Chính vì vậy tôi chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế ghế ngồi cho tài xế lái xe tải nặng” làm đề tài luận văn.Trong thời gian một năn rưỡi học tập và nghiên cứu tại trường em thấy đây là mộ
Tổng quan quá trình nghiên cứu trong và ngoài nước
Các nghiên cứu về dao động ô tô trên thế giới
Nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về dao động của ô tô đã được tiến hành từ những năm đầu của thế kỷ 20 Bắt đầu từ những năm 40 của thế kỷ 20, nghiên cứu này chủ yếu dựa trên các sơ đồ tính toán đơn giản Các sơ đồ lý thuyết thường là loại một chiều, với biên dạng đơn giản, và được sử dụng để tính toán dao động của các bộ phận trong ô tô Những nghiên cứu này đã góp phần quan trọng vào việc phát triển các phương pháp phân tích và thiết kế trong lĩnh vực kỹ thuật ô tô.
Trong những năm 50, nghiên cứu về mô hình dao động của ô tô đã được thực hiện, tập trung vào mô hình nhiều bậc tự do với hệ thống treo Nghiên cứu này nhằm giảm chấn và độ ứ c ng của lò xo xe Mô hình được xây dựng để tính toán các yếu tố ảnh hưởng đến dao động, từ đó cải thiện hiệu suất và sự ổn định của phương tiện.
Here is a rewritten paragraph that complies with SEO rules:"Trong những năm 50 của thế kỷ trước, việc nghiên cứu dao động của ô tô dựa trên lý thuyết đã được sử dụng khá phổ biến Giai đoạn này, người dùng lý thuyết hàm ứu ng ẫu nhiên cho phép nghiên cứu nguồn kích thích tâm ứu ặt đường là hàm gắn liền với biên độ cố định của mặt đường thực tế."
Nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô nhằm xác định ảnh hưởng của dao động đến sức khỏe con người Các thông số đặc trưng như tần số, vận tốc, gia tốc, và biên độ dao động được phân tích để hiểu rõ tác động của chúng đến sức khỏe hành khách Nghiên cứu này cần sự hợp tác của các chuyên gia từ nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghệ ôtô, bảo hiểm lao động và y tế Các tài liệu đã chỉ ra rằng biên độ và tần số rung động có ảnh hưởng đáng kể đến cơ thể con người Việc phát triển các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu của ôtô phụ thuộc vào sự tiến bộ khoa học của từng quốc gia và tâm sinh lý của hành khách, cùng với những tiêu chí đánh giá khác nhau.
* Nghiên c u các h ứ ệ thố ng treo và các ph n t h ầ ử ệ thố ng treo nh ằm nâng cao độ êm d u chuy ị ển độ ng c ủ a ôtô:
Ngày nay, sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt là trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, điều khiển tự động và vật liệu, đã đóng góp đáng kể vào sự tiến bộ của ngành công nghiệp ô tô Các hệ thống ô tô, bao gồm hệ thống treo và các phần tử cấu thành, ngày càng trở nên tinh vi và hiệu quả hơn.
Hệ thống treo đã trải qua những cải tiến đáng kể nhằm nâng cao chất lượng độ êm dịu trong chuyển động của ô tô Sự ra đời của phần tử giảm chấn điều khiển đầu tiên vào năm 1974 đã đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong nghiên cứu hoàn thiện hệ thống treo Nhiều công trình nghiên cứu sau đó, như nghiên cứu của Ahmadian và Marjoram, đã tối ưu hóa hệ thống treo tích cực và bán tích cực dựa trên mô hình 1/4 xe với các phản hồi điều khiển ON-OFF Các nghiên cứu này khảo sát tính năng tần số-biên độ của gia tốc khối lượng phần được treo, dịch chuyển của hệ thống treo và lốp xe khi chịu tác động từ các kích thích ngẫu nhiên Trong những năm gần đây, việc ứng dụng điều khiển mờ để điều khiển giảm chấn đã được nghiên cứu tương đối tỉ mỉ trong các công bố khoa học.
* Nghiên c u ngu ứ ồn gây dao động:
Dao động của ô tô khi chuyển động không phải là dao động tự do mà là dao động cưỡng bức, chịu ảnh hưởng từ các yếu tố kích thích như mặt đường Từ thập kỷ trước, việc nghiên cứu và hiểu rõ về dao động này đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô.
Nhiều quốc gia phát triển như Mỹ, Anh, Pháp, Đức và Nga đã tiến hành nghiên cứu về công nghệ và thiết bị đo lường, đồng thời ban hành quy trình đánh giá chất lượng đường ô tô thông qua chỉ tiêu độ ẩm mô Việc nghiên cứu phương pháp đo đạc và xử lý số liệu để xác định các quy luật của độ ẩm trên đường là một vấn đề quan trọng, thu hút sự quan tâm của nhiều tác giả trên thế giới.
6 v i sai s có th ớ ố ể chấ p nh ận đượ c ho c b ng các phép toán xác su t th ặ ằ ấ ống kê đố i v ới đạ i lư ợ ng ngâu nhiên, r i r c ờ ạ
Các nghiên c u v m ứ ề ặt đườ ng ng ẫu nhiên còn đượ c trình bày trong các công trình [6,10,13]
Các nhà thiết kế đường giao thông toàn cầu đã áp dụng tiêu chuẩn ISO 8068 (1995) để phân loại mặt đường quốc lộ thành 8 cấp Tiêu chuẩn này hiện đang được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng như một yếu tố kích thích ngẫu nhiên đầu vào cho bài toán dao động ô tô.
1.2.1 Các nghiên c u v ứ ề dao độ ng ô tô ở Vi ệ t Nam
* Nghiên c u v biên d ng m ứ ề ạ ặ t đư ờ ng
Công trình nghiên cứu về ấp mô đường và chế tạo thiết bị đo xóc kiểu phản ứng của MDX-73 của GS Nguyễn Xuân Đào đã được thực hiện trên các tuyến đường chính của Việt Nam Kết quả nghiên cứu này đã dẫn đến việc ban hành quy trình của ngành theo TCVN-1015/QĐKT4.
Công trình nghiên cứu ảnh hưởng của biến động mặt đường đến tình trạng tác động lên ô tô tại Quốc lộ 1A đã được thực hiện Tác giả đã khảo sát và thu thập số liệu mô phỏng biến động trạng đường trên tuyến đường 1A Hà Nội - Lạng Sơn, xử lý số liệu và áp dụng vào bài toán dao động để xác định tình trạng tác động lên ô tô.
* Nghiên c u v ứ ề dao độ ng ô tô
Công trình của tác giả Triệu Quốc Lộc bao gồm nghiên cứu về máy kéo, trong đó đã thiết kế các sản phẩm phù hợp cho máy kéo Việt Nam, bao gồm cả bao tay dành cho công nhân lái máy kéo.
Công trình nghiên cứu của tác giả và PGS.TS Dư Quốc Thịnh với mã số B91-03, T16/90-CK, T18/91-CK đã tập trung vào vấn đề dao động, cung cấp những phân tích lý thuyết và định hướng rõ ràng Nghiên cứu này đóng góp quan trọng vào việc hiểu biết sâu sắc về hiện tượng dao động trong các hệ thống kỹ thuật.
Các nghiên cứu về dao động ô tô ở Việt Nam
Đạo độ ng của xe tải hai cầu chịu ảnh hưởng từ tác động ngẫu nhiên của mẫu mặt đường Trong luận án, tác giả xây dựng mô hình không gian đa dạng để nghiên cứu độ ng của ô tô hai cầu với kích thước ngẫu nhiên.
Công trình "Trị nh Minh Hoàng, khảo sát dao động ô tô dưới kích độ ng mặt đường ngẫu nhiên, luận án thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2002" nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kỹ thuật của ô tô và điều kiện làm việc của ô tô đến độ êm dịu trong chuyển động Trong luận án, tác giả giải quyết bài toán dao động 7 bậc tự do với kích thước độ ng mặt đường là hàm phụ thuộc của Iasenko.
Công trình “Lưu Văn Tuấn” nghiên cứu về dao động của xe ca tại Ba Đình, nhằm tính toán các biện pháp nâng cao độ êm dịu trong chuyển động Luận án Tiến sĩ MS 02-01-39 đã được thực hiện để đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu suất vận tải.
Vào năm 1993, ĐHBK Hà Nội đã thực hiện nghiên cứu hoàn chỉnh về dao động của ô tô Trong luận án, tác giả đã phân tích đặc tính phi tuyến của phần tử treo, lập xe với mô hình không gian và giải quyết bài toán dao động bằng phương pháp giải tích và lập trình bằng ngôn ngữ Pascal.
Công trình "Võ Văn Hường, Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khứ hồi ảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu" thuộc Luận án Tiến sĩ LA 111/05, 2004, tại ĐHBK Hà Nội đã nghiên cứu một cách hoàn chỉnh về dao động của ô tô nhiều cầu Tác giả đã tập trung vào việc khảo sát đặc tính phi tuyến của phần tử lò xo trong hệ thống treo, lốp xe với mô hình không gian, đồng thời giải quyết bài toán dao động bằng phương pháp Matlab Simulink.
Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu của luận án
Here is a rewritten paragraph that contains the important sentences and complies with SEO rules:" Phân tích ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật treo đến mặt đường quốc lộ và hệ thống treo bánh xe được chọn là hàm mục tiêu Để tối ưu hóa hệ thống treo, cần dựa trên điều kiện ràng buộc bộ thiết kế xuất bộ để giảm các tác động xấu đến mặt đường giao thông, từ đó đảm bảo an toàn và hiệu quả cho người tham gia giao thông."
Trong khuôn kh m t lu ổ ộ ận văn thạc sĩ khoa họ c tác gi t p trung c u m t s v ả ậ ứ ộ ố ấ n đề sau:
- Xây d ựng mô hình dao độ ng xe t ả i h ạ ng;
- Thiết lậ p h ệ phương trình vi phân mô t ả dao độ ng;
- Mô phỏ ng và phân tích h ệ thố ng treo
- L ựa chọ n thông s t ố ối ưu cho hệ thố ng treo khí cho xe t ải hạ ng n ng ặ
Ảnh hưởng của dao động đối với cơ thể con người
Ảnh hưởng rung toàn thân
Ảnh hưởng rung toàn thân đề cập đến hiện tượng rung động tác động lên toàn bộ cơ thể con người, chẳng hạn như khi người đứng trên sàn xe Nghiên cứu và thử nghiệm của các nhà khoa học và cơ quan bảo hộ lao động cho thấy rằng nếu cơ thể dao động với tần số 1Hz, các cơ quan bên trong không dịch chuyển tương đối với nhau, tạo nên một khối đồng nhất khi rung động.
Dao động 2 20Hz có ảnh hưởng mạnh mẽ đến cơ thể, ngay cả khi biên độ ở tần số thấp Hiện tượng này có thể gây ra tác động tiêu cực đến sức khỏe, đặc biệt là trong môi trường có sự tiếp xúc lâu dài với tần số này Cần chú ý đến mức độ công suất phát ra để giảm thiểu những ảnh hưởng không mong muốn.
Các nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng dao động rung toàn thân theo phương thẳng đứng (OZ) có thể gây ra nhiều tác hại cho cơ thể.
N ếu dao độ ng v i t n s trong kho ng 3 ớ ầ ố ả 5 Hz gây ra các tác hại đến các cơ quan ti ền đình và biể u hi n gây chóng m ệ ặt.
N u t n s ế ầ ố dao độ ng 5 11 Hz gây r i lo ố ạn đường thính giác sau đó ảnh hưở ng đến các cơ quan nộ ạ i t ng (ru t, gan,d d y ) ộ ạ ầ
Nồng độ ô nhiễm vượt quá 11Hz có thể gây ra triệu chứng như buồn nôn và các vấn đề sức khỏe khác Tuy nhiên, mức độ ảnh hưởng của các tác động này đối với từng người là khác nhau và có thể thay đổi theo từng khoảng thời gian.
Dao độ ng c a ôtô là m t h ủ ộ ệ dao độ ng ph c t ứ ạp nhưng ta có thể chia dao độ ng thành dao động và rung động:
Dao độ ng có t n s 15 ầ ố 18 Hz Dao độ ng có th c m nh ể ả ận đượ c và tr c ti p gây ự ế khó ch ịu cho con ngườ i trong m ộ t th ờ i gian ng n ắ
Rung độ ng có t n s 15 ầ ố 1800 Hz và rung độ ng tác h ại đế n s c kho trong m t ứ ẻ ộ thời gian dài
Công trình nghiên cứu của Borseski và các cộng tác viên đã chỉ ra rằng rung động toàn thân ảnh hưởng rõ rệt đến trạng thái hoạt động của hệ thần kinh, từ đó tác động đến sự hưng phấn và cảm xúc của con người Trong trường hợp tiếp xúc với rung động mạnh, người lao động có thể gặp phải các triệu chứng như chóng mặt, nhức đầu, buồn nôn, và rối loạn chức năng của hệ thần kinh trung ương Điều này đặc biệt nghiêm trọng đối với những người làm việc trong môi trường có rung động liên tục, như tài xế xe bồn, nơi mà các tác động này có thể dẫn đến hiện tượng bệnh lý nghiêm trọng theo thời gian.
Here is the rewritten article in Vietnamese, complying with SEO rules:Nghiên cứu của A.H Meyer đã chỉ ra rằng rung động có ảnh hưởng nghiêm trọng đến cơ thể con người, đặc biệt là hệ thần kinh trung ương và hệ thần kinh thực vật Những người lái xe thường mắc các hội chứng như mệt mỏi, đau đầu, buồn nôn và ức chế nước tiêu vào buổi sáng Khi ngồi trên ôtô, dao động sẽ tác động lên xương sống và hầu như không qua các chi dưới, trong khi đứng thì tác động của dao động bị giảm đi do các khớp xương của chi dưới Xương sống được cấu tạo bởi 24 đốt xương, được nối với nhau bằng các đĩa đệm làm xương sống trở lên đàn hồi và có hệ thống thần kinh phức tạp Dao động mà con người chịu trong tư thế ngồi sẽ làm thương tổn đến các đĩa đệm, đặc biệt là các đĩa đệm ở đốt sống cuối cùng, gây ra chèn ép các bó dây thần kinh và đau dây thần kinh hông to Ngoài ra, dao động còn làm các gai tủy sống dài ở đốt sống ra và hư tổn của nó cũng gây ra chèn ép các bó dây thần kinh, đồng thời ảnh hưởng đến các cơ quan nội tạng như viêm loét dạ dày.
2.1.2 Ảnh hưở ng c a rung c c b ủ ụ ộ Ảnh hưở ng c a rung c c b là nh ng ủ ụ ộ ữ ảnh hưởng do tác độ ng c a rung c c b ủ ụ ộ gây ra và ch làm cho t ng b ph ỉ ừ ộ ậ n c ủa cơ thể ị rung độ b ng Nói chung ảnh hưở ng này không tác độ ng nhi ều đến ngườ i ng i trên ôtô, nh ồ ất là đố ới hành khách Đố ớ i v i v i lái xe dao độ ng c ủa vô lăng tác độ ng tr c ti p lên tay M ự ế ặt khác dao độ ng c a gh ng i và ủ ế ồ vô lăng cũng có khác nhau nên người lái xe cũng là một đối tượ ng nghiên c u trong ứ trườ ng h p ợ ảnh hưở ng c a rung c c b Nhi u công trình nghiên c ủ ụ ộ ề ứu trong đó có nghiên c u c a vi n khoa h c b o h ứ ủ ệ ọ ả ộ lao động đã nghiên cứu các đối tượ ng là các công nhân lái máy kéo và đã thiế ế t k gh lái và bao tay cho công nhân lái máy kéo ế 2.2 Đị nh m ức dao động cho phép đố i v ới con ngườ i
Việc xác định mức độ dao động cho phép đối với con người là một nhiệm vụ phức tạp Trên thực tế, có nhiều quan điểm khác nhau từ các tác giả về các chỉ tiêu đánh giá Do đó, trong luận án này, chúng tôi sẽ dựa vào hai cơ sở chính để quy định các định mức.
Nh ữ ng thông s ố dao động mà con người thườ ng xuyên ti p xúc trong các sinh ế ho ạ t thư ờ ng ngày
Các k ết quả thí nghi ệ m rung đ ộng đố i với con người.
2.2.1 Nh ng thông s ữ ố dao động mà con người thườ ng xuyên ti p xúc trong các ế sinh ho ạt thườ ng ngày c h t chúng ta xem xét m t d ng chuy ng quen thu c c i là
Trướ ế ộ ạ ể n đ ộ ộ ủa con ngườ đi bộ Con ngườ i làm quen v i d ng chuy ớ ạ ển độ ng t khi còn nh ừ ỏ Đi bộ gây ra nh ng ữ
Tác động của tuần hoàn lên con người là một chuỗi các quá trình nâng hạ cơ thể cùng với các chấn động khi tiếp xúc với mặt đất Đây được coi là tác động của một dao động với các đặc trưng như tần số và gia tốc Những tác động này đã trở nên quen thuộc với con người, không gây khó chịu, thậm chí trong những lúc mệt mỏi, việc đi bộ hay đi dạo trở thành hình thức thư giãn Vì vậy, các giá trị của các chỉ số dao động khi đi bộ là cơ sở quan trọng để xác định các mức độ dao động.
Chuy ển độ ng c ủa con người khi đi bộ có th ể được đặc trưng bằ ng các ch s ỉ ố khác nh au như sau:
- Chỉ ố ậ ốc mà đặc trưng dao độ s v n t ng c a nó là s ủ ố bướ c chân trong m ột đơn v ị thờ i gian
Tần số dao động tự nhiên của con người Việt Nam thường dao động từ 1 đến 2 Hz, trong khi tần số từ 2 đến 3 Hz tương ứng với việc đi nhanh Tần số lớn hơn 3 Hz thường xảy ra khi con người chạy Tuy nhiên, các giá trị này còn phụ thuộc vào đặc điểm từng người và có thể thay đổi trong một khoảng thời gian nhất định.
Chỉ số gia tốc của cơ thể con người khi đi bộ cho thấy rằng gia tốc hướng lên có giá trị lớn hơn gia tốc hướng xuống do tác động của bàn chân chạm đất Đối với phần đầu, sự khác biệt không rõ rệt do ảnh hưởng của đàn hồi và giãn chấn của các bộ phận Tuy nhiên, gia tốc hướng lên có tác động tích cực hơn so với gia tốc hướng xuống Dưới đây là các đồ thị phân bổ gia tốc của phần thân dưới và phần đầu.
Hình 2.1 Phân bố gia tốc của thân
1- chạy; 2 đi bộ nhanh; 3 đi bộ chậm - - A- chuyển động xuống dưới; B - chuyển động lên trên.
Khi đi bộ, gia tốc cần đạt mức lớn hơn 0,8g (g là gia tốc trọng trường), và khi đi nhanh, gia tốc cần nằm trong khoảng từ 0,8g đến 1g Những giá trị này phản ánh tình trạng gia tốc trong thời gian cụ thể Để đánh giá chính xác độ êm dịu, nhiều tác giả đã sử dụng độ lệch chuẩn của gia tốc, cho rằng giá trị này chính xác hơn so với giá trị trung bình của gia tốc trong khoảng thời gian cụ thể Độ lệch chuẩn gia tốc trong khoảng thời gian t được xác định theo công thức nhất định.
Kết quả thí nghiệm về giá trị gia tốc tính theo độ lệch quân phương của âm thanh niên trong độ tuổi 20-30 cho thấy các giá trị gia tốc nằm trong khoảng 0,4 đến 0,6 g Đồng thời, giá trị gia tốc theo phương thẳng đứng được ghi nhận là có giá trị lớn nhất Dưới đây là đồ thị thể hiện kết quả thí nghiệm.
Hình 2.2 Phân bố gia tốc ở đầu
1- chạy; 2 đi bộ nhanh; 3 đi bộ chậm - - A- chuyển động xuống dưới; B chuyển động lên trên -
2.2.2 Các thí nghi ệm đo rung đố i v ới cơ thể con ngườ i
Định mức dao động cho phép đối với con người
Các thí nghiệm đo rung đối với cơ thể con người
- Sơ đồ nguyên lý c a thi ủ ế t b ị đo:
Thi ế ị đo gồ t b m có: máy phát t n s ; b khu ầ ố ộ ếch đạ i công su ất; bàn rung độ ng; c ả m bi ế n nh n tín hi ậ ệu rung động; máy đo dao độ ng
Hình 2.3 Độ lệch quân phương gia tốc của đầu I- khi đi bộ; II- chạy; a- tốc độ chậm dần; b- tốc độ trung bình; c- tốc độ nhanh
1- gia tốc thẳng đứng; 2 gia tốc nằm ngang; 3 – gia tốc dọc -
Máy phát tín hiệu v i ngu ớ ồn kích động điều hoà (1) hoạt động bằng cách gửi tín hiệu qua bộ khuếch đại công suất (2) rồi đưa vào bàn rung (3) Cảm biến (4) nhận tín hiệu từ bàn rung và truyền về máy đo dao động (5) Máy đo dao động sẽ so sánh tín hiệu phát ra từ máy phát với các tín hiệu điều hoà và đưa ra kết quả Thí nghiệm đo độ rung đối với cơ thể con người sẽ được thực hiện với kích động ngẫu nhiên.
- Sơ đồ nguyên lý c a thi ủ ế t b ị đo: t b do g m có: máy phát tín hi u; b l c tín hi u; b khu i công su t;
Thiế ị ồ ệ ộ ọ ệ ộ ếch đạ ấ bàn rung, c m bi n nh n tín hi ả ế ậ ệu rung động; máy đo dao động Sơ đồ nguyên lý của thi t b ế ị đo hình 2.5.
Nguyên lý làm việc của thiết bị ủ ế ị đo bao gồm việc máy phát tín hiệu (7) phát tín hiệu nguồn kích động ngẫu nhiên qua bộ lọc (1) vào bộ khuếch đại công suất (2), sau đó tín hiệu được truyền vào bàn rung.
Cảm biến nhận tín hiệu từ bàn rung gửi về máy đo dao động, so sánh với tín hiệu phát ra từ máy phát các tín hiệu ngẫu nhiên Sau đó, tín hiệu này được đưa vào máy phân tích để đưa ra kết quả.
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo độ rung với nguồn kích động điều hoà
1- máy phát tín hiệu; 2 bộ khuếch đại; 3 - - bàn rung; 4- cảm biến; 5 máy đo - dao động
17 c, Thí nghi ệm đo biên độ và pha dao độ ng c ơ thể con ngườ i:
- Sơ đồ nguyên lý c a thi ủ ế t b ị đo: t b khu
Thiết bị đo bao gồm bàn rung, các đầu đo, bộ khuếch đại, máy đo pha, và máy ghi kết quả biên độ cùng pha dao động của cơ thể con người.
Nguyên lý làm việc của thiết bị đo dao động gồm bàn rung (1) được kích thích, cùng với các cảm biến (3, 4, 5) để đo các vị trí của bàn rung và cơ thể người Dữ liệu từ các cảm biến sẽ được truyền qua bộ khuếch đại (7) đến máy ghi biên độ (6) và máy đo pha dao động (8), cuối cùng là máy ghi pha dao động (9) Thiết bị này cũng được sử dụng để đo gia tốc dao động của ghế ngồi.
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo độ rung với nguồn kích động điều ngầu nhiên
1- bộ lọc tín hiệu; 2 bộ khuếch đại công suất; 3 - - bàn rung; 4- cảm biến; 5 máy đo dao - động; 6 máy phân tích kết quả -
Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo biên độ và pha dao động của cơ thể con người bao gồm các thành phần chính như bàn rung, cảm biến và máy đo tần số Thiết bị này được sử dụng để khảo sát các dao động của cơ thể, với người thí nghiệm tham gia vào quá trình đo lường Các cảm biến (được đánh số 3, 4, 5) đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu chính xác cho các nghiên cứu về sinh lý học.
7- bộ khuếch đại; 8 máy đo pha; 9 - - máy ghi pha
- Sơ đồ nguyên lý c a thi ủ ế t b ị đo gia tố c: t b bao g m: xylanh thu l c n i gi i lái và khung xe; van
Thiế ị ồ ỷ ự ố ữa cabin ngườ phân phối; bình tích năng; bơm thuỷ l c; thùng ch t l ng; b x lý; các c m bi ự ấ ỏ ộ ử ả ến đo, thi t b ế ị ể hi n th ị
Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo áp suất trong hệ thống này là sử dụng cảm biến để thu thập thông tin về chuyển động của piston Chuyển động này được tạo ra bởi lò xo, giúp truyền tải các tín hiệu đến bộ xử lý Bộ xử lý sau đó sẽ thực hiện các phép tính cần thiết để đưa ra kết quả đo chính xác.
KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI “ ÔTÔ TẢI : NẶNG”
Xây dựng mô hình dao động tương đương
3.1.1 Các khái niệm về thông số tương đương Ô tô là một cơ hệ hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau Mỗi bộ phận được đặc trưng khối lượng và thông số đặc trưng Bộ phận có tác dụng giảm các dao động từ mặt đường lên khung vỏ là hệ thống treo Hệ thống treo là đối tượng chính khi nghiên cứu dao động Để nghiên cứu dao động xe ô tô một cách thuận lợi chúng ta cần phải thiết lập dao động tương đương Trong đó mô hình dao động ô tô cần có đầy đủ các thông số liên quan đến dao động của ôtô
Trước khi thiết lập mô hình dao động tương đương cần thống nhất một số khái niệm sau: a Khối lƣợng đƣợc treo M
Khối lượng được treo M bao gồm các thành phần như khung, thùng, hàng hóa, cabin và các chi tiết khác, tất cả đều tác động lên hệ thống treo Các bộ phận này được kết nối với nhau một cách đàn hồi thông qua các đệm đàn hồi và ổ tựa bằng cao su, dạ, nỉ, giấy công nghiệp Mặc dù các bộ phận không hoàn toàn cứng, khối lượng treo thực chất là một hệ thống liên kết đàn hồi Tùy thuộc vào cấu trúc của ô tô, khối lượng treo có thể được chia thành hai hoặc nhiều khối lượng, liên kết bằng các phần tử đàn hồi và giảm chấn Tuy nhiên, biến dạng giữa các thành phần này là rất nhỏ so với biến dạng của hệ thống treo và lốp, do đó có thể coi khối lượng được treo M là một khối lượng đồng nhất ở dạng phẳng hoặc không gian theo mục đích nghiên cứu.
Khối lượng không được treo bao gồm các bộ phận mà trọng lượng tác động trực tiếp lên lốp xe thay vì hệ thống treo Các bộ phận này bao gồm bán trục, dầm cầu, bánh xe, một số chi tiết của hệ thống treo, truyền động lái, nhíp, giảm chấn và một phần của trục các đăng.
Coi khối lượng không được treo là một vật thể đồng nhất, cứng tuyệt đối với khối lượng m tập trung tại tâm bánh xe Bánh xe không chỉ là hệ thống di chuyển và chịu toàn bộ trọng lượng của xe, mà còn giảm chấn động từ mặt đường, tăng độ êm dịu cho xe Nó thể hiện sự tương đồng với hệ thống treo, bao gồm cả thành phần đàn hồi và thành phần giảm chấn.
Hệ thống treo ô tô kết nối phần được treo M với phần khối lượng không được treo m một cách đàn hồi, giúp giảm chấn động từ mặt đường khi xe di chuyển Nó hoạt động cùng với lốp xe để cải thiện sự êm ái và ổn định trong quá trình lái Các bộ phận chính của hệ thống treo bao gồm:
- Bộ phận đàn hồi: Lò xo, nhíp, thanh xoắn, bình khí Nó được biểu diễn bằng một lò xo có độ cứng K.
- Bộ phận giảm chấn: có nhiệm vụ dập tắt các chấn động Nó được đặc trưng bằng hệ số cản giảm chấn C
- Bộ phận dẫn hướng: gồm có các thành đòn và có nhiệm vụ truyền lực và mô men theo các phương phương
3.1.2 Mô hình dao động xe tải hạng nặng Để đánh giá hiệu quả của hệ thống treo khí so với hệ thống treo phần tử đàn hồi lá nhíp, một ô tô tải 5 cầu hạng nặng với hệ thống treo dạng phụ thuộc được chọn để xây mô hình dao động Mô hình dao động được thể hiện trên Hình 3.1 l10 l9 l6 l5 l 8 l 7 l1 l2 l 3 l4
(a) Nhìn từ mặt bên của xe (b) Nhìn từ mặt trước của xe
Hình 3.1 Mô hình dao động của ô tô tải hạng nặng 5 cầu
Ký hiệu trên hình 1 bao gồm các yếu tố quan trọng như độ cứng của hệ thống treo xe (Kij) và lốp xe (KTkj), cùng với hệ số cản của hệ thống treo (Cij) và lốp xe (CTkj) Ngoài ra, khối lượng không được treo của các cầu xe được ký hiệu là m Ai, trong khi khối lượng được treo của đầu kéo và sơ-mi rơ-moóc lần lượt là M1 và M2 Khoảng cách lơ n, khoảng cách giữa tâm bánh xe bên trái và bên phải (bm), cũng như khoảng cách giữa tâm hệ thống treo bên trái và bên phải của các cầu xe, đều được ghi nhận Các chuyển vị theo phương đứng (zk) và các chuyển vị góc ( k và k) cũng được chỉ định, với các chỉ số i, j, n, k, m tương ứng từ 1 đến 10, 1 đến 5 và 1 đến 6.
Thiế ập phương trình vi phân mô tả dao độ t l ng
Dựa vào mô hình dao động, các phương trình vi phân mô tả dao động của cơ hệ được sử dụng để khảo sát và lựa chọn các thông số thiết kế của hệ thống treo Hiện nay, có nhiều phương pháp để thiết lập các phương trình vi phân miêu tả chuyển động của cơ hệ, như phương trình Lagrange loại II, nguyên lý D’Alambe, và nguyên lý Jourdan kết hợp với phương trình Newton – Euler Tuy nhiên, để thuần hóa mô phỏng bằng máy tính, việc sử dụng nguyên lý D’Alambe kết hợp với cơ sở lý thuyết vật lý là rất cần thiết để thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao động của xe.
Dựa vào cơ sở hệ thống, tách các vật ra khỏi cơ hệ và thay vào đó là các phản ứng liên kết Sau đó, sử dụng nguyên lý D’Alembert để thiết lập phương trình cân bằng cho từng vật cấu thành cơ hệ, rồi liên kết chúng lại với nhau bằng quan hệ lực và momen.
: là t ổ ng các ngo ạ i l ự c tác d ng lên v ụ ậ t.
: là t ổ ng các l c quán tính tác d ự ụ ng lên v t ậ
Mô hình dao độ ng hình 3.1 g ồ m 6 v t: kh ậ ối lượng đượ c treo, kh ối lượng không đượ c treo của các cầu xe và mặt đường
Mô hình xây d ng g m 6 v ự ồ ật:
Thân xe được chia thành hai phần chính: đầu kéo và sơ mi-rơ moóc, với các trọng tâm M1 và M2 đặt tại các trục tâm T1 và T2 Các momen quán tính liên quan đến đầu kéo là I1x và I1y, trong khi sơ mi-rơ moóc có các momen quán tính I2x và I2y Chuyển động của thân xe là sự hợp nhất của ba chuyển động khác nhau.
+ Chuy ển độ ng t nh ti ị ến theo phương Z ứ ng v ới toạ độ suy r ng z ộ 3 và z4
+ Chuyển độ ng quay quanh tr ục Y tương ứ ng to suy r ng ạ độ ộ 3 và 4
+ Chuyển độ ng quay quanh tr ục X tương ứ ng to suy r ng ạ độ ộ 3 và 4
Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về các khối lượng không được treo của xe, bao gồm khối lượng không được treo của cầu trước là thanh tuyệt đối với khối lượng lần lượt mA1 Khối lượng không được treo của cục 2 và cục 3 lần lượt là t m với khối lượng mA2 và mA3, được đặt tại các vị trí trung tâm T1, T2, T5 Các momen quán tính tương ứng là I1, I2, I5 Chuyển động của khối lượng không được treo cầu trước là hợp của hai chuyển động, trong khi chuyển động của khối lượng không được treo cục 2 và cục 3 là hợp của ba chuyển động.
+ Chuy ển độ ng t nh ti ị ến theo phương z ứ ng v i to suy r ng c a các c u l ớ ạ độ ộ ủ ầ ần lượt là z1, z2, z5
+ Chuy ển độ ng quay quanh tr c X t ụ ương ứ ng to suy r ng c a các c u l ạ độ ộ ủ ầ ầ n lượt là 1, 2, 5
+ Chuyển động quay quanh tr ục Y tương ứ ng to suy r ng c a các c u l ạ độ ộ ủ ầ ần lượ t là 2, 5
Mặt đường là nguồn kích thích ô tô dao động và được mô tả bằng các hàm toán học Trong luận văn này, tôi chọn kích thích mặt đường quốc lộ là các hàm ngẫu nhiên trên toàn bẫy chiều dài của nó và sẽ mô tả nó trong phần 2.2.
3.2.1 Thiế ập các phương trình vi phân mô tả dao độ t l ng c ầu trướ c
Theo lý thuyết hệ thống, chúng ta có thể tách liên kết của vật thành ba phần riêng biệt: cơ hệ, phả hệ và tác động Việc này giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc và chức năng của từng phần trong hệ thống Sơ đồ liên kết sẽ minh họa rõ ràng cách thức các phần này tương tác với nhau, từ đó cung cấp cái nhìn tổng quan về động lực và sự phát triển của hệ thống.
Hình 3.2 Sơ đồ ự l c và mô men tác d ng lên c ụ ầu trướ c
* Ph ƣơng trình cân bằ ng l ự c
1 1 C1r K1r C l1 K l1 CT1r KT1r CT l1 KT l1 mA z F F F F F F F F
-3) (3 -L c truy ự ề ừ đườ n t ng truyên qua l p xe tác d ng lên c ố ụ ầu trướ c
+ L ự c đàn h ồ i c ủ a l ố p bên trái c ầu trướ c:
-4) (3 + L ực giả m ch n c ấ ủa lố p bên trái c ầu trước:
-5) (3 + L ự c đàn h ồ i c ủ a l ố p bên ph ả i c ầu trướ c:
-6) (3 + L ực giả m ch n c ấ ủa lố p bên ph i c ả ầu trước:
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá các chuyển vị z1l và z1r, đại diện cho chuyển động hai bên đầu mút bên trái và bên phải Các chuyển vị theo phương thẳng đứng z1l và z1r có liên quan mật thiết đến chuyển vị tại trung tâm, ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của hệ thống Việc hiểu rõ về các chuyển vị này là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Vì chuy n v góc ể ị a1 quá nh do v y tg ỏ ậ a1 a1 Khi đó (3 -8) tr thành: ở
-13) (3 -L c truy ự ề ừ n t thân xe thông qua h th ng treo tác d ệ ố ụng lên câu trướ c:
+ L ự c đàn h ồ i của hệ thố ng treo bên trái c ầu trước:
-14) (3 + L ự c gi ả m ch n c ấ ủ a h ệ th ố ng treo bên trái c ầu trướ c:
-15) (3 + L ự c đàn h ồ i của hệ thố ng treo bên ph i c ả ầu trước:
-16) (3 + L ự c gi ả m ch n c ấ ủ a h ệ th ố ng treo bên ph c ả i ầu trướ c:
Các chuyển động z31l và z31r liên quan đến việc di chuyển hai bên đầu mút bên trái và bên phải ở phía cầu trước của thân xe Chuyển động theo phương thẳng đứng z31l và z31r có liên hệ với chuyển động theo phương thẳng đứng tại trọng tâm T của thân xe, với các chuyển động góc θ1 và φ1 được xác định như sau.
Vì chuy n v góc ể ị b và b quá nh do v y tg ỏ ậ b b và tg b b Khi đó (3-18) tr thành: ở
Thay (3-19) và (3-9)vào (3-14), (3-15), (3-16), (3-17) ta có:
Thay công th c (3-10), (3-11), (3-12), (3-13), (3-20), (3-21), (3-22), (3-23) vào ứ phương trình ( 2) ta có phương trình cân bằ 3- ng l c: ự
* Phương trình cân bằ ng mô men
1 1 1r 1r aqt KT CT KT l CT l
Mô men do các lực đàn hồi và lực cản của bánh xe gây ra ảnh hưởng đến độ ổn định của xe Cụ thể, mô men do lực đàn hồi của lốp xe bên trái tạo ra sẽ tác động đến độ nghiêng của xe, ảnh hưởng đến khả năng điều khiển và an toàn khi di chuyển.
-28) (3 + Mô men do l ực cả n c ủa lốp xe bên trái gây ra đối với cấu trướ c
+ Mô men do l ự c đàn h ồ i c ủ a l ố p xe bên ph ải gây ra đố ớ ấu trướ i v i c c
-30) (3+ Mô men do l ực cả n c ủa lố p xe bên ph ải gây ra đố ớ ấu trướ i v i c c
-Mô men do l ự c đàn h ồ i và lực cả n c a h ủ ệ thống treo gây ra đối với cầu trước:
+ Mô men do l ự c đàn h ồ i c ủ a h ệ th ống treo xe bên trái gây ra đố ớ ấu trướ i v i c c:
M K l 1 F b K l 1 2 K z 1 l 3 b 1 3 l 1 3 z b 1 2 1 b 2 (3-32) + Mô men do l ực cả n c ủa hệ thống treo xe bên trái gây ra đố ớ ấu trướ i v i c c:
M C l 1 F b C l 1 2 C z 1 l 3 b 1 3 l 1 3 z b 1 2 1 b 2 -33) (3 + Mô men do l ự c đàn h ồ i c ủ a h ệ th ố ng treo xe bên ph ải gây ra đố ớ ấu trướ i v i c c:
+ Mô men do l ực cả n c ủa hệ thố ng treo xe bên ph ải gây ra đốivớ ấu trước: i c
M C 1r F b C z C r 1 1 1 r 3 b 2 3 l 1 3 z b 1 1 1 b 1 -35) (3 Thay các công th c (3-28), (3-29), (3-30), (3-31), (3-32), (3-33), (3-34), (3-35) vào ứ công th c (3 ứ -26) ta có:
3.2.2 Thiế ập các phương trình vi phân mô tả dao độ t l ng c u 2 ầ
Hình 3.3 thể hi ện sơ đồ ự l c và mô men tác d ng lên c u xe th 2 Thi t l p ụ ầ ứ ế ậ phương trình cân bằ ng l c và mô men tác d ng lên c u xe ,ta có: ự ụ ầ
Phương trình cân bằ ng l c tác d ng lên c u th 2 ự ụ ầ ứ
CT KT CT l KT l CT KT CT l KT l mA z F F F F
Hình 3.3 Sơ đồ ự l c và mô men tác d ng lên c u th 2 ụ ầ ứ
Thay vào (3-38),(3-39),(3-40),(3-41),(3-42),(3-43),(3-44),(3-45),(3-46),(3-47),(3-48),(3-49) vào công th ức ( 3-37) ta có:
(3-50) Phương trình cân bằng mô men theo phương dọ c thân xe:
I 2x 2 F KT3r F CT3r F KT l3 F CT l3 l 4 F KT2r F CT2r F KT l2 F CT l2 l 3
(3-51) Thay vào -42),(3-43),(3-44),(3-45),(3-46),(3-47),(3-48),(3-49) vào công th c (3- (3 ứ
Phương trình cân bằng mô men theo phương ngang thân xe:
Thay vào (3-38),(3-39),(3-40),(3-41),(3-42),(3-43),(3-44),(3-45),(3-46),(3-47),(3-48),(3-49) vào công th ứ c ( 3-53) ta có:
3.2.3 Thiết lập các phương trình vi phân mô tả dao độ ng c u 3 ầ
Hình 3.4 thể hi ện sơ đồ ự l c và mô men tác d ng lên c u xe th 3 Thi t l p p ụ ầ ứ ế ậ hương trình cân bằ ng l c và mô men tác d ng lên c u xe ,ta có: ự ụ ầ
Hình 3.4 Sơ đồ ự l c và mô men tác d ng lên c u th 3 ụ ầ ứ
Phương trình cân bằ ng l c tác d ng lên c u th 3 ự ụ ầ ứ
CT KT CT l KT l CT KT CT l KT l mA z F F F F
(3-67) Thay vào công th c (3-55) các công th c (3-56) ,(3-57) ,(3-58) ,(3-59) ,(3-60) ,(3-61) ứ ứ
Phương trình cân bằng mô men:
Theo phương trụ c d c thân xe ọ
I 3 5x F KT5r F CT5r F KT l5 F CT l5 l 8 F KT4r F CT4r F KT l4 F CT l4 l 7
(3-69) Thay vào công th c (3-69) các công th c ,(3-60) ,(3-61) ,(3-62) ,(3-63) ,(3-64) ,(3-65) ứ ứ ,(3-66),(3-67) ta có:
Thay vào công th c (3-71) các công th c (3-56) ,(3-57) ,(3-58) ,(3-59) ,(3-60) ,(3-61) ứ ứ,(3-62) ,(3-63) ,(3-64) ,(3-65) ,(3-66),(3-67) ta có:
3.2.4 Thi ế t l ập các phương trình vi phân mô tả da o độ ng sơ mi rơ moóc -
Hình 3.5 Sơ đồ ự l c và mô men tác d ng lên ụ sơ mi rơ moóc -
Trong đó coi khớ p n i gi ố ữa đầ u và sơ mi rơ moóc - là m t h ộ ệ thố ng treo v ới đặc trưng là K b , C b
(3-75) Thay công th ứ c ( 3-74),(3-75),(3-56),(3-57),(3-58),(3-59), vào(3-73) ta có:
Phương trình cân bằng mô m en.
Theo phương trụ c d c thân xe: ọ
Thay công th ức ( 3-74),(3-75),(3-56),(3-57),(3-58),(3-59), vào(3-77) ta có:
Theo phương trục ngang thân xe
Thay công th ức ( 3-56),(3-57),(3-58),(3-59), vào(3-79) ta có:
(3-79) Thay công th ức ( 3-56),(3-57),(3-58),(3-59), vào(3-79) ta có:
3.2.5 Thi ế t l ập các phương trình vi phân mô tả dao độ ng đ ầ u kéo
Chúng ta đã tách liên kết của vế ủ vật trong cơ hệ và thay thế bằng các phản lực liên kết Hình 3.6 minh họa sơ đồ lực và mô men tác dụng lên đầu xe.
Hình 3.6 Sơ đồ ự l c và mô men tác d ng lên thân xe ụ
Thi ế ập phương trình cân bằ t l ng l c và mô men tác d ự ụng lên thân xe tương tự như cầ u trướ c, ta có:
Phương trình cân bằ ng l c tác d ự ụng lên đầ u kéo
Phương trình cân bằ ng mô men theo tr c ngang c a thân xe: ụ ủ
Phương trình cân bằ ng mô men theo tr c d c c a thân xe: ụ ọ ủ
-85) (3 Thay công th c (3-20),(3-21), (3-22), (3-23), (3-38), (3-39), (3-40), (3-41) vào(3-85) ứ ta có:
K ế t lu ậ n: phương trình dao độ ổ
H ệ phương trình vi phân miêu tả dao độ ng c ủa xe đượ c vi ế ạ t d ng t ổng quát dưới đây:
Bài viết đề cập đến ba ma trận quan trọng: M, C, và K, với M là ma trận khối lượng, C là ma trận hệ số đàn hồi, và K là ma trận độ cứng, tất cả đều có kích thước 14x14 Ngoài ra, các véc tơ z̄, z̄, và z̄ tương ứng là véc tơ gia tốc, vận tốc, và chuyển vị của các khối lượng, có kích thước 14x1 Cuối cùng, Q là véc tơ các ngoại lực kích thích cũng có kích thước 14x1.
ỨNG DỤNG MATLAB SIMULINK ĐỂ KHẢO SÁT DAO : - ĐỘNG CỦA GHẾ NGỒI XE TẢI NẶNG
Một số kết quả và đánh giá
Phương trình cân bằ ng mô men theo tr c ngang c a thân xe: ụ ủ
Phương trình cân bằ ng mô men theo tr c d c c a thân xe: ụ ọ ủ
-85) (3 Thay công th c (3-20),(3-21), (3-22), (3-23), (3-38), (3-39), (3-40), (3-41) vào(3-85) ứ ta có: