Luận án nhằm lựa chọn và xác định các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe ô tô khách SXLR bằng lý thuyết và bằng thực nghiệm; khảo sát các yếu tố ảnh hưởng, đặc biệt là độ cứng ghế ngồi để từ đó đề ra biện pháp trong thiết kế ghế và bố trí ghế đảm bảo giảm thiểu tác hại của dao động ô tô tới sức chịu đựng của con người.
-1MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Việc sản xuất, lắp ráp xe ôtô khách nước giai đoạn cần thiết Nó góp phần cải thiện điều kiện lại người dân, đồng thời tiết kiệm ngoại tệ cho đất nước Tuy nhiên, điều cần quan tâm công nghệ chế tạo linh kiện, độ bền, độ êm dịu đảm bảo thuận lợi cho người ngồi xe khách Hiện tại, việc sản xuất lắp ráp xe ô tô khách nước thực cách nhập ngoại sát xi tơ khách, đóng thân vỏ, ghế ngồi trang trí nội thất Bước tăng cường nội địa hóa chế tạo động cơ, hệ thống truyền lực, khung xe, nhíp tiến tới hồn thiện việc sản xuất, lắp ráp (sau viết tắt SXLR) xe ô tô khách loại nước Do cơng nghệ thấp, bố trí ghế ngồi chưa hợp lý, độ cứng ghế ngồi chọn tùy tiện dẫn đến tính êm dịu chuyển động Khi dao động tác động lâu dài làm cho người lái, hành khách mệt mỏi căng thẳng thần kinh, dễ gây tai nạn giao thông Do vậy, nghiên cứu êm dịu chuyển động ảnh hưởng dao động ô tô khách sản suất lắp ráp Việt Nam tới người lái hành khách vấn đề nhiều tác giả quan tâm Mục tiêu nghiên cứu - Lựa chọn xác định tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động xe ô tô khách SXLR lý thuyết thực nghiệm - Khảo sát yếu tố ảnh hưởng, đặc biệt độ cứng ghế ngồi để từ đề biện pháp thiết kế ghế bố trí ghế đảm bảo giảm thiểu tác hại dao động ô tô tới sức chịu đựng người Những nội dung cần giải - Lựa chọn tiêu đánh giá dao động êm dịu chuyển động ơtơ khách -2- Thiết lập mơ hình tốn học để khảo sát ảnh hưởng số thông số kết cấu khai thác tới tiêu êm dịu chuyển động - Thí nghiệm xác định thơng số đầu vào mơ hình dao động đánh giá sức chịu dao động người - Đề xuất hướng cải thiện thiết kế ghế ngồi bố trí ghế nhằm giảm thiểu tác hại dao động ô tô tới sức chịu đựng người lái hành khách Phương pháp nghiên cứu Kết hợp lý thuyết thực nghiệm, sử dụng thiết bị thí nghiệm đại Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ở Việt Nam, tiêu êm dịu mà luận án lựa chọn để khảo sát coi chưa có - Mơ hình tơ khách hai trục thơng số đầu vào cho mơ hình thí nghiệm xác thiết bị đại - Kết nghiên tài liệu tham khảo tốt cho giảng dạy, nghiên cứu khoa học, sở sản xuất quan quản lý nghiên cứu, thiết kế, ban hành luật có liên quan tới êm dịu chuyển động ô tô khách sức chịu dao động người CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm Hệ thống “Đường - Ơtơ - Con người” Khi nghiên cứu dao động, người ta thường coi ôtô hệ thống nằm mối liên hệ chặt chẽ với đường người xe Dao động ôtô gây ảnh hưởng xấu tới người (lái xe hành khách) tới an toàn hàng hoá chuyên chở Đồng thời người với tư cách khối lượng treo có ảnh hưởng tới dao động ôtô Nghiên cứu hệ thống “Đường - ôtô - người” -3có thể tiến hành theo hướng: nghiên cứu biên dạng mặt đường, nghiên cứu dao động ôtô, nghiên cứu sức chịu dao động người an tồn hàng hố chun chở 1.2 Khái niệm ảnh hưởng dao động đến người Khi ơtơ chuyển động, dao động ảnh hưởng lớn đến sức chịu đựng người ngồi xe Những rung động học thân người hay phận riêng lẻ thể phức tạp gây nên hàng loạt thay đổi trạng thái chức năng, khả làm việc sức chịu đựng Tác động rung động học đến thể phụ thuộc vào: tần số rung động, cường độ rung động (biên độ), độ liên tục tác động phương hướng - Những rung động với tần số từ đến Hz gây nên phản ứng tuyến tiền đình gây nên rối loạn dịch chuyển máu - Dao động với tần số từ đến 11 Hz tạo rối loạn tai trong, đồng thời tạo cộng hưởng rung động toàn thân - Những rung động với tần số từ 11 đến 45 Hz gây rối loạn chức hàng loạt quan nội tạng (trong có niệu quản) 1.3 Tổng quan tiêu liên quan đến độ êm dịu chuyển động ô tô 1.3.1 Tần số dao động riêng Theo tần số dao động riêng hệ dao động (bao gồm 01 khối lượng đặt 01 lò xo) hiểu số dao động hệ C phút giây: (1.1) ω= ;(rad / s) M Trong đó: C độ cứng phần tử đàn hồi hệ dao động; M khối lượng đặt phần tử đàn hồi Theo lý thuyết ô tô, ô tô khách 02 trục tần số dao động riêng dao động phụ thuộc (tần số dao động liên kết) -4Ω 12, = ⎡ ω2 + ω2 ± 2 (1 − η η ) ⎣ ( ) η η ω 12 ω 22 ⎤ ; [ d / s ] ⎦ (1.2) Ω1,2 : Tần số dao động riêng khối lượng treo trục trước, sau η1,2 : Hệ số liên kết; ω1,2: Tần số dao động độc lập trục 1.3.2 Gia tốc dao động Xét hàm kích thích có dạng : qi = q0i [1-cos( υt)]; Gia tốc dao động : Trong đó: Z v = ω0i 4ψ υ +ω (ωai2 − υ ) + ψ ai2 ωai υi2 2 i i (1.7) (1.8) ψai: hệ số dập tắt dao động trục thứ i; ωai: tần số dao động riêng trục thứ i 1.3.3 Chỉ tiêu hệ số êm dịu Hệ số êm dịu K đưa tập thể kỹ sư Đức (VDI) Tác giả cho cảm giác người chịu dao động phụ thuộc vào hệ số độ êm dịu chuyển động K theo công thức 1.10 K = 12, + 0, 01.n v Trong : nv Zc && = Z 18 + 0, 01.n v && = K Z && Z c y c (1.10) - tần số dao động (Hz), Z - gia tốc dao động (m.s - 2) - gia tốc bình phương trung bình (m.s - 2) 1.3.4 Chỉ tiêu công suất dao động Chỉ tiêu dựa sở giả thuyết cảm giác người chịu dao động phụ thuộc vào trị số cơng suất dao động T trung bình truyền đến họ: N = Lim P(t).v(t).dt c ∫ T (1.12) 1.3.5 Chỉ tiêu đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động độ dài thời gian tác động Tổ chức quốc tế tiêu chuẩn hoá ISO đưa năm 1969 cho phép đánh giá tác dụng dao động người ngồi xe Cảm giác đánh giá theo ba mức: thoải mái, mệt mỏi giới hạn -5Giá trị dao động tới hạn eVDV - Giá trị gia tốc tới hạn eVDV (estimate vibration dose value) đặc trưng cho giới hạn nguy hiểm đến sức khỏe người dao động xe ôtô khách khoảng thời gian dài Các giá trị phụ thuộc vào thời gian dao động gia tốc bình phương trung bình theo tần số tính theo 1.18: eVDV = 1,4.aRMS T1/4 (1.18).(aRMS giá trị bình phương trung bình gia tốc dao động) - Chỉ tiêu giá trị dao động giá trị ước lượng gia tốc trung bình bậc VDV: Trong đó: ⎡T ⎤ VDV = ⎢ ∫ a (t ).dt ⎥ ⎣ t =0 ⎦ 1/ ( m / s1,75 ) (1.17) a(t): gia tốc tức thời theo thời gian; T: khoảng thời gian khảo sát 1.4 Những kết nghiên cứu êm dịu chuyển động tơ ngồi nước 1.4.1 Các nghiên cứu giới Về biên dạng mặt đường, tác P.B Poтeнбepг 1972, А А Хачатуров - 1976 công bố cách đầy đủ phương pháp mô tả mấp mô biên dạng mặt đường hàm xác định (mấp mô đơn, mấp mô dạng hàm điều hòa ) P.B Poтeнбepг số tác giả khác trình bày chi tiết ảnh hưởng dao động đến người, tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ô tô như: K, Nc, Z&& tb Một số tác giả khác Alexander S.J, Benson A.J, công bố kết nghiên cứu sức chịu dao động người 1.4.2 Các nghiên cứu nước Trong nước, có số cơng trình, luận án tiến sỹ nghiên cứu có liên quan tới độ êm dịu chuyển động T.S Lưu Văn Tuấn, dao -6động ô tô T.S Võ Văn Hường, biên dạng mặt đường T.S Trần Minh Sơn, điều kiện khai thác ô tô T.S Đào Mạnh Hùng Qua phân tích nêu trên, nhận thấy mối quan hệ “Đường ôtô - người” nghiên cứu phần theo nội dung riêng biệt lý thuyết thực nghiệm đạt số kết định 1.5 Tiêu chuẩn đánh giá độ êm dịu chuyển động hành Việt Nam Các tiêu chuẩn liên quan tới đánh giá dao động cho ôtô khách: chưa có tiêu chuẩn riêng mà đánh giá tiêu dao động theo yêu cầu mục 4.6.3 22TCN 307-06 “ Tần số dao động riêng phần treo xe ô tô khách trạng thái đầy tải xác định theo tiêu chuẩn 22TCN 336-05 không lớn 2,5 Hz” 1.6 Kết luận chương I - Dao động tơ chuyển động có ảnh hưởng lớn đến sức chịu đựng người Con người nhậy cảm với dao động dải tần số từ - Hz - Các nghiên cứu nước chủ yếu quan tâm tới ô tô, mặt đường, chưa có nghiên cứu đề cập tới truyền dao động từ ô tô đến người - Kế thừa kết nghiên cứu nước giới nghiên cứu đề xuất mục tiêu, phạm vi, phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG II - XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC HỆ “ĐƯỜNG - Ơ TƠ - CON NGƯỜI” 2.1 Lựa chọn tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động Nhìn chung, tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ô tô nêu đơn lẻ chưa đồng lạc hậu, kể tiêu -7chuẩn hành Việt Nam Do đó, nghiên cứu sinh xin lựa chọn tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ô tô khách SXLR Việt Nam sau: - Tần số dao động riêng: Chỉ tiêu đặc trưng cho mức độ quen chịu dao động người (nếu coi bước người thực dao động) - Gia tốc theo thời gian tác dụng bao gồm: T +Gia tốc bình phương trung bình aRMS: a RMS = +Lượng dao động tới hạn eVDV: +Lượng dao động VDV : && Zn dt ;(m / s ) T ∫ eVDV = 1,4.a RMS.T1/4 ;(m / s1,75 ) ⎛ (2.2) 1/4 T ⎞ ⎜ ⎝0 ⎟ ⎠ ∫ (2.1) && 4n (t).dt ⎟ ; (m / s1,75 ) VDV = ⎜ Z (2.4) Trong đó: T khoảng thời gian khảo sát (s); && gia tốc thẳng đứng người ngồi ghế (m/s2) Z n 2.2 Các loại mô hình nghiên cứu dao động hệ “Đường - Ơ tơ Con Người” 2.2.1 Phân tích loại mơ hình dao động tơ khách Ơ tơ nói chung tơ khách nói riêng coi hệ dao động học bao gồm nhiều thành phần có mối liên hệ phức tạp với thông qua phần tử đàn hồi giảm chấn Ngoài ra, muốn sâu nghiên cứu ảnh hưởng dao động ô tô đến người, mô hình dao động cần bổ sung thêm hệ thống ghế người ngồi 2.2.2 Mơ hình dao động khơng gian Z C p2 C2 ϕy Zn ϕnx Cg C p1 C1 C L1 K L1 q 1R Kg KH K L2 CL2 M Jy Jx q 2R Y C p1 C1 K1 Z1 ϕ1 CH Jn X m2 ϕ2 ϕx ϕny Mn K2 K1 m1 J C L1 K L1 q 1L C p2 C2 K2 C L2 K L2 Z2 J q 2L Hình 2.1 Mơ hình dao động khơng gian tương đương ô tô khách trục -82.2.3 Mô hình dao động phẳng Zn Mn Cg Zs M Z Kg ϕ M Zs M C1 Cs Ks Cs m CL C L1 KL Z2 m2 (a) C L2 K L1 q1 q (t) q (t) K L2 q2 a b L (b) Hình 2.2 Mơ hình dao động ¼ K2 Z1 m1 Zu Zu KL C2 K1 Ks m CL Jy Hình 2.4 Mơ hình dao động ½ 2.3 Xây dựng mơ hình tốn học hệ “Đường - Ơ tô - Con người” 2.3.1 Các giả thiết xây dựng mơ hình - Khối lượng ơtơ phân bố đối xứng qua mặt phẳng vng góc với mặt đường qua trục dọc - Độ mấp mô biên dạng đường bên trái bên phải bánh xe trục - Toàn khối lượng treo quy dẫn trọng tâm coi cứng tuyệt đối Nó biểu thị khối lượng M mô men quán tính trục ngang Y qua trọng tâm Jy Có bậc tự dịch chuyển theo phương thẳng đứng Z góc lắc dọc ϕ - Phần khối lượng không treo tương ứng cầu trước cầu sau m1, m2 Một bậc dịch chuyển thẳng đứng z1, z2 tương ứng trục trước sau - Coi đặc tính đặc tính đàn hồi hệ thống treo lốp tuyến tính, với độ cứng hệ thống treo trước sau C1, C2 ; độ cứng hướng kính lốp CL1, CL2 - Bỏ qua nguồn kích thích dao động xe Coi mấp mô mặt đường nguồn kích thích dao động - Khi chuyển động bánh xe ln tiếp xúc với mặt đường, khơng có tượng tách bánh -92.3.2 Xây dựng mơ hình nghiên cứu Zn Mn X Cg Kg Z ϕ C1 Hình 2.5 Mơ hình Jy M C2 K1 K2 Z2 m2 Z1 m1 C L1 C L2 K L1 q1 rộng (lắp ghế K L2 q2 a dao động ½ mở sàn xe) b L Giống mơ hình ½ mặt phẳng dọc thông thường đây, hệ dao động có thêm phần tử ghế người ngồi lắp đặt sàn xe (trên khối lượng treo sở) Các dao động từ ôtô truyền tới người qua sàn xe ghế Trong nhiều trường hợp, ghế làm giảm bớt tác động dao động thân xe lên người Để thuận lợi cho nghiên cứu thí nghiệm sau này, nghiên cứu sinh khảo sát mơ hình ¼ coi người chịu kích thích dao động từ sàn xe mà khơng phải từ mặt đường (hình 2.6) Zn Mn Cg Kg Z(t) Hình 2.6 Mơ hình dao động ¼ coi nười chịu kích thích dao động từ sàn xe 2.4 Xây dựng hệ phương trình vi phân mơ tả dao động hệ 2.4.1 Các phương pháp thiết lập hệ phương trình vi phân Để mô tả dao động ô tô, cần tiến hành xây dựng phương trình vi phân cấp hai Hệ phương trình thiết lập nhiều phương pháp Để lập phương trình cho hệ nhiều vật có -10phương pháp chính: Sử dụng ngun lý Dalambe phương trình Lagrange II hệ tọa độ suy rộng 2.4.2 Lựa chọn phương pháp thiết lập hệ phương trình vi phân Cả hai phương pháp xây dựng hệ phương trình cho hệ dao động nêu sử dụng chương trình mơ theo thời gian (Matlab - Simulink) để giải cách dễ dàng Nhưng để đảm bảo xác, NCS chọn phương pháp xây dựng theo Lagrange II 2.4.3 Lựa chọn hàm kích thích dao động từ mặt đường Trong thực tế, kích thích dao động mặt đường đa dạng, loại mặt đường tồn nhiều loại hàm kích thích khác Khơng có loại đường tồn loại hàm kích thích Với mục tiêu nghiên cứu xác định aRMS, eVDV, VDV khoảng thời gian dài từ đến tiếng (tương ứng với đoạn đường dài từ 200 đến 400 Km) theo quan điểm viện sỹ B.K Вахламoб “Các tính chất khai thác tơ” - Acagema - 2005 số tác giả khác, nghiên cứu sinh lựa chọn hàm kích thích dao động mặt đường hàm điều hòa dạng hình sin sau: q = q sin(νt) q0 Lđ (2.9) q0 biên độ lớn nhấp nhô, ν tần số kích thích mặt đường, Lđ chiều dài mấp mơ Hình 2.7 Biên dạng đường Dựa biên dạng đường sở này, nghiên cứu sinh tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng thông số tới êm dịu chuyển động ô tô đồng thời thực việc khảo sát đánh giá tính tương đương mơ hình xe thực tế thơng qua kết thí nghiệm cho xe chạy loại đường với hàm kích thích khác -11(sai số mơ hình hàm kích thích) Sai số mơ hình đánh giá cho xe thí nghiệm chạy đoạn đường có biên dạng hình sin 2.4.4 Thiết lập hệ phương trình vi phân cho mơ hình nghiên cứu 2.4.4.1 Mơ hình dao động ½ (hình 2.5) Với hệ dao động gồm bậc tự Zn, Z, Z1, Z2 ϕ, hình 2.5, nghiên cứu sinh thiết lập hệ phương trình dao động : Phương trình 1: && + K Z& + C Z − K Z& − C Z + K ( a − x ) ϕ& + C ( a − x ) ϕ = (2.16) Mn Z n g n g n g g g g Phương trình 2: && + (K + K + K )Z& + (C + C + C )Z + ⎡ K a − K b − K (a − x) ⎤ ϕ& + MZ g g g ⎣ ⎦ ⎡⎣C1a − C2 b − Cg (a − x) ⎤⎦ ϕ − K1Z& − C1Z1 − K Z& − C2 Z2 − K g Z& n − Cg Zn = (2.1 (2.17) (2.1 Phương trình 3: && + ⎡⎣ K1a + K b + K g (a − x) ⎤⎦ ϕ& + ⎡⎣ C1a + C b + Cg (a − x) ⎤⎦ ϕ J yϕ + ⎡⎣ K1a − K b − K g (a − x) ⎤⎦ Z& + ⎡⎣ C1a − C b − Cg (a − x) ⎤⎦ Z − K1aZ& − C1aZ1 (2.18) + K bZ& + C bZ + K g (a − x)Z& n + C g (a − x)Zn = (2.1 Phương trình 4: && + (K + K )Z & & & ϕ= CL1q1 + KL1q&1 m1Z L1 1 + (CL1 + C1)Z1 − K1Z− C1Z− K1aϕ− Ca (2.19) Phương trình 5: && +(K + K )Z & & & & m2Z L2 2 + (CL2 + C2 )Z2 − K2Z−C2Z+ K2bϕ+ C2bϕ= CL2q2 + KL2q2 (2.20) 2.4.4.2 Mơ hình dao động ¼ coi người chịu kích thích dao động từ sàn xe (hình 2.6) Phương trình dao động: && n + K g (Z& n − Z(t)) & M n Z + Cg (Zn − Z(t)) = (2.21) 2.5 Giải hệ phương trình vi phân dao động 2.5.1 Giải hệ phương trình dao động miền thời gian Để giải hệ phương trình dao động miền thời gian, biến đổi hệ phương trình dao động thành hệ phương trình dạng (2.1 (2.2 -12ma trận giải phần mềm Simulink: && + [K]q& + [C]q = [Q] [M]q (2.24) Với [M] ma trận khối lượng; [C] ma trận độ cứng [K] ma trận hệ số cản giảm chấn ;[Q] véc tơ ngoại lực tác dụng; q véc tơ toạ độ suy rộng dịch chuyển 2.5.2 Giải hệ phương trình dao động miền tần số Biến đổi tốn tử hệ phương trình lập đưa hệ phương trình biểu diễn dạng ma trận miền toán tử sau: [M].p2.q(p) + [K].p.q(p) + [C].q(p) = [Q(p)] (2.25) Với toán tử p: p = i.υ (hay p = j υ ) Chia thành phần (2.25) cho q1(p) thay p = j.υ nhận mối quan hệ biên tần gia tốc người ngồi ghế kích thích mặt đường: && ( p ) && ( p ) Z Z n = p W1 → n = υ2 W1 q1 ( p ) q1 ( p ) (2.44) 2.5.3 Thuật toán giải hệ phương trình phần mềm máy tính - Giải hệ phương trình theo miền thời gian tần số: q1(t); q2(t) V, L,a,b, teta Nhập số liệu Thiết lập Subsystem mơ phương trình hệ phương trình vi phân Thông số hệ treo (xác định từ chuyên đề 2) - Độ cứng nhíp - Độ cứng lốp - Độ cứng ghế - Hệ số cản giản chấn - Khối lượng treo không treo q1(p); q2(p) V, L,a,b, teta omega; Nhập số liệu Thiết lập ma trận cho hệ phương trình trình dao động miền tốn tử Chạy mơ Matlab Chạy mơ Simulink Đặt Thời gian mô (14400 giây & 28800 giây) bước mô Ma trận chuyển vị W Thông số hệ treo (xác định từ chuyên đề 2) - Độ cứng nhíp - Độ cứng lốp - Độ cứng ghế - Hệ số cản giản chấn - Khối lượng treo không treo Chuỗi giá trị omega Đồ thị biên độ - tần số * omega^2 Xuất kết Zn^2, Zn^4 vào file kq.mat ; kq2.mat Xuất kết Đồ thị mô gia tốc dao động theo thời gian Hình 2.8 Thuật tốn giải hệ phương trình miền thời gian Ma trận gia tốc W3 Đồ thị gia tốc - tần số Hình 2.10 Thuật tốn giải hệ phương trình miền tần số -132.6 Kết luận chương II - Nghiên cứu sinh xây dựng mơ hình dao động phù hợp để khảo sát ảnh hưởng dao động ô tô tới người - Thiết lập hệ phương trình vi phân biểu thị dao động hệ có xét tới vị trí người lái hành khách - Sử dụng phần mềm Matlab - Simulink để giải hệ phương trình - Lập trình tính tiêu đánh giá sức chịu dao động người lựa chọn (aRMS, eVDV, VDV) - Các kết chương II để khảo sát tính tốn cho nhiều loại tô khách khác Đây phần lý thuyết chung quan trọng luận án CHƯƠNG III - ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ơ TƠ KHÁCH ĐĨNG MỚI Ở VIỆT NAM 3.1 Lựa chọn loại tơ khách đóng Việt Nam để khảo sát 3.1.1 Các loại xe khách đóng Việt Nam Những năm gần đây, với tăng trưởng ổn định kinh tế (khoảng 7% năm), ngành công nghiệp ôtô nước ta dần hình thành phát triển Tuy nhiên, ngành cơng nghiệp SXLR ơtơ khách nước mức độ công nghệ thấp, chủ yếu thực theo phương án đóng khung vỏ ghế ngồi 3.1.2 Lựa chọn xe khảo sát - Đối tượng lựa chọn để khảo sát cần đáp ứng yêu cầu sau: + Là xe ôtô khách SXLR phổ biến nước, đặc trưng cho sản phẩm SXLR sát xi nhập + Hệ thống treo loại sử dụng phổ biến, xác định thơng số đầu vào (độ cứng nhíp, lốp, hệ số cản giảm chấn ) -14- Trên sở đó, nghiên cứu sinh lựa chọn xe ô tô khách: + Tên xe: COUNTY HD 29 E3 + Đơn vị sản xuất, lắp ráp: Cơng ty Cổ phần khí Ơtơ 3-2 + Số chỗ ngồi: 29 chỗ (kể người lái) Mơ hình dao động xe trình bày hình 3.8 Zn Mn X Cg Kg Z ϕ Jy M C1 C2 K1 K2 Z1 m1 C L1 Z2 m2 C L2 K L1 q1 K L2 q2 2400 1680 4085 Hình 3.8 Mơ hình dao động xe Huyndai County HD 29 E3 3.1.3 Thí nghiệm xác định thơng số đầu vào Do thực tế, số liệu nhà sản xuất thiếu nên để phục vụ cho tốn NCS tiến hành số thí nghiệm xác định thông số đầu vào (như khối lượng, độ cứng, hệ số cản giảm chấn v v) trình bày chương IV tóm tắt 3.2 Khảo sát ảnh hưởng điều kiện khai thác 3.2.1 Ảnh hưởng mặt đường có dạng hàm điều hòa hình sin Hình 3.9 Khảo sát tiêu êm dịu thay đổi khoảng cách mấp mô mặt đường hình sin Hình 3.10 Khảo sát tiêu êm dịu thay đổi chiều cao mấp mô mặt đường hình sin -15Nhận xét: Khi mặt đường có mấp mô nhiều chiều cao mấp mô lớn làm giảm độ êm dịu cho người ngồi xe * Ảnh hưởng biên dạng đường hình sin đặc thù chọn để thí nghiệm sau + Chế độ khảo sát: Lđ=0,3 (m); q0=0,06(m); V= 20Km/h + KQ: KS tiếng: eVDV=10,03(m/s1,75); VDV=11,87(m/s1,75) Hình 3.11 Gia tốc dao động khối lượng treo trục trước Hình 3.12 Đặc tính biên độ tần số Hình 3.14 Đặc tính biên độ tần số gia tốc dịch chuyển của gia tốc thẳng đứng khối người ngồi ghế (ghế đặt lượng treo trục trước vị trí trục trước) - Đường đặc tính biên độ tần số gia tốc có vùng cần ý: + Cộng hưởng tần số thấp, xảy tần số : ν = 1, 7Hz + Cộng hưởng tần số cao xảy tần số : ν = 4, 4Hz 3.2.2 Ảnh hưởng mấp mơ đơn kiểu hình sin đơn vị Hình 3.15 Đặc tính biên độ tần số gia tốc dịch chuyển thẳng đứng người ngồi ghế (ghế đặt vị trí trục trước) chế độ khảo sát -163.2.3 Ảnh hưởng mặt đường dạng hàm ngẫu nhiên Dựa hàm phổ chuẩn đường áp phan xây dựng đồ thị biên tần: Hình 3.16 Đặc tính biên tần gia tốc dịch chuyển thẳng đứng người ngồi ghế (ghế đặt vị trí trục trước) với kích thích mặt đường ngẫu nhiên 3.2.4 Ảnh hưởng vận tốc chuyển động * Xác định tốc độ cộng hưởng Z/q0 (1/s2) Hz Hình 3.18 Đồ thị xác định vận tốc chuyển động cộng hưởng 10 12 14 Lđ = 1m 10 Lđ = 2m 15 Lđ = 3m 20 25 Lđ = 4m 30 Lđ = 5m 35 40 Lđ = 6m Lđ = 7m V (Km/h) Lđ = 8m Lđ = 9m Lđ = 10m 3.3 Khảo sát ảnh hưởng thông số kết cấu đến độ êm dịu chuyển động 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng thông số hệ thống treo Hình 3.19 Ảnh hưởng độ cứng Hình 3.21 Ảnh hưởng hệ số cản nhíp trước tới tiêu êm dịu giảm chấn trước tới tiêu êm dịu tiếng tiếng -173.3.2 Khảo sát ảnh hưởng độ cứng lốp Hình 3.23 Đồ thị ảnh hưởng độ cứng lốp trước tới tiêu êm dịu tiếng 3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng độ cứng ghế Hình 3.25 Đồ thị ảnh hưởng độ cứng ghế tới tiêu êm dịu thời gian khảo sát tiếng Nhận xét chung: - Độ cứng nhíp ảnh hưởng nhiều tới tiêu êm dịu Tương quan tuyến tính tỉ lệ nghịch - Hệ số cản giảm chấn độ cứng lốp ảnh hưởng tới êm dịu - Độ cứng ghế ảnh hưởng nhiều tới tiêu êm dịu Tương quan tỷ lệ nghịch phi tuyến tính 3.3.4 Khảo sát ảnh hưởng đồng thời độ cứng hệ thống treo với độ cứng ghế tới đặc tính biên tần gia tốc người ngồi ghế Hình 3.28 Đặc tính biên độ tần số gia tốc hành khách có độ cứng khác hệ thống treo ghế ngồi -18- Đường (Hệ treo mềm ghế ngồi cứng) đường (Hệ treo cứng ghế ngồi mềm) có tương đồng vùng tần số cộng hưởng tương ứng với “ Hệ treo mềm - ghế ngồi cứng” “Hệ treo cứng ghế ngồi mềm” - Độ cứng ghế ngồi chọn phụ thuộc vào tần số dao động riêng ô tô Khi hệ thống treo ô tô mềm (Ω = 1,0 - 1,5 Hz), tần số riêng hệ người - ghế ngồi ωn ≥ (1,5 - Hz) Ω , thông thường, ωn= - Hz (ghế cứng) Khi hệ thống treo cứng (Ω = - Hz), ωn ≤ 0,7Hz Ω, thơng thường ωn ≤ 1,5- Hz (ghế mềm) 3.4 Ảnh hưởng vị trí đặt ghế Hình 3.30 Đồ thị ảnh hưởng vị trí đặt ghế sàn xe tới tiêu êm dịu thời gian khảo sát tiếng Nhận xét: Vị trí ghế có tọa độ X = 3,27 m có độ êm dịu tốt 3.5 Kết luận chương III Kết luận chung cho xe khách: - Nếu hệ thống treo mềm (Ω = - 1,5 Hz) ghế cần cứng ωn = - Hz tương ứng Cg = 11042 - 24846 N/m - Nếu hệ thống treo cứng (Ω = - Hz) ghế cần mềm ωn = 1,5 - Hz tương ứng Cg = 6655 - 11042 N/m Kết luận cho xe khách khảo sát: - Hàng ghế thứ 05 cách tâm trục trước 3,27 (m) đảm bảo độ êm dịu chuyển động tốt - Để đảm bảo độ êm dịu độ cứng ghế lái ghế khách cần giảm đi: 49579,5 (N/m) 34351,7 (N/m) -19CHƯƠNG IV - THÍ NGHIỆM Mục đích: Thí nghiệm xác định thơng số đầu vào chưa biết tốn dao động thí nghiệm kiểm chứng mơ hình lý thuyết 4.1.Đối tượng thí nghiệm: tơ HYUNDAI COUNTY HD 29 E3 4.2 Điều kiện trang thiết bị thí nghiệm 4.2.1.Điều kiện thí nghiệm - Thí nghiệm ngồi trời: Nhiệt độ: 28 C; Độ ẩm: 80 (%); Tốc độ gió trung bình: (m/s); Thời tiết: khơng mưa - Thí nghiệm phòng thí nghiệm: Nhiệt độ: 26 C; Độ ẩm: 80(%) - Thí nghiệm xe đường với Vtb=50Km/h 4.2.2 Trang thiết bị phụ trợ cho thí nghiệm Đồng hồ đo nhiệt độ, độ ẩm, đồng hồ đo áp suất lốp v v số thiết bị phụ trợ cho thí nghiệm khác 4.3 Các qui trình kết thí nghiệm 4.3.1 Thí nghiệm xác định trọng lượng độ cứng nhíp, lốp, ghế 4.3.1.1 Xác định trọng lượng phân bố trọng lượng: - Thiết bị thí nghiệm: Cân trọng lượng MSI 5300 (Hình 4.3) - Phương pháp: Tiến hành đo nhiều lần lấy số liệu trung bình Hình 4.3 Thiết bị cân xe ôtô MSI 5300 4.3.1.2 Xác định trọng lượng chi tiết phần khơng treo - Thiết bị thí nghiệm: Cân Satedo (cấp xác 1% F.S) (Hình4.4) - Phương pháp: Tiến hành cân nhiều lần lấy số liệu trung bình Hình 4.4 Thiết bị cân Satedo -20- 4.3.1.3 Xác định độ cứng hệ thống treo, lốp ghế tơ - Thiết bị thí nghiệm: Thiết bị chuyên dùng Simadzu UH 500KNI - Phương pháp: Tiến hành đo 30 lần lấy số liệu trung bình Hình 4.5 Thiết bị chuyên dùng đo độ cứng 4.3.2 Thí nghiệm xác định hệ số cản giảm chấn - Thiết bị thí nghiệm: Thiết bị đo dao động Servo Type Vibration IMV - VM 5112 (hình 4.12) - Phương pháp: Xác định gián tiếp thông qua hệ số tắt dần dao động thân xe ψ (xác định theo 22TCN336-06): K = 2ψ C.M Hình 4.12 Thiết bị đo dao động Servo Type Vibration 4.4 Thí nghiệm đánh giá sức chịu dao động người 4.4.1.Thí nghiệm xác định tần số dao động riêng khối lượng treo (tại chỗ đường) - Thiết bị thí nghiệm: Thiết bị đo dao động Servo Type Vibration IMV - VM 5112 (hình 4.12) - Phương pháp: Xác định tần số dao động riêng theo 22TCN336-06 4.4.2 Thiết kế chế tạo thiết bị tạo dao động CV 150 Hình 4.16 Thiết bị CV 150 + Tiêu chuẩn đáp ứng: ISO 2631 -1 + Dải biên độ: - 50 mm + Dải tần số: 0-9 Hz + Điều chỉnh : Vô cấp +Trọng tải lớn nhất:150 kG -21- 4.4.3 Thí nghiệm xác định sức chịu dao động người ngồi thiết bị tạo dao động (với ghế nguyên thủy lắp thêm mút) - Thiết bị thí nghiệm: DEWE 5000 đĩa đo dao động Dytran 5313A - Phương pháp: Đo dao động thẳng đứng lên người ngồi ghế thiết bị tạo dao động có lắp đĩa đo dao động tiếng - Các thơng số đo : aRMS, eVDV, VDV Hình 4.17&4.18 DEWE5000 đĩa đo dao động Dytran 5313A 4.4.5 Thí nghiệm đo sức chịu dao động người đường - Thiết bị thí nghiệm: DEWE 5000 đĩa đo dao động Dytran 5313A - Các thông số đo: aRMS, eVDV, VDV - Tiến hành thí nghiệm đoạn đường Hồ Chí Minh dài 400 Km - Tiến hành, khảo sát đoạn đường có biên dạng điều hòa hình sin với thông số: q0=0,06 (m), Lđ=0,3 (m), V = 20 (Km/h) nhà máy ô tô Chiến Thắng để có sở kiểm chứng mơ hình lý thuyết Hình PL4.1 Biên dạng đường thử dạng hàm điều hòa hình sin 4.5 Kết luận chương IV -22Trong chương này, nghiên cứu sinh xác định thông số chưa biết tốn dao động thí nghiệm đường phục vụ cho việc kiểm chứng mô hình lý thuyết sau: Thơng số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Trọng lượng không tải M0 4206 kG Độ cứng hệ thống treo trước C1 193844 N/m Độ cứng hệ thống treo sau C2 177007 N/m Hệ số cản hệ thống treo trước K1 7733 N.s/m Hệ số cản hệ thống treo sau K2 9804 N.s/m Độ cứng lốp trước CL1 493211 N/m Độ cứng lốp sau CL2 986422 N/m Độ cứng ghế lái Cg 52537,5 N/m Độ cứng ghế khách Ck 37309,7 N/m Tần số dao động riêng chỗ (trước/sau) ft1/fs1 2,04/1,88 Hz Tần số DĐR đo đường (trước/sau) ft2/fs2 2,06/1,91 Hz eVDV/VDV đo bệ tiếng 6.59/6.38 m/s1,75 eVDV/VDV đo bệ tiếng 7,84/7,43 m/s1,75 eVDV/VDV đo đường tiếng 6,44/8,05 m/s1,75 eVDV/VDV đo đường tiếng 7,66/9,51 m/s1,75 eVDV/VDV đường hình sin, tiếng 9,05/11,2 m/s1,75 eVDV/VDV đường hình sin, tiếng 10,8/13,4 m/s1,75 Bảng 4.1 Thơng số kết thí nghiệm Từ kết cho thấy khảo sát đường HCM thực nghiệm lý thuyết có sai số eVDV (7,7%) VDV (16%) Khi khảo sát biên dạng mặt đường giống (biên dạng hình sin) sai số mơ hình lý thuyết thực tế là: eVDV (6,8%) VDV (11,4%) Mặc dù thông số đầu vào xác -23nhưng khơng tương ứng mơ hình dẫn tới sai số Khoảng sai số chấp nhận sai số dùng để hiệu chỉnh kết tính tốn lý thuyết KẾT LUẬN CHUNG Luận án hoàn thành mục tiêu nghiên cứu đạt kết sau: Tìm hiểu ảnh hưởng dao động ô tô đến sức chịu đựng người Lựa chọn tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ô tô khách SXLR nước mang tính đại hòa nhập cao Đó gia tốc bình phương trung bình (aRMS), lượng dao động (VDV), lượng dao động tới hạn (eVDV) Xây dựng mơ hình dao động phù hợp (có kể đến người ngồi tơ) để khảo sát thiết lập hệ phương trình vi phân cấp II đồng thời giải phần mềm tính tốn mơ Matlab Simulink Đây phần lý thuyết chung sử dụng để khảo sát tính êm dịu chuyển động nhiều loại ô tô khách khác Khảo sát ảnh hưởng số thông số tới độ êm dịu chuyển động sức chịu đựng người cho ô tô khách cụ thể SXLR Việt Nam, đề xuất hướng nâng cao độ êm dịu chuyển động Thí nghiệm xác định thơng số đầu vào ô tô khảo sát trọng lượng, độ cứng, hệ số cản giảm chấn.v.v thiết bị đo đại có độ xác cao Thiết kế chế tạo thiết bị tạo dao động nhằm mục đích mơ dao động tơ phòng thí nghiệm tạo tiền đề cho việc khảo sát sâu ảnh hưởng dao động tới sức chịu dao động Thí nghiệm xác định tiêu êm dịu chuyển động phòng thí nghiệm đường Hồ Chí Minh đường thử có biên dạng hình sin cho xe tơ khách chọn khảo sát: -24- Sai số tính tốn lý thuyết với thí nghiệm đường Hồ Chí Minh 7,7% (với tiêu aRMS eVDV) 16% (với tiêu VDV); Với thí nghiệm đường thử hình sin 6,8% (với tiêu aRMS eVDV) 11,4% (với tiêu VDV); - Sai số thí nghiệm đường dài với thí nghiệm phòng 2,4% (với tiêu aRMS eVDV) 19% (với tiêu VDV) Các sai số chấp nhận Nó biểu thị sai khác hàm kích thích dao động mơ hình khảo sát Đề xuất hướng bảo vệ người lái hành khách - người chịu ảnh hưởng dao động - Với tơ khách nói chung có: Hệ thống treo mềm (Ω = - 1,5 Hz) ghế cần cứng (ωn = - Hz) tương ứng Cg = 11042 - 24846 N/m Hệ thống treo cứng (Ω = - Hz) ghế cần mềm ωn = 1,5 - Hz tương ứng Cg = 6655 - 11042 N/m - Với ô tô khách khảo sát độ cứng ghế lái cần giảm 49579 (N/m), độ cứng ghế khách cần giảm 34351 (N/m) Các kết nghiên cứu nghiên cứu sinh vấn đề khơng trùng lặp với cơng trình khoa học cơng bố Việt Nam Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết thiết bị thí nghiệm đại đạt kết đáng tin cậy Hướng nghiên cứu tiếp tục luận án là: - Xác định giá trị cho phép tiêu aRMS, eVDV, VDV phù hợp với sức khỏe người Việt Nam - Khảo sát ảnh hưởng dao động mặt phẳng ngang đến người lái hành khách ... tính êm dịu chuyển động nhiều loại tô khách khác Khảo sát ảnh hưởng số thông số tới độ êm dịu chuyển động sức chịu đựng người cho ô tô khách cụ thể SXLR Việt Nam, đề xuất hướng nâng cao độ êm dịu. .. sát ảnh hưởng thông số kết cấu đến độ êm dịu chuyển động 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng thông số hệ thống treo Hình 3.19 Ảnh hưởng độ cứng Hình 3.21 Ảnh hưởng hệ số cản nhíp trước tới tiêu êm dịu giảm... tơ khách khác Đây phần lý thuyết chung quan trọng luận án CHƯƠNG III - ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ KHÁCH ĐĨNG MỚI Ở VIỆT NAM 3.1 Lựa chọn loại tơ khách đóng Việt