TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Thiết lập mơ hình động lực học nghiên cứu
ổn định quỹ đạo chuyển động của xe tải khi
chuyển làn đường
TRẦN VĂN THẮNG

Ngành Kỹ thuật cơ khí động lực

Giảng viên hướng dẫn:

PGS.TS.Dương Ngọc Khánh

Viện:

Cơ khí động lực

Hà Nội – 2020


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Thiết lập mơ hình động lực học nghiên cứu
ổn định quỹ đạo chuyển động của xe tải khi
chuyển làn đường
TRẦN VĂN THẮNG

Ngành Kỹ thuật cơ khí động lực

Giảng viên hướng dẫn:

PGS.TS.Dương Ngọc Khánh
Chữ ký GVHD

Viện:

Cơ khí động lực

Hà Nội – 2020


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn : Trần Văn Thắng
Đề tài luận văn: Thiết lập mơ hình động lực học nghiên cứu ổn định quỹ đạo
chuyển động của xe tải khi chuyển làn đường
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số HV:

CA180191

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác
giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 24/06/2020 với
các nội dung sau:
-Thêm phần kết luận cho luận văn
- Chỉnh sửa các lỗi chế bản


Ngày
Giáo viên hướng dẫn

tháng năm 2020

Tác giả luận văn

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


Lời cam đoan
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của thầy hướng dẫn. Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận
văn là trung thực, khách quan và chưa từng được bảo vệ ở bất kỳ học vị nào và
chưa từng được tác giả khác công bố.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cảm
ơn, các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS. Dương Ngọc Khánh

tháng

năm 2020

Học viên


Trần Văn Thắng


Lời cảm ơn
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành và sâu sắc tới PGS.TS Dương Ngọc
Khánh người đã tận tình hướng dẫn, khích lệ tơi trong suốt q trình nghiên cứu và
thực hiện luận văn này, cũng như đã giúp đỡ tơi hồn thiện kiến thức chun mơn
của bản thân.
Tôi xin trân trọng cảm ơn đến Ban giám hiệu Trường, Khoa đào tạo sau đại
học và toàn thể các quý thầy, cô đã tham gia giảng dạy tại Viện Cơ khí động lực Trường Đại học Bách Khoa đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong thời
gian tham gia khóa học tại Trường Đại học Bách Khoa.
Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã tạo điều
kiện và giúp đỡ tơi trong q trình hồn thiện luận văn này.
Xin trân trọng cảm ơn!

HỌC VIÊN

Trần Văn Thắng


Tóm tắt nội dung luận văn
1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: Ngày nay, với hệ thống giao thơng
đang được hồn thiện, các loại ơ tơ tải chuyển động trên đường với tốc độ ngày càng
cao để rút ngắn thời gian vận chuyển hàng hóa. Khi chuyển động xe tải chịu các yếu
tố tác động từ điều khiển người lái, điều kiện mặt đường, các yếu tố ngoại cảnh khác.
Vì vậy, tính chât động lực học nói chung và quỹ đạo chuyển động của xe tải là phức
tạp. Cần có nghiên cứu đánh giá ổn định của xe tải trong các trạng thái chuyển động
có sự điều khiển liên tục như chuyển làn đường trong các điều kiện chuyển động khác
nhau. Các kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở để cảnh báo hoặc thiết kế hệ thống
điều khiển ổn định sau này.

2. Mục tiêu của đề tài và kết quả đạt được:
- Xây dựng mơ hình động lực học xe tải khảo sát q trình chuyển làn đường;
- Khảo sát đánh giá các thơng số ảnh hưởng đến hành lang quét của xe tải khi
chuyển làn đường;
Kết quả của luận văn có thể làm cơ sở để đề xuất phương pháp xác định vùng
điều khiển để xe tải khi chuyển làn mà không bị vi phạm làn đường có thể làm cơ sở
khi thiết kế các hệ thống cảnh báo và hệ thống điều khiển làm tăng tính ổn định
chuyển động, hạn chế vi phạm làn đường.
3. Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết:
- Tổng quan vấn đề nghiên cứu ;
- Thiết lập mơ hình động lực học chuyển động của xe tải ;
- Khảo sát ảnh hưởng của một số thông số đến ổn định quỹ đạo khi chuyển làn
đường của xe tải.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết bằng mơ hình động lực học kết hợp ứng dụng phần mềm
mô phỏng Matlab Simulink.
HỌC VIÊN

Trần Văn Thắng


MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................... iii
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ......................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU TRONG LUẬN ÁN ............................................... viii
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU............................. 2
1.1. Vấn đề an toàn chuyển động của ô tô khi chuyển làn đường .................... 2
1.2. Tình hình tai nạn giao thông ở Việt Nam .................................................. 4

1.2.1.Điều kiện đường ở Việt Nam ............................................................... 4
1.2.2. Tình hình tai nạn giao thơng trong những năm gần đây ..................... 4
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước về ổn định quỹ đao chuyển động
................................................................................................................................ 8
1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước......................................................... 8
1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................... 10
1.4. Các chỉ tiêu sử dụng để đánh giá sự vi phạm làn đường ......................... 11
1.5. Mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu ..................................... 14
1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................... 14
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................. 14
1.5.3. Kết luận chương ............................................................................... 15
CHƯƠNG 2. THIẾT LẬP MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG CỦA
XE TẢI KHI CHUYỂN LÀN ĐƯỜNG .............................................................. 16
2.1. Phân tích cấu trúc và các giả thiết............................................................ 16
2.1.1. Phân tích cấu trúc xe tải .................................................................... 16
2.1.2. Đề xuất các giả thiết khi xây dựng mơ hình. ..................................... 17
2.1.3. Hệ quy chiếu ...................................................................................... 18
2.2. Thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động của xe tải 2 cầu ............ 19
2.2.1. Các phương trình xác định chuyển động trong mặt phẳng đường .... 19
2.2.2. Các phương trình dao động của khối lượng được treo trong mặt phẳng
dọc ........................................................................................................................ 20
2.2.3. Các phương trình dao động trong mặt phẳng ngang ......................... 22
i


2.2.4. Động lực học bánh xe ....................................................................... 24
2.3. Xác định các thành phần ngoại lực và lực liên kết .................................. 25
2.3.1. Xác định nội lực hệ thống treo .......................................................... 25
2.3.2. Tải trọng thẳng đứng tại bánh xe ...................................................... 27
2.3.3. Lực tương tác lốp đường ................................................................... 28

2.4. Quy luật đánh lái khi chuyển làn đường .................................................. 31
2.5. Mô phỏng bằng phần mềm MATLAB Simulink .................................... 32
CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE TẢI KHI
CHUYỂN LÀN ĐƯỜNG .....................................................................................37
3.1. Thông số và các phương án khảo sát ....................................................... 37
3.1.1. Thông số khảo sát.............................................................................. 37
3.1.2. Các phương án khảo sát .................................................................... 39
3.2 Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc đánh lái đến chuyển làn đơn................. 40
3.3. Khảo sát ảnh hưởng của biên độ đánh lái Sin khi chuyển làn đường đơn
.............................................................................................................................. 47
3.4 . Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đánh lái khi chuyển làn đường đơn . 55
3.5 Kết luận chương........................................................................................ 61
KẾT LUẬN ...........................................................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................64

ii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu

Đơn vị

OXYZ

Giải nghĩa
Hệ quy chiếu cố định

Cxyz


Hệ quy chiếu cục bộ tại trọng tâm xe tải

ij

Chỉ số bánh xe thứ i (cầu) và trái (j=1)/phải (j=2)

v

m/s

Vận tốc của xe

vx

m/s

Vận tốc dọc của xe

vy

m/s

Vận tốc ngang của xe

2b

m

Chiều rộng cơ sở của xe


2w

m

Khoảng cách hai hệ thống treo cầu xe

ax

m/s2

Gia tốc dọc

β

rad

Góc hướng của thân xe

β

rad

Góc hướng của bánh xe

ay

m/s2

Gia tốc ngang


g

m/s2

Gia tốc trọng trường, g=9,81m/s2

h

m

Chiều cao trọng tâm

h

m

Khoảng cách từ trọng tâm tới tâm lật

l1

m

Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu xe số 1

l2

m

Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu xe số 2


m

kg

Khối lượng được treo

M

kg

Khối lượng tồn xe

δ

rad

Góc quay bánh xe dẫn hướng

hij

m

kích thích mặt đường
iii


exij

m


Khoảng dịch phản lực Fz phương dọc bánh xe ij

hRi

m

Chiều cao tâm quay tức thời Ri của cầu i, (i=1,2)

r0ij

m

Bán kính tự do của bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2)

ftij

m

Độ võng tĩnh lốp thứ ij (i=1,2, j=1,2)

sij

Hệ số trượt bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2)

αij

độ

Cij


N/m

Kij
CLij
KLij

Góc lệch bên bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2)
Độ cứng hệ thống treo (i=1,2, j=1,2)

N/(m/s) Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo ij (i=1,2, j=1,2)
N/m

Độ cứng hướng kính lốp thứ ij (i=1,2, j=1,2)

N/(m/s) Hệ số cản hướng kính lốp thứ ij (i=1,2, j=1,2)

Jx

kgm2

Mơ men qn tính trục x của khối lượng được treo

Jy

kgm2

Mơ men qn tính trục y của khối lượng được treo

Jz


kgm2

Mơ men qn tính trục z của khối lượng được treo

JAxi

kgm2

JAyij

kgm2

MAij

Nm

Mơ men chủ động bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2)

MBij

Nm

Mô men phanh bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2)

Fxij

N

Lực dọc bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2)


Fyij

N

Lực ngang bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2)

Fzij

N

Phản lực bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2)

FGij

N

Tải trọng tĩnh ứng với bánh xe thứ ij (i=1(,2, j=1,2)

FCij

N

Lực đàn hồi hệ thống treo thứ ij (i=1,2, j=1,2)

FKij

N

Lực cản giảm chấn hệ thống treo thứ ij (i=1,2, j=1,2)


Mơ men qn tính trục x của khối lượng không được
treo cầu i (i=1,2)
Mô men quán tính trục y bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2)

iv


FCLij

N

Lực đàn hồi hướng kính lốp thứ ij (i=1,2, j=1,2)

FKLij

N

Lực cản giảm chấn lốp bánh xe thứ ij (i=1,2, j=1,2)
Lực liên kết ngang khối lượng không treo và được treo

FRi

N

tại tâm quay tức thời Ri (i=1,2) tác động từ khối lượng
được treo

v



DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Các yếu tố ảnh hưởng ..............................................................................2
Hình 1.2. Thống kê các vụ tai nạn ở Việt Nam năm 2015 và 2015 [2] ..................5
Hình 1.3. Các phương tiện gây ra tai nạn giao thông đường bộ tại Việt Nam .......6
Hình 1.4. Tỉ lệ tai nạn giao thơng trên các loại đường bộ tại Việt Nam.................7
Hình 1.5. Các nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông đường bộ tại Việt Nam ......7
Hình 1.6. Các thành phần của hệ thống cảnh báo làn đường..................................9
Hình 1.7. Các trạng thái chuyển làn đường ở đường loại III của xe tải ...............12
Hình 2.1. Xe tải Hyundai HD170 2 cầu ................................................................16
Hình 2.2. Mơ hình khơng gian ơ tơ tải ..................................................................18
Hình 2.3. Mơ hình lực tác động lên xe trong mặt phẳng song song với mặt đường
...............................................................................................................................19
Hình 2.4. Mơ hình các lực tác động trong mặt phẳng dọc ....................................21
Hình 2.5. Mơ hình các lực tác động trong mặt phẳng ngang ................................22
Hình 2.6. Mơ hình động lực học bánh xe đàn hồi ................................................24
Hình 2.7. Nội lực hệ thống treo ............................................................................25
Hình 2.8. Đặc tính hệ thống treo ...........................................................................26
Hình 2.9. Mơ hình lốp ...........................................................................................29
Hình 2.10. Quy luật đánh lái dạng Sin đơn khi chuyển làn đường.......................32
Hình 2.11. Mơ đun bánh xe 11 .............................................................................34
Hình 2.12. Mơ đun phương trình số 11 ................................................................35
Hình 2.13 Mơ đun phương trình số 12 .................................................................35
Hình 2.14 Mơ đun phương trình số 13 .................................................................35
Hình 2.15 Mơ đun phương trình số 14 .................................................................35
Hình 3.3. Đồ thị góc δ11 ........................................................................................40
Hình 3.4. Đồ thị gia tốc ngang ay ..........................................................................40

 .......................................................41
Hình 3.5. Đồ thị vận tốc góc quay thân xe ψ

Hình 3.6. Đồ thị góc quay góc thân xe ψ ............................................................42
Hình 3.7. Đồ thị tọa độ ngang Y ...........................................................................42
Hình 3.8. Đồ thị vị trí tọa độ Y11 với v=[48 50 52] km/h......................................43
Hình 3.9. Đồ thị vị trí tọa độ Y12 với v=[48 50 52] km/h......................................43
vi


Hình 3.10. Đồ thị vị trí tọa độ Y21 với v=[48 50 52] km/h .................................. 44
Hình 3.11. Đồ thị vị trí tọa độ Y22 với v=[48 50 52] km/h ................................... 44
Hình 3.13. Đồ thị góc δ11 ..................................................................................... 47
Hình 3.14. Đồ thị gia tốc ngang ay ....................................................................... 47

 ..................................................... 48
Hình 3.15. Đồ thị vận tốc góc quay thân xe ψ
Hình 3.16. Đồ thị góc quay thân xe ψ ................................................................ 49
Hình 3.17. Đồ thị Fz11 ........................................................................................... 49
Hình 3.18. Đồ thị Fz12 ......................................................................................... 50
Hình 3.19. Đồ thị Fz21 ........................................................................................... 50
Hình 3.20. Đồ thị Fz22 ........................................................................................... 51
Hình 3.21. Đồ thị tọa độ ngang Y ........................................................................ 51
Hình 3.22. Đồ thị tọa độ ngang Y11 ..................................................................... 52
Hình 3.23. Đồ thị tọa độ ngang Y21 ..................................................................... 52
Hình 3.24. Đồ thị tọa độ ngang Y12 ..................................................................... 53
Hình 3.25. Đồ thị tọa độ ngang Y22 ..................................................................... 53
Hình 3.27. Đồ thị góc δ11 ..................................................................................... 55
Hình 3.28. Đồ thị vận tốc góc quay thân xe ψ ..................................................... 56
Hình 3.29. Đồ thị gia tốc ngang ay ....................................................................... 56
Hình 3.30. Đồ thị tọa độ ngang Y ........................................................................ 57
Hình 3.31. Đồ thị tọa độ ngang Y11 ..................................................................... 57
Hình 3.32. Đồ thị tọa độ ngang Y21 ..................................................................... 58

Hình 3.33. Đồ thị tọa độ ngang Y12 ..................................................................... 59
Hình 3.34. Đồ thị tọa độ ngang Y22 ..................................................................... 59

vii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.8. Chiều rộng tối thiểu các yếu tố trên mặt cắt ngang cho địa hình đồng
bằng và đồi ............................................................................................................13
Bảng 3.1. Thông số xe khảo sát ............................................................................37
Bảng 3.2. Các phương án khảo sát........................................................................39
Bảng 3.12. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu theo vận tốc xe ........................................46
Bảng 3.26. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu theo biên độ góc lái ................................54
Bảng 3.35. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu theo tần số đánh lái .................................60

viii


LỜI NÓI ĐẦU
Trong xã hội hiện nay, sự phát triển về kinh tế, kỹ thuật, nhu cầu đi lại và
giao thương hàng hóa ln được đặt lên hàng đầu. Với sự tăng trưởng tốc độ và
mật độ chuyển động của ô tô ngày nay đòi hỏi ô tô phải đảm bảo tính điều khiển ở
mức độ cao. Tuy nhiên ở tốc độ cao, ơ tơ địi hỏi tính năng ổn định nhằm nâng cao
tính an tồn chuyển động, hạn chế tối đa tai nạn giao thông xảy ra. Và để hạn chế
được những hiện trạng nói trên, ngồi việc nâng cao ý thức của mỗi người khi tham
gia giao thông thì cũng cần phải bảo đảm được tình trạng kỹ thuật của phương tiện.
Tai nạn giao thông xảy ra đối với xe tải do nhiều nguyên nhân, trong đó chủ
yếu là do xe mất ổn định chuyển động trên đường khi tăng tốc, khi phanh, khi vượt
xe, tránh chướng ngại vật, khi chạy trên đường có hệ số bám thấp hoặc khi xe đi
vào đường vòng. Hành lang chuyển động của xe cũng là yếu tố quan trọng khi thiết

kế đường. Chuyển làn đường là quá trình di chuyển thường gặp trong điều kiện
mật độ phương tiện cao như ở Việt Nam. Đặc điểm của quá trình này là việc người
lái thường xun phải thay đổi góc quay vơ lăng để xe có thể đi theo quỹ đạo như
mong muốn. Cùng với sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu, tốc độ, góc đánh lái
và quy luật đánh lái thì các điều kiện ngoại cảnh là hệ số bám của đường cũng ảnh
hưởng đến quỹ đạo và tính năng ổn định chuyển động của ô tô đặc biệt ở tốc độ
cao. Chính vì vậy tính chất ổn định chuyển động của xe là phức tạp.
Đề tài “Thiết lập mô hình động lực học nghiên cứu ổn định quỹ đạo
chuyển động của xe tải khi chuyển làn đường” dưới sự hướng dẫn của PGS.TS.
Dương Ngọc Khánh và tập thể các thầy cơ giáo trong bộ mơn Ơ tơ và xe chuyên
dụng – Đại học Bách Khoa Hà Nội sẽ tập trung phân tích và giải quyết vấn đề hạn
chế mất ổn định của xe khi chuyển làn.
Do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của bản thân vẫn còn hạn chế, đề tài
khơng thể tránh khỏi được sai sót, kính mong nhận được sự góp ý của các thầy cơ,
đồng nghiệp và bạn bè để có thể chỉnh sửa và hoàn thiện tốt hơn.
Cuối cùng, học viên xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS.
Dương Ngọc Khánh – giáo viên hướng dẫn đề tài cùng toàn thể các thầy cơ giáo
trong bộ mơn Ơ tơ và xe chuyên dụng – Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình
chỉ dạy, góp ý để học viên có thể hoàn thành nghiên cứu và đề xuất được các hướng
nghiên cứu sau này.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1.1. Vấn đề an tồn chuyển động của ơ tơ khi chuyển làn đường

Hình 1.1 Các yếu tố ảnh hưởng
Khi xe đi trên đường có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng như: ngoại lực, đường,
người lái, tải trọng của xe...

+ Tác động của đường: gồm có liên kết lốp đường được thể hiện theo hệ số
bám  X , biên dạng đường ij và hành lang đường Ld …
+ Tác động của người lái: dạng đánh lái, vận tốc đánh lái, góc đánh lái và tấn
số đánh lái…
+ Tác động của ngoại lực: Lực gió dọc Fwx và lực gió ngang Fwy …
Giao thơng vận tải bằng ơ tơ đóng vai trị rất quan trọng trong đời sống xã
hội hiện đại. Ô tô là một phương tiện giao thông đang dần dần phổ biến ở nước ta
và giữ vai trò quan trọng trong mạng lưới giao thông đường bộ. Hệ thống hạ tầng
giao thông cùng kỹ thuật hiện đại cho phép ô tô chuyển động với tốc độ cao, nâng
cao năng suất vận chuyển. Với sự tăng trưởng tốc độ và mật độ chuyển động của
ơ tơ ngày nay địi hỏi ơ tơ phải đảm bảo tính điều khiển, tính năng ổn định ở mức
độ cao nhằm nâng cao tính an tồn chuyển động của nó.
Chuyển làn đường là q trình di chuyển hay gặp đặc biệt trong điều kiện
mật độ phương tiện cao như ở Việt Nam. Đặc trưng của quá trình này là việc người
lái thường xuyên phải thay đổi góc quay vơ lăng để xe có thể đi theo quỹ đạo như
2


mong muốn. Cùng với sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu, tốc độ, góc đánh lái
và quy luật đánh lái thì các điều kiện ngoại cảnh đặc biệt là hệ số bám của đường
cũng ảnh hưởng đến quỹ đạo và tính năng ổn định chuyển động của ơ tô đặc biệt
ở tốc độ cao.
Khi chuyển làn đường, biên độ góc quay bánh xe dẫn hướng, tần số góc quay
bánh xe dẫn hướng cùng với vận tốc xe không phù hợp có thể dẫn đến vi phạm làn
đường: dịch chuyển thừa và chuyển làn thiếu (hình 1.7 ). Quá trình này có thể dẫn
đến một trong các cụm bánh xe va chạm lề đường có thể dẫn đến lật xe.
Hiện tượng xoay ngang thân xe xảy ra nhiều khi ô tô chuyển động ở tốc độ
cao. Hiện tượng này xảy ra khi xe đi trên đường có hệ số bám hai bên bánh xe
không bằng nhau hay lực phanh các bên bánh xe không bằng nhau, tuy nhiên vấn
đề này lại thuộc về tính ổn định của xe. Trạng thái lật ngang xảy ra khi xe trượt

ngang, gặp chướng ngại vật, xe chuyển động khi tham gia quay vòng, bị lật dưới
tác dụng của lực ly tâm. Điều này gây nên những hậu quả đặc biệt nghiêm trọng
cho cả người và phương tiện, vì vậy tính chất ổn định của xe là phức tạp. Việc tính
tốn chính xác các chỉ tiêu đánh giá tính động lực học của ơ tơ là một vấn đề rất
khó thực hiện. Nghiên cứu để nâng cao tính ổn định chuyển động của xe khi chuyển
làn luôn là vấn đề được nhiều nhà khoa học kỹ thuật trên thế giới và trong nước
quan tâm. Quỹ đạo và các thông số động lực học trong q trình chuyển làn của ơ
tơ đang được tập trung nghiên cứu để hoàn thiện các hệ thống tự động điều khiển
nhằm nâng cao tính năng an tồn chuyển động của ô tô.
Cùng với sự phát triển nhanh của ngành công nghệ thông tin và các thiết bị
nghiên cứu ngày càng chính xác hơn, nên nhiều bài tốn được giải quyết một cách
nhanh chóng với độ chính xác cao bằng phương pháp mô phỏng trên các phần
mềm, giúp cho quá trình tính tốn, thiết kế và chế tạo được thuận lợi và chính xác
hơn rất nhiều, tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát
triển và đảm bảo được các yêu cầu của người sử dụng và chọn chế độ sử dụng cho
các loại ô tơ có hiệu quả.

3


1.2. Tình hình tai nạn giao thơng ở Việt Nam
1.2.1.Điều kiện đường ở Việt Nam
Những năm qua, hệ thống kết cấu hạ tầng giao thông đường bộ được đầu tư
khá đồng bộ, có những bước phát triển mạnh theo hướng hiện đại, có trọng tâm,
trọng điểm, tập trung vào các cơng trình có tính kết nối, lan tỏa, tạo động lực phát
triển kinh tế - xã hội. Chất lượng vận tải đường bộ ngày một nâng cao, bước đầu
góp phần thực hiện mục tiêu GTVT đi trước một bước trong tiến trình xây dựng
và phát triển đất nước, góp phần bảo đảm quốc phòng - an ninh và bảo vệ Tổ quốc.
Theo Bộ GTVT, hệ thống đường bộ hiện nay bao phủ khắp lãnh thổ và đóng
vai trị trục chính kết nối mạng lưới giữa các vùng, miền, các cảng hàng không,

cảng biển, cửa khẩu, đầu mối giao thông quan trọng. Hệ thống đường bộ Việt Nam
có tổng chiều dài 570.448 km, trong đó quốc lộ là 24.136 km, đường cao tốc là
816 km, đường tỉnh là 25.741km, đường huyện là 58.347km, đường đô thị là
26.953km, đường xã là 144.670km, đường thơn xóm là 181.188km và đường nội
đồng là 108.597km. Hệ thống quốc lộ hình thành nên các tuyến hành lang Bắc Nam, vùng duyên hải và cao nguyên, các tuyến đường Đông - Tây dọc theo miền
Trung Việt Nam. Ở phía Bắc, các tuyến quốc lộ tạo thành hình mạng lưới nan quạt
với tâm là Thủ đô Hà Nội. Ở phía Nam, các tuyến quốc lộ tạo nên hình lưới…
Cũng theo Bộ GTVT, hiện đã đưa vào khai thác là 816km đường cao tốc, tăng trên
4,8 lần. Hiện tại, Bộ GTVT đang chỉ đạo quyết liệt để khởi công dự án cao tốc Bắc
- Nam phía Đơng để phấn đấu cơ bản hoàn thành vào năm 2021. Nhờ việc đầu tư
đồng bộ, trọng tâm trọng điểm mà sản lượng vận tải do đường bộ ln tăng cao.
Tính đến hết tháng 11/2019, sản lượng vận tải cả nước đạt hơn 1,4 tỷ tấn hàng,
tăng 8,8%; đạt hơn 4,34 tỷ lượt hành khách, tăng 10,4% so với cùng kỳ năm 2018
[1].
1.2.2. Tình hình tai nạn giao thơng trong những năm gần đây
Ngày nay, tai nạn giao thông đặc biệt là tai nạn giao thông đường bộ đã trở
thành thảm họa cho con người. Một trong những nguyên nhân lớn làm gia tăng số
vụ tai nạn là do các điều kiện đường gây bất lợi cho chuyển động của dòng xe. Sự
phát triển của nền kinh tế đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng q trình cơ giới
4


hóa ở một số khu vực thành thị lớn (dựa vào số lượng các loại xe cơ giới). Vấn đề
nảy sinh trong bối cảnh này đó là số lượng tai nạn giao thơng tăng một cách báo
động, kìm hãm sự phát triển kinh tế-xã hội.Theo số liệu thống kê của Cục cảnh sát
giao thông đường bộ-đường sắt về tai nạn giao thông đường bộ (do nhiều nguyên
nhân khác nhau) trong thời gian qua:

Hình 1.2. Thống kê các vụ tai nạn ở Việt Nam năm 2015 và 2015 [2]
Theo thống kê của Cục Cảnh sát giao thông năm 2015 cả nước xảy ra 22.827

vụ, làm chết 8.727 người, bị thương 21.069 người. So với năm 2014, giảm 2.842
vụ (- 11%), giảm 364 người chết (- 4%), giảm 3.794 người bị thương (- 15,26%).
Trong đó:
- Đường bộ: Xảy ra 22.326 vụ, làm chết 8.435 người, bị thương 20.815 người.
So với năm 2014, giảm 2.912 vụ (- 11,54%), giảm 410 người chết (- 4,64%), giảm
3.822 người bị thương (- 15,51%).
- Đường sắt: Xảy ra 405 vụ, làm chết 218 người, bị thương 239 người. So
với năm 2014, tăng 64 vụ (18,77%), tăng 38 người chết (21,11%), tăng 23 người
bị thương (10,65%).

5


- Đường thủy: Xảy ra 96 vụ, làm chết 74 người, bị thương 15 người. So với
năm 2014, tăng 06 vụ (6,67%), tăng 08 người chết (12,12%), tăng 05 người bị
thương (50%).
Thống kê tỉ lệ phương tiện tham gia giao thơng gây tai nạn:

Hình 1.3. Các phương tiện gây ra tai nạn giao thông đường bộ tại Việt Nam
Kết cấu hạ tầng giao thông hiện nay vẫn chưa đáp ứng được yêu cầu phát
triển của phương tiện giao thông và các loại hình giao thơng vận tải hiện nay do
đó thường xảy ra cac tai nạn trên các loại đường khác nhau.

6


Hình 1.4. Tỉ lệ tai nạn giao thơng trên các loại đường bộ tại Việt Nam

Hình 1.5. Các nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông đường bộ tại Việt Nam
Có nhiều ngun nhân gây ra tai nạn giao thơng. Trong đó nguyên nhân chủ

quan do con người chiếm một tỷ trọng lớn (chiếm khoảng 80% tổng số vụ tai nạn
giao thông). Điều này thể hiện ở ý thức và khả năng điều khiển phương tiện của
người tham gia giao thơng. Ví dụ theo số liệu thống kê, phân tích tổng số các vụ
TNGT xảy ra trong năm 2015 của Ủy ban an tồn giao thơng quốc gia cung cấp ta
7


có bảng thống kê về ngun nhân chính của tai nạn giao thông đường bộ cho
thấy các lỗi vi phạm TTATGT chủ yếu dẫn đến TNGT là: đi không đúng làn
đường, phần đường quy định chiếm tỉ lệ cao (26%), chạy quá tốc độ (9%), chuyển
hướng không đúng quy định (9%), ngồi ra các lỗi khơng nhường đường, vượt xe,
sử dụng rượu bia chiếm tỉ lệ đáng kể.
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về ổn định quỹ đao chuyển
động
1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước
Cơng trình nghiên cứu với đề tài “Trajectory Planning for a Four-WheelSteering Vehicle” của Danwei Wang and Feng Qi thuộc trường đại học Nanyang
Singapor (26/05/2001)[3]. Với cơng trình này, học viên đã xây dựng được mơ hình
chuyển động của xe (mơ hình 1/4) và từ các phần mềm mô phỏng cũng như các
giả thiết trong q trình tính tốn, học viên đã xây dựng được các đường đặc tính
về vận tốc dịch chuyển của xe, góc quay thân xe và đường đặc tính về quỹ đạo
chuyển động của xe. Tuy nhiên trong công trình này, học viên mới chỉ đưa ra được
một mơ hình đơn giản, chưa xây dựng được mơ hình lốp, chưa tính đến được ảnh
hưởng của hệ số bám cũng như độ trượt của xe. “Dynamic Trajectory Planning
with Dynamic Constraints: A State-Time Space Approach” của nhóm học viên
trường đại học Yokohama Nhật Bản năm 1993. Với cơng trình này, mơ hình tính
tốn đã được mở rộng hơn với mơ hình ½ và đặc biệt hơn nữa là mô tả quỹ đạo
chuyển động của xe trong không gian với không gian trạng thái gần đúng. Tuy
nhiên đề tài vẫn chỉ dừng lại ở mơ hình lý thuyết với các giả thiết gần đúng và các
đường đặc tính chỉ mang tính chất tham khảo và tạo tiền đề cho các nghiên cứu
sâu hơn khi tiếp cận dần với các điều kiện thực tế chuyển động của xe trên đường.

Cơng trình khoa học: “Trajectory planning of tracked vehicles” của nhóm
học viên Zvi. Shiller và William. Serate thuộc trường đại học California Los
Angeles năm 1995[4]. Cơng trình này, học viên đã đề xuất mơ hình xây dựng quỹ
đạo chuyển động của xe trong khi kéo với các điều kiện chuyển động được mở
rộng hơn. Tuy nhiên đề tài vẫn chỉ dừng lại ở trạng thái lý thuyết với các giả thiết
khi tính tốn nên kết quả vẫn chỉ mang tính chất tham khảo.
8


- Năm 2004, cơng trình “State and Parameter Estimation for Vehicle
Dynamics Control Using GPS” Jihan Ryu có nghiên cứu động lực học ơ tơ có tích
hợp hệ thống GPS để xác định vị trí của xe trên đường từ đó có các hướng điều
khiển hướng phù hợp nhằm tăng tính an tồn chuyển động cho ơ tơ[5]. Tự lái là
một xu thế tất yếu không chỉ cho xe chở người mà còn đối với các loại xe tải lớn.
- Năm 2000, cơng trình “Dynamic analyses and robust steering controller
design for automated lane guidance of heavy-duty vehicles”Jeng-Yu Wang và
Masayoshi Tomizuka đã trình bày phương pháp phân tích động lực học ngang cho
các xe tải hạng nặng trong các miền thời gian và miền tần số[6].Những phân tích
này đánh giá phản ứng của các loại xe tải lớn khi góc đánh lái khác nhau. Các kết
quả đưa ra là các thông số động lực học của xe khi chịu tác động lái gấp. Dựa trên
các kết quả này học viên đưa ra các hướng điều khiển trong trường hợp đánh lái
gấp và góc lái lớn.

Hình 1.6. Các thành phần của hệ thống cảnh báo làn đường
Hiện nay, hệ thống cảnh báo làn đường LDWS (Lane Departure Warning
Systems) được phát triển trong cả thử nghiệm theo tiêu chuẩn ISO 173061: 2007
và Cơ quan an tồn giao thơng quốc gia Mỹ. Hệ thống cảnh báo chuyển làn đường
cho xe tải được quan tâm, nghiên cứu, thực nghiệm, đánh giá và triển khai nhằm
ngăn ngừa tai nạn, giảm thiểu tai nạn và phí tổn do tai nạn gây ra.


9


1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Luận văn thạc sĩ khoa học - ngành kỹ thuật ô tô và xe chuyên dụng - Trường
Đại học Bách Khoa năm 2012 của học viên Bùi Hải Nam “Nghiên cứu bổ sung
ảnh hưởng của kết cấu hệ thống treo và mơ hình tính tốn quỹ đạo của ơ tơ”. Nghiên
cứu ảnh hưởng của kết cấu hệ thống treo tới việc phân bố tải trọng giữa các bánh
xe và góc nghiêng ngang chỉ ra rằng thanh ổn định ngang có độ cứng càng lớn
càng làm giảm góc nghiêng của thân xe qua đó làm giảm lật xe [7].
Luận văn “Xây dựng mơ hình điều khiển kết hợp sự làm việc của thanh ổn
định ngang và hệ thống phanh để tăng cường khả năng chống lật bên của xe tải”
Nghiên cứu phương pháp kêt hợp giữa thanh ổn định và hệ thống phanh để giúp
chống lật bên cho xe tải khi đi vào đường vòng [8].
Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số bám đến q trình chuyển làn
đường của ơ tơ du lịch” của học viên Phạm Xuân Quỳnh đã thiết lập mô hình động
lực học của ơ tơ du lịch bằng phương pháp hệ nhiều vật. Sử dụng mơ hình đó để
khảo sát ảnh hưởng của thông số hệ số bám đường đến sự mất ổn định của xe trong
một số điều kiện chuyển làn đường cụ thể [9]
Luận án "Nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển động của đoàn xe sơ mi rơ
móc khi chuyển làn” của tác giả Nguyễn Tiến Dũng. Nghiên cứu xác định vùng
điều khiển để xe sơ mi rơ móc chuyển làn đường mà khơng bị vi phạm làn đường
có thể làm cơ sở khi thiết kế các hệ thống cảnh báo và điều khiển làm tăng tính ổn
định chuyển động [10].
Hiện nay, khi hạ tầng giao thơng phát triển thì các loại xe tải có thể di chuyển
được với tốc độ lớn hơn. Với tải trọng lớn, kích thước lớn, chuyển động ở tốc độ
cao thì khả năng xe tải bị mất ổn định khi chuyển động nói chung và chuyển làn
đường nói riêng nhanh hơn. Căn cứ vào những nghiên cứu tổng quan về ổn định
chuyển động; các nguyên nhân gây ra tai nạn giao thơng và tình hình nghiên cứu
trong và ngồi nước học viên nhận thấy cần thiết phải có các nghiên cứu chuyên

sâu về động lực học xe tải đặc biệt trong các quá trình chuyển hướng ở tốc độ cao.
Nghiên cứu ổn định xe tải khi chuyển làn mà không bị vi phạm làn đường có thể
làm cơ sở khi thiết kế các hệ thống cảnh báo và hệ thống điều khiển thông minh
10


làm tăng tính ổn định chuyển động, hạn chế vi phạm làn đường.Vì vậy, học viên
lựa chọn: “Thiết lập mơ hình động lực học nghiên cứu ổn định quỹ đạo chuyển
động của xe tải khi chuyển làn đường” làm đề tài nghiên cứu của mình.
1.4. Các chỉ tiêu sử dụng để đánh giá sự vi phạm làn đường
Xe tải khi chuyển làn đường thường xảy ra hiện tượng vi phạm làn đường.
Sự vi phạm làn đường có thể xảy ra khi xe phanh trên đường thẳng, quay vòng
hoặc chuyển làn đường để tránh hoặc vượt xe khác. Sự vi phạm làn đường có thể
gây ra sự va chạm với thành lề đường hoặc các phương tiện di chuyển khác. Quá
trình chuyển làn đường cịn được đảm bảo khi vị trí các điểm giới hạn Tij nằm
trong làn đường. Đây là các điểm hữu hình có thể xác định tương tác với vị trí của
đường. Chính vì vậy luận văn đề xuất sử dụng tọa độ của các điểm giới hạn Tij (i=1
 2; j=1  2) (hình1.7) của xe để xác định trạng thái vi phạm làn đường của khi

chuyển làn đường. Các tọa độ các điểm giới hạn Tij (Xij,Yij) của trong hệ quy chiếu
cố định OXY được xác định như công thức sau:
 X ij  X  (  1) i 1 L ij cos  (  1) j B ij sin 

i 1
j
 Yij  Y  (  1) L ij sin   (  1) B ij cos

(3.2)

11