Luận án về thiết kế bộ điều khiển và khảo sát chuyển động ô tô với hệ thống lái tích cực

Tài liệu chuyên sâu Thiết kế bộ điều khiển ô tô với hệ thống lái tích cực, phân tích đa chiều, cung cấp kiến thức nền tảng vững chắc cho chuyên ngành

• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
• Đề tài: Thiết Kế Bộ Điều Khiển Ô Tô Với Hệ Thống Lái Tích Cực
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô
• 1.1.1. Khái quát về an toàn chuyển động
• 1.1.2. Ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô
• 1.1.2.1. Mất ổn định hướng khi quay vòng
• 1.1.2.2. Mất ổn định hướng do tác dụng của gió ngang
• 1.1.2.3. Mất ổn định hướng khi phanh
• 1.1.3. Bánh xe dẫn hướng
• 1.1.4. Quá trình phát triển hệ thống lái trên ô tô
• 1.1.4.1. Hệ thống lái cơ khí
• 1.1.4.2. Hệ thống lái trợ lực thủy lực
• 1.1.4.3. Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện tử
• 1.1.4.4. Hệ thống lái trợ lực điện
• 1.1.4.5. Hệ thống lái tích cực

Tóm tắt

I. Giới thiệu về bộ điều khiển ô tô và hệ thống lái tích cực

Bộ điều khiển ô tô là một phần quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu suất của xe. Hệ thống lái ô tô, đặc biệt là hệ thống lái tích cực, đóng vai trò quyết định trong việc điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe. Công nghệ lái tích cực giúp người lái kiểm soát tốt hơn các tình huống mất ổn định, từ đó nâng cao tính an toàn giao thông. Việc thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống lái tích cực không chỉ giúp cải thiện hiệu suất lái mà còn góp phần vào việc giảm thiểu tai nạn giao thông. Theo nghiên cứu, công nghệ lái tích cực có thể điều chỉnh tỷ số truyền của hệ thống lái theo tốc độ, giúp xe ổn định hơn khi di chuyển ở tốc độ cao.

1.1. Tầm quan trọng của hệ thống lái ô tô

Hệ thống lái ô tô là một trong những yếu tố quan trọng nhất đảm bảo an toàn cho người lái và hành khách. Hệ thống lái tích cực không chỉ giúp xe dễ dàng điều khiển mà còn tăng cường khả năng phản ứng của xe trong các tình huống khẩn cấp. Việc nghiên cứu và phát triển công nghệ lái tích cực là cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về an toàn giao thông. Các nghiên cứu cho thấy rằng, việc cải tiến hệ thống lái có thể giảm thiểu đáng kể tỷ lệ tai nạn giao thông, đặc biệt là trong các tình huống phức tạp như quay vòng hoặc khi có gió ngang.

II. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống lái tích cực

Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống lái tích cực yêu cầu sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Mô hình động lực học của ô tô cần được xây dựng để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của hệ thống lái. Việc áp dụng các thuật toán điều khiển hiện đại sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất của bộ điều khiển. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc sử dụng cảm biến ô tô để thu thập dữ liệu về trạng thái chuyển động của xe là rất quan trọng. Dữ liệu này sẽ được sử dụng để điều chỉnh tỷ số truyền của hệ thống lái, từ đó đảm bảo quỹ đạo chuyển động ổn định.

2.1. Mô hình động lực học ô tô

Mô hình động lực học của ô tô là cơ sở để thiết kế bộ điều khiển. Mô hình này giúp phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động của xe, bao gồm lực tác động từ mặt đường, trọng lượng xe và các yếu tố khí động học. Việc xây dựng mô hình này cần phải sử dụng các phần mềm mô phỏng như Matlab Simulink để kiểm tra và tối ưu hóa các thông số. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc áp dụng mô hình động lực học có thể giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống lái tích cực.

III. Khảo sát và thí nghiệm hệ thống lái tích cực

Khảo sát và thí nghiệm là bước quan trọng để đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển được thiết kế. Việc thực hiện các thí nghiệm trên mô hình bán thực nghiệm sẽ giúp xác định tính khả thi của các giải pháp đã đề xuất. Các chế độ chuyển động như quay vòng ổn định, chuyển làn và chuyển động thẳng cần được kiểm tra để đảm bảo rằng hệ thống lái tích cực hoạt động hiệu quả trong mọi tình huống. Kết quả từ các thí nghiệm sẽ cung cấp thông tin quý giá để điều chỉnh và hoàn thiện bộ điều khiển.

3.1. Thiết kế mô hình thí nghiệm

Mô hình thí nghiệm cần được thiết kế sao cho phản ánh chính xác các điều kiện thực tế mà ô tô sẽ gặp phải. Việc sử dụng các cảm biến để thu thập dữ liệu trong quá trình thí nghiệm là rất quan trọng. Các thông số như tốc độ, góc quay và lực tác động sẽ được ghi lại để phân tích. Kết quả từ thí nghiệm sẽ giúp đánh giá hiệu quả của hệ thống lái tích cực và đưa ra các điều chỉnh cần thiết cho bộ điều khiển.

IV. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của nghiên cứu

Nghiên cứu về thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống lái tích cực không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn cao. Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc phát triển các sản phẩm ô tô mới, giúp nâng cao tính an toàn và hiệu suất của xe. Hơn nữa, nghiên cứu này cũng góp phần vào việc đào tạo nguồn nhân lực cho ngành công nghệ kỹ thuật ô tô tại Việt Nam. Việc áp dụng công nghệ lái tích cực sẽ giúp ngành công nghiệp ô tô trong nước phát triển bền vững và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

4.1. Ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong việc thiết kế và sản xuất các loại ô tô mới với hệ thống lái tích cực. Điều này không chỉ giúp nâng cao tính an toàn mà còn cải thiện trải nghiệm lái xe cho người sử dụng. Các nhà sản xuất ô tô có thể sử dụng các giải pháp từ nghiên cứu này để phát triển các sản phẩm cạnh tranh hơn trên thị trường. Hơn nữa, việc áp dụng công nghệ lái tích cực cũng sẽ giúp giảm thiểu tai nạn giao thông, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam sau hơn hai thập niên phát triển chủ yếu duy trì ở quy mô vừa và nhỏ, hoạt động gia công tập trung vào hình thức lắp ráp CKD từ linh kiện nhập khẩu, dẫn đến tỷ lệ nội địa hóa ở mức thấp. Các nhà máy lớn trong nước như Toyota hay Thaco Trường Hải mới chỉ tự sản xuất được các cấu kiện khung vỏ và cabin; trong khi các cụm tổng thành cốt lõi như động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống lái và cơ cấu điều khiển điện tử đều phải nhập ngoại. Nhằm định hướng phát triển ngành công nghiệp phụ trợ ô tô trở thành nhà cung cấp linh kiện và cụm chi tiết có giá trị trong chuỗi sản xuất, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 1168/QĐ-TTg ngày 24/07/2014 phê duyệt Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035; Quyết định số 1211/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030; và Quyết định số 229/QĐ-TTg ngày 04/02/2016 quy định cơ chế, chính sách thực hiện chiến lược và quy hoạch nêu trên.

Song song với yêu cầu phát triển công nghiệp phụ trợ, việc gia tăng số lượng phương tiện và tốc độ di chuyển đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật nâng cao an toàn chuyển động. Hệ thống lái đảm nhận chức năng thay đổi và duy trì hướng di chuyển, quyết định trực tiếp đến tính ổn định của ô tô. Công nghệ hệ thống lái tích cực (Active Front Steering - AFS) cho phép tự động can thiệp điều chỉnh tỷ số truyền góc lái theo vận tốc và điều kiện chuyển động, hỗ trợ người lái kiểm soát các trạng thái mất ổn định. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu quốc tế thường thuộc quyền sở hữu riêng của các tập đoàn sản xuất ô tô và không được công bố chi tiết về thuật toán hay cấu trúc điều khiển. Ở trong nước, các nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở các hệ thống lái trợ lực truyền thống, thiếu các công trình đi sâu vào thiết kế thuật toán và kiểm chứng thực nghiệm hệ thống lái tích cực. Do đó, luận án tiến sĩ chuyên ngành Kỹ thuật ô tô với đề tài "Nghiên cứu điều khiển tỷ số truyền hệ thống lái nhằm tăng ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô" được thực hiện nhằm xây dựng cơ sở lý thuyết mô hình hóa và kiểm nghiệm trên mô hình bán thực nghiệm.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định cụ thể gồm:

1. Xây dựng mô hình động lực học của ô tô.
2. Xây dựng mô hình động lực học hệ thống lái tích cực.
3. Xây dựng thuật toán, thiết kế bộ điều khiển tỷ số truyền hệ thống lái nhằm ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô và kiểm chứng bằng mô hình bán thực nghiệm.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án:

• Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống lái tích cực trang bị trên ô tô con.
• Phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung vào bài toán điều khiển thay đổi tỷ số truyền góc của hệ thống lái. Quá trình kiểm chứng thực nghiệm được thực hiện trên mô hình bán thực nghiệm dưới các chế độ chuyển động điển hình gồm: quay vòng ổn định, chuyển làn đường, chuyển động thẳng với vận tốc thay đổi và chuyển động thẳng khi chịu tác động của lực gió ngang.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án phân loại an toàn chuyển động thành an toàn thụ động (các cơ cấu giảm thiểu tổn thất khi va chạm như túi khí SRS, dây đai an toàn) và an toàn chủ động (các hệ thống kỹ thuật ngăn ngừa tai nạn và ổn định quỹ đạo như ABS, TRC, ESP, AFS). Trạng thái chuyển động của ô tô chịu ảnh hưởng lớn từ biến dạng đàn hồi của lốp khi chịu lực bên. Bán kính quay vòng thực tế $R_t$ được xác định qua góc quay bánh xe dẫn hướng $\delta$, chiều dài cơ sở $L$ và các góc lệch bên của bánh xe cầu trước $\alpha_f$, cầu sau $\alpha_r$:

$$R_t = \frac{L}{\tan[\delta - (\alpha_f - \alpha_r)]}$$

Từ tương quan giữa $\alpha_f$ và $\alpha_r$, trạng thái quay vòng được chia thành ba trường hợp: quay vòng đúng ($\alpha_f = \alpha_r$, $R_t = R$), quay vòng thừa ($\alpha_f < \alpha_r$, $R_t < R$) và quay vòng thiếu ($\alpha_f > \alpha_r$, $R_t > R$). Thông qua hệ số quay vòng $K_s = \frac{m}{L}(\frac{a_2}{C_{\alpha f}} - \frac{a_1}{C_{\alpha r}})$, với $m$ là khối lượng, $a_1, a_2$ là khoảng cách từ trọng tâm đến các cầu, $C_{\alpha f}, C_{\alpha r}$ là độ cứng bên của lốp, luận án phân tích tính ổn định hướng khi quay vòng, khi chịu lực gió ngang $F_w$ và khi phanh không đều giữa các bánh xe gây ra mô men xoay thân xe quanh trục đứng $M_z$. Các góc đặt bánh xe dẫn hướng như camber (nghiêng ngang bánh xe), caster (nghiêng dọc trụ đứng) và kingpin (nghiêng ngang trụ đứng) được tổng hợp nhằm xác định điều kiện chuyển động ổn định.

Về tiến trình kỹ thuật, hệ thống lái ô tô phát triển tuần tự qua các giai đoạn: hệ thống lái cơ khí (xuất hiện từ những năm 1950), hệ thống lái trợ lực thủy lực, hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử, hệ thống lái trợ lực điện, hệ thống lái tích cực, hệ thống lái bằng dây dẫn (steer-by-wire) và hệ thống lái tự động. Đối với hệ thống lái tích cực, cơ cấu chấp hành phổ biến gồm hai dạng:

• Cơ cấu bánh răng hành tinh: Tỷ số truyền thay đổi trong khoảng từ 10:1 đến 20:1 nhờ mô tơ điện dẫn động vành răng ngoài, can thiệp vào góc quay bánh xe dẫn hướng độc lập với vành lái.
• Cơ cấu Harmonic (Variable Gear Ratio Steering - VGRS): Gồm bánh dẫn động kiểu sóng (wave generator) hình oval, bánh răng linh hoạt (flexible gear) dạng vành kim loại mỏng đàn hồi, bánh răng cố định (stator gear) có 102 răng (nhiều hơn bánh răng di động 2 răng) và cơ cấu hãm an toàn bằng cuộn dây solenoid. Khi quay 1 vòng, bánh răng bị động dịch chuyển 2 răng ngược chiều kim đồng hồ; khi mất điện cơ cấu hãm sẽ khóa trục mô tơ để hệ thống hoạt động như cơ cấu lái cơ khí thuần túy.

Luận án điểm lại các công trình nghiên cứu trên thế giới theo bốn hướng chính:

1. Thiết lập mô hình động lực học ô tô với hệ thống lái tích cực: Sylvain Tardy sử dụng phần mềm CarMaker Simulations khảo sát ô tô chuyển động thẳng ở vận tốc 140 km/h đánh lái vành lái 40 độ, và trường hợp chuyển động vận tốc 140 km/h tăng tốc với gia tốc 1,7 m/s² trên bán kính quay vòng 200 m, chứng minh AFS giúp các thông số góc lệch bên và vận tốc góc quay thân xe bám sát giá trị lý thuyết.
2. Thay đổi tỷ số truyền theo vận tốc: Wolfgang Reinelt, Willy Klier, Gerd Reimann, Wolfgang Schuster và Reinhard GroBheim (2004) xác định mối quan hệ giữa tỷ số truyền và vận tốc (ở khoảng 60 km/h tỷ số truyền AFS bằng tỷ số truyền cơ khí). Tokihiko Akita, Katsuhiko Satoh, Masayuki Kurimoto, Tsuyoshi Yoshida thuộc công ty Aisin Seiki (FISITA 2000 Seoul) thử nghiệm xe con chuyển làn trên các đường thử có hệ số ma sát khác nhau với các tỷ số truyền 17 và 10.
3. Nghiên cứu cơ cấu chấp hành: Willy Klier và Wolfgang Reinelt (ZF Lenksysteme GmbH, 2004) xây dựng mô hình toán học cơ cấu bánh răng hành tinh trong hệ thống AFS của BMW; Bjoern Avak (2004) mô hình hóa và điều khiển cơ cấu Harmonic thích ứng với dải tốc độ.
4. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống lái tích cực: Masao Nagai, Motoki Shino và Feng Gao (Đại học Nông nghiệp và Kỹ thuật Tokyo) thiết kế bộ điều khiển nhận tín hiệu góc đánh lái $\theta$, hệ số bám $\phi$, vận tốc $v$, vận tốc góc lệch thân xe $\dot{\beta}$, gia tốc góc quay thân xe $\ddot{\psi}$ để xuất góc quay bù $\delta_{motor}$. FengYing và Zhang Qiao (2012) kết hợp mô hình Adams với bộ điều khiển mờ. Bing Zheng, Pahngroc Oh và Barry Lenart (2004) áp dụng thuật toán PID thử nghiệm chuyển làn ở 60, 75 và 90 km/h tại trung tâm Smithers Winter (Michigan). Iman Mousavinejad, Reza Kazemi và Mohsen Bayani Khaknejad (2012) thiết kế hệ thống điều khiển phi tuyến cho mô hình 3 bậc tự do và 8 bậc tự do. Dan Xiang, Jian-zhong Yuan và Wei Xu (2012) nghiên cứu giải thuật mờ-PID thay đổi tỷ số truyền theo vận tốc.

Tại Việt Nam, các tác giả Đỗ Sanh nghiên cứu động học và động lực học quay vòng ở tốc độ cao; Nguyễn Khắc Trai (1997) nghiên cứu tính điều khiển, quỹ đạo, lốp chịu lực bên và gió ngang; Đào Mạnh Hùng (2006) khảo sát tương tác giữa bánh xe và mặt đường của ô tô tải; Cao Trọng Hiền và Đào Mạnh Hùng (2010) nghiên cứu tính dẫn hướng và động học đoàn ô tô; Nguyễn Tuấn Anh (2010) thiết kế bộ điều khiển tối ưu cho hệ thống lái tích cực chịu tác động của gió ngang.

Hướng nghiên cứu	Tác giả, công trình tiêu biểu	Nội dung và phương pháp chính
Động lực học quỹ đạo AFS	Sylvain Tardy	Mô phỏng trên CarMaker ở dải tốc độ cao (140 km/h).
Quy luật tỷ số truyền	Wolfgang Reinelt và cộng sự (2004); Tokihiko Akita và cộng sự (2000)	Xác định điểm giao thoa tỷ số truyền ở 60 km/h; thử nghiệm chuyển làn với tỷ số truyền 17 và 10.
Cơ cấu chấp hành	Willy Klier, Wolfgang Reinelt (2004); Bjoern Avak (2004)	Mô hình hóa vi sai hành tinh (BMW) và cơ cấu Harmonic thích ứng dải tốc độ.
Thuật toán điều khiển	Masao Nagai và cs; FengYing và cs (2012); Bing Zheng và cs (2004); Dan Xiang và cs (2012)	Điều khiển mờ, PID, mờ-PID đa thông số đầu vào ($\theta, \phi, v, \dot{\beta}, \ddot{\psi}$).
Nghiên cứu tại Việt Nam	Đỗ Sanh; Nguyễn Khắc Trai (1997); Đào Mạnh Hùng (2006); Cao Trọng Hiền (2010); Nguyễn Tuấn Anh (2010)	Phân tích động lực học hệ thống lái thông thường, góc đặt bánh xe, tối ưu hóa khi có gió ngang.

Khoảng trống nghiên cứu được luận án xác định: Các công trình trong nước chủ yếu dừng lại ở việc khảo sát động học, động lực học hệ thống lái cơ khí hoặc trợ lực thông thường; chưa có nghiên cứu kết hợp giữa mô hình hóa lý thuyết chuyên sâu về thay đổi tỷ số truyền với việc thiết kế phần cứng, chế tạo mạch điều khiển điện tử và thử nghiệm kiểm chứng trên mô hình bán thực nghiệm của hệ thống lái tích cực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng phương pháp kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm:

• Nghiên cứu lý thuyết: Thiết lập mô hình động lực học ô tô chuyển động trong mặt phẳng, mô hình động lực học bánh xe đàn hồi, mô hình phân bố tải trọng thẳng đứng và mô hình hệ thống lái tích cực cơ cấu Harmonic. Các mô hình toán học được lập trình và giải số trên phần mềm Matlab - Simulink. Thuật toán điều khiển tỷ số truyền được xây dựng dựa trên lý thuyết điều khiển mờ (Fuzzy Logic) kết hợp bảng MAP quy định tỷ số truyền theo vận tốc xe.
• Nghiên cứu thực nghiệm: Luận án thiết kế, chế tạo phần cứng bộ điều khiển điện tử và lắp đặt trên mô hình bán thực nghiệm hệ thống lái tích cực của xe Lexus LX470. Quá trình thí nghiệm thu thập số liệu góc quay bánh xe dẫn hướng tương ứng với góc quay vành lái trong các điều kiện: quay vòng thừa, quay vòng thiếu, chuyển làn và chuyển động thẳng chịu tác động của lực gió bên.

Khung phân tích động lực học ô tô chuyển động trong mặt phẳng dựa trên mô hình hai vết bánh xe (two-track model) với 3 bậc tự do gồm: vận tốc dọc $v_x$, vận tốc ngang $v_y$ và vận tốc góc quay thân xe quanh trục đứng $\dot{\psi}$. Mô hình được xây dựng dựa trên nguyên lý D'Alembert với các giả thiết: sàn xe cứng tuyệt đối, khối lượng tập trung tại trọng tâm xe, bỏ qua ảnh hưởng của mấp mô mặt đường đến phản lực thẳng đứng và bỏ qua dao động của hệ thống treo. Hệ phương trình vi phân chuyển động khi góc lệch thân xe $\beta$ và góc quay bánh xe dẫn hướng $\delta_1, \delta_2$ nhỏ có dạng:

$$\dot{v} - v\dot{\beta}\dot{\psi} = \frac{1}{m} [-(F_{x1} - F_{y1}\delta_1) - (F_{x2} - F_{y2}\delta_2) - F_{x3} - F_{x4} - F_{wx}]$$

$$\dot{\beta} + \dot{\psi} = \frac{1}{mv} [-(F_{x1}\delta_1 + F_{y1}) - (F_{x2}\delta_2 + F_{y2}) - F_{y3} - F_{y4} - F_{wy}]$$

$$\ddot{\psi} = \frac{1}{J_z} [-(F_{x1} - F_{y1}\delta_1)b_1 + (F_{x1}\delta_1 + F_{y1})a_1 + (F_{x2} - F_{y2}\delta_2)b_2 + (F_{x2}\delta_2 + F_{y2})a_1 - F_{x3}b_2 + F_{y3}a_2 + F_{x4}b_1 + F_{y4}a_2 - F_{wy}l_w]$$

Trong đó $F_{xi}, F_{yi}$ là lực dọc và phản lực ngang tại các bánh xe; $a_1, a_2$ là khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước và cầu sau; $b_1, b_2$ là nửa chiều rộng cơ sở cầu trước và cầu sau; $J_z$ là mô men quán tính quanh trục đứng; $F_{wx} = 0,5 c_w A \rho_w v_x^2$ là lực cản không khí; $F_{wy}$ là lực gió ngang đặt cách trọng tâm khoảng $l_w$.

Phản lực ngang $F_{yi}$ tác dụng lên các bánh xe đàn hồi được xác định theo mô hình bán thực nghiệm Magic Formula của Hans B. Pacejka:

$$F_{yi} = D \sin{C \arctan[B\alpha_i - E(B\alpha_i - \arctan(B\alpha_i))]}$$

Các tham số hình dáng $C$, hệ số đỉnh $D = a_1 F_{zi}^2 + a_2 F_{zi}$, độ cứng dọc $BCD = a_3 \sin[\arctan(a_4 F_{zi}^2 + a_5 F_{zi})]$, và hệ số độ cong $E = a_6 F_{zi}^2 + a_7 F_{zi} + a_8$ phụ thuộc vào tải trọng thẳng đứng $F_{zi}$ và hệ số lốp $a_1 \div a_8$. Góc lệch bên $\alpha_i$ được tính dựa trên tỷ số vận tốc ngang $v_{yi}$ và vận tốc dọc $v_{xi}$ của từng bánh xe. Tải trọng thẳng đứng $F_{z1} \div F_{z4}$ được tính toán động học bằng các phương trình cân bằng mô men không gian, có xét đến gia tốc tịnh tiến, gia tốc hướng tâm, lực cản không khí $F_{wx}$ tại độ cao $h_{wx}$ và lực gió ngang $F_{wy}$ tại độ cao $h_{wy}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý thuyết về an toàn chuyển động chủ động và thụ động, các nguyên nhân gây mất ổn định hướng (quay vòng thừa, quay vòng thiếu, gió ngang, phanh trên đường có hệ số bám không đều). Tác giả phân tích cấu tạo, ưu nhược điểm của các thế hệ hệ thống lái từ cơ khí, trợ lực thủy lực, trợ lực điện đến hệ thống lái tích cực dạng bánh răng hành tinh và dạng cơ cấu Harmonic (VGRS). Cấu tạo chi tiết của cơ cấu Harmonic gồm bánh răng cố định 102 răng, bánh dẫn động sóng oval và vành răng đàn hồi mỏng cùng cụm khóa hãm an toàn được phân tích cụ thể. Chương này tổng quan chi tiết các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, chỉ ra sự thiếu hụt trong việc làm chủ công nghệ điều khiển AFS tại Việt Nam, từ đó xác lập mục tiêu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu của luận án.

Chương 2: Xây dựng mô hình động lực học của ô tô và hệ thống lái

Chương 2 tập trung thiết lập các mô hình toán học phục vụ mô phỏng:

• Xây dựng mô hình động lực học ô tô 3 bậc tự do trong mặt phẳng bằng nguyên lý D'Alembert kết hợp mô hình lốp Magic Formula của Pacejka và phương trình phân bố tải trọng động tác dụng lên 4 bánh xe ($F_{z1}, F_{z2}, F_{z3}, F_{z4}$).
• Thiết lập mô hình động học và động lực học hệ thống lái bị động 6 bậc tự do, đưa về phương trình vi phân ma trận cấp hai:

$$M_1 \ddot{x} + C_1 \dot{x} + K_1 x = F_1 + G_1$$

với vectơ biến trạng thái $x = [\delta_{scc1}, Y_R, \delta_{FW1}, \delta_{FW2}]^T$ gồm góc quay trục lái phía dưới $\delta_{scc1}$, dịch chuyển thanh răng $Y_R$, và góc quay bánh xe dẫn hướng hai bên $\delta_{FW1}, \delta_{FW2}$.

• Thiết lập mô hình toán học cho cơ cấu Harmonic trong hệ thống lái tích cực: Quan hệ góc quay giữa trục lái trên $\delta_{sc}$, mô tơ $\delta_{Motor}$ và trục lái dưới $\delta_{scc}$ tuân theo tỷ số truyền $N = 1 / (1 - n_1/n_2)$:

$$\delta_{scc} = \frac{N-1}{N}\delta_{sc} + \frac{1}{N}\delta_{Motor}$$

• Xác định mô men yêu cầu của mô tơ điều khiển $T_{Motor}$ từ phương trình động lực học trục lái phía dưới và dịch chuyển thanh răng $Y_R$:

$$T_{Motor} = (I_{scc} + N^2 I_M)\ddot{\delta}{scc2} + C_M \text{sgn}(\dot{\delta}{scc2}) + K_T\delta_{scc2} - \frac{K_T}{R_P} Y_R$$

• Xây dựng sơ đồ thuật toán lặp và các sơ đồ mô phỏng trên phần mềm Matlab - Simulink cho hệ thống lái bị động và hệ thống lái tích cực, kết nối khối tính toán lốp đàn hồi, phân bố tải trọng và bộ điều khiển mờ tích hợp bảng MAP tỷ số truyền theo vận tốc.

Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển và khảo sát chuyển động của ô tô

Nội dung chương 3 trình bày việc xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ thống lái tích cực:

• Thiết kế bộ điều khiển mờ (Fuzzy Controller) phối hợp với bảng MAP quan hệ tỷ số truyền - tốc độ xe. Tín hiệu đầu vào của bộ điều khiển mờ là sai lệch vận tốc góc quay thân xe và gia tốc góc quay thân xe giữa mô hình chuyển động thực tế và mô hình ô tô chuẩn (mô hình quay vòng đúng).
• Đầu ra của bộ điều khiển là góc quay bù của mô tơ $\delta_{Motor}$ nhằm tác động vào cơ cấu Harmonic, điều chỉnh góc quay bánh xe dẫn hướng $\delta_{FW}$.
• Tiến hành mô phỏng số trên Matlab - Simulink để khảo sát quỹ đạo chuyển động của ô tô có và không có AFS trong các trường hợp: quay vòng ở các dải tốc độ khác nhau, chuyển làn đường đột ngột, và chuyển động khi có xung lực gió ngang tác dụng vào thân xe.

Chương 4: Thí nghiệm khảo sát chuyển động của ô tô với hệ thống lái tích cực

Chương 4 tập trung vào nội dung thực nghiệm nhằm kiểm chứng thuật toán và mô hình lý thuyết:

• Thiết kế, chế tạo mạch điều khiển điện tử cho hệ thống lái tích cực.
• Lắp đặt hoàn thiện mô hình bán thực nghiệm sử dụng cơ cấu hệ thống lái tích cực của xe Lexus LX470.
• Thiết lập hệ thống đo lường và giao tiếp dữ liệu để kiểm tra hoạt động của bộ điều khiển phần cứng.
• Tiến hành các bài thử nghiệm thực tế trên mô hình bán thực nghiệm ở các chế độ: quay vòng thừa, quay vòng thiếu, chuyển làn đường, và xe chạy thẳng chịu tác động của lực gió ngang. Kết quả đo đạc góc quay thực tế của bánh xe dẫn hướng tương ứng với góc đánh lái vành lái được ghi nhận nhằm đánh giá khả năng bù góc lái của hệ thống điều khiển đã chế tạo.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án công bố các kết quả và đóng góp mới về mặt khoa học cũng như thực tiễn:

1. Đóng góp về lý luận và khoa học:
   • Xây dựng hệ thống mô hình toán học động lực học ô tô trong mặt phẳng 3 bậc tự do kết hợp mô hình lốp phi tuyến Magic Formula Pacejka và mô hình hệ thống lái tích cực cơ cấu Harmonic 6 bậc tự do.
   • Thiết lập mối quan hệ giải tích xác định mô men mô tơ điện điều khiển và góc quay bù bánh xe dẫn hướng dựa trên sự sai lệch động học thân xe.
   • Xây dựng thuật toán điều khiển mờ kết hợp bảng MAP biến thiên tỷ số truyền theo vận tốc nhằm duy trì quỹ đạo chuyển động mong muốn.
2. Đóng góp về mặt thực tiễn và giải pháp kỹ thuật:
   • Đã thiết kế và chế tạo hoàn chỉnh phần cứng mạch điều khiển điện tử ứng dụng cho hệ thống lái tích cực.
   • Lắp đặt thành công mô hình bán thực nghiệm hệ thống lái tích cực dựa trên cụm lái xe Lexus LX470, thực hiện các bài đo kiểm tra ở các chế độ quay vòng thừa, thiếu, chuyển làn và chịu tải gió bên.
   • Kết quả nghiên cứu tạo tiền đề kỹ thuật phục vụ việc thiết kế, cải tạo, khai thác và từng bước làm chủ công nghệ sản xuất cụm điều khiển điện tử cho công nghiệp phụ trợ ô tô trong nước.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án căn cứ theo các giả thiết và phạm vi nghiên cứu được công bố:

• Mô hình động lực học ô tô xây dựng trong mặt phẳng bỏ qua dao động của hệ thống treo, giả thiết sàn xe cứng tuyệt đối và không xét đến ảnh hưởng của độ mấp mô biên dạng mặt đường tới phản lực thẳng đứng.
• Nghiên cứu giới hạn ở bài toán điều khiển thay đổi tỷ số truyền góc của hệ thống lái, chưa tích hợp điều khiển đồng thời với các hệ thống ổn định chủ động khác như ESP hay phanh chủ động.
• Quá trình thực nghiệm mới dừng lại ở mô hình bán thực nghiệm trong phòng thí nghiệm trên cơ cấu lái Lexus LX470, chưa tiến hành thử nghiệm trên xe thật hoạt động ở điều kiện đường sá thực tế.

Hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc hoàn thiện mô hình không gian có xét đến hệ thống treo và biến dạng đàn hồi khung vỏ, mở rộng thuật toán điều khiển tích hợp giữa hệ thống lái AFS với hệ thống phanh ABS/ESP, và triển khai thử nghiệm bộ điều khiển trên phương tiện thật trên đường thử chuyên dụng.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Kỹ thuật ô tô, Kỹ thuật cơ khí động lực và Cơ điện tử: Có thể khai thác chi tiết hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động phẳng của ô tô, phương trình ma trận hệ thống lái 6 bậc tự do và cấu trúc mô phỏng trên Matlab - Simulink.
• Giảng viên các trường đại học kỹ thuật: Sử dụng nội dung Chương 1 và Chương 2 làm học liệu chuyên đề về lý thuyết an toàn chuyển động, động lực học quay vòng và kết cấu các thế hệ hệ thống lái ô tô (đặc biệt là cơ cấu Harmonic VGRS).
• Kỹ sư nghiên cứu và phát triển (R&D) tại các viện nghiên cứu, doanh nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô: Tham khảo sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển, quy trình xây dựng bảng MAP tỷ số truyền theo tốc độ và phương pháp thiết lập mô hình bán thực nghiệm kiểm chứng cụm chi tiết lái tích cực.

Câu hỏi thường gặp

1. Cơ cấu Harmonic (VGRS) trong hệ thống lái tích cực của luận án có cấu tạo và nguyên lý hoạt động như thế nào?
Cơ cấu gồm 4 bộ phận chính: mô tơ DC, cơ cấu giảm tốc, cáp xoắn và cơ cấu khóa hãm. Về mặt truyền động, cơ cấu gồm bánh dẫn động sóng (wave generator) hình oval lồng trong bánh răng linh hoạt (flexible gear) dạng vành mỏng đàn hồi; bánh răng linh hoạt lại ăn khớp trong với bánh răng cố định (stator gear) có 102 răng (nhiều hơn bánh răng di động 2 răng). Khi mô tơ quay bánh dẫn động một vòng ngược chiều kim đồng hồ, biến dạng đàn hồi làm bánh răng bị động dịch chuyển ngược chiều 2 răng. Cụm khóa hãm sử dụng cuộn dây solenoid và then khóa sẽ cố định trục mô tơ khi hệ thống ngắt điện hoặc gặp sự cố, đưa hệ thống về trạng thái làm việc như cơ cấu lái cơ khí thông thường.

2. Trạng thái quay vòng của ô tô được xác định dựa trên những thông số nào và hệ số quay vòng $K_s$ thể hiện điều này ra sao?
Trạng thái quay vòng phụ thuộc vào độ cứng bên của lốp trước và sau ($C_{\alpha f}, C_{\alpha r}$), khối lượng phân bố lên các cầu ($m_1, m_2$) và vị trí tọa độ trọng tâm ($a_1, a_2$). Hệ số quay vòng được xác định theo công thức $K_s = \frac{m}{L}(\frac{a_2}{C_{\alpha f}} - \frac{a_1}{C_{\alpha r}})$. Khi $K_s = 0$, ô tô quay vòng đúng, góc quay thực tế bằng góc quay Ackermann $\delta = \delta_0$; khi $K_s > 0$, ô tô quay vòng thiếu ($\delta > \delta_0$); khi $K_s < 0$, ô tô quay vòng thừa ($\delta < \delta_0$).

3. Mô hình động lực học ô tô chuyển động trong mặt phẳng của luận án có bao nhiêu bậc tự do và sử dụng những giả thiết nào?
Mô hình hai vết bánh xe (two-track model) có 3 bậc tự do gồm: vận tốc tịnh tiến dọc $v_x$, vận tốc tịnh tiến ngang $v_y$ và vận tốc góc quay thân xe quanh trục thẳng đứng $\dot{\psi}$. Mô hình được thiết lập dựa trên các giả thiết: sàn xe cứng tuyệt đối, khối lượng xe tập trung tại trọng tâm, bỏ qua ảnh hưởng của mấp mô mặt đường đến tải trọng thẳng đứng, bỏ qua ảnh hưởng của dao động hệ thống treo theo phương thẳng đứng, và xét các góc lệch thân xe $\beta$, góc quay bánh xe dẫn hướng $\delta_1, \delta_2$ là các góc nhỏ.

4. Mô hình Magic Formula của Pacejka được luận án áp dụng nhằm xác định thông số nào và phụ thuộc vào các biến số gì?
Mô hình Magic Formula được sử dụng để xác định phản lực ngang $F_{yi}$ từ mặt đường tác dụng lên từng bánh xe đàn hồi. Lực ngang $F_{yi}$ là hàm phi tuyến phụ thuộc vào góc lệch bên của lốp $\alpha_i$ và tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe $F_{zi}$, thông qua các tham số đặc trưng $B, C, D, E$ được tính toán từ các hệ số thực nghiệm $a_1$ đến $a_8$ phụ thuộc vào kiểu loại lốp.

5. Mô hình bán thực nghiệm trong luận án được xây dựng dựa trên cụm hệ thống lái của dòng xe nào và thực hiện kiểm chứng ở những chế độ nào?
Mô hình bán thực nghiệm được thiết kế và lắp đặt dựa trên cơ cấu hệ thống lái tích cực của xe Lexus LX470. Bộ điều khiển điện tử tự chế tạo được kiểm chứng thực nghiệm qua việc thu thập và phân tích góc quay bánh xe dẫn hướng tương ứng với góc vành lái trong 4 chế độ chuyển động: quay vòng ổn định (khảo sát hiện tượng quay vòng thừa, quay vòng thiếu), chuyển làn đường, chuyển động thẳng có vận tốc thay đổi và chuyển động thẳng chịu tác động của lực gió bên.

Kết luận

Luận án tiến sĩ "Nghiên cứu điều khiển tỷ số truyền hệ thống lái nhằm tăng ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô" đã giải quyết bài toán kiểm soát ổn định quỹ đạo thông qua việc điều khiển tỷ số truyền góc của hệ thống lái tích cực. Tác giả đã thiết lập hệ thống mô hình toán học hoàn chỉnh gồm động lực học chuyển động phẳng của ô tô, lốp đàn hồi Pacejka và hệ thống lái tích cực cơ cấu Harmonic. Thuật toán điều khiển mờ kết hợp bảng MAP biến thiên tỷ số truyền theo vận tốc đã được xây dựng và mô phỏng trên Matlab - Simulink. Đồng thời, luận án đã chế tạo thành công mạch điều khiển phần cứng và thử nghiệm đánh giá hiệu quả trên mô hình bán thực nghiệm hệ thống lái tích cực Lexus LX470.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô 1. Khái quát về an toàn chuyển động An toàn chuyển động là những giải pháp kỹ thuật đảm bảo an toàn cho con người và ô tô trong quá trình chuyển động là một trong những vấn đề đang được rất nhiều các nhà khoa học quan tâm hiện nay. An toàn chuyển động được chia thành hai loại là an toàn thụ động và chủ động.

An toàn thụ động là các biện pháp kỹ thuật cần thiết để giảm thiệt hại về người và phương tiện khi xảy ra tai nạn như dây an toàn, túi khí (SRS)… An toàn chủ động là những giải pháp kỹ thuật và thiết kế chế tạo ô tô để ngăn chặn và tránh được tai nạn giao thông, tính năng ổn định quỹ đạo để hỗ trợ người lái như hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe (ABS), hệ thống kiểm soát lực kéo (TRC), hệ thống kiểm soát hoạt động trượt (ESP)… giúp cho ô tô luôn đảm bảo được quỹ đạo chuyển động như mong muốn. Trong xu thế này tác giả sẽ nghiên cứu điều khiển hệ thống lái tích cực trên ô tô (AFS) 1. Ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô Khi ô tô chuyển động trên đường, quỹ đạo chuyển động rất phức tạp. Do tác động của lực bên và biến dạng của lốp…nên quỹ đạo chuyển động của ô tô không như mong muốn đặc biệt là ở tốc độ cao.

Các hiện tượng này làm cho ô tô chuyển động mất ổn định có thể dẫn tới tai nạn. Trong những năm gần đây các nhà khoa học đã đưa ra nhiều nghiên cứu nhằm ổn định chuyển động của ô tô. Các hướng nghiên cứu tập trung vào điều chỉnh mô men quay thân xe trực tiếp bằng hệ thống phanh hoặc hệ thống lái để ổn định quỹ đạo chuyển động. Sự mất ổn định hướng chuyển động của ô tô có thể xảy ra trong các trường hợp điển hình như sau: a.

Mất ổn định hướng khi quay vòng Khi ô tô quay vòng, do ảnh hưởng biến dạng bên của lốp nên bán kính quay vòng thực tế khác với bán kính quay vòng mong muốn, gây mất ổn định chuyển động của ô tô. Trong trường hợp lốp xe không biến dạng (ô tô quay vòng với tốc độ thấp, không chịu ảnh hưởng của lực quán tính ly tâm), bán kính quay vòng thực tế của ô tô trùng với 5 bán kính quay vòng lý thuyết R và được xác định gần đúng theo góc quay của bánh xe dẫn hướng δ và chiều dài cơ sở L của ô tô theo công thức, (Hình 1.1 tan   Trong trường hợp này, trạng thái quay vòng của ô tô được gọi là quay vòng đúng. Tuy nhiên trong thực tế, do đặc tính đàn hồi của lốp nên các phản lực ngang từ mặt đường tác dụng lên bánh xe khi ô tô quay vòng Fyf, Fyr sẽ khiến các bánh xe cầu trước và bánh xe cầu sau lăn lệch khỏi phương chuyển động ban đầu dưới các góc lệch bên αf và αr (Hình 1.2  C f C r Trong đó Cαf và Cαr là độ cứng bên tổng cộng của các bánh xe cầu trước và cầu sau. Với các góc quay nhỏ δ, αf, αr<<1, bán kính quay vòng thực tế của ô tô được xác định gần đúng như sau: L L Rt   .3 tan   1   tan  r    f   r  vf δ δ vf αf Fyf Fyf a1 Flt a1 v v C Tâm quay Flt δ – αf Rt C L vòng R αr R a2 L vr a2 vr δ αr δ Tâm quay vòng Fyr Fyr a) b) Hình 1.

Mô hình ô tô một vết a) Quay vòng khi lốp xe không biến dạng b) Quay vòng khi lốp xe biến dạng bên Từ công thức (1.3), tùy thuộc vào giá trị của 1   2  có thể xác định ba trạng thái quay vòng của ô tô khi lốp biến dạng như sau: 6 - Nếu αf = αr → Rt = R: quay vòng đúng (neutral steering); - Nếu αf < αr → Rt < R: quay vòng thừa (over steering); - Nếu αf > αr→ Rt > R: quay vòng thiếu (under steering). Hiện tượng quay vòng thừa xảy ra khi bán kính quay vòng thực tế của xe nhỏ hơn bán kính quay vòng mong muốn tính theo góc quay vành tay lái thì Rt < R. Trong trường hợp này người lái phải kịp thời đánh trả tay lái để đưa ô tô trở về quỹ đạo chuyển động mong muốn, thao tác chậm trễ sẽ làm tăng đột biến giá trị lực quán tính ly tâm. Do sự di chuyển tải trọng giữa các bánh xe phía trong và ngoài tâm quay vòng, phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe phía trong giảm, làm giảm khả năng bám ngang của ô tô khiến ô tô bị trượt ra khỏi quỹ đạo chuyển động ban đầu.

Nếu mặt đường có hệ số bám lớn ô tô có thể bị lật quanh vết tiếp xúc giữa các bánh xe phía ngoài với mặt đường. Trái với quay vòng thừa, hiện tượng quay vòng thiếu xảy ra khi bán kính quay vòng thực tế của xe lớn hơn bán kính quay vòng mong muốn tính theo góc quay vành tay lái Rt > R. Khi quay vòng thiếu, các phản lực bên tác dụng lên bánh xe sau có xu hướng làm cho phần đuôi xe lệch về phía trong. Để ô tô chuyển động đúng quỹ đạo mong muốn, người lái phải đánh thêm tay lái một góc quay phù hợp.

Từ phương trình cân bằng mô men với trọng tâm C, Hình 1.1b, các phản lực ngang từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe cầu trước và cầu sau có thể được xác định gần đúng theo công thức: a2 mv 2 a2 a Fyf  Flt .  ma y 2 L Rt L L  L  a2   mv2. a1  ma a1 Fyr  Flt y 1.4  L Rt L L với m là khối lượng của ô tô và ay là gia tốc hướng tâm xuất hiện khi ô tô quay vòng. Từ phương trình (1.4), ta có: mv 2  a2 a1  ma y  C r a2  C f a1   f  r      Rt L  C f C r   L  C rC f   1.5  Như vậy trạng thái quay vòng của ô tô sẽ phụ thuộc vào độ cứng bên của lốp và vị trí tọa độ trọng tâm theo biểu thức  C r a2  C f a1  .2 thể hiện ảnh hưởng của 7 vị trí tọa độ trọng tâm và độ cứng bên của lốp đến trạng thái quay vòng khi ô tô quay vòng với bán kính không đổi.

δ δ Cαf < Cαr: quay vòng thiếu L1 < L2: Quay vòng thiếu thie7steering Cαf = Cαr: Quay vòng đúng L1 = L2: Quay vòng đúng L/R L/R L1 > L2: Quay vòng thừa Cαf > Cαr: Quay vòng thừa a) af = ar; R = const. Quan hệ giữa các trạng thái quay vòng với độ cứng bên của lốp và tọa độ trọng tâm ô tô Từ phương trình (1.3), quan hệ giữa góc quay lý thuyết δ0 (không kể đến biến dạng bên của lốp, Ackermann steering angle) và góc quay thực tế δ (có kể đến biến dạng bên của lốp) của bánh xe dẫn hướng với các góc lệch bên của lốp có thể được biểu diễn như sau:  L R     f  r  0   f  r           .6 Từ các phương trình (1.6), ta có:  m2     0    m1   ay  Ks ay , 1.7   C f C r  trong đó: m  a2 a  Ks    1  ,  rad/m/s2  1.8 L  C f C r    Ks được gọi là hệ số quay vòng [16], giá trị của Ks xác định trạng thái quay vòng của ô tô, m1 và m2 là khối lượng phân bố lên cầu trước và cầu sau.3 biểu diễn ảnh hưởng của hệ số quay vòng Ks đến mối quan hệ giữa góc quay thực tế của các bánh xe dẫn hướng δ và gia tốc hướng tâm ay khi ô tô quay vòng với bán kính không đổi. 8 δ Ks > 0: Quay vòng thiếu 2δ0 Ks = 0: Quay vòng đúng δ0 = L/R0 Ks < 0: Quay vòng thừa 0 -L/ L/ (KsR0) a y = v 2 / R0 Hình 1. Ảnh hưởng của Ks đến quan hệ giữa góc quay thực tế và gia tốc hướng tâm với bán kính quay vòng R = const.

- Khi Ks = 0: δ = δ0 , ô tô quay vòng đúng, góc quay thực tế của bánh xe dẫn hướng luôn cân bằng với góc quay vòng Ackermann và không thay đổi theo sự tăng của gia tốc hướng tâm hay tốc độ chuyển động của ô tô, đảm bảo ô tô chuyển động theo đúng quỹ đạo mong muốn; - Khi Ks > 0: δ > δ0, ô tô quay vòng thiếu, góc quay thực tế của bánh xe dẫn hướng tăng theo sự tăng của gia tốc hướng tâm hay tốc độ chuyển động của ô tô khiến ô tô chuyển động ra ngoài quỹ đạo mong muốn; - Khi Ks < 0: δ < δ0, ô tô quay vòng thừa, góc quay thực tế của bánh xe dẫn hướng giảm khi gia tốc hướng tâm hay tốc độ chuyển động của ô tô tăng, khiến ô tô chuyển động vào phía trong quỹ đạo mong muốn. Mất ổn định hướng do tác dụng của gió ngang Khi ô tô đang chuyển động thẳng, giá trị lực gió ngang lớn sẽ làm các lốp xe bị biến dạng bên và lăn lệch khỏi hướng chuyển động thẳng. Tùy theo giá trị độ lớn của các góc lệch bên bánh xe cầu trước và cầu sau có thể xảy ra các tình huống sau: 9 αf αf vf vf v v β Flt β Fw Fw αr αr vr Flt vr a) αf > αr: Flt ↑↓ Fw b) αf < αr: Flt ↑↑ Fw Hình 1. Ảnh hưởng của gió ngang và biến dạng của lốp đến ổn định hướng chuyển động - Khi αf > αr xuất hiện lực quán tính ly tâm Flt ngược chiều với lực gió ngang Fw có xu hướng ổn định quỹ đạo chuyển động ban đầu của ô tô (Hình 1.

- Nếu αf < αr lực quán tính ly tâm Flt cùng chiều với Fw làm tăng giá trị lực ngang gây mất ổn định quỹ đạo chuyển động (Hình 1. Khi ô tô đang chuyển động thẳng, giá trị lực gió ngang lớn sẽ làm các lốp xe bị biến dạng bên và lăn lệch khỏi hướng chuyển động thẳng.