TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
----------------------

---------------------

BÀI TẬP LỚN
CƠ ĐIỆN TỬ 1
Đề tài:
MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG TREO CHỦ ĐỘNG

GVHD:Thầy Khổng Minh
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Văn Dũng
Lớp: Cơ Điện Tử 3-K11
Msv:1141020168

1


Mở đầu
Trong vài năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam có những bước phát triển vượt bậc, đời
sống người dân được nâng cao, cùng với việc chính phủ đang đầu tư rất nhiều vào quy
hoạch và xây dựng hệ thống giao thông vận tải, đã khiến ô tô trở thành phương tiện đi lại
tiện nghi và phổ biến, được nhiều người quan tâm. Không như các nước phát triển, với
Việt Nam thì ôtô vẫn là chủ đề mới mẻ, đặc biệt là những ứng dụng công nghệ tiên tiến
trên xe. Vì thế việc nghiên cứu về ô tô là rất cần thiết, nó là cơ sở để các nhà nhập khẩu
cũng như các nhà sản xuất trong nước kiểm tra chất lượng xe khi nhập cũng như sau khi
xe xuất xưởng, đồng thời trang bị kiến thức cho những người dân mua và sử dụng xe có
hiệu quả kinh tế cao.
Khi xe chuyển động trên đường, có rất nhiều yếu tố tác động như: tải trọng, vận tốc
chuyển động, lực cản không khí, điều kiện mặt đường… những yếu tố này luôn thay đổi

và gây ảnh hưởng không nhỏ tới quá trình chuyển động của xe. Chúng làm quá trình
chuyển động của xe mất ổn định, gây mệt mỏi cho người sử dụng, làm giảm tuổi thọ của
xe… và đặc biệt là gây mất an toàn tính mạng cho người ngồi trên xe. Với yêu cầu ngày
càng cao của công nghệ vận tải thì tính tiện nghi của ô tô ngày càng phải hoàn thiện hơn,
đặc biệt là tính êm dịu chuyển động của xe để tạo cho con người cảm giác thoải mái khi
ngồi trên xe, các nhà sản xuất xe hàng đầu thế giới đã và đang không ngừng nâng cao
chất lượng sản phẩm của mình về kiểu dáng, độ bền, và đặc biệt sự tiện nghi, thân thiện
mang lại sự thoải mái, an toàn cho người sử dụng. Và một trong những nghiên cứu nhằm
đáp ứng những yêu cầu trên đó là nghiên cứu về hệ thống treo.
Với đề tài nghiên cứu về hệ thống treo chủ động với bộ điều khiển PID giúp chúng
ta hiểu rõ hơn về hệ thống treo ô tô cũng như nguyên lý hoạt động của một hệ treo chủ
động. Đề tài là sự liên hệ giữa lý thuyết điều khiển và mô hình thực tế. Đây là một đề tài
hay, kết hợp giữa kỹ thuật thu thập tín hiệu và các bộ điều khiển vòng kín nhằm tạo ra
một hệ thống có tính tự động.
Trong suốt quá trình thực hiện bài tập lớn, nhóm chúng em đã nhận được sự định
hướng, chỉ dẫn tận tình của thầy Khổng Minh. Vì vậy, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn
sâu sắc đối với thầy trong suốt thời gian vừa qua. Do năng lực còn hạn chế nên trong bài
tập lớn còn không tránh khỏi nhứng sai xót, nhóm em mong nhận được sự đóng góp ý
kiến của các thầy và các bạn để bài tập được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, tháng 11 năm 2018
2


MỤC LỤC
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN ÔTÔ...............................................................................3
I.CÔNG DỤNG...............................................................................................................................................3
II.CẤU TẠO.....................................................................................................................................................3
1.Bộ phận đàn hồi……………………………………………………………………………………………………………………………4
2.Bộ phận giảm chấn……………………………………………………………………………………………………………………………………….5


3. Bộ phận dẫn hướng (thanh ổn định)...................................................................................................6
III.YÊU CẦU....................................................................................................................................................8
IV.HỆ THỐNG TREO CHỦ ĐỘNG...................................................................................................................9
1.Hệ thống treo sử dụng lưu chất biến từ...............................................................................................9
2.Hệ thống treo khí nén điện tử............................................................................................................11
3.Hệ thống treo MAGIC BODY CONTROL...............................................................................................13
4.Hệ thống treo điện từ BOSE................................................................................................................14
CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG................................................................................17
I.YÊU CẦU THIẾT KẾ.....................................................................................................................................17
II.THIẾT LẬP VẬT LÝ......................................................................................................................................17
1.Mô hình vật lý......................................................................................................................................17
2.Mô hình toán học................................................................................................................................18
3.Khảo sát hệ thống hở..........................................................................................................................19
CHƯƠNG III. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN..........................................................................................................22
I.ĐIỀU KHIỂN TỈ LỆ......................................................................................................................................23
II.Điều khiển tỉ lệ -vi phân..........................................................................................................................24
III. ĐIỀU KHIỂN PID.....................................................................................................................................26

3


CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TREO TRÊN ÔTÔ
I.CÔNG DỤNG
Hệ thống treo có trên ô tô là một bộ phận rất quan trọng, nó mang lại sự êm ái cho những
người trên xe, đồng thời cũng tạo cảm giác an toàn cho các tay lái. Hệ thống treo dùng
để nối đàn hồi giữa khung hoặc vỏ xe với các cầu, các bánh xe của ôtô và thực hiện các
chức năng sau:
+ Khi ô tô chuyển động, nó cùng với lốp hấp thụ và cản lại các rung động, các dao động
và các va đập tác dụng lên xe do mặt đường không bằng phẳng, để bảo vệ hành khách,

hành lý và cải thiện tính ổn định.
+ Xác định động học chuyển động của bánh xe, truyền lực kéo, và lực phanh sinh ra do
ma sát giữa mặt đường và các bánh xe, lực bên và các mô men phản lực tới gầm và thân
xe.
+ Dập tắt các dao động thẳng đứng của khung vỏ sinh ra do ảnh hưởng của mặt đường
không bằng phẳng. Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng sẽ chịu những
dao động do mặt đường mấp nô sinh ra. Những dao động này ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ
của xe, hàng hóa và đặc biệt là ảnh hưởng tới hành khách. Theo số liệu thống kê cho
thấy, khi ôtô chạy trên đường gồ ghề, so với ôtô cùng loại chạy trên đường tốt bằng
phẳng thì tốc độ trung bình giảm 40 – 50%, quãng đường chay giữa hai chu kỳ đại tu
giảm 35 – 40%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng 50 – 70%, do vậy năng suất vận chuyển
giảm 30 – 40%, giá thành vận chuyển tăng 50 – 70%. Ngoài ra, nếu con người phải chịu
đựng lâu trong tình trạng xe chạy bị rung xóc nhiều dễ sinh ra mêt mỏi. Các kết quả
nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động ôtô tới cơ thể người đều đi tới kết luận là con
người nếu phải chịu đựng lâu trong môi trường dao động của ôtô sẽ mắc phải những
bệnh về thần kinh và não. Vì vậy, tính êm dịu chuyển động là một trong những chỉ tiêu
quan trọng để đánh giá chất lượng xe. Tính êm dịu của ôtô phụ thuộc vào kết cấu của xe
và trước hết là hệ thống treo, phụ thuộc vào đặc điểm và cường độ kích thích, và sau đó
là phụ thuộc vào trình độ của lái xe. Lực kích thích gây dao động có thể do sự không cân
bằng của liên hợp máy hoặc do độ nhấp nhô của mặt đường không bằng phẳng. Nếu chỉ
xét trong phạm vi khả năng chế tạo ôtô thì hệ thống treo mang tính chất quyết định đến
độ êm dịu chuyển động của ôtô.
II.CẤU TẠO
Về cơ bản hệ thống treo gồm 3 bộ phận chính là bộ phận đàn hồi, bộ phận giảm chấn và
bộ phận dẫn hướng.
4


1.Bộ phận đàn hồi
Tạo điều kiện cho bánh xe dao động, có tác dụng đưa tần số dao động của xe phù hợp với

vùng tần số thích hợp với người sử dụng, đảm bảo độ êm dịu khi xe chuyển động.

- Nhíp (Chủ yếu trên các xe tải)
- Lò xo (Chủ yếu trên xe con)
- Thanh xoắn (Xe con)
- Khí nén (Xe con hạng sang như Merc S class, BMW 7... xe bus)
- Cao su (Ít gặp)

5


Bó nhíp (càng nhiều lá nhíp thì khả năng chịu tải càng cao nhưng độ êm dịu sẽ giảm
xuống)
2.Bộ phận giảm chấn

Có tác dụng dập tắt dao động của bánh xe và thân xe để đảm bảo cho bánh xe bám đường
tốt hơn, giúp tránh không bị rung lắc mạnh, tăng tính êm dịu và ổn định
6


- Giảm chấn thủy lực (Đa số các xe hiện nay đều sử dụng loại này)
- Ma sát cơ (các lá nhíp trên hệ thống treo cũng đóng 1 phần vai trò giảm chấn nhờ ma sát
giữa các lá nhíp

3. Bộ phận dẫn hướng (thanh ổn định)
Có chức năng tiếp nhận, truyền lực và mô-men giữa bánh và khung xe. Cũng căn cứ theo
điều này, hệ thống treo thường được chia làm hai loại chính là treo độc lập và treo phụ
thuộc.

7



- Treo độc lập: 2 bánh xe dao động độc lập với nhau,ko có dầm cầu nối giữa 2 bánh
- Treo phụ thuộc: dầm cầu liên kết 2 bánh xe với nhau.Hệ thống treo phụ thuộc:
Các bánh xe được nối trên 1 dầm cầu liền, các chi tiết hệ thống treo sẽ nối dầm cầu với
thân xe.
So với hệ thống treo độc lập thì các chi tiết ít và đơn giản hơn, độ bền cao và phù hợp với
các loại ô tô tải. Do khối lượng phần không được treo lớn nên kém êm dịu và ổn định, xe
dễ bị rung động,…

Hệ thống treo kết nối với cầu xe
Hệ thống treo độc lập
Hệ thống treo độc lập ngược lại với treo phụ thuộc, với hai đầu bánh xe chuyển động
riêng rẽ, di chuyển tự do mà không bị đầu bên kia cản trở. Hệ thống treo độc lập cũng
đươc chia làm 2 loại nhỏ: kiểu Macpherson, kiểu khí nén và kiểu độc lập liên kết.
So với hệ thống treo phụ thuộc phần không được treo nhỏ nên khả năng bám đường của
bánh xe cao, tính êm dịu chuyển động cao. Do không có dầm cầu liền nối thân xe nên có
thể bố trị trọng tâm xe thấp đi, nhưng ngược lại hệ thống treo độc lập có cấu trúc phức
tạp hơn,…

8


Ngoài ra còn có các hệ thống treo độc lập 2 đòn ngang, hệ thống treo khí nén, hệ thống
treo MacPherson... hoạt động dựa trên nguyên tắc và những bộ phận cơ bản ở trên với
công nghệ và độ phức tạp cao hơn mang lại sự thoải mái, tính êm dịu cho người dùng...

III.YÊU CẦU
Đảm bảo cho ôt ô có tính năng êm dịu tốt khi chạy trên đường cứng và bằng phẳng,có
nghĩa là thỏa mãn các chỉ tiêu: Đối với xe chở khách - Tần số dao động f= 1÷ 1,5 Hz. Tuy

nhiên khi tính toán hệ thống treo trên ôtô người ta sử dụng các thông số: Số lần dao động
trong 1 phút n: n = 60 ÷ 90 lần/phút.
- Đảm bảo gia tốc dao động trong giới hạn cho phép,
- Đảm bảo vận tốc dao động trong giới hạn cho phép.
+ Đảm bảo cho xe chạy với tốc độ giới hạn khi chạy trên đường xấu mà không có va
đập lên các ụ đỡ,
+ Đảm bảo đúng động học của các bánh xe dẫn hướng khi chúng dao động trong mặt
phẳng thẳng đứng,
+ Dập tắt nhanh các dao động của thùng và vỏ xe,
+ Giảm độ nghiêng bên của thùng xe khi quay vòng.
9


IV.HỆ THỐNG TREO CHỦ ĐỘNG
Hệ thống treo chủ động hay treo tíc cực là một công nghệ được áp dụng trên ô tô. Nó
điều khiển sự chuyển động của bánh xe và khung xe thông qua một hệ thống vi xử lý thay
vì chuyển động được xác định bởi mặt đường. Do đó nó loiạ bỏ hầu hết các vấn đề
nghiêng ngang, chúi đầu , đuôi xe , xóc,... trong các trường hợp vào cua , phanh gấp, tăng
tốc đột ngột, đường xấu,... Hệ thống sẽ phát hiện chuyển động của xe thông qua việc thu
thập dữ liệu gửi về từ các cảm biến và phân tích điều khiển hệ thống treo của xe cho phù
hợp.

1.Hệ thống treo sử dụng lưu chất biến từ
Hệ thống treo cho phép thay đổi được độ cứng của giảm chấn theo điều kiện làm việc
dựa trên nguyên lý điện từ, theo đó trong dầu thủy lực của giảm chấn có sử dụng một số
hạt kim loại siêu nhỏ. Trong quá trình làm việc, từ trường do hệ thống kiểm soát tạo ra sẽ
tác động lên các hạt kim loại này và làm thay đổi độ nhớt của dầu thủy lực, từ đó “độ
cứng” của giảm chấn sẽ được thay đổi để phù hợp với điều kiện vận hành của xe.

Hệ thống này làm việc dựa trên bộ điều khiển cùng 5 cảm biến được bố trí để phát

hiện những chuyển động của thân xe. Dựa vào dữ liệu của các cảm biến, bộ điều khiển sẽ
10


thực hiện tăng hoặc giảm độ cứng của giảm chấn theo từng điều kiện cụ thể. Ngoài 5 cảm
biến chính, thì còn có thêm một số cảm biến được đặt bên trong giảm chấn để đo vị trí và
áp suất thủy lực.

Các hạt điện từ hoat động tự do cho lưu thông dầu tốt hơn (mềm hơn), khi có tác động
từ trường từ hệ thống điều khiển sẽ xếp thẳng hàng, khiến lưu thông dầu khó khăn hơn,
từ đó khiến giảm chấn trở nên cứng hơn.
Công nghệ này không chỉ giúp tăng tuổi thọ hệ thống giảm chấn, tiết kiệm nhiên liệu
mà còn giúp người lái có được cảm giác thoải mái nhất trên đường.Do chất lỏng MR chỉ
có 20-40% là hạt kim loại điện tử nên nó vẫn đảm bảo lưu thông như dầu chịu nén thông
thường trong ống giảm chấn mà không gây ra bất kì tác hại nào như các hạt mạt kim loại
thông thường, cũng như không gây ra bất cứ bất cập nào như thiếu áp suất, mất áp suất
hay rò áp suất như hệ thống khí nén điện tử tự điều chỉnh.
2.Hệ thống treo khí nén điện tử
Hệ thống treo khí nén - điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý không khí có tính đàn hồi
khi bị nén. Với những ưu điểm và hiệu quả giảm chấn của khí nén, nó có thể hấp thụ
những rung động nhỏ do đó tạo tính êm dịu chuyển động tốt hơn so với lò xo kim loại, dễ
dàng điều khiển được độ cao sàn xe và độ cứng lò xo giảm chấn.

11


Khi hoạt động máy nén cung cấp khí tới mỗi xi lanh khí theo các đường dẫn riêng, do
đó độ cao của xe sẽ tăng lên tương ứng tại mỗi xi lanh tuỳ theo lượng khí được cấp vào.
Ngược lại độ cao của xe giảm xuống khi không khí trong các xi lanh được giải phóng ra
ngoài thông qua các van. Ở mỗi xi lanh khí nén có một van điều khiển hoạt động ở theo

hai chế độ bật - tắt (on - off) để nạp hoặc xả khí theo lệnh của ECU. Với sự điều khiển
của ECU, độ cứng, độ đàn hồi của từng giảm chấn trên các bánh xe tự động thay đổi theo
độ nhấp nhô của mặt đường và do đó hoàn toàn có thể khống chế chiều cao ổn định của
xe.

Hình1: Sơ đồ bố trí hệ thống treo khí nén điện tử.
Các chi tiết trong hệ thống treo: 1: Giảm xóc khí nén tự động điều chỉnh độ giảm
chấn; 2: cảm biến gia tốc của xe; 3: ECU (hộp điều khiển điện tử của hệ thống treo); 4:
Cảm biến độ cao của xe; 5: Cụm van phân phối và cảm biến áp suất khí nén; 6: Máy nén
khí; 7: bình chứa khí nén; 8: dường dẫn khí.
Ưu điểm hệ thống treo khí nén - điện tử
"Thông minh" và "linh hoạt" đó là những gì có thể nói về hệ thống treo khí nén - điện
tử. Khả năng điều chỉnh độ cứng của từng xi lanh khí cho phép đáp ứng với độ nghiêng
khung xe và tốc độ xe khi vào cua, góc cua và góc quay vô lăng của người lái. Như vậy,
khi xe chạy, độ cứng các ống giảm xóc có thể tự động thay đổi sao cho cơ chế hoạt động
của hệ thống treo được thích hợp và hiệu quả nhất đối với từng hành trình. Ví dụ khi
phanh, độ nhún các bánh trước sẽ cứng hơn bánh sau, còn khi tăng tốc thì ngược lại.
12


Hệ thống treo khí nén - điện tử tự động thích nghi với tải trọng của xe, thay đổi độ cao
gầm xe cho phù hợp với điều kiện hành trình. Ví dụ: Độ cao bình thường được tự động
xác lập khi vận tốc xe đạt 80 km/h. Nếu các cảm biến tốc độ ghi nhận được rằng kim
đồng hồ tốc độ đã vượt qua mức 140 km/h thì hệ thống tự động hạ gầm xe xuống 15mm
so với tiêu chuẩn.
3.Hệ thống treo MAGIC BODY CONTROL
Hệ thống sử dụng một máy quay stereo được đặt phía sau kính chắn gió. "Máy quay
này đo đạc đường đi cách 15 mét phía trước xe với độ chính xác đo đạc chiều cao cao
hơn khoảng 3 mm". Quá trình này cung cấp một bức tranh chính xác về tình trạng mặt
đường. Cùng với thông tin về điều kiện lái, thiết bị điều khiển liên tục tính toán chiến

lược điều khiển tốt nhất để giải quyết mặt đường gồ ghề. Dựa trên thông tin này, hệ thống
treo chủ động có thể khiến bộ giảm chấn cứng hơn hoặc mềm hơn trong vòng một phần
giây trước đó và cho từng bánh xe riêng biệt, đồng thời tăng hoặc giảm tải trọng trên từng
bánh xe thông qua hệ thống thủy lực chủ động. Điều này có thể giảm đáng kể chuyển
động của thân xe. Do ROAD SURFACE SCAN là hệ thống hoạt động dựa trên máy
quay, hệ thống này hoạt động vào ban ngày trong tình trạng khả năng quan sát tốt và trên
các mặt đường phù hợp cũng như ở vận tốc tối đa 130 km/h.

13


MAGIC BODY CONTROL được phát triển dựa trên hệ thống treo ABC (Active Body
Control (Kiểm soát Thân xe Chủ động)) có hệ thống treo chủ động, cải thiện cả sự thoải
mái lẫn linh động khi lái xe. Đối với Active Body Control từ Mercedes-Benz, bốn thanh
chống lò xo được lắp các xy lanh thủy lực để lực trong từng thanh chống lò xo có thể
được điều chỉnh riêng biệt. Kết quả là, các chuyển động dọc, lăn và trượt mà thân xe phải
chịu gần như đều được bù trừ. Thiết bị điều khiển nhận thông tin về điều kiện lái hiện tại
từ nhiều cảm biến tăng tốc khác nhau rồi so sánh với dữ liệu từ cảm biến áp lực trong
thanh chống lò xo và cảm biến mức độ trên cần điều khiển. Sau đó, hệ thống tính toán tín
hiệu điều khiển cho các van thủy lực trợ lực trên cầu trước và cầu sau, nhằm đo lưu lượng
dầu thích hợp. Tất cả các kết quả này mang đến sự kết hợp kỳ diệu giữa sự thoải mái tối
ưu và linh hoạt khi lái xe .
4.Hệ thống treo điện từ BOSE
Hệ thống sử dụng một động cơ tuyến tính dựa trên của một củ loa phóng thanh với
thành phần gồm có một cục nam châm và một cuộn dây điện từ, thứ có nhiệm vụ đẩy
phần vành loa ra và vào, có thể được “thổi phồng” kích cỡ lên để di chuyển hẳn một
chiếc xe hơn 450 kg ở mỗi góc. Nó được tính toán sử dụng những mô tơ điện từ, bộ
khuếch đại công suất, thuật toán điều khiển, và bộ vi xử lý công suất tốt hơn và mạnh mẽ
- tất cả những thừ mà ông tin tưởng rằng sẽ có trong tương lai.
Thông qua bài thử nghiệm, ngườt xem đã có thể nhận một sự khác biệt rất rõ ràng khi

đoạn đường gồ ghề đã khiến chiếc Lexus nguyên bản bị rung lắc khó chịu ra làm sao,
nhưng dường như không gây nên một chút cảm giác gì với chiếc đã lắp hệ thống treo
Bose. Project Sound không những làm giảm độ xóc trên đường gồ ghề mà còn chủ động
đối phó với chúng.

14


Hệ thống treo điện từ Bose được lắp đặt ở chiếc Lexus LS400

Sự khác biệt giữa hai xe Lexus LS400, bên trên là nguyên bản và bên dưới có hệ thống
treo Bose, khi đi qua đường gồ ghề

15


Mô tơ tuyến tính được lắp đặt ở mỗi góc thay thế cho lò xo và giảm xóc truyền thống

16


CHƯƠNG II:
PHÂN TÍCH VÀ MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG
I.YÊU CẦU THIẾT KẾ
Một hệ thống treo của xe tốt nên đạt yêu cầu chắc chắn, trong khi vẫn cung cấp sự thoải
mái khi đi qua các ổ gà, gờ giảm tốc, các vệt lồi lõm trên đường. Khi xe đang gặp bất kỳ
sự xáo trộn đường (các vết lồi lõm, vết nứt và không đồng đều vỉa hè), thân xe nên không
có dao động lớn và các dao động nên tiêu tan một cách nhanh chóng. Vì khoảng cách X1W là rất khó khăn để đo lường và biến dạng của lốp (X2-W) là không đáng kể, chúng ta
sẽ sử dụng khoảng X1-X2 thay vì X1-W .
Xáo trộn trên bề mặt đường (W) sẽ được mô phỏng bằng một bước đầu vào. Chúng ta sẽ

thiết kế một bộ điều khiển phản hồi để đầu ra (X1-X2) với độ quá điều chỉnh nhỏ hơn 5%
và thời gian xác lập ngắn hơn 5 giây. Ví dụ, khi xe chạy lên một vệt lồi 10cm, thân xe
buýt sẽ dao động trong phạm vi của + /-5 mm và quay trở lại trạng thái cân bằng trong
vòng 5 giây(thời gian xác lập 5s).
II.THIẾT LẬP VẬT LÝ
1.Mô hình vật lý

Hệ thống treo là bộ phận quan trọng trong thiết kế của xe. Khi đi qua những đoạn đường
"ổ gà" gồ ghề, hệ thống này loại bỏ những dao động thẳng đứng, hạn chế các ảnh hưởng
cơ học đến khung và các chi tiết kim loại, tránh việc xe bị "chồm" lên quá nhiều, đồng
thời đem lại sự thoải mái cho người ngồi trong xe.Thiết kế hệ thống treo ô tô là một vấn
thú vị và đầy thử thách. Khi hệ thống treo được thiết kế, chúng ta cần mô hình ¼ chiếc xe
(một trong bốn bánh xe) được sử dụng để đơn giản hóa vấn đề lên 1 hệ lò xo giảm chấn.
Sơ đồ của hệ thống này được thể hiện như sau:

17


Hệ thống tham số
Hệ thống tham số dựa theo thông số nhà sản xuất của xe ô tô Ford Ranger 2018
M1

body mass

420kg

M2

suspension mass


80kg

K1

spring constant of suspension system

48000N/m

K2

spring constant of wheel and tire

200000N/m

b1

damping constant of suspension system

320N.s/m

b2

damping constant of wheel and tire

10000N.s/m

u

control force


2.Mô hình toán học
Phương trình chuyển động
Theo định luật II Newton ta có phương trình chuyển động như sau:
M11 = -b1(1 - 2) – K1(X1 –X2) + U(1)
M2 = b1 (1 - 2) + K1(X1 –X2) + b2( – 2) + K2(W – X2) – U (2)
Biến đổi Laplace ta được :
(M1s2 + b1s + K1)X1(s) – (b1s + K1)X2(s) = U(s) (3)
-(b1s + K1)X1(s) + (M2s2 + (b1 + b2)s + (K1 + K2))X2(s) = (b2s + K2)W(s) – U(s) (4)
Khi xem xét đầu vào U(s), thiết lập W(s) = 0 ta có hàm truyền G1(s) như sau:
18


G1(s) = = (5)
Khi xem xét việc xáo trộn đầu vào W(s), thiết lập U(s) = 0 ta có hàm truyền G2(s) như
sau:
G2(s) = = (6)
Với
(7)
3.Khảo sát hệ thống hở
Chúng ta có thể sử dụng MATLAB để hiển thị hệ thống hở ban đầu thực hiện (mà không
có bất kỳ thông tin phản hồi nào). Thêm các lệnh sau đây vào tập tin m và chạy nó trong
cửa sổ lệnh MATLAB để xem phản ứng của hệ thống hở, U(s).
M1 = 420;
M2 = 80;
K1 = 48000;
K2 = 200000;
b1 = 320;
b2 = 10000;
s = tf('s');
G1 = ((M1+M2)*s^2+b2*s+K2)/((M1*s^2+b1*s+K1)*(M2*s^2+(b1+b2)*s+

(K1+K2))-(b1*s+K1)*(b1*s+K1));
step(G1)

Từ biểu đồ ta có thể thấy phản ứng của hệ hở cho hệ thống giảm chấn dưới. Những người
ngồi trong xe buýt sẽ cảm nhận rất nhỏ dao động nhưng xe mất một thời gian chạy quá
dài để đạt được trạng thái ổn định (thời gian xác lập lớn). Bây giờ có thể nhập vào các
19


lệnh sau đây để xem các phản ứng cho một nhiễu loạn đầu vào, W(s), với cấp biểu kiến
0.1 m.
G2 = (-M1*b2*s^3-M1*K2*s^2)/((M1*s^2+b1*s+K1)*(M2*s^2+(b1+b2)*s+
(K1+K2))-(b1*s+K1)*(b1*s+K1));
step(0.1*G2)

Từ biểu đồ của các phản ứng hở cho 10 cm xáo trộn(vệt lồi 10 cm), chúng ta có thể thấy
rằng khi xe đi qua vệt lồi 10cm thân xe sẽ dao động trong một thời gian chạy quá dài (~
10 giây) với một biên độ ban đầu 7 cm. Những người ngồi trong xe sẽ không được thoải
mái với một sự dao động quá lớn và thời gian giải quyết dài.
Các giải pháp cho những vấn đề này là thêm một bộ điều khiển phản hồi vào hệ thống để
cải thiện hiệu suất. Sơ đồ hệ thống kín là sau đây sẽ được trình bày chi tiết hơn trong
phần thiết kế bộ điều khiển.

20


21


CHƯƠNG III. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

Từ vấn đề chính, các phương trình hàm truyền như sau:
G1(s) = =
G2(s) = =
Với
và hệ thống sau là sau đó F(s) G1(s) = G2(s).

Hệ thống có thể được mô phỏng trong MATLAB với tập tin m và nhập vào các lệnh sau :
m1
m2
k1
k2
b1
b2

=
=
=
=
=
=

420;
80;
48000;
200000;
320;
10000;

num1=[(m1+m2) b2 k2];
den1=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2)

(b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];
G1=tf(num1,den1);
num2=[-(m1*b2) -(m1*k2) 0 0];
den2=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2)
(b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];
G2=tf(num2,den2);
numf=num2;
denf=num1;
F=tf(numf,denf);

22


I.ĐIỀU KHIỂN TỈ LỆ

_ Hàm truyền của hệ thống điều khiển tỉ lệ vòng kín với Kp = 100 được thiết
lập trong Matlab bằng cách thêm vào m file lệnh sau:
kp=100;
dung=F*feedback(G1*kp,1);
t=0:0.05:5;
step(0.1*dung,t)

Ta sẽ có đồ thị sau:

Như ta thấy Kp không làm hệ thống ổn định, biên dộ dao động và thời gian xác lập
chưa đáp ứng được yêu cầu. Hãy thử một số giá trị khác cả Kp, bạn sẽ vẫn thấy hệ
thống không thể ổn định.

23



II.Điều khiển tỉ lệ -vi phân

Bây giờ ta thêm luật D vào bộ điều khiển. Thêm vào m-file có các lệnh sau rồi
chạy.
kp=50;
kd = 2;
contr=tf([kd kp],1);
dung=F*feedback(G1*contr,1);
t=0:0.01:10;
step(0.1*dung,t)

24


Với kp=50; kd=1

Như ta thấy Kp và Kd không làm hệ thống ổn định theo yêu cầu, biên dộ dao động
đã đáp ứng nhưng thời gian xác lập chưa đáp ứng được yêu cầu.
III. ĐIỀU KHIỂN PID
Hàm truyền cho một bộ điều khiển PID là:

Trong đó Kp là độ lợi tỉ lệ, Ki là độ lợi tích phân, và Kd là độ lợi vi phân. Để bắt đầu,
chúng ta có thể bắt đầu với đoán độ lợi cho mỗi tham số: Kp= 20, Ki= 80và Kd= 60.
Điều này có thể được thực hiện vào MATLAB bằng cách thêm đoạn mã sau vào m file:
Kd = 20000;
Kp = 80000;
Ki = 60000;
C = pid(Kp,Ki,Kd);
dung=F*feedback(G1,C);

step(0.1*dung)

25