Nghiên cứu điều khiển hệ thống treo bán chủ động xe khách

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ NAM HUY NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG XE KHÁCH LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Thái Nguyên - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LÊ NAM HUY NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG XE KHÁCH Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 8520116 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHOA CHUYÊN MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TRƯỞNG KHOA PGS.TS Lê Văn Quỳnh PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Lê Nam Huy Học viên: Lớp cao học K20- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-Đại học Thái Nguyên Nơi công tác: Trung tâm Đăng kiểm Xe giới Thái Nguyên Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu điều khiển hệ thống treo bán chủ động xe khách Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 8520116 Sau gần hai năm học tập, rèn luyện nghiên cứu trường, em lựa chọn thực đề tài tốt nghiệp: Nghiên cứu điều khiển hệ thống treo bán chủ động xe khách Được giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh nổ lực thân, đề tài hoàn thành đáp nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật khí động lực Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân em Các số liệu, kết có luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác trừ cơng bố tác giả Thái Nguyên, ngày… tháng… năm 2019 HỌC VIÊN Lê Nam Huy Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em tiếp nhận truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận quý thầy cô Nhà trường, quan tâm giúp đỡ tận tình tập thể giảng viên Nhà trường, khoa Kỹ thuật Ơ tơ & MĐL, quý thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình đồng nghiệp Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trường, Tổ đào tạo Sau đại học -Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh tập thể cán giáo viên khoa Kỹ thuật Ơ tơ & MĐL, hội đồng bảo vệ đề cương hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo kế hoạch nội dung đề Trong q trình, thời gian thực có nhiều cố gắng song kiến thức kinh nghiệm chun mơn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót, mong đóng góp quý báu quý thầy cô bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn ! HỌC VIÊN Lê Nam Huy Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ vii DANH MỤC BẢNG ix LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình phát triển xe khách Việt Nam 1.2 Phân tích số kết cấu hệ thống treo xe khách 1.2.1 Nhiệm vụ, phân loại yêu cầu hệ thống treo 1.2.2 Phân tích số kết cấu hệ thống treo xe khách 1.3 Ảnh hưởng dao động ô tô người 13 1.3.1 Cơ chế tác động dao động lên thể người 13 1.3.2 Ảnh hưởng dao động thể người 13 1.2.3 Những ảnh hưởng tiện nghi 14 1.3.4 Những bệnh dao động “say sóng” 14 1.4 Các tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động[8, 13,14] 15 1.4.1 Cường độ dao động 15 1.4.2 Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động 16 1.4.3.Chỉ tiêu hàng hoá 18 1.4.4 Đánh giá cảm giác theo công suất dao động 19 1.5 Tình hình nước quốc tế 20 1.6 Mục tiêu, phạm vi nội dung nghiên cứu luận văn 24 1.6.1 Mục tiêu nghiên cứu 24 1.6.2 Phạm vi nghiên cứu đối đượng nghiên cứu 24 1.6.3 Phương pháp nghiên cứu 25 1.6.4 Nội dung nghiên cứu 25 1.7 Kết luận chương 25 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG DAO ĐỘNG VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN FUZZY LOGIC 26 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 2.1 Xe hệ thống treo khảo sát 26 2.2 Xây dựng mơ hình dao động tương đương ô tô khách 27 2.2.1 Các giả thiết 27 2.1.2 Mơ hình dao động ô tô khách cầu 28 2.2.3 Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động 30 2.2.4 Phân tích lựa chọn kích thích dao động 40 2.3 Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ mờ(Fuzzy Logic Control-FLC) 43 2.3.1 Tập mờ logic mờ 44 2.3.2 Định nghĩa tập mờ 44 2.3.3 Các dạng hàm liên thuộc tập mờ 45 2.3.4 Các phép toán tập mờ 45 2.3.5 Biến ngôn ngữ giá trị nó: 48 2.3.6 Luật hợp thành mờ: 49 2.3.7.Giải mờ 51 2.3.8 Nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ 53 2.4 Xây dựng điều khiển mờ cho xe khách 54 2.4.1 Biến vào bao gồm: 54 2.4.2 Xác định tập mờ 54 2.4.3.Tập luật điều khiển: 55 2.5 Kết luận 57 CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG TREO ĐIỀU KHIỂN BÁN CHỦ ĐỘNG 58 3.1 Mô 58 3.1.1 Số liệu mô 58 3.1.2 Khối mô tổng thể 60 3.2 Phân tích kết mơ 60 3.4 Hiệu hệ thống treo bán chủ động 64 3.4 Kết luận 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Phục lục 74 TÍNH GIA TỐC BÌNH PHƯƠNG TRUNG BÌNH 74 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT T T K h K hK hK h K h K hK K Đ ý n m k s g m k m gk am g k g a m k p g a m b m h K e h K e h K h f o K h f o K h s 2 o K h s o Đ k1 ộ l, k Đ ộ k Đ t ộ k Đ ộ t 2 Đ k ộ s m m m m m m N / N / N / N / N / Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 2 2 3 3 3 H c1 N ệ r, c H N ệ H c N s ệ c H N t ệ c H N t ệ M I k ô m g M k I ô m g M k I ô a m g M k I ô a m g T  H ầ z C S m hi V V m ậ / T NC ấ h n T C ầ h S m M q ật ( / H  R ệ a số Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống chassis xe khách Samco Primas Li.35B Hình 1.2 Hệ thống treo trước xe khách Samco Primas Li.35B Hình 1.3 Hệ thống treo sau xe khách Samco Primas Li.35B 10 Hình 1.4 Hệ thống treo xe khách hệ THACO GARDEN 79S 10 Hình 1.5 Hệ thống treo xe khách Hyundai Universe Mini K39s 11 Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống treo bán chủ động điều khiển hệ số cản 12 Hình 1.7 Tần số dao động riêng phận thể 14 Hình 1.8 Giới hạn tác động dao động thẳng đứng (các đường cong có thời gian tác động) phụ thuộc vào gia tốc dao động thẳng đứng tần số người ngồi đứng xe theo tiêu chuẩn ISO/DIS 2631 17 Hình 2.1 Kết cấu hệ thống treo trước, sau hình dáng bên xe khách khảo sát 26 Hình 2.2 Mơ hình dao động tơ khách 29 Hình 2.3 Sơ đồ lực tác dụng lên ghế người điều khiển 31 Hình 2.4 Sơ đồ lực mô men tác dụng lên cầu trước 32 Hình 2.5 Hệ thống treo mơ hình hóa hệ thống treo sau tơ khách 35 Hình 2.6 Sơ đồ lực mơ men tác dụng lên cầu sau 36 Hình 2.7 Sơ đồ lực mơ men tác dụng lên thân xe 38 Hình 2.8 Chiều cao mấp mơ mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường có chất lượng tốt) 42 Hình 2.9 Chiều cao mấp mơ mặt đường theo tiêu chuẩn ISO B (mặt đường có chất lượng trung bình) 42 Hình 2.10 Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường có chất lượng trung bình) 42 Hình 2.11 Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO E (mặt đường có chất lượng xấu) 43 Hình 2.12 Phép xâu chuỗi mờ dùng để rút định tính - 43 Hình 2.13 Mơ tả hàm phụ thuộc µA(x) tập số thực từ-5 đến 44 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh( 2010), Lý thuyết ô tô, NXBKHKT Hà Nội Đào Mạnh Hùng , Dao động ô tô – máy kéo, Trường ĐH GTVT Hà Nội Vũ Đức Lập (1994), Dao động ô tô, Học viện kỹ thuật quân sự, Hà Nội Vũ Đức Lập (2001), Ứng dụng máy tính tính tốn xe qn , Học viện kỹ thuật quân sự, Hà Nội Nguyễn Việt Hùng, Nguyễn Tấn Đời, Trương Ngọc Anh, Tạ Văn Phương(2008), Điều khiển thơng minh, Trường ĐHSPKT TP Hồ Chí Minh Nguyễn Như Hiển, Lại Khắc Lãi(2007), Hệ mờ Nơron kỹ thuật điều khiển, Nhà xuất khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội Lưu Văn Tuấn (1994), Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình sở đề xuất biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyên động, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội Lê Văn Quỳnh (2006), Nghiên cứu dao động ghế ngồi xe khách đóng Việt Nam, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội Đặng Việt Hà (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến độ êm dịu chuyển động ô tơ khách đóng Việt Nam, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Đại học Giao thông Vận tải - Hà Nội, Hà Nội 10 Trần Thanh An (2012), Nghiên cứu tối ưu thông số hệ thống treo ô tô khách sử dụng Việt Nam, Luận án tiến sỹ kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội 11 Lê Thanh Duẩn (2012), Khảo sát dao động ô tô khách, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội 12 Lương Hữu Thoại (2012), Nghiên cứu biện pháp tối ưu hóa hệ thống treo xe bus sử dụng Thành phồ Hồ Chí Minh, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, Hồ Chí Minh 13 Trần Hồng Hà (2018), Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện khai thác đến độ êm dịu ô tô khách, Luận án thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên 14 Nguyễn Đức Thuận (2018), Phân tích dao động lựa chọn thông số tối ưu hệ thống treo ô tô khách nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động, Luận án thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên 15 Nguyễn Văn Như (2006), Nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo bán tích cực điều khiển mờ tô, Luận án thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Giao thông Vận tải - Hà Nội, Hà Nội Tiếng Anh 16 X M Shi and C S Cai (2009), Simulation of Dynamic Effects of Vehicles on Pavement Using a 3D Interaction Model, Journal of Transportation Engineering, 2009, Vol 135(10): 736-744 17 Lu Yongjie, Yang Shaopu, Li Shaohua, et al Numerical and experimental investigation on stochastic dynamic load of a heavy duty vehicle Applied Mathematical Modeling, 2010, Vol 34(1): 2698-2710 18 Le Van Quynh, Influence of semi-trailer truck operating conditions on road surface friendliness, Vibroengineering PROCEDIA, 2017, Vol 16, pp 67-72 19 Le Van Quynh, Zhang Jianrun, Liu Xiaobo, Wang Yuan, Nonlinear dynamics model and analysis of interaction between vehicle and road surfaces for 5-axle heavy truck, Journal of Southeast University(English Edition), 2011, 27(4) : 405-409 20 Le Van Quynh, Comparing the performance of suspension system of heavy truck with two air suspension systems, Vibroengineering PROCEDIA, 2017, Vol 14, pp 220-226 21 Le Van QuynhZhang Jianrun,Wang Yuan, Sun Xiaojun, Nguyen Van Liem, Influence of heavy truck dynamic parameters on ride comfort using 3D dynamic model, Journal of Southeast University(English Edition), 2013, Vol.43, pp 763-770 (Scopus) 22 Nguyen Van Liem, Zhang Jianrun, Le Van Quynh, Jiao Renqiang, Liao Xin, Performance analysis of air suspension system of heavy truckwith semi-active fuzzy control, Journal of Southeast University (English Edition), 2017, Vol.33, pp.159-165 23 Nguyen Van Liem, Zhang Jianrun, Le Van Quynh, Jiao Renqiang, Study of fuzzy control for cab's isolation system of heavy truck, Vibroengineering PROCEDIA, 2016, Vol.10, pp 309-314 24 Nguyen Van Liem, Zhang Jianrun, Le Van Quynh, Jiao Renqiang, Vibration analysis and modeling of an off-road vibratory roller equipped with three different cab's isolation mounts, Shock and Vibration, Volume 2018, Article ID 8527574, 15 pages 25 Yechen Qin, Mingming Dong, Reza Langari, Liang Gu, and Jifu Guan, Adaptive hybrid control of vehicle semi active suspension based on road profile estimation, Shock and Vibration, Volume 2015, Article ID 636739, 13 pages 26 Huihui Pan, Weichao Sun, Xingjian Jing, Huijun Gao, Jianyong Yao, Adaptive tracking control for active suspension systems with non-ideal actuators, Journal of Sound and Vibration, 2017, Vol 399, pp 2-20 27 Xiaoqiang Sun, Chaochun Yuan, Yingfeng Cai, Shaohua Wang, Long Chen, Model predictive control of an air suspension system with damping multi-mode switching damper based on hybrid model, Mechanical Systems and Signal Processing, 2017, Vol.94, pp.94-110 28 Yanghai Nan , Wei Shi , Pan Fang, Improvement of ride performance with an active suspension based on fuzzy logic control, Journal of Vibroengineering, Vol 18, Issue 6, 2016, p 3941-3955 29 Dodds C J, and Robson, J D(1973)The description of road surface roughness Journal of Sound and Vibration, 31(2), 175–183 30 ISO 8068(1995) Mechanical vibration-Road surface profiles - reporting of measured data 31 Dragan Sekulic´, Vlastimir Dedovic´, Srdjan Rusov, Slaviša Šalinic, Aleksandar Obradovic(2013), Analysis of vibration effects on the comfort of intercity bus users by oscillatory model with ten degrees of freedom, Applied Mathematical Modelling, Vol.37, p.8629–8644 Phụ lục TÍNH GIA TỐC BÌNH PHƯƠNG TRUNG BÌNH A ; = s total1=A3(i)^2+total1; i e n d A ; = s total1=A2(i)^2+total1; i e n d A ; = s i total1=A1(i)^2+total1; end a1=total1/n1; aw1=sqrt(a1) Phụ lục MẬT ĐỘ PHỔ HÀ MẤP MÔ MẶT ĐƯỜNG NGẪU NHIÊN %mat duong loai A alphaA=0.132; roA=0.0015; wA=alphaA*v; NPA=2*alphaA*v*roA^2; %mat duong loai B alphaB=0.1303; roB=0.0032; wB=alphaB*v; NPB=2*alphaB*v*roB^2; %mat duong loai C alphaC=0.12; roC=0.006; wC=alphaC*v; NPC=2*alphaC*v*roC^2; %mat duong loai D alphaD=0.1007; roD=0.0115; wD=alphaD*v; NPD=2*alphaD*v*roD^2; Phụ lục KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB + Khối lực ghế + Khối lực hệ thống treo ghế + Khối lực thân xe + Khối lực hệ thống treo trước phải + Khối lực hệ thống treo trước trái + Khối lực hệ thống treo sau phải + Khối lực hệ thống treo sau trái + Khối lực không treo trước + Khối lực không treo sau + Khối lực lốp xe trước phải + Khối lực lốp xe trước trái + Khối lực lốp xe sau phải + Khối lực lốp xe sau trái + Khối mô tả mặt đường + Khối mô tả điều khiển ... pháp điều khiển chia ra: + Hệ thống treo bị động (Hệ thống treo không điều khiển) + Hệ thống treo chủ động (Hệ thống treo có điều khiển) + Hệ thống treo bán chủ động 1.2.2 Phân tích số kết cấu hệ. .. xe khách; xây dựng điều khiển cho hệ thống treo bán chủ động phân tích hiệu hệ thống treo bán chủ động so với hệ thống treo bị động số điều khiện khai thác xe Phạm vi nghiên cứu: Trong phạm vi... đề tài, mơ hình dao động tồn xe điều khiển thiết lập để điều khiển hệ số cản hệ thống treo nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động xe khách Đối tượng: Hệ thống treo xe khách xe khách Số hóa Trung