Xây dựng hệ thống trên nên tảng mô phỏng thực nghiệm trên máy tính mà không cần trực tiếp thiết kế

MỤC LỤC Danh sách hình đồ thị Lời cảm ơn Chương I: Mở đầu 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Chương II: Cơ sở lý thuyết 2.1 Các tiêu độ êm dịu chuyển động ô 2.2 Tần số dao động thích hợp 2.3 Gia tốc thích hợp 2.4 Chỉ tiêu tính êm dịu chuyển động dựa vào gia tốc dao động thời gian tác động chúng 2.5 Sơ đồ dao động tương đương ô tô 2.6.Khái niệm hệ thống treo tích cực 10 2.7.Cấu tạo chức 10 2.8 So sánh với hệ thống treo khác 11 Chương III: Nội dung nghiên cứu 12 3.1 Đối tượng thực tế 12 3.2 Thiết lập mơ hình tính tốn ¼ xe phương trình vi phân 13 3.2.1.Mơ hình tính tốn 13 3.2.2 Phương trình vi phân hệ 13 3.2.3 Thiết lập mơ hình mơ Simulink 15 3.2.4 Thiết kế PID cho 1\4 xe 17 3.3 Mô full car suspension 20 3.3.2 Các phương trình vi phân hệ.: 23 3.3.3.Thiết lập mơ hình mơ Simulink 24 3.4 Ứng dụng carsim 32 3.4.1.Thiết lập mơ hình mơ Carsim 32 3.4.2 Video mô 35 3.4.3 Đồ thị mô 37 3.4.4 Model simulink 41 Chương IV: Kết luận 43 DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1:Biểu thị bậc tự xe…………………………………………………… Hình 2.2: Mơ hình hệ thống treo độc lập………………………………………………….10 Hình 3.1:Hệ thống treo độc lập ¼…………………………………………………………12 Hình 3.2:Mơ hình hóa hệ thống treo ¼……………………………………………………13 Hình 3.3:Mơ hình Simulink…………………………………………………………15 Hình 3.4: Mơ hình ¼ xe đưa khối “Sub system” chưa có PID 15 Hình 3.5: Mơ hình ¼ xe trường hợp …………………………………………… 16 Hình 3.5.1 Kết mơ trường hợp 1………………………………………… … 16 Hình 3.6: Mơ hình ¼ xe trường hợp 2…………………………………………… 17 Hình 3.6.1: Kết mơ trường hợp 2………………………………………… .17 Hình 3.8: Thơng sơ PID………………………………………………………………… 18 Hình 3.9: Độ đáp ứng hệ thống……………………………………………………….18 Hình 3.10:Biên độ dao động theo phương Z có PID………………………………….19 Hình 3.11:Độ nhấp nhô mặt đường dao động theo phương Z…………………………19 Hình 3.12: Mơ hình full car đơn giản…………………………………………………… 20 Hình 3.13: Mơ hình full car phân tích…………………………………………………20 Hình 3.14: Các góc quay xe dao động……………………………………………… 22 Hình 3.15: Các góc quay xe dao động……………………………………………… 22 Hình 3.16: Chuyển động xe có góc xoay…………………………………… 23 Hình 3.17: mơ hình bánh xe…………………………………………………………… 24 Hình 3.18: Mơ hình bốn bánh xe……………………………………………………….25 Hinh 3.19: PID bốn bánh xe………………………………………………………….25 Hình 3.20: Thơng số PID bánh trước…………………………………………………26 Hình 3.21: Thơng số PID bánh sau………………………………………………… 26 Hình 3.22: Mơ tả hàm trễ………………………………………………………………….27 Hình 3.23: Đồ thị độ mấp mơ mặt đường…………………………………………………27 Hình 3.24: Mơ hình gia tốc trọng tâm xe………………………………………………28 Hình 3.25: Đồ thị dao động trọng tâm xe…………… ……………….…………… 28 Hình 3.26: Mơ hình góc nghiêng thân xe theo trục x…………………………………… 29 Hình 3.27: đồ thị thị góc nghiêng thân xe theo trục x……………………………… 29 Hình 3.28: Mơ hình góc nghiêng thân xe theo trục y…………………………………… 30 Hình 3.29: đồ thị thị góc nghiêng thân xe theo trục y……………………………… 30 Hình 3.30: đồ thị dao động thân xe………………………………………………… 31 Hình 3.31: Mơ hình tổng qt cho xe…………………………………………………… 31 Hình 3.32: Đồ thị góc xoay quanh trục y(Pitch)………………………………………… 36 Hình 3.33: Đồ thị góc xoay quanh trục x.(Roll)………………………………………… 37 Hình 3.34: Đồ thị gia tốc theo phương Z………………………………………………….37 Hình 3.35: Đồ thị lực giảm chấn………………………………………………………… 38 Hình 3.36: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữ lực lò xo độ biến dạng lị xo……………38 Hình 3.37: Đồ thị độ nén lị xo……………………………………………………… 39 Hình 3.38: Đồ thị lực lị xo……………………………………………………………… 40 Hình 3.39: Mơ hình gửi từ Carsim qua Simulink………………………………… 40 Hình 3.40: Đồ thị Jounce cầu trước…………………………………………………… 41 Hình 3.41: Đồ thị Jounce cầu sau ………………………………………………………41 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN TRUNG HIẾU nhiệt tình giảng dạy giúp đỡ chúng em suốt trình học tập, nghiên cứu tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ chúng em trình thực đề tài Tuy có nhiều cố gắng, chắn tiểu luận chúng em nhiều thiếu sót Rất mong nhận góp ý thầy bạn lớp Xin chân thành cảm ơn! I Mở đầu 1.1 Tính cấp thiết đề tài Hệ thống treo phận vô quan trọng xe, ảnh hưởng trực tiếp đến khả chuyển động êm cân xe xe chuyển động qua cung đường gồ ghề nhấp nhô Mặt khác hệ thống treo cịn đóng vai trị truyền lực cho xe Nhờ ưu điểm vượt trội hệ thống, giúp xe giảm độ xóc vận tốc xe chuyển động đem lại thoải mái cho tài xế Đó lý nhóm chọn đề tài nhằm mục đích hiểu rõ hệ thống 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Dựa vào lý thuyết hiểu cách vận hành hệ thống Xây dựng hệ thống nên tảng mô thực nghiệm máy tính mà khơng cần trực tiếp thiết kế Ý nghĩa thực tiễn: Biết hệ thống treo hoạt động theo nhiều chế độ mặt đường Mô dựa máy tính giúp giảm thiểu chi phí, thời gian, nguyên vật liệu Sinh viên tự thiết kế, đánh giá hệ thống nhờ phần mềm mô 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu, tìm hiểu hệ thống treo từ mơ thiết kế kiểm tra hệ thống treo cho trường hợp từ mặt đường tác động lên hệ thống II Cơ sở lý thuyết 2.1 Các tiêu độ êm dịu chuyển động ô Khi ôtô chuyển động đường không phẳng thường chịu dao động bề mặt đường mấp mô sinh Những dao động ảnh hưởng xấu đến hàng hố, tuổi thọ xe ảnh hưởng tới hành khách Như độ êm dịu chuyển động ôtô khả xe chuyển động đường tốc độ xác định mà khơng xảy va đập cứng, ảnh hưởng tới sức khỏe người, lái xe, hàng hố chi tiết xe Do hệ thống treo đàn hồi nên thùng xe dao động q trình xe chuyển động Dao động ln thay đổi ảnh hưởng đến sức khoẻ người điều kiện cụ thể gây nên bệnh thần kinh não cho người Ngồi thân thông số đặc trưng cho dao động vượt qua giới hạn cho phép Mặt khác độ đàn hồi, hệ thống treo khơng đủ để tiếp nhận xung va đập tác động lên bánh xe ôtô chuyển động đường không phẳng tác dụng lên thùng xe ôtô chuyển động không Khi xảy va đập cứng chi tiết phần không treo với chi tiết phần treo Va đập cứng xảy tốc độ chuyển động xe tăng Để tránh xảy va đập cứng phải giảm tốc độ chuyển động xe, lựa chọn thông số hệ thống treo khơng gây nên tượng cộng hưởng số vùng tốc độ, điều làm tăng dao động thùng xe Để tránh va đập buộc lái xe phải giảm tốc độ đường xấu Điều làm giảm tốc độ trung bình xe, giảm khả chất tải làm tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ Ngồi nhiên liệu bị tiêu tốn cho việc hấp thụ tải trọng động dập tắt dao động Tải trọng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng ln bị thay đổi có dao động có ảnh hưởng xấu đến điều kiện chuyển động ổn định tính dẫn hướng xe Vì vậy, độ êm dịu chuyển động ôtô tiêu quan trọng xe Tính êm dịu chuyển động phụ thuộc vào kết cấu xe hệ thống treo, phụ thuộc vào đặc điểm cường độ lực kích động từ mặt đường cuối phụ thuộc vào kỹ thuật lái xe Dao động ôtô thường đặc trưng thông số như: chu kỳ hay tần số dao động, biên độ dao động, gia tốc tốc độ tăng trưởng gia tốc Vì thông số kể sử dụng làm tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ôtô Tác động thông số (chỉ tiêu) riêng biệt đến cảm giác người khác nhau, chưa xác định tiêu để đánh giá xác độ êm dịu chuyển động mà thường phải dùng vài tiêu tiêu nói để đánh giá xác độ êm dịu chuyển động ôtô Sau số thông số thường dùng để đánh giá tính êm dịu chuyển động ơtơ 2.2 Tần số dao động thích hợp Con người từ nhỏ quen với nhịp điệu bước Ở người thói quen vóc dáng việc thực bước có khác nhau: có người có bước dài chậm, có người có bước vừa phải, khoan thai Vì đơn vị thời gian số bước chân người có khác nhau, trung bình phút người thực 60-85 bước Người ta quan niệm thực bước người thực dao động, nói người có thói quen với tần số dao động 60-85 lần/ phút Ơtơ có chuyển động êm dịu xe chạy địa hình dao động phát sinh có tần số nằm khoảng 60-85 lần/phút Trong thực tế tiến hành thiết kế hệ thống treo người 188 ta thường lấy giá trị tần số dao động thích hợp 60-85 lần/phút xe du lịch 85-120 dao động/phút xe tải 2.3 Gia tốc thích hợp Chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu chuyển động dựa vào giá trị gia tốc thẳng đứng số lần va đập độ không phẳng bề mặt đường gây km đường chạy Muốn xác định xe có tính êm dịu chuyển động hay không người ta cho ô tô chạy đoạn đường định dùng dụng cụ đo ghi lại số lần va đập i tính trung bình km đường gia tốc thẳng đứng xe Dựa vào hai thông số này, người ta so sánh với đồ thị chuẩn xem xe thí nghiệm đạt độ êm dịu chuyển động thang bậc Ví dụ cho xe chạy loại đường ta đo i = 10 lần va đập/ km j = m/s2 , đồ thị ta xác định điểm A Từ ta có kết luận xe thử nghiệm có độ êm dịu tốt loại đường 2.4 Chỉ tiêu tính êm dịu chuyển động dựa vào gia tốc dao động thời gian tác động chúng Khi ngồi lâu ôtô, dao động làm cho người mệt mỏi dẫn đến giảm suất làm việc ảnh hưởng lâu dài đến sức khoẻ Các thí nghiệm cho thấy thí nghiệm liền nhạy cảm người dải tần số từ 8Hz Trong dải tần số giá trị cho phép tồn phương gia tốc sau: Dễ chịu : 0,1 m/s2 Gây mệt mỏi: 0,315 m/s2 Gây ảnh hưởng đến sức khỏe: 0,63 m/s2 2.5 Sơ đồ dao động tương đương ô tô Khi chuyển động đường không phẳng, dao động ôtô hệ dao động nhiều bậc tự phức tạp Nếu ta gắn lên hệ trục Oxyz dao động thùng xe tách thành sáu dao động thành phần theo hệ trục Oxyz sau: Dao động tịnh tiến theo phương thẳng đứng theo trục Oz Dao động tịnh tiến theo phương dọc theo trục Ox Dao động tịnh tiến theo phương ngang theo trục Oy Dao động góc xoay quanh trục nằm dọc Ox Dao động góc xoay quanh trục nằm ngang Oy Dao động góc xoay quanh trục thẳng đứng Oz Hình 3.27: Đồ thị thị góc nghiêng thân xe theo trục x Xây dựng đồ thị thị góc nghiêng thân xe quanh trục y (pitch) Hình 3.28: Mơ hình góc nghiêng thân xe theo trục y Hình 3.29: đồ thị thị góc nghiêng thân xe theo trục y 30 Xây dựng đồ thị dao động bánh trước bánh sau xe: Hình 3.30: Đồ thị dao động thân xe Mơ hình tổng qt cho xe: 31 Hình 3.31: Mơ hình tổng qt cho xe 3.4 Ứng dụng carsim 3.4.1.Thiết lập mơ hình mơ Carsim Vào dataset chọn “Suspension and Ride Test” Copy để tránh sửa vào file gốc 32 Chọn loại xe “ chọn Pick up” Click vào “ Vehicle Configuration ” Vào “Pickup_Full Size Cab Bed” 33 Chọn hệ thống treo độc lập cho cầu trước sau Chọn đường mô Set up vận tốc mô cho xe 80 km\h Video mô 20s 34 Quay lại “Home” chọn “Run Math Model” sau chọn “Video” 3.4.2 Video mô Khi bắt đầu vào đoạn đường nhấp nhơ xe bắt đầu có dao động 35 Ngay sau nhờ hệ thống treo độc lập chủ động độ dao động thân xe dập tắt hồn tồn với biên dạng nhấp nhơ mặt đường không đổi 36 3.4.3 Đồ thị mơ 3.4.3.1.Đồ thị góc xoay quanh trục y(Pitch) Ở hệ thống treo chủ động, dao động góc Pitch quanh trục y đảm bảo tắt dần cách nhanh chóng Hình 3.32: Đồ thị góc xoay quanh trục y(Pitch) 3.4.3.2.Đồ thị góc xoay quanh trục x.(Roll) Ở hệ thống treo chủ động, dao động góc Roll quanh trục x đảm bảo tắt dần cách nhanh chóng 37 Hình 3.33: Đồ thị góc xoay quanh trục x.(Roll) 3.4.3.3.Đồ thị gia tốc theo phương Z Gia tốc điều chỉnh giảm dao động cách nhanh chóng Hình 3.34: Đồ thị gia tốc theo phương Z 3.4.3.4.Đồ thị lực giảm chấn Lực giảm chấn điều khiển riêng bánh xe để đáp ứng tốt với độ thay đổi mặt đường bánh xe 38 Hình 3.35: Đồ thị lực giảm chấn 3.4.3.5.Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữ lực lò xo độ biến dạng lò xo Lực lo xo tăng với độ nén lo xo cách tuyến tính Hình 3.36: Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữ lực lò xo độ biến dạng lò xo 3.4.3.6.Đồ thị độ nén lị xo Vì hệ thống treo tự động độc lập nên độ nén lo xo bánh xe điều khiển tăng giảm khác để đáp ứng tốt với biên độ mặt đường 39 Hình 3.37: Đồ thị độ nén lò xo 3.4.3.7 Đồ thị lực lò xo Vì hệ thống treo tự động độc lập nên lực lo xo bánh xe điều khiển tăng giảm khác để đáp ứng tốt với biên độ mặt đường Ở đồ thị thể mối quan hệ tuyến tính giữ lực độ nén lo xo cho ta thấy chúng tăng giảm với tầm số dày, giảm dần 40 Hình 3.38: Đồ thị lực lị xo 3.4.4 Model simulink Mơ hình gửi từ Carsim qua Simulink Hình 3.39: Mơ hình gửi từ Carsim qua Simulink 3.4.4.1.Đồ thị Jounce Jounce đề cập đến chuyển động nảy thẳng đứng hệ thống treo xe xe theo phương thẳng đứng Z tiếp xúc với vất phấp nhơ bên dạng mặt đường 41 Hình 3.40: Đồ thị Jounce cầu trước Hình 3.41: Đồ thị Jounce cầu sau 42 IV Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, thiết kế mô hệ thống treo chủ động, với hướng dẫn nhiệt tình thầy Nguyễn Trung Hiếu Đề tài hoàn thành đạt số kết sau: Đã xây dựng, mô hệ thống treo chủ động mơ hình tồn thân xe thơng qua phần mềm matlab carsim Đã lựa chọn thông số sở xe, áp dụng phương trình tốn học vào tính tồn, từ tiến hành thiết kế hệ thống điều khiển cách trực quan hiệu Đã ứng dụng điều khiển PID thiết kế mô Đã thu nhập phân tích dạng biểu đồ qua q trình mơ Bên cạnh kết đạt mong muốn, nhóm rút số ưu điểm nhược điểm trình nghiên cứu đề tài Ưu điểm: Đưa nhìn tổng quan, thể tính hiệu hệ thống treo chủ động điều khiển điện tử so với hệ thống treo thông thường Nhược điểm: Quá trình tính tốn mơ thực dựa phần mềm có sẵn, chưa áp dụng vào mơ hình thực tế để điều khiển Hướng phát triển đề tài: Ứng dụng trí tuệ nhân tạo AI vào trình điều khiển hệ thống 43 44 ... rõ hệ thống 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Dựa vào lý thuyết hiểu cách vận hành hệ thống Xây dựng hệ thống nên tảng mơ thực nghiệm máy tính mà không cần trực tiếp thiết kế Ý... tác động lên hệ thống giới hạn phạm vi nhỏ Hệ thống treo tích cực điều khiển hệ số đàn hồi hệ thống hệ số giảm chấn Phổ biến dòng xe cao cấp hệ thống treo khí nén có khả thay đổi hệ số đàn hồi... luận Sau thời gian nghiên cứu, thiết kế mô hệ thống treo chủ động, với hướng dẫn nhiệt tình thầy Nguyễn Trung Hiếu Đề tài hoàn thành đạt số kết sau: Đã xây dựng, mô hệ thống treo chủ động mơ hình