Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình phát triển của ngành công nghiệp ô tô, việc nâng cao tính tiện nghi, đảm bảo độ an toàn chuyển động và tạo cảm giác thoải mái cho hành khách luôn là mục tiêu hàng đầu của các nhà sản xuất. Trong kết cấu tổng thể của xe, hệ thống treo đóng vai trò then chốt khi liên kết đàn hồi giữa bánh xe với khung xe hoặc thân xe, chịu trách nhiệm dập tắt dao động và truyền lực giữa bánh xe với mặt đường.

Tuy nhiên, hệ thống treo thụ động (Passive Suspension) truyền thống luôn tồn tại mâu thuẫn cơ bản giữa độ êm dịu và độ an toàn chuyển động:

  • Khi lựa chọn hệ số cản giảm chấn thấp, độ êm dịu chuyển động tăng lên nhưng độ bám đường và tính an toàn lại suy giảm.
  • Ngược lại, khi chọn hệ số cản giảm chấn cao, độ an toàn và khả năng bám đường tăng lên nhưng độ êm dịu lại giảm đi đáng kể.
  • Hệ thống treo thụ động với các thông số độ cứng và hệ số cản cố định chỉ có thể hoạt động tối ưu trên một dạng biên dạng mặt đường xác định.

Để giải quyết mâu thuẫn này, việc ứng dụng hệ thống treo điều khiển (gồm hệ thống treo bán tích cực và tích cực) là giải pháp kỹ thuật tất yếu. Đề tài "Mô phỏng hệ thống treo bán tích cực" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán điều khiển thích nghi thông số giảm chấn nhằm đồng thời nâng cao độ êm dịu và độ ổn định chuyển động của ô tô.

Mục tiêu nghiên cứu:

  1. Khảo sát chức năng, nhiệm vụ, cấu tạo và nguyên lý làm việc của các loại hệ thống treo trên ô tô.
  2. Thiết lập mô hình toán học của hệ thống dao động ô tô và thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống treo bán tích cực nhằm nâng cao độ êm dịu (cách ly tối đa các dao động từ mặt đường truyền lên thân xe) và tăng cường độ bám đường (duy trì khả năng tiếp xúc liên tục giữa bánh xe với mặt đường).

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Phương pháp và thuật toán điều khiển bán tích cực ứng dụng cho hệ thống giảm chấn trên ô tô.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát mô hình dao động phẳng $1/4$ xe trong miền dao động tuyến tính, phân tích phản ứng động lực học của thân xe và bánh xe dưới kích thích mấp mô mặt đường thông qua công cụ mô phỏng số.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Tìm hiểu tổng quan kết cấu hệ thống treo và các loại giảm chấn bán tích cực/tích cực (giảm chấn từ hóa MR, giảm chấn van tiết lưu On-Off, giảm chấn CDC).
  2. Xây dựng mô hình toán học dao động $1/4$ ô tô cho hệ thống treo thụ động và hệ thống treo bán tích cực.
  3. Thiết kế giải thuật điều khiển và tiến hành mô phỏng, khảo sát, đánh giá so sánh độ êm dịu chuyển động giữa hệ thống treo bán tích cực dùng bộ điều khiển Skyhook hiệu chỉnh với hệ thống treo thụ động trên phần mềm Matlab/Simulink.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn đánh giá

Đề tài sử dụng lý thuyết dao động ô tô và động lực học hệ nhiều vật với các chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ thống treo cụ thể:

  • Chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động: Đánh giá thông qua giá trị hiệu dụng (bình phương trung bình) của gia tốc dao động thẳng đứng của khối lượng được treo ($z_s$): $$a = \sqrt{\frac{1}{T}\int_0^T \ddot{z}_s^2(t) dt} \quad (\text{m/s}^2)$$ Theo nghiên cứu thực nghiệm trong dải tần số nhạy cảm của cơ thể người ($4 - 8\text{ Hz}$), các ngưỡng giới hạn gia tốc được xác định:

    • Mức dễ chịu: $0{,}1\text{ m/s}^2$
    • Mức gây mệt mỏi: $0{,}315\text{ m/s}^2$
    • Mức gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe: $0{,}63\text{ m/s}^2$

  • Chỉ tiêu độ an toàn chuyển động: Đánh giá thông qua độ lệch chuẩn giữa tải trọng động ($F_{zd}$) và tải trọng tĩnh ($F_{zt}$) tác dụng xuống mặt đường, đặc trưng cho khả năng bám đường: $$\sigma = \sqrt{\frac{1}{T}\int_0^T (F_{zd} - F_{zt})^2 dt}$$ Trong đó tải trọng toàn phần $F_d = F_{zt} + F_{zd}$; giá trị $\sigma$ càng nhỏ thì độ bám đường và an toàn chuyển động càng cao.

  • Chỉ tiêu không gian làm việc của hệ thống treo: Đánh giá thông qua dịch chuyển tương đối giữa khối lượng được treo ($m_s$) và khối lượng không được treo ($m_u$), biểu thị bởi đại lượng $(z_s - z_u)$.

Cơ sở lý thuyết điều khiển bán tích cực

Hệ thống treo bán tích cực thay đổi liên tục hệ số cản của giảm chấn $C_v$ mà không cần cấp nguồn năng lượng lớn như hệ tích cực. Đề tài khảo sát ba chiến lược điều khiển:

  • Điều khiển Skyhook (Karnopp): Giả lập một bộ giảm chấn ảo liên kết trực tiếp khối lượng thân xe với một điểm cố định trên bầu trời nhằm triệt tiêu vận tốc tuyệt đối $\dot{z}_s$.
  • Điều khiển Groundhook: Giả lập bộ giảm chấn ảo liên kết khối lượng không được treo với mặt đất nhằm kiểm soát dao động của bánh xe $\dot{z}_u$, tối ưu hóa độ bám đường.
  • Điều khiển Skyhook hiệu chỉnh (Modified Skyhook): Kết hợp đồng thời việc kiểm soát vận tốc tuyệt đối của thân xe ($\dot{z}_s$) và vận tốc tương đối giữa thân xe và bánh xe $(\dot{z}_s - \dot{z}_u)$ qua hệ số cân bằng $\alpha$, giúp dung hòa giữa tiêu chí êm dịu và ổn định không gian làm việc.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp mô hình hóa toán học: Thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động bậc hai cho mô hình động lực học $1/4$ xe (2 bậc tự do) dựa trên định luật II Newton.
  • Phương pháp mô phỏng số: Xây dựng sơ đồ khối cấu trúc, cài đặt thuật toán điều khiển và giải hệ phương trình vi phân phi tuyến/thay đổi thông số trên môi trường Matlab/Simulink.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan về hệ thống treo trên ôtô

Chương I trình bày hệ thống hóa toàn diện về chức năng, phân loại và các kết cấu điển hình của hệ thống treo:

  • Cấu tạo chung: Gồm 4 bộ phận chính: bộ phận đàn hồi (nhíp, lò xo xoắn, thanh xoắn, đệm khí, cao su, thủy lực), bộ phận giảm chấn (giảm chấn thủy lực dạng ống đơn/ống kép hai chiều), bộ phận dẫn hướng (xác định động học bánh xe và truyền lực), và thanh ổn định (hạn chế góc nghiêng thùng xe khi vào cua hoặc đi đường mấp mô).
  • Phân loại kết cấu:
    • Hệ thống treo phụ thuộc: Dạng lò xo lá (nhíp) hoặc dạng 4 thanh nối dùng lò xo xoắn. Ưu điểm là kết cấu cứng vững, chịu tải nặng tốt, dễ bảo dưỡng; nhược điểm là khối lượng không được treo lớn, độ êm dịu kém do hai bánh xe ảnh hưởng lẫn nhau.
    • Hệ thống treo độc lập: Dạng hình thang hai đòn ngang và dạng thanh giằng MacPherson. Ưu điểm là giảm khối lượng không được treo, hạ thấp trọng tâm xe, chuyển động của hai bánh độc lập giúp tăng độ êm dịu và tính ổn định.
  • Hệ thống treo có điều khiển: Phân tích các chế độ can thiệp tự động qua ECU như chống chúi đuôi xe khi tăng tốc, chống lắc ngang khi quay vòng, chống chúi mũi khi phanh, điều khiển ổn định ở tốc độ cao và chống chúi đuôi khi chuyển số tự động.
  • Các loại giảm chấn điều khiển:
    • Giảm chấn từ hóa MR (Magneto-Rheological): Sử dụng chất lỏng chứa các hạt gốc cacbonyl nhiễm từ; khi thay đổi cường độ dòng điện cấp vào cuộn cảm trong piston, từ trường biến thiên làm thay đổi độ nhớt của chất lỏng, từ đó điều chỉnh lực cản giảm chấn một cách liên tục.
    • Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu On-Off (Toyota): Điều khiển van quay để đóng mở các lỗ tiết lưu phụ ở 3 trạng thái: mềm, trung bình, cứng.
    • Giảm chấn CDC (Continuous Damping Control): Điều khiển điện tử tỷ lệ mở van tiết lưu liên tục theo tính toán thời gian thực của ECU.

Chương II: Mô hình dao động hệ thống treo tích cực

Chương II tập trung xây dựng cơ sở toán học cho mô hình dao động $1/4$ xe với 2 bậc tự do dịch chuyển thẳng đứng.

Các giả thiết xây dựng mô hình:

  1. Dao động ô tô được khảo sát trong phạm vi tuyến tính, xét trong mặt phẳng dọc và ngang.
  2. Phần tử đàn hồi và giảm chấn có đặc tính tuyến tính.
  3. Coi mặt đường không biến dạng; ô tô chuyển động thẳng đều; các bánh xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc với mặt đường.
  4. Nguồn kích động duy nhất tác động lên hệ thống là độ mấp mô biên dạng mặt đường $z_r$.
  5. Bỏ qua khối lượng của cánh tay đòn dẫn hướng và xem các khớp quay là chốt lý tưởng.

Mô hình toán học hệ thống treo bị động:

  • Khối lượng được treo ($m_s$): $$m_s \ddot{z}_s + c_s (\dot{z}_s - \dot{z}_u) + k_s (z_s - z_u) = 0$$
  • Khối lượng không được treo ($m_u$): $$m_u \ddot{z}_u - c_s (\dot{z}_s - \dot{z}_u) - k_s (z_s - z_u) + k_t (z_u - z_r) = 0$$

Mô hình toán học hệ thống treo bán tích cực: Hệ số cản $c_s$ được thay thế bằng hệ số cản biến thiên $C_v(t)$ hoặc lực cản điều khiển $F_a$:

  • Khối lượng được treo ($m_s$): $$m_s \ddot{z}_s + C_v (\dot{z}_s - \dot{z}_u) + k_s (z_s - z_u) = 0$$
  • Khối lượng không được treo ($m_u$): $$m_u \ddot{z}_u - C_v (\dot{z}_s - \dot{z}_u) - k_s (z_s - z_u) + k_t (z_u - z_r) = 0$$

Chương III: Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống treo bán tích cực sử dụng mô hình 1/4 xe

Chương III giải quyết bài toán thiết kế giải thuật điều khiển lực giảm chấn bán tích cực nhằm dung hòa giữa tính êm dịu và khả năng bám đường.

  • Thuật toán Skyhook lý tưởng và bán tích cực: Lực cản mong muốn tỷ lệ với vận tốc tuyệt đối của thân xe $F_{sky} = C_{sky} \dot{z}s$. Do giảm chấn bán tích cực chỉ có khả năng tiêu tán năng lượng (hoạt động ở góc phần tư thứ I và III trên mặt phẳng lực - vận tốc tương đối), luật đóng cắt được xác lập: $$C_v = \begin{cases} C{max}, & \text{khi } \dot{z}_s (\dot{z}_s - \dot{z}u) \ge 0 \ C{min}, & \text{khi } \dot{z}_s (\dot{z}_s - \dot{z}_u) < 0 \end{cases}$$

  • Thuật toán Groundhook: Kiểm soát trực tiếp vận tốc thẳng đứng của bánh xe $\dot{z}u$ nhằm triệt tiêu lực động tác dụng lên mặt đường: $$C_v = \begin{cases} C{max}, & \text{khi } -\dot{z}_u (\dot{z}_s - \dot{z}u) \ge 0 \ C{min}, & \text{khi } -\dot{z}_u (\dot{z}_s - \dot{z}_u) < 0 \end{cases}$$

  • Thuật toán Skyhook hiệu chỉnh (Modified Skyhook): Lực giảm chấn tổng hợp được xác định theo biểu thức: $$F = C_{sky} \dot{z}_s + C_v (\dot{z}_s - \dot{z}u)$$ Biến điều khiển tác động vào lực giảm chấn ($u$) được cấu trúc hóa thông qua hệ số điều chỉnh $\alpha$: $$u = - \left[ (1 - \alpha) C{sky} \dot{z}_s + \alpha C_v (\dot{z}_s - \dot{z}_u) \right]$$ Trong đó, tác giả lựa chọn giá trị $\alpha = 0{,}8$ để cân bằng trọng số giữa việc dập tắt dao động thân xe và duy trì tính ổn định của chuyển vị tương đối.

Chương IV: Mô phỏng hệ thống điều khiển và kết luận

Chương IV triển khai mô hình mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink:

  • Thiết lập sơ đồ khối mô phỏng cho hai cấu hình: hệ thống treo thụ động và hệ thống treo bán tích cực dùng bộ điều khiển Skyhook hiệu chỉnh.
  • Đặt tín hiệu kích thích mặt đường $z_r(t)$ dạng mấp mô bước nhảy/xung biên dạng đường để kiểm tra đáp ứng động học.
  • Xuất và phân tích đồ thị đáp ứng thời gian của 4 biến trạng thái:
    1. Độ dịch chuyển thẳng đứng của khối lượng được treo ($z_s$)
    2. Gia tốc thẳng đứng của khối lượng được treo ($\ddot{z}_s$)
    3. Độ dịch chuyển thẳng đứng của khối lượng không được treo ($z_u$)
    4. Gia tốc thẳng đứng của khối lượng không được treo ($\ddot{z}_u$)

Thiết kế và triển khai mô phỏng kỹ thuật

Quá trình mô phỏng động lực học được xây dựng hoàn toàn trên môi trường Matlab/Simulink với các thông số thiết kế được ấn định cụ thể từ mô hình $1/4$ xe.

Bảng thông số mô hình dao động 1/4 xe

Ký hiệu Đại lượng thông số Giá trị Đơn vị
$m_s$ Khối lượng phần được treo (Sprung mass) $329$ $\text{kg}$
$m_u$ Khối lượng phần không được treo (Unsprung mass) $61$ $\text{kg}$
$k_s$ Độ cứng lò xo bộ giảm chấn $43.000$ $\text{N/m}$
$k_t$ Độ cứng giả thiết của lốp xe $210.000$ $\text{N/m}$
$c_s$ Hệ số giảm chấn thụ động $1.850$ $\text{N}\cdot\text{s/m}$
$C_{sky}$ Hệ số giảm chấn Skyhook $4.500$ $\text{N}\cdot\text{s/m}$
$\alpha$ Biến tác động phân phối lực điều khiển $0{,}8$ -

Cấu trúc sơ đồ mô phỏng Simulink

  1. Khối tạo tín hiệu mặt đường: Phát tín hiệu mấp mô biên dạng $z_r(t)$ đóng vai trò là kích thích đầu vào của hệ thống.
  2. Khối động lực học hệ treo thụ động: Tích hợp hệ phương trình vi phân với các hệ số $m_s, m_u, k_s, k_t, c_s$ không đổi để thu thập đáp ứng cơ sở.
  3. Khối điều khiển Skyhook hiệu chỉnh: Tính toán tín hiệu sai lệch vận tốc $\dot{z}_s$ và $(\dot{z}_s - \dot{z}u)$, áp dụng công thức tính lực điều khiển $u$ với hệ số $\alpha = 0{,}8$ và $C{sky} = 4.500\text{ N/m}$, phản hồi ngược lại cơ cấu chấp hành giảm chấn biến thiên.
  4. Khối hiển thị và so sánh (Scope): Ghép nối song song tín hiệu đầu ra của cả hai hệ thống lên cùng đồ thị để đối chiếu trực quan về độ dịch chuyển và gia tốc.

Kết quả và đóng góp

Kết quả mô phỏng và đánh giá so sánh

Thông qua kết quả mô phỏng đồ thị đáp ứng thời gian trên Matlab/Simulink, đề tài rút ra các đánh giá kỹ thuật:

  • Độ dịch chuyển thân xe ($z_s$): Hệ thống treo bán tích cực điều khiển bằng Skyhook hiệu chỉnh giúp giảm đáng kể biên độ dao động đỉnh của thân xe so với hệ treo thụ động khi đi qua mấp mô mặt đường.
  • Độ êm dịu (Gia tốc thân xe $\ddot{z}_s$): Gia tốc thẳng đứng của khối lượng được treo giảm rõ rệt về biên độ cực đại, đưa mức gia tốc dao động về ngưỡng an toàn cho sức khỏe hành khách.
  • Thời gian dập tắt dao động: Hệ thống treo bán tích cực đưa các tín hiệu chuyển vị và gia tốc về trạng thái cân bằng ổn định nhanh hơn đáng kể so với hệ treo thụ động.

Bảng so sánh đặc tính hai hệ thống treo

Tiêu chí so sánh Hệ thống treo thụ động (Passive) Hệ treo bán tích cực Skyhook hiệu chỉnh
Khả năng thích ứng mặt đường Cố định, chỉ tối ưu trên một dạng đường Thích ứng linh hoạt theo thời gian thực
Biên độ dịch chuyển thân xe ($z_s$) Biên độ dao động lớn, suy giảm chậm Biên độ dao động nhỏ, dập tắt nhanh
Gia tốc dao động thẳng đứng ($\ddot{z}_s$) Cao, dễ vượt ngưỡng gây mệt mỏi Giảm đáng kể, nâng cao độ êm dịu chuyển động
Khả năng ổn định trạng thái Thời gian hồi phục trạng thái lâu Nhanh chóng đưa hệ dao động về trạng thái cân bằng
Yêu cầu năng lượng Không tiêu thụ điện năng Tiêu thụ mức năng lượng thấp (chỉ cấp cho ECU và van/cuộn từ)

Đóng góp của đề tài

  • Thiết lập thành công mô hình toán học $1/4$ xe và chương trình mô phỏng trên Matlab/Simulink phản ánh đúng quy luật định tính dao động của hệ thống treo ô tô.
  • Khảo sát được ảnh hưởng đơn yếu tố của các thông số kết cấu ($k_s, k_t, c_s, m_s, m_u$) đến chất lượng làm việc của hệ thống treo.
  • Cung cấp mô hình tham chiếu phục vụ mục đích chẩn đoán hư hỏng và tối ưu hóa thông số hệ thống treo điều khiển trên ô tô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Mô hình nghiên cứu dừng lại ở mô hình phẳng $1/4$ xe với 2 bậc tự do, chưa phản ánh được đầy đủ các chuyển động không gian phức tạp của ô tô như dao động lắc ngang (roll), lắc dọc (pitch) và chuyển động xoắn thân xe.
  • Giả thiết bài toán giả định các phần tử có đặc tính tuyến tính, bỏ qua ma sát phi tuyến trong các khớp nối và bỏ qua sự biến dạng động của bề mặt đường.
  • Chưa tiến hành kiểm chứng thực nghiệm trên xe thật hoặc trên mô hình băng thử động lực học.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Xây dựng mô hình dao động không gian toàn xe ($1/2$ xe và toàn bộ xe nhiều bậc tự do) để đánh giá chính xác dao động của từng phần tử trong các điều kiện vận hành thực tế.
  • Loại bỏ dần các giả thiết lý tưởng hóa, đưa thêm các yếu tố phi tuyến và tiến hành đo đạc thực nghiệm để hiệu chỉnh chính xác các tham số mô hình.
  • Mở rộng khảo sát ảnh hưởng của các trạng thái động lực học phức tạp như: thay đổi tải trọng, lực quán tính khi phanh gấp, lực ly tâm khi quay vòng, tác động của gió bên và sự thay đổi vận tốc chuyển động của xe.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu chuyên ngành hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc các ngành Kỹ thuật Ô tô, Cơ điện tử và Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa:

  • Phần tổng quan kết cấu và giảm chấn (Chương I): Là nguồn tham khảo trực quan về cấu tạo, phân loại các hệ thống treo độc lập, phụ thuộc và nguyên lý làm việc của các loại giảm chấn thông minh hiện đại (MR, CDC, van On-Off Toyota).
  • Phần thiết lập phương trình và giải thuật điều khiển (Chương II, III): Cung cấp phương pháp luận toán học rõ ràng trong việc mô hình hóa hệ thống cơ học 2 bậc tự do và triển khai các thuật toán điều khiển dao động kinh điển (Skyhook, Groundhook, Modified Skyhook).
  • Phần sơ đồ mô phỏng Simulink (Chương IV): Cung cấp bộ thông số chuẩn và kiến trúc sơ đồ khối mẫu có thể tái lập trực tiếp trong các bài toán nghiên cứu, mô phỏng dao động và thiết kế hệ thống điều khiển tự động trên ô tô.

Câu hỏi thường gặp

1. Dải tần số dao động nào ảnh hưởng lớn nhất đến sức khỏe con người và các ngưỡng gia tốc cho phép là bao nhiêu?

Theo tài liệu, dải tần số kích thích từ $4\text{ Hz}$ đến $8\text{ Hz}$ là dải tần mà cơ thể con người nhạy cảm nhất đối với dao động thẳng đứng. Trong dải tần này, các giá trị hiệu dụng cho phép của gia tốc là:

  • Dưới $0{,}1\text{ m/s}^2$: Mức độ dễ chịu.
  • Đạt $0{,}315\text{ m/s}^2$: Bắt đầu gây mệt mỏi cho hành khách.
  • Đạt $0{,}63\text{ m/s}^2$: Gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người.

2. Nguyên lý thay đổi lực cản của giảm chấn từ hóa MR (Magneto-Rheological) là gì?

Giảm chấn MR sử dụng chất lỏng từ hóa chứa các hạt nhiễm từ (gốc cacbonyl) phân tán trong dung dịch. Khi ECU thay đổi cường độ dòng điện cung cấp cho cuộn cảm đặt bên trong piston, từ trường sinh ra trong xilanh sẽ thay đổi tương ứng. Từ trường này làm biến đổi tức thời độ nhớt (tính chất lưu biến) của chất lỏng MR, làm thay đổi áp lực dòng chất lỏng chảy qua các lỗ tiết lưu, từ đó điều chỉnh lực cản giảm chấn theo hành trình dịch chuyển của piston.

3. Ưu điểm của thuật toán Skyhook hiệu chỉnh (Modified Skyhook) so với Skyhook truyền thống là gì?

Thuật toán Skyhook truyền thống tập trung triệt tiêu vận tốc tuyệt đối của thân xe ($\dot{z}_s$) để tối ưu độ êm dịu, nhưng có thể làm tăng hành trình làm việc tương đối giữa thân xe và bánh xe. Thuật toán Skyhook hiệu chỉnh bổ sung thêm thành phần vận tốc tương đối $(\dot{z}_s - \dot{z}u)$ vào luật điều khiển thông qua biến tác động $\alpha = 0{,}8$: $$u = - \left[ (1 - \alpha) C{sky} \dot{z}_s + \alpha C_v (\dot{z}_s - \dot{z}_u) \right]$$ Cách tiếp cận này giúp vừa giảm gia tốc dao động thân xe, vừa kiểm soát tốt không gian làm việc của hệ thống treo và tăng độ ổn định tiếp xúc mặt đường.

4. Các thông số khối lượng và độ cứng được sử dụng trong mô hình mô phỏng 1/4 xe là bao nhiêu?

Trong đồ án, các thông số kỹ thuật được xác lập cho mô hình $1/4$ xe bao gồm:

  • Khối lượng phần được treo: $m_s = 329\text{ kg}$
  • Khối lượng phần không được treo: $m_u = 61\text{ kg}$
  • Độ cứng lò xo hệ thống treo: $k_s = 43.000\text{ N/m}$
  • Độ cứng của lốp xe: $k_t = 210.000\text{ N/m}$
  • Hệ số cản giảm chấn thụ động: $c_s = 1.850\text{ N}\cdot\text{s/m}$
  • Hệ số giảm chấn Skyhook: $C_{sky} = 4.500\text{ N}\cdot\text{s/m}$

5. Vì sao hệ thống treo bán tích cực chỉ làm việc hiệu quả ở góc phần tư thứ I và III trên đường đặc tính?

Hệ thống treo bán tích cực sử dụng cơ cấu giảm chấn biến thiên có tính chất tiêu tán năng lượng thụ động, không có nguồn sinh lực chủ động bên ngoài như hệ tích cực. Do đó, giảm chấn chỉ có thể tạo ra lực cản ngược chiều với chuyển động tương đối của piston, tức là khi tích số giữa lực cản giảm chấn và vận tốc dịch chuyển tương đối lớn hơn 0 ($F_d \cdot v > 0$, tương ứng góc phần tư I và III). Khi tích này nhỏ hơn 0, hệ thống không thể tạo ra lực hỗ trợ và lực điều khiển bị triệt tiêu ($F_d = 0$).

Kết luận

Đồ án chuyên ngành "Mô phỏng hệ thống treo bán tích cực" của sinh viên Hoàng Quốc Lợi đã hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý thuyết về động lực học dao động ô tô, cấu tạo các hệ thống treo hiện đại và nguyên lý điều khiển giảm chấn biến thiên. Bằng việc xây dựng mô hình toán $1/4$ xe 2 bậc tự do và cài đặt thuật toán Skyhook hiệu chỉnh trên phần mềm Matlab/Simulink, đề tài đã chứng minh tính hiệu quả vượt trội của hệ thống treo bán tích cực trong việc giảm biên độ dịch chuyển và triệt tiêu nhanh gia tốc dao động thân xe so với hệ treo thụ động. Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo có giá trị kỹ thuật cao cho công tác học tập, thiết kế và tối ưu hóa hệ thống điều khiển khung gầm ô tô.