Nghiên ứu phương pháp xác định gia tốc thân xe và cầu xe trong điều khiển hệ thống treo bán tích cực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HUY VIỆT NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH GIA TỐC THÂN XE VÀ CẦU XE TRONG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN TÍCH CỰC Ngành : Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đàm Hoàng Phúc Hà Nội – Năm 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205065441000000 MỤC LỤC LỜI CAM KẾT DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .4 DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .7 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .11 1.1 Giới thiệu chung hệ thống treo ô tô 11 1.2 Các phận hệ thống treo xe .12 1.2.1 Bộ phận đàn hồi .12 1.2.2 Bộ phận giảm chấn 13 1.2.3 Bộ phận dẫn hướng 13 1.2.4 Các vấu cao su tăng cứng hạn chế hành trình .14 1.2.5 Các cấu điều chỉnh xác định góc bố trí bánh xe 14 1.3 Tổng quan dao động ô tô 14 1.3.1 Chỉ tiêu đánh giá dao động .15 1.3.2 Mơ hình nghiên cứu dao động 18 1.3.3 Các hàm kích động 19 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 20 1.6 Phạm vi nghiên cứu .20 1.7 Nội dung nghiên cứu 20 1.8 Ý nghĩa khoa học đề tài 21 KẾT LUẬN CHƯƠNG 22 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG ¼ TRÊN XE Ơ TƠ CON 23 2.1 Xây dựng mơ hình dao động ¼ hệ phương trình vi phân mơ 23 2.2 Xây dựng mơ hình mơ 25 2.3 Mô mấp mô mặt đường 26 2.3.1.Mô mấp mô mặt đường .26 2.3.2 Mô mấp mô mặt đường theo ISO 8608 28 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 33 CHƯƠNG III NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG TREO TRÊN XE Ô TÔ CON 34 3.1 Lịch sử phát triển lý thuyết điều khiển 34 3.2 Chiến lược điều khiển 34 3.3 Phân loại toán điều khiển tối ưu 35 3.4 Thuật toán điều khiển LQR 36 3.5 Giảm chấn hệ thống treo bán tích cực 38 3.6 Mơ hệ thống thống treo ¼ sử dụng giảm chấn MR có điều khiển 41 3.6.1 Mơ hình hóa mơ hệ thống treo ¼ sử dụng giảm chấn MR 41 3.6.2 Bộ điều khiển tối ưu LQR cho giảm chấn MR .45 3.6.3 Xác định quy luật điều khiển 47 3.6.4 Thuật toán điều khiển matlab 47 3.6.5 Khảo sát điều khiển hệ thống treo 49 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO .69 LỜI CAM KẾT Tôi Nguyễn Huy Việt, mã học viên CB160199, học viên lớp cao học 2016B chun ngành kỹ thuật khí đơng lực Tơi tác giả đề tài “ Nghiên cứu phương pháp xác định gia tốc thân xe cầu xe điều khiển hệ thống treo bán tích cực”, mã đề tài 2016BOTO-KH04 Tôi xin cam đoan tất nội dung đề tài thực chưa công bố Tôi xin chịu trách nhiệm nội dung trình bày luận văn Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2018 Học Viên Nguyễn Huy Việt DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Đơn vị Giải nghĩa ms kg Khối lượng treo mus kg Khối lượng không treo xs m Dịch chuyển thân xe xus m Dịch chuyển bánh xe xr m Mấp mô mặt đường ks kN/m Độ cứng treo thân xe kt kN/m Độ cứng treo cầu xe bs kN.s/m Hệ số cản giảm chấn Gt N Trọng lượng xe Fs N Lực điều khiển Xc m/s2 Gia tốc theo phương X Yc m/s2 Gia tốc theo phương Y Zc m/s2 Gia tốc theo phương Z ft m Độ võng tĩnh K Hệ số độ êm dịu chuyển động Fqt N Lực quán tính Fks N Lực đàn hồi Fbs N Lực cản giảm chấn q(t) m Độ mấp mô mặt đường h(x),z(x) m Chiều cao mấp mô n Hz Tần số không gian  Gd Rad/m m3 Tần số góc Mật độ phổ Giá trị quân phương tín hiệu  2x L m Chiều dài đoạn đường B m Chiều dài tham chiếu X0 Tín hiệu đầu vào u Tín hiệu điều khiển x Tín hiệu đầu ε Tín hiệu sai lệch f Tín hiệu nhiễu x(t) Véc tơ trạng thái u(t) Véc tơ tín hiệu điều khiển A,B Ma trận trạng thái J(u) Chỉ tiêu chất lượng dạng toàn phương Q,M Ma trận trọng số bán xác định dương R,P Ma trận trọng số xác định dương Q11 ,Q33 Trọng số ma trận Q DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Một số dạng mấp mơ mặt đường phương trình mô tả 26 Bảng 2.2: Tiêu chuẩn ISO 8608 phân loại đường 29 Bảng 3.1: Thơng số mơ hình treo ¼ 44 Bảng 3.2: Mấp mơ mặt đường dạng hình chữ nhật 50 Bảng 3.3: Dịch chuyển không gian treo theo trọng số Q11 61 Bảng 3.4: Tần số dao động bánh xe theo trọng số Q11 61 Bảng 3.5: Dịch chuyển không gian treo theo trọng số Q33 63 Bảng 3.6: Dịch chuyển bánh xe theo trọng số Q33 63 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Cấu Tạo Hệ Thống Treo 11 Hình 1.2: Chỉ tiêu cảm giác theo gia tốc 16 Hình 1.3: Giới hạn tác động dao động thẳng đứng 17 Hình 1.4: Mơ hình 1/4 hệ thống treo ô tô 18 Hình 1.5: Mơ hình 1/2 hệ thống treo ô tô 19 Hình 2.1: Mơ hình ¼ hệ thống treo ô tô 23 Hình 2.2: Các lực tác dụng vào khối lượng treo 24 Hình 2.3: Các lực tác dụng vào khối lượng không treo 24 Hình 2.4: Sơ đồ mơ hệ thống treo ¼ matlab simulink 25 Hình 2.5: Mấp mơ mặt đường dạng hình sin 28 Hình 2.6: Mật độ phổ loại đường theo tiêu chuẩn ISO 8608 30 Hình 2.7: Mô tả mấp mô mặt đường theo ISO 8608 32 Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống điều khiển tối ưu 35 Hình 3.2: Mơ hình hệ thống giảm chấn điển hình 39 Hình 3.3: Minh họa dao động hệ thống giảm chấn với tác dụng d 40 Hình 3.4: Hệ thống giảm chấn bán tích cực 41 Hình 3.5: Mơ hình hệ thống treo ¼ với giảm chấn MR 42 Hình 3.6 : Tổng quan mơ hình matlab 43 Hình 3.7 : Hệ thống treo với điều khiển LQR 43 Hình 3.8 : Mơ hình tính tốn lực điều khiển 44 Hình 3.9: Cấu trúc điều khiển hệ thống 46 Hình 3.10 : Bộ điều khiển LQR 49 Hình 3.11: So sánh độ dịch chuyển khơng gian treo với trọng số tiêu chuẩn 50 Hình 3.12: So sánh độ dịch chuyển thân xe với trọng số tiêu chuẩn 51 Hình 3.13: So sánh độ dịch chuyển không gian treo với thơng số b1 52 Hình 3.14 So sánh độ dịch chuyển thân xe với thông số b1 52 Hình 3.15: So sánh độ dịch chuyển không gian treo với thông số b2 53 Hình 3.16: So sánh độ dịch chuyển thân xe với thông số b2 54 Hình 3.17: So sánh độ dịch chuyển không gian treo với thông số b3 55 Hình 3.18: So sánh độ dịch chuyển thân xe với thông số b3 55 Hình 3.19: So sánh độ dịch chuyển khơng gian treo với thông số c1 57 Hình 3.20: So sánh độ dịch chuyển thân xe với thông số c1 57 Hình 3.21: So sánh độ dịch chuyển khơng gian treo với thơng số c2 58 Hình 3.22: So sánh độ dịch chuyển thân xe với thơng số c2 59 Hình 3.23: So sánh độ dịch chuyển không gian treo với thơng số c3 60 Hình 3.24: So sánh độ dịch chuyển thân xe với thông số c3 60 Hình 3.25: Độ dịch chuyển không gian treo theo trọng số Q11 62 Hình 3.26: Tần số dao động xe theo trọng số Q11 62 Hình 3.27: Độ dịch chuyển khơng gian treo theo trọng số Q33 64 Hình 3.28: Tần số dao động xe theo trọng số Q33 64 Hình 3.29: So sánh độ dịch chuyển khơng gian treo với thông số đề xuất 65 Hình 3.30: So sánh độ dịch chuyển thân xe với thông số đề xuất 66 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, kinh tế Việt Nam có bước phát triển vượt bậc, đời sống người dân nâng cao, với việc phủ đầu tư nhiều vào quy hoạch xây dựng hệ thống giao thông vận tải, xây dựng nhà máy sản xuất lắp ráp ô tô nước khiến ô tô trở thành phương tiện lại tiện nghi phổ biến, nhiều người quan tâm Cùng với lộ trình giảm giá thuế nhập khẩu, ô tô trở thành phương tiện quen thuộc người dân tương lai gần Tuy nhiên Việt Nam ơtơ chủ đề mới, đặc biệt ứng dụng công nghệ tiên tiến xe Vì việc nghiên cứu ơtơ cần thiết, sở để nhà nhập nhà sản xuất nước kiểm tra chất lượng xe nhập sau xe xuất xưởng, đồng thời trang bị kiến thức cho người dân mua sử dụng xe có hiệu kinh tế cao Khi xe chuyển động đường, chịu tác động từ yếu tố như: tải trọng, vận tốc chuyển động, lực cản khơng khí, điều kiện mặt đường… yếu tố thay đổi gây ảnh hưởng không nhỏ tới trình chuyển động xe Chúng làm trình chuyển động xe ổn định, gây mệt mỏi cho người sử dụng, làm giảm tuổi thọ xe… đặc biệt gây an tồn tính mạng cho người ngồi xe Với yêu cầu ngày cao kỹ thuật tính thẩm mỹ tính tiện nghi tơ ngày phải hồn thiện hơn, đặc biệt tính êm dịu chuyển động xe để tạo cho người cảm giác thoải mái ngồi xe, nhà sản xuất xe hàng đầu giới không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm kiểu dáng, độ bền, đặc biệt tiện nghi, thân thiện mang lại thoải mái, an toàn cho người sử dụng Ngoài ra, người phải chịu đựng lâu tình trạng xe chạy bị rung xóc nhiều dễ sinh mệt mỏi Các kết nghiên cứu ảnh hưởng dao động ôtô tới thể người tới kết luận người phải chịu đựng lâu môi trường dao động ôtô mắc phải bệnh thần kinh Do đó, tính êm dịu chuyển động tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng xe Tính êm dịu ơtơ phụ thuộc vào kết cấu xe trước hết hệ thống treo, phụ