Đồ án tốt nghiệp: Chế tạo thiết bị đo và phân tích dao động trên ô tô

Tải đồ án tốt nghiệp nghiên cứu, chế tạo thiết bị đo dao động trên ô tô. Phân tích hệ thống treo, đánh giá độ êm dịu và xây dựng ứng dụng thực tế.

• Tác giả: Phạm Thành Trung
• Người hướng dẫn: Ths. Nguyễn Trung Hiếu
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Cơ khí Động lực
• Đề tài: Nghiên cứu thiết bị đo dao động trên ô tô buýt
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Thiết Bị Đo Dao Động Ô Tô

Thiết bị đo dao động ô tô là công cụ quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật ô tô hiện đại, đặc biệt đối với các phương tiện vận tải hành khách như xe buýt. Đề tài này được thực hiện nhằm hỗ trợ kỹ sư trong quá trình thiết kế hệ thống treo thông qua việc phân tích và đánh giá dữ liệu thu thập. Dao động trên ô tô không chỉ ảnh hưởng đến độ êm dịu mà còn tác động trực tiếp đến sức khỏe và an toàn của hành khách. Việc xây dựng thiết bị đo dao động được các tác giả Phạm Thành Trung và Võ Nhật Phi thực hiện dưới hướng dẫn của Thạc sĩ Nguyễn Trung Hiếu tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Thiết bị có khả năng đánh giá yêu cầu động học và đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng của hệ thống treo trên các xe buýt mới.

1.1. Ý Nghĩa Và Mục Đích Nghiên Cứu

Mục đích chính của nghiên cứu là phát triển thiết bị đo dao động có khả năng thu thập dữ liệu chính xác từ các cảm biến trên ô tô. Thiết bị này giúp kỹ sư đánh giá hiệu suất hệ thống treo, phát hiện các vấn đề liên quan đến độ êm dịu và an toàn hành khách. Thông qua việc phân tích dữ liệu dao động, người dùng có thể tối ưu hóa thiết kế và bảo dưỡng phương tiện vận tải hiệu quả hơn.

1.2. Ứng Dụng Thực Tế Trong Ngành Vận Tải

Ngành giao thông vận tải tại Việt Nam đang phát triển nhanh chóng, đặc biệt lĩnh vực vận tải hành khách công cộng. Thiết bị đo dao động ô tô giúp kiểm tra chất lượng hệ thống treo trên xe buýt mới lắp ráp, đảm bảo an toàn và độ êm dịu cho hành khách. Ứng dụng này đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng dịch vụ vận tải công cộng.

II. Các Chỉ Tiêu Đánh Giá Độ Êm Dịu Ô Tô

Độ êm dịu ô tô được đánh giá thông qua nhiều chỉ tiêu kỹ thuật liên quan đến dao động cơ học. Các chỉ tiêu này bao gồm gia tốc dao động, tần số dao động và biên độ dao động, được đo lường từ hệ thống treo của phương tiện. Tiêu chuẩn ISO quy định các ngưỡng chịu đựng khác nhau của con người đối với dao động, từ đó xác định mức độ êm dịu chấp nhận được. Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động đến sức khỏe hành khách là một phần quan trọng trong việc phát triển thiết bị đo dao động ô tô. Các thông số kỹ thuật cần biết của hệ thống treo bao gồm độ cứng lò xo, hệ số giảm chấn và khối lượng của phương tiện. Hiểu rõ những yếu tố này giúp kỹ sư thiết kế hệ thống treo đáp ứng các yêu cầu về độ êm dịu và động học ô tô.

2.1. Các Thông Số Kỹ Thuật Hệ Thống Treo

Hệ thống treo ô tô được đặc trưng bởi ba thông số chính: độ cứng lò xo, hệ số giảm chấn và khối lượng. Các thông số này ảnh hưởng trực tiếp đến dao động và độ êm dịu của phương tiện. Thiết bị đo dao động có khả năng đo lường chính xác các thông số này, hỗ trợ kỹ sư trong quá trình thiết kế và tối ưu hóa hệ thống treo.

2.2. Tiêu Chuẩn ISO Và Ngưỡng Chịu Đựng Dao Động

Tiêu chuẩn ISO 2631 xác định các ngưỡng chịu đựng khác nhau của con người đối với dao động cơ học. Những ngưỡng này được sử dụng để đánh giá độ êm dịu của phương tiện vận tải. Thiết bị đo dao động ô tô được thiết kế để tuân thủ các tiêu chuẩn này, đảm bảo rằng phương tiện đáp ứng yêu cầu an toàn và chất lượng.

III. Mô Hình Toán Học Và Phân Tích Dao Động

Mô hình toán học dao động ô tô là nền tảng để phát triển thiết bị đo dao động chính xác và hiệu quả. Mô hình này được xây dựng dựa trên các phương trình cân bằng động lực học, mô tả chuyển động của phương tiện dưới tác động của lực từ mặt đường. Phương trình vi phân được lập để phân tích dao động ở các tần số khác nhau, từ đó xác định phản ứng động của hệ thống treo. Mô hình dao động ô tô thường được biểu diễn dưới dạng hệ thống khối lượng-lò xo-giảm chấn, trong đó mỗi thành phần đại diện cho một phần của phương tiện. Các yếu tố tác động trên mô hình bao gồm độ gồ ghề của mặt đường, tốc độ xe và tải trọng hành khách. Phân tích dao động giúp kỹ sư dự đoán và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống treo, từ đó nâng cao độ êm dịu và an toàn của phương tiện.

3.1. Xây Dựng Phương Trình Cân Bằng Động Lực Học

Phương trình cân bằng được xây dựng dựa trên nguyên lý Nếu-tơn, mô tả mối quan hệ giữa lực, khối lượng và gia tốc trong hệ thống treo. Những phương trình này cho phép phân tích dao động ở mức độ chi tiết, giúp thiết bị đo dao động ô tô ghi nhận và xử lý dữ liệu chính xác.

3.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Dao Động

Dao động ô tô bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như độ gồ ghề mặt đường, tốc độ di chuyển, tải trọng hành khách và điều kiện hệ thống treo. Thiết bị đo dao động được thiết kế để ghi nhận toàn bộ những yếu tố này, cung cấp dữ liệu toàn diện cho phân tích động học ô tô.

IV. Thiết Bị Đo Dao Động Cấu Trúc Và Chức Năng

Thiết bị đo dao động ô tô được thiết kế theo sơ đồ khối có các thành phần chính: cảm biến gia tốc, mô-đun xử lý dữ liệu, bộ truyền thông và giao diện hiển thị. Cảm biến gia tốc được lắp đặt trên phương tiện để ghi nhận dao động cơ học từ hệ thống treo. Mô-đun xử lý dữ liệu thực hiện nhiệm vụ thu thụ, xử lý và lưu trữ dữ liệu từ các cảm biến, đảm bảo độ chính xác cao. Thiết bị đo dao động được tích hợp giao diện hiển thị trên máy tính và ứng dụng Android qua kết nối Bluetooth, cho phép người dùng theo dõi dữ liệu dao động theo thời gian thực. Các yêu cầu đáp ứng bao gồm độ chính xác cao, khả năng chịu đựng trong môi trường ô tô khó khăn và tuân thủ tiêu chuẩn ISO về đo lường dao động. Thiết bị đo dao động ô tô còn có khả năng truyền tải dữ liệu từ xa thông qua sóng radio hoặc internet, mở ra hướng phát triển mới cho ứng dụng này.

4.1. Sơ Đồ Khối Và Các Thành Phần Chính

Thiết bị đo dao động gồm cảm biến gia tốc, bộ vi điều khiển, mô-đun Bluetooth và pin. Cảm biến ghi nhận dao động từ hệ thống treo, bộ vi điều khiển xử lý dữ liệu, và mô-đun Bluetooth truyền tín hiệu đến máy tính hoặc điện thoại thông minh. Cấu trúc này đảm bảo đo lường dao động chính xác và hiệu quả.

4.2. Ứng Dụng Giao Diện Và Truyền Nhận Dữ Liệu

Giao diện máy tính hiển thị dữ liệu dao động dưới dạng đồ thị và số liệu thống kê. Ứng dụng Android cho phép người dùng truy cập thông tin từ thiết bị đo dao động ô tô qua Bluetooth, hỗ trợ theo dõi hiệu suất hệ thống treo mọi lúc mọi nơi. Công nghệ truyền tải từ xa sẽ nâng cao tính tiện nghị của sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu quá trình phát triển, trong đó tiên phong là hàng ô tô do tập đoàn VinGroup đầu tư với thương hiệu VinFast. Trước thời điểm này, nguồn ô tô phục vụ trong nước chủ yếu là nhập khẩu hoặc lắp ráp trong nước. Nước ta đã bắt đầu thực hiện liên doanh với các công ty nước ngoài từ những năm đầu của thập kỷ 90. Hiện tại đã có 14 liên doanh đã và đang hoạt động như: TOYOTA, MERCEDES-BENZ VMC, DEAWOO, MITSUBISHI, NISSAN, FORD…Tại đây, ô tô được lắp ráp trên dây chuyền hiện đại, được nghiên cứu và phát triển bới những kĩ sư hàng đầu.

Công nghệ lắp ráp ô tô ở nước ta cũng dần phát triển từ loại hình SKD sang CKD1, CKD2 và trong tương lai là lắp ráp IKD. Trong loại hình lắp ráp IKD nhiều chi tiết, các hệ thống tổng thành được thiết kế chế tạo trong nước là các hệ thông treo, khung, vỏ… Tuy các ô tô được lắp ráp trên dây chuyền công nghệ hiện đại, áp dụng các thành tựu khoa học kĩ thuật. Song một thực tế là đường xá kém chất lượng ở Việt Nam đòi hỏi một thiết kế có tính thiết thực cao hơn, phục vụ tốt hơn trong điều kiện nội tại, các thiết kế phải đáp ứng được các yêu cầu về độ êm dịu chuyển động, tính tiện nghi, an toàn… Nguyên nhân chính của việc xe không đáp ứng được các yêu cầu trên là do xe chuyển động trên đường không bằng phẳng, bị kích thích liên tục bởi mấp mô mặt đường tạo nên dao động trên ô tô. Mặt khác, hầu hết các xe khách, xe bus đều đều có thiết kế xuất phát từ gầm xe tải, khi chuyển sang xe khách còn tồn tại nhiều vấn đề cần giải quyết như độ êm dịu chuyển động, phương án bố trí hệ thống truyền lực, phân bố tải trọng lên các cầu xe.

Do đó, một yêu cầu 1 lắp ráp theo đúng điều kiện địa hình thực tế nhằm đảm bảo được các yêu cầu đặt ra, tạo một tiền đề để thúc đẩy chất lượng của các thiết kế trên ô tô nói chung và trên xe buýt nói riêng. Xuất phát từ những phân tích, lập luận trên cùng với đó là những gợi ý từ GVHD Nguyễn Trung Hiếu, nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo thiết bị đo dao động trên xe buýt”. Em xin chân thành cảm ơn thầy GVHD Nguyễn Trung Hiếu đã tận tình hỗ trợ nhóm chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án, Ngoài những kiến thức được thầy bổ trở thêm trong quá trình làm việc, nhóm chúng em còn được học tập tác phong làm việc của một kĩ sư chuyên nghiệp. Qua đây, em xin chân thành cảm ơn va chúc thầy luôn mạnh khỏe, luôn sang suốt trong công việc cũng như cuộc sống, tiếp tục đạo tạo thêm nhiều thế hệ kĩ sư ô tô phụ vụ cho nền công nghiệp Việt Nam nói chung và nền công nghiệp ô tô nói riêng.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1. Lí do chọn đề tài Xe buýt là một phần thiết yếu của cuộc sống hàng ngày và đóng một vai trò quan trọng trong cơ cấu xã hội ở nhiều nước nói chung và đặc biệt là Việt Nam ta nói riêng. Một nước phát triển vươn tầm thế giới thì không thể thiếu được hệ thống xe buýt, quản lí, dịch vụ chuyên nghiệp. Xe buýt đã trở thành thói quen không thể thiếu trong đời sống của nhiều người dân, đặc biệt là cán bộ hưu trí và học sinh, sinh viên.

Ước tính trung bình mỗi ngày xe buýt vận hành trên 10.000 lượt xe, vận chuyển được trên 1 triệu lượt hành khách, hạn chế trên 700.000 lượt xe máy tham gia giao thông trên đường phố. Vì vậy có thể giảm thiểu đươc tình trạng ách tắc giao thông ở nước ta, giảm thiểu các vụ tai nạn giao thông đáng tiếc xảy ra. Giảm thiểu được tình hình ô nhiễm môi trường đang ngày càng quá độ do sự tham gia của quá nhiều phương tiện giao thông. Có thể nói xe buýt là một phương tiện công cộng không thể thiếu trên bất cứ quốc gia nào.

Đứng trước nhu cầu quá lớn về xe buýt như hiện nay thì vấn đề an toàn và ổn định của những chiếc xe buýt phục vụ người dân hàng ngày phải được đảm bảo. Những vấn đề đó đã nhắc nhở những người có trách nhiệm phải luôn luôn đặt nặng lên vai mình vấn đề nghiên cứu để có thể nêu ra những vấn đề trong những chiếc xe buýt hiện hành và đặc biệt là dựa trên những vấn đề đó có thể đề xuất ra những phương án để khắc phục vấn đề một cách tối ưu nhất mà vẫn phù hợp với nền kinh tế của nước nhà. Với mục đích nâng cao chất lượng cũng như trãi nghiêm của hành khách khi sử dụng xe buýt, đồng thời hỗ trợ các kĩ sư trong ngành CNKT ô tô cải thiện và nâng cao chất lượng hệ thống treo trên xe buýt, qua tìm hiểu cũng như được sự hướng dẫn của GVHD Nguyễn Trung Hiếu, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu thiết bị đo dao động trên ô tô buýt” là đề tài nghiên cứu của mình trong nhiệm vụ hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Xu hướng phát triển ô tô khách ở Viêt Nam 1.

Đặc điểm và sự phát triển mạng lưới giao thông ở Việt Nam Theo báo cáo Điều chỉnh quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 [1], hiện trạng về mạng lưới giao thông đường bộ của Việt Nam được thống kế trong bảng sau: 3 Bảng 1. 1 Hệ thống đường bộ Việt Nam STT Loại đường Chiều dài(km) Tỷ lệ(%) 1 Quốc lộ, cao tốc 18.492 3,29 6 Đường chuyên dùng 6.434 2,49 Nguồn: Luận án tiến sĩ – Trương Mạnh Hùng Mạng lưới đường bộ Việt Nam tính đến tháng 02/2014 có khoảng 300.000 km đường các loại, được chia thành: quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện, đường xã và đường chuyên dùng. Hệ thống quốc lộ có chiều dài khoảng 19.457 km và gần 5000 cầu đường bộ. Đường có tiêu chuẩn kĩ thuật cao và trung bình (cấp I, cấp II, cấp III) chiếm 47%, còn lại 53% là đường cấp thấp (cấp IV chiếm 32%, cấp V chiếm 21%).

Tỷ lệ đường có chiều rộng nền, mặt đường theo đúng cấp kỹ thuật còn thấp, chủ yếu có yếu tố hình học về bán kính cong; chiều rộng mặt đường ≥ 7m có khoảng 46%, mặt đường 5÷6.9m khoảng 33%, khoảng 21% còn lại là mặt đường có bề rộng dưới 5m. Theo quy hoach đến năm 2020, Việt Nam sẽ xây dựng khoảng 20 đường cao tốc với chiều dài gần 5.900 km, vốn đầu tư trên 50 tỷ USD. Trong thời gian vừa qua, hàng loạt các dự án đường cao tốc lớn đã hoàn thành và đưa vào sử dụng như tuyến: Cầu Giẽ - Ninh Bình, Hà Nội - Hải Phòng, Nội Bài – Lào Cai ở các tỉnh phía Bắc, TP.Hồ Chí Minh – Trung Lương… Các tuyến đường bộ cao tốc được sắp xếp ưu tiên đầu tư dựa trên nguyên tắc là các tuyến có hiệu quả kinh tế cao (nhu cầu vận tải lớn); các tuyến nằm gần các trung tâm kinh tế - xã hội như Hà Nội, TP.Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Nha Trang , Cần Thơ… Các tuyến đường có khả năng “kích cầu”, tạo đà cho sự phát triển kinh tế xã hội, nằm trong vùng kinh tế trọng điểm, các tuyến đường thuộc hai hành lang và một vành đai kinh tế Việt – Trung. Sự phát triển của mạng lưới giao thông như hiện đã tạo điều kiện to lớn cho sự phát triển của phương tiện giao thông đường bộ, đặc biệt là phương tiện vận tải ô tô khách nội 4 tỉnh cũng như ô tô khách đường dài, là cơ hội thuận lợi cho ngành công nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô trong nước phát triển [2].

Hiện trạng phát triển ô tô khách ở Việt Nam Ngày nay khi mạng lưới giao thông đường bộ phát triển mạnh, thuận lợi cho việc phát huy thế mạnh của ngành vận chuyển hành khách bằng phương tiện vận tải ô tô. Ở Việt Nam, những năm gần đây đã xây dựng và đưa vào sử dụng một số tuyến đường chất lượng cao, đường cao tốc nối liền các tỉnh và thành phố, đây là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển dịch vụ vận chuyển hành khách bằng phương tiện vận tải ô tô nội tỉnh và liên tỉnh. Ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển, các công nghệ mới ra đời được ứng dụng tạo ra các loại ô tô có tính tiện nghi cao, an toàn hơn, đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng. Ngày 15/2/2013, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định số 356 phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030, trong đó sẽ kiểm soát sự phát triển của xe máy, ô tô cá nhân.

Đến năm 2020, theo định hướng phát triển phương tiện vận tải gồm ô tô các loại sẽ có khoảng 3,2 – 3,5 triệu xe, trong đó xe con 57%, xe khách 14% và xe tải 29%. Tỷ lệ đảm nhận vận tải hành khách công cộng trong những năm qua chỉ đạt 10 – 12% (mục tiêu chiến lược là 25 – 30% vào năm 2020). Cần nhanh chống phát triển phương thức vân tải nhanh, phục vụ khối lượng lớn tại các đô thị lớn (trước tiên là Thủ Đô Hà Nội và TP.Hồ Chí Minh); phát triển vận tải ở các đô thị theo hướng vận tải công cộng là chính, đảm bảo hiện đại, an toàn, tiện lợi; phát triển hệ thống giao thông tĩnh; kiểm soát sự gia tăng phương tiện cá nhân; giải quyết ùn tắc giao thông và đảm bảo trật tự an toàn giao thông đô thị. Tổng khối lượng vận chuyển hành khách toàn quốc khoảng 6.240 triệu hành khách.

Xu hướng phát triển ô tô khách hiện nay chủ yếu tập trung công nghệ vào các ô tô có số chỗ ngồi lớn, phục vụ cho các mục đích sau: ô tô chạy trên cung đường dài, chạy liên tỉnh, ô tô phục vụ ngành du lịch. Các công nghệ mới ra đời được áp dụng cho hệ thống điều khiển như hệ thống lái, hệ thống treo. Trên các ô tô khách, ô tô buýt đã thay thế dần phần tử đàn hồi kim loại bằng lò xo, khí nén. Hệ thống treo khí nén có nhiều ưu việt, đem lại tính tiện nghi, nâng cao tính êm dịu chuyển động cho các ô tô.

Hệ thống này thích nghi tốt với việc thay đổi tải trọng tác động lên khung xe bằng việc thay đổi áp suất trong hệ thống, giảm các xung lực tác động lên thân xe khi ô tô đi trên các loại đường có nhiều mấp 5 mô.