Đã có tác giả nghiên cứu ảnh hởng của dao động lên khung xơng ô tô khi chuyển động trên đờng; Có tác giả khác nghiên cứu việc thiết lập mô hình khảo sát dao động của ô tô tải nhiều cầ
NGUYễN ANH MƯờI giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : CƠ KHí ĐộNG LựC CƠ KHí ĐộNG LựC XÂY DựNG MÔ HìNH điều khiển Hệ THốNG TREO BáN CHủ ĐộNG NGUYễN ANH MƯờI 2007 - 2009 Hµ Néi 2009 Hµ Néi 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17051113895091000000 NGUN ANH M¦êI bé giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hµ néi - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : CƠ KHí ĐộNG LựC CƠ KHí Đ ộNG LựC XÂY DựNG MÔ HìNH điều khiển Hệ THốNG TREO BáN CHủ ĐộNG NGUYễN ANH MƯờI 2007 - 2009 Hà Nội 2009 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM HỮU NAM Hµ Nội 2009 LI NểI U Ô tô phơng tiện vận tải có vai trò quan trọng kinh tế quốc dân, có u điểm hẳn loại phơng tiện vận tải khác: thông dụng, đơn giản, dễ sử dụng có tính động cao đợc sử dụng rộng rÃi tất lĩnh vực dân nh quốc phòng Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, công nghiệp ô tô giới phát triển ngày cao, đà cho đời nhiều loại ô tô đại phục vụ cho nhu cầu lại vận chuyển ngời Việc thiết kế hệ thống, cụm chi tiết ô tô, nh đánh giá chất lợng làm việc chúng ngày đợc quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lợng ô tô Hệ thống treo ô tô có vai trò quan trọng, góp phần nâng cao độ êm dịu chuyển động cđa « t« Khi di chuyển đường, người ngồi xe ô tô, vật dụng chun chở ln ln bị kích động mặt đường không phẳng tác dụng làm cho rung dao động không ngừng Người ta nghĩ nhiều cách để hạn chế, khắc phục dao động nhằm mục đích êm dịu chuyển động không gây mệt mỏi cho người ngồi xe Từ việc sử dụng lốp mềm thay lốp cứng, từ việc sử dụng nhíp, lị xo kết hợp với giảm chấn nói nên việc đảm bảo cho độ êm dịu chuyển động cần thiết Hệ thống treo truyền thống cho xe có thành phần phận đàn hồi lị xo, nhíp phận giảm chấn Ban đầu phận phần tử khí đơn thuần, đến phận áp dụng thành tựu ngành điện tử điều khiển tự động nên tạo nhiều hệ thống treo đại có điều khiển ngày nay: hệ thống treo chủ động, hệ thống treo bán chủ động Những hệ thống treo có điều khiển đáp ứng tốt tiêu độ êm dịu chuyển động, không gian làm việc hệ thống, độ bám đường, ổn định xe di chuyển Hiện phơng pháp mô loại phần mềm u việt đợc sử dụng rộng rÃi để nghiên cứu hệ đặc biệt hệ dao động ô tô Cùng với phát triển máy tính, trình mô đà thể đợc tính hiệu nó, đặc biệt hệ phi tuyến nh trình vật lý phức tạp Trên giới nói chung hay Việt Nam nói riêng đà có nhiều phần mềm tính toán với khả ứng dụng cao Thực tế đà cho thấy phần mềm Matlab công cụ phần mềm có khả ứng dụng cao việc giải toán kỹ thuật với c¸c th viƯn Simulink cđa nã Trong thêi gian qua có nhiều công trình khoa học sử dụng công cụ phần mềm Matlab - Simulink dùng để nghiên cứu dao động ô tô Đà có tác giả nghiên cứu ảnh hởng dao động lên khung xơng ô tô chuyển động đờng; Có tác giả khác nghiên cứu việc thiết lập mô hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu; Có tác giả đà khảo sát dao động xe tải hai cầu dới tác động ngẫu nhiên mặt đờng; Có tác giả đà sử dụng thuật toán LQR để tối u hóa th«ng sè thiÕt kÕ hƯ thèng treo « t« Trong luận văn sâu nghiên cứu hệ thống treo có điều khiển cụ thể hệ thống treo bán chủ động, xây dựng mô hình điều khiển hệ treo bán chủ động, mô phần mềm Matlab - Simulink, đánh giá so sánh với hệ treo bị động, xây dựng điều khiển hệ treo bán chủ động Luận văn đợc thực môn ô tô - Trờng Đại Học Bách Khoa Hµ Néi, díi sù híng dÉn khoa häc cđa PGS.TS Phạm Hữu Nam Tôi xin chân thành cám ơn hớng dẫn tận tình thầy thầy giáo môn ô tô Mặc dù đà có nhiều lỗ lực, nhng trình độ, thời gian nghiên cứu hạn chế nên vấn đề đợc trình bày luận văn cha đáp ứng đợc tất yêu cầu đề Tôi cảm ơn đóng góp, bổ sung để hoàn thiện nghiên cứu Hà Nội, ngày 15 tháng 11 năm 2009 Tác giả MC LC Trang MC LC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nhiệm vụ hệ thống treo ô tô 1.2 Các tiêu đánh giá dao động ô tô 10 1.2.1 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động 10 1.2.2 Chỉ tiêu hành trình làm việc hệ thống treo 12 1.2.3 Chỉ tiêu đánh giá khả bám đường 12 1.2.4 Chỉ tiêu tải trọng động 13 1.3 Phân loại hệ thống treo theo tính điều khiển 14 1.3.1 Hệ thống treo không điều khiển 14 1.3.2 Hệ thống treo có điều khiển 15 1.4 Các nghiên cứu dao động nước 17 1.4.1 Các nghiên cứu dao động ô tô nước 17 1.4.2 Các nghiên cứu dao động tơ ngồi nước 18 1.5 Nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu đề tài 19 CHƯƠNG 20 XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG 20 2.1 Mơ hình hệ thống treo không điều khiển 20 2.1.1 Mơ hình 1/4 21 2.1.2 Mô hình 1/2 23 2.1.3 Mơ hình khơng gian 27 2.2 Mơ hình dao động hệ thống treo bán chủ động 34 2.2.1 Mơ hình 1/4 hệ thống treo bán chủ động 35 2.2.2 Mơ hình 1/2 hệ thống treo bán chủ động 37 2.2.3 Mơ hình hệ thống treo bán chủ động tồn xe 41 2.3 Bộ điều khiển tối ưu hệ thống treo bán chủ động 46 2.3.1 Xây dựng hàm điều khiển cho mơ hình 1/4 47 2.3.2 Xây dựng hàm điều khiển cho mơ hình 1/2 51 CHƯƠNG 55 MÔ PHỎNG SỐ 55 3.1 Xây dựng chương trình mô công cụ Simulink 55 3.1.1 Xây dựng khối mô mặt đường 55 3.1.2 Mô hệ treo không điều khiển 57 3.1.3 Mơ mơ hình 1/2 hệ thống treo bán chủ động 57 3.2 Phân tích kết 63 3.2.1 Bộ thông số mô cho xe du lịch cỡ nhỏ 63 3.2.2 Kết mô 63 CHƯƠNG 80 TỔ HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG 80 4.1 Yêu cầu điều khiển 80 4.2 Chọn phương án điều khiển 82 4.3 Các chế độ điều khiển 87 4.4 Thiết kế điều khiển 89 KẾT LUẬN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC 99 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi Đơn vị ms Khối lượng phần treo Kg mu Khối lượng phần không treo Kg ls , lt Toạ độ trọng tâm xe m Jx Mơ mên qn tính trục x Kg.m2 Jy Mơ men qn tính trục y Kg.m2 ϕx Góc nghiêng xe theo phương x rad ϕy Góc nghiêng xe theo phương y rad kij bs ktj Độ cứng phần tử đàn hồi i: trước - sau, j = trái - phải Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo Độ cứng lốp j = trước - sau bt zs zu Hệ số cản giảm chấn lốp Chuyển vị theo phương thẳng đứng khối lượng treo Chuyển vị theo phương thẳng đứng khối lượng không treo N/m N.s/m N/m N.s/m m m zr J ρi Chiều cao nhấp nhô mặt đường theo phương thẳng đứng Hàm mục tiêu Bộ trọng số hàm mục tiêu i = 1-4 m DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1-1: Giới hạn biên độ dao động 11 Hình 1-2: Sơ đồ hệ thống treo không điều khiển 14 Hình 1-3: Sơ đồ hệ thống treo chủ động 15 Hình 1-4: Mơ hình dao động hệ thống treo bán chủ động 16 Hình 2-1: Mơ hình hệ thống treo 1/4 không điều khiển 21 Hình 2-2: Mơ hình “½ xe” bị động 23 Hình 2-3: Mơ hình hệ thống treo bị động dạng tồn xe 28 Hình 2-4: Mơ hình hệ thống treo “1/4 xe” bán chủ động 35 Hình 2-5: Mơ hình hệ thống treo “1/2 xe” bán chủ động 37 Hình 2-6: Mơ hình hệ bán chủ động dạng tồn xe 41 Hình 3-1: Biên dạng mặt đường mơ dạng hình Sin 55 Hình 3-2: Khối mơ mặt đường dạng hình Sin 55 Hình 3-3: Biên dạng mặt đường dạng bước nhảy 56 Hình 3-4: Khối mơ mặt đường dạng bước nhảy (Step) 56 Hình 3-5: Khối Road Subsystem 56 Hình 3-6: Khối kích động ngẫu nhiên mặt đường 57 Hình 3-7: Khối “hệ thống treo 1/2 xe bị động” 57 Hình 3-8: Khối “ Hệ treo ½ xe bán chủ động” 57 Hình 3-9: Khối tính hệ số giảm chấn tối ưu hoá 58 Hình 3-10: Khối tính hàm điều khiển U 58 Hình 3-11: Khối lấy liệu kết mô cho hệ treo bị động 59 Hình 3-12: Khối lấy liệu kết cho hệ treo bán chủ động 60 Hình 3-13: Khối mơ hệ thống treo bị động 61 Hình 3-14: Khối mô hệ thống treo bán chủ động 61 Hình 3-15: Khối mơ hệ treo bị động kích động ngẫu nhiên 62 Hình 3-16: Khối mơ hệ treo bán chủ động với kích động ngẫu nhiên 62 Hình 3-17: So sánh gia tốc khối lượng treo cầu trước 63 Hình 3-18: So sánh gia tốc khối lượng treo cầu sau 64 Hình 3-19: So sánh khơng gian làm việc cầu trước 65 Hình 3-20: So sánh không gian làm việc cầu sau 65 Hình 3-21: So sánh biến dạng động lốp trước 66 Hình 3-22: So sánh biến dạng động lốp sau 66 Hinh 3-23: So sánh gia tốc góc lệch 67 Hình 3-24: So sánh gia tốc khối lượng treo trước với kích động Sin 68 Hình 3-25: So sánh gia tốc khối lượng treo sau với kích động Sin 69 Hình 3-26: So sánh góc lệch với kích động Sin 69 Hình 3-27: So sánh gia tốc góc lệch với kích động Sin 70 Hình 3-28: So sánh khơng gian làm việc cầu trước với kích động Sin 70 Hình 3-29: So sánh khơng gian làm việc cầu sau với kích động Sin 71 Hình 3-30: So sánh biến dạng động lốp trước với kích động Sin 71 Hình 3-31: So sánh biến dạng động lốp sau với kích động Sin 72 Hình 3-32: So sánh gia tốc khối lượng treo trước với kích động Step 73 Hình 3-33: So sánh gia tốc khối lượng treo sau với kích động Step 73 Hình 3-34: So sánh góc lệch với kích động Step 74 Hình 3-35: So sánh gia tốc góc lệch với kích động Step 74 Hình 3-36: So sánh khơng gian làm việc cầu trước với kích động Step 75 Hình 3-37: So sánh khơng gian làm việc cầu sau với kích động Step 75 Hình 3-38: So sánh biến dạng động lốp trước với kích động Step 76 Hình 3-39: So sánh biến dạng động lốp sau với kích động Step 76 Hình 3-40: So gia tốc khối lượng treo trước với kích động ngẫu nhiên 77 Hình 3-41: So sánh gia tốc khối lượng treo sau với kích động ngẫu nhiên 78 Hình 3-42: So sánh khơng gian làm việc trước với kích động ngẫu nhiên 78 Hình 3-42: So sánh khơng gian làm việc sau với kích động ngẫu nhiên 79 Hình 4-0: Gia tốc thân xe hàm điều khiển 81 Hình 4-1: Sơ đồ tổng thể điều khiển hệ số cản giảm chấn 82 Hình 4-3: Giảm chấn điện tử đường đặc tính lực giảm chấn 84 Hình 4-4: Trạng thái van chế độ lực giảm chấn 85 Hình 4-5: Giảm chấn điện tử chế độ mềm 86 Hình 4-6: Giảm chấn điện tử chế độ trung bình 86 Hình 4-7: Giảm chấn điện tử chế độ cứng 87 Hình 4-8: Sơ đồ mạch điều khiển ECU hệ thống treo bán chủ động 87 Hình 4-9: Mối quan hệ góc lái vận tốc điều khiển chống nghiêng 88 Hình 4-10: Sơ đồ cáp ISP sử dụng đệm ba trạng thái 74LS245 91 Hình 4-11: Mạch kết nối với cáp nạp ISP 92 Hình 4-12: Sơ đồ mạch truyền nhận 92 Hình 4-13: Mạch tạo dao động sử dụng thach anh MHz 93 Hình 4-14: Mạch khởi động lại (mạch Reset) 94 Hình 4-15: Mạch biến đổi tín hiệu cảm biến 94 Hình 4-16: Sơ đồ mạch ổn áp 95 Hình 4-17: Sơ đồ mạch tổng hợp 95 Hình 4-18: Mạch điều khiển cấu chấp hành 96