Nhằm đánh giá tác động của mặt đường đến hành khách khi di chuyển bằng xe ô tô có thể mô hình hóa dao động của ô tô khách giường nằm thành các dạng mô hình khảo sát dao động: Mô hình dao động ¼, Mô hình dao động ½ và mô hình dao động không gian.
Mỗi mô hình đều có các ưu nhược điểm của riêng mình trong quá trình nghiên cứu đánh giá hệ thống treo. Mô hình ¼ thường sử dụng để đánh giá cụ thể các phần tử của hệ thống treo, đây là mô hình được sử dụng khá phổ biến trong các nghiên cứu trên thế giới từ trước đến nay. Mô hình ½ được phát triển hơn mô hình ¼ bằng việc có xem xét đến ảnh hưởng của liên kết giữa hệ thống treo trước và hệ thống treo sau qua khối lượng được treo trong mặt phẳng dọc được thể hiện qua góc lắc dọc. Mô hình không gian là một mô hình được đánh
giá là mô hình khảo sát khá đầy đủ sự liên hệ giữa các dạng dao động của xe khi hệ dao động được đánh giá xem xét trong hệ tọa độ không gian với các dao động cả trong mặt phẳng dọc và mặt phẳng ngang.
Nghiên cứu mô hình dao động nhằm hướng đến khảo sát đánh giá tác động của hệ thống treo từ đó đưa ra các kiểm tra, hoàn thiện tối ưu phục vụ cho quá trình thiết kế, lựa chọn các bộ phận của hệ thống treo cũng như điều khiển các thông số của hệ thống treo trong các hệ thống treo có điều khiển nhằm hướng tới mục tiêu nâng cao độ êm dịu chuyển động của phương tiện cũng như tăng tính ổn định của phương tiện trong các điều kiện khảo sát khác nhau.
Trong các khảo sát, đánh giá dao động của cơ hệ, người lái thường được chọn làm đối tượng để đánh giá. Trong mô hình dao động người lái thường được quy dẫn về một khối lượng tập trung được đặt trên một hệ thống treo đặc trưng bởi hai thông số hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn. Mô hình hóa trên sẽ chỉ xét đến dao động theo một phương (phương thẳng đứng) còn đối với trong trường hợp mô hình hóa người nằm thì cần phải xét thêm sự tác động dao động trong mặt phẳng thì mô hình hóa trên không đáp ứng được.
1.3.4 Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới
Nhóm tác giả Wael Abbas, Ashraf Emam, Saeed Badran, Mohamed Shebl, Ossama Abouelatta [39] sử dụng mô hình dao động ½ có sự tham gia của người lái để khảo sát đánh giá dao động khi xe đi qua mấp mô dạng bậc trong đó mô hình dao động của người lái và ghế được chia tách thành năm phần khác nhau theo phương thẳng đứng gồm: đầu, khối lượng của thân trên, khối lượng của phần thân dưới, khối lượng phần từ xương chậu chở xuống, khối lượng phần ghế lái. Các khối lượng được liên kết bởi các thông số hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn. Mô hình dao động được khảo sát sau đó sử dụng thuật toán di truyền để tối ưu các thông số của hệ thống treo. Nghiên cứu đã có sự
phát triển trong việc mô hình hóa các bộ phận của con người thành các phần khác nhau để khảo sát ảnh hưởng đến từng bộ phận theo phương thẳng đứng.
Nhóm tác giả Galad Ali Hassaan, Nasser Abdul- Azim Mohammed [15] sử dụng mô hình không gian để khảo sát dao động tác động lên con người khi xe đi qua mấp mô tín hiệu dạng hình sine với các vận tốc V=25km/h và V=50km/h. Kết quả khảo sát nhóm tác giả đã chỉ ra sự ra thay đổi của giá trị chuyển vị của người lái, hành khách, satxi khi thay đổi các chế độ khảo sát: tốc độ tăng từ V=25km/h lên V=50km/h. Nghiên cứu đã sử dụng mô hình khảo sát dao động không gian để phản ánh đầy đủ hơn so với mô hình dao động 1/2 trong quá trình khảo sát.
Nhóm tác giả Dragan Sekulic, Vlastimir Dedovic, Srdjan Rusvov, Slavisa Salimic, Aleksanda Obradovic [12] sử dụng mô hình không gian để khảo sát dao động của đối tượng xe khách ghế ngồi trong thành phố. Mô hình không gian khảo sát dao động được nhóm tác giả xây dựng từ việc mô hình hóa các khối lượng tập trung của khối lượng được treo và khối lượng không được treo. Các phần tử của hệ thống treo như lốp và hệ thống treo khí nén được đặc trưng bởi các hệ số độ cứng và hệ số giảm chấn tuyến tính. Mô hình hành khách và ghế ngồi được đặc trưng bởi một khối lượng của hành khách liên hệ với sàn xe thông qua một hệ thống treo có sự tham gia của một phần tử giảm chấn và một phần tử đàn hồi. Giá trị dao động của hành khách được đánh giá theo tiêu chuẩn ISO 2631-1. Nghiên cứu của nhóm tác giả này đã lựa chọn đối tượng nghiên cứu và cách xây dựng mô hình không gian khảo sát dao động xe có nhiều điểm tương đồng với đối tượng mà luận án dự kiến lựa chọn, do đó luận án đã kế thừa một phần các kết quả trong nghiên cứu này để phục vụ quá trình xây dựng mô hình khảo sát của luận án.
Nhóm tác giả C. F. Tan, W. Chen, F. Kimman, W. M. Rauterberg [8] sử dụng phương pháp thực nghiệm để xem xét đánh giá sự ảnh hưởng của các vị trí nằm khác nhau trên máy bay đến độ thoải mái của hành khách trên một nhóm hành khách gồm 4 nữ và 8 nam, nhóm hành khách có độ tuổi từ 22 đến 25 tuổi và chiều cao trung bình là 1,82m. Tổng hợp các kết quả nghiên cứu, các tác giả từ đó đưa ra những khuyến báo. Nghiên cứu của nhóm tác giả đã lựa chọn nhóm người có các đặc điểm đặc trưng đại diện cho nhóm đối tượng nghiên cứu để từ đó nghiên cứu sẽ thu lại được những kết quả mang đại diện, tổng quát phù hợp với đối tượng người cần xem xét đánh giá các tác động ảnh hưởng. Phương pháp lựa chọn này sẽ được luận án áp dụng phục vụ cho việc lựa chọn đối tượng hành khách phù hợp để khảo sát.
Nhóm tác giả Ornwipa Thamsuwan, Ryan P. Blood, Randal P. Ching, Linda Boyle, Peter W. Johnson [33] tiến hành đo đạc dao động toàn thân của hành khách trên hai chủng loại xe khách sàn cao và xe khách sàn thấp trên bốn loại đường khác nhau. Giá trị rung động toàn thân có sự liên quan đến vấn đề đau lưng của con người khi di chuyển bằng ô tô. Giá trị đo đạc rung động toàn thân được tính toán theo tiêu chuẩn ISO 2631-1(1997). Kết quả của nhóm nghiên cứu cũng chỉ ra giá trị rung động toàn thân có giá trị cao đối với xe khách có sàn cao. Các giá trị đều có giá trị nhỏ hơn ngưỡng giới hạn của con người khi vận hành trong thời gian 8 giờ. Nghiên cứu nhằm đưa ra đánh giá đối với chủng loại xe sàn cao và sàn thấp bằng phương pháp đo đạc thực nghiệm trong điều kiện lao động của người lái.
Nhóm tác giả Gao Zepeng, Nan Jinrui, Liu Lian, Xu Xiaolin [16] phân tích các đặc trưng của hệ thống treo khí nén sử dụng trên xe điện sau đó sử dụng phần mềm AMESIM để khảo sát đặc tính của treo khí nén từ đó ước lượng ra các giá trị để đưa vào khảo sát mô hình ¼ và mô hình không gian của xe. Mô
hình ¼ và mô hình không gian được nhóm tác giả mô hình các phần tử treo khí nén bằng các phần tử có đặc tính tuyến tính. Các giá trị được sử dụng để điều khiển chiều cao của thân xe nhằm tăng độ êm dịu, ổn định, chất lượng lái và tiết kiệm nhiên liệu của xe. Quá trình tính toán mô phỏng được thực hiện trong phần mềm Simulink, để xác nhận được quá trình vượt ngưỡng hệ thống nhóm tác giả sử dụng thuật toán logic mờ để nhận biết. Nghiên cứu có các kết quả thu được từ sự kết hợp giữa các phần mềm thương mại Matlab và phần mềm chuyên dụng AMESIM.
Nhóm tác giả Ile Mircheski, Tatjana Kandikjan, Sofija Sidorenko [19] đã phân tích độ thoải mái của người lái, họ tiến hành xây dựng mô hình 3D sử dụng phương pháp hữu hạn để tính toán mức độ phân bố áp suất của người lái lên đệm ghế sau đó được so sánh với thí nghiệm thực tế sử dụng hệ thống đo đạc XSENSOR – X3 PRO. Quá trình tính toán và đo đạc thực tế được sử dụng trên phần mềm ABAQUS. Nghiên cứu dựa trên nền tảng tính toán lý thuyết bằng phương pháp phần tử hữu hạn trên phần mềm thương mại và thiết bị thí nghiệm chuyên biệt để đo đạc.
Nhóm tác giả Sung Yuk Kim, Jong Rok An, Key Sun Kim [37] sử dụng phương pháp đo đạc thực nghiệm, họ sử dụng các cảm biến được đặt ở vị trí người lái để đo lực và chuyển vị tại vị trí người lái và đệm ghế, sau đó các tác giả nội suy ra phân bố độ cứng của đệm. Kết hợp kết quả đo phân bố độ cứng và phân bố áp suất của các vùng của người lái ngồi lên đệm để đưa ra khuyến cáo độ cứng cho các vùng đệm ghế lái. Nghiên cứu này đòi hỏi một số lượng kết quả đo đạc đủ lớn để có thể mang tính đại diện cho các vị trí khác nhau của đệm giường nằm
1.3.5 Tổng quan các nghiên cứu trong nước
Tác giả Nguyễn Văn Trà [4] sử dụng mô hình ¼ để khảo sát và đánh giá dao động cho xe có hệ thống treo bị động và bán tích cực cụ thể là hệ thống treo của xe Toyota Hiace 95. Mô hình được ứng dụng lý thuyết điều khiển trong không gian trạng thái và hàm truyền để khảo sát dao động trong miền thời gian và miền tần số. Phần thực nghiệm tác giả có tiến hành đo biên dạng mặt đường
ở 03 địa điểm thực tế khác nhau để so sánh và đánh giá. Mô hình tác giả xây dựng sử dụng trong mục đích điều khiển hệ thống treo chưa có sự tham gia của người trên xe.
Tác giả Đặng Việt Hà [3] sử dụng mô hình ½ để khảo sát và đánh giá dao động với các thông số khảo sát của xe khách 29 chỗ Country HD 29E3 với kích thích mặt đường hình sine. Trong mô hình có kể đến mô hình dao động của người lái được mô hình hóa bằng một khối lượng tập trung. Các thông số đầu vào trong mô hình tính toán được tác giả thực hiện bằng thực nghiệm một cách khá chi tiết. Mô hình tác giả sử dụng có sự phát triển hơn mô hình ¼ nhưng mô hình người lái chỉ tính đến ảnh hưởng theo phương thẳng đứng.
Tác giả Trần Thanh An [5] sử dụng mô hình không gian để khảo sát và đánh giá dao động với thông số đầu vào là xe khách 29 chỗ Country HD 29E3 và có ứng dụng phương pháp hàm chặn để xác định các thông số tối ưu của hệ thống treo khi xe đi qua các mấp mô biên dạng hình thang cân với chiều cao mấp mô 0,1m với vận tốc v=13km/h. Nội dung của phương pháp hàm chặn là phương pháp đặt ràng buộc để đưa hàm hai mục tiêu: độ êm dịu và an toàn (tải trọng động thẳng đứng) chuyển động trở về hàm một mục tiêu an toàn chuyển động trong đó mục tiêu độ êm dịu được giới hạn bằng một dạng bất phương trình. Luận án sử dụng phương pháp tối ưu là phương pháp hàm chặn và mô hình của người lái trên xe cũng chỉ xét đến theo phương thẳng đứng.
Tác giả Trương Mạnh Hùng [6] tiến hành lựa chọn mô hình toán học mô phỏng phần tử đàn hồi khí nén hệ thống treo là mô hình toán học lò xo khí nén Gensys. Mô hình Gensys được sử dụng để khảo sát ảnh hưởng của các thông số vật lý đến đặc tính đàn hồi của hệ thống treo khí nén: ảnh hưởng của áp suất, ảnh hưởng của thể tích bình khí phụ và cũng xem xét đánh giá tác động tổng thể của hệ thống treo dựa trên các chỉ số về độ êm dịu (RMS) và chỉ tiêu về an toàn chuyển động (RMS tải trọng động). Luận án chủ yếu đưa ra các khảo sát và đánh giá về tác động của các yếu tố áp suất và thể tích của bình khí phụ đến các thông số kết cấu của hệ thống treo.