4WS dieu khien on dinh quy dao chuyen dong

4WS dieu khien on dinh quy dao chuyen dong .An toàn trong khi sử dụng ô tô là một yêu cầu cấp thiết hiện nay của giao thông tại Việt Nam cũng như các nước trên thế giới. Trong giao thông đường bộ mặt đường bị giới hạn, sự chuyển động của ô tô không thể cho phép là những mặt đường vô tận. Mặt khác, ô tô chuyển động trong môi trường giao thông với sự chuyển động của các đối tượng tham gia giao thông khác. Nếu ô tô mất ổn định điều khiển sẽ dẫn tới mất an toàn giao thông. Sự chuyển động của ô tô trên đường đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạo phức tạp, người lái luôn luôn điều chỉnh góc quay vành tay lái. Khi nâng cao tốc độ chuyển động cần thiết phải đảm bảo mối tương quan chặt chẽ giữa quỹ đạo chuyển động và góc quay vành lái, trong nhiều trường hợp sự sai lầm nhỏ trong điều khiển sẽ dẫn tới mất quỹ đạo chuyển động và gây mất an toàn giao thông. Ví dụ như khi đi trên đường vòng ở tốc độ cao, gặp chướng ngại vật, phanh xe quá ngặt, dẫn đến các bánh xe bị bó cứng làm khả năng tiếp nhận lực ngang của bánh xe giảm, làm bánh xe bị trượt ngang, làm mất khả năng điều khiển dẫn đến lật đổ.

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 7

1.1 An toàn chủ động, bị động và tai nạn giao thông 7

1.2 Các hệ thống ổn định hướng chuyển động của ôtô 8

1.2.1 Hệ thống lái chủ động 8

1.2.1.1 Giới thiệu hệ thống lái chủ động 8

1.2.1.2 Hoạt động hỗ trợ lái và kiểm soát ổn định 10

1.2.2 Hệ thống cân bằng điện tử ESC 14

1.2.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển 14

1.2.2.2 Cơ sở hình thành 15

1.2.2.3 Kiểm soát ổn định khi chuyển động của ô tô 17

1.2.2.4 Nguyên tắc hoạt động của ESC với các trạng thái quay vòng 18

1.2.3 Hệ thống lái bốn bánh dẫn động 4WD : 19

1.2.3.1 Sự khác nhau giữa 4WD gián đoạn và 4WD thường xuyên: 19 1.2.3.2 Ưu điểm của 4WD: 19

1.2.3.2.1 Tính thông qua tuyệt vời trên đường tuyết: 20

1.2.3.2.2 Tính thông qua tuyệt vời trên đường xóc: 20

1.2.3.2.3 Tính leo dốc tuyệt vời: 20

1.2.3.2.4 Tính ổn định quay vòng tuyệt hảo: 20

1.2.3.2.5 Tính năng khởi hành và tăng tốc tuyệt hảo: 20

1.2.3.2.6 Tính ổn định chuyển động thẳng tuyệt hảo: 20

1.3 Các nghiên cứu liên quan đến hệ thống lái tích cực: 20

1.4 Kết luận chương : 30

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VỚI 4WAS 32

2.1 Hệ thống lái trên ô tô : 32

2.1.1 Hệ thống lái kiểu cơ khí (không có trợ lực): 32

2.1.2 Hệ thống lái có trợ lực: 33

2.1.3 Hệ thống lái có trợ lực thủy lực (Hydraulic power assisted steering – HPAS): 33

2.2 Hệ thống lái 4WAS: 35

2.2.1 Giới thiệu 35

2.2.2 Lịch sử 36

2.2.3 Hoạt động của hệ thống lái bốn bánh chủ động 36

2.2.4 Những áp dụng trong thời gian gần đây 40

2.2.5 Những ô tô được sản xuất với hệ thống lái bốn bánh chủ động:.41 2.3 Xây dựng mô hình động lực học quỹ đạo chuyển động của ô tô với hệ thống lái 4WAS 42

2.3.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình 42

2.3.1.1 Nguyên lý Dalambe 42

2.3.1.2 Phương trình Lagrange loại 2 42

2.3.2 Các mô hình nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ô tô 43

2.3.2.1 Mô hình chuyển động tổng quát của ô tô 43

2.3.2.2 Mô hình hai vết trong mặt phẳng 46

2.3.2.3 Mô hình một vết 47

2.3.2.4 Mô hình một bánh 48

2.3.2.5 Mô hình hệ thống lái 50

2.3.3 Xây dựng mô hình động lực học ô tô khi quay vòng 51

2.3.3.1 Giả thiết xây dựng mô hình 51

2.3.3.2 Xây dựng mô hình động lực học quay vòng ô tô một vết 53

2.3.3.3 Mô hình lực tương tác giữa bánh xe với mặt đường 56 2.3.4 Phân tích tính ổn định chuyển động của quỹ đạo khi quay vòng 61

2.3.5 Mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô với hệ thống lái 4WAS

64 2.3.5.1 Trường hợp 1 khi quay vòng với bánh xe dẫn hướng không

2.3.5.2 Trường hợp 2 khi chuyển động thẳng có gió ngang 65

2.3.5.3 Trường hợp 3 xe chuyển làn 66

2.4 Kết luận chương 67

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH HƯỚNG CHUYỂN ĐỘNG Ô TÔ VỚI HỆ THỐNG LÁI 4WAS 68

3.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển PID 68

3.1.1 Lịch sử hình thành 68

3.1.2 Lý thuyết PID 69

3.2 Thiết kế bộ điều khiển PID 69

3.3 Mô phỏng và khảo sát ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô khi dùng điều khiển PID 71

3.3.1 Trường hợp 1 khi ô tô quay vòng với góc quay bánh xe dẫn hướng không đổi 71

3.3.2 Trường hợp 2 khi chuyển động thẳng có tác động của gió ngang : 72 3.3.3 Trường hợp 3 xe chuyển làn 74

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

DANH MỤC HÌNH V

Hình 1 1 Cấu tạo hệ thống lái chủ động 8

Hình 1 2 Sơ đồ bộ chấp hành bánh răng hành tinh 9

Hình 1 3 Hệ thống lái chủ động 10

Hình 1 4 Hệ thống lái tích cực kết nối qua mạng nội bộ 11

Hình 1 5 Sơ đồ ô tô có hệ thống lái tích cực và không có hệ thống lái chủ động 12

Hình 1 6 Hoạt động của hệ thống lái tích cực điều khiển quay vòng thừa 13

Hình 1 7 Hoạt động của hệ thống lái tích cực điều khiển quay vòng thiếu 14

Hình 1 8 Sơ đồ tóm tắt hệ thống cân bằng điện tử 16

Hình 1 9 Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống cân bằng điện tử 18

Hình 1 10 Sơ đồ hệ thống lái tích cực[10] 21

Hình 1 11 Quan hệ giữa tỷ số truyền và vận tốc xe[10] 22

Hình 1 12 Đường 2 làn với hệ số ma sát thấp [9] 24

Hình 1 13 Tiêu chuẩn ISO về chuyển làn kép 25

Hình 1 14 Sơ đồ điều khiển hệ thống AFS [11] 28

Hình 1 15 Mối quan hệ giữa tỷ số truyền và tốc độ [12] 29

Hình 1 16 Cấu trúc cơ bản của Fuzzy- PID [12] 29

Y Hình 2 1 Hệ thống lái cơ khí (không có trợ lực) 32

Hình 2 2 Sơ đồ chung hệ thống lái trợ lực thủy lực 34

Hình 2 3 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng – thanh răng 34

Hình 2 4 Nguyên lý hoạt động của trợ lực thủy lực 35

Hình 2 5 Thí nghiệm chuyển làn tốc độ thấp (10 km / h đến 40 km / h) 37

Hình 2 6 Thí nghiệm quay vòng tốc độ trung bình (40 km / h đến 80 km / h)

37

Hình 2 7 Thí nghiệm chuyển làn tốc độ cao (trên 80 km / h) 38

Hình 2 8 So sánh hệ thống 4WAS với hệ thống 2WS 38

Hình 2 9 Ví dụ đánh lái tốc độ cao 39

Hình 2 10 Sự thay đổi tỉ số truyền của hệ thống 4WAS trong quá trình hoạt động 39

Hình 2 11 Mô hình chuyển động tổng quát của ô tô 44

Hình 2 12 Chuyển hệ trục tọa độ trong mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô 45

Hình 2 13 Mô hình hai vết trong mặt phẳng đường 46

Hình 2 14 Mô hình một vết trong mặt phẳng đường 48

Hình 2 15 Mô hình quỹ đạo chuyển động của bánh xe (mô hình 1/4) có kể đến ảnh hưởng của mấp mô mặt đường 49

Hình 2 16 Mô hình thí nghiệm đặc tính bám dọc, ngang của lốp 49

Hình 2 17 Mô hình động lực học hệ thống lái 50

Hình 2 18 Mô hình quỹ đạo chuyển động của ô tô với hệ thống lái 51

Hình 2 19 Mô hình động lực học bánh xe chủ động 54

Hình 2 20 Mô hình động lực học bánh xe chủ động 56

Hình 2 21 Sự lăn lệch bên của bánh xe 57

Hình 2 22 Sự phụ thuộc lực bám dọc, ngang vào hệ số trượt dọc  và góc lăn lệch  58

Hình 2 23 Mô hình lốp Pacejka 59

Hình 2 24 Đặc tính bám ngang của một số loại đường khác nhau 60

Hình 2 25 Sự phụ thuộc của độ cứng ngang C F và giá trị lực ngang cực đại , y peak F vào tải trọn của một số loại lốp 61

Hình 2 26 Mô hình một vết hệ thống lái 4WAS 62

Hình 2 27 Góc đánh lái 64

Hình 2 28 Qũy đạo chuyển động của ô tô khi quay vòng 65

Hình 2 29 Lực gió ngang tác động lên ôt ô 65

Hình 2 30 Qũy đạo chuyển động của ô tô khi chịu lực gió ngang 66

Hình 2 31 Góc đánh lái 67

Hình 2 32 Qũy đạo chuyển động của ô tô khi chuyển làn 67

Hình 3 1 Lý thuyết PID được phát triển bởi việc quan sát hành vi của người lái tàu thủy 68

Hình 3 2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID 69

Hình 3 3 Quay vòng trong điều kiện lý tưởng 70

Hình 3 4 Mô phỏng bộ điều khiển trong Matlab Simulink 71

Hình 3 5 Góc đánh lái (a); Góc bù bánh xe sau (b) 71

Hình 3 6 Qũy đạo chuyển động của ô tô khi quay vòng 72

Hình 3 7 Lực gió ngang (a) ; Góc bù bánh xe sau (b) 73

Hình 3 8 Qũy đạo chuyển động của ô tô khi có tác động gió ngang 73

Hình 3 9 Góc đánh lái (a); Góc bù bánh xe sau (b) 74

Hình 3 10 Qũy đạo chuyển động của ô tô khi chuyển làn 75

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 An toàn chủ động, bị động và tai nạn giao thông

An toàn trong khi sử dụng ô tô là một yêu cầu cấp thiết hiện nay của giaothông tại Việt Nam cũng như các nước trên thế giới Trong giao thông đường

bộ mặt đường bị giới hạn, sự chuyển động của ô tô không thể cho phép lànhững mặt đường vô tận Mặt khác, ô tô chuyển động trong môi trường giaothông với sự chuyển động của các đối tượng tham gia giao thông khác Nếu ô

tô mất ổn định điều khiển sẽ dẫn tới mất an toàn giao 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 tay lái Khi nâng caotốc độ chuyển động cần thiết phải đảm bảo mối tương quan chặt chẽ giữa quỹđạo chuyển động và góc quay vành lái, trong nhiều trường hợp sự sai lầm nhỏtrong điều khiển sẽ dẫn tới mất quỹ đạo chuyển động và gây mất an toàn giaothông Ví dụ như khi đi trên đường vòng ở tốc độ cao, gặp chướng ngại vật,phanh xe quá ngặt, dẫn đến các bánh xe bị bó cứng làm khả năng tiếp nhậnlực ngang của bánh xe giảm, làm bánh xe bị trượt ngang, làm mất khả năngđiều khiển dẫn đến lật đổ

Tai nạn của ô tô có thể do nhiều nguyên nhân, trong mô hình “Ô tô - môitrường - người lái” có thể chỉ ra nhóm nguyên nhân: ô tô; mô trường và ngườilái

+ Đối với người lái như: trình độ kỹ thuật thấp; ít kinh nghiệm; trạng tháicủa lái xe (mệt mỏi, buồn ngủ, mất tập trung, chủ quan, …)

+ Đối với môi trường như: chất lượng đường; thiếu các hệ thống thông tincảnh báo; che khuất tầm nhìn; địa hình, địa chất, mưa, gió, đường trơn trượt;

…

+ Đối với ô tô như: tình trạng kỹ thuật không tốt, đặc biệt hệ thống lái, hệthống phanh; các thông số khai thác không hợp lý như chở quá tải, áp suất lốpkhông đúng tiêu chuẩn, …

Để hạn chế tai nạn giao thông, các yếu tố trên đều được kiểm soát bằngcác quy định pháp luật như: luật giao thông đường bộ; tiêu chuẩn thiết kếđường; tiêu chuẩn thiết kế ô tô cũng như tiêu chuẩn về kiểm định chất lượngphương tiện đang lưu hành và ô tô 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

Do đó kết cấu ô tô, đặc biệt hệ thống điều khiển chuyển động ô tô cần đượchoàn thiện để giảm thiểu nguyên nhân tai nạn do yếu tố kỹ thuật phương tiệngây ra Việc khảo sát các yếu tố liên quan đến kỹ thuật phương tiện đến ổnđịnh quỹ đạo chuyển động ô tô là cần thiết Việc khảo sát giúp đánh giá ảnhhưởng của các yếu tố về kỹ thuật phương tiện đến ổn định quỹ đạo chuyểnđộng của ô tô, cân nhắc, xem xét đưa các hệ thống tự động điều chỉnh, điềukhiển tự động để nâng cao tính ổn định và điều khiển hướng của ôtô

1.2 Các hệ thống ổn định hướng chuyển động của ôtô

1.2.1 Hệ thống lái chủ động.

1.2.1.1 Giới thiệu hệ thống lái chủ động.

Hệ thống lái tích cực có tên tiếng anh là Active steering system hay Activefront steering (AFS) là hệ thống lái hiện đại kiểm soát các bánh xe trước mộtcách chính xác theo yêu cầu của người lái Nó được hãng xe BMW nổi tiếngnghiên cứu, thiết kế và lắp đặt trên dòng xe mới của hãng này Với hệ thốngnày BMW đã tạo ra cuộc cách mạng về cải tiến hệ thống lái điều khiển kếthợp giữa cơ khí truyền thống và điều khiển điện tử làm cho hệ thống lái hoạtđộng linh hoạt và an toàn hơn (Hình 1.1)

Hình 1 1 Cấu tạo hệ thống lái chủ động

1 – Cơ cấu lái; 2 – Cụm van xoay; 3 – Động cơ kỹ thuật số;

Trục sơ cấp Bánh răng hành tinh

Trục vít, bánh vít

Bánh răng bót lái

Bánh vít dẫn Trục vít

Bánh răng bót lái Bánh răng hành tinh

4 – Bộ chấp hành cụm bánh răng hành tinh; 5 – Bộ điều khiển của AFS;

6 – Cảm biến góc quay mô tơ; 7 – Khóa điện tử; 8 – Cảm biến góc quay bánh răng;

9 – Bơm trợ lực; 10 – Bình dầu và lọc; 11 - Ống dẫn dầu; 12 – Đường kết nối hệ thống.

Trong cấu trúc này có cụm bánh răng hành tinh với hai thông số đầu vào(Hình 1.2): Góc đánh lái và góc thay đổi của mô tơ điều khiển, còn đầu ra làgóc quay dẫn động đến bánh xe dẫn hướng Ta thấy rằng, hệ thống vẫn giữnguyên bộ trợ lực thủy lực như hệ thống lái thông thường, mô tơ có tác dụngđiều chỉnh góc điều khiển mà không đóng vai trò là mô tơ trợ lực

Hình 1 2 Sơ đồ bộ chấp hành bánh răng hành tinh

Bộ điều khiển của hệ thống lái tích cực kết nối với bộ điều khiển cân bằng

điện tử ESC (Electronic Stability Control) Hệ thống này sẽ kích hoạt khi hệ

thống lái không làm chủ được tình huống

Đối với hệ thống lái thông thường tỷ số truyền của hệ thống lái là một giátrị cố định Thông thường tỷ số truyền được thiết kế cho một trạng thái làmviệc trung bình của xe Trong hệ thống lái tích cực tỷ số truyền của hệ thốnglái thay đổi theo một dãy lý thuyết phù hợp với các trạng thái chuyển động

của ô tô nhờ sự điều khiển của mô tơ điều khiển Ngoài mô tơ điều khiển còn

có mô tơ tạo áp lực gây cảm giác lên vành tay lái trong các trường hợpchuyển động và giữ cho xe chuyển động ổn định dưới tác dụng của các tácđộng từ mặt đường

1.2.1.2 Hoạt động hỗ trợ lái và kiểm soát ổn định

Hình 1 3 Hệ thống lái chủ động

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

Bộ điều khiển hệ thống lái thu nhận tín hiệu từ các cảm biến: Vận tốc dichuyển, vận tốc góc quay thân xe, góc đánh lái, gia tốc góc lệch bên và gócquay động cơ kỹ thuật số từ đó tính toán xác lập các trạng lái điều khiển Giátrị phản hồi đo được bởi cảm biến đo vận tốc góc quay thân xe và gia tốcngang Từ đó máy tính sẽ so sánh tín hiệu phản hồi thu được và tín hiệu điềukhiển mong muốn đã được thiết lập trong máy Nếu chúng có sự sai khác lớnhơn so với sai khác cho phép được ghi trong bộ nhớ thì AFS tiến hành tiếnhành điều chỉnh lại (Hình 1.3) Kết quả quyết định trong cách này cũng chobiết xe quay vòng thiếu hay quay vòng thừa

Quá trình truyền dữ liệu của AFS thông qua mạng nội bộ CAN bus (Hình1.4) Bộ điều khiển AFS 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 biếngóc đánh lái được kết nối với mạng nội bộ CAN Các tín hiệu truyền trongmang nội bộ CAN được mã hóa với các mã khác nhau Khi AFS truyền tínhiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành của bộ điều khiển thì tín hiệu điềukhiển 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 giảm tỷ số truyển 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 vào các đoạn đường gấp khúc lớn, lúc này lái

xe cần phải đánh lái nhanh và có thể phải trở tay lái trên vô lăng làm giảm khảnăng thực hiện các thao tác với các bộ phận chức năng khác Để khắc phụcđiều đó bộ phận điều khiển cũng điều khiển làm giảm tỷ số truyền của hệthống Khi xe chạy với tốc độ cao chỉ cần một sự thay đổi đột ngột góc lái và

độ lớn của góc lái làm xe phản ứng rất nhanh có thể gây nguy hiểm và mất antoàn vì vậy chúng ta phải giảm mức độ phản ứng của bánh xe dẫn hướng vớivành lái Điều này được thực hiện bằng cách tăng tỷ số truyền của hệ thốngbằng cách điều khiển động cơ quay ngược chiều với chiều chuyển động của

Có AFSKhông có AFS

vô lăng Ngoài ra, trong các trường hợp tránh chướng ngại vật khẩn cấp, đểtăng khả năng phản ứng động cơ được điều khiển quay cùng chiều để giảm tỷ

số truyền nâng cao khả năng phản ứng Hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổitrong phạm vi rộng vì thế phạm vi hoạt động của ô tô cũng lớn hơn (Hình1.5)

Hình 1 5 Sơ đồ ô tô có hệ thống lái tích cực và không có hệ thống lái chủ

động

Khi ô tô chuyển động, người lái điều khiển theo bản năng chủ quan củamình thông qua vành lái Vì vậy góc đánh lái của người lái có thể bị thừahoặc thiếu so với thực tế cần thiết Đặc biệt là trong các tình huống khẩn cấp

và người lái thiếu kinh nghiệm có thể làm mất an toàn chuyển động của xe.Lúc này bộ điều khiển tiếp nhận được các tín hiệu xử lý và so sánh vớichương trình chuẩn để đưa tín hiệu đến động cơ làm tăng thêm hoặc bớt đigóc đánh lái cần thiết bằng cách quay cùng chiều hoặc ngược chiều với chiềucủa vô lăng Khi xe có xu hướng quay vòng thừa bộ điều khiển gửi tín hiệuđiều khiển đến động cơ làm quay ngược chiều chuyển động với vô lăng vàquay vòng thiếu thì ngược lại

Trong các tình huống khẩn cấp ở tốc độ cao như đổi hướng đột ngột, quayvòng ngặt khẩn cấp có thể làm văng xe, người lái không còn khả năng kiểmsoát thì hệ thống lái sẽ can thiệp ngay từ đầu bằng cách hạn chế góc lệch, ổnđịnh xe nhẹ nhàng Kết quả là hệ thống ESC không cần phải can thiệp quyếtliệt giảm tốc độ hoặc phanh khẩn cấp các bánh xe Hệ thống ESC chỉ phải làmviệc khi hệ thống lái không còn khả năng kiểm soát xe nữa Vì vậy, sự kết hợpgiữa hệ thống lái tích cực bánh trước AFS và hệ thống cân bằng điện tử ESC

hư hỏng cùng một lúc thì hệ thống lái vẫn làm việc như một hệ thống láithông thường.

Khi xe quay vòng thừa:

Quay vòng thừa có thể xảy ra khi xe đang quay vòng Khi hiện tượng quayvòng thừa xảy ra, phần đuôi của xe có xu hướng văng ra phía bên ngoài vàcác bánh sau có xu hướng bị trượt bên Hiện tượng này càng tăng khi mô mendẫn động quá lớn và lực bên của xe không đủ để cân bằng với lực ly tâm sinh

ra khi xe quay vòng Hiện tượng này thường xuyên xảy ra Tuy nhiên, nhiềulái xe bị bất ngờ hay thiếu kinh nghiệm để đối phó với tình huống này Trongtình huống này bộ điều khiển thực hiện hoạt động điều khiển Xe được ổnđịnh bằng cách giảm góc quay bánh xe để tăng bán kính quay vòng làm giảmtốc độ quay thân xe về vận tốc góc quay thân xe mong muốn Khi hệ thống(AFS) không kiểm soát được tính ổn định của xe nữa thì hệ thống (ESC) đượckích hoạt điều khiển

Hình 1 6 Hoạt động của hệ thống lái tích cực điều khiển quay vòng thừa

Khi xe quay vòng thiếu:

Quay vòng thiếu cũng có thể xảy ra khi xe quay vòng Mặc dù đã đánh lái,

xe vẫn có xu hướng đi thẳng ra ngoài quỹ đạo đường vòng Nếu bộ điều khiểnnhận thấy có xu hướng quay vòng thiếu nó sẽ điều khiển tăng góc đánh lái tới

Hình 1 7 Hoạt động của hệ thống lái tích cực điều khiển quay vòng thiếu

1.2.2 Hệ thống cân bằng điện tử ESC.

1.2.2.1 Lịch sử hình thành và phát triển

ESC là tên viết tắt của Electronic Stability Control, là hệ thống an toàn

trang bị trên ô tô hiện đại Hệ thống này do kỹ sư người Đức đưa ra với tên

gọi Elektronisches Stabilitäts Program (ESP) và được Mercedes – Ben ứng

dụng trên ô tô lần đầu tiên vào năm 1995 Sau đó được giới thiệu tại hội chợtriển lãm ô tô tại Mỹ với tên gọi ESC Electronic Stability Control và sau nàyđược gọi là ESC được hiệp hội kỹ sư ô tô Mỹ chấp nhận Mặc dù, nó có thể

có tên gọi khác nhau tùy thuộc vào các nhà sản xuất

Hiện nay, hệ thống này được áp dụng rất rộng rãi trên các dòng xe thôngqua số liệu: ESC là tiêu chuẩn trên 40% xe khách năm 2006 và 16% tuy chọntrên các loại xe khác tại Đức Nó là tiêu chuẩn trên các loại xe như: Audi

2006, BMW, Infiniti, Mercedes-Benz, Porsche Các hãng cũng đưa ra tùychọn cho các mẫu xe: Cadillac, Jaguard, Randrover, Lexus, Mini, Toyota,Volkswagen, Volvo

Đến năm 2004, Cục an toàn giao thông quốc gia Mỹ, một số nhà sản xuất

đã có kế hoạch chế tạo chuẩn ESC trên tất cả các mẫu xe SUV Hiện nay tất cảcác xe ô tô ở nước này đều trang bị hệ thống ổn định ESC

Hiện này, ngoài tên gọi phổ biến ESC và ESP thì hệ thống này được biếtđến với nhều tên gọi khác nhau, tùy theo từng hãng sản xuất

1.2.2.2 Cơ sở hình thành.

Nói khái quát, tính ổn định của ô tô là khả năng giữ được quỹ đạo chuyểnđộng theo yêu cầu trong mọi điều kiện khác nhau Tùy theo hiện trạng sửdụng ô tô có thể đang chuyển động đường dốc, quay vòng, phanh trên các loạiđường khác nhau,… Như vậy, tính ổn định là phải giữ được quỹ đạo chuyểnđộng sao cho không bị lật, không bị trượt, không lệch khỏi hành lang chophép đảm bảo cho xe chạy an toàn Cùng với sự phát triển của khoa học côngnghệ, hiện nay trên ô tô tích hợp rất nhiều hệ thống an toàn đảm bảo ổn địnhcho xe khi chuyển động

Do điều kiện hạ cánh trong các điều kiện thời tiết khác nhau nên các bánh

xe của máy bay hay bị bó cứng chệch khỏi đường băng khi hạ cánh Vì vậy,giải pháp khắc phục và đưa hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) vào sửdụng đầu tiên năm 1949 Lúc đó hệ thống ABS đang còn là loại cơ khí, sau đó

hệ thống được cải tiến sang điện và nay là điện tử Hệ thống ABS được ápdụng đầu tiên vào năm 1969 và ngày càng được nhiều hãng xe trên thế giớinghiên cứu áp dụng như: Ford, GM, Bendix, Fiat, Toyota,… Tuy nhiên hệthống ABS chỉ có tác dụng tránh hãm cứng mà không có khả năng phân bốlực phanh khi tải trọng phân bố lên các bánh xe thay đổi, vì thế nó không đạthiệu quả phanh cao nhất Hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD(Electronic Brake-force Distribution) ra đời để khắc phục nhược điểm trêncủa ABS EBD cho phép tăng lực phanh phân bổ lên các cầu xe cho phù hợpvới sự phân bố tải trọng và điều kiên làm việc một cách tự động EBD dựatrên các cảm biến điều kiện của đường, áp suất dầu trong xi lanh, tải trọng xe

để xác định thời điểm áp dụng lực ép tới các xy lanh bánh xe Các cảm biếntheo dõi chuyển động của các bánh xe và xác định dựa trên cơ sở tải trọng,thông số mà các bánh xe phải sử dụng lực tác dụng nhiều nhất ứng với từngđiều kiện Nhờ có sự kếp hợp với hệ thống ABS sẽ làm tăng khả năng chống

bó cứng bánh xe trong các điều kiện chuyển động khác nhau như khi quayvòng nhờ đó làm tăng tính ổn định chuyển động cho ô tô Tuy nhiên, sự kếthợp đó cũng chưa khắc phục được các trường hợp gây mất ổn định khi giữabánh xe và mặt đường có hệ số bám thấp Lúc này, các bánh xe tích cực sẽ bịtrượt quay khi khởi hành hoặc tăng tốc đột ngột làm mất khả năng bám giữalốp và đường Do đó, trên xe hiện nay trang bị hệ thống kiểm soát lực kéoTRC (Traction Control System) Hệ thống này dựa trên hệ thống ABS, khi cóhiện tượng trượt quay hệ thống TRC làm đồng thời hai nhiệm vụ: Giảm mômen xoắn từ động cơ bằng cách tự động đóng bớt độ mở bướm ga mà khôngphục thuộc vào ý định của người lái và kết hợp với ABS tác dụng lực phanh

lên các bánh xe chủ động Vì vậy làm giảm được mô men từ bánh xe tích cựcxuống mặt đường đến giá trị thích hợp, nhờ đó mà xe khởi động, tăng tốc mộtcách nhanh chóng và ổn định.

Trong một số trường hợp khi gặp chướng ngại vật cần phanh khẩn cấp tuynhiên người lái xe, đặc biệt là người thiếu kinh nghiệm thường không tácdụng đủ lực lên bàn đạp do đó không đủ lực để phanh Bằng cách nhận biếttốc độ và lực tác dụng lên bàn đạp phanh của người lái, một hệ thống hổ trợphanh khẩn cấp BAS – Brake Assist System sẽ tự động tăng lực phanh lớnhơn nhiều so với lực phanh của người lái làm cho xe dừng hẳn Như vậy, ESCngày càng kết hợp với nhiều hệ thống trên để nhằm nâng cao tính năng antoàn cho ô tô

Hệ thống ổn định điện tử ESC là một thành tựu của ngành công nghiệp ô

tô trong việc nâng cao tính năng an toàn chuyển động Sự ra đời của ESCcùng với sự phát triển của các hệ thống điện tử an toàn khác như: ABS, EBD,TRC, BAS,… và ESC là sự kết hợp của các hệ thống trên, dựa trên cơ sở kếthừa và phát huy ưu điểm của các hệ thống để kết hợp một cách hoàn hảokhắc phục các xu hướng gây ra mất ổn định chuyển động cho xe Sơ đồ tómtắt hệ thống (Hình 1.4)

Hình 1 8 Sơ đồ tóm tắt hệ thống cân bằng điện tử

1.2.2.3 Kiểm soát ổn định khi chuyển động của ô tô.

Cũng giống như hệ thống lái tích cực hệ thống cân bằng điện tử kiểm soát

ổn định của ô tô khi chuyển dựa trên các tín hiệu đầu vào đo được như: vậntốc ô tô, góc điều khiển của người lái, gia tốc lệch bên của xe, từ đó bộ điềukhiển được kích hoạt để hộ trợ cùng hệ thống AFS để ổn định xe tốt hơn Giátrị phản hồi đo được từ cảm biến đo vận tốc góc quay của thân xe, từ đó máytính sẽ so sánh tín hiệu phản hồi thu được và tín hiệu điều khiển mong muốn

đã được thiết lập trong máy Nếu chúng có sự sai khác lớn hơn so với sai kháccho phép được ghi trong bộ nhớ thì ESC tiến hành tiến hành điều chỉnh lại Quá trình truyền dữ liệu của ESC cũng thông qua mạng nội bộ CAN bus.Các tín hiệu truyền trong mang nội bộ CAN được mã hóa với các mã khácnhau Khi ESC truyền tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành của bộđiều khiển thì tín hiệu điệu điều khiển của bộ chấp hành nào thì cơ cấu chấphành đó giả mã để điều khiển

- Các xi lanh phanh bánh xe

Bơm sơ cấp có nhiệm vụ cung cấp dầu có áp suất cao cho piston nạp, nóluôn giữ áp suất quy định cho piston nạp để piston nạp sẵn sàng cung cấp ápsuất cho bộ phận thủy lực

Piston nạp có nhiệm vụ cung cấp dầu có áp suất cao cho các phần tử thủylực Trong quá trình ASC và ESC điều khiển quá trình phanh piston nạp cungcấp cho các phần tử thủy lực áp suất ban đầu khoảng 15bar

Các van điện từ có nhiệm vụ đóng ngắt cấp dầu hoặc ngắt dầu tới các xylanh phanh bánh xe Các van hồi dầu có nhiệm vụ hồi dầu từ xy lanh phanhbánh xe hoặc xả dầu từ xy lanh phanh bánh xe Các trạng thái đóng, mở củavan cấp hay van hồi do ECU gửi các tín hiệu đến khi cần thiết

Hình 1 9 Sơ đồ mạch thủy lực hệ thống cân bằng điện tử

1 – Xi lanh phanh chính; 2 – Bơm sơ cấp; 3 – Piston sơ cấp; 4,7 – Van sơ cấp;

5,6 – Van chuyển đổi; 8 – Van cấp sau trái; 9 – Van cấp trước phải;

10 – Van cấp trước trái; 11 – Van cấp trước phải; 12 – Van hồi bánh sau trái;

13 – Van hồi bánh sau phải; 14 – Van hồi bánh trước trái; 15 – Van hồi bánh trước phải; 16 – Bơm hồi; RL – Sau trái; RR – Sau phải; FL – Trước trái; FR – Trước phải.

1.2.2.4 Nguyên tắc hoạt động của ESC với các trạng thái quay vòng.

a) Trạng thái quay vòng thừa:

Hiện tượng này có xu hướng làm cho đuôi ô tô có xu hướng văng rangoài, các bánh xe cầu sau có xu hướng trượt bên, đặc biệt khi lực phát độngtại các bánh xe sau quá lớn làm cho bánh xe có xu hướng giảm khả năng tiếpnhận lực bên để chống lại lực ly tâm khi quay vòng Hiện tượng này thườngxuyên xảy ra gây nên nguy hiểm đối với những tình huống bất ngờ hoặc lái xethiếu kinh nghiệm Trong trường hợp này ESC sẽ hoạt động bằng cách tănglực bên tại các bánh xe sau ESC sẽ gửi tín hiệu đến DME và EML để giảm

mô men từ động cơ Đồng thời phanh bánh xe phía sau ngoài để giảm lực phátđộng tại bánh xe này Việc tăng lực bên tại các bánh xe làm tăng mô menquay ngược chiều với mô men gây quay vòng thừa cho xe Nếu hiện tượng

quay vòng thừa không được xử lý theo cách này thì ESC cung cấp dầu có ápsuất chính xác đến phanh các bánh xe phía ngoài tạo ra mô men khử mô mengây quay vòng thừa Lực tác dụng lên bánh xe trước cũng làm cho ô tô giảmtốc độ nâng cao tính an toàn hơn.

- Khi quay vòng bên trái có hiện tượng quay vòng thừa.

Khi phát hiện ra có khả năng quay vòng thừa ESC sẽ tác động giảm mô menđộng cơ và tác động vào hệ thống phanh Ban đầu áp suất phanh được sinh ra

ở bánh xe sau ngoài nhờ bơm sơ cấp và piston sơ cấp Vì vậy, áp suất phanhban đầu 15 bar được giữ lại

Để áp suất dầu chỉ đến bánh xe sau ngoài chứ không đến các bánh xe còn lạithì các van cấp dầu cho các bánh xe này phải đóng lại Van chuyển đổi củamạch phanh cầu sau cũng đóng lại

Nếu quá trình giảm mô men động cơ và tác dụng lực phanh vẫn chưa đủ thìtiếp tục tăng lực phanh bánh xe trước phải đến khi đạt yêu cầu

- Khi quay vòng bên trái có hiện tượng quay vòng thiếu.

Hiện tượng này xẩy ra khi bán kính quay vòng của bánh xe không đủ Lúcnày, ESC phát hiện và tiến hành điều khiển tiếp tục giảm bán kính quay vòngcủa xe bằng cách phanh bánh xe sau trái với áp suất dầu chính xác để bánh xesau trái không bị bó trượt Nếu hiện tượng vẫn không được khắc phục thì tiếnhành phanh tiếp bánh xe trước trái đến khi đạt yêu cầu Quá trình điều khiểnđược thực hiện bằng cách mở van cấp dầu áp suất đến bánh xe trái đồng thờiđóng các van cấp áp suất đến các bánh xe còn lại Trạng thái điều chỉnh cũngđược thực hiện qua 3 trạng thái: “tăng áp”, “giữ áp” và “giảm áp” tương tựnhư quá trình điều khiển như trên

1.2.3 Hệ thống lái bốn bánh dẫn động 4WD :

Nhìn chung các xe 4WD có thể chia thành xe chạy đường xấu và xe chạyđường tốt tùy theo mục đích sử dụng của chúng Những xe chạy đường xấuvới gầm và thân được thiết kế cứng, có khoảng sáng gầm xe lớn vì vậy phùhợp hoạt động ở địa hình đồi núi, sông suối Ngược lại, những xe 4WD chạyđường tốt được dùng để chạy trên những đường bình thường và mặc dù gầm

và thân xe thiết kế cứng vững hơn nhưng hình dáng bên ngoài giống hệt nhưcác xe du lịch bình thường

1.2.3.1 Sự khác nhau giữa 4WD gián đoạn và 4WD thường xuyên:

1.2.3.2 Ưu điểm của 4WD:

Mối liên hệ giữa xe và đường không phải lúc nào cũng như nhau Xe phải

có khả năng chuyển động trên nhiều loại đường ,không chỉ đường xóc, hay

đường tuyết mà còn những đường có đặt điểm bề mặt thay đổi do sự thay đổicủa thời tiết

Cách lái xe tốt nhất trên đường xấu là cả 4 bánh đều chủ động.Về mặtnày ,xe 4WD có những ưu điểm nổi bật so với xe FF, FR hay MR 2WD

1.2.3.2.1 Tính thông qua tuyệt vời trên đường tuyết:

Ở xe 4WD, do cả 4 bánh đều là chủ động, lực kéo truyền đến mặt đườnggấp đôi xe 2WD, vì vậy nó có tính năng thông qua rất cao trên đường có hệ

số ma sát µ thấp

1.2.3.2.2 Tính thông qua tuyệt vời trên đường xóc:

Cần công suất lớn hơn khi chạy trên đường cát, bùn hay đường xóc Do 4bánh đều tích cực khi ở chế độ 4WD nên các bánh trước và sau sẽ giúp đỡlẫn nhau vì vậy tính năng thông qua của nó rất cao trên loại đường này

1.2.3.2.3 Tính leo dốc tuyệt vời:

Do lực kéo xấp xỉ gấp đôi xe 2WD nên xe 4WD có thể leo những dốc mà xe2WD không thể leo được

1.2.3.2.4 Tính ổn định quay vòng tuyệt hảo:

Do bốn lốp xe đều truyền lực được thay vì hai lốp, tải trọng lên mỗi lốpgiảm xuống và lực quay vòng của lốp có thể được sử dụng hiệu quả hơn, nêntính ổn định quay vòng tốt hơn

1.2.3.2.5 Tính năng khởi hành và tăng tốc tuyệt hảo:

Độ bám đường của lốp xe 4WD gần gấp đôi xe 2WD nên ngay cả những xe

có công suất lớn, lốp vẫn không bị trượt khi xe khởi hành hay tăng tốc Điềunày tăng tính năng khởi hành và tăng tốc

1.2.3.2.6 Tính ổn định chuyển động thẳng tuyệt hảo:

Trong xe 4WD, độ bám dư của từng lốp xe tăng lên, các thay đổi bên ngoài

sẽ không ảnh hưởng đến xe Do vậy sẽ có được tính ổn định chuyển độngthẳng

1.3 Các nghiên cứu liên quan đến hệ thống lái tích cực:

Riêng hệ thống lái tích cực (Active steering) các công trình nghiên cứukhoa học trên thế giới đi vào nghiên cứu với các xu hướng như sau :

+ Xu hướng thứ nhất : là nghiên cứu và thiết lập cơ sở động lực học của ô tô

với hệ thống lái tích cực sau đó tiến hành thử nghiệm kết quả tính toán bằng

các phần mềm như Matlab, Carmaker…để thẩm định lại kết quả tính toán,tiêu biểu như các công trình sau :

Sylvain TARDY đã nghiên cứu về hệ thống lái tích cực cho điều khiển ổn

định của xe (Active steering for vehicle stability control) Error: Reference source not found bằng phần mềm CarMaker Simulations Tác giả tiến hành

các thí nghiệm với các trường hợp như sau:

+ Trường hợp 1: Góc quay vô lăng 400, vận tốc 140 km/h, xe chuyển độngthẳng Cả hai hệ thống AFS và ARS đều cải thiện khả năng ổn định của xe Tỷ

lệ vượt ngưỡng an toàn của góc quay thân xe giảm từ 39.4% xuống còn 18%đối với AFS và 29% với ARS

+ Trường hợp 2: Xe chuyển động tăng tốc với gia tốc 1.7 m/s2, vận tốc 140km/h, bán kính quay vòng là 200 m

Các đường đặc tính góc lệch bên, vận tốc góc quay thân xe của hệ thống láitích cực tiến rất gần về với đường đặc tính mong muốn của xe như các kết quảthí nghiệm trên phần mềm Tuy nhiên, các kết quả trên chỉ được ứng dụngtrên phần mềm mô phỏng và tính toán nên cần phải có kiểm tra thực tế bằngthí nghiệm trên xe thật để xác định mức độ tin cậy của mô phỏng

Năm 2004 các tác giả Wolfgang Reinelt, Willy Klier, Gerd Reimann,Wolfgang Schuster, Reinhard Großheim đã cho đăng trên tạp chí: Society ofAutomotive Engineers, Inc tại Detroit, MI, USA bài báo khoa học hệ thống

lái tích cực phía trước: An toàn và tính năng (Active Front Steering: Safety and Functionality)Error: Reference source not found Bài báo mô tả sự

cần thiết của mô hình lái trên chính là tính năng an toàn, các cơ cấu điềukhiển hệ thống lái AFS cũng được đề cập như cơ cấu bánh răng hành tinh và

tỷ số truyền với cơ cấu lái khi xe hoạt động ở các điều kiện khác nhau sau đótiến hành thử nghiệm mô phỏng trên máy tính để đánh giá kết quả Các tác giả

đã đưa ra sơ đồ thực nghiệm như sau:

Hình 1 10 Sơ đồ hệ thống lái tích cực[10]

Mối quan hệ của 3 thông số δs, δG, δM được thiết lập theo hệ phương trình sau:

Trong đó δs là góc quay vành lái, δG là góc quay của cơ cấu bánh răng hệthống lái, δM góc quay mô tơ, δF: góc quay bánh xe trung bình trên đường, FSG

là hàm phi tuyến của góc quay bánh xe trên đường, iv: tỷ số truyền tổng thể

của cơ cấu lái Mục đích chính của việc thay đổi tỷ số truyền là để thích ứng

với tỷ lệ tổng thể giữa góc quay vành lái và góc quay trung bình của bánh xetrên đường trong các tình huống lái xe tức thời Các tính huống lái xe có thểxác định được bằng các thông số như vận tốc xe Vx(t), góc quay cơ cấu bánhrăng hành tinh δG(t) và iV (t) là hàm chức năng biều thị mối tương quan giữavận tốc và góc quay của bộ truyền hành tinh Các điểm khác nhau trong tỉ sốtruyền phụ thuộc vào vận tốc là giảm nó (so với tỉ số truyền cơ khí) khi vậntốc xe giảm…hay trong những trường hợp cụ thể như đậu xe vào bãi đỗ xe thìngười tài xế chỉ cần đánh vô lăng với một giá trị nhỏ Khi vận tốc xe tăng lênthì tỷ số truyền của hệ thống bánh răng hành tinh sẽ tăng lên đến mức bằng vàcao hơn tỷ số truyền của hệ thống lái cơ khí thông thường như sơ đồ sau:

Hình 1 11 Quan hệ giữa tỷ số truyền và vận tốc xe[10]

Năm 2001 ba tác giả Masao Nagai, Motoki Shino, Feng Gao đến từ trườngĐại Học Nông nghiệp và kỹ thuật Tokyo đã giới thiệu công trình: Nghiên cứuđiều khiển tích hợp giữa góc hệ thống lái tích cực cầu trước và mô men quán

tính gia tốc trực tiếp (Study on integrated control of active front steer angle and direct yaw moment)Error: Reference source not found Trong

nghiên cứu này các tác giả đã đề xuất một hệ thống điều khiển để cải thiện

chức năng xử lý và tính ổn định trong điều kiện lái xe nguy hiểm bằng cáchtích cực kiểm soát góc lái phía trước và phân bố của các lực lái trên bốn lốp

xe Với việc áp dụng một mô hình toán học kỹ thuật phù hợp, việc đề xuất hệthống kiểm soát này làm cho việc thực hiện các mô hình xe thực tế theo mộtmẫu xe lý tưởng với việc xem xét các đặc điểm phi tuyến của lốp Cuối cùng,bài viết này nghiên cứu tính hiệu quả của hệ thống kiểm soát trong các điềukiện sau: lái khi đang rẽ, thay đổi làn đường và sự tác động của gió bên Bàiviết này đề xuất hệ thống điều khiển tích hợp việc bù góc lái phía trước vàphân phối lực lái với việc áp dụng các kỹ thuật kiểm soát phù hợp dựa trên lýthuyết điều khiển tối ưu Nghiên cứu mô phỏng máy tính làm rõ những điểmsau đây:

1 Gia tốc chuyển động, chuyển động trượt và tình trạng của xe có thể cảithiện được rất nhiều bởi hệ thống tích hợp được đề xuất so với việc chỉ điềukhiển mô men gia tốc

2 Hệ thống điều khiển đề xuất có hiệu suất cao hơn để đáp ứng các chế độhoạt động của xe theo mong muốn

+ Xu hướng nghiên cứu thứ hai : là thiết lập cơ sở động lực học của ô

tô với hệ thống lái chủ động, mô phỏng bằng phần mềm và sau đó tiến hànhthử nghiệm kết quả bằng thực nghiệm trên ô tô thật

Năm 2004 các tác giả Bing Zheng, Pahngroc Oh, and Barry Lenart đã công

bố đề tài điều khiển hệ thống lái tích cực với hệ thống lái phía trước (Active steering control with front wheel steering) Các tác giả đã tiến hành thí

nghiệm đánh giá quá trình chuyển làn trên các phương tiện với tốc độ 40 mph,

50 mph và 60 mph Các thử nghiệm được tiến hành tại trung tâm kiểm tra xeSmithers Winter ở Michigan trong suốt mùa đông Dựa vào các yếu tố chuyểnđộng ngang, trượt ngang và ảnh hưởng giảm chấn khi trượt ngang tác giả đã

đề xuất các thử nghiệm của hệ thống điều khiển thực hiện trên xe thực Qua

đó, hệ thống có ưu điểm an toàn trong những tình huống quan trọng khi màcác tài xế khó có thể kiểm soát hiện tượng trượt ngang sinh ra trong quá trình

chuyển làn Khi người tài xế đánh lái đột ngột thì hệ thống lái tích cực sẽ tác

động vào hệ thống lái và motor làm quay thêm một góc để người tài xế có thểđáp ứng tức thời với điều kiện chuyển động trên đường trong một số tìnhhuống nguy hiểm đồng thời cũng làm giảm vận tốc góc quay thân xe, giúp xechuyển động ổn định hơn Tuy nhiên trong phần nghiên cứu này các tác chỉtập trung vào yếu tố trượt ngang và góc quay thân xe ở dãy tốc độ thấp, chưanghiên cứu về cơ cấu lái chủ động, hiện tượng quay vòng của xe…

Tại Hội nghị ngành công nghiệp ô tô thế giới tại Seoul 2000 (FISITA), cáctác giả Katsuhiko Satoh, Masayuki Kurimoto, Tsuyoshi Yoshida của công tyAISIN SEIKI Co., Ltd đã giới thiệu công trình: “Phát triển hệ thống điều

khiển hệ thống lái chủ động” (Development of the Active Front Steering Control System)[9] Trong tham luận này các tác giả đã đề cập đến sự can

thiệp của hệ thống lái tích cực đến hoạt động điều khiển người lái xe trongviệc kiểm soát quá trình hoạt động của xe Những lợi ích mang lại cho ngườiđiều khiển của hệ thống lái tích cực là cải thiện tính năng cân bằng của xe vàgiảm được moment lái của người điều khiển Tác động từ sự thay đổi tỷ sốtruyền của cơ cấu lái để cải thiện ổn định thân xe được phân tích về mặt lýthuyết Các kết quả thử nghiệm bằng cách sử dụng hệ thống mẫu để xác minhcác hiệu ứng, các bài kiểm tra được tiến hành trên một ô tô con chạy trênđường với 2 làn xe có hệ số ma sát thấp thể hiện trong

Hình 1 12 Đường 2 làn với hệ số ma sát thấp [9]

Ô tô được thử nghiệm lần lượt có tỷ số truyền hệ thống lái là 17, 10 và 6được đánh giá bởi một người lái xe kiểm tra Các kết quả thử nghiệm cho thấyrằng với một tỉ số truyền nhỏ hơn thì vận tốc quay thân xe là chậm hơn, do đó

có thể cải thiện độ ổn định của ô tô Hệ thống này cũng được đánh giá và thử

nghiệm với một người lái xe khác không quen với việc lái xe trên một conđường có ma sát thấp

Khi các tỉ số truyền đạt giá trị lớn, quá trình điều khiển sẽ tách thành cáckhoảng do sự chậm chễ trong các hoạt động điều khiển Ngược lại, khi tỉ sốtruyền nhỏ, xe chạy theo hành trình quá gấp khiến cho quá trình điều khiển láiquá nhiều và quá nhanh Chỉ khi tỷ số truyền được lựa chọn phù hợp nhất thìviệc điều khiển xe quay vòng của người lái mới chuẩn xác và dễ dàng Nhữngkết quả này phù hợp với phân tích nói trên Vì vậy việc lựa chọn tỷ số truyềnphải tương ứng và phù hợp với từng điều kiện chuyển động của xe

Năm 2003, BMW giới thiệu hệ thống lái tích cực đầu tiên được mô tả là hệthống lái trợ lực có tỉ số truyền thay đổi trên dòng xe Series-5 với góc bánh xethay đổi để đáp ứng góc quay của vô-lăng Ở tốc độ thấp, công nghệ này sẽ

giúp cho người tài xế giảm lực đánh lái khi rẽ, cải thiện các tính năng trongcác tình huống khác như khi bãi đậu xe hay trong các khu vực đô thị đôngđúc Ở tốc độ cao, hệ thống trên sẽ giúp cho xe ổn định hướng chuyển động

và an toàn hơn

Năm 2004, tại Stockholm Thụy Điển, Adrian Rodriguez Orozco đã trìnhbày luận văn thạc sỹ về đánh giá một hệ thống lái tích cực (Evaluation of anActive Steering System) Đối tượng mà tác giả nghiên cứu là hệ thống láiBMW sử dụng có tốc độ phụ thuộc vào tỷ lệ cảm biến góc lái và cũng có khảnăng điều chỉnh cho xáo trộn trong thời gian phản ứng điều khiển Điều nàyđạt được với một bánh răng hành tinh với hai đầu vào và một đầu ra và truyềntải nhanh thông tin (100 Hz) từ các cảm biến khác nhau Các bánh răng hànhtinh có thể thêm hoặc trừ đi một tín hiệu từ góc đánh vành tay lái của ngườiđiều khiển Các bánh răng hành tinh nằm trên cần dẫn của bộ truyền hànhtinh Trong phần thí nghiệm tác giả đã áp dụng thí nghiệm chuyển làn hai vết.Một chiếc xe thử nghiệm được sử dụng để thực hiện việc chuyển làn đườngkép theo tiêu chuẩn ISO Dữ liệu được thu thập cho tốc độ khác nhau để cóthể làm cho các mô phỏng, một số các biến đo được gia tốc bên, tỷ lệ trượtngang, góc đánh lái và vận tốc theo chiều dọc Sự chuyển động của vành taylái sau đó được sử dụng làm đầu vào cho mô hình phi tuyến Các thử nghiệm

đã được thực hiện với tốc độ khác nhau bắt đầu từ 50 km / h Hệ số ma sátđường bằng 1

Hình 1 13 Tiêu chuẩn ISO về chuyển làn kép

+ Xu hướng nghiên cứu thứ ba: là nghiên cứu về cơ cấu chấp hành tích cực

của hệ thống lái tích cực như cơ cấu bánh răng hành tinh, motor

Năm 2004 các tác giả Willy Klier and Wolfgang Reinelt của ZFLenksysteme GmbH đã giới thiệu mô hình toán học và tham số ước lượng của

hệ thống lái chủ động Công trình trên đã đi sâu vào nghiên cứu mối quan hệtoán học, quy luật điều khiển của các cơ cấu bánh răng hành tinh trong bộ vi

sai của hệ thống lái, đưa ra các tham số ước lượng để đưa ra quy luật điềukhiển thích hợp tương ứng với từng điều kiện chuyển động của xe.

Trong các hệ thống lái tích cực của BMW mà các tác giả nghiên cứu, cácbánh răng mặt trời là đầu vào và cần dẫn là đầu ra Động cơ điện điều khiểnbánh răng bao đầu vào bởi các tín hiệu từ bộ xử lý Nếu bánh răng bao đượcgiữ cố định thì bộ truyền bánh răng hành tinh AFS xem như là một khớp nốicứng không đổi và chỉ phụ thuộc trên vô lăng Nhưng nếu các bánh răng baochuyển động cùng một lúc với vô lăng ta sẽ thu được một tỷ số truyền biếnthiên Trong một số tình huống bánh răng bao làm tăng phản ứng của vô lăng,trong những tình huống khác phản ứng giảm

Ở tốc độ thấp, bánh răng hành tinh xoaylàm tăng thêm một góc cho bánh xedẫn hướng, điều này làm cho vành tay lái trường hợp lock-to-lock (đánh láihết về bên trái sau đó đánh ngược lại hết về bên phải) di chuyển ít hơn haivòng Điều này rất thuận lợi trong những tình huống đỗ xe và các tình huống

di chuyển chậm khác Ở tốc độ cao các bánh răng hành tinh trừ một phần vàogóc quay của các bánh xe dẫn hướng Điều này làm tăng sự an toàn khi tài xếđánh lái quá tay trên vô lăng và tăng độ chính xác khi vận hành xe trên đườngcao tốc Trong phần mô hình lý thuyết của xe, tác giả đã sử dụng mô hình haivết, điều khiển phi tuyến

Năm 2007, các tác giả Taebong Noh, Jaesuk Kim, Jungrak Choi andHangbyong Cha của tập đoàn Mando Corporation đã nghiên cứu đề tài:

Chương trình điều khiển bù moment cho hệ thống lái tích cực “A Control Strategy to Compensate the Reaction Torque of Active Front Steering System” [12].Trong phần nghiên cứu này các tác giả đã đi vào phân tích cấu

trúc của bộ truyền bánh răng hành tinh

Năm 2004 , Bjoern Avak đã công bố công trình nghiên cứu Mô hình hóa và

điều khiển hệ thống lái tích cực (Modeling and Control of a Superimposed Steering System).Trong phần nghiên cứu này, tác giả đã phân tích cơ cấu

Harmonic của hệ thống lái tích cực để từ đó đưa ra phương án điều khiển cơcấu motor chấp hành thích hợp ứng với các dãy tốc độ và quá trình quay vòngcủa xe

+ Xu hướng nghiên cứu thứ tư: là dựa vào cơ sở lý thuyết động lực học của

ô tô với hệ thống lái tích cực để lập trình và chế tạo hộp điều khiển hệ thốnglái tích cực sau đó tiến hành thử nghiệm kết quả bằng thực nghiệm trên ô tôthật hoặc mô phỏng Năm 2012, FengYing & Zhang Qiao đã nghiên cứu môhình động lực học ô tô và mô phỏng hệ thống lái tích cực phía trước của ô tô(Multi-body Dynamical Modeling and Co-simulation of Active front Steering

Vehicle) Một mô hình động lực học của hệ thống lái phía trước với hai bánhrăng hành tinh cơ khí và toàn bộ mô hình chiếc xe được xây dựng và môphỏng trên phần mềm ADAMS Dựa trên lý thuyết điều khiển mờ, cácphương pháp điều khiển mờ cho xe với một hệ thống lái phía trước đã đượcđưa ra Hệ thống AFS đề xuất độ trượt bên của trọng tâm xe và tỷ lệ trượt bêncủa xe là mờ hoá quy tắc kiểm soát đầu vào và đầu ra là góc quay của bánh xedẫn hướng trong hệ thống lái phía trước đang hoạt động Mô phỏng đồng thờicác hệ thống điều khiển và mô hình động lực học được thực hiện thông quacác dữ liệu trao đổi giữa ADAMS và Matlab Các kết quả nghiên cứu chothấy rằng các phương pháp điều khiển mờ có thể kiểm soát tốc độ trượt ngang

và góc trượt bên của trọng tâm ô tô, do đó độ ổn định bên của xe được cảithiện tốt hơn Để đạt được kết quả hợp lý, mờ điều khiển nhận ra lập luận mờ

và làm cho phán đoán mờ và quyết định bằng cách mô phỏng suy nghĩ vàđiều khiển thông qua kinh nghiệm

Thiết kế điều khiển Fuzzy chủ yếu bao gồm các lựa chọn cấu trúc của bộđiều khiển mờ, định nghĩa của quy tắc điều khiển mờ, quyết định của mờ hoá

và tổng hợp các luật mờ Điều khiển mờ được thiết kế trong bài viết nàythông qua Matlab / Fuzzy logic hộp Tool Ngôn ngữ của hai tập hợp con mờcủa đầu vào và đầu ra bao gồm {NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB},tương ứng

NB, NM, NS viết tắt của âm lớn, âm giữa và âm nhỏ ; ZE là viết tắt của 0; PS

PM, PS là viết tắt của dương nhỏ, dương giữa và dương lớn Quy tắc điềukhiển mờ là những thành phần quan trọng của bộ điều khiển mờ, và các quytắc đó mô tả mờ mối quan hệ về ngôn ngữ giữa biến đầu vào và đầu ra của bộđiều khiển Quy tắc điều khiển mờ được tạo ra trong cách lập luận mờ theokinh nghiệm của chuyên gia

Việc kiểm soát thuật toán của hệ thống thông qua phương pháp Mandani vànguyên tắc mờ thông qua phương pháp Biseclor Để xác minh tính hợp lý của

mô hình hệ thống, Phương pháp kiểm soát và thuật toán mô phỏng, các môhình xe và mô hình điều khiển được tích hợp thông qua mô-đun ADAMS /Control Các mô phỏng đồng thời thực hiện cho các chu kỳ lái xe điển hình Trên tạp chí quốc tế về cơ khí, khoa học công nghiệp và Kỹ thuật của ViệnKhoa học, kỹ thuật và công nghệ thế giới số 1 – Năm 2012, các tác giả ImanMousavinejad, Reza Kazemi, and Mohsen Bayani Khaknejad đã thiết kế hệthống điều khiển phi tuyến cho hệ thống lái tích cực phía trước (NonlinearController Design for Active Front Steering System) [10] đã trình bày môhình ba bậc tự do phi tuyến để thiết kế bộ điều khiển hệ thống lái tích cực cầutrước (AFS) và mô hình tám bậc tự do phi tuyến dùng để điều khiển ô tô với

sơ đồ điều khiển như hình 2.7

Hình 1 14 Sơ đồ điều khiển hệ thống AFS [11].

Trong bài báo này tác giả đã trình bày một phương pháp điều khiển động họcmới, các chế độ điều khiển trượt được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển hệthống lái chủ động Mô hình hệ thống 8 bậc tự do được sử dụng để mô phỏng

xe và đánh giá các chức năng ổn định Mô hình lốp PACEJKA kết hợp vớitrượt dọc và trượt bên để thể hiện đặc tính mô hình lốp phi tuyến Mô hìnhđiều khiển cân bằng theo đặc tính trượt của hệ thống lái tích cực được thiết kếdực trên mô hình 3 bậc tự do với bộ điều chỉnh góc lái phía trước để điềukhiển trượt Do đó, với bộ điều khiển này sẽ cải thiện được độ ổn định và cơđộng của xe trên những con đường khô, đường ướt và đường tuyết

Tháng 1 Năm 2012 Dan Xiang, Jian-zhongYuan, Wei Xu đã Nghiên cứu Giảithuật mờ PID cho một Hệ thống lái trước tích cực mới (Study on Fuzzy PID

Algorithm for a New Active Front Steering System)[12] Sự phát triển của hệ

thống lái hiện đại đã và đang trải qua năm giai đoạn: hệ thống lái cơ khí (MS);

hệ thống lái thủy lực (HPS); hệ thống lái thủy lực điện (EHPS); hệ thống láitrợ lực điện (EPS); hệ thống lái tích cực (AFS) Hoạt động hệ thống lái trước

có thể nhận thấy sự can thiệp độc lập của hệ thống điều khiển, tối ưu hóa ổnđịnh trong trường hợp khẩn cấp bằng cách thêm một góc lái vào hệ thống láitrước của xe Khi ô tô ở tốc độ thấp, giảm tỷ số truyền để hệ thống lái trở nênlinh hoạt hơn; Khi đạt tốc độ cao, tăng tỷ số truyền các cơ cấu lái, nhằm tăng

sự ổn định hệ thống lái ở tốc độ cao như hình 2.8

Hình 1 15 Mối quan hệ giữa tỷ số truyền và tốc độ [12].

Trong khi tốc độ xe là 30 km h, tỷ số truyền của hệ thống lái nhỏ hơn, điềunày có thể giúp giảm lực đánh lái của lái xe, do đó nâng cao tính linh hoạt của

hệ thống và khi tốc độ xe hơn 100km /h, hệ thống có một sự thay đổi tỷ sốtruyền liên tục lớn hơn, loại thiết kế và đặc điểm có thể đảm bảo rằng nó cótay lái xuất sắc sự ổn định và độ nhạy; Khi tốc độ thay đổi giữa 30 đến100km/h, đường cong mô phỏng trùng với đường cong tính toán rất tốt

Trong phần thiết kế bộ điều khiển các tác giả đã sử dụng bộ điều khiển PID.Điều khiển mờ PID bao gồm bộ điều khiển PID mà thông số có thể được điềuchỉnh với phương pháp suy luận mờ Các đơn vị suy luận mờ có độ lệch e vàtốc độ lệch như là đầu vào của nó, KP, KI, KD tham số của bộ điều khiển PIDnhư

Hình 1 16 Cấu trúc cơ bản của Fuzzy- PID [12].

Hình 1 16 cho thấy cấu trúc cơ bản của Fuzzy- PID Hầu hết các phươngpháp suy luận mờ hiện nay sử dụng giá trị Mini-max Bài viết cũng sử dụngphương pháp này

Sử dụng phương pháp suy luận mờ để điều chỉnh các thông số, yêu cầu về cácthông số PID tự điều chỉnh để đáp ứng các tỷ lệ độ lệch và độ lệch thay đổi,các biểu đồ dòng chảy của điều khiển vị trí mờ-PID Bài viết đã thiết kế đượccác thuật toán điều khiển mờ với việc xem xét tất cả các yếu tố, thông qua tínhiệu đầu vào và đầu ra duy nhất Lấy toàn bộ tín hiệu hệ thống kiểm soát của

ba vòng lỗi dịch chuyển e và tỷ lệ lỗi dịch chuyển ec để làm tín hiệu mờ hoáđầu vào hệ thống, và các tín hiệu PWM như đầu ra

Các đề tài nghiên cứu về hệ thống lái tích cực trên thế giới đã tiến hànhnghiên cứu và thiết lập cơ sở động lực học của hệ thống lái tích cực sau đótiến hành mô phỏng kết quả tính toán bằng các phần mềm như Matlab,CarMaker… và tiến hành thử nghiệm trên xe thật để thẩm định lại kết quảtính toán Tuy nhiên, đa phần các đề tài hiện nay chưa phân tích rõ sự kết hợpđiều khiển giữa phần động lực học của cơ cấu lái tích cực và động lực họcchuyển động của ô tô, sự kết hợp này sẽ ảnh hưởng rất lớn đến quá trìnhchuyển động của ô tô trên đường Mặt khác các công trình nghiên cứu của cáctác giả chỉ công bố công bố một phần hoặc không công bố nên việc tiếp cậncác công nghệ trên là rất khó khăn

1.4 Kết luận chương :

Trong chương này, tác giả đã tìm hiểu tổng quan về vấn đề ổn định quỹđạo chuyển động của ô tô và an toàn giao thông Độ ổn định quỹ đạo chuyểnđộng ô tô và an toàn giao thông là hai yếu tố không thể tách rời trong nghiêncứu Ngày nay phương tiện giao thông có tốc độ chuyển đông ngày lớn chonên vấn đề ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô là vấn đề được quan tâmnhiều của các nhà nghiên cứu

Tác giả đã đi phân tích định tính ảnh hưởng của một số yếu tố kết cấu, khaithác và môi trường giao thông đến độ ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô

Và nghiên cứu tài liệu tham khảo liên quan đến vấn đề mô hình hóa, môphỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô cũng như các nghiên cứu liên quan như

mô hình lốp, nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển ổn định quỹ đạo chuyểnđộng ô tô

Bên cạnh đó tác giả tập trung các hệ thống ổn định hướng chuyển độngcủa ô tô bao gồm :

- Hệ thống lái chủ động

- Hệ thống hỗ trợ lái và kiểm soát ổn định

- Hệ thống cân bằng điện tử ESC

- Hệ thống lái bốn bánh dẫn động 4WD và phân tích sự khác nhau giữa4WD gián đoạn và 4WD thường xuyên

Các nghiên cứu ngoài nước, trong nước về xu hướng nghiên cứu các hệthống lái chủ động

Trên cơ sở đó, tác giả tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố kếtcấu, yếu tố khai thác đến độ ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô, mô hìnhnghiên cứu có xét đến động lực học theo phương dọc của ô tô

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC

QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VỚI 4WAS

2.1 Hệ thống lái trên ô tô :

Hệ thống lái được phân thành 4 nhóm chính:

+ Hệ thống lái cơ khí đơn thuần (không trợ lực)

+ Hệ thống lái có trợ lực

+ Hệ thống lái tích cực

+ Hệ thống lái không trục lái

2.1.1 Hệ thống lái kiểu cơ khí (không có trợ lực):

Hệ thống lái kiểu cơ khí đơn thuần bao gồm các chi tiết truyền lực từ cơcấu lái đến ngõng quay của các bánh xe Cấu tạo gồm: Hình thang lái, cơ cấudẫn động lái, trục lái và vành tay lái (Hình 1.2)

Hình 2 1 Hệ thống lái cơ khí (không có trợ lực)

Ưu điểm của hệ thống lái này là rất đơn giản, dễ sửa chữa Tuy nhiên, docấu tạo của hệ thống lái là hoàn toàn bằng cơ khí nên người lái phải sử dụngbằng sức người để thực hiện việc quay vòng bánh xe trong quá trình chuyểnđộng, đồng thời cũng tiếp nhận những phản hồi lớn từ mặt đường nên hệthống lái sẽ rất nặng khi lái, gây cho người điều khiển cảm giác mệt mỏi.Các hệ thống lái không có trợ lực đã đáp ứng được phần lớn các yêu cầucủa hệ thống lái Nhưng vẫn chưa được hoàn thiện vì người lái vẫn phải dùngmột lực đánh lái tương đối lớn tác dụng lên vô lăng để làm quay bánh xe dẫnhướng gây ra mệt mỏi cho người lái Chính vì vậy mà hệ thống lái có trợ lực

đã đáp ứng được các yêu cầu trên

2.1.2 Hệ thống lái có trợ lực:

Để tăng tính an toàn, các nhà chế tạo đã nghĩ ra cách tăng diện tích vàgiảm áp suất của lốp xe để tăng cường khả năng bám đường khi xe di chuyểnvới tốc độ cao, nhưng nhờ vậy cần nhiều lực đánh lái hơn do tăng diện tíchtiếp xúc lốp Nếu tăng tỉ số truyền thì sẽ giảm được lực đánh lái nhưng khi đólái xe cần quay vô lăng nhiều hơn Vậy có cách nào để giảm vừa giảm đượclực đánh lái mà không cần quay vô lăng quá nhiều? Các nhà chế tạo đã lắpthêm cho hệ thống lái các thiết bị phụ trợ gọi là hệ thống lái có trợ lực lái

Hệ thống lái trợ lực là hệ thống lái có khả năng tạo ra lực đẩy phụ hỗtrợ lái xe quay vòng tay lái khi quay vòng Việc trang bị hệ thống lái trợ lực

sẽ mang lại những lợi ích sau:

- Giúp người lái dễ dàng điều khiển xe khi quay vòng, người lái chỉcần tác động lên vô lăng một momen nhỏ hơn so với trường hợp lái không cótrợ lực

- Nâng cao tính an toàn khi xảy ra sự cố ở bánh xe (nổ lốp, bánh xenon hơi…)

- Giảm va đập từ các bánh xe lên vô lăng

Các hệ thống lái có trợ lực được chia thành 3 nhóm chính:

- Nhóm trợ lực thủy lực (Hydraulic power assisted steering - HPAS)

- Nhóm trợ lực thủy lực có điều khiển điện – điện tử (Electro-hydraulic power steering systems - EHPS)

- Nhóm trợ lực điện – điện tử: Bao gồm hệ thống lái trợ lực điện(Electric power steering – EPS)

2.1.3 Hệ thống lái có trợ lực thủy lực (Hydraulic power assisted steering – HPAS):

Hệ thống lái trợ lực thủy lực đầu tiên được phát minh bởi Francis W.Davis vào giữa những năm 1920 nhưng mãi đến năm 1951 mới được giớithiệu trên các dòng xe chở khách Đó là hệ thống lái kiểu trục vít, nó được ápdụng chủ yếu trên các dòng xe tải nặng với trợ lực lớn Vào cuối năm 1960các dòng xe ô tô nhỏ, xe thể thao được giới thiệu kiểu hệ thống lái thanh răng– bánh răng và được dùng khá phổ biến đến tận ngày hôm nay Tính năng của

hệ thống lái trợ thủy lực là giảm lực đánh lái khi quay vòng ở tốc độ thấp vàkhi đậu xe

Nhiệm vụ chính của trợ lực lái là làm giảm chứ không phải loại bỏ hoàn

toàn lực đánh lái bằng cách hỗ trợ một phần mô-men cho người điều khiển.Đồng thời cũng thông qua đó nó giúp cho người lái xe cảm nhận được mô-men tác động ngược trở lại từ mặt đường lên vành tay lái Mô-men trợ lực lái

và cảm giác lái từ mặt đường tác động lên vô lăng là hai yếu tố tác động qualại, đan xen và ảnh hưởng lẫn nhau trong hệ thống lái trợ lực thủy lực

Hình 2 2 Sơ đồ chung hệ thống lái trợ lực thủy lực.

Hình 2 3 Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lực loại bánh răng – thanh răng.

1- Bình dầu 2- Bơm cánh gạt 3- Van điều khiển

4- Xi lanh trợ lực 5- Pít tông trợ lực 6- Vô lăng 7- Động cơ

Hệ thống lái sử dụng năng lượng của động cơ để dẫn động bơm cánhgạt, bơm này tạo ra áp suất thủy lực Trục van điều khiển được nối với vôlăng, khi vô lăng ở vị trí trung hòa (xe chạy thẳng) thì van điều khiển ở vị trítrung hòa do đó dầu từ bơm trợ lực lái không vào khoang nào của xilanh trêntrên thanh răng mà quay trở lại bình chứa Khi vô lăng quay theo hướng nào

đó thì van điều khiển thay đường truyền do vậy dầu chảy vào một trong cácbuồng Dầu trong buồng đối diện bị đẩy ra ngoài và chảy về bình chứa theovan điều khiển Nhờ áp lực dầu làm dịch chuyển thanh răng mà lực đánh láigiảm đi.

Hình 2 4 Nguyên lý hoạt động của trợ lực thủy lực

Hệ thống trợ lực thủy lực (HPAS) hiện nay có bốn loại cơ bản là kiểutrục vít – con lăn, trục vít- chốt khớp, kiểu bi tuần hoàn và kiểu thanh răng –bánh răng

Phát triển hệ thống lái trợ thủy lực là một bước tiến lớn trong ngành chếtạo và sản xuất ô tô Tuy nhiên do hệ thống lái trợ lực thủy lực bố trí bơm trợlực gắn liền với động cơ nên khi xe chạy ở dải tốc độ cao, tốc độ bơm thủylực càng mạnh nên khả năng trợ lực lớn trong khi lực cản tổng cộng tại cácbánh xe dẫn hướng lại giảm Nếu van phân phối áp lực dầu không được kiểmsoát thì tay lái trở nên rất nhẹ, nếu người lái không cảm giác tốt trong mộtthời điểm tức thời có thể gây nguy hiểm dẫn đến tai nạn Mặt khác, do hệthống bơm trợ lực gắn trực tiếp vào động cơ nên sẽ làm giảm công suất củađộng cơ do liên tục phải hoạt động

2.2 Hệ thống lái 4WAS:

2.2.1 Giới thiệu

Hệ thống lái 4 bánh (hoặc hệ thống lái tất cả các bánh ) có thể điều khiểntất cả các bánh trên ô tô, gia tăng tính ổn định của ô tô tại tốc độ cao và giảmgóc đánh lái tại tốc độ thấp

Trong hầu hết các hệ thống lái chủ động bốn bánh , bánh lái phía sau đượcđiều khiển bởi một máy tính và bộ chấp hành Bánh lái phía sau không thểxoay như bánh phía trước Một vài hệ thống ví dụ như Honda Prelude chophép bánh sau xoay ngược hướng với bánh trước tại thời điểm vận tốc xethấp Điều này cho phép xe quay vòng với bánh kính nhỏ hơn, điều này rấtcần thiết cho các xe tải nặng hoặc chiều dài quá khổ.

2.2.2 Lịch sử

Hệ thống lái chủ động bốn bánh cho phép bánh sau xoay theo bánh trước

Hệ thống 4WS thực sự không quá mới mẻ, nó đã được trang bị trên HondaPreludes vào cuối những năm 1980 và đầu 1990

2.2.3 Hoạt động của hệ thống lái bốn bánh chủ động

Hệ thống lái bốn bánh chủ động có thể giảm 21% góc xoay bánh xe Bằng việc điều khiển góc lái của tất cả các bánh xe, hệ thống lái chủ độnggiúp tăng độ ổn định tại tốc độ cao và giảm lực đánh lái lên tài xế tại tốc độthấp Các thuật toán điều khiển của hệ thống lái chủ động phía trước đã đượckết hợp với hệ thống lái chủ động phía sau trên xe Fuga của hãng Nissan Cụthể như sau:

- Xe di chuyển êm và dễ dàng trong cả 2 trường hợp di chuyển trongthành phố và trên đường có gió;

- Gia tăng độ ổn định của ô tô khi di chuyển trên đường cao tốc và khichuyển làn;

- Hệ thống điều khiển đáp ứng nhanh cho phép hệ thống lái vận hànhtrơn tru hơn

Để giúp giảm bớt thao tác lái xe bằng cách thay đổi tỉ số truyền lái tùytheo tốc độ xe Các góc lái khi di chuyển vào bãi đậu xe được giảm khoảng30% so với xe có bánh trước dẫn động

Hình 2 5 Thí nghiệm chuyển làn tốc độ thấp

(10 km / h đến 40 km / h)

Trường hợp xe di chuyển trong khu dân cư và bãi đậu xe quay được dễdàng hơn cũng như các bánh xe phía trước di chuyển với góc xoay ít hơn

Hình 2 6 Thí nghiệm quay vòng tốc độ trung bình

(40 km / h đến 80 km / h)

Trường hợp lái xe ở khu vực đô thị và trên những con đường lớn Xe

di chuyển ổn định theo hướng mong muốn, cũng như bánh xe phía trước

di chuyển với góc đành lái ít hơn và bánh sau quay theo cùng một hướng

Hình 2 7 Thí nghiệm chuyển làn tốc độ cao

(trên 80 km / h)

Khi tốc độ xe tăng trên 80 km / h góc quay của các bánh xe phía trướcgiảm , và bánh sau quay theo cùng một hướng như trước, cho phép chiếc xephải được định hướng ổn định ngay cả khi chuyển làn đường

Một phần góc đánh lái của hệ thống lái trước đã được thêm vào góc xoaybánh phía sau thông qua sự điều khiển từ bộ xử lý trung tâm Bằng cách kiểmsoát các góc lái của tất cả bốn bánh xe, hệ thống lái này hoạt động giúp cảithiện sự ổn định và phản ứng với tốc độ cao, giúp giảm bớt khối lượng côngviệc của người lái xe ở tốc độ thấp

Đặc điểm của hệ thống này, để đạt được sự chuyển động chính xác và đápứng nhanh với sự tác động cửa người lái xe

Hình 2 9 Ví dụ đánh lái tốc độ cao

Góc của bánh phía trước tăng dần trong khi tài xế bắt đầu đánh lái

 Hướng chuyển động của ô tô thay đổi nhanh chóng;

 Hướng đánh lái của bánh xe phía sau giống bánh xe phía trước;

 Lực ngang gia tăng nhanh chóng ;

 Độ trượt bên của thân xe giảm