Nghiên cứu giải pháp thiết kế tối ưu dao động ghế ngồi người lái xe buýt

K r: Thông số độ đàn hồi hệ thống treo sau K c: Thông số độ đàn hồi của ghế ngồi người lái L: Bước mấp mô của mặt đường m l: Chiều dài ½ lá nhíp [m] m b: Khối lượng được treo [kg] m

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS TRẦN HỮU NHÂN

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

1 PGS.TS HUỲNH THANH CÔNG (CT)

2 TS LÊ ĐÌNH TUÂN (TK)

3 TS NGUYỄN LÊ DUY KHẢI (PB1)

4 TS NGUYỄN CHÍ THANH (PB2)

5 TS NGUYỄN NGỌC LINH (UV)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

KỸ THUẬT GIAO THÔNG

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN ĐÌNH THUẬT MSHV: 1570325

Ngày, tháng, năm sinh: 05/04/1992 Nơi sinh: Tp HCM

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực Mã số: 60520116

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU DAO ĐỘNG GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI XE BUÝT

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Lý thuyết phân tích dữ liệu thực nghiệm thu được từ ghế ngồi người lái

2 Xác định các thông số đặc trưng, cụ thể là biên độ, lực tác dụng và tần số

3 Xây dựng và tính toán động lực học dao động mô hình ghế ngồi người lái

4 Phân tích ảnh hưởng các thông số hệ thống treo trong mô hình ghế ngồi người lái từ

các kết quả tính toán về động lực học dao động

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/07/2016

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/06/2017

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRẦN HỮU NHÂN

Tp HCM, ngày tháng năm 2017

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên, giúp đỡ và tận tình hướng dẫn của tập thể giảng viên Bộ môn Kỹ thuật Ô tô - Máy động lực trực thuộc Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS TRẦN HỮU NHÂN đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi cảm ơn sâu sắc đến gia đình đã động viên, khuyến khích, giúp đỡ công việc, đã gánh vác một phần công việc gia đình trong suốt quá trình học tập

và làm luận văn của tôi

Tp HCM, ngày tháng năm 2017

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

NGUYỄN ĐÌNH THUẬT

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Dao động là một trong những nguyên nhân chính gây ra bệnh nghề nghiệp cho người lái khi phải ngồi trên xe trong một thời gian dài Để có thể đánh giá dao động tại ghế ngồi người lái xe buýt, tác giả và nhóm nghiên cứu đã tiến hành thực nghiệm đo đạc dữ liệu tại vị trí ghế ngồi người lái xe buýt JAC

Kết quả phân tích dữ liệu thực nghiệm cho thấy cần phải có một giải pháp thiết kế để làm giảm dao động cho ghế ngồi người lái xe buýt JAC Theo tiêu chuẩn TCVN 6964-1:2001, độ êm dịu của xe chưa thỏa mãn được tiêu chuẩn TCVN, đồng thời nó cũng không đảm bảo được thời gian yêu cầu làm việc của người lái

Ngoài ra, kết quả này có thể làm cơ sở để có các nghiên cứu tiếp theo nhằm thiết kế tối ưu, góp phần cải thiện dao động ghế ngồi người lái xe buýt JAC nói

riêng và các dòng xe khác nói chung

ABSTRACT

Vibration is one of the main causes which lead to occupational disease for the driver when sitting on the vehicle for a long time In order to evaluate the vibration at the bus driver's seat, the author and his research team conducted the data acquisition experiments at the JAC bus driver seat Results of vibration data analysis showed that there should be a design solution to reduce the vibration of the JAC bus driver’s seat According to standard TCVN 6964-1:2001, the smoothness

of the vehicle does not meet TCVN standards and it is not guaranteed the working time of the driver In addition, this result may serve as a basis for further studies in the future to optimize the design, contributing to the improvement of the JAC bus

driver’s seat in particular and other models in general

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Tôi tên là NGUYỄN ĐÌNH THUẬT

Ngày, tháng, năm sinh: 05/04/1992 Nơi sinh: Tp HCM

Tôi xin cam đoan luận văn ‘NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TỐI

ƯU DAO ĐỘNG GHẾ NGỒI NGƯỜI LÁI XE BUÝT’’ là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS TRẦN HỮU NHÂN và không sao chép của người khác Nếu sai

sự thật, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường và pháp luật

Tp HCM, ngày tháng năm 2017

HỌC VIÊN THỰC HIỆN

NGUYỄN ĐÌNH THUẬT

Chương 2

Hình 2.1: Tần số dao động riêng của các bộ phận trên cơ thể con người [10] 15 Hình 2.2: Vùng khuyến cáo sức khỏe khi tiếp xúc với dao động [11] 17 Hình 2.3: Biểu đồ nhiệt độ được thể hiện theo 2 cách khác nhau 19 Hình 2.4: Biểu đồ thể hiện dữ liệu gia tốc thực nghiệm đo được từ cảm biến chưa

Hình 2.13: Tiêu chuẩn dao động của người lái và ôtô [3] 25 Hình 2.14: Quan hệ giữa tần số và frequency-weighted [3] 26 Hình 2.15: Quan hệ giữa thời gian chịu dao động và gia tốc [3] 26

Hình 2.18: Mô hình ôtô chuyển động trên mặt đường mấp mô ngẫu nhiên với vận

Chương 3

Hình 3.1: Xe buýt JAC B60, xe buýt trong nội thành thành phố Hồ Chí Minh 34 Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị đo gia tốc 34

Hình 3.5: Thiết bị được lắp đặt bên dưới ghế và ở vị trí trung tâm ghế 36 Hình 3.6: Thiết bị được cố định chắc chắn lên khung ghế 37

Chương 4

Hình 4.1: Quy trình xử lý và phân tích dữ liệu thực nghiệm tại vị trí ghế người lái 39

Chương 5

Hình 5.1: Thiết lập mô hình vị trí lắp đặt cảm biến trên ghế lái 42

Hình 5.3: Thiết lập mô hình khung ghế sắt liên kết cứng với sàn xe 43

Hình 5.5: Biến thiên chuyển vị theo thời gian 44

Hình 5.8: Biên độ chuyển vị trong miền tần số 46

Hình 6.1: Mô hình tối ưu hoá dao động ghế ngồi người lái xe buýt 49 Hình 6.2: Ghế có hệ thống giảm chấn dao động trên thị trường 50 Hình 6.3: Hệ thống giảm chấn được trang bị dưới ghế 50

a w (t): Gia tốc rung động tịnh tiến hoặc quay, là hàm số theo thời gian, tính bằng

m/s2 hay rad/s2

A R: Tỉ số giữa chiều cao và chiều rộng lốp xe

A z: Gia tốc theo phương đứng (m/s2)

A zmax: Gia tốc theo phương đứng cực đại (m/s2)

: Gia tốc đặc trưng (m/s2)

c w: Hệ số giảm chấn của bánh xe [Ns/m]

c b: Hệ số giảm chấn của hệ thống treo [Ns/m]

c s: Hệ số giảm chấn của ghế lái [Ns/m]

c 1: Hệ số giảm chấn của hệ treo ghế lái [Ns/m]

C f: Thông số giảm chấn hệ thống treo trước

C r: Thông số giảm chấn hệ thống treo sau

C c: Thông số giảm chấn của ghế ngồi người lái

d 1: Chiều dài mấp mô

d 2: Chiều cao mấp mô

K y: Hệ số hấp thụ

k s: Độ đàn hồi của ghế lái [N/m]

k 1: Độ đàn hồi của hệ thống treo ghế lái [N/m]

K w: Thông số độ đàn hồi lốp xe [N/m]

K r: Thông số độ đàn hồi hệ thống treo sau

K c: Thông số độ đàn hồi của ghế ngồi người lái

L: Bước mấp mô của mặt đường (m)

l: Chiều dài ½ lá nhíp [m]

m b: Khối lượng được treo [kg]

m u: Khối lượng không được treo [kg]

m w: Khối lượng của bánh xe [kg]

m s: Khối lượng ghế và người lái [kg]

mean_max_A z: Trung bình gia tốc cực đại (m/s2)

mean_amp_A z: Trung bình biên độ gia tốc (m/s2)

mean_fre: Trung bình tần số dao động (Hz)

n: Số lá nhíp

n E: Tần số kích thích

P(t): Lực tác động lên con người khi dao động

P: Áp suất lốp xe [kPa]

Giá trị trung bình của gia tốc dao động (m/s2)

Giá trị bình phương trung bình của gia tốc dao động thẳng đứng truyền qua chân

Giá trị bình phương trung bình của gia tốc thẳng đứng truyền qua ghế ngồi

Giá trị bình phương trung bình gia tốc theo phương dọc

Giá trị bình phương trung bình gia tốc theo phương ngang

S N: Chiều rộng danh nghĩa lốp xe

T: Khoảng thời gian rung động (s)

t: Thời gian

V(t): Vận tốc dao động

v: Vận tốc của xe (m/s)

w: Bề rộng lá nhíp [m]

w 0: Tần số góc (Hz)

y 0: Biên độ dao động ban đầu tại x=0

Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4: Thông số mấp mô mặt đường tác dụng lên xe

Z ' 1 , Z ' 2: Dao động tác dụng lên cầu trước và cầu sau

Z'': Dao động tác dụng lên sàn xe

Z''': Dao động tác dụng lên ghế ngồi người lái

 : Hệ số giảm chấn

MỤC LỤC

Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ

Lời cám ơn

Tóm tắt luận văn thạc sĩ (Tiếng Việt và Tiếng Anh)

Lời cam đoan của tác giả LV

Danh mục bảng

Danh mục hình

Danh mục ký hiệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 3

1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 3

1.2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới 5

1.3 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu 6

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 6

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu 6

1.4 Nội dung và phạm vi nghiên cứu 8

1.4.1 Nội dung nghiên cứu 8

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 9

1.5 Phương pháp nghiên cứu 13

1.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 13

1.6.1 Ý nghĩa khoa học 13

1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 13

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15

2.1 Ảnh hưởng dao động đến con người 15

2.2 Tiêu chuẩn về dao động 16

2.2.1 Tiêu chuẩn quốc tế ISO 2631-1:1997 16

2.2.2 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6964-1:2001 17

2.3 Phương pháp phân tích dữ liệu thực nghiệm 18

2.3.1 Biểu đồ 18

2.3.2 Phân tích và biến đổi dữ liệu 19

2.4 Phương pháp biến đổi Fourier nhanh 21

2.4.1 Tín hiệu 21

2.4.2 Tín hiệu tuần hoàn 22

2.4.3 Miền thời gian và miền tần số 22

2.4.4 Biến đổi Fourier 23

2.4.5 Fourier đại diện cho 4 loại tín hiệu 24

2.4.6 Biến đổi Fourier nhanh (FFT) 24

2.5 Phương pháp đánh giá 25

2.6 Cơ sở lý thuyết tối ưu hoá dao động 27

2.7 Phương pháp Lagrange [14] 28

2.8 Các dạng hàm kích động từ mặt đường 29

2.8.1 Hàm điều hòa, dạng sin [14] 29

2.8.2 Hàm bước [14] 30

2.8.3 Hàm bán bình phương hình sin [4] 31

2.8.4 Theo quy luật tuần hoàn ngẫu nhiên [13] 31

CHƯƠNG 3: MÔ TẢ THỰC NGHIỆM 34

3.1 Xe thí nghiệm 34

3.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị đo gia tốc 34

3.3 Thiết bị đo gia tốc MOTU-6050 34

3.4 Lắp đặt thiết bị thực nghiệm 36

3.5 Phương pháp đo 37

3.6 Điều kiện thí nghiệm và làm việc 38

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 39

4.1 Phân tích dữ liệu thực nghiệm 39

4.2 Gia tốc Az theo thời gian 40

4.3 Xác định biên độ và tần số đặc trưng 40 4.4 Xác định thông số dao động trong các lần thu thập dữ liệu thực nghiệm tiếp theo

41

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG 42

5.1 Mô hình và thông số tính toán 42

5.2 Tính toán và phân tích kết quả 44

5.2.1 Các thông số động lực học theo thời gian 44

5.2.2 Biên độ các thông số động lực học theo miền tần số 45

CHƯƠNG 6: GIẢI PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU 48

CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 51

7.1 Kết luận 51

7.2 Hạn chế và hướng phát triển 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

Phụ lục

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề

Đất nước chúng ta đang trong giai đoạn hội nhập mạnh mẽ, diện mạo đất nước từng ngày thay đổi, đặc biệt với sự phát triển liên tục của nền kinh tế Các khu công nghiệp, các nhà máy sản xuất hàng hóa liên tục được mở ra ở khắp cả nước Cùng với đó là nhu cầu vận chuyển hàng hoá và hành khách giữa các vùng miền trong nước và quốc tế ngày một gia tăng Vận tải ô tô có khả năng đáp ứng tốt hơn nhiều mặt so với các phương tiện vận tải khác do tính đơn giản và cơ động Ô tô có thể đi đến những vùng mà các phương tiện khác không thể đến được, bên cạnh đó giá thành vận chuyển ô tô tương đối thấp Ở nước ta, do địa hình phức tạp, sự mở rộng và đô thị hóa tăng nhanh; trong khi việc đầu tư và đáp ứng của các phương tiện khác còn hạn chế thì vận tải ô tô càng có nhiều ưu thế hơn Trong hoàn cảnh kinh tế hiện nay, việc đi lại của nhân dân ta vẫn chủ yếu dựa vào vận tải hành khách đường

bộ do giá rẻ và tiện lợi

Bên cạnh phương tiện giao thông đóng vai trò quan trọng trong vận tải ô tô thì người điều khiển phương tiện đóng một vai trò quyết định đến chất lượng phục

vụ và mức độ an toàn khi phương tiện tham gia giao thông Người điều khiển phương tiện giao thông phải làm việc tập trung trong khoảng thời gian dài với tần suất làm việc rất cao, do đó dễ ảnh hưởng đến sức khỏe, độ nhạy bén của người lái Đồng thời, những tác động khác như điều kiện môi trường, đường sá giao thông, áp lực giao thông… cũng tác động đến người điều khiển phương tiện giao thông, ảnh hưởng đến công việc và mức độ an toàn khi tham gia giao thông

Ngày 23/5/2014, Uỷ Ban Nhân Dân Thành Phố Hồ Chí Minh ban hành Quyết định số 2545/QĐ-UBND về việc phê duyệt “Đề án đầu tư xe buýt giai đoạn

2014 - 2017” Từ đầu năm 2014 đến hết năm 2017, TP HCM sẽ đầu tư, thay mới tổng số 1.680 xe buýt; cụ thể, được phân bổ như sau:

Bảng 1.1: Số lượng, cơ cấu xe buýt được TP HCM đầu tư giai đoạn 2014 - 2017

Thời điểm đầu tư Loại xe 80 chỗ Loại xe 55 chỗ Loại xe 40 chỗ Tổng cộng

Diesel CNG Diesel CNG Diesel CNG

Dao động là một trong những nguyên nhân chính gây ra bệnh nghề nghiệp cho người điều khiển phương tiện giao thông Vì vậy, vấn đề cải thiện điều kiện làm việc của người lái xe buýt nhằm nâng cao tính an toàn trong vận hành và chất lượng phục vụ của xe buýt được đặt ra Một trong những biện pháp đó là cải thiện tính êm dịu ghế lái của người điều khiển xe buýt Góp phần đề ra phương hướng và biện pháp nhằm nâng cao chất lượng ô tô thiết kế và lắp ráp trong nước, đồng thời tăng sức cạnh tranh đối với các chủng loại ô tô nhập khẩu tại thị trường trong nước

Vì lý do các phương tiện giao thông vận tải ở nước ta có phạm vi quá rộng nên trong luận văn này, tác giả chọn phương tiện giao thông công cộng là xe buýt để nghiên cứu và đề ra phương án tăng tính tiện nghi và độ thoải mái cho người lái nhằm giảm các bệnh nghề nghiệp và tăng độ hiệu quả, tính an toàn khi tham gia giao thông Phạm vi đề tài có thể mở rộng cho các loại xe khác và cho các ghế hành khách trên xe buýt, xe khách ở các đề tài sau

Các vấn đề được nêu trên là lý do mà tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu giải

pháp thiết kế tối ưu dao động ghế ngồi người lái xe buýt”

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang trong thời kỳ hội nhập đây là cơ hội cũng như là một thách thức lớn cho các nhà sản xuất ô tô và cũng như với các nhà cung cấp các sản phẩm cho ngành sản xuất ô tô trong nước Quyết định số 177/2004/QĐ-TTg về việc phê duyệt quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2010, tầm nhìn đến năm 2020

Ô tô khách tại các thành phố hiện nay có nhu cầu rất lớn đặc biệt là tại các thành phố lớn Đến nay cả nước hiện có trên mười doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp

ô tô lớn Ngày nay thực hiện chương trình nội địa hóa của ngành công nghiệp ô tô thì việc chế tạo các phụ kiện trong nước như: săm, lốp, ắc quy, ghế ngồi, dây điện, khung vỏ, dầm, cầu… là cần thiết và cũng đã có một số công ty đã bắt tay vào sản xuất như: Xí nghiệp Tư doanh Xuân Kiên (Vinaxuki), Toyota Việt Nam và Công ty Trường Hải (Thaco) nhằm làm tăng tỷ lệ nội địa hoá sản phẩm lên 40% năm 2009, hướng đến mục tiêu phấn đấu xuất khẩu ô tô và phụ tùng đạt 5 ÷ 10% [1] giá trị tổng sản lượng của ngành vào năm 2010 và nâng dần giá trị kim ngạch xuất khẩu trong giai đoạn tiếp theo

Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu đánh giá độ êm dịu của ô tô khách 29 chỗ ngồi sản xuất tại Việt Nam” của tác giả Bùi Quốc Vĩnh [1], trong luận văn này tác giả

khảo sát độ êm dịu của xe Hyundai County sản xuất tại Việt Nam Đồng thời, đề ra những giải pháp hợp lý để nâng cao độ êm dịu trên các dòng xe khách nói chung được sản xuất bởi các doanh nghiệp trong nước

Luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên hành khách trong

xe khách giường nằm (Thaco-Mobihome)” của tác giả Nguyễn Xuân Ngọc [2], trong

luận văn này tác giả phân tích ảnh hưởng của dao động lên hành khách trong xe khách giường nằm Mô hình tính toán toàn xe trong không gian 3 chiều (3D) được

sử dụng để tính toán các thông số dao động và ứng dụng các nghiên cứu về độ êm dịu của con người ở các vị trí góc nghiêng khác nhau của lưng để so sánh và đánh giá Quá trình phân tích và tính toán được thực hiện trong trường hợp xe đầy tải Kết quả tính toán cho thấy mối quan hệ giữa các thông số của hệ thống treo với độ

mấp mô của mặt đường ảnh hưởng đến hành khách trên xe Từ đó, xác định được các thông số tới hạn cho phép đảm bảo độ êm dịu chuyển động cho xe cũng như cho hành khách, làm cơ sở tham khảo để tiến hành đề xuất phương án thiết kế nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động của xe và đề xuất lắp các biển báo vận tốc nguy hiểm, độ mấp mô của mặt đường cho các tài xế biết khi di chuyển qua các tuyến đường này

Luận văn thạc sĩ: “Thiết kế, tối ưu hóa dao động bằng phương pháp mô phỏng ghế ngồi người lái cho xe buýt” của tác giả Kiều Trung Tín [3], trong luận văn này

tác giả đã xây dụng mô hình tính toán mô phỏng tối ưu dao dộng ghế ngồi người lái

và thực hiện tính toán mô phỏng xác định thông số thiết kế tối ưu về dao động

Luận văn thạc sĩ: ‘’Phân tích dữ liệu dao động ghế người lái xe buýt bằng phương pháp thực nghiệm” của tác giả Kao Hoàng Việt Hưng [4], trong luận văn

này tác giả đã thu thập dữ liệu các dao động tại ghế người lái và phân tích, xử lý dữ liệu bằng phần mềm Matlab, từ đó so sánh và đánh giá kết quả với các tiêu chuẩn dao động ảnh hưởng đến sức khỏe con người, từ đó rút ra kết luận về mức độ nguy hại đến sức khỏe, những căn bệnh thường mắc phải của người lái xe buýt trong khoảng thời gian dài Đề xuất phương án giảm thiểu các dao động ảnh hưởng đến sức khỏe của người lái, tăng tính êm dịu cho ghế người lái, giúp người lái cảm thấy thoải mái ít mệt mỏi khi phải lái xe trong thời gian dài

Ngoài những luận văn thạc sĩ, tạp chí Khoa học và Công nghệ cũng có những

bài báo viết về việc đánh giá, cải thiện độ êm dịu của ghế người lái như bài “Một phương pháp thí nghiệm đánh giá độ êm dịu của xe lu rung” của tác giả Lê Văn Quỳnh và Nguyễn Khắc Tuân [5] Bài báo này trình bày một phương pháp thí

nghiệm xác định dao động của ghế ngồi người lái xe lu rung bánh đơn trong một số điều kiện hoạt động Kết quả đo được phân tích, đánh giá theo tiêu chuẩn ISO 2631-

1 (1997-E) Kết quả đánh giá cho thấy độ êm dịu của xe chưa thỏa mãn được tiêu chuẩn ISO, đồng thời nó cũng không đảm bảo được thời gian yêu cầu làm việc 4 giờ của người điều khiển khi xe hoạt động Ngoài ra kết quả này có thể căn cứ về mặt thực nghiệm cho thiết kế tối ưu hệ thống đệm cách dao động cabin xe lu rung

1.2.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới

Ngoài ra, các rung động từ động cơ thông qua các cao su giảm chấn tác dụng lên khung thân xe truyền qua ghế tác dụng lên người lái, các tác động này làm cho người lái mệt mỏi gây mất tập trung, và nguyên nhân gây ra các triệu chứng bệnh nghề nghiệp về sau Nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới có liên quan đến vấn

đề này đã được công bố, các nghiên cứu tiêu biểu có liên quan đến đề tài như:

L.A.Kumaraswamidhas, P.Velmurugan, K.Sankaranarayanasamy [6] đã

nghiên cứu tối ưu hoá sự thoải mái cho người lái dưới tác động của hệ thống treo ở

khoang người lái của xe đầu kéo semi- rơmoc “Optimization of Human Comfort Reaction for Suspended Cabin Tractor Semitrailer Drivers” Bài báo này nghiên

cứu tối ưu hóa sự thoải mái cho người lái, tác giả đã sử dụng cảm biến gia tốc để đo các chuyển động góc xoay theo 3 trục x, y, z và gia tốc theo 3 phương x, y, z của ghế người lái rồi sau đó tính toán và so sánh với tiêu chuẩn quốc tế về các rung động trên xe ISO-2631-1:1997 Từ đó đánh giá và đề ra phương án tối tư hóa sự thoải mái cho người lái

Tiến sĩ Tantawy M Farid, tiến sĩ Ashraf Salah và tiến sĩ Wael Abbas [7] đã

sử dụng thuật toán với mô hình con người để tối ưu hóa thiết kế hệ thống treo tuyến

tính cho một phần tư xe “Design of Optimal Linear Suspension for Quarter Car with Human Model using Genetic Algorithms” Bài báo này trình bày sự tối ưu 4

bật tự do (4-DOF) tại vị trí ghế ngồi sử dụng thuật toán để xác định các thông số hệ thống treo nhằm mục đích đạt được sự thoải mái tốt nhất cho con người Cải thiện tính năng độ êm dịu tại ghế người lái bằng phương pháp cách ly càng nhiều càng tốt các rung động không theo bất kì quy tắc nào của mặt đường

Bài báo khoa học “A Seven Degrees of Freedom (7 DOF) Human Body – Vehicle Structure Model for Impact Applications” của các các tác giả Stefan Tabacu, Nicolae Pandrea, Nicolae Doru Stănescu [8] đã xây dựng mô hình dao động người

ngồi trên xe ôtô với 7 bậc tự do Cơ thể người được chia thành 6 phần như sau: phần mông, thân trên, đầu, tay, phần đùi, phần chân dưới Bài báo đưa ra khối lượng và kích thước của từng phần cơ thể người và nghiên cứu các chuyển động

của các bộ phận đó Từ đó đề ra phương pháp, công thức tính toán và giá trị dao động phù hợp với cơ thể người

Bài báo khoa học “General Oscillatory Model of Vehicles for Passenger Transport” của các tác giả Dragan Sekulić, Vlastimir Dedović, Dušan Mladenović

[9] định nghĩa một mô hình dao động tổng quát của phương tiện vận chuyển hành khách trên mặt đất Mô hình này được xây dựng trên phần mềm ADAMS/Views, và được dành cho nghiên cứu mô phỏng các dao động của xe trên đường bộ và đường sắt Mô hình này có thể được sử dụng để phân tích các vấn đề động lực học của xe theo phương dọc Bài viết trình bày một số kết quả mô phỏng được thực hiện và sự thay đổi gia tốc trên ghế của ba người sử dụng và thay đổi các phản lực của bánh xe theo phương dọc của một xe buýt

1.3 Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

o Xử lý và phân tích dữ liệu thực nghiệm

o Đề xuất phương án thiết kế nhằm hạn chế và khắc phục các dao động tác động lên người lái để tăng sự thoải mái và giảm sự mệt mỏi cho người lái

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu

Phân tích dữ liệu dao động tại ghế ngồi của người lái trên xe buýt hoạt động trong phạm vi thành phố Hồ Chí Minh

Hình 1.1: Xe buýt Samco JAC 60 chỗ của Tổng Công ty Cơ khí giao thông vận tải

Sài Gòn (Samco)

Hình 1.2: Khoang hành khách hiện đại bên trong xe buýt Samco JAC 60

Hình 1.3: Vị trí ghế ngồi người lái trên xe buýt Samco JAC 60

Hình 1.4: Bản vẽ bố trí ghế ngồi người lái trên xe buýt Samco JAC 60

Hình 1.5: Bản vẽ chi tiết ghế ngồi người lái trên xe buýt Samco JAC 60

1.4 Nội dung và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Nội dung nghiên cứu

 Xây dựng mô hình thực nghiệm đo đạc các thông số dao động tại ghế ngồi người lái trên xe buýt nội thành thành phố Hồ Chí Minh

 Thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu thực nghiệm

 Đề xuất phương án thiết kế tối ưu cho ghế ngồi người lái

 Lý thuyết phân tích dữ liệu thực nghiệm thu được từ ghế ngồi người lái

 Xác định các thông số đặc trưng, cụ thể là biên độ, lực tác dụng và tần số

 Xây dựng và tính toán động lực học dao động mô hình ghế ngồi người lái

 Phân tích ảnh hưởng các thông số hệ thống treo trong mô hình ghế ngồi người lái từ các kết quả tính toán về động lực học dao động

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

 Việc thu thập và phân tích dữ liệu dao động ghế ngồi của người lái trên xe buýt của toàn bộ các tuyến xe buýt trên địa bàn TP HCM rất khó khăn và không khả thi Vì vậy, tác giả chỉ sử dụng và phân tích dữ liệu dao động ghế ngồi của người lái trên tuyến xe buýt đưa rước nhân viên của công ty Samco

Cụ thể, xe đi theo lộ trình như sau: Công ty Pouyen Việt Nam - An sương - Quốc lộ 22 - Hương lộ 2 - Đường Hồ Văn Tắng - TL15 - TL8 - Khu công nghiệp cơ khí ô tô TP HCM

 Tổng chiều dài đoạn đường tác giả thu thập dữ liệu dao động là 35 km, tốc

độ trung bình của xe buýt là 50 km/h, tốc độ tối đa là 80 km/h

Hình 1.6: Lộ trình tuyến xe buýt được thu thập dữ liệu

Bảng 1.2: Thông tin kỹ thuật cơ bản của xe buýt Samco JAC 60

STT BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT

1.2 Nhãn hiệu, số loại của phương tiện BSB1

2 Thông số về kích thước

2.1 Kích thước bao: DàixRộngxCao (mm) 9125x2480x3185

2.3 Vệt bánh xe trước/sau (mm) 1910/1800

2.4 Vệt bánh xe sau phía ngoài (mm) 2100

3 Thông số về khối lượng

3.1.1 Phân bố khối lượng bản thân lên trục xe trước

3.4.1 Phân bố lên cầu trước (kg) 4075

3.5 Khối lượng toàn bộ theo thiết kế cho phép của

3.5.1 Phân bố lên cầu trước (kg) 4075

4 Thông số về tính năng chuyển động

4.1 Tốc độ cực đại của xe (km/h) 91,6

4.2 Độ dốc lớn nhất xe vượt được (%) 34

4.3 Thời gian tăng tốc của xe từ lúc khởi hành đến

khi đi hết quãng đường 200 m (giây)

22,56

4.4 Góc ổn định tĩnh ngang của xe khi không tải (độ) 45,75

4.5 Quãng đường phanh của xe ở tốc độ 30 km/h (m) 6,1

4.6 Gia tốc phanh của xe ở tốc độ 30 km/h (m/s2) 6,2

4.7 Bán kính quay vòng nhỏ nhất theo vết bánh xe

5 Động cơ

5.1 Tên nhà sản xuất và kiểu loại động cơ CUMMIN-ISDe210-31 5.2 Nhiên liệu, số xi lanh và cách bố trí Diesel, 4 kỳ, 6 xi lanh

thẳng hàng, làm mát bằng nước, tăng áp

5.5 Đường kính xi lanh x Hành trình piston (mm) 107 x 124

5.6 Công suất lớn nhất (kW)/ Số vòng quay

8 Trục các đăng : Các đăng đơn / 01 trục

10.2 Lốp trước 8.25-20, áp suất: 810 kPa,

khối lượng cho phép: 2240 kg 10.3 Cấp tốc độ (km/h) K (110km/h)

10.5 Lốp sau 8.25-20, áp suất: 740 kPa,

khối lượng cho phép: 1950 kg 10.6 Cấp tốc độ (km/h) K (110km/h)

11 Hệ thống treo

11.1 Treo trước: Phụ thuộc, nhíp lá, giảm chấn thủy lực 11.2 Treo sau: Phụ thuộc, nhíp lá, giảm chấn thủy lực

12 Hệ thống phanh

12.1.1 Phanh chính: Tang trống / Tang trống

12.1.2 Dẫn động: Khí nén, 2 dòng

12.2.1 Phanh tay: Tang trống, khí nén + lò xo tích năng tác

động lên các bánh xe cầu sau

13 Hệ thống lái

13.2 Tỷ số truyền cơ cấu lái 19,53

16.14 Đèn cảnh báo nguy hiểm 02/02 Màu vàng

17 Điều hòa nhiệt độ

17.2 Công suất lạnh 26000 Kcal/h

18.4 Số lượng lối thoát khẩn cấp: 07

18.5 Đèn chiếu sáng khoang hành khách: 14 cái, lắp trần

18.6 Phương pháp thông gió, cách âm, cách nhiệt: quạt thông gió, sợi thủy tinh

cách nhiệt

18.7 Hệ thống điều hoà nhiệt độ: DENSO – DJP-M, công suất lạnh 26000

(Kcal/h)

18.8 Ghế hành khách: 01 băng năm, 02 băng ba, 06 ghế đôi, 04 ghế đơn Vật

liệu chế tạo khung thép CT3, composite

19 Trang thiết bị phòng chống cháy nổ: 01 bình cứu hoả (1 kg)

1.5 Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp nghiên cứu tài liệu:

o Lý thuyết về động học cơ bản thu thập tài liệu qua sách giáo khoa, sách báo

o Lý thuyết về dao động ô tô, ổn định dao động trên ô tô thu thập qua sách giáo khoa, luận văn thạc sĩ các khóa trước và các bài báo khoa học về nghiên cứu dao động

o Các tài liệu, sách viết về nâng cao độ êm dịu ở ghế tài xế

o Các tài liệu về cảm biến gia tốc, vi điều khiển

 Phương pháp thực nghiệm:

o Tiến hành đo đạt các thông số tính toán

o Phân tích các dữ liệu dự trên các thông số đo đạt thực tiễn

1.6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

 Kết quả nghiên cứu góp phần định hướng thiết kế tăng độ êm dịu tạo cảm giác thoải mái cho ghế người lái nói riêng và các ghế lắp trên xe nói chung, giúp tăng chất lượng, tăng sức cạnh tranh của các hợp tác xã vận tải và các nhà sản xuất ô tô trong nước đối với các nhà cung cấp nước ngoài trong thời

kỳ hội nhập

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Ảnh hưởng dao động đến con người

Ô tô và các phương tiện vận tải nói chung khi chuyển động sẽ sinh ra các dao động, 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 của cơ thể dao động theo Các bộ phận cơ thể con người khi dao động có tác động sinh học phức tạp, gây ra sự thay đổi trong cơ thể và làm ảnh hưởng đến khả năng làm việc, đến sức khỏe

Hình 2.1: Tần số dao động riêng của các bộ phận trên cơ thể con người [10]

Các thí nghiệm đã chứng tỏ con người có thể xem như một hệ thống cơ học đàn hồi có tần số dao động riêng từ 3÷30 Hz và có khả năng hấp thụ những dao động có tần số đến 8000 Hz [1] Dãi tần số dao động riêng [10] của các bộ phận trên

cơ thể con người như sau:

 Nhãn cầu mắt, kết cấu trong mắt: 20-90 Hz

 Đầu (kiểu dọc trục): 20-30 Hz

 Vai: 4-5 Hz

 Ngực: 50-100 Hz

 Cánh tay: 30-40 Hz

 Bàn tay: 50-200 Hz

 Bụng: 4-8 Hz

 Cột sống, xương sống lưng (kiểu dọc trục): 10-12 Hz

Nhiều thí nghiệm đã cho thấy tác động dao động đến sức khỏe:

Bảng 2.1: Mức độ ảnh hưởng của dao động đến sức khỏe con người ứng với các

dãy tần số khác nhau [2]

Tần số (Hz) Ảnh hưởng

< 0,1 Gây ra chứng say sóng

0,125 ~ 0,25 Gây buồn nôn, choáng váng, có thể ảnh hưởng đến khả năng điều

khiển an toàn của người lái

3 ~ 5 Gây ra các phản ứng ở tiền đình, những rối loạn liên quan đến sự

lưu thông máu, gây choáng

5 ~ 11 Gây rối loạn ở đường tai trong, ảnh hưởng đến dạ dày, ruột

11 ~ 15 Giảm thị lực, gây buồn nôn

15 ~ 18 Gây ra cảm xúc khó chịu trong thời gian ngắn

15 ~ 1500 Gây ra tổn hại đến sức khỏe khi chịu tác động trong thời gian dài

Một số dao động có thể không làm nguy hại đến sức khỏe con người nhưng vẫn có thể làm giảm khả năng nhạy bén, giảm khả năng thu thập và xử lý thông tin Điều này rất nguy hiểm cho các lái xe di chuyển trên đường dài vì làm giảm khả năng nhanh nhạy, chọn lọc thông tin đường xá, dẫn đến xử lý chậm các tình huống trên đường và tăng khả năng gây tai nạn giao thông

2.2 Tiêu chuẩn về dao động

2.2.1 Tiêu chuẩn quốc tế ISO 2631-1:1997

 Tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 [11] là bước cải tiến của tiêu chuẩn ISO 2631:1985

 Tiêu chuẩn mới bỏ qua khái niệm giới hạn về suy giảm mức độ thành thạo

do mỏi Sử dụng “vùng khuyến cáo” để phân loại sự tiếp xúc với rung động giữa các giới hạn tùy theo thời gian tiếp xúc Vượt ra khỏi giới hạn này được xem là “có thể gây ra thương tích”

 Sử dụng chỉ số VDV của tiêu chuẩn Anh BS 6841 Khu vực khuyến cáo là khu vực có trị số VDV đạt 8,5 m/s2, khu vực có khả năng nguy hại đến sức khỏe là khu vực VDV đạt 17 m/s2

Hình 2.2: Vùng khuyến cáo sức khỏe khi tiếp xúc với dao động [11]

2.2.2 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6964-1:2001

 TCVN 6964-1:2001 [12] hoàn toàn tương đương với ISO 2631-1:1997

 TCVN 6964-1:2001 do Tiểu ban kỹ thuật tiêu chuẩn TCVN/TC 43 - SC1

“Rung và va chạm” biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học, Công nghệ và Môi trường (nay là Bộ Khoa học và Công nghệ) ban hành

 Tiêu chuẩn này xác định phương pháp đo rung động toàn thân có chu kỳ, ngẫu nhiên và tức thời Tiêu chuẩn này chỉ ra các yếu tố chính kết hợp để xác định mức độ mà tới mức đó sự chịu đựng (sự tiếp xúc) sẽ là chấp nhận được

 Dải tần số được xem xét đến là:

o 0,5 Hz đến 80 Hz đối với sức khỏe, độ tiện nghi và sự cảm nhận

o 0,1 Hz đến 0,5 Hz đối với các cảm giác chóng mặt, buồn nôn

 Mặc dù các ảnh hưởng tiềm tàng lên con người không được đề cập hết, nhưng đa số các hướng dẫn về việc đo rung động toàn thân được ứng dụng trong lĩnh vực này Tiêu chuẩn này còn xác định các nguyên tắc của phương pháp ưu tiên về các bộ cảm biến đo để xác định sự chịu đựng của con người Tiêu chuẩn này không áp dụng cho việc đánh giá các chấn động xung mạnh như xảy ra trong các tai nạn xe cộ

 Tiêu chuẩn này áp dụng đối với các chuyển động lan truyền đến cơ thể con người trên bề mặt nâng đỡ: bàn chân của người ở trạng thái đứng; mông, lưng và chân của người ở trạng thái ngồi hoặc bề mặt chịu lực của người

nằm Các loại rung động này xuất hiện trong các phương tiện giao thông, máy móc, nhà cửa và ở các vùng lân cận với thiết bị đang làm việc

 Mục đích: Xác định phương pháp đánh giá rung động toàn thân liên quan

đến:

o Sức khỏe và độ tiên nghi của người chịu rung động

o Khả năng cảm nhận rung động

o Sự gây chóng mặt buồn nôn do rung động

 Phương pháp đánh giá: Dựa vào giá trị trọng số gia tốc (r.m.s)

2.3 Phương pháp phân tích dữ liệu thực nghiệm

Khi chúng ta bắt đầu xem xét dữ liệu, chúng ta phải suy nghĩ, hình dung trong đầu những khái niệm chung về dữ liệu, những đặc điểm, thuộc tính mà dữ liệu đang có Từ đó, tiến hành phân tích dữ liệu để đáp ứng những kết quả mong muốn

Có rất nhiều công cụ để xem xét dữ liệu như:

 Công việc kiểm tra thực tế

 Biểu đồ

 Biểu đồ phân tán

 Biểu đồ thời gian

 Thông tin đánh giá

2.3.1 Biểu đồ

 Xác định phạm vi của đa số các giá trị dữ liệu

 Xác định số lượng tần số xuất hiện của dữ liệu tại các giá trị dữ liệu khác nhau

 Có nhiều cách để thể hiện dữ liệu trên biểu đồ

Hình 2.3: Biểu đồ nhiệt độ được thể hiện theo 2 cách khác nhau

2.3.2 Phân tích và biến đổi dữ liệu

Dữ liệu từ cảm biến đưa ra là giá trị gia tốc Chúng ta sử dụng phần mền MATLAB để biến đổi các giá trị thực nghiệm từ gia tốc – vận tốc – thời gian

Hình 2.4: Biểu đồ thể hiện dữ liệu gia tốc thực nghiệm đo được từ cảm biến chưa

được xử lý

Hình 2.5: Biểu đồ thể hiện dữ liệu gia tốc thực nghiệm

Hình 2.6: Biểu đồ thể hiện dữ liệu vận tốc biến đổi từ gia tốc bằng phần mền

MATLAB

Hình 2.7: Biểu đồ thể hiện dữ liệu vị trí biến đổi từ vận tốc bằng phần mền

MATLAB

Hình 2.8: Biểu đồ so sánh giữa gia tốc – vận tốc – vị trí

2.4 Phương pháp biến đổi Fourier nhanh

2.4.1 Tín hiệu

Trong lĩnh vực truyền thông, xử lý tín hiệu, và trong kỹ thuật điện nói chung, tín hiệu là đại lượng bất kỳ biến thiên theo thời gian hoặc không gian

Biến số (đại lượng) này thay đổi theo thời gian

 Tín hiệu nói và nghe: Là biên độ âm thanh biến thiên theo thời gian

 Nhiệt độ đo được tại những giờ khác nhau trong một ngày

 Giá cổ phiếu thay đổi theo ngày

Tín hiệu có thể được phân loại theo tín hiệu liên tục theo thời gian và tín hiệu rời rạc theo thời gian:

 Tín hiệu rời rạc hay tín hiệu rời rạc theo thời gian là một chuỗi thời gian,

có lẽ là một tín hiệu được lấy mẫu từ một tín hiệu liên tục theo thời gian

 Tín hiệu kỹ thuật số là tín hiệu rời rạc theo thời gian chỉ lấy một tập hợp rời rạc của các giá trị

Hình 2.9: Tín hiệu liên tục theo thời gian và tín hiệu rời rạc theo thời gian

2.4.2 Tín hiệu tuần hoàn

Tín hiệu tuần hoàn và tín hiệu không tuần hoàn

Hình 2.10: Tín hiệu tuần hoàn và tín hiệu không tuần hoàn

 Chu kỳ T: Khoảng thời gian tối thiểu mà tín hiệu lặp lại

 Tần số cơ bản: f0 = 1/T

 Tần số điều hoà: kf0

 Bất kỳ một tín hiệu tuần hoàn nào có thể được xấp xỉ bằng tổng các đường hình sin ở tần số điều hoà của tín hiệu (kf0) với tần số và giai đoạn tương ứng

 Thay vì dùng tín hiệu đường hình sin , một cách toán học, chúng ta có thể

sử dụng hàm mũ phức tạp với cả hai tần số điều hoà dương và âm

 Công thức Euler: exp( j  t )  sin(  t )  j cos(  t )

2.4.3 Miền thời gian và miền tần số

Một tín hiệu có một hay nhiều tần số trong nó, và có thể được xem từ hai

quan điểm khác nhau: Miền thời gian và miền tần số

Hình 2.11: Biểu đồ thể hiện dữ liệu gia tốc thực nghiệm đo được từ cảm biến đặt

trên ghế ngồi người lái xe buýt chưa được xử lý

Hình 2.12: Miền thời gian và miền tần số

 Miền thời gian: Làm thế nào một tín hiệu thay đổi theo thời gian

 Miền tần số: Có bao nhiêu tín hiệu nằm trong mỗi băng tần số cho trước trên một dải tần số

2.4.4 Biến đổi Fourier

Chúng ta có thể đi giữa miền thời gian và miền tần số bằng cách sử dụng một

công cụ gọi là Biến đổi Fourier

 Biến đổi Fourier chuyển đổi tín hiệu trong miền thời gian thành tín hiệu trong miền tần số (phổ)

 Biến đổi Fourier nghịch chuyển đổi những thành phần của miền tần số ngược trở lại thành tín hiệu trong miền thời gian ban đầu

 Biến đổi Fourier liên tục theo thời gian: