Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2022 TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Trang 11 LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài “Thiết lập thông số bộ điều khiể
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Việt Nam đang trên đà công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, tạo đà cho sự phát triển mạnh mẽ của các ngành công nghiệp Hệ thống giao thông cũng không ngừng được cải thiện và hiện đại hóa, với nhiều tuyến đường cao tốc quy mô lớn được xây dựng Sự phát triển này đã tạo cơ hội cho ngành ô tô phát triển rộng khắp trên cả nước, thu hút sự quan tâm của các hãng ô tô trong và ngoài nước Kết quả là ô tô đã trở thành phương tiện phổ biến không chỉ ở các vùng đô thị mà còn ở các tỉnh thành và vùng sâu, nhờ vào sự nâng cao mức sống và sự quan tâm phát triển của nhà nước đối với ngành công nghiệp ô tô.
Việc nghiên cứu về ô tô là rất cần thiết, đặc biệt trong bối cảnh ngành công nghiệp này đang phát triển nhanh chóng Khi xe chuyển động trên đường, nhiều yếu tố như vận tốc, tải trọng, lực cản không khí và điều kiện mặt đường có thể ảnh hưởng đến quá trình chuyển động, gây mất ổn định và ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng Những yếu tố này không chỉ làm giảm tuổi thọ của xe mà còn tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn cho người ngồi trên xe, do đó việc kiểm tra chất lượng xe và trang bị kiến thức cho người mua và sử dụng xe là vô cùng quan trọng.
Với yêu cầu ngày càng cao về công nghệ kỹ thuật và tính thẩm mỹ, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu thế giới đang không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm của mình về kiểu dáng, độ bền, sự tiện nghi, sự an toàn và thoải mái cho người dùng Một trong những nghiên cứu quan trọng để đáp ứng những yêu cầu này là nghiên cứu về hệ thống treo, giúp tạo ra sự êm dịu cần thiết cho người sử dụng Tùy thuộc vào công nghệ được áp dụng, độ êm dịu của hệ thống treo có thể khác nhau trên các hãng xe và dòng xe khác nhau, nhằm mang lại cảm giác thoải mái cho người dùng khi ngồi trên xe.
Độ êm dịu là một trong những tiêu chí quan trọng nhất để đánh giá chất lượng của xe ô tô Để cải thiện độ êm dịu, các hãng xe trên thế giới liên tục đổi mới công nghệ và tạo ra những cải tiến hiệu quả Một trong những công nghệ tiên tiến hiện nay là hệ thống treo chủ động, mang lại hiệu quả lớn trong việc cải thiện độ êm dịu và tạo cảm giác thoải mái cho người ngồi trên xe Việc nghiên cứu và mô phỏng hệ thống treo chủ động trên ô tô là vô cùng cần thiết, do đó đề tài này được biên soạn nhằm nghiên cứu, mô phỏng và điều khiển hệ thống treo chủ động trên mô hình xe bằng phần mềm Matlab/Simulink.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Nghiên cứu về hệ thống treo tại Việt Nam là một chủ đề được các trường Đại học quan tâm thường xuyên Các giáo trình và bài báo về hệ thống treo cung cấp nguồn tài liệu quý giá cho việc hoàn thành đề tài "Thiết lập thông số bộ điều khiển hệ thống treo chủ động trên mô hình xe bằng Matlab" Nhóm chúng tôi đã tham khảo một số nghiên cứu trong nước có liên quan đến chủ đề này.
Giáo trình "Tính toán thiết kế ôtô" do thầy Đặng Quý biên soạn đã cung cấp cho chúng em nền tảng vững chắc về hệ thống treo ô tô Thông qua giáo trình này, chúng em đã nắm được bố trí chung, cấu tạo và phân loại của hệ thống treo, tạo tiền đề quan trọng cho việc thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Bài báo "Modeling and Simulation of PID Controller-Based Active Suspension System for A Quarter Car Model" của thầy Nguyễn Văn Trạng và thầy Dương Nguyễn Hắc Lân cung cấp một nguồn tài liệu quan trọng giúp tìm hiểu về cấu tạo hệ thống treo chủ động, phương pháp mô phỏng hệ thống treo bằng Matlab và phương pháp thiết kế, lập trình giao diện thiết lập thông số bộ điều khiển cho hệ thống treo chủ động.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm chúng tôi đã tham khảo nhiều bài báo quốc tế về nghiên cứu hệ thống treo, cho thấy đây là một chủ đề đang được quan tâm nghiên cứu sâu rộng Nhiều bài báo đã tập trung nghiên cứu về hệ thống treo chủ động được điều khiển bởi nhiều phương pháp khác nhau, cũng như mô phỏng hệ thống treo trên mô hình 2D, 3D và toàn phần, thể hiện sự đa dạng và phức tạp của chủ đề này.
Bài viết này được xây dựng dựa trên 3 nguồn cứu và đây là nguồn tài liệu uy tín để tham khảo và thực hiện đề tài Một số nguồn tài liệu tham khảo đáng chú ý bao gồm các bài báo quốc tế đã được chúng tôi tham khảo kỹ lưỡng.
The article "Simulation of Disturbance Rejection Control of Half-Car Active Suspension System Using Active Disturbance Rejection Control with Decoupling Transformation" by Faried Hasbullah and Waleed F Faris was referenced, providing insight into the development of differential equations from suspension system models and the modeling of an active suspension system based on a half-car model, which also served as a source for collecting suspension system parameters.
The article "Road simulation for four-wheel vehicle whole input power spectral density" by Jiangbo Wang and Baomin Qiang presents a method for simulating road profiles using Matlab software, providing a crucial reference for simulating suspension systems in related research topics.
Khái quát đề tài
Hệ thống treo trên ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc mang lại sự thoải mái cho người ngồi trên xe Vì vậy, thiết kế hệ thống treo cần đảm bảo chi tiết và hiện đại để đáp ứng các yêu cầu và tiêu chuẩn cần thiết cho hoạt động hiệu quả và êm dịu của xe Với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, hệ thống treo chủ động đã trở thành một bước tiến quan trọng, thường được trang bị trên các mẫu xe cao cấp để tối đa hóa sự êm ái khi vận hành.
Trong phạm vi nghiên cứu này, đề tài tập trung vào việc khái quát hóa hệ thống treo chủ động và phương pháp điều khiển, đồng thời thực hiện mô phỏng hệ thống treo chủ động trên phần mềm Matlab Kết quả nghiên cứu được trình bày thông qua đồ thị về các thông số như chuyển vị, vận tốc, gia tốc, của mô hình xe hai bánh Đề tài cũng xây dựng thuật toán tìm bộ thông số cho bộ điều khiển của hệ thống treo chủ động và thiết kế giao diện tùy biến cho người dùng, cho phép tùy chỉnh và truy xuất kết quả một cách dễ dàng Qua phân tích kết quả, đề tài chứng minh sự cải thiện đáng kể về độ êm dịu của hệ thống treo chủ động.
Mục tiêu nghiên cứu
Hệ thống treo trên ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và an toàn khi vận hành Hệ thống treo chủ động là một bước cải tiến đáng kể so với hệ thống treo bị động truyền thống, với khả năng điều chỉnh và thích nghi linh hoạt với điều kiện đường xá Cấu tạo cơ bản của hệ thống treo chủ động bao gồm các thành phần như giảm chấn, lò xo và thanh ổn định, hoạt động hài hòa để hấp thụ và phân phối lực tác động từ mặt đường Nhờ đó, hệ thống treo chủ động mang lại trải nghiệm lái xe mượt mà và êm ái hơn, đồng thời cải thiện đáng kể khả năng xử lý và kiểm soát của xe.
Xây dựng mô hình hệ thống treo chủ động là một bước quan trọng trong thiết kế và phát triển phương tiện giao thông Hệ thống treo chủ động là một hệ thống phức tạp bao gồm nhiều thành phần và thông số kỹ thuật khác nhau Để xây dựng mô hình này, người ta thường sử dụng phần mềm mô phỏng để tạo ra một bản sao ảo của hệ thống treo Qua đó, người ta có thể trình bày và phân tích các thông số và thành phần của hệ thống treo một cách chi tiết và chính xác.
Việc thiết lập thông số cho bộ điều khiển trong hệ thống treo chủ động bằng các phương pháp tối ưu số giúp giảm thiểu giá trị gia tốc theo phương thẳng đứng của thân xe, từ đó đảm bảo mức độ êm dịu và thoải mái cho xe Quá trình này cung cấp các kết quả quan trọng bao gồm gia tốc, vận tốc, chuyển vị và lực chấp hành, giúp đánh giá hiệu suất của hệ thống treo chủ động.
• Thiết kế giao diện người dùng cho phép thay đổi các giá trị đầu vào và đưa kết quả ứng với sự thay đổi đó.
Đối tượng nghiên cứu
• Hệ thống treo chủ động trên ô tô
• Các giải thuật tìm kiếm thông số cho bộ điều khiển bao gồm phương pháp Ziegler Nichols và giải thuật di truyền
Phạm vi nghiên cứu
• Hệ thống treo chủ động trờn mụ hỡnh ẵ xe
• Thực hiện các mô phỏng trên miền thời gian
• Khảo sát sự dịch chuyển của hệ thống treo theo phương thẳng đứng.
Phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết
• Phương pháp thu thập số liệu về các thông số của hệ thống treo
• Phương pháp mô hình hóa hệ thống treo từ mô hình thực tế, xây dựng hệ phương trình vi phân để mô phỏng hệ thống treo trong Matlab
• Phương pháp thực nghiệm để tìm các tham số cần thiết của bộ điều khiển và giải thuật di truyền
• Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm từ các kết quả đã tìm được từ giao diện mô phỏng hệ thống treo.
Kế hoạch thực hiện đồ án
Bảng 1.1 Kế hoạch thực hiện đồ án
Thời gian Nhiệm vụ phải hoàn thành
19/03 Ngày nhận đề tài từ giảng viên hướng dẫn
30/03-14/04 Mô hình hóa hệ thống treo chủ động
15/04-29/04 Mụ phỏng hệ thống treo bị động trờn mụ hỡnh ẵ bằng Matlab
30/04-13/05 Thiết lập thông số bộ điều khiển PID
14/05-27/05 Tạo giao diện người dùng cho mô phỏng
28/05-12/06 Thuyết minh các nội dung đã được thực hiện
13/06-6/08 Chỉnh sửa, hoàn thành đồ án
THIẾT LẬP THÔNG SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO CHỦ ĐỘNG
Mụ phỏng hệ thống treo chủ động trờn mụ hỡnh ẵ xe bằng Matlab/Simulink
Hệ thống treo đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối khung hoặc thân xe với các bánh xe thông qua các kết nối đàn hồi, giúp giảm thiểu rung động và tăng cường sự ổn định khi di chuyển Hệ thống này bao gồm ba bộ phận chính, mỗi bộ phận có nhiệm vụ riêng biệt để đảm bảo hiệu suất và an toàn cho xe.
- Bộ phận đàn hồi: giảm các tải trọng tác dụng từ bánh xe lên thân xe
- Bộ phận giảm chấn: dập tắt các dao động giữa bánh xe và thân xe
Bộ phận dẫn hướng đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển chuyển động của bánh xe so với thân xe, đồng thời đảm nhận nhiệm vụ truyền tải các lực và moment từ mặt đường lên thân xe, giúp duy trì sự ổn định và kiểm soát xe.
Hệ thống treo trên ô tô có thể được phân loại dựa trên nhiều phương pháp khác nhau, nhưng trong phần này, chúng ta sẽ tập trung vào việc phân loại dựa trên phương pháp điều khiển, giúp người dùng hiểu rõ hơn về các loại hệ thống treo và cách chúng hoạt động.
Hệ thống treo bị động là loại hệ thống treo được thiết kế để tối ưu hóa cho một điều kiện mặt đường và vận tốc cụ thể, do đó nó thường khó có khả năng thích ứng với nhiều loại mặt đường khác nhau Điều này có nghĩa là hệ thống treo bị động có thể hoạt động tốt trong một số điều kiện nhất định, nhưng có thể không đáp ứng được yêu cầu khi gặp phải các điều kiện mặt đường khác nhau.
Hệ thống treo bán chủ động là một hệ thống treo tiên tiến sử dụng một van chấp hành trong bộ phận giảm chấn để điều khiển hệ số giảm chấn của hệ thống treo, giúp cải thiện khả năng vận hành và ổn định của xe.
Hệ thống treo chủ động là giải pháp tiên tiến giúp tăng cường khả năng thích ứng của hệ thống treo đối với nhiều điều kiện trên đường Công nghệ này sử dụng một cơ cấu chấp hành thông minh, tạo ra một lực tác động lên cả hai khối khối lượng được treo và khối lượng không được treo, từ đó mang lại trải nghiệm lái xe mượt mà và ổn định hơn.
Ngoài ra còn có thể đưa ra một số phương pháp phân loại khác như sau [3] :
- Theo bộ phận đàn hồi chia ra:
+ Loại bằng kim loại (gồm có nhíp lá, lò xo xoắn ốc, thanh xoắn)
+ Loại khí (gồm loại bọc bằng cao su – sợi, loại bọc bằng màng, loại ống)
+ Loại thủy lực (loại ống)
+ Loại cao su (gồm loại chịu nén và loại chịu xoắn)
- Theo bộ phận dẫn hướng chia ra:
+ Loại phụ thuộc với cầu liền (gồm có loại riêng, loại thăng bằng)
Loại độc lập với cầu cắt bao gồm ba loại chính, mỗi loại có đặc điểm riêng biệt Loại đầu tiên là loại dịch chuyển bánh xe trong mặt phẳng dọc, cho phép cầu cắt di chuyển linh hoạt theo hướng dọc Loại thứ hai là loại dịch chuyển bánh xe trong mặt phẳng ngang, cho phép cầu cắt di chuyển theo hướng ngang Cuối cùng, loại thứ ba là loại nến với bánh xe dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng, cho phép cầu cắt di chuyển theo hướng thẳng đứng.
- Theo phương pháp dập tắt chấn động chia ra:
Có hai loại giảm chấn chính được sử dụng trong các hệ thống treo xe, bao gồm giảm chấn thủy lực và giảm chấn ma sát cơ Giảm chấn thủy lực có thể hoạt động theo hai chiều hoặc một chiều, tùy thuộc vào thiết kế và ứng dụng cụ thể Trong khi đó, giảm chấn ma sát cơ lại dựa vào ma sát trong các bộ phận đàn hồi và dẫn hướng để hấp thụ và phân tán năng lượng rung động.
Độ võng tĩnh của xe ô tô phải nằm trong giới hạn cho phép để đảm bảo các tần số dao động riêng của vỏ xe Đồng thời, độ võng động cũng cần phải đủ để đảm bảo vận tốc chuyển động của ô tô trên đường xấu nằm trong giới hạn an toàn.
- Động học của các bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn hướng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng
- Dập tắt nhanh các dao động của thân xe và các bánh xe
- Giảm tải trọng động khi ô tô qua đường gồ ghề
Hệ thống treo chủ động đang dần thay thế hệ thống treo bị động truyền thống trên các loại xe ô tô phổ thông, giúp cải thiện độ êm dịu và an toàn khi vận hành Khác với hệ thống treo bị động sử dụng độ cứng lò xo và hệ số giảm chấn cố định, hệ thống treo chủ động có khả năng thích nghi với các điều kiện đường khác nhau Khi có lực thẳng đứng từ mặt đường tác dụng vào bánh xe, hệ thống treo chủ động sẽ truyền lực này tới thân xe thông qua độ cứng của bộ phận đàn hồi và hệ số giảm chấn, sau đó bộ điều khiển sẽ tạo ra một lực ngược lại để giảm thiểu tác động vào thân xe Nhờ đó, hệ thống treo chủ động giúp tăng độ êm dịu và an toàn cho xe, đồng thời khắc phục các nhược điểm của hệ thống treo bị động.
Hệ thống treo chủ động là một công nghệ tiên tiến được giới thiệu vào năm 1999 bởi Mercedes-Benz, dưới tên gọi Active Body Control (ABC) Đây là hệ thống khung gầm điện-thuỷ lực chủ động, được trang bị các xy lanh thủy lực có điều khiển ở mỗi bánh xe Hệ thống này kết hợp với tính năng quét bề mặt đường bằng camera "Road Surface Scan" để tính toán và điều khiển các xy lanh trợ lực, giúp giảm thiểu rung động và dao động khi xe đi qua những đoạn đường gồ ghề Nhờ đó, các chuyển động dọc, lăn và trượt của thân xe gần như được bù trừ hoàn toàn, mang lại trải nghiệm lái xe mượt mà và thoải mái hơn.
2.1.2 Mụ hỡnh húa và mụ phỏng hệ thống treo chủ động trờn mụ hỡnh xe ẵ bằng Matlab/Simulink
Matlab là một bộ chương trình phần mềm mạnh mẽ trong lĩnh vực toán số, với tên gọi viết tắt từ "MATrix LABoratory", thể hiện định hướng chính của chương trình là các phép tính vector và ma trận Bộ chương trình này cung cấp một số hàm toán, chức năng nhập xuất và khả năng điều khiển chu trình, cho phép người dùng dựng lên các chương trình tùy chỉnh Với sự hỗ trợ của Simulink, phần mở rộng của Matlab, người dùng có thể mô hình hóa, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học một cách hiệu quả Trong đó, giao diện đồ họa của Simulink cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc, giúp đánh giá chất lượng của hệ thống treo thông qua mô hình vật lý và không gian trạng thái.
Trong nghiên cứu này, mô phỏng hệ thống treo trong mặt phẳng dọc sẽ được tiến hành, nơi dao động thẳng đứng và quay quanh trục ngang đi qua trọng tâm của khối lượng được treo ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động của xe Để thiết lập mô hình dao động ô tô, một số giả thiết cơ bản cần được đặt ra, giúp đơn giản hóa quá trình nghiên cứu tính toán mà không làm mất đi tính tổng quát của bài toán và vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết.
- Khối lượng ô tô phân bố đối xứng qua mặt phẳng dọc
- Góc nghiêng thân xe là nhỏ
- Các khối lượng được coi là cứng tuyệt đối
- Bỏ qua những nguồn kích thích dao động trên xe, coi mấp mô mặt đường là nguồn kích thích dao động duy nhất
- Mặt đường được coi như cứng tuyệt đối
- Bánh xe tiếp xúc với mặt đường là tiếp xúc điểm, lốp xe luôn tiếp xúc với mặt đường
- Có gốc tại trọng tâm của các khối lượng trong hệ
- Trục z có phương thẳng đứng và chiều hướng lên
Sau khi thiết lập các giả thuyết và xác định hệ trục tọa độ, bước tiếp theo là xây dựng mô hình vật lý của hệ thống treo theo mặt phẳng dọc, giúp mô tả chính xác các thành phần và mối quan hệ trong hệ thống.
Hình 2.1 Mô hình hệ thống treo chủ động
• Xác đị nh l ự c tác d ụ ng lên các kh ối lượ ng c ủ a xe:
Fl1, Fl2: là các lực đàn hồi của lốp xe trước và sau
Fgc1, Fgc1: là lực cản của giảm chấn ở cầu trước và sau
Flx1, Flx2: là lực đàn hồi của bộ phận đàn hồi ở cầu trước và sau
• Áp dụng đị nh lu ậ t II Newton xây d ựng các phương trình vi phân cho hệ th ố ng:
- Xét khối lượng không được treo m1: m 1 z̈1=F lx1 +F gc1 −F l1 −f 1 =(z A −z 1 )k 1 +(żA−ż1)c 1 − �z 1 −q 1 �k l1 −f 1 (2.7)
- Xét khối lượng không được treo m2: m 2 z̈ 2 =F lx2 +F gc2 −F l2 −f 2 =(z B −z 2 )k 2 +(żB−ż2)c 2 −(z 2 −q 2 )k l2 −f 2 (2.8)
- Xét khối lượng được treomt: m t z̈ =−F lx1 −F lx2 −F gc1 −F gc2 +f 1 +f 2
- Chuyển vị tại hai điểm A và B (ở đây do góc nghiêng thân xe φ là nhỏ cho nên sin φ = φ): z A =z−φ.a (2.11) z B =z+φ.b (2.12)
Dựa trên các phương trình vi phân đã được xây dựng, mô hình khối của xe được mô phỏng trong Simulink, thể hiện mối quan hệ giữa các mô hình của cầu trước, cầu sau và thân xe Quá trình xây dựng mô hình bao gồm việc tạo ra các khối lượng được treo và khối không được treo, sau đó tìm mối liên hệ giữa chúng và kết hợp thành một khối thống nhất để mô phỏng dao động của xe.
Hình 2.2 Mô phỏng hệ thống treo chủ động bằng Simulink
Thiết lập thông số cho bộ điều khiển cho hệ thống treo chủ động
Trong lý thuyết điều khiển, việc hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID là một bước quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả Một trong những phương pháp hiệu chỉnh thông số PID phổ biến nhất là phương pháp Ziegler-Nichols, được phát triển bởi các nhà nghiên cứu Kwok, D.P và P Wang Phương pháp này cung cấp một cách tiếp cận hệ thống để xác định các giá trị tối ưu cho các thông số của bộ điều khiển PID, giúp hệ thống đạt được độ ổn định và độ chính xác cao.
Thông thường, các thông số của bộ điều khiển được xác lập bằng phương pháp Ziegler-Nichols dựa trên kết quả đo đạc được từ đáp ứng của hệ thống Tuy nhiên, việc hiệu chỉnh thông số của bộ điều khiển PID gặp khó khăn do ảnh hưởng của nhiễu và sai số của các thiết bị lên tín hiệu đo Để tối ưu hóa các thông số thiết kế, nhiều giải thuật máy tính đã được nghiên cứu và triển khai ứng dụng, giúp cải thiện hiệu suất của bộ điều khiển.
Thuật toán di truyền (Genetic Algorithm - GA) là một phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong việc xây dựng hệ thống điều khiển Cơ chế hoạt động của giải thuật này mô phỏng quá trình di truyền tự nhiên để tìm kiếm giá trị tối ưu của các tham số thiết kế, thỏa mãn một hàm mục tiêu cụ thể trong miền xác định của chúng.
Hình 2.13 Cấu trúc của thuật toán tìm bộ thông số PID cho hệ thống treo chủ động
Bộ điều khiển PID có ba tham số, do đó việc tìm kiếm trực tiếp giá trị tối ưu của chúng trong miền xác định đòi hỏi rất nhiều thời gian Để rút ngắn thời gian thiết kế, cần giới hạn không gian tìm kiếm này Phương pháp áp dụng giải thuật di truyền (GA) để tìm kiếm giá trị tối ưu của bộ điều khiển PID xung quanh giá trị đạt được từ phương pháp Ziegler-Nichols là một giải pháp hiệu quả Bằng cách sử dụng phương pháp Ziegler-Nichols để giới hạn không gian tìm kiếm, sau đó áp dụng giải thuật GA để tìm các giá trị tối ưu của bộ điều khiển trong không gian này, có thể rút ngắn thời gian thiết kế và đạt được kết quả tối ưu.
2.2.1 Các khái niệm cơ bản của giải thuật di truyền
Trong thực tế, chúng ta thường xuyên gặp phải các bài toán tối ưu đòi hỏi giải thuật chất lượng cao để xử lý hiệu quả và chính xác Bài toán tối ưu là tìm kiếm giải pháp tốt nhất trong không gian vô cùng lớn các giải pháp, và giải thuật di truyền là một trong những phương pháp được sử dụng để giải quyết vấn đề này Với khả năng tính toán mạnh của máy tính, các giải thuật chất lượng cao có thể giúp chúng ta tìm ra giải pháp tối ưu một cách nhanh chóng và chính xác.
Giải thuật di truyền (GA) là một kỹ thuật hiệu quả để giải quyết bài toán tối ưu, mô phỏng các hiện tượng tự nhiên như kế thừa và đấu tranh sinh tồn GA thuộc lớp các giải thuật xác suất, hoạt động bằng cách duy trì và xử lý một tập thể các lời giải, gọi là quần thể Quá trình tìm kiếm lời giải tối ưu được thực hiện thông qua việc duy trì quần thể và thực hiện các phép di truyền để tạo ra các cá thể mới, từ đó cải tiến lời giải và khảo sát trong không gian lời giải.
Quần thể trải qua quá trình tiến hóa, trong đó các lời giải tương đối "tốt" được tái sinh ở mỗi thế hệ, đồng thời các lời giải tương đối "xấu" sẽ dần bị loại bỏ, giúp quần thể ngày càng hoàn thiện và thích nghi hơn.
Cấu trúc của một giải thuật di truyền (GA) tương tự như cấu trúc của một chương trình tiến hóa Ở mỗi bước lặp, GA duy trì một quần thể các lời giải, mỗi lời giải được lượng giá để xác định độ "thích nghi" của nó Quần thể mới được hình thành bằng cách chọn giữ lại những cá thể thích nghi nhất và trải qua các biến đổi nhờ phép lai và phép đột biến, tạo ra những cá thể mới với thông tin di truyền phong phú hơn Quá trình tiến hóa hiệu quả phụ thuộc vào sự cân bằng giữa tính đa dạng của quần thể và áp lực chọn lọc, hai yếu tố quan trọng trong việc tạo ra các giải pháp tối ưu.
Hình 2.14 Quy trình giải thuật GA
Quy trình của giải thuật di truyền bắt đầu bằng việc khởi tạo một quần thể ban đầu nằm trong không gian tìm kiếm nhất định, sau đó đánh giá độ tốt của từng cá thể thông qua độ thích nghi Tiếp theo, xác định xem giải thuật đã đạt tới số thế hệ tối đa hay chưa, nếu chưa đạt sẽ thực hiện chọn lọc để giữ lại các cá thể tốt và loại bỏ các cá thể xấu Quá trình tiếp theo bao gồm lai ghép và đột biến để tạo ra các cá thể mới, sau đó xác định lại độ thích nghi của quần thể mới để tiếp tục quá trình tìm kiếm giải pháp tối ưu.
Một giải thuật di truyền GA dùng giải một bài toán cụ thể gồm năm thành phần sau:
- Cách biểu diễn di truyền cho lời giải của bài toán
- Cách khởi tạo quần thể ban đầu
- Một hàm lượng giá đóng vai trò môi trường, đánh giá các lời giải theo mức độ “thích nghi” của chúng
- Các phép toán di truyền
- Các tham số khác (kích thước quần thể, xác suất áp dụng các phép toán di truyền,…)
2.2.2 Biểu diễn di truyền cho lời giải của bài toán
Mô hình hệ thống treo chủ động sử dụng hai bộ điều khiển tại hai cầu trước và sau, mỗi bộ điều khiển sử dụng bộ ba thông số {Kp, Ki, Kd} Điều này có nghĩa là mô hình cần tổng cộng sáu thông số để tối ưu hóa chất lượng của bộ điều khiển Để tìm ra sáu giá trị độ lợi tối ưu nhất, giải thuật di truyền GA được thiết lập với mỗi vecto gồm sáu thông số {Kp1, Ki1, Kd1, Kp2, Ki2, Kd2} đại diện cho một cá thể trong quần thể, trong đó mỗi giá trị độ lợi là một thông số của bộ điều khiển PID.
Việc sử dụng vecto để biểu diễn cho mỗi thông số độ lợi cho phép biểu diễn giá trị thực một cách chính xác Chiều dài của mỗi vecto phụ thuộc vào độ chính xác cần có, bao gồm số chữ số có nghĩa và vị trí dấu chấm thập phân Phương pháp biểu diễn di truyền bằng số thực này giúp giới hạn không gian tìm kiếm dễ dàng hơn so với việc sử dụng chuỗi nhị phân, từ đó tăng cường hiệu quả tìm kiếm.
Giải thuật GA có nhiệm vụ tìm ra bộ sáu thông số tối ưu và giữ lại các cá thể đáp ứng tốt nhất qua các thế hệ Quá trình này được lặp lại tuần tự để tạo ra quần thể mới với các cá thể có độ thích nghi cao hơn, qua đó tạo ra những cá thể con có khả năng đáp ứng và thích nghi tốt hơn qua nhiều thế hệ.
2.2.3 Khởi tạo quần thể ban đầu
Giải thuật Ziegler-Nichols được sử dụng để xác định và giới hạn không gian tìm kiếm cho giải thuật di truyền GA, cho phép thiết lập cận trên và cận dưới của một miền hữu hạn các số thực chứa giá trị {Kp, Ki, Kd} phù hợp cho bộ điều khiển Việc xác định khoảng giá trị này giúp giải thuật GA giới hạn không gian tìm kiếm, từ đó tìm ra những cá thể có độ thích nghi tốt hơn trong thời gian nhanh hơn.
Để áp dụng giải thuật di truyền GA, cần xác định sáu khoảng giá trị cho sáu thông số của bộ điều khiển PID, bao gồm {Kp1, Ki1, Kd1, Kp2, Ki2, Kd2} Việc xác định các khoảng giá trị này đóng vai trò quan trọng trong việc tìm kiếm các giá trị tối ưu cho bộ điều khiển PID, từ đó giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống.
Phương pháp Ziegler-Nichols là một phương pháp điều chỉnh bộ điều khiển PID được phát triển bởi John G Ziegler và Nathaniel B Nichols Để thiết kế bộ điều khiển PID hiệu quả, người thiết kế cần tính toán và lựa chọn bộ ba giá trị {Kp, Ki, Kd} phù hợp với các yêu cầu về chất lượng điều khiển Hàm truyền của bộ điều khiển PID lý tưởng được xác định dựa trên các giá trị này, giúp đảm bảo hệ thống điều khiển hoạt động ổn định và chính xác.
T d =K d /K p : thời hằng vi phân Phương pháp này được thực hiện bằng cách thiết lập thông số độ lợi tích phân (K i ) và độ lợi vi phân (K d ) về 0
Thiết kế và lập trỡnh giao diện mụ phỏng hệ thống treo chủ động trờn mụ hỡnh ẵ
2.3.1 Giới thiệu về giao diện
Giao diện người dùng đồ họa (GUIs) trong Matlab là một tính năng mạnh mẽ cho phép người lập trình tạo ra các giao diện trực quan, dễ sử dụng Với GUIs, người dùng có thể tương tác với các công cụ trên giao diện bằng chuột, mà không cần phải có kiến thức về ngôn ngữ lập trình Các hàm sự kiện được xây dựng sẵn cho mỗi công cụ trên giao diện cho phép người dùng thực hiện các phép tính và thao tác một cách đơn giản và hiệu quả.
Hình 2.33 Cửa sổ thiết kế giao diện
1 Các công cụ dành cho việc thiết kế
2 Không gian thiết kế giao diện Để lấy các công cụ ra ngoài không gian làm việc thì tiến hành kéo thả các công cụ tương ứng ra không gian làm việc Các công cụ sẽ có các thuộc tính khác nhau
Hình 2.34 Các thuộc tính của một công cụ trong GUI
Trong đó có một số thuộc tính quan trọng:
- String: là thuộc tính thể hiện một giá trị lên giao diện GUIs
Thuộc tính Tag đóng vai trò quan trọng trong việc định danh cho các công cụ trên giao diện, đảm bảo rằng mỗi công cụ có một tên duy nhất và không thể trùng lặp Khi thiết kế giao diện, thuộc tính này cho phép người lập trình chỉ định công cụ cụ thể để thực hiện chức năng mong muốn Sau khi hoàn thiện thiết kế và lưu lại, phần mềm sẽ tự động tạo ra hai file: file fig chứa nội dung giao diện và file m chứa chương trình liên kết với giao diện đó Trong file chương trình, các hàm sự kiện được tạo ra tương ứng với từng công cụ trên giao diện, mỗi hàm sự kiện này sẽ có ba dạng dữ liệu đầu vào riêng biệt.
HOBJECT: truy xuất dữ liệu thuộc tính của đối tượng đang được xử lí
EVENTDATA và HANDLES là hai chức năng quan trọng trong việc truy xuất dữ liệu EVENTDATA cho phép truy xuất dữ liệu dạng cấu trúc của đối tượng đang được xử lí, trong khi đó HANDLES giúp truy xuất dữ liệu thuộc tính của tất cả các đối tượng trên giao diện, cung cấp thông tin toàn diện và chính xác về các đối tượng đang được tương tác.
40 Đối với từng công việc khác nhau sẽ lựa chọn sử dụng các hàm sự kiện phù hợp với mục đích của người lập trình
2.3.2 Thiết kế giao diện cho việc thiết lập thông số PID điều khiển hệ thống treo chủ động trên Matlab
Tối ưu bộ điều khiển PID cho hệ thống treo chủ động đòi hỏi sự điều chỉnh chương trình cho từng bộ thông số của hệ thống treo tương ứng với từng loại mặt đường và vận tốc của xe Để thực hiện công việc này, người dùng cần có kiến thức về ngôn ngữ lập trình và hiểu cấu trúc của chương trình Tuy nhiên, việc áp dụng GUIs (Giao diện người dùng đồ họa) giúp tương tác giữa người dùng trở nên trực quan và dễ dàng hơn, mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn.
Trong bài toán này, việc thiết kế GUIs gồm ba phần chính:
- Thiết kế giao diện nhận và chương trình để xử lí các thông số đầu vào từ người dùng
- Dựa vào các thông số đầu vào để tính toán, mô phỏng và đưa ra kết quả
- Thiết kế giao diện để hiện thị kết quả từ chương trình
Hình 2.35 Liên hệ giữa Matlab, Simulink và GUIs
Công việc thiết kế giao diện sẽ được thực hiện chi tiết cho từng chức năng cụ thể Trong phần này, chúng tôi sẽ trình bày về thiết kế giao diện nhận và xử lý thông số đầu vào, cũng như thiết kế giao diện tổng thể.
41 diện để hiện thị kết quả, phần thiết kế chương trình tính toán đã được trình bày trong chương 2
Giao diện chương trình bao gồm ba chức năng chính, cho phép người dùng tương tác thông qua các nút nhấn Mỗi nút nhấn được liên kết với một hàm Callback, giúp thực hiện các tính toán tương ứng khi người dùng nhấn nút.
- Tìm thông số cho bộ điều khiển PID và xuất các kết quả từ mô phỏng (RUN)
- Nhập thông số PID thủ công, chạy mô phỏng và xuất các kết quả (RUN MANUAL)
- Vẽ đồ thị từ kết quả mô phỏng theo thông số được lựa chọn (PLOT)
• Thiế t k ế giao di ệ n nh ậ n và x ử lí thông s ố đầ u vào: Đối với từng chức năng sẽ yêu cầu những thông số đầu vào khác nhau:
- Tìm thông số cho bộ điều khiển PID:
+ Thông số của hệ thống treo
- Nhập thông số PID thủ công, chạy mô phỏng:
+ Thông số của hê thống treo
+ Thông số bộ điều khiển PID
- Vẽ đồ thị từ kết quả mô phỏng theo thông số được lựa chọn:
+ Lấy kết quả từ công việc được thực hiện gần nhất
+ Loại đồ thị cần vẽ
Công cụ Edit Text được sử dụng để nhập các thông số đầu vào dạng số từ người dùng, cho phép nhập một chuỗi kí tự và chuyển đổi nó thành dạng số thực thông qua lệnh str2num Biến handles được sử dụng để chỉ ra đối tượng cần xử lý, trong khi thuộc tính 'string' được lấy từ đối tượng đó Công cụ này giúp nhận dữ liệu từ nhiều nguồn và chuyển đổi chúng thành dạng số thực, phục vụ cho việc nhập bộ thông số của hệ thống treo và thông số bộ điều khiển PID.
Để nhận các thông số loại mặt đường và vận tốc của xe, hai công cụ Button Group và Radio Button được sử dụng, cho phép chọn một loại mặt đường và một vận tốc trong một lần chạy Giá trị của Radio Button được nhận bằng lệnh get(handles.tagcapA,'value'), với giá trị 1 khi được chọn và 0 khi không được chọn Chương trình sử dụng hàm điều kiện để chọn ra các thông số mặt đường và vận tốc dựa trên giá trị 'value' khác nhau của các Radio Button Tương tự, loại đồ thị cần vẽ cũng được thiết kế bằng cách sử dụng Button Group, Radio Button và hàm điều kiện, cho phép chương trình tự động chọn ra các thông số phù hợp.
Hình 2.36 Giao diện nhập thông số hệ thống treo, PID, loại mặt đường và vận tốc xe
Trong giao diện nhập thông số đầu vào, người dùng cần điền các thông số của hệ thống treo vào ô màu trắng tương ứng với tên thông số và đơn vị Các giá trị vận tốc và loại mặt đường sẽ được chọn từ các giá trị có sẵn, với mỗi lần thực hiện chỉ cho phép chọn một loại mặt đường và một vận tốc duy nhất.
Trong quá trình tính toán, mô phỏng Simulink đóng vai trò quan trọng và cần được gán các giá trị cần thiết để thu được kết quả chính xác Để thực hiện công việc này, lệnh đặc biệt sẽ được sử dụng để gán giá trị và in kết quả lên không gian làm việc của Matlab.
43 assignin('base','Mt',mt) Lệnh này thực hiện gán giá trị mt vào biến Mt và in lên không gian làm việc cơ sở
Từ không gian làm việc cơ sở các giá trị này được đưa vào simulink để sử dụng khi mô phỏng được chạy
• X ử lí và xu ấ t k ế t qu ả tính toán ra giao di ệ n:
Sau khi nhận các thông số đầu vào từ GUIs, qua quá trình tính toán từ mỗi công việc sẽ đưa các kết quả như sau:
- Tìm thông số cho bộ điều khiển PID:
+ Thông số của bộ điều khiển PID
Gia tốc trung bình ở cầu trước, cầu sau và trọng tâm xe là một yếu tố quan trọng đánh giá mức độ êm dịu của xe Khi gia tốc giảm theo phương thẳng đứng ở cả cầu trước, cầu sau và trọng tâm, điều này cho thấy xe có khả năng hấp thụ và phân phối lực tác động hiệu quả, mang lại trải nghiệm lái xe mượt mà và thoải mái hơn.
Để đánh giá hệ thống treo, chúng ta cần nhập thông số bộ điều khiển PID thủ công và chạy mô phỏng Quá trình này sẽ giúp chúng ta thu thập dữ liệu về gia tốc theo phương thẳng đứng trung bình tại cầu trước, cầu sau và trọng tâm xe Dữ liệu này sẽ cung cấp thông tin quan trọng về hiệu suất của hệ thống treo, giúp chúng ta đánh giá và cải thiện hệ thống này một cách hiệu quả.
- Vẽ đồ thị từ kết quả mô phỏng theo thông số được lựa chọn: xuất đồ thị kết quả mô phỏng ra ngoài giao diện
Để tính toán giá trị gia tốc trung bình theo phương thẳng đứng ở cầu trước, cầu sau và trọng tâm xe, người ta sử dụng khối "To Workspace" trong Simulink để đưa dữ liệu thông số gia tốc cần tính từ mô phỏng hệ thống treo Giá trị gia tốc trung bình được tính bằng cách lấy tổng của tất cả các phần tử trong mảng và chia cho độ dài của mảng Độ giảm gia tốc được xác định bằng cách lấy giá trị tuyệt đối hiệu số gia tốc trung bình của hệ thống treo chủ động và bị động, sau đó chia cho gia tốc trung bình của hệ thống treo bị động.
Để xác định các giá trị độ dịch chuyển lớn nhất của hệ thống treo, biên dạng lớn nhất của lốp xe và lực lớn nhất của cơ cấu chấp hành tại các cầu, chúng ta có thể sử dụng hàm max trong chương trình Hàm này cho phép xác định giá trị tuyệt đối lớn nhất của mảng, từ đó giúp chúng ta tìm ra các giá trị lớn nhất cần thiết.
KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ GIAO DIỆN THIẾT LẬP THÔNG SỐ PID ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO CHỦ ĐỘNG TRấN SƠ ĐỒ ẵ BẰNG
Tiêu chuẩn đánh giá hệ thống treo
Khi ô tô di chuyển trên mặt đường không bằng phẳng, nó thường phải chịu tải trọng dao động do bề mặt đường gây ra, ảnh hưởng xấu đến tuổi thọ của xe và gây cảm giác không thoải mái cho người ngồi trong xe Tính êm dịu trong chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của xe, và để đánh giá tính êm dịu này, gia tốc theo phương thẳng đứng là một thông số quan trọng Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997, các giá trị của gia tốc theo phương thẳng đứng tương ứng với mức độ êm dịu của xe, giúp đánh giá chất lượng của xe.
Bảng 3.1 Giá trị gia tốc theo phương thẳng đứng tương ứng với mức độ êm dịu của xe
Giá trị của gia tốc (m/s 2 ) Mức độ êm dịu
≤ 0.315 Không có cảm giác khó chịu
0.315 – 0.63 Có cảm giác chút ít về sự không thoải mái 0.5 - 1 Có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái
≥ 2 Cực kỳ không thoải mái
Khi thiết kế giao diện tỡm thụng số PID cho hệ thống treo chủ động trờn mụ hỡnh ẵ xe, thỡ kết quả phải thõa các yêu cầu sau:
- Biên độ dao động của hệ thống treo không vượt quá ± 8 cm
- Biên độ dao động của lốp xe không vượt quá ±1.5 cm
- Gia tốc thân xe theo phương thẳng đứng là tối thiểu
- Lực cần thiết tác động vào hệ thống treo phải phù hợp với cơ cấu chấp hành chủ động
Kết quả mô phỏng của hệ thống treo chủ động sẽ được so sánh với hệ thống treo bị động để đánh giá hiệu quả cải thiện mức độ êm dịu của hệ thống treo chủ động Qua so sánh này, chúng ta có thể thấy rõ sự khác biệt về mức độ êm dịu giữa hai hệ thống treo Điều này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về lợi ích của hệ thống treo chủ động trong việc cải thiện trải nghiệm lái xe.
Kết quả và đánh giá kết quả giao diện
Sau khi hoàn thành thiết kế giao diện, bước tiếp theo là nhập các thông số đầu vào cần thiết, bao gồm bộ thông số hệ thống treo, loại mặt đường và vận tốc xe vào giao diện Điều này cho phép tiến hành tìm kiếm các thông số tối ưu cho bộ điều khiển PID, giúp đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và chính xác.
Hình 3.1 Giao diện tìm thông số PID
Giao diện mô phỏng trong hình 3.1 cung cấp các tính năng đa dạng, bao gồm nhập thông số đầu vào từ người dùng, nhập và xuất thông số của bộ điều khiển PID, cũng như truy xuất kết quả mô phỏng dưới dạng số và đồ thị Người dùng có thể lựa chọn thông số để vẽ đồ thị, đồng thời thực hiện ba công việc chính thông qua các nút RUN, RUN MANUAL và PLOT, cho phép tìm thông số của bộ điều khiển, xuất kết quả mô phỏng và vẽ đồ thị thông số được chọn.
Thông số của hệ thống treo được thể hiện trong bảng 3.2
Bảng 3.2 Bộ thông số của hệ thống treo
Kí hiệu Thông số Giá trị Đơn vị mt Khối lượng được treo 730 kg
Mô men quán tính so với trọng tâm của khối lượng được treo là 2460 kg.m^2 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước là 1,011 m và khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau là 1,803 m Ngoài ra, khối lượng không được treo cầu trước là 40 kg và khối lượng không được treo cầu sau là 35,5 kg.
Lò xo cầu trước và sau của xe có độ cứng lần lượt là 19960 N/m và 17500 N/m, trong khi hệ số giảm chấn cầu trước và sau là 1290 N.s/m và 1620 N.s/m Bên cạnh đó, độ cứng của lốp bánh xe trước và sau đều là 175500 N/m Những thông số này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và an toàn của xe khi vận hành.
Với mặt đường loại E, xe chạy với vận tốc 40 km/h thì kết quả thu được khi chạy giao diện như sau:
Hình 3.2 Kết quả trên giao diện
Hình 3.2 thể hiện giao diện sau khi hoàn tất việc tìm thông số cho bộ điều khiển PID trên mặt đường loại E với vận tốc 40 km/h Các thông số đầu vào và đầu ra được hiển thị rõ ràng, đồng thời công việc vẽ đồ thị được thực hiện chính xác theo yêu cầu của người dùng, đảm bảo độ chính xác và tin cậy cao.
Các kết quả giá trị độ lợi của bộ điều khiển PID được thể hiện trong bảng 3.3
Bảng 3.3 Thông số cho bộ điều khiển PID tìm được
Kết quả so sánh giữa hệ thống treo bị động và hệ thống treo chủ động tương ứng với các giá trị đầu vào của xe và thông số bộ điều khiển PID được thể hiện rõ ràng qua các đồ thị, giúp đánh giá hiệu suất và độ ổn định của hệ thống treo trong các điều kiện vận hành khác nhau.
Hình 3.3 Đồ thị chuyển vị thẳng đứng thân xe trước theo thời gian
Hình 3.4 Đồ thị chuyển vị thẳng đứng thân xe sau theo thời gian
Hình 3.5 Đồ thị chuyển vị thẳng đứng trọng tâm xe theo thời gian
Đồ thị so sánh chuyển vị theo phương thẳng đứng của thân xe tại cầu trước, cầu sau và ở trọng tâm xe sử dụng hệ thống treo chủ động và hệ thống treo bị động cho thấy sự khác biệt rõ rệt về khả năng giảm chấn và ổn định Cụ thể, hệ thống treo chủ động thể hiện khả năng giảm chấn tốt hơn khi đường liền nét màu đỏ có biên độ dao động nhỏ hơn so với đường đứt nét màu xanh của hệ thống treo bị động.
Kết quả mô phỏng cho thấy chuyển vị lớn nhất theo phương thẳng đứng của thân xe tại trọng tâm trong khoảng thời gian 10 giây của hệ thống treo bị động là khoảng 14cm, trong khi đó hệ thống treo chủ động chỉ đạt giá trị khoảng 8cm Điều này chứng tỏ hệ thống treo chủ động giảm đáng kể giá trị chuyển vị so với hệ thống treo bị động Ngoài ra, độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng của thân xe tại cả cầu trước và cầu sau đều giảm đáng kể khi sử dụng hệ thống treo chủ động, cho thấy hiệu quả cải thiện đáng kể của hệ thống treo chủ động so với hệ thống treo bị động.
Chuyển vị thẳng đứng trọng tâm xe của hệ thống treo bị động thường có xu hướng bám sát theo biên dạng mặt đường, trong khi hệ thống treo chủ động lại cho thấy đường cong chuyển vị này có độ dốc ít hơn và mượt mà hơn, mang lại trải nghiệm lái xe êm ái và ổn định.
Việc áp dụng hệ thống treo chủ động cho xe giúp giảm chuyển vị thân xe tại mỗi vị trí so với hệ thống treo bị động, cho thấy hiệu quả của bộ điều khiển trong việc cải thiện tính ổn định và kiểm soát chuyển động của xe.
PID hoạt động hiệu quả khi chuyển vị của thân xe phù hợp với giá trị đặt, giúp thân xe chuyển động mượt mà và loại bỏ các góc nhọn trên biên dạng của mặt đường, từ đó nâng cao khả năng êm dịu cho xe.
Hình 3.6 Đồ thị gia tốc thẳng đứng thân xe trước
Hình 3.7 Đồ thị gia tốc thẳng đứng thân xe sau
Đồ thị gia tốc theo phương thẳng đứng của thân xe tại cầu trước và cầu sau cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa xe sử dụng hệ thống treo chủ động và hệ thống treo bị động Cụ thể, giá trị gia tốc trung bình ở cầu trước của xe sử dụng hệ thống treo chủ động là 0.16 m/s2, giảm 79.09% so với 0.77 m/s2 của xe sử dụng hệ thống treo bị động Tương tự, giá trị gia tốc trung bình ở cầu sau của xe sử dụng hệ thống treo chủ động là 0.18 m/s2, giảm 71.67% so với 0.63 m/s2 của xe sử dụng hệ thống treo bị động.
Hình 3.8 Đồ thị gia tốc thẳng đứng trọng tâm xe
Tại trọng tâm của xe, giá trị gia tốc lớn nhất khi sử dụng hệ thống treo bị động xấp xỉ 2 m/s 2, trong khi đó giá trị này khi sử dụng hệ thống treo chủ động gần bằng 0.5 m/s 2 Điều này cho thấy hệ thống treo chủ động cải thiện đáng kể độ êm ái của xe, với giá trị gia tốc trung bình theo phương thẳng đứng giảm từ 0.64 m/s 2 xuống còn 0.1 m/s 2, tương đương giảm 83.86% Nhờ đó, xe sử dụng hệ thống treo chủ động mang lại cảm giác thoải mái hơn hẳn so với xe sử dụng hệ thống treo bị động, chứng tỏ hiệu quả của hệ thống treo chủ động trong việc nâng cao độ êm ái trên xe là rất tốt.
Tần số dao động của gia tốc theo phương thẳng đứng khi xe sử dụng hệ thống treo chủ động lớn hơn so với xe sử dụng hệ thống treo bị động Sự khác biệt này là do hệ thống treo chủ động có khả năng điều chỉnh và kiểm soát chuyển động của xe một cách chủ động, giúp giảm thiểu dao động và tăng cường sự ổn định của xe.
Hệ thống treo chủ động là một công nghệ tiên tiến giúp xe chuyển động êm dịu và thoải mái Hệ thống này liên tục điều chỉnh để đảm bảo giá trị gia tốc không quá lớn, mang lại trải nghiệm lái xe mượt mà và an toàn cho người dùng.
Hình 3.9 Đồ thị dịch chuyển của hệ thống treo trước
Hình 3.10 Đồ thị dịch chuyển của hệ thống treo sau