LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của thầy hướng dẫn. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận
án là trung thực, khách quan và chưa từng được bảo vệ ở bất kỳ học vị nào và
chưa từng được tác giả khác công bố.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm
ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày
Người hướng dẫn khoa học

tháng

năm 2018

Nghiên cứu sinh

PGS.TS. Võ Văn Hường

Nguyễn Tiến Dũng

i


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................................... i
MỤC LỤC .................................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT................................................................. v
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ............................................................................................viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN ÁN .................................................................... xii

2.2.5. Động lực học bánh xe đàn hồi ........................................................................................ 30
2.2.6. Xác định các lực liên kết ................................................................................................ 34
2.2.7. Xác định các lực cản khí động........................................................................................ 43
2.3. Đặc trưng của mô hình ...................................................................................................... 43
2.4. Điều kiện đầu của các phương trình vi phân ..................................................................... 44
2.5. Kết luận chương 2 ............................................................................................................. 45
Chương 3 KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH QUỸ ĐẠO ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC KHI CHUYỂN
LÀN ĐƯỜNG .......................................................................................................................... 46
3.1. Mô tả điều kiện khảo sát, các phương án khảo sát và các chỉ tiêu đánh giá ..................... 46
3.1.1. Mô tả điều kiện và các phương án khảo sát.................................................................... 46
3.1.2. Các chỉ tiêu được sử dụng để đánh giá ổn định quỹ đạo chuyển động khi chuyển làn
đường ........................................................................................................................................ 51
3.2. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ đánh lái Sin khi chuyển làn đường đơn ........................ 53
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của tần số đánh lái khi chuyển làn đường đơn ................................. 64
3.4. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc xe khi chuyển làn đường đơn ........................................ 70
3.5. Xác định vùng điều khiển khi chuyển làn đường .............................................................. 76
3.6. Kết luận chương 3 ............................................................................................................. 84
Chương 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ........................................................................... 85
4.1. Mục đích, đối tượng và các thông số thí nghiệm .............................................................. 85
4.1.1. Mục đích thí nghiệm ....................................................................................................... 85
4.1.2. Đối tượng thí nghiệm...................................................................................................... 85
4.1.3. Các thông số thí nghiệm ................................................................................................. 86
4.2. Thiết bị thí nghiệm ............................................................................................................ 87
4.2.1. Cảm biến đo gia tốc MMA7361L .................................................................................. 87
4.2.2. Cảm biến Encoder .......................................................................................................... 88
4.2.3. Bộ xử lý tín hiệu và kết nối với máy tính NI USB – 6210 ............................................. 89
4.2.4. Sơ đồ liên kết cảm biến thí nghiệm ................................................................................ 90
4.3. Các phương án thí nghiệm ................................................................................................. 91
4.3.1. Mô tả thí nghiệm ............................................................................................................ 91
4.3.2. Các phương án thí nghiệm .............................................................................................. 91

G(OXYZ)
C1(C1x1y1z1)

Hệ tọa độ tại trọng tâm XĐK /Xe đầu kéo/Tractor

C2(C2x2y2z2)

Hệ tọa độ tại trọng tâm SMRM/Sơ mi rơ mooc/ Semi-Trailer

ĐXSMRM

Đoàn xe sơ mi rơ moóc (Tractor Semi-Trailer)

XĐK

Xe đầu kéo (Tractor)
Sơ mi rơ moóc (Semi-Trailer)

SMRM
LTR

Hệ số phân bố tải trọng (Load Transfer Ratio)

MBS

Hệ nhiều vật MBS (Multi Body System)
Hệ số khuếch đại gia tốc (Rearward Amplication)

RA


Gia tốc thẳng đứng của vật rắn i

g

m/s2

Gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2

ij

Chỉ số bánh xe thứ i (cầu) và trái (j=1)/phải (j=2)

i=1(1)4

Chỉ số các cầu xe

j=1

Chỉ số bánh xe bên trái

j=2

Chỉ số bánh xe bên phải

l1

m

Khoảng cách từ trọng tâm XĐK đến cầu xe số 1


Khoảng cách trọng tâm SMRM đến chốt mâm xoay

m1

kg

Khối lượng được treo XĐK

m2

kg

Khối lượng được treo SMRM

mAi

kg

Khối lượng không được treo cầu i (i=1(1)4)

h1

m

Chiều cao từ mặt đường đến trọng tâm khối lượng được treo XĐK

h2

m


Độ võng tĩnh lốp thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2)
Hệ số trượt bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2)

sij
αij

độ

Cij

N/m

Kij

N/(m/s)

CLij

N/m

Độ cứng hướng kính lốp thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2)

KLij

N/(m/s)

Hệ số cản hướng kính lốp thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2)

Jx1



kgm2

Mô men quán tính trục z của XĐK

Jz2

kgm2

Mô men quán tính trục z của SMRM

JAxi

kgm2

JAyij

kgm2

MAij

Nm

Mô men chủ động bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2)

MBij

Nm

Mô men phanh bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2)


FKij

N

Lực cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2)

FCLij

N

Lực đàn hồi hướng kính lốp thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2)

FKLij

N

Lực cản giảm chấn lốp bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2)

F’Ri

N

FRi

N

Mô men quán tính trục x của khối lượng không được treo cầu i
(i=1(1)4)
Mô men quán tính trục y bánh xe thứ ij (i=1(1)4, j=1(1)2)

Hình 2.14. Mô hình hệ thống treo ............................................................................................ 36
Hình 2.15. Đặc tính đàn hồi của hệ thống treo nhíp ................................................................. 36
Hình 2.16. Sơ đồ xác định lực đàn hồi hướng kính của lốp ..................................................... 38
Hình 2.17. Sơ đồ tính lực liên kết lốp đường ........................................................................... 39
Hình 2.18. Sơ đồ tính................................................................................................................ 43
Hình 3.1. Quy luật đánh lái dạng Sin đơn khi chuyển làn đường ............................................ 47
Hình 3.2. Các trạng thái chuyển làn đường .............................................................................. 52
Hình 3.3. Đồ thị góc δ11 ............................................................................................................ 53
Hình 3.4. Đồ thị gia tốc ngang ay1 ............................................................................................ 54
Hình 3.5. Đồ thị gia tốc ngang ay2 ............................................................................................ 54
Hình 3.6. Đồ thị vận tốc góc quay thân xe ψ1 .......................................................................... 54
Hình 3.7. Đồ thị vận tốc góc quay thân xe ψ 2 .......................................................................... 55
Hình 3.8. Đồ thị góc gập thân xe ψ k ...................................................................................... 55
viii


Hình 3.9. Đồ thị góc quay thân xe ψ1 ....................................................................................... 55
Hình 3.10. Đồ thị góc quay thân xe ψ2 ..................................................................................... 56
Hình 3.11. Đồ thị Fz11 ............................................................................................................... 56
Hình 3.12. Đồ thị Fz12 ............................................................................................................... 56
Hình 3.13. Đồ thị Fz21 ............................................................................................................... 57
Hình 3.14. Đồ thị Fz22 ............................................................................................................... 57
Hình 3.15. Đồ thị Fz31 ............................................................................................................... 57
Hình 3.16. Đồ thị Fz32 ............................................................................................................... 57
Hình 3.17. Đồ thị Fz41 ............................................................................................................... 57
Hình 3.18. Đồ thị Fz42 ............................................................................................................... 58
Hình 3.19. Đồ thị tọa độ ngang Y1 ........................................................................................... 58
Hình 3.20. Đồ thị tọa độ ngang Y2 ........................................................................................... 58
Hình 3.21. Đồ thị tọa độ ngang Y11 .......................................................................................... 59
Hình 3.22. Đồ thị tọa độ ngang Y21 .......................................................................................... 59

Hình 3.51. Đồ thị góc δ11 .......................................................................................................... 70
Hình 3.52. Đồ thị gia tốc ngang ay1 .......................................................................................... 70
Hình 3.53. Đồ thị gia tốc ngang ay2 .......................................................................................... 71
Hình 3.54. Đồ thị vận tốc góc quay thân xe ψ1 ........................................................................ 71
Hình 3.55. Đồ thị vận tốc góc quay thân xe ψ 2 ........................................................................ 71
Hình 3.56. Đồ thị vận tốc góc gập thân xe ψ k ........................................................................ 72
Hình 3.57. Đồ thị tọa độ ngang Y1 ........................................................................................... 72
Hình 3.58. Đồ thị tọa độ ngang Y2 ........................................................................................... 72
Hình 3.59. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=46 km/h ....................................................... 73
Hình 3.60. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=48 km/h ....................................................... 73
Hình 3.61. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=50 km/h ....................................................... 73
Hình 3.62. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=52 km/h ....................................................... 73
Hình 3.63. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=54 km/h ....................................................... 73
Hình 3.64. Đồ thị vị trí ĐXSMRM ở t=5s với v=56 km/h ....................................................... 73
Hình 3.65. Đồ thị các thông số đánh giá theo vận tốc xe ......................................................... 75
Hình 3.66. Đồ thị vùng tốc độ đánh lái theo vận tốc xe khi δA=30........................................... 80
Hình 3.67. Đồ thị vùng tần số đánh lái theo vận tốc xe khi δA=30 ........................................... 81
Hình 3.68. Đồ thị vùng RA theo vận tốc xe khi δA=30 ............................................................. 81
Hình 3.69. Đồ thị vùng tốc độ đánh lái theo vận tốc xe khi δA=40........................................... 82
Hình 3.70. Đồ thị vùng tần số đánh lái theo vận tốc xe khi δA=40 ........................................... 83
Hình 3.71. Đồ thị vùng RA theo vận tốc xe khi δA=40 ............................................................ 83
Hình 4.1. Đoàn xe sơmi-rơmoóc thí nghiệm ............................................................................ 85
Hình 4.2. Sơ đồ vị trí gắn cảm biến .......................................................................................... 86
Hình 4.3. Cảm biến MMA7361L ............................................................................................. 87
Hình 4.4. Cảm biến đo vận tốc góc encoder ............................................................................. 88
Hình 4.5. Hộp xử lý tín hiệu & kết nối máy tính NI USB-6210 .............................................. 89
Hình 4.6a. Sơ đồ liên kết cảm biến thí nghiệm quay vòng ĐXSMRM .................................... 90
x



Bảng 3.1. Các phương án khảo sát ........................................................................................... 48
Bảng 3.2. Các thông số khảo sát khi đầy tải và không tải ........................................................ 49
Bảng 3.3. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu theo biên độ góc lái ...................................................... 62
Bảng 3.4. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu theo tần số đánh lái ....................................................... 68
Bảng 3.5. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu theo vận tốc xe.............................................................. 74
Bảng 3.6. Vùng khảo sát chuyển làn đường theo tần số lái và vận tốc xe ở δA bằng 30 .......... 77
Bảng 3.7. Vùng khảo sát chuyển làn đường theo tần số lái và vận tốc xe ở δA bằng 40 .......... 78
Bảng 3.8. Giá trị các thông số điều khiển và phản ứng với δA=30 ........................................... 80
Bảng 3.9. Giá trị các thông số điều khiển và phản ứng với δA=40 ........................................... 82
Bảng 4.1. Các thông số thí nghiệm ........................................................................................... 86
Bảng 4.2. Bảng các phương án thí nghiệm ............................................................................... 92
Bảng 4.3. Các chỉ tiêu so sánh giữa thí nghiệm và mô phỏng khi vận tốc xấp xỉ 28km/h....... 97
Bảng 4.4. Chỉ tiêu hệ số tương quan Pearson giữa mô phỏng và thí nghiệm......................... 102
Bảng 4.5. Chỉ số RMSE giữa mô phỏng và thí nghiệm ......................................................... 103

xii


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của luận án
Để nâng cao công suất vận chuyển trên một đơn vị công suất động cơ, với sự phát triển
của hệ thống giao thông, các nước Tây Âu, Mỹ và Nhật Bản đã thiết kế nhiều loại đoàn xe.
Với kích thước và khối lượng lớn, đoàn xe đã cho thấy hiệu quả của việc vận chuyển các loại
hàng hóa, đặc biệt là đối với hàng hóa chuyên dùng. Ở Việt Nam, đoàn xe sơ mi rơ moóc (gọi
tắt là ĐXSMRM) bao gồm xe đầu kéo (XĐK) và sơ mi rơ moóc (SMRM) là loại đoàn xe
được sử dụng tương đối phổ biến. Khi quay vòng, ĐXSMRM thường dễ bị mất ổn định
ngang. Mất ổn định ngang gồm: (i) mất ổn định hướng (Yaw Instability), (ii) mất ổn định lật
ngang (Roll Instability). Tai nạn giao thông xảy ra đối với ĐXSMRM do nhiều nguyên nhân,
trong đó chủ yếu là do đoàn xe mất ổn định chuyển động trên đường khi tăng tốc, khi phanh,
khi vượt xe, tránh chướng ngại vật, khi chạy trên đường có hệ số bám thấp hoặc khi đoàn xe

-

Nghiên cứu thực nghiệm: Thí nghiệm động lực học đoàn xe trên đường phẳng khi
đánh lái hình Sin để kiểm chứng mô hình động lực học ĐXSMRM đã thiết lập.

Phạm vi nghiên cứu
Sự mất ổn định quỹ đạo có thể xảy ra khi xe quay vòng hoặc chuyển làn đường. Trong
khuôn khổ của luận án, NCS khảo sát quá trình chuyển làn đường và xác định sự vi phạm làn
đường nhằm tránh quá trình lật vấp dẫn tới tai nạn. Luận án lựa chọn phạm vi nghiên cứu là
sự vi phạm làn đường với loại đường có hệ số bám φxmax bằng 0,5 làm đầu vào cho các
phương án khảo sát đến xác định vùng chuyển động an toàn khi chuyển làn tránh va chạm.
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số sử dụng như góc quay bánh xe dẫn hướng,
tần số đánh lái của quy luật đánh lái hình Sin và vận tốc xe ổn định dẫn tới vi phạm làn đường
của ĐXSMRM khi chuyển làn trên đường phẳng có hệ số bám thấp và hệ số bám hai bên
giống nhau. Từ đó, nghiên cứu phương pháp xác định vùng chuyển làn đường thừa, chuyển
làn đường thiếu và chuyển làn đường đủ làm cơ sở để thiết kế các hệ thống điều khiển hoặc
hệ thống cảnh báo sau này.
Nội dung luận án
Bố cục của luận án được trình bày theo 4 chương như sau:
-

Chương 1: Tổng quan

-

Chương 2: Mô hình động lực học ĐXSMRM nghiên cứu chuyển làn đường

-

Chương 3: Khảo sát ổn định quỹ đạo ĐXSMRM khi chuyển làn đường