Nghiên cứu biện pháp tối ưu hoá hệ thống treo xe bus sử dụng ở thành phố Hồ Chí Minh

Nội dung text: Nghiên cứu biện pháp tối ưu hoá hệ thống treo xe bus sử dụng ở thành phố Hồ Chí Minh

1. NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP TỐI ƯU HOÁ HỆ THỐNG TREO XE BUS SỬ DỤNG Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH OPTIMAL DESIGN OF BUS SUSPENSION SYSTEM FOR RIDE AND ROAD HOLDING Lương Hữu Thoại Trường ĐH 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. 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). I.GIỚI THIỆU 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. II. NỘI DUNG 1.Mô hình xe đầy đủ.
2. zs4 L2 y c4 F z 4 k L1 s4 z θ zu4 s2 Lw z ϕ m, I , I z c F s3 x y k ur 2 2 c3 t4 F3 ks2 훽 zu2 ks3 x w4 mur, Iur z zuf u3 zs1 c1 kt2 w2 F1 kt3 α ks1 w3 muf, Iuf zu1 kt1 w1 Hình 1: Mô hình xe đầy đủ (7 DOF) Trong đó: m : khối lượng phần được treo [kg]. 2 Ix : momen quán tính khối lượng của phần được treo quanh trục Ox [kgm ]. 2 Iy : momen quán tính khối lượng của phần được treo quanh trục Oy [kgm ]. : góc xoay thân xe quanh trục Oy [rad]. z : tọa độ trọng tâm phần được treo theo phương z [m]. L1 , L2 : khoảng cách trọng tâm phần được treo đến tâm cầu trước, sau [m]. muf, mur : khối lượng phần không được treo trước và sau [kg]. zs1,zs2, zs3,zs4 : tọa độ phần được treo trước và sau theo phương z [m]. ks1, ks2, ks3, ks4 : độ cứng bộ phận đàn hồi trước và sau [N/m]. c1, c2, c3, c4 : hệ số giảm chấn trước và sau [Ns/m]. zu1, zu2, zu3, zu4 : tọa độ phần không được treo theo phương z trước và sau [m]. kt1, kt2, kt3, kt4 : độ cứng của lốp xe trước và sau [N/m]. w1, w2, w1, w2 : tọa độ mặt đường tại vị trí tiếp xúc với lốp xe trước và sau [m]. F1, F2, F3, F4 : lực tương tác cần thiết lên hệ thống treo trước và sau [N]. 2.Thiết lập hệ phương trình Áp dụng định luật 2 Newton với từng khối ta có các phương trình: ̈ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̈ ̇ ̇
3. ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̈ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̈ [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] ̇ [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] ̇ [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] ̇ ( ) ( ) ̇ ( ) ( ) ̇ ( ) ( ) ( ) ( ) ̈ [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] ̇ [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] ̇ [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] ̇ ( ) ( ) ̇ ( ) ( ) ̇ ( ) ( ) ( ) ( ) ̈ [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] ̇ [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] ̇ [ ( ) ( ) ] [ ( ) ( ) ] ̇ ( ) ( ) ̇ ( ) ( ) ̇ ( ) ( ) ( ) ( )
4. ̈ [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] ̇ [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] ̇ [( ) ( ) ] [( ) ( ) ] ̇ ( ) ( ) ̇ ( ) ( ) ̇ ( ) ( ) ( ) ( ) 3.Thành lập phương trình trạng thái từ phương trình vi phân trên Đặt các biến trạng thái: ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ Hệ phương trình viết dưới dạng phương trình trạng thái : ̇ 4.Thành lập phương trình đầu ra Đặt ̈ ̈ ̈ Ta được phương trình đầu ra: Mục tiêu thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống treo tích cực nhằm cải thiện độ êm dịu và ổn định chuyển động của xe. Gia tốc thẳng đứng ̈ của thân xe, gia tốc góc lắc dọc ̈ và lắc ngang ̈ , độ biến dạng Lốp cần giảm thiểu đến mức có thể. Từ đó ta có hàm số mục tiêu:
5. ∫ ̈ ̈ ̈ Hay ∫ Trong đó: : trọng số gia tốc thẳng đứng thân xe. : trọng số gia tốc góc lắc ngang thân xe. : trọng số gia tốc góc lắc dọc thân xe. : trọng số độ võng hệ treo. : trọng số độ biến dạng lốp. : trọng số véc tơ điều khiển. Q : ma trận trọng số trạng thái. R : ma trận trọng số điều khiển. 5.Kết quả mô phỏng mô hình xe đầy đủ 5.1 Biên dạng mặt đường hình sin liên tục Bien dang mat duong 0.03 Banh truoc trai Banh sau trai 0.025 Banh truoc phai Banh sau phai 0.02 0.015 Bien Bien dang (m) 0.01 0.005 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Thoi gian(sec) 5.2 Chuyển vị thẳng đứng thân xe
6. Chuyen vi thang dung than xe 0.04 HTT tich cuc HTT thu dong 0.03 0.02 0.01 Chuyen vi (m) 0 -0.01 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian(sec) 5.3 Gia tốc thẳng đứng thân xe Gia toc thang dung than xe 1.5 HTT tich cuc HTT thu dong 1 0.5 0 Gia Gia toc (m/s2) -0.5 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian(sec) 5.4 Độ biến dạng Nhíp trước trái Do bien dang Nhip truoc trai 0.01 HTT tich cuc HTT thu dong 0.005 0 -0.005 -0.01 Do bien dang (m) -0.015 -0.02 -0.025 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian(sec)
7. 5.5 Độ biến dạng Lốp trước trái -3 Do bien dang lop truoc trai x 10 3 HTT tich cuc HTT thu dong 2 1 0 Do bien dang (m) -1 -2 -3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian(sec) 5.6 Lực tương tác mô hình xe đầy đủ Luc tuong tac len he thong treo 2000 F1 ,max(F1)=4445.7148(N) F2 ,max(F2)=3595.8591(N) 1000 F3 ,max(F3)=3574.0104(N) F4 ,max(F4)=4288.0312(N) 0 -1000 -2000 Luc tuong tac(N) -3000 -4000 -5000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian(sec) 5.7 Kết luận Xây dựng hệ thống treo tích cực hoàn toàn với phương pháp điều khiển LQR, so sánh với hệ thống treo thụ động trên các phương diện ổn định và êm dịu của xe. Kết quả mô phỏng cho thấy, với hệ thống treo tích cực chỉ cần điều khiển lực tương tác trong phạm vi 4500 N, sẽ làm cho hệ treo của xe ổn định hơn, trọng số gia tốc R.M.S giảm đáng kể so với hệ thống treo thụ động, độ chuyển vị thân xe, độ biến dạng Lốp đều nhỏ hơn hệ thống treo thụ động.
8. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Nguyễn Văn Phụng. Lý Thuyết Tính Toán Dao Động Ô Tô. Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật, 1997, tr.9. [2] TS Nguyễn Thị Phương Hà. Lý Thuyết Điều khiển Tự Động. NXB ĐHQG, 2012, tr.61,62,63. [3] Reza N. Jazar. Vehicle Dynamics:Theory and Application. Springer 2008, tr.742. [4] Georg Rill. Vehicle Dynamics. FH Regensbugrg 2012, tr.11. [5] Katsuhiko Ogata. Modern Control Engineering. Fifth Edition, Prentice Hall 2010, tr.649. [6] Naidu. Optimal Control Systems. CRC Press 2003, tr.112. Thông tin liên hệ tác giả: Họ tên: Lương Hữu Thoại Đơn vị: Điện thoại:0909628648. Email:luonghuuthoai1234@gmail.com
9. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.