ứng dụng logic mờ điều khiển hệ thống treo bán tích cực KS. Trần Văn Nh
Khoa Cơ khí
Trờng Đại học Giao thông Vận tải
PGS. TS. Nguyễn Thanh THủy
Khoa Công nghệ Thông tin
Trờng Đại học Bách khoa H Nội

Tóm tắt: Mục đích của hệ thống treo l nâng cao chất lợng dao động v độ bám đờng.
Bi báo trình by việc ứng dụng lý thuyết lô-gíc mờ điều khiển hệ thống treo bán tích cực với mô
hình dao động phẳng dọc. Độ êm dịu chuyển động v độ bám đờng l hai thuộc tính đợc cân
nhắc để đa ra tín hiệu điều khiển. Phần cuối tác giả sử dụng phần mềm MATLAB để mô
phỏng, so sánh đánh giá hệ thống treo bán tích điều khiển mờ với hệ thống treo thụ động.

Summary: The purpose of any suspension system is to improve the ride quality and road
handling. This paper describes the practical application of fuzzy logic to control a semi-active
suspension system of a one-half-car model. Ride comfort and road handling properties are
considered to be the controller outputs. In the conclusion, a comparison of semi-active
suspension fuzzy control and spring/damper passive suspension is shown, using MATLAB
simulations.

CT 2
i. Tổng quan
Hệ thống treo là một hệ thống quan trọng của ô tô, nó có ảnh hởng trực tiếp đến độ êm
dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động của ô tô. Cấu tạo hệ thống treo gồm: phần tử giảm
chấn; phần tử đàn hồi và phần tử dẫn hớng, mỗi phần tử có các nhiệm vụ riêng. Với hệ thống
treo thụ động hệ số cản giảm chấn và độ cứng của phần tử đàn hồi là hằng số, do đó hệ thống
treo bị động chỉ đáp ứng tốt khi chuyển động trên một loại đờng nhất định. Hệ số cản giảm

Trong đó: [M] - ma trận khối lợng của hệ; [K] - ma trận cản nhớt của hệ; [C] - ma trận độ
cứng của hệ; x - véc tơ tọa độ suy rộng; Q - vét tơ ngoại lực.




















=
2u
1u
sy
s
m000
0m00
00I0

2s1s
2
2s
2
1s
2s1s2s1s
KK0b.KK
0KKa.KK
b.Ka.Kb.Ca.K0
KK0KK
]K[
;
































=
2u
1u
s
s
Z
Z
Z
x
; .





III. tổng hợp bộ điều khiển mờ
Tổng hợp 2 bộ điều khiển mờ cho hệ thống treo bán tích cực ký hiệu là FZ1 và FZ2. Hệ số
cản của giảm chấn trớc và giảm chấn sau đợc các bộ điều khiển mờ điều khiển độc lập dựa
trên các thông tin đo đợc trên trục trớc, trục sau và khối lợng đợc treo trên vị trí trục trớc,
trục sau.
Bộ điều khiển mờ FZ1 có 4 biến vào: vận tốc tơng đối giữa khối lợng không đợc treo và
đợc treo trên các trục, ký hiệu V
d
; vận tốc dịch chuyển khối lợng đợc treo trên các trục, ký
hiệu V
b
; vận tốc khối lợng không đợc treo, ký hiệu V
w
và gia tốc khối lợng đợc treo trên các
trục, ký hiệu A
b
. Bộ điều khiển mờ FZ2 có hai biến vào là vận tốc tơng đối giữa khối lợng
không đợc treo và đợc treo trên các trục, ký hiệu V
d
và dịch chuyển tơng đối giữa khối lợng
không đợc treo và khối lợng đợc treo trên các trục, ký hiệu Z
d
. Mỗi biến vào có 3 giá trị ngôn
ngữ:
Âm, ký hiệu N; Bằng 0, ký hiệu Z và Dơng, ký hiệu P.
CT 2
Biến ra của hai bộ điều khiển mờ là hệ số cản của giảm chấn, ký hiệu K
s
và có 3 giá trị
ngôn ngữ:

B¶ng 1

STT V
d
V
b
V
w
A
b
K
s
STT V
d
V
b
V
w
A
b
K
s
1 N N - - L 15 Z - P - M
2 N Z - - M 16 P - N - L
3 N P - - S 17 P - Z - M
4 Z N - - M 18 P - P - S
5 Z Z - - M 19 N - - N L 6 Z P - - M 20 N - - Z M

kích thích từ 0
ữ 100rad/s. Đờng đặc tính tần số - biên độ đợc xây dựng thể hiện trên hình 5.
Với kích thích từ mặt đờng dạng bậc (hình 4a), dạng hình sin đơn vị (hình 4b) và đờng ngẫu
nhiên (đờng Hà Nội-Lạng Sơn [1] hình 4c), chất lợng dao động của ô tô đợc đánh giá trên
biểu đồ hình 6.

0.5m
0.01m
0.01m
a
)
b
)
c
)
Hình 4. Biên dạng đờng
a - dạng hình bậc (step); b - dạng sin đơn vị (bump); c - đờng H Nội-Lạng Sơn
a) b)

CT 2
c)d)

%
RMS(Zs)
RMS(Z"s)
RMS(Phi)
RMS(ddPhi)
RMS(Zu1)
RMS(Zu2)

a) 92.8
101.3
81.2
127.4
101.7
74.9
75.3
133.1
89.0
99.2
100.4
101.0
0
20
40
60
80
100
120

%
RMS(Z s)
RMS(Z "s)
RMS(Phi)
RMS(ddPhi)
RMS(Z u1)
RMS(Z u2)

c)
Hình 6. Biểu đồ đánh giá chất lợng dao động của HTT bán tích cực điều khiển mờ so với HTT bị động:
a) kích thích dạng sin đơn vị; b) khích thích dạng bậc; c) kích thích ngẫu nhiên (đờng H Nội Lạng Sơn).
CT 2
V. Kết luận
- Hệ thống treo bán tích cực điều khiển mờ FZ1 làm biên độ dao động của khối lợng đợc
treo giảm so với hệ thống treo bị động ở mọi vùng tần số đồng thời gia tốc dao động thẳng
đứng, góc lắc dọc, gia tốc lắc dọc của thân xe và dịch chuyển thẳng đứng của bánh xe đều
giảm ở mọi vùng tần số. Nh vậy hệ thống treo bán tích cực điều khiển mờ FZ1 nâng cao độ êm
dịu chuyển động ở mọi tần số nhng đồng thời vẫn đảm bảo độ bám đờng khi chuyển động.
Điều này khẳng định u điểm vợt trội của hệ thống treo bán tích cực điều khiển mờ.
- Hệ thống treo với bộ điều khiển FZ2, biên độ dao động thẳng đứng và góc lắc dọc của
khối lợng đợc treo giảm nhiều so với bộ điều khiển FZ1 ở mọi vùng tần số và đặc biệt tần số
cộng hởng ở vùng tần số thấp giảm khi độ cứng của phần tử đàn hồi của hệ thống treo không
thay đổi. Tuy nhiên bộ điều khiển FZ2 làm cho biên độ gia tốc dao động của khối lợng đợc
treo, dịch chuyển thẳng đứng của bánh xe và gia tốc lắc dọc tăng so với bộ điều khiển FZ1 ở
vùng tần số cao.
- Khi ô tô chuyển động trên đờng Hà Nội-Lạng Sơn (tuyến đờng vừa mới xây dựng có
chất lợng tơng đối tốt [1]), các thông số dao động của ô tô liên quan đến độ êm dịu chuyển
động đều giảm so với ô tô có hệ thống treo bị động. Các thông số liên quan đến độ an toàn khi
chuyển động (Z
u1

CT 2
[7]. C.F.Nicolás, J.Landaluze, E.Castrillo, M.Gastón v R.Reyero (1997). Application of fuzzy logic control
to the design of semi-active suspension systems, the 38
th
IEEE, 1997, pp 987-993.
[8]. D.Karnopp, M.J.Crosby, R.A.Harwood (1974), Vibration control using semi-active force generators,
Journal of Engineering for Industry, pp. 619-626, may 1974, Virginia Polytechnic Institute and State
University, USA.
[9]. Fernando D. Goncalves (2002). Mehdi Ahmadian, In search of suitable control policy for intelligent
vehicle suspensions, Proceedings of ASME IMECE 2002: Intelligent systems-III, 17-22/11/2002, New
Orleans, louisiana.
[10]. Kateina HYNIOV, Antonớn STBRSKí v Jaroslav HONC. Fuzzy control of mechanical
vibrating systems, Czech Republic.
[11]. Mark D.Donahue (2001). Implementation of an active suspension, preview controller for improved ride
comfort, Master of Science, University of California at Berkeley, USA.
[12]. Mehdi Ahmadian (1997). A hybird semiactive control for secondary suspension applycations
Proceedings of Sixth ASME Symposium on Advanced Automotive Technologies, 1997 ASME International
Congress anf Exposition, November 16-21, 1997, Dallas, Texas, USA
[13]. N.YAGIZ v I.YUKSEK (2001). Sliding mode
control of active suspension for ful vehicle model,
International Journal of Vehicle design, vol.26, Nos.2/3, 2001, pp264-276.
[14]. Nizar AL-Holou (1995), Dae Sung Joo, Adnan Shaout. The development of fuzzy logic based
controller for semiactive suspension system, the 37
th
IEEE, 1995, pp 1373-1376.
[15]. Ravindra Dixit (2001). Sliding mode observation and control for semi-active vehicle suspensions,
Master of Science, North Carolina state University
Ă