øng dông logic mê ®iÒu khiÓn hÖ thèng treo b¸n tÝch cùc
KS. TrÇn V¨n Nh−
Khoa C¬ khÝ
Tr−êng §¹i häc Giao th«ng VËn t¶i
PGS. TS. NguyÔn Thanh THñy
Khoa C«ng nghÖ Th«ng tin
Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hμ Néi
Tãm t¾t: Môc ®Ých cña hÖ thèng treo lμ n©ng cao chÊt l−îng dao ®éng vμ ®é b¸m ®−êng.
Bμi b¸o tr×nh bμy viÖc øng dông lý thuyÕt l«-gÝc mê ®iÒu khiÓn hÖ thèng treo b¸n tÝch cùc víi m«
h×nh dao ®éng ph¼ng däc. §é ªm dÞu chuyÓn ®éng vμ ®é b¸m ®−êng lμ hai thuéc tÝnh ®−îc c©n
nh¾c ®Ó ®−a ra tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn. PhÇn cuèi t¸c gi¶ sö dông phÇn mÒm MATLAB ®Ó m«
pháng, so s¸nh ®¸nh gi¸ hÖ thèng treo b¸n tÝch ®iÒu khiÓn mê víi hÖ thèng treo thô ®éng.
Summary: The purpose of any suspension system is to improve the ride quality and road
handling. This paper describes the practical application of fuzzy logic to control a semi-active
suspension system of a one-half-car model. Ride comfort and road handling properties are
considered to be the controller outputs. In the conclusion, a comparison of semi-active
suspension fuzzy control and spring/damper passive suspension is shown, using MATLAB
simulations.
CT 2
i. Tæng quan
HÖ thèng treo lµ mét hÖ thèng quan träng cña « t«, nã cã ¶nh h−ëng trùc tiÕp ®Õn ®é ªm
dÞu chuyÓn ®éng vµ ®é an toµn chuyÓn ®éng cña « t«. CÊu t¹o hÖ thèng treo gåm: phÇn tö gi¶m
chÊn; phÇn tö ®µn håi vµ phÇn tö dÉn h−íng, mçi phÇn tö cã c¸c nhiÖm vô riªng. Víi hÖ thèng
treo thô ®éng hÖ sè c¶n gi¶m chÊn vµ ®é cøng cña phÇn tö ®µn håi lµ h»ng sè, do ®ã hÖ thèng
treo bÞ ®éng chØ ®¸p øng tèt khi chuyÓn ®éng trªn mét lo¹i ®−êng nhÊt ®Þnh. HÖ sè c¶n gi¶m
chÊn cña hÖ thèng treo bÞ ®éng trªn « t« hiÖn vÉn cßn sù m©u thuÉn gi÷a ®é an toµn chuyÓn
®éng vµ ®é ªm dÞu chuyÓn ®éng cña « t«. Khi hÖ sè c¶n gi¶m chÊn thÊp th× ®é ªm dÞu chuyÓn
®éng t¨ng nh−ng ®é an toµn chuyÓn ®éng gi¶m, ng−îc l¹i khi hÖ sè c¶m gi¶m chÊn cao ®é an
toµn chuyÓn ®éng t¨ng nh−ng ®é ªm dÞu chuyÓn ®éng gi¶m. §Ó tho¶ m·n c¸c chØ tiªu ®é ªm
dÞu chuyÓn ®éng vµ ®é an toµn chuyÓn ®éng trªn tÊt c¶ c¸c lo¹i ®−êng kh¸c nhau th× c¸c ®Æc
tÝnh cña hÖ thèng treo cÇn ph¶i thay ®æi trong qu¸ tr×nh « t« chuyÓn ®éng phï hîp víi c¸c ®Æc
tÝnh cña ®−êng. HÖ thèng treo ®iÒu khiÓn ®−îc ph©n thµnh hai lo¹i: tÝch cùc hoµn toµn vµ b¸n
tÝch cùc.
HÖ thèng treo b¸n tÝch cùc ®ang ®−îc c¸c t¸c gi¶ trong vµ ngoµi n−íc quan t©m nhiÒu. C¸c
h−íng nghiªn chñ yÕu: nghiªn cøu m« h×nh ®iÒu khiÓn, ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn vµ gi¶m chÊn
tÝch cùc (c¬ cÊu chÊp hµnh). VÒ m« h×nh ®iÒu khiÓn c¸c t¸c gi¶ ®−a ra m« h×nh “sky hook”, m«
h×nh “ground hook”, m« h×nh “hybird”, m« h×nh ®iÒu khiÓn t−¬ng ®èi vµ m« h×nh ®iÒu khiÓn mê
[8], [5], [9], [12]. VÒ ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn, c¸c t¸c gi¶ sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn thÝch
nghi [11], ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn mê [5], [7], [14], ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tr−ît [15].
II. M« h×nh dao déng «t« trong mÆt ph¼ng däc
M« h×nh dao ®éng trong mÆt ph¼ng däc cña «t« thÓ hiÖn trªn h×nh 1.
H×nh 1. M« h×nh dao ®éng ph¼ng däc « t« 2 trôc
¸p dông ph−¬ng tr×nh La-gr¨ng lo¹i 2 x©y dùng hÖ ph−¬ng tr×nh vi ph©n cña m« h×nh dao
®éng ph¼ng däc cña «t« 2 trôc viÕt d−íi d¹ng ma trËn: CT 2
Qx].C[x].K[x].M[
=
+
+
&&& (1)
Trong ®ã: [M] - ma trËn khèi l−îng cña hÖ; [K] - ma trËn c¶n nhít cña hÖ; [C] - ma trËn ®é
cøng cña hÖ; x - vÐc t¬ täa ®é suy réng; Q - vÐt t¬ ngo¹i lùc.
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
=
2u
1u
sy
s
m000
0m00
00I0
000m
]M[ ;
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+−−
+−
−+
−−+
=
2t2s2s2s
1t1s1s1s
2s1s
2
2s
2
1s
2s1s2s1s
KK0b.KK
0KKa.KK
b.Ka.Kb.Ca.K0
KK0KK
]K[ ;
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+−−
+−
−+
−−+
=
2t2s2s2s
1t1s1s1s
2s1s
2
2s
2
1s
2s1s2s1s
CC0b.CC
0CCa.CC
b.Ca.Cb.Ca.C0
CC0CC
]C[
⎪
⎪
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎪
⎪
⎬
⎫
⎪
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
ϕ
=
2u
1u
s
s
Z
Z
Z
x; .
⎪
⎪
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎪
⎪
⎬
⎫
⎪
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
+
+
=
2t22t2
1t11t1
q.K.qC
q.K.qC
0
0
Q
&
&
III. tæng hîp bé ®iÒu khiÓn mê
Tæng hîp 2 bé ®iÒu khiÓn mê cho hÖ thèng treo b¸n tÝch cùc ký hiÖu lµ FZ1 vµ FZ2. HÖ sè
c¶n cña gi¶m chÊn tr−íc vµ gi¶m chÊn sau ®−îc c¸c bé ®iÒu khiÓn mê ®iÒu khiÓn ®éc lËp dùa
trªn c¸c th«ng tin ®o ®−îc trªn trôc tr−íc, trôc sau vµ khèi l−îng ®−îc treo trªn vÞ trÝ trôc tr−íc,
trôc sau.
Bé ®iÒu khiÓn mê FZ1 cã 4 biÕn vµo: vËn tèc t−¬ng ®èi gi÷a khèi l−îng kh«ng ®−îc treo vµ
®−îc treo trªn c¸c trôc, ký hiÖu Vd; vËn tèc dÞch chuyÓn khèi l−îng ®−îc treo trªn c¸c trôc, ký
hiÖu Vb; vËn tèc khèi l−îng kh«ng ®−îc treo, ký hiÖu Vw vµ gia tèc khèi l−îng ®−îc treo trªn c¸c
trôc, ký hiÖu Ab. Bé ®iÒu khiÓn mê FZ2 cã hai biÕn vµo lµ vËn tèc t−¬ng ®èi gi÷a khèi l−îng
kh«ng ®−îc treo vµ ®−îc treo trªn c¸c trôc, ký hiÖu Vd vµ dÞch chuyÓn t−¬ng ®èi gi÷a khèi l−îng
kh«ng ®−îc treo vµ khèi l−îng ®−îc treo trªn c¸c trôc, ký hiÖu Zd. Mçi biÕn vµo cã 3 gi¸ trÞ ng«n
ng÷: “¢m”, ký hiÖu N; “B»ng 0”, ký hiÖu Z vµ “D−¬ng”, ký hiÖu P.
CT 2
BiÕn ra cña hai bé ®iÒu khiÓn mê lµ hÖ sè c¶n cña gi¶m chÊn, ký hiÖu Ks vµ cã 3 gi¸ trÞ
ng«n ng÷: “Nhá”, ký hiÖu S; “Trung b×nh”, ký hiÖu M vµ “Lín”, ký hiÖu L. Hµm thuéc cña c¸c gi¸
trÞ ng«n ng÷ thÓ hiÖn trªn h×nh 2 vµ h×nh 3. TËp luËt cña bé ®iÒu khiÓn FZ1 thÓ hiÖn trong b¶ng
2, cña bé ®iÒu khiÓn FZ2 thÓ hiÖn trong b¶ng 3.
a)
b)
c)
CT 2
d)
e)
H×nh 2. C¸c hμm thuéc gi¸ trÞ ng«n ng÷ biÕn vμo/ra bé ®iÒu khiÓn mê FZ1
a - vËn tèc dÞch chuyÓn piston gi¶m chÊn, Vd; b - vËn tèc dÞch chuyÓn th©n xe, Vb; c - vËn tèc dÞch chuyÓn
b¸nh xe, Vw; d - gia tèc th©n xe, Ab; e - hÖ sè c¶n gi¶m chÊn, Ks.
a)
b)
CT 2
c)
H×nh 3. C¸c hμm thuéc gi¸ trÞ ng«n ng÷ biÕn vμo/ra bé ®iÒu khiÓn mê FZ2
a - vËn tèc dÞch chuyÓn piston gi¶m chÊn, Vd; b - dÞch chuyÓn th©n xe, Zb; c - hÖ sè c¶n gi¶m chÊn, Ks.
B¶ng 1
STT VdVbVwAbKsSTT VdVbVwAbKs
1 N N - - L 15 Z - P - M
2 N Z - - M 16 P - N - L
3 N P - - S 17 P - Z - M
4 Z N - - M 18 P - P - S
5 Z Z - - M 19 N - - N L