Tối ưu hóa hệ thống treo trên xe du lịch

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THẾ THÁI TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG TREO TRÊN XE DU LỊCH Chuyên ngành: Kỹ thuật Ơ tơ-Máy kéo LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp.Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2007 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HOÀ Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc oOo Tp HCM, ngày 11 tháng 11 năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THẾ THÁI .Giới tính : Nam ;/ Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 28/06/1980 Nơi sinh : Đồng Nai Chuyên ngành : Kỹ thuật ô-tô – Máy kéo Khoá (Năm trúng tuyển) : 2005 1- TÊN ĐỀ TÀI: TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG TREO TRÊN XE DU LỊCH 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: .Nguyên cứu tính tốn phương pháp tối ưu hệ thống treo xe du lịch .Xây dựng mơ hình thuật toán điều khiển hệ thống treo 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài luận văn thạc sĩ, tơi xin gửi lời cám ơn chân thành đến đơn vị, cá nhân hết lịng giúp đỡ tơi hồn thành đề tài luận văn: ™ Xin cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại Học Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh tạo điều kiện thuận lợi cho theo học lớp cao học chuyên ngành Kỹ thuật ô tô - máy kéo ™ Xin cảm ơn đến quý Thầy Cô tham gia giảng dạy lớp cao học ô tô niên khố 2005-2007 trang bị cho tơi nhiều kiến thức tảng giúp tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp ™ Xin cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Văn Phụng hướng dẫn tận tình giúp tơi hồn thành tập luận văn ™ Xin cảm ơn Thầy phản biện đóng góp nhiều ý kiến quý báo giúp tơi hồn thiện nội dung tập luận văn ™ Xin cảm ơn Thầy Cô khoa Kỹ thuật giao thông Trường Đại Học Kỹ Thuật TP.HCM bạn học viên khóa K16-2005 tận tình giúp đỡ tơi thời gian thực luận văn Nguyễn Thế Thái iv TĨM TẮT Tính êm dịu xe chi phối hệ thống treo, đồng thời hệ thống treo có ảnh hưởng đến tính động lực học xe Hầu hết tính êm dịu xe chịu ảnh hưởng gia tốc thẳng đứng chuyển động xe gây dao động lắc dọc lắc ngang Chuyển động hướng tới xe chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố, ta xét yếu tố bị chi phối hệ thống treo, yếu tố khả bám lốp xe với mặt đường hệ số động lực học Kđ Các hệ thống treo bị động (hệ thống treo thông thường) gắn hầu hết xe truyền thống có trở ngại vốn có chúng Một hệ thống treo bị động gồm có lò xo giảm chấn bị động, mà khơng thể đáp ứng địi hỏi trên, mâu thuẫn tính êm dịu động lực học xe gây hệ thống treo bị động Từ sở lý thuyết vấn đề tính tốn thiết kế hệ thống treo bị động cho thấy rằng: Nếu chọn hệ số độ cứng hệ thống treo để đảm bảo tính êm dịu tơ hệ số độ cứng phải thấp Trong hệ số độ cứng thấp dẫn đến hệ số động lực học xe thấp, điều ảnh hưởng đến sức kéo xe Đồng thời hệ số độ cứng thấp gây ổn định lúc quay vòng gây vấn đề cộng hưởng cầu xe vùng tần số thấp Việc phân tích dẫn đến vấn đề cần giải đây, việc điều khiển tự động hệ thống treo cần thiết Hệ thống treo điều khiển tự động đáp ứng đòi hỏi đặt cho ô tô đại, vấn đề điều khiển có phương pháp khác Tùy vào mục đích đặt ra, mà nhà chế tạo tô áp dụng cụ thể chủng loại xe với cách riêng biệt Tùy vào tính điều khiển phần tử chủ động mà ta có hệ thống treo bán chủ động, chủ động thấp chủ động hoàn toàn Để đơn giản trình tính tốn, tính êm dịu động lực học xe giải dựa mơ hình 1/4 xe Qua tính tốn phân tích cho thấy hệ thống treo chủ động vượt trội so với hệ thống treo bị động Hầu hết ứng dụng điện tử ơtơ hồn tồn lĩnh vực điều khiển, biết vi điều khiển xử lý tín hiệu từ số lượng cảm biến sau gởi lệnh tác động đến phận khí điện Tuy nhiên, số phát triển gần phận hệ thống điện điện tử thực thay cho số phận khí chi tiết điện truyền thống Ngày v hệ thống treo tự động điều khiển thường gọi hệ thống treo điện tử Hệ thống bán chủ động thường điều khiển hệ số giảm chấn độ cứng lò xo Với hệ thống chủ động lị xo giảm chấn thay tác động mà xylanh thủy lực điều khiển mô đun điều khiển điện tử Ơtơ đại ngày có nhiều địi hỏi đặt ra, việc điều khiển tự động hệ thống treo điều tất yếu Tuy nhiên, hệ thống treo chủ động hồn tồn cịn có vấn đề trở ngại, hiệu thực tế giá thành hệ thống Vì cơng ty thiết kế chế tạo ơtơ khơng ngừng tìm kiếm phát triển để hoàn thiện hệ thống treo tự động điều khiển vi MỤC LỤC TÓM TẮT v MỤC LỤC vii MỤC LỤC HÌNH ix MỤC LỤC BẢNG xi CHƯƠNG DẪN NHẬP 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích 1.3 Giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Điểm luận văn giá trị thực tiễn 1.6 Bố cục luận văn CHƯƠNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG .3 2.1 Kết cấu hệ dao động ôtô: 2.2 Thông số kết cấu, tác dụng phận hệ thống treo 2.3 Mơ hình dao động ơtơ .6 2.4 Hàm kích động từ mặt đường: 2.5 Giới thiệu thông số kỹ thuật xe Suzuki Swift .10 2.6 Các thơng số mơ hình tính tốn .11 2.7 Phương trình vi phân hệ dao động mơ hình phẳng .12 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN DAO ĐỘNG Ô-TÔ 19 3.1 Giải trực Laplace .19 3.2 Ứng dụng phương pháp số để giải toán dao động 27 CHƯƠNG TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG TREO SỬ DỤNG GIẢM CHẤN BẬC 31 4.1 Giới thiệu tổng quan .31 4.2 Phương pháp tính tốn 33 4.3 Giới thiệu giảm chấn ba chế độ 42 4.4 Điều khiển tối ưu hệ thống treo có giảm chấn thay đổi ba chế độ 43 4.5 Hệ thống điều khiển hệ thống treo 47 CHƯƠNG TỐI ƯU HOÁ HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG .50 5.1 Mơ hình hệ thống treo bị động .50 vii 5.2 Mơ hình hệ thống treo bán chủ động 50 5.3 Phương pháp điều khiển hệ thống treo Logic-mờ (Fuzzy logic) 53 5.4 Mô hình mơ simulink 57 5.5 Kết mô 61 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO 77 6.1 Giới thiệu chi tiết hệ thống treo 77 6.2 Thiết kế phần cứng 78 6.3 Thiết kế chương trình điều khiển 80 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 82 7.1 Kết luận 82 7.2 Đề nghị 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO .84 PHỤ LỤC A 85 PHỤ LỤC B 88 viii MỤC LỤC HÌNH Hình 2-1 Quan hệ tần số dao động riêng phần treo với độ võng tĩnh hiệu dụng .5 Hình 2-2 Mơ hình mơ tồn hệ dao động ơtơ du lịch Hình 2-3 Mơ hình phẳng hệ dao động ôtô bậc tự .8 Hình 2-4 Sơ đồ tính tốn mơ hình phẳng dao động ơtơ Hình 4-1 Mối quan hệ giảm chấn với độ êm dịu độ ổn định .31 Hình 4-2 Hệ thống treo bị động, treo chủ động bán chủ động 32 Hình 4-3 Mơ hình động lực học 33 Hình 4-4 Sự ảnh hưởng hệ số giảm chấn 37 Hình 4-5 Sự ảnh hưởng khối lượng không treo m1 38 Hình 4-6 Sự ảnh hưởng độ cứng hướng kính lốp .38 Hình 4-7 Cấu tạo đặc điểm đóng mở lỗ tiết lưu giảm chấn ba chế độ 42 Hình 4-8 Cấu tạo sơ đồ nguyên lý chấp hành 43 Hình 4-9 Hoạt động chấp hành 43 Hình 4-10 Sơ đồ khối hệ thống treo “bậc” điều khiển điện tử 44 Hình 4-11 Cơng tắc lựa chọn chế độ .45 Hình 4-12 Cảm biến tay lái – góc hướng quay vơ-lăng .45 Hình 4-14 Cảm biến vị trí bướm ga 46 Hình 4-15 Bảng giá trị điện áp theo góc mở bướm ga 46 Hình 4-16 Cơng tắc khởi động số trung gian 47 Hình 5-1 Mơ hình hệ thống treo bị động 50 Hình 5-2 Mơ hình hệ thống treo bán chủ động 51 Hình 5-3 Cấu trúc Hệ thống Điều khiển Lơgíc Mờ .53 Hình 5-4 Khối xử lý tín hiệu đầu vào với mạch tích phân (I) vi phân (D) 54 Hình 5-5 Bộ điều khiển mờ .54 Hình 5-6 Các tập mờ biến trạng thái sai lệch e 55 Hình 5-7 Tập mờ trạng thái biến ec 56 Hình 5-8 Tập mờ trạng thái biến lực Fd 56 Hình 5-9 Mơ hình simulink tính tốn tối ưu cho hệ thống treo bị động bán chủ động 57 Hình 5-10 Bản đồ xác định lực giảm chấn hệ thống bán chủ động phương pháp điều khiển logic mờ 58 ix Hình 5-11 Mơ hình simulink phụ tính toán cho hệ thống treo bị động 59 Hình 5-12 Mơ hình simulink phụ tính tốn cho hệ thống treo bán chủ động 60 Hình 5-13 Thơng số đầu vào hệ thống treo 60 Hình 5-14 Mấp mơ mặt đường 61 Hình 5-15 Đồ thị chuyển vị hệ thống treo thường (passive) 61 Hình 5-16 Đồ thị vận tốc hệ thống treo thường (passive) .62 Hình 5-17 Đồ thị gia tốc hệ thống treo thường (passive) 62 Hình 5-18 Đồ thị chuyển vị hệ thống treo bán chủ động 63 Hình 5-19 Đồ thị vận tốc hệ thống treo bán chủ động 63 Hình 5-20 Đồ thị gia tốc hệ thống treo bán chủ động .64 Hình 5-21 Đồ thị chuyển vị kết hợp 64 Hình 5-22 Đồ thị vận tốc kết hợp 65 Hình 5-23 Đồ thị gia tốc kết hợp 65 Hình 5-24 Lực tác động giảm chấn thay đổi lên hệ thống treo bán chủ động (semiactive) .66 x ... ? ?Tối ưu hóa hệ thống treo xe du lịch? ?? 1.2 Mục đích Đề tài ? ?Tối ưu hóa hệ thống treo xe du lịch? ?? phân tích đánh giá kỹ thuật điều khiển khác nhau, đưa giải pháp tối ưu hóa, so sánh hệ thống treo. .. tự Tối ưu hóa hệ thống treo xe du lịch GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng HVTH: Nguyễn Thế Thái 31 CHƯƠNG TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG TREO SỬ DỤNG GIẢM CHẤN BẬC 4.1 Giới thiệu tổng quan Các phận hệ thống treo. .. (4.22); Tối ưu hóa hệ thống treo xe du lịch σ Nd = DNd [N] (4.23) GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Phụng HVTH: Nguyễn Thế Thái 36 Tính tốn thông số hệ thống treo tối ưu: ™ Độ cứng tối ưu phận đàn hồi hệ thống