CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DAO ĐỘNG Ô TÔ 1.1 Dao động ô tô và các ảnh hưởng của nó.1 Dao động ô tô. Ô tô là một hệ dao động cơ học bao gồm nhiều khối lượng có mối liên kết với nhau và nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với bề mặt đường có biên dạng phức tạp. Trong lý thuyết ôtô khi nghiên cứu dao động ôtô thường giả thiết là khối lượng của ôtô là tập trung, đợc chia làm hai phần đợc treo và không được treo. Dao động của phần đọc treo là dao động phức tạp và có thể xem là tập hợp một số dao động đơn giản.
Khi đó phần đợc treo có thể thực hiện đồng thời 3 dịch chuyển tịnh tiến theo các trục toạ độ OX, OY, OZ và 3 dịch chuyển góc xung quanh các trục này. Trong đó, dịch chuyển tịnh tiến theo phương trục OZ và dịch chuyển góc tương đối xung quanh trục OY (lắc dọc), OX (lắc ngang) là có ảnh hưởng nhiều nhất tới độ êm dịu chuyển động và độ an toàn chuyển động của ôtô. Các giá trị tần số, dịch chuyển, vận tốc dịch chuyển và gia tốc dịch chuyển của các khối lượng khác nhau trên ôtô được xác định bởi các đặc trưng về khối lượng của chúng, các đặc tính của các phần tử hệ thống treo, cũng như chế độ vận tốc chuyển động của ô tô và đặc trưng của biên dạng mặt đường 1. Các nguồn gây dao động ô tô.
Đối với một cơ hệ bất kỳ, nguồn kích thích dao động có hai dạng là các kích thích động học và kích thích lực học. Trên ôtô có nhiều nguồn gây ra dao động của ô tô: - Độ lệch tâm và hình dạng không đồng đều của bánh xe, độ không cần bằng của các bánh xe và các chi tiết quay của động cơ, hệ thống truyền lực. - Các ngoại lực xuất hiện trong quá trình chuyển động của ôtô khi tăng tốc, khi phanh, khi quay vòng. - Các mấp mô bề mặt đường Cho đến nay mấp mô biên dạng đường vẫn được coi là nguồn chính gây ra dao động ô tô.
Các mấp mô biến dạng đường là kích động động học từ mặt đường, có thể mô tả bằng nhiều cách: 6 - Mô tả bằng các hàm xác định thường là các mấp mô dạng xung hoặc mấp mô có dạng hàm điều hoà. - Mấp mô biên dạng đường mô tả bằng hàm ngẫu nhiên của chiều cao nhấp nhô theo chiều dài đường. Việc nghiên cứu dao động của ô tô bằng mô hình ở giai đoạn phát triển mô hình thì hai nhóm kích động đơn và tuần hoàn là hợp lý vì tín hiệu vào là tường minh cho phép quản lý tín hiệu ra của mô hình. Khi nghiên cứu dao động ôtô dưới tác dụng của đường ở một vài loại đường, ở một vài khu vực cụ thể, nhất thiết phải đo đạc về đường và nhất thiết phải sự dụng hàm ngẫu nhiên.
Ảnh hưởng của dao động đối với ô tô, đường giao thông và cơ thể con người Dao động ô tô ảnh hưởng xấu đến con người, hàng hoá chuyên chở trên xe, đến khả năng làm việc và độ bền của các cụm, các cơ cấu tổng thành trên xe. Ảnh hưởng của dao động lên cơ thể con người. Khi ô tô chuyển động sinh ra các dao động tác động lên ngời ngồi trên ô tô làm cho cơ thể con ngời vừa thực hiện dao động riêng tắt dần và dao động công bức. Các ảnh hưởng này được đề cập đến trong khái niệm độ êm dịu chuyển động của ôtô.
Lực kích thích tác động lên cơ thể con ngời bằng một trong hai đường truyền : Có thể là tác động vào phần mông (nếu ngồi trên ghế) hoặc tác động vào bàn chân (nếu ngời đó đứng). Ngoài ra đối với người lái còn bị tác động từ vô lăng vào tay người lái. Dao động phức tạp này gây biến đổi tâm sinh lý làm cơ thể mỏi mệt giảm năng suất làm việc gây ảnh hưởng lâu dài lên sức khoẻ. Ảnh hưởng của dao động ô tô đối với cơ thể con ngời phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố : Thời gian tác động, hướng tác động, đặc tính của hàm kích dao động(là ngẫu nghiên, liên tục, gián đoạn có chu kỳ hay không có chu kỳ cũng như các đại lượng đặc trưng cho dao động như: Tần số, biên độ, vận tốc, gia tốc giao động b.
Ảnh hưởng của dao động ô tô đến độ bền xe, đường giao thông độ và an toàn Khi ô tô dao động sẽ phát sinh các tải trọng động tác dụng lên khung vỏ ôtô, lên các cụm, hệ thống và các chi tiết của xe cũng nh bề mặt đường. ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của ôtô và đường. Theo số liệu thống kê người ta thấy rằng, khi ôtô vận tải chạy trên 7 đường xấu gồ ghề, so với ôtô cùng loại chạy trên đường tốt bằng phẳng thì vận tốc trung bình giảm khoảng (40+50)%, quãng đường chạy giữa hai kỳ sửa chữa lớn giảm (35+40)%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng (50-70)%, năng suất vận chuyển giảm (35+40)%, giá thành vận chuyển tăng (50+60)%. Đối với độ bền chi tiết ô tô thì ảnh hưởng của của dao động được thể hiện một cách rõ rệt.
Khi dao động, gia tốc dao động gây ra các tải trọng quán tính và có thể xẩy ra hiện tượng cộng hưởng làm cho hư hỏng các chi tiết, khung vỏ của xe Dao động của ôtô sẽ gây ra sự thay đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa mặt tiếp xúc của bánh xe với bề mặt đường. Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trờng hợp tải trọng tĩnh thì sẽ giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc (lực kéo, lực phanh) và lực ngang, còn khi giá trị phản lực này tăng lên thì sẽ tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường. Trong quá trình chuyển động xe có thể xảy ra hiện tượng tách bánh (bánh bị nhấc khỏi mặt đường) làm độ an toàn chuyển động giảm vì lúc đó mất khả năng bám của bánh xe với mặt đường. Đối với bánh xe chủ động khi có hiện tượng tách bánh thì công của động cơ lúc này trở thành công vô ích, năng lượng của động cơ không trực tiếp đẩy ô tô chuyển động mà làm bánh xe quay không đều, sau đó bánh xe lại tiếp xúc với mặt đường tạo ra ma sát trượt giữa bánh xe với mặt đường làm mòn lốp, gây ra hiện tượng va đập trong hệ thống truyền lực.
Nếu hiện tượng này xảy ra nhiều và liên tục sẽ làm tăng tiêu hao nhiên liệu, ảnh hưởng đến tính kinh tế.2 Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động. Độ êm dịu chuyển động là ảnh hưởng của dao động ôtô đến con người và hàng hoá khi xe chuyển động trên đường. Việc đánh giá độ êm dịu chuyển động là rất khó khăn do phụ thuộc nhiều vào sự cảm nhận chủ quan và sức chịu đựng dao động của con người. Độ êm dịu chuyển động của ôtô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động ảnh hưởng xấu của dao động tới con người, hàng hoá, đến các kết cấu của ôtô.
Với khái niệm về độ êm dịu chuyển động ở trên, ta thấy: ôtô đảm bảo độ êm dịu chuyển động có nghĩa là các thông số đánh giá độ êm dịu chuyển động của nó nằm trong giới hạn cho phép, theo tiêu chuẩn đánh giá. Để đánh giá độ êm dịu chuyển động, các tổ chức khác nhau trên thế giới đã đưa ra rất nhiều chỉ tiêu, tiêu chuẩn khác nhau. Cơ sở để đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu 8 chuyển động ô tô, được dựa trên tác động dao động của con người khi đi bộ, một dạng chuyển động quen thuộc của con người từ nhỏ với đầy đủ các đặc trưng về tần số, gia tốc dao động. Có thể xem các chỉ số dao động của con người ngồi trên ô tô khi chuyển động, không vượt quá các giá trị của các chỉ số dao động khi đi bộ thì độ êm dịu của ô tô là chấp nhận được.
Các tiêu chí đánh giá độ êm dịu gồm: - Tần số dao động riêng; - Gia tốc dao động; - Lượng dao động (VDV); - Lượng dao động tới hạn (eVDV). Tần số dao động riêng là tiêu chí đánh giá dao động phụ thuộc vào thông số kết cấu của hệ thống treo. Tần số này được đo trong phép thử dao động tắt dần theo quy chuẩn QCVN 09:2015/BGTVT. Gia tốc bình phương trung bình (aw) được sử dụng làm tiêu chí đánh giá độ êm dịu, được tính theo công thức sau: =√1∫0 2 () (1) Trong đó: aw(t) - Gia tốc theo thời gian, tác động đến người ngồi, (m/s2) T - Thời gian tác động, (s).
Lượng dao động VDV (Vibration Dose Value) là giá trị tính theo lũy thừa bậc bốn của gia tốc, do đó sẽ nhạy hơn so với gia tốc bình phương trung bình tính theo lũy thừa bậc hai. VDV là tiêu chí đánh giá độ êm dịu có tính đến thời gian tác động, đánh giá mức 1,75 độ cảm nhận của người ngồi trên xe. Giá trị VDV có đơn vị (m/s ), được xác định theo công thức sau: VDV = (∫0 4 () )1/4 (2) 9 Lượng dao động tới hạn eVDV (Estimated Vibration Dose Value) được tính theo công thức sau: eVDV= 1,4awT1/4 Lượng dao động tới hạn eVDV là giá trị đặc trưng cho mức ảnh hưởng của dao động đối với người ngồi, có tính đến thời gian tác động (tích lũy dao động). Theo ISO 2631-1,với thời gian T=8h mức giới hạn của eVDV là 17.Với mức giới hạn này, khi gia tốc tăng lên (VD: đi trên các mặt đường xấu hơn), cần phải giảm thời gian tác động (thời gian đi xe) để đảm bảo sức khỏe cho người đi xe).3 Giới thiệu tiêu chuẩn về độ êm dịu của Việt Nam.1 Chỉ tiêu về tần số dao động Tần số dao động là chỉ tiêu đầu tiên để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô.
Giá trị cho phép tần số dao động riêng ô tô, được xác định theo tần số dao động của người đi bộ (khoảng 60-90 lần/phút). Do đó, đối với xe khách chỉ tiêu về tần số riêng là : f=1-1.5Hz (f:tần số riêng ôtô) Đây là chỉ tiêu rất quan trọng, giá trị này ứng với dao động chính của ô tô do hệ thống treo gây ra.2 Chỉ tiêu về gia tốc rung động Theo TCVN 6964-1:2001: phản ứng của cơ thể con người đối với những mức rung động khác nhau phụ thuộc vào trọng số gia tốc aw như bảng 1.315 m/ 2 Không có cảm giác khó chịu 0.63 m/ 2 Có cảm giác chút ít về sự không thoải mái 0.5 m/ 2 - 1 m/ 2 Khá là không thoải mái 0.