ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LÊ NAM HUY
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG XE KHÁCH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Thái Nguyên - 2019
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
LÊ NAM HUY
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN
HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG XE KHÁCH
Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Mã số: 8520116
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
KHOA CHUYÊN MÔN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Lê Văn Quỳnh và sự nổ lực của bản thân, đề tài đã được hoàn thành
đáp được nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực.
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số
liệu, kết quả có trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong
bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả.
Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2019
HỌC VIÊN
Lê Nam Huy
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
ii
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian học tập nghiên cứu làm đề tài luận văn thạc sĩ, em đã
tiếp nhận được sự truyền đạt trao đổi phương pháp tư duy, lý luận của quý
thầy cô trong Nhà trường, sự quan tâm giúp đỡ tận tình của tập thể giảng viên
Nhà trường, khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, quý thầy cô giáo trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp –Đại học Thái Nguyên, gia đình và các đồng nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn đến Ban giám hiệu Nhà trường, Tổ đào tạo
Sau đại học -Phòng đào tạo, quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình
hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin bày tỏ biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS. Lê Văn
Quỳnh và tập thể cán bộ giáo viên khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, hội đồng bảo
vệ đề cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch và
nội dung đề ra.
1.2.2. Phân tích một số kết cấu hệ thống treo xe khách .................................... 8
1.3. Ảnh hưởng dao động ô tô đối với con người ........................................... 13
1.3.1. Cơ chế tác động của dao động lên cơ thể người ................................... 13
1.3.2. Ảnh hưởng của dao động đối với cơ thể con người .............................. 13
1.2.3. Những ảnh hưởng về sự tiện nghi ......................................................... 14
1.3.4. Những bệnh do dao động “say sóng”.................................................... 14
1.4. Các chỉ tiêu, phương pháp đánh giá độ êm dịu chuyển động[8, 13,14] .. 15
1.4.1 Cường độ dao động ................................................................................ 15
1.4.2. Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động ...................... 16
1.4.3.Chỉ tiêu đối với hàng hoá ....................................................................... 18
1.4.4. Đánh giá cảm giác theo công suất dao động ......................................... 19
1.5. Tình hình trong nước và quốc tế. ............................................................. 20
1.6. Mục tiêu, phạm vi và nội dung nghiên cứu của luận văn ........................ 24
1.6.1. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................. 24
1.6.2. Phạm vi nghiên cứu và đối đượng nghiên cứu ..................................... 24
1.6.3. Phương pháp nghiên cứu....................................................................... 25
1.6.4. Nội dung nghiên cứu ............................................................................. 25
1.7. Kết luận chương ....................................................................................... 25
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG DAO ĐỘNG VÀ BỘ
ĐIỀU KHIỂN FUZZY LOGIC ................................................................... 26
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
iv
2.1. Xe và hệ thống treo khảo sát .................................................................... 26
2.2. Xây dựng mô hình dao động tương đương của ô tô khách ...................... 27
2.2.1. Các giả thiết........................................................................................... 27
http://lrc.tnu.edu.vn
v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
TT
Thông số
Ký
hiệu
Đơn vị
1
Khối lượng người điều khiển và ghế
ms1
kg
2
Khối lượng được treo khi xe đầy tải
m
m
8
Khoảng cách cầu trước và trọng tâm cầu trước
e1
m
9
Khoảng cách cầu trước và trọng tâm cầu sau
e2
m
10
Khoảng cách từ tâm bánh xe và trọng tâm cầu
trước
f1
m
11
N/m
17
Độ cứng của HTT cầu sau
k23l,
k23r
N/m
18
Độ cứng của lốp xe cầu trước
kt1l,
kt1r
N/m
19
Độ cứng của lốp xe cầu sau
kt2l,
kt2r
N/m
24
c1r, c1l
N.s/m
c23r,
c23l
N.s/m
cs
N.s/m
Hệ số cản giảm chấn lốp trước
ct1r,
ct1l
N.s/m
25
Hệ số cản giảm chấn lốp sau
ct2r,
ct2l
N.s/m
Mô men quán tính cầu sau đối với trục x đi
qua trọng tâm cầu sau
Ia2
kg.m2
30
Tần số sóng mặt đường
Hz
31
Chiều dài sóng mặt đường
S
m
32
Vận tốc xe
V
m/s
Rad
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hệ thống chassis xe khách Samco Primas Li.35B ............................ 9
Hình 1.2. Hệ thống treo trước xe khách Samco Primas Li.35B ....................... 9
Hình 1.3. Hệ thống treo sau xe khách Samco Primas Li.35B......................... 10
Hình 1.4. Hệ thống treo xe khách thế hệ mới THACO GARDEN 79S ......... 10
Hình 1.5. Hệ thống treo của xe khách Hyundai Universe Mini K39s ............ 11
Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống treo bán chủ động điều khiển hệ số cản. ................ 12
Hình 1.7. Tần số dao động riêng của các bộ phận trên cơ thể ........................ 14
Hình 1.8. Giới hạn tác động của dao động thẳng đứng (các đường cong có
cùng thời gian tác động) phụ thuộc vào gia tốc dao động thẳng đứng và tần số
đối với con người khi ngồi và đứng trên xe theo tiêu chuẩn ISO/DIS 2631. . 17
Hình 2.1. Kết cấu hệ thống treo trước, sau và hình dáng bên ngoài của xe
khách khảo sát ................................................................................................. 26
Hình 2.2 Mô hình dao động của ô tô khách .................................................... 29
Hình 2.3. Sơ đồ lực tác dụng lên ghế người điều khiển.................................. 31
Hình 2.4. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu trước .................................. 32
Hình 2.5. Hệ thống treo và mô hình hóa hệ thống treo sau ô tô khách........... 35
Hình 2.6. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên cầu sau ..................................... 36
Hình 2.7. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe ..................................... 38
khách theo phương thẳng đứng ....................................................................... 61
Hình 3.3. So sánh kết gia tốc phản ứng theo miền thời gian tại 3 vị trí ghế
ngối hành khách theo phương thẳng đứng ...................................................... 63
Hình 3.4 (a). Giá trị gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng
với hệ thống treo bán chủ động so với hệ thống treo bị động tại ba vị trí ghế
ngồi .................................................................................................................. 64
Hình 3.4 (a), (b). Giá trị gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng
đứng với hệ thống treo bán chủ động so với hệ thống treo bị động tại ba vị trí
ghế ngồi ........................................................................................................... 65
Hình 3.5 (a). Giá trị gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng
với hệ thống treo bán chủ động so với hệ thống bị động tại ba vị trí ghế ngồi.
......................................................................................................................... 66
Hình 3.5 (b), (c). Giá trị gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng
đứng với hệ thống treo bán chủ động so với hệ thống bị động tại ba vị trí ghế
ngồi. ................................................................................................................. 67
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
ix
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1.............. 16
Bảng 1.2.Chỉ tiêu về an toàn hàng hóa ........................................................... 18
Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[30]
......................................................................................................................... 41
Bảng 2.3. Bảng luật điều khiển Fuzzy ............................................................ 56
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của ô tô khách 2 cầu[31] ............................. 58
như phân tích được hiệu quả của hệ thống treo bán chủ động so với hệ thống
treo bị động ở một số điều khiện khai thác của xe.
Phạm vi nghiên cứu: Trong phạm vi của đề tài, một mô hình dao động
của toàn xe và bộ điều khiển được thiết lập để điều khiển hệ số cản của hệ
thống treo nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe khách.
Đối tượng: Hệ thống treo xe khách và xe khách
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
2
Phương pháp nghiên cứu: Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần
mềm Matlab simulink để điều khiển tích cực đối với hệ số cản thủy lực cho hệ
thống treo xe khách nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô.
Nội dung nghiên cứu:
Nội dung chính của luận văn như sau:
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu;
Chương 2. Xây dựng mô hình dao động toàn xe và bộ điều khiển;
Chương 3. Mô phỏng và phân tích hiệu quả của hệ thống treo.
Ý nghĩa khoa học thực tiễn:
Nghiên cứu điều khiển hệ thống treo xe khách nhằm giảm các tác động
xấu xuống mặt đường quốc lộ cũng như nâng cao độ êm dịu chuyển động của
xe có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo
PGS. TS. Lê Văn Quỳnh người hướng dẫn khoa học trực tiếp tôi trong suốt
thời gian làm luận văn. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy trong khoa
Kỹ thuật Ô tô-MĐL, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học Thái
Theo số liệu thống kê, hiện nay các cơ sở sản xuất lắp ráp ôtô trong nước
mỗi năm cho ra đời hơn 20.000 ô tô khách các loại. Theo dự báo của chính
phủ, nhu cầu sản lượng ô tô khách các loại đến 2020 là 30.000 ô tô trên năm,
tăng 50%.
Với phương pháp thiết kế như hiện nay, các loại ô tô khách chế tạo trong
nước khó đảm bảo được sự thoả hiệp tối ưu giữa các mục tiêu mâu thuẫn nhau
như các chỉ tiêu về chất lượng động lực học, các chỉ tiêu về độ bền và chi phí
sản xuất so với các loại xe nhập do chịu nhiều áp lực về cắt giảm chi phí phụ
tùng, công nghệ nhập khẩu từ nước ngoài
Ô tô khách tại các thành phố hiện có nhu cầu rất cao, đặc biệt là tại các
thành phố lớn. Tính đến năm 2015, ngành sản xuất ô tô có trên 400 doanh
nghiệp, tập trung chủ yếu ở khu vực Đông Nam Bộ và vùng Đồng bằng Sông
Hồng. Đa số doanh nghiệp có quy mô vừa và nhỏ. Tổng công suất lắp ráp
thiết kế khoảng 460.000 xe/năm, trong đó khu vực có vốn đầu tư nước ngoài
chiếm khoảng 47%, doanh nghiệp trong nước khoảng 53%. Giai đoạn 20012014, tốc độ tăng trưởng bình quân của sản xuất lắp ráp ô tô khoảng
17%/năm. Biến động của nền kinh tế và sự thay đổi của chính sách, đặc biệt
các chính sách về thuế, phí là các nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến sản xuất
cũng như tiêu thụ xe ô tô. Tổng số lượng xe tiêu thụ năm 2010 là 184.813 xe,
năm 2011 là 181.545 xe, năm 2012 là 124.815 xe và năm 2013 là 153.199 xe,
năm 2014 là 241.178 xe, năm 2015 là trên 350.000 xe.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
4
Ngày nay thực hiện chương trình nội địa hóa của nghành công nghiệp ô
tô thì việc chế tạo các phụ kiện trong nước như: săm, lốp, ắc quy, ghế ngồi,
dây điện, khung vỏ, dầm cầu…là cần thiết và cũng đã có một số công ty bắt
Bước đi mới
Câu hỏi đặt ra, thực sự ai đang thống trị trị trường xe khách tại Việt
Nam? THACO đã gây chú ý khi mới đây đã khánh thành Nhà máy Bus
THACO nằm trong khu phức hợp ô tô Chu Lai Trường Hải được khởi công
xây dựng từ tháng 9/2016, với công suất thiết kế 20.000 xe/năm; tổng vốn đầu
tư 7.000 tỷ đồng. Với định vị là nhà máy xe khách lớn nhất Đông Nam Á,
Nhà máy Bus THACO được đầu tư các dây chuyền công nghệ mới, hiện đại.
Song song với việc xây dựng nhà máy mới, THACO cũng nghiên cứu
phát triển dòng sản phẩm xe bus cao cấp hoàn toàn mới, mang thương hiệu
riêng của Việt Nam, với tỷ lệ nội địa hóa đạt trên 60%, sử dụng động cơ Euro
4, có cấu hình và công năng phù hợp với điều kiện giao thông và quy định của
Chính phủ về vận tải nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng và xuất
khẩu sang các nước ASEAN.
Khu phức hợp ô tô Chu Lai Trường Hải với 5 nhà máy lắp ráp ô tô, 14
nhà máy sản xuất linh kiện phụ tùng với các dây chuyền thiết bị hiện đại được
chuyển giao từ các đối tác châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc; 1 trường cao đẳng
và 6 đơn vị hỗ trợ đã góp phần đặc biệt quan trọng vào việc phát triển ngành
công nghiệp ô tô Việt Nam.
Sau một thời gian chia tách, thương hiệu Hyundai đã chính thức quy về
một mối tại thị trường Việt Nam khi tập đoàn Thành Công mở rộng sân chơi
xe du lịch sang xe thương mại.
Tập đoàn Thành Công cho biết đã đạt thỏa thuận liên doanh sản xuất và
phân phối xe thương mại với Hyundai Hàn Quốc, tên gọi là Hyundai Thành
Công xe thương mại (HTCV) từ tháng 9/2017.
Theo đó, HTCV sẽ trở thành nhà sản xuất, lắp ráp và phân phối độc
quyền của xe bus, xe tải Hyundai tại Việt Nam. Liên doanh này sẽ mở một
nhà máy trong khi tổ hợp ở Ninh Bình, diện tích 25 ha, công suất dự kiến
12.000 xe/năm với xe khách/bus và 30.000 xe/năm với xe tải. Mục tiêu của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
xe ô tô.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
7
a) Nhiệm vụ:
Hệ thống treo thực hiện nhiệm vụ đỡ thân xe lên trên cầu xe; cho
phép bánh xe chuyển động tương đối theo phương thẳng đứng đối với
khung xe hoặc vỏ xe; hạn chế những chuyển động không muốn có khác của
bánh xe.
Cấu tạo chung của hệ thống treo bao gồm 3 bộ phận cơ bản: Bộ phận
đàn hồi; Bộ phận giảm chấn; Bộ phận dẫn hướng.
Bộ phận đàn hồi
+ Nối “mềm” giữa bánh xe và thùng xe giảm nhẹ tải trọng động tác
dụng từ bánh xe lên khung trên các địa hình khác nhau đảm bảo độ êm dịu
khi chuyển động.
+ Phần tử đàn hồi có nhiệm vụ đưa vùng tần số dao động của xe phù
hợp vùng tần số thích hợp với người sử dụng.
Bộ phận giảm chấn
+ Dập tắt dao động phát sinh trong quá trình xe chuyển động từ mặt
đường lên khung xe trong các địa hình khác nhau một cách nhanh chóng
bằng cách biến năng lượng dao động thành nhiệt năng tỏa ra môi trường.
+ Đảm bảo dao động của phần không treo nhỏ nhất, sự tiếp xúc của
bánh xe trên nền đường, nâng cao khả năng bám đường và an toàn trong
chuyển động.
Bộ phận dẫn hướng
-Theo phương pháp điều khiển có thể chia ra:
+ Hệ thống treo bị động (Hệ thống treo không điều khiển).
+ Hệ thống treo chủ động (Hệ thống treo có điều khiển).
+ Hệ thống treo bán chủ động.
1.2.2. Phân tích một số kết cấu hệ thống treo xe khách
Dưới đây là một số hệ thống treo của ô tô khách hiện nay có mặt trên
thị trường Việt Nam:
Hệ thống treo xe Samco Primas Li.35B
Hệ thống treo được thiết kế kiểu “full air” – “toàn bầu hơi” với 02 túi
khí hơi cầu trước và 04 túi hơi sau đảm bảo mọi dao động êm dịu tối ưu, tạo
sự ổn định tuyệt đối cho xe khi vận hành trên mọi địa hình.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
9
Hình 1.1. Hệ thống chassis xe khách Samco Primas Li.35B
Đặc điểm hệ thống treo trước xe khách.
Hình 1.2. Hệ thống treo trước xe khách Samco Primas Li.35B
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
10
động tốn kém ít chi phí và tiêu thụ năng lượng ít. Trong thời gian gần đây,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
12
nghiên cứu về hệ thống treo bán chủ động được liên tục phát triển để tạo ra
hiệu quả cao nhất, thu hẹp khoảng cách giữa các hệ thống treo bán chủ động
và hoàn toàn chủ động.
+ Dẫn động bằng van điện từ (solenoid): là loại cơ bản nhất của hệ
thống treo bán chủ động và có giá thành thấp nhất. Chúng bao gồm một van
điện từ làm thay đổi lưu lượng của dòng nhớt bên trong giảm chấn, do đó thay
đổi độ giảm chấn của hệ thống treo. Các van điện từ được nối với máy tính,
tại đó sẽ được gửi đi các lệnh phụ thuộc vào thuật toán điều khiển (thường
được gọi là kỹ thuật "Sky-Hook").
Hình 1.6. Sơ đồ hệ thống treo bán chủ động điều khiển hệ số cản.
+ Bộ giảm chấn dùng lưu chất biến từ: một phương pháp khác được
phát triển gần đây là dùng một bộ giảm chấn có chứa chất lưu biến từ, trong
hệ thống mang tên Magne Ride. Dòng chất lỏng giảm chấn được chứa các hạt
kim loại (vì vậy gọi là lưu chất biến từ). Thông qua các máy tính, đặc tính của
giảm chấn được điều khiển bởi một nam châm điện. Về cơ bản, việc tăng lưu
lượng lưu chất vào giảm chấn sẽ làm tăng độ nén, phục hồi của lò xo, và việc
giảm lưu lượng sẽ làm giảm hiệu quả hoạt động của giảm chấn.Thông tin từ
các cảm biến bánh xe (cảm biến về độ co giãn của lò xo), cảm biến vô lăng,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
giảm thị lực, gây buồn nôn (hình 1.8).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
14
1.3.3. Những ảnh hưởng về sự tiện nghi
Người ta đã thiết lập được mối quan hệ giữa tính tiện nghi và biên độ
dao động: biên độ tăng sẽ tăng sự khó chịu theo tỷ thuận. Tần số dao động
ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ tiện nghi, ở tần số 1÷2Hz, là tần số đi bộ, con
người không cảm thấy khó chịu. Tuy nhiên tần số 2-8 Hz ảnh hưởng trực tiếp
vì khi tăng tần số lên, do ảnh hưởng của cộng hưởng có thể làm tăng nhanh sự
khó chịu đối với con người.
Hình 1.7. Tần số dao động riêng của các bộ phận trên cơ thể
1.3.4. Những bệnh do dao động “say sóng”
Sự dao động ở những tần số khoảng 0,1Hz hoặc thấp hơn, thường thấy
trong giao thông vận tải có thể gây ra chứng say sóng (kinetosis). Nó dẫn đến
sự buồn nôn, sự choáng váng, nôn ra và có thể ảnh hưởng đến khả năng điều
khiển an toàn của người lái. Ảnh hưởng này này lớn nhất ở vùng tần số 0,125
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN
http://lrc.tnu.edu.vn
Copyright: Tài liệu đại học ©