Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử Tính toán thiết kế và mô phỏng bộ điều khiển toàn phương tuyến tính trượt cho hệ thống treo tích cực trên ôtô

1
MỤC LỤC
2
DANH MỤC HÌNH ẢNH

3
DANH MỤC BẢNG BIỂU, ĐỒ THỊ
Các bảng biểu.
.
4
LỜI MỞ ĐẦU
Ôtô ngày nay không còn đơn thuần là sản phẩm của ngành cơ khí, nó là
sản phẩm của tất cả các ngành khoa học kỹ thuật. Có thể nói: Ôtô là tinh hoa
của một nền công nghiệp.
Ngành công nghiệp ôtô trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ. Các
hãng ôtô đang tập trung nghiên cứu phát triển nâng cao tính tiện nghi, độ an
toàn chuyển động, thân thiện với môi trường và nâng cao chất lượng phương
tiện. Hàm lượng công nghệ thông tin, kỹ thuật điều khiển tự động trên ôtô
ngày càng tăng.
Hệ thống treo là một hệ thống quan trọng của ôtô, nó có tính quyết định
đến độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động của ôtô. Để tối ưu hóa
hệ thống treo, các công nghệ tự động và điều khiển đã được ứng dụng vào hệ
thống. Hệ thống treo có điều khiển đang được phát triển nhanh chóng, đặc
biệt là hệ thống treo tích cực với những ưu thế so với các hệ thống treo khác
sẽ ngày càng ứng dụng rộng rãi. Chính vì vậy việc tiếp cận và nghiên cứu về
các phương pháp điều khiển mới trên ôtô nói chung và hệ thống treo tích cực
nói riêng là rất cần thiết.
Tuy được sự quan tâm lớn của Đảng và nhà nước nhưng ngành công
nghiệp ôtô nước ta vẫn còn rất khiêm tốn. Kế thừa thành tựu khoa học của
thế giới, nghiên cứu phát triển công nghệ và kỹ thuật mới là cần thiết để góp
phần thúc đẩy công nghiệp ôtô Việt Nam phát triển.

Trên cơ sở thực tiễn và phân tích những đề tài nghiên cứu đã có, đề tài
“Tính toán, thiết kế và mô phỏng bộ điều khiển toàn phương tuyến tính
-trượt cho hệ thống treo tích cực trên ôtô” đã được lựa chọn để nghiên
cứu.
Mục đích nghiên cứu:
Thiết kế bộ điều khiển dựa trên mô hình dao động phẳng dọc trục (mô
hình 1/2 xe) của ôtô với hệ thống treo tích cực. Đánh giá ưu điểm của hệ
thống treo tích cực điều khiển bằng bộ điều khiển toàn phương tuyến tính kết
hợp bộ điều khiển trượt với các hệ thống treo khác (hệ thống treo bị động).
5
Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu phương pháp điều khiển hệ thống treo tích cựu nhằm nâng
cao độ êm dịu và an toàn chuyển động cho ôtô.
Phạm vi nghiên cứu:
Mô hình phương tiện: Mô hình dao động phẳng dọc trục của ôtô.
Biên dạng đường: Ngẫu nhiên và tiền định.
Nội dung nghiên cứu:
Nghiên cứu kết cấu hệ thống treo ôtô với treo tích cực.
Xây dựng mô hình dao động phẳng dọc trục.
Nghiên cứu các phương pháp điều khiển hệ thống treo tích cực.
Thiết kế bộ điều khiển tối ưu hệ thống treo theo phương pháp điều
khiển toàn phương tuyến tính kết hợp bộ điều khiển trượt.
Mô phỏng, đánh giá chất lượng làm việc của bộ điều khiển được thiết
kế.
Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phỏng trên máy tính.
Cách tiếp cận:
Bước đầu xây dựng mô hình dao động ôtô với hệ thống treo tích cực.
Sau khi đã có mô hình đối tượng điều khiển, tiến hành tổng hợp bằng bộ điều
khiển tối ưu toàn phương tuyến tính kết hợp với bộ điều khiển trượt. Tiếp

theo, thực hiện mô phỏng dao động ôtô với hệ thống treo tích cực và hệ thống
treo bị động. Đánh giá độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô có hệ thống
treo tích cực điều khiển toàn phương tuyến tính và trượt trên cơ sở kết quả
mô phỏng.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn:
Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu phương pháp điều khiển hệ thống treo
tích cực.
Ý nghĩa thực tiễn: Là cơ sở khoa học để các hãng sản xuất ôtô thiết kế
mới những bộ điều khiển tối ưu cho hệ thống treo tích cực.
6
Sau thời gian tìm hiểu và nghiên cứu nội dung của đề tài đã được hoàn
thành. Để làm được điều này phải kể đến sự giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô
giáo trong bộ môn Kỹ Thuật Máy đặc biệt là Cô TS.Đinh Thị Thanh Huyền –
giáo viên đã trực tiếp hướng dẫn. Em xin gửi lời cảm ơn trân thành đến Cô.
Do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm thực tế có hạn nên trong nội
dung đề tài không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận được sự chỉ
bảo, và đóng góp ý kiến của Thầy, Cô để nội dung đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin trân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 30 tháng 4 năm 2014
Sinh viên
Đỗ Văn Nam
7
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu hệ thống treo.
Nhiệm vụ của hệ thống treo trên ôtô là nối đàn hồi giữa hai khối lượng:
Khối lượng được treo (thân xe) và khối lượng không được treo (cầu xe, bánh
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 có nhiệm vụ khác nhau:
Phần tử đàn hồi có tác dụng làm giảm nhẹ các tải trọng động từ bánh

xe lên thân xe và đảm bảo độ êm dịu cần thiết (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 ôtô vẫn còn sự mâu
thuẫn giữa độ an toàn chuyển động và độ êm dịu chuyển động của ôtô. Hệ số
cản giảm chấn thấp thì độ êm dịu chuyển động tăng nhưng độ an toàn chuyển
động giảm. Ngược lại, khi hệ số cản giảm chấn cao thì độ an toàn chuyển động
tăng nhưng độ êm dịu chuyển động lại giảm.
Hình 1.1: Sự phụ thuộc của hệ số cản giảm chấn đến độ êm dịu và độ an toàn
chuyển động của ôtô.
8
Độ an toàn chuyển động của ôtô 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 các khúc cua. Độ êm dịu
chuyển động của ôtô có thể đánh giá thông qua dịch chuyển thẳng đứng, gia
tốc thẳng đứng và gia tốc lắc dọc của thân xe.
Ôtô dao động do kích thích từ mấp mô mặt đường. Hiện nay hệ thống
treo bị động được coi là tốt nhất chỉ có thể đúng với một loại đường nhất
định. Do vậy, để thỏa mãn 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 ôtô 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).
Hệ thống treo bán tích cực đã được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trên

ôtô do có 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 chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động và độ
an toàn chuyển động.
Hình 1.2: Mô hình hệ thống treo bán tích cực.
9
m
1
: Khối lượng được treo.
m
2
: Khối lượng không được treo.
Z
s
: Dịch chuyển khối lượng được treo.
Z
u
: Dịch chuyển khối lượng không được treo.
k
1
: Độ cứng của phần tử đàn hồi của khối lượng được treo.
k
2
: Độ cứng của lốp.
q: Mấp mô biên dạng mặt đường.
f
d
: Lực của bộ điều khiển.
Hệ thống treo tích cực bao gồm bộ phát động thủy lực, bộ điều khiển và
các cảm biến. Hệ thống treo tích cực đòi hỏi phải có năng lượng cung cấp cho
hệ thống lớn, trọng lượng lớn, giá thành cao và điều khiển cực kỳ phức tạp.

Tuy nhiên, với sự phát triển rất nhanh của kỹ thuật điều khiển, điện tử,
cùng với yêu cầu ngày càng cao của người sử dụng thì hệ thống treo tích cực
đang được nghiên cứu và ứng dụng nhiều hơn. Treo tích cực là xu thế tất yếu
của ngành công nghiệp ôtô.
Hình 1.3: Hệ thống treo tích cực.
10
m
1
: Khối lượng được treo.
m
2
: Khối lượng không được treo.
Z
1
: Dịch chuyển khối lượng được treo.
Z
2
: Dịch chuyển khối lượng không được treo.
c
1
: Hệ số cản giảm chấn.
k
1
: Độ cứng của phần tử đàn hồi.
k
2
: Độ cứng của lốp.
q: Mấp mô biên dạng mặt đường.
f
s

: Lực của bộ phát động thủy lực.
1.2. Các chỉ tiêu đánh giá dao động ôtô.
Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá dao động của ôtô. Các nước phát
triển hoặc các hãng ôtô lớn đều có các chỉ tiêu đánh giá khác nhau. Nhìn
chung, các chỉ tiêu đánh giá dao động ôtô bao gồm:
- Chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động.
- Chỉ tiêu về an toàn chuyển động.
- Chỉ tiêu về không gian làm việc của hệ thống treo.
Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, người thiết kế có thể đánh giá sự
ảnh hưởng của dao động ôtô theo tất cả hoặc một số trong các chỉ tiêu kể
trên. Trong giới hạn cho phép, đề tài chỉ tập trung đi sâu nghiên cứu hai chỉ
tiêu đánh giá sự ảnh hưởng của dao động ôtô là chỉ tiêu về độ êm dịu và an
toàn chuyển động, còn chỉ tiêu về không gian làm việc của hệ thống treo được
xét đến như là các điều kiện ràng buộc của bài toán.
1.2.1. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động.
Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô. Các
chỉ tiêu đó bao gồm: tần số dao động, gia tốc dao động, độ êm dịu chuyển
động.
11
 Tần số dao động:
Do nhu cầu sinh hoạt hàng ngày phải di chuyển nhiều nên con người
quen với nhịp điệu bước đi. Trung bình trong một phút con người có thể thực
hiện khoảng 60 – 90 bước đi. Khi quan niệm con người thực hiện một bước đi
là một dao động thì con người đã quen với tần số dao động 60 – 90 lần/phút.
Tần số dao động của ôtô nằm trong giới hạn theo [1]:
- Đối với xe con: n = 60 – 90 lần/phút (1 – 1.5 Hz).
- Đối với xe tải: n = 100 – 120 lần/phút (1.6 – 2 Hz).
Ở Việt Nam, chỉ số này đang được đề nghị là nhỏ hơn 2.5 (Hz) đối với
các loại ôtô sản xuất, lắp ráp trong nước.
 Gia tốc dao động.

Gia tốc dao động là thông số quan trọng đánh giá độ êm dịu chuyển
động của ôtô. Giá trị gia tốc giới hạn theo các phương O
x
(phương dọc xe), O
y
(phương ngang xe), O
z
(phương thẳng đứng) được xác định bằng thực
nghiệm dựa trên cơ sở trị số bình phương trung bình của gia tốc theo các
phương, theo [1]:
< 2.5 m/s
2
< 0.7 m/s
2
< 1.0 m/s
2
Các số liệu trên có thể coi là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển
động của ôtô, vì nó là số liệu thống kê, hơn nữa dao động ôtô truyền cho con
người mang tính chất ngẫu nhiên ở dải tần số rộng.
 Độ êm dịu chuyển động.
Một ôtô đảm bảo độ êm dịu chuyển động có nghĩa là các thông số đánh
giá độ êm dịu chuyển động của nó nằm trong giới hạn cho phép theo tiêu
chuẩn đánh giá.
12
Độ êm dịu chuyển động của ôtô do dao động của nó quyết định. Do đó
để xem xét đầy đủ về độ êm dịu chuyển động ta cần phải xét mối quan hệ:
Người – Xe – Đường, được minh họa theo sơ đồ dưới đây:
Hình 1.4: Sơ đồ khối nghiên cứu độ êm dịu chuyển động.
Trong sơ đồ trên có 3 thành phần: Mặt đường (trên đó ôtô chuyển
động), ôtô (chịu sự điều khiển của con người) và con người chịu dao động do

ôtô truyền đến.
Mặt đường mà trên đó xe chuyển động có những mấp mô và đó là
nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động. Mặt đường được đặc trưng bằng chiều
cao mấp mô của nó…Trong thực tế thì mấp mô mặt đường là ngẫu nhiên và
được đánh giá qua thống kê: Hàm phân phối, mật độ phổ. Trong lý thuyết, để
nghiên cứu dao động của ôtô có thể coi mặt đường là hàm điều hòa hoặc là
một hàm ngẫu nhiên.
Ôtô là một hệ cơ học dao động phức tạp, nhiều khối lượng; chịu ảnh
hưởng trực tiếp của mấp mô mặt đường; sinh ra dao động tác động lên
người, hàng hóa trên xe. Trên ôtô, hệ thống có ảnh hưởng quyết định nhất
đến dao động của nó là hệ thống treo.
Người là một trong những đối tượng chịu sự tác động của dao động
ôtô. Trong xe khách, người bao gồm lái xe và hành khách là đối tượng chuyên
chở nên cần phải được xem xét. Bản thân cơ thể con người cũng bao gồm các
bộ phận liên kết với nhau thông qua các khớp mềm hợp thành một hệ dao
động phức tạp. Những dao động kích thích ảnh hưởng lớn đến hoạt động sinh
lý và khả năng làm việc của con người. Dao động có thể làm rối loạn hoạt
13
động của các cơ quan làm ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác điều khiển xe
của người lái, năng suất làm việc cũng như sức khỏe của hành khách.
Độ êm dịu được đánh giá bằng giá trị bình phương trung bình của gia
tốc thân xe, bao gồm:
- Gia tốc đường truyền thẳng đứng.
- Gia tốc lắc dọc, lắc ngang.
Trong đó gia tốc theo phương thẳng đứng có ảnh hưởng nhiều nhất
đến sức khỏe con người, theo [1]:
(m/s
2
)
(T: là chu kỳ dao động)

Theo tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn ISO hiện hành là ISO 2631-1:1997
(tương đương với tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001) cho phép đánh giá tác dụng
của dao động lên con người đi trên xe. Sự khác nhau của tiêu chuẩn ISO so với
các tiêu chuẩn khác là 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 động
lên người đứng và người ngồi trong vòng 8 giờ. Nếu tần số tác động ở trong
giới hạn nhạy cảm nhất với giới hạn con người (4 8 Hz) thì giá trị bình
phương trung bình của gia tốc ứng với các giới hạn là :
+ Thoải mái : 0,1 (m/s
2
)
+ Gây mệt mỏi: 0,315 (m/s
2
)
+ Gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe: 0,63 (m/s
2
)
Với sự thay đổi tần số và thời gian tác động thì các giá trị trên sẽ thay
đổi. Khoảng tần số nhạy cảm đối với con người là 4 đến 8 (Hz), ở đây cảm giác
tỷ lệ với gia tốc và có giá trị nhỏ nhất. Các giá trị tương ứng đối với giới hạn
cho phép của mệt mỏi khi ôtô dao động thẳng đứng được xác định bằng thực
nghiệm. Khi tác động trong thời gian ngắn và hành khách ngồi cố định trên
ghế, theo [3] thì gia tốc bình phương trung bình cho phép đến 7,1 (m/s
2
).
Nhận xét: Nhìn chung có nhiều chỉ tiêu để đánh giá độ êm dịu chuyển
động. Trong đó gia tốc dao động kể đến đồng thời biên độ, tần số dao động có
ảnh hưởng trực tiếp đến người lái xe, hành khách, hàng hóa. Vì vậy gia tốc
dao động là chỉ tiêu quan trọng có tính chất quyết định đến độ êm dịu chuyển
14

động. Trong giới hạn cho phép, đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá độ êm
dịu chuyển động theo chỉ tiêu gia tốc dao động.
1.2.2. Chỉ tiêu đánh giá an toàn chuyển động.
Độ an toàn được đánh giá bằng giá trị bình phương trung bình của độ
lệch chuẩn giữa tải trọng động và tải trọng tĩnh của bánh xe tác dụng xuống
nền đường, đại lượng này đặc trưng cho khả năng bám xe với mặt đường.
Giá trị này càng nhỏ thì độ an toàn càng cao, theo [8]:
Trong đó :
là tải trọng tĩnh.


là lực động giữa bánh xe với mặt đường.
là tải trọng động, = +

Tải trọng tĩnh của bánh xe dễ dàng được xác định từ trọng lượng của
ôtô về tọa độ trọng tâm theo hướng dọc xe. Xác định lực động phức tạp hơn vì
nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ôtô, vận tốc chuyển động và độ mấp
mô của biên dạng mặt đường.
Hình 1.5: Tải trọng thẳng đứng của bánh xe.
Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lớn
nhất của tải trọng bánh xe sẽ tương ứng với giá trị dương của . Còn theo quan
điểm về an toàn chuyển động thì ngược lại với trường hợp trên là khi giảm tải
15
trọng bánh xe thì sẽ dẫn đến giảm khả năng tiếp nhận lực tuyến tính (nhất là
khi phanh) và lực ngang (quan trọng khi điều khiển). Trong những trường
hợp đặc biệt bánh xe có thể bị nẩy khỏi mặt đường khi đó và ôtô sẽ mất tính
điều khiển.
Ngoài ra khi khảo sát dao động người ta còn quan tâm tới sự bám của
lốp xe tới mặt đường. Có thể ôtô dao động đảm bảo thỏa mãn các chỉ tiêu về
độ êm dịu, nhưng bánh xe bám đường kém nên làm mất ổn định khi điều

khiển xe, dẫn đến tiêu hao nhiên liệu.
Kết luận: Nội dung trình bày trong chương này đã giới thiệu tổng quát
về hệ thống treo, đưa ra các tiêu chuẩn, chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và an toàn
chuyển động. Các tiêu chuẩn này sẽ được sử dụng để đánh giá hệ thống treo
tích cực và so sánh với hệ thống treo bị động.
16
CHƯƠNG II: HỆ THỐNG TREO
Trong nội dung chương này sẽ đi sâu nghiên cứu kết cấu hệ thống treo
và tiếp cận việc điều khiển hệ thống treo. Phân tích các ưu nhược điểm của
từng hệ thống và đi đến kết luận: Cần thiết phải điều khiển hệ thống treo.
Đồng thời xây dựng mô hình dao động dọc trục của ôtô để tính toán, mô
phỏng ở chương tiếp theo.
2.1. Nghiên cứu hệ thống treo ôtô với treo tích cực.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, hệ thống treo trên ôtô
ngày càng hoàn thiện và phát triển hơn. Để hiểu rõ hơn về điều này, sau đây
sẽ phân tích kết cấu cùng ưu nhược điểm của hệ thống treo bị động, bán tích
cực và tích cực.
2.1.1. Hệ thống treo bị động (Passive Suspension).
Hình 2.1: Cấu trúc hệ thống treo bị động.
17
Cấu tạo cơ bản của hệ thống treo bị động gồm: bộ phận đàn hồi và bộ
phận giảm chấn.
 Bộ phận đàn hồi có công dụng:
- Đưa vùng tần số dao động bất kì của nền đường về vùng tần số dao động phù
hợp với con người (60 – 90 dao động/phút).
- Nối mềm giữa bánh xe và thân xe, giảm nhẹ tải trọng động tác động từ nền
đường qua bánh xe lên thân xe và người vận hành.
- Tạo ra các đường đặc tính đàn hồi phù hợp với các chế độ hoạt động của xe.
 Bộ phận giảm chấn có công dụng:
- Giảm và dập tắt các va đập truyền lên khung xe khi bánh xe lăn trên nền

đường không bằng phẳng nhằm bảo vệ các bộ phận đàn hồi và tăng tính tiện
nghi cho người sử dụng.
- Đảm bảo dao động của phần không treo là nhỏ nhất, nhằm làm tốt sự tiếp
xúc của bánh xe với mặt đường.
- Nâng cao các tính chất truyền động của xe như khả năng tăng tốc, khả năng
an toàn khi chuyển động.
- Để dập tắt các dao động của xe khi chuyển động giảm chấn sẽ biến đổi cơ
năng thành nhiệt năng nhờ ma sát giữa chất lỏng và các van tiết lưu.
Trong hệ thống treo bị động các thông số của bộ phận cấu thành (lò xo
và giảm chấn) đã được xác định từ trước. Các thông số này do người kỹ sư
thiết kế ra hệ thống treo đưa vào, tùy theo mục đích sử dụng mà người ta
muốn đạt được ở hệ thống treo.
Hệ thống treo bị động được thiết kế dựa trên sự thống nhất giữa tính
êm dịu trong chuyển động và độ an toàn chuyển động (khả năng bám đường)
của xe. Ta thấy nếu hệ thống treo có hệ số giảm chấn lớn thì rất tốt cho tính
ổn định chuyển động của xe, nhưng nó lại hấp thu nhiều tác động của mặt
đường làm giảm tính êm dịu. Nếu hệ thống treo có hệ số giảm chấn quá mềm
sẽ tạo độ êm dịu rất cao nhưng nó lại gây ra nhiều rung động cho xe.
Một hệ thống treo bị động tốt phải dung hòa được hai đặc điểm trên,
nhưng điều đó là rất khó thực hiện ở hệ thống treo bị động. Một hệ thống treo
18
bị động được thiết kế tốt có thể mở rộng phần nào đó khả năng chuyển động
và ổn định nhưng không thể loại trừ được sự mâu thuẫn này.
Như vậy ưu điểm của hệ thống treo bị động là đơn giản trong thiết kế,
vận hành và bảo dưỡng nhưng hệ thống treo bị động không đảm bảo được
chất lượng hoạt động khi chuyển động tốc độ cao trên các biên dạng mặt
đường khác nhau.
2.1.2. Hệ thống treo bán tích cực (Semi-Active Suspension).
Hệ thống treo bán tích cực là hệ thống treo có hệ số giảm chấn thay đổi
được. Các loại giảm chấn này gọi là giảm chấn tích cực, lực cản của giảm

chấn thay đổi tùy theo điều kiện làm việc của ôtô.
Mặc dù bị hạn 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.
Sau đây sẽ giới thiệu một số loại giảm chấn tích cực thường dùng:
 Giảm chấn từ hóa MR (Magneto-Rheological).
Chất từ hóa là chất liệu đặc trưng bởi sự thay đổi thuộc tính từ học (độ
co giãn, độ dẻo hay độ nhớt) dưới tác dụng của điện từ. Chất lỏng từ hóa gồm
các hạt nhiễm từ dư trong lòng chất lỏng mang nó. Các hạt nhiễm từ này
thường là các hạt gốc Cacbonyl. Các loại dung môi chứa hạt nhiễm từ như
dầu Silicone, dầu lửa, dầu tổng hợp…có thể được sử dụng cho chất lỏng từ
hóa. Chất lỏng này phải được lựa chọn để thích nghi với nhiệt độ cao. Chất
lỏng phải liên kết với các hạt nhiễm từ, không được thay đổi tính chất không
mong muốn và mất chất lượng. Chất lỏng từ hóa phải chứa các chất phụ gia
để ngăn không cho đóng cặn và phân tán các hạt nhiễm từ. Kết cấu của giảm
chấn MR thể hiện trên hình sau:
19
Hình 2.2: Giảm chấn từ hóa.
Ở hai đầu của giảm chấn bố trí hai cuộn cảm tạo ra sự thay đổi từ
trường trong xilanh. Nhờ có sự thay đổi từ trường mà đặc tính (độ nhớt, độ
co giãn…) của chất lỏng từ hóa được thay đổi, qua đó áp lực chất lỏng cũng
thay đổi. Áp lực này tỷ lệ trực tiếp với độ dịch chuyển của piston. Như vậy,
thông qua việc điều chỉnh dòng điện chạy vào cuộn cảm ta đã điều chỉnh được
hành trình piston. Nghĩa là đặc tính của giảm chấn MR là hàm của dòng điện
chạy vào các cuộn cảm. Nhờ mối quan hệ này, hệ số cản của giảm chấn MR dễ
dàng điều khiển được theo thời gian thực. Đường đặc tính được thể hiện trên
hình sau:
20

Hình 2.3: Đường đặc tính của giảm chấn MR.
 Giảm chấn ma sát tích cực
Sơ đồ giảm chấn ma sát tích cực như sau:
Hình 2.4: Giảm chấn ma sát tích cực.
(1) Vỏ ngoài; (2) Gia tốc kế; (3) Vật liệu tích cực; (4) Lò xo bị động.
21
Giảm chấn ma sát tích cực được sử dụng từ lâu vì đây là loại giảm chấn
đơn giản và hiệu quả. Giảm chấn ma sát tích cực đòi hỏi sự kết nối trực tiếp
giữa hai phần tử chuyển động tương đối với nhau. Loại giảm chấn này có thể
sử dụng trong môi trường khắc nghiệt và môi trường chân không, những nơi
mà giảm chấn thủy lực bị hạn chế.
Trái ngược với các giảm chấn sử dụng chất lỏng, giảm chấn ma sát có
thể cách ly dao động rất tốt khi lực truyền qua giảm chấn ma sát có giới hạn.
Với hệ thống điều khiển phản hồi dải tần thấp, giảm chấn này có thể triệt tiêu
dao động, duy trì khả năng cách ly dao động rất tốt. Giảm chấn ma sát tích
cực có thể sinh ra lực giảm chấn đáng kể khi có chuyển động tương đối giữa
hai đầu giảm chấn nhỏ. Điều này không thể có đối với các giảm chấn sử dụng
chất lỏng.
2.1.3. Hệ thống treo tích cực (Active Suspension).
Hệ thống treo tích cực có thể hiểu là hệ thống treo mà các chỉ số của bộ
phận đàn hồi và bộ phận giảm chấn có thể thay đổi tùy thuộc vào biên dạng mặt
đường.
Ở hệ thống treo tích cực, giá trị của hệ số giảm chấn hoặc cả giá trị độ
cứng của phần tử đàn hồi được thay thế bởi một hàm của lực do bộ phận sinh
lực (Force actuaor) tạo ra. Nó có thể tăng thêm hoặc làm tiêu hao năng lượng
của hệ thống treo. Không giống như ở giảm chấn bị động và giảm chấn tích
cực trên hệ thống treo bán tích cực có nhiệm vụ tiêu hao năng lượng, với hệ
thống treo tích cực, bộ phận sinh lực có thể tạo ra lực mà không phụ thuộc
vào chuyển vị tương đối hoặc vận tốc các bộ phận trong hệ thống treo. Hệ
thống treo tích cực còn hỗ trợ thêm cho những thiết bị được điều khiển khác ở

trên xe. Đó có thể là hiệu ứng của phanh, làm hạn chế xe bị chúi đầu khi
phanh, nó cũng hạn chế dao động lắc của xe. Tuy nhiên hệ thống treo này có
nhược điểm là năng lượng cung cấp cho hệ thống lớn, cấu tạo phức tạp và giá
thành cao.
22
Dưới đây là mô hình giảm chấn tích cực sử dụng trong hệ thống treo
tích cực:
Hình 2.5: Mô hình giảm chấn sử dụng trong hệ thống treo tích cực.
Thông qua việc điều khiển đường dầu vào khoang làm việc của piston
người ta có thể điều chỉnh khả năng giảm chấn cũng như không gian làm việc
của hệ thống treo.
Vấn đề đặt ra với hệ thống treo là phải đảm bảo được tính êm dịu
chuyển động và độ ổn định chuyển động tốt của xe tùy theo trạng thái hoạt
động. Trên các xe hiện đại ngày nay người ta sử dụng ECU để điều khiển thay
đổi cường độ hoạt động (lực giảm chấn) của giảm chấn để giữ cho xe cân
bằng.
2.2. Xây dựng mô hình dao động của ôtô.
Trong nội dung đề tài, ôtô MEFA5-LAVI-304N do Việt Nam sản xuất đã
có mặt trên thị trường được sử dụng để nghiên cứu.
Đây là loại xe buýt 7-8 chỗ ngồi thương hiệu Việt Nam MEFA5-LAVI-
304N có đặc điểm nổi bật là kiểu dáng đẹp, hài hòa. Xe có 7 ghế chính, 1 ghế
phụ, hai dàn lạnh trước và sau hoạt động độc lập. Công nghệ lắp ráp linh kiện,
23
phụ tùng được chuyển giao từ tập đoàn ôtô ChangAn. Động cơ sử dụng hệ
thống phun xăng điện tử cung cấp nhiên liệu cho phép khả năng tăng tốc,
vượt dốc và chướng ngại vật tốt (vượt dốc lớn hơn hoặc bằng 32%). Lượng
nhiên liệu tiêu hao là 6 lít/100Km không tải và 7,1 lít khi có hành khách. Mâm
xe hợp kim, thể tích trong xe lớn hơn các loại xe cùng chủng loại hiện có trên
thị trường.
Điều kiện địa hình của Việt Nam rất phức tạp. Để đảm bảo cho xe ôtô

hoạt động tốt trên địa hình như vậy thì hệ thống treo của xe có vai trò hết sức
quan trọng, nó góp phần nâng cao độ êm dịu và an toàn chuyển động của ôtô.
Đánh giá chất lượng hệ thống treo góp phần không nhỏ trong quá trình kiểm
định, thiết kế cũng như đánh giá sự phù hợp giữa thông số cơ bản, thông số
kết cấu và điều kiện chuyển động thực tế của ôtô trên đường.
Khi khảo sát dao động, ôtô được coi là một hệ cơ học gồm nhiều khối
lượng liên kết đàn hồi với nhau, để có thể tính toán trong mô hình dao động
tương đương ta có các giả thiết sau :
- Dao động ôtô là tuyến tính và được xét trong mặt phẳng dọc và ngang.
- Phần tử đàn hồi và giảm chấn đều có đường đặc tính tuyến tính.
- Coi mặt đường không biến dạng, ôtô chuyển động thẳng đều, các bánh xe lăn
không trượt và luôn tiếp xúc với mặt đường.
- Dao động thẳng đứng và quay của vỏ xe trong mặt phẳng dọc gây ảnh hưởng
đến độ êm dịu chuyển động và độ ổn định thân xe.
- Mô hình bao gồm khối lượng được treo m quy dẫn về trọng tâm, khối lượng
không được treo m
1
và m
2
. Chúng được liên kết với nhau thông qua các phần
tử đàn hồi và phần tử giảm chấn của hệ thống treo và lốp xe.
- Bỏ qua các nguồn kích thích dao động khác.
Xây dựng mô hình động lực học ôtô nhằm mục đích tính toán, khảo sát,
so sánh kết quả làm việc của hệ thống treo bị động và hệ thống treo tích cực.
Mô hình dao động dọc trục cho hệ thống treo bị động và hệ thống treo tích cực
được trình bày như sau :
24
Hình 2.6: Mô hình dao động phẳng 1/2 xe.
m : Khối lượng phần được treo.
z : Dịch chuyển dọc khối lượng được treo.

k
1
: Độ cứng phần tử đàn hồi cầu trước.
k
2
: Độ cứng phần tử đàn hồi cầu sau.
c
1
: Hệ số cản giảm chấn cầu trước.
c
2
: Hệ số cản giảm chấn cầu sau.
m
1
, m
2
: Khối lượng phần không được treo cầu trước và sau.
z
1
, z
2
: Dịch chuyển khối lượng không được treo cầu trước và sau.
y
1
, y
2
: Biên dạng mấp mô mặt đường.
J
v
: Momen quán tính của khối lượng được treo.

l
1
: Khoảng cách từ trọng tâm đến trục trước.
l
2
: Khoảng cách từ trọng tậm đến trục sau.
φ : Góc quay của khối lượng được treo.
k
l1
,k
l2
: Độ cứng của lốp trước và lốp sau.
c
l1
, c
l2
: Hệ số cản giảm chấn của lốp trước và lốp sau.
25
Phân tích lực:
Hình 2.7: Sơ đồ tác dụng lực lên các bộ phận thân xe.

Trong đó:
F
1
: lực tác dụng từ khối lượng không được treo cầu trước lên khối
lượng được treo và ngược lại.
F
2
: lực tác dụng từ khối lượng không được treo cầu sau lên khối lượng
được treo và ngược lại.

F
3
: lực tác dụng từ mặt đường lên khối lượng không được treo cầu
trước.
F
4
: lực tác dụng từ mặt đường lên khối lượng không được treo cầu sau.
F
a
, F
b
: lực tác dụng của bộ điều khiển lên khối lượng được treo và
không được treo tương ứng cầu trước và cầu sau.
Áp dụng định luật II Niu tơn, lập phương trình vi phân dao động của hệ
thống như dưới đây: