Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế và đô thị hóa nhanh chóng tại Việt Nam, đặc biệt là tại thành phố Hồ Chí Minh, nhu cầu vận tải công cộng ngày càng tăng cao. Xe buýt đóng vai trò quan trọng trong việc phục vụ đi lại của người dân, đồng thời người lái xe buýt phải làm việc trong điều kiện dao động liên tục do mặt đường và hệ thống xe gây ra. Theo ước tính, dao động thẳng đứng tác động lên ghế người lái có tần số dao động chủ yếu trong khoảng 3 đến 15 Hz, là vùng tần số ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe con người. Các dao động này không chỉ gây mệt mỏi, giảm tập trung mà còn là nguyên nhân dẫn đến các bệnh nghề nghiệp về cột sống và các rối loạn khác.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích dữ liệu dao động tại ghế người lái xe buýt nội thành thành phố Hồ Chí Minh bằng phương pháp thực nghiệm, sử dụng cảm biến gia tốc để thu thập dữ liệu thực tế trên tuyến đường dài khoảng 35 km với tốc độ trung bình 50 km/h. Qua đó, luận văn hướng đến việc xác định tần số và biên độ dao động đặc trưng, đánh giá mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe người lái theo các tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam, đồng thời đề xuất phương án thiết kế tối ưu nhằm giảm thiểu dao động, tăng sự thoải mái và giảm thiểu các bệnh nghề nghiệp cho người lái xe buýt.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng vận tải công cộng, cải thiện điều kiện làm việc cho người lái xe, đồng thời góp phần nâng cao sức cạnh tranh của ngành sản xuất ô tô trong nước trong thời kỳ hội nhập.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và tiêu chuẩn về dao động và ảnh hưởng của dao động đến sức khỏe con người, bao gồm:

  • Lý thuyết động lực học dao động: Mô hình dao động 3 bậc tự do của hệ thống xe, ghế và người lái, sử dụng phương pháp Lagrange để thiết lập phương trình chuyển động. Tần số dao động riêng và biên độ dao động được xác định dựa trên các thông số độ cứng, hệ số giảm chấn của lốp, hệ thống treo và ghế ngồi.

  • Tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu và ảnh hưởng dao động: Áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế như ISO 2631-1:1997, BS 6841:1987, AS 2670:1990 và tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6964-1:2001 để đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động lên sức khỏe người lái. Các chỉ tiêu chính gồm tần số dao động, gia tốc dao động thẳng đứng, hệ số êm dịu K, công suất dao động và thời gian tác động.

  • Khái niệm và phương pháp phân tích tín hiệu dao động: Sử dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT) để phân tích phổ tần số của tín hiệu gia tốc thu thập được, xác định tần số đặc trưng và biên độ dao động tại ghế người lái.

Các khái niệm chính bao gồm: tần số dao động (Hz), gia tốc dao động (m/s²), hệ số giảm chấn (Ns/m), độ đàn hồi (N/m), chỉ số Vibration Dose Value (VDV), và trọng số gia tốc rms.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu được thu thập thực nghiệm trên xe buýt JAC B60, 61 chỗ ngồi, hoạt động trên tuyến đường nội thành TP. Hồ Chí Minh dài 35 km, với vận tốc trung bình 50 km/h và tối đa 80 km/h. Cảm biến gia tốc Motu-6050 được lắp đặt tại vị trí ghế người lái để đo gia tốc theo phương thẳng đứng.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Dữ liệu được thu thập qua nhiều lần chạy thực nghiệm trên cùng tuyến đường nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy. Các lần thu thập dữ liệu được thực hiện trong khoảng thời gian từ tháng 7/2015 đến tháng 7/2016.

  • Phương pháp phân tích: Dữ liệu gia tốc thô được xử lý bằng phần mềm Matlab, bao gồm các bước: điều chỉnh giá trị gia tốc về giá trị cân bằng quanh vị trí trung bình, lọc nhiễu, xác định biên độ và tần số đặc trưng qua phân tích FFT, tính toán các chỉ số đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn ISO và TCVN.

  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 12 tháng, từ tháng 7/2015 đến tháng 7/2016, bao gồm giai đoạn xây dựng mô hình thực nghiệm, thu thập dữ liệu, xử lý và phân tích số liệu, so sánh với tiêu chuẩn, và đề xuất phương án thiết kế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Tần số dao động đặc trưng tại ghế người lái: Kết quả phân tích dữ liệu thực nghiệm cho thấy tần số dao động chủ yếu nằm trong khoảng 4.5 Hz đến 7 Hz, thuộc vùng tần số nguy hiểm theo tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người lái khi tiếp xúc lâu dài.

  2. Biên độ gia tốc dao động thẳng đứng: Gia tốc dao động trung bình tại ghế người lái đo được khoảng 0.35 m/s², vượt ngưỡng gây mệt mỏi (0.315 m/s²) theo tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001, cho thấy người lái xe buýt chịu tác động dao động có thể gây ra các triệu chứng mệt mỏi và các bệnh nghề nghiệp về lâu dài.

  3. So sánh với tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam: Giá trị Vibration Dose Value (VDV) tính được nằm trong vùng khuyến cáo cần giảm thiểu dao động, đồng thời các chỉ số gia tốc và tần số dao động đều vượt mức ngưỡng an toàn cho sức khỏe người lái khi tiếp xúc trên 4 giờ.

  4. Ảnh hưởng của mặt đường và hệ thống treo: Mô hình thực nghiệm và phân tích cho thấy biên dạng mặt đường dạng bán bình phương hàm sin là dạng phổ biến gây ra dao động lớn nhất, đồng thời hệ số giảm chấn của ghế và hệ thống treo chưa được tối ưu, dẫn đến truyền dao động mạnh lên người lái.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các dao động vượt ngưỡng là do mặt đường nội thành có nhiều đoạn mấp mô với bước mấp mô trung bình khoảng 0.5 m, vận tốc xe trung bình 50 km/h tạo ra tần số kích thích dao động trong vùng 4-8 Hz, trùng với tần số dao động riêng của hệ thống ghế và người lái. Điều này làm tăng biên độ dao động truyền lên người lái, gây ra cảm giác khó chịu và mệt mỏi.

So với các nghiên cứu quốc tế, kết quả tương đồng với các báo cáo về ảnh hưởng dao động thẳng đứng lên người lái xe tải và xe đầu kéo, tuy nhiên mức độ dao động tại xe buýt nội thành có phần cao hơn do điều kiện mặt đường và hệ thống treo chưa được tối ưu hóa. Việc sử dụng cảm biến gia tốc và phân tích FFT cho phép xác định chính xác tần số và biên độ dao động, hỗ trợ đánh giá mức độ ảnh hưởng theo tiêu chuẩn ISO và TCVN.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ phổ tần số dao động, biểu đồ gia tốc theo thời gian, và bảng so sánh các chỉ số dao động với tiêu chuẩn quốc tế, giúp minh họa rõ ràng mức độ dao động và ảnh hưởng đến sức khỏe người lái.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tối ưu hệ thống giảm chấn ghế người lái: Thiết kế và lắp đặt hệ thống treo ghế có hệ số giảm chấn và độ đàn hồi phù hợp để giảm biên độ dao động thẳng đứng xuống dưới ngưỡng 0.315 m/s² trong vòng 12 tháng, do các nhà sản xuất ghế và nhà máy ô tô thực hiện.

  2. Cải thiện hệ thống treo xe buýt: Nâng cấp hệ thống treo trước và sau với các thông số giảm chấn tối ưu, nhằm giảm truyền dao động từ mặt đường lên khung xe và ghế người lái, dự kiến hoàn thành trong 18 tháng, do nhà sản xuất xe và các đơn vị bảo trì chịu trách nhiệm.

  3. Kiểm soát và cải tạo mặt đường nội thành: Phối hợp với các cơ quan quản lý giao thông để cải tạo các đoạn đường có độ mấp mô cao, giảm dao động kích thích lên xe, ưu tiên các tuyến đường xe buýt hoạt động nhiều, thực hiện trong 24 tháng.

  4. Đào tạo và nâng cao nhận thức người lái xe: Tổ chức các khóa huấn luyện về tư thế ngồi đúng và cách sử dụng ghế điều chỉnh để giảm tác động dao động, giúp người lái giảm mệt mỏi và nguy cơ bệnh nghề nghiệp, triển khai liên tục hàng năm bởi các công ty vận tải.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các nhà sản xuất và thiết kế xe buýt: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phương pháp phân tích giúp cải tiến thiết kế hệ thống treo và ghế ngồi, nâng cao chất lượng sản phẩm.

  2. Các công ty vận tải công cộng: Áp dụng các giải pháp giảm dao động để cải thiện điều kiện làm việc cho lái xe, giảm bệnh nghề nghiệp và tăng hiệu quả vận hành.

  3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ khí động lực: Tham khảo phương pháp thực nghiệm, xử lý dữ liệu và ứng dụng tiêu chuẩn quốc tế trong nghiên cứu dao động và độ êm dịu.

  4. Cơ quan quản lý giao thông và xây dựng hạ tầng: Sử dụng kết quả nghiên cứu để đánh giá và cải tạo mặt đường, nâng cao an toàn và tiện nghi cho phương tiện giao thông công cộng.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao dao động thẳng đứng lại ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe người lái?
    Dao động thẳng đứng có tần số trong khoảng 4-8 Hz trùng với tần số dao động riêng của cơ thể người, gây ra các phản ứng sinh lý như mệt mỏi, rối loạn tuần hoàn và các bệnh về cột sống khi tiếp xúc lâu dài.

  2. Phương pháp thực nghiệm sử dụng trong nghiên cứu là gì?
    Nghiên cứu sử dụng cảm biến gia tốc lắp đặt tại ghế người lái để thu thập dữ liệu dao động thực tế, sau đó xử lý và phân tích bằng phần mềm Matlab, đặc biệt sử dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT) để xác định tần số và biên độ dao động.

  3. Các tiêu chuẩn nào được áp dụng để đánh giá dao động?
    Tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997, BS 6841:1987, AS 2670:1990 và tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6964-1:2001 được sử dụng để đánh giá mức độ ảnh hưởng của dao động lên sức khỏe và độ êm dịu của ghế người lái.

  4. Làm thế nào để giảm thiểu dao động tác động lên người lái?
    Có thể giảm thiểu bằng cách tối ưu hệ thống giảm chấn ghế và hệ thống treo xe, cải tạo mặt đường, và đào tạo người lái về tư thế ngồi và sử dụng ghế đúng cách.

  5. Nghiên cứu có thể áp dụng cho các loại xe khác không?
    Phương pháp và kết quả nghiên cứu có thể mở rộng áp dụng cho các loại xe khách, xe tải và các ghế hành khách khác nhằm cải thiện độ êm dịu và sức khỏe người sử dụng.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công mô hình thực nghiệm và thu thập dữ liệu dao động tại ghế người lái xe buýt nội thành TP. Hồ Chí Minh trên tuyến đường dài 35 km.
  • Phân tích dữ liệu cho thấy tần số dao động chủ yếu trong vùng nguy hiểm 4-8 Hz, với biên độ gia tốc vượt ngưỡng gây mệt mỏi theo tiêu chuẩn quốc tế và Việt Nam.
  • Kết quả nghiên cứu làm rõ mức độ ảnh hưởng của dao động đến sức khỏe người lái, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học để đề xuất các giải pháp thiết kế tối ưu hệ thống giảm chấn ghế và hệ thống treo xe.
  • Đề xuất các giải pháp cải thiện hệ thống giảm chấn, nâng cấp mặt đường và đào tạo người lái nhằm giảm thiểu tác động dao động, nâng cao sự thoải mái và an toàn trong vận hành xe buýt.
  • Nghiên cứu mở hướng phát triển cho các đề tài tiếp theo về cải tiến thiết kế ghế và hệ thống treo, cũng như ứng dụng phương pháp thực nghiệm trong các loại xe khác.

Để tiếp tục nâng cao chất lượng vận tải công cộng và bảo vệ sức khỏe người lái, các đơn vị liên quan nên phối hợp triển khai các giải pháp đề xuất và mở rộng nghiên cứu trong thời gian tới.