ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM VĂN NGUYÊN

ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG
CHO XE Ô TÔ SỬ DỤNG MÔ HÌNH ¼ XE

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số
: 8520216

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Đà Nẵng – Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Lê Hòa

Phản biện 1: TS. Nguyễn Hoàng Mai
Phản biện 2: TS. Nguyễn Quốc Khánh

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
họp tại Trường Đại học Bách khoa vào ngày 29 tháng 12 năm
2018




2
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Khảo sát chức năng, nhiệm vụ và nguyên lý làm việc của hệ
thống treo trên xe ô tô. Trên cơ sở cơ sở mô hình toán học của hệ
thống, bộ điều khiển cho hệ thống treo bán chủ động sẽ được thiết kế
nhằm nâng cao độ êm dịu (cách ly tối đa các dao động từ mặt đường
tác động lên xe) và độ bám đường (khả năng tiếp xúc tốt với mặt
đường) cho xe ô tô.
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
- Mô hình hệ thống treo bán chủ độngcho xe ô tô sử dụng mô
hình ¼ xe.
- Phương trình chuyển động và các phương pháp thiết kế.
- Phần mềm mô phonhr Matlab – Simulimk.
Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu là chỉ tập trung vào một số vấn đề sau:
- Tìm hiểu về hệ thống treo
- Lập mô hình hệ thống treo, phương trình chuyển động của hệ
- Các luật điều khiển và thực hiện mô phỏng kiểm chứng.
Chỉ thực hiện dựa vào mô phỏng trên Matlab Simulink, không thực
hiện với thiết bị thực tế.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống treo trên xe ô tô
- Sử dụng phần mềm Matlab – Simulink để mô phỏng, đánh
giá và rút ra kết luận.
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI



tiêu đánh giá chất lượng hệ thống treo, bài toán điều khiển, các phương
pháp điều khiển và các thông số thiết kế từ mô hình ¼ xe.
Chương 4 là lập sơ đồ mô phỏng hệ thống treo, tiến hành mô
phỏng và kiểm chứng giữa các hệ treo thụ động, hệ treo bán chủ động
dùng bộ điều khiển Skyhook và hệ dùng Modified Skyhook.


5
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO CỦA XE Ô TÔ

1.1.

KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG TREO

1.2.

CHỨC NĂNG, NHIỆM VỤ VÀ CẤU TẠO CỦA HỆ

THỐNG TREO

1.3.

PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TREO
Dựa theo phương pháp điều khiển, có:

a. Hệ thống treo thụ động (bị động)

Hình 1.6: Mô hình hệ thống treo thụ động
b. Hệ thống treo bán chủ động.


7
CHƯƠNG 2
MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG TREO
2.1.

KHÁI NIỆM VÀ CÁC GIẢ THIẾT KHI XÂY DỰNG MÔ

HÌNH.
2.2.

XÂY DỰNG MÔ HÌNH CỦA HỆ THỐNG TREO

2.2.1. Mô hình ¼ xe.
Mô hình thụ động (passive)
Mô hình:

Hình 2.1: Mô hình ¼ xe thụ động
Các ký hiệu trên mô hình:
ms - khối lượng phần được treo (sprung mass);
mu - khối lượng phần không được treo (unsprung mass);
ks - độ cứng lò xo trên bộ giảm chấn;
kt - độ cứng giả thiết của lốp xe;
C - hệ số bộ giảm chấn;
Zs - độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng của ms;
Zu - độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng của mu;
Zr - độ dịch chuyển theo phương thẳng đứng của bánh xe so với
mặt đường;



Mô hình chủ động (active)


9
- Mô hình:

Hình 2.3: Mô hình ¼ xe chủ động
- Phương trình vi phân của hệ:
𝑚 𝑧̈ + 𝑐(𝑧̇𝑠 − 𝑧̇𝑢 ) + 𝑘𝑠 (𝑧𝑠 − 𝑧𝑢 ) − 𝐹
=0
{ 𝑠 𝑠
𝑚𝑢 𝑧̈𝑢 − 𝑐(𝑧̇𝑠 − 𝑧̇𝑢 ) − 𝑘𝑠 (𝑧𝑠 − 𝑧𝑢 ) + 𝑘𝑡 (𝑧𝑢 − 𝑧𝑟 ) + 𝐹 = 0

(2. 3)

Trong đó:
F: Là lực tác động vào bộ truyền động
2.2.2. Mô hình ½ xe
2.2.3. Mô hình toàn bộ xe
2.3.

KẾT LUẬN CHƯƠNG II

Tìm hiểu được khái niệm về một số loại mô hình của hệ thống treo
trên xe ô tô, khái quát và giải thích được các ký hiệu trên mô hình.
Xây dựng được các hệ phương trình vi phân dao động mô tả hệ
thống treo trên xe ô tô.


10

Phương trình vi phân của hệ
{

𝑚𝑠 𝑧̈𝑠 + 𝑐𝑣 (𝑧̇𝑠 − 𝑧̇𝑢 ) + 𝑘𝑠 (𝑧𝑠 − 𝑧𝑢 ) + 𝑐𝑆𝑘𝑦 𝑧̇𝑠 = 0
(3.12)
𝑚𝑢 𝑧̈𝑢 − 𝑐𝑣 (𝑧̇𝑠 − 𝑧̇𝑢 ) − 𝑘𝑠 (𝑧𝑠 − 𝑧𝑢 ) + 𝑘𝑡 (𝑧𝑢 − 𝑧𝑟 ) − 𝑐𝑆𝑘𝑦 𝑧̇𝑠 = 0
3.3.2. Phương pháp điều khiển Groundhook [13]

Hình 3.8: Điều khiển Groundhook, lý tưởng (a) và thực tế (b)


12

Công thức tổng quát của điều khiển Groundhook như sau:
𝑧̇𝑠 (𝑧̇𝑠 − 𝑧̇𝑢 ) ≥ 0 → 𝐹𝑠𝑎 = 𝑐𝑔𝑛𝑑 . 𝑧̇𝑢
{
𝑧̇𝑠 (𝑧̇𝑠 − 𝑧̇𝑢 ) < 0 → 𝐹𝑠𝑎 = 0

(3.13)

Phương trình vi phân của hệ:
{

𝑚𝑠 𝑧̈𝑠 + 𝐶𝑣 (𝑧̇𝑠 − 𝑧̇𝑢 ) + 𝑘𝑠 (𝑧𝑠 − 𝑧𝑢 ) + 𝐶𝑔𝑛𝑑 𝑧̇𝑢 = 0
(3.14)
𝑚𝑢 𝑧̈𝑢 − 𝐶𝑣 (𝑧̇𝑠 − 𝑧̇𝑢 ) − 𝑘𝑠 (𝑧𝑠 − 𝑧𝑢 ) + 𝑘𝑡 (𝑧𝑢 − 𝑧𝑟 ) − 𝐶𝑔𝑛𝑑 𝑧̇𝑢 = 0
Trong đó:
𝐶𝑔𝑛𝑑 – hệ số giảm chấn Groundhook.
3.3.3. Phương pháp điều khiển Skyhook hiệu chỉnh [14]


ms: Phần khối lượng được treo - 329 [kg]
mu: Khối lượng phần không được treo - 61 [kg]
ks: Độ cứng lò xo bộ giảm chấn - 43000 [N/m]
kt: Độ cứng giả thiết của lốp xe - 210000 [N/m]
cs: Hệ số giảm chấn thụ động – 1850 [N/m]
* Thông số cho hệ thống treo bán chủ động dùng bộ điều
khiển Skyhook.
Thông số mô phỏng:
- Thông số hệ thụ động [14]
- cSky = 4500[N/m]
* Thông số cho hệ thống treo bán chủ động dùng bộ điều
khiển Skyhook hiệu chỉnh.
Từ phương trình (3.17), ta có:
𝑘

{

1

𝑧̈𝑠 = − 𝑚𝑠 (𝑧𝑠 − 𝑧𝑢 ) − 𝑚 𝑢
𝑧̈𝑢 =

𝑘𝑠
(𝑧
𝑚𝑢 𝑠

𝑠

−


15
CHƯƠNG 4
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT LUẬN
4.1.

GIỚI THIỆU

4.2.

MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ

4.2.1. Mô phỏng hệ treo thụ động
Sơ đồ mô phỏng

Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng Simulink với hệ treo thụ động
Tín hiệu mặt đường được đưa vào trong quá trình mô phỏng hệ
treo thụ động, có dạng như Hình 4.2

Hình 4.2: Tín hiệu mặt đường


16
Kết quả mô phỏng.
Sau khi mô phỏng hệ treo thụ động bằng phần mền MatlapSimulink, cho ta kết quả hình ảnh về độ dịch chuyển khối ms; mu và
gia tốc của chúng (Hình 4.3; 4.4).

Hình 4.3. Kết quả mô phỏng độ êm dịu với hệ treo thụ động

Hình 4.4: Kết quả mô phỏng độ an toàn với hệ treo thụ động
4.2.2. Mô phỏng hệ treo bán chủ động dùng bộ điều khiển


Hình 4.9: Kết quả mô phỏng độ êm dịu
với hệ treo bán chủ động cho Skyhook hiệu chỉnh

Hình 4.10: Kết quả mô phỏng độ an toàn
với hệ treo bán chủ động cho Skyhook hiệu chỉnh
4.2.4. So sánh, đánh giá giữa hai hệ: Skyhook hiệu chỉnh và
hệ treo thụ động
Sơ đồ Mô phỏng trên Matlab simulink
Tín hiệu mặt đường đưa vào mô phỏng như Hình 4.2


20

Hình 4.11: Sơ đồ mô phỏng giữa Skyhook hiệu chỉnh và hệ thụ động.
Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng về gia tốc giữa hai hệ như Hình 4.12 và
Hình 4.13


21

Hình 4.12. Kết quả mô phỏng đánh giá độ êm dịu
giữaSkyhook hiệu chỉnh và hệ thụ động.

Hình 4.13: Kết quả mô phỏng đánh giá độ an toàn
giữa Skyhook hiệu chỉnh và hệ thụ động.
So sánh và đánh giá
Nhìn vào kết quả mô phỏng ở Hình 4.12 và Hình 4.13, ta thấy: Độ
êm dịu và độ an toàn của hệ Skyhook hiệu chỉnh có ưu điểm rõ dệt

KẾT LUẬN CHƯƠNG IV.

Xây dựng được sơ đồ; mô phỏng và đánh giá được bộ điều khiển
đề xuất (Skyhook hiệu chỉnh).