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.
