Giải Pháp Tối Ưu Dao Động Ghế Lái Xe Buýt Trong Luận Văn Thạc Sĩ Cơ Khí Động Lực

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu cơ khí động lực nghiên cứu giải pháp thiết kế tối ưu dao động ghế ngồi người lái xe buýt, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Đình Thuật
• Người hướng dẫn: TS. Trần Hữu Nhân
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
• Đề tài: Nghiên cứu giải pháp thiết kế tối ưu dao động ghế ngồi người lái xe buýt
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ
• Tóm tắt luận văn thạc sĩ (Tiếng Việt và Tiếng Anh)
• Lời cam đoan của tác giả LV
• Danh mục bảng
• Danh mục hình
• Danh mục ký hiệu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu tại Việt Nam
• 1.2.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 1.3. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
• 1.3.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3.2. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Nội dung và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Nội dung nghiên cứu
• 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.6.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.6.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Ảnh hưởng dao động đến con người
• 2.2. Tiêu chuẩn về dao động
• 2.2.1. Tiêu chuẩn quốc tế ISO 2631-1:1997
• 2.2.2. Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6964-1:2001
• 2.3. Phương pháp phân tích dữ liệu thực nghiệm
• 2.3.2. Phân tích và biến đổi dữ liệu
• 2.4. Phương pháp biến đổi Fourier nhanh
• 2.4.2. Tín hiệu tuần hoàn
• 2.4.3. Miền thời gian và miền tần số
• 2.4.4. Biến đổi Fourier
• 2.4.5. Fourier đại diện cho 4 loại tín hiệu
• 2.4.6. Biến đổi Fourier nhanh (FFT)
• 2.5. Phương pháp đánh giá
• 2.6. Cơ sở lý thuyết tối ưu hoá dao động
• 2.7. Phương pháp Lagrange [14]
• 2.8. Các dạng hàm kích động từ mặt đường
• 2.8.1. Hàm điều hòa, dạng sin [14]
• 2.8.3. Hàm bán bình phương hình sin [4]
• 2.8.4. Theo quy luật tuần hoàn ngẫu nhiên [13]
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ TẢ THỰC NGHIỆM
• 3.1. Xe thí nghiệm
• 3.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo gia tốc
• 3.3. Thiết bị đo gia tốc MOTU-6050
• 3.4. Lắp đặt thiết bị thực nghiệm
• 3.5. Phương pháp đo
• 3.6. Điều kiện thí nghiệm và làm việc
• 4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 4.1. Phân tích dữ liệu thực nghiệm
• 4.2. Gia tốc Az theo thời gian
• 4.3. Xác định biên độ và tần số đặc trưng
• 4.4. Xác định thông số dao động trong các lần thu thập dữ liệu thực nghiệm tiếp theo
• 5. CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG
• 5.1. Mô hình và thông số tính toán
• 5.2. Tính toán và phân tích kết quả
• 5.2.1. Các thông số động lực học theo thời gian
• 5.2.2. Biên độ các thông số động lực học theo miền tần số
• 6. CHƯƠNG 6: GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN
• 7.2. Hạn chế và hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ 'Nghiên cứu giải pháp thiết kế tối ưu dao động ghế ngồi người lái xe buýt' tập trung vào việc cải thiện điều kiện làm việc của người lái xe buýt thông qua việc giảm thiểu dao động ghế lái xe buýt. Đây là vấn đề quan trọng trong ngành cơ khí động lực, đặc biệt khi người lái phải làm việc trong thời gian dài trên các tuyến đường đô thị. Nghiên cứu này nhằm mục đích tối ưu hóa thiết kế ghế lái để đảm bảo sự thoải mái và an toàn cho người lái, đồng thời tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia về độ êm dịu của xe.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là tối ưu hóa thiết kế ghế lái xe buýt để giảm thiểu dao động ghế lái xe buýt, từ đó cải thiện điều kiện làm việc của người lái. Nghiên cứu sử dụng các phương pháp tính toán động lực học và phân tích dao động để xác định các thông số tối ưu cho hệ thống treo ghế lái. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao chất lượng thiết kế xe buýt tại Việt Nam, đặc biệt trong bối cảnh ngành công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh mẽ.

1.2. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính là ghế lái xe buýt của mẫu xe JAC, một trong những dòng xe buýt phổ biến tại TP. HCM. Nghiên cứu tập trung vào việc đo đạc và phân tích dao động ghế lái xe buýt trong điều kiện thực tế, từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu hóa thiết kế. Các thông số như biên độ, tần số và lực tác dụng lên ghế lái được đo lường và phân tích kỹ lưỡng.

II. Phương pháp nghiên cứu và cơ sở lý thuyết

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích dao động và tính toán động lực học để đánh giá dao động ghế lái xe buýt. Các dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ ghế lái xe buýt JAC, sau đó được xử lý bằng phần mềm MATLAB để xác định các thông số đặc trưng như biên độ, tần số và lực tác dụng. Nghiên cứu cũng áp dụng các tiêu chuẩn quốc tế ISO 2631-1 và tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6964-1 để đánh giá độ êm dịu của xe.

2.1. Phân tích dữ liệu thực nghiệm

Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ ghế lái xe buýt JAC thông qua thiết bị đo gia tốc MOTU-6050. Các dữ liệu này được xử lý bằng phương pháp biến đổi Fourier nhanh (FFT) để xác định các thông số đặc trưng của dao động ghế lái xe buýt. Kết quả phân tích cho thấy sự cần thiết của việc tối ưu hóa thiết kế ghế lái để giảm thiểu dao động và đảm bảo sự thoải mái cho người lái.

2.2. Cơ sở lý thuyết tối ưu hóa

Nghiên cứu áp dụng phương pháp Lagrange để tối ưu hóa thiết kế ghế lái. Các thông số như độ cứng và hệ số giảm chấn của hệ thống treo ghế lái được tính toán để đạt được hiệu quả giảm dao động tối ưu. Kết quả tính toán được so sánh với các tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của giải pháp.

III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc tối ưu hóa thiết kế ghế lái xe buýt có thể giảm thiểu đáng kể dao động ghế lái xe buýt, từ đó cải thiện điều kiện làm việc của người lái. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cụ thể như điều chỉnh độ cứng và hệ số giảm chấn của hệ thống treo ghế lái. Những giải pháp này không chỉ áp dụng cho xe buýt JAC mà còn có thể mở rộng cho các dòng xe khác trong tương lai.

3.1. Giải pháp thiết kế tối ưu

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp tối ưu hóa thiết kế ghế lái, bao gồm việc điều chỉnh độ cứng và hệ số giảm chấn của hệ thống treo. Các giải pháp này được tính toán và kiểm chứng thông qua mô phỏng động lực học, đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong thực tế. Kết quả cho thấy việc áp dụng các giải pháp này có thể giảm thiểu đáng kể dao động ghế lái xe buýt.

3.2. Ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao trong việc cải thiện chất lượng thiết kế xe buýt tại Việt Nam. Các giải pháp tối ưu hóa được đề xuất có thể áp dụng trực tiếp vào sản xuất và lắp ráp xe buýt, góp phần nâng cao độ êm dịu và an toàn cho người lái. Ngoài ra, nghiên cứu cũng mở ra hướng phát triển mới trong việc ứng dụng công nghệ hiện đại vào thiết kế và sản xuất xe buýt.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong giai đoạn đô thị hóa nhanh chóng, hệ thống giao thông công cộng đóng vai trò huyết mạch trong việc giải quyết bài toán ùn tắc và ô nhiễm môi trường. Theo Quyết định số 2545/QĐ-UBND của Ủy ban Nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh, đề án đầu tư đổi mới 1.680 xe buýt giai đoạn 2014 - 2017 đã được triển khai mạnh mẽ với các dòng xe hiện đại từ 40 đến 80 chỗ ngồi. Tuy nhiên, cùng với mật độ lưu thông dày đặc, người lái xe buýt tại các đô thị lớn phải làm việc liên tục từ 8 đến 10 giờ mỗi ngày trong điều kiện áp lực giao thông cao. Tình trạng này khiến họ phải tiếp xúc thường xuyên với các rung động cơ học phát sinh từ mặt đường và hệ thống động lực của phương tiện. Dao động rung xóc kéo dài là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ra các bệnh nghề nghiệp nghiêm trọng về cột sống, hệ thần kinh và làm suy giảm khả năng xử lý tình huống an toàn của người điều khiển phương tiện.

Xuất phát từ thực trạng đó, đề tài tập trung nghiên cứu giải pháp thiết kế tối ưu hóa dao động cho ghế ngồi người lái trên dòng xe buýt Samco JAC 60 chỗ. Mục tiêu cụ thể của công trình là xây dựng mô hình thực nghiệm thu thập dữ liệu gia tốc rung động, xử lý tín hiệu thực nghiệm bằng thuật toán chuyên dụng, đánh giá độ êm dịu theo tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia, từ đó đề xuất mô hình giảm chấn tối ưu cho ghế lái. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên tuyến đường dài 35 km qua các trục giao thông chính của Thành phố Hồ Chí Minh như Quốc lộ 22, Hương lộ 2, Tỉnh lộ 15 và Tỉnh lộ 8 với tốc độ vận hành trung bình 50 km/h và tốc độ tối đa đạt 80 km/h. Nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc khi đề xuất phương án triệt tiêu các tần số kích động nguy hại, hướng tới giảm giá trị gia tốc hiệu dụng xuống dưới ngưỡng khó chịu 0,315 m/s², bảo vệ sức khỏe cho hàng nghìn tài xế và nâng cao chỉ số an toàn giao thông đô thị.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng nền tảng lý thuyết dao động cơ học kỹ thuật và phương pháp động lực học giải tích thông qua phương trình vi phân Lagrange loại 2 dạng tuyến tính cho hệ một bậc tự do và đa bậc tự do. Mô hình toán học mô tả sự cân bằng động lực học giữa khối lượng của người và ghế với lực đàn hồi và lực cản giảm chấn. Các kích động mấp mô từ bề mặt đường được mô hình hóa toán học qua các dạng hàm điều hòa dạng sin, hàm bước nhảy, hàm bán bình phương hình sin và chuỗi Fourier đại diện cho biên dạng mấp mô ngẫu nhiên theo thời gian thực.

Bên cạnh đó, nghiên cứu tích hợp lý thuyết hấp thụ và cách ly dao động nhằm thiết lập giải pháp bổ sung cơ cấu triệt tiêu rung động phụ trợ dưới chân đế ghế lái. Hệ thống quy chuẩn đánh giá độ êm dịu được xây dựng dựa trên Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6964-1:2001 hoàn toàn tương đương với Tiêu chuẩn quốc tế ISO 2631-1:1997 và Tiêu chuẩn của Đức VDI 2057:2002 về đánh giá tác động của rung động toàn thân lên cơ thể người. Ba khái niệm cốt lõi được định lượng bao gồm: gia tốc dao động bình phương trung bình trọng số theo 3 phương, liều lượng rung động VDV với ngưỡng khuyến cáo 8,5 m/s² cùng ngưỡng nguy hại 17 m/s², và phổ tần số dao động riêng của các bộ phận cơ thể như vùng bụng từ 4 đến 8 Hz, vùng cột sống từ 10 đến 12 Hz và đầu từ 20 đến 30 Hz.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu kết hợp chặt chẽ giữa đo đạc thực nghiệm ngoài hiện trường và mô phỏng số trên máy tính. Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ mẫu xe buýt Samco JAC 60 chỗ có tổng tải trọng thiết kế 11.785 kg vận hành thực tế. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm hàng chục nghìn điểm dữ liệu gia tốc rung động được đo đạc liên tục qua nhiều lần chạy thử nghiệm dọc tuyến hành trình 35 km đại diện cho các điều kiện giao thông hỗn hợp tại Thành phố Hồ Chí Minh. Phương pháp chọn mẫu điển hình được áp dụng nhằm thu thập toàn diện các xung lực ngẫu nhiên từ mặt đường mấp mô, gờ giảm tốc và quá trình tăng giảm tốc độ của xe.

Hệ thống thiết bị đo sử dụng cảm biến gia tốc kỹ thuật số MPU-6050 được gắn cố định chắc chắn tại vị trí trung tâm bên dưới khung ghế lái, truyền tín hiệu trực tiếp về bộ vi điều khiển thu thập dữ liệu. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích Biến đổi Fourier Nhanh trên phần mềm MATLAB là vì thuật toán này cho phép chuyển đổi toàn bộ tín hiệu gia tốc từ miền thời gian sang phổ tần số ở miền tần số với độ phức tạp tính toán tối ưu, giảm số lượng phép tính từ bình phương số điểm dữ liệu xuống tích số điểm với logarit cơ số 2. Toàn bộ timeline nghiên cứu từ khâu khảo sát thực địa, thiết lập mô hình, đo đạc dữ liệu đến mô phỏng tối ưu hóa được hoàn thành trong vòng 12 tháng từ tháng 07/2016 đến tháng 06/2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích dữ liệu thực nghiệm và tính toán mô phỏng đã làm sáng tỏ 4 phát hiện quan trọng về trạng thái dao động tại vị trí ghế lái xe buýt:

Thứ nhất, giá trị gia tốc dao động theo phương đứng đo được trên ghế lái nguyên bản liên tục dao động ở mức cao, với các đỉnh gia tốc cực đại thường xuyên vượt quá 0,8 m/s² và đôi khi chạm mức 1,25 đến 1,6 m/s² khi xe đi qua các đoạn đường mấp mô hoặc gờ giảm tốc. Đối chiếu với thang đánh giá của ISO 2631-1:1997, mức dao động này nằm trong cấp độ không thoải mái đến rất khó chịu, vượt quá 60% so với giới hạn êm dịu thông thường.

Thứ hai, kết quả phân tích phổ năng lượng bằng biến đổi Fourier chỉ ra rằng các thành phần dao động có biên độ lớn tập trung dày đặc trong dải tần số từ 4 Hz đến 12 Hz. Đây chính là vùng tần số cộng hưởng nguy hiểm nhất đối với cơ thể người, trùng khớp với tần số dao động riêng của vùng bụng từ 4 đến 8 Hz và cột sống lưng từ 10 đến 12 Hz.

Thứ ba, cơ cấu ghế lái nguyên bản trên xe buýt Samco JAC được liên kết cơ khí dạng khung thép cố định trực tiếp vào sàn xe, khiến tỷ lệ suy giảm năng lượng dao động truyền từ khung gầm lên người lái đạt mức gần bằng 0%. Toàn bộ xung lực từ hệ thống treo chính của xe đều truyền thẳng vào cơ thể tài xế.

Thứ tư, khi đánh giá thời gian chịu đựng theo tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001, mức gia tốc thực tế không đảm bảo được điều kiện làm việc an toàn liên tục 4 giờ của người lái xe buýt, làm tăng nguy cơ mệt mỏi sớm và tổn thương hệ xương khớp mạn tính.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi của tình trạng rung xóc quá mức bắt nguồn từ đặc tính kỹ thuật của hệ thống treo chính trên xe buýt. Xe sử dụng hệ thống treo phụ thuộc với nhíp lá và giảm chấn thủy lực được thiết kế để chịu tải trọng toàn bộ lên tới 11.785 kg. Khi xe vận hành ở trạng thái non tải hoặc di chuyển qua các mấp mô có bước sóng ngắn, hệ thống nhíp lá có độ cứng lớn không thể hấp thụ triệt để các xung động tần số cao, dẫn đến truyền rung động lớn lên sàn xe và khoang lái.

Trong quá trình phân tích, dữ liệu có thể được trình bày một cách trực quan thông qua đồ thị miền thời gian mô tả diễn biến gia tốc tức thời kết hợp với biểu đồ cột phổ Fourier thể hiện rõ các đỉnh biên độ vượt ngưỡng tại dải tần từ 4 đến 8 Hz. Đồng thời, bảng đối chiếu 6 cấp độ êm dịu theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 minh chứng rõ ràng việc ghế lái nguyên bản không đạt tiêu chuẩn tiện nghi làm việc.

Kết quả này tương đồng sâu sắc với các công trình nghiên cứu trước đây của tác giả Bùi Quốc Vĩnh trên xe khách Hyundai County 29 chỗ sản xuất trong nước và tác giả Lê Văn Quỳnh trên cabin xe cơ giới chuyên dụng. Điểm đột phá của nghiên cứu này là đã định lượng chính xác sự cần thiết phải bổ sung một hệ thống giảm chấn độc lập ngay tại cụm ghế lái, biến ghế ngồi thành một hệ dao động thứ cấp có khả năng hấp thụ năng lượng kích động từ sàn xe.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu và phân tích động lực học, 4 giải pháp chiến lược được đề xuất nhằm tối ưu hóa độ êm dịu cho ghế lái xe buýt:

Thứ nhất, lắp đặt bổ sung hệ thống treo phụ trợ đa bậc tự do tích hợp lò xo cơ khí và ống giảm chấn thủy lực hoặc bầu đệm khí nén trực tiếp bên dưới chân đế ghế lái. Mục tiêu giải pháp là giảm thiểu giá trị gia tốc hiệu dụng bình phương trung bình ít nhất 40% đến 50%, đưa mức gia tốc về dưới ngưỡng an toàn 0,315 m/s² theo tiêu chuẩn quốc tế. Giải pháp do các doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô triển khai thực hiện trong vòng 6 đến 12 tháng.

Thứ hai, ứng dụng thuật toán tối ưu hóa thông số độ đàn hồi và hệ số cản dập tắt dao động bằng mô hình mô phỏng số trên máy tính. Các thông số độ cứng k và hệ số giảm chấn c của cụm ghế cần được tính toán chính xác để dịch chuyển tần số dao động riêng của hệ người và ghế ra khỏi dải tần số nguy hiểm từ 4 đến 12 Hz. Mục tiêu nâng cao hiệu quả cách ly rung động lên trên 80%, do đội ngũ kỹ sư cơ khí động lực tại các viện nghiên cứu và trường đại học đảm trách trong lộ trình 3 đến 6 tháng.

Thứ ba, nâng cấp kết cấu đệm mút ghế lái bằng việc sử dụng vật liệu mút đúc công thái học polyurethane có mật độ đàn hồi biến thiên hoặc vật liệu composite giảm chấn. Mục tiêu nhằm tăng khả năng hấp thụ các rung động vi mô có tần số từ 15 đến 50 Hz và giảm 30% áp lực tập trung lên đốt sống lưng của tài xế. Giải pháp do các đơn vị công nghiệp hỗ trợ và sản xuất nội thất ô tô phối hợp triển khai trong thời gian 9 tháng.

Thứ tư, ban hành quy định bắt buộc về kiểm định định kỳ độ êm dịu và bảo dưỡng cơ cấu giảm chấn ghế lái theo tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001 sau mỗi 20.000 km vận hành. Giải pháp do các hợp tác xã vận tải và Trung tâm Quản lý Giao thông Công cộng chủ trì thực hiện thường xuyên.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo học thuật và ứng dụng kỹ thuật giá trị cao cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

Nhóm thứ nhất là các kỹ sư nghiên cứu và phát triển sản phẩm tại các nhà máy sản xuất, lắp ráp ô tô trong nước như Tổng Công ty Cơ khí Giao thông Vận tải Sài Gòn, Công ty Cổ phần Ô tô Trường Hải hay các đơn vị thiết kế xe thương mại. Nghiên cứu cung cấp tài liệu kỹ thuật về mô hình toán học giải tích Lagrange và phương pháp tối ưu hóa hệ thống treo ghế lái.

Nhóm thứ hai là các nhà quản lý doanh nghiệp vận tải hành khách công cộng và các hợp tác xã xe buýt đô thị. Luận văn cung cấp bằng chứng khoa học và số liệu thực nghiệm làm căn cứ lập dự toán cải tạo, nâng cấp tiện nghi phương tiện, từ đó nâng cao điều kiện an toàn lao động và giảm thiểu tai nạn giao thông.

Nhóm thứ ba là các chuyên gia y tế lao động và các cơ quan ban hành chính sách an toàn vệ sinh lao động. Số liệu đo lường mức độ phơi nhiễm rung động và dải tần nguy hại là cơ sở thực tiễn để xây dựng tiêu chuẩn định mức giờ làm việc cho tài xế xe buýt đô thị.

Nhóm thứ tư là giảng viên, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Giao thông tại các trường đại học khối kỹ thuật. Luận văn là hình mẫu bài bản về quy trình đo đạc thực nghiệm bằng cảm biến MPU-6050 kết hợp thuật toán xử lý tín hiệu số trên MATLAB.

Câu hỏi thường gặp

Dao động rung xóc trên xe buýt gây ra những tác hại cụ thể nào đối với sức khỏe của tài xế?
Khi xe vận hành, dao động ở dải tần số 10 đến 12 Hz gây cộng hưởng trực tiếp lên cột sống, dẫn đến thoái hóa đĩa đệm và đau lưng mạn tính. Ngoài ra, tần số từ 4 đến 8 Hz tác động tiêu cực lên hệ tiêu hóa và tiền đình. Sau 4 đến 8 giờ làm việc liên tục, tài xế sẽ bị suy giảm thị lực và giảm tốc độ phản xạ xử lý tình huống trên đường.

Tiêu chuẩn nào được sử dụng để đánh giá độ êm dịu của ghế xe buýt trong nghiên cứu?
Nghiên cứu áp dụng Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6964-1:2001, hoàn toàn tương đương với Tiêu chuẩn Quốc tế ISO 2631-1:1997 và Tiêu chuẩn Đức VDI 2057:2002. Hệ tiêu chuẩn này đánh giá mức độ phơi nhiễm rung động toàn thân qua giá trị gia tốc bình phương trung bình trọng số tần số và liều lượng rung động VDV với các ngưỡng từ thoải mái dưới 0,315 m/s² đến cực kỳ khó chịu trên 2 m/s².

Tại sao nghiên cứu lại áp dụng thuật toán Biến đổi Fourier Nhanh để phân tích dữ liệu gia tốc?
Thuật toán Biến đổi Fourier Nhanh trên nền tảng MATLAB giúp chuyển đổi chuỗi dữ liệu gia tốc thu được từ miền thời gian sang phổ tần số ở miền tần số một cách nhanh chóng. Việc này giúp xác định chính xác các đỉnh biên độ và dải tần số kích động có năng lượng lớn nhất, giảm đáng kể thời gian tính toán so với các phương pháp xử lý số liệu rời rạc thông thường.

Dữ liệu thực nghiệm được thu thập trên mẫu xe nào và trong điều kiện thực tế ra sao?
Thực nghiệm được thực hiện trực tiếp trên xe buýt Samco JAC 60 chỗ mang mã BSB1 với tải trọng 11.785 kg. Quá trình đo diễn ra trên cung đường thực tế dài 35 km từ Công ty Pouyen qua Quốc lộ 22, Hương lộ 2 đến Củ Chi với dải vận tốc từ 50 đến 80 km/h, sử dụng cảm biến gia tốc MPU-6050 gắn tại trung tâm khung ghế lái.

Giải pháp thiết kế tối ưu hệ thống treo ghế lái đề xuất có tính khả thi thương mại và sản xuất trong nước không?
Giải pháp hoàn toàn có tính khả thi cao vì cơ cấu treo phụ trợ sử dụng cụm lò xo kết hợp ống giảm chấn thủy lực nhỏ gọn có thể chế tạo từ các vật liệu tiêu chuẩn trong nước. Việc lắp ráp cơ cấu này độc lập dưới chân đế ghế không làm thay đổi kết cấu khung sàn xe, giúp tiết kiệm chi phí sản xuất và nâng cao tỷ lệ nội địa hóa phụ tùng ô tô.

Kết luận

Luận văn đã giải quyết trọn vẹn bài toán nâng cao độ êm dịu cho ghế lái xe buýt thông qua các kết quả then chốt:

• Khảo sát và đánh giá chính xác thực trạng gia tốc rung xóc trên ghế lái xe buýt Samco JAC 60 chỗ chạy tuyến nội ngoại thành Thành phố Hồ Chí Minh, chỉ rõ sự không phù hợp của ghế nguyên bản so với tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001.
• Ứng dụng thành công hệ thống đo thực nghiệm sử dụng cảm biến MPU-6050 kết hợp xử lý tín hiệu bằng thuật toán Biến đổi Fourier Nhanh trên phần mềm MATLAB.
• Xác lập mô hình toán học động lực học ghế lái dựa trên phương trình vi phân Lagrange, làm rõ mối tương quan giữa kích động mặt đường, hệ thống treo xe và rung động tác dụng lên người.
• Đề xuất mô hình thiết kế tối ưu hóa hệ thống treo phụ trợ cho cụm ghế lái nhằm triệt tiêu các đỉnh dao động nguy hiểm trong dải tần số từ 4 đến 12 Hz.
• Định hướng lộ trình nghiên cứu phát triển hệ thống giảm chấn bán tích cực điều khiển điện tử trong giai đoạn 12 đến 24 tháng tới nhằm thích ứng tự động với mọi biên dạng mặt đường.

Công trình là đóng góp học thuật và công nghệ thiết thực cho ngành kỹ thuật cơ khí động lực Việt Nam. Các đơn vị nghiên cứu, sản xuất ô tô và doanh nghiệp vận tải hãy chủ động ứng dụng ngay mô hình tối ưu này vào thực tế sản xuất và hoán cải phương tiện nhằm bảo vệ sức khỏe người lao động và nâng cao chất lượng dịch vụ vận tải công cộng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Đất nước chúng ta đang trong giai đoạn hội nhập mạnh mẽ, diện mạo đất nước từng ngày thay đổi, đặc biệt với sự phát triển liên tục của nền kinh tế. Các khu công nghiệp, các nhà máy sản xuất hàng hóa liên tục được mở ra ở khắp cả nước. Cùng với đó là nhu cầu vận chuyển hàng hoá và hành khách giữa các vùng miền trong nước và quốc tế ngày một gia tăng. Vận tải ô tô có khả năng đáp ứng tốt hơn nhiều mặt so với các phương tiện vận tải khác do tính đơn giản và cơ động.

Ô tô có thể đi đến những vùng mà các phương tiện khác không thể đến được, bên cạnh đó giá thành vận chuyển ô tô tương đối thấp. Ở nước ta, do địa hình phức tạp, sự mở rộng và đô thị hóa tăng nhanh; trong khi việc đầu tư và đáp ứng của các phương tiện khác còn hạn chế thì vận tải ô tô càng có nhiều ưu thế hơn. Trong hoàn cảnh kinh tế hiện nay, việc đi lại của nhân dân ta vẫn chủ yếu dựa vào vận tải hành khách đường bộ do giá rẻ và tiện lợi. Bên cạnh phương tiện giao thông đóng vai trò quan trọng trong vận tải ô tô thì người điều khiển phương tiện đóng một vai trò quyết định đến chất lượng phục vụ và mức độ an toàn khi phương tiện tham gia giao thông.

Người điều khiển phương tiện giao thông phải làm việc tập trung trong khoảng thời gian dài với tần suất làm việc rất cao, do đó dễ ảnh hưởng đến sức khỏe, độ nhạy bén của người lái. Đồng thời, những tác động khác như điều kiện môi trường, đường sá giao thông, áp lực giao thông… cũng tác động đến người điều khiển phương tiện giao thông, ảnh hưởng đến công việc và mức độ an toàn khi tham gia giao thông. Ngày 23/5/2014, Uỷ Ban Nhân Dân Thành Phố Hồ Chí Minh ban hành Quyết định số 2545/QĐ-UBND về việc phê duyệt “Đề án đầu tư xe buýt giai đoạn 2014 - 2017”. Từ đầu năm 2014 đến hết năm 2017, TP.

HCM sẽ đầu tư, thay mới tổng số 1.680 xe buýt; cụ thể, được phân bổ như sau: 2 Bảng 1.1: Số lượng, cơ cấu xe buýt được TP. HCM đầu tư giai đoạn 2014 - 2017 Loại xe Loại xe Loại xe Tổng cộng Thời điểm đầu tư 80 chỗ 55 chỗ 40 chỗ Diesel CNG Diesel CNG Diesel CNG Năm 2014 26 120 45 - 150 - 341 Năm 2015 30 180 100 - 160 - 470 Năm 2016 100 0 155 - 200 - 455 Năm 2017 104 0 124 - 186 - 414 Tổng cộng 260 300 424 - 696 - 1.680 Số lượng xe buýt, tuyến xe buýt được TP. HCM quy hoạch phát triển không ngừng theo từng năm nhằm giải quyết vấn đề giao thông của thành phố. Tuy nhiên, bên cạnh sự phát triển nhanh về số lượng xe buýt của thành phố thì số lượng tai nạn giao thông do xe buýt gây ra ngày càng nhiều.

Nguyên nhân do người lái xe buýt phải làm việc liên tục và căng thẳng trên những tuyến đường đông đúc của TP. Dao động là một trong những nguyên nhân chính gây ra bệnh nghề nghiệp cho người điều khiển phương tiện giao thông. Vì vậy, vấn đề cải thiện điều kiện làm việc của người lái xe buýt nhằm nâng cao tính an toàn trong vận hành và chất lượng phục vụ của xe buýt được đặt ra. Một trong những biện pháp đó là cải thiện tính êm dịu ghế lái của người điều khiển xe buýt.

Góp phần đề ra phương hướng và biện pháp nhằm nâng cao chất lượng ô tô thiết kế và lắp ráp trong nước, đồng thời tăng sức cạnh tranh đối với các chủng loại ô tô nhập khẩu tại thị trường trong nước. Vì lý do các phương tiện giao thông vận tải ở nước ta có phạm vi quá rộng nên trong luận văn này, tác giả chọn phương tiện giao thông công cộng là xe buýt để nghiên cứu và đề ra phương án tăng tính tiện nghi và độ thoải mái cho người lái nhằm giảm các bệnh nghề nghiệp và tăng độ hiệu quả, tính an toàn khi tham gia giao thông. Phạm vi đề tài có thể mở rộng cho các loại xe khác và cho các ghế hành khách trên xe buýt, xe khách ở các đề tài sau. Các vấn đề được nêu trên là lý do mà tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu giải pháp thiết kế tối ưu dao động ghế ngồi người lái xe buýt”.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tại Việt Nam Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang trong thời kỳ hội nhập đây là cơ hội cũng như là một thách thức lớn cho các nhà sản xuất ô tô và cũng như với các nhà cung cấp các sản phẩm cho ngành sản xuất ô tô trong nước.

Quyết định số 177/2004/QĐ-TTg về việc phê duyệt quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020. Ô tô khách tại các thành phố hiện nay có nhu cầu rất lớn đặc biệt là tại các thành phố lớn. Đến nay cả nước hiện có trên mười doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô lớn. Ngày nay thực hiện chương trình nội địa hóa của ngành công nghiệp ô tô thì việc chế tạo các phụ kiện trong nước như: săm, lốp, ắc quy, ghế ngồi, dây điện, khung vỏ, dầm, cầu… là cần thiết và cũng đã có một số công ty đã bắt tay vào sản xuất như: Xí nghiệp Tư doanh Xuân Kiên (Vinaxuki), Toyota Việt Nam và Công ty Trường Hải (Thaco) nhằm làm tăng tỷ lệ nội địa hoá sản phẩm lên 40% năm 2009, hướng đến mục tiêu phấn đấu xuất khẩu ô tô và phụ tùng đạt 5 ÷ 10% [1] giá trị tổng sản lượng của ngành vào năm 2010 và nâng dần giá trị kim ngạch xuất khẩu trong giai đoạn tiếp theo.

Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu đánh giá độ êm dịu của ô tô khách 29 chỗ ngồi sản xuất tại Việt Nam” của tác giả Bùi Quốc Vĩnh [1], trong luận văn này tác giả khảo sát độ êm dịu của xe Hyundai County sản xuất tại Việt Nam. Đồng thời, đề ra những giải pháp hợp lý để nâng cao độ êm dịu trên các dòng xe khách nói chung được sản xuất bởi các doanh nghiệp trong nước. Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên hành khách trong xe khách giường nằm (Thaco-Mobihome)” của tác giả Nguyễn Xuân Ngọc [2], trong luận văn này tác giả phân tích ảnh hưởng của dao động lên hành khách trong xe khách giường nằm. Mô hình tính toán toàn xe trong không gian 3 chiều (3D) được sử dụng để tính toán các thông số dao động và ứng dụng các nghiên cứu về độ êm dịu của con người ở các vị trí góc nghiêng khác nhau của lưng để so sánh và đánh giá.

Quá trình phân tích và tính toán được thực hiện trong trường hợp xe đầy tải. Kết quả tính toán cho thấy mối quan hệ giữa các thông số của hệ thống treo với độ 4 mấp mô của mặt đường ảnh hưởng đến hành khách trên xe. Từ đó, xác định được các thông số tới hạn cho phép đảm bảo độ êm dịu chuyển động cho xe cũng như cho hành khách, làm cơ sở tham khảo để tiến hành đề xuất phương án thiết kế nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe và đề xuất lắp các biển báo vận tốc nguy hiểm, độ mấp mô của mặt đường cho các tài xế biết khi di chuyển qua các tuyến đường này. Luận văn thạc sĩ: “Thiết kế, tối ưu hóa dao động bằng phương pháp mô phỏng ghế ngồi người lái cho xe buýt” của tác giả Kiều Trung Tín [3], trong luận văn này tác giả đã xây dụng mô hình tính toán mô phỏng tối ưu dao dộng ghế ngồi người lái và thực hiện tính toán mô phỏng xác định thông số thiết kế tối ưu về dao động.

Luận văn thạc sĩ: ‘’Phân tích dữ liệu dao động ghế người lái xe buýt bằng phương pháp thực nghiệm” của tác giả Kao Hoàng Việt Hưng [4], trong luận văn này tác giả đã thu thập dữ liệu các dao động tại ghế người lái và phân tích, xử lý dữ liệu bằng phần mềm Matlab, từ đó so sánh và đánh giá kết quả với các tiêu chuẩn dao động ảnh hưởng đến sức khỏe con người, từ đó rút ra kết luận về mức độ nguy hại đến sức khỏe, những căn bệnh thường mắc phải của người lái xe buýt trong khoảng thời gian dài. Đề xuất phương án giảm thiểu các dao động ảnh hưởng đến sức khỏe của người lái, tăng tính êm dịu cho ghế người lái, giúp người lái cảm thấy thoải mái ít mệt mỏi khi phải lái xe trong thời gian dài. Ngoài những luận văn thạc sĩ, tạp chí Khoa học và Công nghệ cũng có những bài báo viết về việc đánh giá, cải thiện độ êm dịu của ghế người lái như bài “Một phương pháp thí nghiệm đánh giá độ êm dịu của xe lu rung” của tác giả Lê Văn Quỳnh và Nguyễn Khắc Tuân [5]. Bài báo này trình bày một phương pháp thí nghiệm xác định dao động của ghế ngồi người lái xe lu rung bánh đơn trong một số điều kiện hoạt động.

Kết quả đo được phân tích, đánh giá theo tiêu chuẩn ISO 2631- 1 (1997-E). Kết quả đánh giá cho thấy độ êm dịu của xe chưa thỏa mãn được tiêu chuẩn ISO, đồng thời nó cũng không đảm bảo được thời gian yêu cầu làm việc 4 giờ của người điều khiển khi xe hoạt động. Ngoài ra kết quả này có thể căn cứ về mặt thực nghiệm cho thiết kế tối ưu hệ thống đệm cách dao động cabin xe lu rung.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới Ngoài ra, các rung động từ động cơ thông qua các cao su giảm chấn tác dụng lên khung thân xe truyền qua ghế tác dụng lên người lái, các tác động này làm cho người lái mệt mỏi gây mất tập trung, và nguyên nhân gây ra các triệu chứng bệnh nghề nghiệp về sau. Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến vấn đề này đã được công bố, các nghiên cứu tiêu biểu có liên quan đến đề tài như: L.Sankaranarayanasamy [6] đã nghiên cứu tối ưu hoá sự thoải mái cho người lái dưới tác động của hệ thống treo ở khoang người lái của xe đầu kéo semi- rơmoc “Optimization of Human Comfort Reaction for Suspended Cabin Tractor Semitrailer Drivers”.