Hệ thống treo là một hệ thống quan trọng của ô tô, nó ảnh hưởng trực tiếp đế độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động của ô tô. Hệ thống treo điều khiên ra đời những năm 1960 đã phần nào thõa mãn được các tiêu chí trên. Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, kỹ thuật tính toán và kỹ thuật điều khiển không ngừng phát triển cả về kỹ thuật điều khiển và mô hình điều khiển. Nghành công nghệ ô tô của Việt Nam còn rất non trẻ, gần đây nhà nước quan tâm, kế thừa các thành tựu khoa học của thế giới, nghiên cứu phát triển công nghệ và kỹ thuật mới là cần thiết thúc đẩy ngành công nghiệp ô tô Việt Nam phát triển nhanh.
CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG CỦA Ô TÔ
NGHIÊN CỨU BIÊN DẠNG BỀ MẶT ĐƯỜNG
Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường được thực hiện thông qua các phương pháp thực nghiệm và lý thuyết để xác định quy luật kích thích dao động của ô tô Các phương pháp đo và ghi lại biên dạng mặt đường khác nhau được sử dụng để xử lý kết quả bằng thống kê Đặc tính thống kê của biên dạng đường phản ánh sự biến đổi dưới tác động của ô tô, thời gian và điều kiện khí hậu, môi trường Từ các đặc tính thống kê này, mô hình biên dạng đường được xây dựng làm cơ sở cho các tính toán tiếp theo.
NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG Ô TÔ
Nghiên cứu dao động ô tô nhằm nâng cao độ êm dịu, chất lượng kéo, tính kinh tế, khả năng dẫn hướng, độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy Do đó, việc phân tích dao động ô tô cần xác định mối quan hệ giữa dao động và các chỉ tiêu khai thác này.
Nghiên cứu lý thuyết dao động ô tô thường được tiến hành như sau:
- Thay thế ô tô bằng hệ dao động tương đương, tùy theo quan điểm và mục đích nghiên cứu
- Thiết lập mô hình toán học (hệ phương trình chuyển động) trên cơ sở sử dụng các phương pháp của cơ học giải tích hoặc nguyên lý Dalambe
Giải hệ phương trình bằng máy tính điện tử và máy tính số là phương pháp hiệu quả để phân tích các thông số đầu vào của hệ thống, dựa trên giả thiết về dao động tuyến tính hoặc phi tuyến tính, với kích thích dao động là hàm điều hòa hoặc ngẫu nhiên Một trong những vấn đề quan trọng trong nghiên cứu dao động ô tô là xác định tác động của sự thay đổi các thông số của hệ đến dao động.
Nghiên cứu thực nghiệm dao động ô tô rất quan trọng, vì trong quá trình thử nghiệm, cần giải quyết các vấn đề như cách kích thích ô tô dao động và xử lý số liệu thực nghiệm một cách hiệu quả.
Dao động của ô tô trải rộng trong một dải tần số, bao gồm dao động khối lượng treo ở tần số thấp và cao, cùng với dao động của lớp vỏ xe dưới dạng rung động và phát ra tiếng ồn.
NGHIÊN CỨU CẢM GIÁC CON NGƯỜI
Nghiên cứu cảm giác con người khi lái ô tô là một thách thức lớn, vì cần xác định mức độ mệt mỏi thần kinh và thể chất cũng như phản ứng của các bộ phận cơ thể Để tạo ra hệ dao động chất lượng, cần nghiên cứu mối quan hệ tổng thể giữa "Đường – Ô tô – Con người" Kết quả từ nghiên cứu dao động ô tô sẽ nâng cao chất lượng thiết kế và chế tạo ô tô, từ đó cải thiện hiệu quả và năng suất vận chuyển trong nền kinh tế quốc dân.
Sơ đồ khối nghiên cứu hệ giao động ô tô được trình bày trong hình 3.3, bao gồm các thông số đầu vào như mấp mô mặt biên dạng đường, vận tốc chuyển động và các yếu tố khác Các thông số đầu ra bao gồm gia tốc giao động vận tốc, chuyển dịch tương đối, cũng như các lực tác động lên thân xe và xuống mặt đường Dựa vào các thông số này, có thể đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động của ô tô.
Hình 1 Sơ đồ nghiên cứu hệ giao động ô tô
Do sự đa dạng về kết cấu của ô tô và ảnh hưởng của tải trọng lên hệ dao động, bài viết sẽ tập trung vào việc phân tích dao động của ô tô khi chịu tác động từ mấp mô biên dạng mặt đường.
CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG
TẦN SỐ DAO ĐỘNG
Con người thường di chuyển từ nơi này sang nơi khác trong cuộc sống hàng ngày, dẫn đến việc họ quen với nhịp đi bộ Trung bình, mỗi phút, một người có thể thực hiện khoảng 60 đến 90 bước đi Khi xem bước đi như một dạng dao động, con người đã làm quen với tần số dao động từ 60 đến 90 lần mỗi phút.
Mấp mô biên dạng đường
Các yếu tốc ảnh hưởng khác
Gia tốc giao động Vân tốc và chuyển dịch tương đối
Chỉ tiêu đánh giá Độ êm dịu và an toàn chuyển động Tải trọng tác dụng xuống mặt đường Tải trọng tác dụng lên ô tô
Tần số dao động của ô tô nằm trong giới hạn sau:
- Đối với xe con: n k = 60÷90 lần/phút (1÷1,5 Hz)
Đối với xe tải, tần số dao động n k được khuyến nghị ở mức 100 đến 120 lần/phút (1,6 đến 2 Hz) Tại Việt Nam, chỉ số này được đề xuất không vượt quá 2,5 Hz cho các ô tô sản xuất lắp ráp trong nước.
Gia tốc dao động là một chỉ số quan trọng để đánh giá độ êm dịu của chuyển động, phản ánh ảnh hưởng đồng thời của biên độ và tần số dao động Việc xác định gia tốc dao động có ý nghĩa lớn trong nghiên cứu dao động cưỡng bức, đặc biệt khi dao động tự do chỉ tắt dần sau một số chu kỳ nhất định Giá trị gia tốc giới hạn theo các phương OX (dọc xe), OY (ngang xe) và OZ (thẳng đứng) được xác định thông qua các thí nghiệm thực tế.
Chạy với tốc độ 8-9 km/h, các chỉ số gia tốc X, Y và Z lần lượt nhỏ hơn 2,0 m/s², 1,0 m/s² và 4,0 m/s², cho thấy độ êm dịu của chuyển động ô tô Những số liệu này có thể coi là gần đúng để đánh giá sự êm ái, vì chúng dựa trên thống kê và dao động ô tô truyền cho người ngồi bên trong mang tính chất ngẫu nhiên trong dải tần số rộng.
1.3.2 Hệ số êm dịu chuyển động (K)
Chỉ tiêu được đề xuất bởi các kỹ sư người Đức, dựa trên giả định rằng cảm giác con người khi tiếp xúc với dao động phụ thuộc vào hệ số độ êm dịu chuyển động K Nếu K là hằng số, cảm giác dao động sẽ không thay đổi Hệ số K này chịu ảnh hưởng bởi tần số, gia tốc, vận tốc, phương dao động và thời gian tác động đến cơ thể con người, cả theo phương ngang và phương thẳng đứng.
Hệ số K được xác định theo công thức:
: Tần số dao động (Hz).
Z: Gia tốc dao động (m/s2). k y : Hệ số hấp thụ.
RMS(Z): Giá trị trung bình của gia tốc dao động (m/s2).
RMS(Z)=√ T 1 ∫ T 0 Z 2 ( t ) dt :với T là thời gian tác dụng.
Khi con người nằm và chịu dao động ngang, hệ số K y giảm xuống còn một nửa, cho thấy rằng hệ số K càng nhỏ thì khả năng chịu đựng dao động càng cao và cảm giác êm dịu càng lớn Cụ thể, với K = 0.1, người cảm thấy kích thích; trong khi đó, khi ngồi lâu trên xe, giá trị giới hạn của K nằm trong khoảng 10 đến 25, và khi di chuyển ngắn, giá trị K dao động từ 25 đến 63.
Trong lĩnh vực ô tô, dao động điển hình thường có tính ngẫu nhiên Bằng cách phân tích phổ dao động, giá trị hệ số K có thể được xác định thông qua một công thức cụ thể.
Trong đó: k i : Hệ số êm dịu của thành phần tần số thứ i. n: Số thành phần tần số của hàm ngẫu nhiên.
Giá trị K có thể xác định bằng tính toán lý thuyết hoặc bằng thực nghiệm.
1.3.3 Đánh giá cảm giác theo công suất dao động
Chỉ tiêu này dựa trên giả thuyết về cảm giác của con người khi tiếp xúc với dao động, phụ thuộc vào công suất dao động truyền đến Nếu P(t) là lực tác động lên con người trong quá trình dao động và v(t) là vận tốc dao động, thì công suất trung bình mà con người nhận được sẽ được xác định dựa trên các yếu tố này.
ĐÁNH GIÁ CẢM GIÁC THEO CÔNG SUẤT DAO ĐỘNG
Hệ dao động và cảm giác con người phụ thuộc vào tần số dao động, với hệ số Ky (hệ số hấp thụ) ảnh hưởng bởi tần số lực kích thích và hướng tác động Khi tác động đồng thời n thành phần với các giá trị bình phương trung bình của gia tốc a ´ ci, chúng ta thu được những kết quả đáng chú ý.
Năng lượng tổng cộng truyền đến con người:
- [Nc]=0,2-0.3[W] tương ứng với cảm giác thoải mái;
Giới hạn cho phép đối với ô tô có tính năng thông qua cao là từ 6-10 [Nc] Đánh giá cảm giác lái xe dựa trên gia tốc dao động và thời gian tác động của chúng là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất và an toàn.
Tổ chức quốc tế tiêu chuẩn hóa ISO, được thành lập vào năm 1969, đã đưa ra tiêu chuẩn đánh giá tác động của dao động lên sức khỏe con người theo ba mức: thoải mái, mệt mỏi và mức giới hạn Đánh giá cảm giác này dựa trên dao động thẳng đứng điều hòa tác động lên người ngồi và đứng trong vòng 8 giờ Tần số dao động nhạy cảm nhất với con người nằm trong khoảng 4-8 Hz, và bình phương gia tốc trung bình đối với mức giới hạn được xác định theo tiêu chuẩn này.
- Mệt mỏi ở giới hạn cho phép: 0,63 [m/s 2 ]
Sự thay đổi tần số và thời gian sẽ ảnh hưởng đến các giá trị liên quan Tần số nhạy cảm nhất đối với con người nằm trong khoảng 4-8Hz, nơi cảm giác tỷ lệ hằng số với gia tốc đạt giá trị nhỏ nhất.
KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC
KHÁI NIỆM
Hệ thống treo tích cực, hay còn gọi là hệ thống treo thích ứng, điều khiển chuyển động thẳng đứng của bánh xe thông qua vi mạch, giúp cải thiện hiệu suất lái Hệ thống này giảm thiểu hiện tượng nghiêng ngang, chúi đầu hoặc đuôi xe khi vào cua, phanh hoặc tăng tốc, mang lại trải nghiệm lái an toàn và ổn định hơn.
Công nghệ này cải thiện tính êm ái và khả năng lái của xe bằng cách giữ cho bánh xe luôn vuông góc với mặt đường khi vào cua, từ đó tăng cường độ bám và khả năng điều khiển.
Vi mạch điều khiển sử dụng cảm biến gắn trên xe để phát hiện chuyển động của thân xe Dựa trên dữ liệu được tính toán từ thuật toán điều khiển, vi mạch này sẽ điều chỉnh hoạt động của hệ thống treo.
Hệ thống treo tích cực được chia làm 2 nhóm chính:
Hệ thống treo tích cực hoàn toàn:
Hệ thống treo bán tích cực (bán tích cực):
+ Dẫn động bằng van điện từ (Solenoid).
+ Bộ giảm chấn dùng lưu chất biến từ.
1.4.2 HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC HOÀN TOÀN
Cấu tạo và nguyên lí làm việc
Hình 2 Cấu tạo hệ thống treo tích cực
Hệ thống treo tích cực hoạt động dựa trên các cảm biến đo chiều cao xe, liên tục theo dõi khoảng cách giữa thân xe và các đòn treo để xác định độ cao gầm xe Cảm biến tốc độ ghi nhận và truyền tín hiệu tốc độ xe đến máy tính ECU, giúp điều chỉnh hiệu quả hệ thống treo Các thành phần chính bao gồm nguồn năng lượng cung cấp đầu vào, máy tính ECU, cảm biến, giảm chấn tích cực và bánh xe, tạo nên một hệ thống treo thông minh và linh hoạt.
ECU hệ thống treo đóng vai trò quan trọng trong việc nhận tín hiệu từ các cảm biến để điều chỉnh lực giảm chấn, độ cứng của lò xo và độ cao của xe Nó sử dụng bộ chấp hành điều khiển để thay đổi các thông số này theo điều kiện hoạt động của xe, đảm bảo phản ứng chính xác với sự thay đổi liên tục trong môi trường lái.
Hệ thống treo tích cực cải thiện tính năng vận hành bằng cách sử dụng các bộ chấp hành riêng biệt, tạo ra lực độc lập cho từng bộ phận đàn hồi ở mỗi bánh xe.
Hệ thống Active Wheel của Citroen tích hợp mô tơ điều khiển hệ thống treo trong bánh xe, giúp kiểm soát mô-men xoắn, lực kéo, lực quay vòng, độ nghiêng ngang của thùng xe, và lực giảm chấn cho bánh xe Mô tơ này hoạt động song song với một mô tơ cung cấp lực kéo đặt trong bánh xe, mang lại hiệu suất tối ưu cho xe.
Thiết kế này có nhược điểm là chi phí cao, làm tăng sự phức tạp và khối lượng cho toàn hệ thống Ngoài ra, nó yêu cầu bảo trì thường xuyên và sửa chữa khi cần thiết Việc bảo dưỡng gặp khó khăn vì chỉ có các đại lý ủy quyền mới có đủ dụng cụ và kỹ thuật viên có khả năng sửa chữa cũng như chẩn đoán hư hỏng một cách chính xác.
Dưới dây là một số hệ thống treo tích cực thông dụng hiện nay:
1.4.2.1 Hệ thống treo khí nén điện tử (EAS-Electronic Actuation System)
Hình 3 Hệ thống treo khí nén điện tử ESA
1 Giảm xóc khí nén tự đông điều chỉnh giảm chấn, 2 Cảm biến gia tốc của xe, 3.ECU, 4 Cảm biến độ cao của xe, 5 Cụm van phân phối và cảm biến áp suất khí nén, 6 Máy nén khí, 7 Bình chứa khí nén, 8 Đường dẫn khí
Một số bộ phận chính và chức năng:
Giảm xóc khí nén: trong mỗi xi lanh thì có một giảm chấn thay đổi lực giảm chấn theo 3 chế độ mềm, trung bình, cứng
Cảm biến độ cao xe giúp điều chỉnh lượng khí trong xi lanh khí bằng cách phát hiện độ cao gầm xe thông qua cảm biến điều khiển độ cao trước gắn vào thân xe và kết nối với giá đỡ dưới của giảm chấn Bên cạnh đó, cảm biến tốc độ nằm trong công tơ mét ghi nhận tốc độ và gửi thông tin đến ECU.
ECU hệ thống treo là thiết bị nhận tín hiệu từ các cảm biến, giúp điều chỉnh lực giảm chấn, độ cứng của lò xo và chiều cao xe Nó hoạt động dựa trên điều kiện vận hành của xe thông qua bộ chấp hành điều khiển hệ thống.
Hệ thống treo khí nén - điện tử sử dụng nguyên lý đàn hồi của không khí khi bị nén, mang lại hiệu quả giảm chấn vượt trội Nhờ khả năng hấp thụ rung động tốt, hệ thống này tạo ra sự êm dịu trong chuyển động, vượt trội hơn so với lò xo kim loại Bên cạnh đó, nó còn cho phép điều chỉnh độ cao sàn xe và độ cứng của lò xo giảm chấn một cách dễ dàng.
Máy nén khí cung cấp khí cho từng xi lanh riêng biệt, làm tăng độ cao của xe tương ứng với lượng khí nạp vào Khi không khí được giải phóng qua các van, độ cao xe sẽ giảm Mỗi xi lanh có van điều khiển hoạt động theo chế độ bật - tắt (on - off) để nạp hoặc xả khí theo lệnh của ECU Nhờ vào sự điều khiển của ECU, độ cứng và độ đàn hồi của giảm chấn trên bánh xe tự động điều chỉnh theo độ nhấp nhô của mặt đường, giúp duy trì chiều cao ổn định cho xe.
Tổ hợp các chế độ "giảm chấn, độ cứng lò xo, chiều cao xe" mang lại sự êm dịu tối ưu khi xe hoạt động Ví dụ, việc lựa chọn chế độ phù hợp sẽ cải thiện trải nghiệm lái xe và tăng cường sự thoải mái cho người sử dụng.
"Comfort" thì ECU sẽ điều khiển lực giảm chấn là "mềm", độ cứng lò xo là
Hệ thống có khả năng điều chỉnh độ mềm và chiều cao xe ở mức trung bình Tuy nhiên, khi chuyển sang chế độ "Sport", cần nâng cao tính ổn định khi xe di chuyển ở tốc độ cao và quay vòng, với lực giảm chấn đạt mức trung bình, độ cứng lò xo được điều chỉnh cứng hơn và chiều cao xe được hạ thấp.
TREO BÁN TÍCH CỰC (BÁN TÍCH CỰC )
Hệ thống treo tối thiểu cần đáp ứng hai tiêu chí chính là độ êm dịu và an toàn, tuy nhiên hệ thống treo không tích cực chưa thể thỏa mãn mọi yêu cầu Với sự phát triển của xã hội, nhu cầu về tính tiện nghi ngày càng cao, dẫn đến việc phát triển hệ thống treo tích cực Hệ thống này không chỉ nâng cao tính êm dịu và an toàn mà còn tự động điều chỉnh các thông số phù hợp với từng tình huống cụ thể Bài viết này sẽ tập trung nghiên cứu về cách thức hoạt động của hệ thống treo tích cực.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG
GIỚI THIỆU
Chương này tập trung vào việc xây dựng nền tảng cho mô hình toán học của một mẫu xe đầy đủ, đặc biệt là mô hình động lực học để mô tả mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra, giúp người dùng hiểu cách hoạt động của hệ thống Đầu tiên, chương sẽ trình bày cách xây dựng mô hình toán học cho hệ thống treo không tích cực và tích cực của xe, sau đó mở rộng sang mô hình toàn xe Mục tiêu chính là thu được mô tả không gian trạng thái của mô hình toàn xe, trong đó hệ thống treo được mô hình hóa như một hệ thống tuyến tính Biến trạng thái được thể hiện qua chuyển động thẳng đứng của thân xe và bánh xe, với giả định rằng các góc cuộn và độ dốc là nhỏ để đạt được mô hình tuyến tính.
Hình 2 1 :Nguyên tắc mô hình toán học hể thống treo tích cực. Đối tượng / hệ thống
Biến số, thông số mô hình
2.2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG TREO KHÔNG TÍCH CỰC CHO Mễ HèNH ẳ XE.
Mô hình kết cấu hệ thống treo ô tô truyền thống bao gồm các phần tử đàn hồi với độ cứng C và phần tử giảm chấn có hệ số cản K, tạo sự liên kết giữa khối lượng treo M2 và khối lượng không được treo M1 Khối lượng không được treo kết nối với mặt đường qua lốp xe và được thể hiện như phần tử đàn hồi với độ cứng KL Khi ô tô dao động, sẽ xuất hiện các chuyển dịch của thân xe Xs, hệ thống không được treo Xw và bánh xe r.
Hỡnh 2 2 : Hệ thống treo khụng tớch cực cho mụ hỡnh ẳ xe.
Chi tiết của đạo hàm cho hệ thống treo không tích cực dựa trên mô hình hóa và mô phỏng của động lực học hệ thống, 1997.
Từ hình 2.2 ta có được các phương trình toán học.
M1: khối lượng của bánh xe/khối lượng không được treo (kg).
M2: khối lượng thân xe/khối lượng treo (kg). r : Trạng thái mặt đường.
Ka: Độ cứng của lò xo thân xe (N/m).
Kt: Độ cứng của lốp (N/m).
Vậy trong chương trình không gian trạng thái, phương trình (2.3) có thể được viết như sau: Ẋ ¿t) = Ax(t)+ f(t) (2.4) Trong đó:
Viết lại phương trình (2.4) ở dạng ma trận.
[ Ẋ Ẋ Ẋ Ẋ ₁ ₂ ₃ ₄ ] = [ −Kₐ M − M ₁ Kₐ ₂ 0 1 0 0 0 0 1 M Cₐ −Cₐ M ₁ ₂ M K 0 −1 t ₁ M Cₐ −Cₐ M ₂ ₁ ] [ X X X X ₁ ₂ ₃ ₄ ] + [ −1 0 0 0 ] ´ r (2.6)
Các thông số của hệ thống được lấy từ [2] và thể hiện trong bảng 2.1.
Bảng 2 1 Thông số cho phần tư xe.
2.3 MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC CHO 1/4 XE.
Mô hình toán học của hệ thống treo tích cực, như thể hiện trong hình 2.1 và 2.3, có sự khác biệt về kết cấu so với hệ thống treo thông thường Hệ thống này được trang bị cơ cấu điều khiển lực (Ua) nhằm điều chỉnh hệ số cản của giảm chấn (Ca) Dưới đây là đạo hàm của dao động tích cực.
M1YkgM2)0kgKa812N/mKt0000N/mCa00Ns/m
Hình 2 3: Hệ thống treo tích cực cho mô hình phần tư xe
M1: Khối lượng của bánh xe/khối lượng không được treo (kg) M2: Khối lượng thân xe/ khối lượng treo (kg) r : chỉ số mặt đường
Xw: dịch chuyển bánh xe (m)
Xs : dịch chuyển thân xe(m)
Ka: độ cứng lò xo(N/m)
Kt : độ cứng lốp xe (N/m)
Ca : hệ số cản giảm chấn
Ua : cơ cấu tạo lực (N)
Các biến đổi trạng thái trong phương trình (2.3) dẫn đến việc phương trình (2.7) và (2.8) có thể được diễn đạt dưới dạng: Ẋ ₍ t) = Ax(t) + B u(t) + f(t) (2.9) Ngoài ra, phương trình (2.4) cần được viết lại dưới dạng ma trận hiệu suất.
[ Ẋ Ẋ Ẋ Ẋ ₁ ₂ ₃ ₄ ] = [ −Kₐ M − M ₁ Kₐ ₂ 0 1 0 0 0 0 1 M Cₐ −Cₐ M ₁ ₂ M K 0 −1 t ₁ M Cₐ −Cₐ M ₂ ₁ ] [ X X X X ₁ ₂ ₃ ₄ ] + [ M M 0 1 0 1 2 1 ] U a + [ −1 0 0 0 ] r ´
KẾT LUẬN
Hệ thống treo của xe được mô tả như một dao động chịu tác động của các lực từ môi trường xung quanh, theo cả chiều ngang và dọc Để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động của nó, tôi đã áp dụng định luật Newton 2 để phân tích các lực tác động lên xe, với giả thiết rằng bánh xe luôn tiếp xúc với mặt đường, không trượt, và chuyển động đều theo chiều thẳng đứng trên tọa độ phẳng.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU CHỈNH TOÀN PHƯƠNG TUYẾN TÍNH LẶP
GIỚI THIỆU
Mục tiêu của chương này là thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống treo tích cực, nhằm tạo ra các lực điều khiển các thông số đầu ra như dịch chuyển xoay của thân xe, dịch chuyển thẳng đứng của bánh xe, hành trình làm việc của hệ thống treo và độ lệch bánh xe Bộ điều khiển tối ưu sẽ cung cấp hiệu suất tốt cho các thông số đã được tiêu chuẩn hóa.
CÁCH THỨC ĐIỀU KHIỂN
Trong điều khiển tối ưu, việc tìm kiếm bộ điều khiển mang lại hiệu suất tối ưu là rất quan trọng Cách thức điều khiển đóng vai trò then chốt trong hệ thống treo tích cực, giúp cân bằng giữa độ êm ái và an toàn khi xe di chuyển Hiện nay, nhiều nghiên cứu đang được tiến hành nhằm cải thiện hiệu suất hệ thống treo thông qua việc áp dụng các phương pháp điều khiển đa dạng.
Các nghiên cứu về hệ thống treo điều khiển đã được thực hiện chủ yếu nhằm cải thiện hiệu suất và khả năng vận hành của xe Một trong những lý do chính là khả năng chuyển hóa dễ dàng và khả năng nắm bắt các đặc trưng cơ bản của các vấn đề thực tế liên quan đến xe Hầu hết các nghiên cứu tập trung vào việc điều khiển các lực được tạo ra bởi giá treo của giảm chấn và lò xo, nhằm tối ưu hóa trải nghiệm lái xe và nâng cao độ an toàn.
3.2.1 TOÀN PHƯƠNG TUYẾN TÍNH LẶP
Phương pháp điều khiển LQR (Linear Quadratic Regulator) được áp dụng rộng rãi trong nghiên cứu hệ thống treo của xe, bao gồm cả hệ thống treo tích cực và toàn bộ xe Lợi thế của việc tiếp cận này là khả năng điều chỉnh các hệ số hiệu suất theo yêu cầu của nhà thiết kế, từ đó giúp đạt được kết quả tối ưu khi tích hợp tất cả các bảng hệ số vào phương trình Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng LQR cho hệ thống treo tích cực không chỉ nâng cao tính an toàn mà còn cải thiện sự êm dịu trong quá trình điều khiển xe.
Phương pháp logic mờ có khả năng điều khiển hệ thống treo một cách hiệu quả nhờ vào các chức năng thành phần phù hợp và cơ sở quy ước cơ bản, giúp nó trở nên không nhạy cảm với mô hình Logic mờ cho phép điều khiển trong các điều kiện không xác định rõ, đồng thời hỗ trợ việc điều khiển dựa trên mục đích Bộ điều khiển được xây dựng dựa trên lý thuyết cung cấp chất lượng mờ, và phương pháp điều khiển ngôn ngữ của thuật toán mờ hoạt động như một mô hình quá trình mờ Với các báo cáo ngôn ngữ từ cơ sở quy tắc, phương pháp này tương tự như cách suy nghĩ của con người, mang lại hiệu quả cao trong ứng dụng.
Việc thay đổi đầu ra và đầu vào trong hệ thống treo đã được quyết định, sử dụng kỹ thuật số mô phỏng để tối ưu hóa lựa chọn trạng thái vận tốc và gia tốc khối lượng Đầu ra của bộ điều khiển được biểu diễn bằng lực U, và toàn bộ giả thiết đầu ra và đầu vào được chia thành ba phần: P (dương), Z (không) và N (âm) Giả thiết cho thay đổi đầu vào được nghiên cứu trong bối cảnh hệ thống treo thụ động, nhằm xác định giá trị lớn nhất và nhỏ nhất cho từng thay đổi đầu vào cụ thể.
3.2.3 ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI Điều khiển thích nghi là một loại bộ điều khiển có thể thay đổi cách xử lý của nó trong sự phản hồi của những thay đổi về động lực học trong quá trình xử lí và tính chất của rung động Loại bộ điều khiển này có một thông số điều chỉnh và một bộ phận để điều chỉnh đúng yêu cầu Do đó bộ điều khiển trở thành phi tuyến tính do điều chỉnh thông số Một hệ thống điều khiển bộ điều hợp có thể mô tả có hai vòng lặp thể hiện như trong hình 3.1. Vòng lắp đầu tiên là phản hồi trạng thai bình thường với quy trình và bộ điều khiển và vòng lắp thứ hai là vòng điều chỉnh thông số lặp
Hình 3 1 Sơ đồ khối của hệ thống
Trong điều khiển thích ứng, có hai loại chính: mô hình điều khiển tham khảo thích ứng (MRAC) và điều khiển tự động Nghiên cứu này chỉ tập trung vào MRAC, được thể hiện qua sơ đồ khối trong Hình 3.2 Hệ thống MRAC thường bao gồm vòng lặp phản hồi với quá trình và bộ điều khiển, cùng với một vòng lặp phản hồi thứ hai để điều chỉnh các thông số của bộ điều khiển, minh họa ứng dụng của điều khiển thích ứng Đặc biệt, tính chắc chắn của bộ điều khiển là yếu tố cần được đảm bảo trong nghiên cứu này.
Hình 3 2 Sơ đồ khối MRAC
Trong MRAC (Mô hình tham khảo điều khiển thích nghi), để hệ thống hoạt động theo mong muốn, cần phải có một mô hình được chỉ định, và các thông số của bộ điều khiển sẽ được điều chỉnh dựa trên sai số Sai số được định nghĩa là sự khác biệt giữa đầu ra của hệ thống khép kín và mô hình.
Có hai phương pháp chính để đảm bảo ổn định trong hệ thống: phương pháp Gradient, còn được biết đến với định luật MIT, và phương pháp Lyapunov Mặc dù phương pháp Lyapunov tương tự như định luật MIT, nhưng nó đã được chứng minh là đảm bảo ổn định hơn, mang lại hiệu quả cao hơn trong việc phân tích và thiết kế hệ thống.
Phương pháp MIT là cách tiếp cận cơ bản của MRAC, trong đó bộ điều khiển hệ thống khép kín có thông số điều chỉnh θ Ngoài ra, có thể điều chỉnh các thông số thông qua việc giảm thiểu hàm chi phí J.
2 e 2 (3.1) Để giảm J, nó hợp lí để thay đổi tham số theo phương âm của độ dốc J, nghĩa là dθ dt =−γ δJJ δJθ =−γe δJe δJθ (3.2)
Không có gì đảm bảo rằng một bộ điều khiển tích cực theo định luật MIT sẽ tạo ra một hệ thống kín hoạt động ổn định Lý thuyết bền cho hệ phi tuyến tính đã được nhà toán học Lyapunov phát triển Để thiết kế bộ điều khiển theo phương pháp Lyapunov, trước tiên cần xác định một phương trình vi phân chứa lỗi với nhiều thông số điều chỉnh Sau đó, tìm hàm Lyapunov V(e, θ) thường ở dạng bậc hai Cuối cùng, xây dựng một cơ chế thích nghi dựa trên V(e, θ) để sai số sẽ bằng 0 Lyapunov đã nghiên cứu các phương trình vi phân phi tuyến tính, cụ thể là dx/dt = f(x) với f(0) = 0.
Vì f(0)=0, nên phương trình dẫn đến x(t)=0 Để đảm bảo rằng nghiệm tồn tại và duy nhất, cần thiết phải đưa ra một số giả định về hàm f(x).
Bộ điều khiển H ∝ được phát triển dựa trên điều kiện tính khả thi của độ trễ trong bất đẳng thức ma trận phụ thuộc Nghiên cứu cho thấy việc tối ưu hóa một chức năng đơn mục tiêu trọng số với các ràng buộc cứng, hoặc áp dụng chức năng đa mục tiêu, là phương pháp hiệu quả để cải thiện hiệu suất treo và giảm thiểu va chạm trên xe.
G( s)∈ C p × q được xác định bởi ∥ G ( s ) ∥ ∞ =maxω∈ R ∥ G( jωω) ∥ (3.4)
Nơi nào, σ 1 biểu thị giá trị suy biến lớn nhất của ma trận phức G ( jωω)
Giá trị hệ thống được xác định bởi các phương trình x = Ax + B1w + B2u, z = C1x + D12w, và y = C2x + w, trong đó ω(t) là nhiễu tác động lên hệ thống, u(t) là tác động điều chỉnh và z(t) là chỉ số hiệu suất Bên cạnh đó, vấn đề điều khiển H∞ liên quan đến việc tìm kiếm quy luật điều khiển ổn định u(t) = F(y(t)).
Các phương trình và ổn định hệ thống đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tác động của nhiễu w(t) lên chỉ số hiệu suất z Để đạt được mục tiêu này, cần giảm thiểu H∞ định mức của hàm truyền Một phương pháp hiệu quả để thực hiện điều này là sử dụng điều khiển chế độ trượt.
KẾT LUẬN
Chương này đã đề cập đến các phương pháp kiểm soát trong hệ thống treo tích cực, trong đó em chọn phương pháp điều khiển toàn phương tuyến tính lặp (LQR) cho mô hình 1/4 xe Phương pháp LQR cho phép đánh giá hiệu suất hệ thống và điều chỉnh các thông số mong muốn Ngoài ra, ma trận thiết kế để đạt được phản hồi cũng được trình bày, với bước quan trọng là thay đổi giá trị của ma trận Q và ma trận R để tối ưu hóa hiệu quả điều khiển.
R ở đây được lấy từ thực nghiệm nên em sẽ không phân tích rõ.
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
GIỚI THIỆU
Chương này phân tích hiệu suất của hệ thống treo tích cực tuyến tính, như đã trình bày trong chương 2, thông qua mô phỏng dựa trên mô hình toán học cho xe một phần tư và toàn bộ xe bằng phần mềm MATLAB/SIMULINK Hệ thống treo sẽ được quan sát trong điều kiện chất lượng điều khiển và quá trình xử lý, với biên dạng đường thay đổi được tính toán làm đầu vào Các thông số quan trọng như hành trình treo, độ lệch bánh xe và gia tốc thân xe sẽ được ghi nhận cho mô hình một phần tư xe Biến dạng đường được lấy từ tài liệu tham khảo [11], với mục tiêu đạt được giá trị biên độ nhỏ nhất cho các thông số trên Trạng thái ổn định của các phần tử sẽ được phản ứng kịp thời.
MÔ PHỎNG ĐẶC TRƯNG
Trong chương 2, chúng tôi đã trình bày đạo hàm của mô hình toán học cho mô hình một phần tư xe và toàn bộ xe, áp dụng cho cả hệ thống treo không tích cực và tích cực Các thông số liên quan đến hệ thống treo của một phần tư xe và toàn bộ xe cũng được cung cấp Mô hình toán học cho một phần tư xe trong chương này được xây dựng dựa trên các nội dung đã đề cập trong chương 2, do đó các thông số cũng được xác định dựa trên chương này.
Bài viết này mô tả việc sử dụng hệ phương trình vi phân để mô phỏng dao động của toàn bộ xe ô tô thông qua các khối chức năng trong Matlab – Simulink Quá trình này bao gồm việc giải hệ phương trình để thu được các thông số đánh giá dao động của 1/4 xe, từ đó cung cấp cái nhìn sâu sắc về hành vi dao động của xe trong không gian.
Khối xử lý tín hiệu:
Hình 4.1 : Sơ đồ mô phỏng của treo tích cực trong simulink:
Hình 4.2 : Sơ đồ mô phỏng của treo không tích cực trong simulink:
Mô tả toán học biên dạng mặt dường
Dao động ô tô xảy ra khi xe di chuyển, chịu tác động từ nhiều lực kích thích tự nhiên có đặc tính và hướng khác nhau Các nguồn kích thích này là nguyên nhân chính gây ra dao động cho ô tô.
- Độ mất mô biên dạng bề mặt đường;
- Đọ lệch tâm và sự quay không đều của bánh xe;
- Sự quay không đều của bánh xe, các chi tiết quay của động cơ và hệ thống truyền lực;
Lực và mômen có khả năng làm thay đổi vận tốc và hướng di chuyển của ô tô, bao gồm cả ảnh hưởng của lực khí động Tuy nhiên, các lực và mômen này thường thay đổi một cách từ từ.
Chuyển động của ô tô trên bề mặt đường không bằng phẳng gây ra giao động cho cả khối lượng phần treo và không treo của xe Độ mấp mô của bề mặt đường đóng vai trò là nguồn kích thích cho dao động của ô tô Do đó, trong nghiên cứu mô hình dao động của ô tô, việc mô tả toán học biên dạng bề mặt đường là rất quan trọng, vì chiều cao mấp mô tại vị trí tiếp xúc bánh xe với đường sẽ là tín hiệu đầu vào cho dao động của hệ thống.
4.2.1 BIÊN DẠNG ĐƯỜNG 1 CHO MÔ PHỎNG 1 PHẦN TƯ CỦA Ô
Biên dạng đường được giả sử là sự xáo trộn trong thời gian ngắn lấy từ
[2] Sự xáo trộn đặc trưng cho đầu vào trong [2] được hiển thị bên nơi biểu thị biên độ sự rung lắc r (t )= { a ( 1−cos 8 0 trái lại π ) 0.5 ≤t ≤ 0.75
4.2.2 BIấN DẠNG ĐƯỜNG 2 CHO Mễ PHỎNG ẳ XE
Biên dạng đường 2 được trích một phần biên dạng đường 1 và có thêm phần xáo trộn nhỏ tại quảng thời gian 3,0s-3.25s r (t )= { a(1−cos a ( 1−cos8 8 πt 0trái lại πt )/23.0 ) 0.5 s ≤ t ≤ s ≤ t ≤ 0.75s 3.25 s (4.2)
SO SÁNH KẾT QUẢ GIỮA TREO THỤ ĐỘNG VÀ TREO TÍCH CỰC CỦA Mễ HèNH ẳ XE
CỰC CỦA Mễ HèNH ẳ XE
Công việc mô phỏng máy tính dựa trên phương trình (2.4) để thực hiện so sánh giữa quan hệ treo không tích cực và treo tích cực cho mô hình ẳ xe Đối với bộ điều khiển, các tham số Q và R được thiết lập cụ thể để tối ưu hóa hiệu suất.
Do đó giá trị độ khuếch đại của K
Hình 4.5 : Tạo lực bằng cách sử dụng bộ điều khiển LQR với biên dạng đường 1
Nhận xét: Lực tác động để điều khiển cơ cấu treo có xu hướng chuyển động dạng hình sine, lực lớn nhất là 4800N
Không tích cực Tích cực
Hình 4.6 :Dịch chuyển thân xe với biên dạnh đường 1
Giá trị giảm dịch chuyển thân xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực) / giá trị không tích cực, cụ thể là (0.067 - 0.083) / 0.067, cho kết quả là -23.9% Điều này cho thấy dịch chuyển thân xe đã tăng 23,9% trong trường hợp treo hoạt động.
Giá trị giảm thời gian xử lí= (giá trị không tích cực- giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực)=(4.5-0.5)/4.5= 88,9%
Hình 4.7 : Gia tốc thân xe với biên dạng đường 1
Giá trị giảm gia tốc thân xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực) = (7-22)/7 = -214.2% Điều này cho thấy gia tốc thân xe tăng 214.2% trong trường hợp treo hoạt động Bên cạnh đó, giá trị giảm thời gian xử lý cũng được xác định với công thức: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực) = (2.5 - 0.5)/2.5 = 80%.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.8 Dịch chuyển bánh xe với biên dạng đường 1
Giá trị giảm dịch gia tốc xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), cho kết quả là -26%, cho thấy dịch chuyển bánh xe tăng 26% trong trường hợp treo hoạt động Đồng thời, giá trị giảm thời gian xử lý cũng được tính bằng (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), dẫn đến kết quả 84%.
Không tích cực Tích cực
Hinh 4.9 :Độ lệch bánh xe với biên dạng đường 1
Giá trị giảm độ lệch bánh xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực) dẫn đến kết quả là -116.6%, cho thấy độ lệch bánh xe tăng 116.6% trong trường hợp treo hoạt động Bên cạnh đó, giá trị giảm thời gian xử lý được xác định qua công thức: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), cho ra kết quả là 80%.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.10 : Hành trình treo với biên dạng đương 1
Giá trị giảm hành trình treo xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực) = (0.082-0.04)/0.082, cho thấy độ lệch bánh xe giảm 51.2% trong trường hợp treo hoạt động Bên cạnh đó, giá trị giảm thời gian xử lý cũng được xác định qua công thức: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực) = (3.5-0.5)/3.5, dẫn đến mức giảm 85.7%.
Hình 4.11 : Tạo lực bằng cách sử dụng bộ điều khiển LQR với biên dạng đường 2
Nhận xét: Lực tác động có biên dạng hình sine tại khoảng thời gian 0.5s đến 0.9s lực lớn nhất là 4400N còn tại khoảng 3s đến 3.5s lực lớn nhất là 2200N
Không tích cực Tích cực
Hình 4.12 : Dịch chuyển thân xe với biên dạng đường 2
Giá trị giảm dịch chuyển thân xe được tính toán là -23.9%, với công thức (giá trị không tích cực - giá trị tích cực) / giá trị không tích cực, cụ thể là (0.067 - 0.083) / 0.067 Đồng thời, giá trị giảm thời gian xử lý đạt 53.8%, được xác định qua công thức (giá trị không tích cực - giá trị tích cực) / giá trị không tích cực, với các giá trị là (6.5 - 3) / 6.5.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.13 : Gia tốc thân xe với biên dạng đường 2
Giá trị giảm gia tốc thân xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), cho kết quả là -214.2% Trong khi đó, giá trị giảm thời gian xử lý được xác định qua công thức: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), với kết quả là 40%.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.14 : Dịch chuyển bánh xe với biên dạng đường 2
Giá trị giảm dịch gia tốc xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), cho kết quả là -26% khi áp dụng giá trị 0.115 cho giá trị không tích cực và 0.118 cho giá trị tích cực Đồng thời, giá trị giảm thời gian xử lý đạt 33.3% với công thức tương tự, sử dụng giá trị không tích cực là 4.5 và giá trị tích cực là 3.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.15 : Độ lệch bánh xe với biên dạng đường 2
Giá trị giảm độ lệch bánh xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), với kết quả là -116.6% Đồng thời, giá trị giảm thời gian xử lý cũng được xác định qua công thức: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), cho thấy mức giảm là 33.3%.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.16 : Hành trình treo với biên dạng đường 2
Giá trị giảm hành trình treo xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), cho kết quả là 51.2% trong trường hợp treo hoạt động Đồng thời, giá trị giảm thời gian xử lý cũng được xác định với công thức tương tự, cho thấy mức giảm là 45.5%.
KẾT LUẬN
Bằng cách so sánh hiệu suất giữa hệ thống treo không tích cực và tích cực thông qua kỹ thuật điều khiển LQR, nghiên cứu cho thấy hệ thống treo tích cực có khả năng giảm biên độ và rút ngắn thời gian giải quyết hành trình treo cho cả hai loại biên dạng đường Gia tốc thân xe cải thiện một chút với biên độ nhỏ hơn so với hệ thống treo không tích cực, nhưng thời gian giải quyết lại rất nhanh, cho thấy chất lượng xe được nâng cao Bộ tạo lực với các bộ truyền động cho cả biên dạng đường được minh họa trong hình 4.5 và hình 4.11 Mặc dù sự chuyển dịch bánh xe có biên độ hơi cao hơn, nhưng vẫn đảm bảo thời gian giải quyết nhanh chóng.
Mục đích chính của việc quan sát sự dịch chuyển của bánh xe là để đánh giá hiệu suất điều khiển xe Mô phỏng máy tính cho thấy rằng mô hình xe 1/4 sử dụng bộ điều khiển LQR đạt hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa hiệu suất đầu ra Tuy nhiên, bộ điều khiển LQR không có khả năng thích ứng với tất cả các thay đổi trong các biên dạng đường khác nhau.
Chương I của bài viết giúp chúng ta hiểu rõ các ưu nhược điểm của hệ thống treo, đặc biệt là hệ thống treo tích cực, có khả năng khắc phục mọi nhược điểm của hệ thống treo không tích cực bằng cách tự động điều chỉnh hệ số cản, tối ưu hóa độ êm dịu và an toàn phù hợp với điều kiện mặt đường Chương II sẽ đi sâu vào việc phân tích mô hình xe dựa trên các giá trị có sẵn, từ đó đưa ra phương trình toán học áp dụng định luật vật lý Newton, giúp người đọc hiểu rõ bản chất và quá trình hoạt động bên trong của hệ thống treo tích cực cùng cách điều chỉnh các thông số liên quan.
Bài viết này trình bày ba đề tài về phương pháp điều khiển hệ thống, trong đó lựa chọn phương pháp điều khiển LQR để tối ưu hóa hiệu suất Tuy nhiên, việc sử dụng LQR để điều khiển lực truyền động gặp phải một số vấn đề, đặc biệt là về độ cứng vững Đầu tiên, LQR không thể giảm biên độ cho hầu hết các thông số đo được so với hệ thống treo không tích cực, mặc dù nó có khả năng hạ thấp thời gian phản hồi nhanh hơn so với hệ thống treo bị động Thêm vào đó, LQR không thích ứng tốt với những thay đổi do nhiễu loạn đường, dẫn đến hiệu suất kém trong các điều kiện này Điều này chỉ ra rằng hệ thống treo hoạt động LQR cho mô hình xe không thể hoạt động hiệu quả trong các nhiễu loạn đường kéo dài.
Hệ thống treo tích cực cho thấy biên dạng dịch chuyển thân xe, gia tốc bánh xe và thân xe, cũng như độ lệch bánh xe cao hơn so với hệ thống treo không tích cực Tuy nhiên, thời gian dập tắt các dao động của hệ thống treo tích cực lại nhanh hơn nhiều, mang lại sự êm dịu tối ưu cho người sử dụng.
[1] Nguyễn Khắc Trai, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Huy Hường, Nguyễn Văn Chưởng, Trịnh Minh Hoàng (2009), Kết cấu ô tô, NXB Bách khoa Hà Nội.
[2] Nguyễn Phùng Quang (2005), Matlab & Simulink, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[3] Nguyễn Khắc Trai (2007), Cấu tạo gầm ô tô tải, ô tô buýt, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội.
[4] Đào Mạnh Hùng (2007), Dao động ô tô, Bài giảng chương trình Cao học,
[5] Trần Văn Như (2006), Nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo bán tích cực điều khiển mờ trên ô tô, Luận văn thạc sỹ kỹ thật, Hà Nội.
Phạm Thị Nguyệt (2013) đã thực hiện nghiên cứu về việc xây dựng mô hình khảo sát hệ thống treo bán chủ động trong luận văn thạc sĩ kỹ thuật tại Trường Đại học Bách khoa, Hà Nội Nghiên cứu này đóng góp vào việc hiểu rõ hơn về hiệu suất và tính năng của hệ thống treo, từ đó nâng cao chất lượng và độ an toàn của các phương tiện giao thông.
[7] Abramov, Mannan, Semi-Active Suspension System Simulation UsingSIMULINK.
3 Biên dạng đường 1
4.2.2 BIấN DẠNG ĐƯỜNG 2 CHO Mễ PHỎNG ẳ XE
Biên dạng đường 2 được trích một phần biên dạng đường 1 và có thêm phần xáo trộn nhỏ tại quảng thời gian 3,0s-3.25s r (t )= { a(1−cos a ( 1−cos8 8 πt 0trái lại πt )/23.0 ) 0.5 s ≤ t ≤ s ≤ t ≤ 0.75s 3.25 s (4.2)
4.3 SO SÁNH KẾT QUẢ GIỮA TREO THỤ ĐỘNG VÀ TREO TÍCH
CỰC CỦA Mễ HèNH ẳ XE
Công việc mô phỏng máy tính dựa trên phương trình (2.4) để thực hiện so sánh giữa quan hệ treo không tích cực và treo tích cực cho mô hình xe Đối với bộ điều khiển, các tham số Q và R được thiết lập cụ thể để tối ưu hóa hiệu suất.
Do đó giá trị độ khuếch đại của K
Hình 4.5 : Tạo lực bằng cách sử dụng bộ điều khiển LQR với biên dạng đường 1
Nhận xét: Lực tác động để điều khiển cơ cấu treo có xu hướng chuyển động dạng hình sine, lực lớn nhất là 4800N
Không tích cực Tích cực
Hình 4.6 :Dịch chuyển thân xe với biên dạnh đường 1
Giá trị giảm dịch chuyển thân xe được tính toán bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực) / giá trị không tích cực, với kết quả là (-23.9%) Điều này cho thấy dịch chuyển thân xe đã tăng 23,9% trong trường hợp treo hoạt động.
Giá trị giảm thời gian xử lí= (giá trị không tích cực- giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực)=(4.5-0.5)/4.5= 88,9%
Hình 4.7 : Gia tốc thân xe với biên dạng đường 1
Giá trị giảm gia tốc thân xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), cho kết quả là -214.2%, cho thấy gia tốc thân xe tăng 214.2% trong trường hợp treo hoạt động Đồng thời, giá trị giảm thời gian xử lý cũng được xác định với công thức: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), cho kết quả 80%.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.8 Dịch chuyển bánh xe với biên dạng đường 1
Giá trị giảm dịch gia tốc xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), cho kết quả là -26%, cho thấy dịch chuyển bánh xe tăng 26% trong trường hợp treo hoạt động Bên cạnh đó, giá trị giảm thời gian xử lý được xác định bằng (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), với kết quả là 84%.
Không tích cựcTích cực
9 :Độ lệch bánh xe với biên dạng đường 1
Giá trị giảm độ lệch bánh xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực) dẫn đến kết quả là -116.6%, cho thấy độ lệch bánh xe tăng 116.6% trong trường hợp treo hoạt động Đồng thời, giá trị giảm thời gian xử lý cũng được xác định với công thức: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), cho kết quả 80%.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.10 : Hành trình treo với biên dạng đương 1
Giá trị giảm hành trình treo xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực) = (0.082-0.04)/0.082, cho thấy độ lệch bánh xe giảm 51.2% trong trường hợp treo hoạt động Bên cạnh đó, giá trị giảm thời gian xử lý cũng được tính tương tự: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực) = (3.5-0.5)/3.5, dẫn đến mức giảm 85.7%.
Hình 4.11 : Tạo lực bằng cách sử dụng bộ điều khiển LQR với biên dạng đường 2
Nhận xét: Lực tác động có biên dạng hình sine tại khoảng thời gian 0.5s đến 0.9s lực lớn nhất là 4400N còn tại khoảng 3s đến 3.5s lực lớn nhất là 2200N
Không tích cực Tích cực
Hình 4.12 : Dịch chuyển thân xe với biên dạng đường 2
Giá trị giảm dịch chuyển thân xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực) với kết quả là -23.9%, cụ thể là (0.067-0.083)/0.067 Đồng thời, giá trị giảm thời gian xử lý cũng được xác định qua công thức tương tự, cho thấy mức giảm 53.8% với tính toán (6.5-3)/6.5.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.13 : Gia tốc thân xe với biên dạng đường 2
Giá trị giảm gia tốc thân xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực) / (giá trị không tích cực), cho kết quả là -214.2% Trong khi đó, giá trị giảm thời gian xử lý được xác định qua công thức: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực) / (giá trị không tích cực), với kết quả đạt 40%.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.14 : Dịch chuyển bánh xe với biên dạng đường 2
Giá trị giảm dịch gia tốc xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), cho kết quả là -26% với giá trị không tích cực là 0.115 và giá trị tích cực là 0.118 Đồng thời, giá trị giảm thời gian xử lý được xác định bằng (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực), dẫn đến kết quả 33.3% với giá trị không tích cực là 4.5 và giá trị tích cực là 3.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.15 : Độ lệch bánh xe với biên dạng đường 2
Giá trị giảm độ lệch bánh xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực) / giá trị không tích cực, cho kết quả là -116.6% Đồng thời, giá trị giảm thời gian xử lý cũng được xác định bằng cách sử dụng công thức tương tự, cho thấy mức giảm là 33.3%.
Không tích cực Tích cực
Hình 4.16 : Hành trình treo với biên dạng đường 2
Giá trị giảm hành trình treo xe được tính bằng công thức: (giá trị không tích cực – giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực) = (0.082-0.04)/0.082, cho thấy độ lệch bánh xe giảm 51.2% trong trường hợp treo hoạt động Đồng thời, giá trị giảm thời gian xử lý cũng được xác định với công thức: (giá trị không tích cực - giá trị tích cực)/(giá trị không tích cực) = (5.5-3)/5.5, dẫn đến mức giảm 45.5%.
Bằng cách so sánh hệ thống treo không tích cực và tích cực thông qua kỹ thuật điều khiển LQR, nghiên cứu cho thấy hệ thống treo tích cực có khả năng giảm biên độ và rút ngắn thời gian giải quyết hành trình treo cho cả hai loại biên dạng đường Gia tốc thân xe cải thiện một chút với biên độ nhỏ hơn so với hệ thống không tích cực, nhưng thời gian giải quyết lại rất nhanh, cho thấy chất lượng xe được nâng cao Hình 4.5 và hình 4.11 minh họa bộ tạo lực bằng các bộ truyền động cho cả biên dạng đường Mặc dù sự chuyển dịch bánh xe có biên độ hơi cao hơn, nhưng thời gian giải quyết vẫn được đảm bảo nhanh chóng.
Mục đích chính của việc quan sát sự dịch chuyển của bánh xe là để đánh giá hiệu suất điều khiển xe Mô phỏng máy tính cho thấy rằng mô hình 1/4 xe sử dụng bộ điều khiển LQR đạt hiệu quả cao trong việc tối ưu hóa hiệu suất Tuy nhiên, bộ điều khiển LQR không có khả năng thích ứng với tất cả các thay đổi trong các biên dạng đường khác nhau.
Thông qua đề tài, chương I giúp chúng ta hiểu rõ ưu nhược điểm của hệ thống treo, đặc biệt là hệ thống treo tích cực, với khả năng khắc phục nhược điểm của treo không tích cực bằng cách tự động thay đổi hệ số cản, tối ưu hóa độ êm dịu và an toàn phù hợp với tình trạng mặt đường Chương II sẽ phân tích mô hình xe dựa trên các giá trị có sẵn, từ đó đưa ra phương trình toán học áp dụng định luật vật lý Newton, giúp người đọc hiểu rõ bản chất và quá trình hoạt động của treo tích cực, cùng với cách điều chỉnh các thông số liên quan.
Bài viết này trình bày ba đề tài về phương pháp điều khiển hệ thống, trong đó lựa chọn phương pháp điều khiển LQR để tối ưu hóa hiệu suất Tuy nhiên, việc sử dụng LQR để điều khiển lực truyền động gặp phải một số vấn đề, đặc biệt là về độ cứng vững LQR không thể giảm biên độ cho hầu hết các thông số đo được so với hệ thống treo không tích cực, mặc dù nó có khả năng giảm thời gian phản hồi nhanh hơn so với hệ thống treo bị động Một vấn đề nghiêm trọng khác là LQR không thích ứng tốt với các thay đổi do nhiễu loạn đường, dẫn đến hiệu suất kém trong những tình huống này Điều này cho thấy rằng hệ thống treo hoạt động bằng LQR không thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện nhiễu loạn đường kéo dài.
Hệ thống treo tích cực cho thấy biên dạng dịch chuyển thân xe, gia tốc bánh xe, gia tốc thân xe và độ lệch bánh xe cao hơn so với hệ thống treo không tích cực Tuy nhiên, thời gian dập tắt các dao động của hệ thống treo tích cực lại nhanh hơn nhiều, mang lại sự êm dịu tối ưu cho người lái.
[1] Nguyễn Khắc Trai, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Huy Hường, Nguyễn Văn Chưởng, Trịnh Minh Hoàng (2009), Kết cấu ô tô, NXB Bách khoa Hà Nội.
[2] Nguyễn Phùng Quang (2005), Matlab & Simulink, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[3] Nguyễn Khắc Trai (2007), Cấu tạo gầm ô tô tải, ô tô buýt, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội.
[4] Đào Mạnh Hùng (2007), Dao động ô tô, Bài giảng chương trình Cao học,
[5] Trần Văn Như (2006), Nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo bán tích cực điều khiển mờ trên ô tô, Luận văn thạc sỹ kỹ thật, Hà Nội.
Phạm Thị Nguyệt (2013) đã thực hiện nghiên cứu về việc xây dựng mô hình khảo sát sự làm việc của hệ thống treo bán chủ động trong luận văn thạc sỹ kỹ thuật tại Trường Đại học Bách khoa, Hà Nội Nghiên cứu này đóng góp vào việc hiểu rõ hơn về hiệu suất và tính năng của hệ thống treo bán chủ động, từ đó nâng cao chất lượng kỹ thuật trong lĩnh vực giao thông vận tải.
[7] Abramov, Mannan, Semi-Active Suspension System Simulation UsingSIMULINK.
