Nghiên cứu mô phỏng hệ thống treo tích cực.

- Chỉ tiêu hành trình làm việc của hệ thống treo .
- Các loại hệ thống treo không điều khiển và có điều khiển.
- Phƣơng pháp nghiên cứu CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC .
- Mô hình hệ thống treo tích cực .
- Mô hình mô phỏng hệ thống trong Matlab – Simulink CHƢƠNG 3: ĐỀ XUẤT BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC .
- Các bộ điều khiển trong hệ thống điều khiển tự động và đề xuất bộ điều khiển cho hệ thống treo.
- Bộ điều khiển tỷ lệ P .
- Bộ điều khiển tích phân I .
- Bộ điều khiển vi phân D .
- Đề xuất bộ điều khiển cho hệ thống treo tích cực .
- Sơ đồ mô phỏng điều khiển hệ thống treo tích cực CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .
- Để đạt đƣợc điều đó, hiện nay trên ô tô nhiều hệ thống điều khiển tự động đƣợc nghiên cứu phát triển và ứng dụng.
- Hệ thống treo là một hệ thống quan trọng của ô tô, nó có ảnh hƣởng trực tiếp đến độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động của ô tô.
- Hệ thống treo điều khiển ra đời từ những năm 1960 đã phần nào thỏa mãn đƣợc các tiêu chí trên.
- Trên cơ sở thực trạng và phân tích các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu mô phỏng hệ thống treo tích cực”.
- Việc nghiên cứu mô phỏng hệ thống treo tích cực đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với công cụ mô phỏng Matlab-simulink.
- Kết quả nghiên cứu của luận văn làm cơ sở để xây dựng bộ điều khiển trên ô tô, đồng thời sẽ đóng góp một phần không nhỏ trong việc thiết kế hệ thống treo tích cực.
- 58 36 Hình 4.5: Không gian làm việc của hệ thống treo khi xe di chuyển qua vật cản.
- 60 39 Hình 4.8: Gia tốc khối lƣợng đƣợc treo khi xe di chuyển qua ổ gà 61 40 Hình 4.9: Không gian làm việc của hệ thống treo khi xe di chuyển qua ổ gà.
- 13 Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống “Đường - Ô tô – Con người” trong nghiên cứu dao động ô tô.
- Thiết kế hệ thống treo - Thiết kế phần tử đàn hồi, giảm chấn, dẫn hƣớng.
- Hành trình làm việc của hệ thống treo đƣợc tính bằng giá trị cực đại của hiệu số giữa dịch chuyển phần đƣợc treo và không đƣợc treo max (Z2 - Z1).
- Sơ đồ hệ thống treo không điều khiển (bị động) đƣợc thể hiện nhƣ (hình 1.2).
- m2m1z1z2h1cL1kL1c1k1 Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống treo bị động.
- Hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo bị động trên ô tô hiện vẫn còn sự mâu thuẫn giữa độ an toàn chuyển động và độ êm dịu chuyển động của ô tô.
- Hiện nay hệ thống treo bị động đƣợc coi là tốt nhất chỉ có thể đúng với một loại đƣờng nhất định.
- Tùy thuộc vào khả năng điều khiển các thông số của hệ thống treo điều khiển ngƣời ta phân làm hai loại: Hệ thống treo bán tích cực và hệ thống treo tích cực.
- Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống treo bán tích cực.
- Đó cũng chính là nguyên lý làm việc chung của giảm chấn có điều khiển đƣợc dùng trên hệ thống treo bán tích cực.
- Để tăng đƣợc độ êm dịu và tính ổn định chuyển động tốt hơn, ngƣời ta đƣa ra hệ thống treo tích cực (hình 1.4) bao gồm bộ điều khiển thủy lực, bộ điều khiển và các cảm biến.
- Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống treo tích cực.
- Hệ thống treo tích cực (hình 1.4) đƣợc điều khiển bằng một cơ cấu bộ điều khiển thủy lực Fa (Van phân phối + Xy lanh thủy lực).
- Hệ thống treo tích cực với lực Fa liên tục thay đổi trong suốt quá trình xe di chuyển để ô tô đạt đƣợc độ êm dịu chuyển động cao nhất.
- Do đó nếu xe di chuyển trên những mặt đƣờng 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 nhất định.
- Những kết quả nghiên cứu về hệ thống treo tích cực trên ô tô ở việt nam đến nay còn rất nhiều hạn chế.
- Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng mô hình mô phỏng điều khiển hệ thống treo.
- 24 Đề tài: “Thiết kế và mô phỏng hệ thống treo tích cực” của tác giả Mohd shahrir Mohd Sani và đề tài: “Sự phát triển của hệ thống treo tích cực sử dụng bộ điều khiển PID” của tác giả Mouleeswaran Senthil kumar, Member, IAENG (2008).
- Một số nghiên cứu đã đƣa ra đƣợc luật điều khiển để đáp ứng các thay đổi các thông số kỹ thuật hệ thống treo trong khi xe chuyển động phù hợp với từng loại mặt đƣờng.
- Các mô hình nghiên hệ thống treo mà các tác giả đƣa ra hầu hết chỉ dừng lại ở mô hình ¼ và mô hình ½.
- Từ những phân tích ở trên nhận thấy rằng cần tiếp tục nghiên cứu phát triển hệ thống treo có điều khiển để đáp ứng tốt hơn sự làm việc của ô tô.
- Đề xuất bộ điều khiển hệ thống và mô phỏng hệ thống treo tích cực.
- Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống treo tích cực với mô hình dao động ¼ xe.
- Đề xuất bộ điều khiển hệ thống và đƣa ra tham số cho bộ điều khiển của hệ thống treo tích cực.
- Do hạn chế về thời gian và kinh phí nên đề tài mới chỉ dừng lại ở việc xây dựng mô hình mô phỏng, đề xuất bộ điều khiển và mô phỏng lý thuyết hệ thống treo 25 tích cực với mô hình dao động 1/4.
- Việc nghiên cứu mô phỏng hệ thống treo tích cực đƣợc thực hiện bằng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với công cụ mô phỏng Matlab-simulink và điều khiển PID.
- Hệ thống treo tích cực là một trong những bộ phận quan trọng nhất trên ô tô hiện đại.
- Mục đích đem lại cho xe có một hệ thống treo thích hợp và hiệu quả nhất.
- Hệ thống treo tích cực của ô tô là một hệ thống động lực rung động phức tạp, để phân tích nghiên cứu nó ta cần đơn giản hóa mô hình.
- 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 phƣơng thẳng đứng của thân xe hay của một bánh xe.
- Hình 2.1: Mô hình ¼ hệ thống treo tích cực.
- Bộ điều khiển thủy lực đƣợc lắp vào hệ thống treo có cấu tạo gồm van phân phối (van trƣợt piston phân phối) và xy lanh thủy lực.
- Với Simulink chúng ta có thể xây dựng mô hình mô phỏng của hệ thống giống nhƣ khi ta vẽ sơ đồ khối.
- Sơ đồ mô phỏng các khối Simulink mô phỏng hệ thống treo tích cực đƣợc thể hiện nhƣ trên hình dƣới đây: Hình 2.7: Sơ đồ mô phỏng hệ thống treo tích cực Trong sơ đồ trên mô tả một số các thông số dao động theo phƣơng thẳng đứng của hệ thống treo khi xe chuyển động.
- 36 - Khối Quarter Car mô phỏng hệ thống treo với mô hình ¼ xe.
- Khối mô phỏng hệ thống treo tích cực trên hình (2.15) đƣợc xây dựng dựa trên phƣơng trình vi phân (2.1).
- Hình 2.16: Sơ đồ mô phỏng hệ thống treo 40 Trong sơ đồ trên mô tả một số các thông số dao động theo phƣơng thẳng đứng của hệ thống treo khi xe chuyển động.
- Nguồn kích thích dao động cho hệ thống treo là biên dạng đƣờng h1.
- Một công việc quan trọng không kém giúp ta giải quyết tốt bài toán là chọn bộ điều khiển cho hệ thống.
- Từ mô hình và yêu cầu kỹ thuật ta phải chọn bộ điều khiển thích hợp cho hệ thống.
- Đƣa kết quả của việc thiết kế hệ thống đạt mong muốn.
- Nhƣ vậy hệ thống sẽ kém ổn định.
- Nhƣợc điểm: Bộ điều khiển tác động chậm nên tính ổn định của hệ thống kém.
- Nhƣợc điểm: Khi trong hệ thống dung bộ điều khiển có luật vi phân thì hệ thống dễ bị tác động bởi nhiễu cao tần.
- Ƣu điểm: Bộ điều khiển triệt tiêu sai lệch dƣ của hệ thống và đáp ứng đƣợc tính tác động nhanh.
- Trong bộ điều khiển có thành phần tích nên phân hệ thống triệt tiêu sai lệch dƣ.
- Do đó với mô hình hệ thống treo tích cực ¼ trong đề tài nghiên cứu khi điều khiển bộ phát thủy lực cần phải đạt đƣợc độ chính xác cao trong điều khiển để đảm bảo đƣợc đặc tính mong muốn của hệ thống treo tích cực.
- Nếu ta chọn đƣợc bộ tham số phù hợp cho bộ điều khiển PID thì hệ thống cho ta đặc tính mong muốn, đáp ứng hệ thống treo cần nghiên cứu.
- Chọn bộ điều khiển PID để điều khiển cho mô hình hệ thống treo tích cực ¼ ta đƣợc sơ đồ cấu trúc điều khiển nhƣ hình (3.5): Hình 3.5: Bộ điều khiển PID cho hệ thống treo tích cực Trong đó: h1: Tác động từ mặt đƣờng.
- Van điều khiển Xy lanh thủy lực Bộ điều khiển PID Hệ thống treo h 1 z sd z 2 49 Z2: Dịch chuyển khối lƣợng đƣợc treo.
- Hình 3.10: Sơ đồ mô phỏng cấu trúc điều khiển của hệ thống treo tích cực Hệ thống treo tích cực đƣợc điều khiển bằng bộ điều khiển PID, bộ điều khiển PID điều khiển bộ điều khiển thủy lực (hydraulic) tạo ra lực Fa với tín hiệu phản hồi là dịch chuyển khối lƣợng đƣợc treo Z2.
- Để tiến hành mô phỏng trên công cụ simulink, sử dụng tín hiệu đầu vào của hệ thống treo một ô tô cụ thể nhƣ sau.
- Từ đó rút ra đƣợc nhận xét về tác dụng cải thiện các chỉ tiêu đánh giá dao động của ô tô của hệ thống treo tích cực so với hệ thống treo bị động.
- Đồ thị sự dịch chuyển của khối lƣợng đƣợc treo của hệ thống treo bị động và tích cực trong quá trình xe di chuyển qua vật cản đƣợc biểu diễn trên (hình 4.3).
- Đồ thị thay đổi gia tốc của khối lƣợng đƣợc treo hệ thống treo bị động và tích cực trong quá trình xe di chuyển qua vật cản đƣợc biểu diễn trên (hình 4.4).
- Đồ thị mô tả không gian làm việc của hệ thống treo bị động và tích cực trong quá trình xe di chuyển qua vật cản đƣợc biểu diễn trên (hình 4.5).
- Thoi gian (s)Khong gian lam viec (m) HTT tich cucHTT bi dongHình 4.5: Không gian làm việc của hệ thống treo khi xe di chuyển qua vật cản.
- 59 Đồ thị mô tả biến dạng lốp của hệ thống treo bị động và tích cực trong quá trình xe di chuyển qua vật cản đƣợc biểu diễn trên (hình 4.6).
- Bảng 4.1: So sánh giá trị ở đỉnh cao nhất với các tham số của hệ thống treo tích cực và bị động.
- Trị số biến dạng động lốp hệ thống treo tích cực càng nhỏ thì lực tác dụng lên mặt đƣờng càng nhỏ (tính bảo vệ đƣờng tốt), đảm bảo khả năng bám đƣờng của xe.
- Các đồ thị có dạng đồ thị dao động tắt dần, đƣờng ứng với hệ thống treo tích cực có thời gian tắt dao động ngắn hơn ở hệ thống treo bị động.
- Hệ thống treo tích cực gần nhƣ dập tắt ngay dao động khi gặp vật cản.
- Do đó nó cải thiện tốt độ êm dịu chuyển động hơn so với hệ thống treo bị động.
- Đồ thị sự dịch chuyển của khối lƣợng đƣợc treo của hệ thống treo bị động và tích cực trong quá trình xe di chuyển qua ổ gà đƣợc biểu diễn trên (hình 4.7).
- 61 Đồ thị thay đổi gia tốc của khối lƣợng đƣợc treo hệ thống treo bị động và tích cực trong quá trình xe di chuyển qua ổ gà đƣợc biểu diễn trên (hình 4.8).
- Đồ thị mô tả không gian làm việc của hệ thống treo bị động và tích cực trong quá trình xe di chuyển qua ổ gà đƣợc biểu diễn trên (hình 4.9).
- Thoi gian (s)Khong gian lam viec (m) HTT tich cucHTT bi dong Hình 4.9: Không gian làm việc của hệ thống treo khi xe di chuyển qua ổ gà.
- 62 Đồ thị mô tả biến dạng lốp hệ thống của treo bị động và tích cực trong quá trình xe di chuyển đƣợc biểu diễn trên (hình 4.10).
- Hệ thống treo tích cực gần nhƣ dập tắt ngay dao động khi gặp ổ gà.
- Hệ thống treo tích cực với bộ điều khiển thủy lực đƣợc điều khiển theo các kích thích khác nhau từ mặt đƣờng khi xe di chuyển đã cho thấy sự cải thiện đáng kể về các chỉ tiêu làm việc của hệ thống treo, trong đó: Dịch chuyển, gia tốc khối lƣợng đƣợc treo giảm, tức là độ êm dịu chuyển động đƣợc tăng lên.
- Nhƣ vậy có thể thấy các chỉ tiêu làm việc của hệ thống treo tích cực đã đƣợc cải thiện rất nhiều, nhất là đỉnh cộng hƣởng đầu tiên.
- Phân tích đƣợc đặc trƣng của hệ thống treo có điều khiển và không có điều khiển.
- Xây dựng đƣợc mô hình nghiên cứu động lực học của hệ thống treo trên cơ sở mô hình ¼, thiết lập đƣợc phƣơng trình vi phân chuyển động của hệ thống treo tích cực.
- Với mô hình ¼ hệ thống treo cho phép xác định các thông số thẳng đứng của xe, đây là một trong những dạng dao động đặc trƣng của ô tô trong quá trình chuyển động.
- Xây dựng đƣợc chƣơng trình mô phỏng dao động của hệ thống treo ¼ nhờ công cụ simulink cho hệ thống treo tích cực.
- Đề xuất đƣợc bộ điều khiển cho hệ thống treo tích cực, từ đó xây dựng đƣợc sơ đồ cấu trúc điều khiển của hệ thống treo tích cực và mô phỏng đƣợc hệ thống treo tích cực với mô hình ¼.
- Phân tích và so sánh đƣợc tính ƣu việt của hệ thống treo tích cực so với hệ thống treo bị động.
- Các so sánh giữa hai hệ thống treo tích cực và bị động trên cơ sở các chỉ tiêu về khả năng làm việc của hệ thống treo có đƣợc sau khi mô phỏng.
- Trần Văn Nhƣ (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.
- Nguyễn Đức Ngọc, Deng Zhaoxiang, Phương pháp điều khiển tối ưu trong hệ thống treo chủ động ô tô, The College of mechanical Engineering of Chongqing University, China

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt