CHƯƠNG III. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG SỬ DỤNG Mễ HèNH ẳ XE
3.1. CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TREO
Có hai chỉ tiêu đánh giá chất lượng của hệ thống treo đó là độ êm dịu và độ an toàn. Hai chỉ tiêu chính này có sự khả nghịch đối với nhau thể hiện như ở hình 3.2.
Khi ta nâng cao tính êm dịu thì chỉ tiêu độ an toàn giảm và ngược lại khi ta nâng cao độ an toàn thì chỉ tiêu độ êm dịu bị giảm.
3.1.1. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động
Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động là một hàm của nhiều yếu tố, khi xe di chuyển trên nhiều địa hình khác nhau và gia tốc dao động của khung xe kể đến đồng thời biên độ, tần số dao động và có ảnh hưởng trực tiếp đến lái xe, hành khách và hàng hóa. Vì vậy, gia tốc dao động là chỉ tiêu quan trọng có tính chất quyết định đến độ êm dịu của chuyển động. Đối với phạm vi luận văn này thì chỉ tiêu độ êm dịu chỉ giới hạn là một hàm phụ thuộc theo gia tốc dao động. Cơ sở để xác định chỉ tiêu về gia tốc dao động chính là giá trị bình phương trung bình của gia tốc, được cho bởi biểu thức sau:
𝑓1 = √1𝑇∫ 𝑧̈𝑇 𝑠2
0 (𝑡)𝑑𝑡 (3.1) Trong đó:
𝑧̈𝑠- Là gia tốc dao động của khung xe T- Là chu kỳ dao động của khung xe
Để đánh giá độ êm dịu, các tổ chức khác nhau trên thế giới đưa ra nhiều tiêu chuẩn đánh giá khác nhau. Cơ sở chung để đưa ra các tiêu chuẩn đó dựa trên tác động của dao động của con người khi đi bộ, một dạng chuyển động quen thuộc của con người từ lúc sinh với đặc trưng đầy đủ về tần số, gia tốc dao động. Đối với phạm vi luận văn này thì ta căn cứ vào hai tiêu chuẩn đó là ISO 2631-1:1997 của quốc tế và tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001 để đánh giá hệ thống treo có đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng hay không. Theo tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001 phản ứng của cơ thể con người đối với những mức rung động khác nhau phụ thuộc và gia tốc dao động của khung xe như sau:
Bảng 3.1: Trị số gia tốc tác động dao động đến con người
< 0,315 m/s2 Không có cảm giác khó chịu.
0,315 m/s2 - 0,63 m/s2 Có cảm giác chút ít về sự không thoải mái.
0,5 m/s2 - 1 m/s2 Khá là không thoải mái.
0,8 m/s2 – 1,6 m/s2 Không thoải mái.
1,25 m/s2 - 2,5 m/s2 Rất không thoải mái.
> 2 m/s2 Cực kỳ không thoải mái.
Các số liệu trên có thể xem như gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Mặt khác, điều quan trọng hơn là dao động ô tô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu nhiên với dải tần số rộng và phức tạp cả theo hướng tác dụng.
3.1.2. Chỉ tiêu đánh giá an toàn chuyển động
Chỉ tiêu đánh giá an toàn chuyển động chính là chỉ tiêu đánh giá về khả năng chịu tải trọng tĩnh và tải trọng động của hệ thống treo khi xe di chuyển trên các địa hình khác nhau. Trong đó tải trọng động theo phương thẳng đứng tác dụng giữa bánh xe với mặt đường là nguyên nhân chính gây nên mất an toàn chuyển động. Khi xe di chuyển trên các mặt đường khác nhau ngẫu nhiên thì tải trọng động cũng mang tính chất ngẫu nhiên và biên độ của nó dao động quanh một giá trị trung bình. Giá trị trung bình này chính là tải trọng tĩnh đặt lên xe. Vì vậy, chỉ tiêu an toàn chính là một hàm của sai lệch của tải trọng động và tải trọng tĩnh. Khi mà sai lệch này càng bé thì chỉ tiêu an toàn của xe càng tốt. Giá trị bình phương trung bình của biên độ dao động giữa lốp xe với mặt đường được cho bởi biểu thức sau:
𝑓2 = √𝑇1∫ 𝑧𝑇 𝑢2
0 (𝑡)𝑑𝑡 (3.2) Trong đó:
𝑧𝑢- là biên độ dao động của phần khối lượng không được treo T- là chu kỳ dao động.
3.2. BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN 3.2.1. lý do phải điều khiển
Trong bộ giảm chấn được đặc trưng bởi thông số c (hệ số giảm chấn), người ta có thể dùng bộ điều khiển làm thay đổi hệ số (c) để ổn định dao động giữa phần khối
lượng được treo, phần khối lượng không được treo và bánh xe, từ đó có thể khắc phục được độ êm dịu và độ an toàn cho xe. Đây là lí do phải điều khiển và củng là lí do tác giả chọn đề tài: “ Điều khiển hệ thống treo bán chủ động cho xe ô tô sử dụng mô hình
ẳ xe ” để nghiờn cứu.
3.2.2. Phát biểu bài toán
Xột mụ hỡnh điều khiển hệ thống treo bỏn chủ động ẳ xe như Hỡnh 3.1
Hỡnh3.1: Mụ hỡnh điều khiển hệ thống treo bỏn chủ động ẳ xe
Từ mô hình điều khiển, ta có thể dùng các cảm biến để đo độ dịch chuyển giữa phần khối lượng được treo (ms) so với phần khối lượng không được treo (mu), độ dịch chuyển giữa phần khối lượng không được treo (mu) so với lốp, độ dịch chuyển của lốp so với mặt đường, cảm biến đo vận tốc của xe. Xây dựng các bộ ước lượng để tính vận tốc, gia tốc của các thành phần trên mô hình và bộ điều khiển để tác động vào bộ giảm chấn của hệ thống treo.
Mục tiêu của bài toán điều khiển là cần giải quyết được hai vấn đề sau:
- Nâng cao độ êm dịu → Tạo sự thoải mái cho người ngồi trên xe;
- Nâng cao độ an toàn cho xe →Tính ổn định chuyển động của xe.
Tuy nhiên hai vấn đề này là xung đột nhau, thể hiện như Hình 3.2. Để giải quyết được nó, ta cần có một chiến lược điều khiển.Trong luận văn này tác giả dùng luật điều khiển Skyhook hiệu chỉnh, nội dụng của luật điều khiển này sẽ được trình bày ở phần các phương pháp điều khiển.
Hình 3.2: Đặc tính chỉ tiêu chất lượng độ êm dịu và độ an toàn
Ở luật điều khiển Skyhook hiệu chỉnh sẽ đáp ứng được yêu cầu của bài toán là giải quyết được đồng thời sự mâu thuẩn giữa độ êm dịu và độ an toàn cho xe.