Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chươngi3: Mô hìnhikhảo sát dao động ô tô Chươngi4: Khảo sát dao động ô tô- đánh giá độ êm dịu Chươngi5: Kếtiluận và kiếninghị 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Dao động và ảnh hưởng của dao động Khi xe ô tô di chuyển trên đường không bằng phẳng sẽ chịu những dao động do mấp mô bề mặt đường. Dao động sẽ gây tác động xấu đến người ngồi trên xe, hàng hóa và ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của xe. Người lái và hành khách ngồi trên xe sẽ có cảmigiác rất khóichịu, cóithể dẫn tới cácibệnh nghiêm trọng khi bị ảnh hưởng với dao động trong thời gian dài.
Với xe tải với mục đích chính là vận chuyển hàng hóa, nếu chịu tác động bởi dao động lâu dài sẽ ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa, đồng thời cũng làm giảm tính kinh tế của xe khi bánhixeikhông tiếpixúc với mặtiđường hoàn toàn trong quá trình di chuyển làm tiêu hao một lượng công suất có ích mà động cơ sinh ra. Có thể nói, dao động tác động rất lớn đến xe ô tô cụ thể là dao động do mấp mô mặt đường gây ra. Ảnh hưởng của dao động tới con người Các phương tiện vận tải như ô tô, trong quá trình di chuyển, tạo ra các dao động do tác động của các yếu tố bên ngoài như bề mặt đường và gió, cũng như các yếu tố bên trong như cấu trúc của hệ thống treo. Các dao động này trực tiếp ảnh hưởng đến người ngồi trên.
Những dao động này dưới dạng sóng cơ học được truyền trực tiếp lên cơ thể con người làm cho cả cơ thể hoặc từng bộ phận cơ thể dao động theo. Tác động của dao động cơ học lên cơ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tầnisốidao động, cườngiđộ, thờiigian cơ thể bị táciđộng và hướng bị táciđộng. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng: - Daoiđộngivới tần số 3÷5 Hz có thể gây ra sự rối loạn trong luồng máu, dẫn đến cảm giác choáng. - Dao động với tần số 5÷11 Hz có thể gây ra rối loạn về hệ thống taiitrong, ảnhihưởng đếnidạidày và ruột.
- Daoiđộngivớiitầnisố 11÷ 45 Hz có thể làm giảm thị lực và gây buồn nôn… Tuy nhiên, tác động của các dao động này có thể thay đổi tùy thuộc vào cá nhân và đối với mỗi người có thể khác nhau. Daoiđộng của ô tô có một phạm vi tần sốirộng, vì vậy có thể phân biệt được giữa daoiđộng của phần treo xe ởitần số thấp và daoiđộngicủa phần khôngitreoiởitầnisố cao. 3 - Coningườiicóithể cảm nhậniđược daoiđộng ở tần số 15÷18 Hz, gây ra cảm giác không thoải mái trong thời gian ngắn. - Rung động có tần số 15÷1500 Hz ít được cảminhận đượcirõ, nhưng có thểigây ra ảnh hưởng cho sứcikhỏe nếuitiếp xúcitrong thờiigian dài.1: Mô hình cơ thể con người như một hệ dao động với các tần số riêng khác nhau của từng bộ phận.
Dưới sự tác động của dao động trong một khoảng thời gian dài sẽ gây ra các tổn thương cho cơ thể con người, sự ảnh hưởng này phụ thuộc vào các yếu tố kích động từ biên độ, hướng hay thời gian chuyển động. Các tác động củaidaoiđộng ô tô đối vớiicơithểicon ngườiibao gồm: 4 - Về mặt cột sống: có thể gây ra các vấn đề vềicộtisốngikhi tiếp xúc với daoiđộng ở tầnisốitừ 4iđếni12 Hz. - Về mặt tiêu hóa: gây ra các vấn đề cho hệ tiêu hóa khi tiếp xúc với dao động trong thời gian dài. - Nhịp tim và nhịp thở có thể tăng lên khi tiếp xúc với daoiđộng ở tần sối20 Hzivàikéo dài, gây ra rối loạn cho cơ thể.
- Đối với các tần số dao động trong khoảng tần số 0.1 Hz hoặcithấpihơn, có thể gây cảm giác sayisóngido chuyểniđộngilắc ngang hoặciquay vòng. Một số dao động có thể không gây ra tổn hại trực tiếp choisức khỏe, nhưng có thể làm giảm sự tập trung và khả năng xử lý thông tin của người lái xe, điều này đặc biệt nguy hiểm đối với những người lái xe trên các hành trình dài. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu Độiêmidịu là mộtitronginhữngichỉitiêuiquanitrọng đốiivới một chiếc ô tô. Độ êm dịu chuyển động không chỉ phụ thuộc vào kết cấu của xe, cường độ dao động mà còn phụ thuộc vào kỹ thuật lái xe.
Lựa chọn cácichỉ tiêuiđánhigiá độiêm dịu chuyểniđộng của một chiếc ô tô thường dựa trên tác động dao động của của con người trong cái hoạt động thường ngày như đi bộ, chạy bộ… một trong những dao động quen thuộc với cáciđặcitrưngivề tần số và giaitốcidao động. Nếu người ngồi trên xe có chỉ số dao động không vượt quá chỉisốidao động của người khiiđiibộ, chạy bộ thìiđộiêmidịuicủa xe là chấpinhận được. Bên cạnh đó, để chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu còn phụ thuộc vàoisựiphátitriển kinhitế, khoaihọc kỹithuật, dụng cụ đo, trình độ thí nghiệm, sản xuất chế tạo và lắp ráp ô tô. Chỉ tiêu về tần số dao động Khi con người đi hay chạy bộ thì đang thực hiện một dao động.
Mỗi người có thói quen và vóc dáng khác nhau nên bước đi có khác nhau nhưng nhìn chung thông thường thì con người thực hiện được khoảng 60 đến 85 lần/phút, tần số dao động tương ứng từ 1 đến 1. Vì vậy có thể nói rằng ô tô có chuyển động êm dịu là khi chạy trên mọi địa hình thì tần số dao động riêng nằm trong khoảng từ 1 đến 1. 5 Trong thực tế, thường lấy giá trị tần số dao động với các loại ô tô như sau: • n = 60 85 lần /phút đối với xe du lịch. • n = 85 120 lần /phút đối với xe tải.
Chỉ tiêu về gia tốc và vận tốc dao động Chỉ tiêu này được lựa chọn dựa trên cơ sở đánh giá cảm giác xuất hiện trong thời gian dao động Cảm giác được đánh giá theo hệisố êmidịu của chuyểniđộngiK, K là một đại lượng không thứ nguyên phụ thuộc vào tần số và giaitốc daoiđộng, hướngicủa daoiđộng tương ứng với trục của cơithể coningười, phụithuộc vào thờiigian tác độngicủa chúngilênicon người. K được biểu diễn như sau: 12.01f 2 Trong đó: f: tần số Z : gia tốc (m2/s) K càng nhỏ thì độ êm dịu của xe càng nâng cao, các giá trị K cho phép như sau: K = 10 đến 25 đối với xe chạy trongithờiigianidài. Ki= 25 đến 63 đối với xe chạy trong thời gian ngắn. Nếu chịu tác động của dao động ngẫu nhiên nhiều tần số, có thể tách chúng thành các dao động điều hòa riêng rẽ, ứng với dao động điều hòa có tần số fi ta tính được một giá trị Ki, khi đó hệ số K chung sẽ là: 6 n K= K i2 (2.3) i=1 Trong đó: K i : hệ số độ êm dịu của thành phần thứ i.
n: số thành phần của hàm ngẫu nhiên. Chỉ tiêu về gia tốc và thời gian dao động Chỉ tiêulnày thường dành cho người điều khiển phương tiện trong một khoảng thời gian dài. Khi ngồi trên ô tô, dưới sự tác động của dao động trong khoảng thời gian quá dài sẽ khiến cơ thể con người bị mệt mỏi, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc hoặc sức khỏe. Khi thực hiện các thí nghiệm với giá trị tần số nằm trong khoảng từ 4 đến 8Hz, là khoảng giá trị tần số có tác động đến sức khỏe con người.
Thí nghiệm được kéo dài 8 giờ, các giá trị của trọng số gia tốc dao động tác động lên con người tạo ra các cảm giác như sau: • Dễ chịu: 0,1 m/s2 • Gây mệt mỏi: 0,315 m/s2 • Gây ảnhlhưởng đến sứclkhỏe: 0,63 m/s2 2. Chỉ tiêu về công suất dao động Chỉltiêulnàyldựa trên giả thiết rằng các cảm giáclcủa conlngười trong dao động phụ thuộclvào cônglsuất truyềnlcho con người đó. Công suất trunglbình truyền cho người chịu dao động là: T 1 N c = lim P ( t ) xv(t)dt (2.4) T →a T 0 Trong đó: P(t): lực táclđộng lênlngười. v(t): vận tốc daolđộng.
Công thức trên sử dụng rất khó khăn nên nó có thể được sử dụng biểu thức tính công suất trung bình truyền cho người chịu dao động như sau: 7 N 2 2 2 2 Nc = K zi Zci + K zci Zcci + K xi X ci + K yi Y ci (2.5) i=1 Trong đó: K ( x,y,z )i : hệ số hấp thụ. Zc : thành phần gia tốc thẳng đứng truyềnlqua chân. Zcc : thành phần gialtốc thẳng đứng truyền qua ghế. X c : thành phần gia tốc.
Y c : thành phần gia tốc ngang. Hệ số K được cho bởi biểu đồ thực nghiệm. Trong công thức trên đơn vị gia tốc là m/s2 công suất có thứ nguyên là W. Các giá trị cho phép của chỉ tiêu này được xác định như sau: • Nc = 0.3 dễ chịu • Nc = 6÷10 khó chịu 2.
Chỉ tiêu hạn chế sự va đập của hệ thống treo Được xác định bởi công thức: T 2 D2 = lim S ( t ) -Z ( t ) dt (2.6) T → 0 Trong đó: S(t): chuyểnlvị tuyệt đối của tâm bánh xe theo thời gian. Z(t): chuyển vị tuyệt đối tại điểm đặt bộ hạn chế trên thân xe theo thời gian. Giá trị D2 không được vượt quá giá trị cho phép [D2] cho trước với từng loại xe và loại mặt đường. Chỉ tiêu về độ bám của bánh xe và mặt đường Khi tác động của dao động làm cho bánh xe bị tách khỏi mặtlđường sẽ gây ra các ảnh hưởng lớn đến độ bền, tính kinh tế, an toàn của xe trong quá trình chuyển động.
Chỉ tiêu này được đánh giá bằng toàn phươngldịch chuyển tương đối giữa tâmlbánh xe với mặt đường. Theo công thức: 8 T 2 1 D s = lim S ( t ) -q ( t ) dt (2.7) T → T 0 Trong đó: q(t): hàm biểu diễn độ mấp mô mặt đường. Giá trị Ds không được vượt quá giá trị cho phép [Ds] cho trước với từng loại xe và loại mặt đường. Chỉ tiêu về bình phương trung bình của gia tốc dao động Để có thể đánh giá tác động của dao động ảnh hưởng đến con người thì trịlsố hiệu quả của gialtốc dao động Zhq (hoặc phương sailσ) được đặt ra giá trị để đánh giá tác động này.
Trịlsố hiệu quả của gia tốc dao động xác định: T 1 2 T 0 Zhq = lim Z (t )dt (2.2: Gia tốc dao động phụ thuộc vào thời gian 9 Nếu là dao động điều hòa thì Zhq được xác định: Zmax Zhq = 0,0707.9) 2 Trong đó: Zmax : biên độ của gia tốc dao động. Nếu gialtốc daolđộng cóldáng điệulbất kỳ, có thể xác định Zhq như sau: S Zhq = (2.10) T Trong đó: S: diện tích gạch chéo trên đồ thị. T: tổng thời gian dao động.