Đang tải... (xem toàn văn)
PHẦN A. ACTIVE SUSPENSION CONTROL SYSTEM CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1. Lý do chọn đề tài Sự ra đời của chiếc ô tô đầu tiên trên Thế giới đã mở ra một kỷ nguyên mới trong đời sống nhân loại. Chiếc ô tô không chỉ giúp chúng ta đi lại từ nơi này đến nơi khác một cách nhanh chóng, hay vận chuyển hàng hóa một cách dễ dàng, thuận tiện song bên cạnh đó ô tô còn mang lại sự an toàn và thoải mái cho con người khi tham gia giao thông vận tải. Ô tô đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống con người. Cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội, nhu cầu về giao thông vận tải của con người ngày càng tăng cao, do đó ngành công nghệ sản xuất ô tô cũng ngày càng phát triển nhanh chóng. Với nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng cao, đòi hỏi các nhà sản xuất ô tô lớn trên thế giới phải nghiên cứu nhiều hệ thống để nâng cao hiệu quả làm việc của ô tô, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, cũng như là nâng cao tính tiện nghi trên ô tô vì là tiêu chí đánh giá, tin dùng của khách hàng cũng như sự cạnh tranh thị trường của các hãng sản xuất ô tô. Độ êm ái và thoải mái là một trong những yếu tố được quan tâm hàng đầu của nhiều khách hàng khi chọn mua ô tô cũng là tiêu chí cho nhà sản xuất ô tô nghiên cứu để tăng tính cạnh tranh sản phẩm của họ. Có nhiều tác nhân và thành phần ảnh hưởng đến độ thoải mái của một chiếc xe, trong đó tác nhân đầu tiên và quan trọng nhất chính là hệ thống treo của xe. 1.2. Mục tiêu của đề tài Khi ô tô chuyển động thì mặt đường là nguồn kích thích dao động chính, gây lên sự rung lắc làm ảnh hưởng tiêu cực đến người lái cũng như hành khách trên xe. Bên cạnh đó ngoài việc nâng cao độ êm dịu cho ô tô thì độ an toàn cũng rất quan trọng. Khi người lái đánh lái hoặc khi quay vòng trên đường với tốc độ cao sẽ rất nguy hiểm bởi vì khi đó lực quán tính ngang của ô tô tăng lên rất nhanh, điều này dẫn đến khả năng ô tô bị lật ngang. Tai nạn do lật ngang thường rất trầm trọng và gây nguy hiểm đến tính mạng con người cũng như phương tiện và cơ sở hạ tầng. Để nâng cao tính ổn định ngang của ô tô, các giải pháp có thể được áp dụng bao gồm: thay đổi kết cấu của thanh ổn định ngang bị động, sử dụng các hệ thống có điều khiển như hệ thống treo, hệ thống lái và hệ thống phanh... Để cải thiện được điều này có nhiều nghiên cứu được thực hiện đối với hệ thống treo, hệ thống phanh, hệ thống lái hoặc kết hợp chúng. Trong đó nghiên cứu về hệ thống treo được chứng minh là giải pháp hiệu quả nhất.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN MƠN HỌC ACTIVE SUSPENSION CONTROL SYSTEM Mơn học: Hệ thống điều khiển tự động ô tô SVTH:TRẦN NHẬT THANH HUY MSSV: 19145047 SVTH: HUỲNH NGUYỄN ANH KIỆT MSSV: 19145255 SVTH: TRẦN HỮU NHÂN MSSV: 19145278 SVTH: NGUYỄN TRỌNG LƯỢNG MSSV: 19145048 SVTH: VÕ HOÀI NGHĨA MSSV:19145275 GVHD: THS NGUYỄN TRUNG HIẾU Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN MƠN HỌC ACTIVE SUSPENSION CONTROL SYSTEM Mơn học: Hệ thống điều khiển tự động ô tô SVTH:TRẦN NHẬT THANH HUY MSSV: 19145047 SVTH: HUỲNH NGUYỄN ANH KIỆT MSSV: 19145255 SVTH: TRẦN HỮU NHÂN MSSV: 19145278 SVTH: NGUYỄN TRỌNG LƯỢNG MSSV: 19145048 SVTH: VÕ HOÀI NGHĨA MSSV:19145275 GVHD: THS NGUYỄN TRUNG HIẾU Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Tên đề tài: ACTIVE SUSPENSION CONTROL SYSTEM Về hình thức trình bày & tính hợp lý tiểu luận: Về nội dung (đánh giá chất lượng tiểu luận): 3.Đánh giá (theo thang điểm 10): Giáo viên hướng dẫn i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Giảng viên phản biện ii LỜI CẢM ƠN Nhóm chúng em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Trung Hiếu truyền đạt đến chúng em kiến thức bổ ích mơn “Hệ thống điều khiển tự động ô tô” Thầy hướng dẫn tận tình để nhóm hồn thành đề tài kết thúc môn cách tốt Trải qua mơn học chúng em học thêm nhiều hệ thống ô tô đặc biệt hệ thống treo ô tô Tuy nỗ lực cố gắng q trình học khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong thầy bạn đóng góp ý kiến để đề tài nhóm chúng em hồn chỉnh Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! Cuối em kính chúc thầy có nhiều sức khỏe thành cơng đường nghiệp iii MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv PHỤ LỤC HÌNH ẢNH vii PHẦN A ACTIVE SUSPENSION CONTROL SYSTEM CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Vấn đề cần tập chung vào đề tài nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung hệ thống treo 2.2 Hệ thống treo chủ động (Active Suspension System) 2.2.1 Cấu Tạo 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 2.2.3 Hệ Thống Treo Khí Nén Điện Tử (EAS – Electronic Air Suspension) iv 2.2.4 Hệ thống treo chủ động kiểu thu hồi điện từ (Electronic recuperative suspension) CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO ¼ VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 11 3.1 Xây dựng mơ hình hệ thống treo ¼ 11 3.1.1 Mơ hình vật lý 11 3.1.2 Mơ hình tốn học 12 3.2 Thiết kế mơ hình mơ hệ thống treo ¼ 14 3.2.1 Mơ hệ thống treo ¼ khơng có điều khiển (hệ thống treo bị động) 14 3.2.2 Mơ hệ thống treo ¼ có điều khiển (hệ thống treo chủ động) 17 3.2.3 Đánh giá kết mơ hình mơ simulink 25 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO CARSIM-PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 28 4.1 Thiết kế điều khiển cho carsim 28 4.1.1 Tổng quát điều khiển 28 4.1.2 Xây dựng điều khiển 29 4.2 Case studies phân tích: 30 4.2.1 Tùy chỉnh thông số xe 30 4.2.2 Phân tích 34 4.3 Đánh giá ổn định điều khiển 49 4.3.1 Biểu đồ gia tốc thẳng đứng 49 v 4.3.2 Biểu đồ góc đánh lái 51 4.3.3 Biểu đồ lực ngang 54 4.3.4 Biểu đồ góc nghiêng xe 56 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 PHẦN B: ASSIGNMENT 60 Assignment 60 Assignment 62 Assignment 93 vi PHỤ LỤC HÌNH ẢNH HÌNH TÊN HÌNH TRANG Hình A2.1 Hệ thống treo chủ động Hình A.2.2 Cấu tạo hệ thống treo Hình A2.3 Cấu tạo hệ thống treo khí nén điện tử Hình A2.4 Hệ thống treo chủ động kiểu thu hồi điện từ Hình A3.1 Mơ hình hệ thống treo ¼ 11 Hình A3.2 Các lực tác dụng lên khối lượng treo 12 Hình A3.3 Các lực tác dụng lên khối lượng khơng treo 13 Hình A3.4 Mơ simulink định luật Newton 14 Hình A3.5 Mơ simulink thêm vào lực lò xo lực giảm chấn 15 Hình A3.6 Mơ simulink thêm vào lực lò xo lực giảm chấn mặt đường 15 Hình A3.7 Mơ simulink thêm lực giảm chấn đầu vào U 16 Hình A3.8 Đồ thị dao động thân xe qua mặt đường gập ghềnh 10cm 16 Hình A3.9 Cấu trúc điều khiển PID 17 Hình A3.10 Mơ hình hệ thống treo ¼ 18 Hình A3.11 Mơ hệ thống treo ¼ PID 18 Hình A3.12 Dao động thân xe KP = 50000, KI = 0, KD = 19 Hình A3.13 Dao động thân xe KP = 100000, KI = 0, KD = 20 Hình A3.14 Dao động thân xe KP = 200000, KI = 0, KD = 20 Hình A3.15 Dao động thân xe KP = 200000, KI = 0, KD = 10000 21 Hình A3.16 Dao động thân xe KP = 200000, KI = 0, KD = 80000 21 Hình A3.17 Dao động thân xe KP = 200000, KI = 0, KD = 80000 22 Hình A3.18 Mơ hệ thống treo ¼ PID 23 vii Hình A3.19 Độ cao dao động thân xe mặt đường nhấp nhô 23 Hình A3.20 So sánh dao động thân xe trường hợp qua mặt đường gập 24 ghềnh 10cm ngẫu nhiên với hệ thống thống treo ¼ có sử dụng điều khiển khơng có điều khiển Hình A3.21 So sánh dao động thân xe trường hợp qua mặt đường nhấp 25 nhô ngẫu nhiên với hệ thống thống treo ¼ có sử dụng điều khiển khơng có điều khiển Hình A.4.1 Mơ hình điều khiển 28 Hình A.4.2 Bộ điều khiển 29 Hình A.4.3 Điều chỉnh thơng số 29 Hình A.4.4 Điều chỉnh thơng số cầu trước 30 Hình A.4.5 Điều chỉnh độ cứng lò xo, hệ số giảm chấn cầu trước 30 Hình A.4.6 Điều chỉnh thơng số cầu sau 31 Hình A.4.7 Điều chỉnh độ cứng lị xo, hệ số giảm chấn cầu sau 31 Hình A.4.8 Đường cong lớn 32 Hình A.4.9 Đường đồi núi 32 Hình A.4.10 Đi qua vật cản nhỏ 33 Hình A.4.11 Lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe 34 Hình A.4.12 Lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe chưa vào đường 35 cong Hình A.4.13 Lực thẳng đứng xe tiến vào đường cong 35 Hình A.4.14 Lực thẳng đứng tác dụng lên bánh khỏi đường cong 36 Hình A.4.15 Độ nén lị xo xe tiến vào đường cong 36 Hình A.4.16 Độ nén lò xo khỏi đường cong 37 Hình A.4.17 Lực giảm chấn 38 Hình A.4.18 Lực giảm chấn xe khỏi đường cong 38 Hình A.4.19 Xe qua đường đồi núi có mặt đường mấp mơ ngẫu nhiên 39 viii Hình B2.27.Mơ đầu v(t) với m thay đổi Hình B2.28.Biểu đồ đầu v(t) với m thay đổi o Dựa vào biểu đồ ta thấy: 84 - Về biên độ dao động: Vật có khối lượng 1500kg có biên độ vận tốc lớn so với vật có khối lượng 2500kg - Về tần số dao động: vật có khối lượng 1500kg có tần số dao động vận tốc nhanh so với vật có khối lượng 2500kg - Về thời gian dao động vận tốc: Do tần số dao động vận tốc nhanh nên vật có khối lượng 1500kg dừng lại nhanh so với vật khối lượng 2500kg => Vật có khối lượng nhỏ hơn, xét dao động vận tốc, biên độ dao động lớn hơn, tần số dao động nhanh thời gian dao động ngắn so với vật có khối lượng lớn Hình B2.29.Mơ đầu v(t) với b thay đổi 85 Hình B2.30.Biểu đồ đầu v(t) với b thay đổi o Dựa vào biểu đồ ta thấy: - Về biên độ dao động vận tốc: với vật có hệ số giảm chấn 550 Ns/m có biên độ nhỏ so với vật có hệ số giảm chấn 350 Ns/m - Về tần số dao động: trường hợp - Về thời gian dao động: vật có hệ số giảm chấn b=550 Ns/m thời gian dao động vận tốc ngắn so với vật có hệ số giảm chấn b=350 Ns/m => Vật có hệ số giảm chấn lớn hơn, vận tốc có biên độ dao động nhỏ hơn, thời gian dao động ngắn so với vật có hệ số giảm chấn nhỏ, tần số dao động 86 Hình B2.31.Mơ đầu v(t) với k thay đổi Hình B2.32.Biểu đồ đầu v(t) với k thay đổi 87 o Dựa vào biểu đồ ta thấy: - Về biên độ dao động vận tốc: vật có hệ số đàn hồi lị xo k=70000N/m có biên độ dao động lớn so với vật có hệ số đàn hồi lị xo k=80000N/m - Về tần số dao động: vật có hệ số đàn hồi lị xo k=70000N/m có tần số dao động chậm so với vật có hệ số đàn hồi lò xo k=80000N/m - Về thời gian dao động: thời gian dao động trường hợp => Nếu vật có hệ số đàn hồi lị xo lớn vận tốc có biên độ dao động nhỏ hơn, tần số dao động nhanh so với vật có hệ số đàn hồi lị xo nhỏ, thời gian dao động ● Đầu gia tốc Hình B2.33.Mơ đầu a(t) với m thay đổi 88 Hình B2.34.Biểu đồ đầu a(t) với m thay đổi o Dựa vào biểu đồ ta thấy: - Về biên độ gia tốc: vật có khối lượng 1500kg, gia tốc có biên độ lớn so với vật có khối lượng 2500kg - Về tần số dao động vận tốc: vật có khối lượng 1500kg, gia tốc có tần số dao động nhanh so với vật có khối lượng 2500kg - Về thời gian dao động: vật có khối lượng 1500kg, gia tốc có tần số dao động nhanh nên mau ngừng lại, thời gian dao động ngắn so với vật có khối lượng 2500kg => Nếu vật có khối lượng nhỏ, gia tốc vật có biên độ lớn hơn, tần số dao động nhanh thời gian dao động ngắn so với vật có khối lượng lớn 89 Hình B2.35.Mơ đầu a(t) với b thay đổi Hình B2.36.Biểu đồ đầu a(t) với b thay đổi 90 o Dựa vào biểu đồ ta thấy: - Về biên độ dao động gia tốc: vật có hệ số giảm chấn b=550 Ns/m có biên độ dao động nhỏ so với vật có hệ số giảm chấn b=350 Ns/m - Về tần số dao động: tần số giao động trường hợp - Về thời gian dao động: vật có hệ số giảm chấn b=550 Ns/m có thời gian dao động ngắn so với vật có hệ số giảm chấn b=350 Ns/m => Vật có hệ số giảm chấn lớn hơn, gia tốc có biên độ dao động nhỏ hơn, thời gian dao động ngắn so với vật có hệ số giảm chấn nhỏ, tần số dao động Hình B2.37.Mơ đầu a(t) với k thay đổi 91 Hình B2.38.Biểu đồ đầu a(t) với k thay đổi o Dựa vào biểu đồ ta thấy: - Về biên độ dao động gia tốc: vật có hệ số đàn hồi lị xo k=70000 N/m có biên độ dao động nhỏ so với vật có hệ số đàn hồi lị xo k=80000N/m - Về tần số dao động: vật có hệ số đàn hồi lị xo k=70000N/m có tần số dao động chậm so với vật có hệ số đàn hồi lò xo k=80000N/m - Về thời gian dao động: thời gian dao động trường hợp => Nếu vật có hệ số đàn hồi lị xo lớn qng đường có biên độ dao động lớn hơn, tần số dao động nhanh so với vật có hệ số đàn hồi lị xo nhỏ, thời gian dao động 92 Assignment a) m=1 b=3 k=1 X(s)=1 → H(s) = Y(s) = 𝑠 +3𝑠+1 → Y(s) = X(s).H(s) = 𝑠 +3𝑠+1 𝑠 +3𝑠+1 Đặt a1 = −3+√5 a2 = Ta có: 𝑠 +3𝑠+1 −3−√5 = = (𝑠−𝑎1 )(𝑠−𝑎2 ) 𝐴 𝑠−𝑎1 + 𝐵 𝑠−𝑎2 = A(𝑠 − 𝑎2 ) + B(𝑠 − 𝑎1 ) = A𝑠 − 𝑆𝑎2 + B𝑠 − 𝐵𝑎1 Suy ra: { { 𝐴+𝐵 =0 −𝐴𝑎2 − 𝐵𝑎1 = 𝐴+𝐵 =0 𝐴 3+√5 +𝐵 3−√5 =0 Giải phương trình ta được: A= B=− √5 Y(s) = = 𝑠 +3𝑠+1 √5 √5 3+√5 𝑠+ √5 3−√5 𝑠+ − + 𝐿−1 𝑌(𝑠) = y(t) −1 𝐿 { −1 }=𝐿 𝑠 +3𝑠+1 y(t) = √5 𝑒 { √5 3+√5 𝑠+ −3+√5 𝑡 − −1 }+𝐿 √5 𝑒 { √5 3−√5 𝑠+ − } −3−√5 𝑡 Code matlab: t=1:1:100 y=(exp(((-3+sqrt(5)).*t)./2)-exp(((-3-sqrt(5)).*t)./2))./sqrt(5) plot(t,y,'-r','linewidth',4); xlabel('T(s)') ylabel('x(m)') title(Do thi dao dong voi m=1; b=3; k=1'); grid on box on 93 Đồ thị Ban đầu đồ thị dao động với biên độ lớn sau có biên độ dao động giảm dần ổn định Dạng stable b) m=1 b= -3 k=1 X(s)=1 → H(s) = Y(s) = → Y(s) = X(s).H(s) = 𝑠 −3𝑠+1 𝑠 −3𝑠+1 Đặt a1 = Ta có: 𝑠 −3𝑠+1 3+√5 𝑠 −3𝑠+1 a2 = = 3−√5 (𝑠−𝑎1 )(𝑠−𝑎2 ) = 𝐴 𝑠−𝑎1 + 𝐵 𝑠−𝑎2 = A(𝑠 − 𝑎2 ) + B(𝑠 − 𝑎1 ) = A𝑠 − 𝑆𝑎2 + B𝑠 − 𝐵𝑎1 Suy ra: { 𝐴+𝐵 =0 −𝐴𝑎2 − 𝐵𝑎1 = 94 { 𝐴+𝐵 =0 −𝐴 3−√5 −𝐵 3+√5 =0 Giải phương trình ta được: A= B=− √5 Y(s) = 𝑠 −3𝑠+1 = √5 𝑠−𝑎1 √5 − + √5 𝑠−𝑎2 𝐿−1 𝑌(𝑠) = y(t) −1 𝐿 { −1 }=𝐿 𝑠 −3𝑠+1 = y(t) = √5 √5 𝑒 { √5 −1 𝑠−𝑎1 𝑒 𝑎1 3+√5 𝑡 }+𝐿 √5 − { − √5 𝑠−𝑎2 } 𝑒 𝑎2 √5 𝑒 3−√5 𝑡 Code matlab: t=1:1:100 y=(exp(((3+sqrt(5)).*t)./2)-exp(((3-sqrt(5)).*t)./2))./sqrt(5) plot(t,y,'r','linewidth',3) xlabel('T(s)') ylabel('x(m)') title('Do thi dao dong voi m=1; b=-3; k=1') grid on box on Đồ thị: 95 Ban đầu đồ thị dao động với biên độ quanh sau biên độ lớn Dạng unstable c) m=1 b= k=0,2 H(s) = 𝑠 +0,2𝑠+1 12 = 𝑠 +2.0,1.1.𝑠+12 𝜔𝑛 = ; 𝛿 = 0,1 Thế vào công thức ta 𝑦 (𝑡 ) = √1−0,12 𝑒 −0,1.𝑡 𝑠𝑖𝑛√(1 − 0,12 ) 𝑡 Code matlab t=1:1:100 y=exp(-0.1.*t).*sin(sqrt(1-((0.1).^2).*t))./sqrt(0.99) plot(t,y,'r','linewidth',4) xlabel('T(s)') ylabel('x(m)') title('Do thi dao dong voi m=1; b=0.2; k=1') 96 grid on box on Đồ thị Đồ thị dao động có biên độ nhỏ dần tiến nên dạng stable d) m=1 b= k= - 0,2 H(s) = 𝑠 −0,2𝑠+1 = 12 𝑠 −2.0,1.1.𝑠+12 𝜔𝑛 = ; 𝛿 = -0,1 Thế vào công thức ta 𝑦(𝑡) = √1−(−0,1)2 𝑒 0,1.𝑡 𝑠𝑖𝑛√(1 − (−0,1)2 ) 𝑡 Code matlab t=1:1:100 y=exp(0.1.*t).*sin(sqrt(1-((-0.1).^2).*t))./sqrt(0.99) plot(t,y,'r','linewidth',4) 97 xlabel('T(s)') ylabel('x(m)') title('Do thi dao dong voi m=1; b=-0.2; k=1') grid on box on Đồ thị Đồ thị dao động với biên độ tăng dần có dạng hình sin có hàm sin phương trình Đây dạng unstable 98