Mô hình thiết lập được trong luận văn tuy còn chấp nhận một số giả thiết nhưng các kết quả nhận được đã thể hiện được quy luật định tính của quá trình dao động của hệ thống treo. Mô hình cho phép khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố chính như độ cứng lò xo, hệ số cản giảm chấn thủy lực, độ cứng của lốp, khối lượng phần được treo và không được treo. Các kết quả bước đầu có thể cho phép đánh giá sơ bộ là mô hình và chương trình đã đạt được độ chính xác nhất định.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT Ô TÔ HỌC PHẦN: ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO BÁN TÍCH CỰC Họ tên: Hồng Quốc Lợi Mã sinh viên: 2020603967 Mã lớp học phần: 2023AT6009002 Khóa: 15 Giảng viên hướng dẫn: TS Bùi Văn Hải Hà Nội 2023 TABLE OF CONTENTS TABLE OF CONTENTS LIST OF DRAWINGS PREFACE 10 CHAPTER I: OVERVIEW OF CAR SUSPENSION SYSTEM 1 USES, CLASSIFICATION, REQUIREMENTS OF SUSPENSION SYSTEMS 1.1 Uses of suspension system 1.2 Suspension system structure 1.2.1 Elastic part 1.2.2 Shock absorber 1.2.3 Guide part 1.2.4 Stabilizer bar: 1.3 Classification of suspension systems 1.3.1 Dependent suspension system 1.3.2 Independent suspension: 1.4 Suspension system requirements CRITERIA FOR EVALUATION OF SUSPENSION SYSTEMS 2.1 Smoothness of movement 2.2 Movement safety 10 2.3 Suspension system workspace 10 SUSPENSION SYSTEM AND PROBLEMS 11 SEMI-ACTIVE SUSPENSION AND ACTIVE SUSPENSION SYSTEM 12 4.1 Semi Active Suspension System ( Semi Active Spensions ) 13 4.2 Active suspension system ( Active Spensions) 14 4.3 Some types of active dampers 15 4.3.1 MR (Magneto-Rhelogical) 16 4.3.2 Hydraulic shock absorber with On - Off variable throttle valve 18 4.3.3 Continuous Damping Control (CDC) 19 CHAPTER II: ACTIVE SUSPENSION SYSTEM VIBRATION MODEL 20 BUILDING AN AUTOMOBILE OSCILLATION MODEL 20 1.1 Assumptions when building the model 20 1.2 Model oscillates 1/4 car 20 VIBRATION EQUATION 22 2.1 Passive Suspension 22 2.2 Semi - Active Suspensions 23 _ 23_ 39 LIST OF DRAWINGS Figure 1: Structure of suspension system Figure 2: Gas elastic element Figure 3: Single tube damper Figure 4: Guide part in independent suspension system Figure 5: Stabilizer bar Figure 6: Dependent suspension system (1) and independent suspension system (2) Figure 7: Dependent suspension system using tweezer elastic element Figure 8: Suspension system depends on connecting rods using torsion spring elastic element independent suspension system 8type independent suspension system 16damper 19displacement 33displacement 35 8damper structure MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU 10 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN ÔTÔ 1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG TREO 1.1 Công dụng hệ thống treo 1.2 Cấu tạo hệ thống treo 1.2.1 Bộ phận đàn hồi 1.2.2 Bộ phận giảm chấn 1.2.3 Bộ phận dẫn hướng 1.2.4 Thanh ổn định: 1.3 Phân loại hệ thống treo 1.3.1 Hệ thống treo phụ thuộc 1.3.2 Hệ thống treo độc lập: 1.4 Yêu cầu hệ thống treo CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO 2.1 Độ êm dịu chuyển động 2.2 Độ an toàn chuyển động 10 2.3 Không gian làm việc hệ thống treo 10 HỆ THỐNG TREO VÀ CÁC TỒN TẠI 11 HỆ THỐNG TREO BÁN TÍCH CỰC VÀ TREO TÍCH CỰ 12 4.1 Hệ thống treo bán tích cực (Semi Active Spensions ) 13 4.2 Hệ thống treo tích cực (Active Spensions) 14 4.3 Một số loại giảm chấn tích cực 15 4.3.1 Giảm chấn từ hóa MR (Magneto-Rhelogical) 16 4.3.2 Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi kiểu On - Off 18 4.3.3 Giảm chấn CDC (Continuous Damping Control) 19 CHƯƠNG II: MƠ HÌNH DAO ĐỘNG HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC 20 XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG ÔTÔ 20 1.1 Các giả thiết xây dựng mơ hình 20 1.2 Mơ hình dao động 1/4 xe 20 PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG 22 2.1 Hệ thống treo bị động ( Passive Suspensions) 22 2.2 Hệ thống treo bán tích cực ( semi-Active Suspensions) 23 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG TREO BÁN TÍCH CỰC SỬ DỤNG MƠ HÌNH ¼ XE 25 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ thống treo 25 Bài toán điều khiển 26 Các phương pháp điều khiển 26 3.1 Phương pháp điều khiển skyhook 26 3.2 Phương pháp điều khiển Groundhook 27 3.3 Phương pháp điều khiển Skyhook hiệu chỉnh 28 THÔNG SỐ THIẾT KẾ TỪ MƠ HÌNH ¼ XE 29 CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT LUẬN 31 Mô hệ thống treo thụ động 31 1.1 Sơ đồ mô 31 Mơ hệ thống treo bán tích cực dùng điều khiển Skyhook hiệu chỉnh 34 2.1 Sờ đồ mô 34 2.2 Kết mô 34 So sánh, đánh giá hai hệ: Skyhook hiệu chỉnh hệ treo thụ động 36 3.1 Sơ đồ Mô Matlab simulink 36 3.2 Kết mô 37 3.3 So sánh đánh giá 37 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN CHUNG 38 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Cấu tạo hệ thống treo Hình 2: Phần tử đàn hồi kiểu khí Hình 3: Giảm chấn ống đơn Hình 4: Bộ phận dẫn hướng hệ thống treo độc lập Hình 5: Thanh ổn định Hình 6: Hệ thống treo phụ thuộc (1) hệ thống treo độc lập (2) Hình 7: Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng phần tử đàn hồi nhíp Hình 8: Hệ thống treo phụ thuộc nối sử dụng phần tử đàn hồi lò xo xoắn Hình 9: Hệ thống treo độc lập loại hình thang Hình 10: Hệ thống treo độc lập loại Mac Pherson Hình 11: Sự phụ thuộc sử hệ số giảm chấn đến độ an toàn êm dịu chuyển động ôtô 11 Hình 12: Ưu điểm xe trang bị hệ thống treo có điều khiển 12 Hình 13: Đường đặc tính giảm chấn hệ thống treo bán tích cực 14 Hình 14: Sơ đồ mơ cấu tạo nguyên lý hoạt động phận sinh lực 15 Hình 15: Cấu tạo giảm chấn MR 16 Hình 16: Đặc tính giảm chấn từ hóa 17 Hình 17: Giảm chấn thủy lực van tiết lực thay đổi kiểu On - Off 18 Hình 18: Giảm chấn CDC 19 Hình 19: Mơ hình dao động 1/4 xe 21 Hình 20: Mơ hình hệ thống bị động 22 Hình 21: Mơ hình hệ thống treo tích cực 23 Hình 22: Mơ hình điều khiển hệ thống treo bán chủ động 1/4 xe 26 Hình 23: Điều khiển Skyhook lý tưởng (a) thực tế (b) 26 Hình 24: Điều khiển Groundhook, lý tưởng (a) thực tế (b) 27 Hình 25: Điều khiển Skyhook (a) Modified skyhook (b) 28 Hình 26: Sơ đồ mô Simulink với hệ treo thụ động 31 Hình 27: Tín hiệu mặt đường 31 Hình 28: Độ dịch chuyển ms 32 Hình 29: Gia tốc ms 32 Hình 30: Độ dịch chuyển mu 33 Hình 31: Gia tốc mu 33 Hình 32: Sơ đồ mơ hệ thống treo bán tích cực dùng điều khiển Skyhook hiệu chỉnh 34 Hình 33: Độ dịch chuyển ms 34 Hình 34: Gia tốc ms 35 Hình 35: Độ dịch chuyển mu 35 Hình 36: Gia tốc mu 36 Hình 37: Sơ đồ mô Skyhook hiệu chỉnh hệ thụ động 36 Hình 38: Sơ đồ so sánh độ dịch chuyển Skyhook hiệu chỉnh hệ thụ động 37 Bài tốn điều khiển Xét mơ hình điều khiển: Hình 22: Mơ hình điều khiển hệ thống treo bán chủ động 1/4 xe Mục tiêu toán điều khiển cần giải hai vấn đề sau: - Nâng cao độ êm dịu (comfort) → Tạo thoải mái cho người ngồi xe; - Nâng cao độ bám đường cho xe (roadhandling) →Tính ổn định chuyển động xe Các phương pháp điều khiển 3.1 Phương pháp điều khiển skyhook Hình 23: Điều khiển Skyhook lý tưởng (a) thực tế (b) 26 Cơng thức tổng qt điều khiển Skyhook Phương trình vi phân hệ 3.2 Phương pháp điều khiển Groundhook Hình 24: Điều khiển Groundhook, lý tưởng (a) thực tế (b) Công thức tổng quát điều khiển Groundhook sau: 27 Phương trình vi phân hệ: Trong đó: 𝐶𝑔𝑛𝑑 – hệ số giảm chấn Groundhook 3.3 Phương pháp điều khiển Skyhook hiệu chỉnh Hình 25: Điều khiển Skyhook (a) Modified skyhook (b) Lực giảm chấn Modified Skyhook xác định: 𝐹 = 𝑐𝑠𝑘𝑦𝑧̇𝑠 + 𝑐𝑣 (𝑧̇𝑠 − 𝑧̇𝑢 ) Trong đó: Csky hệ số giảm chấn Skyhook Cv hệ số giảm chấn giảm chấn biến thiên Luật điều khiển: 28 Phương trình vi phân hệ: THÔNG SỐ THIẾT KẾ TỪ MÔ HÌNH ¼ XE * Thơng số hệ thống treo thụ động Các thông số sử dụng mô hệ treo thụ động: ms: Phần khối lượng treo - 329 [kg] mu: Khối lượng phần không treo - 61 [kg] ks: Độ cứng lò xo giảm chấn - 43000 [N/m] kt: Độ cứng giả thiết lốp xe - 210000 [N/m] cs: Hệ số giảm chấn thụ động – 1850 [N/m] * Thông số cho hệ thống treo bán chủ động dùng điều khiển Skyhook Thông số mô phỏng: - Thông số hệ thụ động - Csky = 4500[N/m] * Thông số cho hệ thống treo bán chủ động dùng điều khiển Skyhook hiệu chỉnh 29 Trong đó: u – biến điều khiển tác động vào lực giảm chấn Modified Skyhook (F), có giá trị là: 𝑢 = −[(1 − 𝛼)𝐶𝑆𝑘𝑦𝑧̇𝑠 + 𝛼𝐶𝑣 (𝑧̇𝑠 − 𝑧̇𝑢 )] α – biến tác động; chọn α = 0.8 30 CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT LUẬN Mô hệ thống treo thụ động 1.1 Sơ đồ mơ Hình 26: Sơ đồ mơ Simulink với hệ treo thụ động Tín hiệu mặt đường đưa vào q trình mơ hệ treo thụ động, có dạng Hình 27 Hình 27: Tín hiệu mặt đường 31 Kết mơ Sau mô hệ treo thụ động phần mền Matlap-Simulink, cho ta kết hình ảnh độ dịch chuyển khối ms; mu gia tốc chúng Hình 28: Độ dịch chuyển ms Hình 29: Gia tốc ms 32 Hình 30: Độ dịch chuyển mu Hình 31: Gia tốc mu 33 Mô hệ thống treo bán tích cực dùng điều khiển Skyhook hiệu chỉnh 2.1 Sờ đồ mơ Hình 32: Sơ đồ mơ hệ thống treo bán tích cực dùng điều khiển Skyhook hiệu chỉnh 2.2 Kết mô Hình 33: Độ dịch chuyển ms 34 Hình 34: Gia tốc ms Hình 35: Độ dịch chuyển mu 35 Hình 36: Gia tốc mu So sánh, đánh giá hai hệ: Skyhook hiệu chỉnh hệ treo thụ động 3.1 Sơ đồ Mơ Matlab simulink Hình 37: Sơ đồ mô Skyhook hiệu chỉnh hệ thụ động 36 3.2 Kết mơ Hình 38: Sơ đồ so sánh độ dịch chuyển Skyhook hiệu chỉnh hệ thụ động Hình 39: Sơ đồ so sánh độ êm dịu (gia tốc ms) Skyhook hiệu chỉnh hệ thụ động 3.3 So sánh đánh giá Nhìn vào kết mơ Hình 4.12 Hình 4.13, ta thấy: Độ dịch chuyển độ êm dịu hệ Skyhook hiệu chỉnh có ưu điểm rõ dệt hệ thụ động Tín hiệu mơ hệ Skyhook hiệu chỉnh nhanh ổn định 37 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN CHUNG Mơ hình thiết lập luận văn chấp nhận số giả thiết kết nhận thể quy luật định tính q trình dao động hệ thống treo Mơ hình cho phép khảo sát ảnh hưởng số yếu tố độ cứng lị xo, hệ số cản giảm chấn thủy lực, độ cứng lốp, khối lượng phần treo không treo Các kết bước đầu cho phép đánh giá sơ mơ hình chương trình đạt độ xác định Như với việc thiết lập mơ hình dao động mơ phần mềm MatlabSimulink cho phép khảo sát ảnh hưởng đơn yếu tố tham số đặc trưng cho phần tử hệ Đồng thời theo mục đích chẩn đốn đánh giá ngược để tìm ngun nhân hư hỏng xây dựng mơ hình đặc tính dao động cho hệ thống treo xe tối ưu hệ treo CHƯƠNG VI: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI - Tiếp tục xây dựng mơ hình khơng gian để đánh giá xác dao động phần tử hệ thống treo theo nhiều bậc tự khác - Chính xác mơ hình kết nhận cách loại bỏ dần giả thiết, tiến hành thí nghiệm đo thơng số tạo kích thích - Nghiên cứu thêm số yếu tố ảnh hưởng đến dao động xe tải trọng, gia tốc phanh, vào cua, gió bên, vận tốc chuyển động xe 38 CHƯƠNG VII: TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Nguyễn Tuấn Anh , Application of Optimization Methods to Controller Design for Active Suspensions, Luận văn tiến sĩ kĩ thuật Germany , 2006 [2] Trần Văn Như , Nghiên cứu sử dụng hệ thống treo bán tích cực điều khiển mờ ô tô, Luận văn thạc sĩ kĩ thuật , Hà Nội , 2006 [3] Trương Mạnh Hùng , Bài giảng cấu tạo ô tô , Bộ môn Cơ khí tơ - ĐH Giao Thơng Vận Tải, 2006 [4] TOYOTA Service Training , TEMS hệ thống treo khí, , Tập giai đoạn [5] Nguyễn Dỗn Phước , Lý thuyết điều khiển nâng cao , NXB Khoa học Kỹ thuật [6] Lê Vũ Hà, Kỹ thuật điều khiển , Đại học Công Nghệ - ĐH Quốc Gia Hà Nội [7] Nguyễn Phùng Quang, Matlab Simulink, NXB Khoa học kỹ thuật Quân [8] Nhóm SV lớp CKGTCC K45, Điều khiển hệ thống treo tích cực ô tô , Đề tài NCKH SV- Trường ĐH Giao Thông Vận Tải, 2008 [9] Website: www.dieukhien.net [10] Website: http://vagam.dieukhien.net [11] Website: http://mathworks.com Tài liệu tiếng anh [1] Rajesh Rajamani , Vehicle Dynamics and Control , Univesity of Minnesota, USA 2006 [2] Tetsuro Butsuen , The design of semi-active suspensions for automotive vehicle, 39 Doctor of Phylosophy in Mechanical Engineering, 1989 [3] Zaimin – Zong, Ph D, Study on Control Algorithms for Semi Active Suspension, China, 2003 40