Động lực học và điều khiển hệ thống treo bán tích cực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THÀNH CÔNG ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN TÍCH CỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CƠ HỌC KỸ THUẬT Hà Nội - năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THÀNH CÔNG ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN TÍCH CỰC Chuyên ngành: CƠ HỌC KỸ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CƠ HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TSKH NGUYỄN VĂN KHANG PGS TS PHẠM HỮU NAM Hà Nội - năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Những nội dung trình bày luận văn tơi thực hướng dẫn khoa học GS.TSKH Nguyễn Văn Khang, PGS TS Phạm Hữu Nam; thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội với giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp Nội dung luận văn hoàn toàn phù hợp với tên đề tài đăng ký phê duyệt Hiệu trưởng trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết luận văn trung thực TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thành Công -i- LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới GS.TSKH Nguyễn Văn Khang PGS TS Phạm Hữu Nam tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện cho tơi suốt q trình cơng tác, học tập hồn thành luận văn Tơi xin cảm ơn thầy giáo, cô giáo Bộ môn Cơ học ứng dụng, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ có ý kiến đóng góp quý báu cho luận văn Cuối xin cảm ơn thầy giáo, cô giáo bạn đồng nghiệp Bộ mơn Cơ khí tơ, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Giao thơng Vận tải nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! -ii- MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ Lời nói đầu 10 Chƣơng I Tổng quan vấn đề nghiên cứu 13 1.1 Nhiệm vụ yêu cầu hệ thống treo ô tô 13 1.1.1 Nhiệm vụ hệ thống treo ô tô 13 1.1.2 Các phần tử hệ thống treo 13 1.1.3 Nguyên lý làm việc hệ thống treo 14 1.1.4 Phân loại chung hệ thống treo 15 1.1.5 Yêu cầu hệ thống treo ô tô 15 1.2 Chỉ tiêu đánh giá hệ thống treo 16 1.2.1 Chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động 16 1.2.2 Chỉ tiêu hành trình làm việc hệ thống treo (không gian làm việc) 18 1.2.3 Chỉ tiêu đánh giá khả bám dính tính điều khiển 19 1.3 Hệ thống treo bị động mâu thuẫn tiêu chất lượng 19 1.3.1 Mơ hình ¼ tô với hệ thống treo bị động 19 1.3.2 Mâu thuẫn tiêu chất lượng làm việc hệ thống treo bị động 20 1.4 Hệ thống treo có điều khiển 21 1.5 Các nghiên cứu nước 23 1.6 Nội dung nghiên cứu luận văn 24 -1- Chƣơng II Xây dựng mơ hình dao động ô tô với hệ thống treo bị động 26 2.1 Mơ hình dao động tô với hệ thống treo bị động 26 2.1.1 Mơ hình ¼ tơ với hệ thống treo bị động 26 2.1.2 Mơ hình ½ tơ với hệ thống treo bị động 27 2.1.3 Mơ hình tồn xe với hệ thống treo bị động 28 2.2 Xây dựng hệ phương trình vi phân chuyển động 29 2.2.1 Mơ hình ¼ ô tô với hệ thống treo bị động 29 2.2.2 Mơ hình ½ ô tô với hệ thống treo bị động 32 2.3 Xác định thông số mơ hình dao động tơ với hệ thống treo bị động 36 2.3.1 Phương pháp xác định 36 2.3.2 Thông số kỹ thuật xe sở khảo sát 38 2.3.3 Xác định thông số hệ thống treo 39 2.4 Xây dựng phương trình trạng thái 44 2.4.1 Mơ hình hệ thống treo ¼ xe bị động 44 2.4.2 Mơ hình hệ thống treo ½ xe bị động 45 2.5 Khảo sát ảnh hưởng hệ số cản giảm chấn tới tiêu chất lượng làm việc hệ thống treo 47 Chƣơng III Cơ sở lý thuyết hai phƣơng pháp điều khiển 54 3.1 Các tín hiệu vào/ra 54 3.2 Các phương pháp xây dựng mơ hình tốn học mơ tả hệ thống tuyến tính 56 3.2.1 Phương trình vi phân mơ tả quan hệ tín hiệu vào-ra 56 3.2.2 Phương trình trạng thái 57 3.3 Phân tích hệ thống 60 3.3.1 Phân tích tính ổn định 60 3.3.2 Phân tích tính điều khiển 61 -2- 3.3.3 Phân tích tính quan sát 63 3.4 Thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu 64 3.4.1 Thiết kế điều khiển LQR phản hồi dương 64 3.3.2 Thiết kế điều khiển LQR phản hồi âm 72 3.5 Cơ sở lý thuyết tập mờ điều khiển mờ 74 3.5.1 Các khái niệm 75 3.5.2 Bộ điều khiển mờ 86 Chƣơng IV Xây dựng luật điều khiển khảo sát dao động ô tô với hệ thống treo bán chủ động 90 4.1 Mơ hình ¼ ô tô với hệ thống treo bán chủ động 90 4.1.1 Xây dựng mơ hình tốn học 90 4.1.2 Phân tích hệ thống 93 4.1.3 Thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu 94 4.1.4 Thiết kế điều khiển mờ 99 4.1.5 Khảo sát dao động mơ hình ¼ tơ với hệ thống treo bán chủ động 103 4.2 Mô hình ½ tơ với hệ thống treo bán chủ động 111 4.2.1 Xây dựng mơ hình tốn học 111 4.2.2 Phân tích hệ thống 117 4.2.3 Thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu 118 4.2.4 Thiết kế điều khiển mờ 123 4.2.5 Khảo sát dao động mơ hình ½ tơ với hệ thống treo bán chủ động 123 Kết luận 138 Tài liệu tham khảo 140 Phụ lục 143 -3- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị ms Khối lượng treo kg Jy mu Khối lượng không treo kg a Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm cầu trước m b Khoảng cách từ trọng tâm đến tâm cầu sau m L Chiều dài sở xe m zs Dịch chuyển thẳng đứng khối lượng treo m zu zr 10 φ 11 ks Độ cứng phần tử đàn hồi hệ thống treo N/m 12 bs Hệ số cản cố định giảm chấn N.s/m 13 bsemi Hệ số cản thay đổi giảm chấn N.s/m 14 Fsemi Lực điều khiển giảm chấn N.s/m 15 kt Độ cứng theo phương thẳng đứng lốp N/m Mô men quán tính khối lượng treo trọng tâm mặt phẳng dọc xe Dịch chuyển thẳng đứng khối lượng khơng treo Kích thích mặt đường Góc xoay thân xe vị trí trọng tâm mặt phẳng dọc xe -4- kg.m2 m m rad DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật ô tô MITSUBISHI PAJERO SPORT KG4WGNMZLVT5 38 Bảng 2.2 Bảng thơng số mơ hình ½ ô tô 42 Bảng 2.3 Bảng thơng số mơ hình ¼ ô tô 43 Bảng 3.1 Bảng chân lý mệnh đề hợp thành logic kinh điển 81 Bảng 4.1 Bảng thơng số mơ hình ¼ tơ với hệ thống treo bán chủ động 93 Bảng 4.2 Tập luật hợp thành điều khiển mờ 101 Bảng 4.3 Bảng thông số mơ hình ½ tơ với hệ thống treo bán chủ động 116 -5- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình tồn xe hệ thống treo tô 14 Hình 1.2 Đường đặc tính gia tốc, tần số thời gian dao động 17 Hình 1.3 Mơ hình ¼ tơ với hệ thống treo bị động 20 Hình 1.4 Ảnh hưởng hệ số cản giảm chấn đến độ êm dịu khả bám dính, tính điều khiển chuyển động ô tô 21 Hình 1.5 Mơ hình ¼ tô với hệ thống treo chủ động 21 Hình 1.6 Mơ hình ¼ tơ với hệ thống treo bán chủ động 22 Hình 2.1 Mơ hình ¼ tơ với hệ thống treo bị động 27 Hình 2.2 Mơ hình ½ tơ với hệ thống treo bị động 28 Hình 2.3 Mơ hình hệ thống treo toàn xe 28 Hình 2.4 Mơ hình ¼ tơ với hệ thống treo bị động 30 Hình 2.5 Mơ hình ½ tơ với hệ thống treo bị động 32 Hình 2.6 Biên dạng mặt đường 48 Hình 2.7 Lưu đồ thuật tốn mơ dao động mơ hình ¼ tơ 49 Hình 2.8 Ảnh hưởng hệ số cản giảm chấn tới dịch chuyển thân xe 50 Hình 2.9 Ảnh hưởng hệ số cản giảm chấn tới gia tốc thân xe 51 Hình 2.10 Ảnh hưởng hệ số cản giảm chấn tới không gian làm việc 51 Hình 2.11 Ảnh hưởng hệ số cản giảm chấn tới biến dạng động lốp 52 Hình 3.1 Mơ tả hệ thống kỹ thuật 54 Hình 3.2 Thiết kế điều khiển phản hồi dương véc tơ trạng thái 65 Hình 3.3 Thiết kế điều khiển phản hồi âm véc tơ trạng thái 72 Hình 3.4 Minh họa độ cao, miền xác định miền tin cậy 76 Hình 3.5 Hàm thuộc hai tập hợp có khơng gian 77 Hình 3.6 Hàm thuộc hai tập hợp có khơng gian 79 -6- tốc thân xe trục trước gia tốc góc lắc dọc xe Các nhận xét tương đối giống với trường hợp kích thích mặt đường có dạng điều hòa Như vậy, hệ thống treo bán chủ động điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu điều khiển mờ mà ta thiết kế vừa đảm bảo độ êm dịu chuyển động vừa nâng cao tiêu chất lượng không gian làm việc hệ thống treo biến dạng động lốp Với ô tô khảo sát ô tô du lịch (Mitsubishi Pajero Sport KG4WGNMZLVT5), ta cần phải thiết kế hệ thống treo có độ êm dịu chuyển động cao, đồng thời thỏa mãn tiêu chất lượng khác Do hệ thống treo bán chủ động điều khiển mờ thỏa mãn tốt hệ thống treo bán chủ động điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu Về luật điều khiển hệ số cản thay đổi, từ đồ thị 4.32, 4.33, 4.44, 4.45 ta thấy, hệ thống treo bán chủ động sử dụng điều khiển mờ có hệ số cản thay đổi có giá trị nhỏ hơn, thay đổi linh hoạt so với hệ thống treo bán chủ động điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu Chúng ta thấy rõ điều qua luật điều khiển công thức (4.31), (4.32) Ta thấy nhận xét tương đối giống với nhận xét khảo sát dao động mơ hình ¼ tơ với hệ thống treo bị động, hệ thống treo bán chủ động điều khiển tối ưu điều khiển mờ Ngoài ra, so sánh độ phức tạp trình thiết kế tổng hợp điều khiển, điều khiển mờ cịn có ưu điểm rõ rệt so với điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu, là:  Khối lượng thiết kế giảm nhiều khơng cần sử dụng mơ hình đối tượng, với tốn thiết kế có độ phức tạp cao, giải pháp dùng điều khiển mờ cho phép giảm khối lượng tính tốn giảm giá thành sản phẩm  Bộ điều khiển mờ dễ hiểu so với điều khiển khác dễ dàng thay đổi  Trong nhiều trường hợp điều khiển mờ làm việc ổn định hơn, bền vững chất lượng điều khiển cao -137- KẾT LUẬN Luận văn tập trung nghiên cứu, tổng hợp điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu điều khiển mờ cho hệ thống treo bán chủ động để nâng cao tiêu chất lượng làm việc hệ thống treo ô tô Để tổng hợp điều khiển mờ tác giả tiếu hành xây dựng mơ hình dao động khảo sát ảnh hưởng thông số đến tiêu chất lượng làm việc hệ thống treo, đồng thời nghiên cứu sở lý thuyết hai phương pháp điều khiển Và để đánh giá tối ưu điều khiển tác giả kho sỏt dao ng ca mụ hỡnh ẳ v ẵ ô tô thông qua dịch chuyển thẳng đứng khối lượng treo, gia tốc khối lượng treo, không gian làm việc hệ thống treo biến dạng động lốp miền tần số miền thời gian  Kết đạt đóng góp luận văn - Nghiên cứu ứng dụng điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu logic mờ vào điều khiển hệ thống treo bán chủ động Đây phương pháp có ứng dụng hiệu nhiều lĩnh vực điều khiển - Đã tổng hợp hai điều khiển với tư điều khiển khác nhau, đánh giá ưu nhược điểm chúng - Xây dựng mô hình, khảo sát đánh giá chất lượng dao động ô tô với hệ thống treo bán chủ động điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu điều khiển mờ miền tần số, miền thời gian với kích thích mặt đường tiền định (kích thích dạng điều hịa dạng bước nhảy)  Điểm mới, tính thực tiễn khoa học luận văn - Hệ thống treo điều khiển đối tượng nghiên cứu nhà khoa học nước quan tâm, nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật điều khiển nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động thân thiện với đường ô tô - Đề tài sử dụng hai phương pháp khác để điều khiển hệ thống treo bán chủ động, điều khiển mờ kỹ thuật điều khiển đại - Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô số máy vi tính cho kết trực quan, dễ hiểu  Các hướng nghiên cứu -138- - Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu điều khiển mờ cho hệ thống treo bán chủ động hệ thống treo chủ động để nâng cao tiêu chất lượng làm việc ô tô Nghiên cứu thực nghiệm để khẳng định kết nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu hệ thống treo điều khiển để nâng cao độ ổn định ngang ô tô chuyển động quay vòng - Nghiên cứu hệ thống treo điều khiển nói chung, hệ thống treo điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu điều khiển mờ nói riêng ô tô tải nặng để giảm thiểu phá huỷ đường - Nghiên cứu điều khiển phản hồi trạng thái tối ưu điều khiển mờ cho hệ thống điều khiển tự động khác ô tô -139- TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo tiếng Việt: [1] Nguyễn Trọng Hoan (2011), Bài giảng thiết kế tính tốn ô tô, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [2] Nguyễn Văn Khang (2005), Dao động kỹ thuật, NXB KHKT, Hà Nội [3] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2006), Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [4] Trần Văn Như (2006), Nghiên cứu sử dụng hệ thống treo bán chủ động điều khiển mờ ô tô, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Giao thông Vận tải, Hà Nội [5] Nguyễn Doãn Phước (2009), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [6] Nguyễn Phùng Quang (2003), Matlab & Simulink, NXB KHKT, Hà Nội [7] Nguyễn Chí Thanh (2005), Nâng cao chất lượng dao động xe xích chiến đấu hệ thống treo có điều khiển, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, HV KTQS, Hà Nội [8] Hà Văn Thảo (2006), Sử dụng thuật tốn LQG để tối ưu hóa thông số thiết kế hệ thống treo ô tô, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội [9] Nguyễn Văn Trà (2005), Nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo có điều khiển để nâng cao chất lượng độ êm dịu chuyển động ô tô, Luận án Tiến sỹ kỹ thuật, Học viện kỹ thuật Quân sự, Hà Nội [10] Nguyễn Khắc Trai (2008), Kết cấu ô tô, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội [11] Công ty TNHH liên doanh sản xuất tơ Ngơi Sao (2014), Tài liệu đặc tính kỹ thuật ô tô MITSUBISHI PAJERO SPORT KG4WGNMZLVT5 [12] Toyota, TEMS hệ thống treo khí, Toyota Service Training, tập 6, giai đoạn 3, Pub No TTM306V -140- Tài liệu tham khảo tiếng Anh: [13] Alessandro Giua, Mauro Melas, Carla Seatzu (2004), Design of a control law for a semiactive suspension system using a solenoid valve damper, Proc 2004 IEEE Conference on Control Applications, Taipei, Taiwan [14] Chen, Yi-Kuang (2003), Hybrid Fuzzy PID Controller with Adaptive Genetic Algorithms for the Position Control of Linear Motors, Mechanical and ElectroMechanical Engineering, NSYSU [15] D.Karnopp, M.J.Crosby, R.A.Harwood (1974), Vibration control using semiactive force generators, Journal of Engineering for Industry, pp 619-626, Virginia Polytechnic Institute and State University, USA [16] D O Anderson, J B Moore (1989), Optimal Control Linear Quadratic Methods, Prentice-Habl [17] Grzegorz Slaski, Michal Maciejewski (2011), Skyhook and fuzzy logic controller of a semi active vehicle suspension, Poznan University of Technology, Institute of Machines and Motor Vehicles [18] Liu Yuyou (2004), Semi-active damping control for vibration isolation of base disturbances, University of Southampton, Institute of Sound and Vibration Research, Doctoral Thesis [19] Mehdi Ahmadian, James C Poynor (2003), Effective test procedures for evaluating force characterstics of Magneto-Rheological dampers, Proceedings of ASME IMECE, Washington DC, USA [20] Mehrdad N Khajavi, and Vahid Abdollahi (2007), Comparison between optimized passive vehicle suspension system and semi active fuzzy logic controlled suspension system regarding ride and handling, International Journal of Mechanical, Industrial Science and Engineering, Vol.1 No.1 [21] Nemat Changizi, Modjtaba Rouhani (2011), Comparing PID and Fuzzy Logic Control a Quarter Car Suspension System, The Journal of Mathematics and Computer Science, Vol No.3 -141- [22] Emanuele Guglielmino, Tudor Sireteanu, Charles W Stammers, Gheogghe Ghita, Marius Giuclea (2008), Semi – active suspension control, Springer [23] Rajesh Rajamani (2005), Vehicle Dynamic and Control, University of Minnesota, USA [24] Reza N Jazar (2008), Vehicle Dynamics: Theory and Application, Manhattan College [25] Shuqi Guo, Zhigang Xia, Shaopu Yang (2005), Nonlinear vibrations of vehicle suspension systems with magnetorheological dampers, Vehicular Electronics and Safety, China [26] Y Chen (2009), Skyhook Surface Sliding Mode Control on Semi-Active Vehicle Suspension System for Ride Comfort Enhancement, Department of Mechanical Engineering, University of Glasgow, Glasgow, United Kingdom, Vol No 1, pp 23-32 -142- PHỤ LỤC MỘT SỐ GIẢM CHẤN CHỦ ĐỘNG Giảm chấn hệ thống treo có tác dụng dập tắt dao động khối lượng treo khối lượng khơng treo Có hai loại giảm chấn giảm chấn chủ động giảm chấn bị động Với loại giảm chấn chủ động (hệ số cản giảm chấn thay đổi được), lực giảm chấn thay đổi tuỳ theo điều kiện làm việc xe Về đặc tính, giảm chấn chủ động chia thành hai loại bản: loại hệ số cản giảm chấn thay đổi liên tục loại hệ số cản giảm chấn thay đổi kiểu “On - Off” Về mặt kết cấu giảm chấn chủ động chia thành loại: giảm chấn thuỷ lực có van tiết lưu thay đổi; giảm chấn điện hoá; giảm chấn từ hoá loại giảm chấn ma sát chủ động PL.1 Giảm chấn thuỷ lực có van tiết lƣu thay đổi PL.1.1 Giảm thuỷ lực có van tiết lưu thay đổi kiểu “On - Off” Cấu tạo nguyên lý hoạt động giảm chấn thuỷ lực có van tiết lưu thay đổi kiểu “On - Off” giống giảm chấn bị động, khác chỗ lực giảm chấn điều chỉnh cách đóng mở lỗ tiết lưu phụ Trên hình PL.1a kết cấu giảm chấn chủ động hãng TOYOTA [23] Giảm chấn có ba cặp lỗ tiết lưu van quay, van gắn liền với cần điều khiển dẫn động chấp hành điều khiển giảm chấn, cần piston có ba lỗ Van quay quay bên cần piston đóng mở lỗ làm thay đổi lượng dầu qua Cần piston van quay (chúng quay cụm với cần điều khiển) có lỗ tiết lưu ba trạng thái (hình PL.1b) Khi van quay quay, lỗ tiết lưu mở đóng Đường đặc tính giảm chấn chế độ: cứng, trung bình mềm th hin trờn hỡnh PL.1c -143- Mặt cắt ngang MỊm Van quay 22 Lùc gi¶m chÊn Më §ãng Më §ãng §ãng B - B' CÇn Piston 13 Më Van quay a b ' §ãng Van quay 12 ' c §ãng CÇn Piston b Trung b×nh A - A' a Cøng C - C' c ' CÇn Piston 14 Më 10 15 b) Lực cản 11 16 Cứng Trung bình 17 Mềm 21 18 Tèc ®é Piston 20 19 c) a) Hình PL.1 Giảm chấn thuỷ lực có van tiết lưu thay đổi kiểu “On-Off” a) kết cấu; b) chế độ giảm chấn; c) đường đặc tính; -nắp; 2,3 - vòng chắn dầu; - Lò xo; - ống dẫn hướng; - vỏ ngoài; - xi lanh; cần điều khiển; - cần piston; 10 - van quay; 11 - piston; 12,13,14 - lỗ tiết lưu phụ; 14,18,22 - lỗ tiết lưu; 16 - đế van; 17 - lò xo; 19 - van giảm tải; 20 - tai nối; 21 - van nạp; PL.1.2 Giảm chấn thuỷ lực có van tiết lưu thay đổi liên tục Giảm thuỷ lực có van tiết lưu thay đổi [24] thường sử dụng ơtơ có tải trọng lớn Kết cấu gần giống giảm chấn bị động thơng thường, khác biệt giảm chấn diện tích lỗ van tiết lưu thay đổi để thay đổi -144- hệ số cản Giảm chấn có ưu điểm hệ số cản thay đổi với đáp ứng nhanh, xác, van tiết lưu hoạt động với tần số đóng mở từ 0100Hz Trên hình PL.2 thể kết cấu giảm chấn thuỷ lực có van tiết lưu thay đổi liên tục Hình PL.2 Giảm chấn thuỷ lực có van tiết lưu thay đổi liên tục a) sơ đồ thuỷ lực; b) mặt cắt ngang giảm chấn (bình điều áp, lọc dầu, van chiều hiện); 1van trượt; 2-nam chân điện; 3-bộ biến đổi vị tri; 4piston van chiều Kết cấu van tiết lưu (hình PL.3) bao gồm bốn thành phần chủ yếu: khuyếch đại lượng; nam châm điện; van trượt biến đổi vị trí Bộ khuyếch đại lượng dùng để biến đổi tín hiệu điều khiển thành dịng điện cảm ứng Nam châm điện dùng để tạo lực điện từ từ dòng cảm ứng tác động lên trượt van Bộ biến đổi vị trí xem khâu tuyến tính khơng trễ khoảng tần số từ 0100Hz -145- Hình PL.3 Kết cấu van tiết lưu - van trượt; - nam chân điện; - biến đổi vị trí Đường đặc tính giảm chấn thể hình PL.4, đường cong phụ thuộc vào vận tốc piston độ mở mặt cắt tiết diện nơi dầu qua từ khoang đến khoang khác thân giảm chấn Hình PL.4 Đường đặc tính giảm chấn PL.2 Giảm chấn điện hóa ER (Electrorheological) [22] Giảm chấn Electrorheological (ER) giảm chấn sử dụng chất lỏng điện biến (electrorheological) Chất lỏng điện biến hỗn hợp gồm hạt với độ dẫn điện cực cao trộn chất lỏng cách điện (tỉ lệ độ dẫn điện hạt chất lỏng vào khoảng từ tới hàng chục nghìn lần) Sự có mặt hạt mang điện khơng làm thay đổi đặc tính chất lỏng điều kiện bình thường Trái lại, chất lỏng đặt điện trường, hạt mang điện bị phân cực -146- hình thành sợi dọc theo phương điện trường Khi đặc tính chất lỏng (thể rõ độ nhớt) thay đổi đáng kể phụ thuộc vào cường độ điện trường Một đặc điểm đáng ý khác chất lỏng điện biến tính thuận nghịch Khi bỏ điện trường ngoài, chất lỏng trở lại đặc tính hồn tồn giống ban đầu Hình PL.5 Sơ đồ kết cấu thể nguyên lý hoạt động giảm chấn ER Giảm chấn electrorheological (ER) gồm van điều tiết quay ER phương tiện truyền dẫn để chuyển dao động tịnh tiến thành chuyển động quay van điều tiết ER Các van điều tiết ER quay bao gồm stator rotor đồng trục Các điện cực stator điện cực rotor phân cách khác khoang lớp nhỏ chất lỏng Khoang chứa đầy chất lỏng ER thay đổi thuộc tính lưu biến tiếp xúc với điện trường Chất lỏng ER lấp đầy khoảng trống cặp stator điện cực rotor Các van điều tiết ER quay điều khiển để chống chuyển động quay trịn stator rotor dập tắt dao động tịnh tiến -147- Việc điều khiển giảm chấn ER thực thông qua môi trường chất lỏng ER Thiết bị biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay chuyển đổi chuyển động tịnh tiến dao động xe thành chuyển động quay giảm chấn ngược lại Đường đặc tính giảm chấn nên điều chỉnh phù hợp với điều kiện ô tô chuyển động thực tế: vận tốc xe, điều kiện đường xá,… Nhiệm vụ điều khiển thiết kế nhằm theo dõi đặc tính mong muốn giảm chấn cách kiểm sốt điện đầu vào U Hình PL.6 mơ tả đặc tính giảm chấn ER Trong đường liền đánh dấu lực tối thiểu giảm chấn (U= 0), đường chấm chấm biểu thị lực cực đại giảm chấn (U= 5kV) Hình PL.6 Đường đặc tính giảm chấn ER PL.3 Giảm chấn từ hoá MR (Magneto-Rheological) Chất từ hoá chất liệu có đặc trưng thay đổi thuộc tính từ học (độ co giãn, độ dẻo, hay độ nhớt ) tác dụng điện từ Chất lỏng từ hoá gồm hạt nhiễm từ dư lịng chất lỏng mang Các hạt nhiễm từ thường hạt gốc Cacbonyl Các loại dung môi chứa hạt nhiễm từ dầu silicone, dầu lửa, dầu tổng hợp sử dụng cho chất lỏng từ hoá Chất lỏng phải chọn để thích nghi với nhiệt độ cao Chất lỏng phải liên kết với hạt nhiễm từ, không thay đổi tính chất khơng mong muốn chất lượng Chất lỏng -148- từ hoá phải chứa chất phụ gia để ngăn khơng cho đóng cặn phân tán hạt nhiễm từ Kết cấu giảm chấn MR thể hình PL.5 [25] a) b) Hình PL.5 Giảm chấn MR a) kết cấu; b) phần tử; - piston phản ứng; - đế pis ton; - piston; - cán piston; - khoang chứa Nitơ; - dây dẫn; - thân giảm chấn; - chất lỏng MR Nguyên lý làm việc thể hình PL.6 Ở trạng thái trả (hình PL.6c), chất lỏng MR di chuyển từ phía piston xuống qua van tiết lưu MR, piston phản ứng dịch chuyển lên bù vào lượng chất lỏng MR cần piston chiếm chỗ Trạng thái nén (hình PL.6b), chất lỏng MR di chuyển từ phía piston lên phía qua van tiết lưu MR, piston phản ứng dịch chuyển xuống tạo không gian cho piston giảm chấn Van tiết lưu MR lỗ có kích thước định có khả cung cấp từ trường, sử dụng nam châm điện để điều chỉnh lỗ Từ trường làm thay đổi tính nhớt chất lỏng MR, nguyên nhân gây thay đổi áp lực dòng chất lỏng qua lỗ tiết lưu Áp lực thay đổi tỷ lệ trực tiếp với lực cần thiết để dịch chuyển cần -149- piston Hiểu theo cách thơng thường, đặc tính giảm chấn MR hàm dòng điện chạy vào cuộn dây nam châm điện Nhờ mối quan hệ hệ số cản giảm chấn MR dễ dàng điều khiển theo thời gian thực Đường đặc tính thể hình PL.7 Hình 2.6 Nguyên lý động lực học giảm chấn MR a-sơ đồ nguyên lý; b-trạng thái nén; c-trạng thái trả Hình PL.7 Đường đặc tính giảm chấn MR -150- PL.4 Giảm chấn ma sát chủ động Giảm chấn ma sát chủ động [26] (hình PL.8) sử dụng từ lâu loại giảm chấn đơn giản hiệu Giảm chấn ma sát chủ động đòi hỏi kết nối trực tiếp hai phần tử chuyển động tương Loại giảm chấn sử dụng mơi trường khắc nghiệt môi trường chân không, nơi mà giảm chấn thuỷ lực bị hạn chế Trái ngược với giảm chấn sử dụng chất lỏng, giảm chấn ma sát cách ly dao động tốt lực truyền qua giảm chấn ma sát có giới hạn Với hệ thống điều khiển phản hồi dải tần thấp, giảm chấn triệt tiêu dao động, trì khả cách ly dao động tốt Giảm chấn ma sát chủ động sinh lực giảm chấn đáng kể có chuyển động tương đối hai đầu giảm chấn nhỏ, điều có giảm chấn sử dụng chất lỏng Bộ điều khiển Năng lựơng khuếch đại Hình PL.8 Giảm chấn ma sát chủ động – vỏ ngoài; – gia tốc kế; – vật liệu chủ động (cung cấp lực ma sát biến đổi); – lò xo bị động -151- ... tính điều khiển, hệ thống treo phân thành hệ thống treo khơng điều khiển (bị động) có điều khiển Và tùy thuộc vào khả điều khiển thông số, hệ thống treo có điều khiển phân thành hệ thống treo bán. .. có điều khiển dùng hệ thống treo bán chủ động Hệ thống treo bán chủ động đòi hỏi lượng cung cấp cho hệ thống nhiều so với hệ thống treo chủ động Nó đáp ứng khả cách ly dao động tốt hệ thống treo. .. Các hệ thống treo biết đến hệ thống treo có điều khiển bao Độ êm dịu/ Khả bám dính tính điều khiển gồm hệ thống treo bán chủ động hệ thống treo chủ động Độ êm dịu Khả bám dính chuyển động tính điều