CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG TREO CÓ ĐIỀU KHIỂN TRÊN Ô TÔ DU LỊCH

1

MỤC LỤC
2.1.1 Lý thuyết điều khiển.............................................................................................................................13
2.1.2 Các nguyên tắc điều khiển....................................................................................................................13
2.1.3 Phân loại hệ thống điều khiển...............................................................................................................15
2.1.4 Các phương pháp điều khiển................................................................................................................15
2.1.4.1 Các phương pháp điều khiển thông thường..................................................................................15
2.1.4.2 Các phương pháp điều khiển thông minh.....................................................................................17
3.1.2 Thiết lập phương trình trạng thái mô tả hệ thống treo bán tích cực.....................................................38
3.1.3 Khảo sát các thông số ảnh hưởng dựa trên đặc tính tần số biên độ......................................................43

3.2 Mô phỏng hệ thống treo bán tích cực và so sánh với hệ thống treo bị động____44
3.2.4 Nhận xét kết quả khảo sát ....................................................................................................................50
Trên cơ sở đã phân tích lý thuyết, ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink tiến hành khảo sát xác định một
số tham số tối ưu, đưa ra một số nhận xét sau:..............................................................................................50

TÀI LIỆU THAM KHẢO_______________________________________________69

LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển lớn mạnh của tất cả các ngành kinh tế quốc dân đòi hỏi cần
chuyên chở khối lượng lớn hàng hoá và hành khách. Tính cơ động cao, tính việt
dã và khả năng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ô tô trở
thành một trong những phương tiện chủ yếu để chuyên chở hàng hoá và hành
khách, đồng thời ô tô đã trở thành phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có
nền kinh tế phát triển. Hiện nay ở nước ta số lượng ô tô tư nhân cũng đang phát
triển cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ xe trên đường ngày càng
cao.
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô và kỹ thuật điện tử thì tất
cả các hệ thống trên ô tô nói chung và hệ thống treo nói riêng ngày được hoàn
thiện hơn, chất lượng hơn và tối ưu hơn.

Hiện nay, với lượng xe tham gia giao thông rất lớn nên ngoài việc đảm bảo
cho ô tô chuyển động an toàn ở tốc độ cao, thì cảm giác êm dịu thoải mái là vô
cùng cần thiết. Nó không chỉ đơn thuần an toàn cho ô tô mà còn cho cả người
lái, hành khách, hàng hóa, môi trường xung quanh ô tô chuyển động và cả về
mặt kinh tế. Vì thế, trên ô tô một trong những bộ phận có tính quyết định đến
khả năng đó là hệ thống treo.
Đối với sinh viên ngành cơ khí động lực việc chuẩn đoán kỹ thuật về hệ


2

thống treo càng có ý nghĩa thiết thực hơn. Bên cạnh đó cần phải khẳng định một
ý nghĩa tương đối trong thực tiễn hiện tại chẳng hạn như là: Giúp cho người cán
bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật trong việc quản lý có thể chẩn đoán tốt hoạt động
của ô tô trong điều kiện làm việc cụ thể. Giúp cho người sử dụng có sự am hiểu
nhất định để vận hành ô tô, để tạo sự thuận lợi trong việc bảo dưỡng, bảo trì ô
tô. Và đội ngũ công nhân, cán bộ kỹ thuật kịp thời nhanh chóng phát hiện, tìm ra
những hư hỏng cục bộ, nguyên nhân của hư hỏng và biện pháp khắc phục, bảo
dưỡng, sửa chữa những hư hỏng của hệ thống treo ô tô.
Cũng vì những lý do trên, em đã lựa chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là: “CHẨN
ĐOÁN HỆ THỐNG TREO CÓ ĐIỀU KHIỂN TRÊN Ô TÔ DU LỊCH”
Đồ án tốt nghiệp gồm các nội dung chính như sau:
-Mở đầu
-Chương1. Giới thiệu hệ thống treo có điều khiển.
-Chương 2. Phân tích kết cấu hệ thống treo.
-Chương 3. Tính toán mô phỏng hệ thống treo có điều khiển.
-Chương 4. Chẩn đoán kỹ thuật hệ thống treo.
-Kết luận
Qua thời gian 3 tháng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Nguyễn Huy Sơn
và các thầy trong bộ môn ô tô quân sự, em đã hoàn thành nội dung đồ án được

giao. Do thời gian thực hiện đề tài có hạn nên đồ án của em sẽ không tránh khỏi
những thiếu sót. Em rất mong sự chỉ bảo của các thầy để đề tài tốt nghiệp của
em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!


3


4

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TREO CÓ ĐIỀU KHIỂN
1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống treo
1.1.1 Công dụng của hệ thống treo
Hệ thống treo là tổ hợp các cơ cấu thực hiện liên kết các bánh xe (cầu xe)
với khung xe (hoặc vỏ xe) để đảm bảo độ êm dịu chuyển động và an toàn
chuyển động trên cơ sở tạo các dao động của thân xe và của các bánh xe. Giảm
các tải trọng va đập cho xe khi chuyển động trên địa hình không bằng phẳng.
Ngoài ra hệ thống treo còn dùng để truyền các lực dọc trục và mô men tác
động giữa bánh xe và khung xe (vỏ xe).
Hệ thống treo hoàn chỉnh gồm 4 bộ phận chính với các chức năng riêng
biệt :
- Bộ phận đàn hồi: Dùng để tiếp nhận và truyền lên khung xe các lực thẳng
đứng từ đường, giảm tải trọng động và đảm bảo độ êm dịu chuyển động cho xe
khi xe chuyển động trên các loại đường khác nhau.
- Bộ phận giảm chấn: Giảm chấn có chức năng dập tắt dao động tần số thấp của
thân xe và của bánh xe bằng cách biến cơ năng của các dao động thành nhiệt
năng.
- Bộ phận dẫn hướng: Dùng để truyền các lực ngang, lực dọc trục và mô men từ

mặt đường lên khung xe (vỏ xe). Động học của bộ phận dẫn hướng xác định
dịch chuyển của bánh xe đối với khung xe và ảnh hưởng tới tính ổn định và tính
quay vòng của ô tô.
- Bộ phận ổn định: Chống xoắn khung xe
1.1.2 Những yêu cầu của hệ thống treo
- Hệ thống treo phải phù hợp với điều kiện sử dụng theo tính năng kỹ thuật của
xe như chạy trên nền đường tốt hoặc xe có khả năng chạy trên nhiều địa hình.
- Bánh xe có khả năng dịch chuyển trong một giới hạn không gian hạn chế.
- Quan hệ động học của bánh xe phải hợp lý thoả mãn mục đích chính của hệ
thống treo là làm mềm theo phương thẳng đứng nhưng không phá huỷ các quan
hệ động lực học và động học của truyền động bánh xe.


5

- Không gây nên va đập tại các mối liên kết khung hoặc vỏ.
- Có độ đàn hồi cao, nhỏ gọn.
- Có độ tin cậy lớn, trong điều kiện sử dụng phù hợp với tính năng kỹ thuật
không gặp phải những hư hỏng bất thường.
- Giá thành thấp, độ phức tạp của các kết cấu không quá lớn.
- Có khả năng chống rung và chống va đập của các bộ phận trong hệ thống.
- Đảm bảo điều kiện làm việc của xe ở tốc độ cao.
1.1.3 Phân loại hệ thống treo
Hệ thống treo ô tô thường được phân loại dựa vào cấu tạo của phần tử đàn hồi,
phần tử hướng và theo phương pháp dập tắt dao động.
1.1.3.1 Theo cấu tạo của phần tử hướng
- Hệ thống treo phụ thuộc: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bên phải
của một cầu được liên kết cứng với nhau bằng dầm cầu liền hoặc vỏ cầu cứng.
Khi đó dao động hoặc chuyển dịch (trong mặt phẳng ngang hoặc mặt phẳng
thẳng đứng) của bánh xe bên này làm ảnh hưởng, tác động đến bánh xe bên kia

và ngược lại.

Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống treo phụ thuộc.
1-Thân xe; 2-Giảm chấn; 3-Dầm cầu; 4-Nhíp
Ưu điểm của hệ thống treo phụ thuộc là cấu tạo đơn giản giá thành không
cao và đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho các xe có tốc độ chuyển động không
cao. Nếu hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi loại nhíp thì nó đảm
nhiệm cả chức năng của phần tử hướng. Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng
ở rất nhiều xe như: các loại xe tải hạng nhẹ; cầu trước các xe tải như HINO
FF3H, KAMAZ 55111...


6

- Hệ thống treo độc lập: là hệ thống treo mà bánh xe bên trái và bánh xe bên
phải không có liên kết cứng với nhau, chúng chỉ được nối gián tiếp với nhau
thông qua khung xe hoặc vỏ xe. Chính vì vậy mà dao động hay chuyển dịch của
các bánh xe là độc lập nhau. Ưu điểm của hệ thống treo độc lập là bảo đảm độ
êm dịu chuyển động của xe nhưng kết cấu phức tạp, giá thành đắt nên chỉ được
sử dụng ở một số cầu trước xe du lịch...

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống treo độc lập.
- Hệ thống treo cân bằng: hai bánh xe cùng một phía của hai cầu xe liền
nhau có chung phần tử đàn hồi được bố trí xung quanh trục cân bằng.

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống treo cân bằng

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống treo cân bằng
Hệ thống treo cân bằng thường gặp ở những xe nhiều cầu có tính năng thông
qua cao. Những xe đó có ba hoặc bốn cầu trong đó bố trí hai cầu liền nhau. Hệ

thống treo của những cầu này thường là hệ thống treo cân bằng phụ thuộc .
1.1.3.2 Theo cấu tạo của phần tử đàn hồi


7

- Phần tử đàn hồi là kim loại gồm: nhíp lá, lò xo, thanh xoắn. Đây là loại
phổ biến nhất ở các ô tô quân sự và xe bọc thép bánh hơi.
- Phần tử đàn hồi là khí nén gồm: phần tử đàn hồi khí nén có bình chứa là
cao su kết hợp sợi vải bọc cao su làm cốt, dạng màng phân chia và dạng liên hợp.
- Phần tử đàn hồi là thuỷ khí có loại kháng áp và loại không kháng áp.
- Phần tử đàn hồi là cao su có loại làm việc ở chế độ nén và làm việc ở
chế độ xoắn.
1.1.3.3 Theo phương pháp dập tắt dao động
- Dập tắt dao động nhờ các giảm chấn thuỷ lực, gồm giảm chấn dạng đòn
và dạng ống.
- Dập tắt dao động nhờ ma sát cơ học giữa các chi tiết của phần tử đàn hồi
và trong phần tử hướng.
1.2 Giới thiệu về hệ thống treo có điều khiển
1.2.1 Khái quát chung về hệ thống treo có điều khiển
Khi xe ô tô chuyển động trên mặt đường không bằng phẳng, xe phải chịu
tải trọng dao động do mặt đường mấp mô gây ra. Những dao động này ảnh
hưởng xấu đến tuổi thọ của xe và đặc biệt là gây ra cảm giác không thoải mái
cho hành khách trên xe. Các kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động ô tô
tới cơ thể con người đều đi tới kết luận nếu con người phải chịu đựng lâu trong
môi trường dao động ô tô sẽ mắc những bệnh thần kinh và não. Vì vậy mà tính
êm dịu trong chuyển động là một trong những chỉ tiêu quan trọng của xe. Để
đáp ứng những yêu cầu về độ êm dịu khi chuyển động thì hệ thống treo trên xe
hiện đại đã có những công nghệ và giải pháp điều khiển hệ thống treo qua đó
đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Qua các tài liệu nghiên cứu về hệ thống treo điều

khiển có thể phân loại các phương pháp điều khiển hệ thống treo như sau:
Theo vị trí dập tắt dao động:
-Điều khiển dập tắt dao động khối lượng phần treo.
-Điều khiển dập tắt dao động khối lượng phần không treo.
-Điều khiển kết hợp.
Theo mức độ điều khiển:
-Hệ thống treo bán tích cực.


8

-Hệ thống treo tích cực.
Theo tín hiệu phản hồi:
-Điều khiển theo phản hồi trạng thái.
-Điều khiển theo phản hồi tín hiệu ra.
Theo nguyên tắc điều khiển:
-Điều khiển cục bộ.
-Điều khiển toàn cục.
Các giải pháp điều khiển rất đa dạng, từ những phân tích trên, trong nội dung
đồ án tiến hành phân tích từng giải pháp cụ thể trong đó tập trung vào một số giải
pháp chính là theo mức độ điều khiển.
1.2.2 Giới thiệu về hệ thống treo tích cực
Hệ thống treo tích cực hay còn gọi là treo thích ứng, là một công nghệ trên ô
tô, 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 hoàn toàn 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 vuông góc với mặt đường khi vào cua, nhờ đó tăng thêm độ bám và sự
điều khiển xe. Vi mạch điều khiển sẽ phát tín hiệu chuyển động của thân xe từ các

cảm biến gắn trên xe và dùng các dữ liệu được tính toán bởi thuật toán điều khiển,
từ đó sẽ điều khiển hoạt động của hệ thống treo.
Hệ thống treo tích cực 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 thêm sự phức tạp cũng
như làm tăng khối lượng cho toàn hệ thống, phải bảo dưỡng khá thường xuyên và
sửa chữa khi cần phải cài đặt. Việc bảo dưỡng cũng là một vấn đề khi chỉ có những
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. Các hệ thống treo tích cực cơ
bản nhất hiện đang được sử dụng trên ô tô được thể hiện trên hình 1.4.


9

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý các hệ thống treo tích cực
a- Hệ thống Lotus, b- Hệ thống Wiliams,
c- Hệ thống điều chỉnh mô đun đàn hồi thủy lực có điều chỉnh áp suất thủy
lực bổ trợ và lo xo đàn hồi xoắn ốc,
d- Hệ thống Horvat, 1- Thân xe, 2- Cảm biến thủy lực,
3- Cảm biến hành trình, 4- Bình tích năng, 5- Bơm cấp, 6- Van điều khiển,
7- Xylanh dẫn hướng, 8- Cảm biến gia tốc, 9- Van tiết lưu, 10- Van tỷ lệ,
11- Nguồn cấp khí, 12- Van phân phối khí, 13- Van điều hòa,
14-Bình chứa dầu, 15- Piston van giảm chấn , 16- Lò xo xoắn ốc,
17- Mô đun đàn hồi bổ sung
Hệ thống đòi hỏi nhiều năng lượng nhất là hệ thống Lotus (hình 1.4a). Phần
chính của thiết bị là bốn mô đun thủy lực, bình tích năng bổ trợ, các phần chính này
luôn liên hệ với từng cảm biến tải trọng sinh ra giữa bánh xe và thân xe. Cảm biến
tải trọng cung cấp thông tin cho mạch điều khiển và đưa tải trọng đặt lên bánh xe
về giá trị tĩnh. Nếu như một bánh xe vượt qua mô cao trên mặt đường, tải trọng của

10

bánh xe tăng lên và bánh xe có xu hướng bị nâng lên gần thân xe. Trên hệ thống
treo tích cực khả năng tăng tải trọng cho bánh xe sẽ bị giảm bớt. Van tự động điều
chỉnh trong mô đun sẽ tháo bớt chất lỏng ra khỏi xi lanh nhờ đó bánh xe có khả
năng đảm bảo ở giá trị tải trọng tức thời. Điều này có nghĩa là mô đun đàn hồi của
bánh xe không tác động thêm tải trọng do ảnh hưởng của sự không bằng phẳng của
mặt đường. Như vậy có thể nói chỉ có bánh xe bị nâng cao để vượt qua mấp mô mà
thân xe không bị gây nên tác động xấu. Để thân xe không bị dịch chuyển khi vượt
qua chướng ngại vật tiếp theo cần thiết đưa thêm một mạch điều khiển phụ thuộc
vào chiều cao hành trình bánh xe để giữ cho thân xe ở vị trí thiết kế. Việc này đề ra
yêu cầu cho hệ thống treo tích cực phải có khả năng khắc phục chiều cao mấp mô
bất kỳ theo thiết kế, với thời gian vô cùng ngắn (vài miligiây). Thực hiện điều đó
cần tiêu hao công suất chừng 10kW để nâng cao tính tiện nghi của ô tô con. Với ô
tô tải nhỏ và ô tô buýt năng lượng tiêu thụ cho tự động điều chỉnh còn cao hơn rất
nhiều.
Hệ thống treo như thế có yêu cầu rất cao về quan hệ động học thân xe với
bánh xe so với hệ thống treo thụ động truyền thống. Thân xe cần phải được giữ ổn
định trong khoảng làm việc rộng của bánh xe và bánh xe cần phải lăn theo hình
dạng hình học của mặt đường. Bởi vậy hành trình dịch chuyển của bánh xe đòi hỏi
lớn hơn nhiều so với hệ thống treo thụ động. Việc này còn liên quan tới sự thay đổi
độ chụm bánh xe xuất hiện ở hành trình nén và trả, đặc biệt là khi chuyển động
thẳng.
Trên hình 1.4c là hệ thống tương tự hệ thống đàn hồi thủy khí nhưng chỉ
điều chỉnh chuyển dịch thân xe xuất hiện khi vượt mấp mô liên tục. Hệ thống sử
dụng bóng khí làm bộ phận đàn hồi, vì không đòi hỏi nhiều năng lượng được thể
hiện trên hình 1.4d. Trên hệ thống đàn hồi thủy khí cần phải có bình tích năng
phụ để chứa chất lỏng có áp suất dư thừa, đảm bảo sự chuyển dịch theo yêu cầu
của thân xe. Lượng dầu này cũng nhận được từ bình chứa tích năng chính với áp

suất lớn nhất. Sự khác nhau về áp suất hai bình được thực hiện nhờ van tiết lưu.
Trên hệ thống đàn hồi bằng khí nén, khí nén được cung cấp vào mô đun
lấy từ bình chứa trung tâm (đảm bảo về cả thể tích lẫn áp suất). Trong các bóng


11

khí nén, lượng khí tuy lớn nhưng áp suất thấp hơn bình chứa trung tâm, do vậy
bình chứa trung tâm cần thể tích nhỏ và áp suất cao hơn, để có khả năng cấp khí
vào các bóng khí tương ứng. So với loại sử dụng mô đun thủy-khí thì tổn thất
năng lượng nhỏ hơn nhiều. Ngoài ưu điểm tiêu thụ ít năng lượng hệ thống này
sử dụng hệ thống treo Mc.Pherson và có thể san đều tải trọng theo lực bên nếu
bố trí hợp lý bóng khí nén và giảm chấn (vị trí bóng khí có thể nằm chéo hay
giảm chấn nằm xiên đối xứng).
1.2.3 Giới thiệu về hệ thống treo bán tích cực
Hệ thống treo bán tích cực là hệ thống treo có khả năng dập tắt nhanh dao
động thẳng đứng trong khoảng làm việc rộng, được tạo nên bởi sự điều khiển
thông qua núm chọn hay nhờ điều khiển điện tử.

Hình 1.5:Sơ đồ hệ thống treo bán tích cực
1- Đồng hồ tốc độ, 2- Núm chọn, 3- Bộ điều khiển từ, 4- Giảm chấn,
5-Block van điều khiển, 6- Cảm biến mặt đường
Trên hình 1.5 là sơ đồ hệ thống treo có giảm chấn làm việc theo vị trí núm
điều khiển. Tính chất điều chỉnh của dao động khi xe hoạt động được chọn theo
các chế độ đường định trước theo ý đồ sử dụng của lái xe, có thể là thành phố,
xa lộ, liên tỉnh, đường ngắn, đường trường, đường đua… Ba chương trình hoạt
động được thiết lập sẵn phụ thuộc vào trạng thái làm việc của giảm chấn thông
qua núm chọn trên bảng điều khiển của xe. Lực cản giảm chấn có thể tăng hay

12

giảm tùy thuộc vào sự tăng giảm của tốc độ dịch chuyển piston giảm chấn thông
qua thay đổi các lỗ van tiết lưu để thay đổi dòng chảy chất lỏng bên trong.
Trên xe còn sử dụng ba chế độ điều chỉnh khoảng sáng gầm xe chọn sẵn
bằng núm chọn, bộ điều khiển điện tử 3 duy trì các khoảng làm việc trong vùng
được thiết lập (hình 1.5b). Mục đích chính của hệ thống thiết lập và điều chỉnh
chiều cao thân xe nhằm đảm bảo khả năng hoạt động ở tốc độ cao, duy trì ổn
định góc nghiêng ngang bánh xe, tối ưu hệ số cản không khí, áp lực không khí
tác động lên đầu xe.
Hệ thống là bán tích cực vì không hoàn thiện các chế độ tự động:
- Không có cảm biến xác định lực trong giảm chấn.
- Không có khả năng tự chuyển sang chế độ làm việc khác, khi tốc độ
dịch chuyển của piston giảm chấn vượt quá giá trị cho phép.
- Không điều chỉnh chế độ làm việc theo các thông tin của trạng thái
làm việc tức thời.
Kết luận chương 1: Hệ thống treo có điều khiển là hệ thống treo sử dụng những
công nghệ hiện đại áp dụng vào các xe hiện đại ngày nay. Cũng nhờ các công
nghệ hiện đại trên mà xe ô tô hiện đại nói chung cũng như xe du lịch nói riêng
ngày càng nâng cao tính êm dịu khi chuyển động. Vì vậy hành khách ngày càng
cảm thấy thoải mái khi ngồi trên xe trên những hành trình dài hay khi đi trên
những mặt đường xấu. Nhược điểm của sử dụng hệ thống treo có điều khiển là
rất phức tạp, chi phí cao và khó sửa chữa bảo dưỡng. Việc sửa chữa hay bảo
dưỡng hệ thống phải được làm ở những trung tâm của hãng có đầy đủ các trang
thiết bị kỹ thuật phục vụ bảo dưỡng sửa chữa. Tuy nhiên những nhược điểm trên
không phải là những nhược điểm đáng kể do đó hệ thống treo có điều khiển
đang ngày càng được áp dụng phổ biến cho các xe du lịch hiện đại.


13

CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG
TREO CÓ ĐIỀU KHIỂN
2.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển
2.1.1 Lý thuyết điều khiển
Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lý thông tin và tác động lên
hệ thống để đáp ứng của hệ thống “gần” với mục đích định trước. Điều khiển tự
động là quá trình điều khiển không có sự tác động của con người. Các thành
phần cơ bản của hệ thống điều khiển.

Hình 2.1: Lưu đồ hệ thống điều khiển tự động
r(t): Tín hiệu vào, tín hiệu chuẩn, c(t): Tín hiệu ra, cht (t): Tín hiệu hồi tiếp
e(t): Sai số, u(t): Tín hiệu điều khiển.
2.1.2 Các nguyên tắc điều khiển
+ Nguyên tắc thông tin phản hồi: Muốn hệ thống điều khiển có chất lượng cao
thì bắt buộc phải có phản hồi thông tin, tức phải có đo lường các tín hiệu từ đối
tượng.
Các sơ đồ điều khiển dựa trên nguyên tắc phản hồi thông tin:
- Điều khiển bù nhiễu
Nguyên tắc bù nhiễu là sử dụng thiết bị bù nhiễu để giảm ảnh hưởng của
các tác động không mong muốn. Đây là nguyên nhân trực tiếp gây ra các sai
lệch về quá trình điều khiển của hệ thống. Thiết bị bù nhiễu này tác động trực
tiếp vào đối tượng điều khiển và trong suốt qua trình điều khiển của bộ điều
khiển.
- Điều khiển san bằng sai lệch


14

Hình 2.2: Lưu đồ hệ thống điều khiển san bằng sai lệch
Tín hiệu ra c(t) được đưa vào so sánh với tín hiệu vào r(t) thông qua tín
hiệu thu được từ cảm biến, nhằm tạo nên tín hiệu tác động lên đầu vào bộ điều
khiển và các tín hiệu này quay trở lại điều khiển vào đối tượng. Tăng độ chính
xác cho quá trình điều khiển.
- Điều khiển phối hợp
Nguyên tắc điều khiển phối hợp là sử dụng cả hai nguyên tắc trên, vừa có
hồi tiếp theo sai lệch vừa dùng các thiết bị để bù nhiễu.

Hình 2.3: Lưu đồ hệ thống điều khiển phối hợp
+ Nguyên tắc điều khiển đa dạng tương xứng
Muốn quá trình điều khiển có chất lượng thì sự đa dạng của bộ điều khiển phải
tương xứng với sự đa dạng của đối tượng. Tính đa dạng của bộ điều khiển thể hiện ở
khả năng thu thập thông tin, lưu trữ thông tin, truyền tin, phân tích xử lý, chọn quyết
định,...
+ Nguyên tắc bổ sung ngoài
Một hệ thống luôn tồn tại và hoạt động trong môi trường cụ thể và có tác
động qua lại chặt chẽ với môi trường đó. Nguyên tắc bổ sung ngoài thừa nhận có


15

một đối tượng chưa biết (hộp đen) tác động vào hệ thống và ta phải điều khiển
cả hệ thống lẫn hộp đen.
+ Nguyên tắc dự trữ
Để đề phòng các xảy ra các tính huống xấu, trong điều kiện bình thường
không sử dụng hết toàn bộ khả năng điều khiển hiện có. Vốn dự trữ không sử
dụng, nhưng cần thiết phải duy trì để đảm bảo cho hệ thống vận hành an toàn.
+ Nguyên tắc phân cấp
Một hệ thống điều khiển phức tạp cần xây dựng nhiều lớp điều khiển bổ

sung cho trung tâm. Cấu trúc phân cấp thường sử dụng là cấu trúc hình cây.
Đa số hệ thống điều khiển hiện nay có thể chia làm 3 cấp:
- Cấp thực thi: điều khiển thiết bị, đọc tín hiệu từ cảm biến.
- Cấp phối hợp
- Cấp tổ chức và quản lý
2.1.3 Phân loại hệ thống điều khiển
+ Hệ thống liên tục: Hệ thống được mô tả bằng phương trình vi phân.
+ Hệ thống rời rạc: Hệ thống được mô tả bằng phương trình sai phân.
+ Hệ thống tuyến tính: Hệ thống được mô tả bởi hệ phương trình vi phân / sai
phân tuyến tính.
+ Hệ thống phi tuyến: Hệ thống mô tả bởi hệ phương trình vi phân / sai phân phi
tuyến.
+ Hệ thống bất biến theo thời gian: Hệ số của phương trình vi phân / sai phân
mô tả hệ thống không đổi.
+ Hệ thống biến đổi theo thời gian: Hệ số của phương trình vi phân / sai phân
mô tả hệ thống thay đổi theo thời gian.
+ Hệ thống một ngõ vào - một ngõ ra (hệ SISO): (Single Input - Single Output).
+ Hệ thống nhiều ngõ vào - nhiều ngõ ra (hệ MIMO): (Multi Input - Multi
Output)
2.1.4 Các phương pháp điều khiển
2.1.4.1 Các phương pháp điều khiển thông thường
+ Các phương pháp điều khiển kinh điển


16

Bao gồm các phương pháp điều khiển đơn giản nhưng có cơ sở toán học
chặt chẽ. Sử dụng các công thức toán học để phân tích và thiết kế hệ thống cho
phép bảo đảm tính ổn định và bền vững. Thông thường không hiệu quả khi điều
khiển hệ phi tuyến. Một số phương pháp điều khiển kinh điển như điều khiển

Đóng - Mở, điều khiển liên tục bộ điều khiển PID…
+ Các PP điều khiển hiện đại :
- Điều khiển tối ưu.
Một hệ điều khiển được thiết kế ở chế độ làm việc tốt nhất là hệ luôn ở
trạng thái tối ưu theo một tiêu chuẩn chất lượng nào đó (đạt được giá trị cực trị ).
Trạng thái tối ưu có đạt được hay không tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng đặt
ra, vào sự hiểu biết về đối tượng và các tác động lên đối tượng, vào điều kiện
làm việc của hệ điều khiển …
- Điều khiển thích nghi.
Thích nghi là quá trình thay đổi thông số và cấu trúc hay tác động điều
khiển trên cơ sở lượng thông tin có được trong quá trình làm việc với mục đích
đạt được một trạng thái nhất định, thường là tối ưu khi thiếu lượng thông tin ban
đầu cũng như khi điều kiện làm việc thay đổi.
- Điều khiển bền vững
Hệ thống điều khiển bền vững làm cho chất lượng của sản phẩm ổn định,
không phụ thuộc vào sự thay đổi của đối tượng cũng như của nhiễu tác động lên
hệ thống. Mục đích của điều khiển bền vững là chất lượng vòng kín được duy trì
mặc dù có những sự thay đổi trong đối tượng.
- Điều khiển mờ
Ưu điểm cơ bản của điều khiển mờ là không cần biết trước đặc tính của đối
tượng một cách chính xác, khác với kỹ thuật điều khiển kinh điển là hoàn toàn
dựa vào thông tin chính xác tuyệt đối mà trong nhiều ứng dụng là không cần
thiết hoặc không thể có được .


17

2.1.4.2 Các phương pháp điều khiển thông minh
Sử dụng nhiều cách tiếp cận tính toán thông minh nhân tạo khác nhau như
mạng Neuron, Xác suất Bayesian, logic mờ, máy học, lập trình tiến hóa và giải

thuật di truyền để điều khiển một hệ thống động lực. Có thể phân loại như sau:
- Trí tuệ nhân tạo và hệ chuyên gia.
- Giải thuật di truyền.
- Mạng Neuron nhận dạng, dự báo và điều khiển.
Các phương pháp điều khiển thông minh rất phức tạp về mặt nội dung cần
được nghiên cứu trong thời gian dài. Từ các phương pháp trên, trong nội đung
của đề tài chọn và áp dụng trong nghiên cứu điều khiển hệ thống treo là các
phương pháp điều khiển thông thưởng đây là các phương pháp có nhiều ưu điểm
nổi bật thuận lợi cho quá trình thiết kế và điều khiển trong thực tế.
2.2 Hệ thống treo điều khiển điện tử EMS
2.2.1 Giới thiệu về EMS
EMS là viết tắt của “Electronically-Modulated Suspension” (Hệ thống treo
điều biến điện tử). Kích thước của lỗ tiết lưu trong bộ giảm chấn được thay đổi,
nhờ thế mà lưu lượng dầu được điều chỉnh và dẫn đến thay đổi lực giảm chấn.
Lực giảm chấn được điều khiển tự động nhờ ECU của EMS tuỳ theo vị trí của
công tắc chọn và điều kiện chạy xe. Nhờ thế mà độ êm và độ ổn định của xe
được nâng cao. Hệ thống cũng có các chức năng chẩn đoán và an toàn khi có sự
cố. Hệ thống treo khí dùng một ECU để điều khiển các lò xo khí tức là những


18

đệm khí nén có tính đàn hồi. Có những kiểu phối hợp EMS với hệ thống treo
khí.
Hệ thống treo khí có các đặc tính sau đây:
-Lực giảm chấn có thể thay đổi được.
-Độ cứng lò xo và chiều cao xe có thể thay đổi bằng cách điều
chỉnh thể tích không khí.
- Có các chức năng chẩn đoán và an toàn khi có sự cố

19

Hình 2.4: Sơ đồ khái quát của EMS
2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống EMS
2.2.2.1 Điều khiển lực giảm chấn và độ cứng của lò xo
- Công tắc RLC

Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động công tắc RLC
Công tắc RLC được lắp ở hộp che dầm đỡ giữa và được điều khiển bởi
người lái để lựa chọn lực giảm chấn và độ cứng của lò xo hệ thống treo. Công
tắc này có thể chọn một trong 2 vị trí NORM và SPORT.
Ở vị trí NORM, điện áp 12V tác dụng lên cực TSW của ECU hệ thống treo.
Ở vị trí SPORT điện áp giảm xuống còn 0V vì thế, ECU nhận biết được những
chế độ này. Khi chọn vị trí SPORT, đèn báo LRC ở bảng đồng hồ bật sáng.
- Cảm biến lái


20

Hình 2.6: Sơ đồ hoạt động cảm biến lái
Cảm biến lái được gắn vào cụm công tắc đèn xi nhan, nó phát hiện góc và
hướng quay của tay lái. Góc và hướng quay của vô lăng được phát hiện bởi các
tín hiệu bật- tắt gửi đến SS1 và SS2 của ECU.
- Công tắc đèn phanh
Công tắc này được gắn vào giá bắt bàn đạp, nó bật khi đạp phanh và gửi tín
hiệu đến ECU cho đến khi nhả chân phanh.
- Cảm biến vị trí bướm ga
Cảm biến này được gắn ở họng hút và cảm nhận bằng điện tử độ mở bướm
ga. Dữ liệu này được gửi đến cực L1, L2 và L3 của ECU hệ thống treo qua ECU

động cơ và hộp số.
- Cảm biến tốc độ số 1
Cảm biến tốc độ số 1 sinh ra 20 tín hiệu trong một vòng quay của trục rôto,
trục này được dẫn động bởi trục ra của hộp số qua bánh răng bị động. Tần số
của các tín hiệu được biến thành 4 tín hiệu trong một vòng quay của trục rôto
bởi mạch biến đổi xung trong bảng đồng hồ và gửi đến ECU.

Hình 2.7: Sơ đồ hoạt động cảm biến tốc độ số 1
- Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo


21

Hình 2.8: Cấu tạo bộ chấp hành điều khiển
Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo được đặt ở đỉnh của mỗi xylanh khí.
Nó dẫn động van quay của giảm chấn và van khí của xylanh khí nén một cách
đồng thời để thay đổi lực giảm chấn và độ cứng hệ thống treo. Cần điều khiển
van khí quay cùng với cần điều khiển van quay. Hai cần điều khiển này được
nối với nhau bằng một cặp bánh răng. Bộ chấp hành được dẫn động bằng điện từ
để có thể phản ứng chính xác với sự thay đổi liên tục về điều kiện hoạt động của
xe. Nam châm điện bao gồm 4 lõi stator để quay nam châm vĩnh cửu nối với cần
điều khiển van khí. ECU thay đổi sự phân cực của lõi stator từ cực N thành S
hay ngược lại, để lõi ở trạng thái không phân cực. Nam châm vĩnh cửu quay bởi
lực hút điện từ do các cuộn stator sinh ra.
Bộ chấp hành được chia làm 2 nhóm: một nhóm cho phía trước và một nhóm
cho phía sau. Mô tả dưới đây là hoạt động của một bộ chấp hành phía trước :
-Khi vị trí cần thay đổi từ vị trí trung bình hay cứng sang mềm, dòng điện từ cực
FS- đến cực FS+ của ECU qua bộ chấp hành.
-Khi cần thay đổi từ vị trí cứng hay mềm sang trung bình, dòng điện chạy từ cực
FCH của ECU đến bộ chấp hành.

-Khi vị trí cần thay đổi từ vị trí mềm hay trung bình sang cứng, dòng điện từ cực
FS+ đến cực FS- của ECU qua bộ chấp hành.


22

Hình 2.9: Sơ đồ hoạt động bộ chấp hành điều khiển
- Xylanh khí nén
Mỗi xylanh khí bao gồm một giảm chấn thay đổi có chứa khí nitơ ở áp suất thấp
và dầu, một buồng khí chính và một buồng khí phụ có chứa khí nén.
+ Giảm chấn: Bộ chấp hành thay đổi lực giảm chấn bằng cách mở và đóng
các lỗ tiết lưu trên van quay. Nó làm thay đổi lượng dầu đi qua các lỗ trên
piston. Có hai cặp lỗ tiết lưu trong van quay, các van này gắn liền với cần điều
khiển và nó được dẫn động bởi bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo. Cần
piston cũng có 2 lỗ. Van quay, quay bên trong cần trong cần piston và đóng mở
các lỗ, nó thay đổi lượng dầu đi qua các lỗ này, lực giảm chấn được đặt ở một
trong ba chế độ.


23

Hình 2.10: Cấu tạo giảm chấn
+ Các buồng và van khí:

Hình 2.11: Cấu tạo buồng van khí
Buồng khí của xylanh khí được chia thành buồng khí chính và buồng khí phụ.
Một van khí được gắn ở phần gối đỡ trên của xylanh khí. Van khí quay bởi bộ
chấp hành điều khiển hệ thống treo qua cần điều khiển van khí để mở hay đóng
đường khí thông giữa buồng khí chính và buồng khí phụ. Vì vậy độ cứng hệ
thống treo được điều khiển theo hai chế độ. Khi van mở, buồng khí chính và

buồng khí phụ đóng vai trò như một lò xo, chúng được kết nối với nhau như
hình vẽ. Kết quả là thể tích buồng khí tăng đặt độ cứng hệ thống treo ở chế độ
mềm. Khi van đóng, đường khí thông giữa buồng khí chính và buồng khí phụ bị
bịt kín. Kết quả là chỉ buồng khí chính đóng vai trò như một lò xo, đặt độ cứng
hệ thống treo ở chế độ cứng.
2.2.2.2 Điều khiển độ cao của xe
Độ cao xe được điều khiển bằng cách thay đổi thể tích khí nén trong xylanh khí.
Độ cao tăng hay giảm khi thể tích khí nén tăng hay giảm.
- Các ống khí
Hệ thống sử dụng hai loại ống khí, ống thép và ống nilông mềm. Ống thép
được dùng để nối van điều khiển độ cao số 1 và van số 2 và nó được gắn vào
trong thân xe. Ống nilông mềm được dùng để nối các chi tiết chuyển động,
chẳng hạn như các van điều khiển độ cao và các xylanh khí. Các đầu nối nhanh
được sử dụng cho ống nilông mềm nhằm mục đích dễ tháo lắp và bao kín tốt.
- Công tắc điều khiển độ cao


24

Hình 2.12: Công tắc điều chỉnh độ cao
Công tắc điều khiển độ cao được lắp ở vỏ che dầm đỡ giữa và được điều khiển
bởi người lái để lựa chọn độ cao gầm xe theo mong muốn. Ở vị trí NORM, điện
áp 12V tác dụng lên cực HSW của ECU hê thống treo. Ở vị trí HIGH, cực HSW
được nối với đất và điện áp bằng 0V. ECU xác định độ cao gầm xe theo điện áp
cực HSW.
- Cảm biến điều khiển độ cao
Cảm biến điều khiển độ cao trước được gắn vào thân xe còn đầu thanh điều
khiển được nối với giá đỡ giảm chấn dưới. Với hệ thống treo sau, các cảm biến
được gắn vào thân xe và đầu thanh điều khiển được nối với đòn treo dưới số 1.
Những cảm biến này liến tục theo dõi khoảng cách giữa thân xe và các đòn treo

để phát hiện độ cao gầm xe do đó quyết định lượng khí trong mỗi xylanh. Mỗi
cảm biến bao gồm một đĩa đục lỗ và 4 cặp công tắc quang học. Đĩa đục lỗ quay
giữa đèn LED và transitor quang của mỗi công tắc quang học theo chuyển động
của thanh điều khiển.
- Công tắc ON/OFF điều khiển độ cao
Công tắc này được gắn trong khoang chứa hành lý. Nó ngăn không cho điều
khiển độ cao gầm xe trong khi đang nâng xe, khi đang kéo rơmoóc hay khi đang
đỗ trên đường gồ ghề. Việc này được thực hiện bằng cách ngăn không cho khí
nén trong xylanh khí nén xả ra ngoài để không làm giảm độ cao xe. Khi công tắc
bật đến vị trí OFF, cực NSW được nối mass, chấm dứt điều khiển độ cao gầm xe
bằng ECU.


25

- Công tắc cửa

Hình 2.13: Công tắc cửa
Những công tắc này được lắp cạnh khung cửa sao cho nó tiếp xúc với cánh cửa
khi đóng lại. Khi tất cả các cánh cửa đều đóng, điện áp acqui tác dụng lên cực
DOOR của ECU. Khi có bất kỳ cửa nào mở, điện áp cực DOOR giảm xuống
0V, vì vậy ECU biết được cửa có mở hay không.
- Tiết chế IC
Tiết chế IC được gắn trong máy phát. Cực L của nó phát ra điện áp ắc qui khi
động cơ hoạt động, và điện áp 1,5V hay nhỏ hơn khi động cơ không hoạt động.
Cực L được nối với cực REG của ecu để báo cho ECU biết động cơ có đang
hoạt động hay không. Tín hiệu phát hiện sẽ được sử dụng cho cức năng kiểm tra
cảm biến và cho chức năng dự phòng .

Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động tiết chế IC

- Rơ le điều khiển độ cao số 2
Rơle này được gắn gần ECU hệ thống treo trong khoang hành lý. Khi khoá
điện bật ON, một tín hiệu từ cực MRLY của ECU làm dòng điện chạy đến các
cảm biến điều khiển độ cao và cực IGB của ECU động cơ.