CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Hiện nay, với sự kết hợp của nhiều lĩnh vực khoa học, sự phối hợp chặt chẽ giữa các ngành công nghiệp, các kỹ thuật khác nhau như: Công nghệ chế tạo, công nghệ vật liệu, công nghệ thông tin, kỹ thuật điện - điện tử, kỹ thuật điều khiển, kỹ thuật tự động hóa và khoa học toán… các nhược điểm khó khắc phục của HTT bị động đã dần được giải quyết và cải tiến tốt hơn thông qua việc áp dụng các HTT bán tích cực và HTT tích cực. Các phương pháp điều khiển được áp dụng đa dạng hơn như phương pháp điều khiển tối ưu, điều khiển thích nghi hay điều khiển bền vững. Một HTT bao gồm bốn phần tử chính được kể đến là: phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn, phần tử hướng và phần tử ổn định. Trong đó, bộ phận dẫn hướng xác định động học chuyển động bánh xe, và truyền các lực kéo, lực phanh, lực bên và các mô men phản lực của chúng lên khung hoặc vỏ xe; phần tử ổn định có vai trò tăng độ ổn định của xe trong quá trình di chuyển trong trường hợp HTT của 1 bánh xe được kích hoạt, hai phần tử này trong nhiều nghiên cứu đã cho thấy vai trò của nó tác động đến độ êm dịu chuyển động là không đáng kể.
Các nghiên cứu về điều khiển HTT tập trung vào việc tác động thay đổi hai phần tử chính là phần tử đàn hồi và phần tử giảm chấn nhằm mục đích đưa các đặc tính của chúng đáp ứng nhanh và tốt nhất khi có các tác nhân bên ngoài tác động. Trong phần nghiên cứu tổng quan, luận án tập trung nghiên cứu, phân tích các HTT có điều khiển trên cơ sở lý thuyết, các giảm chấn dùng trong HTT có điều khiển, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến luận án. Qua đó xác định nhiệm vụ cụ thể của luận án. Với các mục đích kể trên, nội dung tổng quan của luận án sẽ giải quyết một số vấn đề sau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 +Nghiên cứu các phương pháp điều khiển HTT.
+Tìm hiểu các loại giảm chấn có điều khiển và ứng dụng của nó. +Các phương pháp điều khiển hiện đại. +Phân tích tình hình nghiên cứu về HTT bán tích cực trên thế giới. + Phân tích tình hình nghiên cứu về HTT bán tích cực trong nước.
+Trình bày nhiệm vụ của luận án.1 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HTT Ô tô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với đường có biên dạng phức tạp. Mặt khác dao động của ô tô ảnh hưởng tới con người (lái xe và hành khách) và ảnh hưởng tới sự bảo đảm an toàn của hàng hoá chuyên chở. Đồng thời con người cũng có ảnh hưởng tới dao động của ô tô. Nghiên cứu về dao động của ô tô là cần thiết với mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng và độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy của nó v.v… Vì vậy, nghiên cứu dao động ô tô là xác lập mối quan hệ giữa dao động của ô tô với các chỉ tiêu đánh giá [1].
Các tính chất dao động của ô tô thường được đánh giá theo hai mặt: đánh giá theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc dao động có tính chất quyết định, vì nó tác dụng lên lái xe và hành khách; theo quan điểm về độ an toàn chuyển động (khả năng bám đường) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là thông số mang tính quyết định. Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô. Dựa trên tài liệu của nước ngoài kết hợp với các tài liệu của Viện khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, ta có thể liệt kê một số chỉ tiêu (xem là quan trọng đầu tiên) như sau: + Chỉ tiêu về tần số dao động của ô tô nằm trong giới hạn sau: n = 60 90 lần/phút đối với xe con; n = 100 120lần/phút đối với xe vận tải. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 Giá trị này lấy theo tần số trung bình của người đi bộ khoảng 11,5 Hz.
+ Chỉ tiêu về gia tốc dao động: Xác định dựa trên cơ sở trị số của bình phương trung bình của gia tốc theo các phương X, Y, Z và gia tốc theo ba phương cụ thể: Bảng 1: Bảng chỉ tiêu về gia tốc dao động Đi chậm 1,0 0,5 0,6 Đi bộ bình thường 2,5 0,7 1 Chạy với v = 8 - 9 km/h 4,0 1 2 Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê. Mặt khác, điều quan trọng hơn là dao động ô tô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu nhiên với tần số rộng và phức tạp cả theo hướng tác dụng. +Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động của chúng: Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn hóa ISO 2631 đưa ra năm 1969 cho phép đánh giá theo ba mức: thoải mái, mệt mỏi (cho phép dao động mà vẫn giữ được mức độ cho phép của cường độ lao động) và mức giới hạn (giới hạn theo tác dụng của dao động lên sức khoẻ của con người). Để đánh giá cảm giác, người ta sử dụng dao động thẳng đứng điều hoà tác động lên người ngồi và người đứng trong vòng 8 giờ.
Nếu tần số tác động ở trong giới hạn nhạy cảm nhất với dao động của con người (4 8 Hz), thì bình phương gia tốc trung bình đối với giới hạn là: Thoải mái: 0,1 (m/s2) 27 - Mệt mỏi cho phép: 0,315 (m/s2) - Mệt mỏi ở giới hạn cho phép: 0,63 (m/s2). Với sự thay đổi tần số và thời gian tác động thì các giá trị trên sẽ thay đổi. Khoảng tần số nhạy cảm nhất đối với con người là 4 8 Hz, ở đây cảm giác tỷ lệ hằng số với gia tốc và có giá trị nhỏ nhất. Các giá trị tương ứng tìm được bằng thực nghiệm đối với giới hạn cho phép mệt mỏi khi ô tô dao động thẳng đứng được đưa ra như hình 1.
Khi tác LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 động trong thời gian ngắn và hành khách ngồi cố định trên ghế thì gia tốc bình phương cho phép đến 7,1 (m/s2). Đồ thị giá trị gia tốc cho phép mệt mỏi theo tiêu chuẩn ISO 2631 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường là một trong những chỉ tiêu quan trọng. Theo quan điểm về an toàn chuyển động (tính điều khiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứng bánh xe với đường là thông số quan trọng để đánh giá chất lượng làm việc của HTT nói riêng và xe nói chung. Tải trọng thẳng đứng của bánh xe Rk(t) được xác định bằng tổng của tải trọng tĩnh và lực động giữa bánh xe và bề mặt đường Fđ(t): Theo quan điểm về an toàn chuyển động, khi: RK(t)< RKt thì khả năng tiếp nhận các lực dọc và ngang sẽ giảm.
Khi RK(t) = 0 thì bánh xe sẽ mất khả năng truyền lực kéo, lực phanh và lực ngang, đồng thời nếu là bánh xe dẫn hướng thì ở thời điểm đó ô tô sẽ mất tính điều khiển, có nghĩa là mất khả năng tiếp nhận các lực dọc, lực ngang tại khu vực tiếp xúc của bánh xe với nền đường. [1] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 a) Dáng điệu của tải trọng thẳng đứng của bánh xe; b) Phân bố thống kê tải trọng thẳng đứng của bánh xe. Chính vì thế khi thiết kế các HTT, các tham số kết cấu phải tự điều chỉnh sao cho đáp ứng tốt các tiêu chí khi đưa vào sử dụng, nói đến tính điều khiển, từ khi HTT ra đời, bản thân nó đã có những điều chỉnh tự động theo một phạm vi nhất định do đặc tính của các thông số kết cấu đã cho phép thực hiện điều đó. Có thể thấy, các phần tử đàn hồi dạng trụ, nhíp lá hoặc thanh xoắn cùng với giảm chấn thuỷ lực thường có tính chất đàn hồi tuyến tính.
Với phần tử đàn hồi, đặc tính làm việc của nó thay đổi theo tải trọng với đặc tính đàn hồi trên hình: Hình 1.3 Đặc tính đàn hồi của treo (dạng mong muốn) [1] Trong đó; đường cong 1 - khi có tải; đường cong 4 - khi không tải. điểm A và B - điểm ứng với thời điểm va vào vấu hạn chế dưới và trên. Lốp ô tô có tính chất đàn hồi, trong quá trình làm việc do tính chất đàn hồi trễ của vật liệu mà làm cho đặc tính của nó thay đổi. Qua nhiều thử nghiệm người ta chỉ ra rằng, độ cứng của lốp thay đổi rất ít ở tải trọng trung bình và lớn.
Và sự thay đổi thông số này thể hiện bằng đồ thị đặc tính trong hình 1. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.4 Đặc tính đàn hồi của lốp 7.50 – 20 [1] Trong quá trình làm việc, dao động của ô tô được dập tắt bằng các phần tử ma sát khác nhau trong HTT. Ma sát trong HTT xuất hiện ở các phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi, trong các khớp đòn treo và lốp xe…. Tuy nhiên việc dập tắt dao động bằng các phần tử ma sát khác ngoài giảm chấn thì có ảnh hưởng không lớn đến HTT.
Trên HTT hiện nay, quá trình dập tắt dao động được thực hiện chủ yếu nhờ các giảm chấn thuỷ lực. Khi sử dụng giảm chấn, ta có thể dễ dàng thay đổi đặc tính của giảm chấn cho phù hợp với các tham số dao động của ô tô. Đặc tính này thay đổi theo điều kiện làm việc và được thể hiện trong đặc tính làm việc của giảm chấn trong hình 1.5 Đặc tính giảm chấn ô tô vận tải. Như vậy, về bản chất các đặc tính thay đổi trong quá trình làm việc của các phần tử trong HTT đã giúp cho HTT tự động điều chỉnh trong phạm vi nhất định, các HTT này thường được gọi là HTT bị động.
Vì HTT đã có sự điều chỉnh nhất định nên có thể xem quá trình điều khiển của HTT bị động được khái quát theo mô hình điều khiển vòng hở sau: Hình 1.6 Mô hình điểu khiển mô tả HTT bị động LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.