nghiên cứu mức độ êm dịu của xe bus daewoo bc212ma sử dụng trong tp. hồ chí minh

Trong nền công nghiệp sản xuất ôtô, để nâng cao tính cạnh tranh của thương hiệu, nhiều tập đoàn đặc biệt chú trọng đến nghiên cứu dao động nhằm tạo ra các loại xe nhằm đáp ứng được tính

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HỒ VĂN HÓA

NGHIÊN CỨU MỨC ĐỘ ÊM DỊU CỦA XE BUS

DAEWOO BC212MA SỬ DỤNG TRONG TP HỒ CHÍ MINH

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015

S K C0 0 4 6 2 9

Hướng dẫn khoa học:

PGS.TS NGUYỄN VĂN PHỤNG

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HỒ VĂN HÓA

NGHIÊN CỨU MỨC ĐỘ ÊM DỊU CỦA XE BUS DAEWOO

BC212MA SỬ DỤNG TRONG TP.HỒ CHÍ MINH

NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116

i

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Ngày, tháng, năm sinh: 29/06/1987 Nơi sinh: Tp.HCM

Quê quán: Bình Mỹ, Củ Chi, Tp.HCM Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 1917/20 Phạm Thế Hiển, Phường 6, Quận 8, Tp.HCM Điện thoại cơ quan: không có Điện thoại di dộng: 0906660312

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Cao đẳng :

Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 9 / 2005 đến 9 / 2008

Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Công Nghiệp Tp.HCM

Người hướng dẫn: GVC.Th.s Nguyễn Ngọc Bích

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

5/2011-5/2012 Trường Cao đẳng kỹ thuật Lý Tự Trọng

6/2012 đến nay Trường Cao đẳng kỹ thuật Lý Tự Trọng

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201…

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Hồ Văn Hóa

iii

LỜI CẢM ƠN

Trong khoảng thời gian học tập và nghiên cứu cao học tại trường Đại học Sư Phạm

Kỹ Thuật TP HCM, tôi đã tích lũy được vốn kiến thức quý báo từ quý thầy cô để làm nền tảng cho việc nghiên cứu và tiếp cận tài liệu mới trong nhiều lĩnh vực nhất là lĩnh vực chuyên môn

Để hoàn thành chuyên đề nghiên cứu này đúng thời hạn người nghiên cứu xin chân

thành cảm ơn các quý thầy cô tham gia giảng dạy bậc cao học ngành Kỹ thuật cơ khí động

lực của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều

kiện thuận lợi cho người nghiên cứu hoàn thành chuyên đề sớm nhất

Người nghiên cứu xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn

Phụng đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ, quan tâm sâu sắc và đưa ra những nhận xét, ý

kiến đóng góp, phương hướng khắc phục những sai sót trong quá trình thực hiện chuyên

đề Tuy nhiên trong quá trình thực hiện một phần vì thời gian có hạn, một phần do trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô và bạn bè để đề tài này được hoàn thiện tốt hơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm

Học viên thực hiện

Hồ Văn Hóa

iv

TÓM TẮT

Trong suốt quá trình Việt Nam hội nhập nền kinh tế thế giới, mức sống người dân được nâng cao và hệ quả là nhu cầu về sự tiện nghi, tính tiện lợi ngày càng được chú trọng hơn Những loại sản phẩm có đặc tính trên cũng lần lượt ra đời để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng

Trong nền công nghiệp sản xuất ôtô, để nâng cao tính cạnh tranh của thương hiệu, nhiều tập đoàn đặc biệt chú trọng đến nghiên cứu dao động nhằm tạo ra các loại xe nhằm đáp ứng được tính êm dịu, độ an toàn cao trong chuyển động với những điều kiện về cơ sở

hạ tầng khác nhau ở mỗi quốc gia

Tính êm dịu và độ an toàn xe được chi phối bởi hệ thống treo, đồng thời hệ thống treo cũng có ảnh hưởng đến tính năng động lực học của xe Tính êm dịu của xe chịu sự ảnh hưởng bởi gia tốc thẳng đứng và các chuyển động lắc dọc, lắc ngang của xe gây ra Chuyển động hướng tới của xe chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố, ở đây ta chỉ xét những yếu tố bị chi phối bởi hệ thống treo, yếu tố này là khả năng bám của bánh xe với mặt đường và hệ thống động lực học

Luận văn này là kết quả nghiên cứu mức độ êm dịu của xe Bus “ DAEWOO BC212MA” sử dụng trong TP.HCM bằng cách vận dụng lý thuyết về dao động, xây dựng

mô hình toán học, thiết lập phương trình vi phân mô tả sự chuyển động của ôtô Các thông

số được tính toán trên phần mềm Matlab với kết quả có độ chính xác cao Kết quả tính toán

sẽ được so sánh với các tiêu chuẩn về độ êm dịu để có những đánh giá mang tính khoa học

về độ êm dịu của loại xe này

Để có được đặc tính về độ êm dịu cao, tải trọng va đập bé, tác giả đã sử dụng mô hình động lực học và hệ phương trình vi phân để khảo sát sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến đặc trưng dao động của hệ, đồng thời tìm ra công thức tối ưu cho các thông số

về độ cứng của bộ phận đàn hồi hệ thống treo, và hệ số giảm chấn của hệ thống treo

v

ABSTRACT

During the integration of Vietnam into worldwide economics, Vietnamese standards of living are increased and thus needs for comforts and convenience are too Products with its special use value are produced to meet high demand of the consumer

In automotive industry, to increase the trade mark’s advantages, many corporations already have had special method to research automotive vibration for manufacturing different kinds of products to make them comfortable, safe with the different conditions of infrastructure in each special country

Comfort, safety of vehicle is governed by its suspension system, simultaneously suspension has also affected to dynamical abilities of vehicle Comfortable vehicle is mostly influenced by vertical acceleration and movements of vehicle caused by pitch and roll motions A tractive force of automotive is influenced

by many factors but suspension, which is ability of tire against the road and dynamical coefficient

This thesis is results on research vibration of “DAEWOO BC212MA” automobile, which is widely used in Ho Chi Minh city, by applying vibration theory, building mathematic model, establishing differential equation describing the automobile’s movement All the data has been worked out on Matlab program which provides absolutely right results The results, then, compared with the vibration standards, provide scientific conclusion on the automobile

To device high comfort – characteristic and minimum dynamic loading capacity, researcher used dynamical model and differential equation to survey the influence of structure parameters to typical virbration system, simultaneously to find optimal formula for sping stiffness of suspension

vi

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

Xác nhận của cán bộ hướng dẫn

Lý lịch khoa học i

Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các hình x CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU……… 1

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:……… 1

1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI :……… 1

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:……… 1

1.4 ĐIỂM MỚI VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN :……… 2

1.5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI :……… 2

1.6 BỐ CỤC LUẬN VĂN :……… 2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ XE BUS DAEWOO BC 212 MA………… 3

2.1 GIỚI THIỆU:……… 3

2.2 CÁC THÔNG SỐ CỦA XE BUS DAEWOO BC 212 MA……… 4

2.3 GIỚI THIỆU LOẠI HỆ THỐNG TREO SỬ DỤNG TRÊN XE BUS DAEWOO BC 212 MA:……… 8

2.3.1 Hệ thống treo trước :……… 8

2.3.2 Hệ thống treo sau :……… 8

vii

CHƯƠNG 3: CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG XE

……… 8

3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG ĐẾN CON NGƯỜI :……… 8

3.2 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ÊM DỊU :……… 9

3.2.1 Chỉ tiêu về tần số dao động :……… 10

3.2.2 Chỉ tiêu về gia tốc và vận tốc dao động :……… 10

3.2.3 Chỉ tiêu về công suất dao động :……… 12

3.2.4 Chỉ tiêu về gia tốc và thời gian dao động :……… 13

3.2.5 Chỉ tiêu hạn chế sự va đập của hệ thống treo :……… 13

3.2.6 Chỉ tiêu về độ bám của bánh xe và mặt đường :……… 14

3.2.7 Tiêu chuẩn quốc tế về dao động ôtô :……… 14

3.2.8 Tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam :……… 15

CHƯƠNG 4: CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ MÔ HÌNH DAO ĐỘNG CỦA ÔTÔ……… 19

4.1 KẾT CẤU HỆ DAO ĐỘNG ÔTÔ :……… 19

4.2 KHÁI NIỆM VỀ CÁC THÔNG SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG :……… 20

4.2.1 Khối lượng được treo m2 :……… 20

4.2.2 Khối lượng không được treo m1 :……… 20

4.2.3 Các bộ phận của hệ thống treo :……… 21

4.3 MÔ HÌNH DAO ĐỘNG CỦA XE :……… 24

viii

4.3.1 Mô hình không gian :……… 24

4.3.2 Mô hình phẳng:……… 25

4.3.3 Mô hình dao động tương đương :……… 26

4.3.4.Các thông số của mô hình tính toán :……… 29

CHƯƠNG 5 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT DAO ĐỘNG……… 36

5.1 DAO ĐỘNG ÔTÔ TRONG MẶT PHẲNG DỌC :……… 36

5.1.1 Hàm kích động từ mặt đường :……… 36

5.1.2 Phương trình vi phân tổng quát của hệ dao động trong mặt phẳng dọc:……… 37

5.1.3 Dao động tự do q(t) = 0: 39

5.1.4 Dao động cưỡng bức q(t) ≠ 0 39

5.2 DAO ĐỘNG ÔTÔ TRONG MẶT PHẲNG NGANG :……… 47

5.2.1 Phương trình vi phân tổng quát của hệ dao động trong mặt phẳng ngang :……… 47

5.2.2 Dao động tự do q(t) = 0: 49

5.2.3 Dao động cưỡng bức q(t) ≠ 0: 49

5.2.4 Phương trình vi phân của hệ dao động trong mặt phẳng ngang ……… 50

CHƯƠNG 6 :GIẢI HỆ PHƯƠNG TRÌNH DAO ĐỘNG……… 57

6.1 GIẢI HỆ PHƯƠNG TRÌNH BẰNG MATLAB HOẶC LABVIEW :…… 57

6.1.1 Hệ dao động ôtô trong mặt phẳng dọc : 58

6.1.2 Hệ dao động ôtô trong mặt phẳng ngang : 66

6.2 ĐÁNH GIÁ ĐỘ ÊM DỊU CỦA XE :……… 75

ix

6.2.1 Tốc độ giới hạn khi xe qua độ cao mấp mô : vgh 77

6.2.2 Kết luận : 79

6.3 ĐỀ XUẤT TÍNH TOÁN HỆ THỐNG TREO TỐI ƯU :……… 80

6.3.1 Độ cứng nhíp ( C2 ) :……… 80

6.3.2 Hệ số cản giảm chấn ( K2) :……… 82

CHƯƠNG 7: ĐÁNH GIÁ KẾT LUẬN – HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI… 85 7.1 ĐÁNH GIÁ KẾT LUẬN :……… 85

7.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI :……… 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 92

PHỤ LỤC……… 93

x

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 3.2 : Các giới hạn của gia tốc thẳng đứng trong các khoảng thời gian

tác dụng cho phép theo và hệ trục tọa độ quy định trong ISO 2631 15

Hình 3.3 : Vùng chỉ dẫn sức khỏe của TCVN 6964 18

Hình 4.1 : Quan hệ tần số dao động riêng phần được treo với độ võng tĩnh hiệu dụng 22

Hình 4.2 : Mô hình không gian hệ dao động ôtô Sáu bậc tự do của mô hình 3D dao động ôtô bao gồm : 24

Hình 4.3: Mô hình hệ dao động ôtô trong mặt phẳng dọc 27

Hình 4.4 : Sơ đồ tính toán mô hình dao động ô tô trong mặt phẳng dọc 27

Hình 4.5 : Mô hình hệ dao động ôtô 4 bậc tự do trong mặt phẳng đứng ngang 28

Hình 4.6: Sơ đồ tính toán mô hình dao động ôtô trong mặt phẳng ngang 29

Hình 6.1 : Đồ thị chuyển vị của các thông số thực tế trong mặt phẳng dọc 58

Hình 6.2 : Đồ thị chuyển vị của các thông số tối ưu trong mặt phẳng dọc 59

Hình 6.3: Đồ thị vận tốc của các thông số thực tế trong mặt phẳng dọc 62

Hình 6.4: Đồ thị vận tốc của các thông số tối ưu trong mặt phẳng dọc 62

Hình 6.5: Đồ thị gia tốc của các thông số thực tế trong mặt phẳng dọc 64

Hình 6.6: Đồ thị gia tốc của các thông số tối ưu trong mặt phẳng dọc 65

Hình 6.7 : Đồ thị chuyển vị của các thông số thực tế trong mặt phẳng ngang 67

Hình 6.8 : Đồ thị chuyển vị của các thông số tối ưu trong mặt phẳng ngang 68

Hình 6.9 : Đồ thị vận tốc của các thông số thực tế trong mặt phẳng ngang 70

Hình 6.10 : Đồ thị vận tốc của các thông số tối ưu trong mặt phẳng ngang 71

Hình 6.11 : Đồ thị gia tốc của các thông số thực tế trong mặt phẳng ngang 73

xi

Hình 7.1: Cấu tạo và đặc điểm đóng mở lỗ tiết lưu trên giảm chấn 88

Hình 7.3 : Hoạt động bộ chấp hành 90

ùn tắc giao thông Chính vì lẽ đó mà mạng lưới ôtô bus ra đời phục vụ nhu cầu đi lại cũng như vận chuyển hàng hóa của con người Nhưng với hệ thống giao thông dày đặc, địa hình phức tạp như hiện nay, thì vấn đề đặt ra là làm thế nào để nâng cao độ êm dịu

và thoải mái cho người ngồi trên xe khi xe chuyển động Để giải quyết vấn đề trên được sự hướng dẫn của Thầy PGS TS Nguyễn Văn Phụng là người nghiên cứu chọn

đề tài: “ Nghiên cứu mức độ êm dịu của xe bus DAEWOO BC 212 MA sử dụng trong

TP Hồ Chí Minh”

1.2 MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI :

Mục đích của luận văn là vận dụng lý thuyết dao dộng ôtô để khảo sát tính toán đối với xe bus DAEWOO BC 212 MAtừ đó đánh giá độ êm dịu của xe này Đồng thời phân tích ảnh hưởng của hệ thống treo đến độ êm dịu để đề xuất tính toán đưa ra hệ thống treo tối ưu nhằm nâng cao độ êm dịu của xe

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Từ những thông số ban đầu của xe bus DAEWOO BC 212 MA và các số liệu

do nhà chế tạo cung cấp kết hợp với đo đạc và tính toán, ta tiến hành xây dựng mô hình, thiết lập các hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của hệ Sau đó giải hệ phương trình dao động bằng máy tính tìm ra được các thông số đáp ứng hệ dao động ôtô Từ đó, so sánh với các chỉ tiêu về dao động để đánh giá độ êm dịu của xe và đưa ra

2

biện pháp cải tiến thay đổi các thông số của hệ thống treo nhằm nâng cao độ êm dịu của xe

1.4 ĐIỂM MỚI VÀ GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN :

Trước đây cũng có một số đề tài tốt nghiệp chỉ tính toán dao động trên mặt phẳng dọc (XOZ), còn luận văn này ngoài việc tính toán trên mặt phẳng dọc mà còn tính toán trên mặt phẳng ngang (YOZ) nhằm hạn chế lắc ngang Đứng về thực tiễn luận văn này hoàn toàn có thể phục vụ giảng dạy và là tài liệu tham khảo nghiên cứu về dao động ôtô

1.5 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI :

Trong quá trình chuyển động, ôtô thực chất là một cơ hệ phức tạp với nhiều liên kết đàn hồi giữa các bộ phận có khối lượng khác nhau Việc nghiên cứu tính toán dao động của hệ thống treo trên mô hình toàn bộ xe là quá phức tạp Đề tài này chỉ sử dụng mô hình phẳng để tính toán dao động

1.6 BỐ CỤC LUẬN VĂN :

Luận văn được chia thành 7 chương :

Chương 1 : Mở đầu

Chương 2 : Tổng quan về xe bus DAEWOO BC 212 MA

Chương 3 : Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe

Chương 4 : Các thông số kết cấu và mô hình dao động của ôtô

Chương 5 : Cơ sở lý thuyết dao động

Chương 6 : Giải hệ phương trình dao động

Chương 7 : Đánh giá kết luận và hướng phát triển đề tài

Hình 2.1: Xe Bus DAEWOO BC 212 MA

4

2.2 CÁC THÔNG SỐ CỦA XE BUS DAEWOO BC 212 MA

Nhãn hiệu, Số loại của phương tiện DAEWOO BC212MA

DAEWOO Việt nam

kích thước mm ( dài x rộng x cao) 11940 x 2500 x 3190

euro II – Tu bô tăng áp

hàng, làm mát bằng

nước

5

Đường kính x hành trình (mm x mm) 123 x 155

Công suất lớn nhất / Tốc độ quay 213kw / 2100 v/ph

Mô men xoắn lớn nhất / Tốc độ quay 115 N.m / 1260 v/ph

côn

khiển bằng thuỷ lực hỗ trợ bằng khí nén Tự điều chỉnh hành trình côn

da, dây đai an toàn 3 điểm với chuông cảnh báo

trực tiếp 30000 kcal/h

7

chống trượt

rộng

rộng 1.200mm

Điều khiển bằng điện đóng mở bằng hơi ( Tuỳ chọn kiểu 2 cửa)

Hộp số tự động

Đèn báo hiệu ( Trước, sau trong và ngoài xe)

Ghế dành cho người tàn tật lên xuống xe

Hệ thống điều hành quản lý điện tử trên xe

3.1 ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG ĐẾN CON NGƯỜI :

Ôtô và các phương tiện vận tải nói chung khi chuyển động sẽ sinh ra các dao động như chuyển động lắc dọc, lắc ngang Các dao động này tác động trực tiếp lên người ngồi trên đó Những dao động này dưới dạng sóng cơ học được truyền trực tiếp lên cơ thể con người làm cho cả cơ thể hoặc từng bộ phận cơ thể dao động theo.Tác động của dao động cơ học lên cơ thể phụ thuộc vào: Tần số dao động, cường độ dao động, thời gian tác động, hướng tác động… Nhiều thí nghiệm đã cho thấy :

- Dao động với tần số từ 3 đến 5 Hz gây rối loạn sự lưu thông máu làm bị choáng

- Dao động với tần số từ 5 đến 11 Hz gây rối loạn đường tai trong, ảnh hưởng đến

dạ dày, ruột

9

- Dao động với tần số từ 11 đến 45 Hz làm giảm thị lực, buồn nôn….…

Tuy nhiên giới hạn tác động này đối với từng người là khác nhau và thay đổi với khoảng rộng Dao động của ôtô bao gồm một dải tần số rộng, nên có thể phân ra dao động của khối lượng được treo ở tần số thấp và dao động của khối lượng không được treo ở tần số cao

- Dao động với tần số từ 15 đến 18 Hz con người cảm nhận được và gây ra cảm xúc khó chịu trong thời gian ngắn

- Rung động có tần số từ 15 đến 1500 Hz con người ít cảm nhận rõ có thể gây ra tổn hại đến sức khỏe khi chịu tác động trong thời gian dài

Tình trạng dao động kéo dài sẽ gây tổn thương cho cơ thể con người Mức độ tổn thương tùy thuộc vào biên độ dao động, sự phân bố chuyển động bên trong cơ thể, chiều chuyển động và thời gian chuyển động

Dao động ôtô gây ra các tác hại đến cơ thể người như sau :

- Bệnh về cột sống: Khi chịu dao động trong vùng tần số từ 4 đến 12 Hz

- Bệnh về tiêu hóa: Đối với những người chịu dao động trong thời gian dài

- Những người chịu dao động đến tần số 20 Hz và kéo dài thì nhịp tim và nhịp thở tăng lên gây rối loạn cho cơ thể

- Dao động ở những tần số khoảng 0,1 Hz hoặc thấp hơn gây ra say sóng do chuyển động lắc ngang, quay vòng

Một số dao động có thể không làm nguy hại đến sức khỏe con người nhưng làm giảm khả năng nhạy bén, giảm khả năng thu thập và xử lý thông tin Điều này rất

có hại đến các tài xế chạy xe đường dài

3.2 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ÊM DỊU :

Cơ sở lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ôtô được dựa trên tác động dao động của con người khi đi, chạy bộ … một dạng dao động quen thuộc với đầy đủ các đặc trưng về tần số, gia tốc dao động Nếu chỉ số dao động của con người

10

ngồi trên xe khi chuyển động, không vượt quá các giá trị của các chỉ số dao động khi đi

bộ, chạy thì độ êm dịu của xe chấp nhận được Trong quá trình nghiên cứu về dao động ôtô thì việc lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu là rất quan trọng Tuy nhiên việc lựa chọn các chỉ tiêu phụ thuộc vào sự phát triển của nền kinh tế, khoa học kỹ thuật, dụng cụ đo, trình độ thí nghiệm, trình độ sản xuất chế tạo, lắp ráp ôtô Do đó các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu ở các nước là khác nhau, nhưng có hai chỉ tiêu chung là tần số

và gia tốc dao động Sau đây là một số chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe:

3.2.1 Chỉ tiêu về tần số dao động :

Con người từ nhỏ quen với nhịp điệu bước đi Ở mỗi người do thói quen, vóc dáng khác nhau nên thực hiện bước đi khác nhau Nhưng trung bình mỗi phút thì con người thực hiện được khoảng 60 đến 85 bước đi Vậy ôtô chuyển động êm dịu là khi xe chạy trên mọi địa hình thì dao động phát sinh phải có tần số nằm trong khoảng 60 đến

85 lần/phút Trong thực tế thì tần số dao động ở mỗi loại xe khác nhau

- Đối với xe du lịch thì tần số dao động thích hợp là 60 đến 85 lần/phút

- Đối với xe tải thì tần số dao động thích hợp là 85 đến 120 lần/phút

- Đối với xe khách thì tần số dao động thích hợp là 60 đến 90 lần/phút

3.2.2 Chỉ tiêu về gia tốc và vận tốc dao động :

- Chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu chuyển động dựa vào giá trị của gia tốc thẳng đứng của dao động và số lần va đập do độ mấp mô của bề mặt đường gây ra trên một

km đường chạy Muốn đánh giá được một xe có tính êm dịu chuyển động hay không, cho ôtô chạy trên một đoạn đường nhất định, trong thời gian đó dụng cụ đo đặt trên ôtô

sẽ ghi lại số lần va đập i tính trung bình trên 1 km đường và gia tốc thẳng đứng của xe tương ứng Dựa vào hai thông số đó, người ta so sánh với đồ thị chuẩn xem xe thí nghiệm đạt được độ êm dịu chuyển động ở thang bậc nào, tuy nhiên chưa thật sự chính xác vì theo phương pháp này chưa tính tới thời gian tác động của gia tốc thẳng đứng j

11

Hình 3.1: Đồ thị đặc trưng mức êm dịu chuyển động của ôtô

- Chỉ tiêu về gia tốc và vận tốc dao động được lựa chọn trên cơ sở đánh giá cảm giác xuất hiện trong thời gian dao động Cảm giác được xác định theo hệ số êm dịu chuyển động K Hệ số này là đại lượng không thứ nguyên phụ thuộc vào tần số dao động và gia tốc dao động, hướng của dao động tương ứng với trục cơ thể con người:

xấu

trung bình tốt

A

rất xấu



j;

: Toàn phương gia tốc

K càng nhỏ thì độ êm dịu của xe càng nâng cao, các giá trị K cho phép như sau :

K = 10 ÷ 25 với xe chạy trong thời gian dài

K = 25 ÷ 63 với xe chạy trong thời gian ngắn

Nếu chịu tác động của dao động ngẫu nhiên nhiều tần số, có thể tách chúng thành các dao động điều hòa riêng lẻ, ứng với mỗi dao động điều hòa có tần số fi ta tính được một giá trị Ki , khi đó hệ số K chung sẽ là :

1

n i

i K





3.2.3 Chỉ tiêu về công suất dao động :

Chỉ tiêu này dựa trên giả thuyết rằng các cảm giác của con người trong dao động phụ thuộc vào công suất truyền cho con người đó Công suất trung bình truyền cho người chịu dao động là:

Nc = lim1 ( ) ( )

T

T o

P t xv t dt T

Tất cả các giá trị trên là toàn phương gia tốc đơn vị m/s²

Hệ số K được cho bởi thực nghiệm

Các giá trị cho phép của chỉ tiêu này là :

Nc = 0,2 ÷ 0,3 dễ chịu

Nc = 6 ÷ 10 khó chịu

3.2.4 Chỉ tiêu về gia tốc và thời gian dao động :

Chỉ tiêu này chủ yếu dành cho người lái và những người có thời gian đi trên ôtô lâu Khi ngồi trên xe với khoảng thời gian dài dao động sẽ làm cho cơ thể con nguời mệt mỏi ảnh hưởng đến lao động hay sức khỏe

Dễ chịu : 0,1 m/s²

Gây mệt mỏi : 0,315 m/s²

Gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe : 0,63 m/s²

Các chỉ tiêu trên là quan trọng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô Trong đó chỉ tiêu về tần số dao động là chỉ tiêu đầu tiên cần quan tâm đến Việc đánh giá độ êm dịu của ôtô sẽ càng xác thực nếu được phối hợp với các chỉ tiêu khác Ưu điểm của chỉ tiêu này là có thể tính toán, đo đạc tương đối dễ dàng trong điều kiện nước ta hiện nay

3.2.5 Chỉ tiêu hạn chế sự va đập của hệ thống treo :

Được xác định theo công thức :

14

2 2

0

1lim [ ( ) ( )]

S(t) : Chuyển vị tuyệt đối của tâm bánh xe theo thời gian

Z(t) : Chuyển vị tuyệt đối tại điểm đặt bộ hạn chế trên thân xe theo thời gian

Giá trị D2 không vượt quá giá trị cho phép [D2] cho trước với từng loại xe và loại mặt đường

3.2.6 Chỉ tiêu về độ bám của bánh xe và mặt đường :

Do tác động của dao động, khi bánh bị nhấc khỏi mặt đường sẽ ảnh hưởng xấu đến độ bền, tính an toàn, kinh tế chuyển động chỉ tiêu này được đánh giá bằng toàn phương dịch chuyển tương đối giữa tâm bánh xe với mặt đường, theo công thức:

2 0

1lim [ ( ) ( )]

T s

Với : q(t) hàm biểu diễn độ nhấp nhô của mặt đường

Giá trị Ds không được vượt quá giá trị cho phép [Ds] cho trước với từng loại xe

và loại mặt đường

3.2.7 Tiêu chuẩn quốc tế về dao động ôtô :

Tiêu chuẩn ISO/DIS 2631:

Tiêu chuẩn này đánh giá tính êm dịu chuyển động theo gia tốc thẳng đứng, đưa ra các giới hạn cho phép đối với các giá trị hiệu dụng của gia tốc thẳng đứng của thùng

xe, trên thanh đo loga, người ta định nghĩa hiệu các mức cường độ hiệu dụng của gia tốc bởi biểu thức:

1( )

Z

Lcủa gia tốc thùng xe với các tần số trung bình của giao động thùng xe, đo trên giải tần 1/3 octava (tức hệ trục tọa độ chia theo thang logarit thập phân)

Hình 3.2 : Các giới hạn của gia tốc thẳng đứng trong các khoảng thời gian tác dụng

cho phép theo và hệ trục tọa độ quy định trong ISO 2631

3.2.8 Tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam :

Tiêu chuẩn TCVN 6964: xác định các phương pháp đánh giá rung động toàn thân liên quan đến sức khỏe và độ tiện nghi của con người, khả năng cảm nhận rung

1( )

T : khoảng thời gian đo tính bằng giây

Giả thiết các phản hồi liên quan với năng lượng, hai giá trị rung động tiếp xúc hàng ngày khác nhau được coi là tương đương khi:

aw1 T11/2=aw2 T21/2

Trong đó :

aw1 , aw2 : các giá trị gia tốc r.m.s theo tần số đối với lần tiếp xúc thứ nhất và thứ hai

T1 , T2 : khoảng thời gian cho lần tiếp xúc thứ nhất và thứ hai

Khi tiếp xúc với rung động gồm hai hay nhiều khoảng tiếp xúc có cường độ và thời gian khác nhau, độ lớn của rung động theo năng lượng tương đương ứng với tổng thời gian tiếp xúc có thể đánh giá theo công thức:

17

Một số nghiên cứu chỉ ra rằng độ lớn của rung động tương đương khác có thể xác định theo công thức :

4 ,

wi i

w e

i

a T a

T : là khoảng thời gian tiếp xúc tính bằng giây

Đánh giá rung động dựa vào đồ thị sau : Các đường gạch gạch chỉ các vùng cần chú ý với mục đích chỉ dẫn sức khỏe Đối với các tiếp xúc bên dưới vùng trên, ảnh hưởng đến sức khỏe không có minh chứng bằng tài liệu rõ ràng hoặc quan sát khách quan : trong vùng đó cần thận trọng với các tiềm ẩn về rủi ro sức khỏe và bên trên vùng

đó, các rủi ro với sức khỏe có khả năng xảy ra Sự khuyến cáo này là cơ sở chính về sự tiếp xúc trong khoảng thời gian từ 4 h đến 8 h, được chỉ ra trong vùng gạch chéo ở hình dưới Với thời gian tiếp xúc ngắn hơn cần có những nghiên cứu thận trọng Các nghiên cứu khác nói lên sự độc lập của thời gian qua mối tương quan sau :

aw1 T11/4=aw2 T21/4Chỉ dẫn đối với sức khỏe trong vùng này là các đường chấm chấm trên hình dưới :

18

Hình 3.3 : Vùng chỉ dẫn sức khỏe của TCVN 6964

Bảng sự phản ứng của cơ thể đối với những mức rung động khác nhau (TCVN 6964) :

Nhỏ hơn 0,315 m/s2 Không có cảm giác, không thoải mái

Từ 0,315 đến 0,63 m/s2 Có cảm giác chút ít về sự không thoải mái

Từ 0,5 đến 1 m/s2 Có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái

Từ 0,8 đến 1,6 m/s2 Không thoải mái

Từ 1,25 đến 2,5 m/s2 Rất không thoải mái

Lớn hơn 2 m/s2 Cực kỳ không thoải mái

19

CHƯƠNG 4: CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU VÀ MÔ HÌNH DAO ĐỘNG CỦA ÔTÔ

4.1 KẾT CẤU HỆ DAO ĐỘNG ÔTÔ :

Kết cấu hệ dao động ôtô gồm 4 phần chính:

- Phần được treo:Là bộ phận chủ yếu của ôtô, bao gồm khung, thùng, hệ thống động

lực và các cơ phận khác liên kết với nhau Toàn bộ khối lượng của các bộ phận này được đặt lên hệ thống đàn hồi và dẫn hướng, gọi là hệ thống treo

- Phần không được treo: Gồm có cầu - dầm cầu, hệ thống chuyển động (bánh xe),

cơ cấu dẫn động lái … Trọng lượng của phần này không tác dụng lên hệ thống treo Có một số cơ phận của ôtô vừa được lắp lên phần được treo, vừa được lắp lên phần không đượctreo như: nhíp, giảm chấn, trục các đăng…Do đó một phần khối lượng của chúng được xem như thuộc phần được treo và nửa kia thuộc phần không được treo

- Hệ thống treo: Là bộ phận bao gồm các phần tử đàn hồi, giảm chấn, liên kết và

dẫn hướng Các bộ phận này nối thùng xe với các cầu và bánh xe ôtô, từng bộ phận này

có các phạm vi hoạt động khác nhau

o Bộ phận đàn hồi làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ mặt đường, đảm bảo tính êm dịu cần thiết

o Bộ phận giảm chấn để dập tắt các dao động phần được treo của ôtô

o Bộ phận dẫn hướng để truyền lực dọc và mô men từ mặt đường tác dụng lên bánh xe Động học của bộ phận dẫn hướng xác định tính chất dịch chuyển tương đối giữa bánh xe và khung xe

- Lốp: Là thành phần đàn hồi thực hiện việc nâng đỡ và truyền lực cho ôtô, đảm bảo

cho bánh xe tiếp xúc tốt với mặt đường và làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng lên phần không được treo

20

4.2 KHÁI NIỆM VỀ CÁC THÔNG SỐ TƯƠNG ĐƯƠNG :

Ôtô là một hệ dao động bao gồm nhiều bộ phận nối với nhau Mỗi bộ phận có khối lượng và các thông số đặc trưng riêng của nó Bộ phận có tác dụng làm giảm chấn động từ mặt đường lên là hệ thống treo, nó là đối tượng chính khi nghiên cứu dao động Bản thân hệ thống treo cũng có các thông số đặc trưng Các thông số của hệ thống treo luôn luôn đi kèm với một bộ các thông số khác của ôtô như: khối lượng được treo, khối lượng các phần tử không được treo, tỷ lệ phân phối khối lượng trên các cầu….hình thành một thể thống nhất quyết định đến các chỉ tiêu về độ êm dịu, ổn định chuyển động của ôtô

Để tính toán dao động ôtô, thông thường ta phải mô tả ôtô bằng sơ đồ dao động tương đương Trong sơ đồ tương đương phải có đầy đủ các đại lượng chủ yếu liên quan đến dao động ôtô như: khối lượng được treo M, khối lượng không được treo m, hệ thống treo

Khối lượng được treo m2 gồm những cụm chi tiết mà trọng lượng chúng tác động lên hệ thống treo như khung, thùng xe, hành khách, hàng hóa và một số các chi tiết khác….Trong hệ dao động tương đương, khối lượng được treo được xem là một vật thể đồng nhất, cứng hoàn toàn

Khối lượng không được treo m1 là những cụm chi tiết mà trọng lượng của chúng không tác động lên hệ thống treo mà chỉ tác động lên lốp và truyền xuống mặt đường

Ta có thể xem phần không được treo là vật thể đồng nhất, cứng hoàn toàn có khối lượng m1 tập trung vào tâm bánh xe

Hệ số khối lượng là tỷ số giữa khối lượng được treo m2 và khối lượng không được treo m1:

Ôtô du lịch: m = 6,5  7,5 Ôtô tải: m = 4  5

4.2.3 Các bộ phận của hệ thống treo :

Hệ thống treo trên ôtô có nhiệm vụ nối phần được treo M và phần không được treo m một cách đàn hồi Nó cùng với lốp làm giảm những chấn động gây nên do những mấp mô của mặt đường khi xe chuyển động Hệ thống treo gồm những thành phần sau :

Thành phần đàn hồi :

Bộ phận đàn hồi có thể gồm một hay một số phần tử đàn hồi và chúng có thể được chia thành loại phần tử đàn hồi bằng kim loại hay loại phần tử đàn hồi phi kim loại Phần tử đàn hồi kim loại thường là nhíp (dùng ở hệ thống treo phụ thuộc và độc lập), lò xo xoắn ốc và thanh xoắn (hệ thống treo độc lập) Phần tử đàn hồi phi kim loại, gồm có các loại đàn hồi bằng cao su, loại đàn hồi khí ép, loại thủy lực

Khi tính đến độ êm dịu chuyển động (các dao động) tần số dao động riêng cần thiết n phải có độ võng tĩnh hiệu dụng ft quyết định Quan hệ giữa ft và n theo công thức tính tần số dao động riêng của hệ thống treo n

t f

300



Như vậy có thể xác định độ võng tĩnh theo tần số dao động riêng n của hệ thống Nói chung ft cho ôtô du lịch không nên nhỏ hơn 150300mm, đối với xe buýt ft

- Ôtô du lịch: 

tt

ts f

23

Bộ phận giảm chấn :

Lực cản trong hệ thống treo trực tiếp ảnh hưởng đến việc dập tắt các dao động của vỏ cầu, các dao động này phát sinh khi ôtô chạy trên đường không bằng phẳng Lực cản chính là lực ma sát trong phần tử đàn hồi, như ma sát giữa các lá nhíp, bạc lót, chốt nhíp, ma sát trong các khớp dẫn hướng, ma sát trong vật liệu của lốp và các chi tiết bằng cao su trong hệ thống treo

Để hệ thống treo vừa mềm lại vừa dập tắt nhanh dao động, cần giảm ma sát cơ đến tối thiểu, để cho giảm chấn thủy lực đóng vai trò chính trong việc dập tắt các dao động

Bộ phận dẫn hướng :

Bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo có mục đích: xác định tính chất chuyển động của bánh xe đối với mặt tựa và vỏ xe, đồng thời góp phần vào việc truyền lực và mômen giữa bánh xe và vỏ xe

Lực phát sinh giữa bánh xe và mặt đường có thể gộp lại làm ba phản lực chính: lực thẳng đứng Z, lực dọc X và lực ngang Y Các mô men do các lực X, Y, Z lần lượt

là MX, MY, MZ có thể có giá trị khác nhau đối với bánh xe bên trái hoặc bánh xe bên phải Các chi tiết hệ thống treo truyền những phản lực và mômen lên khung xe

Đường mấp mô phát sinh lực động Z và mômen MX truyền lên thùng xe nhờ bộ phận đàn hồi Lực dọc X, lực ngang Y và các mômen MX, MZ truyền qua bộ phận dẫn hướng của hệ thống treo

Sự đàn hồi của lốp :

Tính chất đàn hồi của lốp ôtô có ảnh hưởng quan trọng đến đặc tính chuyển động êm dịu của ôtô Lốp có thể đàn hồi theo phương hướng kính, phương ngang và phương tiếp tuyến Sự tổn thất do nội ma sát trong sẽ phát sinh nhiệt và nung nóng lốp

24

xe khi chuyển động, làm ảnh hưởng xấu đến đặt tính đàn hồi Vì vậy cần tìm biện pháp giảm sự ma sát trong của lốp

4.3 MÔ HÌNH DAO ĐỘNG CỦA XE :

4.3.1 Mô hình không gian :

Bất kỳ một cơ hệ vật rắn nào chuyển động tự do trong không gian cũng đều cần đến 6 bậc tự do để có thể mô tả hoàn toàn chuyển động của nó Ôtô có 3 thành phần khối lượng tiêu biểu (thân xe, khối lượng không được treo phía trước, khối lượng không được treo phía sau) và 8 bộ phận lò xo (4 bánh xe và 4 lò xo của hệ thống treo) tiêu biểu cho một hệ dao động với nhiều bậc tự do Vì thế hệ 8 phương trình vi phân cần được giải đồng thời mới có thể mô tả hoàn toàn chuyển động của ôtô Trường hợp tiêu chuẩn tiện nghi cho con người được quan tâm đặc biệt, mô hình dao động ôtô còn phải tách riêng thêm khối lượng người ngồi đặt trên một lò xo của ghế ngồi

Hình 4.2 : Mô hình không gian hệ dao động ôtô

Sáu bậc tự do của mô hình 3D dao động ôtô bao gồm :

25

Chuyển động tịnh tiến

Trục X Tịnh tiến dọc (Performance) Trục Y Tịnh tiến ngang (Side slip) Trục Z Nhún (bounce)

Chuyển động quay

Trục X Quay ngang (đưa võng) (Roll) Trục Y Quay dọc (phi ngựa) (Pitch) Trục Z Quay lệch hướng (Yaw)

Theo 6 bậc tự do trong mô hình dao động ôtô sẽ có 6 loại dao động tương ứng, tất cả các dao động trên đều ảnh hưởng đến con người song mức độ ảnh hưởng có khác nhau Khi nghiên cứu tính êm dịu chuyển động vì có một số dao động ít ảnh hưởng nên

mô hình có thể đơn giản hóa thành mô hình phẳng 4 bậc tự do Chủ yếu là nhún, lắc dọc và lắc ngang xét trong mặt phẳng xoz và yoz

4.3.2 Mô hình phẳng:

Trong mô hình phẳng toàn bộ phần khối lượng được treo m2 được coi là một vật thể tuyệt đối cứng và đồng nhất Bỏ qua độ cứng của các chi tiết và các mối liên kết Khối lượng được treo được mô tả như một hình chữ nhật đồng nhất

Trong đó:

O: là trọng tâm xe, khối lượng được treo m2 đặt tại trọng tâm xe O

A, B : là vị trí mặt hệ thống treo trước và sau

m1t, m1s (kg): khối lượng không được treo đặt lên hệ thống treo trước và treo sau

l (m): chiều dài cơ sở của xe

a, b (m): là tọa độ trọng tâm xe

Khối lượng không được treo ở mỗi cầu được quy về tâm của bánh xe (xem như

là chất điểm có khối lượng) Khi hệ thống treo làm việc, bên trong hệ thống có phát

26

sinh lực ma sát, các nguồn kích động trên xe được bỏ qua và coi nguồn kích động duy nhất là các mấp mô mặt đường

4.3.3 Mô hình dao động tương đương :

Mô hình dao động trong mặt phẳng dọc :

Xem khung thùng xe là một dầm phẳng đồng nhất cứng tuyệt đối, xem sự dao động ở bánh xe bên phải và bên trái là đồng bộ ta rút gọn bậc tự do xuống còn 4 bậc Với các giả thiết như trên, có thể xây dựng mô hình tương đương của ôtô Hình dưới đây biểu diễn sơ đồ dao động tương đương của ôtô khi tất cả các bánh xe đều tiếp xúc với mặt đường Các ký hiệu trên hình vẽ:

C2t, C2s: là độ cứng của hệ thống treo trước và hệ thống treo sau

K2t, K2s:là độ cản của hệ thống treo trước và hệ thống treo sau

C1t, C1s : là độ cứng hướng kính của lốp trước và lốp sau

K1t, K1s :là độ cản của lốp trước và lốp sau

Jy : mô men quán tính đối với trục y

m1t: khối lượng không được treo cầu trước

m1s: khối lượng không được treo cầu sau

qo : chiều cao mấp mô

m2: khối lượng được treo

27

Hình 4.3: Mô hình hệ dao động ôtô trong mặt phẳng dọc

Hình 4.4 : Sơ đồ tính toán mô hình dao động ô tô trong mặt phẳng dọc

Mô hình dao động trong mặt phẳng đứng ngang :

Khi ôtô chuyển động trên đường, mấp mô dưới bánh xe bên trái và bên phải khác nhau sẽ dẫn đến hiện tượng lắc ngang và xóc Để quá trình khảo sát dao động đơn