LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Mai Ngọc Cƣơng. Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình
nghiên cứu của tôi. Nếu tôi có bất cứ hành vi gian lận nào thì tôi hoàn toàn chịu
trách nhiệm trƣớc nhà trƣờng.
Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2016
Học viên

Mai Ngọc Cƣơng

1


LỜI CẢM ƠN
Với tình cảm chân thành nhất, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với TS. Dương
Ngọc Khánh, ngƣời Thầy đã tận tình, hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi nghiên cứu, hoàn
thành bản luận văn cao học này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, cô giáo Viện Cơ khí và động lực,
Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, chỉ bảo tận tình trong quá trình
học tập cũng nhƣ định hƣớng nghiên cứu sau này.
Tôi trân trọng cảm ơn các thầy lãnh đạo Trƣờng, các đồng nghiệp công tác
tại Trƣờng Cao đẳng Công nghiệp Nam Định đã hỗ trợ nhiệt tình tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi hoàn thành Luận văn này.
Do điều kiện thời gian cũng nhƣ hạn chế của bản thân, luận văn không tránh
khỏi những khiếm khuyết. Rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy,
cô giáo, của bạn bè, đồng nghiệp, của những ai quan tâm đến các vấn đề đƣợc đề
cập trong luận văn để kết quả nghiên cứu đƣợc hoàn thiện hơn và có thể ứng dụng
vào thực tiễn.
Xin chân thành cảm ơn./.
Nam Định, ngày 28 tháng 10 năm 2016
Học viên


3.1. Đối tƣợng và phƣơng án khảo sát ................................................................ 41
3.1.1. Đối tƣợng .................................................................................................. 41
3.1.2. Các phƣơng án khảo sát ........................................................................... 42
3


3.2. Các kết quả khảo sát và đánh giá ................................................................. 43
3.2.1. Hệ số bám x = 0.8, vận tốc v = 40 km/h, góc đánh lái  = 80 ÷ 110 ....... 43
3.2.2. Hệ số bám x = 0.8, góc đánh lái  =50, vận tốc thay đổi từ v1=45km/h,
v2 = 50km/h, v3 = 55km/h, v4 = 60km/h........................................................... 48
3.2.3. Góc đánh lái  =50, vận tốc v = 40km/h, hệ số bám x1 = 0.5, x2=0.6,
x3= 0.7, x4 = 0.8 .............................................................................................. 53
3.2.4. Góc đánh lái  =50 , vận tốc v = 40km/h, hệ số bám x = 0.8, phanh từ
20% ÷50% .......................................................................................................... 57
3.2.5. Góc đánh lái  =50, vận tốc v = 40km/h, hệ số bám x = 0.5, phanh từ
20% ÷ 50% ......................................................................................................... 68
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 79

4


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
STT

Ký

Nội dung

hiệu


Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau

m

5

W

Bề rộng của xe

m

6

M

Khối lƣợng toàn bộ của xe

kg

7

R

Bán kính tự do của lốp

m

8


0

13

’

Vận tốc góc lắc ngang thân xe

14



Góc lắc dọc thân xe

15

’

Vận tốc góc lắc dọc thân xe

16



Góc xoay thân xe

17

’


CL

Độ cứng hƣớng kính lốp

N/m

22

M

Khối lƣợng đƣợc treo

kg/m3

0

/s
0

0

/s
0

/s

/s2

kg


Ns/m

28

K21,K22 Hệ số cản của giảm chấn sau

Ns/m

29

Fxij

Lực tác dụng lên bánh xe thứ j của cầu i theo phƣơng x

N

30

Fyij

Lực tác dụng lên bánh xe thứ j của cầu i theo phƣơng y

N

31

Fzij

Lực tác dụng lên bánh xe thứ j của cầu i theo phƣơng z

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Số liệu thống kê số vụ tai nạn giao thông từ năm 2013 đến 6/2016 .......... 13
Bảng 3.1. Các thông số chính của xe thí nghiệm và khảo sát ..................................... 41

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Biểu đồ biểu thị tỷ lệ nạn giao thông do các phƣơng tiện khác nhau gây ra
tính đến tháng 6/2016. ...............................................................................................14
Hình 1.2. Sơ đồ điều khiển động lực học ô tô ...........................................................15
Hình 1.3. Trạng thái điều khiển khi quay vòng thiếu và thừa...................................16
Hình 1.4. Các thông số đặc trƣng đặc tính quay vòng ..............................................16
Hình 1.5. Quan hệ hình học của xe ...........................................................................18
Hình 1.6. Quan hệ hình học của xe ...........................................................................18
Hình 1.7. Các thông số chính đánh giá ổn định chuyển động của ô tô .....................21
Hình 2.1. Hệ tọa độ xe B (Cxyz) ...............................................................................24
Hình 2.2. Định nghĩa các góc trong mặt phẳng đƣờng .............................................25
Hình 2.3. Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng đƣờng .................27
Hình 2.4. Sơ đồ khối phƣơng trình chuyển động theo phƣơng x..............................28
Hình 2.5. Sơ đồ khối phƣơng trình chuyển động theo phƣơng y..............................29
Hình 2.6. Sơ đồ khối phƣơng trình chuyển động theo phƣơng z ..............................30
Hình 2.7. Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng dọc ......................31
Hình 2.8. Sơ đồ khối phƣơng trình dao động thẳng đứng của phần đƣợc treo .........31
Hình 2.9. Sơ đồ khối phƣơng trình dao động lắc dọc ...............................................32
Hình 2.10. Các lực và mô men tác dụng lên phần đƣợc treo ....................................33
Hình 2.11. Sơ đồ khối phƣơng trình dao động lắc ngang .........................................34
Hình 2.12 Sơ đồ khối phƣơng trình dao động bánh xe 11 ........................................35
Hình 2.13. Sơ đồ khối phƣơng trình dao động bánh xe 12 .......................................35
Hình 2.14. Sơ đồ khối phƣơng trình dao động bánh xe 21 .......................................36

Hình 3.26. Đồ thị ay...................................................................................................59
Hình 3.27. Đồ thị ’ ..................................................................................................60
Hình 3.28. Đồ thị  ...................................................................................................61
Hình 3.29. Đồ thị ” .................................................................................................61
Hình 3.30. Đồ thị ’..................................................................................................62
Hình 3.31. Đồ thị  ...................................................................................................63
Hình 3.32. Đồ thị s11..................................................................................................63
Hình 3.33. Đồ thị s12..................................................................................................64
9


Hình 3.34. Đồ thị s21..................................................................................................64
Hình 3.35. Đồ thị s22..................................................................................................65
Hình 3.36. Đồ thị Fz11 ................................................................................................65
Hình 3.37. Đồ thị Fz12 ................................................................................................66
Hình 3.38. Đồ thị Fz21 ................................................................................................67
Hình 3.39. Đồ thị Fz22 ................................................................................................67
Hình 3.40. Đồ thị 11 .................................................................................................68
Hình 3.41. Đồ thị M11 ...............................................................................................69
Hình 3.42. Đồ thị M21 ...............................................................................................69
Hình 3.43. Đồ thị vx ..................................................................................................70
Hình 3.44. Đồ thị ax...................................................................................................70
Hình 3.45. Đồ thị ay...................................................................................................71
Hình 3.46. Đồ thị ’ ..................................................................................................71
Hình 3.47. Đồ thị  ...................................................................................................72
Hình 3.48. Đồ thị ” .................................................................................................72
Hình 3.49. Đồ thị ’..................................................................................................73
Hình 3.50. Đồ thị  ...................................................................................................73
Hình 3.51. Đồ thị Fz11 ................................................................................................74
Hình 3.52. Đồ thị Fz12 ................................................................................................74

tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô phục vụ cho công việc của tôi sau
này.
Trong thời gian làm luận văn tôi luôn nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, chỉ bảo quan
tâm tận tình của thầy giáo hƣớng dẫn: TS. Dƣơng Ngọc Khánh cùng các thầy giáo
trong bộ môn ô tô trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn
TS. Dƣơng Ngọc Khánh, các thầy trong bộ môn cùng các bạn đồng nghiệp đã tận
tình giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn của mình.
11


Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Viện Đào Tạo Sau Đại Học Bách Khoa Hà
Nội và đơn vị công tác đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2016
Học viên

Mai Ngọc Cƣơng

12


1. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1.

Tình hình an toàn giao thông ở Việt Nam từ năm 2013 đến tháng
6/2016.

Theo tin tức của cảnh sát giao thông: Trong những năm gần đây tình hình tai
nạn giao thông (TNGT) ở nƣớc ta có xu hƣớng giảm nhƣng số vụ tai nạn vẫn còn
rất cao, TNGT đã cƣớp đi sinh mạng của hàng nghìn ngƣời mỗi năm.
Bảng 1.1. Số liệu thống kê số vụ tai nạn giao thông từ năm 2013 đến 6/2016 [1]

21069

1-6/2016

10227

4362

8939

Tai nạn giao thông đƣờng bộ (TNGTĐB) là một trong những nguyên nhân gây
tử vong hàng đầu cho ngƣời, trung bình mỗi năm có trên dƣới 10 triệu ngƣời tử
vong vì TNGTĐB và hàng chục triệu ngƣời khác bị thƣơng tích. Cùng với đó là
những thiệt hại khổng lồ về kinh tế, bao gồm: chi phí mai táng ngƣời chết, chi phí y
tế cho ngƣời bị thƣơng, thiệt hại về phƣơng tiện giao thông, về hạ tầng, chi phí khắc
phục, điều tra vụ TNGT đó cùng với thiệt hại do hao phí thời gian lao động của
chính ngƣời bị tai nạn và cả của những ngƣời chăm sóc ngƣời đó. Mặt khác TNGT
gây nên những tác động tâm lý cả trƣớc mắt cũng nhƣ về lâu dài đối với mọi ngƣời,
nó để lại những di chứng về tâm lý hết sức nặng nề cho ngƣời bị tai nạn, ngƣời thân
của ngƣời đó và nếu nhƣ trong một địa phƣơng, một quốc gia xảy ra TNGT quá
nhiều sẽ gây nên hiện tƣợng bất an cho cƣ dân ở đó. Trong tổng số các vụ tai nạn có
đến 25% số vụ liên quan đến ô tô chiếm tỷ lệ thƣơng vong cao.

13


Hình 1.1. Biểu đồ biểu thị tỷ lệ nạn giao thông do các phương tiện khác nhau gây ra
tính đến tháng 6/2016.
Để giảm thiểu số vụ tai nạn cũng nhƣ hậu quả của các vụ tai nạn giao thông,
nhà nƣớc đã đề ra nhiều biện pháp nhƣ tuyên truyền nhằm nâng cao ý thức của


x, y, 

Hình 1.2. Sơ đồ điều khiển động lực học ô tô
Ô tô là một chỉnh thể thống nhất. Đến nay, chúng ta vẫn chƣa có khả năng
điều khiển tổng thể. Các kỹ sƣ ô tô dựa vào phân tích cấu trúc và phƣơng pháp mô
đun hóa trong lập trình và điều khiển đã phân ra các dạng điều khiển ô tô theo mô
đun.
Các mô đun điều khiển đƣợc phân ra nhƣ sau:
- Điều khiển động lực học phƣơng dọc;
- Điều khiển động lực học phƣơng thẳng đứng;
- Điều khiển động lực học phƣơng ngang;
- Điều khiển tích hợp.
15


Hình 1.3. Trạng thái điều khiển khi quay vòng thiếu và thừa

Hình 1.4. Các thông số đặc trưng đặc tính quay vòng
Hình 1.4 là dấu hiệu xác định trạng thái quay vòng thừa/quay vòng thiếu thông
qua cặp vận tốc và gia tốc quay thân xe [2].
b. Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển động ô tô
Trong trƣờng hợp không trƣợt, khi phanh gia tốc dọc làm thay đổi phản lực
phƣơng thẳng đứng, làm giảm hiệu quả phanh; khi tăng tốc, giảm phản lực phƣơng
thẳng đứng cầu trƣớc và giảm khả năng tăng tốc. Do vậy, việc thiết kế điều hòa lực
phanh nhƣ là một yêu cầu cần thiết. Trong trƣờng hợp bánh xe quay có trƣợt, ta
nhận ra rằng, chuyển động ô tô phụ thuộc vào:
16



chƣa tính đến sự biến dạng của lốp xe cho nên giữa bánh xe và mặt đƣờng không có
hiện tƣợng trƣợt, lúc này các quan hệ giữa các thông số chỉ các quan hệ đơn thuần
về mặt hình học nhƣ hình 1.5 mô hình hai vết, hình 1.6 mô hình một vết [3].
17


Hình 1.5. Quan hệ hình học của xe

Hình 1.6. Quan hệ hình học của xe
Từ hình vẽ trên các góc

và Ψ đƣợc xác định nhƣ sau:

+ Góc quay của bánh xe dẫn hƣớng trung bình
coso  cosi 

w
l

tính theo công thức:
(1.1)

18


cos 

l
R1 cos o  cos i
hoặc tg 


1
l
1
l
w
 w
2
tgi
2
tgo

+ Góc xoay thân xe: tglt 

(1.6)

a2
R

(1.7)

 Bán kính quay vòng tính theo góc xoay thân xe: R 

Vậy ta có thể viết:

l
a
 2
tg tglt




Trong trƣờng hợp ô tô chuyển động trên đƣờng vòng bán kính R với vận tốc

Gv2
 const
không đổi, lực ly tâm: Fh 
gR

(1.12)

Trong thực tế, do trên xe sử dụng bánh xe đàn hồi nên khi ô tô chuyển động
trên đƣờng bánh xe bị biến dạng làm cho quan hệ động học của mô hình bị sai khác,
lúc đó quỹ đạo chuyển động của xe cũng nhƣ các tính chất quay vòng sẽ không còn
đúng với trƣờng hợp tính toán theo lý thuyết, sẽ có những sai số dẫn đến việc phân
tích đánh giá các chỉ tiêu về quỹ đạo chuyển động của ô tô không còn chính xác.
Hơn nữa về khía cạnh an toàn giao thông hiện nay, các loại phƣơng tiện vận
tải đƣờng bộ đã nâng cao tốc độ chuyển động, điều kiện đƣờng bộ cũng tốt hơn cho
nên việc tăng tốc trung bình của bánh xe cơ giới đặc biệt là xe du lịch mang lại
nhiều lợi ích về mặt kinh tế nhƣng nếu chúng ta vẫn sử dụng các phƣơng pháp tính
toán đơn giản để đánh giá các chỉ tiêu về quỹ đạo chuyển động của ô tô sẽ không
đảm bảo về mặt an toàn khi các phƣơng tiện giao thông tham gia. Hiện nay vấn đề
an toàn giao thông lại đang là vấn đề nóng của xã hội. Về mặt thiết kế mới, cải tạo,
chuyển đổi mục đích sử dụng của xe cần thiết phải kiểm tra lại các chỉ tiêu, các
nhân tố ảnh hƣởng đến tính chất quay vòng cũng nhƣ quỹ đạo chuyển động của ô
tô.
Khi chuyển động trên các điều kiện đƣờng xá khác nhau cùng với việc sử
dụng lốp cao su đã ảnh hƣởng không nhỏ tới khả năng điều khiển cũng nhƣ 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 trên đƣờng vòng (vào cua) với

- , ’, ”- góc lắc ngang, vận tốc góc lắc ngang và gia tốc góc lắc ngang: là
các thông số đánh giá ổn định lắc ngang của ô tô và dựa vào các thông số này chúng
ta có thể đánh giá đƣợc trạng thái lật của ô tô.
- , ’- góc lắc dọc, vận tốc góc lắc dọc: là các thông số đánh giá đƣợc độ
chúi của xe, dựa trên các thông số này chúng ta có thể đánh giá dao động của xe
theo phƣơng x (dọc xe)
- , ’, ”- góc xoay thân xe, vận tốc góc xoay thân xe và gia tốc góc xoay
thân xe: là các thông số đánh giá đƣợc ổn theo phƣơng z của xe khí xe chuyển động
hƣớng, và khi phanh.
- ay – gia tốc ngang của xe: là thông số đánh giá đƣợc phản ứng của xe theo
điểu khiển của ngƣời lái.
- ax – gia tốc dọc xe là thông số đánh giá đƣợc ổn định của xe theo phƣơng
dọc.
21


- Bên cạnh đó các thông số về lực bánh xe cũng có thể đánh giá đƣợc trạng
thái của xe thông qua sự trƣợt dọc và trƣợt ngang của xe tuy nhiên khó xác định trên
thực tế nên chỉ dùng đánh giá trên lý thuyết.
Nhƣ vậy, qua các phân tích trên học viên nhận thấy để nghiên cứu quỹ đạo
chuyển động của ô tô chỉ căn cứ vào các quan hệ hình học thì chƣa đủ, mà cần thiết
phải kể đến ảnh hƣởng của điều kiện chuyển động, các đặc tính biến dạng của lớp
cao su đàn hồi, thông số kết cấu của xe. Khi kể đến các yếu tố này nó làm cho quan
hệ hình học của ô tô thay đổi, làm cho đặc tính quay vòng của ô tô có thể là quay
vòng đủ hoặc quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa.
1.4.

Mục đích, nội dung, phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài

Xuất phát từ những nhận định trên học viên đã chọn hƣớng xây dựng đề tài

và đƣợc mô hình hóa bằng phần mềm Matlab Simulink để mô phỏng mô hình toán
học đƣợc lập. Học viên đã khảo sát trong một số trƣờng hợp chuyển động thƣờng
gặp nhƣ quay vòng và tích hợp phanh ở các điều kiện khác nhau.

23


2. CHƢƠNG 2: LẬP MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ XÁC ĐỊNH CÁC
THÔNG SỐ VẬN TỐC GÓC XOAY THÂN XE
2.1.

Định nghĩa hệ tọa độ

Để xét các thuộc tính chuyển động của xe ta định nghĩa hệ tọa độ cục bộ xe
B(Cxyz) nhƣ hình 2.1. Trục Cx là trục dọc đi qua trọng tâm C, chỉ hƣớng chuyển
động tịnh tiến của trục xe; trục Cy là trục ngang, chỉ hƣớng chuyển động ngang của
xe, thƣờng ký hiệu sang trái so với lái xe; trục Cz là trục thẳng đứng vuông góc với
mặt Cxy là mặt đƣờng, có hƣớng ngƣợc với tâm quả đất. Góc  là góc lắc ngang
của xe quanh trục Cy, góc  là góc lắc dọc của xe quanh trục Cx, góc ψ là góc quay
thân xe quanh trục Cz [4,6].

Hình 2.1. Hệ tọa độ xe B (Cxyz)
Tại các điểm tiếp xúc của bánh xe với đƣờng tồn tại các phản lực (Fx, Fy, Fz).
Hợp lực của nó (F, M) sẽ là các lực, mô men tại trọng tâm C làm cho xe chuyển
động. Nó là các yếu tố quyết định khả năng ổn định và quay vòng của ô tô.

24


- Lực tiếp tuyến Fx là lực tác dụng dọc theo trục Cx. Nếu Fx > 0 xe tăng tốc,

r2

d

2

r3

C

a

w



X

O

Hình 2.2. Định nghĩa các góc trong mặt phẳng đường
Ta gọi B(Cxyz) là hệ tọa độ xe (cục bộ) và G(OXYZ) là hệ tọa độ cố định
(mặt đất), xem hình 2.2. ψ là góc quay thân xe, hợp giữa trục Cx và véc tơ vận tốc
v. Tổng góc (ψ + β) là góc hƣớng của xe, tức là góc giữa véc tơ vận tốc v và trục
OX. Trục OZ vuông góc với mặt phẳng OXY, trục Oz vuông góc với mặt phẳng
Cxy [2].
25