Luận văn thạc sĩ 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 cịn 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 iii 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 .6 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 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH DAO ĐỘNG DAO ĐỘNG VÀ BỘ ĐIỀU KHIỂN FUZZY LOGIC 26 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iv 2.1 Xe hệ thống treo khảo sát 26 2.2 Xây dựng mơ hình dao động tương đương tô khách 27 2.2.1 Các giả thiết 27 2.1.2 Mơ hình dao động tơ khách cầu 28 2.2.3 Thiết lập phương trình vi phân mơ 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: MÔ 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 mô 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 Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TT Thông số Khối lượng người điều khiển ghế Khối lượng treo xe đầy tải Khối lượng không treo cầu trước Khối lượng không treo cầu sau Khối lượng hành khách ghế sau Khoảng cách trọng tâm xe cầu trước Khoảng cách trọng tâm xe cầu sau Khoảng cách cầu trước trọng tâm cầu tr Khoảng cách cầu trước trọng tâm cầu s 10 11 12 15 Khoảng cách từ tâm bánh xe trọng tâm trước Khoảng cách từ tâm bánh xe trọng tâm sau Khoảng cách từ ghế trọng tâm xe theo phương y Khoảng cách từ ghế trọng tâm xe theo phương x 16 Độ cứng HTT cầu trước 17 Độ cứng HTT cầu sau 18 Độ cứng lốp xe cầu trước 19 Độ cứng lốp xe cầu sau 20 Độ cứng HTT ghế người điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vi 21 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu trước 22 Hệ số cản giảm chấn HTT cầu sau 23 Hệ số cản giảm chấn ghế người điều k 24 Hệ số cản giảm chấn lốp trước 25 Hệ số cản giảm chấn lốp sau Mơ men qn tính thân xe trục 26 qua trọng tâm tâm xe Mô men quán tính thân xe trục 27 qua trọng tâm tâm xe Mô men quán tính cầu trước trục x 28 qua trọng tâm cầu trước Mơ men qn tính cầu sau trục x đ 29 qua trọng tâm cầu sau 30 Tần số sóng mặt đường 31 Chiều dài sóng mặt đường 32 Vận tốc xe 33 Tấn số sóng mặt đường 34 Tần số mẫu 35 Mật độ phổ chiều cao mấp mô mặt đường Hệ số tần số miêu tả tần số mật độ ph 36 mặt đường Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 70 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 độ Đặng Việt Hà (2010), Nghiên cứu ảnh hưởng số thông số đến êm dịu chuyển động ô tô 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 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 71 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 thơng 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 ô 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 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 72 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-modeswitchingdamperbasedonhybridmodel, 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 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 73 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 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 74 Phụ lục TÍNH GIA TỐC BÌNH PHƯƠNG TRUNG BÌNH A3=simout3(:,2); %Gia toc ghe ; [n3,m3]=size(A3); total1=0; for i=1:n3 total1=A3(i)^2+total1; end a3=total1/n3; aw3=sqrt(a3) A2=simout2(:,2); %Gia toc ghe ; [n2,m2]=size(A2); total1=0; for i=1:n2 total1=A2(i)^2+total1; end a2=total1/n2; aw2=sqrt(a2) A1=simout1(:,2); %Gia toc ghe ; [n1,m1]=size(A1); total1=0; for i=1:n1 total1=A1(i)^2+total1; end a1=total1/n1; aw1=sqrt(a1) Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 75 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; Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 76 Phụ lục KHỐI CHƯƠNG TRÌNH CON TRONG SIMULINK-MATLAB + Khối lực ghế Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 77 + Khối lực hệ thống treo ghế + Khối lực thân xe Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 78 + Khối lực hệ thống treo trước phải + Khối lực hệ thống treo trước trái Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 79 + Khối lực hệ thống treo sau phải + Khối lực hệ thống treo sau trái + Khối lực không treo trước Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 80 + Khối lực không treo sau + Khối lực lốp xe trước phải + Khối lực lốp xe trước trái + Khối lực lốp xe sau phải Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 81 + Khối lực lốp xe sau trái + Khối mô tả mặt đường Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 82 + Khối mơ tả điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ... 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... tơ, hệ thống treo nhà nghiên cứu, nhà thiết kế tập trung nghiên cứu để hoàn thiện, tối ưu điều khiển Đặc biệt hệ thống treo xe khách cải tiến hoàn thiện hệ thống treo khí bị động bán chủ động