Nghiên cứu biên soạn tài liệu “Rung động và tiếng ồn trên ô tô (NVH)” phục vụ cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

Đồ án biên soạn tài liệu rung động và tiếng ồn trên ô tô NVH tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

• Tác giả: Tạ Công Đạt
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Mạnh Cường
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu biên soạn tài liệu “Rung động và tiếng ồn trên ô tô (NVH)” phục vụ cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về tài liệu rung động và tiếng ồn trên ô tô NVH

Tài liệu rung động và tiếng ồn trên ô tô NVH được biên soạn tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM vào năm 2022. Đề tài do sinh viên Tạ Công Đạt và Nguyễn Hoàng Minh thực hiện dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Nguyễn Mạnh Cường. Công trình này xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trong ngành công nghệ kỹ thuật ô tô hiện đại. NVH là viết tắt của Noise, Vibration, Harshness, phản ánh trực tiếp chất lượng tiện nghi phương tiện. Khách hàng ngày càng quan tâm đến độ êm dịu khi vận hành xe hơi. Thị trường dịch vụ hậu mãi đòi hỏi kỹ thuật viên phải nắm vững kỹ năng xử lý tiếng ồn. Đồng thời, sự phát triển nhanh của xe điện tạo ra nhiều thách thức âm học mới lạ. Động cơ đốt trong biến mất khiến các tạp âm khác trở nên rõ rệt hơn. Tài liệu đã hệ thống hóa toàn bộ kiến thức chuyên ngành từ các nguồn uy tín quốc tế. Giáo trình vừa phục vụ công tác giảng dạy lý thuyết, vừa hỗ trợ nghiên cứu ứng dụng.

1.1. Bối cảnh nghiên cứu NVH tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Khoa Cơ khí Động lực tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM luôn tiên phong cập nhật giáo trình hiện đại. Đề tài nghiên cứu được phê duyệt nhằm hoàn thiện nguồn tư liệu học tập cho sinh viên. Hiện nay, tài liệu tiếng Việt chuyên sâu về lĩnh vực rung ồn ô tô còn tương đối khan hiếm. Phần lớn kỹ sư và học viên phải tra cứu bằng tài liệu nước ngoài phức tạp. Đồ án tốt nghiệp của nhóm tác giả đã lấp đầy khoảng trống học thuật này một cách xuất sắc. Nhóm sinh viên đã dịch thuật, biên soạn và chuẩn hóa các thuật ngữ chuyên ngành sang tiếng Việt. Kết quả nghiên cứu tạo nền tảng vững chắc cho hoạt động đào tạo kỹ sư ô tô chất lượng cao.

1.2. Mục tiêu biên soạn tài liệu giảng dạy NVH chuyên ngành ô tô

Mục tiêu cốt lõi của công trình là xây dựng hệ thống tài liệu chuẩn mực về rung ồn. Nội dung đồ án đảm bảo tính thống nhất với khung chương trình đào tạo của nhà trường. Tài liệu trang bị kỹ năng phân tích và chẩn đoán pan bệnh rung ồn cho kỹ thuật viên. Đề tài tập trung giải thích bản chất vật lý của các dao động cơ học phức tạp. Hệ thống bài giảng điện tử đi kèm hỗ trợ trực quan hóa các mô hình dao động. Sinh viên dễ dàng tiếp cận kiến thức lý thuyết thông qua các ví dụ tính toán thực tế. Ngoài ra, tài liệu còn định hướng nghiên cứu xử lý tiếng ồn cho các dòng xe điện thế hệ mới.

II. Phân tích vấn đề rung động và tiếng ồn trên ô tô NVH thực tế

Rung động và tiếng ồn trên phương tiện cơ giới phát sinh từ nhiều nguồn cơ học khác nhau. Động cơ đốt trong, trục các đăng, hộp số và bánh xe là những nguồn kích thích chính. Hiện tượng rung động không chỉ gây khó chịu cho hành khách mà còn phá hủy độ bền chi tiết. Sự mất cân bằng cơ khí tạo ra các dao động tuần hoàn lan truyền qua khung vỏ. Tiếng ồn trong khoang lái là sự kết hợp giữa truyền âm qua không khí và qua kết cấu kim loại. Con người cảm nhận NVH theo từng dải tần số cụ thể. Phân tích phổ dao động giúp xác định chính xác bộ phận bị hư hại. Nếu tần số kích thích trùng với tần số dao động riêng, hiện tượng cộng hưởng nguy hiểm sẽ xảy ra. Lốp xe mất cân bằng hoặc trục truyền lực bị đảo góc là những nguyên nhân phổ biến nhất. Tài liệu đã làm rõ từng cơ chế truyền động lực học này một cách chi tiết.

2.1. Phổ tần số cảm nhận rung ồn đối với cơ thể người

Theo nghiên cứu trong tài liệu, phổ tần số NVH được chia thành ba khoảng chính. Dải tần số dưới 20 Hz chỉ tạo ra cảm giác rung động cơ học tác động lên cơ thể. Con người không thể nghe thấy dải tần này bằng tai thường. Khoảng tần số từ 20 Hz đến 200 Hz là vùng giao thoa phức tạp nhất. Ở dải này, cơ thể người vừa cảm nhận được rung chấn, vừa nghe thấy âm thanh trầm ù. Dải tần số từ 200 Hz đến 20.000 Hz hoàn toàn là vùng âm thanh thính giác. Việc phân vùng tần số giúp kỹ sư cô lập nguồn gốc tiếng ồn nhanh chóng. Nhờ đó, quy trình tìm kiếm lỗi trở nên khoa học và đạt độ chính xác cao.

2.2. Các nguồn phát sinh rung ồn điển hình trên hệ truyền động

Hệ thống truyền lực là nguồn gây rung ồn chủ yếu trên xe ô tô truyền thống. Động cơ sinh ra dao động do áp suất khí cháy và lực quán tính piston không cân bằng. Trục các đăng quay với vận tốc cao dễ gây rung lắc nếu góc đặt khớp các đăng bị lệch. Bộ vi sai và hộp số phát ra tiếng rít khi các cặp bánh răng ăn khớp kém chuẩn xác. Bánh xe và lốp xe tiếp xúc trực tiếp với mặt đường mấp mô tạo xung lực liên tục. Khi lốp mòn không đều hoặc mất cân bằng động, dao động điều hòa sẽ lan vào hệ thống treo. Những xung lực này kích động kết cấu thân xe gây rung giật toàn bộ cabin.

III. Giải pháp đo kiểm và xử lý rung động và tiếng ồn trên ô tô NVH

Quy trình xử lý rung ồn đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ giữa tính toán lý thuyết và đo đạc thực nghiệm. Trước hết, kỹ thuật viên tiến hành đo đạc tần số dao động bằng thiết bị cảm biến chuyên dụng. Tốc độ quay của động cơ, trục các đăng và bánh xe được chuyển đổi sang đơn vị tần số Hertz. Bằng việc so sánh tần số rung thực tế với tần số tính toán, kỹ sư xác định chính xác bậc dao động gây lỗi. Giải pháp kỹ thuật bao gồm cân bằng động bánh xe, cân chỉnh góc trục các đăng và thay thế đệm cao su chân máy. Ngoài ra, việc bổ sung vật liệu cách âm và tiêu âm giúp ngăn chặn đường truyền sóng âm. Các tấm dán chống ồn dập tắt dao động bề mặt của các tấm tôn thân xe. Đối với xe điện, việc tối ưu hóa khí động học và phủ gầm bảo vệ đóng vai trò then chốt. Tài liệu cung cấp công thức tính toán cụ thể giúp kỹ thuật viên đưa ra phương án xử lý tối ưu.

3.1. Phương pháp tính toán xác định bậc dao động chi tiết

Tài liệu hướng dẫn cụ thể phương pháp tính toán tần số quay của từng bộ phận cơ khí. Công thức cơ bản dựa trên tốc độ vòng tua động cơ và tỷ số truyền hệ thống. Ví dụ, động cơ quay 2000 vòng/phút tương đương tần số hoạt động 33,33 Hz. Trục các đăng và bánh xe có tần số hoạt động giảm dần theo tỷ số truyền tương ứng. Khi xe rung giật ở một tần số đo được, kỹ sư so sánh với tần số của từng cụm chi tiết. Nếu tần số rung đo được gấp số nguyên lần tần số quay của bánh xe, nguyên nhân là dao động bậc cao của bánh xe. Phương pháp tính toán giúp loại bỏ phán đoán cảm tính trong sửa chữa.

3.2. Kỹ thuật triệt tiêu tiếng ồn và cách âm vỏ xe ô tô

Giải pháp kiểm soát rung ồn tập trung vào ba nguyên lý chính gồm cách ly, hấp thụ và dập tắt dao động. Kỹ thuật viên sử dụng các lớp đệm cao su đàn hồi cao để cách ly dao động động cơ truyền vào thân xe. Bề mặt vách ngăn khoang máy được dán vật liệu tiêu âm nhằm hấp thụ sóng âm trực tiếp. Tôn sàn xe và hốc bánh xe được phủ các tấm bitum chuyên dụng hoặc vật liệu butyl để dập tắt dao động uốn. Phun phủ gầm bảo vệ không chỉ chống rỉ sét mà còn cản tiếng ồn từ sỏi đá văng lên. Cửa xe cần gia cố ron cao su đôi để bịt kín các khe hở lọt âm khí động học. Những biện pháp này tạo nên không gian nội thất yên tĩnh tối đa.

IV. Kết luận và ứng dụng tài liệu rung động và tiếng ồn trên ô tô NVH

Tài liệu rung động và tiếng ồn trên ô tô NVH của Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đóng góp giá trị to lớn cho công tác đào tạo. Công trình không chỉ giải quyết bài toán lý thuyết phức tạp mà còn gắn liền với thực tiễn dịch vụ ô tô hậu mãi. Bộ ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm và tự luận kèm đáp án chi tiết là công cụ đánh giá năng lực người học hiệu quả. Giảng viên có thể sử dụng hệ thống bài giảng điện tử để nâng cao tính trực quan trong giảng dạy. Sinh viên nắm vững kiến thức NVH sẽ tự tin hơn khi tham gia thị trường lao động kỹ thuật cao. Sự bùng nổ của phương tiện di chuyển thuần điện đang đặt ra các chuẩn mực khắt khe về tiếng ồn gió và tiếng ồn lốp. Do đó, tài liệu là nguồn tham khảo quan trọng cho các kỹ sư nghiên cứu phát triển sản phẩm. Toàn bộ nội dung đề tài khẳng định năng lực nghiên cứu khoa học vững chắc của sinh viên ngành ô tô.

4.1. Ứng dụng ngân hàng câu hỏi và bài giảng điện tử NVH

Hệ thống bài giảng PowerPoint được thiết kế trực quan với đồ họa mô phỏng rõ nét. Giảng viên sử dụng bài giảng để truyền đạt các khái niệm dao động học một cách sinh động. Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm và 20 câu hỏi tự luận có kèm lời giải chi tiết. Dạng bài tập tính toán tần số và xác định bậc dao động rèn luyện tư duy thực tế cho sinh viên. Người học tự đánh giá mức độ tiếp thu kiến thức sau từng chương học. Ngân hàng đề thi còn hỗ trợ khoa chuyên ngành chuẩn hóa quá trình kiểm tra định kỳ. Nhờ đó, chất lượng đào tạo môn học được nâng cao rõ rệt.

4.2. Định hướng nghiên cứu rung ồn trên xe điện tương lai

Xe điện là tương lai của ngành công nghiệp ô tô nhưng đặt ra bài toán NVH hoàn toàn mới. Khi động cơ đốt trong không còn hoạt động, khoang lái trở nên cực kỳ yên tĩnh. Các tạp âm trước đây bị che lấp như tiếng lốp miết đường, tiếng gió rít hay tiếng mô tơ điện giờ đây lộ rõ. Nhà sản xuất phải thiết kế khí động học thân xe tối ưu hơn để giảm lực cản và tiếng ồn. Tài liệu của ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM mở ra hướng đi mới cho các đề tài nghiên cứu chuyên sâu về sau. Kỹ sư tương lai có nền tảng vững vàng để phát triển các giải pháp tiêu âm thông minh trên xe điện.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lĩnh vực dao động và tiếng ồn trên ô tô (Noise, Vibration & Harshness - NVH) đóng vai trò quyết định đối với độ an toàn, sự tiện nghi và cảm giác lái của phương tiện. Tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, học phần "Dao động và tiếng ồn của ô tô" (thời lượng 2 tín chỉ lý thuyết) được đưa vào chương trình đào tạo nhằm trang bị bản chất vật lý, nguồn gốc phát sinh rung ồn, phương pháp chẩn đoán và quy trình xử lý kỹ thuật cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Tuy nhiên, giáo trình hiện hành tại cơ sở đào tạo còn bộc lộ một số khoảng trống thực tiễn:

• Nội dung giảng dạy nặng về cơ sở lý thuyết, chưa làm rõ quy trình kỹ thuật chẩn đoán và khắc phục sự cố dành cho kỹ thuật viên sửa chữa khi tiếp nhận phản ánh từ khách hàng.
• Xu hướng phát triển công nghệ xe cơ giới hiện đại làm giảm các hư hỏng cơ khí truyền thống, khiến thị trường dịch vụ hậu mãi (aftermarket) chuyển dịch mạnh sang các hạng mục dịch vụ mở rộng như cách âm, chống ồn, phun phủ gầm, nâng cấp âm thanh và hạ gầm; trong khi đó nguồn tài liệu kỹ thuật chính thống về mảng dịch vụ cách âm chống ồn bằng tiếng Việt còn rất hạn chế.
• Sự chuyển dịch sang các dòng xe điện hóa (Hybrid, BEV) loại bỏ động cơ đốt trong, làm triệt tiêu nguồn ồn nền cơ bản và làm lộ rõ các tiếng ồn khí động học, tiếng ồn kết cấu cùng rung động từ hệ thống điện tử công suất, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc cập nhật tài liệu đào tạo chuyên sâu.

Trước thực tế đó, đề tài đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu biên soạn tài liệu 'Rung động và tiếng ồn trên ô tô (NVH)' phục vụ cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô" được thực hiện với 3 mục tiêu cụ thể:

1. Làm rõ và bổ sung phần kiến thức về kỹ năng giải quyết vấn đề liên quan đến rung ồn trên ô tô dành cho kỹ thuật viên sửa chữa.
2. Đảm bảo nội dung nhất quán với chương trình đào tạo của chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô tại trường.
3. Dịch và biên soạn lại nội dung từ các hệ thống giáo trình, tài liệu chuyên hãng và tiêu chuẩn kỹ thuật có độ tin cậy cao.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là các đặc tính rung động, tiếng ồn thực tế xuất hiện trên ô tô và các mô hình toán học mô phỏng hệ dao động ô tô. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong việc khảo sát, tổng hợp tài liệu chuyên ngành, hệ thống hóa cơ sở lý thuyết, quy chuẩn kỹ thuật và xây dựng hệ thống học liệu hoàn chỉnh phục vụ giảng dạy môn học.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nội dung dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết chuyên sâu về cơ học dao động, âm học kỹ thuật và động lực học ô tô, bao gồm:

• Lý thuyết rung động và âm học: Các thông số đặc trưng của dao động cơ học (tần số riêng, biên độ, chu kỳ, pha, bậc rung động, sự mất cân bằng thứ cấp và sơ cấp); các đại lượng âm học cơ bản như công suất âm ($P$), áp suất âm hiệu dụng ($p_{rms}$), mức cường độ âm ($L$), độ suy giảm truyền âm ($STL$), thời gian âm vang ($T_{60}$), hiện tượng cộng hưởng và bộ cộng hưởng Helmholtz.
• Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật: Tiêu chuẩn quốc tế ISO 2631 (đánh giá tác động của gia tốc rung động thẳng đứng đến khả năng vận động của con người); ISO 362:1998 và TCVN 7880:2016 (phương pháp và giới hạn đo tiếng ồn ngoài phát ra từ phương tiện giao thông); tiêu chuẩn châu Âu cho nhóm xe M1; tiêu chuẩn IEC 61672 (quy chuẩn bắt buộc về hàm trọng số tần số A trên các thiết bị đo âm thanh); ISO 8606:1995 (mô tả và phân loại biên dạng bề mặt đường dựa trên mật độ phổ công suất PSD).
• Mô hình động lực học: Khảo sát các nguồn kích thích từ mặt đường thông qua chỉ số độ gồ ghề quốc tế (IRI); mô hình dao động 1/4 xe với một bậc tự do (1 DOF), hai bậc tự do (2 DOF) và ba bậc tự do (3 DOF); mô hình 1/2 xe có lốp không đàn hồi để khảo sát chuyển động nhún, lắc dọc và xác định tâm lắc dọc.

Phương pháp nghiên cứu thực hiện qua các bước:

• Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu: Thu thập tài liệu từ giáo viên hướng dẫn, nguồn cơ sở dữ liệu học thuật quốc tế, giáo trình chuyên ngành và hệ thống tài liệu đào tạo chuyên hãng (tiêu biểu như tài liệu đào tạo kỹ thuật Lexus Technical Training, cơ sở dữ liệu Auto Decibel Database).
• Phương pháp sư phạm kỹ thuật: Biên soạn tài liệu thành văn bản giáo trình hoàn chỉnh, phân chia khối lượng kiến thức thành kế hoạch giảng dạy chi tiết theo tuần học, kết hợp biên soạn bài giảng điện tử đa phương tiện.
• Phương pháp kiểm tra - đánh giá: Xây dựng hệ thống ngân hàng câu hỏi định tính và định lượng, chuẩn hóa các phép tính kỹ thuật theo hệ đơn vị đo lường quốc tế (SI) gắn liền với công thức lý thuyết động lực học.

Nội dung chính theo từng chương

Sản phẩm trung tâm của đồ án là tập tài liệu chuyên môn dài 147 trang được cấu trúc thành 7 chương, đi kèm đề cương giảng dạy 15 tuần và bộ bài giảng điện tử. Nội dung học thuật được chia làm hai phân vùng kiến thức: 4 chương đầu phục vụ trực tiếp cho hoạt động chẩn đoán và khắc phục sự cố tại xưởng dịch vụ; 3 chương sau phục vụ giai đoạn tính toán, thiết kế và tối ưu hóa hệ thống.

Chương 1. Các nguyên tắc cơ bản về tiếng ồn, rung động và sự khắc nghiệt trên ô tô

Chương này thiết lập nền tảng định nghĩa về rung động, tiếng ồn và độ khắc nghiệt (Harshness). Trình bày phổ tần số tác động: dải dưới 20 Hz con người chỉ cảm nhận rung động; từ 20 Hz đến 200 Hz con người cảm nhận đồng thời cả rung động và âm thanh; từ 200 Hz đến 20.000 Hz cơ thể cảm nhận chủ yếu qua thính giác. Nội dung giải thích hiện tượng cộng hưởng, khái niệm bậc rung động và công thức xác định tần số quay của các chi tiết ($f = n/60$). Đồng thời, chương trình bày chi tiết đường truyền rung ồn từ nguồn phát qua kết cấu thân vỏ hoặc không khí truyền tới người ngồi trong xe, cùng việc áp dụng tiêu chuẩn ISO 2631 để phân tích giới hạn mệt mỏi và suy giảm khả năng vận động dưới tác động của gia tốc hiệu dụng thẳng đứng.

Chương 2. Nguồn gây rung ồn

Nội dung phân tích các nguồn kích thích chính trên xe ô tô:

• Động cơ đốt trong: Lực quán tính chuyển động tịnh tiến không cân bằng của cơ cấu trục khuỷu - thanh truyền cấp một và cấp hai; tần số đánh lửa phụ thuộc vào số xi lanh; dao động mô men do áp suất cháy (động cơ I4 sinh rung động bậc 2, động cơ I6 sinh rung động bậc 3); các rung động phụ trợ từ van, trục cam, bơm và máy nén khí điều hòa.
• Hệ thống truyền lực: Biến mô, cụm ly hợp, tiếng va đập bánh răng trong hộp số đồng trục và không đồng trục, mất cân bằng và độ lệch góc của trục các-đăng gây biến thiên mô men xoắn.
• Cụm bánh xe và lốp: Hiện tượng mất cân bằng tĩnh (gây dao động hướng tâm), mất cân bằng động (gây đảo hướng trục); các thành phần biến thiên lực lốp gồm lực hướng tâm (RFV), lực hướng trục (LFV) và lực kéo (TFV); tiếng ồn hoa lốp theo cấu trúc rãnh gai dạng khối.
• Khí động học: Phân loại cơ chế tiếng ồn gió gồm tiếng ồn xung, tiếng ồn gió đập (khi hạ cửa kính hoặc mở cửa sổ trời) và tiếng ồn do biến động áp suất của khối khí bao quanh thân xe.

Chương 3. Quy trình chẩn đoán rung ồn - Các tiêu chuẩn tiếng ồn trên ô tô

Quy trình chẩn đoán được tiêu chuẩn hóa theo các bước nghiệp vụ:

1. Tiếp nhận và phỏng vấn khách hàng theo nguyên tắc 5W1H nhằm xác định điều kiện xuất hiện lỗi (tốc độ xe, số vòng quay động cơ, loại mặt đường, trạng thái tải).
2. Kiểm tra trực quan trước khi vận hành: Tình trạng mâm lốp, hệ thống treo, chân máy, đường ống xả.
3. Chạy thử trên đường theo các bài thử chuyên biệt: Tăng tốc chậm, kiểm tra số thấp, thả trôi số trung gian (cắt ly hợp hoặc về Mo để phân lập nguồn phát sinh từ tốc độ xe hay tốc độ động cơ).
4. Áp dụng hệ thống quy chuẩn đo lường: Nguyên lý áp dụng các đường cong hàm trọng số tần số A, B, C, D (với trọng số A mô phỏng sát nhất độ nhạy tai người); quy trình đo tiếng ồn ngoài theo tiêu chuẩn ISO 362:1998, TCVN 7880:2016 và mức ồn cho phép đối với ô tô con chở người (nhóm M1) theo tiêu chuẩn châu Âu.

Chương 4. Thiết bị đo rung động và tiếng ồn trên ô tô

Giới thiệu cấu tạo, nguyên lý làm việc và phương pháp lắp đặt của các công cụ chẩn đoán thực tế:

• Dụng cụ cơ học: Đồng hồ đo rung động cơ học kiểu cộng hưởng (Sirometer và Reed Tachometer) dựa trên hiện tượng cộng hưởng của sợi dây kim loại để đọc tần số rung.
• Dụng cụ điện tử: Máy đo mức âm sử dụng microphone tụ điện và microphone điện động; bộ ống nghe tiếng ồn điện tử có dây và không dây; đầu đo gia tốc tiếp xúc sử dụng phần tử áp điện (piezoelectric accelerometer) gắn trên khung gầm hoặc động cơ.
• Thiết bị phân tích và hiệu chỉnh: Máy phân tích rung ồn điện tử đa kênh tích hợp bộ chuyển đổi và xử lý tín hiệu số (DSP); máy cân bằng bánh xe chuyên dụng hỗ trợ khử mất cân bằng tĩnh và mất cân bằng động bằng kẹp chì.

Chương 5. Biện pháp hạn chế rung ồn trên ô tô

Trình bày các giải pháp kỹ thuật kiểm soát tiếng ồn thụ động:

• Tách dải tần số riêng của các cụm chi tiết để tránh cộng hưởng toàn xe.
• Cô lập và hấp thụ rung động: Sử dụng các đệm cao su giảm chấn tại chân máy, giá đỡ ống xả; bố trí puly đầu trục khuỷu tích hợp đối trọng giảm chấn dập tắt dao động xoắn.
• Tăng cứng tấm thân vỏ bằng các đường dập gân và phủ lớp vật liệu giảm chấn nhớt đàn hồi (composite dán bề mặt) để triệt tiêu năng lượng uốn.
• Gói cách âm và làm kín: Bịt kín khoang rỗng trụ A, B, C bằng mút xốp trương nở để ngăn rò rỉ âm; kiểm tra rò rỉ thân xe bằng máy dò siêu âm và phương pháp chênh lệch áp suất khí nén.
• Vật liệu tiêu âm: Cơ chế hấp thụ âm thanh của vật liệu xốp, bông sợi khoáng dựa trên sức cản dòng chảy và độ dày; ứng dụng bộ cộng hưởng Helmholtz và tấm chắn nhiệt động cơ bằng nhôm đục lỗ; đo độ suy giảm truyền âm ($STL$) bằng phương pháp buồng dội âm kép hoặc ống trở kháng.

Chương 6. Mô hình hoá hệ dao động ô tô

Nội dung đi sâu vào cơ sở giải tích và mô phỏng động lực học:

• Xây dựng phương trình vi phân mô hình 1/4 xe: Phân tích đáp ứng tần số của mô hình 1 bậc tự do, 2 bậc tự do (khối lượng được treo - KLĐT và khối lượng không được treo - KLKĐT) và 3 bậc tự do khi chịu kích thích điều hòa từ mấp mô mặt đường; đánh giá tỷ số dịch chuyển, gia tốc và lực động tác dụng lên mặt đường theo tiêu chuẩn mặt đường ISO 8606:1995.
• Khảo sát mô hình 1/2 xe: Thiết lập điều kiện cân bằng theo chiều dọc, xác định tâm lắc dọc và phân tích các trường hợp độc lập giữa chuyển động nhún và lắc dọc ($I_d = 1$ hoặc $aK_1 = bK_2$) phục vụ thiết kế độ cứng lò xo hệ thống treo.
• Điều khiển rung ồn chủ động: Cấu trúc hệ thống kiểm soát tiếng ồn chủ động (Active Noise Cancelling - ANC) trên đường ống nạp và cabin; bộ giảm thanh khí thải hai chế độ đóng/mở van; nguyên lý hoạt động của chân máy chủ động (active engine mount) và hệ thống treo bán chủ động/chủ động dùng bộ điều khiển phản hồi tín hiệu gia tốc.

Chương 7. NVH trên ô tô Hybrid

Tập trung làm rõ các vấn đề kỹ thuật phát sinh trên dòng xe lai điện (HEV) với 3 cấu hình: Hybrid nối tiếp, Hybrid song song và Hybrid hỗn hợp:

• Rung giật trong quá trình khởi động/tắt động cơ đốt trong (ICE) diễn ra liên tục: Phương pháp điều khiển góc dừng trục khuỷu và vị trí piston nhằm giảm xung lực khởi động lại.
• Nguồn rung ồn điện từ trên mô tơ điện: Lực từ Maxwell tác dụng không đều lên rotor và stator, biến dạng lõi từ và ảnh hưởng của mất cân bằng cơ học rotor (mất cân bằng tĩnh, mất cân bằng cặp, mất cân bằng hỗn hợp).
• Tiếng ồn từ thiết bị điện tử công suất: Tiếng rít tần số cao do đóng cắt van bán dẫn trong bộ nghịch lưu/biến tần; giải pháp áp dụng vòng lặp kín biến thiên tần số chuyển mạch để dịch phổ tiếng ồn ra khỏi dải nghe nhạy cảm.
• Rung động của cụm pin cao áp: Rung động tần số thấp từ hệ thống truyền lực truyền vào giá đỡ pin và tác động của nhiễu tín hiệu dòng điện xoay chiều ký sinh (nhiễu DC/AC) trên đường dây dẫn cao áp.

Kết quả và đóng góp

Hạng mục sản phẩm	Quy mô định lượng	Nội dung kỹ thuật chính
Tài liệu học tập chuyên môn	147 trang nội dung chính (7 chương)	Khái quát từ nguyên lý vật lý, nguồn kích thích, quy trình đo kiểm, giải pháp cách âm đến mô hình giải tích 1/4, 1/2 xe và chuyên đề rung ồn trên xe Hybrid.
Hệ thống bài giảng điện tử	161 slide PowerPoint (chuẩn hiển thị 16:9)	Thiết kế dạng slide trực quan, tối ưu chữ, tập trung vào hình vẽ cấu tạo, đồ thị đáp ứng tần số và lưu đồ quy trình xử lý NVH.
Kế hoạch giảng dạy chi tiết	15 tuần học (2 tiết lý thuyết/tuần)	Phân bổ cân đối giữa nội dung giảng dạy trực tiếp trên lớp và nhiệm vụ tự học, gắn kết các mốc thực hành và bài tập củng cố.
Ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm	30 câu hỏi đa lựa chọn có đáp án	Bao quát toàn diện kiến thức 7 chương, tập trung vào nhận diện triệu chứng, phân tích dải tần số và tiêu chuẩn kỹ thuật (IEC 61672, ISO 2631).
Ngân hàng bài tập tự luận	20 bài toán kỹ thuật kèm lời giải	Áp dụng công thức giải tích tính toán bậc rung động bánh xe, vận tốc cộng hưởng lốp, tần số các-đăng và vận tốc quay trục khuỷu theo đơn vị SI.

Về mặt giải pháp, đồ án mang lại hai giá trị cốt lõi:

• Đóng góp sư phạm: Đưa ra khung bài giảng và học liệu chuẩn hóa, giúp Khoa Cơ khí Động lực hoàn thiện giáo trình môn học "Dao động và tiếng ồn của ô tô" theo hướng thực tiễn, đáp ứng chuẩn đầu ra của ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.
• Đóng góp kỹ thuật: Lần đầu tiên hệ thống hóa một tài liệu kỹ thuật có sự kết nối trực tiếp giữa lý thuyết động lực học dao động với quy trình xử lý thực tế tại xưởng dịch vụ hậu mãi (phỏng vấn 5W1H, chạy thử phân lập nguồn ồn, dán phủ vật liệu cách âm, xử lý rò rỉ âm vỏ xe) và mở rộng phân tích chuyên sâu về bài toán NVH trên các dòng xe Hybrid.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Mặc dù đã hoàn thành trọn vẹn mục tiêu biên soạn học liệu, công trình còn tồn tại một số hạn chế gắn liền với phạm vi đề tài:

• Đồ án chủ yếu tiến hành tổng hợp, phân tích lý thuyết và biên dịch từ các nguồn tài liệu kỹ thuật chuyên hãng có sẵn; chưa tổ chức đo đạc thực nghiệm thu thập số liệu NVH trực tiếp trên các dòng xe thực tế tại phòng thí nghiệm của trường bằng thiết bị chuyên dụng.
• Nội dung mới dừng lại ở khâu xây dựng bộ công cụ bài giảng và câu hỏi kiểm tra, chưa trải qua quá trình áp dụng giảng dạy thử nghiệm để khảo sát định lượng mức độ tiếp thu và lấy ý kiến đánh giá từ sinh viên.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được xác định là: Đưa tài liệu và ngân hàng câu hỏi vào thử nghiệm giảng dạy trực tiếp; xây dựng thêm các bài thí nghiệm đo kiểm NVH thực hành trên mô hình hoặc xe thật; mở rộng nghiên cứu sâu các giải pháp chống ồn chủ động (ANC) bằng thuật toán vi xử lý tín hiệu DSP.

Giá trị tham khảo

Bộ tài liệu của đồ án là nguồn tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với:

• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chính hoặc khung bài giảng chuẩn hóa cho học phần Dao động và tiếng ồn ô tô, cũng như làm nền tảng định hướng cho sinh viên thực hiện các bài tập lớn môn Thiết kế tính toán ô tô và Ứng dụng tin học trong kỹ thuật khung gầm.
• Sinh viên Công nghệ Kỹ thuật Ô tô: Cung cấp tài liệu tra cứu có hệ thống từ bản chất công thức cơ học đến các bước chẩn đoán triệu chứng hỏng hóc, hỗ trợ ôn tập hiệu quả thông qua ngân hàng 50 câu hỏi trắc nghiệm và tự luận có lời giải.
• Kỹ sư và kỹ thuật viên xưởng dịch vụ: Tham khảo trực tiếp Chương 3, Chương 4 và Chương 5 để nắm vững quy trình tiếp nhận xe, phương pháp dùng thiết bị đo âm học và kỹ thuật thi công dán cách âm, chống ồn theo tiêu chuẩn kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp

1. Phổ tần số ảnh hưởng của rung động và tiếng ồn đến cơ thể con người được tài liệu phân chia như thế nào? Tài liệu chỉ rõ cơ thể người cảm nhận dao động qua ba vùng tần số: Dải dưới 20 Hz cơ thể chỉ cảm nhận rung động; dải từ 20 Hz đến 200 Hz cơ thể cảm nhận đồng thời cả rung động và âm thanh; dải từ 200 Hz đến 20.000 Hz cơ thể chỉ tiếp nhận cảm giác âm thanh thông qua thính giác.

2. Làm thế nào để tính toán và xác định một dao động 20 Hz phát sinh từ bánh xe trên xe cầu sau chủ động? Theo bài tập tự luận số 2 trong tài liệu: Với động cơ quay ở tốc độ $n_{đc} = 2000$ rpm, tỷ số truyền hộp số $i_{hs} = 1{,}307$, tỷ số truyền cầu vi sai $i_{vs} = 3{,}723$:

• Tốc độ trục các-đăng: $n_{cđ} = 2000 / 1{,}307 \approx 1530{,}22$ rpm $\rightarrow$ tần số hoạt động $f_{cđ} = 1530{,}22 / 60 \approx 25{,}50$ Hz.
• Tốc độ trục bánh xe: $n_{bx} = 2000 / (1{,}307 \times 3{,}723) \approx 411{,}02$ rpm $\rightarrow$ tần số hoạt động $f_{bx} = 411{,}02 / 60 \approx 6{,}85$ Hz. Vì tần số rung giật đo được trên xe là 20 Hz, xấp xỉ 3 lần tần số hoạt động của bánh xe ($3 \times 6{,}85 = 20{,}55$ Hz), nên rung động này được kết luận chính xác là rung động bậc 3 của bánh xe.

3. Tiêu chuẩn IEC 61672 quy định bắt buộc loại hàm trọng số tần số nào đối với máy đo tiếng ồn? Tiêu chuẩn quốc tế IEC 61672 bắt buộc tất cả các máy đo âm thanh thương mại phải tích hợp hàm trọng số tần số A (A-weighting). Hàm trọng số này hiệu chỉnh biên độ âm thanh đo được theo đường cong phản ứng nhạy cảm của tai người, đặc biệt làm giảm các tần số rất thấp và rất cao.

4. Khung bài giảng điện tử PowerPoint được nhóm tác giả xây dựng theo những tiêu chuẩn kỹ thuật nào? Bộ bài giảng gồm 161 slide chia cho 7 chương, thiết kế theo tỷ lệ màn hình rộng 16:9 tương thích với các màn chiếu của trường. Nội dung mỗi slide được cấu trúc tối giản văn bản chữ, trung bình mỗi slide truyền tải một chủ đề chuyên biệt kèm sơ đồ cấu tạo và đồ thị nhằm tăng cường tương tác trực quan giữa người dạy và người học.

5. Đâu là nguồn phát sinh rung ồn đặc thù nhất trên xe Hybrid so với xe truyền thống? Khác biệt nổi bật nhất trên xe Hybrid là tiếng ồn rít tần số cao phát ra từ các thiết bị điện tử công suất (bộ nghịch lưu) do sự đóng ngắt liên tục của mạch bán dẫn; dao động mô men từ trường do lực Maxwell tác dụng không đều lên bề mặt stator/rotor của mô tơ điện; cùng rung chấn cơ học lặp đi lặp lại do chu kỳ tự động bật/tắt (start/stop) thường xuyên của động cơ đốt trong.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Tạ Công Đạt và Nguyễn Hoàng Minh đã giải quyết thành công bài toán thiếu hụt tài liệu đào tạo chuyên sâu về lĩnh vực NVH tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Công trình kết hợp chặt chẽ giữa việc chuyển ngữ, hệ thống hóa lý thuyết giải tích động lực học ô tô với việc chuẩn hóa quy trình chẩn đoán kỹ thuật tại xưởng dịch vụ và cập nhật các chuyên đề hiện đại về xe điện hóa. Hệ thống sản phẩm gồm tài liệu 147 trang, bộ slide 161 trang cùng ngân hàng 50 câu hỏi đánh giá có tính khả thi cao, đóng vai trò là học liệu hoàn chỉnh phục vụ giảng dạy lý thuyết và thực hành cho chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Lí do chọn đề tài. Mục tiêu nghiên cứu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. NỘI DUNG TÀI LIỆU VÀ BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ. Xây dựng tài liệu bằng phần mềm Word.

Xây dựng bài giảng điện tử bằng phần mềm Powerpoint. XÂY DỰNG NGÂN HÀNG CÂU HỎI VÀ KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ. Bộ ngân hàng câu hỏi trắc nghiệm. Bộ ngân hàng câu hỏi hình thức tự luận.

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ. 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 34 PHỤ LỤC 1 TÀI LIỆU MÔN “DAO ĐỘNG VÀ TIẾNG ỒN TRÊN Ô TÔ (NVH)” DÀNH CHO SINH VIÊN CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ. CÁC NGUYÊN TẮC CƠ BẢN VỀ TIẾNG ỒN, RUNG ĐỘNG VÀ SỰ KHẮC NGHIỆT TRÊN Ô TÔ.

Cơ bản về rung động và tiếng ồn. Định nghĩa rung động và tiếng ồn. Các đặc tính cơ bản của rung động. Những đặc trưng riêng của tiếng ồn.

Giới thiệu về rung ồn trên ô tô. Sự cộng hưởng trên ô tô. Bậc rung động. Tần số của các chi tiết quay.

Đường truyền rung ồn trên ô tô. Các nguồn gây rung ồn. Ảnh hưởng của rung động và tiếng ồn tới cơ thể người. Sự khắc nghiệt.

NGUỒN GÂY RUNG ỒN. Mất cân bằng động cơ bậc một và bậc hai. Tần số đánh lửa động cơ. Các hệ thống phụ trên động cơ.

Biến mô và ly hợp. Hệ thống truyền lực. Sự cân bằng. Tiếng ồn gió.

Tiếng ồn xung. Tiếng ồn gió đập. Tiếng ồn khối khí. QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN RUNG ỒN - CÁC TIÊU CHUẨN TIẾNG ỒN TRÊN Ô TÔ.

Xác định rung động và tiếng ồn. Xác minh khiếu nại. Phương pháp chẩn đoán. Kiểm tra trực quan.

Chẩn đoán dựa theo các triệu chứng thường gặp. Các tiêu chuẩn tiếng ồn. Hàm trọng số tần số. Một số tiêu chuẩn ồn ngoài.

Giới thiệu tiêu chuẩn ồn trong. THIẾT BỊ ĐO RUNG ĐỘNG VÀ TIẾNG ỒN TRÊN Ô TÔ. Phương pháp đo rung ồn trên ô tô. Các công cụ đo rung ồn phổ biến.

Sirometer và Reed Tachometer. Thiết bị đo tiếng ồn. Máy phân tích rung ồn điện tử. Máy cân bằng bánh xe.

BIỆN PHÁP HẠN CHẾ RUNG ỒN TRÊN Ô TÔ. Một số biện pháp cổ điển giảm rung ồn trên ô tô. Phân tách tần số các hệ thống thành phần. Cô lập và hấp thụ rung động.

Giảm phát xạ âm thanh do rung động thân vỏ xe. Gói cách âm chống ồn cho thân xe. Làm kín thân xe. Vật liệu hấp thụ âm.

Vật liệu cách âm. MÔ HÌNH HOÁ HỆ DAO ĐỘNG Ô TÔ. Nguồn kích thích dao động từ mặt đường. Hệ dao động ô tô.

Mô hình 1/4 một bậc tự do. Mô hình 1/4 hai bậc tự do. Chỉ số độ gồ ghề quốc tế. Mô hình 1/4 ba bậc tự do.

Sự cân bằng theo chiều dọc. Mô hình 1/2 có lốp không đàn hồi. Tâm lắc dọc. Quy tắc thực nghiệm trong thiết kế hệ thống treo.

Điều khiển rung ồn chủ động và bán chủ động. Các nguyên tắc cơ bản về kiểm soát tiếng ồn và độ rung chủ động. Điều khiển rung động chủ động và bán chủ động. Điều khiển chủ động và bán chủ động tiếng ồn.

NVH TRÊN Ô TÔ HYBRID. Giới thiệu về ô tô điện. Kiến trúc chung của xe hybrid. Hybrid nối tiếp.

Hybrid song song. Hybrid hỗn hợp. Nguồn rung ồn nổi bật trên xe Hybrid. Rung động và tiếng ồn khi khởi động/tắt động cơ.

Tiếng ồn từ các thiết bị điện tử công suất .