CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Trong vài năm gần đây, nền kinh tế nước ta có những bước phát triển vượt bậc, đời sống người dân được nâng cao, cùng với việc chính phủ đang đầu tư quy hoạch và xây dựng hệ thống giao thông vận tải đã biến ô tô trở thành phương tiện đi lại tiện nghi và phổ biến được nhiều người quan tâm. Không như các nước phát triển với nước ta ô tô vẫn là vấn đề mới mẻ đặc biệt là các ứng dụng công nghệ tiên tiến trên xe. Vì thế việc nghiên cứu về ô tô là rất cần thiết nó là cơ sở để các nhà nhập khẩu cũng như các nhà sản xuất trong nước kiểm tra chất lượng xe khi nhập khẩu cũng như xuất xưởng đồng thời cung cấp kiến thức cho người dân mua và sử dụng một cánh hiệu quả kinh tế cao.
Khi sử dụng một phương tiện giao thông ngoài những yêu cầu về khả năng thuận lợi trong lưu thông thì một phương tiện gọi là tốt còn phải đảm bảo an toàn trong chuyển động, tính thẩm mỹ cao và độ êm dịu cao trong quá trình sử dụng để đảm bảo sức khỏe cho người tham gia giao thông. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang có những bước đi ban đầu về thiết kế, chế tạo ô tô. Song do điều kiện đường xá kém chất lượng, ở các xe này chưa đáp ứng được một số các yêu cầu đòi hỏi về độ êm dịu chuyển động, tính tiện nghi, tính an toàn chuyển động. Một trong những nguyên nhân là do chất lượng đường của chúng ta còn hạn chế.
Chính vì vậy, việc quan tâm đến độ êm dịu cho một chiếc xe khi tham gia giao thông là một quan trọng trong quá trình chế tạo một phương tiện giao thông nói chung và ô tô nói riêng. Và một trong những hệ thống ảnh hưởng tới các yếu tố trên là hệ thống treo. Vì thế, nhóm em chọn đề tài “Hệ thống treo chủ động” cho đồ án này. Mục tiêu đề tài - Nghiên cứu, tìm hiểu sự phát triển của hệ thống treo chủ động trên ô tô hiện nay.
- Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống treo chủ động. - Mô hình hóa hệ thống treo ¼ và thiết kế bộ điều khiển qua Matlab/Simulink - Thiết kế bộ điều khiển và mô phỏng hệ thống treo chủ động trên Carsim. - Phân tích, so sánh và đánh giá mức độ hiệu quả của hệ thống treo chủ động. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ thống treo chủ động trên ô tô.
1 Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tập trung nghiên cứu vào hệ thống treo chủ động qua việc phân tích, so sánh đánh giá hiệu quả của hệ thống treo mô hình ¼ và mô phỏng trên Carsim trong các trường hợp xe chạy trên đường để đánh giá độ ổn định của bộ điều khiển cho hệ thống treo. Tình hình nghiên cứu 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Trên thế giới, ngày nay có rất nhiều công trình nghiên cứu về ô tô như dao động các loại xe con, mô hình dao động ¼, các yếu tố kết cấu có ảnh hưởng dao động và tối ưu hệ thống treo, các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô, các phương pháp nghiên cứu lý thuyết chủ yếu dựa vào cơ học cổ điển, gần đây sử dụng phương pháp cơ học hệ nhiều vật. Và hệ thống treo là hệ thống rất quan trọng trên ô tô đang được các kỹ sư nghiên cứu và cải tiến.
Dưới đây, nhóm chúng tôi sẽ đưa ra các nghiên cứu ngoài nước đã góp phần giúp hệ thống treo tiên tiến hơn: Công trình nghiên cứu của Massimo SORLI và Giuseppe QUAGLIA [1] đã phân tích đặc tính hệ thống treo khí nén dùng trên ô tô, nghiên cứu đặc tính phi tuyến hệ thống treo khí nén có lắp thêm bình khí phụ. Đánh giá ảnh hưởng các thông số: thể tích, áp suất, diện tích chịu lực của lò xo khí nén trong miền tần số đến đặc tính động lực học hệ thống treo. Tuy nhiên công trình này mới chỉ dừng lại ở mô hình dao động ¼ ô tô, chưa áp dụng cho một ô tô có thông số cụ thể. Để đánh giá đầy đủ và chính xác ảnh hưởng của hệ thống treo khí nén đến dao động cần mô phỏng cho một ô tô cụ thể.
Công trình nghiên cứu của Katsuya Toyofuku, Chuuji Yamada, Toshiharu Kagawa, Toshinori Fujita [2] đã nghiên cứu, xây dựng và mô phỏng đặc tính hệ thống treo khí nén trên ô tô có sử dụng bình khí phụ, đánh giá ảnh hưởng của chiều dài đường ống nối giữa bình khí phụ và lò xo khí nén đến đặc tính động lực học trong miền tần số. Công trình mới dừng lại ở mô hình đơn giản, để đảm bảo độ chính xác cần mô phỏng cho một ô tô cụ thể. Công trình nghiên cứu của CHEN Ke, ZHANG Ming and TONG Xuefeng [3] về hệ thống treo khí nén đã xây dựng mô hình dao động ô tô 7 bậc tự do với phần tử đàn hồi phi tuyến, sử dụng điều khiển mờ trong Matlab để điều khiển gia tốc dao động thân xe, tăng tính êm dịu và an toàn chuyển động ô tô. 2 Công trình nghiên cứu của William Daniel Robinson [4] về hệ thống treo ô tô, tác giả đã nghiên cứu, phân tích và xây dựng các mô hình hệ thống treo tuyến tính, phi tuyến.
Trong mô hình hệ thống treo khí nén có sử bình khí phụ, sau khi phân tích đặc tính hệ thống treo, tác giả tiến hành xây dựng các bộ điều khiển bán tích cực hệ thống treo, điều khiển phần tử giảm chấn. Nghiên cứu về hệ thống treo thủy khí, Dongpu Cao [5], tác giả đã xây dựng mô hình toán học cho hệ thống treo thủy khí trên ô tô có tải trọng lớn, khảo sát đánh giá các yếu tố về kết cấu, vị trí bố trí các buồng khí trong hệ thống treo ảnh hưởng đến dao động. Ảnh hưởng của áp suất khí nén đến các thông số khai thác sử dụng. Nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào các ô tô có tải trọng lớn.
Tình hình nghiên cứu trong nước Sự phát triển của mạng lưới giao thông hiện nay là điều kiện thuận lợi cho phát triển phương tiện giao thông đường bộ. Vì vậy, việc nghiên cứu để cải tiến cho ô tô ngày càng tiên tiến là rất quan trọng. Một trong đặc tính quan trọng của ô tô là tính êm dịu ảnh hưởng do hệ thống treo đang được các kỹ sư ô tô nước ta nghiên cứu, học hỏi và cải tiến. Các công trình nghiên cứu ở Việt Nam về hệ thống treo sử dụng các mô hình dao động để đánh giá: Mô hình dao động ¼ ô tô được tác giả Nguyễn Văn Trà [6] sử dụng nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo bán tích cực ở sơ đồ ¼ để nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô.
Tác giả đã xác định được tham số tối ưu cho hệ thống treo bị động và tham số cho giảm chấn của hệ thống treo bán tích cực. Ở mô hình này độ cứng của phần tử đàn hồi được tuyến tính hóa bằng một hệ số có giá trị không đổi khi tính toán và khảo sát. Mô hình dao động ½ ô tô trong mặt phẳng dọc được dùng để khảo sát dao động liên kết của ô tô hai trục. Khi có kể đến hệ ghế và người ngồi trên sàn xe thêm vào trong mô hình, được tác giả Đặng Việt Hà [7] sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số tới tính êm dịu chuyển động của ô tô khách được đóng mới ở Việt Nam.
Tuy nhiên, khi sử dụng mô hình này không đánh giá được sự phân bố lại tải trọng thẳng đứng theo phương ngang, dao động lắc ngang của khối lượng được treo và không được treo. Trong mô hình các hệ số đàn hồi và giảm chấn được tuyến tính hóa bằng các hệ số. 3 Nhận xét chung: Các nghiên cứu về hệ thống treo về lý thuyết cũng như thí nghiệm đã tương đối hoàn chỉnh, nhiều loại mô hình toán học đã được áp dụng để xây dựng và mô phỏng mô hình dao động, các công trình này được đánh giá có tính tin cậy cao. Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu dao động của ô tô ở nước ta thường tập trung nghiên cứu dao động của một số loại ô tô trong một số điều kiện cụ thể, chủ yếu tập trung nghiên cứu xe khách, xe con trên đường giao thông chất lượng cao và việc thiết kế mạch mô phỏng thực tế có giá thành rất đắt và việc đi tìm hiểu nghiên cứu chuyên sâu chưa phù hợp với phạm vi và kiến thức của sinh viên.
Vì vậy, sau khi tìm hiểu các hướng nghiên cứu trong và ngoài nước, nhóm chúng tôi đã chọn đề tài hệ thống treo chủ động trên ô tô, sử dụng mô hình dao động cụ thể là sử dụng mô hình hệ thống treo ¼, tiến hành thiết lập mô hình, thiết kế bộ điều khiển và dùng các thông số cụ thể để mô phỏng, đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo chủ động đến dao động ô tô thông qua việc so sánh giữa hệ thống treo có bộ điều khiển và không có bộ điều khiển trên các điều kiện mặt đường khác nhau. Từ đó thấy được tầm quan trọng của hệ thống treo có bộ điều khiển (hệ thống treo chủ động). Đề cương chi tiết Đề tài này được thực hiện gồm 5 chương: Chương 1: Tổng quan về đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Xây dựng hệ thống treo ¼ trên Matlab/Simulink Chương 4: Mô phỏng trên Carsim Chương 5: Kết luận 4 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Giới thiệu chung về hệ thống treo Hệ thống treo là bộ phận đặt phía trên cầu trước và cầu sau của xe, kết nối vỏ khung ô tô với các cầu, nhờ đó xe có thể vận hành êm ái và ổn định.
Ngoài ra, chúng còn đóng vai trò quan trọng trong việc truyền lực và mô-men từ bánh xe lên đến khung hoặc vỏ xe. Điều này giúp bánh xe đảm bảo hoạt động đúng quy trình.1: Hệ thống treo Hệ thống treo có cấu tạo gồm 3 bộ phận khác nhau. Mỗi bộ phận lại đảm nhận một nhiệm vụ riêng biệt, cụ thể như sau: - Bộ phận đàn hồi: cấu tạo gồm lò xo, thanh xoắn, nhíp và khí nén, giữ nhiệm vụ hấp thụ dao động từ mặt đường, làm giảm tác động của sức nặng lên khung xe, giúp bánh xe di chuyển êm ái, ổn định. - Bộ phận giảm chấn: Có hai loại giảm chấn là giảm chấn thủy lực và giảm chấn dùng ma sát.
Chúng đóng vai trò trong việc hạn chế dao động của bánh xe và thân xe.