nghiên cứu biện pháp tối ưu hoá hệ thống treo xe bus sử dụng ở tp hcm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LƯƠNG HỮU THOẠI

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP TỐI ƯU HOÁ
HỆ THỐNG TREO XE BUS SỬ DỤNG Ở TP.HCM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116

S K C0 0 4 5 5 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2015


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LƯƠNG HỮU THOẠI

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP TỐI ƯU HOÁ HỆ THỐNG
TREO XE BUS SỬ DỤNG Ở TP.HCM

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116
Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2015


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Lương Hữu Thoại

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 07/05/1978

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Quê quán: Quảng Ngãi

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 638/23 Lê Trọng Tấn, Bình Hưng Hòa, Bình
Tân.
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng:

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ …/… đến …/ …

Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Thời gian đào tạo từ 1997 đến 2001.

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.
Ngành học: Cơ khí động lực.
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Nghiên cứu, chế tạo mô hình điều
khiển khí hậu salon ô tô bằng máy tính.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Trường ĐH SPKT
TP.HCM.
Người hướng dẫn: TS Đỗ Văn Dũng.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
2010 đến
nay.

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Trường cao đẳng Công Thương
Thành Phố Hồ Chí Minh, Q9, TP

Giáo viên.

Hồ Chí Minh.

2008 đến

Công ty TNHH MTV Toyota Phú

2009.

Mỹ Hưng, Q7, TP Hồ Chí Minh.

i

Nhân viên kỹ thuật


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

2003 đến

Công ty TNHH Mazda-Kia

2008.

Phương Mỹ, Q3, TP Hồ Chí Minh.

2001 đến

Công ty TNHH Vina Kyoei, Bà

2003

Rịa Vũng Tàu.

ii

Nhân viên kỹ thuật
Nhân viên kỹ thuật


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 3 năm 2015
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Lương Hữu Thoại

iii


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

CẢM TẠ
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất tới PGS.TS Nguyễn Văn
Phụng, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ đạo sâu sắc về mặt khoa học, tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn:
“Nghiên Cứu Biện Pháp Tối Ưu Hoá Hệ Thống Treo Xe Bus Sử Dụng ở Tp.HCM”
.
Xin chân thành cảm ơn tất cả quý thầy cô khoa CKĐ Trường Đại học Sư phạm
Kỹ thuật TP.HCM, các bạn học viên cùng khóa đã tận tình giúp đỡ để tôi hoàn
thành đề tài này.
Do thời gian có hạn nên chắc chắn đề tài còn nhiều thiếu sót. Rất mong nhận
được sự đóng góp ý kiến của tất cả quý thầy cô, anh chị và các bạn.
Xin chân thành cám ơn!

TP. HCM, ngày

tháng 03 năm 2015

Lương Hữu Thoại

iv


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

TÓM TẮT
Mục tiêu của đề tài này là thiết kế một hệ thống treo có điều khiển nhằm tối ưu
hóa hệ thống treo trên xe Bus theo hướng êm dịu và ổn định chuyển động của xe. Ở
đây, các mô hình vật lý và toán học áp dụng cho mô hình 1/2 xe (4 DOF) và mô
hình xe đầy đủ (7 DOF) được thiết lập.
Cả hai hệ thống treo thụ động và tích cực được so sánh trên cùng một đồ thị, chịu

tác dụng cùng một mặt đường như nhau. Kết quả các chuyển vị và gia tốc thân xe,
biến dạng lốp đều giảm, cho thấy hệ thống treo tích cực tốt hơn trên phương diện
êm dịu và ổn định xe.

v


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

ABSTRACT
The purpose of this study is to design of an active suspension system aimed at
optimizing suspension system on buses which helps the buse’s movement to be
smoother and more stable. In this paper, the researcher accomplished the physical
and mathematics modeling which were used for the patterns of a half bus (4
Degree-Of-Freedom) and a whole bus (7 Degree-Of-Freedom).
Both the passive and active suspension systems are compared on the similar chart
and bore the effect of the same road surface as well. The findings show that
transpositions, acceleration of body of a bus and tires displacement are all reduced.
These results indicate that active suspension system is better based on its
smoothness and stableness.

vi


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii
CẢM TẠ…

............................................................................................................ iv

TÓM TẮT

............................................................................................................. v

ABSTRACT ............................................................................................................ vi
MỤC LỤC

...........................................................................................................vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ...............................................xii
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ xiv
DANH MỤC CÁC BẢNG....................................................................................... xvi
Chương 1
1.1

TỔNG QUAN .................................................................................... 1

Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và

ngoài nước đã công bố ............................................................................................1
1.1.1

Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu...............................................1

1.1.2

Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố .......................1

1.2

Mục đích của đề tài ........................................................................................4

1.3

Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài ..........................................................4

1.4

Phương pháp nghiên cứu ...............................................................................4

Chương 2

CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG VÀ CƠ SỞ LÝ

THUYẾT ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI TRẠNG THÁI TỐI ƯU LQR ................. 6
2.1

Chỉ tiêu đánh giá dao động ............................................................................6

2.1.1

Chỉ tiêu về gia tốc và dao động thẳng đứng ...........................................6

2.1.2

Tiêu chuẩn về rung động của Việt Nam .................................................7

2.2

Các mô hình dao động ô tô ............................................................................7

vii


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

2.2.1

Các khái niệm cơ bản ..............................................................................7

2.2.2

Các dạng dao động của ô tô ....................................................................9

2.2.3

Mô hình 1/4 xe ........................................................................................9

2.2.3.1

Mô hình hệ thống treo thụ động .......................................................9

2.2.3.2

Mô hình hệ thống treo bán tích cực ...............................................10

2.2.3.3

Mô hình hệ thống treo tích cực ......................................................11

Lựa chọn hệ tọa độ................................................................................12

2.2.4

2.3

2.2.4.1

Hệ tọa độ cố định ...........................................................................12

2.2.4.2

Hệ tọa độ động ...............................................................................12

Biên dạng mặt đường...................................................................................13

2.3.1

Biên dạng mặt đường hình chữ nhật ........................................................13

2.3.2

Biên dạng hình sin liên tục .......................................................................13

2.4

Trạng thái hệ thống, hệ phương trình biến trạng thái ..................................15

2.4.1

Trạng thái ..............................................................................................15

2.4.2

Vector trạng thái ...................................................................................15

2.5

Thành lập phương trình trạng thái từ phương trình vi phân ........................15

2.6

Điều khiển hồi tiếp trạng thái ......................................................................17

2.6.1

Tính điều khiển được và quan sát được ................................................18

2.6.2

Phương pháp điều khiển LQR ..............................................................19

2.7

Điều khiển tối ưu hệ tuyến tính với chỉ tiêu chất lượng dạng toàn phương.
21

2.8

Các bước giải bài toán toàn phương tuyến tính ...........................................23

Chương 3

SỬ DỤNG ĐIỀU KHIỂN LQR ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG

TREO TỐI ƯU TRÊN XE ..................................................................................... 25

viii


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

3.1

Mô hình 1/2 xe theo phương dọc .................................................................25

3.1.1

Các giả thuyết .......................................................................................26

3.1.2

Thiết lập hệ phương trình .....................................................................26

3.1.3

Thành lập phương trình trạng thái từ phương trình vi phân trên ..........30

3.1.4

Thành lập phương trình đầu ra..............................................................33

3.1.5

Bộ điều khiển LQR cho hệ thống treo tích cực mô hình 1/2 xe ...........35

3.2

3.1.5.1

Mục tiêu thiết kế ............................................................................35

3.1.5.2

Thiết kế bộ điều khiển LQR ...........................................................36

Mô hình xe đầy đủ (Full vehicle model -7 DOF) ........................................39

3.2.1

Thiết lập hệ phương trình .....................................................................40

3.2.2

Thành lập phương trình trạng thái từ phương trình vi phân trên ..........49

3.2.3

Thành lập phương trình đầu ra..............................................................58

3.2.4

Bộ điều khiển LQR cho mô hình xe đầy đủ .........................................61

3.2.4.1

Mục tiêu thiết kế ............................................................................61

3.2.4.2

Thiết kế bộ điều khiển LQR ...........................................................62

Chương 4

MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG TREO TRÊN PHẦN MỀM

MATLAB

........................................................................................................... 65

4.1

Giới thiệu .....................................................................................................65

4.2

Thông số xe khảo sát ...................................................................................65

4.2.1

Các thông số kỹ thuật cơ bản ................................................................65

4.2.2

Các thông số dao động của xe ..............................................................68

4.3

Mô hình hóa hệ thống treo ...........................................................................70

4.3.1

Phương trình trạng thái .........................................................................70

4.3.2

Thiết kế bộ điều khiển LQR trên Matlab ..............................................71

ix


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

4.3.3
4.4

Tính trọng số gia tốc (R.M.S) ...............................................................71

Mô tả các khối SIMULINK cho mô hình 1/2 xe (4 DOF) .........................72

4.4.1

Biên dạng mặt đường ............................................................................72

4.4.2

Hệ thống treo thụ động .........................................................................72

4.4.3

Hệ thống treo tích cực ...........................................................................73

4.4.4

So sánh hệ thống treo thụ động và hệ thống treo tích cực ....................74

4.5

Kết quả mô phỏng mô hình 1/2 xe (4 DOF) ................................................74

4.5.1

Các thông số đánh giá hệ thống trong miền thời gian ..........................74

4.5.3

Chuyển vị trọng tâm thân xe .................................................................75

4.5.4

Góc lắc dọc thân xe ...............................................................................76

4.5.5

Gia tốc trọng tâm thân xe ......................................................................77

4.5.6

Độ biến dạng Nhíp trước ......................................................................78

4.5.7

Độ biến dạng Lốp trước ........................................................................78

4.5.8

Lực tương tác mô hình 1/2 xe ...............................................................79

4.6

Mô tả các khối SIMULINK cho mô hình xe đầy đủ (7 DOF) ...................80

4.6.1

Biên dạng mặt đường ............................................................................80

4.6.2

Hệ thống treo thụ động .........................................................................80

4.6.3

Hệ thống treo tích cực ...........................................................................82

4.6.4

So sánh hệ thống treo thụ động và hệ thống treo tích cực ....................83

4.7

Kết quả mô phỏng mô hình xe đầy đủ (7 DOF) ..........................................84

4.7.1

Biên dạng mặt đường hình sin liên tục .................................................84

4.7.2

Chuyển vị thẳng đứng thân xe ..............................................................84

4.7.3

Góc lắc dọc thân xe ...............................................................................85

4.7.4

Góc lắc ngang thân xe ...........................................................................86

x


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

4.7.5

Gia tốc thẳng đứng thân xe ...................................................................86

4.7.7

Gia tốc góc lắc ngang thân xe ...............................................................88

4.7.8

Độ biến dạng Nhíp trước trái ................................................................88

4.7.9

Độ biến dạng Lốp trước trái..................................................................89

4.7.10

Lực tương tác mô hình xe đầy đủ ......................................................90

4.7.11

Bảng so sánh chất lượng hệ thống treo tích cực và thụ động mô hình

xe đầy đủ 90

4.8

Trường hợp nguy hiểm trong dao động khi xe chuyển động đối với hệ

thống treo thụ động ...............................................................................................91
Chương 5

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................... 96

5.1

Kết luận........................................................................................................96

5.2

Kiến nghị .....................................................................................................96

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 97
PHỤ LỤC………………………………………………………………………….98

xi


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DOF

: bậc tự do (Degree-Of-Freedom).

R.M.S

: giá trị trung bình bình phương ( Root Mean Square ).

LQR

: điều khiển tuyến tính toàn phương (Linear Quadratic

Regulator).
ms

: khối lượng phần được treo mô hình ½ xe [kg].

Ix

: momen quán tính khối lượng của phần được treo quanh

trục Ox [kgm2].
Iy

: momen quán tính khối lượng của phần được treo quanh trục

Oy [kgm2].
: góc xoay thân xe quanh trục Oy [rad] (góc lắc dọc).
: góc xoay thân xe quanh trục Ox [rad] (góc lắc ngang).
zcg

: tọa độ trọng tâm phần được treo theo phương z mô hình ½

xe [m].

Lf , Lr

: tọa độ trọng tâm phần được treo mô hình ½ xe [m].

zsf , zsr

: tọa độ phần được treo trước và sau theo phương z trước và

sau mô hình ½ xe [m].
muf , mur

: khối lượng phần không được treo trước và sau [kg].

ksf , ksr

: độ cứng bộ phận đàn hồi trước và sau mô hình ½ xe [N/m].

csf , csr

: hệ số giảm chấn trước và sau mô hình ½ xe [Ns/m].

zuf , zur

: tọa độ phần không được treo theo phương z trước và sau

[m].
ktf , ktr

: độ cứng của lốp xe trước và sau [N/m].

wf , wr

: tọa độ mặt đường tại vị trí tiếp xúc với lốp xe trước và sau

mô hình ½ xe [m].
Ff , Fr

: lực tương tác cần thiết lên hệ thống treo trước và sau mô

hình ½ xe [N].

xii


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

m

: khối lượng phần được treo mô hình xe đầy đủ [kg].

z

: tọa độ trọng tâm phần được treo theo phương z mô hình xe

đầy đủ [m].
L1 , L2

: khoảng cách trọng tâm phần được treo đến tâm cầu trước,

sau mô hình xe đầy đủ [m].

zs1,zs2, zs3,zs4

: tọa độ phần được treo trước và sau theo phương z mô hình

xe đầy đủ [m].
ks1, ks2, ks3, ks4

: độ cứng bộ phận đàn hồi trước và sau mô hình xe đầy đủ

[N/m].
c1 , c2 , c3 , c4

: hệ số giảm chấn trước và sau mô hình xe đầy đủ [Ns/m].

zu1, zu2, zu3, zu4

: tọa độ phần không được treo theo phương z trước và sau mô

hình xe đầy đủ [m].
kt1, kt2, kt3, kt4

: độ cứng của lốp xe trước và sau mô hình xe đầy đủ [N/m].

w1 , w2 , w1 , w2 ,

: tọa độ mặt đường tại vị trí tiếp xúc với lốp xe trước và sau

mô hình xe đầy đủ [m].
F1, F2, F3, F4

: lực tương tác cần thiết lên hệ thống treo trước và sau mô

hình xe đầy đủ [N].
HTT

: hệ thống treo

xiii


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

DANH MỤC CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 1.1: Phương pháp tiến hành nghiên cứu ............................................................5
Hình 2.1: Các phần tử cơ bản của hệ dao động..........................................................8
Hình 2.2: Mô hình hệ thống treo thụ động và mô hình mạch hở 1/4 xe ..................10
Hình 2.3: Mô hình hệ thống treo bán tích cực 1/4 xe ..............................................11
Hình 2.4: Mô hình hệ thống treo tích cực và mô hình mạch hở 1/4 xe. ..................12
Hình 2.5: Biên dạng mặt đường hình chữ nhật ........................................................13
Hình 2.6: Biên dạng mặt đường hình sin liên tục. ...................................................14
Hình 2.7: Hệ thống điều khiển hồi tiếp trạng thái ....................................................18
Hình 3.1: Mô hình 1/2 xe theo phương dọc .............................................................25
Hình 3.2: Mô hình mô tả góc lắc dọc 1/2 xe ............................................................27
Hình 3.3: Mô hình phân tích lực 1/2 xe ..................................................................28
Hình 3.4: Mô hình xe đầy đủ (7 DOF) .....................................................................39
Hình 4.1: Hình xe Tracomeco Bus B40SL ..............................................................65

Hình 4.2: Khối SIMULINK biên dạng mặt đường mô hình 1/2 xe .........................72
Hình 4.3: Khối SIMULINK hệ thống treo thụ động mô hình 1/2 xe .......................72
Hình 4.4: Khối SIMULINK hệ thống treo tích cực mô hình 1/2 xe ........................73
Hình 4.5: Khối SIMULINK so sánh hệ thống treo thụ động và tích cực mô hình 1/2
xe ...............................................................................................................................74
Hình 4.6: Đồ thị biên dạng mặt đường mô hình 1/2 xe ............................................75
Hình 4.7: Đồ thị chuyển vị trọng tâm xe mô hình 1/2 xe.........................................76
Hình 4.8: Đồ thị góc lắc dọc trọng tâm xe mô hình 1/2 xe ......................................76
Hình 4.9: Đồ thị gia tốc thân xe mô hình 1/2 xe ......................................................77
Hình 4.10: Đồ thị biến dạng Nhíp trước mô hình 1/2 xe .........................................78
Hình 4.11: Đồ thị biến dạng Lốp trước mô hình 1/2 xe ...........................................78
Hình 4.12: Đồ thị lực tương tác mô hình 1/2 xe ......................................................79
Hình 4.13: Khối SIMULINK biên dạng mặt đường mô hình xe đầy đủ .................80

xiv


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

Hình 4.14: Khối SIMULINK hệ thống treo thụ động mô hình xe đầy đủ ...............80
Hình 4.15: Khối SIMULINK hệ thống treo tích cực mô hình xe đầy đủ ................82
Hình 4.16: Khối SIMULINK so sánh HTT thụ động và tích cực mô hình xe đầy đủ
...................................................................................................................................83
Hình 4.17: Đồ thị biên dạng mặt đường mô hình xe đầy đủ ....................................84
Hình 4.18: Đồ thị chuyển vị thẳng đứng thân xe mô hình xe đầy đủ ......................84
Hình 4.19: Đồ thị góc lắc dọc thân xe mô hình xe đầy đủ .......................................85
Hình 4.20: Đồ thị góc lắc ngang thân xe mô hình xe đầy đủ ...................................86
Hình 4.21: Đồ thị gia tốc thẳng đứng thân xe mô hình xe đầy đủ ...........................86
Hình 4.22: Đồ thị gia tốc góc lắc dọc mô hình xe đầy đủ ........................................87
Hình 4.23: Đồ thị gia tốc góc lắc ngang thân xe mô hình xe đầy đủ .......................88

Hình 4.24: Đồ thị biến dạng Nhíp trước trái mô hình xe đầy đủ .............................88
Hình 4.25: Đồ thị biến dạng Lốp mô hình xe đầy đủ ...............................................89
Hình 4.26: Đồ thị lực tương tác mô hình xe đầy đủ .................................................90
Hình 4.27: Hệ dao động 1/8 xe ................................................................................91

xv


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1: Bảng đánh giá dựa vào giá trị gia tốc trung bình bình phương (R.M.S) ........ 7
Bảng 4.1: Các thông số kỹ thuật của xe Tracomeco Bus B40SL .................................. 68
Bảng 4.2: Bảng thông số tính toán dao động của xe Tracomeco Bus B40SL .............. 70
Bảng 4.3: Bảng so sánh chất lượng HHT tích cực và HTT thụ động mô hình xe đầy
đủ .................................................................................................................................... 91

xvi


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

Chương 1

TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và

ngoài nước đã công bố
1.1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
Ô tô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với đường có biên dạng
phức tạp, dao động của ô tô ngoài ảnh hưởng tới con người, hàng hoá chuyên chở
còn ảnh hưởng tới độ an toàn chuyển động của ô tô, tuổi thọ của mặt đường chịu tác
động của tải trọng sinh ra trong quá trình ô tô dao động.
Nghiên cứu về dao động và tối ưu hóa hệ thống treo của ô tô là cần thiết với mục
đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng kéo, độ ổn định chuyển động, độ
bền và độ tin cậy của ô tô.
Hệ thống treo được thiết kế luôn hướng đến sự thỏa mãn cả độ êm dịu và ổn định
chuyển động của xe, và để làm được điều này hệ thống treo điều khiển điện tử đã và
đang được nghiên cứu phát triển rộng rãi. Như vậy, một cách tổng quát hệ thống treo
bao gồm các loại: hệ thống treo thụ động, bán tích cực và hệ thống treo tích cực.
1.1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố
 Các kết quả nghiên cứu trong nước
 Luận văn thạc sĩ của tác giả Hà Văn Thảo (ĐHBK Hà Nội, 2006) : “ Sử dụng
thuật toán LQG để tối ưu hóa các thông số thiết kế của hệ thống treo ô tô ”
nghiên cứu những vấn đề dao động của ô tô dẫn đến việc tính toán để chọn ra được
bộ thông số thiết kế tối ưu (độ cứng của Nhíp và hệ số cản giảm chấn) cho hệ thống
treo thụ động mô hình 1/4 xe.
 Các kết quả nghiên cứu ngoài nước
 Nghiên cứu của tác giả ABU HELL MEE (Malaysia): “ Modelling and
controller design for an active car suspension system using half car model’’ mô

1


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

phỏng hệ thống treo tích cực 1/2 xe dùng LQR đạt được kết quả sau:

Thông số xe khảo sát:

Biên dạng mặt đường:

Chuyển vị thân xe trước:

Chuyển vị thân xe sau:

2


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

Gia tốc thẳng đứng thân xe:

Lực tương tác:

3


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

Nghiên cứu này dùng mô hình 1/2 xe với biên dạng mặt đường nửa hình sin,
chiều cao 5 cm. Khi dùng lực tác dụng 2000 N đạt được chuyển vị thân xe sau
giảm, chuyển vị thân xe trước tăng nhẹ nhưng thời gian ổn định nhanh hơn đáng kể
so với hệ thống treo thụ động.
1.2 Mục đích của đề tài
Đề tài “Nghiên cứu biện pháp tối ưu hoá hệ thống treo xe Bus sử dụng ở
Thành Phố Hồ Chí Minh” nhằm giúp cho người thực hiện vận dụng lý thuyết dao
động ô tô, lý thuyết điều khiển tự động để tối ưu hóa hệ thống treo trên xe Bus theo

hướng tính toán một hệ thống treo tích cực, một hệ thống treo có điều khiển nhằm
nâng cao tính êm dịu, độ an toàn khi ô tô chuyển động.
1.3 Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
 Nhiệm vụ của đề tài
Xây dựng mô hình toán học hệ thống treo thụ động và tích cực 1/2 xe (4
DOF), xe đầy đủ (7 DOF).
Thiết kế bộ điều khiển LQR cho hệ thống treo tích cực.
 Giới hạn đề tài
Đề tài vận dụng lý thuyết điều khiển tuyến tính toàn phương LQR xây dựng bộ
điều khiển cho hệ thống treo tích cực của mô hình xe đầy đủ và mô phỏng bằng
phần mềm Matlab-Simulink, các phương pháp điều khiển khác nằm ngoài phạm vi
nghiên cứu của đề tài này.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
 Phương pháp nghiên cứu
Tổng quan các kết quả phân tích của các nghiên cứu liên quan.
Phương pháp mô phỏng số.
So sánh kết quả.
 Phương pháp tiến hành

4


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

Nghiên cứu hệ
thống treo

Mô hình hóa hệ
thống treo thụ động

Mô hình hóa hệ
thống treo tích cực

Mô phỏng bằng
Matlab-Simulink

Mô phỏng bằng
Matlab-Simulink

Kết quả

Kết quả

So sánh hệ thống
treo thụ động và
tích cực

Kết luận

Hình 1.1: Phương pháp tiến hành nghiên cứu

5


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

Chương 2

CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG VÀ CƠ SỞ
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI TRẠNG THÁI

TỐI ƯU LQR
2.1 Chỉ tiêu đánh giá dao động
2.1.1 Chỉ tiêu về gia tốc và dao động thẳng đứng
Tiêu chuẩn ISO 2631 (1985).
Các hướng dẫn đầu tiên về đánh giá ảnh hưởng dao động toàn thân được đưa ra
năm 1974 (ISO 2631). Sau nhiều lần sửa đổi, bổ sung, tiêu chuẩn được phát hành
chính thức năm 1985 là Tiêu chuẩn ISO 2631 (1985), đánh giá tính êm dịu chuyển
động của ô tô theo gia tốc thẳng đứng.
Tiêu chuẩn đưa ra các giới hạn cho phép của gia tốc trung bình bình phương theo
phương thẳng đứng.

( ̈)

√ ∫ ̈ ()

(2.1)

Trong đó:


T: khoảng thời gian chịu dao động (s)



( ̈ ) – giá trị trung bình bình phương của gia tốc dao động (m/s2).

Nhận xét:
 Thời gian tác dụng càng lâu, ngưỡng chịu đựng càng thấp.
 Tần số dao động có ảnh hưởng lớn nhất trong vùng 4 ~ 8 Hz.
 Tần số dao động có ngưỡng chịu đựng cao trong vùng 1 ~ 2 Hz.

6


Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM

2.1.2 Tiêu chuẩn về rung động của Việt Nam
Trên cơ sở tiêu chuẩn Quốc tế hiện hành là ISO 2631-1:1997, nhà nước ban
hành bộ tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001 hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩn ISO
2631-1:1997.
Mục đích của tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001 là xác định các phương pháp
đánh giá rung động toàn thân có liên quan đến:
Sức khỏe và độ tiện nghi của con người
Khả năng cảm nhận rung động
Gây chóng mặt, buồn nôn do rung động.
Phương pháp đánh giá cơ bản dựa vào giá trị gia tốc trung bình bình phương
(R.M.S).
Nhỏ hơn 0,315 m/s2

Không có cảm giá khó chịu

Từ 0,315 đến 0,63

Có cảm giác chút ít về sự không thoải

m/s2
Từ 0,5 đến 1 m/s2

mái
Có cảm giác rõ rệt về sự không thoải

mái

Từ 0,8 đến 1,6 m/s2

Không thoải mái

Từ 1,25 đến 2,5 m/s2

Rất không thoải mái

Lớn hơn 2 m/s2

Cực kỳ không thoải mái

Bảng 2.1: Bảng đánh giá dựa vào giá trị gia tốc trung bình bình phương (R.M.S)
2.2 Các mô hình dao động ô tô
2.2.1 Các khái niệm cơ bản
Xem xét ba phần tử cơ bản của hệ dao động là vật nặng có khối lượng m, lò xo
có độ cứng k, giảm chấn có hệ số giảm chấn c.

7