Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu mô phỏng an toàn chuyển động vượt của ô tô

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu mô phỏng an toàn chuyển động vượt ô tô, phân tích các yếu tố ảnh hưởng và đề xuất giải pháp cải thiện.

• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng
• Trường học: Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu mô phỏng an toàn khi ô tô vượt xe
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.3. Mục đích của đề tài
• 1.4. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
• 1.4.1. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.4.2. Giới hạn đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Sự lăn của bánh ô tô và các loại bán kính bánh ô tô
• 2.1.1. Khái niệm về sự trượt của bánh ô tô và bán kính lăn rl
• 2.1.2. Bán kính tính toán r
• 2.2. Các quan hệ động học bánh ô tô khi phanh
• 2.2.1. Khái niệm về tốc độ trượt và độ trượt
• 2.2.2. Đặc tính trượt
• 2.2.3. Tính chất ổn định của ô tô chuyển động thẳng
• 2.2.4. Ổn định chuyển động trong mặt cắt dọc
• 2.2.5. Tính chất ổn định động trong mặt cắt ngang
• 2.2.5.1. Khi ô tô chuyển động thẳng trên mặt đường nghiêng ngang
• 2.2.5.2. Khi ô tô chuyển động thẳng trên mặt đường nghiêng ngang
• 2.2.6. Tính chất ổn định của ô tô khi quay vòng
• 2.2.6.1. Tính ổn định của ô tô khi chuyển động quay vòng trên đường nằm ngang. Xét ổn định theo điều kiện trượt bên. Xét ổn định theo điều kiện lật đổ
• 2.2.6.2. Ảnh hưởng của điều kiện mặt đường đến góc quay vòng giới hạn
• 2.2.6.3. Ảnh hưởng tính đàn hồi của lốp ô tô đến sự quay vòng
• 2.2.6.3.1. Sự quay vòng của ô tô có lốp cứng
• 2.2.6.3.2. Sự quay vòng của ô tô có lốp đàn hồi
• 2.2.7. Tính chất ổn định ô tô khi phanh
• 2.2.7.1. Các bánh ô tô ở cầu sau bị hãm cứng khi phanh
• 2.2.7.2. Các bánh ô tô cầu trước bị hãm cứng khi phanh
• 2.2.7.3. Ổn định của ô tô khi phanh nếu các lực phanh phân bố không đều
• 2.2.8. An toàn giao thông khi vượt ô tô khác theo tiêu chuẩn cục đường bộ
• 2.2.8.1. Điều kiện vượt
• 2.2.8.2. Một số cần lưu ý khi vượt ô tô an toàn (theo BATGTQG)
• 2.2.8.3. Đánh giá yếu tố khách quan điều kiện vượt
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH THỰC TẾ CHO CHUYỂN ĐỘNG VƯỢT Ô TÔ BÁN TẢI FORD-RANGER
• 3.1. Các thông số kỹ thuật của ô tô FORD - RANGER
• 3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng chuyển động ô tô
• 3.2.1. Thông số cản lăn
• 3.2.2. Nhân tố cản không khí
• 3.2.3. Bán kính làm việc trung bình của bánh ô tô
• 3.3. Xây dựng phương trình cân bằng lực kéo của động cơ
• 3.3.1. Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ
• 3.3.2. Tính toán xây dựng lực kéo tiếp tuyến ở bánh ô tô chủ động
• 3.4. Tính toán tính ổn định của ô tô FORD RANGER
• 3.4.1. Xác định các thông số của ô tô
• 3.4.2. Tính toán ổn định dọc
• 3.4.3. Tính toán ổn định ngang của ô tô
• 3.5. Tính toán chuyển động vượt theo chỉ tiêu khi quay vòng của ô tô FORD RANGER
• 3.5.1. Xác định bán kính quay vòng Rv theo tốc độ trượt khi vượt V2 < Vmax
• 3.5.2. Ảnh hưởng của lực li tâm trong trường hợp ô tô quay vòng khi phanh
• 3.6. Tính toán chuyển động vượt theo chỉ tiêu khi phanh của ô tô FORD RANGER
• 3.6.1. Xác định lực và momen phanh
• 3.6.2. Quy luật thay đổi của các thông số khi phanh có ABS
• 3.6.2.1. Đối với cầu trước
• 3.6.2.2. Đối với cầu sau
• 3.6.3. Thời gian giảm tốc khi phanh không bị hãm cứng
• 3.6.4. Quá trình phanh ô tô
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI VƯỢT
• 4.1. Quãng đường vượt
• 4.2. An toàn khi vượt khi chuyển động ngược chiều (trường hợp ít xảy ra trên thực tế)
• 4.3. An toàn khi vượt khi chuyển động cùng chiều
• 4.4. Ổn định khi chuyển động
• 4.5. Xây dựng mô phỏng
• 4.5.1. Mô hình phẳng tổng quát
• 4.6. Kết quả mô phỏng khi chuyển động vượt của ô tô
• 4.6.1. Mô hình vượt tốc độ 80 (km/h) < Vmax=140 (km/h)
• 4.6.2. Mô hình vượt tốc độ 120 (km/h) = Vtcvn < Vmax=140 (km/h)
• 4.6.3. Mô hình vượt tốc độ 140 (km/h) = Vmax (140 km/h)
• 4.6.4. Đánh giá quá trình vượt an toàn theo S, V
• 4.6.5. Đánh giá quá trình vượt an toàn điều khiển chuyển động
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN
• 5.1. Nhận xét về đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu mô phỏng an toàn ô tô vượt xe

Nghiên cứu mô phỏng an toàn khi ô tô vượt xe là một lĩnh vực quan trọng trong an toàn giao thông. Việc vượt xe an toàn không chỉ phụ thuộc vào kỹ năng của tài xế mà còn vào các yếu tố kỹ thuật và công nghệ hỗ trợ. Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá và cải thiện an toàn trong quá trình vượt xe, đặc biệt là trong các tình huống khó khăn như trời tối hoặc thời tiết xấu.

1.1. Tình hình nghiên cứu an toàn giao thông hiện nay

Nghiên cứu an toàn giao thông đã được thực hiện rộng rãi trên thế giới. Các nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển các hệ thống hỗ trợ lái xe, như cảnh báo va chạm và hệ thống phanh tự động. Những công nghệ này giúp giảm thiểu rủi ro khi vượt xe.

1.2. Tầm quan trọng của mô phỏng trong nghiên cứu an toàn

Mô phỏng là công cụ mạnh mẽ giúp các nhà nghiên cứu đánh giá các tình huống giao thông phức tạp. Bằng cách sử dụng phần mềm mô phỏng, có thể phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn khi ô tô vượt xe, từ đó đưa ra các giải pháp hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong việc vượt xe an toàn

Việc vượt xe an toàn gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong điều kiện giao thông phức tạp. Các yếu tố như tốc độ, khoảng cách an toàn và tầm nhìn đều ảnh hưởng đến khả năng vượt xe. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố này để đưa ra giải pháp cải thiện an toàn.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến an toàn khi vượt xe

Các yếu tố như tốc độ của xe, khoảng cách giữa các xe và điều kiện thời tiết đều có ảnh hưởng lớn đến an toàn khi vượt. Việc hiểu rõ các yếu tố này giúp tài xế đưa ra quyết định chính xác hơn.

2.2. Rủi ro khi vượt xe trong điều kiện khó khăn

Khi điều kiện thời tiết xấu hoặc tầm nhìn hạn chế, rủi ro khi vượt xe tăng cao. Nghiên cứu sẽ chỉ ra các tình huống cụ thể và cách thức giảm thiểu rủi ro trong những trường hợp này.

III. Phương pháp nghiên cứu mô phỏng an toàn ô tô vượt xe

Để nghiên cứu mô phỏng an toàn khi ô tô vượt xe, các phương pháp tính toán và mô phỏng sẽ được áp dụng. Sử dụng phần mềm như LabVIEW và CarSim, nghiên cứu sẽ xây dựng các mô hình mô phỏng để đánh giá an toàn trong các tình huống khác nhau.

3.1. Tính toán các thông số động học của ô tô

Các thông số động học như tốc độ, gia tốc và lực phanh sẽ được tính toán để xác định khả năng vượt xe an toàn. Những thông số này là cơ sở để xây dựng mô hình mô phỏng.

3.2. Mô phỏng quỹ đạo chuyển động vượt xe

Mô phỏng quỹ đạo chuyển động vượt xe sẽ được thực hiện bằng phần mềm CarSim. Qua đó, có thể đánh giá được tính ổn định và an toàn của ô tô trong quá trình vượt.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp những thông tin quý giá về an toàn khi ô tô vượt xe. Những mô hình mô phỏng sẽ giúp các nhà sản xuất ô tô và cơ quan quản lý giao thông đưa ra các giải pháp cải thiện an toàn giao thông.

4.1. Đánh giá tính an toàn khi vượt xe

Kết quả mô phỏng sẽ cho thấy các chỉ tiêu an toàn khi ô tô vượt xe, từ đó đưa ra các khuyến nghị cho tài xế và nhà sản xuất.

4.2. Ứng dụng công nghệ trong cải thiện an toàn giao thông

Công nghệ mô phỏng có thể được áp dụng để phát triển các hệ thống hỗ trợ lái xe, giúp tài xế có thể vượt xe an toàn hơn trong các tình huống khó khăn.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu mô phỏng an toàn khi ô tô vượt xe không chỉ giúp nâng cao an toàn giao thông mà còn mở ra hướng đi mới cho các công nghệ hỗ trợ lái xe. Tương lai của nghiên cứu này sẽ tiếp tục phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về an toàn giao thông.

5.1. Nhận xét về kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc mô phỏng an toàn khi vượt xe là cần thiết và có thể áp dụng rộng rãi trong thực tiễn.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Nghiên cứu sẽ tiếp tục mở rộng để bao gồm các loại xe khác và các tình huống giao thông phức tạp hơn, từ đó nâng cao hơn nữa an toàn khi tham gia giao thông.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thao tác vượt xe trên đường cao tốc và quốc lộ ở dải tốc độ cao từ 80 km/h đến 140 km/h luôn tiềm ẩn nguy cơ tai nạn giao thông nghiêm trọng do sự thay đổi đột ngột về động lực học, lực ly tâm và quỹ đạo chuyển động. Theo thống kê thực nghiệm an toàn giao thông của Trung tâm Nghiên cứu An toàn Giao thông thuộc Học viện Cảnh sát Nhân dân công bố ngày 27/8/2014, xác suất xảy ra tai nạn đối với người lái xe sau 14 giờ làm việc liên tục cao gấp 2,5 lần so với sau 10 giờ, đồng thời tỷ lệ rủi ro va chạm trong điều kiện ban đêm từ 20 giờ tối đến 6 giờ sáng tăng gấp 2 lần. Khi thực hiện chuyển làn để vượt xe trong điều kiện thời tiết xấu hoặc tầm nhìn bị hạn chế dưới 20 độ, việc thiếu hụt các hệ thống cảnh báo và hỗ trợ quỹ đạo chính xác rất dễ dẫn đến hiện tượng trượt ngang hoặc lật xe.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng mô hình toán học và đánh giá toàn diện tính ổn định, an toàn chuyển động của phương tiện khi vượt theo hai chỉ tiêu động lực học cơ bản: quay vòng và phanh khẩn cấp. Đề tài tập trung giải quyết bài toán quỹ đạo chuyển động vượt an toàn trên đối tượng thực nghiệm cụ thể là dòng xe bán tải Ford Ranger XLT 3.2L 4x4. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh và hoàn thành vào tháng 9 năm 2015, khảo sát các dải vận tốc vận hành từ 80 km/h, 120 km/h đến giới hạn cực đại 140 km/h. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình thể hiện qua việc cung cấp thuật toán tối ưu hóa quỹ đạo trên phần mềm LabVIEW kết hợp mô phỏng động lực học không gian trên phần mềm CarSim, tạo cơ sở dữ liệu quan trọng để phát triển các hệ thống hỗ trợ lái xe nâng cao ADAS và hệ thống giao tiếp giữa các phương tiện V2V trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên ba trụ cột lý thuyết động lực học ô tô hiện đại, giúp mô tả chính xác phản ứng của phương tiện trong các tình huống chuyển làn và phanh đột ngột:

Thứ nhất là lý thuyết ổn định chuyển động và bám bánh xe trên mặt đường. Hệ số bám dọc và bám ngang là biến số phụ thuộc chặt chẽ vào độ trượt tương đối của bánh xe, dao động từ giá trị cực tiểu 0,1 trên mặt đường băng tuyết trơn trượt đến 1,0 trên mặt đường bê tông khô ráo tiêu chuẩn. Hệ số cản lăn cơ sở của mặt đường nhựa tốt được xác định ở mức 0,02, gia tăng phi tuyến theo bình phương vận tốc khi phương tiện di chuyển vượt ngưỡng 80 km/h.

Thứ hai là lý thuyết ổn định quay vòng với lốp đàn hồi. Dưới tác dụng của lực ly tâm và lực ngang, bánh xe xuất hiện góc lăn lệch hướng. Tùy thuộc vào tương quan áp suất lốp giữa cầu trước và cầu sau, phương tiện sẽ thể hiện một trong ba trạng thái chuyển động: quay vòng trung hòa, quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa. Để đảm bảo ô tô không bị lật đổ quanh trục tiếp xúc của vệt bánh xe ngoài, vận tốc giới hạn khi quay vòng phải luôn nhỏ hơn ngưỡng trượt ngang tới hạn.

Thứ ba là lý thuyết ổn định hướng khi phanh. Khi các bánh xe ở cầu sau bị hãm cứng hoàn toàn, xuất hiện ngẫu lực tạo mô men quay quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm xe, gây ra hiện tượng quay ngang thân xe và mất lái. Để đảm bảo an toàn tuyệt đối, độ chênh lệch lực phanh tối đa giữa hai bánh trên cùng một cầu không được vượt quá 15%, đồng thời góc lệch cực đại của thân xe khi phanh phải được kiểm soát nghiêm ngặt không vượt quá 8 độ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu sử dụng toàn bộ thông số kỹ thuật thực nghiệm chính xác của mẫu xe bán tải Ford Ranger XLT 3.2L gồm: trọng lượng không tải 1.868 kg, trọng lượng toàn tải 2.955 kg, chiều dài cơ sở 3.000 mm, vệt bánh xe trước và sau 1.440 mm, cỡ lốp 235/75R16, khoảng sáng gầm xe 870 mm, công suất cực đại 200 mã lực tại 3.500 vòng/phút và mô men xoắn cực đại 375 Nm tại dải vòng tua 1.500 đến 2.500 vòng/phút. Phương pháp chọn mẫu điển hình được áp dụng cho dòng xe bán tải hai cầu chủ động 4x4, đây là phân khúc xe có trọng tâm tương đối cao và tải trọng thay đổi lớn giữa trạng thái không tải và đầy tải, mang tính đại diện cao cho các rủi ro mất ổn định khi chuyển làn gấp.

Phương pháp phân tích kết hợp giữa giải tích toán học và mô phỏng số chuyên sâu. Lý do lựa chọn sự kết hợp giữa phần mềm LabVIEW và CarSim xuất phát từ tính tương hỗ tối ưu: LabVIEW xử lý các thuật toán động học phức tạp để dự đoán và thiết lập phương trình quỹ đạo vượt tối ưu theo thời gian thực; sau đó tệp dữ liệu quỹ đạo này được nhập trực tiếp vào CarSim nhằm tái hiện mô hình động lực học 3D với 27 bậc tự do, phản ánh chân thực tác động của hệ thống treo độc lập phía trước, hệ thống nhíp lá phía sau và cơ chế chống bó cứng phanh ABS. Toàn bộ chu trình tính toán và mô phỏng được hoàn thiện trong timeline nghiên cứu từ cuối năm 2014 đến tháng 9 năm 2015.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình mô phỏng động lực học chuyển động vượt của ô tô trên CarSim và LabVIEW đã mang lại các phát hiện quan trọng sau:

Ở dải vận tốc 80 km/h, quỹ đạo chuyển làn vượt xe diễn ra mượt mà và an toàn. Độ lệch quỹ đạo thực tế so với quỹ đạo tính toán lý thuyết chỉ ở mức dưới 3%, gia tốc ngang duy trì ổn định dưới 0,3g, đảm bảo bánh xe duy trì độ bám đường tốt mà không xuất hiện hiện tượng trượt lết hay lệch hướng bất thường.

Khi nâng vận tốc lên 120 km/h, tương đương với tốc độ tối đa cho phép trên hệ thống đường cao tốc Việt Nam, quãng đường vượt an toàn cần thiết gia tăng khoảng 35% so với dải tốc độ 80 km/h. Lực ly tâm tác động lên thân xe tăng đáng kể, đòi hỏi góc đánh lái của vô lăng phải được điều chỉnh chính xác để hạn chế hiện tượng quay vòng thiếu do biến dạng đàn hồi của lốp xe 235/75R16.

Ở tốc độ giới hạn 140 km/h, mức độ nguy hiểm tăng cao rõ rệt. Lực cản không khí và lực quán tính ly tâm đạt giá trị cực đại, làm giảm hệ số bám ngang của lốp xuống gần ngưỡng trượt giới hạn. Tại vận tốc này, nếu xuất hiện sự mất cân bằng lực phanh 15% giữa hai bên bánh xe, góc lệch thân xe sẽ nhanh chóng tiệm cận ngưỡng nguy hiểm 8 độ, làm tăng nguy cơ văng đuôi xe lên 22% nếu không có sự can thiệp kịp thời của hệ thống cân bằng điện tử ESP.

Mô hình điều khiển phanh có tích hợp hệ thống chống bó cứng ABS thể hiện tính ưu việt vượt trội trong việc kiểm soát chu kỳ tăng, giữ và giảm áp suất mô men phanh. Qua 14 giai đoạn điều biến áp suất mô phỏng, độ trượt của bánh xe luôn được giữ vững trong vùng tối ưu từ 15% đến 20%, giúp rút ngắn quãng đường phanh khẩn cấp và bảo toàn hoàn toàn khả năng dẫn hướng của cầu trước.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng độ lệch quỹ đạo ở dải tốc độ cao là do lực quán tính ly tâm tỷ lệ thuận với bình phương vận tốc chuyển động và khối lượng toàn tải 2.955 kg của phương tiện. Khi tốc độ tăng từ 80 km/h lên 140 km/h, lực ly tâm tăng gấp hơn 3 lần, làm thay đổi mạnh phản lực pháp tuyến tại các bánh xe phía trong và phía ngoài bán kính quay vòng, đẩy trọng tâm xe dịch chuyển và gây xu hướng lật đổ quanh trục tiếp xúc.

So sánh với các công trình quốc tế như nghiên cứu hệ thống vượt xe tự động của Đại học Alcala tại Tây Ban Nha hay nghiên cứu xác định khoảng cách an toàn của Đại học Công nghệ Bratislava tại Slovakia năm 2012, kết quả của luận văn có sự tương đồng cao về mặt quy luật động học chuyển làn. Tuy nhiên, luận văn này mang tính ứng dụng thực tiễn vượt trội khi đi sâu giải quyết bài toán động lực học phi tuyến của dòng xe bán tải có phân bố tải trọng cầu sau thay đổi từ 820 kg khi không tải lên đến 1.852 kg khi chở đủ tải 737 kg.

Toàn bộ kết quả dữ liệu trong nghiên cứu có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua các bảng biểu và đồ thị kỹ thuật. Cụ thể, các bảng dữ liệu mô men phanh cầu trước và cầu sau theo 3 giai đoạn áp suất mô tả chính xác phản ứng của hệ thống ABS; đồ thị biểu diễn quỹ đạo chuyển động mặt phẳng X-Y từ LabVIEW sang CarSim cho thấy trực quan độ lệch bám đường; và biểu đồ quan hệ giữa hệ số bám dọc, hệ số bám ngang với độ trượt từ 0% đến 100% giải thích rõ nét cơ chế triệt tiêu lực bám ngang khi bánh xe bị hãm cứng hoàn toàn.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả tính toán động học và mô phỏng chuyển động vượt, bốn khuyến nghị chiến lược được đề xuất nhằm nâng cao an toàn giao thông:

Thứ nhất, tích hợp thuật toán dự đoán quỹ đạo vượt an toàn của LabVIEW vào bộ điều khiển trung tâm của hệ thống hỗ trợ lái xe nâng cao ADAS và hệ thống giao tiếp giữa các xe V2V. Mục tiêu đặt ra là giảm thiểu ít nhất 30% các vụ va chạm do điểm mù và phán đoán sai cự ly vượt xe. Thời gian triển khai dự kiến từ 12 đến 24 tháng do các kỹ sư nghiên cứu phát triển phần mềm và các nhà sản xuất ô tô thực hiện.

Thứ hai, chuẩn hóa quy trình kiểm định kỹ thuật định kỳ đối với hệ thống phanh ABS và hệ thống cân bằng điện tử ESP trên các dòng xe bán tải và xe thương mại. Cần đặt target duy trì độ chênh lệch lực phanh giữa hai bánh xe trên cùng một trục dưới mức 10%, chặt chẽ hơn mức quy chuẩn 15% hiện hành, thực hiện kiểm chuẩn định kỳ 6 tháng một lần do Cục Đăng kiểm Việt Nam và các trung tâm bảo dưỡng chính hãng chủ trì.

Thứ ba, nâng cấp cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ và lắp đặt hệ thống biển báo điện tử cảnh báo khoảng cách vượt an toàn tại các đoạn đường cao tốc có bán kính cong dưới 500 m. Mục tiêu giảm 25% các điểm đen tai nạn khi chuyển làn trong lộ trình quy hoạch giai đoạn 2026 đến 2030 do Tổng cục Đường bộ Việt Nam phối hợp cùng Ban An toàn Giao thông Quốc gia tổ chức thực hiện.

Thứ tư, đổi mới chương trình đào tạo và sát hạch lái xe thông qua việc đưa nội dung mô phỏng chuyển làn vượt xe ở dải tốc độ 80 km/h đến 120 km/h trên cabin điện tử 3D vào giảng dạy thực hành. Hướng tới mục tiêu 100% học viên lái xe chuyên nghiệp nắm vững quy tắc giữ cự ly an toàn và kỹ năng đánh lái chống trượt, thực hiện hàng năm tại các trung tâm đào tạo sát hạch lái xe trên toàn quốc.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn là tài liệu tham khảo giá trị cho bốn nhóm đối tượng chuyên ngành:

Nhóm kỹ sư thiết kế và phát triển ô tô R&D: Sử dụng mô hình toán học và bộ thông số mô phỏng trên CarSim để tối ưu hóa thuật toán điều khiển của hệ thống cân bằng điện tử ESP, hệ thống phanh khẩn cấp tự động AEB và hệ thống hỗ trợ giữ làn đường khi phát triển các dòng xe mới.

Nhóm giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Kỹ thuật Ô tô: Khai thác phương pháp luận kết hợp giữa phần mềm LabVIEW và CarSim như một case study chuẩn mực trong giảng dạy môn học Động lực học ô tô, Mô phỏng hệ thống giao thông và Điều khiển tự động phương tiện.

Nhóm chuyên gia an toàn giao thông và quy hoạch hạ tầng: Áp dụng các số liệu thực nghiệm về quãng đường vượt, tốc độ tới hạn và góc lệch hướng để tính toán tầm nhìn thiết kế, chiều dài đoạn vượt xe cho phép và cự ly an toàn trên các tuyến cao tốc theo tiêu chuẩn quốc gia.

Nhóm doanh nghiệp vận tải và người điều khiển phương tiện: Tiếp cận các phân tích khoa học về giới hạn bám của lốp xe, tác hại của việc phân bổ tải trọng lệch và quy định giới hạn giờ lái xe nhằm nâng cao ý thức tuân thủ pháp luật, phòng ngừa rủi ro lật xe và mất lái khi lưu thông trên cao tốc.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao góc lệch thân xe khi phanh khẩn cấp không được vượt quá ngưỡng 8 độ?

Khi góc lệch thân xe vượt quá 8 độ, mô men quay vòng quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm xe sẽ lớn hơn rất nhiều so với mô men kháng trượt do phản lực ngang của lốp sinh ra. Điều này làm cho phương tiện bị xoay ngang mất kiểm soát và nguy cơ lật đổ là không thể tránh khỏi, đặc biệt khi có độ chênh lệch lực phanh 15% giữa hai bên bánh xe.

Hệ thống phanh chống bó cứng ABS hỗ trợ quá trình vượt xe an toàn như thế nào ở vận tốc 120 km/h?

Khi vượt ở tốc độ 120 km/h và phải phanh đột ngột, hệ thống ABS liên tục điều biến áp suất phanh để giữ độ trượt của bánh xe trong khoảng 15% đến 20%. Mức trượt này giúp duy trì hệ số bám ngang ở giá trị cao, ngăn bánh trước bị trượt lết hoàn toàn, nhờ đó tài xế vẫn giữ được quyền kiểm soát hệ thống lái để chuyển hướng tránh va chạm.

Ưu điểm nổi bật của việc kết hợp phần mềm LabVIEW và CarSim trong nghiên cứu này là gì?

LabVIEW có thế mạnh xử lý các phương trình giải tích động học để xây dựng thuật toán và dự đoán đường bao quỹ đạo vượt an toàn tối ưu. Tệp dữ liệu này sau đó được nhập vào CarSim để kiểm chứng trên mô hình động lực học không gian 3D hoàn chỉnh của xe Ford Ranger, giúp tiết kiệm chi phí thử nghiệm thực địa mà vẫn đảm bảo độ tin cậy khoa học cao.

Yếu tố mệt mỏi của tài xế ảnh hưởng thế nào đến an toàn khi vượt xe theo quy định pháp luật giao thông?

Nghiên cứu an toàn giao thông chỉ ra rằng sau 14 giờ làm việc liên tục, nguy cơ xảy ra tai nạn của tài xế tăng gấp 2,5 lần do suy giảm thị lực và phản xạ xử lý tình huống. Nhằm hạn chế rủi ro này, Khoản 1 Điều 65 Luật Giao thông đường bộ đã quy định nghiêm cấm người lái xe vận hành phương tiện quá 10 giờ trong một ngày và không được lái xe liên tục quá 4 giờ.

Mô hình tính toán trên xe bán tải Ford Ranger có thể áp dụng cho các dòng xe khác hay không?

Toàn bộ thuật toán động học trên LabVIEW và mô hình mô phỏng phẳng trong nghiên cứu hoàn toàn có thể áp dụng cho các dòng xe du lịch và xe tải khác. Người nghiên cứu chỉ cần thay đổi các tham số đầu vào tương ứng như trọng lượng toàn tải 2.955 kg, chiều dài cơ sở 3.000 mm, vệt bánh xe 1.440 mm và đường đặc tính lốp để thu được kết quả quỹ đạo chính xác cho từng loại phương tiện.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học giải tích và thuật toán dự đoán quỹ đạo chuyển động vượt an toàn của ô tô bằng phần mềm LabVIEW.
• Thực hiện kiểm chứng hoàn chỉnh tính ổn định động lực học của xe bán tải Ford Ranger trên phần mềm CarSim ở ba dải vận tốc 80 km/h, 120 km/h và 140 km/h.
• Xác lập định lượng các ngưỡng giới hạn an toàn động lực học với độ lệch lực phanh tối đa 15% và góc lệch thân xe cho phép khi phanh không vượt quá 8 độ.
• Khẳng định vai trò quyết định của hệ thống chống bó cứng phanh ABS và cân bằng điện tử ESP trong việc duy trì ổn định hướng và kiểm soát độ trượt bánh xe ở mức 15% đến 20%.
• Cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp luận mô phỏng đáng tin cậy phục vụ phát triển hệ thống điều khiển lái tự động ADAS và giao tiếp phương tiện V2V.

Trong giai đoạn tiếp theo kéo dài từ 12 đến 24 tháng, hướng nghiên cứu cần mở rộng việc lắp đặt các cảm biến gia tốc và góc lái trên xe thực tế nhằm thu thập dữ liệu đo đạc thực địa và hoàn thiện việc hiệu chỉnh mô hình mô phỏng. Hãy ứng dụng ngay các phát hiện động lực học và quy tắc an toàn này vào thực tiễn nghiên cứu cũng như công tác điều khiển phương tiện để xây dựng một môi trường giao thông an toàn và văn minh!

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 23 tháng 9 năm 2015 (Ký tên và ghi rõ họ tên) ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, em đã học được rất nhiều kiến thức bổ ích cũng như phương pháp nghiên cứu khoa học và tư duy sáng tạo khoa học. Khi thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp, em đã được các thầy cô hướng dẫn và chỉ bảo tận tình.

Những nhận xét, ý kiến đóng góp từ các chuyên đề 1, 2 đã giúp em khắc phục những thiếu sót để hoàn thiện hơn về đề tài nghiên cứu của mình. Tuy nhiên, do điều kiện nghiên cứu còn hạn chế và năng lực của bản thân có hạn, nên việc thực hiện đề tài còn có nhiều khiếm khuyết. Em mong các thầy cô thông cảm và đóng góp ý kiến để em có thể hoàn thiện hơn trong cuộc sống và công việc trong tương lai. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đã tham gia giảng dạy và hướng dẫn em trong thời gian vừa qua.

Đặc biệt là thầy PGS.TS Nguyễn Văn Phụng và thầy TS Lâm Mai Long, TS Lê Thanh Phúc đã cung cấp cho em những kiến thức chuyên sâu và những tài liệu quý để em có thể thực hiện tốt luận văn này. Em cũng xin chân thành cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã hỗ trợ động viên và tạo điều kiện trong thời gian vừa qua để em hoàn thành tốt khóa học cũng như đề tài tốt nghiệp này. Xin chân thành cảm ơn! KS. Trần Trung Thành iii TÓM TẮT Một trong những vấn đề nguy hiểm khi tham gia giao thông trên đường là việc vượt xe phía trước trên cùng len đường ở tốc độ cao.

Quá trình vượt càng nguy hiểm hơn khi trời tối, thời tiết xấu, tầm nhìn bị hạn chế. Nên việc cảnh báo an toàn và hỗ trợ người tài xế trong quá trình vượt là rất cần thiết. Đề tài “ Nghiên cứu mô phỏng an toàn chuyển động vƣợt của ô tô”. Trong đề tài này, em nghiên cứu đánh giá an toàn của quá trình vượt theo chỉ tiêu quay vòng và phanh khi chuyển động ở tốc độ cao tính cụ thể cho xe Ford Ranger và sau đó đưa ra quỹ đạo chuyển động vượt an toàn.

Nội dung trong luận văn này được thực hiện bao gồm 3 phần chính: - Tính toán các thông số động học cần thiết cho ô tô chuyển động trên đường với tốc độ cao. - Tính toán các chỉ tiêu đánh giá tính an toàn khi quay vòng và phanh. Dùng công thức tính toán kết hợp phần mềm LapVIEW mô phỏng quỹ đạo chuyển động an toàn khi vượt ở tốc độ cao. - Mô phỏng trên máy tính quá trình vượt của ô tô khi di chuyển theo giới hạn của quỹ đạo chuyển động vượt an toàn bằng phần mềm CarSim.

Toàn bộ những phân tích và chương trình tính toán ở đây có thể áp dụng cho các loại xe tương tự khác. Ta có thể sử dụng các cảm biến để thu thập các thông số đầu vào để tính toán và so sánh với các giá trị thực tế đo đạc được để hiệu chỉnh cho phù hợp trong quá trình thử nghiệm xe. iv ABSTRACT One of the most risky maneuvers in roads with both directions in the same carriageway and only one lane for each direction is overtaking another vehicle at high speed. To overtake becomes particularly dangerous at night, with bad weather conditions and in curves, due to the diminution of the visibility.

Should the safety alert and assist the driver in the process is essential reached. In this thesis, I research about stability and safe when roll and braking at high speed when overtaking for specific Ford Ranger and then making orbit safety overtake. The main content of this thesis is done consists of 3 main parts: - Calculate the Aerodynamic is overtaking another vehicle at high speed for cars - Calculate the indicator of safety when braking and rolling when overtaking. The trajectories of vehicles are predicted according to their kinematics and the information of the road shape by software LapVIEW.

- Computer simulation in the process of overtaking when cars move in the limits of orbital motion safety overtake by software CarSim. The whole program analysis and calculations here can be applied to other similar cars. We can use the sensors to collect the input parameters to calculate and compare with the actual values measured for calibration accordingly during vehicle testing. v MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC.

i LỜI CAM ĐOAN. ii LỜI CẢM ƠN. v DANH MỤC BẢNG KÊ. ix CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu:.

Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước: .2 Tình hình nghiên cứu trong nước: .3 Mục đích của đề tài: .4 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài: .1 Nhiệm vụ của đề tài .2 Giới hạn đề tài. 4 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Sự lăn của bánh ô tô và các loại bán kính bánh ô tô.1 Khái niệm về sự trượt của bánh ô tô và bán kính lăn rl .2 Bán kính tính toán r: .2 Các quan hệ động học bánh ô tô khi phanh .1 Khái niệm về tốc độ trượt và độ trượt .2 Đặc tính trượt: .3 Tính chất ổn định của ô tô chuyển động thẳng: .4 Ổn định chuyển động trong mặt cắt dọc: .5 Tính chất ổn định động trong mặt cắt ngang: .1 Khi ô tô chuyển động thẳng trên mặt đường nghiêng ngang:.2 Khi ô tô chuyển động thẳng trên mặt đường nghiêng ngang:.6 Tính chất ổn định của ô tô khi quay vòng:. Tính ổn định của ô tô khi chuyển động quay vòng trên đường nằm ngang. Xét ổn định theo điều kiện trượt bên.

Xét ổn định theo điều kiện lật đổ.4 Ảnh hưởng của điều kiện mặt đường đến góc quay vòng giới hạn.5 Ảnh hưởng tính đàn hồi của lốp ô tô đến sự quay vòng.1 Sự quay vòng của ô tô có lốp cứng.2 Sự quay vòng của ô tô có lốp đàn hồi.7 Tính chất ổn định ô tô khi phanh: .1 Các bánh ô tô ở cầu sau bị hãm cứng khi phanh: .2 Các bánh ô tô cầu trước bị hãm cứng khi phanh: .3 Ổn định của ô tô khi phanh nếu các lực phanh phân bố không đều: .8 An toàn giao thông khi vƣợt ô tô khác theo tiêu chuẩn cục đƣờng bộ: .1 Điều kiện vượt:.2 Một số cần lưu ý khi vượt ô tô an toàn: (theo BATGTQG) .3 Đánh giá yếu tố khách quan điều kiện vượt:. 33 CHƢƠNG 3: TÍNH THỰC TẾ CHO CHUYỂN ĐỘNG VƢỢT Ô TÔ BÁN TẢI FORD-RANGER .1 Các thông số kỹ thuật của ô tô FORD - RANGER .2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến khả năng chyển động ô tô: .1 Thông số cản lăn: .2 Nhân tố cản không khí .3 Bán kính làm việc trung bình của bánh ô tô.3 Xây dựng phƣơng trình cân bằng lực kéo của động cơ: .1 Xây dựng đường đặc tính ngoài động cơ: .2 Tính toán xây dựng lực kéo tiếp tuyến ở bánh ô tô chủ động. Tính toán tính ổn định của ô tô FORD RANGER .1 Xác định các thông số của ô tô: .2 Tính toán ổn định dọc .3Tính toán ổn định ngang của ôtô. Tính toán chuyển động vƣợt theo chỉ tiêu khi quay vòng của ô tô FORD RANGER.1 Xác định bán kính quay vòng Rv theo tốc độ trượt khi vượt V2<Vmax: .2 Ảnh hưởng của lực li tâm trong trường hợp ô tô quay vòng khi phanh.

Tính toán chuyển động vƣợt theo chỉ tiêu khi phanh của ô tô FORD RANGER.1 Xác định lực và momen phanh. Quy luật thay đổi của các thông số khi phanh có ABS.1 Đối với cầu trước.2 Đối với cầu sau.3 Thời gian giảm tốc khi phanh không bị hãm cứng .4 Quá trình phanh ô tô:. 62 Chƣơng 4 : MÔ PHỎNG AN TOÀN CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHI VƢỢT.1 Quãng đƣờng vƣợt: .2 An toàn khi vƣợt khi chuyển động ngƣợc chiều: (trƣờng hợp ít xảy ra trên thực tế) .3 An toàn khi vƣợt khi chuyển động cùng chiều:.4 Ổn định khi chuyển động: .Xây dựng mô phỏng .2 Mô hình phẳng tổng quát: .5 Kết quả mô phỏng khi chuyển động vƣợt của ô tô:.1 Mô hình vượt tốc độ 80 (km/h) < Vmax=140(km/k): .2 Mô hình vượt tốc độ 120 (km/h) =Vtcvn<Vmax=140 (km/h): .3 Mô hình vượt tốc độ 140 (km/h) =Vmax(140 km/h):.4 Đánh giá quá trình vượt an toàn theo S,V: .5 Đánh giá quá trình vượt an toàn điều khiển chuyển động:. 84 Chƣơng 5 : KẾT LUẬN .1 Nhận xét về đề tài:.

88 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 90 viii DANH MỤC BẢNG KÊ Chƣơng 1: Bảng 1. 1: Thông số cơ sở xe Ford Ranger .5 Chƣơng 3: Bảng 3. 1: Thông số kỹ thuật của ô tô FORD RANGER trước có tải.

2: Bảng giá trị hệ số cản lăn.3: Bảng trị số trung bình hệ số cản không khí (K), diện tích cản chính diện (F) và nhân tố cản không khí W = F.K ứng với từng loại ôtô. 4: Bảng thông số hiệu suất truyền động của ôtô.5: Giá trị Pe (kW), Me (Nm). 6: Bảng giá trị tương ứng với lực kéo và vận tốc ở trên. 7: Giá trị Momen phanh cầu trước và cầu sau.

8: Quan hệ giữa hệ số bám dọc φx và độ trượt δ. 9: Quan hệ giữa mô men phanh trước Mp1 với độ trượt δ ở giai đoạn tăng áp suất:. 10: Quan hệ giữa mô men phanh trước Mp1 với độ trượt δ ở giai đoạn giảm áp suất:. 11: Quan hệ giữa mô men phanh trước Mp1 với độ trượt δ ở giai đoạn giữ áp suất.

12: Quan hệ giữa mô men phanh sau M p2 với độ trượt δ ở giai đoạn tăng áp suất. 13: Quan hệ giữa mô men phanh sau M p2 với độ trượt δ ở giai đoạn giảm áp suất. 14: Thời gian phanh không bị hãm cứng.61 Chƣơng 4: Bảng 4. 1:Thông số kỹ thuật của ô tô Ford Ranger.

2: Chọn các thông số tính toán: .67 ix DANH MỤC HÌNH ẢNH Chƣơng 1: Hình 1. 1: Đường cao tốc Việt Nam .4 Chƣơng 2: Hình 2. 1: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh ô tô khi có trượt lăn. 2: Sơ đồ lực tác dụng lên bánh ô tô khi trượt lết.

3: Đồ thị thể hiện mối quan hệ của hệ số bám và độ trượt. 4: Phản lực mặt đường tác dụng lên bánh ô tô. 5: Sơ đồ tính tốc độ giới hạn ô tô. 6: mô hình ô tô tối ưu.

7: Sơ đồ lực tác dụng khi chuyển động. 8: Sơ đồ lực khi ô tô quay vòng .