iv
TÓM TT

Tính ổn định chuyển động quay vòng của ô tô là khả năng giữ được quỹ đạo
chuyển động theo yêu cầu của người lái trong những điều kiện chuyển động khác
nhau, tính ổn định quay vòng của ô tô phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Việc nghiên
cứu sự ảnh hưởng của các yếu tố tới quỹ đạo quay vòng bằng thí nghiệm đòi hỏi sự
đầu tư lớn vềthiết bị thí nghiệm, thời gian, con người,… . Chính vì vậy, người thực
hiện đã chọn đề tài Tổng quan về ổn định quay vòng của ô tô du lịch” để nghiên
cứu.
Tuy nhiên, do thời gian làm luận văn có hạn nên người thực hiện chỉ nghiên
cứu một số nội dung sau:
. Tng quan
 lý thuyt
3. Xây d qu o
4. S dng LabVIEW gii h 
5. Kho sát các yu t n qu o quay vòng
Ch6. Kt lun
Trong luận văn này, bằng cách sử dụng phương pháp nghiên cứu tái tạo mô
hình quay vòng ô tô, mô tả quỹ đạo quay vòng bằng phương trình vi phân toán học
vàsử dụng công cụ LabVIEW Control and Simulation để giải phương trình vi phân
mô tả quỹ đạo chuyển động quay vòng người thực hiện đã đãxác định, kiểm tra,
phân tích từng yếu tố riêng lẻ tác động đến ổn định quay vòng. Đây cũng chính là
mục tiêu nghiên cứu chính của đề tài.
v
ABSTRACT

Stability in automobile’s rotary motion is the ability to hold the motion’s orbit
according to the driver’s control in the different motional conditions. This stability depends
on varied factors. The studying of the influence of these factors on the motion’s orbit
through experimentsrequires a massive investment in laboratory equipment, time, and

Danh sách các hình ix
Danh sách các bảng xii
Các ký hiệu trong luận văn xiii
. Tng quan 1
1.1.Tng quan nh quay vòng ca ô tô du lch và lý do ch tài 1
1.2. M tài 5
1.3.Nhim v và gii h tài 5
u 6
 lý thuyt 7
2.1. H trc t. 7
ng lc h-euler 10
2.3. S     i tác dng ca l  c tính
ng 13
2.3.1. Sự lăn của bánh xe đàn hồi dưới tác dụng của lực ngang 13
2.3.2. Đặc tính hướng 15
2.3.3 Đặc tính trượt 16
2.4. Các lc và mô men tác dng lên ô tô 17
2.4.1. Lực kéo 17
vii
2.4.2. Lực bên 19
2.4.3. Lực cản lăn 23
2.4.4. Lực cản không khí 25
2.4.5. Lực quán tính Fj 26
2.4.6. Lực ly tâm F
lt
27
ng h  qu o 28
3.1. Qu o chuyng ô tô 28
3.1.1. Quỹ đạo chuyển động ô tô trong mô hình phẳng 28
3.1.2. Quỹ đạo chuyển động quay vòng lý thuyết của ô tô 30

5.3.3. Hệ số bám dọc. 76
5.3.4. Cầu chủ động. 79
. Kt lun 81
 tài 81
6.2. Kin ngh 82
Tài liệu tham khảo 84

ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG
Hình1.1. Quan hệ hình học của xe 3
Hình 2.1. Hệ quy chiếu gắn tại trọng tâm ô tô 7
Hình 2.2. Hệ trục tọa độ xét chuyển vị của ô tô 8
Hình 2.3. Xe cứng trong một chuyển động trên mặt phẳng 11
Hình 2.4. Sơ đồ minh hoạ sự lăn của bánh xe đàn hồi 14
Hình 2.5. Đặc tính hướng của lốp diagonal 16
Hình 2.6. Đặc tính hướng của lốp radial 17
Hình 2.7. Đặc tính trượt 17
Hình 2.8. Đồ thị quan hệ giữa lực bên và góc lệch bên 20
Hình 2.9Góc lệch bên α, góc đánh lái δ, góc lệch hướng chuyển động 21
Hình 2.10. Chiều rộng và chiều cao lớn nhất của xe 26
Hình 3.1. Ô tô cứng trong một chuyển động trên mặt phẳng 28
Hình 3.2.Sự thay đổi của ô tô sau khoảng thời gian t= dt 29
Hình 3.3. Sơ đồ động học quay vòng của ô tô có hai bánh xe dẫn hướng phía trước 31
Hình 3.4. Các lực và mô men tác dụng trong mô hình hai vết. 32
Hình 3.5. Mô hình động lực học phẳng một vết 36
Hình 4.1. Cửa sổ Front Panel 41
Hình 4.2. Cửa sổ Block Diagram 42
Hình 4.3. Thư viện của Control Design &Simulation 43

55

Hình 4.30. Khối tính vận tốc từ gia tốc 55
Hình 4.31. Khối tính lực kéo cầu trước 
1
56
Hình 4.32. Khối tính lực kéo cầu sau 
2
57
Hình 4.33. Khối tính lực cản lăn ở cầu xe phía trước 57
Hình 4.34. Khối tính lực cản lăn cầu sau 58
Hình 4.35. Khối giải phương trình vi phân tính góc  và góc  60
Hình 4.36. Công thức tính 

trong formula 60
Hình 4.37. Công thức tính  trong formula 61
Hình 4.38. Mô tả quỹ đạo quay vòng trên LabVIEW 62
Hình 4.39. Nhập công thức tọa độ x vào Formula 62
xi
Hình 4.40. Nhập công thức tọa độ y vào Formula 63
Hình 4.41. Sơ đồ tổng quỹ đạo quay vòng 64
Hình 4.42. Cửa sổ nhập thông số khảo sát và hiển thị kết quả 65
Hình 5.1. Thông số đầu vào chế độ tải 67
Hình 5.2. Quỹ đạo quay vòng theo chế độ tải 68
Hình 5.3. Thay đổi vận tốc chuyển động và kết quả hiển thị quỹ đạo 69
Hình 5.4. Thay đổi độ cứng của lốp và kết quả hiển thị quỹ đạo 70
Hình 5.5. Quay vòng không ổn định với gia tốc bằng 2m/s
2
72
Hình 5.6. Quay vòng không ổn định với gia tốc bằng 3m/s


xiii
CÁC KÝ HIU TRONG LU

Ký hiệu
Đơn vị
Ý nghĩa



rad
Góc lệch bên bánh xe phía trước



rad
Góc lệch bên bánh xe phía sau



N/rad
Độ cứng bánh xe phía trước



N/rad
Độ cứng bánh xe phía sau

rad
Góc lệch hướng chuyển động của xe

Vận tốc góc xoay thân xe



kg.m
2

Mô men quán tính của ô tô quay quanh trục Cz
m
kg
Khối lượng của ô tô
a
1

m
Khoảng cách từ cầu trước tới trọng tâm C
a
2

m
Khoảng cách từ cầu sau tới trọng tâm C
l
m
Chiều dài cơ sở của xe
v
m/s
Vận tốc của xe
v
x



Véc tơ chuyển hệ trục tọa độ dạng ma trận



Chuyển vị véc tơ chuyển hệ trục tọa độ dạng ma trận




m/s
Vận tốc của ô tô trong hệ trục tọa độ B



N
Lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe thứ i
Mz
N.m
Mô men quay quanh trục Cz



N

Lực cản gió



N
Lực cản quán tính

Chương 1. Tổng quan
Trang 1


TNG QUAN

1.1. Tng quan nh quay vòng ca ô tô du lch và lý do ch tài
Tính ổn định của ô tô là khả năng đảm bảo giữ được quỹ đạo chuyển động
theo yêu cầu của người lái trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau. Tùy thuộc
vào điều kiện sử dụng, ô tô có thể đứng yên, chuyển động trên đường có góc
nghiêng dọc, nghiêng ngang, có thể quay vòng hoặc phanh ở các loại đường khác
nhau.
Sự quay thân xe thường xảy ra khi xe quay vòng trên đường có tốc độ cao.
Các yếu tố gây nên sự quay vòng thừa hay quay thiếu do nhiều nguyên nhân:
 Do sự phân bố tải trên các bánh xe không phù hợp như: xếp tải, tăng giảm
tốc độ chuyển động,…
 Do ảnh hưởng của các yếu tố tác động của môi trường xung quanh như: nền
đường nghiêng, lực gió bên, chất lượng mặt đường,…
 Do tốc độ di chuyển trên đường cong.
 Do ảnh hưởng của hệ thống treo, đàn hồi của bánh xe…
Trong những điều kiện chuyển động phức tạp như vậy ô tô phải giữ được quỹ
đạo chuyển động của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trượt hoặc thùng xe
không bị nghiêng, cầu xe bị quay lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảo cho

Trang 3

Góc xoay thân xe lý thuyết được xác định theo quan hệ hình học hình (1.1).
Từ hình vẽ trên các góc quay bánh xe dẫn hướng  và góc lệch thân xe  được xác
định như sau:
Theo quan hệ về hệ thức lượng trong tam giác vuông, xét tam giác vuông
PHC, tam giá vuông PHT. Đặt R
0
= PH ta có:
Góc quay của bánh xe dẫn hướng trung bình  tính theo công thức:
=


0
(1.1)
Bán kính quay vòng của xe tính bằng:

0
=


(1.2)
Góc xoay thân xe:
=

2

0
(1.3)
Vậy ta có thể viết:



2
..
(1.7)
Trường hợp ô tô chuyển động trên đường vòng bán kính R với vận tốc không
đổi, lực ly tâm


=
.
2
.
=  (1.8)
Trong thực tế, do trên ô tô du lịch sử dụng bánh xe cao su đàn hồi nên khi ô tô
chuyển động trên đường bánh xe bị biến dạng làm cho quan hệ động học của mô
Chương 1. Tổng quan
Trang 4

hình bị thay đổi, lúc đó quỹ đạo chuyển động của ô tô cũng như các tính chất quay
vòng sẽ không còn đúng với trường hợp tính toán theo lý thuyết, sẽ có những sai số
dẫn đến việc phân tích đánh giá các chỉ tiêu về ổn định chuyển động quay vòng của
ô tô không còn chính xác.
Khi chuyển động trên các điều kiện đường khác nhau cùng với việc sử dụng
lốp cao su đã ảnh hưởng không nhỏ tới khả năng điều khiển cũng như 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 quay vòng với sự góp mặt của các
lực khác: lực ly tâm, lực quán tính, lực 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

chuyển động quay vòng của ô tô du lịch, đồng thời đưa ra các phương pháp để hạn
chế sự mất ổn định quay vòng của ô tô du lịch.
1.3. 
 Xây dựng mô hình ô tô cứng chuyển động quay vòng trong mặt phẳng bỏ
qua sự nghiêng ngang của ô tô và các lực cản lăn, cản gió, cản quán tính, cản dốc.
 Xét các lực và mô men tác dụng lên xe cứng:
 Lực tiếp tuyến 

theo động lực Newton
 Lực bên
 Mô men xoay quanh trục thẳng đứng qua trọng tâm 

.
 Xây dựng mô hình động lực học phẳng một vết với trạng thái chuyển động
bao gồm ba bậc tự do: chuyển động về phía trước, trượt ngang và xoay quanh trục
thẳng đứng qua trọng tâm xe có xét đến các lực ngang, lực kéo tiếp tuyến, lực cản
lăn, cản gió, cản quán tính.
 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả quỹ đạo chuyển động của ô tô gồm:
góc lệch hướng chuyển động của ô tô , góc xoay xe quanh trục thẳng đứng qua
trọng tâm của ô tô .
 Tìm hiểu công cụ mô phỏng LABVIEW và ứng dụng để khảo sát đặc tính
quay vòng của ô tô. Từ đó, khảo sát từng yếu tố riêng lẻ ảnh hưởng đến chuyển
động quay vòng của ô tô du lịch, đồng thời đưa ra các phương pháp để hạn chế sự
mất ổn định quay vòng của ô tô du lịch.
Chương 1. Tổng quan
Trang 6

 Tổng kết các kết quả thực hiện và viết bài báo cáo đề tài.
1.4. 
 Đề tài chọn phương pháp nghiên cứu tái tạo mô hình quay vòng ô tô thực tế

Newton khi không bao hàm lực quán tính, một vật trong hệ quy chiếu quán tính sẽ
giữ nguyên trạng thái đứng yên hay chuyển động thẳng đều khi tổng các lực cơ bản
tác dụng lên vật bằng không. Tương tự định luật thứ hai của Newton hay các định
luật cơ học khác, khi chỉ bao hàm lực cơ bản, sẽ chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán
tính, nơi không có lực quán tính.
Hệ quy chiếu phi quán tính là hệ quy chiếu có xuất hiện lực quán tính. Trong
cơ học cổ điển, chúng là các hệ quy chiếu chuyển động có gia tốc so với hệ quy
chiếu quán tính. Trong hệ quy chiếu này dạng của các định luật cơ học cổ điển chỉ
chứa các lực cơ bản có thể thay đổi so với trong các hệ quy chiếu quán tính, do có
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 8 thêm lực quán tính. Các định luật cơ học bao gồm cả lực quán tính sẽ không cần
thay đổi.
Hệ quy chiếu tổng thể và hệ quy chiếu gắn với vật. Một hệ quy chiếu cố định
được dùng để định vị toàn hệ, còn gọi là hệ quy chiếu quán tính và hệ quy chiếu gắn
với vật được chọn cho mỗi vật trong hệ.
Ô tô là một hệ thống cơ học biến dạng. Nếu gắn vào thân xe một hệ trục tọa độ
đi qua trọng tâm ô tô, chúng ta có thể biểu thị sự biến dạng của hệ thống theo cả ba
phương Cx, Cy, Cz. Đặt trưng cho sự biến dạng đó là biến dạng của các phần tử đàn
hồi, giảm chấn, bánh xe, khâu khớp đòn giằng, khung vỏ,…
Ô tô là một cơ hệ đàn hồi chuyển động trên đường trong hệ trục tọa độ cố định
(hệ trục tọa độ quán tính). Các dịch chuyển của ô tô theo các trục tọa độ gây nên các
chuyển vị dọc theo 3 trục và quay quanh 3 trục, như vậy có thể coi trong hệ trục tọa
độ không gian 3 chiều, chuyển động của trọng tâm ô tô được xem xét bởi 6 chuyển
vị. Tùy mục đích khảo sát mà có thể xem xét các chuyển vị này là đồng thời hay
độc lập.
Khi khảo sát quỹ đạo chuyển động quan trọng hơn cả là chuyển vị theo tọa độ
mặt đường G

tọa. Hệ trục tọa độ gắn lên xe cần khảo sát gọi là hệ trục tọa độ địa phương Bxyz
(hệ trục tọa độ tương đối) được gắn vào trọng tâm C của xe, để biết được trong một
khoảng thời gian khảo sát vị trí của trọng tâm xe nằm ở đâu thì cần phải có hệ trục
tọa độ cố định G
XYZ
(hệ trục tọa độ tuyệt đối) gắn trên mặt đường như trên hình
(2.2).
Các dịch chuyển của ô tô theo các trục tọa độ gây nên các chuyển vị dọc theo
ba phương và quay quanh ba trục, như vậy có thể coi trong hệ trục tọa độ không
gian ba chiều, chuyển động của trọng tâm ô tô được xem xét bởi 6 chuyển vị được
mô tả trên hình (2.2). Tùy theo mục đích khảo sát mà có thể xem xét các chuyển vị
này là đồng thời hay độc lập. Khi khảo sát chuyển động quan trọng hơn cả là
chuyển vị theo tọa độ mặt đường (tọa độ cố định) G
XYZ
biểu diễn bằng tọa độ x
0
, y
0

và góc quay thân xe . Do hệ thống cơ học ở đây có tính chất đàn hồi nên tích chất
của nó rất phức tạp.
Để chỉ sự định hướng của xe, chúng ta dùng ba góc: góc xoay quanh trục Cx là
, góc xoay quanh trục Cy là , góc xoay quanh trục Cz là .
Ta có vận tốc xoay quanh các trục Cx, Cy, Cz lần lượt là đạo hàm của các góc:
=  (2.1)


=  (2.2)
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 10

gắn với xe.
, 



, 


là các véc tơ đơn vị của hệ trục tọa độ.
Lực dọc 

: là lực tác dụng dọc theo trục Cx. Kết quả lực 

> 0 nếu xe tăng
tốc, và 

< 0 nếu xe phanh. Lực dọc hay còn gọi là lực kéo.
Lực ngang 

: là lực vuông góc với với lực 

và 

. Kết quả lực 

> 0 nếu
xe chuyển động sang trái (hướng nhìn của người tài xế). Lực ngang thường xuất
hiện khi xe quay vòng đó là nguyên nhân chính gây mô men xoay xe theo trục thẳng
góc với mặt đất.
Lực thẳng đứng 

Với:
m: khối lượng của vật [kg]
: gia tốc của vật [m/s
2
].
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 11 Như vậy, trong cơ học cổ điển, tổng ngoại lực bằng tích của khối lượng và gia
tốc. Cũng trong cơ học cổ điển, khi không xét tới lực quán tính, định luật 2 giống
như định luật 1 là chỉ đúng trong hệ quy chiếu quán tính. Khi áp dụng cho hệ quy
chiếu không quán tính, cần thêm vào lực quán tính.
Giả sử ô tô là một khối cứng giống như một hộp chuyển động trên một bề mặt
phẳng. Xe cứng có một chuyển động phẳng với ba bậc tự do là chuyển động theo
hướng Cx, chuyển động theo hướng Cy và quay xung quanh trục Cz như hình (2.3).

Hình 2.3. Xe cứng trong một chuyển động trên mặt phẳng
Véc tơ vận tốc của xe được biểu diễn trên tọa gắn trên xe:



=





0


: ma trận chuyển hệ trục tạo độ gắn lên ô tô B sang hệ trục tọa độ gắn
với mặt đất G



: vận tốc của ô tô trong hệ trục tọa độ gắn với mặt đường G
Ta có véc tơ chuyển hệ trục tọa độ dạng ma trận.



=

  0
  0
0 0 1

(2.9)
Vận tốc của ô tô xét trong hệ trục tọa độ gắn với mặt đất G là:






0

=

  0
  0




0

=




 


 



+ 






+ 


 +




(2.14)
Rút 


ra từ biểu thức (2.14), ta được phương trình lực 

kéo tại trọng tâm C
của ô tô trong tọa độ gắn với xe B là:



= 






= 







(2.15)
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Trang 13



0

= 







 


 



+ 






+ 


 +


= 





(2.18)


0
0



=

  0
  0
0 0 1

0
0



(2.19)
Chúng ta có phương trình mô men trong tọa độ gắn liền với xe là:



, lực cản lăn 

. Điểm B của lốp sẽ tiếp xúc với mặt
đường tại điểm B
1
, điểm C và ở C
1
… Quỹ đạo của mặt phẳng quay của bánh xe
trùng với đường thẳng AA
1
. Vết tiếp xúc của bánh xe trùng với đường đối xứng qua
mặt phẳng dọc của bánh xe (phần diện tích gạch chéo hình 2.4.a).
Khi có lực ngang tác dụng (lực
y
F
trên hình 2.4.b), bánh xe bị biến dạng, các
thớ lốp bị uốn cong, mặt phẳng giữa của bánh xe bị dịch chuyển so với tâm của vết
tiếp xúc một đoạn b
1
. Khi bánh xe lăn, điểm B của lốp lần luợt tiếp xúc với đường ở
điểm B
2
, điểm C ở C
2
, Kết quả là bánh xe sẽ lệch theo phương AA
2
, mặt phẳng

Trích đoạn Ch ơng trình LABVIEW biểu d in mô hình đ ng lực phẳng tv t

---