Tóm tắt Luận án Nghiên cứu điều khiển hệ thống lái điện trên ô tô con

1 
MỞ ĐẦU 
Nghiên cứu về sự phát triển các hệ thống trên ô tô cho thấy ô tô thế giới đang có những thay đổi 
mạnh mẽ trong đó có những thay đổi của hệ thống lái. Xu thế dẫn động điều khiển kiểm soát toàn bộ 
động lực học xe thông qua điều khiển bằng điện đang dần trở nên rõ nét. Các nghiên cứu về hệ 
thống điều khiển bằng điện là tiền đề phát triển cộng nghệ lái tự động. Công nghệ này đã và đang 
được thử nghiệm ở các cấp độ khác nhau trên ô tô có khả năng kết nối với cơ sở hạ tầng giao thông 
thông minh. 
Có bốn cấp độ phát triển công nghệ lái ô tô khác nhau: Hỗ trợ người lái, kết hợp chức năng tự 
động với người lái, lái tự động mức độ giới hạn, lái tự động hoàn toàn. Trong đó, công nghệ lái tự 
động hoàn toàn ngoài việc cho phép phương tiện thực hiện tự động tất cả các chức năng lái xe còn 
có chức năng giám sát điều kiện giao thông khi vận hành. Công nghệ này giúp giải phóng sức lao 
động và thời gian lái xe, người sử dụng chỉ cần lựa chọn điểm đi và đến, công việc còn lại hoàn toàn 
tự động. 
Các nghiên cứu về hệ thống lái điện (SBW) là tiền đề để phát triển công nghệ lái tự động đã 
được nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới thực hiện. Tại Việt Nam, các nghiên cứu về hệ thống lái 
điện chưa được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đúng mức. Với mong muốn nắm bắt được các công 
nghệ điều khiển lái hiện đại trên thế giới một cách sâu sắc, tiến tới làm chủ công nghệ và phát triển 
các công nghệ mới tại Việt Nam tác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ thống lái 
điện trên ô tô con” làm luận án tiến sĩ. 
Chƣơng I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 
1.1. Các loại hệ thống lái 
Tổng hợp quá trình phát triển các hệ thống lái trên xe ô tô có thể liệt kê thành các hệ thống lái 
sau: hệ thống lái thuần cơ khí, hệ thống lái trợ lực thủy lực, hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển 
điện, hệ thống lái trợ lực điện, hệ thống lái tích cực, hệ thống lái điện, hệ thống lái tự động. Mặc dù 
mặt kết cấu các hệ thống lái khác biệt, tuy nhiên có thể tổng hợp các thành phần kết cấu hệ thống lái 
một cách chung nhất như Hình 1. 
Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống lái 
1.1.1. Hệ thống lái cơ khí 
Hệ thống lái thuần cơ khí được bố trí trên các xe thế hệ đầu tiên từ thập kỷ 50. Về cấu tạo 
chúng gồm hai thành phần dẫn động lái và cơ cấu lái. Các nghiên cứu phát triển hệ thống lái cơ khí 
chủ yếu tập trung vào khả năng quay vòng ô tô trong thời gian ngắn nhất trên một diện tích bé, giữ cho 
xe ổn định chuyển động thẳng, lực tác dụng lên vành tay lái nhỏ trong giới hạn số vòng quay đánh lái 
cho phép, đảm bảo động lực quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt, sự tương thích động học 
giữa dẫn động lái và bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo, khả năng ngăn được các va đập của các 
bánh xe dẫn hướng lên vành tay lái thông qua hiệu suất truyền lực, quan hệ chuyển động giữa bánh xe 
bên phải và bên trái. 
Nhìn chung hệ thống lái thuần cơ khí đáp ứng được yêu cầu ban đầu để xe chuyển động trên 
đường ứng với dải tốc độ hạn chế đảm bảo các điều kiện chuyển động quay vòng. Tuy nhiên, trong 
quá trình đánh lái, người lái phải sử dụng toàn bộ năng lượng để thực hiện việc điều khiển hướng 
chuyển động, đồng thời cũng tiếp nhận những phản hồi không mong muốn từ mặt đường điều này làm 
cho người lái cảm thấy mệt mỏi khi sử dụng. Các nghiên cứu hệ thống lái cơ khí chỉ tập trung vào bài 
2 
toán góc quay bánh xe dẫn hướng chuyển động theo vô lăng, do vậy ảnh hưởng của dịch chuyển thân 
xe đến quá trình quay vòng khi đánh lái ở tốc độ cao là rõ nét và chưa kiểm soát được, chưa tối ưu 
khối lượng, kích thước các chi tiết cơ khí nên cơ cấu chưa gọn nhẹ, chiếm nhiều không gian bố trí. 
Trên thị trường Việt Nam vẫn còn một số ít các xe cũ đang lưu thông sử dụng loại hệ thống lái này. 
1.1.2. Hệ thống lái trợ lực thủy lực 
Hệ thống lái trợ lực thủy lực là sự cải tiến của hệ thống lái thuần cơ khí nhằm giải quyết vấn đề 
chính là hỗ trợ một phần năng lượng của người lái trong quá trình điều khiển xe tạo cảm giác thoải 
mái khi điều khiển lái. Tùy theo thiết kế và chế độ chuyển động của xe, năng lượng hỗ trợ của bộ trợ 
lực do động cơ tạo ra có thể lên đến 80% năng lượng tổn hao cho việc đánh lái. Việc trang bị hệ thống 
lái trợ lực giúp cho người lái ít tổn hao năng lượng khi quay vòng xe đồng thời giảm được những va 
đập từ bánh xe lên vô lăng. Không những thế, nó còn nâng cao được tính năng an toàn nhờ vào việc 
trong một số trường hợp lốp gặp sự cố đột ngột. Đây là một trong những ưu điểm nổi bật hệ thống lái 
trợ lực thủy lực. 
Vấn đề chính cần giải quyết ở hệ thống lái này là tỷ lệ trợ lực phù hợp với điều kiện chạy xe và 
sự thay đổi góc đánh lái. Có thể thấy rõ khi di chuyển ở vận tốc thấp mô men cản quay vòng tương đối 
lớn do vậy cần trợ lực nhiều, ngược lại tốc độ cao cần hạn chế trợ lực. Hay nói cách khác, đặc tính trợ 
lực của hệ thống trợ lực thủy lực điều khiển bằng thanh xoắn thay đổi tỷ lệ trợ lực theo điều kiện 
chuyển động dựa trên giá trị mô men cản quay vòng. Mô men cản này thay đổi theo vị trí góc đánh lái 
và vận tốc chạy xe. Hệ thống lái trợ lực thủy lực ban đầu sử dụng thanh xoắn để điều khiển các chế độ 
trợ lực. 
1.1.3. Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện 
 Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện là phiên bản cải tiến của hệ thống lái trợ lực 
thủy lực điều khiển bằng thanh xoắn, được phát triển từ thập kỷ 90. Đặc điểm quan trọng của hệ thống 
này là thanh xoắn cảm biến mô men đánh lái không trực tiếp điều khiển van trợ lực thành tín hiệu điện 
gửi đến hộp điều khiển điều khiển trợ lực. Hộp điều khiển trợ lực tổng hợp các tín hiệu chạy xe, tính 
toán và xác định phần tỷ lệ trợ lực từ đó quyết định đặc tính trợ lực thông qua việc điều khiển áp lực 
dầu từ bơm trợ lực và lượng dầu đi vào xy lanh trợ lực. Thông qua việc điều khiển gián tiếp, các chế 
độ trợ lực và đặc tính trợ lực được thay đổi một các linh hoạt. 
So với hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng thanh xoắn hệ thống lái trợ lực thủy lực điều 
khiển bằng điện có nhiều ưu điểm hơn như: Dải làm việc làm việc của trợ lực đa dạng đáp ứng các dải 
tốc độ khác nhau đặc biệt là đặc tính trợ lực, tạo cảm giác lái ở dải tốc độ cao. Trên thị trường Việt 
Nam hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện thường được trang bị cho các dòng xe hạng trung 
và một số xe hạng sang. 
1.1.4. Hệ thống lái trợ lực điện 
Hệ thống lái trợ lực điện được phát triển với mong muốn thay thế hệ thống trợ lực thủy lực 
truyền thống. Điểm chính của hệ thống trợ lực này là bộ phận trợ lực thủy lực truyền thống được 
thay thế bằng bộ điều khiển trợ lực sử dụng động cơ điện. 
Việc điều khiển trợ lực thông qua mô tơ điện được điều khiển bằng hộp điều khiển. Hệ thống 
trợ lực điện có thể xem là một trong những hệ thống cơ điện tử. Trong đó hộp điều khiển ECU của 
hệ thống trợ lực chứa chương trình điều khiển. Chương trình điều khiển được lập trình dựa trên 
thuật toán điều khiển trợ lực lái. Trong hệ thống này, cảm biến mô men cản sẽ xác định mô men cản 
quay bánh xe dẫn hướng, ứng với từng điều kiện chuyển động cụ thể chương trình sẽ tính toán lựa 
chọn đặc tính trợ lực thích hợp để quyết định giá trị mô men bao nhiêu phần trăm thông qua việc 
điều khiển trực tiếp mô tơ điện. 
1.1.5. Hệ thống lái chủ động 
Hệ thống lái sử dụng trợ lực giúp người lái xe điều khiển chuyển động một các linh hoạt và dễ 
dàng, giảm được mệt mỏi khi lái xe trong thời gian dài. Tuy nhiên, hệ thống lái này vẫn còn một số 
vấn đề cần cải tiến. Hệ thống lái chủ động được thiết kế dựa trên phân tích về hướng chuyển động 
thực tế của xe khi lưu thông ở các tốc độ khác nhau tại các điều kiện khác nhau. Khi ô tô chuyển 
động ở dải tốc độ thấp hướng chuyển động của ô tô được quyết định bởi góc đánh lái. Tuy nhiên khi 
vận tốc chuyển động lớn hơn 60 km/h ảnh hưởng của lực quán tính tác động lên thân xe làm xoay 
thân xe do lốp biến dạng và ảnh hưởng hệ thống treo là rõ nét. Nói cách khác hướng chuyển động 
của ô tô phụ thuộc vào hai tín hiệu góc đánh lái (điều khiển góc quay bánh xe dẫn hướng từ vô lăng) 
3 
và góc xoay thân xe (thay đổi điều kiện chạy xe tác động lên hệ thống treo). Hệ thống lái chủ động 
là bước phát triển của hệ thống lái cơ khí giải quyết bài toàn ảnh hưởng của tình trạng quay vòng 
thiếu, quay vòng thừa do ảnh hưởng của hệ thống treo và biến dạng của lốp. Đặc điểm chính của hệ 
thống này là sự thay đổi tỷ số truyền theo tình trạng biến dạng lốp cầu trước và cầu sau. Các thông 
tin góc xoay thân xe, góc đánh lái, vận tốc xe, áp suất lốp được chương trình máy tính phân tích, 
tính toán quyết định tỷ số truyền giữa góc quay vô lăng và góc quay bánh xe dẫn hướng. 
1.1.6. Hệ thống lái điện 
Với các hệ thống lái đã trình bày ở trên, khi quay vòng ở các tốc độ khác nhau người lái chỉ 
kiểm soát được một số trạng thái động lực học của xe. Hệ thống lái điện có khả năng tích hợp tất cả 
các hệ thống khác trên xe thành một đối tượng thống nhất. Trong các năm gần đầy, hệ thống lái này 
đang được tập trung nghiên cứu (Hình 1.2). 
Hình 1.2: Các kiểu hệ thống lái điện 
a) Dẫn động tích hợp; b) Dẫn động độc lập 
1.1.7. Hệ thống lái trong tƣơng lai 
 Các nghiên cứu về hệ thống lái điện là tiền đề phát triển công nghệ lái tự động. Công nghệ 
lái xe tự động đã được ứng dụng cho các dòng xe điện, xe lai điện (xe phối hợp giữa động cơ xăng 
và điện) trong giao thông tại một số nước phát triển (Mỹ, Đức, Nhật, Trung Quốc). Công nghệ này 
được dự báo sẽ được sử dụng trên nhiều phương tiện vận tải trong tương lai tại các thành phố lớn. 
Công nghệ lái tự động ứng dụng trên xe nhiều cấp độ khác nhau. Công nghệ này có thể chia thành 
bốn cấp độ khác nhau tùy vào khả năng công nghệ và kết cấu cơ sở hạ tầng giao thông. 
1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 
1.2.1. Các nghiên cứu nƣớc ngoài 
Trên thế giới đã có nhiều tổ chức, tác giả, nhiều đề tài và công trình nghiên cứu lý thuyết cũng 
như thực nghiệm về hệ thống lái điện. Các nghiên cứu được tiến hành trên nhiều khía cạnh khác 
nhau. Tuy nhiên, có thể thấy một vấn đề chính đó là việc truyền dẫn tín hiệu giữa vành tay lái phía 
trên và chuyển động của các bánh xe dẫn hướng. Vấn đề này có thể được chia thành hai nhóm 
chính: truyền tín hiệu và phản hồi tín hiệu. Tín hiệu được truyền đi dựa theo góc quay vành tay lái, 
tín hiệu phản hồi phản ánh tình trạng đường lên người lái. Khi nghiên cứu về hệ thống lái điện có 
thể chia thành năm phần: Bộ phận vô lăng, bộ phận chấp hành hệ thống lái điện, bộ phận xử lý tín 
hiệu đảm bảo an toàn, bộ điều khiển, động lực học xe. 
 Bộ phận vô lăng 
 Các nghiên cứu tập trung vào các phương pháp điều khiển tạo cảm giác trên vô lăng. Trong 
lĩnh vực này nhiều tác giả nghiên cứu hình thành nên ba nhóm chính bao gồm phương pháp tạo cảm 
giác sử dụng biểu đồ cảm giác, phương pháp sử dụng cảm biến mô men, phương pháp sử dụng cảm 
biến dòng. Các nghiên cứu của Andrew Liu và Stacey Chang mô tả các kết quả thực nghiệm khi lái 
xe làm cơ sở phản hồi cảm giác lái khi cho thử nghiệm ở ba điều kiện thử nghiệm khác nhau. Sau 
khi thử nghiệm ở ba trạng thái quay vòng, tác giả so sánh với các kết quả đã công bố và đưa ra các 
thảo luận chung. Nguyen-Jee Hwan Ryu nghiên cứu tạo cảm giác xác thực nhất trên vành tay lái 
được tái tạo thông qua phương pháp đo dòng . Đặc điểm chính của phương pháp này là sử dụng cảm 
biến đo dòng để đo cường độ dòng điện động cơ đặt tại cơ cấu lái làm tín hiệu phản hồi lên vô lăng. 
Trong nghiên cứu này tác giả sử dụng phần mềm LabVIEW để mô phỏng đặc tính cảm giác thông 
qua phương trình. Tác giả so sánh với các phương pháp tạo cảm giác khác và cho rằng phương pháp 
này tái tạo cảm giác chính xác, đơn giản và tiết kiệm chi phí hơn so với các phương pháp khác. 
4 
Phương pháp sử dụng cảm biến mô men phản hồi cảm giác lái được Sanket Amberkar nghiên cứu. 
Đây là phương pháp phản hồi cảm giác được phát triển từ các hệ thống lái trợ lực lái điện. 
 Bộ phận chấp hành hệ thống lái điện 
 Bộ chấp hành bao gồm động cơ điện lắp lên bánh răng cơ cấu lái điều khiển bánh xe dẫn 
hướng. Các nghiên cứu trên thế giới sử dụng mô hình hai bậc tự do, ba bậc tự do và bốn bậc tự do 
làm đối tượng để phân tích hệ thống lái điện. Động lực học bộ phận chấp hành hệ thống lái đóng vai 
trò then chốt cho phương pháp điều khiển hệ thống lái điện và tái tạo cảm giác lái trên vô lăng. 
 Bộ phận xử lý tín hiệu và đảm bảo an toàn 
 Các nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế các mạch điện tử có khả năng điều khiển hệ thống 
một cách linh hoạt và có độ tin cậy cao. Cơ cấu liên kết cơ khí đảm bảo an toàn cũng được xét đến. 
M. Segawa nhóm nghiên cứu tái tạo cảm giác lái khi tình trạng hỏng đột ngột xảy ra. Thông qua 
việc mô phỏng mômen phản ứng với hệ thống lái sử dụng cơ cấu an toàn. Nghiên cứu này đã chỉ ra 
thành phần mô men phản ứng được hạn chế bằng cách thay đổi động lực học hệ thống. 
 Bộ điều khiển 
 Bộ điều khiển quyết định chất lượng điều khiển hệ thống. Nhiều bộ điều khiển đã được thiết 
kế và thử nghiệm. Se-WooK-Oh và nhóm nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống lái điện. 
Tác giả đưa ra thuật toán điều khiển với mục đích ban đầu là tái tạo cảm giác cho mô tơ vô lăng một 
cách xác thực nhất. 
Nhóm nghiên cứu thuộc Trường đại học Swinburne, Melbourne, Úc, thiết kế bộ điều khiển 
trượt thử nghiệm trên mô hình hệ thống thử nghiệm. Nhóm tác giả công bố mô hình nghiên cứu và 
kết luận phương pháp điều khiển trượt áp dụng cho hệ thống lái điện sử dụng bộ điều khiển trượt có 
khả năng đáp ứng tốt trước các kính thích ngẫu nhiên. 
Nhóm nghiên cứu thuộc trung tâm nghiên cứu hãng Renault, Carlos Canudas-de-Wit, Xavier 
Claeys, J. Coudon and Xavier Claeys công bố mô hình hệ thống lái điện và thử nghiệm hai bộ điều 
khiển PD và bộ điều khiển thích nghi LQ. Nhóm kết luận rằng khi sử dụng bộ điều khiển thích nghi 
LQ cho khả năng đáp ứng tốt hơn so với bộ điều khiển PD. 
 Động lực học xe 
 Nhiều nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng của chuyển động quay vòng tác động lên hệ thống 
cũng như những ảnh hưởng theo phương dọc và ngang. Paul Jih mô phỏng và thực nghiệm hệ thống 
lái điện một các toàn diện trên xe thực tế. Trong nghiên cứu này cảm giác lái được khảo sát thông 
qua các tác động của động lực học của cả xe. Tác giả sử dụng mô hình động lực học lốp Pacejka để 
phân tích thành phần gây lên lực cản từ mặt đường làm cơ sở phản hồi lực tác dụng lên vô lăng. 
Ngoài ra tác giả cũng xem xét ảnh hưởng của các tác động trợ lực lái thủy lực lên vô lăng. 
1.2.2. Các nghiên cứu trong nƣớc 
Trong nước, năm 2001, tác giả Nguyễn Thanh Quang nghiên cứu về hệ thống lái trợ lực thủy 
lực trên xe du lịch thông qua việc nghiên cứu động học, động lực học và độ bền các chi tiết trên hệ 
thống lái trên xe Mekông. Năm 2004, tác giả Mai Khoa tiến hành nghiên cứu tính điều kiển của ô tô 
tải với hệ thống lái có trợ lực thủy lực. Năm 2010, tác giả Nguyễn Tuấn Anh công bố công trình 
nghiên cứu về điều khiển tối ưu hệ thống lái tích cực trên ô tô. Năm 2015, tác giả Nguyễn Tuấn Anh ... u khiển, kết quả được thể hiện trong Hình 3.8. 
Hình 3.8: Bản đồ tổng hợp mô men tạo cảm giác theo vận tốc và góc đánh lái 
Chuyển đồ thị tổng hợp dưới dạng 3D về đồ dạng đồ thị 2D, đặc tính cảm giác được thể hiện 
qua Hình 3.9 và Hình 3.10. 
Hình 3.9: Đặc tính mô men cảm giác lái thay 
đổi theo vận tốc 
Hình 3.10: Đặc tính mô men cảm giác thay đổi 
theo góc đánh lái 
KẾT LUẬN CHƢƠNG III 
Để hoàn thành mô hình thí nghiệm, đã nghiên cứu các mô hình thí nghiệm trên thế giới để đưa 
ra phương án thiết kế mô hình thí nghiệm bán tự nhiên. Mô hình trình bày trong Chương III là kết 
quả nghiên cứu trong một thời gian dài và liên tục, nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các nhà 
khoa học, các chuyên gia và thợ lành nghề. 
Dựa trên cở sở lý thuyết xây dựng trong Chương II, đã nghiên cứu sử dụng phần mềm 
LabVIEW để thực hiện tính toán, thiết kế hai bộ điều khiển PID và Fuzzy-PID, lắp đặt chúng lên mô 
hình thực tế. Kết quả chạy thử nghiệm cho thấy các thông số kết cấu cơ khí của hình thang lái, cơ 
cấu lái đảm bảo độ chính xác. Bên cạnh đó, nghiên cứu tái tạo cảm giác lái được thử nghiệm trên mô 
hình. 
Kết quả thử nghiệm hoạt động mô hình khi cài đặt điều khiển PID, thay đổi tải trọng tại bánh 
xe dẫn hướng cho thấy: 
 Ở chế độ bánh xe tiếp xúc mâm xoay tự do, trạng thái tĩnh, tải trọng đặt lên bánh xe 
dẫn hướng 4250 N, sử dụng bộ điều khiển PID, sai số giữa tín hiệu điều khiển và tín hiệu chấp hành 
bé dao động từ 0 rad đến 0.06 rad. Khi thay đổi tải ứng với các vận tốc thử nghiệm sai số giữa tín 
hiệu điều khiển và tín hiệu chấp hành dao động có xu hướng tăng từ 0.06 rad đến 0.09 rad. 
 Ở chế độ bánh xe tiếp xúc mâm xoay cố định, trạng thái tĩnh, tải trọng đặt lên bánh xe 
dẫn hướng 4250 N, sử dụng bộ điều khiển PID, sai số giữa tín hiệu điều khiển và tín hiệu chấp hành 
tương đối lớn dao động từ 0 rad đến 0.26 rad. Khi thay đổi tải ứng với các vận tốc thử nghiệm sai số 
giữa tín hiệu điều khiển và tín hiệu chấp hành dao động có xu hướng tăng từ 0 rad đến 0.28 rad. 
Kết quả cho thấy cần kiểm soát sai số giữa tín hiệu điều khiển và tín hiệu chấp hành khi mô 
men cản thay đổi. Kết quả thử nghiệm bộ điều khiển phù hợp với các nghiên cứu lý thuyết trong 
Chương II. Các kết quả nghiên cứu trên làm cơ sở cho việc thí nghiệm các chế độ làm việc của hệ 
thống lái. 
19 
Chƣơng IV: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH 
4.1. Mục đích thí nghiệm 
Mục đích cụ thể của thí nghiệm trong nghiên cứu bao gồm: 
- Xác định mô men cản quay các bánh xe dẫn hướng phục vụ cho việc nghiên cứu động lực 
học xe và xây dựng bộ điều khiển. 
- Thí nghiệm điều khiển bám giữa góc quay vô lăng và góc quay trục lái để đánh giá chất 
lượng bộ điều khiển. 
4.2. Phƣơng pháp xác định mô men cản quay bánh xe dẫn hƣớng 
Hình 4.1: Nguyên lý đo mô men cản quay bánh xe dẫn hướng gián tiếp qua cường độ dòng điện 
4.3. Phƣơng pháp xác thí nghiệm khả năng bám giữa góc quay vô lăng và góc quay trục lái 
a) 
b) 
Hình 4.2: Nguyên lý thí nghiệm khả năng bám giữa góc quay vô lăng và góc quay trục lái 
a) Bánh xe tiếp xúc với mâm xoay; b) Bánh xe tiếp xúc với đường nhựa 
1-Tín hiệu đo tải trọng, 2- Mô men cản hệ thống, 3- Tín hiệu vị trí trục lái, 4-Dây dẫn kết nối máy 
tính, 5- Tín hiệu vị trí vô lăng 
4.4. Trình tự thí nghiệm xác định mô men cản quay các bánh xe dẫn hƣớng 
Thí nghiệm xác định mô men cản quay bánh xe dẫn hướng được thực hiện theo các bước sau: 
Bước 1: Chuẩn bị thí nghiệm. 
Bước 2: Chạy chương trình đo ghi và chương trình điều khiển. 
Bước 3: Thực hiện thay đổi góc đánh lái từ 00 đến 7200 sang phải rồi trả lái về 0
0, sau đó đánh 
sang trái 7200 rồi trả về 00. 
Bước 4: Lưu kết quả đo ghi. 
Kết quả đo mô men cản quay các bánh xe dẫn hướng đo trên mô hình thí nghiệm ở trạng thái 
bánh xe tiếp xúc với mâm xoay tự do. 
4.5. Trình tự thí nghiệm bám giữa góc quay vô lăng và góc quay trục lái 
Sai lệch bám giữa góc quay vô lăng và góc quay trục lái là kết quả của bài toán điều khiển hệ 
thống lái điện khi tải trọng thay đổi. Thí nghiệm xác định sai lệch bám giữa góc quay vô lăng và góc 
quay trục lái được thực hiện theo các bước sau: 
Bước 1: Chuẩn bị thí nghiệm. 
20 
Bước 2: Lựa chọn chế độ thí nghiệm: Chế độ thí nghiệm bộ điều khiển được lựa chọn theo 
bảng 4.1. 
Bước 3: Chạy chương trình đo ghi trên giao diện máy tính và chương trình điều khiển. 
Bước 4: Thực hiện đánh lái đều một góc sang phải 900 sau đó đánh lái ngược sang trái, lặp lại 
trạng thái đánh lái trên 30 lần với các vận tốc khác nhau. 
Bước 5: Ghi lại các kết quả: Sai số giữa tín hiệu góc quay vô lăng và góc quay trục lái được 
lưu lại dưới dạng đồ thị liên tục. 
4.6. Kết quả thí nghiệm 
4.6.1. Kết quả thí nghiệm xác định mô men cản quay 
Kết quả đo mô men cản quay các bánh xe dẫn hướng đo trên mô hình thí nghiệm ở trạng thái 
bánh xe tiếp xúc với mâm xoay tự do như Hình 4.3. 
Hình 4.3: Mô men cản quay bánh xe dẫn hướng trạng thái bánh xe 
tiếp xúc mâm xoay tự do 
Kết quả đo mô men cản quay các bánh xe dẫn hướng đo trên mô hình thí nghiệm ở trạng thái 
bánh xe tiếp xúc với mâm xoay cố định như Hình 4.4. 
Hình 4.4: Mô men cản quay bánh xe dẫn hướng trạng thái bánh xe 
tiếp xúc mâm xoay cố định 
Kết quả đo mô men cản quay các bánh xe dẫn hướng đo trên mô hình thí nghiệm ở trạng thái 
bánh xe tiếp xúc với mặt đường nhựa như Hình 4.5. 
Hình 4.5: Mô men cản quay bánh xe dẫn hướng trạng thái bánh xe 
tiếp xúc mặt đường nhựa 
4.6.2. Kết quả thí nghiệm điều khiển bám giữa góc quay vô lăng và góc quay trục lái 
Hình 4.6: Sai số góc quay vô lăng và góc quay trục lái 
(bộ điều khiển PID, Zl =4250 N, Zr = 4250 N) 
21 
Hình 4.7: Sai số góc quay vô lăng và góc quay trục lái (bộ điều khiển Fuzzy-PID, 
Zl =4250 N, Zr = 4250 N) 
Hình 4.1: Sai số góc quay vô lăng và góc quay trục lái (bộ điều khiển PID, 
Zl = 4250 N, Zr = 4250 N) 
Hình 4.2: Sai số góc quay vô lăng và góc quay trục lái (bộ điều khiển Fuzzy-PID, 
Zl = 4250 N, Zr = 4250 N) 
Bảng 4.2: Bảng tổng hợp sai số góc quay vô lăng và góc quay trục lái 
Kết quả thí nghiệm bộ điều khiển trạng thái bánh xe tiếp xúc với mâm xoay cố định 
Tải Bộ điều 
khiển 
Tải trọng thẳng đứng 
(N) 
 Sai số 
(rad) 
Sai số 
(độ) 
M
â
m
 x
o
a
y
 c
ố
đ
ịn
h
 P
ID
Bánh xe bên trái Bánh xe bên phải 
4250 4250 0-0.132 7.6 
1950 6550 0-0.135 7.7 
6550 1950 0-0.131 7.5 
F
U
Z
Z
Y
 P
ID
 4250 4250 0-0.130 7.5 
1950 6550 0-0.134 7.7 
6550 1950 0-0.131 7.5 
Bảng 4.3: Tổng hợp sai số giữa tín hiệu góc quay vô lăng và góc quay trục lái 
Kết quả thí nghiệm bộ điều khiển trạng thái bánh xe tiếp xúc với mặt đƣờng nhựa 
Tải Bộ điều 
khiển 
Tải trọng thẳng đứng 
(N) 
 Sai số 
(rad) 
Sai số 
(độ) 
Đ
ƣ
ờ
n
g
 n
h
ự
a
P
ID
Bánh xe bên trái Bánh xe bên phải 
4250 4250 0-0.280 16.1 
1950 6550 0-0.285 16.3 
6550 1950 0-0.287 16.5 
F
U
Z
Z
Y
-
P
ID
4250 4250 0-0.150 8.6 
1950 6550 0-0.159 9.1 
6550 1950 0-0.162 9.3 
22 
Từ bảng kết quả thực nghiệm trên mô hình so sánh với kết quả mô phỏng. Kết quả so sánh 
trình bày trong bảng. 
Bảng 4.4: So sánh điều khiển bám giữa tính toán lý thuyết và thực tế 
SO SÁNH CHƢƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ THỰC TẾ 
Tải Bộ điều 
khiển 
Tải trọng thẳng đứng 
(N) 
 Sai số (rad) 
M
â
m
 x
o
a
y
 c
ố
đ
ịn
h
 P
ID
Bánh xe 
bên trái 
Bánh xe bên phải Mô phỏng Thực tế 
4250 4250 0.180 0-0.132 
F
U
Z
Z
Y
P
ID
 4250 
4250 
0.125 0-0.130 
Đ
ƣ
ờ
n
g
 n
h
ự
a
P
ID
 4250 4250 0.230 0-0.28 
F
U
Z
Z
Y
P
ID
 4250 4250 0.132 0-0.15 
Hình 4.3: Sai số giữa góc quay vô lăng và góc 
quay trục lái khi sử dụng hai bộ điều khiển 
Hình 4.4: Sai số giữa góc quay vô lăng và 
góc quay trục lái tính toán lý thuyết và thí 
nghiệm khi sử dụng bộ điều khiển Fuzzy-PID 
4.7. Khảo sát xe sử dụng hệ thống lái điện qua thí nghiệm chuyển làn DLC 
Trong phạm vi đề tài, mô hình bán tự nhiên mặc dù cơ bản đã đáp ứng được các yêu cầu hệ 
thống lái, tuy nhiên chúng chỉ là mô hình tĩnh vì vậy để có thể sử dụng mô hình này trên ô tô thực tế 
cần khảo sát chất lượng hệ thống lái điện khi lắp đặt lên xe thông qua mô phỏng quỹ đạo chuyển 
động ô tô khi chuyển làn. Các kết quả nghiên cứu trên mô hình thí nghiệm thực tế (mô men cản, sai 
số góc quay vô lăng và góc quay trục lái) kết hợp với điều kiện và vận tốc chạy xe được đưa vào mô 
hình tổng quát để nghiên cứu đánh giá các tiêu chuẩn hệ thống lái theo các tiêu chuẩn quốc tế nhắm 
đánh giá chất lượng hệ thống lái điện. 
Hình 4.12: Chương trình mô phỏng quỹ đạo ô tô sử dụng hệ thống lái điện khi thực hiện thí 
nghiệm chuyển làn DLC 
23 
Hình 4.13: Kết quả mô phỏng quỹ đạo ô tô sử dụng hệ thống lái điện khi thực hiện thí nghiệm 
chuyển làn DLC 40km/h 
Hình 4.14: Kết quả mô phỏng quỹ đạo ô tô sử dụng hệ thống lái điện khi thực hiện thí nghiệm 
chuyển làn DLC 60 km/h 
KẾT LUẬN CHƢƠNG IV 
Trong Chương IV, luận án đã xây dựng được phương pháp thí nghiệm xác định mô men cản 
quay bánh xe dẫn hướng, quy trình thí nghiệm điều khiển bám giữa góc quay vô lăng và góc quay 
trục lái khi thay đổi điều kiện làm việc thông qua việc xác định sai lệch về thời điểm và trị số góc 
quay vô lăng và góc quay trục lái. Thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm Cơ khí ô tô của 
Trường Đại học Giao thông Vận tải với sự hỗ trợ của các chuyên gia với các thiết bị đo kiểm có độ 
tin cậy cao. 
Thí nghiệm xác định mô men cản quay cho thấy tại vị trí trung gian mô men cản có giá trị bé, 
khi tăng góc đánh lái, mô men cản có xu hướng tăng theo. Mô men cản thay đổi từ 6.2 N.m đến 6.8 
N.m ứng với chế độ bánh xe tiếp xúc mâm xoay tự do, 51 N.m đến 59 N.m ứng với chế độ bánh xe 
tiếp xúc mâm xoay cố định, 485 N.m đến 701 N.m ứng với chế độ bánh xe tiếp xúc mặt đường 
nhựa. 
Thí nghiệm điều khiển bám giữa góc quay vô lăng và góc quay trục lái cho thấy sai số giữa 
góc quay vô lăng và góc quay trục lái mô hình thí nghiệm hệ thống lái khi thử nghiệm bộ điều khiển 
PID dao động từ 0 – 0.28 rad và Fuzzy-PID dao động từ 0 – 0.15 rad khi mô men cản thay đổi. Kết 
quả đo trên mô hình thực tế có sai số từ 4-6% so với tính toán lý thuyết. So sánh với quy định về 
tiêu chuẩn hệ thống lái cơ khí, hệ thống lái điện thiết kế có sai số nằm trong phạm vi cho phép. 
Kết quả thử nghiệm cảm giác lái cho thấy phương pháp tái tạo cảm giác lái trên mô hình thí 
nghiệm hệ thống lái điện có đặc tính thực tế có quy luật phản ảnh đặc tính cản của hệ thống. 
Kết quả khảo sát ô tô sử dụng hệ thống lái điện thực hiện thí nghiệm DLC theo tiêu chuẩn 
quốc tế cho thấy hệ thống lái điện đã thiết kế đủ tiêu chuẩn khi tiến hành ở hai vận tốc 40 và 60 
km/h. 
KẾT LUẬN 
 Nghiên cứu về hệ thống lái ô tô là một lĩnh vực được nhiều nhà khoa học trong và ngoài 
nước quan tâm. Tuy nhiên, nghiên cứu về hệ thống hệ thống lái điện chưa có công trình nghiên cứu 
công bố ở Việt Nam. Luận án là một công trình có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, phù hợp với trào 
lưu nghiên cứu công nghệ ô tô thế giới. Cách đặt vấn đề và giải quyết vấn đề phù hợp với hoàn cảnh 
kinh tế - kỹ thuật và mục tiêu nghiên cứu. 
24 
1. Kết quả nghiên cứu, đóng góp mới của luận án 
Công trình nghiên cứu đã tổng hợp và phân tích quá trình phát triển công nghệ trên ô tô nói 
chung và hệ thống lái nói riêng, các nghiên cứu trong và ngoài nước. Trên cơ sở đó đề ra định hướng 
nghiên cứu phù hợp. 
Luận án đã xây dựng được mô hình động lực học tổng quát nhằm nghiên cứu hệ thống lái điện 
bao gồm nhiều thành phần liên kết với nhau. Mỗi thành phần của mô hình tổng quát có thể tách 
riêng thành các môdul tách rời giúp việc khảo sát, điều khiển trở nên linh hoạt. Trên cơ sở mô hình 
xây dựng có thể tính toán, thử nghiệm các phương án điều khiển hệ thống lái điện. 
Kết quả nghiên cứu lý thuyết đã hoàn tất việc xây dựng thuật toán điều khiển bám giữa vô lăng 
và bộ phận chấp hành bằng bộ điều khiển Fuzzy-PID. Thông qua việc khảo sát bằng mô phỏng cho 
thấy khi mô men cản quay thay đổi bộ điều khiển Fuzzy –PID có khả năng kháng nhiễu tương đối 
tốt. Sai số góc quay vô lăng và trục lái dao động trong phạm vi bé từ 0- 0.15 rad nằm trong phạm vi 
cho phép sai số hệ thống lái truyền thống. 
Đã xây dựng mô hình động lực học ô tô sử dụng hệ thống lái điện nhằm xác định quỹ đạo 
chuyển động ô tô và phân bố lại tải trọng lên các bánh xe dẫn hướng phục vụ nghiên cứu thực 
nghiệm. 
Việc thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm bán tự nhiên hệ thống lái điện đóng vai trò quan 
trọng trong việc hoàn thành mục tiêu nghiên cứu và nắm bắt, làm chủ các công nghệ tiên tiến trong 
hệ thống cơ điện tử. Từ mô hình thí nghiệm đã thử nghiệm đo các thông số đầu vào cho bài toán mô 
phỏng và kiểm chứng các kết quả tính toán lý thuyết. Mô hình thí nghiệm đã xây dựng sử dụng công 
nghệ giao tiếp ảo DAQ là một trong những giải pháp tiên tiến được sử dụng tại các phòng thí 
nghiệm ứng dụng trên thế giới. 
Luận án đã xây dựng được quy trình đo mô men cản quay bánh xe dẫn hướng. Kết quả đo là 
thông số đầu vào quan trọng cho bài toán mô phỏng hệ thống lái điện. 
Kết quả điều khiển bám giữa góc quay vô lăng và góc quay trục lái đã khẳng định sự cần thiết 
phải xây dựng bộ điều khiển Fuzzy-PID cho mô hình và khả năng thay thế hệ thống lái điện cho các 
hệ thống lái truyền thống. 
Luận án đã tái tạo được cảm giác lái cho mô hình hệ thống lái điện. 
Kết quả khảo sát quay vòng ô tô sử dụng hệ thống lái điện trong thí nghiệm DLC theo tiêu 
chuẩn quốc tế cho thấy hệ thống lái điện nghiên cứu đáp ứng được các yêu cầu đặt ra khi chuyển 
động ở tốc độ 40 km/h và 60 km/h. 
Với các kết quả đã đạt được như trên có thể khẳng định hệ thống lái điện với bộ điều khiển 
Fuzzy-PID hoàn toàn có thể thay thế được hệ thống lái truyền thống trên mô hình bán tự nhiên và 
trên ô tô như mục tiêu nghiên cứu đã đặt ra. 
2. Những hạn chế và hƣớng nghiên cứu tiếp theo 
- Hoàn thiện mô hình tổng quát: Mô hình hệ thống lái điện trong luận án chủ yếu tập trung 
phân tích các yếu tố bản thân hệ thống lái chưa đề cập tới yếu tố an toàn và tự chẩn đoán. Các bộ 
phận khác của ô tô có ảnh hưởng lớn đến tính năng điều khiển lái như hệ thống treo, phanh, truyền 
lực chưa được xem xét kỹ lưỡng. Do vậy khi bố trí, lắp đặt trên ô tô thực tế cần xây dựng mô hình 
không gian, kết hợp với các mô hình khác để khảo sát các yếu tố của ô tô gần sát với thực tế, có xét 
đến biến dạng lốp. 
- Hoàn thiện mô hình thí nghiệm: Việc chế tạo mô hình thí nghiệm đòi hỏi kinh phí tương đối 
lớn, trong điều kiện hạn chế về kinh phí đã sử dụng các bộ phận cũ của một xe nguyên bản làm mô 
hình do vậy không thể tránh khỏi các sai số về cơ khí. Các nghiên cứu sau nên sử dụng các bộ phận 
mới, hiện đại hơn để có độ chính xác cao hơn. 
- Hoàn thiện thí nghiệm: Việc thử nghiệm trên mô hình tĩnh thu được các kết quả nhất định. 
Tuy nhiên, các chế độ tải khi ô tô chuyển động trên đường thay đổi một cách liên tục do vậy mô 
hình tĩnh không thể thể hiện tất cả các yếu tố ảnh hưởng đặc biệt là cảm giác lái. Do vậy, trong 
tương lai cần có những nghiên cứu cụ thể trên xe thật.