CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Trong những năm gần đây nền công nghiệp ô tô trên thế giới phát triển mạnh mẽ, với những thành tựu công nghệ được ứng dụng vào sản xuất ngành ô tô. Thứ hai nền kinh tế phát triển thì đời sống con người được cải thiện, nhu cầu đi lại của con người vẫn chủ yếu là phương tiện ô tô. Nên việc sản xuất ô tô ngoài giá thành, mẫu mã thì yếu tố quan trọng cũng được quan tâm tới chất lượng, tính an toàn, tính ổn định, độ êm dịu khi xe vận hành.
Một trong những yếu tố quan trọng quyết định đánh giá chất lượng của một chiếc xe đó là hệ thống treo xe ô tô có linh hoạt đáp ứng với nhiều loại biên dạng mặt đường không. Để tăng khả năng thích ứng với nhiều loại biên dạng mặt đường khác nhau nên việc sử dụng hệ thống treo bị động thông thường với trang bị lò xo và bộ phận giảm chấn thì không thể đáp ứng được tốt được với nhiều loại biên dạng mặt đường khác nhau nên vì vậy hệ thống treo bán tích cực và tích cực đã được các nhà sản xuất chú trọng phát triển rông rãi. Một hệ thống treo bán tích cực sử dụng bộ giảm chấn với hệ số biến đổi. Trong khi hệ thống treo tích cực là sự kết hợp của lò xo, bộ giảm chấn và cơ cấu bộ chấp hành thủy lực ( xy lanh thủy lực) khi một phần hoặc toàn bộ lực tác dụng giữa khối treo và khối không được treo dựa vào tính hiệu điều khiển trực tiếp.
Ở Việt nam là đất nước đang phát triển các loại xe buýt trong mạng lưới phục vụ công cộng được vận hành qua nhiều loại mặt đường khác nhau, đa số các loại xe buýt sử dụng hệ thống treo bị động: dạng nhíp và giảm chấn thủy lực thì không thể đáp ứng tốt được mặt: thoải mái, êm dịu và ổn định qua các biên dạng đường khác nhau nên việc ảnh hưởng đối với hàng khách trong xe không thể tránh khỏi. Do đất nước ta còn hạn chế về các thiết bị và máy móc chuyên dùng 1 đánh giá hệ thống treo ô tô rất tốn kém và thời gian. Nên việc tính toán và mô phỏng hệ thống treo ô tô bằng phần mềm giúp tiết kiệm chi phí và thời gian, mang lại hiệu quả trong việc nghiên cứu hệ thống treo ô tô là một vấn đề rất cần thiết. Xuất phát từ những vấn đề trên, nên tôi lựa chọn đề tài: “ Nghiên cứu và xây dựng giải pháp nâng cao ổn định của hệ thống treo ô tô”.
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước: 1.1 Nghiên cứu trong nước: Lương Hữu Thoại [1] đã nghiên cứu và thiết kế một hệ thống treo có điều khiển nhằm tối ưu hóa hệ thống xe buýt theo hướng êm dịu và độ ổn định chuyển động của xe. Các mô hình vật lý và mô hình toán học được áp dụng cho mô hình ½ xe (4 DOF) và mô hình xe đầy đủ (7 DOF) được thiết lập. Cả hai hệ thống treo bị động và tích cực được so sánh trên cùng đồ thị, chịu tác dụng cùng một mặt đường như nhau. Kết quả chuyển vị và gia tốc thân xe, biến dạng lốp đều giảm, cho thấy hệ thống treo tích cực tốt hơn trên phương diện êm dịu và ổn định.
Dương Nguyễn Hắc Lân [2] đã nghiên cứu hệ thống treo tích cực, mô hình hóa và mô phỏng hệ thống treo tích cực kết hợp với hệ thống treo bị động cùng thông số để tiến hành đánh giá kết quả đạt được khi thiết kế và mô phỏng nó dựa theo một số tiêu chuẩn như ISO 8608, ISO 2631. Tác giả đã xây dựng mô hình mô hình xe ¼ và đưa ra các kết quả dao động theo phương thẳng đứng của mô hình dưới ảnh hưởng của mấp mô mặt đường ngẫu nhiên. Kết quả mô phỏng cho ta một dao diện mô phỏng có thể xuất ra các thông số điều khiển kp, ki, kd _ các thống số của khối điều khiển tự động của hệ thống treo tích cực, đồng thời cũng đưa ra cho ta các thông số về dao động theo phương thẳng đứng để đánh 2 giá tính năng dao động của hệ thống so với các tiêu chuẩn ISO. Dựa vào kết quả thu được từ quá trình mô phỏng hoạt động của hai hệ thống treo tích cực và bị động thấy được giá trị trung bình bình phương của gia tốc theo phương thẳng đứng của hệ thống treo tích cực luôn có giá trị nhỏ hơn nhiều so với hệ số này ở hệ thống treo bị động cho thấy được cảm nhận của hành khách trong xe trong quá trình xe vận hành không có cảm giác không thoải mái hoặc có cảm giác chút ít về sự không thoải mái khi xe chạy trong các mặt đường xấu Nguyễn Đức Ngọc [3] cùng với cộng sự Deng Zhaoxiang đã thiết lập xây dựng mô hình tổng thể hệ thống treo ô tô với bảy bậc tự do, ứng dụng lý thuyết phương pháp điều khiển tối ưu thiết kế bộ điều khiển tuyến tính (LQG) để kiểm soát hoạt động hệ thống treo của xe.
Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng mô hình mô phỏng điều khiển hệ thống treo. Kết quả mô phỏng so sánh với hệ thống treo bị động, cho thấy việc kiểm soát hệ thống treo chủ động với bộ điều khiển tuyến tính cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống treo, làm cho nguời ngồi trên xe cảm thấy thoải mái hơn. Hồ Văn Hóa [4] đã vận dụng lý thuyết về dao động, xây dựng mô hình toán học, thiết lập phương trình vi phân mô tả sự chuyển động của ô tô. Ứng dụng phần mềm Matlab vào việc tính toán và mô phỏng thông số thực tế và thông số tối ưu thì kết quả đạt được : thông số thực tế: tần số riêng f(w) = 14,081 Hz và trọng số gia tốc aw= 10,585 (m/s2), độ cứng của nhíp C2t=144,475 N/m, C2s=174,486 N/m, độ giảm chấn K2t=12,042 Ns/m, K2s=14,814 Ns/m và kết quả thông số tối ưu: tần số riêng f(w) = 0,9745 Hz và trọng số gia tốc aw= 0,9889 (m/s2), độ cứng của nhíp C2t=58,829 N/m, C2s=103,410 N/m, độ giảm chấn K2t=20,874 Ns/m, K2s= 22,117 Ns/m.
Lê Thiện Kim Ngân [5]. Đã xây dựng mô hình động lực học dao động toàn xe trong không gian 3 chiều, từ đó xác định tải trọng tác dụng lên thân xe trong các chế độ tải trọng khác nhau dưới kích động từ mặt đường, đồng thời tác giả 3 vận dụng phương pháp Lagrange và tính toán bằng phương pháp mô phỏng thông qua phần mềm Matlab. Kết quả đạt được trong tính toán của hệ số tải trọng động: vận tốc giới hạn 5 (m/s), độ cao mấp mô nguy hiểm 16,5 (cm).2 Nghiên cứu ngoài nước: Sun cùng với cộng sự [6] đã nghiên cứu mô phỏng sự ảnh hưởng của giảm chấn trong hệ thống treo khi xe chạy trên đường. Tác giả đã xây dựng mô hình 1/2 xe có bốn bậc tự do được thiết lập, từ đó xây dựng dao động phương trình vi phân và ma trận kích động từ con đường, cùng với sự thay đổi hệ số giảm chấn từ 1000 3600 Ns/m và áp dụng phần mềm MATLAB / SIMULINK.
Cho kết quả gia tốc thẳng đứng thân xe có giá trị thấp với hệ số giảm chấn 3600 Ns/m. Ekoru cùng với cộng sự [7] điều khiển PID của hệ thống treo tích động mô hình 1/2 xe phi tuyến thông qua lực phản hồi. Bài báo này trình bày thiết kế hệ thống điều khiển PID hai vòng cho hệ thống treo tích động bốn bậc tự do (DOF). Hệ thống hai vòng bao gồm một vòng điều khiển lực truyền động thủy lực PID bên trong và một vòng điều khiển chuyển động hệ thống treo bên ngoài PID.
Hiệu quả của AVSS dựa trên PID được so sánh với mô hình 1/2 hệ thống treo bị động có cùng thông số mô hình giống nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả vượt trội hệ thống treo tích cực về gia tốc góc xoay thân xe thời gian ổn định nhanh hơn và dao động ít hơn so với hệ thống treo bị động. Dirman Hanafi [8] đã thiết kế bộ điều khiển PID cho hệ thống treo xe bán tích động dựa trên mô hình hệ thống nhận dạng thông minh. Tác giả xây dựng mô hình hệ thống treo bán tích động và đưa ra ba lý thuyết điều khiển: PID, PD, PI để so sánh các phương pháp nào điều khiển tối ưu.
Thể hiện qua bảng 1.1 Thông số điều khiển Điều khiển PID PI PD Thông số Kp 0.1 đã chứng minh lý thuyết điều khiển PID cho kết quả tốt hơn so với bộ điều khiển PI và bộ điều khiển PD. Alexey Kuznetsov cùng với cộng sự [9]. Tối ưu hóa hệ thống treo mô 1/4 xe kết hợp với các tác dụng đến cơ sinh học người lái. Trong bài báo này, tác giả đã xây dựng một mô hình giữa người-xe-đường HVR (Human–Vehicle–Road), bao gồm mô hình một phần tư xe và một cơ sinh học đại diện của người lái xe, được sử dụng để phân tích động lực học của ba bậc tự do M1, M2, M3 trong đó lần lượt là : độ cứng khối lượng bánh xe, khối lượng thân xe, trọng lượng của tài xế.
Các tiêu chuẩn có thể có được để tìm ra các thông số tối ưu cho hệ thống treo được quan tâm như: k1, k2, C1, C2 trong đó (hệ số cứng của lốp, hệ số cứng của lò xo thân xe, hệ số cứng giảm chấn lốp, hệ số giảm chấn thân xe). Các thông số C2, K2, K1 có giá trị lần lượt 2 Ns/m, 180 N/m, 10 N/m và thử nghiệm ba loại đường và tốc độ khác nhau: Alfred street, Wendouree Parade, Ring road thì thu được trọng số gia tốc của thông số C2, K2, K1 trên đường Ring road đạt tối ưu. Amir và cộng sự [10] đã xây mục tiêu của việc điều khiển hệ thống treo là để cải thiện sự thoải mái khi đi xe và khả năng bám đường của xe trong các điều kiện đường khác nhau. Từ đó tác giả đã thiết kế một mô hình điều khiển trong 5 một hệ thống treo tích động cho mô hình xe một phần tư.
Bằng phương pháp tính toán cho việc điều khiển bằng cách thiết kế một PID như một hàm chức năng của khối lượng và vận tốc. Bộ điều khiển PID được kiểm soát ở các mặt đường khác nhau. Bộ điều khiển PID cho kết quả tốt hơn so với hệ thống treo bị động, đồng thời giá trị trung bình giảm khi xe chạy qua đỉnh của tất cả các loại đường là 78% so với hệ thống treo bị động. Từ kết quả cho thấy bộ điều khiển PID tốt đối hệ thống treo tích động.
