Nghiên Cứu Khảo Sát Dao Động Của Xe Con Trên Các Biên Dạng Đường Khác Nhau

Nghiên cứu khảo sát dao động của xe ô tô trên các biên dạng đường khác nhau, phân tích ảnh hưởng đến an toàn và hiệu suất vận hành.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Cường
• Người hướng dẫn: PGS. Dương Ngọc Khánh
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Khảo Sát Dao Động Của Xe Con Trên Các Biên Dạng Đường Khác Nhau
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
• 1.1. Vấn đề dao động ô tô
• 1.2. Các nguyên nhân gây ra dao động của ô tô
• 1.3. Khái niệm dao động ô tô
• 1.4. Ảnh hưởng của dao động
• 1.5. Các tiêu chí đánh giá độ êm dịu của chuyển động
• 1.5.1. Tiêu chí đối với người
• 1.5.2. Tiêu chí đối với hàng hóa
• 1.5.3. Tiêu chí về tải trọng động
• 1.5.4. Tiêu chí về không gian bố trí treo
• 1.5.5. Một số tiêu chuẩn về dao động ô tô
• 1.6. Mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG CỦA XE CON
• 2.1. Phân tích cấu trúc của hệ dao động ô tô
• 2.2. Phân tích cấu trúc hệ dao động ô tô
• 2.3. Giả thiết và hệ tọa độ
• 2.4. Các phương trình dao động
• 2.4.1. Trong mặt phẳng xoz
• 2.4.2. Mô hình trong mặt phẳng yoz
• 2.5. Phương trình xác định chuyển vị tại các bánh xe
• 2.6. Xác định các lực liên kết hệ thống treo
• 2.7. Tải trọng thẳng đứng tại bánh xe
• 2.8. Mô tả biên dạng mặt đường
• 2.8.1. Các dạng mấp mô
• 2.8.2. Đường dạng sóng
• 2.8.3. Mô hình mặt đường dạng ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995
• 2.9. Tổng quan về đường Việt Nam
• 2.10. Mô phỏng bằng phần mềm MATLAB SIMULINK
• 2.10.1. Giới thiệu phần mềm MATLAB
• 2.10.2. Tiến hành mô phỏng
• 3. CHƯƠNG III: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA XE CON TRÊN CÁC BIÊN DẠNG ĐƯỜNG KHÁC NHAU
• 3.1. Đặc điểm cấu trúc và các trường hợp khảo sát đánh giá
• 3.2. Đặc điểm cấu trúc xe KIA MORNING 2013 sản xuất tại Việt Nam
• 3.3. Các trường hợp khảo sát và đánh giá
• 3.4. Kết quả khảo sát
• 3.4.1. Trường hợp xe đi thẳng với các mấp mô cosin có chiều cao khác nhau
• 3.4.2. Trường hợp xe đi thẳng với nhiều vận tốc khác nhau với mấp mô cosin cho trước
• 3.4.3. Trường hợp xe đi thẳng với nhiều vận tốc khác nhau và một bên (bên trái) đi qua mấp mô cosin cho trước
• 3.4.4. Trường hợp xe đi thẳng qua đường có biên dạng ngẫu nhiên
• 3.4.5. Trường hợp xe đi thẳng với vận tốc khác nhau qua đường có biên dạng ngẫu nhiên
• 3.4.6. Nhận xét, đánh giá độ êm dịu của đối tượng khảo sát
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Dao Động Xe Con Ảnh Hưởng Tiêu Chí

Nghiên cứu dao động xe con trên các biên dạng đường là một lĩnh vực quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự thoải mái, an toàn của người sử dụng và độ bền của xe. Các nguyên nhân gây ra dao động có thể đến từ bên trong xe như độ lệch tâm của bánh xe, hoặc từ các tác động bên ngoài như độ nhám mặt đường. Ảnh hưởng của dao động là rất lớn, từ việc gây mệt mỏi cho người lái đến làm giảm tuổi thọ của các bộ phận xe. Do đó, việc nghiên cứu và đánh giá độ êm dịu chuyển động là vô cùng cần thiết. Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến dao động thân xe và dao động bánh xe khi xe di chuyển trên các loại đường khác nhau. Theo tài liệu gốc, mấp mô biên dạng đường là nguyên nhân chính gây ra dao động ô tô.

1.1. Các Nguyên Nhân Chính Gây Ra Dao Động Xe Con

Dao động xe con phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau. Bên trong, sự không cân bằng của bánh xe và các bộ phận quay khác đóng vai trò quan trọng. Bên ngoài, các yếu tố như tăng tốc, phanh, và đặc biệt là mấp mô biên dạng đường, tác động trực tiếp đến xe. Trong đó, mấp mô biên dạng đường được xem là nguyên nhân chính. Việc xác định chính xác các nguồn gây dao động giúp đưa ra các giải pháp giảm thiểu hiệu quả. Điều này trực tiếp ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động của xe.

1.2. Ảnh Hưởng Tiêu Cực Của Dao Động Đến Người Và Xe

Dao động ảnh hưởng tiêu cực đến cả người và xe. Đối với người, dao động gây mệt mỏi, giảm năng suất làm việc, và ảnh hưởng lâu dài đến sức khỏe, có thể dẫn đến các bệnh về cột sống và tiêu hóa. Đối với xe, gia tốc trọng tâm do dao động tạo ra các tải trọng động lên khung vỏ và các bộ phận, làm giảm độ bền và tuổi thọ. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, xe chạy trên đường xấu có thể giảm vận tốc trung bình 40-50% và giảm quãng đường chạy giữa các kỳ sửa chữa lớn 35-40%.

II. Thách Thức Đánh Giá Độ Êm Dịu Chuyển Động Của Xe Con

Đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe con là một thách thức do sự phức tạp của hệ thống và nhiều yếu tố ảnh hưởng. Các tiêu chí đánh giá cần bao gồm cả yếu tố chủ quan của người sử dụng và các thông số khách quan như gia tốc trọng tâm, tần số dao động. Việc xây dựng một hệ thống đánh giá toàn diện, kết hợp các yếu tố này, là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng xe và sự thoải mái cho người sử dụng. Tiêu chuẩn đánh giá phải bao gồm các yếu tố liên quan đến tiêu chuẩn đánh giá dao động và tiêu chí đối với người. Ngoài ra, cần xem xét đến các yếu tố khác như tải trọng động và không gian bố trí treo.

2.1. Các Tiêu Chí Đánh Giá Độ Êm Dịu Chủ Quan Và Khách Quan

Việc đánh giá độ êm dịu chuyển động cần kết hợp cả cảm nhận chủ quan của người dùng và các thông số khách quan. Chủ quan bao gồm cảm giác thoải mái, dễ chịu khi di chuyển. Khách quan bao gồm các thông số như gia tốc trọng tâm, tần số dao động, và độ nhám mặt đường. Việc tích hợp cả hai loại tiêu chí này sẽ cho phép đánh giá một cách toàn diện và chính xác nhất. Phải xem xét các yếu tố như dao động thân xe, dao động bánh xe, và các thông số về gia tốc.

2.2. Khó Khăn Trong Việc Xây Dựng Hệ Thống Đánh Giá Toàn Diện

Xây dựng một hệ thống đánh giá độ êm dịu chuyển động toàn diện gặp nhiều khó khăn. Thứ nhất, cần thu thập và xử lý một lượng lớn dữ liệu từ cả cảm nhận chủ quan và các thông số khách quan. Thứ hai, cần xây dựng các mô hình toán học chính xác để mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố này. Thứ ba, cần có các thiết bị đo lường chính xác để thu thập dữ liệu về biên dạng đường và phản ứng của xe với đường xá. Cuối cùng, việc kiểm chứng mô hình bằng thực nghiệm dao động xe cũng đặt ra nhiều thách thức.

III. Phương Pháp Xây Dựng Mô Hình Dao Động Xe Con Chi Tiết

Để nghiên cứu dao động xe con một cách hiệu quả, việc xây dựng một mô hình dao động xe chi tiết là rất cần thiết. Mô hình động lực học xe này cần phải bao gồm các yếu tố như hệ thống treo, lốp xe, và biên dạng đường. Mô hình cần thể hiện chính xác sự tương tác giữa các yếu tố này và dự đoán phản ứng của xe với đường xá. Mô hình này sẽ được sử dụng để phân tích dao động và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau.

3.1. Các Thành Phần Chính Của Mô Hình Dao Động Xe Con

Một mô hình dao động xe hoàn chỉnh cần bao gồm các thành phần chính sau: Hệ thống treo xe, bao gồm lò xo và giảm chấn, có vai trò giảm thiểu dao động truyền từ mặt đường lên thân xe. Lốp xe, với độ cứng và khả năng giảm chấn riêng, cũng ảnh hưởng đáng kể đến dao động. Biên dạng đường, được mô tả bằng các hàm toán học, tạo ra kích thích dao động. Khối lượng xe và sự phân bố khối lượng cũng là yếu tố quan trọng. Cuối cùng, vận tốc xe cũng có tác động đáng kể đến tần số và biên độ dao động.

3.2. Mô Phỏng Biên Dạng Đường Từ Đường Sóng Đến Đường Ngẫu Nhiên

Việc mô phỏng biên dạng đường là một phần quan trọng của mô hình dao động xe. Các biên dạng đường có thể được mô tả bằng các hàm toán học đơn giản như đường sóng (sin, cosin) để phân tích các trường hợp cơ bản. Tuy nhiên, để mô phỏng các điều kiện thực tế, cần sử dụng các mô hình biên dạng đường ngẫu nhiên, tuân theo các tiêu chuẩn như ISO 8608. Mô hình ngẫu nhiên này mô tả độ nhám mặt đường một cách chính xác hơn và cho phép phân tích dao động trong các điều kiện thực tế.

3.3. Sử Dụng Phần Mềm Mô Phỏng MATLAB SIMULINK

Để giải các phương trình dao động phức tạp và mô phỏng phản ứng của xe với đường xá, cần sử dụng các phần mềm chuyên dụng. MATLAB SIMULINK là một lựa chọn phổ biến, cho phép xây dựng mô hình động lực học xe dưới dạng sơ đồ khối và mô phỏng hoạt động của xe trong các điều kiện khác nhau. Phần mềm cung cấp các công cụ để phân tích kết quả mô phỏng, đánh giá độ êm dịu chuyển động và tối ưu hóa thiết kế hệ thống treo.

IV. Phân Tích Khảo Sát Dao Động Xe Con Trên Các Loại Đường

Sau khi xây dựng mô hình dao động xe chi tiết, bước tiếp theo là tiến hành khảo sát và phân tích dao động trên các loại đường khác nhau. Các trường hợp khảo sát cần bao gồm đường có mấp mô cosin với chiều cao và vận tốc xe khác nhau, cũng như đường có biên dạng đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608. Kết quả khảo sát sẽ cho phép đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến dao động thân xe và dao động bánh xe.

4.1. Trường Hợp 1 Xe Đi Thẳng Qua Mấp Mô Cosin

Khảo sát trường hợp xe đi thẳng qua mấp mô cosin với các chiều cao khác nhau giúp đánh giá ảnh hưởng của độ lớn mấp mô đến dao động xe. Các thông số cần theo dõi bao gồm gia tốc trọng tâm, chuyển vị thẳng đứng, và tải trọng động tác dụng lên bánh xe. Kết quả khảo sát sẽ cho phép xác định ngưỡng mấp mô mà tại đó dao động xe vượt quá giới hạn cho phép.

4.2. Trường Hợp 2 Xe Đi Thẳng Với Vận Tốc Khác Nhau

Khảo sát trường hợp xe đi thẳng với vận tốc xe khác nhau trên cùng một biên dạng đường giúp đánh giá ảnh hưởng của vận tốc đến dao động xe. Khi vận tốc tăng, tần số dao động cũng tăng, và có thể dẫn đến hiện tượng cộng hưởng. Kết quả khảo sát sẽ cho phép xác định vận tốc xe tối ưu để giảm thiểu dao động và đảm bảo độ êm dịu chuyển động.

4.3. Trường Hợp 3 Xe Đi Qua Đường Ngẫu Nhiên ISO 8608

Khảo sát trường hợp xe đi qua đường có biên dạng đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608 giúp mô phỏng điều kiện thực tế và đánh giá phản ứng của xe với đường xá. Các thông số cần theo dõi bao gồm gia tốc trọng tâm, chuyển vị thẳng đứng, và tải trọng động tác dụng lên bánh xe. Kết quả khảo sát sẽ cho phép đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe trong các điều kiện thực tế và so sánh với các tiêu chuẩn đánh giá.

V. Ứng Dụng Đánh Giá Độ Êm Dịu Xe Kia Morning 2013

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp trên để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe Kia Morning 2013, một mẫu xe con phổ biến tại Việt Nam. Mô hình động lực học xe được xây dựng dựa trên các thông số kỹ thuật của xe. Kết quả khảo sát trên các loại đường khác nhau sẽ cho phép đánh giá phản ứng của xe với đường xá và xác định các yếu tố cần cải thiện để nâng cao độ êm dịu.

5.1. Xây Dựng Mô Hình Xe Kia Morning 2013

Quá trình xây dựng mô hình động lực học xe Kia Morning 2013 bao gồm việc thu thập và xác định các thông số kỹ thuật quan trọng như khối lượng xe, kích thước, độ cứng hệ thống treo, và đặc tính của lốp. Các thông số này được sử dụng để xây dựng mô hình dao động xe trong MATLAB SIMULINK.

5.2. Kết Quả Khảo Sát Và Đánh Giá Độ Êm Dịu

Kết quả khảo sát dao động xe con Kia Morning 2013 trên các loại đường khác nhau cho thấy rằng xe có độ êm dịu chấp nhận được trên đường bằng phẳng, nhưng dao động tăng lên đáng kể trên đường có mấp mô. Các yếu tố cần cải thiện bao gồm hệ thống treo và lốp xe. Cần xem xét việc điều chỉnh các thông số của hệ thống treo (độ cứng, giảm chấn) để giảm thiểu dao động và cải thiện độ êm dịu chuyển động.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Dao Động Xe Con

Nghiên cứu dao động xe con trên các biên dạng đường khác nhau là một lĩnh vực quan trọng, có nhiều ứng dụng thực tiễn. Kết quả nghiên cứu này có thể được sử dụng để đánh giá chất lượng xe, thiết kế hệ thống treo tối ưu, và xây dựng các tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu chuyển động. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến dao động, cũng như phát triển các phương pháp giảm thiểu dao động hiệu quả.

6.1. Tổng Kết Các Kết Quả Nghiên Cứu Chính

Nghiên cứu này đã xây dựng mô hình dao động xe con chi tiết, khảo sát dao động trên các loại đường khác nhau, và đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe Kia Morning 2013. Kết quả cho thấy rằng biên dạng đường và vận tốc xe có ảnh hưởng lớn đến dao động, và hệ thống treo đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu dao động.

6.2. Hướng Phát Triển Cho Các Nghiên Cứu Tương Lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu về các phương pháp mô phỏng dao động tiên tiến hơn, sử dụng các mô hình 3D phức tạp và tính đến các yếu tố phi tuyến. Cần nghiên cứu về các hệ thống treo chủ động, có khả năng điều chỉnh các thông số theo điều kiện đường xá và vận tốc xe. Cuối cùng, cần xây dựng các tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu chuyển động khách quan và toàn diện hơn, dựa trên các kết quả nghiên cứu khoa học.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế nhanh chóng của Việt Nam, số lượng xe ô tô con tham gia giao thông tăng mạnh, dẫn đến nhu cầu đánh giá chất lượng và độ êm dịu chuyển động của xe trở nên cấp thiết. Dao động của xe ô tô, đặc biệt là xe con, chịu ảnh hưởng trực tiếp từ biên dạng mặt đường, gây tác động tiêu cực đến sức khỏe người lái, an toàn hàng hóa và tuổi thọ của xe. Theo ước tính, khi xe vận tải chạy trên đường xấu, vận tốc trung bình giảm khoảng 40-50%, quãng đường giữa hai kỳ sửa chữa lớn giảm 35-40%, trong khi suất tiêu hao nhiên liệu tăng 50-70%. Những con số này cho thấy tầm quan trọng của việc nghiên cứu dao động xe trên các dạng đường khác nhau.

Mục tiêu của luận văn là xây dựng mô hình dao động xe con để khảo sát các trạng thái dao động khi xe di chuyển trên các biên dạng đường khác nhau, từ đó đánh giá độ êm dịu chuyển động và đề xuất các giải pháp tối ưu hệ thống treo phù hợp với điều kiện địa phương. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào xe con KIA Morning 2013 sản xuất tại Việt Nam, khảo sát dao động trên các dạng mấp mô cosin và biên dạng đường ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng vận hành xe, đảm bảo an toàn giao thông và giảm thiểu hao mòn đường bộ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên lý thuyết dao động cơ học của hệ nhiều vật, trong đó xe ô tô được mô hình hóa gồm khối lượng được treo (thân xe) và khối lượng không được treo (bánh xe và các chi tiết liên quan). Hệ dao động ô tô có sáu bậc tự do: tịnh tiến dọc, tịnh tiến ngang, nhún (lên xuống), quay ngang (lắc ngang), quay dọc (lắc dọc) và quay lệch hướng (xoay đứng). Tuy nhiên, để tập trung vào độ êm dịu chuyển động, mô hình được đơn giản hóa thành mô hình phẳng với bốn bậc tự do chính.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Dao động ô tô: chuyển động dao động của thân xe và bánh xe do tác động của biên dạng mặt đường.
• Tiêu chí đánh giá độ êm dịu: dựa trên gia tốc bình phương trung bình, tần số dao động và thời gian tác động theo tiêu chuẩn ISO 2631 và TCVN 6964.
• Hệ số tải trọng động cực đại (kdyn,max): chỉ số đánh giá tải trọng động tác dụng lên bánh xe, ảnh hưởng đến độ bền đường và an toàn vận hành.
• Mô hình biên dạng đường: mô hình đường dạng cosin, dạng sóng và biên dạng ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608:1995.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các thông số kỹ thuật của xe KIA Morning 2013 và các tiêu chuẩn quốc tế, quốc gia về dao động và rung động. Phương pháp nghiên cứu sử dụng phương pháp hệ nhiều vật để xây dựng mô hình dao động xe con, áp dụng nguyên lý lực cắt và phương trình Newton-Euler để thiết lập phương trình vi phân chuyển động.

Phân tích mô phỏng được thực hiện trên phần mềm MATLAB Simulink, mô phỏng các trường hợp xe chạy trên các biên dạng đường khác nhau với vận tốc và mấp mô đa dạng. Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm các trường hợp vận tốc từ thấp đến cao, các dạng mấp mô cosin với chiều cao khác nhau và các biên dạng ngẫu nhiên theo tiêu chuẩn ISO 8608.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong năm 2018, bao gồm xây dựng mô hình, mô phỏng và phân tích kết quả, đánh giá độ êm dịu và tải trọng động.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của chiều cao mấp mô cosin đến dao động xe: Khi chiều cao mấp mô tăng từ 0.01 m đến 0.05 m, gia tốc trọng tâm thân xe tăng từ khoảng 0.15 m/s² lên đến 0.6 m/s², vượt ngưỡng thoải mái theo tiêu chuẩn ISO 2631. Tải trọng động cực đại tại bánh xe cũng tăng tương ứng, với hệ số kdyn,max đạt tới 2.3, gần giới hạn cảnh báo 2.5.

2. Tác động của vận tốc xe đến dao động: Với cùng biên dạng đường, khi vận tốc tăng từ 20 km/h lên 60 km/h, gia tốc bình phương trung bình của thân xe tăng khoảng 150%, đồng thời lực đàn hồi và lực cản hệ thống treo cũng tăng mạnh, làm giảm độ êm dịu chuyển động.

3. Khảo sát dao động trên biên dạng đường ngẫu nhiên: Gia tốc trọng tâm thân xe dao động trong khoảng 0.2-0.5 m/s² tùy theo đặc tính biên dạng, với các giá trị RMS gia tốc dao động tại các bánh xe dao động từ 0.1 đến 0.4 m/s². Hệ số tải trọng động cực đại kdyn,max trung bình khoảng 2.1, cho thấy mức độ ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ đường và an toàn vận hành.

4. Đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn TCVN 6964: Gia tốc dao động thẳng đứng trung bình của thân xe trong các trường hợp khảo sát đều nằm trong vùng gây mệt mỏi (0.315 m/s²) đến không thoải mái (0.63 m/s²) khi vận tốc và biên dạng đường tăng cao, ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe người lái.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy rõ ràng mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa biên dạng đường, vận tốc xe và mức độ dao động của xe con. Gia tốc dao động và tải trọng động tăng cao khi xe chạy trên đường có mấp mô lớn hoặc vận tốc cao, làm giảm độ êm dịu và tăng nguy cơ mất an toàn. So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phù hợp với các báo cáo về ảnh hưởng của mặt đường đến dao động xe và sức khỏe người lái.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ gia tốc trọng tâm theo thời gian, biểu đồ tải trọng động tại bánh xe và bảng tổng hợp hệ số tải trọng động cực đại kdyn,max theo từng trường hợp khảo sát. Những biểu đồ này giúp trực quan hóa mức độ dao động và tải trọng động, hỗ trợ đánh giá và đề xuất giải pháp cải thiện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu thiết kế hệ thống treo xe con: Điều chỉnh độ cứng và hệ số cản giảm chấn phù hợp với đặc tính biên dạng đường địa phương nhằm giảm gia tốc dao động thân xe, nâng cao độ êm dịu chuyển động. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng, chủ thể: nhà sản xuất ô tô và viện nghiên cứu.

2. Kiểm soát vận tốc xe trên các đoạn đường có mấp mô lớn: Áp dụng giới hạn vận tốc phù hợp để giảm tải trọng động và dao động xe, đảm bảo an toàn và sức khỏe người lái. Thời gian thực hiện: ngay lập tức, chủ thể: cơ quan quản lý giao thông.

3. Nâng cấp và bảo trì mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8608: Định kỳ đo đạc và sửa chữa các đoạn đường có biên dạng mấp mô vượt ngưỡng cho phép nhằm giảm tác động dao động lên xe. Thời gian thực hiện: liên tục, chủ thể: cơ quan quản lý đường bộ.

4. Phát triển hệ thống giám sát dao động và tải trọng động trên xe: Trang bị cảm biến và hệ thống phân tích để theo dõi dao động thực tế, cảnh báo kịp thời cho người lái và nhà quản lý. Thời gian thực hiện: 12-18 tháng, chủ thể: doanh nghiệp công nghệ và nhà sản xuất xe.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà sản xuất ô tô: Nghiên cứu giúp tối ưu thiết kế hệ thống treo, nâng cao chất lượng sản phẩm phù hợp với điều kiện đường bộ Việt Nam.

2. Cơ quan quản lý giao thông và đường bộ: Sử dụng kết quả để xây dựng chính sách quản lý vận tốc và bảo trì đường bộ hiệu quả, giảm thiểu hư hỏng đường và tai nạn giao thông.

3. Các viện nghiên cứu và trường đại học: Là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo về dao động xe, rung động và an toàn giao thông.

4. Doanh nghiệp vận tải và lái xe: Hiểu rõ tác động của biên dạng đường đến sức khỏe và an toàn, từ đó điều chỉnh vận hành và bảo dưỡng xe hợp lý.

Câu hỏi thường gặp

1. Dao động xe con ảnh hưởng thế nào đến sức khỏe người lái?
   Dao động với tần số từ 4 đến 8 Hz và gia tốc trên 0.315 m/s² gây mệt mỏi, ảnh hưởng lâu dài đến cột sống, tiêu hóa và hệ tuần hoàn. Ví dụ, lái xe đường dài trên đường gồ ghề dễ bị đau lưng và mệt mỏi.

2. Tiêu chí nào được dùng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe?
   Tiêu chí dựa trên gia tốc bình phương trung bình theo ba phương X, Y, Z, hệ số độ êm dịu K và công suất dao động truyền đến người theo tiêu chuẩn ISO 2631 và TCVN 6964.

3. Mô hình dao động xe con được xây dựng như thế nào?
   Mô hình sử dụng phương pháp hệ nhiều vật, tách cấu trúc hệ dao động thành các khối lượng được treo và không được treo, áp dụng phương trình Newton-Euler để mô tả chuyển động với 4 bậc tự do chính.

4. Biên dạng đường nào gây dao động lớn nhất cho xe?
   Biên dạng mấp mô cosin với chiều cao lớn và biên dạng đường ngẫu nhiên có đặc tính mấp mô phức tạp gây dao động lớn hơn so với đường bằng phẳng, đặc biệt khi xe chạy với vận tốc cao.

5. Giải pháp nào hiệu quả để giảm dao động xe trên đường xấu?
   Tối ưu hệ thống treo, kiểm soát vận tốc, nâng cấp mặt đường và trang bị hệ thống giám sát dao động là các giải pháp hiệu quả đã được đề xuất và chứng minh qua mô phỏng.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình dao động xe con 2 dãy với 4 bậc tự do, mô phỏng các trạng thái dao động trên các biên dạng đường khác nhau.
• Kết quả cho thấy gia tốc dao động và tải trọng động tăng theo chiều cao mấp mô và vận tốc xe, ảnh hưởng tiêu cực đến độ êm dịu và an toàn vận hành.
• Đánh giá theo tiêu chuẩn ISO 2631 và TCVN 6964 xác định mức độ dao động gây mệt mỏi và không thoải mái cho người lái.
• Đề xuất các giải pháp tối ưu hệ thống treo, kiểm soát vận tốc và nâng cấp mặt đường nhằm giảm thiểu dao động và tăng tuổi thọ xe, đường.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển hệ thống giám sát dao động thực tế, hỗ trợ quản lý và thiết kế xe phù hợp với điều kiện giao thông Việt Nam.

Tiếp theo, cần triển khai thử nghiệm thực tế và phát triển các công cụ giám sát dao động để hoàn thiện mô hình và ứng dụng trong thực tế. Đề nghị các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp và cơ quan quản lý phối hợp triển khai các giải pháp nhằm nâng cao chất lượng vận hành xe và an toàn giao thông.

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Ở Việt Nam hiện nay việc sở hữu một chiếc xe ô tô ngày càng trở nên dễ dàng hơn với sự phát triển kinh tế nhanh chóng của đất nƣớc. Sự tham gia của nhiều nhà phân phối số lƣợng xe của nƣớc ta tăng nhiều, sự phổ biến của xe đã qua sử dụng có giá rẻ mà chất lƣợng, sự phát triển của nền công nghiệp ô tô, vì thế số lƣợng xe ô tô đặc biệt là xe ô tô con tham gia giao thông ở nƣớc ta gia tăng nhanh chóng trong những năm gần đây. Với số lƣợng các chủng loại xe con đa dạng và phong phú, việc đánh giá chất lƣợng xe trở nên phức tạp và cần thiết. Yếu tố đƣợc nhiều ngƣời chú ý nhất khi lựa chọn xe con chính là yếu tố êm dịu khi chuyển động vì nó ảnh hƣởng trực tiếp đến cảm thụ của ngƣời và an toàn của hàng hóa trên xe.

Vì thế, những chiếc xe phải đảm bảo sự êm dịu khi hoạt động. Trong khi đó, hệ thống giao thông đƣờng bộ của Việt Nam lại khá phức tạp và đa dạng và nó ảnh hƣởng trực tiếp đến dao động của xe con khi tham gia giao thông. Vì sự cần thiết đó, tôi mong muốn thực hiện luận văn với tên đề tài “Nghiên cứu khảo sát dao động của xe con trên các biên dạng đường khác nhau” nhằm mục đích tính toán và khảo sát dao động của xe con khi tham giao thông trên các loại đƣờng. Do khả năng, trình độ và điều kiện thực hiện luận văn có hạn, nên mục tiêu đề ra của luận văn còn nhiều điểm chƣa hoàn thiện rất mong đƣợc sự tham gia đóng góp của các thầy giáo, các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện hơn.

Tôi xin chân thành cám ơn thầy giáo hƣớng dẫn PGS. Dƣơng Ngọc Khánh cùng tập thể các thầy giáo trong Bộ môn ô tô và xe chuyên dụng, Viện cơ khí động lực, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn. Hà Nội, ngày 28 tháng 9 năm 2018 Học viên Nguyễn Quốc Cƣờng 13 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1. Vấn đề dao động ô tô.

Các nguyên nhân gây ra dao động của ô tô. - Nguyên nhân bên trong nhƣ độ lệch tâm và hình dạng không đồng đều của bánh xe, độ không cân bằng của các bánh xe và các chi tiết quay của động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống treo, v.v … - Các ngoại lực xuất hiện trong quá trình của ô tô khi tăng tốc, khi phanh, quay vòng,…ví dụ nhƣ gió, các mấp mô từ mặt đƣờng. Cho đến nay mấp mô biên dạng đƣờng là nguyên nhân chính gây ra dao động của ô tô. Khái niệm dao động ô tô.

Dao động trên ô tô là một hệ dao động cơ học bao gồm nhiều khối lƣợng có mối liên kết với nhau, và nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với bề mặt đƣờng có biên dạng phức tạp. Trong lý thuyết ô tô khi nghiên cứu dao động ô tô thƣờng giả thiết là khối lƣợng của ô tô là tập trung, chia làm hai phần đƣợc treo và không đƣợc treo. Khối lƣợng của thân ô tô đƣợc đỡ bởi các lò xo đƣợc gọi là khối lƣợng đƣợc treo, Khối lƣợng của cầu mang bánh xe và các chi tiết khác không đƣợc đỡ bởi lò xo đƣợc gọi là khối lƣợng không đƣợc treo. Khi xe chuyển động, thân xe có thể có các dao động theo các trục tọa độ đƣợc nêu trong hình 1.

Các dạng dao động của thân xe. 14 Các dao động đó là: - Dao động xung quanh trục dọc OX (sự lắc ngang). Là sự chuyển động lắc của ô tô quanh trục dọc, khi ô tô đi qua mặt đƣờng mà một bánh xe bị rơi xuống ổ gà hoặc qua những đoạn đƣờng mấp mô. Đây là dao động ảnh hƣởng nhiều nhất đến độ êm dịu chuyển động và an toàn chuyển động của xe.

- Dao động xoay xung quanh trục ngang OY (sự lắc dọc) là dao động lên xuống của phần trƣớc hay phần sau ô tô quanh trục ngang đi qua trọng tâm của nó. Dao động này xảy ra khi cả hai bánh xe của ô tô cùng đi qua vết lồi hay vết lõm trên đƣờng. - Dao động lên xuống (sự nhún) theo trục OZ thẳng đứng. Là sự chuyển động lên xuống của toàn bộ xe xuất hiện khi xe chuyển động trên đƣờng không bằng phẳng.

- Dao động xung quanh trục OZ (sự xoay đứng) là sự di chuyển xoay của thân xe sang bên trái hoặc bên phải quanh trục thẳng đứng khi xe chuyển động. Ảnh hưởng của dao động. Dao động của ô tô ảnh hƣởng xấu đến con ngƣời, hàng hóa chuyên chở trên xe, đến khả năng làm việc và tuổi thọ của các cụm, các cơ cấu tổng thành trên xe. - Đối với cơ thể ngƣời: Khi ô tô chuyển động sinh ra các tác động lên ngƣời ngồi trên ô tô, làm cho cơ thể ngƣời thực hiện những dao động riêng tắt dần và dao động cƣỡng bức.

Dao động phức tạp này làm biến đổi tâm sinh lý gây ra cảm giác mệt mỏi, giảm năng suất làm việc và ảnh hƣởng lâu dài đến sức khỏe. Tác động của dao động cơ học lên cơ thể phụ thuộc vào: tần số dao động, cƣờng độ dao động, thời gian tác động, hƣớng tác động. Nhiều thí nghiệm đã cho thấy: dao động với tần số từ 3 đến 5 Hz gây rối loạn sự lƣu thông máu làm bị choáng. Dao động với tần số từ 5 đến 11 Hz gây rối loạn đƣờng tải trọng, ảnh hƣởng đến dạ dày, ruột.

Dao động với tần số từ 11 đến 45 Hz làm giảm thị lực, buồn nôn…Tuy nhiên, giới hạn tác động này đối với từng ngƣời là khác nhau và thay đổi với khoảng rộng. Dao động của ô tô bao gồm một dải tần số rộng, nên có thể phân ra dao động của khối 15 lƣợng đƣợc treo ở tần số thấp và dao động của khối lƣợng không đƣợc treo ở tần số cao. Mô hình cơ thể con người như một hệ dao động. Dao động với tần số từ 15 đến 18 Hz con ngƣời cảm nhận đƣợc và gây ra cảm xúc khó chịu trong thời gian ngắn.

Dao động có tần số từ 15 đến 1500 Hz con ngƣời ít cảm nhận rõ, nhƣng 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 thƣơng cho cơ thể con ngƣời. Mức độ tổn thƣơng tùy thuộc vào biên độ dao động, sự phân bố chuyển động bên trong cơ thể, chiều chuyển động và thời gian chuyển động. Dao động ô tô gây ra các tác hại đến cơ thể ngƣời nhƣ sau: Bệnh về cột sống: khi chịu dao động trong vùng tần số từ 4 đến 12 Hz.

Bệnh về tiêu hóa: đối với những ngƣời chịu dao động trong thời gian dài. Bệnh về hệ tuần hoàn: những ngƣời chịu dao động đến tần số 20 Hz và kéo dài thì nhịp tim và nhịp thở tăng lên gây rối loạn cho cơ thể. Dao động ở những tần số khoảng 0.1 Hz hoặc thấp hơn gây ra say sóng do chuyển động lắc ngang, quay vòng. Một số dao động có thể không làm nguy hại đến sức khỏe con ngƣời nhƣng làm giảm khả năng nhạy bén, giảm khả năng thu thập và xử lý thông tin.

Điều này rất có hại đến các tài xế chạy xe đƣờng dài. 16 - Đối với độ bền của xe: khi ô tô dao động sẽ phát sinh các tải trọng động tác dụng lên khung vỏ ô tô, lên các cụm, hệ thống và các chi tiết của xe cũng nhƣ bề mặt đƣờng, … ảnh hƣởng đến độ bền và tuổi thọ của ô tô và đƣờng. Theo số liệu thống kê ngƣời ta thấy rằng, khi ô tô vận tải chạy trên đƣờng xấu gồ ghề, so với ô tô cùng loại chạy trên đƣờng tốt bằng phẳng thì vận tốc trung bình giảm khoảng (4050) %, quãng đƣờng 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 hƣởng của của dao động đƣợc thể hiện một cách rõ rệt.

Khi dao động, gia tốc dao động gây ra các tải trọng quán tính và có thể xảy ra hiện tƣợng cộng hƣởng làm cho hƣ hỏng các chi tiết, khung vỏ của xe v. Các tiêu chí đánh giá độ êm dịu của chuyển động. Từ những ảnh hƣởng xấu của dao động đến ngƣời và xe dẫn đến yêu cầu phải có các tiêu chí để đánh giá độ dao động của xe. Trƣớc đây, nguời ta đánh giá ảnh hƣởng của dao động ô tô theo hai tiêu chí là độ êm dịu và tải trọng động tƣởng trƣng cho sự ảnh hƣởng đến tuổi thọ chi tiết.

Ngày nay, dao động của ô tô đƣợc đánh giá các tiêu chí chính nhƣ sau. Tiêu chí đối với người. a) Tiêu chí về tần số dao động. Thực tế ngƣời ta thƣờng lấy giá trị tần số dao động thích hợp cho các loại ô tô nhƣ sau: n= 60  85 lần/phút đối với xe du lịch.

n= 85  120 lần/phút đối với xe vận tải. b) Tiêu chí về gia tốc dao động. Độ êm dịu chuyển động của ô tô còn đƣợc đánh giá trên cơ sở các thông số về dao động của ô tô nhƣ giá trị bình phƣơng trung bình của gia tốc theo các phƣơng X, Y, Z là: Z  , X , Y c c  .0 (m/s2) 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. c) Tiêu chí dựa trên số liệu cảm giác theo gia tốc và vận tốc dao động.

Đồ thị đặc trưng mức êm dịu chuyển động của ô tô. Ngƣời ta đánh giá trên cơ sở cho rằng cảm giác con ngƣời khi chịu dao động phụ thuộc vào hệ số độ êm dịu chuyển động K. Hệ số K xác định theo trị số của  theo công thức sau đây: biên độ gia tốc Z hoặc bình phƣơng trung bình Z c 12,5   18   k .  - tần số dao động (Hz). 󰇘 - gia tốc dao động (m/s2).

󰇘 - bình phƣơng trung bình của gia tốc (m/s2). k y - hệ số hấp thụ. Nếu K= const thì cảm giác khi dao động sẽ không thay đổi. Các đường cong cảm giác như nhau ở dao động điều hoà.

Hệ số K càng nhỏ thì con ngƣời càng dễ chịu đựng dao động.1 tƣơng ứng với ngƣỡng kích thích. K= 10 ÷ 25 với xe chạy trong thời gian dài. K= 25 ÷ 63 với xe chạy trong thời gian ngắn.