Tài liệu Nghiên cứu điều khiển giảm chấn thủy lực của hệ thống treo cabin xe đầu kéo

i .. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---------------------------------- TRỊNH NGỌC TÚ NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN GIẢM CHẤN THỦY LỰC CỦA HỆ THỐNG TREO CABIN XE ĐẦU KÉO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Thái Nguyên - Năm 2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Sau thời gian hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường. Để đánh giá kết quả học tập nghiên cứu của mình, em lựa chọn thực hiện đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu điều khiển giảm chấn thủy lực của hệ thống treo cabin xe đầu kéo”. Được sự giúp đỡ của các Thầy, Cô giáo trong Khoa và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS. TS. Lê Văn Quỳnh và sự nỗ lực của bản thân, đề tài của em đã được hoàn thành đáp ứng được nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực. Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số liệu, kết quả có trong Luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả. Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2020 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô và Máy động lực đã cho phép tôi thực hiện luận văn này. Xin cảm ơn Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô và Máy động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi học tập và làm luận văn. Em xin chân thành biết ơn quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này. Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS. TS. Lê Văn Quỳnh và tập thể cán bộ giáo viên Khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, Hội đồng bảo vệ đề cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng kế hoạch và nội dung đề ra. Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù đã có nhiều cố gắng song do kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn ! Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2020 HỌC VIÊN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. iii MỤC LỤC ....................................................................................................... iv DANH MỤC HÌNH ẢNH .............................................................................. vi DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................... viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................. ix LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .......................... 4 1.1. Hệ thống treo ô tô và hệ thống treo cabin ............................................... 4 1.2. Hệ thống treo bán tích cực và hệ thống treo tích cực ............................. 7 1.3. Phân tích các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu cabin và người điều khiển[2,3] ..................................................................................................... 11 1.3.1. Tần số và gia tốc dao động ............................................................. 11 1.3.2.Chỉ tiêu về độ êm dịu được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI .................... 12 1.3.3. Đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn ISO[20] ................................. 16 1.4.Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế. ........................................ 18 1.4.1. Đối với nhà nghiên cứu Việt Nam .................................................. 18 1.4.2. Đối với nhà nghiên cứu trên thế giới .............................................. 19 1.5. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu ................................ 21 1.6. Kết luận ................................................................................................. 22 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG TOÀN XE VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ..................................................................... 23 2.1. Xây dựng mô hình dao động toàn xe .................................................... 23 2.2.1. Các giả thiết mô hình dao động tương đương ................................ 23 2.1.2 . Mô hình dao động xe đầu kéo........................................................ 25 2.1.3. Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động ............................. 25 2.1.4. Phân tích và lựa chọn kích thích dao động ..................................... 36 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn v 2.2. Các phương pháp điều khiển hệ thống treo .......................................... 40 2.2.1. Điều khiển Skyhook........................................................................ 41 2.2.2. Điều khiển Groundhook.................................................................. 42 2.2.3. Điều khiển lai (giữa Skyhook và Groundhook).............................. 42 2.2.4. Điều khiển mờ[20] .......................................................................... 43 2.3. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống treo cabin .................................... 45 2.3.1. Kết cấu giảm chấn lưu thủy lực lượng từ tính ................................ 45 2.3.2. Biến vào bao gồm: .......................................................................... 46 2.3.3. Xác định tập mờ .............................................................................. 46 2.3.4.Tập luật điều khiển: ......................................................................... 48 2.4. Kết luận ................................................................................................. 51 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG CABIN ............................................... 52 3.1. Mô phỏng .............................................................................................. 52 3.1.1. Sơ đồ khối tổng thể ......................................................................... 52 3.1.2. Thông số đầu vào cho mô phỏng .................................................... 53 3.1.3. Kết quả mô phỏng và thảo luận ...................................................... 54 3.2. Phân tích hiệu quả của hệ thống treo bán chủ động cabin .................... 56 3.2.1. Trường hợp 1: ................................................................................. 56 3.2.2. Trường hợp 2: ................................................................................. 59 3.3. Kết luận chương .................................................................................... 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 64 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Hệ thống treo phẩn từ đàn hồi lá nhíp ............................................... 5 Hình 1.2 Hệ thống treo bộ phận đàn hồi khí nén .............................................. 5 Hình 1.3 Hệ thống treo có kết hợp khí nén và giản chấm thủy lực .................. 6 Hình 1.4 Mộ số hệ thống treo cabin .................................................................. 6 Hình 1.5. Mô hình các hệ thống treo................................................................. 8 Hình 1.6. Hệ thống treo tích cực hoàn toàn .................................................... 10 Hình 1.7. Các đường cong cảm giác như nhau ở dao động điều hòa ............. 13 Hình 1.8. Sơ đồ xác định thực nghiệm hệ số độ êm dịu K ............................. 14 Hình 2.1 Mô hình dao động của xe đầu kéo 5 cầu.......................................... 25 Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên ghế ngồi ..................................................... 27 Hình 2.3. Sơ đồ mô tả khối lượng cabin của xe .............................................. 28 Hình 2.4. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe đầu kéo........................ 30 Hình 2.5. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên sơ mi-rơ moóc ......................... 32 Hình 2.6. Hàm điều hoà của mấp mô .............................................................. 36 Hình 2.7. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường có chất lượng rất tốt) ....................................................................................... 39 Hình 2.8. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO B (mặt đường có chất lượng tốt) ................................................................................................. 39 Hình 2.9. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường có chất lượng bình thường) .................................................................................. 40 Hình 2.10. Điều khiển Skyhook, (a) Ý tưởng và (b) Thực hiện .................... 41 Hình 2.11. Điều khiển Groundhook,(a) Ý tưởng và (b) Thực hiện ................ 42 Hình 2.12. Sự kết hợp giữa điều khiển Skyhook và Groundhook, (a) Ý tưởng và (b) Thực hiện .............................................................................................. 43 Hình 2.13. Hệ thống điều khiển tự động với điều khiển mờ[8,9] ................... 44 Hình 2.14. Kết cấu và nguyên lý làm việc của giảm chấn thủy lực lưu chất từ tính ................................................................................................................... 45 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vii Hình 2.15. Mặt cắt giảm chấn thủy lực lưu chất từ tính ................................. 46 Hình 2.16. Hàm thuộc trong Matlab ............................................................... 48 Hình 2.17. Mối quan hệ và các giá trị luật hợp thành .................................... 48 Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink R2012b ......................................................................................................................... 52 Hình 3.2. Gia tốc theo phương thẳng đứng theo miền thời gian của ghế ngồi người điều khiển .............................................................................................. 55 Hình 3.3. Gia tốc góc lắc dọc của cabin theo miền thời gian ......................... 55 Hình 3.4. Sơ đồ đánh giá hiệu quả hệ thống treo bán chủ động cabin .......... 57 ......................................................................................................................... 57 Hình 3.5. So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị động: Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển ở Trường hợp 1 ................................................................................................... 57 Hình 3.6. So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị động: Gia tốc góc lắc dọc của cabin ở Trường hợp 1 ..................................... 58 Hình 3.7. So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị động: Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển ở Trường hợp 2 ................................................................................................... 59 Hình 3.8. So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị động: Gia tốc góc lắc dọc của cabin ở Trường hợp 2 ..................................... 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1............... 16 Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15] ......................................................................................................................... 39 Bảng 2.2. Bảng luật điều khiển Fuzzy ............................................................ 49 Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe sơ mi-rơ moóc 5 cầu [13] ................ 53 Bảng 3.2. So sánh các giá trị gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi người điều khiển và góc lắc dọc cabin trước và sau điều khiển giảm chân thủy lực ở Trường hợp 1. ........................................................................................ 58 Bảng 3.3. So sánh các giá trị gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi người điều khiển và góc lắc dọc cabin trước và sau điều khiển giảm chân thủy lực ở Trường hợp 2. ........................................................................................ 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT TT Thông số Ký hiệu Đơn vị 1 Khối lượng người điều khiển và ghế ms kg 2 Khối lượng cabin mc kg 3 Khối lượng thùng sơ mi- rơ moóc mff kg 4 Khối lượng khung trước mfr kg l1 m l2 m l3 m l4 m l5 m l6 m 5 6 7 8 9 10 Khoảng cách tâm cầu 1 và trọng tâm khung trước sơ mi- rơ moóc Khoảng cách tâm cầu thứ 2 và trọng tâm khung trước sơ mi- rơ moóc Khoảng cách tâm cầu thứ 3 và trọng tâm khung trước sơ mi- rơ moóc Khoảng cách tâm cầu thứ 5 và trọng tâm thùng sơ mi- rơ moóc Khoảng cách tâm cầu thứ 4 và trọng tâm thùng sơ mi- rơ moóc Khoảng cách từ trọng tâm thùng sơ mi- rơ moóc và chốt kéo 11 Độ cứng của hệ thống treo cầu 1 k1 N/m 12 Độ cứng của hệ thống treo cầu 2 k2 N/m 13 Độ cứng của hệ thống treo cầu 3 k3 N/m 14 Độ cứng của hệ thống treo cầu 4 k4 N/m 15 Độ cứng của hệ thống treo cầu 5 k5 N/m 16 Độ cứng của lốp xe 1 kt1 N/m 17 Độ cứng của lốp xe 2 kt2 N/m 18 Độ cứng của lốp xe 3 kt3 N/m Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn x 19 Độ cứng của lốp xe 4 kt4 N/m 20 Độ cứng của lốp xe 5 kt5 N/m 21 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 1 c1 N.s/m 22 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 2 c2 N.s/m 23 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 3 c3 N.s/m 24 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 4 c4 N.s/m 25 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 5 c5 N.s/m 26 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 1 ct1 N.s/m 27 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 2 ct2 N.s/m 28 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 3 ct3 N.s/m 29 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 4 ct4 N.s/m 30 Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 5 ct5 N.s/m 31 Độ cứng của chốt kéo kk N.s/m 32 Hệ số cản giảm chấn chốt kéo ck N.s/m Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1 LỜI NÓI ĐẦU Hiện tại, với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, nhiều loại xe ô tô hạng nặng, xe đầu kéo với các hình dáng khí động lực học khác nhau và công suất khác nhau được nhà nghiên cứu và thiết kế liên tục phát triển sản phẩm. Việc vận chuyển hàng hóa ngày càng tăng, xe đầu kéo ... có sự phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, chúng ta cũng có thể thấy sự ảnh hưởng lớn của các loại phương tiện này. Thời gian vừa qua ở nước ta, nhiều tuyến đường vừa mới đưa vào khai thác, sử dụng đã xuất hiện những hư hỏng, rạn nứt, bề mặt mặt đường bị phá hủy sớm hơn so với dự báo của thiết kế; đã có nhiều nghiên cứu, trao đổi học thuật xung quanh vấn đề vật liệu, chất lượng thi công, phương pháp thiết kế, điều tra tải trọng, lưu lượng xe, tình trạng xe quá tải nhằm tìm ra các nguyên nhân và đề ra các giải pháp khắc phục, bước đầu đã thu được những kết quả nhất định. Một trong những nguyên nhân khách quan đó là sự quá tải của các phương tiện, ảnh hưởng hưởng của dao động của của các phương tiện giao thông trong quá trình chuyển động gây ra, đặc biệt là các phương tiện có kích thước và xe tải trọng lớn. Tuy nhiên, vấn đề giảm dao động truyền đến con người và hàng hóa đối với các xe tải nặng các nhà nghiên cứu và thiết kế luôn quan tâm hoàn thiện và tối ưu thiết kế hệ thống treo của xe. Để nâng cao độ êm dịu của cabin đầu kéo, giữa thân xe và cabin có liên kết bằng hệ thống treo. Nghiên cứu hoàn thiện thiết kế cũng như tối ưu thiết kế, thậm chí là điều khiển hệ thống treo cabin xe đầu kéo có ý nghĩa quan trọng nhằm nâng cao độ êm dịu người điều khiển và nâng cao năng xuất lao động người điều khiển cũng như giảm các bệnh nghề nghiệp do dao động gây ra. Trước những vấn đề trên nhằm nâng cao độ êm dịu của cabin xe đầu kéo, em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu điều khiển giảm chấn thủy lực của hệ thống treo cabin xe đầu kéo” làm đề tài Luận văn thạc sỹ của mình dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS. Lê Văn Quỳnh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 2 Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu chung của luận văn này tập trung vào mục tiêu ứng dụng lý thuyết điều khiển thông minh để xây dựng bộ luật điều khiển với mục đích điều khiển hệ số cản sao cho giảm được dao động truyền lên cabin người lái là nhỏ nhất. Mục tiêu cụ thể: - Xác định mô hình hệ thống giảm chấn tích cực cho cabin xe đầu kéo; - Mô phỏng và đánh giá hệ thống; - Xây dựng bộ điều khiển Fuzzy cho hệ thống giảm chấn tích cực; - Đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển. Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động toàn xe Đối tượng: Hệ thống treo cabin xe đầu kéo Phương pháp nghiên cứu: Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo xe đầu kéo có điều khiển nhằm nâng độ êm dịu chuyển động cho người điều khiển. Nội dung chính của luận văn như sau: Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu; Chương 2. Xây dựng mô hình dao động và thiết kế bộ điều khiển ; Chương 3. Mô phỏng và phân tích hiệu quả Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình dao động toàn xe để khảo sát hệ thống treo cabin; Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động toàn xe; Mô phỏng và phân tích so sánh hiệu quả của hệ thống treo cabin bán chủ động cabin so với hệ thống treo cabin bị động khi xe hoạt động các điều khiện khác nhau Trong thời gian làm luận văn, tác giả đã có nhiều cố gắng tích cực và chủ động học hỏi, vận dụng các kiến thức đã được học và tìm hiểu các kiến thức mới. Dưới sự hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Lê Văn Quỳnh và các thầy trong Bộ môn kỹ thuật ô tô, Khoa Kỹ thuật Ô tô và Máy động lực, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, đặc biệt thầy ThS. Bùi Văn Cường, đề tài đã Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3 được hoàn thành các mục tiêu và nhiệm vụ đề ra. Mặc dù hết sức cố gắng nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên luận văn của em khó tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận được sự chỉ bảo thêm của các thầy và đồng nghiệp để Luận văn hoàn thiện hơn. Trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 HỌC VIÊN Trịnh Ngọc Tú Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Nội dung của chương này đề cập đến các vấn đề chung hệ thống treo ô tô và hệ thống treo cabin cũng như các phương pháp điều khiển; phân tích các chỉ tiêu đánh giá dao động; phân tích kết quả các công trình nghiên cứu trong nước và thế giới liên quan đến đối tượng nghiên cứu trong luận văn. Từ đó đưa ra mục tiêu, nội dung cũng như phương pháp nghiên cứu các chương tiếp theo. 1.1. Hệ thống treo ô tô và hệ thống treo cabin Nhiệm vụ của hệ thống treo trên ô tô là nối đàn hồi giữa khối lượng không được treo với không được treo. Kết cấu hệ thống treo gồm: Phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi và phần tử dẫn hướng, nhiệm vụ cụ thể: - Phần tử đàn hồi có tác dụng làm giảm nhẹ dao động; - Phần tử giảm chấn có tác dụng dập tắt dao động; - Phần tử dẫn hướng có nhiệm vụ truyền lực dọc và lực ngang từ bánh xe lên thân xe. a). Kết cấu hệ thống treo trên xe ô tô đầu kéo Hình 1.1. thể hiện cho hệ thống treo thụ động với bộ phần đàn hồi là các lá nhíp. Phần tử đàn hồi bộ nhíp lá được cấu tạo từ các lá thép đàn hồi được bó lại với nhau, có chiều dày và cứng lớn, liên kết với khung xe qua các tai nhíp do vậy đảm bảo khả năng truyền lực hay đóng vai trò của bộ phận dẫn hướng trong khi bánh xe dịch chuyển. Hình 1.2 hệ thống treo có phần tử đàn hồi là khí nén. Hệ thống treo khí nén dùng trên ôtô được hình thành trên cơ sở khả năng điều chỉnh độ cứng của buồng đàn hồi khí nén (ballon) theo chuyển dịch của thân xe. Bộ phận đàn hồi khí nén với đường đặc tính đàn hồi phi tuyến, kết cấu và việc lắp đặt khá đơn giản, được sử dụng trên các loại xe có chất lượng tốt: xe con, xe buýt chất lượng cao, xe tải có trọng tải lớn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 5 Hình 1.1. Hệ thống treo phẩn từ đàn hồi lá nhíp Hình 1.2 Hệ thống treo bộ phận đàn hồi khí nén Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 6 Hệ thống treo với phần tử đàn hồi khí nén thường đi kèm với nó phần tử giảm chấn thủy lực vì hệ số cản của các lớp khí nén của phần tử đàn hồi khí nén nhỏ. Hệ thống treo có kết hợp khí nén và giản chấm thủy lực được thể hiện trên Hình 1.3. Hình 1.3 Hệ thống treo có kết hợp khí nén và giản chấm thủy lực b). Kết cấu hệ thống treo cabin Hình 1.4 Mộ số hệ thống treo cabin Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 7 Nhiệm vụ của hệ thống treo cabin nối đàn hồi thân xe và cabin. Bộ phận đàn hồi gồm lò xo, khí nén, điện từ,... và phần tử giảm chấn thủy lực hoặc điện điện từ. Bộ giảm chấn có tác dụng dập tắt các dao động lan truyền đến cabin người điều khiển. Hệ thống treo cabin thông thường gồm có hệ thống treo phận đàn hồi là lò xo và giảm chấn thủy lực; hệ thông có bộ phận đàn hồi là khí nén và giảm chấn thủy lực (Hình 1.4) và hệ thống treo điện điện từ. 1.2. Hệ thống treo bán tích cực và hệ thống treo tích cực Trong quá trình chuyển động của ô tô các mấp mấp mô mặt đường tác động lên ô tô một cách ngẫu nhiên chính vì vậy đối với hệ thống treo thụ động khó có thể đáp ứng được vấn đề êm dịu chuyển động và giảm thiểu các tác động từ phương tiện xuống mặt đường. Chính vì vậy đòi hỏi hệ thống treo phải thay đổi được đặc tính một cách linh hoạt sao cho phù hợp với các điều kiện khai thác. Trên cơ sở đó thì đã có các kết cấu mới, và ứng dụng công nghệ điều khiển tự động cho cho hệ thống treo được thể hiện dưới đây. Hệ thống treo bị động Hình 1.5 mô hình hoác cho các hệ thống treo, với các dịch chuyển theo phương thẳng đứng của khối lượng được treo và khối lượng không được treo lần lượt là Zb và Za là dịch chuyển khối lượng không được treo; K là độ cứng của phần tử đàn hồi; C là hệ số cản của giảm chấn; Cs là hệ số cản giảm chấn bán tích cực; Kt là độ cứng của lốp; Fa là lực sinh ra của hệ thống treo tích cực. Hệ thống treo bị động được thể hiện trong (Hình 1.5a). Đối với hệ thống treo này chỉ phù hợp trong điều kiện khai thác ở chế độ ổn định với mấp mô mặt đường nhất định. Do đặc tính của bộ phận giảm chấn và bộ phần đàn hồi chỉ hoạt động trong giới hạn đã được tính toán nhất định. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 8 zb Khối lượng được treo K C K za Khối lượng không được treo Kt (a) Fa za Khối lượng không được treo za Khối lượng không được treo Kt Ct q zb Khối lượng được treo Cs Kt Ct zb Khối lượng được treo Ct q (b) q (c) Hình 1.5. Mô hình các hệ thống treo a) Hệ thống treo bị động; b) Hệ thống treo bán tích cực; c) Hệ thống treo tích cực Ưu điểm của hệ thống treo này là giá thành rẻ, tốn rất ít nhiên liệu cho hệ thống treo. Song nhược điểm lại là độ êm dịu chuyển động kém, chỉ đáp ứng được cho một số loại đường, độ an toàn chuyển động không cao. Do vậy, để đáp ứng các chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động trên tất cả các loại đường khác nhau thì các đặc tính của hệ thống treo cần phải thay đổi trong quá trình ô tô chuyển động phù hợp với các đặc tính của đường và vị trí khung vỏ xe được điều khiển nhờ hệ thống điều khiển tự động. Tùy thuộc vào khả năng điều khiển các thông số của hệ thống treo có điều khiển, người ta phân thành hai loại: Hệ thống treo bán tích cực (hệ thống treo chỉ có thông số của giảm chấn được điều khiển) và hệ thống treo tích cực hoàn toàn (hệ thống treo tích cực). Trong hai loại trên, hệ thống treo tích cực đang được Hệ thống treo bán chủ động (bán tích cực) Hệ thống bán chủ động (Hình 1.5b) chỉ có thể thay đổi độ nhớt của bộ giảm chấn, và không làm tăng độ cứng cho bộ phận đàn hồi. Mặc dù bị hạn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 9 chế trong việc can thiệp vào hệ thống treo, nhưng hệ thống treo bán chủ động tốn kém ít chi phí và tiêu thụ năng lượng ít. Trong thời gian gần đây, nghiên cứu về hệ thống treo bán chủ động được liên tục phát triển để tạo ra hiệu quả cao nhất, thu hẹp khoảng cách giữa các hệ thống treo bán chủ động và hoàn toàn chủ động. Dẫn động bằng van điện từ (solenoid): Loại này là loại cơ bản nhất của hệ thống treo bán chủ động và có giá thành thấp nhất. Chúng bao gồm một van điện từ làm thay đổi lưu lượng của dòng nhớt bên trong giảm chấn, do đó thay đổi độ giảm chấn của hệ thống treo. Các van điện từ được nối với máy tính, tại đó sẽ được gửi đi các lệnh phụ thuộc vào thuật toán điều khiển (thường được gọi là kỹ thuật "SkyHook"). Bộ giảm chấn dùng lưu chất biến từ: Một phương pháp khác được phát triển gần đây là dùng một bộ giảm chấn có chứa chất lưu biến từ, trong hệ thống mang tên Magne Ride. Trong hệ thống đã được phát triển trong vòng 25 năm này, dòng chất lỏng giảm chấn được chứa các hạt kim loại (vì vậy gọi là lưu chất biến từ). Thông qua các máy tính, đặc tính của giảm chấn được điều khiển bởi một nam châm điện. Về cơ bản, việc tăng lưu lượng lưu chất vào giảm chấn sẽ làm tăng độ nén, phục hồi của lò xo, và việc giảm lưu lượng sẽ làm giảm hiệu quả hoạt động của giảm chấn.Thông tin từ các cảm biến bánh xe (cảm biến về độ co giãn của lò xo), cảm biến vô lăng, cảm biến gia tốc và một số cảm biến khác sẽ được sử dụng để tính toán độ cứng tối ưu. Phản ứng nhanh chóng của toàn hệ thống cho phép, ví dụ như, có thể làm một bánh xe di chuyển một cách nhẹ nhàng êm ái qua một ổ gà hoặc một tảng đá trên đường. Hệ thống treo chủ động (tích cực): Hệ thống treo tích cực (Hình 1.5c) sử dụng các bộ chấp hành riêng biệt để tạo ra các lực đến từng bộ phận đàn hồi 1 cách độc lập ở mỗi bánh xe để Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 10 cải thiện tính năng vận hành. Nhược điểm của thiết kế này là chi phí cao, làm tăng thêm sự phức tạp cũng như tăng khối lượng cho toàn hệ thống, và phải bảo dưỡng khá thường xuyên và sửa chữa khi cần phải cài đặt. Việc bảo dưỡng cũng là một vấn đề, vì chỉ có các đại lý ủy quyền của hãng mới có dụng cụ và kĩ thuật viên đủ khả năng sửa chữa cũng như chẩn đoán hư hỏng 1 cách chính xác. Thủy lực: Hệ thống treo thủy lực được điều khiển bằng một cơ cấu servo thủy lực. Các áp lực thủy lực cho servo được cung cấp bởi một bơm thủy lực áp suất cao dùng các piston hướng kính. Các cảm biến liên tục giám sát độ dịch chuyển của thân xe và chế độ lái, để từ đó liên tục cung cấp dữ kiện cho máy tính. Hình 1.6. Hệ thống treo tích cực hoàn toàn Sau khi máy tính nhận và xử lý dữ liệu, nó tác động đến các servo thủy lực (được gắn bên cạnh mỗi bánh xe). Gần như ngay lập tức, hệ thống treo được điều chỉnh bởi servo để tạo ra các lực chống lại sự nghiêng ngang của thân xe, sự chúi đầu hay chúi đuôi trong các chế độ lái xe khác nhau. Trong thực tế, hệ thống này luôn kết hợp chức năng tự động điều chỉnh độ cứng của bộ phận đàn hồi và chức năng điều chỉnh độ cao gầm xe, và các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn