Do an chuyen nganh mô hình thiết lập được trong luận văn tuy còn chấp nhận một số giả thiết nhưng các kết quả nhận được đã thể hiện được quy luật định tính của quá trình dao động của hệ thống treo mô hình cho phép khảo sát ảnh hưởng của một số yếu tố chí

Bài viết phân tích mô hình thiết lập trong luận văn, khảo sát quy luật định tính dao động hệ thống treo và ảnh hưởng các yếu tố chính.

• Tác giả: Hoàng Quốc Lợi
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Văn Hải
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Mô phỏng hệ thống treo bán tích cực
• Loại tài liệu: Đồ án chuyên ngành
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN ÔTÔ
• 1.1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG TREO
• 1.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO
• 1.3. HỆ THỐNG TREO VÀ CÁC TỒN TẠI
• 1.4. HỆ THỐNG TREO BÁN TÍCH CỰC VÀ TREO TÍCH CỰ
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH DAO ĐỘNG HỆ THỐNG TREO TÍCH CỰC
• 2.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG ÔTÔ
• 2.2. PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG TREO BÁN TÍCH CỰC SỬ DỤNG MÔ HÌNH ¼ XE
• 3.1. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ thống treo
• 3.2. Bài toán điều khiển
• 3.3. Các phương pháp điều khiển
• 3.4. Phương pháp điều khiển skyhook
• 3.5. Phương pháp điều khiển Groundhook
• 3.6. Phương pháp điều khiển Skyhook hiệu chỉnh
• 3.7. THÔNG SỐ THIẾT KẾ TỪ MÔ HÌNH ¼ XE
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT LUẬN
• 4.1. Mô phỏng hệ thống treo thụ động
• 4.2. Mô phỏng hệ thống treo bán tích cực dùng bộ điều khiển Skyhook hiệu chỉnh
• 4.3. Sơ đồ mô phỏng
• 4.4. Kết quả mô phỏng
• 4.5. So sánh, đánh giá giữa hai hệ: Skyhook hiệu chỉnh và hệ treo thụ động
• 4.6. Sơ đồ Mô phỏng trên Matlab simulink
• 4.7. Kết quả mô phỏng. So sánh và đánh giá
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN CHUNG
• HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Tóm tắt

I. Mô hình thiết lập trong luận văn

Mô hình thiết lập là nền tảng quan trọng trong luận văn, đặc biệt khi nghiên cứu về hệ thống treo. Nó giúp xác định các yếu tố cơ bản như cấu trúc, nguyên lý hoạt động và yêu cầu kỹ thuật. Khảo sát và phân tích dữ liệu là bước đầu tiên để xây dựng mô hình chính xác. Quy luật định tính được áp dụng để đánh giá hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. Mô hình nghiên cứu này không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn hướng đến ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp ô tô.

1.1. Cấu trúc luận văn

Cấu trúc luận văn được chia thành các chương rõ ràng, bao gồm tổng quan lý thuyết, mô hình dao động, thiết kế bộ điều khiển và kết quả khảo sát. Mỗi phần đều tập trung vào hệ thống treo và các vấn đề liên quan. Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và mô phỏng trên phần mềm Matlab, giúp đảm bảo tính chính xác và khả thi của nghiên cứu.

1.2. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng bao gồm phân tích lý thuyết và mô phỏng thực nghiệm. Khảo sát các loại giảm chấn bán tích cực và xây dựng mô hình điều khiển là trọng tâm. Kết quả khảo sát được đánh giá dựa trên độ êm dịu và độ an toàn chuyển động của ô tô. Phân tích dữ liệu từ mô phỏng giúp xác định hiệu quả của hệ thống treo bán tích cực.

II. Khảo sát quy luật định tính hệ thống treo

Khảo sát quy luật định tính là bước quan trọng để đánh giá hiệu suất của hệ thống treo. Nghiên cứu tập trung vào việc xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ êm dịu và độ an toàn chuyển động. Quy luật định tính được áp dụng để phân tích mối quan hệ giữa hệ số giảm chấn và hiệu suất hệ thống. Kết quả khảo sát cho thấy sự cần thiết của việc điều chỉnh hệ số giảm chấn để đạt được sự cân bằng giữa độ êm dịu và độ an toàn.

2.1. Độ êm dịu chuyển động

Độ êm dịu chuyển động được đánh giá thông qua gia tốc dao động của thân xe. Khảo sát cho thấy gia tốc theo phương thẳng đứng là yếu tố quan trọng nhất. Quy luật định tính giúp xác định các giá trị gia tốc tối ưu để đảm bảo sự thoải mái cho người ngồi trên xe. Phân tích dữ liệu từ mô phỏng cho thấy hiệu quả của hệ thống treo bán tích cực trong việc giảm thiểu dao động.

2.2. Độ an toàn chuyển động

Độ an toàn chuyển động được đánh giá thông qua khả năng bám đường của bánh xe. Khảo sát cho thấy hệ số giảm chấn ảnh hưởng trực tiếp đến độ an toàn. Quy luật định tính giúp xác định mối quan hệ giữa hệ số giảm chấn và lực bám đường. Kết quả khảo sát cho thấy hệ thống treo bán tích cực cải thiện đáng kể độ an toàn so với hệ thống treo thụ động.

III. Ứng dụng thực tiễn của mô hình nghiên cứu

Mô hình nghiên cứu về hệ thống treo không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn có giá trị ứng dụng thực tiễn cao. Nghiên cứu giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống treo bán tích cực, đặc biệt trong việc nâng cao độ êm dịu và độ an toàn chuyển động. Kết quả khảo sát và phân tích dữ liệu từ mô phỏng cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp ô tô.

3.1. Cải thiện độ êm dịu

Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu giúp cải thiện đáng kể độ êm dịu chuyển động của ô tô. Mô hình nghiên cứu cho phép điều chỉnh hệ số giảm chấn để giảm thiểu dao động từ mặt đường. Kết quả khảo sát cho thấy hệ thống treo bán tích cực mang lại sự thoải mái cao hơn so với hệ thống treo thụ động.

3.2. Nâng cao độ an toàn

Nghiên cứu cũng giúp nâng cao độ an toàn chuyển động thông qua việc cải thiện khả năng bám đường của bánh xe. Mô hình nghiên cứu cho phép điều chỉnh hệ số giảm chấn để tối ưu hóa lực bám đường. Kết quả khảo sát cho thấy hệ thống treo bán tích cực giúp giảm thiểu nguy cơ trượt bánh và tăng cường độ ổn định khi xe di chuyển trên các loại địa hình khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN ÔTÔ 1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG TREO 1. Công dụng của hệ thống treo Hệ thống treo là hệ thống liên kết đàn hồi giữa bánh xe với khung xe hoặc vỏ xe, có công dụng: • Nâng cao tính êm dịu bằng việc giảm tải trọng động từ mặt đường truyền qua lốp. • Dập tắt dao động của thân xe, đảm bảo độ ổn định chuyển động.

• Truyền lực và mômen tác động giữa bánh xe và khung xe. Hình 1: Cấu tạo hệ thống treo 1 1. Cấu tạo hệ thống treo 1. Bộ phận đàn hồi Bộ phận đàn hồi có chức năng nối mềm giữa bánh xe và thân xe, làm giảm tải trọng động khi xe chạy trên đường không bằng phẳng, đảm bảo tính năng êm dịu của ôtô.

Bộ phận đàn hồi có thể dùng loại nhíp, lò xo, thanh xoắn, cao su, loại hơi thuỷ lực và liên hợp. Hình 2: Phần tử đàn hồi kiểu khí Loại này dùng đệm không khí thay cho lò xo thép. Nó hấp thụ được những rung động nhỏ và mang lại tính êm dịu chuyển động tốt hơn do lợi dụng tính đàn hồi của không khí khi bị nén lại. Do có ECU điều khiển việc thay đổi áp suất và thể tích không khí tùy theo điều kiện vận hành của xe nên độ em dịu và chiều cao của chúng (và chiều cao của xe) có thể thay đổi được 1.

Bộ phận giảm chấn Bộ phận giảm chấn có nhiệm vụ hấp thụ năng lượng cơ học sinh ra giữa bánh xe và khung xe, dập tắt các dao động tự do thẳng đứng của ôtô. 2 Theo kết cấu có giảm chấn đòn và giảm chấn ống, ngày nay hầu hết các loại hệ thống treo thường sử dụng giảm chấn thủy lực loại ống tác dụng hai chiều. Giảm chấn ống có ưu điểm là trọng lượng nhẹ, áp suất làm việc bé hơn , bố trí gọn gàng, thoát nhiệt tốt. Hình 3: Giảm chấn ống đơn 1.

Bộ phận dẫn hướng Hình 4: Bộ phận dẫn hướng ở hệ thống treo độc lập Xác định động học và tính chất dịch chuyển của các bánh xe, đồng thời truyền lực và mômen lên khung xe 3 1. Thanh ổn định: Khi xe chuyển động trên nền đường không bằng phẳng hoặc quay vòng, dưới tác dụng của lực ly tâm hoặc độ nghiêng của thùng xe, phản lực thẳng đứng của 2 bánh xe trên 1 cầu xe thay đổi dẫn tới tăng độ nghiêng thùng xe và làm xấu khả năng truyền lực dọc, lực bên của bánh xe với mặt đường. Thanh ổn định điều khiển việc này bằng lực xoắn của lò xo, và giữ cho lốp bám xuống mặt đường. Nó cũng hoạt động nếu các lốp xe ở một bên chạy qua những bề mặt có độ cao khác nhau Hình 5: Thanh ổn định 1.

Phân loại hệ thống treo. Hệ thống treo được cấu thành chủ yếu từ ba bộ phận là bộ phận giảm chấn, bộ phận dẫn hướng, bộ phận đàn hồi. Người ta căn cứ vào từng bộ phận để phân loại hệ thống treo: • Theo bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo gồm: Hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc • Căn cứ vào phần tử giảm chấn hệ thống treo gồm: Giảm chấn thuỷ lực và giảm chấn khí nén. 4 • Căn cứ theo phần tử đàn hồi hệ thống treo bao gồm: Loại nhíp, loại lò xo, loại thanh xoắn, loại cao su, khí ,thủy lực và lọai liên hợp.

Trong mỗi hệ thống treo kể trên mỗi loại có những ưu nhược điểm riêng tuỳ theo mục đích nghiên cứu. Căn cứ vào bộ phận dẫn hướng, hệ thống treo được mô tả qua hình sau: Hình 6: Hệ thống treo phụ thuộc (1) và hệ thống treo độc lập (2) 1. Hệ thống treo phụ thuộc Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng nhiều trên xe vận tải, hành khách và một số ôtô du lịch. Cả hai bánh xe được đỡ bằng một hộp cầu xe hoặc dầm cầu xe.

Vì thế cả hai bánh cùng chuyển động với nhau. • Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, ít chi tiết, vì thế dễ bảo dưỡng. Có độ cứng vững để chịu được tải nặng. Khi xe vào đường vòng, thân xe ít bị nghiêng.

Định vị của các bánh xe ít thay đổi do chuyển động lên xuống của chúng, nhờ thế lốp xe it bị mòn. • Nhược điểm: Do phần khối lượng khung được treo lớn nên độ êm dịu của xe kém. Đồng thời do chuyển động của bánh xe phải và trái có ảnh hưởng lẫn nhau nên dễ xuất hiện dao động và rung động. • 5 ➢ Loại lò xo lá (nhíp) Nhíp vừa đóng vai trò là phần tử đàn hồi vừa đóng vai trò là phần tử dẫn hướng.

Loại này được sử dụng chủ yếu trên hệ thống treo sau của xe chở hàng và xe tải do có kết cấu đơn giản, cứng vững, dễ bảo dưỡng tuy nhiên lại có trọng lượng lớn, độ bền thấp Hình 7: Hệ thống treo phụ thuộc sử dụng phần tử đàn hồi nhíp ➢ Loại 4 thanh nối Hình 8: Hệ thống treo phụ thuộc 4 thanh nối sử dụng phần tử đàn hồi lò xo xoắn 6 Các đòn treo điều khiển trên và dưới được lắp vào thân xe theo chiều dọc và một đòn khác được lắp theo chiều ngang, một đầu vào thân xe một đầu vào cầu xe. So với hệ thống treo phụ thuộc sử dụng phần tử đàn hồi nhíp thì loại này mang lại tính êm dịu chuyển động cao hơn, có trọng lượng nhỏ, tuổi thọ cao. Được sử dụng nhiều trên hệ thống treo sau của các xe 1 khoang, SUV. Hệ thống treo độc lập: Hệ thống treo độc lập được sử dụng nhiều ở ôtô du lịch và một số loại ôtô vận tải, thường dùng ở các cầu dẫn hướng xe con nhằm làm êm dịu vận hành, tính điều khiển, và tính ổn định của ô tô.

Mỗi bánh xe được lắp trên một tay đỡ riêng gắn vào thân xe. • Ưu điểm: Khối lượng không được treo nhỏ nên xe chạy êm hơn. Các lò xo không liên quan đến việc định vị bánh xe, vì thế có thể sử dụng các lò xo mềm. Vì không có trục nối giữa các bánh xe bên phải và bên trái nên sàn xe và động cơ có thể hạ thấp xuống.

Điều này có nghĩa là trọng tâm của xe sẽ thấp hơn. • Nhược điểm: Cấu tạo khá phức tạp. Khoảng cách và định vị của bánh xe bị thay đổi cùng với chuyển động lên xuống của bánh xe. Nhiều kiểu xe có trang bị thanh ổn định để giảm hiện tượng xoay đứng khi xe quay vòng và tăng độ êm dịu của xe.

➢ Hệ thống treo độc lập loại hình thang Bao gồm các đòn treo trên và dưới. Loại này có độ cứng vững cao, đỡ chắc chắn các bánh xe. Do việc bố trí hệ thống treo này có thể được thiết kế tự do, nên đem lại tính êm dịu chuyển động và ổn định chuyển động tốt 7 Hình 9: Hệ thống treo độc lập loại hình thang ➢ Hệ thống treo độc lập loại thanh giằng Mac Pherson Hình 10: Hệ thống treo độc lập loại Mac Pherson 8 Đây là loại hệ thống treo không sử dụng đòn treo trên, do đó nó có cấu tạo đơn giản hơn so với loại hình thang. Dễ dàng bảo dưỡng do có cấu tạo đơn giản, được sử dụng chủ yếu cho hệ thống treo trước 1.

Yêu cầu của hệ thống treo • Đảm bảo cho ôtô có tính năng êm dịu tốt khi xe chạy trên đường nhấp nhô cũng như bằng phẳng. • Dập tắt nhanh các dao động của thùng xe và vỏ xe. • Khi quay vòng hoặc khi phanh thì thùng xe không bị nghiêng. • Đảm bảo động học đúng của các bánh dẫn hướng khi chúng dao động trong mặt phẳng thẳng đứng.

• Truyền lực và mô men giữa bánh xe và vỏ 2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG TREO. Độ êm dịu chuyển động Gia tốc dao động là thông số quan trọng đánh giá độ êm dịu chuyển động, bao gồm gia tốc theo phương dọc thân xe, gia tốc theo phương ngang và theo phương thẳng đứng. Trong đó gia tốc theo phương thẳng đứng z s ảnh hưởng nhiều nhất đến sức khỏe con người, được xác định bằng công thức:  1 2 a=  T 0 zs (t )dt (m/s2) T : Chu kì dao động Các thí nghiệm kéo dài trong 8 giờ liền cho thấy nhạy cảm hơn cả đối với người là dải tần số 4  8 Hz.

Trong dải tần số này các giá trị cho phép của bình phương trung bình gia tốc là: • Dễ chịu : 0,1 (m/s2) • Gây mệt mỏi : 0,315 (m/s2) • Gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe : 0,63 (m/s2) 9 2. Độ an toàn chuyển động Độ an toàn được đánh giá bằng giá trị bình phương trung bình độ lệch chuẩn giữa tải trọng động và tải trọng tĩnh cả bánh xe tác dụng xuống nền đường, nó đặc trưng cho khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường. Giá trị này càng nhỏ thì độ an toàn càng cao:  = 1 T ( F − F )2.1) d T 0 zd zt T d Trong đó: Fzt : Tải trọng tĩnh F : Tải trọng động F = Fzt + F zd zd d F : Lực động giữa bánh xe với mặt đường. d Tải trọng tĩnh của xe dễ dàng xác định được từ trọng lượng của ôtô và tọa độ trọng tâm theo hướng dọc xe.

Xác định lực động Fd phức tạp hơn vì nó phụ thộc vào tính chất dao động của ôtô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô của biên dạng đường. Không gian làm việc của hệ thống treo Được đánh giá bằng giá trị bình phương trung bình của dịch chuyển tương đối giữa khối lượng được treo và khối lượng không được treo z. z càng nhỏ càng tốt.2) T s u Trong đó zs, zu là dịch chuyển thẳng đứng của khối lượng được treo và khối lượng không được treo. HỆ THỐNG TREO VÀ CÁC TỒN TẠI Hiện nay hệ số cản giảm chấn trên hệ thống treo bị động ( Passive suspensions) vẫn còn tồn tại mâu thuẫn giữa độ an toàn và độ êm dịu chuyển động của ôtô.

Khi hệ số cản giảm chấn thấp thì độ êm dịu chuyển động tăng nhưng độ an toàn chuyển động giảm. Ngược lại khi hệ số cản giảm chấn cao thì độ êm dịu giảm nhưng độ an toàn cao, điều đó được thể hiện qua đồ thị hình 11. Hình 11: Sự phụ thuộc sử hệ số giảm chấn đến độ an toàn và êm dịu trong chuyển động của ôtô Ôtô dao động chủ yếu do kích thích từ mấp mô biên dạng mặt đường. Hệ thống treo bị động được coi là tốt nhất chỉ ứng với một loại đường nhất định.