Tính cấp thiết của đề tài
Vận tải hành khách đường bộ tại Việt Nam, đặc biệt là ở Tây Nguyên, đang chiếm tỷ trọng lớn trong mạng lưới giao thông quốc gia và ngày càng gia tăng do nhu cầu đi lại của con người So với các phương tiện vận chuyển khác, ô tô khách có tính cơ động cao và giá cả hợp lý, góp phần thúc đẩy sự phát triển của ngành vận tải.
Theo báo cáo của Ủy ban An toàn giao thông Quốc gia, năm 2017, cả nước ghi nhận 20.080 vụ tai nạn giao thông, dẫn đến 8.279 người tử vong và 17.040 người bị thương Điều này cho thấy vấn đề an toàn giao thông đang ở mức độ nghiêm trọng và cần được chú trọng khẩn cấp.
Chủ trương phát triển giao thông vận tải đường bộ cần đáp ứng nhu cầu vận tải hàng hóa và hành khách với chất lượng cao, giá cả hợp lý, đồng thời đảm bảo an toàn và thuận lợi Mục tiêu là hạn chế và giảm thiểu tai nạn giao thông, giảm ô nhiễm môi trường, đồng thời phát huy tối đa lợi thế của vận tải đường bộ với tính cơ động và hiệu quả trong mọi hoạt động.
Từ năm 2014 đến 2018, khúc cua đèo Bảo Lộc đã ghi nhận 4 vụ lật xe chở alumin, dẫn đến 2 người chết và 3 căn nhà bị sập Ngoài ra, hàng chục vụ tai nạn xe máy đã làm thiệt mạng khoảng 10 người, khiến khúc cua này trở thành điểm đen tai nạn giao thông tại tỉnh Lâm Đồng Mặc dù vậy, đoạn đường này vẫn chưa được cải thiện để giảm thiểu tai nạn Người dân địa phương kêu gọi các tài xế cần giảm tốc độ khi qua khúc cua để đảm bảo an toàn.
Trong 9 tháng đầu năm 2017, Ban ATGT tỉnh Lâm Đồng ghi nhận 155 vụ tai nạn giao thông (TNGT), làm 111 người tử vong và 110 người bị thương Trong số đó, có 95 vụ nghiêm trọng và 2 vụ đặc biệt nghiêm trọng So với năm 2015, số người chết tăng 9 và số vụ tai nạn tăng 1 Các địa phương có nhiều TNGT nhất là TP Đà Lạt.
TP Bảo Lộc và các huyện Bảo Lâm, Đức Trọng, Đạ Huoai Trong đó, Quốc lộ 20 là tuyến xảy ra nhiều vụ TNGT nghiêm trọng nhất.
Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
Trong quá trình phát triển đất nước, nhu cầu sử dụng ô tô, đặc biệt là trong ngành vận tải hành khách, ngày càng tăng cao cả về số lượng lẫn chất lượng phục vụ Trước đây, hành khách chỉ cần phương tiện để di chuyển, nhưng hiện nay, với sự phát triển kinh tế và đời sống người dân, yêu cầu về chất lượng dịch vụ cũng tăng lên Vận tải hành khách bằng ô tô có ưu điểm nổi bật như tiện lợi, cơ động và giá thành hợp lý, khiến nó trở thành lựa chọn ưu việt hơn so với các phương tiện khác Để đáp ứng nhu cầu này, nhiều loại xe khách chất lượng cao, như ô tô khách giường nằm 2 tầng, đã ra đời, yêu cầu tính linh hoạt và ổn định trong điều khiển Các dòng xe khách hiện nay, bao gồm xe giường nằm, chủ yếu được nhập khẩu hoặc lắp ráp trong nước, như dòng xe Thaco, vẫn còn một số vấn đề cần cải thiện, đặc biệt là tính ổn định quay vòng trong các trạng thái hoạt động.
Việc nghiên cứu tính ổn định quay vòng của xe khách giường nằm hai tầng Thaco, do công ty Trường Hải nhập khẩu và lắp ráp, là rất cần thiết để nâng cao chất lượng ô tô sản xuất trong nước, đặc biệt ở khu vực Tây Nguyên Trong những năm gần đây, Việt Nam đã ghi nhận nhiều tai nạn giao thông nghiêm trọng liên quan đến loại xe này tại các địa bàn miền núi Do đó, cần tiến hành nghiên cứu sâu hơn để tìm ra giải pháp cải thiện, đồng thời đề xuất các thông số phù hợp giữa xe và loại đường tại Việt Nam, nhằm đảm bảo an toàn cho việc lưu hành Dưới sự hướng dẫn của TS Lâm Mai Long, học viên đã chọn đề tài “Nghiên cứu cải thiện độ ổn định quay vòng của ô tô khách hai tầng Thaco Trường Hải trên đường Tây Nguyên bằng hệ thống ESC” để giải quyết vấn đề này.
Luận văn thạc sĩ của tác giả La Đức Nghĩa, năm 2012, tại Học viện Kỹ thuật Quân sự Bộ Quốc Phòng, nghiên cứu về ổn định chuyển động khi phanh của đoàn xe kéo bán moóc Nghiên cứu này đóng góp quan trọng vào lĩnh vực an toàn giao thông và hiệu suất vận hành của phương tiện.
Luận văn thạc sĩ của tác giả Nguyễn Xuân Lương năm 2015 nghiên cứu về ổn định chuyển động của xe khách hai tầng giường nằm Hyundai Universe-2F hoạt động tại các tỉnh phía Nam Nghiên cứu này tập trung vào các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định và an toàn khi xe di chuyển, nhằm cải thiện hiệu suất và giảm thiểu rủi ro cho hành khách.
- Luận văn thạc sĩ: “ xác định tải trọng động tác dụng lên chassi xe SYM T880 bằng phương pháp mô phỏng” của tác giả Trương Hoàng Tuấn
Luận văn thạc sĩ của tác giả Trần Ngọc Dũng nghiên cứu về tính ổn định khi quay vòng của xe bus hai tầng, đặc biệt là trong bối cảnh sử dụng tại TP.HCM và các tỉnh lân cận Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu suất và an toàn của loại xe này trong điều kiện giao thông thực tế Kết quả từ luận văn sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc cải tiến thiết kế và vận hành xe bus hai tầng, góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ vận tải công cộng.
- Luận văn thạc sĩ: “nghiên cứu việc sử dụng labview để mô phỏng 3D ổn định chuyển động của ô tô” của tác giả Lê Minh Đảo
- Luận văn thạc sĩ: “nghiên cứu đánh giá độ êm dịu của ô tô khách 29 chỗ ngồi sản suất tại việt nam” của tác giả Bùi Quốc Vĩnh
- Luận văn thạc sĩ: “mô phỏng khảo sát dao động ô tô vận tải hành khách bằng matlab-simulink” của tác giả Nguyễn Hữu Thảo năm 2012
Luận văn thạc sĩ của tác giả Trương Thái Minh tập trung vào việc nghiên cứu, tính toán và đánh giá dao động của các hệ thống treo trên xe du lịch đời mới Nghiên cứu này nhằm cải thiện hiệu suất và độ ổn định của xe, đồng thời nâng cao trải nghiệm lái xe cho người sử dụng Các phương pháp phân tích và mô phỏng được áp dụng để đưa ra những kết quả chính xác và đáng tin cậy.
- Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên hành khách trong xe khách giường nằm (Thaco-mobihome)” của tác giả Nguyễn Xuân Ngọc
- Luận văn thạc sĩ: “nghiên cứu động học, động lực học và ổn định ô tô trong điều kiện việt nam” của tác giả Nguyễn Cẩm Thạch
- Luận văn thạc sĩ: “nghiên cứu dao động của xe khách giường nằm Thaco- Mobihome” của tác giả Trần Văn Hương Năm 2013
- “MR-SAS variable universe fuzzy control in steering situation based on wheelbase preview “ Zhaolong Cao a,∗, Shuai Zheng b
- “Model Predictive Lateral Vehicle Guidance Using a Position Controlled EPS System” Jochen Gallep ∗ Vivan Govender ∗ Steffen M¨uller ∗
- “Decentralized Controllers for the Steering and Velocity in Vehicles” Diana Hernandez-Alcantara ∗ Luis Amezquita-Brooks ∗∗ Ruben Morales- Menendez
- “Development of an analytical multi-variable steady-state vehicle stability model for heavy road vehicles” Vihar Malviya, Rakesh Mishra
“Development of Linear and Non-linear Vehicle Suspension Model” Ajit G Mohite*, Anirban C Mitra
Các nghiên cứu trong và ngoài nước đã tập trung vào các vấn đề như ổn định, độ dao động và ảnh hưởng của phân bố tải trọng của xe khách Tuy nhiên, vẫn chưa có nghiên cứu nào về sự ổn định quay vòng của ô tô khách hai tầng THACO Trường Hải khi di chuyển trên địa hình Tây Nguyên.
1.2.2 Giới thiệu chung về xe khách giường nằm hai tầng do công ty cổ phần ôtô Trường Hải (THACO) sản xuất.
Năm 2005, những chiếc xe khách đầu tiên đƣợc THACO lắp ráp chính
5 thức đưa ra thị trường với các loại xe Bus 55 chỗ ngồi BF106, xe Bus 60 chỗ BF090, xe khách 28 chỗ JB70, xe khách 35 chỗ JB80, JB86
Tiếp tục phát triển dòng sản phẩm xe Bus, đa dạng hơn về mẫu mã, năm
Năm 2006, THACO đã nhập khẩu linh kiện và lắp ráp các dòng xe Bus 35 chỗ KB80, KB88, xe Bus 47 chỗ KB110 và xe Bus Hyundai BH115 Trước nhu cầu ngày càng tăng về xe khách trên thị trường, cùng với yêu cầu cao hơn về kiểu dáng, chất lượng xe và dịch vụ hành khách, THACO đã cho ra mắt loại xe khách giường nằm đầu tiên tại Việt Nam vào cuối năm đó.
Năm 2006, xe mang nhãn hiệu KB120SE được sản xuất dựa trên khung, động cơ, hệ thống truyền động và hệ thống lái nhập khẩu từ tập đoàn ô tô KingLong Trung Quốc Đến đầu năm 2007, các doanh nghiệp vận tải hàng đầu tại Việt Nam đã đưa xe vào khai thác cho các tuyến vận tải khách đường dài, nhanh chóng chinh phục khách hàng nhờ vào sự tiện nghi, thoải mái và an toàn mà xe mang lại.
Thaco không ngừng cải tiến và nâng cao chất lượng sản phẩm, tập trung vào nghiên cứu và sản xuất dòng xe khách giường nằm cao cấp.
Xe HB 120SL mang thương hiệu Thaco-Mobihome được trang bị khung, động cơ, hệ thống truyền động, hệ thống phanh và hệ thống lái nhập khẩu từ tập đoàn ôtô Hyundai, Hàn Quốc.
+ Tổng thể xe khách giường nằm hai tầng Thaco
Hình 1.1: Tổng thể xe khách giường nằm hai tầng THACO
+ Đặc tính kỹ thuật cơ bản của ôtô khách giường nằm hai tầng THACO
* Các thông số cơ bản
Bảng 1.1 Thông số cơ bản của xe
STT Tên thông số Đơn vị Giá trị
1.1 Loại phương tiện - Ôtô khách giường nằm
1.3 Số loại - HYUNDAI HB120SL
2 Thông số về kích thước
2.1 Kích thước bao (Dài x Rộng x
2.2 Chiều dài cơ sở mm 6.150
2.5 Vệt bánh xe sau phía ngoài mm 2.200
2.6 Chiều dài đầu xe mm 2.630
2.7 Chiều dài đuôi xe mm 3.220
2.8 Khoảng sáng gầm xe mm 210
2.9 Góc thoát trước/sau độ 15/14
3 Thông số về trọng lượng
- Phân bố lên cầu trước
- Phân bố lên cầu sau kG kG kG
3.2 Số người cho phép (kể cả người lái) Người 40 (38 giường và 2 ghế) 3.3
- Phân bố lên cầu trước
- Phân bố lên cầu sau kG kG kG
4 Thông số về tính năng chuyển động
4.1 Tốc độ cao nhất của xe km/h 110
4.2 Độ vƣợt dốc lớn nhất (đầy tải) % 29,4
4.3 Quãng đường phanh của xe ở tốc độ 30km/h (đầy tải) m 7,5
4.4 Quãng đường phanh của xe ở tốc độ 30km/h (không tải) m 4,9
4.5 Gia tốc phanh ở 30km/h (đầy tải) m/s 2 5,7
4.6 Gia tốc phanh ở 30km/h (không tải) m/s 2 7,83
4.7 Bán kính quay vòng nhỏ nhất theo vết bánh xe trước ngoài m 10,4
5.1 Tên nhà sản xuất - HYUNDAI
04 kỳ, 06 xi lanh thẳng hàng, làm mát bằng nước, có tăng áp bằng turbo khí xả
5.3 Dung tích xy lanh cm 3 12.920
5.5 ĐK xilanh x hành trình Piston mm 133x 155
5.6 Công suất cực đại ps/rpm 410/1.900
5.7 Mô men xoắn lớn nhất kG.m/rpm 173/1.500
5.8 Phương thức cung cấp nhiên liệu - Phun dầu điện tử 5.9 Vị trí bố trí động cơ trên xe - Phía sau
6 Ly hợp - Đĩa đơn ma sát khô, dẫn động bằng thủy lực, trợ lực khí nén
7 Hộp số kiểu M12S5 (D.D) với c c t số truyền -
8 Trục c c đăng - Các đăng không đồng tốc, 1 trục
9 Dung tích thùng nhiên liệu lít 400
11.1 Cỡ lốp trước và sau inch 12R22.5
11.2 Áp suất lốp/ Tải trọng cho phép
+ Lốp trước (lốp đơn)/ 1 lốp
+ Lốp sau (lốp đôi)/ 1 lốp kPa/kG kPa/kG
Thông số về tính năng chuyển động
Tần số dao động riêng độc lập
Bảng 1.2: Trọng lƣợng và chiều cao trọng tâm của các chi tiết thành phần
Ký hiệu Tên gọi các thông số Gi(kG) hi(m)
Trọng lƣợng khung gầm có gắn động cơ 7.215 1.200
G kv Trọng lƣợng khung vỏ và sàn 4.520 2.070
G gn Trọng lượng giường nằm 1.140 2.300
G gh Trọng lƣợng ghế lái xe và ghế hướng dẫn viên 30 1.850
G dh Trọng lƣợng hệ thống điều hòa 200 3.400
G nl Trọng lƣợng nhiên liệu trong bình chứa 345 900
G 0 Trọng lƣợng bản thân của ô tô 13.710 h go =1,623
G Trọng lƣợng toàn bộ của ôtô 16.110 h g =1,694 ột số hệ thống v ộ ph n chính:
Treo trước kiểu phụ thuộc với 2 phần tử đàn hồi khí nén, 2 phần tử giảm chấn dạng ống thủy lực và các thanh cân bằng
Treo sau kiểu phụ thuộc với 4 phần tử đàn hồi khí nén, 4 phần tử giảm chấn dạng ống thủy lực và các thanh cân bằng
Phanh chính kiểu tang trống dẫn động bằng khí nén 2 dòng có ABS
Phanh dừng kiểu tang trống, lò xo tích năng tác dụng lên bánh xe
Phanh phụ đóng mở đường khí thải động cơ
Cơ cấu lái kiểu Trục vít-Êcu-Bi
Dẫn động cơ khí, trợ lực thủy lực
Tải trọng cho phép tác dụng lên cầu trước: 6.500 (kG)
Kết cấu dầm: dạng hình hộp
Tải trọng cho phép: 10.800 (kG)
- Bố trí trong khoang khách
Kính 2 bên thành xe, phía trước và sau đều lắp cố định, kính sử dụng là kính an toàn
Cửa hành khách 01 cửa đƣợc điều khiển bằng điện, đặt ở bên phải khoang điều khiển, có kích thước sử dụng là 2.040 x 770 (mm)
1.2.3 Đặc điểm đường tây nguyên
Theo TCVN 4054 -2005 các chỉ tiêu cho phép về độ dốc, về mặt bằng và mặt cắt dọc đƣợc thể hiện trong bảng (Bảng 1.3)
Bảng 1.3: Chỉ tiêu cho phép của độ dốc mặt đường
(km/h) ĐỘ DỐC LỚN NHẤT (%)
Bán kính quay vòng và độ nghiêng ngang của mặt đường
Bán kính quay vòng và độ nghiêng ngang của mặt đường là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự ổn định của ô tô khi di chuyển Sự tương quan giữa chúng có tác động trực tiếp đến độ nghiêng và nguy cơ lật xe trong quá trình quay vòng Theo quy định giao thông tại Việt Nam, độ nghiêng của đường cong chỉ được phép tối đa 4% nhằm đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông.
Theo quy chuẩn của đường ô tô Việt Nam, sự tương quan giữa tốc độ xe, bán kính cong của mặt đường và độ nghiêng của mặt đường được quy định rõ trong bảng 1.4.
Bảng 1.4: Tương quan bán kính cong và độ nghiêng mặt đường với tốc độ xe
TỐC ĐỘ TÍNH TOÁN (km/h) Độ nghiêng mặt đường (%)
Bảng 1.5: Hệ số bám của các loại đường khác nhau
Loại đường và tình trạng mặt đường Hệ số bám Đường nhựa hoặc bê tông
Đèo Bảo Lộc, nằm ở khu vực phía Nam, nổi bật với độ dốc 18% và bán kính quay vòng 10 m, cùng với góc tiếp tuyến 90 độ, tạo nên một vị trí đặc biệt trong hệ thống giao thông.
Đường Tây Nguyên nổi bật với nhiều khúc cua liên tục và những dốc dài, đặc biệt là đèo Sông Pha dài gần 19 km với nhiều khúc cua tay áo nguy hiểm Đèo Ngoạn Mục, với độ dốc trên 9% và độ cao dao động từ 200 – 980 m, được coi là cung đường đèo hiểm trở nhất miền Nam Việt Nam Bên cạnh đó, đèo Bảo Lộc dài 15 km với khoảng 107 khúc cua gấp và độ dốc cao, cùng với đèo Prenn dài 11 km thuộc tỉnh Lâm Đồng, tạo nên những thử thách thú vị cho các tay lái.
Bảng 1.6: Giá trị trung bình của hệ số cản không khí K, diện tích cản chính diện S và nhân tố cản không khí W đối với các loại ô tô
Loại xe C x S ( m 2 ) Ô tô du lịch
* Lý do lựa chọn đề tài nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu
Ứng dụng trong thiết kế ô tô khách chất lượng cao, bài viết đánh giá độ ổn định chuyển động quay vòng an toàn của ô tô giường nằm hai tầng THACO Trường Hải trên địa hình Tây Nguyên Việc nghiên cứu này giúp cải thiện tính an toàn và hiệu suất của xe, đáp ứng nhu cầu di chuyển của hành khách trong điều kiện địa hình khó khăn.
Cơ quan chức năng và người điều khiển phương tiện cần lưu ý về tính ổn định và an toàn của ô tô giường nằm hai tầng THACO Trường Hải khi di chuyển trên địa hình Tây Nguyên Để đảm bảo an toàn, cần có phương án giới hạn tốc độ và cải thiện chất lượng đường.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Xe khách giường nằm hai tầng THACO do công ty cổ phần ôtô Trường Hải
Nghiên cứu ổn định quay vòng, độ ổn định lật ngang của ô tô khách giường nằm hai tầng THACO Trường Hải khi lưu thông trên đèo bảo lộc.
Nội dung nghiên cứu
- Tính toán ổn định chuyển động của ô tô khi xe chạy trên đường đèo bảo lộc
- Đánh giá kết quả và đề xuất hướng cải thiện độ ổn định bằng hệ thống ESC.
Phương pháp và cơ sở vật chất phục vụ nghiên cứu
Nghiên cứu phân tích bằng lý thuyết và mô phỏng trên phần mềm MATLAB- SIMULINK
- Cơ sở vật chất phục vụ nghiên cứu:
Nhà máy sản xuất và lắp ráp ôtô khách của Công ty Cổ phần Ôtô Trường Hải, cùng với khu thử nghiệm ôtô và Trung tâm Cơ sở dữ liệu Khoa học – Công nghệ, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển ngành công nghiệp ôtô tại Việt Nam.
Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu này nhằm khảo sát và kiểm tra sự ổn định của xe chở khách giường nằm trên các đoạn đường đèo dốc Tây Nguyên, với hệ thống treo bằng khí nén và phanh ABS Mục tiêu là nâng cao tính ổn định của xe thông qua hệ thống ESC, đảm bảo an toàn trong vận hành trên mọi địa hình tại Việt Nam.
Các yếu tố ảnh hưởng tới ổn định chuyển động khi quay vòng
2.1.1 Biến dạng ngang và trƣợt ngang của bánh xe
* Bến dạng ngang và góc lêch hướng
Khảo sát sự lăn của bánh xe đàn hồi trong hai trường hợp có lực ngang tác dụng là rất quan trọng Khi xe chuyển động, bánh xe phải chịu tác động của lực ngang do nhiều yếu tố như gió ngang, đường mấp mô, và phanh trên đường trơn Những yếu tố này ảnh hưởng đến hiệu suất lăn của bánh xe và an toàn khi di chuyển.
Hình 2.1: Sơ đồ minh hoạ sự lăn của bánh xe đàn hồi:
Khi có lực ngang tác dụng lên bánh xe, các thớ lốp sẽ bị uốn cong và mặt phẳng giữa của bánh xe sẽ dịch chuyển so với tâm của vết tiếp xúc Khi bánh xe lăn, các điểm tiếp xúc trên lốp sẽ lần lượt chuyển động trên mặt đường, dẫn đến việc bánh xe lệch theo phương của lực tác dụng.
Trong quá trình lăn của bánh xe AA2, mặt phẳng quay vẫn giữ nguyên vị trí, tạo ra một góc lệch l với hướng chuyển động của bánh xe Đường tâm của vết tiếp xúc cũng tạo một góc với mặt phẳng quay Hiện tượng này được gọi là góc lăn lệch, trong khi góc được gọi là góc lệch bên.
Khi bánh xe lăn lệch, các phần tử lốp ở khu vực phía trước vết tiếp xúc bị biến dạng ngang ít hơn so với các phần tử ở phía sau Điều này dẫn đến phản lực ngang tại phần trước nhỏ hơn so với phần sau Hợp lực Y của các phản lực ngang, có trị số bằng F y, bị dịch chuyển ra phía sau so với tâm vết tiếp xúc một khoảng c 1.
Khi bánh xe đàn hồi lăn, lực ngang F y sẽ tác động thêm một mômen do sự dịch chuyển của phản lực X và Y so với tâm của vết tiếp xúc của lốp.
Góc lệch l của bánh xe phụ thuộc vào trị số của lực ngang và góc nghiêng của bánh xe so với mặt phẳng thẳng đứng Khi lực ngang F y tác động theo hướng nghiêng của bánh xe, góc lệch sẽ tăng lên, trong khi nếu lực tác động ngược lại, góc lệch sẽ giảm xuống.
Góc lệch l và lực ngang F y đƣợc biểu thị bằng biểu thức sau (khi trị số của F y nhỏ hơn lực bám ngang):
F y - lực ngang tác dụng lên bánh xe
Góc lệch hướng của bánh xe, hay còn gọi là góc lăn lệch, được ký hiệu là k α (N/độ) Hệ số chống lệch bên k α phụ thuộc vào kích thước lốp, cấu trúc và áp suất của lốp xe.
Khi ô tô di chuyển trên đường vòng, lực ly tâm sẽ tạo ra sự trượt ngang và lệch hướng cho xe Hiện tượng trượt ngang này xảy ra ở tất cả các bánh xe khi chúng vượt quá giới hạn bám của lốp với mặt đường Nếu sự trượt này xảy ra ở các bánh xe dẫn hướng, nó sẽ ảnh hưởng đến khả năng điều khiển của ô tô.
Khi ô tô di chuyển trên đường cong có bán kính lớn hơn mong muốn của người điều khiển, nếu bánh xe chủ động bị trượt ngang, xe sẽ chuyển động trên đường cong có bán kính nhỏ hơn Thông thường, hiện tượng trượt ngang chỉ xảy ra khi bánh xe lệch và lực ngang vượt quá giới hạn bám của lốp xe với mặt đường.
Khi hiện tượng trượt ngang chưa xảy ra, bánh xe có thể bị lệch so với quỹ đạo mà người điều khiển mong muốn Độ lệch này phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm lực ngang, độ bám ngang, phản lực pháp tuyến tại bánh xe, vận tốc ô tô và bán kính quay vòng của xe.
Đặc tính hướng đầy đủ của lốp xe bao gồm các quan hệ giữa góc lăn lệch (), độ trượt (), lực vòng (X), lực ngang (Y) và lực thẳng đứng (Z) Trong đó, mối quan hệ Y(X) với thông số góc lăn lệch là đặc tính hướng thường được sử dụng nhất, như được minh họa trong hình dưới đây.
Hình 2.2 minh họa đặc tính hướng của lốp diagonal, trong đó đặc tính Y(X) liên quan đến khả năng bám đường Khu vực bao quanh tất cả các đường cong có thể được xem là tập hợp các điểm véc tơ lực tiếp tuyến tối ưu trong vùng tiếp xúc Nếu giả định rằng hệ số bám không phụ thuộc vào hướng của tốc độ trượt trong khu vực tiếp xúc, điều này sẽ dẫn đến những khái niệm quan trọng trong nghiên cứu về lốp xe.
Bán kính Kamm R được xác định bởi công thức R = μsp.Z, trong đó μsp là hệ số bám chung cho mọi hướng Theo quan điểm này, giới hạn trượt dọc xảy ra khi X = μsp.Z, dẫn đến sự xuất hiện của lực ngang.
Hệ số bám ngang Y phải bằng không, cho thấy mặt đường không còn khả năng tiếp nhận lực ngang Tuy nhiên, thí nghiệm thực tế cho thấy hệ số bám ngang thường thấp hơn hệ số bám dọc và có sự khác biệt trong trường hợp kéo hoặc phanh Ngay cả khi trượt dọc hoàn toàn hoặc lăn với góc α = 0, lực ngang Y vẫn không bị triệt tiêu, chứng tỏ vẫn tồn tại một khả năng bám ngang nhất định.
Hình 2.3: Đặc tính hướng của lốp radial
2.1.3 Mô tả toán học đặc tính hướng
Tổng quát: Y = f(α) với Y là lực ngang tác dụng lên lốp xe, α là góc lệch hướng
Quan hệ này là phi tuyến và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như X, Z, φ và cấu tạo lốp Trong trường hợp không có đặc tính thực nghiệm, có thể áp dụng phương trình toán học để thực hiện các phép tính cần thiết.
Ổn định quay vòng của ô tô
Giả thiết là bánh xe không bị biến dạng và không bị trƣợt ngang
Hình 2.4: Quay vòng lý thuyết.
Khi Ô tô quay vòng với bán kính quay vòng lý thuyết R 0 để quá trình quay vòng là đúng (động lực học quay vòng đúng) thì:
- Tâm quay vòng lý thuyết O0 nằm trên trục kéo dài của cầu sau không điều khiển
- Các bánh xe bên ngoài và bên trong của cầu điều khiển (cầu trước) phải quay với góc β khác nhau (βn ≠ β t )
Với hai điều kiện nhƣ trên sẽ đảm bảo cho tất cả các bánh xe lăn trên các đường tròn đồng tâm O 0
Ta có biểu thức mô tả động học quay vòng đúng:
Khi quay vòng, lực ly tâm sẽ xuất hiện, gây ra biến dạng và trượt ngang ở bánh xe, do bánh xe là một phần tử đàn hồi Hệ quả là góc lệch hướng sẽ được hình thành.
Dưới tác động của góc lệch hướng, động học quay vòng của xe sẽ bị ảnh hưởng Để đơn giản hóa quá trình tính toán, chúng ta giả định rằng β n và β t là bằng nhau (β n = β t = β) và áp dụng mô hình một vết.
Với giả thiết trên quá trình quay vòng lý thuyết đƣợc mô tả lại
Hình 2.5: Quay vòng thực tế n t cotg cotg B
; R 0 là bán kính quay vòng lý thuyết
; F lt là lực ly tâm (lực ngang)
O là tâm quay vòng thực tế
R bán kính quay vòng thực tế
Sự khác biệt giữa bán kính quay vòng thực tế R và bán kính quay vòng lý thuyết R 0 là sự khác biệt giữa và và mối quan hệ giữa chúng
- Ảnh hưởng của góc lệch hướng đến quay vòng ô tô:
Hình 2.6: Quay vòng trung tính. Ở trạng thái này do nên gọi là trạng thái quay vòng trung tính
Thuận lợi cho việc điều khiển của người lái
- Ảnh hưởng của góc lệch hướng đến quay vòng ô tô:
Trong trường hợp này, quỹ đạo chuyển động của ô tô sẽ rộng hơn, do đó người lái cần phải đánh thêm vô lăng (tăng β) để duy trì quỹ đạo chuyển động theo ý muốn Trạng thái quay vòng này được gọi là trạng thái quay vòng thiếu.
- Ảnh hưởng của góc lệch hướng đến quay vòng ô tô:
Khi ô tô di chuyển theo quỹ đạo hẹp, người lái cần phải trả bớt vô lăng (giảm β) để duy trì quỹ đạo mong muốn Tình trạng này được gọi là trạng thái quay vòng thừa, khi việc trả bớt vô lăng không phù hợp với phản ứng tự nhiên của người lái, có thể gây nguy hiểm nếu diễn ra quá nhanh Do đó, đây là một trạng thái không mong muốn trong quá trình lái xe.
- Khi Ô tô chuyển động quay vòng 0 nên chịu tác động của lực ly tâm F lt hay lực gió ngang sẽ xuất hiện góc lệch hướng và nếu thì:
Chúng tôi tiến hành nghiên cứu sự biến đổi của các góc lệch hướng 1 và 2, đồng thời phân tích mối liên hệ của chúng với các thông số chuyển động như tốc độ, góc quay bánh lái và phản lực tiếp tuyến.
Sơ đồ nghiên cứu
Khảo sát tính điều khiển và ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô có thể thực hiện dễ dàng hơn bằng cách sử dụng mô hình phẳng một vết bánh xe, hay còn gọi là mô hình phẳng tuyến tính Mô hình này giúp phân tích và đánh giá hiệu quả của các yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo di chuyển của ô tô, từ đó nâng cao khả năng điều khiển và ổn định trong quá trình vận hành.
Khảo sát tác động của các ngoại lực trong hệ tọa độ xoy của xe, model phẳng
Trong khi di chuyển trên đường hệ số bám các bánh xe bên trái và bên phải sai lệch không đáng kể
Bề rộng ô tô nhỏ hơn chiều dài, với góc lệch hướng bên trái và bên phải gần như bằng nhau, đều là Hệ thống ESC đo lường độ trượt ngang của cầu trước và cầu sau trong quá trình quay vòng.
Vì những lý do đã nêu, việc sử dụng mô hình phẳng một vết ảnh hưởng của mô men xoay cầu là cần thiết Điều này cho phép tính toán riêng biệt lực phanh và lực kéo giữa hai bánh xe bên trái và bên phải của cầu xe.
2.3.2 Sơ đồ phẳng một vết a b
Hình 2.9: Sơ đồ phẳng một vết
Lực cản lăn tại bánh trước và bánh sau là: F f1 , F f2
Y 1 , Y 2 : là lực ngang tác dụng lên bánh xe
X 1 , X 2 : là các phản lực tiếp tuyến
M z ; mô men quán tính khi ô tô xoay quanh trục oz
Giả thiết khi ô tô đi qua đường vòng với vận tốc v=const
2.3.3 Các phương trình cân bằng
Theo trục Ox ta có:
Theo trục oy ta có:
F lt cos() - Y1 cos() – Y2=0 (2.4) Theo trục oz ta có:
Y 1 Cos().a - M z -Y 2 b =0 (2.5) Góc là của véc tơ lực ly tâm so với trục ngang của xe nó phụ thuộc vào trạng thái quay vòng và đƣợc xác định nhƣ sau:
Với R là bán kính quay vòng thực tế
Từ các phương trình : (2.4), (2.5), (2.11) ba phương trình chứa 3 ẩn số
Phản lực tiếp tuyến X 2 =F k -F f2 liên quan tới lực kéo F k của cầu sau
Lực cản lăn sinh ra do tác dụng của mặt đường lên các bánh xe Lực cản lăn đặt tại vị trí đặt lực F X
Lực cản lăn được hình thành bởi sự biến dạng của lốp và mặt đường, cùng với việc tạo ra vết bánh xe trên bề mặt đường Ngoài ra, ma sát giữa lốp và đường cũng góp phần vào lực cản này, đặc biệt là đối với bánh xe cầu trước.
(2.12) Đối với bánh xe cầu sau:
f: hệ số cản lăn của bánh xe
G: trọng lƣợng phân ra tại bánh xe
Hệ số cản lăn đƣợc chọn theo bảng:
Bảng 2.1: Thông số trọng tâm, khối lƣợng, hệ số trƣợt của xe khi không tải
Loại lốp Xe du lịch Xe tải
Bảng 2.2: Thông số trọng tâm, khối lƣợng, hệ số trƣợt của xe khi không tải
Stt Tên gọi các thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Chiều dài cơ sở của xe l 6.150 mm
2 Khảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trước a 3.840 mm
3 Khảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau b 2.310 mm
4 Chiều cao tọa độ trọng tâm h go 1.623 mm
5 Khối lƣợng ô tô khi không tải m 0 13.710 kg
Bảng 2.3: Thông số trọng tâm, khối lƣợng, hệ số trƣợt của xe khi có tải
Stt Tên gọi các thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
1 Chiều dài cơ sở của xe l 6.150 mm
2 Khảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trước a 3.818 mm
3 Khảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau b 2.332 mm
4 Chiều cao tọa độ trọng tâm h g 1.694 mm
5 Khối lƣợng ô tô khi có tải m 16.110 kg Đối với xe THACO hai tầng ta có
Khi ô tô di chuyển, áp suất không khí xung quanh bề mặt xe thay đổi, dẫn đến sự hình thành các dòng xoáy khí ở phía sau và tạo ra ma sát giữa không khí và bề mặt xe Lực ma sát này được gọi là lực cản không khí Lực cản không khí khi ô tô chuyển động có thể được xác định thông qua một biểu thức thực nghiệm.
S: diện tích cản chính diện của ô tô, là diện tích hình chiếu trong mặt phẳng vuông góc với trục dọc của ô tô đơn vị là m 2
v: là vận tốc của ô tô khi quay vòng
C x hệ số cản không khí
Ta có thông số tại vị trí đèo Bảo Lộc có bán kính quay vòng nhỏ nhất của cung đường là 10m và lúc đó
Hình 2.10: Góc đánh lái lớn nhất
(2.18) góc đánh lái lớn nhất @ 0
Mô men quán tính M Z được xác định bởi công thức (2.19), trong đó I z đại diện cho mô men quán tính khối lượng của xe, phụ thuộc vào cấu tạo của xe Gia tốc góc xoay của trục dọc xe xung quanh trục oz đi qua trọng tâm T cũng là yếu tố quan trọng Khi giả thiết = 0, điều này có nghĩa là trục dọc xe xoay đều.
(2.20) Các quan hệ về đặc tính hướng theo (2.1) ta có:
Độ cứng hướng cơ sở (u*) phản ánh góc lệch hướng do biến dạng ngang của lốp, và nó phụ thuộc vào cấu tạo, áp suất lốp cũng như tải trọng pháp tuyến.
Trong đó: K = 600 - 700 với lốp diagonal
650 – 800 với lốp radial r – bán kính hình học bánh xe [m] Đối với ô tô THACO ta có: r=0,59 m; s=0,3 m; p= 0,83 Mpa; chọn Kp0
Ta có hệ phương trình (I)
TẦNG
Xét tính ổn định khi quay vòng
Để ô tô quay vòng ổn định với vận tốc 7 km/h (tương đương 1,94 m/s), cần đảm bảo rằng bán kính quay vòng là 10m Điều này tương ứng với góc đánh lái lớn nhất và góc quay bánh lái khoảng 0 độ, trong khi hệ số bám mặt đường là 0,5.
Để tính toán tốc độ tương đối của ô tô khi di chuyển qua các góc cua, trước tiên chúng ta chọn vận tốc v% km/h Tiếp theo, chúng ta khảo sát nhiều vận tốc khác nhau cùng với hệ số bám của các cầu xe và sự thay đổi của các góc đánh lái Đối với mỗi trường hợp, chúng ta sẽ vẽ một đồ thị để thể hiện kết quả.
Chọn ô tô đầy tải m.110kg là phù hợp với giao thông vùng Tây Nguyên và cũng phù hợp với giao thông Việt Nam
Giải hệ phương trình với phần mềm matlap ta được
% giai he phuong trinh dùng solve
% khai bao ben v=7; l= 6.15; fw4.2; beta=((pi*40)/180); a=3.818; b=2.332;
Ff2)43.38; x1= 1797.79; m110; syms anpha1 anpha2 Fk pt1=(Fk-2943.38)-(((-16110*7^2)*((tan(((pi*40)/180)- anpha1)+tan(anpha2)))/6.15)*sin(3.818*(((pi*40)/180)+an pha2-anpha1))/6.15-(((pi*40)/180)+anpha1))-
(((anpha1^2)*2.7*10^8+(anpha1^3)*1.38*10^10)*sin(((pi*4 0)/180))-1797.79*cos(((pi*40)/180))-285.55); pt2=(((16110*7^2)*((tan(((pi*40)/180)- anpha1)+tan(anpha2)))/6.15)/6.15)*cos((3.818*(((pi*40)/ 180)+anpha2-anpha1))/6.15-(((pi*40)/180)+anpha1))-
(((anpha1^2)*2.7*10^8+(anpha1^3)*1.38*10^10)*cos(((pi*4 0)/180))-((anpha2^2)*4.4*10^8+(anpha2^3)*3.5*10^10)); pt3=((anpha1^2)*2.7*10^8+(anpha1^3)*1.38*10^10)*cos((pi
[Fk, anpha1, anpha2]= solve(pt1, pt2, pt3)
Nhận xét : Ở tốc độ này góc α1> α2 ô tô quay vòng thiếu và không gây khó chịu cho người điều khiển
3.1.1 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo v khi cho @ 0 , và =0,5
Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của xe chọn để tính toán và mô phỏng α 1 , α 2 theo v Đặc tính kỹ thuật Ký hiệu Thông số Đơn vị
Loại xe Xe khách hai tầng THACO Trường Hải
Kích thước xe L 0 xB 0 xH 0 12.000x2.500x3.700 mm
Chiều dài cơ sở L 6.150 mm
Chiều rộng cơ sở B 2.200 mm
Khoảng cách từ trục bánh xe trước đến trọng tâm a 3,818 m
Khoảng cách từ trục bánh xe sau đến trọng tâm b 2,332 m
Hình 3.1: Đồ thị góc lệch hướng theo vận tốc rad
Góc lệch hướng 1 luôn lớn hơn 2 trong khoảng vận tốc từ 0 đến 50 m/s, cho thấy ô tô có tính quay vòng thiếu Điều này đảm bảo sự ổn định cho người điều khiển.
- Hiệu số góc lệch hướng 1 - 2 càng tăng khi vận tốc ô tô càng tăng Tương ứng là hiện tượng quay vòng thiếu tăng khi tốc độ ô tô tăng
3.1.2 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo hệ số bám khi cho @ 0 , và v=7m/s,
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật của xe chọn để tính toán và mô phỏng α 1 , α 2 theo Đặc tính kỹ thuật Ký hiệu Thông số Đơn vị
Loại xe Xe khách hai tầng THACO Trường Hải
Kích thước xe L 0xB 0 xH 0 12.000x2.500x3.
Chiều dài cơ sở L 6.150 mm
Chiều rộng cơ sở B 2.200 mm
Khoảng cách từ trục bánh xe trước đến trọng tâm a 3,818 m
Khoảng cách từ trục bánh xe sau đến trọng tâm b 2,332 m
Hình 3.2: Đồ thị góc lệch hướng theo hệ số bám
Theo đồ thị (α-φ), góc lệch hướng α1 luôn lớn hơn α2 trong khoảng hệ số bám φ với vận tốc v = 7 m/s Điều này cho thấy ô tô có tính quay vòng thiếu, đảm bảo sự ổn định cho người điều khiển.
3.1.3 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo hệ số bám khi cho @ 0 , và vm/s,
Hình 3.3: Đồ thị góc lệch hướng theo hệ số m (khi v m/s) rad
Theo đồ thị (α-ϕ), góc lệch hướng α1 luôn lớn hơn α2 trong khoảng hệ số bám ϕ với vận tốc v = 14 m/s Điều này cho thấy ô tô luôn có tính quay vòng thiếu, đảm bảo sự ổn định cho người điều khiển.
3.1.4 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo hệ số bám khi cho @ 0 , và v(m/s,
Hình 3.4: Đồ thị góc lệch hướng theo hệ số bám khi v(m/s
Theo đồ thị (-), góc lệch hướng 1 luôn lớn hơn 2 trong khoảng hệ số bám với vận tốc 28 m/s Điều này cho thấy ô tô luôn có tính quay vòng thiếu, và khi tốc độ tăng lên, độ quay vòng thiếu cũng tăng theo.
3.1.5 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo hệ số bám khi cho @ 0 , và v6m/s,
Hình 3.5: Đồ thị góc lệch hướng theo hệ số bám khi v6m/s
Theo đồ thị (-), góc lệch hướng 1 luôn lớn hơn 2 trong khoảng hệ số bám với tốc độ v = 36 m/s Điều này cho thấy ô tô có tính quay vòng thiếu, và độ quay vòng thiếu này tăng lên khi tốc độ cao hơn Điều này đảm bảo sự ổn định cho người điều khiển.
3.1.6 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo v hệ khi số bám 1 =0,2, 2 =0,9 khi cho @ 0
Hình 3.6: Đồ thị góc lệch hướng theo v khi số bám 1 =0,2, 2 =0,9
Theo đồ thị (-v), góc lệch hướng 1 luôn lớn hơn 2 khi hệ số bám 1 = 0,2 và 2 = 0,9 Điều này cho thấy ô tô có xu hướng quay vòng thiếu, và hiện tượng này càng trở nên rõ rệt hơn khi tốc độ tăng cao.
3.1.7 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo v hệ khi số bám 1 =0,9, 2 =0,2 khi cho @ 0
Hình 3.7: Đồ thị góc lệch hướng theo theo v hệ khi số bám 1 =0,9, 2 =0,2 khi cho @ 0 Nhìn vào đồ thị (-v) với hệ số bám 1 =0,9, 2 =0,2 ta thấy:
Góc lệch hướng 1 lớn hơn 2 khi vận tốc ô tô v12 (m/s) ô tô có tính quay vòng thừa
3.1.8 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo v khi cho 5 0 , và 1 =0,2,
Hình 3.8: Đồ thị góc lệch hướng theo theo v hệ khi số bám 1 =0,9, 2 =0,2 khi cho 5 0
Theo đồ thị (-v), góc lệch hướng 1 luôn lớn hơn 2 với hệ số bám 1 = 0,2 và 2 = 0,9 Khi cho 5 0, ô tô thường gặp tình trạng quay vòng thiếu, và độ quay vòng thiếu này tăng lên khi tốc độ tăng Điều này cần được đảm bảo để duy trì sự ổn định cho người điều khiển.
3.1.9 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo v khi cho 5 0 , và 1=2=0,2
Hình 3.9: Đồ thị góc lệch hướng theo theo v hệ khi số bám 1 = 2 =0,2 khi cho
Theo đồ thị (α-v), góc lệch hướng α1 luôn lớn hơn α2 khi hệ số bám là φ1 = φ2 = 0,2 Điều này cho thấy rằng với góc β50, ô tô có xu hướng quay vòng thiếu, và hiện tượng này gia tăng khi tốc độ di chuyển cao hơn.
3.1.10 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo v khi cho 5 0 , và 1=2=0,4
Đồ thị góc lệch hướng theo hệ v cho thấy rằng khi số bám 1 = 2 = 0,4 và 5 = 0, góc lệch hướng 1 luôn lớn hơn 2 Điều này chỉ ra rằng ô tô có tính quay vòng thiếu, và hiện tượng này gia tăng khi tốc độ tăng lên Việc này đảm bảo ổn định cho người điều khiển.
3.1.11 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo v khi cho 5 0 , và 1=2=0,6
Trong đồ thị góc lệch hướng theo hệ thống v, khi số bám là 1 = 2 = 0,6 và cho 5 = 0, góc lệch hướng 1 luôn lớn hơn 2 Điều này cho thấy ô tô có tính quay vòng thiếu, và khi tốc độ tăng, độ quay vòng thiếu cũng gia tăng Việc này cần được đảm bảo để giữ ổn định cho người điều khiển.
3.1.12 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo v khi cho 5 0 , và 1=2=0,8
Trong đồ thị góc lệch hướng theo hệ v, khi số bám 1 = 2 = 0,8 và cho 5 = 0, góc lệch hướng 1 luôn lớn hơn 2 Điều này cho thấy ô tô có tính quay vòng thiếu, và khi tốc độ tăng lên, độ quay vòng thiếu cũng gia tăng Việc này cần được đảm bảo để duy trì sự ổn định cho người điều khiển.
3.1.13 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo v khi cho 0 0 , và 1=2 =0,8
Hình 3.13 : Đồ thị góc lệch hướng theo theo v hệ khi số bám 1 =0,8, 2 =0,8 khi cho 0 0
Góc lệch hướng 1 luôn lớn hơn 2 khi hệ số bám 1 = 2 = 0,8, cho thấy rằng ô tô có tính quay vòng thiếu khi 0 0 Đặc biệt, ở tốc độ cao, độ quay vòng thiếu càng gia tăng, điều này cần được đảm bảo để duy trì ổn định cho người điều khiển.
3.1.14 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo v khi cho 0 0 , và 1=2=0,6
Trong hình 3.14, đồ thị thể hiện góc lệch hướng theo vận tốc v với hệ số bám 1 = 2 = 0,6 và 0 = 0 Từ đồ thị (-v), có thể nhận thấy rằng góc lệch hướng 1 luôn lớn hơn 2 Khi ô tô di chuyển, hiện tượng quay vòng thiếu xảy ra, và mức độ quay vòng thiếu này gia tăng khi tốc độ tăng Điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc đảm bảo ổn định cho người điều khiển.
3.1.15 Xét góc lệch hướng α 1 , α 2 theo v khi cho 0 0 , và 1=2=0,4
Nhận xét
- Khi ô tô di chuyển với hệ số trên đường mà lốp xe trước 1 =0,9 lốp xe sau
2 =0,2 thì người điều khiển nên cho ô tô chạy với vận tốc 0 khi vận tốc ô tô 12m/s vận tố ô tô càng lớn thì quay vòng thừa càng tăng
Để đảm bảo ô tô khách hai tầng giường nằm THACO Trường Hải hoạt động an toàn trên đường Tây Nguyên, cần khắc phục hiện tượng quay vòng thừa và quay vòng thiếu Điều này yêu cầu can thiệp vào hệ thống phanh và hệ thống lái, nhằm giảm thiểu sai số giữa các góc quay Trong số nhiều phương án khả thi, bài viết sẽ tập trung khảo sát việc can thiệp vào hệ thống phanh kết hợp với hệ thống ESC.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống cân bằng điện tử ESC
Hệ thống ESC hoạt động bằng cách điều khiển ổn định thùng xe thông qua việc điều chỉnh lực phanh cho từng bánh xe, sử dụng công nghệ phanh chống bó cứng ABS.
Xe THACO do công ty Trường Hải sản xuất được trang bị hệ thống phanh chống bó cứng ABS, nhưng chưa có hệ thống ESC Hệ thống ESC can thiệp vào ba trường hợp chính gây mất ổn định và trượt của ô tô: quay vòng thiếu, quay vòng thừa và trượt quay, thường xảy ra khi bánh xe bị trượt Trong từng trường hợp, ESC phân tích và điều chỉnh mức độ can thiệp Đối với quay vòng thiếu và quay vòng thừa, hệ thống ESC cần xác định tình trạng trượt của xe để điều chỉnh lực phanh lên từng bánh xe Sự điều chỉnh này dựa trên biên dạng trượt đã được lưu trong bộ nhớ Khi phát hiện sự tương đồng với các trường hợp đã lưu, ESC sẽ dự đoán phản hồi của xe và tác động lực phanh mạnh hơn để cải thiện tình trạng ổn định.
- Trường hợp quay vòng thiếu
Quay vòng thiếu xảy ra khi một hoặc hai bánh xe của cầu xe bị trượt, dẫn đến phản hồi chậm từ tài xế và xe bắt đầu trượt về phía trước Ví dụ minh họa cho hiện tượng này là khi chiếc xe rẽ trái với đích đến mong muốn ở vị trí A, nhưng do tác động của quay vòng thiếu, sự trượt của cầu trước khiến xe hiện tại lại ở vị trí B.
Hình 4.1: Vị trí xe trong trường hợp quay vòng thiếu
Thử nghiệm không tải cho thấy phần lớn nguyên nhân gây ra hiện tượng quay vòng thiếu là do bánh xe trước bị trượt Trong thực tế, hiện tượng này thường xảy ra khi xe di chuyển qua khúc cua gấp với tốc độ cao, dẫn đến lực ly tâm lớn, hoặc khi đánh lái trong khi phanh, khiến bánh xe ở giới hạn bám.
Khi xe quay vòng với tốc độ cao, đường màu xanh thể hiện trạng thái trước khi hệ thống ESC can thiệp, trong khi đường màu đỏ thể hiện trạng thái khi ESC hoạt động Hệ thống nhận biết rằng xe không rẽ trái như mong muốn và điều chỉnh lực phanh cho cả bánh trái phía trước và phía sau Tuy nhiên, bánh trước bên trái có nguy cơ trượt do tải trọng giảm, vì vậy ESC chọn bánh sau bên trái để phanh và ổn định xe.
Hệ thống ESC phản hồi khác nhau trong trường hợp mô phỏng quay vòng thiếu, cho thấy sự không liên tục trong phản hồi của nó.
Trong tình huống đặc biệt khi xe quay vòng dưới tác động của lực phanh lớn, khối lượng của xe sẽ di chuyển từ bánh sau lên bánh trước Điều này dẫn đến sự thay đổi trong lực phanh, ảnh hưởng đến khả năng kiểm soát và an toàn của xe trong quá trình phanh.
Khi xe quay vòng, lực phanh cần được giảm để duy trì sự ổn định hướng Điều này liên quan đến việc điều chỉnh lực phanh dựa trên đường kính của vòng tròn lực, giúp xe không bị mất kiểm soát trong quá trình quay.
Hình 4.2: Phản ứng của hệ thống ESC khi xe trong trường hợp quay vòng thiếu
Tóm lại, theo nguyên lý lý thuyết quay vòng thiếu, trạng thái góc lệch hướng xảy ra khi cầu trước trượt ngang nhiều hơn cầu sau Để khắc phục tình trạng này, các giải pháp được đề xuất nhằm cân bằng sự chênh lệch giữa cầu trước và cầu sau.
Trường hợp đánh lái thừa xảy ra khi một hoặc nhiều bánh sau bị trượt, dẫn đến đuôi xe bị quăng nhẹ và đầu xe khó điều khiển Ví dụ về hiện tượng này là khi xe chuyển hướng sang trái với điểm dừng dự kiến ở vị trí A, nhưng do ảnh hưởng của quay vòng thừa và sự văng đuôi, xe cuối cùng lại dừng ở vị trí B.
Trong thực tế, hiện tượng quay vòng thừa thường xảy ra khi có sự thay đổi trọng lượng đột ngột, do tác động của việc đánh lái hoặc tăng tốc trong quá trình đánh lái gấp.
Hình 4.3: Vị trí xe trong trường hợp quay vòng thừa
Hệ thống ESC (Electronic Stability Control) có tác động quan trọng trong việc kiểm soát quá trình quay vòng thừa của xe, như được minh họa trong hình 4.3 Đường màu xanh đại diện cho trạng thái của xe trước khi ESC can thiệp, trong khi đường màu đỏ thể hiện sự điều chỉnh của hệ thống Khi xe quay sang trái vượt quá mong muốn của người lái, ESC sẽ tăng cường lực phanh cho bánh trước và sau bên phải để tạo ra mô men xoay ngược lại Tuy nhiên, bánh sau bên phải có nguy cơ trượt cao, nên việc tăng lực phanh ở đây có thể làm tình trạng trượt trở nên nghiêm trọng hơn Do đó, việc phanh bánh trước bên phải là lựa chọn tối ưu để duy trì sự ổn định cho xe.
Hình 4.4: Phản ứng của hệ thống ESC khi xe trong trường hợp quay vòng thừa
Trong trường hợp quay vòng và phanh, hệ thống ESC phản hồi thường xuyên đối với tình huống quay vòng thừa Khi xe phanh, khối lượng di chuyển từ bánh sau lên bánh trước, dẫn đến giảm lực thẳng đứng trên bánh sau tương ứng với đường kính của vòng tròn lực Do đó, giảm lực phanh ở cầu sau trở thành giải pháp hiệu quả để điều chỉnh tình trạng quay vòng thừa.
Trượt quay xảy ra khi một hoặc nhiều bánh xe ở cùng một bên của xe di chuyển trên mặt đường khác nhau, dẫn đến những phản ứng bất thường của xe Điều này buộc người lái phải điều chỉnh tay lái nhiều hơn hoặc ít hơn so với mong muốn Xe có thể quay vòng mà không cần sự tác động từ vô lăng Ví dụ minh họa cho hiện tượng này là khi xe di chuyển thẳng về phía trước với mục tiêu đến vị trí A, nhưng do sự khác biệt mặt đường, xe bắt đầu quay quanh trọng tâm và kết thúc ở vị trí B.
Hình 4.5: Vị trí xe trong trường hợp trượt quay
Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng trượt quay là do sự khác biệt giữa bề mặt đường mà hai bên bánh xe tiếp xúc Một số loại mặt đường như đường bang hoặc đường ướt có hệ số bám thấp, trong khi các mặt đường khác có thể chứa đá sỏi hoặc vũng nước, làm cho bánh xe bị dính Sự không đồng nhất về mặt đường giữa hai bên xe là yếu tố chính dẫn đến tình trạng trượt quay.
Ý nghĩa ngiên cứu hệ thống ESC
Dựa trên cơ sở lý thuyết về đặc tính trượt, đặc tính hướng, ổn định quay vòng và các phương trình liên quan, có thể rút ra những nhận xét quan trọng về sự ổn định và hiệu suất của hệ thống.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định của xe khi xe quay vòng là một hàm các yếu tố f(X, Y, Z, F lt , v, , α, …)
- Để xe chuyển động ổn định, cần phải điều chỉnh các yếu tố: X, Y, Z, F lt , v, , α, … trong giới hạn cho phép
Khi mô phỏng hệ thống ESC, việc điều chỉnh thông số X là cần thiết để ổn định xe Thông số X đại diện cho phản lực tiếp tuyến, được xác định từ tổng hợp các lực tác động lên xe Do đó, việc điều chỉnh thông số X đồng nghĩa với việc điều chỉnh các thông số liên quan khác trong hệ thống.
Các cảm biến gia tốc dọc và ngang của thân xe, cùng với cảm biến tốc độ bánh xe, thu thập tín hiệu để xác định trạng thái chuyển động thực tế ECU sẽ so sánh kết quả này với góc quay vô-lăng, từ đó đưa ra lệnh điều khiển phanh hoặc giảm công suất động cơ, giúp xe nhanh chóng trở về trạng thái mong muốn của tài xế.
Hệ thống cân bằng điện tử (ESC) hoạt động chặt chẽ với hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), cho phép phanh độc lập từng bánh xe Mọi xe được trang bị ESC đều có hệ thống phanh ABS, nhưng không phải xe nào có ABS cũng có ESC.
Cân bằng điện tử (ESC) sử dụng mô-đun điều khiển thủy lực tương tự như hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), nhưng có sự khác biệt quan trọng Trong khi ABS chỉ kiểm soát hoặc giảm áp suất dầu phanh tác động lên xi-lanh phanh, ESC không chỉ thực hiện hai chức năng này mà còn có khả năng tăng áp suất dầu vào các khu vực cần thiết để tạo ra lực phanh chênh lệch giữa các bánh xe khi cần thiết.
Việc ứng dụng cải tiến hệ thống phanh ABS kết hợp với ESC sẽ nâng cao độ tin cậy cho ô tô khi di chuyển trên đường đèo khu vực Tây Nguyên Hệ thống này giúp tăng tính ổn định khi quay vòng bằng cách can thiệp vào hệ thống phanh, hạn chế tình trạng trượt ở một bánh xe, từ đó giảm thiểu sự quay vòng thừa hoặc thiếu của ô tô khách hai tầng trên địa hình khó khăn.
Thiết kế hệ thống ESC cho xe khách 2 tầng
Trên xe khách hai tầng, hiện tượng quay vòng thừa và thiếu do lực ly tâm xảy ra khi xe quay vòng Hệ thống ESC sẽ điều chỉnh bằng cách sử dụng lực kéo tiếp tuyến bên trái và bên phải của cầu sau để khắc phục những vấn đề này, đảm bảo xe vận hành ổn định hơn trong các tình huống quay vòng.
Khi có mô men quán tính Mz xuất hiện, lực phanh sẽ được áp dụng từng bánh xe để tạo ra mô men MΔ Mục đích của lực phanh này là chống lại mô men quán tính Mz nhằm đảm bảo sự ổn định cho phương tiện.
(4.1) Giả thiết nếu ô tô quay vòng thì phương trình mo mên theo trục oz được viết lại
Hình 4.7: Sơ đồ lực tác dụng lên cầu sau
