1
MỤC LỤC
2
DANH MỤC HÌNH ẢNH

3
DANH MỤC BẢNG BIỂU, ĐỒ THỊ
Các bảng biểu.
.
4
LỜI MỞ ĐẦU
Ôtô ngày nay không còn đơn thuần là sản phẩm của ngành cơ khí, nó là
sản phẩm của tất cả các ngành khoa học kỹ thuật. Có thể nói: Ôtô là tinh hoa
của một nền công nghiệp.
Ngành công nghiệp ôtô trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ. Các
hãng ôtô đang tập trung nghiên cứu phát triển nâng cao tính tiện nghi, độ an
toàn chuyển động, thân thiện với môi trường và nâng cao chất lượng phương
tiện. Hàm lượng công nghệ thông tin, kỹ thuật điều khiển tự động trên ôtô
ngày càng tăng.
Hệ thống treo là một hệ thống quan trọng của ôtô, nó có tính quyết định
đến độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động của ôtô. Để tối ưu hóa
hệ thống treo, các công nghệ tự động và điều khiển đã được ứng dụng vào hệ
thống. Hệ thống treo có điều khiển đang được phát triển nhanh chóng, đặc
biệt là hệ thống treo tích cực với những ưu thế so với các hệ thống treo khác
sẽ ngày càng ứng dụng rộng rãi. Chính vì vậy việc tiếp cận và nghiên cứu về
các phương pháp điều khiển mới trên ôtô nói chung và hệ thống treo tích cực
nói riêng là rất cần thiết.
Tuy được sự quan tâm lớn của Đảng và nhà nước nhưng ngành công
nghiệp ôtô nước ta vẫn còn rất khiêm tốn. Kế thừa thành tựu khoa học của
thế giới, nghiên cứu phát triển công nghệ và kỹ thuật mới là cần thiết để góp
phần thúc đẩy công nghiệp ôtô Việt Nam phát triển.

theo, thực hiện mô phỏng dao động ôtô với hệ thống treo tích cực và hệ thống
treo bị động. Đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô có hệ thống
treo tích cực điều khiển toàn phương tuyến tính và trượt trên cơ sở kết quả
mô phỏng.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu phương pháp điều khiển hệ thống treo
tích cực.
Ý nghĩa thực tiễn: Là cơ sở khoa học để các hãng sản xuất ôtô thiết kế
mới những bộ điều khiển tối ưu cho hệ thống treo tích cực.
6
Sau thời gian tìm hiểu và nghiên cứu nội dung của đề tài đã được hoàn
thành. Để làm được điều này phải kể đến sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô
giáo trong bộ môn Kỹ Thuật Máy đặc biệt là Cô TS.Đinh Thị Thanh Huyền –
giáo viên đã trực tiếp hướng dẫn. Em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến Cô.
Do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm thực tế có hạn nên trong nội
dung đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự chỉ
bảo, và đóng góp ý kiến của Thầy, Cô để nội dung đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin trân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 30 tháng 4 năm 2014
Sinh viên
Đỗ Văn Nam
7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu hệ thống treo.
Nhiệm vụ của hệ thống treo trên ôtô là nối đàn hồi giữa hai khối lượng:
Khối lượng được treo (thân xe) và khối lượng không được treo (cầu xe, bánh
xe) tạo thành một hệ thống dao động.
Cấu tạo hệ thống treo gồm: Phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi và
phần tử dẫn hướng, mỗi phần tử có nhiệm vụ khác nhau:
Phần tử đàn hồi có tác dụng làm giảm nhẹ các tải trọng động từ bánh

ôtô do có ưu điểm: kết cấu đơn giản, năng lượng cung cấp cho hệ thống ít, dễ
điều khiển và đáp ứng khá tốt yêu cầu về chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động và độ
an toàn chuyển động.
Hình 1.2: Mô hình hệ thống treo bán tích cực.
9
m
1
: Khối lượng được treo.
m
2
: Khối lượng không được treo.
Z
s
: Dịch chuyển khối lượng được treo.
Z
u
: Dịch chuyển khối lượng không được treo.
k
1
: Độ cứng của phần tử đàn hồi của khối lượng được treo.
k
2
: Độ cứng của lốp.
q: Mấp mô biên dạng mặt đường.
f
d
: Lực của bộ điều khiển.
Hệ thống treo tích cực bao gồm bộ phát động thủy lực, bộ điều khiển và
các cảm biến. Hệ thống treo tích cực đòi hỏi phải có năng lượng cung cấp cho
hệ thống lớn, trọng lượng lớn, giá thành cao và điều khiển cực kỳ phức tạp.

: Lực của bộ phát động thủy lực.
1.2. Các chỉ tiêu đánh giá dao động ôtô.
Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá dao động của ôtô. Các nước phát
triển hoặc các hãng ôtô lớn đều có các chỉ tiêu đánh giá khác nhau. Nhìn
chung, các chỉ tiêu đánh giá dao động ôtô bao gồm:
- Chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động.
- Chỉ tiêu về an toàn chuyển động.
- Chỉ tiêu về không gian làm việc của hệ thống treo.
Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, người thiết kế có thể đánh giá sự
ảnh hưởng của dao động ôtô theo tất cả hoặc một số trong các chỉ tiêu kể
trên. Trong giới hạn cho phép, đề tài chỉ tập trung đi sâu nghiên cứu hai chỉ
tiêu đánh giá sự ảnh hưởng của dao động ôtô là chỉ tiêu về độ êm dịu và an
toàn chuyển động, còn chỉ tiêu về không gian làm việc của hệ thống treo được
xét đến như là các điều kiện ràng buộc của bài toán.
1.2.1. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động.
Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô. Các
chỉ tiêu đó bao gồm: tần số dao động, gia tốc dao động, độ êm dịu chuyển
động.
11
 Tần số dao động:
Do nhu cầu sinh hoạt hàng ngày phải di chuyển nhiều nên con người
quen với nhịp điệu bước đi. Trung bình trong một phút con người có thể thực
hiện khoảng 60 – 90 bước đi. Khi quan niệm con người thực hiện một bước đi
là một dao động thì con người đã quen với tần số dao động 60 – 90 lần/phút.
Tần số dao động của ôtô nằm trong giới hạn theo [1]:
- Đối với xe con: n = 60 – 90 lần/phút (1 – 1.5 Hz).
- Đối với xe tải: n = 100 – 120 lần/phút (1.6 – 2 Hz).
Ở Việt Nam, chỉ số này đang được đề nghị là nhỏ hơn 2.5 (Hz) đối với
các loại ôtô sản xuất, lắp ráp trong nước.
 Gia tốc dao động.

ôtô truyền đến.
Mặt đường mà trên đó xe chuyển động có những mấp mô và đó là
nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động. Mặt đường được đặc trưng bằng chiều
cao mấp mô của nó…Trong thực tế thì mấp mô mặt đường là ngẫu nhiên và
được đánh giá qua thống kê: Hàm phân phối, mật độ phổ. Trong lý thuyết, để
nghiên cứu dao động của ôtô có thể coi mặt đường là hàm điều hòa hoặc là
một hàm ngẫu nhiên.
Ôtô là một hệ cơ học dao động phức tạp, nhiều khối lượng; chịu ảnh
hưởng trực tiếp của mấp mô mặt đường; sinh ra dao động tác động lên
người, hàng hóa trên xe. Trên ôtô, hệ thống có ảnh hưởng quyết định nhất
đến dao động của nó là hệ thống treo.
Người là một trong những đối tượng chịu sự tác động của dao động
ôtô. Trong xe khách, người bao gồm lái xe và hành khách là đối tượng chuyên
chở nên cần phải được xem xét. Bản thân cơ thể con người cũng bao gồm các
bộ phận liên kết với nhau thông qua các khớp mềm hợp thành một hệ dao
động phức tạp. Những dao động kích thích ảnh hưởng lớn đến hoạt động sinh
lý và khả năng làm việc của con người. Dao động có thể làm rối loạn hoạt
13
động của các cơ quan làm ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác điều khiển xe
của người lái, năng suất làm việc cũng như sức khỏe của hành khách.
Độ êm dịu được đánh giá bằng giá trị bình phương trung bình của gia
tốc thân xe, bao gồm:
- Gia tốc đường truyền thẳng đứng.
- Gia tốc lắc dọc, lắc ngang.
Trong đó gia tốc theo phương thẳng đứng có ảnh hưởng nhiều nhất
đến sức khỏe con người, theo [1]:
(m/s
2
)
(T: là chu kỳ dao động)

động. Trong giới hạn cho phép, đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá độ êm
dịu chuyển động theo chỉ tiêu gia tốc dao động.
1.2.2. Chỉ tiêu đánh giá an toàn chuyển động.
Độ an toàn được đánh giá bằng giá trị bình phương trung bình của độ
lệch chuẩn giữa tải trọng động và tải trọng tĩnh của bánh xe tác dụng xuống
nền đường, đại lượng này đặc trưng cho khả năng bám xe với mặt đường.
Giá trị này càng nhỏ thì độ an toàn càng cao, theo [8]:
Trong đó :
là tải trọng tĩnh.là lực động giữa bánh xe với mặt đường.
là tải trọng động, = +

Tải trọng tĩnh của bánh xe dễ dàng được xác định từ trọng lượng của
ôtô về tọa độ trọng tâm theo hướng dọc xe. Xác định lực động phức tạp hơn vì
nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ôtô, vận tốc chuyển động và độ mấp
mô của biên dạng mặt đường.
Hình 1.5: Tải trọng thẳng đứng của bánh xe.
Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lớn
nhất của tải trọng bánh xe sẽ tương ứng với giá trị dương của . Còn theo quan
điểm về an toàn chuyển động thì ngược lại với trường hợp trên là khi giảm tải
15
trọng bánh xe thì sẽ dẫn đến giảm khả năng tiếp nhận lực tuyến tính (nhất là
khi phanh) và lực ngang (quan trọng khi điều khiển). Trong những trường
hợp đặc biệt bánh xe có thể bị nẩy khỏi mặt đường khi đó và ôtô sẽ mất tính
điều khiển.
Ngoài ra khi khảo sát dao động người ta còn quan tâm tới sự bám của
lốp xe tới mặt đường. Có thể ôtô dao động đảm bảo thỏa mãn các chỉ tiêu về
độ êm dịu, nhưng bánh xe bám đường kém nên làm mất ổn định khi điều

đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ các bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện
nghi cho người sử dụng.
- Đảm bảo dao động của phần không treo là nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếp
xúc của bánh xe với mặt đường.
- Nâng cao các tính chất truyền động của xe như khả năng tăng tốc, khả năng
an toàn khi chuyển động.
- Để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động giảm chấn sẽ biến đổi cơ
năng thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu.
Trong hệ thống treo bị động các thông số của bộ phận cấu thành (lò xo
và giảm chấn) đã được xác định từ trước. Các thông số này do người kỹ sư
thiết kế ra hệ thống treo đưa vào, tùy theo mục đích sử dụng mà người ta
muốn đạt được ở hệ thống treo.
Hệ thống treo bị động được thiết kế dựa trên sự thống nhất giữa tính
êm dịu trong chuyển động và độ an toàn chuyển động (khả năng bám đường)
của xe. Ta thấy nếu hệ thống treo có hệ số giảm chấn lớn thì rất tốt cho tính
ổn định chuyển động của xe, nhưng nó lại hấp thu nhiều tác động của mặt
đường làm giảm tính êm dịu. Nếu hệ thống treo có hệ số giảm chấn quá mềm
sẽ tạo độ êm dịu rất cao nhưng nó lại gây ra nhiều rung động cho xe.
Một hệ thống treo bị động tốt phải dung hòa được hai đặc điểm trên,
nhưng điều đó là rất khó thực hiện ở hệ thống treo bị động. Một hệ thống treo
18
bị động được thiết kế tốt có thể mở rộng phần nào đó khả năng chuyển động
và ổn định nhưng không thể loại trừ được sự mâu thuẫn này.
Như vậy ưu điểm của hệ thống treo bị động là đơn giản trong thiết kế,
vận hành và bảo dưỡng nhưng hệ thống treo bị động không đảm bảo được
chất lượng hoạt động khi chuyển động tốc độ cao trên các biên dạng mặt
đường khác nhau.
2.1.2. Hệ thống treo bán tích cực (Semi-Active Suspension).
Hệ thống treo bán tích cực là hệ thống treo có hệ số giảm chấn thay đổi
được. Các loại giảm chấn này gọi là giảm chấn tích cực, lực cản của giảm

Hình 2.3: Đường đặc tính của giảm chấn MR.
 Giảm chấn ma sát tích cực
Sơ đồ giảm chấn ma sát tích cực như sau:
Hình 2.4: Giảm chấn ma sát tích cực.
(1) Vỏ ngoài; (2) Gia tốc kế; (3) Vật liệu tích cực; (4) Lò xo bị động.
21
Giảm chấn ma sát tích cực được sử dụng từ lâu vì đây là loại giảm chấn
đơn giản và hiệu quả. Giảm chấn ma sát tích cực đòi hỏi sự kết nối trực tiếp
giữa hai phần tử chuyển động tương đối với nhau. Loại giảm chấn này có thể
sử dụng trong môi trường khắc nghiệt và môi trường chân không, những nơi
mà giảm chấn thủy lực bị hạn chế.
Trái ngược với các giảm chấn sử dụng chất lỏng, giảm chấn ma sát có
thể cách ly dao động rất tốt khi lực truyền qua giảm chấn ma sát có giới hạn.
Với hệ thống điều khiển phản hồi dải tần thấp, giảm chấn này có thể triệt tiêu
dao động, duy trì khả năng cách ly dao động rất tốt. Giảm chấn ma sát tích
cực có thể sinh ra lực giảm chấn đáng kể khi có chuyển động tương đối giữa
hai đầu giảm chấn nhỏ. Điều này không thể có đối với các giảm chấn sử dụng
chất lỏng.
2.1.3. Hệ thống treo tích cực (Active Suspension).
Hệ thống treo tích cực có thể hiểu là hệ thống treo mà các chỉ số của bộ
phận đàn hồi và bộ phận giảm chấn có thể thay đổi tùy thuộc vào biên dạng mặt
đường.
Ở hệ thống treo tích cực, giá trị của hệ số giảm chấn hoặc cả giá trị độ
cứng của phần tử đàn hồi được thay thế bởi một hàm của lực do bộ phận sinh
lực (Force actuaor) tạo ra. Nó có thể tăng thêm hoặc làm tiêu hao năng lượng
của hệ thống treo. Không giống như ở giảm chấn bị động và giảm chấn tích
cực trên hệ thống treo bán tích cực có nhiệm vụ tiêu hao năng lượng, với hệ
thống treo tích cực, bộ phận sinh lực có thể tạo ra lực mà không phụ thuộc
vào chuyển vị tương đối hoặc vận tốc các bộ phận trong hệ thống treo. Hệ
thống treo tích cực còn hỗ trợ thêm cho những thiết bị được điều khiển khác ở

hoạt động tốt trên địa hình như vậy thì hệ thống treo của xe có vai trò hết sức
quan trọng, nó góp phần nâng cao độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô.
Đánh giá chất lượng hệ thống treo góp phần không nhỏ trong quá trình kiểm
định, thiết kế cũng như đánh giá sự phù hợp giữa thông số cơ bản, thông số
kết cấu và điều kiện chuyển động thực tế của ôtô trên đường.
Khi khảo sát dao động, ôtô được coi là một hệ cơ học gồm nhiều khối
lượng liên kết đàn hồi với nhau, để có thể tính toán trong mô hình dao động
tương đương ta có các giả thiết sau :
- Dao động ôtô là tuyến tính và được xét trong mặt phẳng dọc và ngang.
- Phần tử đàn hồi và giảm chấn đều có đường đặc tính tuyến tính.
- Coi mặt đường không biến dạng, ôtô chuyển động thẳng đều, các bánh xe lăn
không trượt và luôn tiếp xúc với mặt đường.
- Dao động thẳng đứng và quay của vỏ xe trong mặt phẳng dọc gây ảnh hưởng
đến độ êm dịu chuyển động và độ ổn định thân xe.
- Mô hình bao gồm khối lượng được treo m quy dẫn về trọng tâm, khối lượng
không được treo m
1
và m
2
. Chúng được liên kết với nhau thông qua các phần
tử đàn hồi và phần tử giảm chấn của hệ thống treo và lốp xe.
- Bỏ qua các nguồn kích thích dao động khác.
Xây dựng mô hình động lực học ôtô nhằm mục đích tính toán, khảo sát,
so sánh kết quả làm việc của hệ thống treo bị động và hệ thống treo tích cực.
Mô hình dao động dọc trục cho hệ thống treo bị động và hệ thống treo tích cực
được trình bày như sau :
24
Hình 2.6: Mô hình dao động phẳng 1/2 xe.
m : Khối lượng phần được treo.
z : Dịch chuyển dọc khối lượng được treo.

l
1
: Khoảng cách từ trọng tâm đến trục trước.
l
2
: Khoảng cách từ trọng tậm đến trục sau.
φ : Góc quay của khối lượng được treo.
k
l1
,k
l2
: Độ cứng của lốp trước và lốp sau.
c
l1
, c
l2
: Hệ số cản giảm chấn của lốp trước và lốp sau.
25
Phân tích lực:
Hình 2.7: Sơ đồ tác dụng lực lên các bộ phận thân xe.

Trong đó:
F
1
: lực tác dụng từ khối lượng không được treo cầu trước lên khối
lượng được treo và ngược lại.
F
2
: lực tác dụng từ khối lượng không được treo cầu sau lên khối lượng
được treo và ngược lại.