Nghiên cứu độ êm dịu chuyển động của xe khách giường nằm được sản xuất và lắp ráp tại việt nam 65

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM 6

CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM

1 1 Tổng quan về xe khách giường nằm

Xe khách giường nằm phổ biến ở Việt Nam thường là loại hai trục, sử dụng hệ thống treo khí nén Xe được trang bị các thanh ổn định ngang ở cả cầu trước và cầu sau Thiết kế giường nằm được bố trí thành ba dãy, mỗi dãy có hai tầng.

Hình 1 1 Xe khách giường nằm hai tầng a) Hình chiếu cạnh, b) Hình chiếu trước, c) Hình chiếu sau

Xe khách giường nằm có thể phân loại:

+ Theo số lượng hành khách vận chuyển:

- Xe có trên 46 chỗ + Theo kết cấu:

- Xe khách giường nằm 1 tầng

- Xe khách giường nằm 2 tầng

Xe khách giường nằm 2 tầng có đặc điểm kết cấu gồm 2 tầng, các tầng riêng biệt có khung xương được chế tạo bằng các loại thép hình khác nhau

Hình 1 2 Cấu tạo các tầng của xe khách giường nằm

Các tầng được kết nối chắc chắn với khung xe thông qua các vị trí liên kết giữa sàn, sườn và nóc xe Các giường nằm được liên kết với các tầng bằng các bulông cứng, đảm bảo tính ổn định và an toàn cho cấu trúc.

Hình 1 3 Liên kết giữa tầng 1 và tầng 2 của một dãy

Hệ thống xe khách giường nằm hai tầng có sự khác biệt rõ rệt về động lực học so với xe khách giường nằm một tầng, chủ yếu do chiều cao trọng tâm của xe hai tầng cao hơn, dẫn đến độ ổn định kém hơn Để khắc phục nhược điểm này, xe được trang bị hai thanh ổn định lắp đặt ở cả phần trước và sau.

Việc bố trí và yêu cầu các kích thước của giường nằm cũng phải được tuân thủ theo QCVN 09:2015/BGTVT [1]

Trong đó có yêu cầu các kích thước:

+ Khoảng cách giường nằm D không nhỏ hơn 1650mm

+ Chiều rộng của đệm nằm R 1 không nhỏ hơn 480mm

+ Chiều rộng lối đi chung R 2 không nhỏ hơn 400mm

+ Chiều dày của đệm không nhỏ hơn 75mm

Hình 1 4 Trích dẫn yêu cầu các kích thước và bố trí của giường nằm theo

Mức độ thoải mái của hành khách khi di chuyển bằng ô tô, đặc biệt là xe khách giường nằm, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như không gian cá nhân, bố trí tổng thể trên xe, số lượng và kích thước giường nằm, kích thước lối đi, cũng như vị trí của từng giường Ngoài ra, các yếu tố sinh trắc học như màu sắc, nhiệt độ, độ ẩm và âm thanh cũng ảnh hưởng đáng kể đến trải nghiệm của hành khách.

Hình 1 5 Bố trí bên trong xe khách giường nằm hai tầng

1 2 Tổng quan về các nghiên cứu và yêu cầu đối với giường nằm

Giường nằm đóng vai trò quan trọng trong việc mang lại cảm giác thoải mái cho hành khách trong quá trình xe hoạt động Là bộ phận kết nối giữa người và xe, việc chế tạo và lựa chọn loại giường nằm phù hợp là nhiệm vụ thiết yếu của các nhà sản xuất.

Giường nằm bao gồm hai phần đệm chính: phần dưới cố định với sàn và phần trên có thể điều chỉnh góc nghiêng theo nhu cầu của hành khách Việc điều chỉnh này được thực hiện thông qua xy lanh điều chỉnh góc xoay ghế Các phần đệm có độ dày khác nhau tùy thuộc vào vị trí tiếp xúc với người sử dụng Ngoài ra, các viền đệm bên ngoài giúp cố định vị trí của hành khách trong suốt quá trình di chuyển.

Hình 1 6 Các thông số kích thước của giường nằm

Thiết kế, chế tạo giường nằm phải chú ý để đáp ứng một số các yêu cầu sau:

Kích thước giường nằm cần phải phù hợp với thể trạng của hành khách, đặc biệt là khi thể trạng của người Việt Nam đã có sự thay đổi đáng kể theo thời gian Mặc dù đã phát triển, thể trạng của người Việt Nam vẫn còn khác biệt so với nhiều quốc gia trong khu vực Việc áp dụng kích thước giường nằm từ các quốc gia khác có thể dẫn đến sự không tương thích Do đó, kích thước thiết kế giường nằm nên dựa trên thông số của 5% phụ nữ và 95% đàn ông (SAE) trong nghiên cứu nhân trắc học tại Việt Nam để đảm bảo sự thoải mái và phù hợp cho người sử dụng.

Giường nằm được thiết kế để mang lại sự thoải mái tối đa cho hành khách khi nằm hoặc ngồi Hình dáng con người có thể được mô phỏng qua mô hình cơ khí, dựa trên các đặc điểm và vị trí khác nhau của cơ thể, được xác định bởi các góc A, B, C, D.

Hình 1 7 Các góc của dáng điệu của người được khuyên dùng trong công tác thiết kế [31]

Ký hiệu Định nghĩa Giá trị ( ) 0

Giường nằm cần mang lại cảm giác thoải mái cho hành khách, với đệm được phân bố áp suất đồng đều để tránh cảm giác khó chịu Do hình dạng cơ thể con người, đệm giường nằm sẽ có độ cao khác nhau tùy thuộc vào các vùng tiếp xúc với các bộ phận khác nhau của cơ thể.

Vật liệu bọc đệm giường nằm cần có khả năng truyền nhiệt và độ ẩm, mang lại cảm giác thoải mái cho hành khách, đồng thời phải có tính năng chống cháy để đảm bảo an toàn.

Giường nằm cần được trang bị các thiết bị an toàn như dây đai an toàn Ngoài ra, một số mẫu giường nằm cao cấp còn tích hợp hệ thống massage, thông gió và sưởi ấm, đặc biệt phù hợp cho các nước có khí hậu ôn đới.

Nhóm tác giả Mark A Koshute, Michael Blaszkiewicz và Brian L Neal đã tiến hành thí nghiệm so sánh bốn công nghệ lưu hóa phổ biến của vật liệu đệm Kết quả cho thấy không có công nghệ nào đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ êm dịu, độ bền và các đặc trưng cơ lý của vật liệu đệm Việc lựa chọn loại đệm phù hợp với từng loại xe sẽ phụ thuộc vào mục đích sử dụng và đối tượng xe, cùng với các yêu cầu kinh tế mà các nhà sản xuất đệm tối ưu theo bí quyết riêng của từng công ty.

Giường nằm được thiết kế để điều chỉnh linh hoạt, phù hợp với dáng người và nhu cầu của hành khách trong suốt hành trình Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa phạm vi quan sát của người nằm đối với không gian xung quanh, mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho các hoạt động như nghe nhạc, đọc sách và ăn uống Việc điều chỉnh góc nghiêng của đệm giúp hành khách thoải mái hơn khi tham gia vào các hoạt động này Ngoài ra, giường còn được trang bị các thiết bị tiện ích như tay vịn và bàn giá đỡ, hỗ trợ cho việc đọc sách và dùng bữa dễ dàng hơn.

1 3 Tổng quan các nghiên cứu trong nước và quốc tế về độ êm dịu chuyển động

Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe khách giường nằm, có thể sử dụng các chỉ tiêu theo quy chuẩn, tiêu chuẩn trong nước và tiêu chuẩn quốc tế.

+ QCVN 09/2015 [1] quy định tần số dao động riêng của phần được treo của xe ở trường hợp đầy tải không được lớn hơn 2,5Hz

+ ISO 2631-1 [20] sử dụng chỉ số đánh giá dao động RMS với thông số được đánh giá là gia tốc dao động tác động vào hành khách

Tiêu chuẩn ISO 2631-1 chỉ ra sự khác biệt về giá trị gia tốc khi tính toán cho các tư thế của hành khách như đứng, ngồi và nằm Các hệ số giá trị này được mô tả qua các bảng tham chiếu tương ứng với tần số, và giá trị cuối cùng phản ánh gia tốc tổng hợp tác động lên toàn bộ hành khách.

Hình 1 8 Các tư thế khác nhau của hành khách theo ISO 2631-1[20] a) Vị trí ngồi, b) Vị trí đứng, c) Vị trí nằm

CƠ SỞ THIẾT LẬP MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU DAO ĐỘNG XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM 27

DAO ĐỘNG XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM

2 1 Giả thiết khi xây dựng mô hình dao động xe khách giường nằm

Các nguồn dao động trên ô tô được tối ưu hóa bằng cách loại bỏ các nguồn dao động từ động cơ và hệ thống truyền lực, trong khi biên dạng của mặt đường trở thành nguồn kích động duy nhất.

+ Xe đối xứng qua trục OX của hệ trục tọa độ

+ Khối lượng treo được coi là một thanh cứng tuyệt đối Các chuyển động có thể của khối lượng tập trung quanh vị trí cân bằng tĩnh là nhỏ

+ Khối lượng thân xe của phần được treo, khối lượng cầu trước và khối lượng cầu sau là các khối lượng tập trung

+ Bánh xe được coi là luôn tiếp xúc với bề mặt đường, mặt đường không biến dạng

+ Xe chạy trên đường thẳng, ổn định và chuyển động với các vận tốc không đổi trong suốt quá trình khảo sát

Các phần tử đàn hồi và giảm chấn trong hệ thống treo được xem là tuyến tính khi chịu tải trọng nhất định trong quá trình vận hành.

Các đặc tính của lốp xe được thay thế bằng các hệ số độ cứng và hệ số độ cản giảm chấn, giúp đánh giá hiệu suất của lốp trong các tình huống tải trọng khác nhau Những hệ số này được áp dụng cho từng trường hợp tải trọng cụ thể và được coi là tuyến tính, đảm bảo tính chính xác trong việc phân tích và thiết kế lốp xe.

+ Quá trình khảo sát được tiến hành trong trường hợp đầy tải

2 2 Mô hình khảo sát dao động

2 2 1 Mô hình dao động không gian xe khách giường nằm

Mô hình khảo sát không gian xe khách giường nằm được xây dựng dựa trên các khối lượng tập trung, trong đó các khối lượng này được phân bố theo chức năng, bao gồm cả khối lượng treo và không treo.

Khối lượng của phần treo được quy dẫn về trọng tâm O1, với các thông số khối lượng M và các mô men quán tính Jx, Jy theo các trục.

Khối lượng OX và OY được đặt tại vị trí trọng tâm O1, với khoảng cách lần lượt là a và b so với cầu trước và cầu sau Tọa độ suy rộng của phần được treo được thể hiện qua các tọa độ Z.

Khối lượng không được treo trên cầu trước được quy dẫn về trọng tâm O2, với khối lượng M1 và mô men quán tính theo trục OX là J1 Tọa độ suy rộng của khối lượng treo cầu trước được thể hiện qua các tọa độ tương ứng.

Khối lượng phần không được treo trên cầu sau được quy dẫn về trọng tâm O3, với thông số khối lượng M2 và mô men quán tính theo trục OX là J 2x Tọa độ suy rộng của khối lượng treo cầu sau được phản ánh qua các tọa độ tương ứng.

Khối lượng của phần treo và không treo trên xe được kết nối thông qua hệ thống treo, bao gồm các lò xo khí nén đàn hồi, được coi là tuyến tính với từng tải trọng và áp suất cụ thể Các lò xo khí nén này được bố trí ở cầu trước và cầu sau, với các hệ số độ cứng C11, C12, C21, và C22 Hệ thống treo cũng bao gồm các phần tử giảm chấn, được đặc trưng bởi các hệ số K11, K12, K21, và K22 Ngoài ra, các thanh ổn định được thay thế bằng các hệ số độ cứng tương ứng.

CRR, CRf tính được đặc trưng bởi các hệ số độ cứng lốp C L1 , C R1 , C L2 , C R2 và các hệ số giảm chấn K L1 , K R1 , K L2 , K R2

Kích thích dao động là hiện tượng mà các chiều cao mấp mô của biên dạng mặt đường tác động đến vị trí tiếp xúc của bánh xe, được thể hiện qua các tín hiệu qL1, qR1, qL2, và qR2.

Mô hình dao động không gian xe khách giường nằm sẽ gồm 07 bậc tự do tương ứng với 07 tọa độ suy rộng Z, , , , , ,

2 2 2 Mô hình dao động của giường nằm

Giường nằm có khung xương liên kết trực tiếp với khung xương các tầng và được gắn chắc với sàn xe bằng các bu lông, giúp xác định dao động từ giường nằm tác động lên người nằm tương ứng với các dịch chuyển trên sàn xe Để khảo sát dao động này, luận án sẽ xây dựng mô hình khảo sát dao động của giường nằm dựa trên các giả thiết cụ thể.

+ Trong quá trình khảo sát người nằm được coi là giữ nguyên một trạng thái nằm

Mô hình người được phân chia thành hai khối lượng tập trung: khối lượng phần trên và khối lượng phần dưới Các khối lượng này được quy về tọa độ trọng tâm và được đặc trưng bởi thông số khối lượng cùng thông số mô men quán tính Các khối lượng tập trung được sắp xếp trên một đường thẳng theo hệ thống xương sống của con người.

+ Hai khối lượng có thể chuyển động tương hỗ qua một khớp nối xoay

Mô hình dao động của giường nằm được thể hiện qua ba hình ảnh chính: Hình a) phản ánh tọa độ không gian của các khối lượng con người, Hình b) thể hiện cách thay thế đệm giường nằm, và Hình c) mô tả các gia tốc tác động vào vị trí người nằm.

Mô hình dao động giường nằm tọa độ cục bộ được gắn tại vị trí T0, với hệ tọa độ tổng thể liên kết chặt chẽ với thân xe Hệ tọa độ cục bộ cách hệ tọa độ tổng thể một khoảng nhất định, cụ thể là X10 và Z10 Tọa độ của hệ tọa độ cục bộ được xác định dựa trên hai tọa độ tự do là X và Z.

Mô hình dao động hành khách được cấu thành từ hai khối lượng liên kết tại khớp xoay tại vị trí T0 Khối lượng phần trên được xác định là m1 với mô men quán tính J1 tại trọng tâm T1, cách gốc tọa độ T0 một khoảng r1 Tương tự, khối lượng phần dưới được quy định là m2 với mô men quán tính J2 tại trọng tâm T4, cách gốc tọa độ T0 một khoảng r2 Các vị trí của hai phần khối lượng này được xác định thông qua hai tọa độ tự do θ1 và θ2.

KHẢO SÁT DAO ĐỘNG XE KHÁCH GIƯỜNG NẰM ĐƯỢC SẢN XUẤT VÀ LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM 61

Dựa trên hệ phương trình vi phân đã trình bày ở chương 2, phương pháp số được lựa chọn để mô phỏng Hiện nay, một số phần mềm phổ biến như Labview và Matlab được sử dụng để giải quyết các bài toán về cơ hệ Trong nghiên cứu này, luận án sử dụng phần mềm Matlab 2018 kết hợp với Simulink để khảo sát và tính toán Các thông số đầu vào bao gồm biên dạng mặt đường, kết cấu xe, kết cấu giường nằm và thông số người nằm, được nhập vào mô hình tính toán dưới dạng m file.

Thông số đầu ra để đánh giá mô hình là giá trị gia tốc tại các vị trí tiếp xúc giữa người nằm và giường nằm T0, T2, T3, được đo theo hai phương OX và OZ Các giá trị gia tốc sau khi trích xuất sẽ được xử lý bằng chỉ số RMS và đánh giá theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 (1997).

+ T: Khoảng thời gian tính toán

+ ( ): Gia tốc trọng số theo thời gian

3 1 Thiết lập mô hình khảo sát trong phần mềm Matlab

3 1 1 Thiết lập sơ đồ khảo sát

Sử dụng các công cụ trong Simulink, mô hình mô phỏng được thiết lập với các tác động từ các biên dạng mặt đường khác nhau, bao gồm biên dạng mặt đường hình sine, biên dạng mặt đường hình sine đơn vị và biên dạng mặt đường được xây dựng theo tiêu chuẩn ISO 8608-2016.

Hình 3 1 Khối tính toán dao động mô hình không gian xe khách giường nằm

Hình 3 2 Khối tính toán dao động của mô hình giường nằm

3 1 2 Thông số đầu vào của mô hình khảo sát

Khảo sát mô hình dao động cần cung cấp các thông số đầu vào phản ánh đặc trưng vật lý của xe khách giường nằm và mô hình người nằm Điều này bao gồm việc xác định tọa độ vị trí của giường nằm nhằm đánh giá các tác động của dao động từ xe khách đến người nằm.

Các thông số của xe khách giường nằm HYUNDAIHB120ESL sử dụng để tính toán được xây dựng dựa trên các nguồn tài liệu:

+ Nhóm I: Thông số được tiến hành từ đo đạc trực tiếp từ xe thử nghiệm: L, a, b, f 1 , f 2 , e 1 , e 2 ,

+ Nhóm II: Thông số được cung cấp từ nhà sản xuất gồm các thông số:

+ Nhóm III: Thông số từ tài liệu thiết kế của xe và các công trình nghiên cứu liên quan Jx, Jy, J1x, J2x, CL1, CR1, CL2, CR2, KL1, KR1, KL2, KR2, C11,

Hình 3 3 Bố trí giường nằm tại tầng thứ nhất

Hình 3 4 Bố trí giường nằm tại tầng thứ hai

Giường nằm được thiết kế theo cấu trúc hai tầng, với tầng 1 bao gồm 01 ghế lái, 01 ghế phụ và 20 giường nằm, trong khi tầng 2 cũng có 20 giường nằm Số thứ tự của các giường nằm được hiển thị rõ ràng trong hình 3.3 và hình 3.4.

3 2 Các chế độ khảo sát

Bảng 3 1 Bảng các chế độ khảo sát

Tên trường hợp khảo sát Biên dạng mặt đường

Chế độ vận hành V (km/h)

Chế độ 1: Biên dạng hình sine

Chế độ 2: Biên dạng hình sine

Chế độ 3: Biên dạng mặt đường theo ISO 8608 (Mặt đường C-D) x x x x

Chế độ 4: Khảo sát giá trị RMS khi thay đổi góc nghiêng giường nằm

Chế độ 5: Biên dạng đơn vị hình sine đơn vị (q 0 =0 09m, S=4m) x x x x

Chế độ 6: Khảo sát giá trị RMS tại các vị trí giường nằm

Biên dạng hình sine đơn vị (q 0 =0 02m , S=0 8m) x x x x

Các chế độ khảo sát được thiết lập dựa trên hai thông số chính: biên dạng mặt đường và tốc độ vận hành Mỗi biên dạng mặt đường sẽ được khảo sát ở các tốc độ vận hành khác nhau, cụ thể là V@km/h và V`km/h.

Vkm/h, V0km/h Biên dạng hình sine sẽ được khảo sát ở hai dạng biên dạng có sự thay đổi chiều cao mấp mô giảm

Có tổng cộng 06 chế độ khảo sát với các biên dạng mặt đường khác nhau, bao gồm: biên dạng hình sine, biên dạng hình sine đơn vị, và biên dạng xây dựng theo tiêu chuẩn ISO 8608 Các chế độ khảo sát này được tổng hợp và trình bày trong bảng 3.1.

Các chế độ khảo sát được thực hiện tại các vị trí giường nằm thứ nhất, thứ 10 và thứ 13, nhằm phân tích sự phân bố của các vị trí giường nằm trên xe khách giường nằm.

Chế độ khảo sát 1 được thực hiện để đo giá trị RMS tại vị trí giường nằm thứ nhất, thứ mười ba và thứ mười Trong quá trình khảo sát, xe di chuyển qua biên dạng mặt đường hình sine với độ cao q 0 = 0,035m và chiều dài S = 4m.

Dưới tác động của biên dạng mặt đường hình sine, biểu đồ gia tốc tại các tọa độ tự do của khối lượng treo cho thấy sự biến đổi giá trị gia tốc trong một khoảng thời gian ban đầu, trước khi chúng trở lại trạng thái điều hòa.

Giá trị gia tốc tại các vị trí tiếp xúc của người nằm trên giường nằm sẽ thay đổi trong giai đoạn đầu khi xe khách giường nằm chịu tác động từ tín hiệu mặt đường hình sine Sau một thời gian, các giá trị gia tốc này sẽ trở lại mức ổn định.

Hình 3 5 Gia tốc 0X tại hông ở vị trí giường số 1 (V@km/h)

Hình 3 6 Gia tốc 0Z tại hông ở vị trí giường số 1 (V@km/h)

Hình 3 7 Gia tốc OX tại điểm thân trên giường số 1 (V@km/h)

Hình 3 8 Gia tốc OZ tại điểm thân trên giường số 1 (V@km/h)

Hình 3 9 Giá trị RMS tại vị trí hông theo trục OX ở các vận tốc khác nhau

Hình 3 10 Giá trị RMS tại vị trí hông theo trục OZ ở các vận tốc khác nhau

Hình 3 11 Giá trị RMS tại vị trí thân trên theo trục OX ở các vận tốc khác nhau

Hình 3 12 Giá trị RMS tại vị trí thân trên theo trục OZ ở các vận tốc khác nhau

Hình 3 13 Giá trị RMS tại vị trí thân dưới theo trục OX ở các vận tốc khác nhau

Hình 3 14 Giá trị RMS tại vị trí thân dưới theo trục OZ ở các vận tốc khác nhau

Tổng hợp các kết quả khảo sát trên đồ thị nhận thấy:

+ Giá trị RMS gia tốc theo phương OX nhỏ hơn rất nhiều so với giá trị RMS gia tốc theo phương OZ

+ Giá trị RMS ở các giường có xu hướng giảm khi vận hành xe ở tốc độ tăng trong điều kiện khảo sát

+ Giá trị RMS tại giường thứ mười ba có giá trị nhỏ nhất

Chế độ khảo sát 2 tập trung vào việc đo giá trị RMS tại các vị trí giường nằm thứ nhất, thứ mười và thứ mười ba khi xe di chuyển qua biên dạng mặt đường hình sine với độ cao q 0 = 0,025m và chiều dài S = 4m.

Hình 3 15 Giá trị RMS tại vị trí hông theo trục OX ở các vận tốc khác nhau

Hình 3 16 Giá trị RMS tại vị trí hông theo trục OZ ở các vận tốc khác nhau

Hình 3 17 Giá trị RMS tại vị trí thân trên theo trục OX ở các vận tốc khác nhau

Hình 3 18 Giá trị RMS tại vị trí thân trên theo trục OZ ở các vận tốc khác nhau

Hình 3 19 Giá trị RMS tại vị trí thân dưới theo trục OX ở các vận tốc khác nhau

Hình 3 20 Giá trị RMS tại vị trí thân dưới theo trục OZ ở các vận tốc khác nhau

Các đồ thị giá trị RMS cho thấy sự giảm dần khi chiều cao biên dạng mặt đường được điều chỉnh Việc thay đổi biên dạng mặt đường dẫn đến sự giảm giá trị RMS ở các vị trí đều đặn.

Giá trị RMS giảm khi vận tốc vận hành tăng, cho thấy rằng khi xe di chuyển ở tốc độ cao, mức độ êm ái cho hành khách được cải thiện hơn so với khi xe chạy ở tốc độ thấp trong các điều kiện khảo sát.

Giá trị RMS tại giường nằm thứ mười ba có giá trị nhỏ nhất

Chế độ khảo sát 3: Đánh giá giá trị RMS tại vị trí giường nằm thứ nhất khi xe di chuyển qua bề mặt đường được thiết kế theo tiêu chuẩn ISO 8608-1995.

Hình 3 21 Biên dạng mặt đường được xây dựng theo ISO 8608