NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ
Nguyễn Thành Công
(1)
, Đào Mạnh Hùng
(1)
, Hồ Hữu Hải
(2)

(1) Trường Đại học Giao thông Vận tải, (2)Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Tóm tắt: Bài báo đề xuất bộ điều khiển logic mờ điều khiển chuyển động ổn định của
ô tô thông qua việc phân phối lực phanh tại mỗi bánh xe. Dựa vào tốc độ góc xoay thân xe
thực tế được cung cấp bởi cảm biến bộ điều khiển sẽ so sánh với với giá trị mong muốn.
Thông qua tín hiệu sai lệch này, bộ chấp hành sẽ thực hiện phanh tại bánh xe điều chỉnh quỹ
đạo chuyển động của ô tô gần với mong muốn. Hệ thống được mô phỏng khi ô tô thực hiện
chuyển làn, tín hiệu điều khiển vành lái dạng hình Sin. Đánh giá tác động của bộ điều khiển
quá trình mô phỏng được thực hiện khi có và không có tác động của bộ điều khiển với các
vận tốc khác nhau.
I. Đặt vấn đề
Nghiên cứu quỹ đạo chuyển động
của ô tô là vấn đề rất phức tạp. Khi ô tô
chuyển động trên đường với tốc độ cao có
thể xảy ra quay vòng không theo quỹ đạo
người điều khiển mong muốn làm mất ổn
định dẫn tới những tai nạn đáng tiếc. Các
nghiên cứu gần đây cho thấy điều khiển
mô men xoay thân xe là phương pháp hiệu
quả để cải thiện tính chuyển động ổn định
của ô tô. Phương pháp này tập trung vào
điều khiển vận tốc góc xoay thân xe. Khi
mất ổn định hệ thống điều khiển sẽ đưa ra
tín hiệu điều chỉnh mô men xoay thân xe

không đổi bán kính quay vòng R
qv
được
xác định từ sơ đồ (hình 1) như sau:

qv
t t s
L
R
tg( ) tg
=
β −α + α
(2)
Trong đó: L-chiều dài cơ sở của ô
tô [m]; β
t
- góc quay bánh xe dẫn
hướng[rad]; α
t
-góc biến dạng bên của cầu
trước [rad]; α
s
- góc biến dạng bên của cầu
sau[rad].
Nếu xe quay vòng với β
t
nhỏ thì ta
có thể coi: tg(β
t
-α

1
Hình 4 Sơ đồ mô phỏng khối điều khiển mờ
R thì người lái phải tăng góc quay vành lái
một lượng Δβ
vl
.
- Khi ( α
t
-α
s
) > 0 là trạng thái quay
vòng thừa. Khi đó bán kính quay vòng
giảm, lực ly tâm gia tăng. Để khắc phục
người lái phải giảm góc quay vành lái một
lượng Δβ
vl
.
2.2.Cấu trúc bộ điều khiển
Cấu trúc bộ điều khiển được thể
hiện ở hình 2.
Từ các tín hiệu đầu vào: tốc độ ô
tô, góc quay vành lái, khối Reference
Model sẽ xác định tốc độ góc quay thân xe
mong muốn. Biểu thức xác định tốc độ góc
quay thân xe mong muốn như sau [7]:

m m
2
r r f f
f r

được đo bởi cảm biến. Bộ điều khiển so
sánh với giá trị mong muốn. Qua tín hiệu
sai lệch này xác định giá trị mômen xoay
thân xe. Từ đó bộ chấp hành sẽ thực hiện
phanh tại bánh xe để điều chỉnh quỹ đạo
chuyển động của ô tô.
Khi xe quay vòng thừa (hình 3-a)
xe được ổn định bằng cách tăng lực bên ở
bánh xe trước phía ngoài tạo ra mô men
ngược chiều với mô men gây ra quay vòng
thừa. Lực phanh tác dụng lên bánh xe phía
trước cũng làm giảm tốc độ của xe, vì thế
tính ổn định của xe được đảm bảo.
Khi xe quay vòng thiếu (hình 3-b)
xe được ổn định bằng cách tác dụng phanh
ở bánh sau bên trong. Vì thế mô men quay
vòng sẽ tăng, ô tô chuyển động ổn định.
a)Xe quay vòng thừa b)Xe quay vòng thiếu
F
B
- Lực phanh; F
S
- Lực bên
Hình 3 Trạng thái chuyển động của ô tô
khi có điều khiển và không điều khiển
2.3.Xây dựng bộ điều khiển mờ
Sơ đồ điều khiển mờ như trên hình 4.
Biến vào tương tương ứng của bộ điều
khiển như sau:
- dr: Sai lệch vận tốc góc xoay thân

B o d ie u k h ie n m o
M z
M TT
M TP
M S T
M S P
B o c h a p h a n h
2
d e lta
1
V x
Hình 2 Cấu trúc bộ điều khiển.
d d r
1
Mz
z
1
Un it D e la y
S a tu ra tio n 1Sa tu ra tio n
-K -
K 3
-K -
K 2
-K -
K 1
Fuzzy Logic
Controller
Ad d
1
d r

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
Thoi gian (s)
Bien do (do)
150
Hình 6 Tín hiệu góc quay vành lái
Bảng 2 Thông số kỹ thuật của ô tô khảo
sát
STT Thông số
Ký
hiệu
Giá trị
Đơn
vị
1
Khối lượng toàn
bộ xe
m 1006 kg
2
Mô men quán
tính của khối
lượng được treo

khiển, khi có và không có tác động của bộ
đều khiển.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
Thoi gian (s)
Van toc goc xoay than xe (rad/s)
Co dieu khien
Mong muon
Khong dieu khien
a. Vận tốc góc xoay thân xe
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Thoi gian (s)

Kết thúc chuyển làn góc xoay thân
xe mong muốn là 0
o
do sự biến dạng đàn
hồi của lốp trong quá trình trả lái nên có sự
sai lệch góc xoay thân xe, do đó quỹ đạo
chuyển động của ô tô (hình 7c) lệch với
hướng chuyển động thẳng. Bộ điều khiển
duy trì giá trị vận tốc xoay thân xe gần với
giá trị mong muốn nhằm duy trì hướng
chuyển động thẳng của ô tô.
Kết quả mô phỏng cho thấy rằng
quỹ đạo chuyển động phù hợp với tín hiệu
điều khiển góc quay vành lái, khi có điều
khiển quỹ đạo chuyển động của ô tô gần
với quỹ đạo mong muốn hơn khi không có
điều khiển.
IV.Kết luận:
Tác giả đã đưa ra bộ điều khiển mờ
để điều khiển chuyển động ổn định của ô
tô dựa vào việc phân phối lực phanh tại
mỗi bánh xe. Từ kết quả mô phỏng thấy
rằng khi có điều khiển ô tô chuyển động ổn
định hơn so với trường hợp không có điều
khiển. Kết quả của nghiên cứu có thể làm
cơ sở để chế tạo bộ điều khiển chuyển
động ổ định của ô tô.
Tài liệu tham khảo:
[1] Nguyễn Khắc Trai – Tính điều khiển và
quĩ đạo chuyển động của ô tô - Nhà xuất