Nguyen van thao 4WS mo hinh va mo phong he thong lai 4ws

Luận văn tập chung vào nghiên cứu xây dựng mô hình động lực học chuyển hướng chuyển động của ô tô 4 bánh dẫn hướng, khảo sát các trường hợp đổi hướng chuyển động. Nội dung nghiên cứu gồm: Tổng quan về tính điều khiển và an toàn giao thông. Các giải pháp để ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô. Xây dựng mô hình động lực học đổi hướng chuyển động của ô tô, mô phỏng quỹ đạo chuyển động. Khảo sát các trường hợp đổi hướng chuyển động của ô tô bốn bánh dẫn hướng. Luận văn nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm MatlabSimulink.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN VĂN THẠO

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG Ô TÔ

BỐN BÁNH DẪN HƯỚNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

NGUYỄN VĂN THẠO

NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC QUAY VÒNG Ô TÔ

BỐN BÁNH DẪN HƯỚNG

Ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Mã số: 60.52.01.16

Chuyên sâu: KỸ THUẬT Ô TÔ – MÁY KÉO

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Trần Văn Như

Hà Nội 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệukết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trongcác công trình nào khác!

Hà Nội, ngày 11 tháng 04 năm 2016

Tác giả

Nguyễn Văn Thạo

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Giao thông Vận tải, Phòngđào tạo Sau đại học, Khoa Cơ khí và Bộ môn cơ khí ô tô đã cho phép tôi thựchiện luận văn tại Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành nhất tới TS Trần Văn Như đãhướng dẫn tôi hết sức tận tình, chu đáo để tôi có thể thực hiện và hoàn thànhluận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo đã đọc

và đóng góp ý kiến quý cho luận văn

Tôi xin chân thành biết ơn Quý thầy, cô Bộ môn cơ khí ô tô - TrườngĐại học Giao thông Vận tải luôn giúp đỡ và dành cho tôi những điều kiện hếtsức thuận lợi để hoàn thành luận văn này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầytrong hội đồng chấm luận văn đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu

để tôi có thể hoàn chỉnh luận văn này và định hướng nghiên cứu trong tươnglai

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè,những người đã động viên, khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi tham gianghiên cứu, học tập và thực hiện luận văn này

MỤC LỤ

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC HÌNH VẼ vi

MỞ ĐẦU

1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tính điều khiển và an toàn giao thông 3

1.1.1 Tính điều khiển của ô tô 3

1.1.2 An toàn giao thông và quỹ đạo chuyển động 4

1.2 Các giải pháp ổn định hướng chuyển động trên ô tô 6

1.2.1 Hệ thống lái tích cực 6

1.2.2 Hệ thống cân bằng điện tử 9

1.2.3 Hệ thống lái 4 bánh dẫn hướng 14

1.3 Hệ thống lái 4 bánh dẫn hướng (4WS ) 14

1.3.1 Cấu tạo hệ thống lái 4WS 15

1.3.2 Các trạng thái chuyển động của xe có hệ thống lái 4WS 22

1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến hệ thống lái 4WS 23

1.5 Kết luận chương 25

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỔI HƯỚNG

CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ BỐN BÁNH DẪN HƯỚNG 27

2.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình 27

2.1.1 Phương trình Lagrange loại II 27

2.1.2 Nguyên lý Dalambe 28

2.2 Các mô hình nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ô tô 29

2.2.1 Mô hình chuyển động tổng quát của ô tô 29

2.2.2 Mô hình một vết 31

2.2.3 Mô hình hai vết 32

2.3.4 Mô hình bánh xe 34

2.3.5 Mô hình hệ thống lái 35

2.3 Mô hình động lực học bánh xe chủ động 36

2.4 Mô hình đổi hướng chuyển động một vết ô tô 4WS 41

2.4.1 Giả thiết xây dựng mô hình 41

2.4.2 Xây dựng mô hình toán 44

2.5 Mô hình đổi hướng chuyển động hai vết ô tô 4WS 46

2.5.1 Các giả thiết khi xây dựng mô hình 46

2.5.2 Quan hệ động học các bánh xe dẫn hướng 47

2.5.3 Xây dựng mô hình toán học 49

CHƯƠNG 3 KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC ĐỔI HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ BỐN BÁNH DẪN HƯỚNG 54

3.1 Đối tượng và mục tiêu khảo sát 54

3.1.1 Đối tượng khảo sát 54

3.1.2 Mục tiêu khảo sát 55

3.2 Xây dựng mô hình mô phỏng bằng phần mềm Matlab-Simulink 55

3.2.1 Giới thiệu phần mềm 55

3.2.2 Xây dựng mô hình mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink 573.2.3 Mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô 603.3 Khảo sát ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô với hệ thống lái 4WS 663.3.1 Trường hợp quay vòng với bán kính không đổi 663.3.1.1 Trường hợp độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn so với thông sôtiêu chuẩn, bánh sau không điều khiển 663.3.1.2 Trường hợp độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn so với thông sốtiêu chuẩn, bánh sau điều khiển 673.3.1.3 Trường hợp độ cứng ngang lốp sau nhỏ hơn so với thông số tiêuchuẩn, bánh sau không điều khiển 683.3.1.4 Trường hợp độ cứng ngang lốp sau nhỏ hơn so với thông số tiêuchuẩn, bánh sau điều khiển 693.3.2 Khi ô tô vào cua 713.3.2.1 Độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn so với thông số tiêu chuẩn,bánh sau không điều khiển 713.3.2.2 Độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn so với thông số tiêu chuẩn,bánh sau điều khiển 723.3.2.4 Độ cứng ngang lốp sau nhỏ hơn so với thông số tiêu chuẩn, bánhsau điều khiển 743.3.3 Trường hợp chuyển làn 763.3.3.1 Trường hợp độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn so với thông sốtiêu chuẩn, bánh sau không điều khiển 763.3.1.2 Trường hợp độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn so với thông sốtiêu chuẩn, bánh sau điều khiển 773.3.1.3 Trường hợp độ cứng ngang lốp sau nhỏ hơn so với thông số tiêuchuẩn, bánh sau không điều khiển 78

3.3.1.4 Trường hợp độ cứng ngang lốp sau nhỏ hơn so với thông số tiêu

chuẩn, bánh sau điều khiển 79

3.4 Kết luận chương 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Thông số mô hình xe khảo sát 54

DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình hệ thống điều khiển của ô tô 3

Hình 1.2 Cấu tạo hệ thống lái tích cực 6

Hình 1.3 Sơ đồ hoạt động hệ thống lái tích cực 7

Hình 1.4 Hệ thống lái tích cực kết nối qua mạng nội bộ 8

Hình 1.5 Sơ đồ bố trí ESP trên xe Mercedes 11

Hình 1.6 So sánh hoạt động xe có ESP và không có ESP 13

Hình 1.7 Hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng 15

Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu lái sau xe Honda Prelude 16

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động cơ cấu lái sau 17

Hình 1.10 Đồ thị quan hệ giữa góc quay vành lái với góc quay các bánh xe 17 Hình 1.11 Hệ thống lái 4WS thủy lực 18

Hình 1.12 Hệ thống lái 4WS thủy lực- điện 19

Hình 1.13 Cấu tạo hệ thống lái cơ khí- điện- thuỷ lực trên xe Mazda 626

4WS 20

Hình 1.14 Nguyên lý làm việc cơ cấu lái sau 21

Hình 1.15: Đồ thị góc quay tương đối bánh xe sau và trước với tốc độ xe (km/ h) trên xe Mazda 626 4WS 21

Hình 1.16 Trạng thái quay vòng ở tốc độ thấp 22

Hình 1.17 Trạng thái quay vòng tốc độ cao 23

Hình 1.18 Trạng thái quay vòng ở tốc độ cao 23

Hình 2.1 Mô hình chuyển động tổng quát của ô tô 29

Hình 2.2 Chuyển hệ trục tọa độ trên ô tô sang hệ tọa độ gắn với mặt đường .30

Hình 2.3 Mô hình một vết trong mặt phẳng đường 31

Hình 2.4 Mô hình hai vết bánh xe 33

Hình 2.5 Mô hình chuyển động của bánh xe (mô hình 1/4) 34

Hình 2.6 Mô hình thí nghiệm đặc tính bám dọc, ngang của lốp 34

Hình 2.7 Mô hình động lực học hệ thống lái 35

Hình 2.8 Mô hình quỹ đạo chuyển động ô tô với hệ thống lái 36

Hình 2.9 Mô hình động lực liên kết lốp với mặt đường 37

Hình 2.10 Mô hình góc lệch bên bánh xe 40

Hình 2.11 Mô hình một vết hệ thống lái 4WS 42

Hình 2.12 Quan hệ động học góc quay vòng các bánh xe dẫn hướng 47

Hình 2.13 Mô hình hai vết hệ thống lái 4WS 50

Hình 3.1 Mô men bánh xe chủ động 58

Hình 3.2 Khối động lực học thân xe 58

Hình 3.3 Mã chương trình khối động lực học thân xe 58

Hình 3.4 Khối động học các bánh xe 59

Hình 3.5 Mã code khối động học bánh xe 59

Hình 3.6 Mô hình động lực học quay vòng của ô tô 60

Hình 3.7 Góc quay bánh xe dẫn hướng khi quay vòng với bán kính không

đổi 61

Hình 3.8 Quỹ đạo chuyển động của ô tô khi quay vòng với bán kính không đổi 61

Hình 3.9 Góc quay bánh xe dẫn hướng khi chuyển làn 62

Hình 3.10 Quỹ đạo chuyển động của xe khi chuyển làn 62

Hình 3.11 Góc quay bánh xe dẫn hướng khi vào cua 63

Hình 3.12 Quỹ đạo chuyển động xe khi vào cua 64

Hình 3.13 Lực gió ngang tác động lên ô tô 64

Hình 3.14 Quỹ đạo chuyển động của ô tô khi chịu tác động của gió ngang đột ngột 65

Hình 3.15 Quỹ đạo chuyển động của xe khi quay vòng với bán kính không đổi 66

Hình 3.16 Góc quay bánh xe dẫn hướng phía sau 67

Hình 3.17 Quỹ đạo chuyển động xe khi điều khiển bánh sau 68

Hình 3.18 Quỹ đạo chuyển động của xe khi quay vòng với độ cứng ngang lốp sau nhỏ, bánh sau không điều khiển 69

Hình 3.19 Góc quay bánh xe dẫn hướng phía sau 70

Hình 3.20 Quỹ đạo chuyển động khi độ cứng ngang lốp sau nhỏ hơn thông số tiêu chuẩn, bánh sau điều khiển 70

Hình 3.21 Quỹ đạo chuyển động ô tô khi vào cua 71

Hình 3.21 Góc quay bánh xe dẫn hướng phía sau 72

Hình 3.23 Quỹ đạo chuyển động của ô tô khi vào cua 73

Hình 3.24 Quỹ đạo chuyển động của ô tô khi vào cua 74

Hình 3.25 Góc quay bánh xe dẫn hướng phía sau khi vào cua 75

Hình 3.26 Quỹ đạo chuyển động khi vào cua của ô tô 75

Hình 3.26 Quỹ đạo chuyển động của ô tô khi chuyển làn độ cứng lốp trước nhỏ hơn thông số tiêu chuẩn 76

Hình 3.27 Góc quay các bánh xe dẫn hướng phía sau khi chuyển làn đường.

77

Hình 3.28 Quỹ đạo chuyển động của xe khi chuyển làn có điều khiển bánh xe dẫn hướng sau 78

Hình 3.29 Quỹ đạo chuyển động của xe khi chuyển làn 79

Hình 3.30 Góc quay các bánh xe dẫn hướng sau 80

Hình 3.31 Quỹ đạo chuyển động ô tô khi chuyển làn 80

an toàn giao thông.

Ngày nay với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, ngành công nghiệp ô

tô đã áp dụng nhiều biện pháp để ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô như:

sử dụng hệ thống lái tích cực; sử dụng hệ thống cân bằng điện tử (ESP); hệthống lái bốn bánh dẫn hướng (4WS) Trong đó hệ thống lái 4WS sử dụng haibánh xe dẫn hướng phía sau điều chỉnh quỹ đạo chuyển động của ô tô phùhợp với yêu cầu của lái xe (góc quay vành lái) Do đó ổn định quỹ đạo chuyểnđộng Việc nghiên cứu động lực học quay vòng của ô tô sử dụng bốn bánh xedẫn hướng đã và đang được các nhà nghiên cứu và các hãng sản xuất ô tônghiên cứu để áp dụng vào sản xuất nhằm tăng tính ổn định chuyển động của

ô tô

Xuất phát từ thực trạng trên, trong khuôn khổ luận văn thạc sỹ tôi chọn

đề tài: “Nghiên cứu động lực học quay vòng ô tô bốn bánh xe dẫn hướng”.

Luận văn tập chung vào nghiên cứu xây dựng mô hình động lực họcchuyển hướng chuyển động của ô tô 4 bánh dẫn hướng, khảo sát các trườnghợp đổi hướng chuyển động

Nội dung nghiên cứu gồm:

- Tổng quan về tính điều khiển và an toàn giao thông Các giải pháp để

ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô

- Xây dựng mô hình động lực học đổi hướng chuyển động của ô tô, môphỏng quỹ đạo chuyển động

- Khảo sát các trường hợp đổi hướng chuyển động của ô tô bốn bánhdẫn hướng

Luận văn nghiên cứu lý thuyết, kết hợp với mô phỏng trên máy tính bằngphần mềm Matlab/Simulink

Trong quá trình thực hiện luận văn cùng với sự cố gắng của bản thân, sự

hướng dẫn tận tình của Thầy giáo TS Trần Văn Như, cùng các Thầy giáo

trong bộ môn Cơ khí ô tô, Đại học Giao thông Vận tải Tuy nhiên luận vănkhông tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ýkiến của các thầy và bạn đọc để luận văn được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tính điều khiển và an toàn giao thông

1.1.1 Tính điều khiển của ô tô

Tính điều khiển của ô tô được hiểu là chuyển vị đúng của ô tô theo ýmuốn của lái xe (điều khiển theo phương dọc và điều khiển quay vòng) Môhình khảo sát tổng quát của ô tô là mô hình “Ô tô – Môi trường – Người lái”thể hiện trên Hình 1.1

Hình 1.1 Mô hình hệ thống điều khiển của ô tô

Do các yếu tố của môi trường luôn luôn thay đổi, dẫn tới thay đổi mốitương quan chuyển động của ô tô trên đường Người lái luôn có tác động điềuchỉnh để có thể thu được các chuyển vị phù hợp Người lái tác động điềukhiển thông qua hệ thống cơ học biến dạng của ô tô và mối tương quan củacác yếu tố môi trường ô tô sẽ có các chuyển vị tương ứng Các chuyển vị nàyđược phản hồi vào người lái và người lái lại tác động vào hệ thống ô tô để tạonên các chuyển vị tiếp theo Các yếu tố môi trường có thể là lực cản gió, mấp

mô của mặt đường Việc khảo sát hệ thống kín như trên là cần thiết, nhưng

quá phức tạp Để đánh giá hệ thống kín này ta đánh giá hệ thống hở (không cómối liến hệ ngược) Thông qua hệ thống hở có thể xác định được các phảnứng của ô tô khi có các yếu tố điều khiển Các chuyển vị trong hệ thống hởđược mô tả qua các quy luật cho phép đánh giá sự ổn định của hệ thống vàlàm cơ sở cho việc tính toán, thiết kế các hệ thống tự động điều khiển trên ôtô.

Liên quan tới tính điều khiển là tính ổn định của hệ thống Một hệ thốngđược gọi là ổn định nếu quá trình quá độ tắt dần theo thời gian Hệ thốngkhông ổn định nếu quá trình quá độ tăng dần theo thời gian Hệ thống ở biên

độ ổn định nếu quá trình quá độ không đổi hoặc dao động không tắt dần Khiphân tích ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô ta cần xem xét ô tô là một hệthống động lực học với các tác động đầu vào như: góc quay vành lái, cản gió,mấp mô mặt đường… và sự ổn định của các thông số đầu ra Do đó ổn địnhhướng chuyển động của ô tô là một đặc tính của ô tô giữ được hướng chuyểnđộng theo góc quay vành lái khi chịu tác động của các lực và mô men ngoạicảnh

1.1.2 An toàn giao thông và quỹ đạo chuyển động

An toàn chuyển động trong giao thông vận tải bằng ô tô là chỉ tiêu quantrọng đánh giá chất lượng thiết kế và sử dụng phương tiện Trong giao thông

ô tô, mặt đường thường giới hạn, sự chuyển động của ô tô không thể và khôngcho phép là những mặt đường vô tận Mặt khác ô tô chuyển động trong môitrường giao thông với sự chuyển động của các đối tượng tham gia giao thôngkhác Nếu ô tô mất ổn định điều khiển dễ dàng mất an toàn giao thông Vì vậyđảm bảo quỹ đạo chuyển động của ô tô là yếu tố quan trọng đảm bảo an toàngiao thông

Sự chuyển động của ô tô trên đường đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạophức tạp, người lái luôn luôn điều chỉnh góc quay vành lái Khi nâng cao tốc

độ chuyển động cần thiết phải đảm bảo mối tương quan giữa quỹ đạo chuyểnđộng và góc quay vành lái Trong nhiều trường hợp chỉ một sai lầm nhỏ trongđiều khiển sẽ dẫn tới mất quỹ đạo chuyển động, gây mất an toàn giao thông.Chẳng hạn như khi đi trên đường vòng ở tốc độ cao, gặp chướng ngại vật,phanh xe quá ngặt dẫn đến bó lết bánh xe, làm mất khả năng điều khiển hoặcgia tốc hướng tâm tăng dẫn đến trượt bên các bánh xe và lật đổ

Tai nạn giao thông do nhiều nguyên nhân gây ra Trong mô hình “Ô tô –môi trường – người lái” có thể chỉ ra các nhóm nguyên nhân:

- Đối với người lái: Trình độ lái xe thấp, ít kinh nghiệm, trạng thái phảnứng chậm, trạng thái buồn ngủ, mất tập chung Yếu tố này thường được cảcộng đồng chăm lo thông qua các thể chế pháp lý, giáo dục xã hội…

- Đối với môi trường: Chất lượng đường xấu, không đảm bảo tiêu chuẩnđường bộ, thiếu hệ thống thông tin, cảnh báo, tầm quan sát hạn chế Điều kiệnthời tiết không thuận lợi (mưa gió, đường trơn trượt)…

- Đối với ô tô: Các thông số kết cấu không hợp lý Tình trạng kỹ thuậtkhông đảm bảo, đặc biệt ở hệ thống phanh, hệ thống lái Để giảm thiểunguyên nhân này cần áp dụng các tiêu chuẩn thiết kế xe, tiêu chuẩn về kiểmđịnh chất lượng xe đang lưu hành và xuất xưởng

Sự liên quan của quỹ đạo chuyển động tới an toàn chuyển động là mộttrong các nguyên nhân nằm trong nhóm nguyên nhân do phương tiện gây ra.Tính ổn định hướng chuyển động của ô tô là yếu tố ảnh hưởng lớn đến quỹđạo chuyển động của xe, nguyên nhân chính gây ra tai nạn giao thông Do đókết của ô tô, của hệ thống điều khiển chuyển động của ô tô cần được hoànthiện để giảm thiểu tai nạn có nguyên nhân do yếu tố liên quan đến kỹ thuật

phương tiện gây ra Việc nghiên cứu, khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố kỹthuật đến ổn định chuyển động của ô tô là cần thiết để đưa ra các giải phápnhằm nâng cao tính ổn định hướng chuyển động của ô tô.

1.2 Các giải pháp ổn định hướng chuyển động trên ô tô

1.2.1 Hệ thống lái tích cực

Hệ thống lái tích cực (Active steering system) là hệ thống lái hiện đại, nókiểm soát góc đánh lái của các bánh xe cầu trước một cách chính xác theo yêucầu của lái xe Đây là hệ thống lái mới trên các xe hiện đại, nó là sự kết hợpgiữa hệ thống lái điều khiển cơ khí thông thường và điều khiển điện tử

Hình 1.2 Cấu tạo hệ thống lái tích cực

1-Cơ cấu lái; 2-Cụm van xoay; 3-Động cơ kỹ thuật số; 4-Bộ chấp hànhcụm bánh răng hành tinh; 5-Bộ điều khiển; 6-Cảm biến góc quay mô tơ; 7-Khóa điện tử; 8-Cảm biến góc quay bánh răng; 9-Bơm trợ lực lái; 10-Bìnhdầu trợ lực; 11-Đường ống dầu; 12-Đường kết nối hệ thống

Trong hệ thống lái tích cực vẫn bao gồm bộ trợ lực thủy lực như hệthống lái truyền thống Mô tơ điện đóng vai trò điều khiển Việc điều khiển

góc đánh lái bánh xe trước được thực hiện bởi bộ điều khiển (5) thông qua tínhiệu từ các cảm biến góc quay mô tơ điện và góc quay bánh răng bộ phậnchấp hành (4) Bộ điều khiển lái tích cực có thể được kết nối với hệ thống cânbằng điện tử ESC.

Khác với hệ thống lái thông thường, hệ thống lái tích cực có tỉ số truyềnthay đổi theo các trạng thái chuyển động của ô tô thông qua mô tơ điềukhiển.Ngoài mô tơ điều khiển còn có mô tơ tạo áp lực lên vành lái trong cáctrường hợp xe chuyển động và giữ cho xe chuyển động ổn định trên đườngdưới tác dụng của các tác động từ mặt đường Bộ điều khiển hệ thống lái nhậntín hiệu từ các cảm biến, từ đó xác lập các trạng thái điều khiển

Hình 1.3 Sơ đồ hoạt động hệ thống lái tích cực

FZR - Bộ điều khiển mờ; AFS - hệ thống lái chủ động; ESC - Hệ thốngcân bằng điện tử; EML1 - Bộ điều khiển tín hiệu đầu ra điện tử của hệ thốnglái chủ động; DME1- Bộ điều khiển điện tử động cơ kỹ thuật số của hệ thốnglái chủ động; EML2 - Bộ điều khiển tín hiệu đầu ra điện tử của hệ thống cânbằng điện tử; DME2 - Bộ điều khiển điện tử động cơ kỹ thuật số của hệ thốngcân bằng điện tử

Quá trình truyền dữ liệu của AFS thông qua mạng nội bộ Bộ điều khiểnAFS được kết nối với bộ điều khiển cân bằng điện tử ESC và DME, EML,ECT của hộp số tự động bằng mạng nội bộ CAN Cảm biến góc đánh lái đượckết nối với mạng nội bộ CAN Khi AFS truyền tín hiệu điều khiển đến cơ cấuchấp hành của bộ điều khiển thì tín hiệu điều khiển của bộ chấp hành nào thì

cơ cấu chấp hành đó giả mã để điều khiển

Hình 1.4 Hệ thống lái tích cực kết nối qua mạng nội bộ

Do hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi nên tạo điều kiện thuân lợi chocác trạng thái chuyển động của ô tô Khi xe chạy với tốc độ chậm trong cácbến bãi hệ thống lái thông thường sẽ có phản ứng rất chậm với sự thay đổi củavành lái Vì vậy, để nâng cao mức độ phản ứng khi thay đổi vành lái thì hệthống lái tự động điều chỉnh tăng tỷ số truyền từ vành lái đến bánh xe dẫnhướng để xe phản ứng nhạy cảm hơn với vành lái giúp lái xe vào ra các vị tríchật hẹp tốt hơn Việc này được thực hiện bằng cách cho động cơ quay cùngchiều với vành lái Khi xe chạy với tốc độ cao chỉ cần một sự thay đổi độtngột góc lái và độ lớn của góc lái làm xe phản ứng rất nhanh có thể gây nguyhiểm và mất an toàn vì vậy chúng ta phải giảm mức độ phản ứng của bánh xe

dẫn hướng với vành lái Điều này được thực hiện bằng cách giảm tỷ số truyềncủa hệ thống bằng cách điều khiển động cơ quay ngược chiều với chiềuchuyển động của vô lăng.Trong các trường hợp tránh chướng ngại vật khẩncấp, để tăng khả năng phản ứng động cơ được điều khiển quay cùng chiều đểtăng tỷ số truyền nâng cao khả năng phản ứng

Khi ô tô chuyển động, do người lái điều khiển tác động lên vành lái theokinh nghiệm Vì vậy góc đánh lái có thể bị thừa hoặc thiếu so với thực tế cầnthiết Do đó có thể làm mất ổn định chuyển động Khi đó bộ điều khiển tiếpnhận được các tín hiệu xử lý và đưa ra tín hiệu chuẩn

Trong các tình huống khẩn cấp ở tốc độ cao như đổi hướng đột ngột,quay vòng ngặt khẩn cấp có thể làm văng xe, người lái không còn khả năngkiểm soát thì hệ thống lái sẽ can thiệp ngay từ đầu bằng cách hạn chế góclệch, ổn định xe nhẹ nhàng Kết quả là hệ thống ESC không cần phải canthiệp quyết liệt giảm tốc độ hoặc phanh khẩn cấp các bánh xe Hệ thống ESCchỉ phải làm việc khi hệ thống lái không còn khả năng kiểm soát xe nữa

Điều đặc biệt đối với hệ thống lái tích cực là vẫn giữ được hệ thống cơkhí truyền thống từ đó lái xe có thể cảm nhận được các kích thích từ mặtđường, đây là điều mong muốn của người lái xe Mặt khác, khi các thiết bị trợgiúp hư hỏng cùng một lúc thì hệ thống lái vẫn làm việc như một hệ thống láithông thường

1.2.2 Hệ thống cân bằng điện tử

1.2.2.1 Lịch sử hình thành

Hệ thống cân bằng điện tử ESC (Electronic Stability Control) hay ESP(Electronic Stability Program)là hệ thống an toàn trang bị trên ô tô hiện đạinhằm tăng tính ổn định và giảm thiểu khả năng xảy ra tai nạn giao thông khi

xe vận hành Hệ thống này được áp dụng lần đầu tiên trên hai xe của hãng

BMW năm 1995 lấy tên là DSC (Dynamic Stability Control) Hệ thống đượctrang bị cảm biến tại các bánh xe với tần suất 50 lần mỗi giây Sau đó vàonăm 1996 hãng Mercedes bắt đầu áp dụng công nghệ này và lấy tên là ESP.Hiện nay hệ thống cân bằng điện tử được áp dụng trên nhiều dòng xe khácnhau với các tên gọi khác ESP, ESC:

- Acura: VSE (Vehicle Stability Assist)

- Chevrolet: Stability Track System (STS)

- Lexus: Vehicle Stability Control (VSC)

-Audi: Electronic Stabilization Program (ESP)…

1.2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống cân bằng điện tử

Tính ổn định chuyển động của ô tô là khả năng ô tô giữ được quỹ đạochuyển động trong mọi điều kiện hoàn cảnh khác nhau Hệ thống cân bằngđiện tử là hệ thống an toàn chủ động được trang bị cho xe giúp cải thiện tínhnăng ổn định trong mọi tình huống chuyển động (phanh, quay vòng…).Nguyên lý hoạt động của ESP như sau: Trong quá trình chuyển động, khi pháthiện ra xe có hiện tượng mất lái (rõ rệt nhất là khi vào cua), ESP sẽ làm việcbằng cách tác động vào hệ thống phanh một bánh xe hoặc nhiều bánh xe mộtbên để tạo ra mô men quay thân xe làm ổn định lại quỹ đạo chuyển động của

ô tô Nhiệm vụ chính của ESP là ổn định chuyển động khi vào cua và ngay cảkhi khởi hành, tăng tốc

Trên Hình 1.5 thể hiện các phần tử của hệ thống ESP trên ô tô Mercedes

Hệ thống ESP gồm có các phần tử cơ bản như: Cảm biến tốc độ ô tô; Cảmbiến gia tốc ngang; cảm biến góc quay vành tay lái; Bơm cung cấp ESP; Bộchấp hành thủy lực ESP; …Hệ thống ESP phối hợp làm việc đồng thời với sự

làm việc của các hệ thống ABS (Anti-lock Braking System), ASR(Acceleration Slip Regulator), EBR (Engine Brack Regulation).

Hình 1.5 Sơ đồ bố trí ESP trên xe Mercedes

1-Cảm biến tốc độ bánh xe; 2- Cụm giắc chẩn đoán; 3- Hộp điều khiển ESP; 4- Công tắc ESP OFF; 5- Đèn báo ABS; 6- Đèn báo ESP; 7- Đèn báo EPC; 8- Cảm biến gia tốc ngang; 9- Hộp điều khiển làm trễ mô men xoay xe; 10- Đèn báo lỗi ESP; 11- Cảm biến góc lái; 12- Công tắc báo phanh; 13- Bơm cung cấp ESP; 14- Công tắc phanh đỗ xe; 15- Cảm biến xylanh chính; 16- Xylanh chính; 17- Bộ chấp hành thủy lực ESP

Hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS: Có tác dụng lớn nhất là giảmthiểu tối đa hiện tượng mất lái khi người lái vừa phanh, vừa tránh chướngngại vật ở tốc độ cao Nếu cảm biến phát hiện bánh xe nào bị trượt thì áp lựcphanh trên bánh xe đó sẽ được giảm Sự kiểm soát thông qua ECU điều khiển

và cơ cấu thừa hành gồm hệ thống các van điều khiển Các van sẽ điều hòa ápsuất phanh của các bánh xe bị trượt theo chế độ: tăng, giữ và giảm áp

Hệ thống ASR (Acceleration Slip Regulator) chống hiện tượng trượtquay của các bánh xe chủ động khi xe khởi hành và tăng tốc đột ngột Giúp xe

ổn định bằng cách điều chỉnh lực kéo của các bánh xe chủ động Trong quátrình khởi động, tăng tốc… nếu ASR phát hiện bánh xe chủ động bị trượtquay, cảm biến tốc độ sẽ gửi tín hiện đến ECU ECU sẽ điều khiển hệ thốngphanh tác động vào bánh xe làm giảm hiện tượng quay trơn vô ích Trong đó

áp suất phanh luôn được điều khiển theo chu kỳ ở các chế độ tăng, giữ vàgiảm áp Đồng thời hệ thống ESP cũng gửi tín hiện đến hộp điều khiển động

cơ để đóng bớt bướm ga lại hoặc làm chậm thời điểm đánh lửa nhằm giảm mômen xoắn động cơ

Hệ thống EBR (Engine Brack Regulation) có tác dụng chống hiện tượngtrượt các bánh xe chủ động hoạt động ở chế độ không tải cưỡng bức và đảmbảo ổn định xe Ở chế độ không tải cưỡng bức như xe xuống dốc, bướm gađóng, khi đó xe xuống dốc ở chế độ phanh động cơ Nhưng nếu xẩy ra trườnghợp lực cản động cơ lớn dẫn đến các bánh xe chủ động bị trượt Khi đó ESP

sẽ nhận biết hiện tượng này và gửi tín hiệu đến ECU động cơ làm giảm sựtrượt bánh xe chủ động

Với sự phối hợp của các bộ phận trên chức năng chính của hệ thống ESP

là giảm hiện tượng “văng đầu” và “văng đuôi” xe khi xe vào cua và tránhchướng ngại vật trong trường hợp khẩn cấp Nếu tình huống xẩy ra thì hệthống sẽ đảm bảo xe không bị lệch khỏi hướng điều khiển Để nhận biết đượcviệc xe lệch quỹ đạo chuyển động ESP phải có thêm cảm biến góc lái và cảmbiến gia tốc ngang Hệ thống tự động điều chỉnh một lực phanh đến các bánh

xe tương ứng ở cầu trước hoặc cầu sau về một bên để tạo ra mô men quaythân xe đảm bảo quỹ đạo chuyển động của xe theo yêu cầu của người lái

Hình 1.6 So sánh hoạt động xe có ESP và không có ESP

Trên Hình 1.6 ta thấy với xe không có ESP là xe mầu vàng, xe có ESP là

xe mầu đen Khi xe chuyển động vào cua gấp với tốc độ cao xe có thể bị mất

ổn định Trong trường hợp cầu trước bị trượt nhiều hơn cầu sau khiến cho xe

có xu hướng đi thẳng không vào quỹ đạo chuyển động Khi đó ESP sẽ canthiệp vào hệ thống phanh và phanh bánh xe phía trong của cầu sau

Trong trường hợp cầu sau bị trượt nhiều hơn cầu trước nếu không có sựkiểm soát xe có nguy cơ bị lật Khi đó ESP sẽ can thiệp vào hệ thống phanh

và phanh bánh xe bên ngoài cầu trước

Trường hợp người lái vẫn tiếp tục tăng tốc sau khi mất lái ESP cũng cóthể làm giảm mô men xoắn động cơ bằng cách điều chỉnh nạp nhiên liệu củađộng cơ

Ngoài chức năng chính là ngăn chặn hượng tượng trượt khỏi quỹ đạo xe,ESP còn có khả năng tác dụng độc lập lên hệ thống phanh mà không phụcthuộc vào vị trí chân phanh nhờ đó làm tăng sự an toàn cho xe, tạo cảm giácthoải mái cho lái xe ESP còn có chức năng khởi động trên sườn dốc một cách

dễ dàng mà không cần sử dụng phanh tay Chức năng dự báo chống lật xe

bằng cách tác dụng áp lực phanh lên từng bánh riêng rẽ hay giảm lực tác dụngcủa động cơ để ngăn chặn xe lật và giữ cho xe cân bằng.

1.3 Hệ thống lái 4 bánh dẫn hướng (4WS )

Việc điều khiển tất cả các bánh xe của ô tô được xuất hiện sau chiếntranh thế giới thứ hai trên các xe quân sự cần có khả năng cơ động cao (bánhkính quay vòng nhỏ) Khi đó các bánh xe đều được coi là bánh xe dẫn hướng

và quay ngược chiều nhau với quan hệ động học ngược tạo nên bán kính quayvòng nhỏ Khi quay vòng như vậy vận tốc ô tô phải nhỏ để hạn chế lực ly tâmgây lật xe Sau những năm 1970 yêu cầu đòi hỏi ổn định chuyển động ô tô ởtốc độ cao, ô tô con được bố trí khả năng quay vòng sao cho tránh rơi vào tìnhtrạng quay vòng thừa, như vậy khi quay vòng ở tốc độ cao các bánh xe dẫnhướng cần quay cùng chiều Hiện tượng quay vòng thừa xảy ra trên các xe sửdụng bánh xe đàn hồi Giá trị của góc điều khiển cầu sau không lớn, nhưngkhi xe chuyển động ở tốc độ cao lại ảnh hưởng đến khả năng an toàn Do đó

hệ thống lái trên các ô tô con hiện đại có hệ thống lái tất cả các bánh xe dẫnhướng làm việc theo tốc độ của ô tô

Hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng là hệ thống lái cho phép tác động đồngthời bánh xe cầu trước và bánh xe cầu sau khi người lái tác động vào vành lái

để đổi hướng chuyển động của ô tô Gia tăng tính ổn định của ô tô ở tốc độ

cao và gảm góc đánh lái ở tốc độ thấp Hiện nay trên ô tô sử dụng nhiều loại

hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng khác nhau như hệ thống lái hoàn toàn cơkhí, hệ thống lái thủy lực, hệ thống lái kết hợp điện tử, thủy lực

1.3.1 Cấu tạo hệ thống lái 4WS

Cơ cấu lái trước là kiểu bánh răng, thanh răng Hộp trích lực truyền racầu sau là bánh răng ăn khớp với thanh răng của cơ cấu lái trước Cơ cấu láisau ở dạng bộ truyền hành tinh thu gọn và được dẫn động nhờ trục các đăng

nằm dài phía trên sàn xe Tỷ số truyền giữa vành lái và trục các đăng là hai.Như vậy vành tay lái quay gấp hai lần trục các đăng Trục các đăng có thenhoa di trượt dọc trục để đảm bảo bù kích thước khi xe biến dạng Toàn bộ cơcấu lái trước và sau xe bắt trên sàn xe và có gờ tăng cứng Sơ đồ cấu tạo cơcấu lái thể hiện trên Hình 1.8

Hình 1.8 Sơ đồ cấu tạo cơ cấu lái sau xe Honda Prelude

1-Vỏ cơ cấu lái; 2- Bánh răng hành tinh; 3-Trục chủ động;4- Bánh răng ngoại luân; 5- Con trượt; 6- Máng trượt; 7- Nắp cơ cấu lái; 8-Đòn ngang bánh xe sau.

Cơ cấu lái sau (Hình 1.9), trục chủ động (3) mang theo bánh răng hànhtinh (2) Dầm trục của bánh răng hành tinh đặt lệch trục và cho phép bánhrăng quay trơn trên nó Bánh răng hành tinh (2) ăn khớp với bánh răng ngoạiluân (4), đứng yên cùng vỏ cơ cấu lái Trên bánh răng này bố trí trục AA Contrượt (5) quay trơn trên trục AA và trượt lên máng trượt (6) Máng trượt chỉtiếp nhận chuyển động tịnh tiến với đòn quay

Nguyên lý làm việc: Khi xe chuyển động ở tốc độ cao, người lái quayvành lái nhỏ, các bánh xe trước sau quay cùng chiều Khi ra chỗ đỗ, quay

ngoặt, góc quay vành lái lớn và tốc độ chuyển động xe thấp, bánh xe trước vàsau quay ngược chiều Khi trục chủ động quay thì bánh răng hành tinh lăntrên với bánh răng ngoại luân, trục AA lúc đầu chuyển động sang phải, sau đósang trái Giá trị lớn nhất khi bánh xe sau quay cùng chiều bánh xe trước(sang phải) là 1 70 , sau đó giảm dần Khi trục chủ động tiếp tục quay theochiều cũ, trục AA dịch chuyển lên trên đẩy bánh xe sau quay ngược chiều Sựđảo chiều xảy ra ứng với góc quay vành lái 2400 Khi góc quay các bánh xetrước đặt 350 thì các bánh xe sau quay một góc là 50.

Hình 1.9 Sơ đồ nguyên lý hoạt động cơ cấu lái sau

Hình 1.10 Đồ thị quan hệ giữa góc quay vành lái với góc quay các bánh xe

1.3.1.2 Hệ thống lái 4WS thủy lực

Hệ thống lái 4 bánh dẫn động thủy lực thể hiện trên Hình 1.11 Dẫn độnglái từ trục trước đến trục sau thông qua hệ thống thủy lực gồm các phần tửchính như: xy lanh trợ lực lái trước (front power steering); van điều khiển(control valve); xy lanh thủy lực lái sau (rear power cylinder) và bơm thủy lựclái phía sau (rear steering bump)

các xylanh thủy lực gắn tại cầu xe trước và sau Chất lỏng được bơm tới cácxylanh thông qua bơm lái ở đầu và cuối xe Khi xe chuyển động, lái xe tácđộng vào tay lái, khi đó bơm lái phía trước hoạt động, đẩy dầu tới các xylanhthủy lực lái cầu trước, đẩy các đòn ngang, làm quay các bánh xe phía trướctheo chiều quay vành tay lái Khi xe chuyển động ở tốc độ cao, khi đó vanđiều khiển dầu trợ lực sẽ mở, bơm trợ lực lái cầu sau hoạt động, đẩy chất lỏngtới xylanh thủy lực lái cầu sau, đẩy các đòn ngang liên kết, làm cho các bánh

xe cầu sau quay cùng chiều với bánh xe cầu trước

1.3.1.3 Hệ thống lái 4WS điện- thủy lực

Hệ thống lái bốn bánh điện – thủy lực thể hiện trên Hình 1.12

Hình 1.12 Hệ thống lái 4WS thủy lực- điện

Là hệ thống lái kết hợp thủy lực với điều khiển điện tử Cơ cấu lái phíatrước sử dụng hệ thống thủy lực Cơ cấu lái phía sau sử dụng hệ thống thủylực điện tửhoạt động thông qua điều khiển của ECU Trong hệ thống này

ECU hoạt động dựa trên thông tin từ các cảm biến tốc độ và cảm biến vị trívành lái Bằng cách xử lý thông tin nhận được ECU sẽ điều khiển mô tơ bước,van phân phối làm việc theo hai trạng thái đóng mở đường dầu vào xy lanhthủy lực, đẩy các đòn ngang liên kết làm quay các bánh xe sau Góc quay củabánh xe phía sau có thể cùng chiều hoặc ngược chiều với bánh xe phía trướctùy theo tốc độ chuyển động của xe.

1.3.1.4 Hệ thống lái 4WS cơ khí - điện- thủy lực

Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái 4WS loại cơ khí – điện – thủy lực thể hiệntrên Hình 1.13

Hình 1.13 Cấu tạo hệ thống lái cơ khí- điện- thuỷ lực trên xe Mazda 626

4WS

1-Cảm biến tốc độ; 2- Cảm biến vị trí vành lái; 3- ECU lái; 4- Bơm dầu; 5- Cơ cấu lái sau; 6- Khoá điện; 7 – Ắc quy.

Cơ cấu lái trước dạng thanh răng - bánh răng, còn các bánh sau sử dụng

hệ thống thuỷ lực điện từ làm việc như cơ cấu lái sau Cơ cấu lái sau là việcnhờ nguồn năng lượng bình điều khiển bơm dầu (4) và mô tơ bước (Hình1.14) Các chế độ làm việc của cơ cấu lái sau được điều khiển bởi ECU (3)

Các tín hiện đưa vào ECU gồm tốc độ xe (thông qua cảm biến tốc độ (1)), và

vị trí vành lái (qua cảm biến vị trí vành lái (2))

Hình 1.14 Nguyên lý làm việc cơ cấu lái sau

Các mô tơ bước điều khiển bánh răng quay theo vị trí của vành lái tươngứng Đĩa phân phối quay theo tốc độ chuyển động của xe Van phân phối làmviệc theo hai trạng thái của tín hiệu và mở các đường dầu vào xy lanh lực đểđẩy đòn ngang liên kết thực hiện quay các bánh xe sau

Hình 1.15: Đồ thị góc quay tương đối bánh xe sau và trước với tốc độ xe

(km/h) trên xe Mazda 626 4WS

Các bánh xe sau quay ngược chiều khi V<35 km/h Ở vận tốc 60 km/hgóc quay trung bình các bánh trước là 100 thì góc quay trung bình các bánhsau là: 15 % x100

1.3.2 Các trạng thái chuyển động của xe có hệ thống lái 4WS

Hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng là hoạt động theo tốc độ chuyển độngcủa xe Khi xe chuyển động ở tốc độ thấp (từ 10-40 km/h) bánh xe phía trước

và phía sau quay ngược chiều nhau ( Hình 1.16) Bán kính quay vòng nhỏ

Hình 1.16 Trạng thái quay vòng ở tốc độ thấp

Khi xe chuyển động ở tốc độ cao (40-80 km/h): Ở tốc độ này, bánh xephía trước và bánh xe phía sau quay cùng chiều Góc quay bánh xe phía trướclớn hơn bánh xe phía sau (Hình 1.17)

Khi xe chuyển động ở tốc độ cao (trên 80 km/h) góc quay bánh xe phíatrước và phía sau giảm và quay cùng chiều nhau (Hình 1.18) Đảm bảo tính

ổn định khi đổi hướng chuyển động ở tốc độ cao

Hình 1.17 Trạng thái quay vòng tốc độ cao

Hình 1.18 Trạng thái quay vòng ở tốc độ cao

1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến hệ thống lái 4WS.

Việc nghiên cứu hệ thống lái 4WS được nhiều tác giả trong và ngoàinước quan tâm Ở trong nước một số tác giả nghiên cứu khảo sát chuyển độngcủa ô tô bốn bánh dẫn hướng

Năm 2007, tác giả Phạm Quang Hưng [1],nghiên cứu mô phỏng hệthống lái bốn bánh dẫn hướng dùng cho xe con Tác giả đã nghiên cứu, xáclập mối quan hệ giữa góc quay bánh xe dẫn hướng cầu sau theo bánh xe dẫnhướng cầu trước và vận tốc chuyển động của ô tô, tổng hợp bộ điều khiểnhướng bánh xe cầu sau trên cơ sở lôgic mờ bằng công cụ fuzzy controltoolbox của Matlab Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển bánh

xe cầu sau dẫn hướng Mô phỏng một số trường hợp làm việc điển hình bằngphần mềm Matlab Simulink Luận văn đã mô phỏng được một số trường hợplàm việc điển hình cua ô tô bốn bánh dẫn hướng Tuy nhiên khi nghiên cứuluận văn tác giả đã sử dụng giả thiết bánh xe không bị biến dạng bên khi tínhgóc quay của các bánh xe dẫn hướng (bỏ qua góc lệch bên của các bánh xe)

Đề tài chưa xây dựng được các mô hình tính toán động lực học của ô tô màmới chỉ tập chung mô phỏng quá trình làm việc của hệ thống lái

Năm 2008 tác giả Lê Ngọc Trung [4] đã nghiên cứu “Mô phỏng quỹđạo chuyển động của ô tô bốn bánh dẫn hướng” Đề tài đã khảo sát chuyểnđộng của ô tô bốn bánh xe dẫn hướng và ô tô hai bánh xe dẫn hướng Xét tới

sự ảnh hưởng của vận tốc tới sự ổn định chuyển động của ô tô So sánh cáctrường hợp làm việc của ô tô bốn bánh dẫn hướng với hai bánh dẫn hướng.Tìm ra vận tốc nguy hiểm đối với ô tô Khi nghiên cứu đề tài tác giả khảo sát

mô phỏng các trường hợp chuyển động với các trường hợp cụ thể, với vận tốckhông đổi Tuy nhiên đề tài chưa nêu ra được mối quan hệ giữa góc quay củacác bánh xe dẫn hướng trước và sau trong các trường hợp khảo sát

Ở nước ngoài các tác giả có một số hướng nghiên cứu về hệ thống láibốn bánh dẫn hướng như: Nghiên cứu, phân tích động lực học quay vòng hệthống lái bốn bánh dẫn hướng về mặt lý thuyết, kết hợp với mô phỏng trênphần mềm như Matlab, Carmaker, MSC ADAMS/Car[7],[9], [10], [11].Nghiên cứu, so sánh bán kính quay vòng, khả năng ổn định của xe bốn bánh

dẫn hướng so với xe hai bánh dẫn hướng [6], [12] Đề tài “ Development offour wheel steering system for car” năm 2013 của các tác giả K Lohith,Dr.S.R Shankapal Tác giả nghiên cứu thiết kế xe ô tô bốn bánh dẫn hướngtrên cơ sở xe tiêu chuẩn hai bánh dẫn hướng Xây dựng mô hình động học của

hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng, tính toán động học các góc quay bánh xetrước, sau Thiết kế bộ truyền động lái cầu trước, cầu sau bằng phần mềmCATIA Thiết kế khung xe Xây dựng mô hình và mô phỏng xe bằng phầnmềm ADAM Kết quả mô phỏng và thử nghiệm thực tế cho kết quả bán kínhquay vòng của xe bốn bánh dẫn hướng giảm gần 50% so với xe tiêu chuẩn haibánh dẫn hướng Do kết quả nghiên cứu của các tác giả chỉ được công bố mộtphần hoặc không công bố nên việc tiếp cận sâu vào các nghiên cứu là khókhăn

1.5 Kết luận chương

Trong chương này, tác giả đã tìm hiểu tổng quan về tính điều khiển và

ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô cũng như mối quan hệ của nó với antoàn giao thông.Tính ổn định hướng chuyển động của ô tô là yếu tố ảnhhưởng lớn đến quỹ đạo chuyển động của xe, nguyên nhân chính gây ra tai nạngiao thông Do đó kết của ô tô, của hệ thống điều khiển chuyển động của ô tôcần được hoàn thiện để giảm thiểu tai nạn có nguyên nhân do yếu tố liên quanđến kỹ thuật Việc nghiên cứu giải pháp để ổn định hướng chuyển động của ô

tô là cần thiết Tác giả đã tìm hiểu, phân tích các giải pháp để ổn định hướngchuyển động của ô tô như: hệ thống lái tích cực; sử dụng hệ thống cân bằngđiện tử ESC (ESP); hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng (4WS) Trong đó hệthống lái 4WS thể hiện ưu điểm của nó là điều chỉnh hướng chuyển động của

ô tô theo tốc độ xe bằng cách điều chỉnh góc quay của bánh xe trước, sau theogóc quay vành lái Do đó tăng tính ổn định chuyển động ở tốc độ cao, giảmbán kính quay vòng ở tốc độ thấp

Trong chương này tác giả cũng tập chung vào tìm hiểu các xu hướngnghiên cứu về hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng của các tác giả trong và ngoàinước

Trên cơ sở đó, tác giả tập chung nghiên cứu động lực học đổi hướngchuyển động của ô tô bốn bánh dẫn hướng Mô hình nghiên cứu, khảo sát là

mô hình hai vết, có kể đến động lực học theo phương dọc

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC ĐỔI HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ BỐN BÁNH

DẪN HƯỚNG

2.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình

Mô hình động lực học chuyển động tổng quát của ô tô là một hệ thống

cơ học phức tạp gồm nhiều bậc tự do và liên kết phức tạp với nhau như: liênkết giữa bánh xe với mặt đường theo ba phương… Trong mô hình động lựchọc thông thường gồm các phần tử có khối lượng và các liên kết Để đơn giảnhóa khi xây dựng mô hình động lực học người ta thường đưa vào các giả thiếtvật lý và rút gọn mô hình trên cơ sở quy dẫn các thành phần của mô hình Từ

mô hình động lực học để xây dựng mô hình toán có thể sử dụng nhiều phươngpháp như phương trình Lagrange loại 2, sử dụng nguyên lý Dalambe…

2.1.1 Phương trình Lagrange loại II

Xét hệ cơ học có n tọa độ suy rộng, động năng, thế năng đàn hồi, nănglượng khuyết tán của hệ được xác định như sau:

Trong đó: J ivà m jlà mô men quán tính khối và khối lượng của phần tử

tương ứng k l n  ;  , i x j là dịch chuyển góc và dịch chuyển dài của phần

tử

- Thế năng của hệ:

2 1

Trong đó:  là biến dạng (dài, góc) của phần tử có độ cứng (chống biếni

dạng dài, góc)C i, i j  k ;m là số lượng phần tử có độ đàn hồi.

- Năng lượng khuyết tán:

2 1

Trong đó:  là vận tốc biến dạng của phần tử có độ cản nhớt i K i

Phương trình Lagrange loại II cho cơ hệ được viết như sau:

, 1

i i

cơ sở lấy tổng các mô men, lực tác dụng lên cơ hệ Mỗi phần tử cứng tuyệtđối của cơ hệ có đại lượng đặc trưng là mô men quán tính khối lượng J i và

khối lượng m j đặt tại khối tâm của phần tử Phương trình tổng quát của

nguyên lý Dalambe cho phần tử i có dạng:

2 2

1

n i