Nghiên Cứu Tối Ưu Thiết Kế Hệ Thống Đệm Cách Dao Động Động Cơ Đốt Trong Trên Ô Tô

Chuyên khảo phân tích Nghiên cứu tối ưu thông số thiết kế hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong trên ô tô, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp

• Tác giả: Vũ Ánh Dương
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Văn Quỳnh
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Tối Ưu Thiết Kế Hệ Thống Đệm Cách Dao Động Động Cơ Đốt Trong Trên Ô Tô
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan hệ thống đệm cách dao động động cơ
• 1.2. Sự phát triển đệm cách dao động động cơ đốt trong
• 1.3. Phân tích một số kết của đệm cách dao động động cơ đốt trong
• 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế
• 1.5. Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
• 1.6. Mục tiêu, phạm vi, phương pháp và nội dung nghiên cứu
• 1.7. Kết luận chương 1
• 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG
• 2.1. Các phương pháp xây dựng và mô phỏng dao động
• 2.2. Xây dựng mô hình dao động toàn xe
• 2.3. Mô hình dao động tương đương
• 2.4. Thiết lập phương trình vi phân miêu tả dao động ô tô du lịch
• 2.5. Nguồn kích thích dao động tác dụng lên cơ hệ
• 2.6. Cơ sở về lý thuyết tối ưu thông số thiết kế
• 2.7. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ TỐI ƯU THIẾT KẾ
• 3.1. Số liệu mô phỏng
• 3.2. Khối mô phỏng tổng thể
• 3.3. Mô phỏng các với chế độ làm việc khác nhau
• 3.4. Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện khai thác đến độ êm diu chuyển động
• 3.5. Tối ưu thông số thiết kế hệ thống đệm cách dao động cơ
• 3.6. Phân tích hiệu quả của hệ thống đệm cách sau khi tối ưu
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Hệ Thống Đệm Cách Dao Động Ô Tô

Độ êm dịu chuyển động là yếu tố quan trọng đánh giá chất lượng ô tô, thu hút sự chú ý của nhà sản xuất và nhà khoa học. Ô tô chịu nhiều nguồn dao động: mặt đường, động cơ, lực gió. Các dao động này truyền lên thân xe, gây mệt mỏi cho người lái và hành khách, thậm chí bệnh nghề nghiệp. Để giảm các rung động này, cần cải tiến hệ thống treo, hệ thống treo ghế ngồi và hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong. Luận văn này tập trung vào nghiên cứu và tối ưu thông số thiết kế hệ thống này. Nghiên cứu tập trung vào xây dựng mô hình dao động không gian tuyến tính cho xe du lịch, xem xét cả kích thích từ mặt đường và động cơ đốt trong, từ đó tiến hành tối ưu hệ thống đệm để nâng cao độ êm dịu. Hàm mục tiêu là gia tốc bình phương trung bình theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 (1997). Giải thuật tối ưu đa mục tiêu được sử dụng để tìm ra các thông số tối ưu.

1.1. Vai Trò Của Hệ Thống Đệm Cách Dao Động Động Cơ

Hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong đóng vai trò kết nối đàn hồi giữa động cơ và khung/vỏ ô tô. Chức năng chính là giảm thiểu dao động truyền từ khung/vỏ lên động cơ (do mấp mô mặt đường) và ngược lại, từ động cơ xuống khung/vỏ (do hoạt động đốt trong). Ngoài ra, hệ thống còn giúp giảm tiếng ồn phát sinh từ cả mặt đường và động cơ. Theo tài liệu nghiên cứu, hệ thống đệm cách dao động được sử dụng để nối đàn hồi giữa động cơ và khung xe nhằm giảm rung, ồn và tăng hiệu suất động cơ.

1.2. Lịch Sử Phát Triển Hệ Thống Đệm Cách Dao Động

Sự phát triển của hệ thống đệm cách dao động động cơ trải qua nhiều giai đoạn. Bắt đầu từ đệm đàn hồi bằng kim loại, sau đó là sự kết hợp giữa kim loại và cao su. Tiếp theo là sự ra đời của đệm cao su thủy lực, đệm cao su thủy lực có điều khiển hệ số cản, và cuối cùng là đệm điện từ. Mỗi bước tiến đều hướng đến mục tiêu giảm rung ồn và tăng độ bền động cơ một cách hiệu quả hơn. Hình 1 trong tài liệu gốc minh họa rõ ràng sự phát triển về mặt công nghệ của đệm cách dao động động cơ đốt trong qua các thời kỳ.

II. Phân Tích Các Loại Thiết Kế Đệm Giảm Rung Động Cơ

Để giảm dao động và tiếng ồn, động cơ và khung xe được kết nối thông qua các đệm cách dao động. Ban đầu, các nhà thiết kế chưa chú trọng đến các đệm này. Sự phát triển của đệm bắt đầu từ đệm đàn hồi kim loại, sau đó là kim loại kết hợp cao su, đệm cao su thủy lực, đệm cao su thủy lực có điều khiển hệ số cản thủy lực, và cuối cùng là đệm điện từ. Các loại đệm này có ưu nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng ứng dụng. Hình 1 trong tài liệu gốc thể hiện sự phát triển về mặt công nghệ của hệ thống đệm.

2.1. Ưu Điểm và Nhược Điểm Của Đệm Cao Su Giảm Chấn

Đệm cao su có ưu điểm là chịu lực, chịu mài mòn, độ đàn hồi cao, khả năng kháng dầu mỡ và chống lão hóa tốt. Nó giảm rung ồn hiệu quả ở tần số kích thích cao. Tuy nhiên, hệ số nội ma sát giữa các lớp cao su nhỏ, làm giảm hiệu quả giảm dao động ở tần số thấp. Vật liệu giảm chấn cao su được sử dụng để hấp thụ rung động, giảm tải trọng tác động lên các bộ phận khác của xe.

2.2. Cấu Tạo và Nguyên Lý Hoạt Động Đệm Cao Su Thủy Lực

Đệm cao su thủy lực khắc phục nhược điểm của đệm cao su thông thường. Kết cấu bên trong bao gồm khoảng chứa dầu thủy lực, và hệ số cản thay đổi thông qua lỗ tiết lưu hoặc quán tính dòng chất lỏng. Ưu điểm là giảm hiệu quả tiếng ồn và dao động ở tần số thấp. Tuy nhiên, cấu trúc phức tạp hơn và vẫn là hệ thống bị động. Tài liệu nghiên cứu cho thấy việc sử dụng cao su giảm chấn kết hợp với hệ thống thủy lực giúp tối ưu hóa khả năng giảm rung.

2.3. Ứng Dụng Đệm Cao Su Thủy Lực Bán Chủ Động

Để nâng cao hiệu quả, đệm cao su thủy lực bán chủ động được phát triển. Hệ số cản được điều khiển thông qua độ mở van tiết lưu và từ tính của chất lỏng. Ưu điểm là giảm hiệu quả tiếng ồn và dao động ở tần số thấp hơn so với đệm cao su thủy lực bị động. Tuy nhiên, cấu trúc phức tạp hơn và vẫn là điều khiển bán chủ động. Các nhà nghiên cứu đã đề xuất hệ thống điều khiển chủ động hoàn toàn để khắc phục nhược điểm này.

III. Tình Hình Nghiên Cứu Về Giảm Rung Động Cơ Trong Nước

Các nhà khoa học và nghiên cứu Việt Nam đã đạt được một số kết quả nhất định trong việc giảm dao động và tiếng ồn của động cơ đốt trong. Các nghiên cứu tập trung vào mô phỏng dao động động cơ, phân tích ảnh hưởng của các thông số hệ thống treo đến độ êm dịu, và nghiên cứu điều khiển hệ thống treo bán chủ động. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức trong việc tối ưu thiết kế hệ thống đệm cách dao động.

3.1. Mô Phỏng Dao Động Động Cơ Nghiên Cứu Của Nguyễn Tân Chính

Năm 2009, Nguyễn Tân Chính đã thực hiện luận văn thạc sĩ về mô phỏng dao động động cơ và ảnh hưởng của nó đến độ êm dịu của ô tô du lịch. Luận văn phân tích các thông số hệ thống treo động cơ và đánh giá ảnh hưởng của chúng đến độ êm dịu dựa trên mô hình dao động toàn xe. Tuy nhiên, mô hình chưa xem xét đến ảnh hưởng của nguồn kích thích dao động từ động cơ đốt trong.

3.2. Ảnh Hưởng Dao Động Động Cơ Nghiên Cứu Của Hoàng Anh Tấn

Năm 2015, Hoàng Anh Tấn nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố dao động từ động cơ đến độ êm dịu của ô tô du lịch. Nghiên cứu phân tích ảnh hưởng của kích thích từ động cơ và các thông số thiết kế của đệm đến độ êm dịu, dựa trên mô hình dao động toàn xe. Tuy nhiên, kết quả chưa xem xét đến vấn đề tối ưu thiết kế hệ thống đệm.

IV. Mục Tiêu Phạm Vi Và Phương Pháp Nghiên Cứu Tối Ưu Thiết Kế

Luận văn này tập trung vào mục tiêu tối ưu hóa thông số thiết kế của hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong trên ô tô, nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc xây dựng mô hình dao động không gian tuyến tính cho xe du lịch, xem xét cả kích thích từ mặt đường và động cơ đốt trong. Phương pháp nghiên cứu bao gồm xây dựng mô hình toán học, mô phỏng bằng phần mềm, và sử dụng giải thuật tối ưu hóa.

4.1. Mục Tiêu Chính Của Nghiên Cứu Giảm Rung Ồn

Mục tiêu chính của nghiên cứu là giảm rung động và tiếng ồn truyền từ động cơ đến cabin xe, và ngược lại. Việc giảm rung ồn giúp tăng sự thoải mái cho hành khách và kéo dài tuổi thọ của các bộ phận xe. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra tầm quan trọng của việc tối ưu hóa thiết kế hệ thống treo động cơ để đạt được mục tiêu này.

4.2. Phạm Vi Nghiên Cứu Mô Hình Dao Động Tuyến Tính

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào xây dựng mô hình dao động không gian tuyến tính cho xe du lịch, xem xét cả kích thích từ mặt đường và động cơ đốt trong. Mô hình này sẽ được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các thiết kế đệm cách dao động khác nhau. Luận văn tập trung vào phân tích dao động Rung động động cơ và giảm thiểu tác động của nó đến người sử dụng.

4.3. Phương Pháp Nghiên Cứu Mô Hình Hóa Mô Phỏng

Phương pháp nghiên cứu bao gồm xây dựng mô hình toán học, mô phỏng bằng phần mềm (ví dụ: MATLAB/Simulink), và sử dụng giải thuật tối ưu hóa. Mô hình toán học sẽ mô tả các đặc tính của hệ thống, và mô phỏng sẽ cho phép đánh giá hiệu quả của các thiết kế khác nhau. Giải thuật tối ưu hóa sẽ được sử dụng để tìm ra các thông số thiết kế tốt nhất cho hệ thống đệm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Độ êm dịu chuyển động của ô tô là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng và tính cạnh tranh của sản phẩm ô tô trên thị trường. Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 (1997), gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng là chỉ số quan trọng phản ánh mức độ êm dịu chuyển động, với các mức độ từ "một chút khó chịu" đến "cực kỳ khó chịu" dựa trên giá trị gia tốc. Trong thực tế, ô tô chịu tác động của nhiều nguồn kích thích dao động như mấp mô mặt đường, động cơ đốt trong và lực gió, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sự thoải mái và sức khỏe người lái cũng như hành khách.

Luận văn tập trung nghiên cứu tối ưu thông số thiết kế hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong trên ô tô nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động. Phạm vi nghiên cứu bao gồm xây dựng mô hình dao động toàn xe với 10 bậc tự do, mô phỏng và tối ưu các thông số thiết kế của hệ thống đệm cách dao động bị động, dựa trên các nguồn kích thích từ mấp mô mặt đường và động cơ đốt trong. Nghiên cứu được thực hiện trong bối cảnh ô tô du lịch hiện đại, với dữ liệu mô phỏng dựa trên tiêu chuẩn ISO 8068 về phân loại mặt đường và các đặc tính kỹ thuật của động cơ 4 xy lanh thẳng hàng.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là xác định các thông số tối ưu của hệ thống đệm cách dao động nhằm giảm thiểu gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng, từ đó cải thiện độ êm dịu chuyển động và giảm thiểu mệt mỏi, tăng hiệu suất làm việc cho người lái. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng thiết kế hệ thống treo và đệm cách dao động động cơ, góp phần phát triển công nghệ ô tô thân thiện với người sử dụng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mô hình dao động toàn xe 10 bậc tự do: Bao gồm các khối lượng được treo (thân xe, động cơ) và không được treo (cầu xe, bánh xe), với các chuyển động tịnh tiến và quay theo các phương thẳng đứng, ngang và dọc. Mô hình này cho phép mô phỏng chính xác dao động của xe dưới tác động của các nguồn kích thích.

• Nguyên lý D’Alambert và cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật: Được sử dụng để thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ, bao gồm cân bằng lực và mô men cho từng khối lượng trong mô hình.

• Tiêu chuẩn ISO 2631-1 (1997): Là cơ sở để đánh giá độ êm dịu chuyển động dựa trên gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng, đồng thời xác định các mức độ khó chịu và thời gian mệt mỏi giảm hiệu suất lao động.

• Tiêu chuẩn ISO 8068 (1994): Phân loại mấp mô mặt đường quốc tế, được sử dụng để xây dựng hàm kích thích ngẫu nhiên mô phỏng mấp mô mặt đường theo phân bố Gauss.

Các khái niệm chính bao gồm: khối lượng được treo và không được treo, hệ thống treo và đệm cách dao động động cơ (đặc trưng bởi độ cứng và hệ số cản), nguồn kích thích dao động từ động cơ và mặt đường, cùng các thông số kỹ thuật của xe như khoảng cách trọng tâm đến cầu, mô men quán tính, và tọa độ điểm đặt lực.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các thông số kỹ thuật của xe ô tô du lịch, đặc tính động cơ 4 xy lanh thẳng hàng, dữ liệu mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8068, và các đặc tính vật liệu của hệ thống đệm cách dao động. Dữ liệu được thu thập từ các tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn quốc tế và mô phỏng thực nghiệm.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Xây dựng mô hình toán học dao động toàn xe dựa trên nguyên lý D’Alambert và cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật, thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của các khối lượng trong hệ thống.

• Mô phỏng dao động bằng phần mềm Matlab/Simulink, sử dụng các hàm kích thích ngẫu nhiên mô phỏng mấp mô mặt đường và các lực mô men kích thích từ động cơ.

• Tối ưu thông số thiết kế hệ thống đệm cách dao động bị động bằng giải thuật tối ưu đa mục tiêu, nhằm giảm thiểu gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng (awz) theo tiêu chuẩn ISO 2631-1.

• Thời gian nghiên cứu kéo dài khoảng 2 năm, bao gồm giai đoạn xây dựng mô hình, thu thập dữ liệu, mô phỏng, tối ưu và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của thông số đệm cách dao động đến độ êm dịu: Qua mô phỏng, việc tăng hệ số cản thủy lực trong đệm cách dao động cao su thủy lực bị động làm giảm đáng kể gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng. Cụ thể, gia tốc awz giảm khoảng 15-20% so với hệ thống đệm nguyên bản, đặc biệt hiệu quả ở tốc độ động cơ thấp.

2. Hiệu quả của hệ thống đệm cách dao động bán chủ động: So với hệ thống đệm bị động, đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động cho thấy khả năng điều chỉnh hệ số cản theo điều kiện khai thác, giảm dao động tốt hơn khoảng 25-30% ở các điều kiện mặt đường khác nhau.

3. Tối ưu thông số thiết kế đệm cách dao động bị động: Sử dụng giải thuật tối ưu đa mục tiêu, các thông số độ cứng và hệ số cản của đệm được điều chỉnh để đạt hiệu quả giảm dao động tối ưu. Kết quả mô phỏng cho thấy gia tốc awz giảm từ mức khoảng 1.2 m/s² xuống còn khoảng 0.9 m/s², tương đương giảm 25%, nâng cấp độ êm dịu từ "khá khó chịu" xuống "một chút khó chịu" theo tiêu chuẩn ISO 2631-1.

4. Ảnh hưởng của mấp mô mặt đường: Mức độ mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO 8068 ảnh hưởng rõ rệt đến dao động xe. Mặt đường cấp A (rất tốt) cho gia tốc awz trung bình khoảng 0.5 m/s², trong khi mặt đường cấp C (trung bình) làm gia tốc tăng lên khoảng 1.1 m/s², cho thấy tầm quan trọng của việc thiết kế đệm cách dao động phù hợp với điều kiện khai thác thực tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc giảm dao động hiệu quả sau tối ưu là do sự điều chỉnh hợp lý các thông số độ cứng và hệ số cản của đệm cách dao động, giúp hấp thụ và triệt tiêu các lực kích thích từ động cơ và mặt đường. So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào hệ thống treo hoặc đệm bị động, nghiên cứu này đã kết hợp đồng thời hai nguồn kích thích và áp dụng giải thuật tối ưu đa mục tiêu, nâng cao tính thực tiễn và hiệu quả.

Kết quả cũng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về đệm cách dao động cao su thủy lực và bán chủ động, đồng thời khẳng định vai trò quan trọng của việc lựa chọn thông số thiết kế phù hợp với điều kiện vận hành cụ thể. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh gia tốc awz trước và sau tối ưu ở các tốc độ động cơ và các cấp mặt đường, cũng như bảng tổng hợp các thông số thiết kế đệm cách dao động tối ưu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng giải thuật tối ưu đa mục tiêu trong thiết kế đệm cách dao động: Các nhà sản xuất ô tô nên tích hợp phương pháp tối ưu đa mục tiêu để xác định các thông số độ cứng và hệ số cản phù hợp, nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động. Thời gian thực hiện trong vòng 6-12 tháng, do bộ phận R&D chịu trách nhiệm.

2. Phát triển hệ thống đệm cách dao động bán chủ động: Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động với khả năng điều chỉnh hệ số cản theo điều kiện vận hành, giúp giảm dao động hiệu quả hơn. Thời gian nghiên cứu và thử nghiệm khoảng 1-2 năm, phối hợp giữa viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

3. Tăng cường khảo sát và phân loại mặt đường thực tế: Cần thu thập dữ liệu mấp mô mặt đường tại các địa phương để điều chỉnh thiết kế đệm cách dao động phù hợp với điều kiện khai thác thực tế, nâng cao hiệu quả giảm dao động. Chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý giao thông và các trung tâm nghiên cứu, trong vòng 1 năm.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức kỹ thuật cho kỹ sư thiết kế: Tổ chức các khóa đào tạo về mô hình dao động, tiêu chuẩn ISO và phương pháp tối ưu thiết kế hệ thống đệm cách dao động cho đội ngũ kỹ sư cơ khí động lực. Thời gian đào tạo 3-6 tháng, do các trường đại học và viện nghiên cứu đảm nhiệm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế ô tô và hệ thống treo: Nghiên cứu cung cấp cơ sở lý thuyết và phương pháp tối ưu thiết kế đệm cách dao động, giúp cải tiến sản phẩm nâng cao độ êm dịu và giảm tiếng ồn.

2. Nhà nghiên cứu và giảng viên trong lĩnh vực cơ khí động lực: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về mô hình dao động toàn xe, phương pháp mô phỏng và tối ưu đa mục tiêu trong thiết kế hệ thống đệm cách dao động.

3. Doanh nghiệp sản xuất linh kiện ô tô: Thông tin về các loại đệm cách dao động và đặc tính kỹ thuật giúp doanh nghiệp phát triển sản phẩm phù hợp với yêu cầu thị trường và tiêu chuẩn quốc tế.

4. Cơ quan quản lý giao thông và an toàn lao động: Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng dao động đến sức khỏe người lái và tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu hỗ trợ xây dựng chính sách và quy chuẩn kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống đệm cách dao động có vai trò gì trong ô tô?
   Hệ thống đệm cách dao động nối đàn hồi giữa động cơ và khung xe, giảm dao động và tiếng ồn truyền từ động cơ xuống thân xe và ngược lại, nâng cao độ êm dịu chuyển động.

2. Tiêu chuẩn nào được sử dụng để đánh giá độ êm dịu chuyển động?
   Tiêu chuẩn ISO 2631-1 (1997) sử dụng gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng làm chỉ số đánh giá, phân loại mức độ khó chịu và ảnh hưởng đến sức khỏe người lái.

3. Phương pháp nào được sử dụng để xây dựng mô hình dao động toàn xe?
   Nguyên lý D’Alambert kết hợp cơ sở lý thuyết hệ nhiều vật được áp dụng để thiết lập hệ phương trình vi phân mô tả dao động của các khối lượng trong mô hình 10 bậc tự do.

4. Nguồn kích thích dao động chính trong nghiên cứu là gì?
   Hai nguồn kích thích chính là mấp mô mặt đường (theo tiêu chuẩn ISO 8068) và lực, mô men kích thích từ động cơ đốt trong 4 xy lanh thẳng hàng.

5. Lợi ích của việc tối ưu thông số thiết kế hệ thống đệm cách dao động là gì?
   Tối ưu giúp giảm gia tốc dao động truyền lên thân xe, nâng cao độ êm dịu chuyển động, giảm mệt mỏi cho người lái, tăng tuổi thọ linh kiện và cải thiện trải nghiệm người dùng.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình dao động toàn xe 10 bậc tự do kết hợp hai nguồn kích thích từ mấp mô mặt đường và động cơ đốt trong.
• Phương pháp tối ưu đa mục tiêu được áp dụng hiệu quả để xác định các thông số thiết kế tối ưu của hệ thống đệm cách dao động bị động.
• Kết quả mô phỏng cho thấy giảm gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng khoảng 25%, nâng cao độ êm dịu chuyển động theo tiêu chuẩn ISO 2631-1.
• Nghiên cứu khẳng định vai trò quan trọng của hệ thống đệm cách dao động trong việc giảm rung ồn và cải thiện sự thoải mái cho người sử dụng ô tô.
• Đề xuất các giải pháp phát triển hệ thống đệm cách dao động bán chủ động và tăng cường khảo sát mặt đường thực tế để nâng cao hiệu quả ứng dụng.

Tiếp theo, nghiên cứu sẽ mở rộng áp dụng mô hình cho các loại xe khác và phát triển hệ thống đệm cách dao động điều khiển chủ động nhằm tối ưu hóa hơn nữa hiệu quả giảm dao động. Độc giả và các nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển các kết quả này trong thực tiễn thiết kế ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Mục đích chương này là phân tích tổng quan về hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong và các kết quả nghiên cứu trong nước và nước ngoài về đối tượng nghiên cứu trong luận văn. Từ đó đưa ra mục đích, phương pháp và nội dung nghiên cứu của luận văn. Tổng quan hệ thống đệm cách dao động động cơ 1.

Vai trò hệ thống đệm cách dao động Hệ thống cách dao động cơ đốt trong sử dụng để nối đàn hồi giữa động cơ và khung/vỏ. Hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong có vai trò quan trọng trong việc giảm dao động truyền từ khung/vỏ (nguồn kích thích dao động từ mấp mô mặt đường) lên động cơ và ngược lại từ động cơ (nguồn kích thích dao động từ động cơ đốt trong) xuống khung/vỏ. Ngoài ra có vai trò giảm tiếng ồn do kích thích mặt đường và động cơ gây ra. Đệm cách dao động động cơ đốt trong 1.

Sự phát triển đệm cách dao động động cơ đốt trong Để giảm dao động và tiếng ồn, giữa động cơ và khung/vỏ được liên kết bởi các đệm cách dao động. Ban đầu các nhà thiết kế không quan tâm nhiều đến vấn đề 4 đệm này để giảm rung ồn động cơ. Sự phát triển đệm cách dao động động cơ từ khi ra đời đệm đàn hồi vật liệu kim loại, sau đó là kim loại kết hợp cao su, đệm cao su thủy lực, đệm cao su thủy lực có điều khiển hệ số cản thủy lực, đệm điện từ,… Sự phát triển về mặt công nghệ của đệm cách dao động động cơ đốt trong được thể hiện trên hình 1. Phân tích đặc điểm của một số kết cấu của đệm sẽ tiếp tục phân tích dưới đây.

Sự phát triển về mặt công nghệ của đệm cách dao động động cơ 5 1. Phân tích một số kết của đệm cách dao động động cơ đốt trong a) Đệm cách dao động cao su Hệ thống đệm cách dao động cao su được các nhà nghiên cứu thiết kế và chế tạo rất sớm nhằm giảm ồn cho động cơ đốt trong trên ô tô. Một loại đệm cách dao động cao su của động cơ đốt trong được thể hiện trên hình 1. Cách bố trí đệm cách dao động động cơ được thể hiện trên hình 1.

Một số loại đệm cao su Hình 1. Cách bố trí đệm cách dao động động cơ Đặc điểm của đệm cách dao động cao su chịu lực, chịu mài mòn, độ đàn hồi cao, có khả năng kháng dầu mỡ và chống lão hóa tốt. Đàn hồi tốt đặc biệt giảm rung ồn của động cơ dưới tần số kích thích dao động cao. Tuy nhiên, hệ số nội ma sát 6 giữa các lớp cao su nhỏ dẫn đến hiệu quả giảm dao động dưới tần số kích thích dao động thấp.

Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản và dễ chế tạo; + Giảm hiệu quả được tiếng ồn và dao động dưới tần số kích thích cao. Nhược điểm: Hệ số cản của hệ thống nhỏ do đó khó giảm được dao động dưới tác động tần số kích thích thấp. Chính vì vậy, nhược điểm này các nhà nghiên cứu đã đề xuất hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong kết hợp cao su và thủy lực sẽ tiếp tục được trình bày dưới đây. b) Đệm cách dao động cao su thủy lực Để khắc phục nhược điểm hệ thống đệm cách dao động cao su, đệm cách dao động cao su thủy lực được nghiên cứu và áp dụng cho hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong.

Các loại đệm cao su thủy lực được thể hiện trên hình 1. (a) Đệm thủy lực theo dõi quán tính (b) Đệm thủy lực 1 lỗ tiết lưu (c) Kết cấu đệm cao su thủy lực (d) Đệm cao su thủy lực Hình 1. Các loại đệm cao su thủy lực 7 Đặc điểm kết cấu của đệm cách dao động cao su thủy lực bị động, kết cấu bên trong gồm có khoảng chứa dầu thủy lực, sự thay đổi hệ số cản thông qua lỗ tiết lưu hoặc quán tính của dòng chất lỏng. Ưu điểm: Giảm hiệu quả được tiếng ồn và dao động dưới tần số kích thích dao động thấp.

Nhược điểm: + Kết cấu phức tạp so đệm cách dao động cao su; + Mặc dù đã cải thiện đáng kế đặc tính cản của đệm so với đệm cao su thuần túy sử dụng do dầu thủy lực sinh ra giá trị hệ số cản, tuy nhiên đây vẫn là hệ thống bị động. Chính vì vậy nhược điểm này các nhà nghiên cứu đã đề xuất đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động cho động cơ đốt trong, đó là kết hợp cao su và hệ số cản thủy lực có điều khiển sẽ tiếp tục được trình bày dưới đây. c) Đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động Để nâng cao hiệu quả của đệm cách dao động cao su thủy lực bị động, đệm cách dao động bán chủ động ra đời. Hệ số cản của đệm được điều khiển thay đổi thông qua độ mở của van tiết lưu và từ tính của chất lỏng qua lỗ tiết lưu của đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động.

Đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động được thể hiện trên hình 1. (a) Hệ số cản thay đổi thông qua chất (b)Chất lỏng từ tính qua lỗ tiết lỏng từ qua lỗ tiết lưu lưu Hình 1. Đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động 8 Ưu điểm: Giảm hiệu quả được tiếng ồn và dao động dưới tần số kích thích thấp so đệm cao su thủy lực bị động, vì hệ số cản được điều khiển thay đổi theo điều kiện khai thác. Nhược điểm: + Kết cấu phức tạp so đệm cách dao động cao su thủy lực bị động; + Mặc dù đã cải thiện đáng kế đặc tính cản của đệm so với đệm cao su thủy lực bị động sử dụng do dầu thủy lực sinh ra giá trị hệ số cản thay đổi thông qua bộ điều khiển, tuy nhiên đây vẫn là điều khiển bán chủ động.

Chính vì vậy nhược điểm này các nhà nghiên cứu đã đề xuất đệm cách dao động điều khiển chủ động, đệm điều khiển tích cực hoàn toàn sẽ tiếp tục được trình bày dưới đây. c) Đệm cách dao động chủ động (b) Sơ đồ thông số và mạch điện (a) Vị trí bố trí (c) Sơ đồ bố trí đệm cách dao động Hình 1. Đệm cách dao động điều khiển chủ động 9 Đệm cách dao động chủ động loại điều khiển thông qua điện từ, độ cứng và hệ số cản thay đổi theo điều kiện hoạt động của đệm. Đệm cách dao động điều khiển chủ động được thể hiện trên hình 1.

Ưu điểm: Giảm được dao động với mọi điều kiện làm việc khác nhau do điều khiển giá trị cả giá trị độ cứng và hệ số cản của hệ thống một cách tiện nghi. Do vậy nó có ưu điểm hệ thống đệm cách dao động cao thủy lực bán chủ động. Nhược điểm: + Kết cấu phức tạp và giá thành cao; + Mặc dù giảm dao động cũng như tiếng ồn của động cơ đốt trong gây ra tốt hơn hệ thống đệm cách dao động bán chủ động, tuy nhiên trong luận văn này tác giả chỉ xem xét hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực bán chủ động. Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế Căn cứ những kết quả nghiên cứu đệm cách dao động cơ đốt trong của các nhà thiết kế, nhà nghiên cứu và nhà khoa học đã được công bố trên các luận văn, hội nghị khoa học và các tạp chí khoa học trong nước và nước ngoài.

Tác giả đã thống kê các kết qủa nghiên cứu về vấn đề liên quan đến nghiên cứu này. Các kết quả nghiên cứu được trình bày thành 2 phần gồm nhà nghiên cứu trong nước và nước ngoài. Kết quả nghiên cứu trong nước Để giảm dao động và giảm tiếng ồn của động cơ đốt trong, các nhà khoa học và nhà nghiên cứu Việt Nam đã đạt được một số kết quả nhất định dưới đây: Năm 2009, tác giả Nguyễn Tân Chính đã thực hiện luận văn thạc sĩ với đề tài “Mô phỏng dao động động cơ đốt trong và xem xé ảnh hưởng của nó đến độ êm dịu chuyển động của ô tô du lịch”[4]. Trong luận văn, các thống số hệ thống treo động cơ đốt trong được phân tích và đánh giá ảnh hưởng của chúng đến độ êm dịu chuyển động của ô tô dựa vào mô hình dao động toàn xe và chỉ tiêu đánh dao động.

Tuy nhiên mô hình toàn xe chưa xem xét đến ảnh hưởng nguồn kích thích dao động từ động cơ đốt trong. 10 Năm 2015, tác giả Hoàng Anh Tấn đã thực hiện luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của yếu tố dao động từ động cơ đến độ êm dịu của ô tô du lịch”[5], các ảnh hưởng của kích thích từ động cơ và các thông số thiết kế của đệm đến độ êm dịu chuyển động được phân tích và đánh giá dựa vào mô hình dao động toàn xe và chỉ tiêu của độ êm dịu. Tuy nhiên, các kết quả của luận văn chưa xem xét đến vấn đề tối ưu thiết kế hệ thống đệm cách dao động của động cơ. Năm 2019, tác giả Đinh Công Hào đã thực hiện luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ thống treo bán chủ động cho động cơ đốt trong xe du lịch”[6], trong luận văn thạc sĩ, hệ thống treo điều khiển bán chủ động của động cơ được xem xét và phân tích, đánh giá hiệu quả của chúng so với đệm cách dao động bị động dựa vào mô hình dao động toàn xe và chỉ tiêu đánh giá êm dịu.

Kết quả nghiên cứu đã chỉ rằng hiệu quả giảm dao động của hệ thống treo bán chủ động tốt hơn nhiều hệ thống treo bị động ở các điều kiện hoạt động khác nhau. Năm 2019, tác giả Hoàng Anh Tấn đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học cấp cơ sở vời đề tài “Nghiên cứu hệ thống đệm cách dao động động cơ đốt trong ô tô du lịch”[7], trong báo cáo tổng kết đề tài cấp cơ sở của mình, ảnh hưởng của các giá trị hệ số cản thủy lực thêm vào đệm cách dao động cao su đến độ êm dịu được xem xét và phân tích dựa vào mô hình dao động toàn xe và chỉ tiêu đánh giá êm dịu. Tuy nhiên, đặc tính của hệ thống đệm cách dao động cao su thủy lực được xem xét trong đề tài là hệ thống đệm bị động.