Nam hiện nay không có nhiều nghiên cứu liên
quan đến đề tài ổn định đoàn xe. Có một số công trình nghiên cứu động
lực học ĐXSMRM của Nguyễn Thanh Tùng [12, 13].
(b) Tiêu chí: Khi nghiên cứu lật quán tính, sử dụng chỉ tiêu hệ số
phân bố tải trọng ngang LTR (Load Transfer Ratio) biểu thị mức độ tách
bánh phía trong cung quay vòng và thông số tương đương là hệ số gia tốc
ngang RAR (Rearward Amplication Ratio) đặc trưng cho đặc tính quay
vòng giữa XĐK và SMRM. Hai thông số này phù hợp cho đánh giá lật
quán tính.
1.3. Các chỉ tiêu, thông số đánh giá mất ổn định quỹ đạo chuyển động
Đánh giá chuyển làn đường theo tiêu chuẩn ISO14791:2000 [38]
đánh giá ổn định ngang của ĐXSMRM theo các thông số: (i) Độ dịch
chuyển ngang động (Dynamic Offtracking); (ii) Hệ số gia tốc RAR
(Rearward Amplification Ratio);

3


1.4. Mục tiêu, đối tượng, phương pháp, phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu xác định vùng điều khiển để ĐXSMRM chuyển làn
đường mà không bị vi phạm làn đường có thể làm cơ sở khi thiết kế các

hệ thống cảnh báo và điều khiển làm tăng tính ổn định chuyển động; hạn
chế lật vấp.
1.4.2. Đối tượng nghiên cứu
Đoàn xe sơ mi rơ moóc gồm XĐK ”MAZ 543203-220” và SMRM “DVCSKS-400NA”.

1.4.3. Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm
1.4.4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu quá trình chuyển làn với một số thông số sử dụng như
góc quay bánh xe dẫn hướng, tần số đánh lái của quy luật hình Sin trên
đường phẳng có hệ số bám thấp.
1.4.5. Cấu trúc luận án
(1) Tổng quan; (2) Xây dựng mô hình động lực học đoàn xe sơ mi
rơ moóc nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động; (3) Khảo sát ổn định
quỹ đạo chuyển động của đoàn xe sơ mi rơ moóc khi chuyển làn đường;
(4) Nghiêu cứu thực nghiệm.
1.5. Kết luận chương 1
Khi chuyển làn đường biên độ góc lái, tần số đánh lái, vận tốc xe
có ảnh hưởng đến hành lang quét (Offtracking) của đoàn xe. Khi chuyển
làn đường đoàn xe sơ mi rơ moóc có thể bị dịch chuyển thừa (Overshoot)
dịch chuyển thiếu (Undershoot) [35]. Hành lang di chuyển của đoàn xe sơ
mi rơ moóc bị giới hạn bởi kích thước đường theo tiêu chuẩn.
Chương 2. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC ĐOÀN XE SƠ MI RƠ
MOÓC NGHIÊN CỨU CHUYỂN LÀN ĐƯỜNG
2.1. Phân tích cấu trúc và các giả thiết lập mô hình
2.1.1. Phân tích cấu trúc ĐXSMRM
Đoàn xe sơ mi rơ moóc có hai khối lượng được treo và bốn khối
lượng không được treo; có ba liên kết là khớp yên ngựa, hệ thống treo và
lốp đường.
2.1.2. Các giả thiết khi xây dựng mô hình

Cấu trúc đoàn xe sơ mi rơ moóc đối xứng qua trục dọc của từng
xe; Khung XĐK và SMRM cứng tuyệt đối; không dịch ngang giữa khối
lượng được treo và không được treo mà chỉ lắc ngang; khớp yên ngựa là
lý tưởng.

4


2.2. Mô hình động lực học nghiên cứu chuyển làn đường ĐXSMRM
2.2.1. Hệ quy chiếu
2.2.2. Hệ lực và mô men
Có 3 dạng lực trong mô hình: (i) Lực tương tác bánh xe Fxị, Fyij,
Fzij; (ii) Lực liên kết khối lượng được treo với khối lượng không được treo
(nội lực hệ thống treo); (iii) Lực khớp yên ngựa.

Hình 2.1. Hệ quy chiếu ĐXSMRM

Hình 2.3. Mô hình động lực học
XĐK trong mặt phẳng đường

Hình 2.4. Mô hình động lực học
SMRM trong mặt phẳng đường

5


Hình 2.5. Sơ đồ các lực tác động lên khối lượng được treo
XĐK trong mặt phẳng XOZ

6

2.3. Hệ phương trình mô tả chuyển động của đoàn xe trong mặt
phẳng đường
M1 (x1 -y1ψ1 ) = Fx11cosδ11 - Fy11sinδ11 + Fx12cosδ12 - Fy12sinδ12 + Fx21 + Fx22 - Fkx1 - Fwx1

M1 (y1 +x1ψ1 ) = Fy11sinδ11 + Fy11cosδ11 + Fx12sinδ12 + Fy12sinδ12 + Fy21 + Fy22 - Fky1

J z1ψ1 =  Fx12 cosδ12 - Fy12sinδ12  -  Fx11cosδ11 - Fy11sinδ11   b1 +  Fx22 -Fx21  b 2


+  Fx11sinδ11 + Fy11cosδ11  +  Fx12sinδ12 + Fy12sinδ12   l1 -  Fy21 + Fy22  l 2 + Fky1lk1 (i)


M 2 (x 2 -y 2 ψ 2 ) = Fkx2 +Fx31 +Fx32 +Fx41 +Fx42 - Fwx2
M (y -x ψ ) = F +F +F +F +F
ky2
y31
y32
y41
y42
 2 1 1 2

J z2 ψ 2 =  Fx32 - Fx31  b3 +  Fx42 - Fx41  b 4 + Fky2l k2 -  Fy31 + Fy32  l3 -  Fy41 + Fy42  l4


2.2.4. Hệ phương trình động lực phương thẳng đứng xác định phản
lực lốp-đường
m1z 1  FC11  FK11  FC12  FK12  FC21  FK 21  FC22  FK 22  Fkz1
J   (F  F  F  F )l  (F  F  F  F )l

C11
K11
C12
K12 1
C21
K 21
C22
K 22
2
 y1 1
'
'

 Fkz1l k1  Fkx1 (h 1  h k1 )  (Fx11
 Fx12
 Fx' 21  Fx' 22 )(h 1  r)

 M 11  M 12  M 21  M 22


J


(FC12  FK12  FC11  FK11 )w 1  (FC22  FK 22  FC21  FK 21 )w 2 
 x1 1

FR1 (h 1  h R1 )  FR 2 (h 1  h R 2 )  M T1  M T 2


m 2 z 2  FC31  FK31  FC32  FK32  FC41  FK 41  FC42  FK 42  Fkz 2

J    (F  F  F  F )l  (F  F  F  F )l
C31
K31
C32
K32
3
C41
K 41
C42
K 42
4
 y2 2

 Fkz 2 l k 2  Fkx 2 (h 2  h k 2 )  (Fx' 31  Fx' 32  Fx' 41  Fx' 42 )(h 2  r)

 M 31  M 32  M 41  M 42
(ii)


J x 2 2  (FC32  FK32  FC31  FK31 )w 3  (FC42  FK 42  FC41  FK 41 )w 4 

FR 3 (h 2  h R 3 )  FR 4 (h 2  h R 4 )  M T3  M T 4

m Ai z Ai = (FCLi1 + FCLi2 ) - (FCi1 +FKi1 + FCi2 + FKi2 )


J Axiβ Ai = (FCi2 + FKi2 - FCi1 - FKi1 )w i + (FCLi1 - FCLi2 )b i + FRi (h Ri - r) + (Fyi1 + Fyi2 )r + M Ti

2.2.5. Động lực học bánh xe bánh xe đàn hồi
JAyijφij = MAij - MBij - (Fxij + fij Fzij )rdij

(iii)

2.2.6. Các lực liên kết
Lực liên kết giữa (i) khối lượng được treo và không được treo,
(ii) giữa XĐK và SMRM và (iii) kết lốp-đường.
2.3. Đặc trưng của mô hình
Có 3 mô đun chính:
(i)
(ii)
(iii)

Động lực học trong mặt phẳng đường (1,2),
Động lực học phương thẳng đứng (4,5,6,7,8),
Động lực học bánh xe (9, 11, 13).

7


Hình 2.18. Sơ đồ tính
2.4. Điều kiện đầu của các phương trình vi phân
2.5. Kết luận chương 2
Đã xây dựng mô hình động lực học quay vòng 28 bậc tự do có thể
khảo sát động lực học quay vòng khác nhau.
Chương 3. KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH QUỸ ĐẠO ĐOÀN XE SƠ MI RƠ
MOÓC KHI CHUYỂN LÀN ĐƯỜNG
3.1. Mô tả ĐK khảo sát, phương án khảo sát và các chỉ tiêu đánh giá
3.1.1. Mô tả điều kiện và các phương án khảo sát
a. Loại đường khảo sát
Theo TCVN 4054:2005 [18]. Với loại đường này, chiều rộng một

làn đường là 3,5m. Làn đường dành cho xe cơ giới là 7m.
b. Quy luật đánh lái

Hình 3.1. Quy luật đánh lái dạng Sin đơn khi chuyển làn đường

8


Sử dụng quy luật đánh lái Sin đơn để tạo ra chuyển động chuyển làn
đường khi thí nghiệm ổn định ngang ĐXSMRM được ISO 14791:2000 khuyến
nghị với biên độ góc quay bánh xe dẫn hướng δA và tần số đánh lái f hợp lý [30].
Với các phân tích như vậy, luận án định nghĩa một quy luật đánh lái của góc quay
bánh xe dẫn hướng như sau:
khi
t  t bdsin & t  t kt sin
0
11  

sin(2

ft)
khi
t
(3.1)
bd  t  t kt sin
 A

c. Vận tốc xe khảo sát
d. Các phương án khảo sát
Bảng 3.1. Các phương án khảo sát

δA(0)

f(Hz)

Δt(s)

v(km/h)

Phần
trình
bày
trong
luận án

2:0,5:
4,5

0,370

2,7

50

3.2

4

0,455;
0,435; 0,4;

0,385;
0,370

2,2:0,1:
2,7

50

3.3

4

0,4

2,5

46:2:56

3.4

Thông số
Phương án
PA1: Khảo sát ảnh
hưởng của biên độ
đánh lái Sin khi chuyển
làn đơn
PA2: Khảo sát ảnh
hưởng của tần số đánh
lái khi chuyển làn đơn
PA3: Khảo sát ảnh

hưởng của vận tốc xe
khi chuyển làn đơn

3.1.2. Các chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá ổn định quỹ đạo chuyển động
khi chuyển làn đường
i 1
j

Xij  X m  (1) Lij cos m  (1) Bij sin  m

i 1
j

Yij  Ym  (1) Lij sin  m  ( 1) Bijcos m

(3.2)

Hình 3.2. Các trạng thái chuyển làn đường

9


a y1 = y1 + ψ1 x1

a y2 = y2 + ψ2 x 2
max( a y 2 )
RA 
max( a y1 )

(3.2)

(3.3)

3.2. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ đánh lái Sin khi chuyển làn đơn

Hình 3.29. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với δA=20

Hình 3.30. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với δA=2,50

Hình 3.31. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với δA=30

Hình 3.32. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với δA=3,50

Hình 3.33. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với δA=40

10


Hình 3.34. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với δA=4,50
Bảng 3.3. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu theo biên độ góc lái
δA(0)
Chỉ tiêu
maxY11(m)
maxY21(m)

2

2,5

3

3,5

4

4,5

3,414
3,375

3,93
3,879

4,434
4,371

4,921
4,848

5,387
5,304

5,817
5,727

maxY31(m)
maxY41(m)

3,389
3,337

3,902
3,827

4,402
4,302

4,886
4,76

5,349
5,196

5,778
5,598

maxY12(m)
maxY22(m)

0,915
0,875

1,433
1,379

1,937
1,871

2,426
2,348

2,892
2,804

3,324
3,227

maxY32(m)
maxY42(m)

0,912
0,857

1,426
1,347

1,928
1,822

2,414
2,28

2,88
2,716

3,311
3,118

maxY1(m)
maxY2(m)

2,123
2,097

2,626
2,587

3,117
3,062

3,592
3,52

4,046
3,956

4,468
4,359

RA
Thời điểm
xác định RA
(s)
Thời điểm vi
phạm (s)

0,668

0,669

0,671

0,675

0,681

0,69

3,005

3,015

3,030

3,045

3,062

3,085

4,252(P12
)
Vi phạm
trong

4,26(P12
)
Vi phạm
trong

x

x

OK

OK

3,982(P11
)
Vi phạm
ngoài

3,734(P11
)
Vi phạm
ngoài

Kết luận

Hình 3.35. Đồ thị tổng hợp các chỉ tiêu theo δA

11


3.3. Khảo sát ảnh hưởng của tần số đánh lái khi chuyển làn đường đơn

Khảo sát trạng thái chuyển làn đường đơn với quy luật đánh lái
dạng Sin đơn như hình 3.1 với cùng biên độ đánh lái δA bằng 40 với tần số
đánh lái f từ 0,455 đến 0,370Hz (thời gian đánh lái một chu kỳ Δt bằng
2,2:2,7s bước 0,1s) như hình 3.36. Khảo sát với vận tốc v bằng 50km/h ở

loại đường có hệ số bám φxmax bằng 0,5.

Hình 3.44. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với f =0,455 Hz

Hình 3.45. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với f =0,435 Hz

Hình 3.46. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với f =0,417Hz

Hình 3.47. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với f =0,4 Hz

Hình 3.48. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với f =0,385 Hz

12


Hình 3.49. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với f =0,370 Hz
Bảng 3.4. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu theo tần số đánh lái
f(Hz)

0,455

0,435

0,417

0,4

0,385

0,37

Δt(s)

2,2

2,3

2,4

2,5

2,6

2,7

maxY11(m)

4,009

4,261

4,525

4,801

5,088

5,387

maxY21(m)

3,913

4,168

4,435

4,713

5,003

5,304

maxY31(m)

3,950

4,207

4,475

4,755

5,047

5,349

maxY41(m)

3,822

4,074

4,337

4,612

4,898

5,196

maxY12(m)

1,515

1,768

2,032

2,307

2,594

2,892

maxY22(m)

1,413

1,668

1,935

2,213

2,503

2,804

maxY32(m)

1,477

1,735

2,004

2,285

2,576

2,880

maxY42(m)

1,342

1,594

1,857

2,132

2,418

2,716

maxY1(m)

2,656

2,911

3,178

3,456

3,745

4,046

maxY2(m)

2,582

2,834

3,098

3,373

3,659

3,956

RA
Thời điểm xác
định RA (s)
Thời điểm vi
phạm (s)

0,620

0,634

0,647

0,659

0,670

0,681

2,889

2,918

2,955

2,99

3,026

3,062

x

x

x

OK

OK

OK

Chỉ tiêu

Kết luận

3,783(P12)
Vi phạm
trong

4,552(P22
)
Vi phạm
trong

3,981(P11
)
Vi phạm
ngoài

Hình 3.50. Đồ thị các thông số đánh giá theo thời gian đánh lái

13


3.4. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc đoàn xe khi chuyển làn đường
Khảo sát với δA bằng 40, tần số đánh lái f=0,4Hz trên đường có hệ
số bám φxmax bằng 0,5; ở các vận tốc từ 46(2)56km/h.

Hình 3.59. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=46 km/h

Hình 3.60. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=48 km/h

Hình 3.61. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=50 km/h

Hình 3.62. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=52 km/h

Hình 3.63. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=54 km/h

Hình 3.64. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=56 km/h

14


Bảng 3.5. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu theo vận tốc xe

v(km/h)
Chỉ tiêu
maxY11(m)
maxY21(m)
maxY31(m)
maxY41(m)
maxY12(m)
maxY22(m)
maxY32(m)
maxY42(m)
maxY1(m)
maxY2(m)
RA
Thời điểm
xác định RA
(s)
Thời điểm vi
phạm (s)
Kết luận

46

48

50

52

54

56

4,338
4,223
4,265
4,119
1,846
1,723
1,794
1,639
2,972
2,880
0,617

4,568
4,466
4,509
4,363
2,075
1,966
2,038
1,883
3,212
3,124
0,638

4,801
4,713
4,755
4,612

2,307
2,213
2,285
2,132
3,456
3,373
0,659

5,035
4,962
5,003
4,863
2,540
2,462
2,533
2,383
3,705
3,623
0,681

5,266
5,209
5,249
5,111
2,771
2,709
2,778
2,631
3,951
3,871

0,703

5,490
5,449
5,487
5,351
2,994
2,949
3,016
2,871
4,191
4,111
0,726

2,953

2,972

2,991

3,012

3,034

3,06

4,67(P22)

x

x

x

4,049(P11)

3,815(P11)

Vi phạm
trong

OK

OK

OK

Vi phạm
ngoài

Vi phạm
ngoài

Hình 3.65. Đồ thị các thông số đánh giá theo vận tốc xe

15


3.5. Xác định vùng điều khiển khi chuyển làn đường
Bảng 3.6. Vùng khảo sát chuyển làn đường theo tần số lái và vận tốc đoàn xe

ở δA bằng 30

16


Bảng 3.7. Vùng chuyển làn đường theo tần số lái và vận tốc đoàn xe ở δA = 40

Bảng 3.8. Giá trị các thông số điều khiển với δA=30
v(km/h)
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
60

Δt1(s)
4,404
4,12
3,89

3,673
3,483
3,31
3,15
3,017
2,89
2,775
2,67
2,572
2,482
2,402
2,327
2,258

f1(Hz)
0,227
0,243
0,257
0,272
0,287
0,302
0,317
0,331
0,346
0,360
0,375
0,389
0,403
0,416
0,430

0,443

RA1
0,622
0,623
0,625
0,628
0,631
0,635
0,641
0,646
0,653
0,66
0,665
0,671
0,68
0,688
0,701
0,712

17

Δt2(s)
4,944
4,64
4,373
4,136
3,925
3,736
3,556

3,412
3,272
3,145
3,029
2,935
2,826
2,737
2,653
2,576

f2(Hz)
0,202
0,216
0,229
0,242
0,255
0,268
0,281
0,293
0,306
0,318
0,330
0,341
0,354
0,365
0,377
0,388

RA2
0,655

0,657
0,66
0,664
0,668
0,672
0,677
0,683
0,689
0,695
0,702
0,71
0,719
0,728
0,738
0,749


Hình 3.68. Đồ thị vùng RA theo
vận tốc đoàn xe khi δA=30

Hình 3.66. Đồ thị vùng tốc độ đánh
lái theo vận tốc đoàn xe khi δA=30

Hình 3.67. Đồ thị vùng tần số đánh lái theo vận tốc đoàn xe khi δA=30
Bảng 3.9. Giá trị các thông số điều khiển với δA=40
v(km/h)

Δt1(s)

f1(Hz)

RA1

Δt2(s)

f2(Hz)

RA2

30

3,857

0,259

0,578

4,274

0,234

0,607

32

3,618

0,276

0,58

4,015

0,249

0,612

34

3,409

0,293

0,583

3,786

0,264

0,616

36

3,22

0,311

0,586

3,584

0,279

0,62

38

3,056

0,327

0,594

3,404

0,294

0,626

40

2,908

0,344

0,599

3,243

0,308

0,631

42

2,775

0,360

0,605

3,099

0,323

0,638

44

2,654

0,377

0,614

2,97

0,337

0,646

46

2,545

0,393

0,622

2,853

0,351

0,655

48

2,447

0,409

0,63

2,748

0,364

0,664

50

2,359

0,424

0,641

2,654

0,377

0,676

52

2,28

0,439

0,653

2,569

0,389

0,688

54

2,21

0,452

0,665

2,495

0,401

0,702

56

2,149

0,465

0,679

2,429

0,412

0,717

58

2,098

0,477

0,692

2,371

0,422

0,732

60

2,056

0,486

0,706

2,321

0,431

0,745

18


Hình 3.69. Đồ thị vùng tốc độ đánh
lái theo vận tốc xe khi δA=40

Hình 3.70. Đồ thị vùng tần số đánh

lái theo vận tốc xe khi δA=40

Hình 3.71. Đồ thị vùng RA theo vận tốc đoàn xe khi δA=40
3.6. Kết luận chương 3
- Khảo sát được ảnh hưởng của δA đến mất ổn định quỹ đạo của
ĐXSMRM nghiên cứu khi chuyển làn đường đơn. Với δA=30 và 3,50 ứng với quy
luật đánh lái Sin đơn ở tốc độ đánh lái 2,7s khi đoàn xe chuyển làn đường đơn với
vận tốc 50km/h, trên đường có hệ số bám max bằng 0,5 thì ĐXSMRM chuyển làn
đường đủ;
- Khảo sát được ảnh hưởng của góc lái vận tốc xe đến mất ổn định quỹ
đạo của ĐXSMRM nghiên cứu khi chuyển làn đường đơn. Với δA=40 ứng với quy
luật đánh lái Sin đơn ở tần số đánh lái 0,4Hz khi đoàn xe chuyển làn đường đơn
với vận tốc 48, 50, 52km/h, trên đường có hệ số bám max bằng 0,5 thì ĐXSMRM
chuyển làn đường đủ;
- Khảo sát được ảnh hưởng của tốc độ đánh lái đến mất ổn định quỹ đạo
của ĐXSMRM nghiên cứu khi chuyển làn đường đơn. Với δA=40 ứng với quy luật
đánh lái Sin đơn ở tốc độ đánh lái 2,4:2,6s khi đoàn xe chuyển làn đường đơn với
vận tốc 50km/h, trên đường có hệ số bám max bằng 0,5 thì ĐXSMRM chuyển làn
đường đủ;
- Khảo sát được ảnh hưởng theo hai thông số là tần số đánh lái f (thời gian
đánh lái Δt) và vận tốc đoàn xe v đến ổn định quỹ đạo của ĐXSMRM khi chuyển
làn đường đơn với các trường hợp khảo sát cụ thể như các bảng 3,6; 3.7 ứng với
δA là 30 và 40;
- Đề xuất được phương pháp xác định vùng điều khiển theo hai thông số
là tần số đánh lái f (tốc độ đánh lái Δt) và vận tốc đoàn xe v đến ổn định quỹ đạo
của ĐXSMRM khi chuyển làn đường đơn với các trường hợp khảo sát cụ thể như

19

các bảng 3.8;3,9 và các đồ thị tương ứng từ 3.66 đến 3.71 ứng với 2 biên độ góc
quay bánh xe dẫn hướng δA là 30 và 40;
- Đề xuất được hệ số RA làm thông số tương đương với trạng thái ổn định
khi chuyển làn đường. Với khoảng hệ số RA cho từng trường hợp có thể làm cơ
sở xác định thời điểm cảnh báo hoặc điều khiển sớm khi chuyển làn đường với
quy luật góc lái dạng Sin đơn.

Chương 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Mục đích, đối tượng và các thông số thí nghiệm
4.1.1. Mục đích thí nghiệm: Kiểm chứng mô hình. Đo góc quay vô lăng, vận tốc
góc quay bánh xe bị động, đo 4 gia tốc ngang.
4.1.2. Đối tượng thí nghiệm
4.1.3. Các thông số thí nghiệm
Bảng 4.1. Các thông số thí nghiệm
STT
1
2
3
4
5
6

Thông số
Góc quay vô lăng
Vận tốc xe (Longitudinal
Velocity)
Gia tốc ngang điểm trước
của XĐK
Gia tốc ngang điểm sau
của XĐK

Gia tốc ngang điểm trước
của SMRM
Gia tốc ngang điểm sau
của SMRM

Ký hiệu
δVL(0)

Cảm biến
Encoder-1

Vị trí
V

vx(km/h)

Encoder-2,3

E1,2

ayP1(m/s2)
ayP2(m/s2)
ayP3(m/s2)

P1
MMA7361L
[30]

ayP4(m/s2)

Hình 4.2. Sơ đồ vị trí gắn cảm biến
4.2. Thiết bị thí nghiệm

+ Cảm biến gia tốc MMA7361L
+ Cảm biến đo vận tốc goc
+ Hộp xử lý tín hiệu & kết nối máy tính NI USB-6210
20

P2
P3
P4


4.2.4. Sơ đồ thí nghiệm

Hình 4.6a. Sơ đồ thí nghiệm quay vòng ĐXSMRM
4.3. Các phương án thí nghiệm
4.3.1. Mô tả thí nghiệm
4.3.2. Các phương án thí nghiệm
Bảng 4.2. Bảng các phương án thí nghiệm
TT

Thông số

Thí nghiệm 1

Thí nghiệm 2

Thí nghiệm 3

1

Vận tốc (km/h)

28

30

35

2

Loại đường

Ướt

Khô

Khô

4.3.4. Thiết lập điều kiện tương quan giữa thí nghiệm và mô phỏng
4.4. Kết quả thí nghiệm và so sánh với mô phỏng
4.4.1. Kết quả thí nghiệm
Kết quả thí nghiệm đo được là góc quay vô lăng δVL, vận tốc dọc
đoàn xe vx các gia tốc ngang ayP1, ayP2, ayP3, ayP4. Các kết quả gia tốc
ngang có được lọc Kalman là bộ lọc tích hợp trong Labview.
4.4.2. So sánh kết quả thí nghiệm với kết quả mô phỏng
4.4.2.1 Kết quả so sánh khi thí nghiệm trên đường ướt ở v=28km/h
Với vận tốc 28km/h, thì kết quả mô phỏng và thí nghiệm có độ lệch
không lớn như hình 4.12 đến 4.15.

21


Hình 4.12. Đồ thị so sánh ayP1

Hình 4.13. Đồ thị so sánh ayP2

Hình 4.14. Đồ thị so sánh ayP3

Hình 4.15. Đồ thị so sánh ayP4
Bảng 4.3. Các chỉ tiêu so sánh giữa thí nghiệm và mô phỏng khi vận tốc xấp xỉ 28km/h
v(km/h)
ayP1
ayP2
ayP3
ayP4
Hệ số tương quan Pearson
0.986 0.991 0.981
0.987
RMSE
0.162 0.112 0.171
0.116
Các sai số RMSE (Root Mean Square Errors [51]) được tính theo
công thức 4.3 cho thấy mức độ lệch chuẩn nhỏ hơn 0,171, bảng 4.5.
Trong khi độ tương quan R (Pearson Correlation [54]), tính theo công
thức 4.2 đạt mức nhỏ nhất là 0,981, bảng 4.4.
 a
N

R=

yTNi

-a yTN

 a

yMPi

-a yMP



i=1

 a
N

i=1

yTNi

-a yTN

  a
2 N

yMPi

-a yMP



(4.2)

RMSE=

2

2
1 N
  a yTNi -a yMPi  (4.3)
N i=1

i=1

4.4.2.2. Kết quả so sánh khi thí nghiệm trên đường khô ở vận tốc 30km/h

Hình 4.18. Đồ thị so sánh ayP1

Hình 4.19. Đồ thị so sánh ayP2

Hình 4.20. Đồ thị so sánh ayP3

Hình 4.21. Đồ thị so sánh ayP4

22

4.4.2.3. Kết quả so sánh khi thí nghiệm trên khô vận tốc khoảng
35km/h

Hình 4.24. Đồ thị so sánh ayP1

Hình 4.25. Đồ thị so sánh ayP2

Hình 4.26. Đồ thị so sánh ayP3

Hình 4.27. Đồ thị so sánh ayP4

Bảng 4.4. Chỉ tiêu hệ số tương quan Pearson giữa mô phỏng và thí nghiệm
v(km/h)

Thời gian so
sánh (s)

ayP1

ayP2

ayP3

ayP4

28

0÷13

0.986

0.991

0.981

0.987

30

0÷14

0.988

0.985

0.988

0.992

35

0÷12

0.988

0.984

0.989

0.996

4.5. Kết luận chương 4
Đã xây dựng hệ thống thí nghiệm động lực học ĐXSMRM;Thực
hiện được thí nghiệm đo gia tốc ngang của các điểm giới hạn của XĐK và
SMRM của ĐXSMRM là đối tượng nghiên cứu ở chế độ không tải. Thí
nghiệm với 3 mức vận tốc 28,30,35 km/h khi đánh lái hinh sin; Kết quả
thí nghiệm cho các quy luật tương đồng với các kết quả thu được từ tính
toán khảo sát bằng mô hình.

23


Kết luận
1. Các kết quả đạt được
a) Đã phân tích được tính cấp thiết của việc nghiên cứu xác định
ổn định quỹ đạo chuyển động của ĐXSMRM. Đối với đoàn xe, với kích
thước lớn, khối lượng lớn và kết cấu nhiều thân thì ổn định quỹ đạo khi
chuyển động là vấn đề phức tạp. Khi chuyển làn đường biên độ góc lái,
tần số đánh lái, vận tốc xe có ảnh hưởng đến hành lang quét (Offtracking)
của đoàn xe sơ mi rơ moóc.
b) Đã trình bày cơ sở lý thuyết và phương pháp xây dựng mô hình
động lực học chuyển động 28 bậc tự do của ĐXSMRM bằng phương
pháp hệ nhiều vật sử dụng hệ phương trình Newton-Euler.
c) Khảo sát được ảnh hưởng của biên độ, vận tốc đánh lái, vận tốc
ô tô khi chuyển làn đường đơn trên đường có hệ 0,5.
d) Khảo sát được ảnh hưởng theo hai thông số là tần số đánh lái
và vận tốc đoàn xe đến ổn định quỹ đạo của đoàn xe sơ mi rơ moóc khi
chuyển làn đường đơn.
e) Đề xuất được hệ số RA làm thông số tương đương với trạng
thái ổn định khi chuyển làn đường.

f) Lựa chọn được phương pháp, thiết bị thí nghiệm và xây dựng
được quy trình thí nghiệm phù hợp với điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam.
2. Một số hạn chế của luận án
Chưa khảo sát trạng thái chuyển làn đường của đoàn xe sơ mi rơ
moóc ở các vận tốc lớn hơn 60km/h; hệ số bám khác nhau.
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo
Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể mở rộng vùng khảo sát trên cả
miền thông số sử dụng và thông số kết cấu của đoàn xe đến ổn định quỹ
đạo chuyển động của đoàn xe sơ mi rơ moóc. Từ các kết quả khảo sát có
thể đề xuất, thiết kế các hệ thống cảnh báo và điều khiển nhằm tăng tính
ổn định quỹ đạo chuyển động an toàn của đoàn xe sơ mi rơ moóc trong
điều kiện sử dụng.

24