NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG Ô TÔ ppt

- 1 -
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN.
1.1. CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG Ô TÔ.
Ô tô là một hệ dao động phức tạp nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với
đường có biên dạng phức tạp. Dao động ô tô không những ảnh hưởng tới con
người (lái xe và hành khách), hàng hóa chuyên chở, độ bền của cụm tổng thành,
độ an toàn chuyển động của ô tô mà còn ảnh hưởng đến tuổi thọ của đường. Đặc
biệt trong quá trình chuyển động, khi ô tô dao động làm phát sinh tải trọng động
rất lớn tác động lên hệ thống khung vỏ của ô tô, các chi tiết, cơ cấu tổng thành…
ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chúng.
Việc nghiên cứu dao động của ô tô được chia làm 3 hướng:
- Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường.
- Nghiên cứu dao động của ô tô.
- Nghiên cứu cảm giác của con người, sự an toàn của hàng hóa chuyên
chở.
1.1.1. Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường.
Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường được tiến hành bằng thực nghiệm và
lý thuyết nhằm xác định quy luật kích thích dao động của ô tô. Bằng các phương
pháp đo ghi biên dạng mặt đường khác nhau, tiến hành xử lý các kết quả nhận
được bằng thống kê. Các đặc tính thống kê của biên dạng bề mặt đường phản
ánh sự thay đổi của chúng trong điều kiện sử dụng dưới tác dụng của ô tô, thời
gian, điều kiện khí hậu và môi trường … Bằng các đặc tính thống kê biên dạng
đường, người ta xây dựng mô hình về biên dạng đường để làm cơ sở cho tính
toán sau này.
1.1.2. Nghiên cứu dao động ô tô.
Nghiên cứu dao động ô tô với mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động,
chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng, độ ổn định chuyển động, độ bền và
độ tin cậy… Vì vậy nghiên cứu dao động ô tô phải xác lập mối quan hệ giữa dao
động với các chỉ tiêu khai thác trên.
Nghiên cứu lý thuyết dao động ô tô thường được tiến hành như sau:

- 2 -
- Thay thế ô tô bằng hệ dao động tương đương, tùy theo quan điểm và mục
đích nghiên cứu.
- Thiết lập mô hình toán học (Hệ phương trình chuyển động) trên cơ sở sử
dụng các phương pháp của cơ học giải tích hoặc nghuyên lý Dalambe.
- Giải hệ phương trình nhờ máy tính điện tử hoặc máy tính số. Phân tích
các thông số đầu vào của hệ trên cơ sở các giả thuyết về dao động tuyến tính
hoặc phi tuyến tính, kích thích dao động làm hàm điều hòa hay ngẫu nhiên.
Một trong những bài toán cơ bản khi nghiên cứu dao động ô tô là làm rõ
ảnh hưởng của sự thay đổi các thông số của hệ dao động .
Việc nghiên cứu thực nghiệm dao động ô tô có ý nghĩa rất quan trọng bởi
vì khi tiến hành thử nghiệm người ta giải quyết các vấn đề như: Bằng cách nào
để kích thích cho ô tô dao động, gia công xử lý các số liệu thực nghiệm.
Dao động của ô tô nằm trong một dải tần số rộng có thể phân ra dao động
của khối lượng treo ở tần số thấp, dao động của khối lượng không được treo ở
tần số cao, dao động của thân vỏ xe ở dung động và phát ồn…
1.1.3. Nghiên cứu cảm giác của con người.
Nghiên cứu cảm giác của con người trên ô tô là công việc khó khăn, vì
phải xác định mức mệt mỏi về thần kính và thể xác cũng như sự phản ứng của
các cơ quan, bộ phận của người lái và hành khách.
Để có thể tạo ra một hệ dao động có chất lượng tốt cần thiết phải nghiên
cứu dao động ô tô trong mối liên hệ tổng thể “Đường – Ô tô – Con người”
(Hình 1.1). Các kết quả nghiên cứu dao động ô tô sẽ góp phần nâng cao chất
lượng thiết kế chế tạo ô tô góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năng suất vận
chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân.

- 3 -

Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống “Đường – ô tô – con người” trong nghiên cứu

dao động của ô tô

- 4 -
1.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG VÀ ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN
ĐỘNG CỦA Ô TÔ.
Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã đưa ra một số chỉ tiêu
đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau:
1.2.1. Tần số dao động.
Trong sinh hoạt hàng ngày do phải di chuyển từ chỗ này đến chỗ khác nên
con người quen với nhịp điệu bước đi, trung bình một phút con người có thể thực
hiện được
60 90

bước đi. Khi quan niệm con người thực hiện bước đi là thực
hiện một dao động thì con người đã quen với tần số dao động
60 90

lần/phút.
Tần số dao động của ô tô nằm trong giới hạn sau:
- Đối với xe con:
60 90
k
n
 
lần/phút


1 1,5
Hz


- Đối với xe tải :
90 120
k
n   lần/phút


1,6 2
Hz

Ở Việt Nam chỉ số này đang được đề nghị nhỏ hơn 2,5Hz đối với các ô tô
sản xuất lắp ráp trong nước.
1.2.2. Gia tốc dao động.
Gia tốc dao động là thông số quan trọng để đánh giá độ êm dịu chuyển
động, nó kể đến ảnh hưởng đồng thời của biên độ và tần số dao động. Vì dao
động tự do tắt dần chỉ tồn tại trong một số chu kỳ, do vậy việc xác định gia tốc
dao động sẽ có ý nghĩa lớn khi nghiên cứu dao động cưỡng bức với sự kích thích
của mặt đường. Giá trị gia tốc giới hạn theo các phương OX (phương dọc xe),
OY (phương ngang xe), OZ (phương thẳng đứng) được xác định bằng thực
nghiệm như sau:

2 2 2
1,0 / ; 0,7 / ; 2,5 /
X m s Y m s Z m s
  
  

Các số liệu trên có thể coi là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động
của ô tô, vì đó là số liệu thống kê, hơn nữa dao động ô tô truyền cho con người
mang tính chất ngẫu nhiên ở dải tần số rộng.
1.2.3. Hệ số êm dịu chuyển động (K).

- 5 -
Hệ số êm dịu chuyển động K phụ thuộc vào tần số dao động, gia tốc dao
động, vận tốc dao động, phương dao động và thời gian tác dụng của nó đến con
người. Nếu K là hằng số thì cảm giác khi dao động sẽ không thay đổi.
Hệ số K được xác định theo công thức:



 
2 2
18.
12,5.
.
1 0,01 1 0,01
y
RMS Z
Z
K K RMS Z
 
  
 



(1.1)
Trong đó:

: Tần số dao động (Hz).

Z

: Gia tốc dao động


2
/
m s
.

y
K
: Hệ số hấp thụ.



RMS Z

: Giá trị bình phương trung bình của gia tốc dao động


2
/
m s
;
 
2
0
1
( )

T
RMS Z Z t dt
T


 
: Với T là thời gian tác dụng.
Nếu con người chịu dao động ở tư thế nằm thì
y
K
giảm đi một nửa. Hệ số
K càng nhỏ thì con người càng dễ chịu đựng dao động và độ êm dịu càng cao.
K=0,1 tương ứng với ngưỡng kích thích, khi ngồi lâu trên xe giá trị giới hạn
[K]=10-25; khi đi ngắn [K]=25-63.
Trong thực tế đối với ô tô, dạng điển hình dao động là ngẫu nhiên, khi đó
nhờ phân tích phổ dao động, giá trị hệ số K được xác định theo công thức:

2
1
n
i
i
K K



(1.2)
Trong đó:
i
K

: Hệ số êm dịu của thành phần tần số thứ i;
n: Số thành phần tần số của hàm ngẫu nhiên,
Giá trị K có thể xác định bằng tính toán lý thuyết hoặc bằng thực nghiệm.
1.2.4. Đánh giá theo công suất dao động.
Chỉ tiêu này được dựa trên giả thiết, cảm giác của con người khi chịu dao
động phụ thuộc vào công suất dao động truyền cho con người.
Công suất trung bình truyền đến con người được xác định theo công thức:

- 6 -

0
1
lim . ( ). ( )
T
c
T
N P t V t dt
T



(1.3)
Trong đó: P(t): Lực tác động lên con người khi dao động;
V(t): Vận tốc dao động.
Con người có thể xem là một hệ dao động và cảm giác của con người phụ
thuộc vào tần số dao động, do đó ta có thể đưa vào hệ số hấp thụ
y
K
có tính đến
ảnh hưởng của tần số lục kích động và hướng tác động của nó. Khi tác động n

thành phần với các giá trị bình phương trung bình của gia tốc
( )
i
RMS a

thì công
suất dao động có thể xác định theo công thức sau:

2
1
( ). ( )
n
c yi
i
N K RMS a





(1.4)
Ưu điểm của chỉ tiêu này cho phép cộng các tác dụng của các dao động
với tần số khác nhau theo các phương khác nhau. Ví dụ ghế ngồi của con người
trên xe chịu dao động với bốn thành phần:
( )
RMS Z


giá trị bình phương trung
bình gia tốc dao động thẳng đứng qua chân,

( )
g
RMS Z


gia trị bình phương trung
bình gia tốc dao động thẳng đứng truyền qua ghế ngồi,
( )
RMS X


giá trị bình
phương trung bình gia tốc theo phương dọc,
( )
RMS Y


giá trị bình phương trung
bình gia tốc theo phương ngang. Công suất tổng cộng truyền đến con người được
xác định theo công thức sau:



2 2 2 2
. ( ) . ( ) . ( ) . ( )
c Zi i zgi gi xi i yi i
N K RMS Z K RMS Z K RMS X K RMS Y   

   
(1.5)

Theo thí nghiệm, trị số cho phép


c
N
như sau:



0,2 0,3(w)
c
N
  
Tương ứng với cảm giác thoải mái.



6 10(w)
c
N
  
Giới hạn cho phép đối với ô tô có tính cơ động cao.
Các nghiên cứu chỉ ra, những tác động phụ tuyền qua chân không lớn như
những tác động truyền qua ghế ngồi vì trong tư thế đứng tác động của dao động
bị yếu đi bởi các khớp xương của chân. Các dao động con người chịu trong tư
thế ngồi sẽ làm tổn thương cột sống.

- 7 -
1.2.5. Đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và thời gian tác động.
Tổ chức quốc tế và tiêu chuẩn hóa ISO đưa ra năm 1969 cho phép đánh

giá tác dụng của dao động lên con người khi đi trên ô tô. Cảm giác được đánh
giá theo ba mức: Thoải mái, mệt mỏi và mức giới hạn. Sự khác nhau giữa tiêu
chuẩn ISO so với các tiêu chuẩn khác ở chỗ có tính đến thời gian tác động của
dao động. Để đánh giá cảm giác, người ta sử dụng dao động thẳng đứng điều hòa
tác dụng lên người ngồi và đứng trong 8 giờ. Nếu tần số tác động ở trong giới
hạn nhạy cảm nhất với dao động của con người (4-8 HZ) thì bình phương gia tốc
trung bình đối với các giới hạn:
- Thoải mái:
2
0,1 /
m s

- Mệt mỏi cho phép:
2
0,315 /
m s

- Mệt mỏi ở trong giới hạn cho phép
2
0,63 /
m s

1.3. HỆ THỐNG TREO TRÊN Ô TÔ.
Nhiệm vụ của hệ thống treo trên ô tô là nối đàn hồi giữa khối lượng không
được treo (cầu xe, bánh xe) với khối lượng được treo (thân xe) tạo thành một hệ
thống dao động.
Cấu tạo hệ thống treo gồm: Phần tử giảm chấn, phần tử đàn hồi và phần tử
dẫn hướng. Mỗi phần tử lại có nhiệm vụ khác nhau:
- Phần tử đàn hồi có tác dụng làm giảm nhẹ các tải trọng tác động từ bánh
xe lên thân xe và tạo ra tần số dao động phù hợp với con người.

-Phần tử giảm chấn có tác dụng dập tắt dao động của khối lượng được treo
và không được treo.
- Phần tử dẫn hướng có nhiệm vụ truyền lực dọc và lực ngang từ bánh xe
lên thân xe.
Hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo bị động trên ô tô vẫn còn sự mâu
thuẫn giữa độ an toàn chuyển động và độ êm dịu chuyển động trên ô tô. Hệ số
cản giảm chấn thấp thì độ êm dịu chuyển động tăng nhưng độ an toàn chuyển

- 8 -
động giảm. Ngược lại, khi hệ số cản giảm chấn cao thì độ an toàn chuyển động
tăng nhưng độ êm dịu chuyển động lại giảm (hình 1.2).

Hình 1.2. Sự phụ thuộc của hệ số cản giảm chấn đến độ êm dịu và độ an toàn
chuyển động của ô tô.
Độ an toàn chuyển động của ô tô chủ yếu bị giới hạn bởi dịch chuyển
thẳng đứng của bánh xe, dịch chuyển xoay của thân xe, góc lắc dọc và lắc ngang
của thân xe trong quá trình phanh hoặc vào khúc cua. Độ êm dịu chuyển động
của ô tô có thể đánh giá thông qua dịch chuyển thẳng đứng, gia tốc thẳng đưng
và gia tốc lắc dọc của thân xe.
Ô tô dao động chủ yếu do kích thích từ mấp mô mặt đường. Hiện nay, hệ
thống treo bị động (hình 1.3a) được coi là tốt nhất chỉ có thể đúng với một loại
đường nhất định vì các thông số cấu thành nên ( lò xo và bộ giảm chấn) đã được
người kỹ sư thiết kế từ trước. 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.

- 9 -

a)

b)

c)

Hình 1.3. 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
ZS – Dịch chuyển khối lượng được treo; Zu – Dịch chuyển khối lượng không được treo;
CS – Độ cứng của phần tử đàn hồi; KS – Hệ số cản của giảm chấn; KS(t) – Hệ số cản
giảm chấn bán tích cực; Ct – Độ cứng của lốp; Fa – Lực của bộ phát động thủy lực của
hệ thống treo tích cực.
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

- 10 -
nghiên cứu ứng dụng trên nhiều dòng xe hiện đại và sẽ lại hệ thống treo của
tương lai.
Hệ thống treo tích cực (hình 1.3c) bao gồm bộ phát động thủy lực, bộ điều
khiển và bộ cảm biến. Hệ thống treo này đòi hỏi phải có năng lượng cung cấp
cho hệ thống lớn, giá thành cao, trọng lượng lớn và phức tạp. Đây là nhược điểm
chính của hệ thống treo này.
Để khắc phụ nhược điểm của hệ thống treo tích cực, người ta đưa ra hệ
thống treo bán tích cực với giảm chấn mắc song song với phần tử đàn hổi
(hình 1.3b) ngày nay được sử dụng nhiều trên ô tô do có những ưu điểm: Kết cấu

đơn giản, năng lượng cung cấp cho hệ thống ít, dễ điều khiển và đáp ứng khá tốt
yêu cầu về độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động.

















- 11 -
CHƯƠNG II: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ THỐNG
TREO TÍCH CỰC.
2.1. MỘT SỐ GIẢM CHẤN TÍCH CỰC.
2.1.1. Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục.
Kết cấu của giảm chấn thủy lực có van tiết lưu thay đổi liên tục gần giống
với giảm chấn thông thường, sự khác biệt là có thể thay đổi lỗ tiết lưu dầu để
thay đổi hệ số cản của giảm chấn. Giảm chấn có ưu điểm là hệ số cản thay đổi
nhanh, chính xác, van tiết lưu có thể thay đổi với dải tần số đóng mở từ
0 100
Hz


. Trên hình 2.1 thể hiện kết cấu của giảm chấn thủy lực có van tiết lưu
thay đổi liên tục.

b)

a)
Hình 2.1. Giảm chấn thủy lực có van tiết lưu
thay đổi liên tục
a- Sơ đồ thủy lực; b- mặt cắt ngang của giảm
chấn
1- van trượt; 2- nam châm điện; 3- bộ biến
đổi vị trí; 4- piston van một chiều.


- 12 -
2.1.2. Giảm chấn tích cực MR .
Kết cấu của một giảm chấn tích cực được thể hiện ở hình vẽ sau (Hình
2.2):

a)

b)
Hình 2.2. Cấu tạo giảm chấn tích cực MR.
a - kết cấu; b - các phần tử.
1 – Piston phản ứng; 2 - Đế piston; 3 – Piston; 4 – Cán piston.
Nguyên lý làm việc được thể hiện ở hình 2.3:
- Ở trạng thái trả (hình 2.3c): Piston đi từ dưới lên trên còn chất lỏng MR
di chuyển từ trên xuống dưới qua các lỗ tiết lưu, piston phản ứng sẽ di chuyển
lên để bù vào lượng chất lỏng MR do cần pisto chiếm chỗ .

- Ở trạng thái nén (hình 2.3 b): Piston di chuyển từ trên xuống dưới còn
chất lỏng thì ngược lại di chuyển từ dưới lên trên, piston phản ứng di chuyển
xuống dưới tạo không gian cho piston đi xuống.

- 13 -

Hình 2.3. Nguyên lý làm việc của giảm chấn MR.
a - sơ đồ nguyên lý ; b - trạng thái nén ; c - trạng thái trả
Điều đặc biệt ở giảm chấn tích cực loại này là chất lỏng MR : Nó bao gồm
một chất lỏng, trong chất lỏng đó có một tỉ lệ nhất định các hạt sắt rất nhỏ. Các
hạt này được phủ một lớp nhằm không cho chúng dính vào nhau khi va chạm.
Khi tiếp xúc với từ trường, các hạt có kích thước micro phân tán hỗn loạn trong
chất lỏng sẽ sắp xếp lại một cách có chật tự theo đường sức từ của từ trường, lúc
này độ nhớt của chất lỏng thay đổi là nguyên nhân làm thay đổi áp lực của dòng
chất lỏng lên lỗ tiết lưu. Áp lực thay đổi tỉ lệ trực tiếp với lực cần thiết để dịch
chuyển cần piston. Hiểu một cách khái quát thì độ nhớt của chất lỏng MR là hàm
của cường độ dòng điện. Các tín hiệu dòng điện này được truyền đi từ ECU của
hệ thống treo sau khi đã phân tích các tín hiều từ các cảm biến khác. Nguyên lý
hoạt động của chất lỏng MR được thể hiện qua hình 2.4.

a)




b)


Hình 2.4. Nguyên lý hoạt động của MR.

- 14 -
Độ nhớt của giảm chấn dễ dàng thay đổi được theo cường độ dòng điện,
mối quan hệ giữa lực cản của giảm chấn với cường độ dòng điện chạy qua cuộn
nam châm điện được thể hiện ở hình 2.5.

Hình 2.5. Đường đặc tính của giảm chấn tích cực MR.
2.1.3. Giảm chấn tích cực ER.

Hình 2.6. Sơ đồ kết cấu thể hiện nguyên lý làm việc của giảm chấn ER.
1 – Trục giảm chấn; 2 – Cơ cấu biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay;
3,9 – Đệm; 4 – Stator; 5 – Chất ER; 6 – Rotor; 7 – Cực dương; 8 – Cực âm.

- 15 -
Với thiết kế gồm có các điện cực tiếp đất, phân tách nhau bởi các miếng
điệm và liên kết với stator bởi các rãnh then dẫn hướng. Stator được nối với cực
âm và cố định cứng vững với bộ phận không được treo. Các cực dương cũng
được phân tác với nhau bằng các miếng đệm được gắn kết với rotor thông qua
các rãnh then dẫn hướng, được kết nối điện bằng các chổi than. Trục rotor được
đỡ bởi các vòng bi phía dưới, có thể chịu được cả lực dọc trục và hướng kính.
Rotor được làm bằng thủy tinh epoxy G – 11, một vật liệu dẫn điện và có độ bền
cơ học cao. Các khoảng cách giữa hai điện cực được làm đầy bằng chất lỏng ER
qua lỗ thông phía trên và dưới.
Chuyển động tịnh tiến được biến thành chuyển động quay thông qua cơ
cấu vít me bi, và được kết nối chặt chẽ trên rotor với một đai ốc liên kết. Việc sử
dụng cơ cấu vit me bi không gây va đập và truyền chuyển động. Điện áp có thể
được cung cấp cho rotor thông qua một chổi than ở phía dưới thay vì kết nối cố
định.

- 16 -

1. Van khóa; 2. Bộ nối van; 3. Ổ bi tiếp
xúc góc; 4. Cửa thoát chất lỏng trên; 5.
Miếng làm kín; 6. Đệm kín có lò xo; 7.
Ống lót thép; 8. Những điện cực dương;
9. Những điện cực âm; 10. Tấm ngăn;
11. Rotor; 12. Then dẫn hướng rotor;
13,14: Vòng đệm chữ O; 15. Giá đỡ làm
kín; 16. Cửa thoát chất lỏng ER dưới;
17. Bộ nối van; 18. Van khóa; 19. Dây
điện; 20. Tai trên giảm chấn; 21. Những
chốt hãm; 22. Đai ốc bi; 23. Đai ốc nối;
24. Vít me bi; 25. Bệ tựa ổ bi; 26. Chốt
gài; 27. Nắp trên; 28. Vòng đệm cách
điện; 29. Tấm ngăn ở đáy then; 30. Then
dẫn hướng stator; 31. Đầu nối bulong
hở; 32. Chốt dẫn điện; 33. Tấm kim loại;
34. Ống dẫn điện; 35. Đai ốc nối ren
thanh nối dây điện loại O cả hai đầu ;
36. Nắp dưới; 37. Chốt gài; 38. Stator;
39. Chốt điện cacbon có lò xo; 40. Tai
dưới giảm chấn.


Hình 2.7. Kết cấu của giảm chấn tích cực ER
Cũng giống như giảm chấn tích cực loại MR giảm chấn tích cực loại ER
cũng sử dụng một chất đặc biệt đó là một chất lỏng dẫn điện. Chất lỏng dẫn điện
này cũng bao gồm các hạt có độ dẫn điện rất cao có kích thước 0,1 100
m



trộn
trong chất lỏng cách điện (tỉ lệ giữa các hạt và chất lỏng vào khoảng từ 1 đến
hàng trục nghìn lần). Sự có mặt của các hạt mang điện này không làm thay đổi
đặc tính của các chất lỏng trong điều kiện bình thường. Trái lại khi chất lỏng đặt

- 17 -
trong điện trường, các hạt mang điện sẽ bị phân cực và hình thành các sợi dọc
theo phương điện trường. Khi đó đặc tính của chất lỏng (thể hiện rõ nhất là độ
nhớt) sẽ thay đổi đáng kể và phụ thuộc vào cường độ điện trường. Một đặc điểm
rất tốt của chất lỏng này là lại trở về trạng thái ban đầu khi không chịu cường độ
điện trường. Do đó làm thay đổi đặc tính của giảm chấn. Nguyên lý hoạt động
của chất lỏng được mô tả qua hình 2.8.

a)







b)


Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của chất lỏng ER.
a-Nguyên lý hoạt động; b-Khi xuất hiện chuyển động quay giữa rotor và stator.
Đường đặc tính của giảm chấn nên được điều chỉnh phù hợp với điều kiện
ô tô chuyển động trong thực tế: Vận tốc xe, điều kiện đường xá…Nhiệm vụ của
bộ điều khiển được thiết kế nhằm theo dõi các đặc tính mong muốn của giảm
chấn bằng cách kiểm soát điện thế đầu vào U. Hình 2.9 mô tả đường đặc tính của

giảm chấn ER. Trong đó đường liền đánh dấu lực tối thiểu giảm chấn (U=0),
đường chấm biểu thị lực cực đại của giảm chấn (U=5KV).

- 18 -

Hình 2.9. Đường đặc tính giảm chấn ER.
2.2. TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ.
2.2.1. Lý thuyết điều khiển mờ.
2.2.1.1. Tập mờ và logic mờ.
2.2.1.1.1. Khái niệm:
Trong khái niệm tập hợp kinh điển (tập rõ), phần tử x chỉ có thể thuộc tập
hợp A (x

A), giá trị chân lý bằng “1”, hoặc không thuộc tập A (x

A), giá trị
chân lý bằng “0”. Nếu biểu diễn theo ánh xạ ta có: μ
A
: A → R
Với:
A
1 Khi x A
(x) =
0 Khi x A







(2.1)
μ
A
được gọi là hàm thuộc (hàm phụ thuộc) của tập A
Như vậy có thể sử dụng hàm thuộc để biểu diễn tập hợp, trong tập hợp
kinh điển hàm thuộc chỉ nhận hai giá trị “0” và “1”.
Hàm thuộc trên được mở rộng để định nghĩa cho tập mờ, giá trị của hàm
thuộc μ
F
(x) trong tập mờ nhận giá trị trong đoạn [0; 1] thể hiện trọng số sự phụ
thuộc của phần tử x vào tập mờ. Tập mờ được định nghĩa như sau:
Tập mờ F xác định trên tập kinh điển X là một tập hợp mà mỗi phần tử
của nó là một cặp (x, μ
F
(x)) trong đó x

X và μ
F
(x) là giá trị hàm thuộc của phần
tử x vào tập mờ F. Tập X được gọi là tập nền hay tập vũ trụ của tập mờ F.

- 19 -
Các đặc tính của hàm phụ thuộc gồm độ cao, miền xác định, miền tin cậy:
+ Độ cao của tập mờ F còn gọi là độ phụ thuộc của hàm phụ thuộc là giá
trị cận trên của hàm phụ thuộc, được ký hiệu là:
sup ( )
F
x X
h x




(2.2)
- Tập mờ có ít nhất một phần tử có độ phụ thuộc (hay độ cao) bằng 1
được gọi là tập mờ chính tắc.
- Tập mờ có h < 1 gọi là tập mờ không chính tắc.
+ Miền xác định của tập mờ F (định nghĩa trên nền X) là tập hợp các phần
tử x của F có μ
F
(x) >0.
S = { x

X│μ
F
(x) > 0} (2.3)
+ Miền tin cậy của tập mờ F (định nghĩa trên nền X) là tập hợp các phần
tử x của F có μ
A
(x) = 1.
T = { x

X│μ
F
(x) = 1} (2.4)

Hình 2.10: Các đặc tính của hàm phụ thuộc (độ cao, miền xác định và miền tin cậy).
2.2.1.1.2. Các phép toán trên tập mờ:
A. Phép hợp hai tập mờ:
Hợp của hai tập mờ A và B có cùng tập nền X là tập mờ cũng xác định
trên nền X có hàm thuộc μ

AUB
(x) thỏa mãn:
1) μ
AUB
(x) chỉ phụ thuộc vào μ
A
(x) và μ
B
(x).
2) μ
B
(x) = 0 với mọi x thì μ
AUB
(x) = μ
A
(x).
3) Có tính chất giao hoán, μ
AUB
(x) = μ
BUA
(x).
4) Có tính chất kết hợp, μ
(AUB)UC
(x) = μ
AU(BUC)(
x).
5) Có tính thông giảm, nếu
1 2 1 2
( ) ( )
A A A B A B

     .

- 20 -
Để thỏa mãn 5 tính chất trên có nhiều công thức có thể sử dụng để định
nghĩa hàm thuộc μ
AUB
(x), thông thường sử dụng 5 công thức sau:
1) μ
AUB
(x) = max{ μ
A
(x), μ
B
(x)} (Luật lấy max) (2.5a)
2)
A B A B
A B
A B
max{ (x), (x)} Khi min{ (x), (x)} = 0
(x) =
1 Khi min{ (x), (x)} 0
   

 





(2.5b)

3) μ
AUB
(x) = min{1, μ
A
(x) + μ
B
(x)} (Luật hợp Lukasiewicz) (2.5c)
4)
( ) ( )
( )
1 ( ) ( )
A B
A B
A B
x x
x
x x
 

 



 
(Tổng Einstein) (2.5d)
5) μ
AUB
(x) = μ
A
(x) + μ

B
(x) - μ
A
(x). μ
B
(x) (Tổng trực tiếp) (2.5e)

Hình 2.11: Hàm thuộc của hai tập hợp có cùng không gian nền.
a – Hàm thuộc của tập mờ A; b – Hàm thuộc của tập mờ B;
c – Hợp của hai tập mờ theo luật 2; d – Hợp của hai tập mờ theo luật max; e – Hợp
hai tập mờ theo luật Lukasiewicz; f – Hợp hai tập mờ theo luật tổng trực tiếp.
B. Phép giao hai tập mờ:
Giao của hai tập mờ A và B có cùng tập nền X là tập mờ cũng xác định
trên nền X có hàm thuộc μ
A∩B
(x) thỏa mãn:
1) μ
A∩B
(x) chỉ phụ thuộc vào μ
A
(x) và μ
B
(x).
2) μ
B
(x) = 1 với mọi x thì μ
A∩B
(x) = μ
A
(x).

3) Có tính chất giao hoán, μ
A∩B
(x) = μ
B∩A
(x).
4) Có tính chất kết hợp, μ
(A∩B)∩C
(x) = μ
A∩(B∩C)
(x).
5) Có tính không giảm,
1 2 1 2
( ) ( )
A A A B A B
     .

- 21 -
Cũng tương tự như phép hợp, có 5 công thức dùng để tính hàm thuộc
μ
A∩B
(x) của phép giao.
1) μ
A∩B
(x) = min{ μ
A
(x), μ
B
(x)} (Luật lấy min) (2.6a)
2)
A B A B

A B
A B
min{ (x), (x)} Khi max{ (x), (x)} = 1
(x) =
0 Khi max{ (x), (x)} 1
   

 





(2.6b)
3) μ
A∩B
(x) = max{0, μ
A
(x) + μ
B
(x) - 1} (Luật giao Lukasiewicz) (2.6c)
4)
( ). ( )
( )
2 ( ) ( ) ( ). ( )
A B
A B
A B A B
x x
x

x x x x
 

   


  
(Tích Einstein) (2.6d)
5) μ
A∩B
(x) = μ
A
(x). μ
B
(x) (Tích đại số) (2.6e)

Hình 2.12: Hàm thuộc của hai tập hợp có cùng không gian nền.
a – Hàm thuộc của tập mờ A; b – Hàm thuộc của tập mờ B;
c – Giao của hai tập mờ theo luật min; d – Giao của hai tập mờ theo luật tích đại số;
C. Phép bù của một tập mờ:
Tập bù của tập mờ A định nghĩa trên nền X là tập mờ A
c
cũng xác định
trên tập nền X có hàm thuộc μ
A
c
(x) thỏa mãn:
1) μ
A
c

(x) chỉ phụ thuộc vào μ
A
(x).
2) Nếu μ
A
(x) = 1 thì μ
A
c
(x) = 0.
3) Nếu μ
A
(x) = 0 thì μ
A
c
(x) = 1.
4) Nếu μ
A
(x) ≤ μ
A
(x) thì μ
A
c
(x) ≥ μ
B
c
(x).


- 22 -
Hình 2.13: Tập bù mạnh A

c
của tập mờ A.
a – Hàm thuộc của tập mờ A; b – Hàm thuộc của tập mờ A
c
.
2.2.1.1.3. Biến ngôn ngữ và giá trị của nó.
Một đại lượng vật lý được định lượng dưới dạng ngôn ngữ (giá trị
ngôn ngữ). Mỗi giá trị ngôn ngữ đó được xác định bằng một tập mờ định nghĩa
trên tập nền các giá trị vật lý. Như vậy biến vận tốc dịch chuyển piston có hai
miền giá trị khác nhau:
2.2.1.1.4. Luật hợp thành mờ.
Mệnh đề hợp thành có dạng: p

q
Trong đó: p: Mệnh đề điều kiện;
q: Mệnh đề kết luận.
Mệnh đề hợp thành mờ là mệnh đề mà các mệnh đề điều kiện và mệnh đề
kết luận được thực hiện trên biến ngôn ngữ.
Nếu χ = A thì γ = B (2.7a)
Hay μ
A
(x)

μ
B
(y) với μ
A
, μ
B


[0; 1] (2.7b)
Giá trị hợp thành của mệnh đề mờ là một tập mờ định nghĩa trên không
gian nền của biến ngôn ngữ kết luận có hàm thuộc μ
A

B
(y) nhận giá trị trong
đoạn [0, 1] thoả mãn:
a) μ
A

B
(y) chỉ phụ thuộc vào μ
A
(x) và μ
B
(y)
b) μ
A
(x) = 0 thì và μ
A

B
(y) = 1
c) μ
B
(y) = 1 thì μ
A


B
(y) = 1
d) μ
A
(x) = 1 và μ
B
(y) = 0 thì μ
A

B
(y) = 0
e) μ
A1
(x) ≤ μ
A2
(x) thì μ
A1

B
(y) ≤ μ
A2

B
(y)
f) μ
B1
(y) ≤ μ
B2
(y) thì μ
A


B1
(y) ≤ μ
A

B2
(y)
Vậy bất cứ hàm μ
A

B
(y) thoả mãn 5 điều kiện trên có thể sử dụng hàm
thuộc cho tập mờ kết quả của mệnh đề hợp thành. Do mệnh đề kinh điển luôn có
giá trị đúng khi mệnh đề điều kiện sai do đó khi chuyển đổi tương đương từ

- 23 -
mệnh đề kinh điển sang mệnh đề hợp thành mờ như trên có nghịch lý, khi mệnh
đề điều kiện không thoả mãn (độ phụ thuộc bằng 0) nhưng mệnh đề kết luận có
độ thoả mãn cao nhất. Đề khắc phục nhược điểm này có nhiều ý kiến đưa ra
nhưng nguyên tắc của Mamdani có tính thuyết phục hơn cả.
Nguyên tắc Mamdani phát biểu như sau: “Độ phụ thuộc của mệnh đề kết
luận không đựơc lớn hơn độ phụ thuộc của điều kiện”.
Với nguyên tắc của Mamdani giá trị của mệnh đề hợp thành được định
nghĩa như sau: Giá trị hợp thành của mệnh đề mờ là một tập mờ B’ định nghĩa
trên nền Y (không gian nền của B) có hàm thuộc μ(μ
A
, μ
B
) thỏa mãn:
a) μ

A
≥ μ(μ
A
, μ
B
) với mọi μ
A
, μ
B


[0, 1]
b) μ(μ
A
, 0) = 0 với mọi μ
A


[0, 1]
c) μ
A1
≤ μ
A2
thì μ(μ
A1
, μ
B
) ≤ μ(μ
A2
, μ

B
)
d) μ
B1
≤ μ
B2
thì μ(μ
A
, μ
B1
) ≤ μ(μ
A
, μ
B2
)
Có nhiều hàm thỏa mãn 4 điều kiện trên, nhưng thông thường hay dùng
hai hàm sau:
1) μ(μ
A
, μ
B
) = min{μ
A
, μ
B
} Quy tắc hợp thành MIN (2.8)
2) μ(μ
A
, μ
B

) = μ
A
. μ
B
Quy tắc hợp thành PRO (2.9)
Quy tắc hợp thành MIN và PRO với mệnh đề hợp thành “nếu tốc độ piston
giảm chấn bằng 0 thì độ cứng giảm chấn trung bình” thể hiện trong hình 2.14.


- 24 -
Hình 2.14: Minh họa quy tắc hợp thành mờ.
a – Hàm thuộc vận tốc piston và độ cứng giảm chấn;
b – Quy tắc hợp thành MIN; c – Quy tắc hợp thành PRO.
Luật hợp thành R biểu diễn một hay nhiều hàm thuộc cho một hay nhiều
mệnh đề hợp thành, nói cách khác luật hợp thành được hiểu là một tập hợp của
nhiều mệnh đề hợp thành. Một luật hợp thành chỉ có một mệnh đề hợp thành
được gọi là luật hợp thành đơn. Ngược lại nếu có nhiều hơn một mệnh đề hợp
thành gọi là luật hợp thành kép. Phần lớn các hệ mờ trong thực tế đều có mô
hình là luật hợp thành kép. Như vậy kết quả của luật hợp thành bao gồm 2 phép
toán: phép kéo theo (mệnh đề hợp thành) và phép hợp các hệ quả của mệnh đề
kéo theo.
2.2.1.1.5. Giải mờ.
Có 3 phương pháp giải mờ chính là phương pháp cực đại, phương pháp
điểm trọng tâm và phương pháp phân đôi diện tích.
A. Phương pháp cực đại:
Tư tưởng của phương pháp cực đại cho rằng, giá trị rõ y’ đại diện cho tập
mờ phải là giá trị có xác suất thuộc tập mờ lớn nhất. Thực hiện theo phương
pháp này gồm hai bước:
+ Xác định miền G chứa giá trị rõ y’, là miền mà tại đó hàm thuộc có giá
trị cực đại.

+ Xác định y’ có thể chấp nhận được, có ba nguyên lý: nguyên lý trung
bình; nguyên lý cận trái; nguyên lý cận phải.
- Nguyên lý trung bình: y’ là giá trị trung bình của giá trị cận trái và phải
của G (hình 2.15a).
- Nguyên lý cận trái: y’ là giá trị cận trái của G (hình 2.15b).
- Nguyên lý cận trái: y’ là giá trị cận phải của G. (hình 2.15c)

- 25 -

Hình 2.15: Giải mờ bằng phương pháp cực đại.
a – Nguyên lý trung bình; b – Nguyên lý cận trái; c – Nguyên lý cận phải.
B. Phương pháp điểm trọng tâm:
Phương pháp điểm trọng tâm cho kết quả y’ là hoành độ điểm trọng tâm
miền được bao bởi trục hoành và đường μ
B’
(y), minh họa trên hình 2.16.
Theo phương pháp điểm trọng tâm, giá trị y’ được xác định theo công
thức:

'
'
. ( )
'
( )
B
S
B
S
y y dy
y

y dy





(2.10)
Trong đó S là miền xác định của tập mờ B’.

Hình 2.16: Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm.
C. Phương pháp đường phân đôi diện tích:
Theo phương pháp phân đôi diện tích, giá trị y’ được xác định là giao
điểm trục hoành với đường thẳng song song trục tung phân chia diện tích miền
được bao bởi trục hoành và đường μ
B’
(y) thành hai phần có diện tích bằng nhau
(thể hiện trong hình 2.17)