Tài liệu Tính toán tối ưu hoá thông số thiết kế hệ thống treo bán chủ động trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -----------------***------------------ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC TÍNH TOÁN TỐI ƯU HÓA THÔNG SỐ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG TRÊN ÔTÔ NGÀNH: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC PHẠM ĐỨC TOÀN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHẠM HỮU NAM HÀ NỘI – 2007 Mục lục Trang Trang phụ bìa ...................................................................................................... Mục lục ................................................................................................................ Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt................................................................ Lời nói đầu ......................................................................................................... 1 Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ...................................................... 3 I.1. Vai trò của hệ thống treo ......................................................................... 3 I.2. Các chỉ tiêu đánh giá dao động ................................................................ 4 I.3. Những nghiên cứu đối với hệ thống treo ................................................. 7 I.4. Nội dung và các mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................... 12 Chương 2. Xây dựng mô hình 1/4 xe nghiên cứu hệ thống treo bán chủ động.................................................................................................................. 14 Ii.1 sơ đồ và nguyên lý làm việc của giảm chấn trong hệ thống treo bán chủ động .................................................................................................................. 14 Ii.2. Mô hình tính toán hệ thống treo bán chủ động .................................... 19 Chương 3. Sử dụng phương pháp lqg tính tối ưu hóa các thông số thiết kế hệ thống treo bán chủ động .......................................................................... 25 Iii.1. Trình tự thiết kế bộ điều khiển lqg ...................................................... 25 Iii.2. Mô hình không gian trạng thái ............................................................ 26 Iii.3. Xây dựng hàm mục tiêu ...................................................................... 29 Iii.4. Tìm hàm điều khiển ............................................................................. 32 Iii.5. Giải thuật lqg cho bài toán................................................................... 35 Iii.6. Áp dụng bằng số và phân tích kết quả................................................. 37 Iii.7. Các nhận xét và kết luận...................................................................... 44 Chương 4. Thiết kế bệ thử nghiên cứu dao động của ôtô .......................... 45 Iv.1. Mục tiêu xây dựng bệ thử .................................................................... 45 Iv.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc của bệ thử .......................................... 46 Iv.3. Trang thiết bị đo trong thí nghiệm ....................................................... 51 Iv.4. Giao tiếp với máy tính ......................................................................... 58 Iv.5. Tiến hành thí nghiệm và phân tích kết quả.......................................... 61 Iv.6. Các kết luận và nhận xét ...................................................................... 66 Kết luận ........................................................................................................... 67 Tài liệu tham khảo ......................................................................................... 69 Danh mục các ký hiệu Ký hiệu tên Đơn vị M1 Khối lượng phần được treo Kg M2 Khối lượng phần không được treo Kg K1 Độ cứng phần tử đàn hồi hệ thống treo N/m K2 Độ cứng của bánh xe N.m C1 Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo N.s/m Csemi Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo bán chủ động N.s/m Zs Chuyển vị của khối lượng được treo M Zu Chuyển vị của khối lượng không được treo M Zr Chiều cao mấp mô mặt đường M Fa Lực điều khiển trong hệ thống treo chủ động N J Hàm mục tiêu Fsemi Lực điều khiển trong hệ thống treo bán chủ động i Trọng số sử dụng trong hàm mục tiêu 1 Lời nói đầu Ngày nay, công nghiệp ôtô trên thế giới đang có những bước chuyển biến mạnh mẽ trong thiết kế và chế tạo. Các mẫu xe mới liên tục ra đời nhằm đáp ứng được yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng. Hướng phát triển mong muốn là tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, nâng cao chất lượng và an toàn chuyển động. Các nhà máy sản xuất và lắp ráp xe trong nước đang đứng trước cơ hội phát triển, khi mà giao thông không ngừng được mở rộng và nâng cấp, đồng thời với “qui hoạch phát triển ngành công nghiệp ôtô việt nam đến năm 2010, tầm nhìn tới 2020”. Nhu cầu đi lại và vận chuyển cá nhân ngày một gia tăng. Sự lựa chọn của người sử dụng hướng vào các xe có chất lượng cao, trong đó đặc biệt chú ý đến tính an toàn và thoải mái khi sử dụng. Trong chỉ tiêu về nâng cao chất lượng và an toàn chuyển động của xe, hệ thống treo đóng một vai trò quan trọng, bởi nó không chỉ ảnh hưởng đến cảm giác êm dịu, tiện nghi sử dụng cho người ngồi trên xe mà còn tác động đến độ bền các chi tiết và khả năng bảo vệ đường. Vì vậy, nghiên cứu và hoàn thiện hệ thống treo có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao. Các tính toán trước đây về hệ thống treo thường dựa trên chỉ tiêu chủ yếu là độ êm dịu chuyển động và các thông số thiết kế hệ thống treo không đổi. Tuy nhiên khi xe chuyển động ở các vùng tốc độ khác nhau, các mấp mô bề mặt đường khác nhau, các chế độ chuyển động khác nhau (khởi hành, quay vòng, phanh gấp,..) Thì các chỉ tiêu về dao động không còn đồng thời thỏa mãn nữa. Chính vì vậy, yêu cầu đặt ra là cần phải có một hệ thống treo có điều khiển, có khả năng thay đổi thông số thiết kế nhằm thỏa mãn tối ưu các chỉ tiêu dao động của xe. Hệ thống treo có điều khiển chủ động có nhiều ưu điểm 2 xong kết cấu phức tạp và sử dụng năng lượng lớn. Trên các xe hiện nay thường sử dụng hệ thống treo điều khiển bán chủ động với lực điều khiển được tạo ra nhờ sự thay đổi hệ số cản giảm chấn. Đề tài nghiên cứu của luận văn tập trung chủ yếu vào việc tính toán tối ưu hóa các thông số thiết kế của hệ thống treo bán chủ động để đảm bảo các chỉ tiêu động lực học dao động của ôtô và nghiên cứu thiết kế bệ thử đo dao động của hệ thống treo trên mô hình 1/4 xe nhằm đo đạc các thông số đặc trưng cho dao động thẳng đứng của hệ thống treo cũng như các nhân tố ảnh hưởng đến nó. Tôi xin cảm ơn thầy pgs.ts phạm hữu nam, các thầy giáo trong bộ môn ôtô trường đhbk hà nội đã hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn. Tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn đến trung tâm đào tạo và bồi dưỡng sau đại học trường đhbk hà nội đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu trong thời gian của khóa học. hà nội, ngày 15 tháng 11 năm 2007 tác giả 3 Chương i Tổng quan vấn đề nghiên cứu I.1. Vai trò của hệ thống treo Hệ thống treo làm nhiệm vụ nối đàn hồi giữa thùng xe và các bánh xe nhằm đảm bảo độ êm dịu và giảm các chấn động tác dụng lên hành khách, hàng hoá trong quá trình xe chuyển động. Ôtô là một hệ dao động phức tạp, bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau, mỗi bộ phận có khối lượng và đặc tính dao động đặc trưng riêng. Sự nhấp nhô không đều có tính ngẫu nhiên của bề mặt đường được coi như nguồn kích thích chính, tác động lên bánh xe qua hệ thống treo và gây dao động thân xe. Lực cản không khí sẽ tác động gây lên dao động vỏ xe. Rung động của động cơ và hệ thống truyền lực thông qua các mối ghép, giá đỡ truyền dao động lên khung xe. Dao động của các khối lượng không cân bằng như kích thước, độ cứng khác nhau của bánh xe và lốp được truyền qua hệ thống treo lên thân xe Rung động của xe trong quá trình chuyển động gây ảnh hưởng đến cảm giác thoải mái, tiện nghi đối với hành khách. Các rung động với biên độ, tần số lớn tác dụng trong thời gian dài sẽ làm cho hành khách bị mệt mỏi, không có khả năng duy trì các hoạt động thần kinh hoặc sinh lý gây nôn mửa, chóng mặt, nhức đầu. Các rung động cũng ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn của hàng hoá được chuyên chở trên xe. Khi xe chuyển động trên đường mấp mô, các dao động của thùng xe (phần khối lượng được treo) với biên độ lớn sẽ làm va đập lên các ụ hạn chế, ảnh hưởng đến độ bền của khung vỏ cũng như các chi tiết của hệ thống treo. Dao động của bánh xe với gia tốc lớn sẽ gây tác dụng lên mặt đường tạo nên tải trọng "phá đường". Các phân tích trên cho thấy sự làm việc của hệ thống treo không chỉ ảnh hưởng đến tính chất êm dịu chuyển động của xe, đến tính tiện nghi và thoải mái của hành khách 4 ngồi trên xe mà còn liên quan đến độ bền các chi tiết cũng như tác dụng lực va đập lên mặt đường. Dặc tính dao động của hệ thống treo được đánh giá bằng các chỉ tiêu liên quan đến các tính êm dịu chuyển động, không gian làm việc của hệ thống và tính bám đường. I.2 các chỉ tiêu đánh giá dao động I.2.1 chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động Chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động nhằm mục tiêu kiểm soát các rung động của ôtô sao cho cảm giác mà hành khách trên xe cảm nhận được không vượt quá một giới hạn nhất định. Tuy nhiên do sự nhạy cảm của mỗi người đối với rung động là khác nhau nên giới hạn đánh giá độ êm dịu rất khó xác định chung, phù hợp cho mọi người. Phương pháp chung để xây dựng các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động là nghiên cứu phản ứng của con người với dao động kích thích hình sin nhằm nhận dạng các vùng cảm giác về sự dễ chịu (hoặc khó chịu) của con người ứng với các giá trị biên độ, tốc độ hoặc gia tốc của dao động tác dụng theo một hướng nhất định (từ chân đến đầu, từ bên này sang bên kia hoặc từ sau ra trước) ứng với dải tần số nhất định. Tiêu chuẩn êm dịu chuyển động j6a của sae dùng cho dao động thẳng đứng được trình bày trên hình i.1 phân chia dải tần số dao động ra 3 vùng, mỗi một vùng có các chỉ tiêu đánh giá êm dịu khác nhau. Trong khoảng tần số từ 1  6 hz, giá trị đỉnh đặc tính dao động được xác định bằng tích của biên độ và lập phương của tần số góc dao động không được vượt quá 12,6 m/s3. Ví dụ tại tần số là 1 hz (2  rad/s), giới hạn biên độ cho phép là 12,6 m.s-3/(2  s-1)3 = 0,0508 m (2 in). Trong khoảng tần số từ 6  20 hz, giá trị lớn nhất của gia tốc được tính bằng tích của biên độ với bình phương tần số dao động, giá trị này phải nhỏ hơn 0,33 m/s 2 (0,33 in/s2). Trong 5 khoảng tần số 20  60 hz, giá trị lớn nhất của vận tốc được tính bằng tích của biên độ với tần số dao động không lớn hơn 2,7 mm/s (0,105 in/s). Tiêu chuẩn iso-2631 sử dụng để đánh giá êm dịu chuyển động đối với xe ôtô vận tải cũng như trong lĩnh vực công nghiệp. Tiêu chuẩn này phân chia 3 giới hạn chịu đựng khác nhau đối với dao động của thân người trong dải tần từ 1 đến 80 hz. Hình i.2 trình bày tiêu chuẩn của iso để đánh giá cảm giác về dao động theo thời gian tác động của dao động lên hành khách trên xe. Khi ngồi trên ôtô trong khoảng thời gian dài, dao động sẽ làm cho cơ thể người mệt mỏi, ảnh hưởng đến lao động hoặc sức khoẻ. Ví dụ ở tần số khoảng 10  20 hz, nếu gia tốc thẳng đứng của thùng xe là 2,5 m/s2 thì người ngồi trên xe chỉ chịu được nhiều nhất là trong khoảng thời gian 8h. Còn cũng trong dải tần số ấy nếu gia tốc tăng lên khoảng 30 m/s2 thì thời gian chịu đựng được là 1 phút. Hình i.1: giới hạn biên độ dao động Hình i.2: giới hạn gia tốc đối với thời gian chịu đựng được 6 Viện nghiên cứu kỹ thuật và bảo hộ lao động việt nam, kết hợp tham khảo các tiêu chuẩn iso/dis 2631 đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động theo tần số dao động và gia tốc dao động cụ thể như sau: - theo tần số dao động : đối với xe chở khách và xe du lịch tần số dao động là: f = 11,5 hz. - chỉ tiêu về gia tốc dao động : là các trị số bình phương trung bình giới hạn của gia tốc theo các phương dọc x, phương ngang y, và phương thẳng đứng z của xe, cụ thể là : .. .. .. z 2c < 2.5 ms-2; y 2c < 0.7 ms-2 ; x 2c < 1.0 ms-2 I.2.2 chỉ tiêu về tính cách ly dao động Chỉ tiêu này đánh giá đáp ứng của khối lượng được treo với sự kích thích dao động của mặt đường và được xác định bằng tỷ số giữa chuyển vị (hành trình dao động) của khối lượng được treo so với chiều cao mấp mô mặt đường xác định qua biểu thức (zs / zr) . Tính cách ly dao động có ý nghĩa đánh giá mức độ lan truyền kích thích từ mặt đường thông qua hệ thống treo tới khung xe. Tính cách ly dao động tốt khi tỷ số đánh giá <1. Tính cách ly dao động kém khi trị số của tỷ số đánh giá >1, khi đó chuyển vị của thùng xe sẽ lớn hơn cả chiều cao mấp mô mặt đường. Tại các tần số dao động gần với tần số dao động riêng của khối lượng đựơc treo tính cách ly dao động của hệ là kém nhất, khi đó chuyển vị của thùng xe có thể lớn hơn nhiều so với biên độ của mấp mô mặt đường. I.2.3. Chỉ tiêu về hành trình làm việc của hệ thống treo. Chỉ tiêu này đặc trưng cho chuyển vị tương đối giữa khối lượng phần treo và phần không được treo, được tính bằng hiệu số cực đại giữa biên độ dao động phần được treo và không được treo ( max(z u - zs)). Hiệu số các 7 chuyển vị của khối lượng được treo và không được treo chính là không gian cần thiết cho hệ thống treo hoạt động không xảy ra va đập lên các ụ hạn chế. I.2.4. Chỉ tiêu đánh giá khả năng bám đường Khi xe chuyển động trên đường, lực pháp tuyến tác dụng giữa bánh xe và mặt đường luôn thay đổi. Do các trị số giới hạn của các lực ngang, lực kéo, lực phanh phát huy tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường liên quan mật thiết đến tải trọng thẳng nên dao động thẳng đứng của bánh xe sẽ ảnh hưởng đến khả năng bám đường, tính điều khiển cũng như tới tải trọng tác dụng lên mặt đường. Chỉ tiêu này được xác định bằng hiệu số chuyển vị giữa phần khối lượng không được treo với chiều cao mấp mô của mặt đường (max(zu - zr)). Trong thực tế, chỉ tiêu này được đánh giá thông qua biến dạng động của bánh xe. Trị số biến dạng động càng nhỏ thì lực tác dụng lên mặt đường càng nhỏ (tính bảo vệ đường tốt), ngược lại nếu trị số này lớn thì lực tác dụng của bánh xe lên mặt đường sẽ lớn. I.3. Những nghiên cứu đối với hệ thống treo Các nghiên cứu động học và động lực học hệ thống treo cho thấy các thông số kết cấu của các phần tử trong hệ thống treo như khối lượng phần được treo m1, khối lượng không được treo m2 và tỷ số giữa khối lượng phần không được treo so với phần được treo (dm = m2/m1), các thông số thiết kế như độ cứng của phần tử đàn hồi k1, của lốp k2, tỷ số giữa các độ cứng k2 và k1 (dk = k2/k1), hệ số tắt chấn  của hệ treo ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu đánh giá trên. Trong trường hợp cụ thể, ứng với các trị số m1, m2 đã cho thì các trị số k1, k2,  và tỷ lệ giá trị giữa chúng có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng động lực học của hệ thống treo. Các chỉ tiêu đánh giá hệ thống treo nêu trên trong nhiều trường hợp lại tác động trái ngược nhau. Ví dụ việc giảm độ cứng của phần tử đàn hồi (nhíp 8 mềm) sẽ làm tăng độ êm dịu chuyển động, tuy nhiên nhíp càng mềm thì hành trình làm việc của hệ thống treo lại càng tăng lên, hành trình động của bánh xe càng lớn... 1.3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Cho đến những năm gần đây (1995) trong các tài liệu nghiên cứu về hệ thống treo được công bố, các sách giáo khoa [2] thường hướng dẫn phương pháp tính các thông số thiết kế của hệ thống treo trên cơ sở đảm bảo chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động. Xuất phát từ việc chọn tần số dao động riêng của khối lượng được treo và không được treo để tính toán xác định các thông số độ cứng phần tử đàn hồi, hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo. Các hệ thống treo được tính toán như trên có độ cứng của phần tử đàn hồi, hệ số cản giảm chấn không đổi. Tuy nhiên trong quá trình chuyển động tải trọng thẳng đứng tác dụng lên hệ thống treo lại thay đổi (ví dụ các chế độ phanh, tăng tốc...) Cho nên muốn đảm bảo cho tần số dao động riêng của khối lượng không được treo là không đổi thì đặc tính đàn hồi của hệ treo phải là phi tuyến [3], giáo sư lykin p.p, chứng minh rằng muốn đảm bảo cho tần số dao động riêng của khối lượng được treo (thùng xe) không phụ thuộc vào chế độ tải trọng tác dụng lên hệ treo thì đặc tính đàn hồi của hệ thống treo phải thay đổi theo qui luật hàm mũ. Trong hệ thống treo, phần tử giảm chấn làm nhiệm vụ dập tắt dao động thẳng đứng và dao động góc theo phương dọc của thùng xe cũng như dập tắt các dao động thẳng đứng của bánh xe. Khi xe chuyển động, các dao động này sinh ra bởi các lực kích thích từ mặt đường không bằng phẳng cũng như sự mất cân bằng của lốp xe khi lăn. Lực cản sinh ra bởi giảm chấn phụ thuộc vào vận tốc chuyển động tương đối của thùng xe và bánh xe theo quy luật: f=ctr.(vs-vu)n. Hệ số cản c1 của giảm chấn được tính từ hệ số cản dao động của 9 hệ thống treo ctr. Ctr đặc trưng cho quá trình dập tắt dao động trong hệ thống treo. Cùng là một giảm chấn nhưng có thể giá trị hệ số ctr khác nhau nếu sử dụng với các hệ thống treo khác nhau. Do đó để đánh giá sự dập tắt chấn động thường sử dụng hệ số tắt chấn ,   ctr Z t m2 f 1 trong đó zt là tải trọng tác dụng lên bánh xe, f độ võng tĩnh của hệ thống treo, m2 khối lượng phần được treo. Để dập tắt dao động phù hợp với các chế độ dao động khác nhau trong quá trình xe chuyển động, yêu cầu hệ số tắt chấn phải được thay đổi. Các hệ thống treo có độ cứng của phần tử đàn hồi cũng như hệ số tắt chấn của giảm chấn không đổi còn được gọi là hệ thống treo thụ động. Từ 1980 nhờ ứng dụng các thành tựu kỹ thuật điều khiển điện tử, các hãng sản xuất ôtô thế giới đã thiết kế chế tạo các hệ thống treo có khả năng điều khiển (thay đổi) độ cứng và hệ số cản giảm chấn. Các hệ thống treo này được gọi là hệ thống treo chủ động (có điều khiển). Đối với các hệ thống treo có điều khiển vấn đề quan trọng trong thiết kế ban đầu là tính toán xác định hàm điều khiển qui luật thay đổi độ cứng phần tử đàn hồi và hệ số cản giảm chấn cho phù hợp các chế độ dao động. Bài toán đặt ra trở thành bài toán tối ưu hàm đa mục tiêu nhằm thoả mãn tốt nhất các chỉ tiêu đặt ra cho hệ thống treo. Để nghiên cứu lý thuyết các đặc tính động lực của hệ thống treo đã có nhiều mô hình toán học được xây dựng: mô hình 1/4 xe, mô hình 1/2 xe, mô hình dao động toàn xe. Mô hình nghiên cứu 1/4 xe là mô hình nghiên cứu được sử dụng nhiều vì đây là mô hình nghiên cứu cơ bản về dao động thẳng đứng của xe. Theo cách truyền thống trên cơ sở mô hình vật lý của hệ thống treo 1/4 xe, người ta sử dụng phương pháp tách vật để phân tích các lực nhằm xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của các phần tử (khối lượng được treo và không được treo của cơ hệ). Tuy nhiên cho đến nay các 10 phương pháp nghiên cứu mới như sử dụng hàm truyền, mô tả không gian trạng thái tỏ ra có hiệu quả hơn, đặc biệt khi nghiên cứu các qui luật điều khiển đối với hệ thống [10] Nhiều kết quả nghiên cứu lý thuyết cũng như các kết cấu trên ôtô hiện nay tập trung vào hệ thống treo bán chủ động, đó là hệ thống treo với giảm chấn có khả năng thay đổi hệ số cản phù hợp với trạng thái dao động của ôtô trong quá trình chuyển động. Hệ thống treo loại này tiết kiệm năng lượng điều khiển, đơn giản và làm việc ổn định hơn các hệ thống treo chủ động hoàn toàn. Giáo sư tetsuro [13] sử dụng mô hình hệ thống treo 1/4 xe và phương pháp điều khiển tối ưu h2 để tính toán hàm điều khiển tối ưu các thông số k, c của hệ thống treo có điều khiển. Các tác giả karrnop, crosby và harwood [17] sử dụng giảm chấn có điều khiển dạng đóng/mở trên mô hình treo 1/4 xe với hệ một bậc tự do để mô tả các đặc tính tần số – biên độ của gia tốc, vận tốc và chuyển dịch của khối lượng phần treo trong các dải tần 0,5; 1,0 và 3,0 hz. Các công trình nghiên cứu của hệ thống treo chủ động tập trung vào việc tìm ra các phương pháp lý thuyết để tính toán các giá trị điều khiển tối ưu, tiến hành thực nghiệm so sánh các chỉ tiêu dao động giữa hệ thống treo bị động và hệ thống treo bán chủ động và chủ động. Các kết quả đều cho thấy các ưu điểm của hệ thống treo chủ động so với hệ thống treo bị động. I.3.2. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở trong nước, cho đến nay các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực hệ thống treo ôtô chưa có nhiều đặc biệt là các công trình nghiên cứu liên quan đến hệ thống treo có điều khiển. 11 Tác giả lưu văn tuấn (đhbk hà nội) tiến hành nghiên cứu khảo sát dao động của ôtô khách ba đình [9], các kết quả nghiên cứu đã cho thấy đặc điểm dao động cũng như ảnh hưởng các nhân tố khối lượng được treo và không được treo đến đặc tính dao động của xe ca. Tác giả nguyễn phúc hiểu (hv ktqs, 1999) [10] đã sử dụng phương pháp toán học phần tử hữu hạn để nghiên cứu ảnh hưởng của dao động đối với khung xương ôtô khi chuyển động trên đường. Tác giả trịnh minh hoàng (đhbk hà nội, 2002) [11] khảo sát dao động của xe tải hai cầu dưới kích động ngẫu nhiên của đường. Các kết quả nghiên cứu trên cho thấy các thông số thiết kế (k,c) và kết cấu của hệ thống treo (các khối lượng, kiểu hệ treo...) Không những ảnh hưởng đến tính êm dịu chuyển động mà còn tác dụng xấu lên các phần khung vỏ xe, tác động ảnh hưởng "phá đường". Trong nghiên cứu [7] tác giả hà văn thảo (đhbk hà nội) đã sử dụng thuật toán tối ưu để tính toán tối ưu các thông số thiết kế hệ thống treo bị động. Kết quả tính toán cho ra một bộ giá trị của hệ số độ cứng và hệ số cản giảm chấn tối ưu đối với hệ thống treo bị động, tuy nhiên bộ số liệu này chỉ phù hợp với dải tần số dao động hẹp. Trong quá trình chuyển động, tần số lực kích động cũng như biên dạng mặt đường luôn biến đổi, yêu cầu phải có bộ các giá trị thông số thiết kế tối ưu, và như vậy bài toán lại đưa đến vấn đề sử dụng hệ thống treo có điều khiển. Trong nghiên cứu [8] tác giả nguyễn văn trà (hvktqs, 2005) đã nghiên cứu ứng dụng một số giải pháp điều khiển hệ thống treo bán chủ động, trên quan điểm nâng cao chất lượng độ êm dịu chuyển động. Đề tài đã tập trung nghiên cứu, khảo sát với đối tượng chính là xe du lịch chuyển động trên đường mấp mô phân bố ngẫu nhiên. Tuy nhiên mục tiêu của đề tài là nghiên 12 cứu ứng dụng, tập trung vào so sánh giữa treo bị động và treo bán chủ động thông qua khảo sát, đo đạc thực tế bằng các thiết bị đo dao động trên xe. Tại việt nam, trong những năm gần đây, ngành công nghiệp ôtô đã có những bước phát triển đáng kể. Nhiều nhà máy liên doanh với nước ngoài chế tạo, lắp ráp các mẫu ôtô hiện đại. Theo quyết định số 177/2004/qđ-ttg ngày 5/10/2004 của thủ tướng chính phủ phê duyệt về “qui hoạch phát triển ngành công nghiệp ôtô việt nam đến năm 2010, tầm nhìn tới 2020”. Trong quyết định đã chỉ rõ mục tiêu, định hướng qui hoạch đến năm 2010, định hướng đầu tư và yêu cầu đối với các dự án đầu tư, định hướng nguồn vốn đầu tư, những chính sách và giải pháp hỗ trợ nhằm ưu tiên phát triển ngành công nghiệp ôtô việt nam. Với chính sách hỗ trợ và định hướng của nhà nước như vậy, các nghiên cứu trong nước luôn hướng tới mục tiêu nâng cao hơn nữa tỷ lệ nội địa hóa trong công nghiệp chế tạo ôtô, tập trung nghiên cứu lý thuyết tính toán các thông số thiết kế, chế tạo các chi tiết, các cụm và tổng thành trên xe nói chung và đối với hệ thống treo nói riêng. I.4. Nội dung và các mục tiêu nghiên cứu của đề tài Từ các phân tích và nhận xét trên, tôi đã chọn đề tài luận văn là: “tính toán tối ưu hóa thông số thiết kế hệ thống treo bán chủ động trên ôtô”. Các mục tiêu nghiên cứu đặt ra cho luận văn là: 1. Khảo sát các chỉ tiêu dao động và nhân tố ảnh hưởng đến dao động của hệ thống treo. 2. Xây dựng mô hình toán học hệ thống treo có điều khiển bán chủ động. 13 3. Sử dụng phương pháp điều khiển tối ưu lqg để tính tối ưu các thông số thiết kế của hệ thống treo bán chủ động. 4. Tiến hành nghiên cứu thiết kế chế tạo bệ thử, nghiên cứu thực nghiệm dao động thẳng đứng của ôtô (đối với trường hợp mô hình 1/4 xe) Với các mục tiêu trên, nội dung của luận văn bao gồm các chương: Chương i: tổng quan vấn đề nghiên cứu. Chương ii: xây dựng mô hình 1/4 xe để nghiên cứu hệ thống treo bán chủ động. Chương iii: sử dụng phương pháp lqg để tính tối ưu hóa các thông số thiết kế của hệ thống treo bán chủ động. Chương iv: thiết kế bệ thử nghiên cứu dao động thẳng đứng của ôtô 14 Chương ii Xây dựng mô hình 1/4 xe để nghiên cứu Hệ thống treo bán chủ động Ii.1. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của giảm chấn trong hệ thống treo bán chủ động - hệ thống treo bán chủ động sử dụng giảm chấn có hệ số cản thay đổi hoặc một thành phần tiêu hao năng lượng khác. Ví dụ như: Hệ thống treo điều khiển điện tử của toyota (tems-toyota electronically modulated suspention) Sơ đồ các bộ phận của hệ thống được được mô tả trong hình ii.1. bộ chấp hành Hình ii.1: các bộ phận của tems bố trí trên xe 15 Hệ thống sử dụng một giảm chấn thuỷ lực kiểu ống kép có hệ số cản thay đổi nhờ thay đổi đường kính các lỗ tiết lưu ở piston của giảm chấn. Cấu tạo của giảm chấn được mô tả trên hình ii.2: Hình ii.2: cấu tạo giảm chấn có van xoay Khi van xoay quay, các lỗ tiết lưu trong piston được mở và đóng tương ứng với ba trạng thái làm việc của giảm chấn là “mềm – cứng – trung bình” Các trạng thái này thể hiện ở ba mặt cắt a-a; b-b và c-c trên hình ii.3. 16 Hình ii.3: các chế độ điều khiển giảm chấn Các trạng thái làm việc của giảm chấn thay đổi để phù hợp với các chế độ hoạt động khác nhau của xe. Chẳng hạn như: khi xe khởi hành, trọng lượng xe phần cầu sau tăng lên, giảm ở cầu trước, gây hiện tượng chúi đuôi xe. Lúc này yêu cầu lực giảm chấn tăng lên và hệ số giảm chấn được điều chỉnh ở mức “cứng”. Khi xe quay vòng, sẽ gây ra hiện tượng nghiêng ngang thân xe, để giữ xe cân bằng thì lực cản giảm chấn phải tăng và hệ số cản giảm chấn cũng được đặt ở mức “cứng”. Khi xe chuyển động ở tốc độ cao, hệ số cản giảm chấn được đặt ở mức “trung bình” để cải thiện khả năng ổn định điều khiển. Hình ii.4 thể hiện đường đặc tính của giảm chấn.