Active suspension control system 9

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.7 MB, 111 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ACTIVE SUSPENSION CONTROL SYSTEM
Môn học: Hệ thống điều khiển tự động ô tô
SVTH:TRẦN NHẬT THANH HUY
MSSV: 19145047
SVTH: HUỲNH NGUYỄN ANH KIỆT
MSSV: 19145255
SVTH: TRẦN HỮU NHÂN
MSSV: 19145278
SVTH: NGUYỄN TRỌNG LƯỢNG
MSSV: 19145048
SVTH: VÕ HỒI NGHĨA
MSSV:19145275
GVHD: THS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ACTIVE SUSPENSION CONTROL SYSTEM
Môn học: Hệ thống điều khiển tự động ô tô
SVTH:TRẦN NHẬT THANH HUY

MSSV: 19145047
SVTH: HUỲNH NGUYỄN ANH KIỆT
MSSV: 19145255
SVTH: TRẦN HỮU NHÂN
MSSV: 19145278
SVTH: NGUYỄN TRỌNG LƯỢNG
MSSV: 19145048
SVTH: VÕ HỒI NGHĨA
MSSV:19145275
GVHD: THS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
Tp.Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2022

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên đề tài: ACTIVE SUSPENSION CONTROL SYSTEM
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của tiểu luận:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng tiểu luận):
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
3.Đánh giá (theo thang điểm 10): .............................................
Giáo viên hướng dẫn

i

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................iii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iv
PHỤ LỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................vii
PHẦN A. ACTIVE SUSPENSION CONTROL SYSTEM .............................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .......................................................... 1
1.1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu của đề tài .................................................................................... 1
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 2
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu......................................................................... 2
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 2
1.4. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 2
1.5. Vấn đề cần tập chung vào đề tài nghiên cứu .......................................... 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................... 4
2.1. Giới thiệu chung về hệ thống treo............................................................ 4
2.2. Hệ thống treo chủ động (Active Suspension System) ............................ 4
2.2.1. Cấu Tạo ............................................................................................... 5
2.2.2. Nguyên lý hoạt động........................................................................... 6
2.2.3. Hệ Thống Treo Khí Nén Điện Tử (EAS – Electronic Air
Suspension) ................................................................................................... 6

iv

2.2.4. Hệ thống treo chủ động kiểu thu hồi điện từ (Electronic
recuperative suspension) ............................................................................... 9
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO ¼ VÀ PHÂN TÍCH KẾT
QUẢ ..................................................................................................................... 11
3.1. Xây dựng mơ hình hệ thống treo ¼ ....................................................... 11
3.1.1. Mơ hình vật lý ................................................................................... 11
3.1.2. Mơ hình tốn học .............................................................................. 12

3.2. Thiết kế mơ hình mơ phỏng hệ thống treo ¼ ........................................ 14
3.2.1. Mơ phỏng hệ thống treo ¼ khơng có bộ điều khiển (hệ thống treo
bị động) ........................................................................................................ 14
3.2.2. Mô phỏng hệ thống treo ¼ có bộ điều khiển (hệ thống treo chủ
động) ............................................................................................................ 17
3.2.3 Đánh giá kết quả của mơ hình mơ phỏng bằng simulink .............. 25
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO CARSIM-PHÂN TÍCH
KẾT QUẢ............................................................................................................ 28
4.1 Thiết kế bộ điều khiển cho carsim .......................................................... 28
4.1.1 Tổng quát bộ điều khiển ................................................................... 28
4.1.2 Xây dựng bộ điều khiển .................................................................... 29
4.2 Case studies và phân tích: ....................................................................... 30
4.2.1 Tùy chỉnh thơng số xe ....................................................................... 30
4.2.2 Phân tích............................................................................................. 34
4.3 Đánh giá sự ổn định của bộ điều khiển .................................................. 49
4.3.1 Biểu đồ gia tốc thẳng đứng ............................................................... 49
v

4.3.2 Biểu đồ góc đánh lái .......................................................................... 51
4.3.3 Biểu đồ lực ngang .............................................................................. 54
4.3.4 Biểu đồ góc nghiêng của xe............................................................... 56
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ................................................................................. 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 59
PHẦN B: ASSIGNMENT.................................................................................. 60
Assignment 1 ................................................................................................... 60
Assignment 2 ................................................................................................... 62
Assignment 3 ................................................................................................... 93

vi

PHỤ LỤC HÌNH ẢNH
HÌNH

TÊN HÌNH

TRANG

Hình A2.1

Hệ thống treo chủ động

5

Hình A.2.2

Cấu tạo hệ thống treo

6

Hình A2.3

Cấu tạo hệ thống treo khí nén điện tử

7

Hình A2.4

Hệ thống treo chủ động kiểu thu hồi điện từ

9

Hình A3.1

Mơ hình hệ thống treo ¼

11

Hình A3.2

Các lực tác dụng lên khối lượng được treo

12

Hình A3.3

Các lực tác dụng lên khối lượng khơng được treo

13

Hình A3.4

Mơ phỏng simulink định luật Newton

14

Hình A3.5

Mơ phỏng simulink thêm vào lực lị xo 1 và lực giảm chấn 1

15

Hình A3.6

Mơ phỏng simulink thêm vào lực lò xo 2 và lực giảm chấn 2 và
mặt đường

15

Hình A3.7

Mơ phỏng simulink thêm lực giảm chấn đầu vào U

16

Hình A3.8

Đồ thị dao động thân xe khi qua mặt đường gập ghềnh 10cm

16

Hình A3.9

Cấu trúc của bộ điều khiển PID

17

Hình A3.10

Mơ hình hệ thống treo ¼

18

Hình A3.11

Mơ phỏng hệ thống treo ¼ bằng PID

18

Hình A3.12

Dao động thân xe khi KP = 50000, KI = 0, KD = 0

19

Hình A3.13

Dao động thân xe khi KP = 100000, KI = 0, KD = 0

20

Hình A3.14

Dao động thân xe khi KP = 200000, KI = 0, KD = 0

20

Hình A3.15

Dao động thân xe khi KP = 200000, KI = 0, KD =
10000

21

Hình A3.16

Dao động thân xe khi KP = 200000, KI = 0, KD =
80000

21

Hình A3.17

Dao động thân xe khi KP = 200000, KI = 0, KD = 80000

22

Hình A3.18

Mơ phỏng hệ thống treo ¼ bằng PID

23

vii

Hình A3.19

Độ cao và dao động thân xe đối với mặt đường nhấp nhơ

23

Hình A3.20

So sánh dao động thân xe trường hợp đi qua mặt đường gập

24

ghềnh 10cm ngẫu nhiên với giữa hệ thống thống treo ¼ có sử
dụng bộ điều khiển và khơng có bộ điều khiển
Hình A3.21

So sánh dao động thân xe trường hợp đi qua mặt đường nhấp

25

nhơ ngẫu nhiên với giữa hệ thống thống treo ¼ có sử dụng bộ
điều khiển và khơng có bộ điều khiển
Hình A.4.1

Mơ hình điều khiển

28

Hình A.4.2

Bộ điều khiển

29

Hình A.4.3

Điều chỉnh thơng số cơ bản

29

Hình A.4.4

Điều chỉnh thơng số cầu trước

30

Hình A.4.5

Điều chỉnh độ cứng lò xo, hệ số giảm chấn cầu trước

30

Hình A.4.6

Điều chỉnh thơng số cầu sau

31

Hình A.4.7

Điều chỉnh độ cứng lị xo, hệ số giảm chấn cầu sau

31

Hình A.4.8

Đường cong lớn

32

Hình A.4.9

Đường đồi núi

32

Hình A.4.10 Đi qua vật cản nhỏ

33

Hình A.4.11 Lực thẳng đứng tác dụng lên 4 bánh xe

34

Hình A.4.12 Lực thẳng đứng tác dụng lên 4 bánh xe khi chưa vào đường

35

cong
Hình A.4.13 Lực thẳng đứng khi xe tiến vào đường cong

35

Hình A.4.14 Lực thẳng đứng tác dụng lên 4 bánh khi ra khỏi đường cong

36

Hình A.4.15 Độ nén của lò xo khi xe tiến vào đường cong

36

Hình A.4.16 Độ nén của lị xo khi ra khỏi đường cong

37

Hình A.4.17 Lực giảm chấn

38

Hình A.4.18 Lực giảm chấn khi xe ra khỏi đường cong

38

Hình A.4.19 Xe đi qua đường đồi núi có mặt đường mấp mơ ngẫu nhiên

39

viii

Hình A.4.20 Đồ thị biểu diễn biên độ của các bánh xe khi đi qua cái mấp

40

mô ngẫu nhiên theo thời gian
Hình A.4.21 Đồ thị biêu diễn gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của tâm khối

41

lượng được treo
Hình A.4.22 Đồ thị biểu diễn lực của bộ giảm chấn trên các bánh xe

42

Hình A.4.23 Đồ thị biểu diễn lực thẳng đứng tác dụng lên các lốp xe

43

Hình A.4.24 Đồ thị biểu diễn lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe

46

Hình A.4.25 Đồ thị biểu diễn lực của bộ giảm chấn trên các bánh xe

48

Hình A.4.26 Gia tốc thẳng đứng của thân xe qua đường cong giữa xe có bộ

49

điều khiển và khơng có bộ điều khiển
Hình A.4.27 Gia tốc thẳng đứng của thân xe qua đường đồi núi giữa xe có

49

bộ điều khiển và khơng có bộ điều khiển
Hình A.4.28 Gia tốc thẳng đứng của thân xe qua đường có vật cản nhỏ giữa

50

xe có bộ điều khiển và khơng có bộ điều khiển
Hình A.4.29 Góc đánh lái của xe qua đường cong giữa xe có bộ điều khiển

51

và khơng có bộ điều khiển
Hình A.4.30 Góc đánh lái của xe qua đường đồi núi giữa xe có bộ điều

51

khiển và khơng có bộ điều khiển
Hình A.4.31 Góc đánh lái của xe qua đường có vật cản nhỏ giữa xe có bộ

52

điều khiển và khơng có bộ điều khiển
Hình A.4.32 Lực ngang tác dụng lên bánh xe trước bên trái giữa xe có bộ

53

điều khiển và xe khơng có bộ điều khiển
Hình A.4.33 Lực ngang tác dụng lên bánh xe trước bên phải giữa xe có bộ

53

điều khiển và xe khơng có bộ điều khiển
Hình A.4.34 Lực ngang tác dụng lên bánh xe sau bên trái giữa xe có bộ

54

điều khiển và xe khơng có bộ điều khiển
Hình A.4.35 Lực ngang tác dụng lên bánh xe sau bên phải giữa xe có bộ

54

điều khiển và xe khơng có bộ điều khiển

ix

Hình A.4.36 Góc nghiêng của xe trên đường cong giữa xe có bộ điều khiển

55

và xe khơng có bộ điều khiển
Hình A.4.37 Góc nghiêng của xe trên đường có vật cản nhỏ giữa xe có bộ

56

điều khiển và xe khơng có bộ điều khiển

Hình B2.1.

Vehicle Model

60

Hình B2.2

Mơ phỏng Simulink đầu ra x(t) với F(t) thay đổi

62

Hình B2.3

Đồ thị đầu ra x(t) với F(t) thay đổi

63

Hình B2.4

Mơ phỏng Simulink đầu ra v(t) với F(t) thay đổi

64

Hình B2.5

Đồ thị đầu ra v(t) với F(t) thay đổi

64

Hình B2.6

Mơ phỏng Simulink đầu ra x(t) với m thay đổi

65

Hình B2.7

Đồ thị đầu ra x(t) với m thay đổi

66

Hình B2.8

Mơ phỏng Simulink đầu ra x(t) với b thay đổi

67

Hình B2.9

Đồ thị đầu ra x(t) với b thay đổi

68

Hình B2.10

Mơ phỏng Simulink đầu ra v(t) với m thay đổi

69

Hình B2.11

Đồ thị đầu ra v(t) với m thay đổi

69

Hình B2.12

Mơ phỏng Simulink đầu ra v(t) với b thay đổi

70

Hình B2.13

Đồ thị đầu ra v(t) với b thay đổi

70

Hình B2.14. MSD Model

71

Hình B2.15

Mơ phỏng đầu ra x(t) với F(t) thay đổi

72

Hình B2.16

Biểu đồ đầu ra x(t) với F(t) thay đổi

73

Hình B2.17

Mơ phỏng đầu ra v(t) với F(t) thay đổi

74

Hình B2.18

Biểu đồ đầu ra v(t) với F(t) thay đổi

74

Hình B2.19

Mơ phỏng đầu ra a(t) với F(t) thay đổi

76

Hình B2.20

Biểu đồ đầu ra a(t) với F(t) thay đổi

76

Hình B2.21

Mơ phỏng đầu ra x(t) với m thay đổi

77

x

Hình B2.22

Biểu đồ đầu ra x(t) với m thay đổi

78

Hình B2.23

Mơ phỏng đầu ra x(t) với b thay đổi

79

Hình B2.24

Biểu đồ đầu ra x(t) với b thay đổi

79

Hình B2.25

Mơ phỏng đầu ra x(t) với k thay đổi

80

Hình B2.26

Biểu đồ đầu ra x(t) với k thay đổi

81

Hình B2.27

Mơ phỏng đầu ra v(t) với m thay đổi

82

Hình B2.28

Biểu đồ đầu ra v(t) với m thay đổi

82

Hình B2.29

Mơ phỏng đầu ra v(t) với b thay đổi

83

Hình B2.30

Biểu đồ đầu ra v(t) với b thay đổi

84

Hình B2.31

Mơ phỏng đầu ra v(t) với k thay đổi

85

Hình B2.32

Biểu đồ đầu ra v(t) với k thay đổi

85

Hình B2.33

Mơ phỏng đầu ra a(t) với m thay đổi

86

Hình B2.34

Biểu đồ đầu ra a(t) với m thay đổi

87

Hình B2.35

Mơ phỏng đầu ra a(t) với b thay đổi

88

Hình B2.36

Biểu đồ đầu ra a(t) với b thay đổi

88

Hình B2.37

Mơ phỏng đầu ra a(t) với k thay đổi

89

Hình B2.38

Biểu đồ đầu ra a(t) với k thay đổi

90

xi

PHẦN A. ACTIVE SUSPENSION CONTROL SYSTEM
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Lý do chọn đề tài
Sự ra đời của chiếc ô tô đầu tiên trên Thế giới đã mở ra một kỷ nguyên mới trong
đời sống nhân loại. Chiếc ô tô không chỉ giúp chúng ta đi lại từ nơi này đến nơi khác
một cách nhanh chóng, hay vận chuyển hàng hóa một cách dễ dàng, thuận tiện song bên
cạnh đó ơ tơ cịn mang lại sự an tồn và thoải mái cho con người khi tham gia giao thơng
vận tải. Ơ tơ đóng vai trị vơ cùng quan trọng trong đời sống con người. Cùng với sự phát
triển không ngừng của xã hội, nhu cầu về giao thông vận tải của con người ngày càng
tăng cao, do đó ngành công nghệ sản xuất ô tô cũng ngày càng phát triển nhanh chóng.

Với nhu cầu sử dụng ơ tơ ngày càng cao, địi hỏi các nhà sản xuất ơ tô lớn trên thế giới
phải nghiên cứu nhiều hệ thống để nâng cao hiệu quả làm việc của ô tô, giảm thiểu ô
nhiễm môi trường, cũng như là nâng cao tính tiện nghi trên ơ tơ vì là tiêu chí đánh giá,
tin dùng của khách hàng cũng như sự cạnh tranh thị trường của các hãng sản xuất ô tô.
Độ êm ái và thoải mái là một trong những yếu tố được quan tâm hàng đầu của
nhiều khách hàng khi chọn mua ơ tơ cũng là tiêu chí cho nhà sản xuất ơ tơ nghiên cứu
để tăng tính cạnh tranh sản phẩm của họ. Có nhiều tác nhân và thành phần ảnh hưởng
đến độ thoải mái của một chiếc xe, trong đó tác nhân đầu tiên và quan trọng nhất chính
là hệ thống treo của xe.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Khi ơ tơ chuyển động thì mặt đường là nguồn kích thích dao động chính, gây lên
sự rung lắc làm ảnh hưởng tiêu cực đến người lái cũng như hành khách trên xe. Bên cạnh
đó ngồi việc nâng cao độ êm dịu cho ơ tơ thì độ an tồn cũng rất quan trọng. Khi người
lái đánh lái hoặc khi quay vòng trên đường với tốc độ cao sẽ rất nguy hiểm bởi vì khi đó
lực qn tính ngang của ơ tô tăng lên rất nhanh, điều này dẫn đến khả năng ô tô bị lật
ngang. Tai nạn do lật ngang thường rất trầm trọng và gây nguy hiểm đến tính mạng con
người cũng như phương tiện và cơ sở hạ tầng. Để nâng cao tính ổn định ngang của ơ tơ,
các giải pháp có thể được áp dụng bao gồm: thay đổi kết cấu của thanh ổn định ngang bị

1

động, sử dụng các hệ thống có điều khiển như hệ thống treo, hệ thống lái và hệ thống
phanh...
Để cải thiện được điều này có nhiều nghiên cứu được thực hiện đối với hệ thống
treo, hệ thống phanh, hệ thống lái hoặc kết hợp chúng. Trong đó nghiên cứu về hệ thống
treo được chứng minh là giải pháp hiệu quả nhất.
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
● Hệ thống treo chủ động (Active Suspension Control System)

● Thiết lập bộ điều khiển qua việc sử dụng phần mềm lập trình Matlab Simulink
● Mơ phỏng hệ thống qua việc sử dụng phần mềm mô phỏng Carsim
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
● Không gian nghiên cứu: Môi trường kỹ thuật
● Thời gian nghiên cứu: 7 tuần
● Lĩnh vực nghiên cứu: Động lực học, Simulink, mô phỏng Carsim....
1.4. Phương pháp nghiên cứu
1.4.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận
● Mục đích: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết của đề tài
● Cách tiến hành:
Tìm hiểu và phân tích dựa trên các tài liệu hệ thống treo của các hãng sản xuất ô
tô lớn như: Mercedes-Benz, Audi, BMW,... và một số tài liệu khác.
Giới thiệu một các tổng quan nhất về hệ thống treo chủ động, để có thêm được
nhiều hiểu biết cơ bản về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các đặc tính động lực học cũng
như là các lợi ích mà hệ thống treo chủ động mang lại cho chúng ta.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
● Mục đích: Thiết kế bộ điều khiển và mô phỏng hệ thống treo chủ động.
● Cách tiến hành: Tiến hành thiết kế bộ điều khiển thông qua phần mềm Matlab
Simulink, mô phỏng và phân tích hệ thống treo chủ động trên Carsim.

2

1.5. Vấn đề cần tập chung vào đề tài nghiên cứu
● Tổng quan về hệ thống treo chủ động (Active Suspension Control System)
● Xây dựng cơ sở lý thuyết của hệ thống và các phần mềm mơ phỏng
● Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống
● Thiết kế một bộ điều khiển hệ thống treo chủ động bằng phần mềm Matlab
Simulink
● Xây dựng mơ hình mơ phỏng của hệ thống bằng phần mềm Carsim và phân tích

mơ hình đó

3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu chung về hệ thống treo
Hệ thống treo là bộ phận quan trọng của xe ô tô, chúng quyết định cảm giác lái
của xe êm ái hay xóc nảy, ổn định hay khơng ổn định. Nói một cách dễ hiểu đây là bộ
phận đóng vai trị trong việc chuyển động của tồn bộ thân xe, đặc biệt khi xe di chuyển
qua những cung đường gồ ghề.
Hệ thống treo dùng để kết nối đàn hồi khung hoặc vỏ ô tô với các cầu. Nhiệm vụ
chủ yếu của hệ thống treo là giúp ô tô chuyển động êm dịu khi đi qua các mặt đường
không bằng phẳng. Ngồi ra hệ thống treo cịn dùng để truyền các lực và mômen từ bánh
xe lên khung hoặc vỏ xe, đảm bảo đúng động học bánh xe.
Hệ thống treo của ô tô thường sử dụng được phân loại theo kết cấu có hai kiểu
chính:
● Hệ thống treo phụ thuộc
● Hệ thống treo độc lập
Phân loại theo nguyên lý hoạt động điều khiển gồm có:
● Hệ thống treo bị động
● Hệ thống treo bán chủ động
● Hệ thống treo chủ động.
2.2. Hệ thống treo chủ động (Active Suspension System)
Hệ thống treo chủ động (Active Suspension Control System) là một cơng nghệ ơ
tơ, nó điều khiển sự chuyển động thẳng đứng của bánh xe thông qua hệ thống vi mạch,
thay vì chuyển động của bánh xe được xác định hồn tồn bởi mặt đường. Do đó hệ
thống này hầu như loại bỏ được vấn đề nghiêng ngang, sự chúi đầu hay đuôi xe trong
những trường hợp xe vào cua, phanh hoặc tăng tốc.
Công nghệ này giúp chiếc xe đạt được tính êm dịu và tính năng lái cao hơn, bằng

cách giữ cho bánh xe vng góc với mặt đường khi vào cua, nhờ đó tăng thêm độ bám
và sự điều khiển xe.

4

Vi mạch điều khiển sẽ phát hiện chuyển động của thân xe từ các cảm biến gắn
trên xe và dùng các dữ liệu được tính tốn bởi thuật tốn điều khiển, từ đó sẽ điều khiển
hoạt động của hệ thống treo.
Hệ thống treo chủ động sử dụng các bộ chấp hành riêng biệt để tạo ra các lực đến
từng bộ phận đàn hồi một cách độc lập ở mỗi bánh xe để 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 kỹ thuật viên đủ khả năng sửa chữa cũng như chẩn đoán hư hỏng một
cách chính xác.

Hình A2.1. Hệ thống treo chủ động
2.2.1. Cấu Tạo
Ngồi các bộ phận như bộ phận lị xo, bộ phận giảm chấn,... thì hệ thống treo chủ
động cịn có một số bộ phận khác như:
● Các cảm biến
● ECU hệ thống treo
Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ tất cả các cảm biến để điều khiển lực của
giảm chấn và độ cứng của lò xo, độ cao xe theo điều kiện hoạt động của xe thông
qua bộ chấp hành điều khiển hệ thống.

5

Hình A.2.2. Cấu tạo hệ thống treo
2.2.2. Nguyên lý hoạt động
Các cảm biến độ cao của xe liên tục theo dõi khoảng cách giữa xe thân và các đòn
treo để phát hiện độ cao gầm xe, cảm biến tốc độ ghi nhận và gửi tín hiệu tốc độ xe đến
ECU hệ thống treo. ECU hệ thống treo có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ tất cả các cảm biến
để điều khiển lực và độ cứng của lò xo, độ cao xe theo điều kiện hoạt động của xe thông
qua bộ chấp hành điều khiển hệ thống để thay lực giảm chấn và độ cứng hệ thống treo.
Bộ chấp hành điều khiển điện tử phản ứng chính xác với sự thay đổi liên tục và điều
kiện hoạt động của xe.
Trên cơ sở của hệ thống treo chủ động kết hợp với nhiều thành tựu mới của công
nghệ vật liệu, kỹ thuật cơ – điện tử để ra đời hệ thống treo có tính năng kỹ thuật tiên tiến
như hệ thống treo chủ động thủy lực – khí nén, khí nén – điện tử EAS, hệ thống treo điện
từ. Các hệ thống này hiện đang dùng cho dòng xe cao cấp như Audi, BMW, Lexus…
2.2.3. Hệ Thống Treo Khí Nén Điện Tử (EAS – Electronic Air Suspension)
Ban đầu, hệ thống treo trên ô tô chỉ bao gồm các bộ phận như lò xo, nhíp lá... sau
đó được thay thế bằng các gối cao su có chứa khí nén. Tuy nhiên, hệ thống này vẫn chưa
đáp ứng được yêu cầu về việc giảm xóc, tạo sự êm ái cho chiếc xe. Thế nên, các nhà thiết
kế xe hơi đã ứng dụng công nghệ vật liệu và kỹ thuật cơ - điện tử để tạo ra hệ thống treo
cải tiến hơn, đó là hệ thống treo khí nén điện tử.
Hệ thống treo khí nén điện tử (Electronic Air Suspension - EAS) là hệ thống treo
thơng minh, cho phép người lái có thể điều chỉnh độ đàn hồi của giảm xóc phù hợp với

6

từng chế độ vận hành của xe. Đây là hệ thống treo khí nén tân tiến nhất hiện nay, chủ
yếu được sử dụng trên các dòng xe cao cấp.
2.2.3.1. Cấu Tạo
Cấu tạo hệ thống EAS bao gồm các bộ phận chính:
● Giảm xóc khí nén:

Hệ thống treo khí nén - điện tử EAS bao gồm 4 giảm xóc khí nén đặt ở các bánh
xe và hoạt động như một lò xo thơng thường. Cấu tạo của lị xo khí nén này bao gồm 1
màng cao su bao bọc bên ngoài và lớp khí được bơm từ máy nén ở bên trong. Tùy vào
lượng khí bơm vào, lực giảm chấn sẽ khác nhau với 2 hoặc 3 mức độ mềm, trung bình,
cứng để phù hợp với từng loại địa hình.
● Cảm biến độ cao:
Cũng như giảm xóc, hệ thống treo khí nén điện tử được trang bị 4 cảm biến độ
cao. Các bộ cảm biến này được gắn trên thân xe để theo dõi khoảng cách giữa thân xe
và hệ thống treo, giúp đo lường độ cao gầm xe. Dựa vào đó, máy nén sẽ bơm một lượng
khí thích hợp vào xi lanh.

Hình A2.3. Cấu tạo hệ thống treo khí nén điện tử

7

● Cảm biến tốc độ:
Cảm biến này được gắn trong cơng tơ mét, có nhiệm vụ ghi nhận và gửi tín hiệu
tốc độ xe đến ECU.
● ECU hệ thống treo
2 bộ điều khiển điện tử (ECU) được đặt ở đỉnh của 2 xi lanh khí. ECU có chức
năng nhận tín hiệu từ các cảm biến để điều khiển lực giảm chấn, độ cứng giảm xóc...phù
hợp với từng điều kiện.
2.2.3.2. Nguyên Lý Hoạt Động
Hệ thống treo khí nén điện tử hoạt động dựa trên tính đàn hồi của khơng khí khi
bị nén. Bộ giảm xóc khí nén có khả năng hấp thụ những rung động nhỏ, dễ dàng điều
chỉnh được độ cao của khoảng sáng gầm xe.
Khi di chuyển trên đường không bằng phẳng, tải trọng khác nhau ở mỗi bánh xe
sẽ làm thay đổi độ cao của xe. Lúc này, các cảm biến sẽ truyền tín hiệu về ECU. Bộ điều
khiển điện tử này sẽ tự động nạp hoặc xả khí trong các xi lanh để điều chỉnh và khống

chế độ cao ổn định của bánh xe.
Theo đó, độ cao của xe sẽ tăng khi khí nén được bơm vào xi lanh và ngược lại,
khi khí nén được giải phóng, độ cao của xe sẽ giảm xuống.
Sự êm ái và ổn định của chiếc xe phụ thuộc vào độ đàn hồi của lượng khí nén
bơm vào xi lanh. Khi khí nén có độ đàn hồi tốt, hiệu quả giảm chấn sẽ tối ưu giúp xe di
chuyển mượt mà, ổn định.
2.2.3.3. Ưu điểm và nhược điểm của hệ thống treo khí nén điện tử:
Ưu điểm:
Là hệ thống treo khí nén có cơng nghệ tiên tiến nhất, hệ thống treo khí nén - điện
tử EAS hội tụ khá nhiều ưu điểm như:
● Khả năng điều chỉnh độ cứng của từng xi lanh linh hoạt, đáp ứng độ
nghiêng của khung xe và tốc độ khi vào cua. Vì thế, xe sử dụng hệ thống
khí nén điện tử thường vào cua mượt mà và ổn định hơn.
● Hệ thống có khả năng tự động thích nghi với tải trọng của xe để thay đổi
độ cao của gầm xe phù hợp với từng điều kiện địa hình khác nhau.

8

● Giảm xóc khí nén của hệ thống treo này là các túi khí cao su có trọng lượng
nhẹ hơn nhiều so lị xo giảm xóc bằng kim loại truyền thống. Nhờ đó mà
trọng lượng xe sẽ được tối ưu hơn.
Nhược điểm:
Kỹ thuật tân tiến là ưu điểm, đồng thời cũng đem đến một vài khuyết điểm cho hệ
thống treo khí nén điện tử. Đó là:
● Chi phí vận hành và bảo dưỡng đắt đỏ vì sử dụng rất nhiều thiết bị cảm
ứng điện tử.
● Mức tiêu thụ nhiên liệu cao hơn hệ thống khí nén bình thường do ECU
phải liên tục giám sát và thực hiện điều chỉnh việc bơm khí đến các xi lanh
một cách liên tục.

2.2.4. Hệ thống treo chủ động kiểu thu hồi điện từ (Electronic recuperative
suspension)
Loại này sử dụng một mô tơ gắn liền với từng bánh xe độc lập, giúp tạo ra các
phản ứng cực kỳ nhanh chóng và tái sinh năng lượng thơng qua việc tận dụng các mơ tơ
như máy phát điện.

Hình A2.4. Hệ thống treo chủ động kiểu thu hồi điện từ

9

Ưu điểm sử dụng mô tơ điện từ là tốc độ. Mô tơ điện này sẽ phản ứng rất nhanh
với các cú “xóc” của xe
Mơ tơ được thiết kế có khả năng kéo dài khá lớn, có thể sinh ra lực đủ để ngăn
cản chiếc xe không bị xoay hay lật khi gặp phải những tác động lớn của đường vào hệ
thống treo

10

CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG HỆ THỐNG TREO ¼ VÀ PHÂN TÍCH
KẾT QUẢ
3.1. Xây dựng mơ hình hệ thống treo ¼
3.1.1. Mơ hình vật lý

Hình. A3.1. Mơ hình hệ thống treo ¼
Phương pháp xây dựng phương trình vi phân mơ tả dao động của hệ thống treo
trên cơ sở mơ hình ¼.
Khối lượng được treo ký hiệu là M1 gồm các khối lượng như thân xe, khung xe,
động cơ, hàng hóa và hành khách,...

Khối lượng không được treo ký hiệu là M2 gồm khối lượng vành bánh xe, cầu
xe,...
Hệ thống treo liên kết giữa khối lượng M1 và M2 gồm lò xo có độ cứng ký hiệu
là K1 và giảm chấn có hệ số cản giảm chấn là b1.

11

Lốp xe là một phần tử đàn hồi nên cũng được mơ hình hóa thành một lị xo có độ
cứng ký hiệu là K2 và một giảm chấn có hệ số cản giảm chấn ký hiệu là b2.
Các dao động của ô tô sinh ra khi di chuyển gồm: dao động thẳng đứng, dao động
lắc ngang và lắc dọc của thân xe. Trong đó dao động theo phương thẳng đứng là lớn nhất
và là thơng số đánh giá tính êm dịu chuyển động của ơ tơ.
Một bộ truyền động có khả năng tạo ra lực điều khiển U để điều khiển chuyển
động của thân xe
Thống số tính tốn cho mơ hình hệ thống treo ¼
M1

body mass

450kg

M2

suspension mass

70kg

K1

spring constant of suspension system

50000N/m

K2

spring constant of wheel and tire

400000N/m

b1

damping constant of suspension system

320N.s/m

b2

damping constant of wheel and tire

10000N.s/m

u

control force

0

Bảng A3.1. Thơng số tính tốn cho mơ hình hệ thống treo ¼
3.1.2. Mơ hình toán học

Đối với khối lượng được treo, các ngoại lực tác dụng là:

Hình A3.2. Các lực tác dụng lên khối lượng được treo

12

Active suspension control system 9

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về