Xây dựng mô hình khảo sát sự làm việc của hệ thống treo bán chủ động

Xây dựng mô hình khảo sát sự làm việc của hệ thống treo bán chủ động Xây dựng mô hình khảo sát sự làm việc của hệ thống treo bán chủ động Xây dựng mô hình khảo sát sự làm việc của hệ thống treo bán chủ động luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

XÂY DỰNG MÔ HÌNH KHẢO SÁT SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này tác giả đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của rất nhiều người Tác giả xin bày tỏ lòng trân trọng và cảm ơn đến:

Thầy PGS.TS Phạm Hữu Nam, người hướng dẫn khoa học trực tiếp Người đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tác giả hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp

Quý thầy cô và các anh chị trong Bộ môn Ô tô và xe chuyên dùng, Viện Cơ khí động lực, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giúp đỡ, chỉ dẫn

và tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập, nghiên cứu tại đây

Nhóm học viên Cao học chuyên ngành Ô tô và xe chuyên dùng và chuyên ngành Động cơ đốt trong đang theo học chương trình Cao học của trường Đại học Bách khoa Hà Nội mở tại trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên

Gia đình, bạn bè và các thầy cô giáo thuộc khoa Cơ khí động lực, trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Những người đã luôn ở bên cổ

vũ động viên tôi trong thời gian học tập cũng như làm luận văn

Hưng Yên, ngày 5 tháng 1 năm 2013

Phạm Thị Nguyệt

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn 1

Mục lục 2

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt 4

Danh mục các bảng 5

Danh mục các hình vẽ, đồ thị 6

Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 9

1.1 Lĩnh vực nghiên cứu 9

1.2 Đối tượng nghiên cứu 10

1.3 Các vấn đề liên quan đến đối tượng nghiên cứu 10

1.3.1 Vai trò của hệ thống treo trên ô tô 10

1.3.2 Các chỉ tiêu đánh giá dao động của ô tô 11

1.3.3 Các yêu cầu của hệ thống treo 15

1.4 Phương trình mô tả dao động hệ thống treo 16

1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 22

1.5.1 Tình hìnhn nghiên cứu trong nước 22

1.5.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 23

1.6 Đặt vấn đề nghiên cứu 24

Chương II ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU GIẢM CHẤN CÓ ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG

26 2.1 Kết cấu của giảm chấn 26

2.2 Các chế độ làm việc của giảm chấn 28

2.2.1 Lực giảm chấn mềm 28

2.2.2 Lực giảm chấn trung bình 29

2.2.3 Lực giảm chấn cứng 29

2.3 Hệ thống điều khiển giảm chấn 30

2.4 Kết luận 34

Chương III MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG 36

TREO BÁN CHỦ ĐỘNG

3.1 Mô hình ¼ hệ thống treo bán chủ động 36

3.2 Xây dựng phương trình vi phân chuyển động 37

3.3 Xây dựng phương trình không gian trạng thái 37

3.4 Xây dựng hàm điều khiển hệ thống treo bán chủ động 40

3.4.1 Hàm mục tiêu của bài toán 40

3.4.2 Xây dựng hàm điều khiển hệ thống treo 42

3.5 Kết luận 46

Chương IV MÔ PHỎNG SỐ 48

4.1 Thông số đầu vào mô phỏng 48

4.2 Giới thiệu về công cụ Simulink 49

4.2.1 Đặc điểm của Simulink 49

4.2.2 Cấu trúc của một sơ đồ Simulink 49

4.2.3 Trình tự thực hiện quá trình mô phỏng 50

4.3 Xây dựng chương trình mô phỏng dao động của hệ thống treo bằng công cụ Simulink

52 4.3.1 Khối mô phỏng mặt đường 52

4.3.2 Khối mô phỏng hệ thống treo bị động 54

4.3.3 Khối mô phỏng hệ thống treo bán chủ động 56

4.4 Phân tích kết quả 57

4.4.1 Đồ thị trong miền tần số của lực kích động mặt đường 57

4.4.2 Đồ thị trong miền thời gian 59

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

PHỤ LỤC 70

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

zs Chuyển vị thẳng đứng của khối lượng được treo m

zu Chuyển vị thẳng đứng của khối lượng không được treo m

zr Chiều cao nhấp nhô mặt đường theo phương thẳng đứng m

i Bộ trọng số của hàm mục tiêu (i = 1 ÷ 4)

LQG Toàn phương tuyến tính Gauss (Linear Quadratic Gaussian)

LQR Toàn phương tuyến tính lặp (Linear Quadratic Regular)

ECU bộ xử lý và điều khiển điện tử trung tâm (Electronic Control

Unit)

MR Từ hóa (Magneto Rheological)

ER Điện hóa (Electro Rheological)

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

1.1 Đường đặc tính của gia tốc và thời gian đáp ứng với tần số dao

1.2 Quan hệ giữa tần số dao động với vận tốc, gia tốc và biên độ

2.1 Cấu tạo và các trạng thái đóng mở lỗ tiết lưu của giảm chấn 26

2.5 Hoạt động của giảm chấn điện từ khi lực giảm chấn trung bình 29 2.6 Hoạt động của giảm chấn điện từ khi lực giảm chấn cứng 30

4.5 Hiển thị kết quả mô phỏng 52

4.9 Biên dạng ngẫu nhiên của mặt đường và hàm mật độ Gauss 54 4.10 Khối mô phỏng nhấp nhô mặt đường như đại lượng ngẫu nhiên 54

4.15 Thay thế đầu vào và ra của khối mô phỏng hệ thống treo bị

4.16 So sánh gia tốc khối lượng được treo của hệ thống treo bán chủ

4.17 So sánh không gian làm việc của hệ thống treo bán chủ động và

4.18 So sánh biến dạng lốp của hệ thống treo bán chủ động và hệ

4.19

So sánh gia tốc khối lượng được treo của hệ thống treo bán chủ

động và hệ thống treo bị động trong miền thời gian với nhấp

nhô mặt đường có dạng hình sin

60

4.20

So sánh không gian làm việc của hệ thống treo bán chủ động và

hệ thống treo bị động trong miền thời gian với nhấp nhô mặt

đường có dạng hình sin

61

4.21

So sánh biến dạng lốp của hệ thống treo bán chủ động và hệ

thống treo bị động trong miền thời gian với nhấp nhô mặt

So sánh gia tốc khối lượng được treo của hệ thống treo bán chủ

động và hệ thống treo bị động trong miền thời gian với nhấp

nhô mặt đường có dạng bước nhảy

63

4.24

So sánh không gian làm việc của hệ thống treo bán chủ động và

hệ thống treo bị động trong miền thời gian với nhấp nhô mặt

đường có dạng bước nhảy

64

4.25

So sánh biến dạng lốp của hệ thống treo bán chủ động và hệ

thống treo bị động trong miền thời gian với nhấp nhô mặt

đường có dạng bước nhảy

64

Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Lĩnh vực nghiên cứu

Lĩnh vực nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu dao động của ô tô Khi ô tô làm việc, có hai nguyên nhân chính gây ra dao động Thứ nhất là dao động có tính quy luật được gây ra bởi các chi tiết quay trên xe như trục khuỷu động cơ, bánh đà, các bánh răng trong hộp số, trục các đăng,… Thứ hai là dao động có tính ngẫu nhiên được gây ra do ô tô chuyển động trên mặt đường không bằng phẳng, lực cản gió,… Nghiên cứu dao động trên ô tô có vai trò đặc biệt quan trọng Bởi những dao động này có ảnh hưởng lớn đến độ bền các bộ phận cũng như những chỉ tiêu khác đặt ra khi thiết kế ô tô Một trong số đó là chỉ tiêu đảm bảo độ êm dịu chuyển động cho người và hàng hóa trên xe

Những dao động có tính quy luật được sinh ra chủ yếu do sự mất cân bằng động của các chi tiết chuyển động quay Từ đó sinh ra lực quán tính ly tâm thay đổi theo mỗi chu kỳ quay của chi tiết máy Do đó dao động thường thay đổi tùy thuộc vào tốc độ quay của các chi tiết Những dao động này rất khó triệt tiêu hoàn toàn nhưng lại có thể làm giảm tới mức thấp nhất Điều đó được thực hiện bằng cách tính toán phân phối khối lượng vật quay để khử lực quán tính và mô men quán tính Do

đó nhìn chung những dao động mang tính quy luật không gây ra lực tác dụng quá lớn lên các bộ phận ô tô trong quá trình làm việc

Tải trọng tác dụng lên ô tô do dao động ngẫu nhiên thường có ảnh hưởng lớn hơn nhiều so với tải trọng mà dao động có tính quy luật tạo ra Bởi ngoài việc gây

ra những hư hỏng cho các chi tiết máy mà điển hình nhất là những hư hỏng do mỏi thì dao động ngẫu nhiên còn gây ra các tải trọng va đập lớn đặc biệt khi xe di chuyển trên những địa hình xấu Do vây khi khảo sát vấn đề dao động trên ô tô thì dao động ngẫu nhiên luôn được các nhà nghiên cứu đặt lên hàng đầu

Ô tô là một tổ hợp rất nhiều hệ thống ghép nối phức tạp, cho nên để đáp ứng việc đảm bảo dao động ngẫu nhiên trên ô tô là nhỏ nhất thì người thiết kế cần phải giải quyết rất nhiều vấn đề liên quan Nghĩa là có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến dao động ngẫu nhiên trên ô tô như: kết cấu vỏ, kiểu dáng khí động học của ô tô, hệ

thống treo, kết cấu và áp suất hơi của lốp,… Trong số đó, hệ thống treo có vai trò đặc biệt quan trọng và có ảnh hưởng quyết định đến dao động ngẫu nhiên trên ô tô Việc nghiên cứu tính toán hợp lý hệ thống treo là một trong những vấn đề mấu chốt giải quyết bài toán dao động trên ô tô

1.2 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống treo ô tô, qua đó khảo sát so sánh khả năng làm việc, khả năng đảm bảo dao động của ô tô giữa hệ thống treo có điều khiển và hệ thống treo không điều khiển

Như vậy với mục đích nghiên cứu đặt ra như trên, trước hết cần tìm hiểu các vấn đề liên quan đến hệ thống treo gồm có: vai trò của hệ thống treo trên ô tô; các chỉ tiêu đánh giá dao động của ô tô; các yêu cầu đối với hệ thống treo Các chỉ tiêu

sẽ là thước đo khả năng đáp ứng tốt hay không tốt của một hệ thống treo Những nội dung trên sẽ được trình bày ở phần dưới đây

1.3 Các vấn đề liên quan đến đối tượng nghiên cứu

1.3.1 Vai trò của hệ thống treo trên ô tô

Hệ thống treo là bộ phận đàn hồi đặt giữa phần được treo (thân xe) và phần không được treo (cầu xe và bánh xe), hình thành một liên kết “mềm” giữa hai phần

Hệ thống treo có vai trò ngăn cách thân xe với bánh xe, qua đó nó có tác dụng làm giảm tải trọng động thẳng đứng tác dụng từ bánh xe lên thân xe và dập tắt nhanh các dao động của thân xe khi bánh xe chuyển động trên mặt đường không bằng phẳng Ngoài ra, hệ thống treo còn giúp truyền lực từ bánh xe lên thân xe và ngược lại, để

xe có thể chuyển động được

Để thực hiện được nhiệm vụ đó, hệ thống treo bao gồm có các bộ phận chính

là đàn hồi, dẫn hướng, giảm chấn

Bộ phận đàn hồi có tác dụng làm êm dịu sự chuyển động của thân xe, giảm tải trọng va đập tác dụng lên thân xe khi đi trên mặt đường mấp mô Bộ phận đàn hồi thường là lò xo hoặc nhíp với thông số kỹ thuật đặc trưng là độ cứng k Bộ phận dẫn hướng có nhiệm vụ: xác định quan hệ dịch chuyển tương đối của bánh xe so với thùng xe, cho phép dịch chuyển theo phương thẳng đứng và hạn chế các chuyển

dịch khác không mong muốn của bánh xe; truyền lực và mô mên từ bánh xe lên thùng xe hoặc khung xe Bộ phận giảm chấn dùng để dập tắt các dao động do bộ phận đàn hồi tạo ra nhờ vậy mà bảo vệ bộ phận đàn hồi Giảm chấn trên ô tô có nhiều loại, trong đó thường sử dụng giảm chấn thủy lực hay khí nén với thông số kỹ thuật đặc trưng là hệ số cản giảm chấn b

Tóm lại hệ thống treo ô tô thực hiện các nhiệm vụ như nâng đỡ trọng lượng thân xe, duy trì sự tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đường, đảm bảo sự ổn định chuyển động của xe, ngăn cách giữa thân xe với những rung động của bánh xe khi xe chuyển động trên mặt đường mấp mô đem lại sự êm dịu chuyển động và khả năng bám đường của phương tiện

1.3.2 Các chỉ tiêu đánh giá dao động của ô tô

Khi ô tô chuyển động trên đường, dao động xuất hiện trong toàn bộ hệ thống của xe dưới tác động kích thích của các mấp mô biên dạng đường Dao động của ô

tô ảnh hưởng đến người ngồi trên xe, hàng hóa chuyên chở cũng như độ bền và tuổi thọ của các kết cấu ô tô Các chỉ tiêu đánh giá dao động của ô tô được xây dựng trên

cơ sở đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động ô tô đến con người, hàng hóa và an toàn trong quá trình chuyển động Có rất nhiều chỉ tiêu đưa ra để đánh giá ảnh hưởng của dao động trên ô tô trong đó có các chỉ tiêu cơ bản sau:

- Các chỉ tiêu đánh giá về độ êm dịu chuyển động;

- Chỉ tiêu về hành trình làm việc của hệ thống treo;

- Chỉ tiêu về độ bám đường và lực tác dụng của hệ dao động lên mặt đường

a Các chỉ tiêu đánh giá về độ êm dịu chuyển động

Các chỉ tiêu đánh giá về độ êm dịu chuyển động nhằm mục tiêu kiểm soát các rung động của ô tô, sao cho cảm giác mà hành khách ngồi trên xe cảm nhận được là không vượt quá một giới hạn nhất định Ngoài ra các chỉ tiêu này đưa ra còn nhằm tập trung giải quyết về tính toán độ bền của ô tô Tuy nhiên, do sự nhạy cảm của mỗi người đối với rung động là khác nhau nên giới hạn đánh giá độ êm dịu sẽ rất khó xác định chung và phù hợp cho mọi người

Phương pháp chung để xây dựng các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

là nghiên cứu phản ứng của con người với dao động khích thích hình sin nhằm nhận dạng các vùng cảm giác về sự dễ chịu (hoặc khó chịu) của con người ứng với các giá trị biên độ, tốc độ hoặc gia tốc của dao động tác dụng theo một hướng nhất định (từ chân đến đầu, từ bên này sang bên kia hoặc từ trước ra sau) ứng với dải tần số nhất định

Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá chất lượng độ êm dịu tùy theo quan điểm của chuyên gia nghiên cứu, tùy từng quốc gia và các tổ chức nghiên cứu tác động của dao động đến con người Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động gồm:

2 Gia tốc và thời gian dao động

Dao động của ô tô ở những gia tốc khác nhau có ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu đựng của con người ngồi trên ô tô Nhìn chung, khi gia tốc càng tăng thì thời gian chịu được dao động của cơ thể người càng giảm Do đó gia tốc dao động là một chỉ tiêu quan trọng đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô Để cải thiện độ

êm dịu chuyển động thì ngoài việc giảm biên độ gia tốc dao động còn phải giảm thời gian dao động ở gia tốc đó

Trên hình 1.1 là tiêu chuẩn ISO2631-1985 mô tả khả năng chịu đựng được của con người trong điều kiện dao động của cabin máy kéo Có thể thấy rằng ở tần số từ

4 ÷ 8 Hz nếu gia tốc dao động thẳng đứng của cabin là 0,15 m/s2 thì người ngồi trên

xe chịu được thời gian tối đa là 24 giờ Còn cũng trong dải tần số ấy, nếu gia tốc tăng lên 3,15 m/s2 thì người ngồi trên cabin chỉ chịu được trong thời gian 1 phút

Hình 1.1 Đường đặc tính của gia tốc và thời gian đáp ứng với tần số dao động

3 Biên độ và vận tốc dao động

Theo tiêu chuẩn êm dịu chuyển động J6a của Hiệp hội kỹ sư ô tô quốc tế (SAE international) thì khi tần số tăng thì biên độ dao động giảm đáng kể (hình 1.2) Theo

đó, quan hệ giữa tần số và giới hạn biên độ dao động được chia ra 3 vùng, mỗi vùng

có các chỉ tiêu đánh giá êm dịu khác nhau, cụ thể là:

Trong khoảng tần số từ 1 ÷ 6 Hz giá trị đỉnh của đặc tính được xác định bằng tích của biên độ và lập phương của tần số góc dao động không được vượt quá 12.6 m/s3 Ví dụ ứng với tần số f = 1 Hz (tần số góc  = 2πf = 2π rad/s), thì giá trị biên

độ dao động cho phép là: 12,6 m.s-3/ (2π rad.s-1)3 = 0,0508 m;

Trong khoảng tần số 6 ÷ 20 Hz, giá trị của đỉnh gia tốc được xác định bằng tích biên độ và bình phương của tần số góc dao động không được nhỏ hơn 0,33 m/s2

Trong khoảng tần số từ 20 ÷ 60 Hz, giá trị đỉnh của vận tốc được quy dịnh

bằng tích của biên độ và tần số góc không được vượt quá 2,7 m/s

Hình 1.2 Quan hệ giữa tần số dao động với vận tốc, gia tốc và biên độ dao động

Tóm lại, các chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động của ô tô nhằm mục đích đảm bảo dao động của ô tô nằm trong giới hạn chịu đựng của con người Ngoài ra nó còn

là cơ sở để tính toán bền các bộ phận trên ô tô Các chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động bao gồm tần số, biên độ, vận tốc, gia tốc và thời gian dao động và chúng có mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau

b Chỉ tiêu hành trình làm việc của hệ thống treo

Hành trình làm việc của hệ thống treo được tính bằng giá trị cực đại của hiệu

số giữa chuyển vị phần được treo và không được treo max(z s −z u) Hay đó chính là không gian làm việc cần thiết cho hệ thống treo hoạt động không xảy ra va đập lên

các ụ hạn chế trong các hành trình nén và hành trình xả của hệ thống Khi hành trình làm việc của hệ thống treo thay đổi sẽ dẫn đến sự thay đổi về các thông số dao động của phần không được treo và phần được treo như biên độ, tần số, gia tốc dao động,… Chỉ tiêu này sẽ đảm bảo hành trình làm việc của hệ thống treo nằm trong một khoảng nhất định để dao động của ô tô hợp lý ( t  ax( − ) n).

Do hệ số cản giảm chấn của lốp thường nhỏ hơn nhiều so với hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo, cho nên có thể coi như lực pháp tuyến giữa mặt đường và lốp xe sẽ tỉ lệ thuận với dịch chuyển tương đối giữa lốp xe và mặt đường (zu – zr), hay còn gọi là biến dạng động của lốp Trị số biến dạng động càng nhỏ thì lực tác dụng lên mặt đường càng nhỏ (tính bảo vệ đường tốt) và ngược lại

1.3.3 Các yêu cầu của hệ thống treo

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến dao động của ô tô khi di chuyển, trong đó hệ thống treo là một yếu tố đóng vai trò then chốt quyết định sự dao động của thân xe

Để đáp ứng được mục đích chính là treo mềm cụm bánh xe theo phương thẳng đứng, đồng thời thỏa mãn được những chỉ tiêu đánh giá dao động của ô tô như đã

đề cập ở trên thì hệ thống treo cần phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

Quan hệ động lực học và động học chuyển động bánh xe như: tính chất động học bánh xe dẫn hướng, độ bám đường của bánh xe, ;

Độ cứng vững và độ tin cậy cao khi làm việc;

Trọng lượng phần không được treo nhỏ;

Giảm tới mức tối thiểu dao động của phần được treo và các chuyển động theo

phương không mong muốn;

Không gian làm việc của hệ thống treo nhỏ qua đó giảm bớt kích thước của hệ thống, để đáp ứng yêu cầu kết cấu hệ thống treo nhỏ gọn

Bánh xe không được tạo ra áp lực quá lớn lên mặt đường, gây tác động xấu đến mặt đường;

Khả năng thích nghi tốt của ô tô khi di chuyển trên những loại mặt đường có

độ mấp mô khác nhau

Nhận xét:

Do đặc điểm của các thông số kết cấu hệ thống treo (gồm các khối lượng dao động, độ cứng của phần tử đàn hồi và hệ số cản giảm chấn của phần tử giảm chấn, các kích thước bố trí) mà các đáp ứng đầu ra của hệ thống không thể thỏa mãn đồng thời các chỉ tiêu đã đặt ra về độ êm dịu, về khả năng bám đường, về không gian làm việc cho hệ thống hoạt động tốt nhất, hoặc việc đáp ứng các chỉ tiêu lại có sự mâu thuẫn nhau, ví dụ:

Tăng độ êm dịu chuyển động thì cần giảm độ cứng của hệ thống treo, nhưng điều đó sẽ làm tăng không gian làm việc của hệ thống;

Muốn tăng khả năng bám đường của phương tiện thì cần tăng áp lực pháp tuyến của bánh xe với mặt đường, nhưng điều đó lại làm mặt đường nhanh hỏng Giảm dao động của phần không được treo lại làm tăng cường độ dao động của phần không được treo, làm cho phần tử đàn hồi và giảm chấn phải hấp thụ lực tác dụng lớn hơn, đồng thời bánh xe cũng tác dụng lực lớn hơn lên mặt đường

Như vậy hệ thống treo hiện tại thường chỉ đảm bảo được chỉ tiêu chính là êm dịu chuyển động Còn các yêu cầu khác thì vẫn chưa được tính toán đến

1.4 Phương trình mô tả dao động hệ thống treo

Các phương pháp xây dựng mô hình dao động của hệ thống treo gồm mô hình

¼, mô hình ½ và mô hình toàn xe Phần này sẽ trình bày phương pháp xây dựng phương trình vi phân mô tả dao động của hệ thống treo trên cơ sở mô hình ¼

Các khối lượng quy dẫn khi mô hình hóa hệ thống treo gồm khối lượng phần không được treo và khối lượng phần được treo Trong đó, khối lượng được treo ký

hiệu là ms gồm các khối lượng như thân xe, khung xe, động cơ, hàng hóa và hành khách, có trọng tâm đặt tại trọng tâm xe Khối lượng không được treo ký hiệu là

mu gồm khối lượng vành bánh xe, cầu xe,

Hệ thống treo liên kết mềm giữa khối lượng ms và mu gồm lò xo có độ cứng

ký hiệu là ks và giảm chấn có hệ số cản giảm chấn là bs Lốp xe là một phần tử đàn hồi nên cũng được mô hình hóa thành một lò xo có độ cứng ký hiệu là kt và một giảm chấn có hệ số cản giảm chấn ký hiệu là bt

Lực kích động gây ra dao động cho cơ hệ do các nhấp nhô của mặt đường sinh

ra Các dao động của ô tô sinh ra khi di chuyển gồm: dao động thẳng đứng, dao động lắc ngang và lắc dọc của thân xe Trong đó dao động theo phương thẳng đứng

là lớn nhất và là thông số đánh giá tính êm dịu chuyển động của ô tô

Mô hình hệ thống treo ¼ là mô hình cơ bản nhất để khảo sát dao động của ô tô thích hợp cho việc nghiên cứu dao động theo phương thẳng đứng của thân xe hay của một bánh xe Mô hình ¼ hệ thống treo được biểu diễn như ở hình 1.3

tĩnh của chúng Tọa độ zr gắn với vị trí tiếp xúc của bánh xe với mặt đường chỉ độ lệch của vị trí đó so với một vị trí cố định chọn trước Hệ dao động gồm hai bậc tự

do là dao động thẳng đứng của ms và mu theo tọa độ zs và zu

Xây dựng phương trình vi phân chuyển động cho hệ dựa trên nguyên lý Đalămbe Theo nguyên lý này, F+F qt =0, trong đó F là tổng các ngoại lực tác dụng lên vật, F qt là lực quán tính Dưới đây tiến hành lập phương trình cân bằng cho từng vật Đối với khối lượng được treo, các ngoại lực tác dụng là:

Hình 1.4 Các lực tác dụng lên khối lượng được treo

Lực do phần tử đàn hồi của hệ thống treo tác dụng lên:

Hình 1.5 Các lực tác dụng lên khối lượng không được treo

Lực do phần tử đàn hồi của và phần tử giảm chấn hệ thống treo tác dụng lên:

Các thông số cơ bản của hệ thống treo bị động gồm độ cứng ks của phần tử đàn hồi và hệ số cản giảm chấn bs được tính như sau:

Tính độ cứng ks

Độ cứng ks được tính toán với mục tiêu đảm bảo chỉ tiêu êm dịu chuyển động Tức là tần số dao động riêng của phần được treo ô tô phải phù hợp với tần số dao động mà con người chịu được Tần số mà con người chịu được lâu dài thường lấy bằng tần số dao động của người đi bộ Để đáp ứng được điều kiện đó, số lần dao động trong một phút của khối lượng được treo ở xe chở người (xe buýt và xe du lịch) là n = 60 ÷ 80 lần/phút; đối với xe tải, n = 80÷ 100 lần/phút

Độ cứng ks của phần tử đàn hồi được tính theo công thức:

α là hệ số quy dẫn phụ thuộc vào vị trí đặt giảm chấn;

ft là độ võng tĩnh của hệ thống treo được xác định theo điều kiện êm dịu của

khoảng tương ứng, tức là: bmin1 b s bmax1

Hệ thống treo không điều khiển và có điều khiển:

Hệ thống treo không điều khiển còn được gọi là hệ thống treo bị động có các thông số đặc trưng là độ cứng của phần tử đàn hồi và hệ số cản giảm chấn của phần

tử giảm chấn có giá trị không thay đổi cùng với sự thay đổi liên tục của các kích

thích từ mặt đường khi xe di chuyển

Hệ thống treo có điều khiển gồm hai loại: hệ thống treo hoàn toàn chủ động và

hệ thống treo bán chủ động Với hệ thống treo loại này, hệ số cản giảm chấn hoặc

độ cứng phần tử đàn hồi có thể thay đổi được đồng thời với sự thay đổi của các kích thích từ mặt đường Thông thường, hệ thống treo có điều khiển thường có hệ số cản giảm chấn thay đổi Khi đó mô hình hệ thống treo có điều khiển được mô tả như ở hình 1.6 Thành phần lực Fa có thể thay đổi được do hệ số cản giảm chấn có thể thay đổi đưa thêm vào

Hình 1.6 Mô hình hệ thống treo có điều khiển

Lực Fa liên tục thay đổi trong quá trình xe di chuyển trên đường giúp cho xe đạt được độ êm dịu chuyển động cao nhất Khi đó phương trình vi phân chuyển động của hệ thống treo có điều khiển được bổ sung thêm thành phần lực Fa vào các

phương trình (1-3) và (1-4) như sau:

Nhận xét: Hệ thống treo không điều khiển với các thông số của bộ phận đàn

hồi và giảm chấn không thay đổi tương ứng với kích thích từ mặt đường khi xe di chuyển sẽ chỉ đáp ứng được chuyển động êm dịu của ô tô trên những địa hình nhất định Do đó nếu xe di chuyển trên những loại mặt đường khác thì hệ thống treo cũ lại trở nên không thích hợp Hệ thống treo hiện nay chỉ đảm bảo độ êm dịu của ô tô trong một vùng tần số làm việc nhất định Như vậy nghiên cứu hệ thống treo có điều khiển giúp ô tô làm việc được trong nhiều vùng tần số khác nhau, đáp ứng với nhiều loại địa hình khác nhau chính là một yêu cầu cấp thiết đặt ra

1.5 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Để giải quyết vấn đề nêu ra ở trên, nhiều nhà nghiên cứu trong nước đã tiến hành nghiên cứu về hệ thống treo đáp ứng tốt hơn các chỉ tiêu dao động của ô tô Một số nghiên cứu điển hình như sau:

1 Luận văn thạc sỹ khoa học “sử dụng thuật toán LQG để tối ưu hóa các thông số thiết kế của hệ thống treo ô tô” (năm 2006) Tác giả Hà Văn Thảo, trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tìm hiểu và đưa ra được những nội dung lý thuyết điều khiển tối ưu và thuật toán điều khiển LQG; từ đó tác giả đã ứng dụng điều khiển LQG vào tính tối ưu các thông số thiết kế hệ thống treo của ô tô theo mô hình

¼ Kết quả nghiên cứu của tác giả cho thấy các thông số tối ưu trên hệ thống treo đảm bảo độ êm dịu chuyển động tốt hơn so với hệ thống treo với các thông số tính toán theo phương pháp truyền thống

2 Luận văn thạc sỹ kỹ thuật “nghiên cứu đánh giá độ êm dịu của ô tô khách

29 chỗ ngồi sản xuất tại Việt Nam” Tác giả Bùi Quốc Vĩnh, trường Đại học Đà Nẵng đã xây dựng được mô hình phẳng tính toán dao động của xe khách 29 chỗ Hyundai County theo hai phương dọc, ngang, qua đó xác định được các thông số đặc trưng: dịch chuyển, vận tốc, gia tốc của phần được treo và không được treo Luận văn cũng đã chứng minh và minh họa bằng đồ thị ảnh hưởng của các thông số kết cấu như độ cứng lốp, độ cứng hệ thống treo, hệ số cản giảm chấn đến độ êm dịu của ô tô thông qua đặc tính tần số, biên độ

Nhận xét:

Các nghiên cứu vẫn chỉ chủ yếu tập trung vào tính toán tối ưu các thông số của

hệ thống treo không điều khiển được và sử dụng những mô hình đơn giản để khảo sát Việc tính toán tối ưu đó phần lớn cũng mới chỉ đáp ứng được chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động của ô tô mà chưa xét đến nhiều chỉ tiêu khác Nói tóm lại, việc tìm hiều và phát triển hệ thống treo có điều khiển hay còn gọi là “hệ thống treo thông minh” vẫn chưa được các tác giả đi sâu nghiên cứu

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới, nghiên cứu dao động trên ô tô đã được tiến hành từ lâu, với rất nhiều công trình của nhiều tác giả khác nhau Càng về sau này, từ khoảng những năm 90 cho đến nay với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính điện tử với sự hỗ trợ của các phần mềm tính toán mạnh như Matlab Simulink, ANSYS,…việc nghiên cứu dao động của ô tô trở nên dễ dàng hơn rất nhiều Cũng vì thế mà có rất nhiều nghiên cứu được tiến hành tập trung nhiều vào việc nghiên cứu khả năng điều khiển được của hệ thống treo, tối ưu hóa các thông số kết cấu của ô tô đặc biệt là ở hệ thống treo để giảm dao động, nâng cao chất lượng của phương tiện Một số nghiên cứu điển hình:

Luận văn thạc sỹ khoa học “xây dựng luật điều khiển cho hệ thống treo ô tô chủ động” của tác giả Chinny Yue, Học viện công nghệ Massachusetts, Hoa Kỳ (năm 1987);

Luận án tiến sỹ “thiết kế hệ thống treo ô tô bán chủ động” của tác giả Tetsuro Butsuen, Học viện công nghệ Massachusetts, Hoa Kỳ (năm 1989);

Luận án tiến sỹ “phát triển hệ thống treo hoàn toàn bán chủ động thông qua

mô hình động học” của tác giả Jukka Pekka Hyvärinen, trường Đại học Oulu, Phần Lan (năm 2004);

Luận án tiến sỹ “phát triển hệ thống treo bán chủ động thông minh cho xe hạng nặng” của tác giả Nima Eslaminasab, trường Đại học Waterloo, Canada (năm 2008);

Nhìn chung, các nghiên cứu trên thế giới đa phần được tiến hành với sự trợ giúp của máy tính điện tử và phần mềm mô phỏng Một số nghiên cứu đã đưa ra được luật điều khiển để đáp ứng việc thay đổi các thông số kỹ thuật hệ thống treo trong khi xe chuyển động phù hợp với từng loại mặt đường Luật điều khiển được xây dựng chủ yếu dựa trên cơ sở giải bài toán tối ưu theo các phương pháp LQG, LQR hoặc sử dụng bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) Các mô hình nghiên cứu

hệ thống treo mà các tác giả đưa ra hầu hết chỉ dừng lại ở mô hình ¼ và mô hình ½

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là:

1 Xây dựng được mô hình của hệ thống treo ô tô bán chủ động;

2 Nghiên cứu động lực học hệ thống treo bán chủ động (hệ thống treo có khả năng điều chỉnh hệ số cản giảm chấn) mô phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink;

3 Dựa trên các kết quả mô phỏng, phân tích so sánh các đặc điểm làm việc của hệ thống treo bị động và hệ thống treo bán chủ động

Nội dung của luận văn gồm các chương:

Chương I: Tổng quan về đối tượng nghiên cứu: tìm hiểu lĩnh vực nghiên cứu

và đối tượng nghiên cứu của đề tài, từ đó phân tích lý do lựa chọn đề tài và nêu những mục tiêu, yêu cầu mà luận văn cần giải quyết

Chương II: Đặc điểm kết cấu giảm chấn của hệ thống treo bán chủ động: tìm hiểu cấu tạo và phân tích những đặc điểm về khả năng làm việc, nguyên lý làm việc

và điều khiển của một loại giảm chấn cụ thể sử dụng trong hệ thống treo ô tô bán chủ động

Chương III: Mô hình tính toán động lực học hệ thống treo bán chủ động: xây dựng mô hình hệ thống treo bị động và bán chủ động phục vụ cho việc nghiên cứu dao động của ô tô; lập phương trình vi phân chuyển động, phương trình không gian trạng thái của hệ thống treo bị động và bán chủ động trên cơ sở mô hình lựa chọn; xây dựng hàm điều khiển hệ thống treo bán chủ động

Chương IV: Mô phỏng số: xây dựng chương trình mô phỏng dao động hệ thống treo bị động và bán chủ động sử dụng phần mềm Matlab-Simulink; phân tích nhận xét các kết quả mô phỏng từ đó có những đánh giá, so sánh khả năng đảm bảo các chỉ tiêu dao động của ô tô đối với hai hệ thống treo bị động và bán chủ động Phần kết luận: Tổng hợp các kết quả thu được của đề tài và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Chương II ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU GIẢM CHẤN CỦA HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG

Khi giảm chấn làm việc, chất lỏng được dồn từ buồng chứa này sang buồng chứa khác qua các lỗ trên van tiết lưu có tiết diện rất bé làm cho chất lỏng chịu lực cản lớn làm dập tắt nhanh các dao động Như vậy, khi kích thước tiết diện các lỗ tiết lưu không đổi thì hệ số cản giảm chấn là không đổi Còn khi kích thước các lỗ tiết lưu có thể điều khiển trong quá trình giảm chấn làm việc thì ta có hệ số cản giảm chấn có khả năng thay đổi được Đó cũng chính là nguyên lý làm việc chung của giảm chấn có điều khiển được dùng trên hệ thống treo bán chủ động Chương này trình bày kết cấu, nguyên lý làm việc và nguyên lý điều khiển của một loại giảm chấn có điều khiển trên hệ thống treo bán chủ động của xe Toyota

2.1 Kết cấu của giảm chấn

a) b) Hình 2.1 Cấu tạo và các trạng thái đóng mở lỗ tiết lưu của giảm chấn

Giảm chấn có cấu tạo về cơ bản giống giảm chấn không điều khiển được Điểm khác biệt là giảm chấn có các van trả và van nén có thể điểu khiển được độ

mở của các lỗ tiết lưu thay vì các van có độ mở không đổi như ở giảm chấn không điều khiển được

Sơ đồ cấu tạo giảm chấn được thể hiện trên hình 2.1a Lực cản giảm chấn được thay đổi nhờ việc đóng mở các lỗ tiết lưu trên van Khi giảm chấn làm việc, van được dẫn động bởi cần điều khiển sẽ quay bên trong cần pít tông Các mặt cắt ngang A – A’, B – B’, C – C’ qua các vị trí có lỗ tiết lưu được dùng để mô tả trạng thái đóng mở các lỗ tiết lưu khi giảm chấn làm việc và được biểu diễn ở hình 2.1b

Để đảm bảo các hoạt động như trên của giảm chấn, van quay của giảm chấn được dẫn động bởi cần điều khiển cũng chính là cần pít tông Cần điều khiển lại được dẫn động bởi một động cơ bước Động cơ bước có cấu tạo bao gồm hai cuộn dây stator (hình 2.2a) Dòng điện qua các cuộn dây stator làm quay nam châm vĩnh cửu được gắn với đầu cần điều khiển của giảm chấn do sức hút của lực điện từ ECU thay đổi cực của stator từ N sang S và ngược lại hay ở trạng thái không phân cực Động cơ bước có ba vị trí dừng Tương ứng với mỗi vị trí dừng của động cơ bước, cần điều khiển sẽ dẫn động các van quay tạo thành một trạng thái đóng mở các lỗ tiết lưu Sơ đồ mạch điện của động cơ bước được thể hiện ở hình 2.2b

a) b) Hình 2.2 Cấu tạo của động cơ bước a) Sơ đồ cấu tạo; b) Sơ đồ mạch điện

Động cơ được lắp ở 4 giảm chấn tương ứng bốn bánh xe được nối song song

và cả 4 đều hoạt động đồng thời Sơ đồ nối dây của bốn động cơ bước được mô tả

như ở hình 2.3 Theo sơ đồ nối dây, cuộn dây stator thứ nhất của động cơ bước có hai đầu nối vào hai điện cực S+ và S- của ECU, cuộn dây stator thứ hai của động cơ bước có một đầu nối với điện cực SOL của ECU và một đầu được nối đất

Hình 2.3 Sơ đồ nối dây động cơ bước

2.2 Các chế độ làm việc của giảm chấn

Giảm chấn có ba chế độ hoạt động tương ứng với giá trị các lực giảm chấn khác nhau Đó là lực giảm chấn mềm, lực giảm chấn trung bình và lực giảm chấn cứng Hoạt động của các chế độ đó như sau:

2.2.1 Lực giảm chấn mềm

Ở chế độ này, cả ba lỗ tiết lưu đều mở, chuyển động của dòng dầu trong giảm chấn được mô tả như ở hình 2.4 Theo đó dầu trong xy lanh có thể đi qua cả ba lỗ tiết lưu trong hành trình nén hoặc xả của giảm chấn khi làm việc nên trong trường hợp này dầu ít bị cản trở chuyển động nhất Do vậy, với chế độ lực giảm chấn mềm thì hệ số cản giảm chấn là nhỏ nhất

Hình 2.4 Hoạt động của giảm chấn khi lực giảm chấn mềm

2.2.2 Lực giảm chấn trung bình

Với lực giảm chấn trung bình, lỗ tiết lưu B mở trong khi hai lỗ tiết lưu A và C đóng Dòng dầu chuyển động như ở hình 2.5 Lúc này do dầu chỉ có thể di chuyển qua lỗ tiết lưu B nên hệ số cản giảm chấn được tăng lên so với trường hợp lực giảm chấn mềm

Hình 2.5 Hoạt động của giảm chấn khi lực giảm chấn trung bình

2.2.3 Lực giảm chấn cứng

Trong trường hợp này, cả ba lỗ tiết lưu đều đóng, dòng dầu chuyển động như

trên hình 2.6 Do cả ba lỗ tiết lưu trên van quay đều đóng nên hoạt động của giảm chấn lúc này giống như giảm chấn không điều khiển Hệ số cản giảm chấn trong trường hợp này là lớn nhất

Hình 2.6 Hoạt động của giảm chấn khi lực giảm chấn cứng

2.3 Hệ thống điều khiển giảm chấn

Một cách tổng quát, ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến, tính toán và xử lý các tín hiệu từ đó đưa ra dòng điện điều khiển động cơ bước Hình 2.7 trình bày sơ đồ

hệ thống điều khiển giảm chấn

Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống điều khiển giảm chấn

Sơ đồ mạch điện điều khiển giảm chấn của xe như mô tả ở hình 2.8

trung gian (chỉ có ở xe

hộp số tự động)

Động cơ bước

Cần điều khiển

Hình 2.8 Sơ đồ mạch điện điều khiển giảm chấn

Khi xe hoạt động bình thường, giảm chấn ở chế độ lực giảm chấn trung bình hoặc mềm, khi có những kích thích từ bên ngoài tác động đến xe hệ thống sẽ thực hiện thay đổi sang chế độ lực giảm chấn cứng Sau khi hết thời gian tác dụng điều khiển hoặc khi các kích thích từ bên ngoài mất đi, hệ thống lại thực hiện sự chuyển đổi ngược lại từ chế độ từ lực giảm chấn cứng sang chế độ lực giảm chấn mềm hoặc trung bình Điện áp điều khiển tại các điện cực ECU khi lực cản giảm chấn thay đổi được trình bày ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Điện áp điều khiển của ECU

Lực giảm chấn

Điện thế ở các điện cực ECU

Chuyển từ cứng hoặc mềm sang trung bình + - 0

Chuyển từ cứng hoặc trung bình sang mềm - + 0

Chuyển từ mềm hoặc trung bình sang cứng 0 0 + Lực giảm chấn trung bình: khi lực giảm chấn chuyển từ cứng hoặc mềm sang trung bình, dòng điện từ cực S+ qua cuộn dây stator sang cực S- của ECU làm nam châm vĩnh cửu quay theo chiều kim đồng hồ đến vị trí lực giảm chấn trung bình (hình 2.9a)

Lực giảm chấn mềm: khi lực giảm chấn chuyển từ cứng hoặc trung bình sang mềm, dòng điện từ cực S- qua cuộn dây stator sang cực S+ của ECU làm nam châm vĩnh cửu quay ngược chiều kim đồng hồ đến vị trí lực giảm chấn mềm (hình 2.9b) Lực giảm chấn cứng: khi lực giảm chấn chuyển từ mềm hoặc trung bình sang cứng, dòng điện từ cực SOL qua cuộn dây stator làm nam châm vĩnh cửu quay đến

vị trí lực giảm chấn cứng (hình 2.9c)

Hình 2.9 Hoạt động của động cơ bước a) Lực giảm chấn trung bình; b) Lực giảm

chấn mềm; c) Lực giảm chấn cứng

Với việc điều khiển được lực cản giảm chấn như trên, giảm chấn có điều khiển

sẽ cho phép hệ thống treo thực hiện được các tính năng sau:

a Điều khiển lực giảm chấn khi xe tăng tốc

Hệ thống điều khiển giúp ô tô hạn chế sự chúi đuôi xe khi khởi hành hay tăng tốc độ đột ngột Sự chúi đuôi xe như mô tả ở hình 2.10 Để thực hiện điều khiển đó, ECU phát ra dòng điện ở cực SOL điều khiển động cơ bước ở vị trí lực giảm chấn cứng dưới điều kiện sau:

Cảm biến tốc độ báo tốc độ xe dưới 20 km/h;

Cảm biến vị trí bướm ga báo bướm ga đang mở rộng hay mở rộng đột ngột; Khoảng 3 giây sau khi kích hoạt hoặc sau khi tốc độ xe đạt đến 50 km/h chức năng chống chúi đuôi xe sẽ không còn tác dụng Dòng điện từ cực S+ hay S- sẽ đến động cơ bước như trước đó, lực cản giảm chấn được trả về giá trị ban đầu

Hình 2.10 Sự chúi đuôi xe

b Điều khiển lực giảm chấn khi xe quay vòng

Hệ thống điều khiển sẽ hạn chế sự nghiêng ngang của thân xe khi xe quay vòng hoặc chuyển động trên đường vòng Sự nghiêng ngang thân xe như mô tả ở ở hình 2.11 Khi đó các tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe và tín hiệu từ cảm biến tay lái được gửi đến ECU cho phép ECU xác định được tốc độ và góc lái hiện tại ECU sẽ phát ra dòng điện ở cực SOL điều khiển động cơ bước ở vị trí lực giảm chấn cứng Chức năng chống nghiêng ngang thân xe sẽ hết tác dụng sau 2 giây

Hình 2.11 Sự nghiêng ngang thân xe

c Điều khiển lực giảm chấn khi xe giảm tốc

Việc giảm tốc đột ngột khi phanh sẽ dẫn đến hiện tượng chúi mũi xe (hình

2.12) Khi đó cảm biến tốc độ báo tốc độ chuyển động xe trên 60 km/h và công tắc đèn phanh báo có phanh xe ECU sẽ phát ra dòng điện ở cực SOL điều khiển động

cơ bước ở vị trí lực giảm chấn cứng Chức năng chống chúi mũi xe sẽ hết tác dụng sau 2 giây

Hình 2.12 Sự chúi mũi xe

d Điều khiển lực giảm chấn khi xe chạy ở tốc độ cao

Hệ thống sẽ giúp cải thiện khả năng ổn định lái ở tốc độ cao Khi cảm biến tốc

độ xe báo tốc độ di chuyển xe trên 120 km/h, ECU sẽ phát ra dòng điện từ điện cực S+ qua bộ chấp hành đến S- thay đổi bộ chấp hành từ vị trí mềm sang vị trí trung bình để tăng lực cản giảm chấn

Điều khiển xe ở tốc độ cao kết thúc khi tốc độ xe giảm xuống dưới 100 km/h Lực cản giảm chấn lại chuyển từ trung bình sang mềm như ban đầu

2.4 Kết luận

Pít tông của giảm chấn có điều khiển ngoài việc có những lỗ tiết lưu đóng mở thông thường như pít tông của giảm chấn không điều khiển còn có thêm ba lỗ tiết lưu khác điều khiển được sự đóng mở theo mong muốn

Hoạt động của giảm chấn có điều khiển dựa trên nguyên lý thay đổi sự đóng

mở của các lỗ tiết lưu trên van quay để thay đổi hệ số cản giảm chấn Van quay bên trong xy lanh giảm chấn được điều khiển bởi động cơ bước Động cơ bước được điều khiển tự động nhờ ECU thông qua việc phân tích xử lý rất nhiều tín hiệu từ các cảm biến để nhận biết tình trạng chuyển động hiện tại của xe

Có ba chế độ điều khiển lực cản giảm chấn là các chế độ mềm, cứng và trung bình Tùy thuộc vào tình trạng thực tế của xe khi di chuyển mà động cơ bước sẽ được điều khiển thích hợp để chuyển đổi giữa các chế độ lực cản giảm chấn nhằm

đem lại sự êm dịu chuyển động cao nhất cho xe

Giảm chấn có điều khiển giúp hệ thống treo thực hiện được các tính năng đảm bảo êm dịu chuyển động của xe gồm: điều khiển xe khi tăng tốc, điều khiển xe khi quay vòng, điều khiển xe khi giảm tốc và điều khiển xe ở tốc độ cao

Chương III MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC

CỦA HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG

Để nghiên cứu động lực học hệ thống treo, có thể xây dựng mô hình hệ thống treo ¼, mô hình ½ hay mô hình toàn xe Mô hình hệ thống treo ½ hay toàn xe cho phép nghiên cứu nhiều dao động như dao động thẳng đứng của từng khối lượng được treo cầu trước, cầu sau, dao động lắc trong mặt phẳng dọc, ngang của thân xe,… Tuy nhiên nếu chỉ nghiên cứu dao động theo phương thẳng đứng của thân xe thì mô hình hệ thống treo ¼ là mô hình đơn giản mà vẫn đảm bảo được mục đích nghiên cứu đặt ra Chương này xây dựng mô hình ¼ hệ thống treo bán chủ động, sau đó phân tích thiết lập phương trình vi phân chuyển động của hệ thống dựa trên

mô hình ¼ đó; phần cuối cùng là xây dựng hàm điều khiển hệ số cản giảm chấn của

khiển Vì có thêm hệ số cản giảm chấn bsemi so với hệ thống treo bị động nên tổng

hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo bán chủ động bs + bsemi là có thể thay đổi được Lốp xe có độ cứng kt và hệ số cản giảm chấn bt Mô hình ¼ là mô hình sẽ

được sử dụng để nghiên cứu động lực học của hệ thống treo bán chủ động

3.2 Xây dựng phương trình vi phân chuyển động

Phương trình vi phân chuyển động cho hệ thống treo bán chủ động xây dựng dựa trên phương trình vi phân chuyển động tổng quát của hệ thống treo có điều khiển đã thiết lập ở chương 1 Đặt F a =F semi = −b semi(z s−z u), thay vào phương trình (1-5) và (1-6) thu được:

3.3 Xây dựng phương trình không gian trạng thái

Phương trình không gian trạng thái sẽ giúp khảo sát được các biến trung gian của hệ thống treo một cách đầy đủ Để thiết lập phương trình không gian trạng thái, trước hết đặt các biến trạng thái mô tả động học của hệ thống treo: