BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
NGUYỄN HỮU MẠNH
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH QUỸ ĐẠO
CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ BẰNG
HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH
Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 9520116
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Hà Nội, 2024
Công trình được hoàn thành tại:
Bộ môn Cơ khí ô tô - Khoa Cơ khí
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Người hướng dẫn khoa học:
1) PGS. TS. ĐÀO MẠNH HÙNG
2) PGS. TS. TRẦN VĂN NHƯ
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường họp tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
vào hồi ...... giờ ngày ...... tháng ...... năm ......
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO
THÔNG VẬN TẢI và thư viện QUỐC GIA VIỆT NAM.
1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Hiện nay, vấn đề đảm bảo an toàn trong quá trình di chuyển của ô tô
nhận được sự quan tâm đặc biệt trên toàn cầu. Trong số các giải pháp
được áp dụng, hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng (4WS) giữ vai trò quan
trọng. Nghiên cứu về hệ thống này cũng đang trở nên cấp thiết ở Việt
Nam.
Mục tiêu nghiên cứu
Dựa trên mô hình động lực học của hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng
và động lực học tổng quát của ô tô để thiết kế và chế tạo một bộ điều
khiển 4WS. Bộ điều khiển này sẽ tạo ra góc xoay cho các bánh xe phía
sau, giúp ổn định quỹ đạo trong các điều kiện khai thác khác nhau
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng, thông số sử dụng cho mô phỏng và thí nghiêm trong luận
án là hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng của ô tô HONDA Prelude.
Phạm vi nghiên cứu
- Về lý thuyết: khảo sát chuyển động của ô tô ổn định tại tốc độ cao
có xét đến ảnh hưởng của lực gió ngang và quay vòng.
- Về thực nghiệm: sử dụng mô hình bán thực nghiệm của hệ thống lái
4WS. Thí nghiệm được thực hiện dựa trên mô hình mô phỏng phần cứng
trong vòng lặp (Hardware In The Loop Simulation - HILS).
Ý nghĩa khoa học của luận án
Luận án đã nghiên cứu một giải pháp ổn định quỹ đạo chuyển động
của ô tô bằng hệ thống lái 4WS, dựa trên việc xây dựng mô hình động học
và động lực học của ô tô, bao gồm mô hình động lực học một vết trong
mặt phẳng, mô hình bánh xe đàn hồi. Xây dựng mô hình động lực học
của bộ chấp hành hệ thống lái 4WS. Thiết kế bộ điều khiển 4WS để điều
khiển bộ chấp hành , điều khiển góc xoay bánh xe dẫn hướng sau nhằm
2
ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô. Đã thiết kế và chế tạo mô hình bán
thực nghiệm với hệ thống lái 4WS thực tế trên ô tô HONDA PRELUDE.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án
Việc nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động bằng hệ thống lái có ý
nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc nắm vững công nghệ và nội địa hóa
sản phẩm.
Bộ điều khiển hệ thống lái 4WS có thể tiếp tục nghiên cứu và hoàn
thiện để được lắp đặt trên các ô tô thực tế, góp phần tăng cường an toàn
khi ô tô chuyển động trên đường cao tốc.
Kết quả của luận án có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo và
giảng dạy trong lĩnh vực nghiên cứu động lực học và điều khiển ô tô.
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Khi hạ tầng cơ sở phát triển, vận tốc chuyển động ô tô càng tăng thì
khả năng mất an toàn chuyển động càng lớn, một trong các nguyên nhân
gây tai nạn là sự không ổn định quỹ đạo chuyển động.
Tình trạng an toàn giao thông tại Việt Nam đang gây lo ngại lớn.
Nguyên nhân của tình trạng này rất đa dạng và phức tạp. Một nguyên
nhân chính của tai nạn là mất ổn định của ô tô khi thay đổi hướng hoặc
làn đường.
1.1. Các nguyên nhân gây ra mất ổn định quỹ đạo
chuyển động
Mất ổn định quỹ đạo chuyển động do ảnh hưởng của gió ngang
Flt
Fwy
αf
αr
vr
vf
v
β
0
Flt
Fwy
αf
αr
vr
vf
v
β
0
Hình 1.1: Ảnh hưởng của gió ngang và biến dạng của lốp đến khả năng
ổn định quỹ đạo chuyển động
3
Lực gió ngang gây ra góc lăn lệch của bánh xe Hình 1.1 , dẫn đến sự
chệch hướng của ô tô khỏi quỹ đạo mong muốn. Tùy thuộc độ lệch bên
của bánh xe trước (αf) và sau (αr), có thể xảy ra hiện tượng quay vòng
thiếu hoặc thừa. Khi αf> αr, lực quán tính ly tâm (Flt) cân bằng với lực
gió ngang (Fwy ), giúp ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô.
Mất ổn định quỹ đạo chuyển động khi quay vòng
l2
L
C
Flt
vr
v
Fyf
Fyr
δO
δO
Ro
vf
O
(a)
αf
l2
L
C
Flt
vr
v
δO
δO
αr
vf
R
αr
δo-αf
Fyf
Fyr
Ro
O
O1
(b)
Hình 1.2: Mô hình quay vòng của ô tô trong điều kiện bánh xe không
trượt ngang (a) và trượt ngang (b).
Trong quá trình ô tô quay vòng, lực ly tâm gây ra góc lăn lệch của
bánh xe trước (αf) và sau (αr) Hình 1.2, dẫn đến sự khác biệt giữa bán
kính quay vòng thực tế (R) và lý thuyết (R0). Bán kính quay vòng thực
tế được xác định gần đúng bởi công thức:
R≈L
δ0−(αf−αr)(1.1)
Sự khác biệt giữa αfvà αrquyết định trạng thái quay vòng của ô tô:
quay vòng đúng (neutral steering), quay vòng thừa (oversteer), hoặc quay
vòng thiếu (understeer). Hệ số quay vòng (KS) được định nghĩa như sau:
KS=m
Ll2
Cαf
−l1
Cαr (1.2)
Trạng thái quay vòng của ô tô có thể được xác định bằng cách so sánh
vận tốc góc xoay thân xe thực tế ( ˙
ψ) và lý thuyết ( ˙
ψ0):
