(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định hệ thống treo ôtô

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các kết số liệu trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tp.HCM, Ngày….Tháng…Năm 2019 (Ký tên ghi rõ họ tên) III LỜI CẢM ƠN Tôi chân thành cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Trạng, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình nghiên cứu, thực hồn thành luận văn Đồng thời tơi xin gửi lời cảm ơn đến tất Quý Thầy Cô Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Trường Cao Đẳng Nghề Bạc Liêu – Khoa Cơ Khí tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành nhiệm vụ nghiên cứu đề tài cộng Nguyễn Dương Hắc Lân hỗ trợ cho tác giả trình nghiên cứu Vì thời gian có hạn nên việc thực đề tài cịn nhiều thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến tất q Thầy Cơ để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cám ơn! IV TĨM TẮT Ơ tơ phương tiện động di chuyển nhiều loại biên dạng mặt đường Vì vậy, để đảm bảo tính êm dịu an tồn q trình chuyển động ô tô, hệ thống để đảm nhiệm vụ hệ thống treo, hệ thống treo có vai trị quan trọng định tính thoải mái êm dịu, an toàn cho người ngồi xe trình di chuyển Một hệ thống treo bị động có hệ số giảm chấn hệ số độ cứng cố định khơng thể đáp ứng tính êm dịu, thoải mái hoạt động qua nhiều biên dạng mặt đường khác nhau, thay vào hệ thống treo tích cực phát triển hoạt động thích ứng nhiều biên dạng đường khác mà khơng đem lại khó chịu cho hàng khách ngồi xe Mục tiêu luận văn thực thiết kế hệ thống treo tích cực mơ hình 1/2 xe mặt phẳng dọc với hai điều khiển PID cho hệ thống treo tích cực phía trước hệ thống treo tích cực phía sau Nhiệm vụ hai điều khiển PID điều khiển lực tác động lên hệ thống treo nhằm giảm: chuyển vị thân xe, lắc dọc thân xe, gia tốc lắc dọc thân xe, gia tốc trọng tâm thân, biến dạng lốp, độ võng nhíp xe lực tương tác hệ thống treo trước hệ thống treo sau nằm giới hạn cho phép, từ so sánh kết với hệ thống treo bị động theo tiêu chuẩn ISO 2631-1-1997 Qua kết mô so sánh hệ thống treo tích cực hệ thống treo bị động theo giá trị trung bình bình phương hệ thống treo tích cực cho kết nhỏ nhiều so với hệ thống treo bị động, điều cho thấy hệ thống treo tích cực hoạt động tốt mặt êm dịu nâng cao ổn định hệ thống treo V ABSTRACT The automobile is a mobile vehicle that is moved road shape in different Therefore, in order to ensure the smoothness and safety in the movement, one of the systems to ensure that the task is suspension The suspension system is very important to decide comfortable and smooth, safe for people in the car during the move A passive suspension system has a damping coefficient and fixed stiffness coefficient so it cannot response the smoothness, comfort when operating through many different road shape Therefore, a active suspension system is developed and adapted to many different road shape without bringing discomfort to passengers The goal of this thesis is to design a active suspension of a half-car vertical plane model with two PID controllers for the active front suspension and rear suspension The task of these two PID controllers controls the force acting on the suspension system in order to reduce: longitudinal body displacement, vehicle body pitch, longitudinal pitch acceleration, acceleration of center of gravity, tires deformation, suspension deformation, the force of interaction between the front suspension system and the rear suspension system are within the allowable limits, thereby comparing the results with the passive suspension system according to ISO 2631-1-1997 The simulation results of the comparison between the active suspension system and the passive suspension system on the mean square, the active suspension system results are smaller than the passive suspension system, so the active suspension system works about smoothness and enhances suspension stability VI MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài LÝ LỊCH KHOA HỌC…………………………………………………………I LỜI CAM ĐOAN III LỜI CẢM ƠN IV TÓM TẮT V MỤC LỤC VII DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT XII DANH MỤC CÁC HÌNH XVI DANH MỤC CÁC BẢNG XVIII CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tình hình nghiên cứu nước: 1.2.1 Nghiên cứu nước: 1.2.2 Nghiên cứu nước: 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đối tượng nghiên cứu: 1.3.1 Mục tiêu đề tài: 1.3.3 Nhiệm vụ đề tài : 10 1.3.4 Phương pháp nghiên cứu: 10 1.4 Giới hạn đề tài: 10 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 Giới thiệu tổng quan hệ thống treo: 12 2.1 Công dụng yêu cầu hệ thống treo: 12 a Công dụng: 12 b Yêu cầu: 13 VII 2.2 Các hệ thống treo 13 2.2.1 Phần tử đàn hồi: 13 2.2.2 Phần tử dẫn hướng: 14 2.2.3 Bộ phận giảm chấn: 14 2.3 Phân loại hệ thống treo 15 2.3.1 Hệ thống treo bị động: 15 a Đặc trưng hệ thống treo bị động: 15 b Các kiểu hệ thống treo phụ thuộc: 15 2.3.2 Hệ thống treo độc lập: 15 a Đặc điểm hệ thống treo độc lập 15 b Các kiểu hệ thống treo độc lập sử dụng: 16 Các yếu tố gây dao động ảnh hưởng 16 2.4.1 Ảnh hưởng dao động người hàng hóa 16 2.4.2 Ảnh hưởng dao động độ bền xe, mặt đường an toàn chuyển động 16 2.5 Các tiêu đánh giá độ êm dịu an toàn chuyển động 17 2.5.1 Chỉ tiêu tần số dao động [20] 17 2.5.2 Tiêu chuẩn gia tốc dao động thẳng đứng, rung động 18 2.5.3 Chỉ tiêu an toàn chuyển động, tải trọng tác dụng xuống đường 19 2.6 Khái niệm ổn định hệ thống treo ô tô: 21 2.6.1 Khái niệm: 21 2.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng tính ổn định xe: 22 a Lốp xe: 22 b Hành trình làm việc hệ thống treo: 22 c Giới hạn lực tác dụng lên KLKDT KLDT ( Hệ thống treo) : 24 d Phân bố tải trọng: 24 2.7 Một cơng thức tính tốn thơng số hệ thống treo: 25 VIII 2.7.1 Tính độ cứng nhíp [21] 25 2.7.2 Công thức tính tốn độ cứng lốp [5] 25 2.7.3 Cơng thức tính hệ số cản giảm chấn [4]: 26 2.8 Hàm kích động từ mặt đường: 26 2.8.1 Dạng hàm bậc: 26 2.8.2 Dạng hàm hình sin liên tục: 27 2.9 Khái niệm khối lượng treo, không treo: 28 2.9.1 Khối lượng treo ms 28 2.9.2 Khối lượng không treo mu 29 2.10 Các mơ hình dao động tương đương tơ 29 2.10.1 Mơ hình dao động ô tô 30 2.10.2 Mơ hình dao động tơ 1/4 bị động: 30 2.10.3 Mơ hình dao động tơ 1/4 tích cực: 31 2.10.4 Mô hình dao động tơ 1/2 theo phương dọc 32 2.10.5 Các giả thuyết: 32 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC 38 3.1 Giới thiệu lý thuyết điều khiển điều khiển: 38 3.1.1 Định nghĩa điều khiển: 38 3.1.2 Bộ điều khiển tỷ lệ P 38 3.1.3 Bộ điều khiển tích phân I 39 3.1.4 Bộ điều khiển vi phân D 40 3.1.5 Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân PI 41 3.1.6 Bộ điều khiển tỉ lệ vi tích phân PID 42 3.1.7 Các phương pháp xác định tham số điều khiển PID: 45 a Phương pháp Ziegler – Nichols: 45 Phương pháp Ziegler – Nichois thứ nhất: 45 IX Phương pháp Ziegler-Nichols thứ hai: 46 b Phương pháp Chien – Hrones – Reswisk 47 C Phương pháp chỉnh tay: 49 D Phương pháp dùng phần mềm 49 3.2 Mô phỏng: 50 3.2.1 Mô biên dạng mặt đường: 50 3.2.2 Mô hệ thống treo bị động: 51 3.2.3 Mơ hệ thống treo tích cực: 53 3.2.4 So sánh kết hệ thống treo tích cực hệ thống treo bị động: 54 3.3 Các bước tìm thơng số điều khiển PID: 55 a Tìm thơng số sơ kp, ki, kd cho hệ thống treo tích cực phía trước : 55 b Thực kiểm truy tìm lại thông số hai điều khiển: kp, ki, kd kp1, ki1, kd1 cho hệ thống treo tích cực phía sau: 56 3.4 Lưu đồ thuật toán code Matlab: 60 3.4.1 Lưu đồ thuật tốn tìm thơng số sơ điều khiển PID trước: 60 3.4.2 Lưu đồ thuật tốn tìm thơng số sơ bô điều khiển PID sau: 63 3.4.3 Lưu đồ thuật tốn tìm giá trị kp,ki,kd thỏa mãn điều kiện hệ thống Treo trước tích cực: 65 3.4.4 Lưu đồ thuật tốn tìm giá trị kp1,ki1,kd1 thỏa mãn điều kiện hệ thống treo sau tích cực: 67 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC BẰNG PHẦN MỀM MATLAB SIMULNK 70 Sơ đồ tổng thể xe Hyundai County Thaco 70 4.1.Thông số kỹ thuật xe Hyundai County 71 4.2 Các thơng số tính tốn xe county: 73 4.3.Tính độ cứng lốp: [5] 74 4.4 Tính tốn độ cứng nhíp độ giảm chấn [21] 75 X 4.5 Kết mô phỏng: 78 4.5.1 Đồ thị biên dạng mặt đường 78 4.5.2 Kết chuyển vị thân xe phía trước: 79 4.5.3 Kết chuyển vị thân xe phía sau: 80 4.5.4 Kết chuyển vị trọng tâm thân xe 81 4.5.5 Kết gia tốc trọng tâm xe : 82 4.5.6 Kết góc lắc dọc thân xe: 83 4.5.7 Kết gia tốc góc lắc dọc thân xe: 84 4.5.8 Kết độ võng nhíp trước : 85 4.5.9 Kết độ võng nhíp sau: 86 4.5.10 Kết biến dạng lốp trước : 87 4.5.11 Kết biến dạng lốp sau: 88 4.5.12 Kết lực tác dụng hai thủy lực trước sau: 89 4.6 Bảng so sánh giá trị trung bình bình phương: 90 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 5.1 KẾT LUẬN: 91 5.2 KIẾN NGHỊ: 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC 97 XI DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AVSS Hệ thống treo tích cực (active vehicle suspension system ) Giá trị trung bình bình phương gia tốc trọng tâm xe atb tại[m/s2 ] Giá trị trung bình bình phương gia tốc trọng tâm xe nhỏ atbmin HAVSS [m/s2 ] 1/2 Hệ thống treo tích cực (Half-car active vehicle suspension system ) LQG Bộ điều khiển tuyến tính (Linear Quadratic Gaussian) KLKDT Khối lượng khơng treo R.M.S Giá trị trung bình bình phương (Root Mean Square) KLDT Khối lượng treo P Bộ điều khiển tỷ lệ I Bộ điều khiển tích phân D Bộ điều khiển vi phân PID Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ ( Proportional–Integral derivative) PI Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân (Proportional–Integralcontroller) PD Điều khiển tỉ lệ vi phân (proportional-derivative) Kp,ki,kd Thông số điều khiển trước Kp1,ki1,kd1 Thông số điều khiển sau XII TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lương Hữu Thoại, nghiên cứu biện pháp tối ưu hóa hệ thống treo buýt sử dụng Tp Hồ Chí Minh, năm 2015 [2] Dương Nguyễn Hắc Lân, nghiên cứu mơ hình hóa mơ hệ thống treo chủ động Matlab/simulink, Đại học sư phạm Tp.HCM năm 2019 [3] Nguyễn Đức Ngọc, Deng Zhaoxiang, phương pháp điều khiển tối ưu hệ thống treo chủ động ô tô, The College of Mechanical Engineering of Chongqing University, China 400030 [4] Hồ Văn Hóa, nghiên cứu mức độ êm dịu xe bus DAEWOO BC 212 MA sử dụng Tp Hồ Chí Minh, năm 2015 [5] Lê Thiện Kim Ngân, nghiên cứu ảnh hưởng tải trọng động đến an toàn chuyển động loại xe khách chuyển động đường, năm 2015 [6] XueMei Sun, Yaxu Chu, Jiuchen Fan, Qiuxiao Yang, Research of Simulation on the Effect of Suspension Damping on Vehicle Ride, International Conference on Future Electrical Power and Energy Systems,2012 [7] John E D Ekoru, Olurotiri A Dahunsi, Jiroh O Pedro PID Control of a Nonlinear Half-Car Active Suspension System via Force Feedback.School of Mechanical, Aeronautical and Industial Engineering, University of the Witwatersrand, Private Bag 03, WITS2050, Johannesburg, South Africa, September 2011 [8] Dirman Hanafi, PID Controller Design for Semi-Active Car Suspension Based on Model from Intelligent System Identification.Department of Mechatronic and Robotic Engineering Universiti Tun Hussein On Malaysia (UTHM),2010 [9] Alexey Kuznetsov, Musa Mammadov, Ibrahim Sultan, Eldar Hajilarov Optimization of a quarter-car suspension model coupled with the driver biomechanical effects,Journal of Sound and Vibration 330,2011 [10] Dr Hayder Sabah Abd AL-Amir, Assistant Lecturer Ali Talib Abd Al Zahra Design a Robust PID Controller of an Active Suspension System, International 94 Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering IJMME-IJENS Vol:14 No:02 april, 2014 [11] Anand Tandel ,A R Deshpande, S P Deshmukh, K R Jagtap, Modeling, Analysis and PID Controller Implementation on Double Wishbone Suspension Using SimMechanics and Simulink, 12th global congress on manufacturing and management, gcmm ,2014 [12] Musa Mohammed Bello, Amir Akramin Shafie ,Raisuddin Md Khan, ElectroHydraulic PID Force Control for Nonlinear Vehicle Suspension System, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT),ISSN : 2278-0181,Vol Issue 01,January-2015 [13] Abdullahi b kunya, atef a ata, half car suspension system integrated with pid controller, Mevlana University, Konya, , Konya –Turkey, april, 2003 [14] Mohammadjavad Zeinali, Intan Zaurah Mat Darus,Fuzzy PID Controller Simulationfor a Quarter-car Semi-active Suspension System Using Magnetorheological Damper, 2012 IEEE Conference on Control, Systems and Industrial Informatics (ICCSII) Bandung, Indonesia, September 23-26, 2012 [15] PGS TS Nơng Văn Vìn, Động Lực Học Thẳng Đứng Và Hệ Thống Treo ô tô, Trường Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên, năm 2014 [16] TS Lâm Mai Long, Dao Động Tiếng Ồn Ô Tô, NXB.ĐHQG TP.HCM – 2017 [17] Tiêu chuẩn Việt Nam – TCVN 6964 – 1:2001 ; ISO 2631 – 1: 1997 [18] Ikbal Eski, S _ ahin Yıldırım, Vibration control of vehicle active suspension system using a new robust neural network control system,Erciyes University, Faculty of Engineering, Mechanical Engineering Department, Talas Cad, Kayseri 38039, Turkey,2009 [19] Lalitkumar Maikulal Jugulkar, Shankar Singh, Suresh Maruti Sawant Analysis of suspension with variable stiffness and variable damping force for automotive applications, Advances in Mechanical Engineering, 2016 95 [20] Bùi Quốc Vĩnh, nghiên cứu mức độ êm dịu xe ô tô khách 29 chỗ ngồi sản xuất Việt Nam, Tp Đà Nẵng, năm 2011 [21] Trương Hoàng Tuấn, Xác định tải trọng động tác dụng lên chassi xe sym t880 phương pháp mô phỏng, Trường đại học bách khoa Tp.hcm, năm 2013 [22] VDHS-10 Vehicle Suspension [23] Nguyễn Đức Luyện, Lý thuyết ô tô quân Nhà xuất Quân Đội Nhân Dân Hà Nội, năm 2002 [24] Nguyễn Hữu Thảo, Mô khảo sát dao động ô tô vận tải hàng khách Matlab – Simulink, Đà Nẵng, năm 2012 [25] Nguyễn Phùng Quang, Matlab – Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội 2004 [26] Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội 2009 [27] Team 21 Toyota, tài liệu đào tạo kỹ thuật viên http://thacothanhtrung.vn/san-pham/bus/thaco-county/0/86/thaco-hb73s-h140.aspx 96 PHỤ LỤC Code matlab: %% thong so xe bus p1=50000; i1=400; d1=50000; p=40000; i=200; d=40000; ms=5867;%kg msf=2607;%kg msr=3260;%kg mu=783;% kg muf=348;%kg mur=435;%kg Lf=2.27;% m Lr=1.815;%m B=1.705/2;%m Ix=4264; %kgm2 Iy=19337; % kgm2 klf=596467;% N/m klr=1192935;%N/m ksf=71890;% N/m ksr=130667;% N/m csr= 8256; % Ns/m csf=5476;% Ns/m %% Ham mat duong 97 h=0.03; % chieu cao map mo (m) v=20; % toc (m/s) lamda=1; % (m) l=4.085;%(m) t=0; phi=0; T=t+10;%(m) omega=2*pi*v/lamda;%(rad/s) qf=h/2*omega*t;% ham tac dung len banh truoc qr=h/2*(omega*t+2*pi*l/lamda); % ham tac dung len banh sau dem=0; k=1000; ghp=40000; ghi=200; ghd=40000; for p=0:k:ghp; for i=0:k/10:ghi; for d=0:k:ghd; dem=dem+1; sim('sosanhketqua_bd_cd'); atb(dem)=sqrt(mean(gtzcga.*gtzcga)); atb_p(dem)=sqrt(mean(gtzcgp.*gtzcgp)); sumax(dem)=max(abs(bdnhipf_a)); bdnhiptruoc_a(dem)=sqrt(mean(bdnhipf_a.*bdnhipf_a)); bdnhiptruoc_p(dem)=sqrt(mean(bdnhipf_p.*bdnhipf_p)); gtgocphitb_a(dem)=sqrt(mean(gtgocphi_a.*gtgocphi_a)); gtgocphitb_p(dem)=sqrt(mean(gtgocphi_p.*gtgocphi_p)); 98 bdloptruoc_a(dem)=sqrt(mean(bdlopf_a.*bdlopf_a)); bdloptruoc_p(dem)=sqrt(mean(bdlopf_p.*bdlopf_p)); luctruoc(dem=sqrt(mean(luc_ff.*luc_ff)); mta(dem,1)=p; mta(dem,2)=i; mta(dem,3)=d; mta(dem,4)=atb(dem); mta(dem,5)=sumax(dem); mta(dem,6)=gtgocphitb_a(dem); mta(dem,7)=bdloptruoc_a(dem); end end end a=dem; mina=1; mina1=1; for ii=1:1:dem; if (atb(ii)