Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

M CăL C
L IăCAMăĐOAN ..................................................................................................... iii
C MăT …

............................................................................................................ iv

TịMăT T

............................................................................................................. v

ABSTRACT ............................................................................................................ vi
M CăL C

...........................................................................................................vii

DANHăM CăCỄCăKụăHI UăVÀăCH ăVI TăT T ...............................................xii
DANHăM CăCỄCăHỊNH ........................................................................................ xiv
DANHăM CăCỄCăB NG....................................................................................... xvi
Ch

ngă1

1.1

T NGăQUAN .................................................................................... 1

Tổng quan chung v lĩnhăvực nghiên c u, các k t qu nghiên c u trong và

ngoƠiăn


THUY TăĐI UăKHI NăPH NăH IăTR NGăTHÁIăT Iă UăLQR ................. 6
2.1

Ch tiêuăđánhăgiáădaoăđ ng ............................................................................6

2.1.1

Ch tiêu v gia t căvƠădaoăđ ng thẳngăđ ng ...........................................6

2.1.2

Tiêu chuẩn v rungăđ ng c a Vi t Nam .................................................7

2.2

Cácămôăhìnhădaoăđ ng ô tô ............................................................................7

vii


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
2.2.1

Các khái ni măc ăb n ..............................................................................7

2.2.2

Các d ngădaoăđ ng c a ô tô ....................................................................9


Biên d ng mặtăđ

ng...................................................................................13

2.3.1

Biên d ng mặtăđ

2.3.2

Biên d ng hình sin liên t c .......................................................................13

2.4

ng hình ch nh t ........................................................13

Tr ng thái h th ng, h ph

ngătrìnhăbi n tr ng thái ..................................15

2.4.1

Tr ng thái ..............................................................................................15

2.4.2

Vector tr ng thái ...................................................................................15

2.5


ng.

21
2.8
Ch

Các b
ngă3

c gi iăbƠiătoánătoƠnăph

ngătuy n tính ...........................................23

S ăD NGăĐI UăKHI NăLQRăĐ ăXỂYăD NGăH ăTH NGă

TREOăT Iă UăTRểNăXE ..................................................................................... 25

viii


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
3.1

Môăhìnhă1/2ăxeătheoăph

ngăd c .................................................................25

3.1.1

Các gi thuy t .......................................................................................26

3.1.5.2

Thi t k b đi u khi n LQR ...........................................................36

Môăhìnhăxeăđầyăđ ă(Full vehicle model -7 DOF) ........................................39

3.2.1

Thi t l p h ph

3.2.2

Thành l păph

ngătrìnhătr ng thái t ph

3.2.3

Thành l păph

ngătrìnhăđầu ra..............................................................58

3.2.4

B đi u khi năLQRăchoămôăhìnhăxeăđầyăđ .........................................61

Ch

ngătrình .....................................................................40
ngătrìnhăviăphơnătrên ..........49

Các thông s daoăđ ng c a xe ..............................................................68

4.3

Môăhìnhăhóaăh ăth ngătreo ...........................................................................70

4.3.1

Ph

ngătrìnhătr ngăthái .........................................................................70

4.3.2

Thi tăk ăb ăđi uăkhi năLQRătrênăMatlab ..............................................71

ix


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
4.3.3
4.4

Tínhătr ng s gia t c (R.M.S) ...............................................................71

Mô t các kh i SIMULINK cho mô hình 1/2 xe (4 DOF) .........................72

4.4.1

Biên d ng mặtăđ


4.5.5

Giaăt cătr ngătơmăthơnăxe ......................................................................77

4.5.6

Đ bi n d ngăNhípătr

c ......................................................................78

4.5.7

Đ bi n d ng L pătr

c ........................................................................78

4.5.8

Lựcăt

4.6

ngătácămôăhìnhă1/2ăxe ...............................................................79

Mô t các kh i SIMULINK choămôăhìnhăxeăđầyăđ ă(7ăDOF) ...................80

4.6.1

Biên d ng mặtăđ


Gócăl căd căthơnăxe ...............................................................................85

4.7.4

Gócăl căngangăthơnăxe ...........................................................................86

x


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
4.7.5

Giaăt căthẳngăđ ngăthơnăxe ...................................................................86

4.7.7

Giaăt căgócăl căngangăthơnăxe ...............................................................88

4.7.8

Đ bi n d ngăNhípătr

c trái ................................................................88

4.7.9

Đ bi n d ng L pătr

c trái..................................................................89


5.2

Ki n ngh .....................................................................................................96

TĨIăLI UăTHAMăKH O ...................................................................................... 97
PH L Cầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ.98

xi


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

DANHăM CăCÁCăKụăHI UăVĨăCH ăVI TăT T
DOF

: b c tự do (Degree-Of-Freedom).

R.M.S

: giá tr trungăbìnhăbìnhăph

LQR

: đi u khi n tuy nă tínhă toƠnă ph

ngă(ăRootăMeanăSquareă).
ngă (Lineară Quadratică

Regulator).


cătreoătheoăph

ngăz mô hình ½

xe [m].
L f , Lr

: t aăđ tr ng tâm phầnăđ

zsf , zsr

: t aăđ phầnăđ

c treo mô hình ½ xe [m].

cătreoătr

c và sauătheoăph

ngăzătr

c và

sau mô hình ½ xe [m].
muf , mur

: kh iăl

ksf , ksr

[m].
ktf , ktr

:ăăđ c ng c a l păxeătr

wf , wr

: t aăđ mặtăđ

c và sau [N/m].

mô hình ½ xe [m].
Ff , Fr

: lựcă t

ngă tácă cần thi t lên h th ngă treoă tr

hình ½ xe [N].

xii

c và sau mô


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
m

: kh iăl



xeăđầyăđ [m].
ks1, ks2, ks3, ks4

:ă ă đ c ng b ph nă đƠnă hồiă tr

c và sau mô hình xeă đầy đ

[N/m].
c1 , c2 , c3 , c4

: h s gi m chấnătr

zu1, zu2, zu3, zu4

: t aăđ phầnăkhôngăđ

c và sau mô hình xeăđầyăđ [Ns/m].
cătreoătheoăph

ngăzătr

c và sau mô

hình xeăđầyăđ [m].
kt1, kt2, kt3, kt4

:ăăđ c ng c a l păxeătr

w1 , w2 , w1 , w2 ,

Hình 1.1: Ph

TRANG
ngăphápăti n hành nghiên c u ............................................................5

Hình 2.1: Các phần t c ăb n c a h daoăđ ng..........................................................8
Hình 2.2: Mô hình h th ng treo th đ ng và mô hình m ch h 1/4 xe ..................10
Hình 2.3: Mô hình h th ng treo bán tích cực 1/4 xe ..............................................11
Hình 2.4: Mô hình h th ng treo tích cực và mô hình m ch h 1/4 xe. ..................12
Hình 2.5: Biên d ng mặtăđ

ng hình ch nh t ........................................................13

Hình 2.6: Biên d ng mặtăđ

ng hình sin liên t c. ...................................................14

Hình 2.7: H th ngăđi u khi n hồi ti p tr ng thái ....................................................18
Hình 3.1: Môăhìnhă1/2ăxeătheoăph

ngăd c .............................................................25

Hình 3.2: Mô hình mô t góc l c d c 1/2 xe ............................................................27
Hình 3.3: Mô hình phân tích lực 1/2 xe ..................................................................28
Hình 3.4: Mô hình xeăđầyăđ ă(7ăDOF) .....................................................................39
Hình 4.1: Hình xe Tracomeco Bus B40SL ..............................................................65
Hình 4.2: Kh i SIMULINK biên d ng mặtăđ

ng mô hình 1/2 xe .........................72


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
Hình 4.14: Kh i SIMULINK h th ng treo th đ ng mô hình xe đầyăđ ...............80
Hình 4.15: Kh i SIMULINK h th ng treo tích cực mô hình xe đầyăđ ................82
Hình 4.16: Kh i SIMULINK so sánh HTT th đ ng và tích cực môăhìnhăxeăđầyăđ
...................................................................................................................................83
Hình 4.17: Đồ th biên d ng mặtăđ

ng mô hình xe đầyăđ ....................................84

Hình 4.18: Đồ th chuy n v thẳngăđ ng thân xe môăhìnhăxeăđầyăđ ......................84
Hình 4.19: Đồ th góc l c d c thân xe môăhìnhăxeăđầyăđ .......................................85
Hình 4.20: Đồ th góc l c ngang thân xe môăhìnhăxeăđầyăđ ...................................86
Hình 4.21: Đồ th gia t c thẳngăđ ng thân xe môăhìnhăxeăđầyăđ ...........................86
Hình 4.22: Đồ th gia t c góc l c d c môăhìnhăxeăđầyăđ ........................................87
Hình 4.23: Đồ th gia t c góc l c ngang thân xe môăhìnhăxeăđầyăđ .......................88
Hình 4.24: Đồ th bi n d ng Nhíp tr

c trái môăhìnhăxeăđầyăđ .............................88

Hình 4.25: Đồ th bi n d ng L p môăhìnhăxeăđầyăđ ...............................................89
Hình 4.26: Đồ th lựcăt

ngătácămôăhìnhăxeăđầyăđ .................................................90

Hình 4.27: H daoăđ ng 1/8 xe ................................................................................91

xv


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM


căđưăcôngăb

1.1.1 Tổng quan chung v lĩnhăvực nghiên c u
Ô tô là m t h dao đ ng nằm trong m i liên h chặt ch v iăđ
ph c t p,ă daoă đ ng c a ô tô ngoài nhă h
còn nhăh

ng t iă conă ng

ng có biên d ng

i, hàng hoá chuyên ch

ng t iăđ an toàn chuy năđ ng c a ô tô, tuổi th c a mặt đ

ng ch u tác

đ ng c a t i tr ngăsinhăraătrongăquáătrìnhăôătôădaoăđ ng.
Nghiên c u v daoăđ ng và t iă uăhóaăh th ng treo c a ô tô là cần thi t v i m c
đíchăc i thi năđ êm d u chuy năđ ng, chấtăl

ngăkéo,ăđ ổnăđ nh chuy năđ ng,ăđ

b năvƠăđ tin c y c a ô tô.
H th ngătreoăđ

c thi t k luônăh

chuy năđ ng c a xe, vƠăđ lƠmăđ


1


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
ph ng h th ng treo tích cực 1/2 xe dùng LQRăđ tăđ
Thông s xe kh o sát:

Biên d ng mặtăđ

ng:

Chuy n v thơnăxeătr

c:

Chuy n v thân xe sau:

2

c k t qu sau:


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

Gia t c thẳngăđ ng thân xe:

Lựcăt

ngătác:

Xây dựng mô hình toán h c h th ng treo th đ ng và tích cực 1/2 xe (4
DOF), xeăđầyăđ (7 DOF).
Thi t k b đi u khi n LQR cho h th ng treo tích cực.
 Gi i h năđ tài
Đ tài v n d ng lý thuy tăđi u khi n tuy nătínhătoƠnăph

ngăLQRăxơyădựng b

đi u khi n cho h th ng treo tích cực c a mô hình xeă đầyă đ và mô ph ng bằng
phần m m Matlab-Simulink,ăcácăph

ngăphápăđi u khi n khác nằm ngoài ph m vi

nghiên c u c aăđ tài này.
1.4 Ph

ngăphápănghiênăc u

 Ph

ngăphápănghiênăc u

Tổng quan các k t qu phân tích c a các nghiên c u liên quan.
Ph

ngăphápămô ph ng s .

So sánh k t qu .
 Ph


K tălu n

Hình 1.1: Ph

ngăphápăti n hành nghiên c u

5


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

Ch

ngă2

CÁC CH TIểUăĐÁNHăGIÁăDAOăĐ NG VÀ C ăS
LÝ THUY TăĐI U KHI N PH N H I TR NG THÁI
T Iă UăLQR
2.1 Ch tiêuăđánhăgiáădaoăđ ng
2.1.1 Ch tiêu v gia t căvƠădaoăđ ng thẳngăđ ng
Tiêu chuẩn ISO 2631 (1985).
Cácăh

ng dẫnăđầu tiên v đánhăgiáă nhăh

ngădaoăđ ngătoƠnăthơnăđ

nĕmă1974ă(ISOă2631).ăSauănhi u lần s aăđổi, bổ sung, tiêu chuẩnăđ

căđ aăraă

 Th i gian tác d ngăcƠngălơu,ăng
 Tần s daoăđ ng có nhăh
 Tần s daoăđ ngăcóăng

ng ch uăđựng càng thấp.

ng l n nhất trong vùng 4 ~ 8 Hz.

ng ch uăđựng cao trong vùng 1 ~ 2 Hz.

6


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
2.1.2 Tiêu chuẩn v rungăđ ng c a Vi t Nam
Trênăc ăs tiêu chuẩn Qu c t hi n hành là ISO 2631-1:1997,ănhƠăn
hành b tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001ăhoƠnătoƠnăt

ngăđ

c ban

ngăv i tiêu chuẩn ISO

2631-1:1997.
M că đíchă c a tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001ă lƠă xácă đ nhă cácă ph

ngă phápă

đánhăgiáărungăđ ng toàn thân cóăliênăquanăđ n:

Rất không tho i mái

L năăh nă2ăm/s2

Cực kỳ không tho i mái

B ng 2.1: B ngăđánhăgiáădựa vào giá tr gia t cătrungăbìnhăbìnhăph

ngă(R.M.S)

2.2 Cácămôăhìnhădaoăđ ng ô tô
2.2.1 Các khái ni măc ăb n
Xem xét ba phần t c ăb n c a h daoăđ ng là v t nặng có kh iăl
cóăđ c ng k, gi m chấn có h s gi m chấn c.

7

ng m, lò xo


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
 V t nặng: V t có kh iă l

ng m, chuy nă đ ng v i v n t c V và gia t c a

(Ð nh lu t 2 Newton):

v

∑

Hình 2.1: Các phần t c ăb n c a h daoăđ ng

8


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
2.2.2 Các d ngădaoăđ ng c a ô tô
H daoăđ ng ô tô khi chuy năđ ng là h daoăđ ng nhi u b c tự do (DOF) ph c
t p. Trong ph m vi nghiên c u xét mô hình 1/2 xe (4 DOF) trong h to đ phẳng
Oxz và mô hình xe đầyăđ (7 DOF) trong h to đ không gian Oxyz.
 Xét trong mặt phẳng d c: h daoăđ ng theo ph

ngăthẳngăđ ngăvƠădaoăđ ng

l c d c quay quanh tr c vuông góc v i mặt phẳng qua tr ng tâm xe. ĐơyălƠăcácădaoă
đ ng có nhăh

ng l năđ n h daoăđ ng c a xe.

 Xét trong mặt phẳng ngang: ch có m tă daoă đ ng l c ngang thân xe nh
h

ngăđ năđ ổnăđ nh ngang c a xe.

2.2.3 Mô hình 1/4 xe
Dựa vào m căđ ch đ ng c a h th ng, có th phân chia h th ng treo thành 3
nhóm chính sau:
2.2.3.1 Mô hình h th ng treo th đ ng
H th ng treo th đ ng bao gồm các phần t đƠnăhồi, gi m chấn, liên k t và dẫn
h

c treo

ms

c

ks

H th ng treo

zu

Kh iăl

ngăkhôngăđ

c treo

mu

Bánh xe
Mặtăđ

kt

wr

ng

S ăđồ mô hình m ch h :

ngătrìnhăđ ng h c c a mô hình nh sau:

Gi thi t : zs > zu > wr, ta có:
(2.2)

2.2.3.2

Mô hình h th ng treo bán tích c c

10


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
Trong h th ng treo bán tích cực, gi m chấnă đ

că đi u khi nă đ thayă đổi lực

c n, cóăs ăđồ nh ăhìnhăv sau:
Kh iăl

ngăđ

c treo

ms

Kh iăl

c


ngăđ

c treo

ms

F
H th ng treo

c

ks

zu

Kh iăl

ngăkhôngăđ

c treo

Bánh xe
Mặtăđ

mu

kt
ng

S ăđồ mô hình m ch h :


Hình 2.4: Mô hình h th ng treo tích cực và mô hình m ch h 1/4 xe.
ngătrìnhăđ ng h c c a mô hình:

Gi thi t : zs > zu > wr, ta có h ph

(2.3)

2.2.4 L a ch n h t aăđ
2.2.4.1 H t aăđ c đ nh
Ch n h t aăđ c đ nh là Oxyz có g c t aăđ lƠăđi măOăđặt
l

ngăđ

c treo, tr căOzătheoăph

Oyătheoăph

tr ng tâm c a kh i

ngăthẳngăđ ng, tr căOxătheoăph

ngăd c và tr c

ngăngang.

2.2.4.2 H t aăđ đ ng
H t aăđ đ ngăđ


c quanh tr c Ox;

ậ Chuy n v góc c a cầu sau quanh tr c Ox;
2.3 Biên d ng mặtăđ
Biên d ng mặtăđ

ng

ng có th là d ng hình h căthôngăth

ngănh ăhìnhăthang,ăch

nh t,ătamăgiác,…vƠăcũngăcóăth là d ng ph c t p bất kỳ.
2.3.1

Biên d ng mặtăđ

ng hình ch nh t

{

(2.4)

y

z

h

B

N u xe chuy nă đ ng v i v n t că khôngă đổi V = 20 (m/s), chi u cao mấp mô
h=0.03 (m),ăb

c sóng mặtăđ

ngăλ=20 (m), thìăhƠmăkíchăđ ng mặtăđ

ng theo th i

gian là:
Đ i v iăbánhătr

{

c:
{

Đ i v i bánh sau :
{
(sec)

(

{

(

))

: tần s kíchăđ ng c a mặtăđ


ngăphápămôăt h th ng bằng cách s

ngăphápăkhôngăgianătr ng thái.

2.4.2 Vector tr ng thái
V i n bi n tr ng thái h p thành vector c t g i là vector tr ng thái, ký hi u:
]

[

Bằng cách s d ng các bi n tr ng thái, ta có th chuy năph
n mô t h th ng thành h n ph

(2.6)
ngătrìnhăviăphơnăb c

ngătrìnhăviăphơnăb c nhất vi tăd

i d ng ma tr n

nh ăsau:
{

Trongăđó:
[
Ph

] ,