Nghiên cứu điều khiển giảm chấn thủy lực của hệ thống treo cabin xe đầu kéo

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------------------------

TRỊNH NGỌC TÚ

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN GIẢM CHẤN THỦY LỰC CỦA
HỆ THỐNG TREO CABIN XE ĐẦU KÉO

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực

Thái Nguyên - Năm 2020


ii

LỜI CAM ĐOAN
Sau thời gian hai năm học tập, rèn luyện và nghiên cứu tại trường. Để
đánh giá kết quả học tập nghiên cứu của mình, em lựa chọn thực hiện đề tài
tốt nghiệp là: “Nghiên cứu điều khiển giảm chấn thủy lực của hệ thống treo
cabin xe đầu kéo”. Được sự giúp đỡ của các Thầy, Cô giáo trong Khoa và đặc
biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS. TS. Lê Văn Quỳnh và sự nỗ
lực của bản thân, đề tài của em đã được hoàn thành đáp ứng được nội dung đề
tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực.
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em. Các số
liệu, kết quả có trong Luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong
bất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả.
Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2020

3

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên, Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô và Máy động lực đã cho phép
tôi thực hiện luận văn này. Xin cảm ơn Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô
và Máy động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi học tập và
làm luận văn.
Em xin chân thành biết ơn quý thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận
tình hướng dẫn tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS. TS. Lê
Văn Quỳnh và tập thể cán bộ giáo viên Khoa Kỹ thuật Ô tô & MĐL, Hội
đồng bảo vệ đề cương đã hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn theo đúng
kế hoạch và nội dung đề ra.
Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù đã có nhiều cố gắng song do
kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn còn hạn chế nên luận văn không thể
tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của quý
thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, ngày….. tháng….. năm 2020
HỌC VIÊN


4

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................iii
MỤC LỤC ....................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..........................................................................viii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................. ix
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.......................... 4
1.1. Hệ thống treo ô tô và hệ thống treo cabin............................................... 4
1.2. Hệ thống treo bán tích cực và hệ thống treo tích cực ............................. 7
1.3. Phân tích các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu cabin và người điều
khiển[2,3] ..................................................................................................... 11
1.3.1. Tần số và gia tốc dao động ............................................................. 11
1.3.2.Chỉ tiêu về độ êm dịu được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI .................... 12
1.3.3. Đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn ISO[20] ................................. 16
1.4.Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế. ........................................ 18
1.4.1. Đối với nhà nghiên cứu Việt Nam.................................................. 18
1.4.2. Đối với nhà nghiên cứu trên thế giới .............................................. 19
1.5. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu ................................ 21
1.6. Kết luận ................................................................................................. 22
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG TOÀN XE VÀ
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ..................................................................... 23
2.1. Xây dựng mô hình dao động toàn xe .................................................... 23
2.2.1. Các giả thiết mô hình dao động tương đương ................................ 23
2.1.2 . Mô hình dao động xe đầu kéo........................................................ 25
2.1.3. Thiết lập phương trình vi phân mô tả dao động ............................. 25
2.1.4. Phân tích và lựa chọn kích thích dao động ..................................... 36


5

2.2. Các phương pháp điều khiển hệ thống treo .......................................... 40
2.2.1. Điều khiển Skyhook........................................................................ 41
2.2.2. Điều khiển Groundhook.................................................................. 42
2.2.3. Điều khiển lai (giữa Skyhook và Groundhook).............................. 42
2.2.4. Điều khiển mờ[20].......................................................................... 43
2.3. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống treo cabin.................................... 45
2.3.1. Kết cấu giảm chấn lưu thủy lực lượng từ tính ................................ 45
2.3.2. Biến vào bao gồm: .......................................................................... 46
2.3.3. Xác định tập mờ.............................................................................. 46
2.3.4.Tập luật điều khiển: ......................................................................... 48
2.4. Kết luận ................................................................................................. 51
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ CỦA HỆ
THỐNG TREO BÁN CHỦ ĐỘNG CABIN ............................................... 52
3.1. Mô phỏng .............................................................................................. 52
3.1.1. Sơ đồ khối tổng thể ......................................................................... 52
3.1.2. Thông số đầu vào cho mô phỏng.................................................... 53
3.1.3. Kết quả mô phỏng và thảo luận ...................................................... 54
3.2. Phân tích hiệu quả của hệ thống treo bán chủ động cabin.................... 56
3.2.1. Trường hợp 1: ................................................................................. 56
3.2.2. Trường hợp 2: ................................................................................. 59
3.3. Kết luận chương .................................................................................... 61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 64


6

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Hệ thống treo phẩn từ đàn hồi lá nhíp............................................... 5
Hình 1.2 Hệ thống treo bộ phận đàn hồi khí nén .............................................. 5

Hình 1.3 Hệ thống treo có kết hợp khí nén và giản chấm thủy lực .................. 6
Hình 1.4 Mộ số hệ thống treo cabin.................................................................. 6
Hình 1.5. Mô hình các hệ thống treo................................................................. 8
Hình 1.6. Hệ thống treo tích cực hoàn toàn .................................................... 10
Hình 1.7. Các đường cong cảm giác như nhau ở dao động điều hòa ............. 13
Hình 1.8. Sơ đồ xác định thực nghiệm hệ số độ êm dịu K ............................. 14
Hình 2.1 Mô hình dao động của xe đầu kéo 5 cầu.......................................... 25
Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên ghế ngồi..................................................... 27
Hình 2.3. Sơ đồ mô tả khối lượng cabin của xe.............................................. 28
Hình 2.4. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên thân xe đầu kéo........................ 30
Hình 2.5. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên sơ mi-rơ moóc ......................... 32
Hình 2.6. Hàm điều hoà của mấp mô.............................................................. 36
Hình 2.7. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường
có chất lượng rất tốt) ....................................................................................... 39
Hình 2.8. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO B (mặt đường có
chất lượng tốt) ................................................................................................. 39
Hình 2.9. Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO C (mặt đường có
chất lượng bình thường).................................................................................. 40
Hình 2.10. Điều khiển Skyhook, (a) Ý tưởng và (b) Thực hiện .................... 41
Hình 2.11. Điều khiển Groundhook,(a) Ý tưởng và (b) Thực hiện ................ 42
Hình 2.12. Sự kết hợp giữa điều khiển Skyhook và Groundhook, (a) Ý tưởng
và (b) Thực hiện .............................................................................................. 43
Hình 2.13. Hệ thống điều khiển tự động với điều khiển mờ[8,9]................... 44
Hình 2.14. Kết cấu và nguyên lý làm việc của giảm chấn thủy lực lưu chất từ
tính................................................................................................................... 45


vii

Hình 2.15. Mặt cắt giảm chấn thủy lực lưu chất từ tính ................................. 46

Hình 2.16. Hàm thuộc trong Matlab ............................................................... 48
Hình 2.17. Mối quan hệ và các giá trị luật hợp thành.................................... 48
Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng tổng thể dao động bằng Matlab-Simulink R2012b
......................................................................................................................... 52
Hình 3.2. Gia tốc theo phương thẳng đứng theo miền thời gian của ghế ngồi
người điều khiển.............................................................................................. 55
Hình 3.3. Gia tốc góc lắc dọc của cabin theo miền thời gian ......................... 55
Hình 3.4. Sơ đồ đánh giá hiệu quả hệ thống treo bán chủ động cabin .......... 57
......................................................................................................................... 57
Hình 3.5. So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị
động: Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển ở
Trường hợp 1................................................................................................... 57
Hình 3.6. So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị
động: Gia tốc góc lắc dọc của cabin ở Trường hợp 1 ..................................... 58
Hình 3.7. So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị
động: Gia tốc theo phương thẳng đứng của ghế ngồi người điều khiển ở
Trường hợp 2................................................................................................... 59
Hình 3.8. So sánh hệ thống treo bán cabin chủ động với hệ thống treo cabin bị
động: Gia tốc góc lắc dọc của cabin ở Trường hợp 2 ..................................... 60


8

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1............... 16
Bảng 2.1. Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15]
......................................................................................................................... 39
Bảng 2.2. Bảng luật điều khiển Fuzzy ............................................................ 49
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật của xe sơ mi-rơ moóc 5 cầu [13] ................
53

Bảng 3.2. So sánh các giá trị gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi
người điều khiển và góc lắc dọc cabin trước và sau điều khiển giảm chân thủy
lực ở Trường hợp 1. ........................................................................................ 58
Bảng 3.3. So sánh các giá trị gia tốc bình phương trung bình của ghế ngồi
người điều khiển và góc lắc dọc cabin trước và sau điều khiển giảm chân thủy
lực ở Trường hợp 2. ........................................................................................ 60


9

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
TT

Thông số

Ký hiệu

Đơn vị

1

Khối lượng người điều khiển và ghế

ms

kg

2

Khối lượng cabin

mc

kg

3

Khối lượng thùng sơ mi- rơ moóc

mff

kg

4

Khối lượng khung trước

mfr

kg

l1

m

l2

m

l3

m

l4

m

l5

m

l6

m

5
6
7
8
9
10

Khoảng cách tâm cầu 1 và trọng tâm khung
trước sơ mi- rơ moóc
Khoảng cách tâm cầu thứ 2 và trọng tâm khung
trước sơ mi- rơ moóc
Khoảng cách tâm cầu thứ 3 và trọng tâm khung
trước sơ mi- rơ moóc
Khoảng cách tâm cầu thứ 5 và trọng tâm thùng
sơ mi- rơ moóc

Khoảng cách tâm cầu thứ 4 và trọng tâm thùng
sơ mi- rơ moóc
Khoảng cách từ trọng tâm thùng sơ mi- rơ
moóc và chốt kéo

11

Độ cứng của hệ thống treo cầu 1

k1

N/m

12

Độ cứng của hệ thống treo cầu 2

k2

N/m

13

Độ cứng của hệ thống treo cầu 3

k3

N/m

14

Độ cứng của hệ thống treo cầu 4

k4

N/m

15

Độ cứng của hệ thống treo cầu 5

k5

N/m

16

Độ cứng của lốp xe 1

kt1

N/m

17

Độ cứng của lốp xe 2

kt2

N/m

18

Độ cứng của lốp xe 3

kt3

N/m


1
0

19

Độ cứng của lốp xe 4

kt4

N/m

20

Độ cứng của lốp xe 5

kt5

N/m

21

Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 1

c1

N.s/m

22

Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 2

c2

N.s/m

23

Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 3

c3

N.s/m

24

Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 4

c4

N.s/m

25

Hệ số cản giảm chấn hệ thống treo cầu 5

c5

N.s/m

26

Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 1

ct1

N.s/m

27

Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 2

ct2

N.s/m

28

Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 3

ct3

N.s/m

29

Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 4

ct4

N.s/m

30

Hệ số cản giảm chấn lốp cầu 5

ct5

N.s/m

31

Độ cứng của chốt kéo

kk

N.s/m

32

Hệ số cản giảm chấn chốt kéo

ck

N.s/m

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




1

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện tại, với sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, nhiều
loại xe ô tô hạng nặng, xe đầu kéo với các hình dáng khí động lực học khác
nhau và công suất khác nhau được nhà nghiên cứu và thiết kế liên tục phát
triển sản phẩm. Việc vận chuyển hàng hóa ngày càng tăng, xe đầu kéo ... có
sự phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, chúng ta cũng có thể thấy sự ảnh hưởng
lớn của các loại phương tiện này. Thời gian vừa qua ở nước ta, nhiều tuyến
đường vừa mới đưa vào khai thác, sử dụng đã xuất hiện những hư hỏng, rạn
nứt, bề mặt mặt đường bị phá hủy sớm hơn so với dự báo của thiết kế; đã có
nhiều nghiên cứu, trao đổi học thuật xung quanh vấn đề vật liệu, chất lượng
thi công, phương pháp thiết kế, điều tra tải trọng, lưu lượng xe, tình trạng xe
quá tải nhằm tìm ra các nguyên nhân và đề ra các giải pháp khắc phục, bước
đầu đã thu được những kết quả nhất định. Một trong những nguyên nhân
khách quan đó là sự quá tải của các phương tiện, ảnh hưởng hưởng của dao
động của của các phương tiện giao thông trong quá trình chuyển động gây ra,
đặc biệt là các phương tiện có kích thước và xe tải trọng lớn. Tuy nhiên, vấn
đề giảm dao động truyền đến con người và hàng hóa đối với các xe tải nặng
các nhà nghiên cứu và thiết kế luôn quan tâm hoàn thiện và tối ưu thiết kế hệ

thống treo của xe. Để nâng cao độ êm dịu của cabin đầu kéo, giữa thân xe và
cabin có liên kết bằng hệ thống treo. Nghiên cứu hoàn thiện thiết kế cũng như
tối ưu thiết kế, thậm chí là điều khiển hệ thống treo cabin xe đầu kéo có ý
nghĩa quan trọng nhằm nâng cao độ êm dịu người điều khiển và nâng cao
năng xuất lao động người điều khiển cũng như giảm các bệnh nghề nghiệp do
dao động gây ra.
Trước những vấn đề trên nhằm nâng cao độ êm dịu của cabin xe đầu
kéo, em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu điều khiển giảm chấn thủy lực
của hệ thống treo cabin xe đầu kéo” làm đề tài Luận văn thạc sỹ của mình
dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS. Lê Văn Quỳnh.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




2

Mục tiêu nghiên cứu: Mục tiêu chung của luận văn này tập trung vào
mục tiêu ứng dụng lý thuyết điều khiển thông minh để xây dựng bộ luật điều
khiển với mục đích điều khiển hệ số cản sao cho giảm được dao động truyền
lên cabin người lái là nhỏ nhất.
Mục tiêu cụ thể:
- Xác định mô hình hệ thống giảm chấn tích cực cho cabin xe đầu kéo;
- Mô phỏng và đánh giá hệ thống;
- Xây dựng bộ điều khiển Fuzzy cho hệ thống giảm chấn tích cực;
- Đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển.
Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng mô hình dao động toàn xe
Đối tượng: Hệ thống treo cabin xe đầu kéo
Phương pháp nghiên cứu: Lý luận và kết hợp mô phỏng bằng phần
mềm Matlab/Simulink để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo xe đầu kéo có

điều khiển nhằm nâng độ êm dịu chuyển động cho người điều khiển.
Nội dung chính của luận văn như sau:
Chương 1. Tổng quan về đề tài nghiên cứu;
Chương 2. Xây dựng mô hình dao động và thiết kế bộ điều khiển ;
Chương 3. Mô phỏng và phân tích hiệu quả
Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Luận văn đã xây dựng được mô hình dao
động toàn xe để khảo sát hệ thống treo cabin; Thiết lập hệ phương trình vi
phân mô tả dao động toàn xe; Mô phỏng và phân tích so sánh hiệu quả của hệ
thống treo cabin bán chủ động cabin so với hệ thống treo cabin bị động khi xe
hoạt động các điều khiện khác nhau
Trong thời gian làm luận văn, tác giả đã có nhiều cố gắng tích cực và
chủ động học hỏi, vận dụng các kiến thức đã được học và tìm hiểu các kiến
thức mới. Dưới sự hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Lê Văn Quỳnh và các thầy
trong Bộ môn kỹ thuật ô tô, Khoa Kỹ thuật Ô tô và Máy động lực, Trường
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, đặc biệt thầy ThS. Bùi Văn Cường, đề tài đã
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




3

được hoàn thành các mục tiêu và nhiệm vụ đề ra. Mặc dù hết sức cố gắng
nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên luận văn của em khó tránh khỏi
thiếu sót, em mong nhận được sự chỉ bảo thêm của các thầy và đồng nghiệp
để Luận văn hoàn thiện hơn.
Trân trọng cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2020

HỌC VIÊN

Trịnh Ngọc Tú

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Nội dung của chương này đề cập đến các vấn đề chung hệ thống treo ô
tô và hệ thống treo cabin cũng như các phương pháp điều khiển; phân tích
các chỉ tiêu đánh giá dao động; phân tích kết quả các công trình nghiên cứu
trong nước và thế giới liên quan đến đối tượng nghiên cứu trong luận văn. Từ
đó đưa ra mục tiêu, nội dung cũng như phương pháp nghiên cứu các chương
tiếp theo.
1.1. Hệ thống treo ô tô và hệ thống treo cabin
Nhiệm vụ của hệ thống treo trên ô tô là nối đàn hồi giữa khối lượng
không được treo với không được treo. Kết cấu hệ thống treo gồm: Phần tử
giảm chấn, phần tử đàn hồi và phần tử dẫn hướng, nhiệm vụ cụ thể:
- Phần tử đàn hồi có tác dụng làm giảm nhẹ dao động;
- Phần tử giảm chấn có tác dụng dập tắt dao động;
- Phần tử dẫn hướng có nhiệm vụ truyền lực dọc và lực ngang từ bánh
xe lên thân xe.
a). Kết cấu hệ thống treo trên xe ô tô đầu kéo

Hình 1.1. thể hiện cho hệ thống treo thụ động với bộ phần đàn hồi là
các lá nhíp. Phần tử đàn hồi bộ nhíp lá được cấu tạo từ các lá thép đàn hồi
được bó lại với nhau, có chiều dày và cứng lớn, liên kết với khung xe qua các
tai nhíp do vậy đảm bảo khả năng truyền lực hay đóng vai trò của bộ phận
dẫn hướng trong khi bánh xe dịch chuyển.
Hình 1.2 hệ thống treo có phần tử đàn hồi là khí nén. Hệ thống treo khí
nén dùng trên ôtô được hình thành trên cơ sở khả năng điều chỉnh độ cứng
của buồng đàn hồi khí nén (ballon) theo chuyển dịch của thân xe. Bộ phận
đàn hồi khí nén với đường đặc tính đàn hồi phi tuyến, kết cấu và việc lắp đặt
khá đơn giản, được sử dụng trên các loại xe có chất lượng tốt: xe con, xe buýt
chất lượng cao, xe tải có trọng tải lớn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




5

Hình 1.1. Hệ thống treo phẩn từ đàn hồi lá nhíp

Hình 1.2 Hệ thống treo bộ phận đàn hồi khí nén
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




6

Hệ thống treo với phần tử đàn hồi khí nén thường đi kèm với nó phần
tử giảm chấn thủy lực vì hệ số cản của các lớp khí nén của phần tử đàn hồi

khí nén nhỏ. Hệ thống treo có kết hợp khí nén và giản chấm thủy lực được thể
hiện trên Hình 1.3.

Hình 1.3 Hệ thống treo có kết hợp khí nén và giản chấm thủy lực
b). Kết cấu hệ thống treo cabin

Hình 1.4 Mộ số hệ thống treo cabin
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




7

Nhiệm vụ của hệ thống treo cabin nối đàn hồi thân xe và cabin. Bộ phận
đàn hồi gồm lò xo, khí nén, điện từ,... và phần tử giảm chấn thủy lực hoặc
điện điện từ.
Bộ giảm chấn có tác dụng dập tắt các dao động lan truyền đến cabin
người điều khiển.
Hệ thống treo cabin thông thường gồm có hệ thống treo phận đàn hồi là
lò xo và giảm chấn thủy lực; hệ thông có bộ phận đàn hồi là khí nén và giảm
chấn thủy lực (Hình 1.4) và hệ thống treo điện điện từ.
1.2. Hệ thống treo bán tích cực và hệ thống treo tích cực
Trong quá trình chuyển động của ô tô các mấp mấp mô mặt đường tác
động lên ô tô một cách ngẫu nhiên chính vì vậy đối với hệ thống treo thụ động
khó có thể đáp ứng được vấn đề êm dịu chuyển động và giảm thiểu các tác
động từ phương tiện xuống mặt đường. Chính vì vậy đòi hỏi hệ thống treo
phải thay đổi được đặc tính một cách linh hoạt sao cho phù hợp với các điều
kiện khai thác. Trên cơ sở đó thì đã có các kết cấu mới, và ứng dụng công
nghệ điều khiển tự động cho cho hệ thống treo được thể hiện dưới đây.

Hệ thống treo bị động
Hình 1.5 mô hình hoác cho các hệ thống treo, với các dịch chuyển theo
phương thẳng đứng của khối lượng được treo và khối lượng không được treo
lần lượt là Zb và Za là dịch chuyển khối lượng không được treo; K là độ cứng
của phần tử đàn hồi; C là hệ số cản của giảm chấn; Cs là hệ số cản giảm chấn
bán tích cực; Kt là độ cứng của lốp; Fa là lực sinh ra của hệ thống treo tích
cực.
Hệ thống treo bị động được thể hiện trong (Hình 1.5a). Đối với hệ
thống treo này chỉ phù hợp trong điều kiện khai thác ở chế độ ổn định với
mấp mô mặt đường nhất định. Do đặc tính của bộ phận giảm chấn và bộ phần
đàn hồi chỉ hoạt động trong giới hạn đã được tính toán nhất định.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




8

zb

Khối lượng được treo

K

K

C

za

Khối lượng không
được treo

Kt

za

za

Khối lượng không
được treo

Kt

Ct

Ct

q

q
(a)

Fa

Khối lượng không
được treo

t

zb

Khối lượng được treo

Cs

K

Ct

zb

Khối lượng được treo

(b)

q
(c)

Hình 1.5. Mô hình các hệ thống treo
a) Hệ thống treo bị động; b) Hệ thống treo bán tích cực; c) Hệ thống treo tích
cực
Ưu điểm của hệ thống treo này là giá thành rẻ, tốn rất ít nhiên liệu cho
hệ thống treo. Song nhược điểm lại là độ êm dịu chuyển động kém, chỉ đáp
ứng được cho một số loại đường, độ an toàn chuyển động không cao.
Do vậy, để đáp ứng các chỉ tiêu độ êm dịu chuyển động và độ an toàn
chuyển động trên tất cả các loại đường khác nhau thì các đặc tính của hệ
thống treo cần phải thay đổi trong quá trình ô tô chuyển động phù hợp với các
đặc tính của đường và vị trí khung vỏ xe được điều khiển nhờ hệ thống điều
khiển tự động. Tùy thuộc vào khả năng điều khiển các thông số của hệ thống

treo có điều khiển, người ta phân thành hai loại: Hệ thống treo bán tích cực
(hệ thống treo chỉ có thông số của giảm chấn được điều khiển) và hệ thống
treo tích cực hoàn toàn (hệ thống treo tích cực). Trong hai loại trên, hệ thống
treo tích cực đang được
Hệ thống treo bán chủ động (bán tích cực)
Hệ thống bán chủ động (Hình 1.5b) chỉ có thể thay đổi độ nhớt của bộ
giảm chấn, và không làm tăng độ cứng cho bộ phận đàn hồi. Mặc dù bị hạn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




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.
Dẫn động bằng van điện từ (solenoid):
Loại này là loại cơ bản nhất của hệ thống treo bán chủ động và có giá
thành thấp nhất. Chúng bao gồm một van điện từ làm thay đổi lưu lượng của
dòng nhớt bên trong giảm chấn, do đó thay đổi độ giảm chấn của hệ thống
treo. Các van điện từ được nối với máy tính, tại đó sẽ được gửi đi các lệnh
phụ thuộc vào thuật toán điều khiển (thường được gọi là kỹ thuật "SkyHook").
Bộ giảm chấn dùng lưu chất biến từ:
Một phương pháp khác được phát triển gần đây là dùng một bộ giảm
chấn có chứa chất lưu biến từ, trong hệ thống mang tên Magne Ride.
Trong hệ thống đã được phát triển trong vòng 25 năm này, dòng chất
lỏng giảm chấn được chứa các hạt kim loại (vì vậy gọi là lưu chất biến từ).
Thông qua các máy tính, đặc tính của giảm chấn được điều khiển bởi một
nam châm điện. Về cơ bản, việc tăng lưu lượng lưu chất vào giảm chấn sẽ

làm tăng độ nén, phục hồi của lò xo, và việc giảm lưu lượng sẽ làm giảm hiệu
quả hoạt động của giảm chấn.Thông tin từ các cảm biến bánh xe (cảm biến về
độ co giãn của lò xo), cảm biến vô lăng, cảm biến gia tốc và một số cảm biến
khác sẽ được sử dụng để tính toán độ cứng tối ưu. Phản ứng nhanh chóng của
toàn hệ thống cho phép, ví dụ như, có thể làm một bánh xe di chuyển một
cách nhẹ nhàng êm ái qua một ổ gà hoặc một tảng đá trên đường.
Hệ thống treo chủ động (tích cực):
Hệ thống treo tích cực (Hình 1.5c) sử dụng các bộ chấp hành riêng biệt
để tạo ra các lực đến từng bộ phận đàn hồi 1 cách độc lập ở mỗi bánh xe để
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




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 kĩ thuật viên đủ khả năng sửa chữa cũng như chẩn đoán hư hỏng 1
cách chính xác.
Thủy lực:
Hệ thống treo thủy lực được điều khiển bằng một cơ cấu servo thủy
lực. Các áp lực thủy lực cho servo được cung cấp bởi một bơm thủy lực áp
suất cao dùng các piston hướng kính. Các cảm biến liên tục giám sát độ dịch
chuyển của thân xe và chế độ lái, để từ đó liên tục cung cấp dữ kiện cho máy
tính.

Hình 1.6. Hệ thống treo tích cực hoàn toàn
Sau khi máy tính nhận và xử lý dữ liệu, nó tác động đến các servo thủy
lực (được gắn bên cạnh mỗi bánh xe). Gần như ngay lập tức, hệ thống treo

được điều chỉnh bởi servo để tạo ra các lực chống lại sự nghiêng ngang của
thân xe, sự chúi đầu hay chúi đuôi trong các chế độ lái xe khác nhau.
Trong thực tế, hệ thống này luôn kết hợp chức năng tự động điều chỉnh
độ cứng của bộ phận đàn hồi và chức năng điều chỉnh độ cao gầm xe, và các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




phiên bản sau này, nó liên quan với tốc độ xe trong mục đích cải thiện tính
năng khí động học, ví dụ như làm giảm độ cao gầm xe khi chạy ở tốc độ cao.
Thu hồi điện từ.
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 thông qua việc
tận dụng các mô tơ như máy phát điện. Thiết kế này gần như đã khắc phục
được các nhược điểm của hệ thống thủy lực là thời gian đáp ứng chậm và tiêu
thụ năng lượng cao.
Kết luận: trong luận văn này giảm chấn chủ động làm việc lưu chất từ
được ứng dụng cho hệ thống treo bán chủ động cabin, về mặt cấu tạo sẽ được
phân tích rõ trong phần tiếp theo chương 2.
1.3. Phân tích các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu cabin và người điều
khiển[2,3]
Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá dộ êm dịu chuyển động phương tiên.
Theo các tài liệu các công trình nghiên cứu của nước ngoài cùng với sự kết
hợp kết quả nghiên cứu của Viện khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động Việt
nam, dưới đây làm một số chỉ tiêu đánh giá.
1.3.1. Tần số và gia tốc dao động
+ Tần số dao động:
Tần số dao động xe con nằm trong khoảng

n =60 – 90 lần/phút đối với xe con;
n=100-120 lần/phút đối với xe vận tải;
+ Gia tốc dao động
Giá trị này được lấy theo tần số trung bình trung bình của gia tốc theo
các phương X,Y,Z là

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




..

Z c  2.5
..

Yc  0.7
..

X c  1.0

Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển
động của ô tô bỏi vì nó dự trên cơ sở số liệu thống kê.
1.3.2.Chỉ tiêu về độ êm dịu được Hiệp hội kỹ sư Đức VDI
A Chỉ tiêu về độ êm dịu cho con người:
Chỉ tiêu đưa ra bằng tiêu chuẩn công nghiệp Đức VDI- 2057. Độ êm
dịu chuyển động là cảm giác của người, đặc trưng bởi nhiều thông số vật lý.
Do đó, người ta đưa ra khái niệm “cường độ dao động KB” để chỉ mức độ ảnh
hưởng của dao động với người.
Cường độ dao động KB phụ thuộc:

..

..

..

- Gia tốc z , y , x

- Tần số kích động
- Thời gian tác động
Có 3 ngưỡng được dùng để đánh giá:
KB= 20 giới hạn êm dịu KB=
50 giới hạn điều khiển KB=
125 giới hạn gây bệnh lý
* Cảm giác theo gia tốc và vân tốc dao động
Chỉ tiêu này được đưa ra đánh giá trên cơ sở cho rằng cảm giác con
người khi chịu dao động phụ thuộc vào hệ số đệm êm dịu chuyển động K. Hệ
số K phụ thuộc vào tần số dao động, gia tốc hoặc vận tốc dao động, phương
dao động(theo phương thẳng đứng và phương ngang) và thời gian tác động
của chúng lên cở thể con người.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN




..

Hệ số K được xác định theo trị số biên độ gia tốc Z hoặc bình phương
..

trung bình Z c theo công thức sau:
K

12.5

..

trong đó:

1
0.01. 2

.2. ..
Z

18

..

1 0.01. 2

( 1-1)

. k .
Zc
y Zc

 : tần số dao động (Hz)
..

: gia tốc dao động ( m.s2 )

..

:bình phương trung bình của gia tốc( m.s2 )

Zc
Zc

k y : hệ số hấp thụ

Nếu K= constan thì cảm giác khi dao động sẽ không thay đổi. Nếu con
người chịu dao động ở tư thế nằm thì hệ số ky giảm đi một nửa. Hệ số K càng
nhỏ thì càng dễ chịu đựng dao động và độ êm dịu của ô tô càng cao. Giá trị
K=0.1 tương ứng với ngưỡng kích thích. Khi ngồi lâu dài trên xe K = 10-25,
khi ngồi trong thời gian ngắn K=25-63.
Z c (m.s 2 )

20
10
5
2
1
0.5
0,2
0 0,2 1
100

2

5

10

20

50

(Hz)

Hình 1.7. Các đường cong cảm giác như nhau ở dao động điều hòa


Những công thức và số liệu đưa ra ở trên là ứng với tác động lên con
người là hàm điều hoà. Khi kích thích dao động ở trên là hàm ngẫu nhiên thì
giá trị hệ số K được xác định theo công thức sau:
K 

n

 Ki

(1-2)

i1

trong đó:
Ki- hệ số độ êm dịu của thành phần thứ i.
n- số thành phần của hàm ngẫu nhiên

Giá trị của K có thể xác định bằng tính toán hoặc xác định bằng thực
nghiệm.
Zc1
Zc

Z(t)

K1
K2

K

2

Zc

Ki

3

i

1

2

Hình 1.8. Sơ đồ xác định thực nghiệm hệ số độ êm dịu K
Đánh giá cảm giác theo công suất dao động.
Chỉ tiêu này dựa trên giả thiết rằng: cảm giác của con người khi dao
động phụ thuộc vào trị số của công suất dao động truyền cho con người.

Công suất trung bình truyền đến con người sẽ là:
1
N c  lim
T  P(t).v(t).dt
3)
Trong đó:

p(t)- Lực tác động lên con người khi dao động.

v- Vận tốc dao động.
Số liệu thực nghiệm theo giá trị cho phép [Nc].
+ [Nc] = 0,2  0,3 (W) – tương ứng với cảm giác thoải mái.

(1-


+ [Nc] = 6  10 (W) – là giới hạn cho phép đối với ô tô có tính
năng
thông qua cao.
Ư u điểm cơ bản của chỉ tiêu này là nó cho phép kể đến tác dụng đồng
thời của dao động với các tần số khác nhau và theo các hướng khác nhau.
Năng lượng tổng cộng truyền đến con người có thể xác định như sau:
n

N   (K .Zci  K zci .Zcci  K xi .X ci  K yi
c

(1-4)

zi

.Yci )
2

2

2

2

i1

trong đó:
K(x,y, z)i : hệ số hấp thụ;
Zc : gia tốc dao động thẳng đứng truyền qua chân.
Zcc : gia tốc dao động thẳng đứng truyền qua ghế ngồi.
X c : gia tốc hướng dọc.
Yc : gia tốc theo hướng ngang.

Các số liệu nhận được phản ánh tính phức tạp của sự cảm nhận dao động
của con người. Chúng ta có thể đưa ra kết luận chung: những tác động phụ
truyền qua chân không lớn như những tác động truyền qua ghế ngồi. Bởi vì
trong tư thế đứng tác động của dao động bị yếu đi bởi các khớp xương của
chân.
Trong điều kiện Việt Nam hiện nay khó có thể tính toán đo đạc được
toàn bộ giá trị của gia tốc theo ba phương X, Y, Z. Vì vậy chỉ tiêu công suất
trên nêu ra chỉ mang tính tham khảo
n

N c   K yi

( ).aci

2

i1

b, Chỉ tiêu về độ êm dịu cho hàng hoá

(1-5)