MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài 1. Hiện trạng điều kiện làm việc của người lái xe buýt 1. Quy mô xe buýt các thành phố lớn ở nước ta Xe buýt chủ yếu hoạt động dày đặc ở các thành phố lớn với nhu cầu cao trong việc di chuyển quãng đường ngắn bằng phương tiện công cộng như ở thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội.
Tính đến cuối năm 2019, tổng xe buýt ở Hà Nội là trên 1100 xe với 140 tuyến, tuy nhiên, lượng xe này chỉ đang đáp ứng được 9% nhu cầu đi lại, theo đại diện sở GTVT Hà Nội [1]. Theo báo cáo của đại diện Sở GTVT thành phố Hồ Chí Minh, số lượng xe buýt tính đến cuối năm 2021 là 2100 xe với 126 tuyến [2]. Tuy nhiên, con số này chỉ mới đáp ứng được 9,2% nhu cầu giao thông đô thị năm 2015, mục tiêu đáp ứng 15% - 20% nhu cầu giao thông đô thị từ năm 2022 [2]. Chính vì thế trong tương lai, việc thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh tăng cường số lượng xe để đáp ứng nhu cầu tăng cao là không thể tránh khỏi.
Điều này kéo theo việc nâng cao tần suất số chuyến, thời gian hoạt động mỗi ngày. Vì vậy, lực lượng lái xe cũng phải tăng theo để đáp ứng kịp thời, trung bình mỗi xe buýt sẽ được luân phiên lái bởi hai tài xế trong hai ca làm việc mỗi ngày [3], nên hiện tại có hơn 6400 người lái đang làm việc luân phiên và dự kiến sẽ tăng cao trong tương lai. 2500 145 2000 140 135 Số lượng xe Số tuyến 1500 130 1000 125 500 120 0 115 Thành phố Hồ Chí Minh Thành phố Hà Nội Số lượng xe Số tuyến Hình 1. Quy mô xe buýt ở TP.
HCM và Hà Nội 2019 [1, 2] 2 1. Hiện trạng điều kiện làm việc của của người lái xe buýt Với đặc thù làm việc liên tục nhiều giờ và nhiều ngày xuyên suốt trong môi trường chịu nhiều rung chấn khi di chuyển, nên đa phần người lái xe sau thời gian dài làm việc đều chịu những ảnh hưởng nhất định của rung động lên sức khỏe. Vấn đề này đã và đang xảy ra ở nhiều nơi trên thế giới không chỉ Việt Nam. Người lái xe buýt ở TP.
Hồ Chí Minh [2] Rung động ở vị trí ngồi của người lái xe được xem là một trong những dạng rung động toàn thân [4]. Những ảnh hưởng của rung động toàn thân trong thời gian dài lên sức khỏe con người từ lâu đã được quan tâm và nghiên cứu [4-8]. Người lái xe chịu rung động toàn thân trong toàn bộ thời gian vận hành phương tiện, điều này tiềm ẩn nguy cơ gây ra những căn bệnh nghề nghiệp nguy hiểm sau nhiều năm làm việc liên tục [4, 5, 7, 8]. Cụ thể, rung động toàn thân làm gia tăng nguy cơ thoái hóa cột sống, thoát vị đĩa đệm, suy giảm chức năng hệ tiêu hóa và cơ quan sinh sản của nữ giới [4, 7].
Chứng đau lưng dưới, thoái hóa đốt sống cổ ở người lái xe cũng được kết luận liên quan đến rung động toàn thân [9-17]. Rung động toàn thân trong vùng tần số 0.5- 100 Hz có liên quan nhất đến sức khỏe, hoạt động và sự thoải mái của cơ thể [4, 6]. Đối với người ngồi, rung động bên trong cơ thể bị khuếch đại mạnh nhất ở tần số 2- 5 Hz theo phương đứng và 1-3 Hz theo phương ngang, sự không thoải mái diễn ra lớn nhất ở tần số quanh vùng 5 Hz [6, 18-20]. Có nhiều yếu tổ ảnh hưởng đến mức độ rung động toàn thân ở người lái như loại xe, mặt đường, tốc độ, hệ thống treo xe, loại ghế ngồi, tư thế ,.
3 Trên thế giới, việc đánh giá hiện trạng chịu rung động toàn thân của người lái xe buýt nói riêng và người lái xe nói chung được thực hiện qua các nghiên cứu như so sánh mức độ rung động toàn thân giữa người lái xe buýt sàn cao và xe buýt sàn thấp trên cùng một tuyến đường [22, 23], nghiên cứu đánh giá mức độ rung động toàn thân của người lái với tư thế ngồi ở các góc nghiêng tựa lưng cũng như góc nghiêng mặt ghế [24-26]. Thực hiện đo đạc rung động ở tựa lưng và mặt ghế người lái [25] Phân tích rung động toàn thân ở người lái xe theo các tiêu chuẩn ISO 2631– 1:1997 và BS - 6841 [18], rung động toàn thân của người lái được đánh giá thông qua dữ liệu gia tốc thu thập từ điện thoại thông minh [27]. Tuy nhiên, theo khảo sát hiện nay ở Việt Nam, với số lượng lớn người lao động là lái xe như trên nhưng vấn đề sức khỏe của người lái xe vẫn chưa được quan tâm đúng mức và chưa có nghiên cứu nào đánh giá cụ thể mức độ rung động của người lái ở bất kì môi trường làm việc nào từ đó đưa ra các khuyến nghị về tần suất làm việc để đảm bảo sức khỏe theo TCVN 6964–1:2001 [28]. Nếu không được đánh giá điều kiện làm việc và quan tâm sức khỏe kịp thời, người lái xe mắc bệnh nghề nghiệp sẽ là gánh nặng của xã hội trong tương lai bởi nguy cơ mắc phải các bệnh tiềm tàng do rung động toàn thân là rất lớn.
Hiện trạng nâng cao độ êm dịu ghế ngồi người lái xe buýt Hình 1. Ảnh hưởng của hệ thống treo ghế đến người lái [29] Đối với các loại xe tải, xe khách và xe buýt, thông thường ghế ngồi người lái được trang bị hệ thống treo để giảm rung động truyền từ sàn xe lên người lái. Hiệu quả của các loại hệ thống treo ghế được so sánh thông qua khả năng cắt giảm rung động toàn thân. Nghiên cứu tổng quan so sánh ưu nhược điểm giữa hệ thống treo ghế bị động, bán tự động và tự động điều khiển từ đó kết luận hiệu quả của mỗi loại ở các trường hợp sử dụng khác nhau [30, 31].
Nghiên cứu ứng dụng hệ thống treo ghế dạng multi-axis suspension (giảm được rung động theo hai phương đứng và ngang) để nâng cấp hiệu quả cắt giảm rung động toàn thân so với ghế thường single-axis suspension (chỉ giảm rung động theo phương đứng) bằng phương pháp thực nghiệm [32]. Thử nghiệm hệ thống treo ghế dạng multi-axis suspension [32] 5 Nghiên cứu tối ưu hóa trong cắt giảm mức độ phơi nhiễm rung động theo phương đứng bằng mô hình toán với phần tử đàn hồi, giảm chấn tuyến tính và thực nghiệm, trong đó, mô hình toán được khảo sát so sánh với mô hình thí nghiệm ghế thực tế [33]. Nghiên cứu thiết kế so sánh giữa các dạng hệ thống treo ghế với cơ cấu dẫn hướng khác nhau có tích hợp tính năng tự điều khiển cắt giảm rung động theo phương đứng truyền lên cơ thể người [34]. Nghiên cứu khảo sát mô hình hệ thống treo ghế với đệm ghế phi tuyến đo từ thực nghiệm để dự đoán ứng xử của người lái từ đó lựa chọn thông số vận hành tối ưu [35].
Thử nghiệm hệ thống treo với các dạng đệm ghế khác nhau [35] Nghiên cứu tìm kiếm độ dày tấm đệm lót mặt ghế và đệm lót tựa lưng phù hợp trong cắt giảm rung động theo phương đứng cho ghế ngồi trên mặt rung nói chung, trong đó chủ yếu khảo sát đáp ứng gia tốc trên miền tần số kích thích [36]. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là đặc tính dao động của người lái và hệ thống treo ghế dưới kích thích điều hòa và ngẫu nhiên với mô hình mô tả hệ thống treo ghế gồm phần tử đàn hồi phi tuyến, giảm chấn phi tuyến, có xét đến ảnh hưởng động học của phần tử dẫn hướng. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu chỉ xét dao động của người lái và hệ thống treo ghế theo phương đứng. Mô hình toán học mô tả phần tử đàn hồi là bầu hơi dạng phi tuyến không xét đến ảnh hưởng co dãn do vật liệu của bầu hơi gây ra, mô hình toán học mô tả phần tử giảm chấn không xét đến ma sát giữa vỏ và pít-tông giảm chấn và xem như nhiệt độ giảm chấn không thay đổi.
Đối với cơ cấu dẫn hướng xem như khối lượng hai cánh dẫn hướng nhỏ và bỏ qua mô-men quán tính sinh ra. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Xây dựng được mô hình toán học tổng quát mô tả động lực học hệ thống treo ghế ngồi người lái xe buýt với các phần tử đàn hồi phi tuyến, giảm chấn phi tuyến, tích hợp ảnh hưởng động học của phần tử dẫn hướng. Từ mô hình tổng quát đó tiến hành phân tích rung động của người lái (độ êm dịu, mức độ ảnh hưởng đến sức khỏe), khả năng cách ly rung động hệ thống treo ghế theo các trường hợp vận hành dưới kích thích điều hòa và ngẫu nhiên với áp suất ban đầu của bầu hơi, độ mở lỗ tiết lưu của giảm chấn khác nhau. Phương pháp nghiên cứu Mô hình toán học của phần tử đàn hồi là bầu hơi được thiết lập dựa trên phương trình trạng thái khí lí tưởng mô tả đặc tính của khối khí kết hợp với phương trình trao đổi năng lượng mô tả sự thay đổi nội năng dẫn đến sự thay đổi đặc tính của khối khí khi có ngoại lực tác dụng.
Mô hình toán học của phần tử giảm chấn thủy lực được thiết lập dựa trên việc mô tả khối lượng lưu chất trao đổi qua lại giữa buồng nén và buồng giãn thông qua mối liên hệ giữa khối lượng, thể tích, khối lượng riêng, lưu lượng và áp suất lưu chất. Trong đó, lưu lượng trao đổi được thiết lập dựa trên việc mô tả dòng chảy qua lỗ tiết lưu. Cuối cùng phương trình tổng quát được giải thông qua chương trình Matlab Code 7 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Mô hình mô phỏng Để có thể mô phỏng quá trình truyền rung động từ mặt đường lên vị trí người lái, mô hình mô phỏng rung động tổng thể nhất thiết cần hai thành phần là mô hình mô phỏng rung động thân xe kết hợp với mô hình mô phỏng rung động hệ thống treo ghế.
Trong đó, mô hình mô phỏng rung động thân xe có nhiệm vụ nhận tín hiệu kích thích từ mặt đường truyền lên sàn xe, sau đó tín hiệu này được dùng làm tín hiệu đầu vào cho mô hình mô phỏng hệ thống treo ghế. Có nhiều dạng mô hình phân tích rung động thân xe đơn giản (là các mô hình được đơn giản hóa từ mô hình thực tế) như mô hình ¼ xe 2DOF (Degree Of Freedom), mô hình ½ xe 4DOF, mô hình toàn xe 7DOF,.Các mô hình này sau đó được chuyển sang mô hình mô phỏng có thể tương tác với máy tính.
