Nghiêm cứu tính toán và đánh giá dao động của một số xe khách samco lắp ráp từ satxi xe tải isuzu

Mô tả dao động ô tô là hệ phương trình vi phân phức tạp khó có thể tìm nghiệmchính xác chỉ có thể giải gần đúng bằng phương pháp tích phân số như sai phân hữu hạn,Runge-Kuttta, Wilson,Ne

BỘ GIÁO DỤC VÀ ÐÀO TẠO TRÝỜNG ÐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH



LUẬN VÃN THẠC SĨ NGUYỄN QUỐC SỸ

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ ÐÁNH GIÁ DAO ÐỘNG CỦA MỘT SỐ XE KHÁCH SAMCO LẮP RÁP TỪ SATXI

XE TẢI CỦA ISUZU

Chuyên ngành: Kĩ thuật ô tô-máy kéo

Học viên thực hiện: KS Nguyễn Quốc Sỹ

Giảng viên hýớng dẫn: PGS.TS Nguyễn Vãn Phụng

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày …… tháng …… năm……

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ ) 1 ………

2 ………

3 ………

4 ………

5 ………

Xác nhận của chủ tịch hội đồng đánh giá LV và Bộ môn quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN QUỐC SỸ Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 25/10/1978 Nơi sinh: Nam Định

1- TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNGCỦA MỘT SỐ XE KHÁCH SAMCO LẮP RÁP TỪ SATXI XE TẢI CỦA

ISUZU”

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

2.1 Nghiên cứu tổng quan về tình hình nghiên cứu tính toán về dao động của ô tô nói chung và ô tô khách nói riệng

2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động đến sức khỏe , cảm giác của người

2.3 Nghiên cứu các phương án xây dựng mô hình hóa bài toán từ đó xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả cơ hệ

2.4 Nghiên cứu ứng dụng phần mềm MATLAP để giải quyết bài toán

2.4 Đánh giá độ êm dịu từ kết quả tính toán

2.5 Tính toán thông số tối ưu và so sánh kết quả so với thông số thực tế

2.6 Tổng kết đánh giá

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 15/7/2010

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/12/2010

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG

Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

LỜI CÁM ƠN

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn một cách sâu sắc thầy giáo PGS.TSNguyễn Văn Phụng giảng viên Đại học Sư Phạm Kĩ Thuật đã tận tình hướng dẫn tác giảtrong quá trình thực hiện đề tài, cám ơn toàn thể GS, PGS, TS giảng viên khoa Kĩ Thuật

Giao Thông trường ĐH Bách Khoa đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn đóng góp về mặt

chuyên môn để luận văn được hoàn thành Tác giả cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến cácthầy cô giáo ở phòng đào tạo sau đại học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trongquá trình học cao học ở trường cũng như trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp

Cám ơn thầy Nguyễn Văn Đoàn đã có những chỉ dẫn quan trọng trong việc ứng dụng

MATLAP trong tính toán dao động

Cuối cùng xin bày tỏ lòng biết ơn đến toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè xa gần và

gia đình đã giúp đỡ, động viên tác giả trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010

Tác giả

Nguyễn Quốc Sỹ

MỞ ĐẦU

Việc ngiên cứu đánh giá về tính êm dịu của ô tô đã được các hãng ngiên cứu từ lâu Việc ngiên cứu được làm một cách chặt chẽ từ xây dựng mô hình toán , áp dụng phươngpháp hiện đại giải bài toán đến dùng phần mền chuyên dụng nhu CARSIM,

TRUCKSIM… đến thí nghiệm đo đạc đánh giá

Ở việt nam ngành công nghiệp ô tô chưa phát triển , ô tô sản suất trong nước ở

dạng lắp ráp do công ty liên doanh hoặc tư nhân , số lượng và chủng loại tùy theo nhucầu thị trường việc ngiên cứ tính toán và kiểm ngiêm về ô tô ít được đầu tư đúng mức dẫn

đến chất lượng ô tô còn thấp (từ một satxi có thể lắp ráp nhiều loại xe khác nhau) đặc

biệt là nghiên cứu và đánh giá về dao động thực hiện một sơ sài ,chưa chặt chẽ Để nângcao chất lượng lắp ráp cần xây dựng mô hình toán hoàn chỉnh và áp dụng phương thíchhợp để giải và đo kiểm để đánh giá từ đó mới đề ra biện pháp nâng cao độ êm dịu của ô

tô một cách chính xác và khoa học

Mô tả dao động ô tô là hệ phương trình vi phân phức tạp khó có thể tìm nghiệmchính xác chỉ có thể giải gần đúng bằng phương pháp tích phân số như sai phân hữu hạn,Runge-Kuttta, Wilson,Newmark…và chương trình tính toán có thể sử dụng nhiều ngônngữ lập trình khác nhau nhưFortran,C++, Matlap…

Luận văn được hoàn thành trên cơ sở kế thừa luận văn thạc sỹ khóa trước ngiêncứu về dao động của tác giả Phạm Xuân Lộc, Trương Thái Minh Tác giả có sử dụng một

số phần trong luận văn và có báo cáo với thầy hướng dẫn ( do không liên hệ được với tácgiả) Do thời gian và trình độ có hạn tác giả đi sâu vào xây dựng hoàn thiện mô hình toán

và sử dụng phần mềm MAPLAB để giải quyết triệt để bài toán

MỤC LỤC

TÓM TẮT

LỜI CẢM ƠN

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP

1.1 Lý do chọn đề tài: 01

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài: 02

1.3 Giới hạn đề tài: 02

1.4 Phương pháp nghiên cứu : 03

1.5 Điểm mới của luận văn và giá trị thực tiễn: 03

1.6 Bố cục luận văn: 04

CHƯƠNG II: PHẦN TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu chung: 05

2.1.1 Ảnh hưởng của dao động đối với cơ thể con người: 05

2.1.2 Những bệnh do dao động: 06

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động: 06

2.2.1Chỉ tiêu về tần số dao động: 08

2.2.2 Chỉ tiêu gia tốc và thời gian dao động: 08

2.2.2.1 Chỉ tiêu về gia tốc dao động 08

2.2.2.2 Chỉ tiêu về thời gian dao động 08

2.2.3 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường 09 2.2.4 Tiêu chuẩn quốc tế về dao động 12

2.2.4.1 Nghiên cứu biên dạng mặt đường 13

2.2.4.2 Nghiên cứu dao động của ô tô 13

2.2.4.3 Nghiên cứu cảm giác con người 14

2.2.5 Mô hình dao động 14

2.2.5.1 Mô hình1/4 15

2.2.5.2 Mô hình dao động liên kết 16

2.2.5.3 Mô hình1/2 17

2.2.5.4 Mô hình không gian xe 17

2.2.6 Hàm kích động 18

2.2.7 Thí nghiệm dao động 19

2.2.8 Giới thiệu tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam: 22

2.3 Các đặc trưng không bằng phẳng của mặt đường 24

2.3.1 Ảnh hưởng của mặt đường đến tính chất chuyển động êm dịu của ôtô 24

2.3.2 Profil mặt đường: 24

CHƯƠNG III: KHẢO SÁT KẾT CẤU VÀ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG TREO TRÊN KHÁCH SAMCO 3.1 Kết cấu hệ dao động ôtô: 26

3.1.1 Khối lượng được treo m2: 27

3.1.2 Khối lượng không được treo m1: 27

3.2 Thông số kết cấu, tác dụng các bộ phận của hệ thống treo: 27

3.2.1 Thành phần đàn hồi: 27

3.2.2 Bộ phận giảm chấn: 29

3.2.3 Bộ phận dẫn hướng: 29

3.2.4 Sự đàn hồi của lốp: 30

3.3 Mô hình dao động ôtô: 30

3.3.1 Mô hình không gian: 30

3.3.2 Mô hình phẳng tương đương của cơ hệ không gian trong mặt XZ và XY.32 3.3.3 Mô hình dao động phẳng có kể đến ghế ngồi 34

3.4 Giới thiệu thông số kỹ thuật của xe khách SAMCO 34

3.4.1 Các loại xe khách SAMCO đóng từ satxi ISUZU NQR75 34

3.4.2 Xe khách SAMCO – BG4w (Sát xi nhãn hiệu ISUZU NQR75) 36

CHƯƠNG IV MÔ HÌNH DAO ĐỘNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG 4.1 Mô hình không gian của ô tô 39

4.1.1 Các giả thiết khi xây dựng mô hình: 39

4.1.2 Thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả mô hình dao động không gian 43 4.2 Mô hình dao động trong mặt phẳng có kể đến ghế ngối: 51

4.3 Hàm kích động từ mặt đường 55

4.3.1 Xung hình sin 55

4.3.2 Hàm sin điều hòa: 55

4.4 Các phương pháp tích phân số trong tính toán dao động 56

4.4.1 Giới thiệu : 56

4.4.3.1 Phương pháp runghe-kuta bậc 4 58

4.4.3.2 Phương pháp runghe-kuta bậc 5 58

4.5 Đồ thị chuyển vị, vận tốc,gia tốc 58

4.5.1 Mô hình không gian 58

4.5.2 Mô hình phẳng có kể đến ghế ngồi 64

CHƯƠNG V ĐỀ XUẤT VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO TỐI ƯU 5.1 Cơ sở lựa chọn hệ thống treo tối ưu: 68

5.2 Tính toán các thông số hệ thống treo tối ưu: 71

5.2.1 Độ cứng tối ưu của bộ phận đàn hồi hệ thống treo: 71

5.2.2 Thông số giảm chấn của hệ thống treo: 72

5.2.3 Khối lượng phần được treo và không được treo: 73

5.2.4 Độ cứng hướng kính của lốp: 74

5.3 Tính toán cho xe khảo sát: 75

5.3.1 Khối lượng phần được treo và không được treo: 75

5.3.2 Độ cứng hướng kính của lốp: 76

5.3.3 Độ cứng tối ưu của bộ phận đàn hồi hệ thống treo: 77

5.3.4 Thông số giảm chấn tối ưu của hệ thống treo: 78

5.3.5 Độ cứng tối ưu của của ghế ngồi: 79

5.3.6 Thông số giảm chấn tối ưu của ghế ngồi: 79

5.4.Đồ thị chuyển vị,vận tốc,gia tốc hệ không gian sau khi tính toán tối ưu 80 5.4.1.Hàm xung hình sin 80

5.4.2.Hàm sin điều hòa 83

5.5.Đồ thị chuyển vị,vận tốc,gia tốc hệ phẳng sau khi tính toán tối ưu 85

5.5.1.Hàm xung hình sin 85

5.5.2.Hàm sin điều hòa 87

CHƯƠNG VI KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 6.1 Kết luận: 90

6.2 Hướng phát triển của đề tài: 91

CHƯƠNG I DẪN NHẬP

1.1 Lý do chọn đề tài:

Trong mục tiêu đến năm 2020 Việt Nam hoàn thành quá trình công nghiệp hóa,hiện đại hóa và một trong những mục tiêu là xây dựng ngành công nghiệp ô tô.Tuynhiên hiện nay ngành công nghiệp phụ trợ của Việt Nam quá yếu, và cam kết nội địahóa chi tiết của các hãng vẫn không có tiến triển gì Hiện nay công nghiệp ô tô mới ởdạng lắp ráp với chi tiết được nhập khẩu từ nhiều nước khác nhau như Nhật, HànQuốc, Trung Quốc…

Công nghiệp lắp ráp ô tô mang lại nhiều lợi ích thiết thực, tạo ra nhiều công ănviệc làm (70.000 lao động ) và cung cấp cho thị trường nhiều loại xe với chất lượng

và giá cả hợp lí Hiện nay xe khách và xe tải chiếm phần lớn thị trường là xe lắp ráp

trong nước Các ô tô nhập khẩu giá thành rất đắt đầu tư rất khó thu hồi vốn còn ô tô

lắp ráp trong nước giá cả tương đối rẻ nhưng do các chi tiết lắp ráp từ nhiều nguồn

khác nhau nên không đồng bộ dẫn đến kém an toàn và êm dịu so với xe nhập khẩu

cùng loại

Với hệ thống giao thông dày đặc, địa hình phức tạp như ở Việt Nam hiện nay thì

giao thông đường bộ vẫn là chủ yếu Nhu cầu phát triển rất lớn nhất là qui định mới

về thời hạn lưu hành đối với xe tải và xe khách Để ô tô lắp ráp trong nước phát triểnthì ô tô lắp ráp trong nước phải nâng cao tính an toàn và êm dịu đối đối với hànhkhách

Xe khách SAMCO-BG4w, SAMCO-BG6w, SAMCO-BG7w, SAMCO-BGAwlắp ráp ở nhà máy ô tô ‘ SAMCO ‘ trên satxi xe tải kí hiệu ISUZU NQR75 củaISUZU nên về êm dịu phải được tính toán kiểm tra và đề ra biện pháp nâng cao êmdịu

Ôtô là một hệ dao động nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với mặt đường có biêndạng phức tạp, mặt khác dao động của ôtô ảnh hưởng tới khả năng làm việc, sức khỏecủa con người (lái xe và hành khách)

Sau khi tìm hiểu vấn đề nghiên cứu về tính toán dao động của ô tô từ luận văntốt nghiệp của sinh viên và học viên khóa trước chỉ đi vào khảo sát với biên dạng mặt

đường trong trường hợp đơn giản ( profil dạng hình sin) và tần số dao động riêng của

hệ mà chưa đề ra mô hình toán tổng quát để từ đó có thể giải quyết bài toán dao độngmột cách triệt để

Để giải quyết những vấn đề trên, được sự hướng dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn

Phụng mà người nghiên cứu chọn đề tài “Nghiên cứu tính toán và đánh giá dao động của hệ thống treo trên một số xe khách Samco đóng mới từ satxi xe tải ISUZU”

từ đó đề ra biện pháp nâng nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài:

Mục tiêu của luận văn là vận dụng lý thuyết dao động ôtô để khảo sát, tính toán

dao động đối với xe ô tô cụ thể đó là xe khách khách Samco lắp ráp tại nhà máy ô tô

Samco-Củ chi từ đó rút ra được những đánh giá có tính khoa học về độ êm dịu loại

xe này Đề xuất và tính toán hệ thống treo tối ưu để nâng cao độ êm dịu và an toàn

chuyển động của xe, đồng thời phải đảm bảo được các chỉ tiêu về độ êm dịu và antoàn chuyển động

Nhiệm vụ cần đạt được là dựa vào các chỉ tiêu để đánh giá về độ êm dịu và antoàn chuyển động của xe này, nghiên cứu xây dựng mô hình động lực học để khảosát dao động của ô tô và tính toán các thông số đặc trưng của hệ, đồng thời tìm racông thức tối ưu cho các thông số về độ cứng bộ phận đàn hồi (C2), hệ số giảm chấn(K2), khối lượng được treo (m1) và không được treo (m1)…để nâng cao êm dịu

chuyển động đồng thời vẫn đảm bảo an toàn chuyển động

Tuy nhiên nhà máy lắp ráp rất nhiều chủng loại xe khách khác nhau, nên mụctiêu của đề tài mở rộng thêm một chút là cầy dựng mô hình toán và chương trình giảithuật vừa tổng quát,vừa chi tiết và phải trực quan Từ một xe có thể đánh giá nhiều xekhác nhau bằng cách thay đổi thông số của từng loại xe

1.3 Giới hạn đề tài:

Trong quá trình chuyển động, ôtô thực chất là một cơ hệ phức tạp với nhiều liênkết đàn hồi giữa các bộ phận có khối lượng khác nhau Việc nghiên cứu tính toán dao

động của toàn bộ ô tô là quá phức tạp,trong đề tài này chỉ ngiên cứu dao động theophương thẳng đứng do hệ thống treo và bỏ qua ma sát của nhíp, của các khớp nối.

Với mục tiêu và nhiệm vụ đặt ra, đề tài sử dụng mô hình trong dao động trongkhông gian và mô hình dao động trong mặt phẳng có kể đến dao động của ghế ngồi

đối với hành khách từ đó đề ra biện pháp cải tiến Do thời gian có hạn nên mô hìnhtính toán không được kiểm chứng bằng thí nghiệm đo dao động hay dùng phần mềm

mô phỏng chuyên dụng

1.4 Phương pháp nghiên cứu :

Từ những số liệu ban đầu do nhà chế tạo cung cấp (độ cứng hệ thống treo C2, hệ

số giảm chấn K2, khối lượng được treo m2 và không được treo m1…) của xe khách,

ta tiến hành xây dựng mô hình, thiết lập các hệ phương trình vi phân mô tả chuyển

động của hệ, sau đó áp dụng phương pháp số tính toán được những thông số về đápứng của hệ dao động ôtô từ đó so sánh với các tiêu chuẩn quốc tế về dao động và tiêu

chuẩn dao động của Việt Nam, tiêu chuẩn về an toàn chuyển động nhằm đánh giá

được độ êm dịu và an toàn chuyển động xe khách trên, từ đó có biện pháp cải tiếnthay đổi các tham số kết cấu nếu thấy cần thiết

Tác giả mong muốn nghiên cứu chuyên sâu về lĩnh vực này trong tương lai, cho

nên đã thiết lập phương trình vi phân ở dạng tổng quát nhất để xây dựng chương trình

tính toán để giải bài toán dao động ôtô một cách toàn diện, triệt để

1.5 Điểm mới của luận văn và giá trị thực tiễn:

Điểm mới của luận văn này là tác giả xây dựng mô hình dao động trong không

gian và mô hình dao động có kể đến ghế ngồi từ đó xây dựng bài toán tối ưu cũngchính là mục đích của bài toán thiết kế: cần tính toán các giá trị hệ số giảm chấn (K),

hệ số độ cứng (C), hệ số khối lượng (M) với việc biết trước các thông số đầy đủ của

xe và các tác động bên ngoài như biên độ, profil mặt đường và vận tốc của ôtô

Chương tính toán được thiết kế với giao diện dễ sử dụng,có thể thay đổi dễ dàng

các thông số kết cấu của ô tô,có thể dùng làm chương trình thí nghiệm đánh giá về

dao động của ô tô

Đứng về thực tiễn luận văn này hoàn toàn có thể giải quyết tương đối triệt để

vấn đề đánh giá dao động, biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe khách

và làm tài liệu tham khảo nghiên cứu dao động về hệ thống treo trên các loại xe khác

Chương IV : Tính toán bền và dao động của hệ thống treo khảo sát

Chương V : Đề xuất và tính toán hệ thống treo tối ưu

Chương VI : Kết luận và đề nghị

CHƯƠNG II PHẦN TỔNG QUAN

2.1 Giới thiệu chung:

2.1.1 Ảnh hưởng của dao động đối với cơ thể con người:

Ôtô và các phương tiện vận tải nói chung khi chuyển động sẽ sinh ra các daođộng, các dao động này tác động trực tiếp lên người ngồi trên đó Những dao độngnày dưới dạng sóng cơ học được truyền trực tiếp lên cơ thể con người làm cho cả cơ

thể hoặc từng bộ phận của cơ thể dao động theo

Các bộ phận cơ thể con người khi dao động có tác động sinh học phức tạp, gây

ra sự thay đổi trong cơ thể và làm ảnh hưởng đến khả năng làm việc, đến sức khỏe

Tác động của dao động cơ học lên cơ thể phụ thuộc vào: tần số dao động, cường độdao động, thời gian tác động, hướng tác động…

Nhiều thí nghiệm đã cho thấy dao động với tần số từ 35 Hz sẽ gây ra các phảnứng ở tiền đình, những rối loạn liên quan đến sự lưu thông máu, gây choáng Daođộng với tần số từ 35 Hz đến 11 Hz gây rối loạn ở đường tai trong, ảnh hưởng đến

dạ dày, ruột Dao động với tần số 1145 Hz làm giảm thị lực, gây buồn nôn…Tuy

nhiên giới hạn tác động này đối với từng người là khác nhau và thay đổi với khoảngrộng Dao động của ôtô bao gồm một dải tần số rộng, nên có thể phân ra dao độngcủa khối lượng được treo ở tần số thấp và dao động của khối lượng không được treo ởtần số cao (rung động)

Dao động có tần số từ 1518 Hz con người cảm nhận được và trực tiếp gây ra

cảm xúc khó chịu trong thời gian ngắn

Rung động có tần số 151500 Hz con người ít cảm nhận rõ, có thể gây ra tổn

hại đến sức khỏe khi chịu tác động trong thời gian dài

Tình trạng dao động kéo dài sẽ gây tổn thương cho cơ thể con người Mức độtổn thương tuỳ thuộc vào biên độ dao động, sự phân bố của chuyển động bên trong cơthể, chiều chuyển động và thời gian chuyển động

Người ta đúc kết được những tác hại chủ yếu như sau:

12 Hz

Bệnh về hệ tiêu hoá: thường xuất hiện các bệnh về tiêu hóa đối với những ngườiphải chịu đựng trong môi trường dao động với thời gian kéo dài.

Khi chịu sự rung động đến tần số 20 Hz và kéo dài nhịp tim sẽ tăng, nhịp thởcũng tăng theo gây rối loạn cho cơ thể

Một số dao động có thể không làm nguy hại đến sức khỏe con người nhưng vẫn

có thể làm giảm khả năng nhạy bén, giảm khả năng thu thập và xử lý thông tin Điềunày rất nguy hiểm cho các lái xe di chuyển trên đường dài làm giảm khả năng nhanhnhạy, chọn lọc thông tin đường xá, dẫn đến xử lý chậm các tình huống trên đường và

tăng khả năng gây tai nạn giao thông

2.1.2 Những bệnh do dao động:

Sự dao động ở những tần số khoảng 0,1 Hz hoặc thấp hơn, thường thấy tronggiao thông vận tải có thể gây ra chứng say sóng Nó dẫn đến sự buồn nôn, sự choángváng, nôn ra và có thể ảnh hưởng đến khả năng điều khiển an toàn của người lái Ảnh

hưởng này lớn nhất ở vùng tần số 0,1250,25 Hz, giảm dần khi tăng tần số và ít khi

xuất hiện say sóng ở tần số trên 0,5 Hz

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động:

Khi ô tô chuyển động trên đường dao động xuất hiện trong toàn bộ hệ thống của

xe dưới tác động kích thích của các mấp mô biên dạng đường.Dao động của ô tô ảnhhưởng đến bản thân người lái và hành khách, hàng hoá chuyên chở trên xe, độ bền,

tuổi thọ của các kết cấu ô tô Nghĩa là trong quá trình chuyển động ô tô luôn bị dao

động, với thời gian kéo dài sẽ gây ra mệt mỏi với người lái và hành khách, làm giảm

hiệu suất công việc, có thể gây ra nguy cơ mắc bệnh thần kinh và não dẫn đến mấtphản ứng linh hoạt và điều khiển chính xác gây ra tai nạn giao thông

Vì vậy khi nói đến dao động của ô tô theo quan điểm của chế độ sử dụng thì: độ

êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các

tác động của dao động có ảnh hưởng xấu tới con người, hàng hoá và các kết cấu của ô

tô

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì dao động của ô tô gây ra sự thay đổi

giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Nếu giá

trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ làm giảm khả

năng tiếp nhận các lực dọc, ngang( Lực kéo, lực phanh, lực bám ngang), dẫn đến hiệntượng tách bánh khỏi đường gây mất an toàn khi xe chuyển động, phanh và quay

vòng còn khi giá trị phản lực này tăng thì sẽ làm tăng tải trọng động tác dụng xuốngnền đường và ngược lại với các kết cấu của xe

Từ các khái niệm trên để có thể đánh giá chất lượng xe một cách khách quan,chính xác cần phải nghiên cứu và phát triển lý thuyết dao động trong tất cả lĩnh vựcliên quan Nghiên cứu tổng quát về dao động xe đó là giải quyết mối quan hệ

“Đường-Xe-Người”

Hình 2.1 - Hệ thống “Đường-Xe-Người”

Quá trình nghiên cứu dao động của ô tô là quá trình xác định các thông số của

hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: phần tử đàn hồi,phần tử giảm chấn và bộ phận dẫn hướng Có như vậy mới tạo ra một hệ dao động cóchất lượng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao trình độ công nghệ thiết

kế, cải tiến ô tô, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năng suất vận chuyển của ô

tô trong nền kinh tế quốc dân

Hiện nay có nhiều chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động Dựa trên tài liệucủa nước ngoài kết hợp với các tài liệu của Viện khoa học kỹ thuật bảo hộ lao độngViệt Nam, ta có thể liệt kê một số chỉ tiêu (xem là quan trọng đầu tiên) như sau:

2.2.1Chỉ tiêu về tần số dao động:

Con người khi tham gia vào giao thông cũng là một hệ dao động, “đi lại” là hoạtđộng thường xuyên của con người đã trở thành một thói quen Khi con người đi lạitương đương với hệ thực hiện dao động, tuỳ thuộc vào hình dáng, trọng lượng riêng,

thói quen từng người mà số lần bước trong một phút thường trong khoảng 60-90

bước, tương ứng với tần số dao động khoảng 1-1,5Hz Vậy nên từ thói quen đó conngười chịu dao động hợp lý trong khoảng tần số vừa nêu trên Khi đánh giá độ êm dịu

chuyển động của ô tô với các điều kiện mặt đường cũng như kết cấu cụ thể thì tần số

dao động của ô tô phải nằm trong giới hạn 1-1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh giádao động của ô tô như sau:

- Đối với xe con(du lịch) n = 60:90 (dđ/ph)

- Đối với xe vận tải n = 100:120 (dđ/ph)

2.2.2 Chỉ tiêu gia tốc và thời gian dao động:

2.2.2.1 Chỉ tiêu về gia tốc dao động.

Chỉ tiêu này được xác định dựa trên cơ sở trị số bình phương trung bình của giatốc theo các phương X, Y, Z là: X,Y,Z Chúng có các giá trị sau:

0 , 1



/ s

Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của

ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê Mặt khác, điều quan trọng hơn là dao

động ô tô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu nhiên với dải tần số rộng

và phức tạp cả theo hướng tác dụng Ngoài ra theo một số tài liệu tham khảo các tácgiả còn đưa ra một số chỉ tiêu khác đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô

2.2.2.2 Chỉ tiêu về thời gian dao động.

Chỉ tiêu này chủ yếu dành cho người lái và những người có thời gian đi trên ôtôlâu Khi ngồi trên ôtô trong khoảng thời gian dài dao động sẽ làm cho cơ thể con

người mệt mỏi ảnh hưởng đến sức khỏe Các thí nghiệm kéo dài trong 8 giờ, với tần

số được xem là nhạy cảm hơn cả đối với sức khỏe con người 4 8 Hz, các giá trị củatoàn phương gia tốc dao động tác động lên con người tạo ra các cảm giác:

- Gây mệt mỏi : 0,315 m/s2

- Gây ảnh hưởng tới sức khỏe : 0,63 m/s2

Chỉ tiêu về gia tốc và vận tốc dao động

Chỉ tiêu này được lựa chọn trên cơ sở đánh giá cảm giác xuất hiện trong thời

2 01 , 0 1

5 , 12

K = 10 ÷ 25 với xe chạy trong thời gian dài

K = 25 ÷ 63 với xe chạy trong thời gian ngắn

2.2.3 Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường.

Theo quan điểm về an toàn chuyển động (xét theo khía cạnh về tính điều khiển)

và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng đứng giữa bánh xevới đường cũng là thông số quan trọng để đánh giá Lực động F d (t) xác định phức

tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của ô tô, vận tốc chuyển động và độ

Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị số lớn

nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của F d (t)để đánh giá,

nếu F d (t) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động tới lốp xe và các bộ phận chi tiếtcủa xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn Mặt khác để giảm sự ảnh

hưởng của F d (t)thì trong trường hợp giảm tải trọng bánh xe so với giá trị tải trọngtĩnh, nghĩa là làm giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến(nhất là khi phanh) và lựcngang(quan trọng khi quay vòng) Trong trường hợp đặc biệt bánh xe bị nảy khỏimặt đường khi đó lực tác dụng từ đường lên bánh xe sẽ bằng 0 và ô tô sẽ mất tính

điều khiển Để đánh giá tính chất dao động của ô tô theo quan điểm về an toàn

chuyển động cần xác định tỉ số giữa lực động F d (t) và tải trọng tĩnh của bánh xe là

K

t

K t d R

F

K 

Khảo sát dao động của ô tô người ta quan tâm đến sự bám của lốp với mặt

đường, nhằm đảm bảo dao động của ô tô thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng

bánh xe vẫn phải bám đường, nếu không đạt 2 chỉ tiêu đó sẽ dẫn đến làm mất tính ổn

định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu

Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đường có thể xác định như sau:

 : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng

q : chiều cao mấp mô biên dạng đường

Có thể xác định giá trị  tdmax-là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối củabánh xe với đường theo biểu thức:

) ( max Max q

cũng dao động xung quanh vị trí giá trị trung bình P(t) (gọi là kỳ vọng toán học),theo kết quả thử nghiệm thì giá trị này bằng giá trị tải trọng tĩnh Pt đặt lên bánh xe.

Tải trọng thẳng đứng P(t) được xác định bằng tổng của tải trọng tĩnh Pt và tảitrọng động giữa bánh xe và mặt đường Nd(t): P(t) = Pt  Nd(t)

Sai lệch bình phương trung bình của tải trọng thẳng đứng xác định theo biểu thức:

) ( )

) ( (

)) ( )

(

2

t N P t N P t

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì sai lệch quân phương



  P

 phải là cực tiểu, nghĩa là  P min

Tải trọng tĩnh Pt xác định từ trọng lượng tĩnh của ôtô và tọa độ trọng tâm theo

chất dao động của ôtô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô của biên dạng mặt đường

Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị số lớn

nhất của tải trọng thẳng đứng, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của Nd(t)

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì ngược lại, cần phải giới hạn mức độ

biến thiên của tải trọng động Bởi vì N biến thiên dẫn đến tải trọng thẳng đứng P(t)

biến thiên gây ra sự biến thiên của lực bám và dẫn hướng của ôtô, làm giảm tính ổn

định và an toàn khi chuyển động

Có trường hợp đặc biệt là: bánh xe có thể nảy khỏi mặt đường, trong thời điểm

đó thì lực P(t) = 0 dẫn tới hiện tượng ở bánh xe sẽ mất khả năng truyền lực kéo, lực

phanh, đồng thời nếu là bánh xe dẫn hướng thì ở thời điểm đó ôtô sẽ mất tính điều

khiển Do đó, cần phải xác định tỉ lệ giữa tải trọng động so với tải trọng tĩnh, nghĩa làlập tỉ lệ:

0 0

a P

tĩnh đặt lên bánh xe, nghĩa là: |Nd| < Pt a < 100 %.

Ngoài ra khi dao động người ta quan tâm tới sự bám của lốp với mặt đường Có

thể ôtô dao động đảm bảo thỏa mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng bánh xe bám

đường kém nên làm mất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu

Vì vậy có thể sử dụng giá trị bình phương trung bình của chuyển dịch tương đốigiữa bánh xe với độ mấp mô mặt đường để đánh giá sự bám của bánh xe trên đường:

Trong đó : q: chiều cao mấp mô của biên dạng đường

Z1: Chuyển vị của tâm bánh xe theo phương thẳng đứng

Giá trị Ds không được vượt quá giá trị cho phép [Ds] cho trước với từng loại xe

và loại mặt đường

2.2.4 Tiêu chuẩn quốc tế về dao động.

Hướng chung của nghiên cứu hệ thống tổng thể “Đường-Xe-Người” được chiathành 3 hướng:

- Nghiên cứu về biên dạng mặt đường(nguồn gây ra dao động)

- Nghiên cứu hệ dao động ô tô(hệ thống treo )

- Nghiên cứu cảm giác của con người và sự an toàn hàng hoá chuyênchở.

2.2.4.1 Nghiên cứu biên dạng mặt đường.

Thường được tiến hành bằng thực nghiệm kết hợp với xử lý bằng lý thuyết, tác

giả P.B.Pomeh  epsđã đưa ra đặc tính thống kê của biên dạng mặt đường đồng thờiđưa ra các giải pháp và công thức tính toán phân tích dao động của xe bằng phươngpháp xác định và phân tích phổ cho các loại đường

2.2.4.2 Nghiên cứu dao động của ô tô.

Là cần thiết với mục đích hoàn thiện kết cấu hệ thống treo, nhằm mục đích cảithiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng keo, tính kinh tế, tính dẫn hướng và độ ổn

định chuyển động, độ bền và độ tin cậy của ô tô đặc biệt đối với xe hiện đại là một

việc không thể thiếu được Vì vậy nghiên cứu dao động của ô tô là xác lập mối quan

hệ dao động của ô tô với chỉ tiêu chất lượng khai thác ở trên

Nghiên cứu dao động của ô tô được tiến hành bằng nhiều phương pháp khác

nhau được trình bày cụ thể trong các công trình khoa học của tác giả nổi tiếng của

Nga: H.H.Grachenko theo những mục đích và khía cạnh khác nhau Nhưng đềuchung một bài toán cơ bản là khi nghiên cứu dao động của ô tô là làm rõ ảnh hưởngcủa sự thay đổi các thông số của hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ

hệ dao động Trên cơ sở như vậy kết hợp với số liệu thử nghiệm và các số liệu sửdụng tiến hành chuyển bài toán phân tích sang bài toán tối ưu các thông số của hệ ô tô

dao động đang khảo sát

Tóm lại, khi nghiên cứu dao động của ô tô các tác giả đã tập trung xác định cácthông số hợp lý của hệ thống, tạo cơ sở cho việc thiết kế hoàn thiện các phần tử của

kết cấu từ treo thụ động đến treo tích cực, treo có điều khiển đến hệ thống treo bántích cực.

2.2.4.3 Nghiên cứu cảm giác con người.

Trong ô tô là việc khó khăn hơn việc xác định an toàn cho hàng hoá chuyênchở Trong một số sách tham khảo, nhiều tác giả đã đề cập đề cập đến vấn đề khi đi ô

tô con người sẽ cảm thấy mệt mỏi nhất là thần kinh Vì vậy cần thiết nghiên cứu sự

mệt mỏi về thể xác, các chỉ tiêu đánh giá cho từng nhóm người theo từng độ tuỏi khácnhau Ngoài ra còn phải nghiên cứu sự phản ứng của các cơ quan, bộ phận trên cơ thể

con người liên quan đến việc điều khiển xe, từ đó tạo cơ sở cho công việc tuyển chọn

- Mục tiêu nghiên cứu

- Cấu trúc riêng của đối tượng nghiên cứu

- Khả năng tính toán và phương tiện tính toán

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật khả năng tính toán hầu nhưkhông bị hạn chế(có nhiều phần mềm rất mạnh hỗ trợ tính toán), nên chủ yếu khichọn và lập mô hình thường căn cứ vào mục tiêu và đặc điểm kết cấu của đối tượng

Về mục tiêu nghiên cứu có thể bao hàm các vấn đề sau:

1 Nghiên cứu tối ưu hệ treo, kể cả hệ treo tích cực Đối với mục tiêu này thì

mô hình1/4 là đủ

2 Nghiên cứu về dao động liên kết, thường dùng mô hình phẳng; mô hìnhphẳng cũng còn dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của đường

3 Nghiên cứu sự trượt và lật dưới tác động của ngoại lực như đường mấp

mô, gió bên nên thưòng sử dụng mô hình1/2

Sau đây là một số mô hình cơ bản được trình bày trong nhiều tài liệu của các tác

giả nổi tiếng

2.2.5.1 Mô hình 1 / 4

Mô hình 1/4 bao gồm hai khối lượng được treo M1T( thay thế cho khối lượng

thân xe) và không được treo m1T(thay thế cho khối lượng bánh xe, cầu xe và cácthành phần liên kết) Phần treo và không được treo liên kết với nhau thông qua cácphần tử đàn hồi của treo và giảm chấn, có độ cứng là C, hệ số cản giảm chấn K, xemhình 2.2

Hình 2.2 - Mô hình1/4

Để có thể chuyển mô hình vật lý thành mô hình động lực học hệ dao động ô tô,

cần phải có một số giả thiết nhằm đơn giản cho việc tính toán nhưng vẫn đảm bảo

tính đúng đắn của kết quả Quá trình nghiên cứu trong mô hình 1/4 chỉ xét dao động

của một trong bốn bánh xe, dao động của hệ là nhỏ, tuyến tính, xung quanh vị trí cânbằng tĩnh, bánh xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc với đường

Mô hình 1/4 có thể dùng để chọn tối ưu các thông số như độ cứng lốp, khối

lượng không được treo m, độ cứng C và hệ số cản giảm chấn K theo các hàm mục

tiêu vừa nêu trên

Trong quá trình nghiên cứu các hệ số C và K có thể được mô tả phi tuyến:

C f  z ;  n

K f   z

Việc này có ý nghĩa trong bài toán điều khiển hệ treo

2.2.5.2 Mô hình dao động liên kết.

Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô 2 cầu ở dạng mô hìnhphẳng, có nghĩa là ô tô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và xem độ mấp

mô của biên dạng đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau.Khối lượng treo

được qui dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng M (đại diện cho

khối lượng được treo là thân xe) và m1, m2( đại diện cho khối lượng không được

treo là cầu xe) với 4 bậc tự do là Z,, ξ1,ξ2

Hình 2.3- Mô hình phẳng dao động ô tô 2 cầu

Mô hình này hiệu quả với bài toán bố trí chung, và là mô hình đơn giản khinghiên cứu về đường và phân bổ tải khi phanh.

2.2.5.3 Mô hình 1 / 2

Mô hình 1/2 được một số tác giả phương tây như Dorling đề cập với mục tiêunghiên cứu thanh ổn định.Mô hình 1/2 có hai khối lượng được treo và không đượctreo với các thông số vật lý là (m, J) và (mA, JA), liên kết qua hệ treo với thông số vật

lý là (C, K) Lốp là phần tử đàn hồi theo cả 2 phương Z và Y Ngoại lực là F1 theo

phương ngang và F2 theo phương Z

Hình 2.4 - Mô hình1/2

2.2.5.4 Mô hình không gian xe.

Mô hình không gian xe con được Kortum/ Lugner đưa ra như trong hình 1.4 Xecon có khối lượng bé, nhưng lại có yếu tố phi tuyến hình học và vật lý lớn nên khôngthể bỏ qua khi lập mô hình Đặc điểm kết cấu là vỏ chịu lực, treo độc lập có yếu tốphi tuyến hình học cao

Hình 2.5 - Mô hình không gian xe con

2.2.6 Hàm kích động.

Chuyển động của ô tô trên mặt đường không bằng phẳng sẽ sinh ra các dao

động của khối lượng phần không được treo và khối lượng phần được treo của ô tô

Độ mấp mô của mặt đường là nguồn kích thích chính cho ô tô dao động Khi nghiên

cứu mô hình dao động của ô tô cần thiết phải mô tả toán học biên dạng của mặt

đường, vì chiều cao mấp mô của biên dạng đường tại vị trí tiếp xúc của bánh xe vớiđường sẽ tham gia vào phương trình vi phân mô tả chuyển động của hệ Hàm kíchđộng là một yếu tố thuộc mô hình dao động, mô tả những yếu tố gây dao động, vàthường được mô tả dưới dạng các hàm biên dạng sau:

- Hàm: h = ho sin t

- Hàm xung:    

0

j k

i t tfh

- Hàm dao động ngẫu nhiên: h f t mf,Rf τ 

Với mf: giá trị trung bình

Rf: Hàm quan hệ

: Thời gian tương quan

Việc chọn loại kích động nào thì phụ thuộc cụ thể vào từng mục tiêu nghiêncứu Nếu nghiên cứu về ảnh hưởng của đường thì buộc phải dùng hàm kích độngngẫu nhiên Còn nếu tối ưu hệ treo thì dùng hàm sin và xung là đủ

Theo quan niệm bây giờ, ngoài mấp mô của đường là yếu tố gây dao động, còn

có các yếu tố gây dao động khác mà ta có thể kể ra như sau:

1 Gió, nhất là gió ngang;

2 Gió dọc;

3 Góc quay vô lăng, đặc trưng qua gia tốc ngang với ngoại lực là lực

quán tính li tâm mv2

.

Như vậy có tất cả 4 yếu tố gây ảnh hưởng đến dao động ôtô mà trong khi

nghiên cứu cũng phải đề cập, hoặc là riêng về từng yếu tố một, hoặc đồng thời một sốyếu tố kết hợp

2.2.7 Thí nghiệm dao động.

Thí nghiệm dao động ôtô là vấn đề rất rộng và vô cùng quan trọng Nhờ có thínghiệm có thể xác định được tính năng, độ ổn định, độ bền và độ tin cậy làm việc củacác chi tiết, các cụm, các hệ thống và toàn bộ ô tô

Thí nghiệm ôtô có ba dạng:

- Thí nghiệm xác định đặc tính các cụm, thuộc tính vật lý của chúng;

- Thí nghiệm tổng thành trên bệ thử ;

- Thí nghiệm tổng thành trên đường

Do khoa học và công nghệ đo lường phát triển, ba dạng thí nghiệm trên hoàn

toàn được giải quyết mà không gặp cản trở nào tuy nhiên vấn đề hạn chế là khả năng

tài chính, vì mỗi lần thí nghiệm là rất tốn kém Ở Việt Nam hiện nay có các thiết bị

đo dao động xe máy trên bệ thử của Cục Đăng kiểm Việt Nam, thiết bị đo dao độngtrên đường của Học viện Kỹ thuật quân sự.

Đo dao động thường cần các cảm biến gia tốc, chuyển vị và đi kèm là các máy

đo và máy xử lý, tuy nhiên cảm biến và thiết bị đo dao động ôtô là các cảm biến và

thiết bị đo có dải tần thấp và biên độ lớn

Tiêu chuẩn ISO/DIS 2631 đánh giá tính êm dịu chuyển động của ôtô theo giatốc thẳng đứng, tiêu chuẩn này đưa ra các giới hạn cho phép đối với các giá trị hiệudụng gia tốc thẳng đứng của thùng xe, trên thang đo Loga, người ta định nghĩa hiệucác mức cường độ hiệu dụng của gia tốc bởi biểu thức:

hd

hd

Z Log

Zhd  [m/sec2

]

Đơn vị tính của L Z là deciben [dB] Trị số của L Z dùng để đánh giá cường độ

của gia tốc hiệu dụng Zhd Theo tiêu chuẩn ISO/DIS 2631, các giới hạn của gia tốc

thẳng đứng cho bởi hình 2.2, trên đó các đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu cácmức cường độ L Z của gia tốc thùng xe với các tần số trung bình của dao động thùng

xe, đo trên giải tần 1/3 Ôc-ta-va (tức hệ trục tọa độ chia theo thang Lôgarit thập

phân)

Hình 2.6 Hệ trục tọa độ quy định trong ISO 2631

Hình 2.7 Các giới hạn của gia tốc thẳng đứng trong các khoảng thời gian tác dụng

cho phép theo ISO/DIS 2631 và hệ trục tọa độ quy định trong ISO 2631

Tiêu chuẩn Quốc tế 2631-1:1997:

Tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 đưa ra 3 tiêu chuẩn để đánh giá ảnh hưởng của dao

động lên con người trong nhiều tình huống khác nhau:

Ảnh hưởng của đặc tính tuần hoàn, ngẫu nhiên hay tức thời của dao động toàn

thân trong quá trình đi trên ôtô đến sức khỏe

Sự đánh giá con người về tính tiện nghi trong quá trình đi trên ôtô

- Ảnh hưởng dao động đến chứng say sóng

Hình 2.8: Vùng chỉ dẫn sức khỏe ISO 2631-1:1997

Bảng 2.1: Phản ứng về tiện nghi với môi trường dao động (ISO 2631-1:1997)

Nhỏ hơn 0,315 m/s2 Không có cảm giá khó chịu

Từ 0,315 đến 0,63 m/s2 Có cảm giác chút ít về sự không thoải mái

Từ 0,5 đến 1 m/s2 Có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái

Từ 0,8 đến 1,6 m/s2 Không thoải mái

Từ 1,25 đến 2,5 m/s2 Rất không thoải mái

Lớn hơn 2 m/s2 Cực kỳ không thoải mái

2.2.8 Giới thiệu tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam:

Trên cơ sở tiêu chuẩn Quốc tế hiện hành là ISO 2631-1:1997, nhà nước cũng

ban hành bộ tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001 hoàn toàn tương đương với tiêu chuẩnISO 2631-1:1997

Mục đích của tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001 là xác định các phương pháp đánh

giá dao động toàn thân có liên quan đến:

Sức khỏe và độ tiện nghi của con người chịu dao động

Khả năng cảm nhận dao động.

Gây chóng mặt, buồn nôn do dao động

Phương pháp đánh giá cơ bản dựa vào giá trị gia tốc (r.m.s) hay còn gọi là giá trị

gia tốc trung bình bình phương (r.m.s) Trọng số gia tốc (r.m.s) tính bằng (m/s2) đối

với dao động tịnh tiến và (rad/s2) đối với dao động quay

Trọng số gia tốc r.m.s được tính theo công thức:   2

1

0

21

Trong đó: T: khoảng thời gian chịu dao động (s)

aw(t): gia tốc dao động tịnh tiến hoặc quay, tính bằng m/s2 hay rad/s2.Bảng 2.2:Phản ứng của cơ thể đối với những mức dao động khác nhau (TCVN 6964)Nhỏ hơn 0,315 m/s2 Không có cảm giá khó chịu

Từ 0,315 đến 0,63 m/s2 Có cảm giác chút ít về sự không thoải mái

Từ 0,5 đến 1 m/s2 Có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái

Từ 0,8 đến 1,6 m/s2 Không thoải mái

Từ 1,25 đến 2,5 m/s2 Rất không thoải mái

Lớn hơn 2 m/s2 Cực kỳ không thoải mái

Đánh giá dao động được dựa vào đồ thị sau: các đường gạch - gạch chỉ ra các

vùng cần chú ý với mục đích chỉ dẫn đối với sức khỏe

2.3 Các đặc trưng không bằng phẳng của mặt đường.

2.3.1 Ảnh hưởng của mặt đường đến tính chất chuyển động êm dịu của ôtô.

Chất lượng của mặt đường là yếu tố chủ yếu quyết định độ êm dịu khi vận hànhôtô

Mặt đường càng phẳng, mấp mô càng nhỏ mịn thì ôtô chuyển động càng êm dịu

và nâng cao độ an toàn

Chất lượng mặt đường được đánh giá theo chiều cao và bước sóng profil mấpmô

Profil mấp mô có thể là dạng hình học thông thường (như hình thang, chữ nhật,tam giác, hình sin,…) và cũng có thể là dạng phức tạp bất kỳ

Profil mấp mô có thể rời rạc, cách quãng hoặc liên tục dạng sóng dọc theo

hướng chuyển động của ô tô Trong tính toán, khảo sát, người ta chia profil mấp mô

thành 3 dạng điển hình sau đây:

Profil rời rạc, cách xa nhau Mấp mô hẹp và cao, gây ra chấn động mang tínhchất xung va đập

Profil liên tục dạng tuần hoàn hình sin hoặc tuần hoàn bất kỳ

Profil có chiều cao ngẫu nhiên liên tục

Nhờ có máy móc đặc biệt, người ta có thể ghi và đo được profil mấp mô, từ

đó có thể xác định được đặc tính của chúng

2.3.2 Profil mặt đường:

Lấy một điểm bất kỳ trên mặt đường làm gốc tọa độ, đồng thời ký hiệu gốc tọa

độ nằm dọc mặt đường là S, có thể biểu diễn hàm profil mấp mô là: q = q (s), xácđịnh quan hệ giữa chiều cao mấp mô theo quãng đường S

Mấp mô đơn giản nhất có profil bậc thang, biểu thức của nó là hàm q1(s) có

bước nhảy bằng độ cao của bậc thang q0:

) (

0

1

S khi q

S khi S

q

Xem ôtô chuyển động đều (V = const), ta có S = v.t, suy ra hàm q1 (t)

)(

0 1

t khi q

t khi t

q dt e t

0 0 0

khi2 < t <1

; 1 1

e e

e

P q







P P q

0    



S V

CHƯƠNG III KHẢO SÁT KẾT CẤU VÀ THÔNG SỐ KỸ

THUẬT CỦA HỆ THỐNG TREO TRÊN KHÁCH SAMCO.

3.1 Kết cấu hệ dao động ôtô:

Kết cấu hệ dao động ôtô gồm 4 phần chình:

1 Phần được treo: là bộ phận chủ yếu của ôtô, bao gồm khung, thùng, hệthống động lực và các cơ phận khác liên kết với nhau Toàn bộ khối lượng của các bộphận này được đặt lên hệ thống đàn hồi và dẫn hướng, gọi là hệ thống treo

2 Phần không được treo: gồm có cầu - dầm cầu, hệ thống chuyển động

(bánh xe), cơ cấu dẫn động lái …Trọng lượng của phần này không tác dụng lên hệ

thống treo Có một số cơ phận của ôtô vừa được lắp lên phần được treo, vừa được lắplên phần không được treo như: nhíp, giảm chấn, trục các đăng…Do đó một phần khối

lượng của chúng được xem như thuộc phần được treo và nửa kia thuộc phần khôngđược treo

3 Hệ thống treo: là bộ phận bao gồm các phần tử đàn hồi, giảm chấn, liênkết và dẫn hướng Các bộ phận này nối thùng xe với các cầu và bánh xe ôtô, từng bộphận thực hiện nhiệm vụ sau đây:

Bộ phận đàn hồi làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ mặt đường, đảmbảo tính êm dịu cần thiết.

Bộ phận giảm chấn để dập tắt các dao động phần được treo của ôtô

Bộ phận dẫn hướng để truyền lực dọc và mô men từ mặt đường tác dụng lên

bánh xe Động học của bộ phận dẫn hướng xác định tính chất dịch chuyển tương đối

giữa bánh xe và khung xe

4 Lốp: là thành phần đàn hồi thực hiện việc nâng đỡ và truyền lực cho ôtô,

đảm bảo cho bánh xe tiếp xúc tốt với mặt đường và làm giảm nhẹ tải trọng động tác

dụng lên phần không được treo

3.1.1 Khối lượng được treo m 2 :

Khối lượng được treo m2 gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng

chúng tác động lên hệ thống treo như khung, thùng xe, hành khách, hàng hóa và một

số các chi tiết khác….Trong hệ dao động tương đương, khối lượng được treo đượcxem là một vật thể đồng nhất, cứng hoàn toàn

3.1.2 Khối lượng không được treo m 1 :

Khối lượng không được treo m1 là những cụm chi tiết mà trọng lượngcủa chúng không tác động lên hệ thống treo mà chỉ tác động lên lốp và truyền xuốngmặt đường Ta có thể xem phần không được treo là vật thể đồng nhất, cứng hoàntoàn có khối lượng m1 tập trung vào tâm bánh xe

Hệ số khối lượng: tỷ số giữa khối lượng được treo m2 và khối lượng không

Hệ số khối lượng có ảnh hưởng lớn tới độ êm dịu chuyển động Giảm khối

lượng không được treo sẽ giảm được lực va đập truyền lên khung xe, còn tăng khốilượng được treo sẽ làm giảm được dao động khung xe

Ôtô du lịch:m = 6,5 7,5 ôtô tải và xe khách: m = 4 5

3.2 Thông số kết cấu, tác dụng các bộ phận của hệ thống treo:

3.2.1 Thành phần đàn hồi:

Bộ phận đàn hồi có thể gồm một hay một số phần tử đàn hồi và chúng có thể

được chia thành loại phần tử đàn hồi bằng kim loại hay loại phần tử đàn hồi phi kim

loại Phần tử đàn hồi kim loại thường là nhíp (dùng ở hệ thống treo phụ thuộc và độclập), l lò xo xoắn ốc và thanh xoắn (hệ thống treo độc lập) Phần tử đàn hồi phi kimloại, gồm có các loại đàn hồi bằng cao su, loại đàn hồi khí ép, loại thủy lực Lợi dụng

ưu thế của từng loại người ta thường sử dụng kết hợp gồm hai hay nhiều phần tử đàn

hồi với nhau

Khi tính đến độ êm dịu chuyển động (các dao động) tần số dao động riêng cần

thiết n phải có độ võng tĩnh hiệu dụng ft quyết định Quan hệ giữa ft và n theo công

thức tính tần số dao động riêng của hệ thống treo:

Như vậy có thể xác định độ võng tĩnh theo tần số dao động riêng n của hệ thống

Nói chung ft cho ôtô du lịch không nên nhỏ hơn 150300mm, đối với xe khách ftkhông bé hơn 100200mm Ứng với độ võng này cả hai loại xe trên có tần số daođộng riêng n = 6085 lần/phút Tần số này phù hợp với tần số đi bộ của con người

Theo tài liệu thiết kế ôtô, để đảm bảo độ êm dịu chuyển động theo tỉ số độ võngtĩnh fts của hệ thống treo sau và độ võng tĩnh ftt của hệ thống treo trước phải nằmtrong giới hạn sau:

Độ võng động fđcủa hệ thống treo:

- ôtô du lịch: fđ= (0,8 ÷0,9)ft; ôtô khách: fđ= (0,7 ÷0,8)ft ; ôtô tải: fđ

=1.0ft

Hình 3.1: Quan hệ tần số dao động riêng n phần được treo với độ võng tĩnh hiệu dụng f

3.2.2 Bộ phận giảm chấn:

Lực cản trong hệ thống treo trực tiếp ảnh hưởng đến việc dập tắt các dao độngcủa vỏ cầu, các dao động này phát sinh khi ôtô chạy trên đường không bằng phẳng.Lực cản chính là lực ma sát trong phần tử đàn hồi, như ma sát giữa các lá nhíp, bạclót, chốt nhíp, ma sát trong các khớp dẫn hướng, ma sát trong vật liệu của lốp và cácchi tiết bằng cao su trong hệ thống treo

Để hệ thống treo vừa mềm lại vừa dập tắt nhanh dao động, cần giảm ma sát cơđến tối thiểu, để cho giảm chấn thủy lực đóng vai trò chính trong việc dập tắt các daođộng

3.2.3 Bộ phận dẫn hướng:

Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo có mục đích: xác định tính chất chuyển

động của bánh xe đối với mặt tựa và vỏ xe, đồng thời góp phần vào việc truyền lực và

mômen giữa bánh xe và vỏ xe

Lực phát sinh giữa bánh xe và mặt đường có thể gộp lại làm ba phản lực chính:lực thẳng đứng Z, lực dọc X và lực ngang Y Các momen do các lực X, Y, Z lần lượt

là MX, MY, MZ có thể có giá trị khác nhau đối với bánh xe bên trái hoặc bánh xe bênphải Các chi tiết hệ thống treo truyền những phản lực và mômen lên khung xe

Đường mấp mô phát sinh lực động Z và mômen MX truyền lên thùng xe nhờ bộphận đàn hồi Lực dọc X, lực ngang Y và các momen MX, MZ truyền qua bộ phận dẫn

hướng của hệ thống treo

3.2.4 Sự đàn hồi của lốp:

Tính chất đàn hồi của lốp ôtô có ảnh hưởng quan trọng đến đặc tính chuyển

động êm dịu của ôtô Lốp có thể đàn hồi theo phương hướng kính, phương ngang vàphương tiếp tuyến Sự tổn thất do nội ma sát trong sẽ phát sinh nhiệt và nung nóng

lốp xe khi chuyển động, làm ảnh hưởng xấu đến đặt tính đàn hồi Vì vậy cần tìm biệnpháp giảm sự ma sát trong của lốp

3.3 Mô hình dao động ôtô:

3.3.1 Mô hình không gian:

Bất kỳ một cơ hệ vật rắn nào chuyển động tự do trong không gian cũng đều cần

đến 6 bậc tự do để có thể mô tả hoàn toàn chuyển động của nó

ôtô có 3 thành phần khối lượng tiêu biểu (thân xe, khối lượng không được treo

phía trước, khối lượng không được treo phía sau) và 8 bộ phận lò xo (4 bánh xe và 4

lò xo của hệ thống treo) tiêu biểu cho một hệ dao động với nhiều bậc tự do Vì thế hệ

8 phương trình vi phân cần được giải đồng thời mới có thể mô tả hoàn toàn chuyểnđộng của ôtô Trường hợp tiêu chuẩn tiện nghi cho con người được quan tâm đặc biệt,

mô hình dao động ôtô còn phải tách riêng thêm khối lượng người ngồi đặt trên một l

lo xo của ghế ngồi

Hình 3.2 Mô hình không gian hệ dao động ôtô

Hình 3.3 Mô hình không gian hệ dao động phần được treo

Bảng 2.1: Sáu bậc tự do của mô hình 3D dao động ôtô bao gồm:

Hệ trục Thân xeTrục X Tịnh tiến dọc (Performance)Trục Y Tịnh tiến ngang (Side slip)Chuyển động tịnh tiến

Trục Z Nhún (bounce)Trục X Quay ngang, đưa Võng (Roll)

Trục Y Quay dọc, phi ngựa (Pitch)Chuyển động quay

Trục Z Quay lệch hướng (Yaw)Trong khuôn khổ luận văn này mô hình 3D của phần được treo chỉ xét đếnchuyển động nhún, chuyển động quay ngang, chuyển động quay dọc

3.3.2 Mô hình phẳng tương đương của cơ hệ không gian trong mặt XZ và XY.