ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG CHO XE Ô TÔ SỬ DỤNG MÔ HÌNH ¼ XE. LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ………… o0o ………… PHẠM VĂN NGUYÊN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG CHO XE Ô TÔ SỬ DỤNG MÔ HÌNH ¼ XE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ….… … o0o … …… PHẠM VĂN NGUYÊN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG CHO XE Ô TÔ SỬ DỤNG MƠ HÌNH ¼ XE Chun ngành: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Mãsố: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN LÊ HÒA Đà Nẵng – Năm 2018 MỤC LỤC Nội dung MỞ ĐẦU Trang 1 Tính cấp thiết đề tài ………………………… …… Mục đích nghiên cứu …………………………… ………………… Đối tượng phạm vi nghiên cứu …………………… ……….…… Phương pháp nghiên cứu ……………………………… …….…… Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài ……………… … ……… Cấu trúc luận văn …………….…………………………… …… CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO CỦA XE Ô TÔ…… 1.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG TREO ………………………… …… 1.2 CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG TREO … ……… … 1.3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO ………………….………………… 1.4 GIẢM CHẤN TÍCH CỰC ………………………………………….… 12 1.4.1 Giảm chấn thủy lực có van tiết liêu thay đổi …………………… 13 1.4.2 Giảm chấn từ hóa MR …………………………………………… 16 1.4.3 Giảm chấn ma sát tích cực …… ………………….……….…… 18 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG I……………………………………….……… 19 CHƯƠNG II MƠ HÌNH CỦA HỆ THỐNG TREO……… ……… …… 20 2.1 KHÁI NIỆM VÀ CÁC GIẢ THIẾT KHI XÂY DỰNG MƠ HÌNH … 20 2.1.1 Khái niệm …………… ……………………………….… …… 20 2.1.2 Các giả thiết xây dựng mơ hình.……………………………… 20 2.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH CỦA HỆ THỐNG TREO ……… ……… 21 2.2.1 Mụ hỡnh ẳ xe . 21 2.2.2 Mụ hỡnh ẵ xe ……………………………………….…… …… 24 2.2.3 Mơ hình tồn xe …………………………… ……………… 27 2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG II…………………………………… ……… 29 CHƯƠNG III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG SỬ DỤNG MƠ HÌNH ¼ XE…………………….….… 30 3.1 CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TREO ……… 30 3.1.1 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ………………… …… 30 3.1.2 Chỉ tiêu đánh giá an toàn chuyển động ………………………… 31 3.2 BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN………………………………… ………… 31 3.2.1 Lý phải điều khiển ……………………………… …………… 31 3.2.2 Phát biểu toán …… ………………………………………… 32 3.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ……………………… .…… 33 3.3.1 Phương pháp điều khiển Skyhook …………………… ………… 33 3.3.2 Phương pháp điều khiển Groundhook…………………….……… 39 3.3.3 Phương pháp điều khiển Skyhook hiệu chỉnh 40 ………………… 3.4 THÔNG SỐ THIẾT KẾ TỪ MƠ HÌNH ¼ XE 42 * Thơng số hệ thống treo thụ động…………………………………….… 42 * Thông số hệ thống treo bán chủ động dùng điều khiển Skyhook… 42 * Thông số hệ thống treo bán chủ động dùng điều khiển Skyhook hiệu chỉnh ……………………………………………………………….…… 42 3.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG III……………………………………… …… 43 CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT LUẬN………………………………………………………………………… 44 4.1 GIỚI THIỆU ………………………………… ……………………… 44 4.2 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ……………… … …………… 44 4.2.1 Mô hệ treo thụ động……………………………………… 44 4.2.2 Mô hệ treo bán chủ động dùng điều khiển Skyhook … 47 4.2.3 Mô hệ treo bán chủ động dùng điều khiển Skyhookhiệu chỉnh ………………………………………………………………………… 50 4.2.4 So sánh, đánh giá hai hệ: Hệ treo bán chủ động cho Skyhook hiệu chỉnh hệ treo thụ động ……………………………………………… 53 4.2.5 So sánh, đánh giá ba hệ: Hệ treo bán chủ động cho Skyhook; Skyhook hiệu chỉnh hệ treo thụ động…………………………………… 55 4.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV …………………………………………… 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 TÓM TẮT LUẬN VĂN ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG CHO XE Ơ TƠ SỬ DỤNG MƠ HÌNH ¼ XE Học viên: Phạm Văn Nguyên Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển & Tự động hóa Mã số: 8520216; Khóa: 33; Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt: Khi tơ chuyển động có nhiều yếu tố gây dao động làm độ êm dịu (sự thoải mái cho người ngồi xe) độ an toàn cho xe (khả bám đường bánh xe) Đây hai tiêu động lực học quan trọng, tách rời lại mâu thuẫn với trình chuyển động, định chủ yếu chất lượng hệ thống treo Tuy nhiên, hầu hết thiết kế nghiên cứu cải thiện hệ thống treo xeô tô nước ta thường tập trung chủ yếu vào tiêu độ êm dịu mà chưa nghiên cứu sâu độ an toàn cho xe Trên sở lý thuyết điều khiển, toán thiết kế điều khiển hệ thống treo xeô tô với hai mục tiêu đồng thời độ êm dịu độ an tồn cho xe giải nhanh chóng nhờ phần mềm tiên tiến.Tác giả tóm tắt kết đạt việc thiết kế điều khiển cho hệ thống treo đưa phương hướng phát triển Từ khóa: Độ êm dịu; Độ an tồn; Hệ thống treo tơ; Bài tốn điều khiển; Thiết kế điều khiển MOUNTED CONTROL SYSTEM FOR ACTIVE SALES USED CAR MODEL CAR PART INVESTMENT Abstracts: When the car is moving, there are a number of factors that cause the vibration to melt (comfort for the driver) and the safety of the vehicle (the ability to grip the wheel) These are two important dynamical indicators, inseparable but contradictory in motion, determined primarily by the quality of the suspension However, in most of the new designs and researches to improve the suspension of cars in our country now usually focus on the mellow index but not in-depth study on the safety of the car Based on control theory, the problem of designing a car suspension controller with two goals and the same level of comfort and safety of the car can be solved quickly thanks to the advanced software The authors summarize the results of the design of the suspension controller and provide further development directions Key word: Softness; Safety; Car suspension; Control problem; Controller design DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CÁC KÝ HIỆU: ms - Khối lượng phần treo [kg]; mu - Khối lượng phần không treo [kg]; Zs - Độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng ms [m]; Zu - Độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng mu [m]; Zr - Độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng bánh xe [m]; 𝑍̇𝑠 - Vận tốc ms [m/s]; 𝑍̇𝑢 - Vận tốc mu [m/s]; 𝑍̈𝑠 - Gia tốc ms [m/s2]; 𝑍̈𝑢 - Gia tốc mu [m/s2]; ks - Độ cứng lò xo; kt - Độ cứng lốp xe; Cs - Hệ số giảm chấn thụ động; Cv - Hệ số giảm chấn bán chủ động; Csky - Hệ số giảm chấn Skyhook; Cgnd - Hệ số giảm chấn Groundhook; F - Lực tác động lên giảm chấn [N]; u - Biến điều khiển; Alpha (𝛼) - Biến tác động; CÁC CHỮ VIẾT TẮT: MR: Giảm chấn từ hóa; ER: Giảm chấn điện hóa; RMS: Giá trị trung bình gia tốc dao động; DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 3.1 Tên bảng Trị số gia tốc tác động dao động đến người Trang 31 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu Tên hình vẽ hình vẽ Trang 1.1 Lá nhíp xe tơ thường sử dụng mẫu xe tải bán tải có khả chịu tải trọng lớn 1.2 Bộ phận giảm chấn hệ thống treo xe ô tô (pit-tông màu vàng) phận đàn hồi (lò xo màu đen) 1.3 Hệ thống treo độc lập hệ thống treo phụ thuộc 1.4 Hệ thống treo phụ thuộc thường đặt trục cầu sau xe ô tô 1.5 Hệ thống treo độc lập thường trục cầu trước xe tơ 1.6 Mơ hình hệ thống treo thụ động 10 1.7 Mơ hình hệ thống treo bán chủ động 11 1.8 Mơ hình hệ thống treo chủ động 12 1.9 Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục kiểu “on-off” 13 1.10 Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục 14 1.11 Kết cấu van tiết lưu 15 1.12 Đường đặc tính giảm chấn 15 1.13 Giảm chấn từ hóa MR 16 1.14 Nguyên lý động lực học giảm chấn MR 17 1.15 Đường đặc tính giảm chấn MR 17 1.16 Giảm chấn ma sát tích cực 18 2.1 Mơ hình ¼ xe thụ động 20 2.2 Mơ hình ¼ xe bán chủ động 21 2.3 Mơ hình ¼ xe chủ động 22 2.4 Mơ hình dao động dọc ½ xe 23 2.5 Mơ hình dao động ngang ½ xe 25 2.6 Mơ hình dao động khơng gian tồn xe 27 3.1 Mơ hình điều khiển hệ thống treo bán chủ động ¼ xe 31 3.2 Đặc tính tiêu chất lượng độ êm dịu độ an toàn 32 3.3 Điều khiển Skyhook lý tưởng (a) thực tế (b) 33 3.4 Hệ số giảm chấn cSA 35 3.5 Biểu diễn giá trị FSA theo ż s (ż s − ż u ) với điều khiển liên tục 36 Skyhook 3.6 Biểu diễn giá trị FSA theo ż s (ż s − ż u ) với điều khiển 37 Skyhook “On – Off” 3.7 Quan hệ biến vận tốc trạng thái giảm chấn 38 3.8 Điều khiển Groundhook, lý tưởng (a) thực tế (b) 39 3.9 Điều khiển Skyhook (a) Skyhook hiệu chỉnh (b) 40 4.1 Sơ đồ mô Simulink với hệ treo thụ động 44 4.2 Tín hiệu mặt đường 44 4.3 Kết mô đánh giá độ êm dịu với hệ treo thụ động 45 4.4 Kết mô đánh giá độ an toàn với hệ treo thụ động 46 4.5 Sơ đồ mô Simulink với hệ treo bán chủ động cho Skyhook 47 4.6 Kết mô đánh giá độ êm dịu với hệ treo bán chủ động cho 48 Skyhook 4.7 Kết mô đánh giá độ an toànvới hệ treo bán chủ động cho 49 Skyhook 4.8 Sơ đồ mô Simulink với hệ treo bán chủ động cho Skyhook hiệu chỉnh 50 4.9 Kết mô đánh giá độ êm dịu với hệ treo bán chủ động cho Skyhookhiệu chỉnh 51 4.10 Kết mơ đánh giá độ an tồn với hệ treo bán chủ động cho Skyhook hiệu chỉnh 52 4.11 Sơ đồ mô Skyhook hiệu chỉnh hệ thụ động 53 4.12 Kết mô đánh giá độ êm dịu Skyhook hiệu chỉnh hệ thụ động 54 4.13 Kết mô đánh giá độ an toàn Skyhook hiệu chỉnh hệ thụ động 54 4.14 Sơ đồ mô Skyhook hiệu chỉnh; Skyhook hệ thụ động 56 4.15 Kết mô đánh giá độ êm dịu Skyhook hiệu chỉnh; Skyhook hệ thụ động 57 4.16 Kết mơ đánh giá độ an tồn Skyhook hiệu chỉnh; Skyhook hệ thụ động 57 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN CHUNG Hệ thống treo ô tô đa dạng, loại bị động loại điều khiển được, phần tử hệ thống treo nhìn chung mang tính phi tuyến dao động chúng phức tạp Do chấp nhận độ xác tương đối sử dụng mơ hình đơn giản cách đưa giả thuyết đơn giản tốn, thơng qua mơ hình nghiên cứu ảnh hưởng phần tử riêng rẽ đến tiêu động lực học hệ thống 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 lò xo, hệ số cản giảm chấn thủy lực, độ cứng lốp, khối lượng phần treo khơng 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 mô phần mềm Matlab Simulink 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 nguyên nhân hư hỏng xây dựng mơ hình đặc tính dao động cho hệ thống treo xe tối ưu hệ treo 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… DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Nguyễn Hữu Cần, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng, Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2005 [2] Nguyễn Dỗn Phước, Phân tích Điều khiển hệ phi tuyến, NXB Bách khoa Hà Nội, 2015 [3] Nguyễn Doãn Phước, Tối ưu hóa điều khiển Điều khiển tối ưu, NXB Bách khoa Hà Nội, 2016 [4] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi, Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 [5] Nguyễn Phùng Quang, MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2004 [6] “Hệ thống treo độc lập hệ thống treo phụ thuộc xe ô tô” Xem tại: https://xehoigiatot.vn/he-thong-treo-doc-lap-va-he-thong-treo-phu-thuoc-trenxe-o-to/a624679.html, [Ngày truy cập 20/10/2018] [7] “Luận văn Ứng dụng Simulink khảo sát dao động phần tử cấu treo ô tơ”, Xem tại: www.vocw.edu.vn/content/m10376/latest/, [Ngày truy cập 16/9/2018] [8] “Tìm hiểu hệ thống treo ô tô – danhgiaXe.com”, Xem tại: https://www.danhgiaxe.com/tim-hieu-ve-he-thong-treo-tren-o-to-3008, [Ngày truy cập 16/9/2018] [09] “ Giảm xóc tơ cấu tạo đặc biệt ẩn chứa!”, Xem tại: https://phutungotodatviet.com/giam-xoc-o-to-va-nhung-cau-tao-dac-biet-anchua, [Ngày truy cập 15/9/2018] Tiếng Anh [10] K-S Hong, H C Sohn, and J K Hedrick, “Modified skyhook control of semi active suspensions: A new model, gain scheduling, and hardware – in - theloop turning”, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, vol 124, no 1, pp 158 - 167, 2002 [11] D Karnopp et al, “Vibration Control Using Semi - Active Force Generators”, ASME Transactions, Journal of Engineering for Industry, vol 96, no 2, pp 619 - 626, 1974 [12] Le Hoa Nguyen, Keum - Shik Hong*, and Seonghun Park, “Road - Frequency Adaptive Control For Semi - Active Suspension Systems”, International Journal of Control, Automation, and Systems (2010), 8(5), pp.1029 - 1038 Available: http://www.springer.com/12555 [13] Vinayak S Dixit*, Sachin C Borse (2017), “SEMI - ACTIVE SUSPENSION SYSTEM DESIGN FOR QUARTER CAR MODEL AND ITS ANALYSIS WITH PASSIVE SUSPENSION MODEL”, INTERNATIONAL JOURNAL OF ENGINEERING SCIENCES & RESEARCH TECHNOLOGY, (February, 2017), 6(2), pp.203 - 211 Available: http: // www.ijesrt.com© International Journal of Engineering Sciences & Research Technology [14] Jae Wan Park*, Le Hoa Nguyen, and Keum-Shik Hong, “An Approach to Design Parameters of Skyhook Control”, Skyhook Control 의 파라미터 설계를 위한 접근법 박재완*, 응웬 레 호아, 홍금식 [15] Sybillah Sulaiman,Pakhruddinmohd Sammin, “Groundhook control of semiactive suspension for heavy vehicle”, International journal of research in engineering& Technology (IJRET) Vol-1,no.3.2012,ISSN 2277- 4338 [16] Robert L.W & Kent L.L., “Modeling and Simulation of Dynamic System”, Second Edition, Prentice - Hall,1997 [17] Miller, L R., "An Introduction to Semiactive Suspension Systems", Lord Library of Technical Articles, Document LL - 1204, 1986 [18] Hac, A., Youn, I., “Optimal Semi - Active Suspension with Preview Based on a Quarter-Car Model”, Journal of Vibration & Acoustics - Transactions of the ASME, Vol 114, No 1, p 84 - 92, January 1992 PHỤ LỤC