Luận văn thạc sĩ nghiên cứu điều khiển hệ thống treo bán chủ động cho động cơ đốt trong xe du lịch

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐINH CÔNG HÀO NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG XE DU LỊCH 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 ĐINH CÔNG HÀO NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG XE DU LỊCH 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 PHỊNG ĐÀO TẠO Thái Ngun - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Họ tên: Đinh Công Hào Học viên: Lớp cao học K20- Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp-Đại học Thái Nguyên Nơi công tác: Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Phú Thọ Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu điều khiển hệ thống treo bán chủ động cho động đốt xe du lịch 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 cho động đốt xe du lịch 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 Ngun, ngày… tháng… năm 2019 HỌC VIÊN Đinh Cơng Hào 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 Ô tô & 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 -Phịng đào tạo, q thầy 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 trình, thời gian thực có nhiều cố gắng song kiến thức kinh nghiệm chun mơn cịn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi sai sót, mong đóng góp q báu q thầy bạn đồng nghiệp tiếp tục trao đổi đóng góp giúp em để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn ! HỌC VIÊN Đinh Công Hào Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH VẼ .ix DANH MỤC BẢNG .xi LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Công dụng, phân loại yêu cầu hệ đệm cách dao động động đốt 1.2 Bố trí chung đếm cách dao động ô tô 1.3 Tình hình nghiên cứu nước quốc tế 10 1.4 Các tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động 13 1.4.1 Chỉ tiêu cường độ dao động[10,11] 13 1.4.2 Chỉ tiêu khơng gian bố trí treo[10,11] .15 1.5 Mục tiêu, phạm vi, phương pháp nội dung nghiên cứu 16 1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 16 1.5.2 Phạm vi nghiên cứu 16 1.5.3 Phương pháp nghiên cứu 17 1.5.4 Nội dung nghiên cứu 17 1.6 Kết luận chương 17 CHƯƠNG 18 XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN BÁN CHỦ ĐỘNG CHO XE Ô TÔ DU LỊCH .18 2.1 Các khái niệm tương đương 18 2.2 Mơ hình dao động xe du lịch 19 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iv 2.3 Thiết lập phương trình vi phân miêu tả dao động tơ du lịch .21 2.4 Phân tích lựa chọn kích thích dao động 36 2.5 Cơ sở lý thuyết điều khiển hệ mờ(Fuzzy Logic Control-FLC) 37 2.5.1 Tập mờ logic mờ 38 2.5.2 Định nghĩa tập mờ .38 2.5.3 Các dạng hàm liên thuộc tập mờ 39 2.5.4 Các phép toán tập mờ 40 2.5.5 Biến ngôn ngữ giá trị nó: 42 2.5.6 Luật hợp thành mờ: .43 2.5.7.Giải mờ 44 2.5.8 Nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ 45 2.6 Xây dựng điều khiển mờ hệ thống đệm cách động 46 2.6.1 Biến vào bao gồm: 46 2.6.2 Xác định tập mờ 46 2.6.3.Tập luật điều khiển: 48 2.7 Kết luận chương 49 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG TREO ĐIỀU KHIỂN BÁN CHỦ ĐỘNG 50 3.1 Mô .50 3.1.1 Số liệu mô 50 3.1.2 Khối mô tổng thể 53 3.2 Mô chế độ theo tốc độ động 55 3.3 Phân tích đánh giá hiệu đệm cách dao động bán chủ động .62 3.4 Kết luận 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN TT 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN TT 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN TT 57 58 59 60 61 62 63 64 65 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN ix http://lrc.tnu.edu.vn 71 Bảng 3.6 Kết so sánh hiệu hệ đệm cách dao động bán chủ động trường hợp Thông số Đệm bị độn Đệm bán chủ đ Giảm % w z Gia toc a (m/s2) Từ kết Bảng 3-6 thấy giá trị gia tốc bình phương trung bình vị trí trọng tâm xe thân xe theo phương thẳng đứng, góc lắc dọc lắc ngang với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động giảm 3.9%, 5.6% 4.2% so với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bị động Hiệu giảm dao động hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động trường hợp chứng tỏ điều xe chuyển động đường dao động động ảnh hưởng lớn đến lắc dọc ngang thân xe Kết so sánh hiệu hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động bị động trường hợp thể đồ thị hình 3.10 (a).Gia tốc theo phương thẳng đứng vị trí trọng tâm thân xe Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Gia toc goc aφw(rad/s) (b) Gia tố 1.5 Gia toc goc aθw(rad/s) 0.5 -0.5 -1 -1.50 (c) Gia tốc góc lắc ngang vị trí trọng tâm thân xe Hình 3.10 So sánh hiệu hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động bị động trường hợp 3.4 Kết luận Kết chương mô hệ dao động gồm ảnh hưởng dao động động với hệ thống đệm cách dao động bị động bán chủ động với chế độ tải khác động ô tô Phân tích hiệu hệ thống đệm cách động bán chủ động so với hệ thống đệm bị động điều kiện khác theo hướng nâng cao độ êm dịu chuyển động ô tô Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu, với nỗ lực thân hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh với giúp đỡ thầy ThS Bùi Văn Cường thầy Khoa Kỹ thuật Ơ tơ – Máy Động lực, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên với động viên kích lệ bạn bè, đồng nghiệp, em hồn thành nội dung luận văn thạc sĩ Luận văn đạt số kết sau đây: - Phân tích tính cấp thiết để tài; - Xây dựng mơ hình dao động khơng gian tồn xe với 10 bậc tự có xét ảnh hưởng dao động động động đốt -Phân tích hàm kích thích dao động mấp mơ mặt đường kích thích động đốt trong; - Xây dựng điều khiển Fuzzy Logic để điều khiển hệ số cản giảm chấn thủy lực - Phân tích hiệu hệ thống treo bán chủ động so với hệ thống treo bị động năm điều kiện làm việc cụ thể: + Các giá trị gia tốc bình phương trung bình vị trí trọng tâm xe thân xe theo phương thẳng đứng, góc lắc dọc lắc ngang với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động giảm 6.4%, 2.5% 6.0% so với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bị động trường hợp + Các giá trị gia tốc bình phương trung bình vị trí trọng tâm xe thân xe theo phương thẳng đứng, góc lắc dọc lắc ngang với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động giảm 3.1%, 3.4% 3.4% so với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bị động trường hợp + Các giá trị gia tốc bình phương trung bình vị trí trọng tâm xe thân xe theo phương thẳng đứng, góc lắc dọc lắc ngang với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động giảm 6.2%, 3.5% 5.8% so với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bị động trường hợp Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 74 + Các giá trị gia tốc bình phương trung bình vị trí trọng tâm xe thân xe theo phương thẳng đứng, góc lắc dọc lắc ngang với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động giảm 5.5%, 7.2% 7.3% so với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bị động trường hợp + Các giá trị gia tốc bình phương trung bình vị trí trọng tâm xe thân xe theo phương thẳng đứng, góc lắc dọc lắc ngang với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động giảm 3.9%, 5.6% 4.2% so với hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bị động trường hợp Tuy nhiên luân văn số hạn chế, hy vọng tương lai hoàn thiện theo hướng sau đây: - Phân tích hàm theo tần số để xem xét tượng cộng hưởng kích thích động gây - Phân tích mơ hình tốn tối ưu điều khiển hệ thống - Áp dụng thuật toán tối ưu hay nhiều hàm mục tiêu để tối ưu thông số hệ thống đệm cách dao động bị động - Thí nghiệm thực tế để so sánh với kết mô Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 75 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 Nguyễn Khắc Tuân (2003), Nghiên cứu ảnh hưởng mô men xoắn động đến hệ thống truyền lực thủy cơ, Luận án thạc sĩ kỹ thuật, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội Khiếu Hữu Hùng (2005), Khảo sát dao động xoắn trục khuỷu động ảnh hưởng đến hệ thống truyền lực ô tô, Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường ĐHBK Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Tân Chính (2009), Mơ dao động động đốt xem xé ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động ô tô du lịch, Luận án thạc sĩ kỹ thuật Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên 10 Hoàng Anh Tấn (2015), Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố dao động từ động đến độ êm dịu ô tô du lịch, Luận án thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Giao thông Vận tải - Hà Nội, Hà Nội 11 Hoàng Anh Tấn (2019), Nghiên cứu hệ thống đệm cách dao động động đốt ô tô du lịch, Báo cáo tổng kết đề tài NCKH cấp trường, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 76 Tiếng Anh 12.Nguyen Khac Tuan, Le Van Quynh(2012) Modeling and Simulation of Vehicle Vertical Vibration from Powertrain and Road Excitations 13.Le Van Quynh, Hoang Anh Tan, Nguyen Khac Minh(2015) Influence of the Engine Mounting System on the Automotive Ride Comfort TNU Journal of Science and Technology Vol.139(9), pp.25-30 14 ISO 2631-1 (1997) Mechanical vibration and shock-Evanluation of human exposure to whole-body vibration, Part I: General requirements, The International Organization for Standardization 15 ISO 8068(1995) Mechanical vibration-Road surface profiles - reporting of measured data 16 M.Mitschke: Einfluss der Strassenunebenheit auf Fahrzeugschwingung, IFf- Bericht, TU Braunschwieg, 1986 17 Mitschke, M: Dynamik der Kraftfahrzeuge, B: Fahrzeugschwingung, Springer, 1992, Berlin 18 P.E Geck, R.D Patton (1984), Front wheel drive engine mount optimization SAE paper 840736 19 D.A Swanson (1993) Active engine mounts for vehicles SAE Paper 932432 20 T Ushijima, K Takano, H Kojima(1988) High performance hydraulic mount for improving vehicle noise and vibration SAE Paper 880073 21 Truong, T Q., & Ahn, K K (2010) A new type of semi-active hydraulic engine mount using controllable area of inertia track Journal of Sound and Vibration, 329(3), 247–260 22 Christopherson, J., Mahinfalah, M., & Jazar, R N (2012) Suspended Decoupler: A New Design of Hydraulic Engine Mount Advances in Acoustics and Vibration, 2012, 1–11 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 77 23 Elahinia, M., Ciocanel, C., Nguyen, T M., & Wang, S (2013) MR- and ER- Based Semiactive Engine Mounts: A Review Smart Materials Research, 2013, 1– 24 Li, R., Chen, W.-M., & Liao, C.-R (2009) Hierarchical fuzzy control for engine isolation via magnetorheological fluid mounts Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, 224(2), 175–187 25 G Bonin, G Cantisani, G Loprencipe, M Sbroll (2007) Ride quality evaluation: dof vehicle model calibration 4th International SIIV Congress- Palermo, Italy Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 78 Phục lục TÍNH GIA TỐC BÌNH PHƯƠNG TRUNG BÌNH A1=simout(:,2); %Gia toc goc phi [n1,m1]=size(A1); total1=0; for i=1:n1 total1=A1(i)^2+total1; end a1=total1/n1; aw1=sqrt(a1) A2=simout1(:,2); %Gia toc thang dung [n2,m2]=size(A2); total2=0; for i=1:n2 total2=A2(i)^2+total2; end a2=total2/n2; aw2=sqrt(a2) A3=simout2(:,2); %Gia toc goc theta [n3,m3]=size(A3); total3=0; for i=1:n3 total3=A3(i)^2+total3; end a3=total3/n3; aw3=sqrt(a3) Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 79 Phục 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; Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 80 Phục lục CÁC KHỐI TRONG SIMULINK + Khối lực động + Khối lực đệm động Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 81 + Khối thân xe Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 82 + Khối lực hệ hệ thống treo Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 83 + Khối lực khối lượng khơng treo Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 84 + Khối lực lốp xe Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ... CÔNG NGHIỆP ĐINH CÔNG HÀO NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG XE DU LỊCH Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 8520116 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KHOA CHUYÊN... tác: Sở Khoa học Công nghệ tỉnh Phú Thọ Tên đề tài luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu điều khiển hệ thống treo bán chủ động cho động đốt xe du lịch Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 8520116... dao động động đốt nói riêng dao động tơ tơ nói chung cho thấy nghiên cứu đa số tập trung vào việc nghiên cứu điều khiển bán tích cựu chủ động cho hệ thống đệm cách dao động Tuy nhiên, nghiên cứu