(Đồ án tốt nghiệp) Nghiên cứu, chế tạo thiết bị đo dao động trên ô tô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO THIẾT BỊ
ĐO DAO ĐỘNG TRÊN Ô TÔ

PHẠM THÀNH TRUNG
16145557
SVTH : VÕ NHẬT PHI
MSSV: 16145474
GVHD: ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU
SVTH :
MSSV:

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2020


LỜI CẢM ƠN
Để luận văn này đặt kết quả tốt đẹp cho đến ngày hơm nay, nhóm chúng em đã nhận
được sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều thầy cô giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TPHCM. Thầy cơ đã nhiệt tình tư vấn cho chúng em mỗi khi đề tài gặp khó khăn cần tìm
hướng đi đúng đắn mới. Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép nhóm chúng em được
bài tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tất cả mọi người đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong
quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Đầu tiên, chúng em xin gửi tới các thầy khoa Cơ khí Động lực, trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật lời chào hỏi trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc. Với sự
quan tâm, chỉ bảo và hướng dẫn nhiệt tình chu đáo của các thầy, đến nay nhóm chúng em
đã hồn thành được đề tài đồ án tốt nghiệp của mình, đề tài:
“Nghiên cứu thiết bị đo dao động trên ô tô buýt”.

Đặc biệt, nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới GVHD, Ths.
Nguyễn Trung Hiếu – giảng viên trực tiếp hướng dẫn và hỗ trợ nhiều nhất cho nhóm chúng
em trong suốt q trình làm đề tài tốt nghiệp. Những hướng dẫn vơ cùng có ích của thầy
đã hỗ trợ chúng em rất nhiều trong quá trình làm việc. Bên cạnh đó, qua làm việc với thầy,
nhóm đã tích lũy được vốn kiến thức chun ngành có ích cho bản thân và quan trọng hơn
là tác phong, cách thức làm việc hiệu quả cần có ở một kỹ sư. Xin chân thành cảm ơn thầy!
Kế đến, xin chân thành cảm ơn tất cả các thành viên trong phòng thí nghiệm của
thầy Nguyễn Trung Hiếu đã nhiệt tình hỗ trợ cũng như đưa ra những gợi ý, hướng đi cho
nhóm mình. Nhờ sự hỗ trợ này, nhóm mình đã có them những hướng đi mới cho đề tài, từ
đó nâng cao chất lượng đề tài. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn.
Và cuối cùng, không thể nào không gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến với ba mẹ,
những người luôn đồng hành cùng các con, luôn đưa ra những khuyên bảo mỗi lúc con gặp
bế tắc nhất. Cảm ơn ba mẹ đã đi cùng con trong suốt thời gian qua. Thành quả mà con đạt
được hơm nay chính là nhờ cơng sức của ba mẹ đã chịu cực khổ nuôi con qua từng ngày,
đã giúp con mở rộng cánh cửa tương lai thông qua con đường học vấn. Xin gửi lời cảm ơn
sâu sắc nhất đến với ba mẹ.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm cịn hạn chế của nhóm, luận văn này
không thể nào tránh được những sai lầm cũng như những thiếu sót, nhóm em rất hy vọng

i


nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy để bổ sung cho nhóm, từ đó góp phần hồn
thiện dần nội dung luận văn.

Sinh viên thực hiện

Tp. Hồ Chí Minh, ngày……tháng……năm……

ii

BẢN TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đề tài: Nghiên cứu thiết bị đo dao động trên ô tô buýt
I.
Tổng quát về đề tài
Nhận thấy sự phát triển ngày càng lớn của ngành giao thơng vận tải nói chung và lĩnh
vực vận tải hành khách nói riêng, sự đầu tư cho các phương tiện vận tải công cộng như xe
buýt là một hệ quả tất yếu, qua sự tìm hiểu và trao đổi với GVHD, nhóm chúng em quyết
định chọn đề tài “Nghiên cứu thiết bị đo dao động trên ô tô buýt” là đề tài đồ án tốt nghiệp.
Thiết bị đo dao động này là phương tiện hỗ trợ cho kỹ sư trong q trình thiết kế hệ thống
treo thơng qua việc phân tích, đánh giá số liệu thu thập từ thiết bị. Bên cạnh đó, thiết bị cịn
có thể sự dụng trong quá trình kiểm tra một hệ thống treo trên các xe buýt mới lắp ráp để
đảm bảo yêu cầu về độ êm dịu cũng như yêu cầu động học của xe.
II.
Các vấn đề nghiên cứu
1. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu trên ô tô, các thông số kỹ thuật cần biết của một hệ
thống treo.
2. Ảnh hướng trực tiếp của dao động đến sức khỏe của con người, các ngưỡng chịu
đựng khác nhau của con người đối với dao động.
3. Xây dựng mơ hình tốn học – mơ hình dao động trên ơ tơ, lặp phương trình cân
bằng, phân tích các yếu tố tác động trên mơ hình
4. Xây dựng sơ đồ khối thiết bị, các yêu cầu cần đáp ứng trên thiết bị đo dao động.
5. Tiến hành giao tiếp thu thụ dữ liệu từ các cảm biến, mô-đun trong hệ thống.
6. Xây dựng giao diện hiển thị kết quả trên máy tính
7. Tạo ứng dụng trên thiết bị android đề thu thập và hiện thị dữ liệu thông qua kết nối
bluetooth.
8. Đánh giá kết quả, độ tin cậy của kết quả từ dữ liệu thu được.
III. Định hướng phát triển đề tài
Một bước phát triển mới cho dự án của nhóm đó là truyền nhận dữ liệu từ xa thơng

qua sóng radio hoặc internet tốc độ cao. Điều này sẽ hỗ trợ rất mạnh trong việc phân phối
dự liệu đến nhiều máy chủ thay vì một máy như hiện tại. Bên cạnh đó, người dùng có thể
truy cập dữ liệu từ thiết bị mà khơng cần có mặt trực tiếp trên xe lúc kiểm tra, điều này
cải thiện đáng kể tính tiện nghị mà thiết bị mang lại.

iii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................i
BẢN TÓM TẮT ĐỒ ÁN ................................................................................................... iii
MỤC LỤC ..........................................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .......................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................................ viii
DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................................x
MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .................................................3
1.1. Lí do chọn đề tài ........................................................................................................3
1.2. Xu hướng phát triển ô tô khách ở Viêt Nam .............................................................3
1.2.1. Đặc điểm và sự phát triển mạng lưới giao thông ở Việt Nam ............................3
1.2.2. Hiện trạng phát triển ô tô khách ở Việt Nam ......................................................5
1.2.3. Tình hình sản xuất, lắp ráp ô tô khách ở Viêt Nam ............................................6
1.3. Các hướng nghiên cứu cứu dao động trên ô tô..........................................................7
1.3.1. Các công trình nghiên cứu về dao động trên ơ tơ ...............................................7
1.3.1.1. Các nghiên cứu trong nước ...........................................................................7
1.3.1.2. Các nghiên cứu trên thế giới .........................................................................9
1.3.2. Tổng quan về nghiên cứu dao động trên ô tô ....................................................10
1.3.2.1. Tổng thể hệ thống “Đường – Ô tô – Con người” .......................................10
1.3.2.2. Nghiên cứu về biên dạng mặt đường. .........................................................11

1.3.2.3. Nghiên cứu về dao động trên ô tô ...............................................................12
1.3.2.4. Nghiên cứu cảm giác con người đối với dao động .....................................13
1.3.2.5. Các chỉ tiêu liên quan đến độ êm dịu chuyển động của ô tô ......................15
1.3.3. Giới thiệu tiêu chuẩn về độ êm dịu của Việt Nam ............................................17
CHƯƠNG 2. MƠ HÌNH TỐN HỌC DAO ĐỘNG Ơ TƠ..............................................19
2.1. Các giả thiết khi xây dựng mơ hình dao động ô tô..................................................19
2.2. Xây dựng mô hình dao động ô tô hai cầu trong mặt phẳng ....................................20
2.3. Khai triển các thành phần dao động của mơ hình ...................................................22
2.3.1. Phân tích lực tác dụng lên khối lượng không được treo cầu trước ...................22
2.3.2. Phân tích lực tác dụng lên cơ cấu treo cầu trước ..............................................23
2.3.3. Phân tích lực tác dụng khối lượng được treo cầu sau: ......................................24
2.3.4. Phân tích lực tác dụng lên cơ cấu treo sau: .......................................................24
CHƯƠNG 3. THIẾT BỊ ĐO DAO ĐỘNG........................................................................27
iv


3.1. Khảo sát các mơ hình tương tự ................................................................................27
3.1.1.

Mơ hình truyền dữ liệu realtime trên đường đua F1 .....................................27

3.1.2. Thiết bị thu thập dữ liệu VBOX automotive.....................................................28
3.2. Mơ hình thiết bị .......................................................................................................30
3.2.1. Giới thiệu tổng quát về thiết bị .........................................................................30
3.2.2. Các tính năng trên thiết bị .................................................................................31
3.2.3. Sơ đồ thiết bị .....................................................................................................32
3.2.3.1. Sơ đồ khối các mô-đun trên thiết bị............................................................32
3.2.3.2. Sơ đồ nguyên lí ...........................................................................................33
3.3. Tiến hành xây dựng và thiết kế ...............................................................................34
3.3.1. Các module trong hệ thống ...............................................................................34

3.3.1.1. Main Controller – Mạch điều khiển trung tâm ...........................................34
3.3.1.2. Module cảm biến ........................................................................................37
3.3.1.3. Module TCA-9548A ...................................................................................42
3.3.1.4. Module GPS EVK-6PPP u-blox .................................................................48
3.3.1.5. Module Bluetooth HC-06 ...........................................................................50
3.3.1.6. Module SD card - Arduino Micro SD Shield Module SPI SD...................52
3.3.1.7. Một số module khác....................................................................................52
3.3.2. Chuẩn giao tiếp dữ liệu I2C ..............................................................................54
3.3.2.1. Giới thiệu chung .........................................................................................54
3.3.2.2. Đặc điểm của giao thức ..............................................................................55
3.3.2.3. Phần cứng ...................................................................................................55
3.3.2.4. Thiết bị chủ và tớ ........................................................................................55
3.3.2.5. Giao thức truyền – nhận dữ liệu .................................................................56
3.3.2.6. Các chế độ hoạt động của I2C ....................................................................59
3.3.3. Kết quả chạy chương trình trên máy tính..........................................................59
3.3.3.1. Định dạng dữ liệu đầu ra trên Serial Monitor của Arduino ........................59
3.3.3.2. Cơng cụ Telementry Viewer .......................................................................59
3.3.4. Lưu đồ thuật tốn ..............................................................................................62
3.3.5. Phần mềm hỗ trợ giao tiếp không dây trên thiết bị Android.............................63
3.4. Kết quả thực nghiệm................................................................................................65
3.4.1. Lắp đặt thiết bị ..................................................................................................65
3.4.2. Quá trình kiểm nghiệm .....................................................................................66
3.4.3. Kết quả thu được ...............................................................................................67
3.4.3.1. Dữ liệu trên giao diện máy tính ..................................................................67
v


3.4.3.2. Dự liệu được lưu vào thẻ SD card và giao tiếp thiết bị Android ................67
3.4.3.3. Phân tích kết quả thực nghiệm....................................................................69
3.4.4. Kiểm nghiệm độ tin cậy cảm biến ....................................................................73

CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ...........................76
4.1. Kết luận ...................................................................................................................76
4.2. Hướng phát triển của đề tài .....................................................................................77
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................78
PHỤ LỤC...........................................................................................................................79

vi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
ĐATN: đồ án tốt nghiệp
GVHD: giảng viên hướng dẫn
SVTH: sinh viên thực hiện
SKD: Semi-Knocked Down
CKD: Completely Knocked Down
IKD: Incomplete Knocked Down
CNKT: công nghệ kỹ thuật
QCVN: quy chuẩn Việt Nam
GNSS-RTK: Global Navigation Satellite System Real – Time Kinematic
DGPS: Defferential GPS
VĐK: vi điều khiển
RISC: Reduced Instructions Set Computer
MIPS: Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages
ADC: Analogue to Digital Converter
DAC: Digital Analog Converter
UART: Universal Asynchronous Receiver / Transmitter
IEPE: Internal Electronic Piezoelectric
ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line
DSP: Digital Motion Processor
DC: Direct Current

FIFO: first-in, first-out
SPI: Serial Peripheral Interface
SMBUS: System Management Bus
SCL: Serial Clock Line
SDA: Serial Data Line

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1. 1 Khung gầm sắt xi ơ tơ cơ sỡ ................................................................................7
Hình 1. 2 Ơ tơ khách được lắp ráp tại Việt Nam .................................................................7
Hình 1. 3 Mơ hình dao động ơ tơ của Iasenco .....................................................................9
Hình 1. 4: Mối quan hệ "Đường-Ơ tơ-Con người" trong hệ dao động ơ tơ .......................11
Hình 1. 5 Mơ hình hóa các hệ dao động trên cơ thể con người .........................................14
Hình 2. 1 Mơ hình dao động tương đương ơ tơ 2 cầu........................................................21
Hình 2. 2 Mơ hình khối lượng khơng được treo cầu trước ................................................22
Hình 2. 3 Mơ hình cơ cấu treo trước ..................................................................................23
Hình 2. 4 Mơ hình khối lượng khơng được treo cầu sau ...................................................24
Hình 2. 5 Mơ hình cơ cấu treo sau .....................................................................................25
Hình 2. 6 Mơ hình khối lượng được treo của xe................................................................26
Hình 3. 1 Mạng lưới dữ liệu trong cuộc đua F1 ................................................................27
Hình 3. 2 Giao diện dữ liệu các thơng số trên xe F1 .........................................................28
Hình 3. 3 Thiết bị VBOX 3i ..............................................................................................29
Hình 3. 4 Giao diện phần mềm Test suite..........................................................................30
Hình 3. 5 Cải thiện độ chính xác GPS với phương pháp DGPS .......................................30
Hình 3. 6 Mặt trước thiết bị ...............................................................................................31
Hình 3. 7 Mặt sau thiết bị...................................................................................................31
Hình 3. 8 Sơ đồ các khối chức năng trên thiết bị ...............................................................32

Hình 3. 9 Sơ đồ khối các mơ-đun trên thiết bị ...................................................................33
Hình 3. 10 Sơ đồ ngun lí của thiết bị .............................................................................33
Hình 3. 11 Main controller.................................................................................................34
Hình 3. 12 Sơ đồ chân chip ATmega2560-16au trên board main controller ....................36
Hình 3. 13 Vị trí các cổng giao tiếp dữ liệu trên board .....................................................36
Hình 3. 14 Cảm biến gia tốc MPU6050.............................................................................37
Hình 3. 15 Sơ đồ ngun lí cảm biến MPU6050 ...............................................................39
Hình 3. 16 Cảm biến gyro ba trục L3G4200D ..................................................................40
Hình 3. 17 Sơ đồ nguyên lí cảm biến L3G4200D .............................................................41
Hình 3. 18 Xung đột địa chỉ trong giao tiếp I2C ...............................................................42
Hình 3. 19 Module mở rộng giao tiếp I2C TCA-9548A ...................................................43
Hình 3. 20 Sơ đồ ứng dụng đơn giản hóa của TCA-9548A ..............................................44
Hình 3. 21 Cấu hình các chân đầy đủ trên TCA-9548A ....................................................44
Hình 3. 22 Sơ đồ các khối chức năng trên TCA-9548A ....................................................46
Hình 3. 23 Các thành phần trong byte địa chỉ của TCA-9548A........................................46
Hình 3. 24 Bit lựa chọn kênh trên Control register ...........................................................47
Hình 3. 25 Hai mặt thiết bị GPS ........................................................................................48
Hình 3. 26 Mô tả các chân trong cổng giao tiếp RS232 của GPS .....................................49
Hình 3. 27 Sơ đồ bố trí các chi tiết linh kiện trên GPS .....................................................49
Hình 3. 28 Sơ đồ các khối thiết bị của GPS.......................................................................50
viii


Hình 3. 29 Module Bluetooth HC-06 ................................................................................50
Hình 3. 30 Sơ đồ ngun lí HC-06 ....................................................................................52
Hình 3. 31 Module Arduino Micro SD ..............................................................................52
Hình 3. 32 Mạch chuyển giao tiếp USB-UART ................................................................53
Hình 3. 33 Mạch chuyển đổi RS232-TTL .........................................................................54
Hình 3. 34 Cấu tạo vật lí của một bus I2C .........................................................................55
Hình 3. 35 Kết nối của Slave và Master trên bus I2C .......................................................56

Hình 3. 36 Cấu trúc của một giao thức trong I2C..............................................................56
Hình 3. 37 Điều kiện bắt đầu giao thức .............................................................................57
Hình 3. 38 Điều kiện kết thúc giao thức ............................................................................58
Hình 3. 39 Giao thức I2C Master gửi dữ liệu đến Slave ...................................................58
Hình 3. 40 Giao thức I2C Master nhận dữ liệu từ Slave ...................................................58
Hình 3. 41 Định dạng dữ liệu output trên Serial Monitor..................................................59
Hình 3. 42 Giao diện đầu tiên khi vào cơng cụ Telementry Viewer .................................60
Hình 3. 43 Thiết lập các yếu tố trên đồ thị ........................................................................61
Hình 3. 44 Giao diện hiễn thị dữ liệu trên cơng cụ Telementry Viewer ...........................62
Hình 3. 45 Lưu đồ xử lí của thuật tốn ..............................................................................62
Hình 3. 46 Màn hình ứng dụng ..........................................................................................64
Hình 3. 47 Các dữ liệu thiết bị trên màn hình ứng dụng ...................................................64
Hình 3. 48 Bố trí và thiết lập thiết bị trước q trình kiểm nghiệm ..................................65
Hình 3. 49 Vị trí lắp đặt cảm biến......................................................................................65
Hình 3. 50 vị trí lắp đặt Ăng-ten GPS................................................................................66
Hình 3. 51 Kiểm tra mấp mơ mặt đường .........................................................................66
Hình 3. 52 Dữ liệu thu được trên giao diện máy tính ........................................................67
Hình 3. 53 File dữ liệu TEST.txt trên điện thoại ...............................................................68
Hình 3. 54 Dữ liệu trên thẻ SD card ..................................................................................68
Hình 3. 55 Dữ liệu trên thiêt bị Android............................................................................69
Hình 3. 56 Bài kiểm tra tăng tốc, phanh đột ngột ..............................................................69
Hình 3. 57 Dữ liệu thu được từ thử nghiệm tăng tốc, phanh đột ngột ...............................70
Hình 3. 58 Bài kiểm tra tăng tốc qua cầu...........................................................................70
Hình 3. 59 Dữ liệu thu được từ bài thử nghiệm tăng tốc qua cầu.....................................71
Hình 3. 60 Bài kiểm tra trên đoạn đường có mấp mơ........................................................71
Hình 3. 61 Dữ liệu thu được từ thử nghiệm trên đoạn đường mấp mơ .............................72
Hình 3. 62 Bài thử nghiệm đánh lái quay vịng .................................................................72
Hình 3. 63 Dữ liệu thu được từ thử nghiệm đánh lái quay vịng ......................................73
Hình 3. 64 Đối chiếu dự liệu gyroscope với thiết bị tiêu chuẩn chuẩn .............................74
Hình 3. 65 Đối chiếu dữ liệu gia tốc dịch chuyển với thiết bị tiêu chuẩn .........................74

ix


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1. 1 Hệ thống đường bộ Việt Nam .............................................................................4
Bảng 1. 2 Ảnh hưởng của gia tốc dao động đến con người ...............................................17
Bảng 3. 1 Thông số kỹ thuật ATmega2560-16au ..............................................................34
Bảng 3. 2 So sánh một số cảm biến gia tốc .......................................................................36
Bảng 3. 3 Chức năng các chân trên cảm biến MPU6050 ..................................................38
Bảng 3. 4 Thông số kỹ thuật L3G4200D ...........................................................................39
Bảng 3. 5 Chức năng các chân trên L3G4200D ................................................................40
Bảng 3. 6 Chức năng các chân trên TCA-9548A ..............................................................44
Bảng 3. 7 Các địa chỉ khác nhau của TCA9548A .............................................................46
Bảng 3. 8 Định nghĩa các byte lệnh ...................................................................................47
Bảng 3. 9 Các thông số của module bluetooth HC-06 ......................................................50
Bảng 3. 10 Các chân trên mạch chuyển đổi CP2102 .........................................................52
Bảng 3. 11 Các thông số của mạch chuyển đổi RS232 to TTL .........................................53

x


MỞ ĐẦU
Đồng hành cùng quá trình phát triển của nền kinh tế quốc dân và quá trình phục vụ đời
sống xã hội, việc vận chuyển hàng hóa, hành khách có vai trị to lớn. Sử dụng ơ tơ trong
việc vận chuyển có khả năng đáp ứng tốt hơn về nhiều mặt so với phương tiện vận chuyển
khác vì đặc tính đơn giản an tồn cơ động. Trong các loại hình vận chuyển thì vận chuyển
bằng ơ tơ là loại hình thích hợp nhất khi vận chuyển trên các đoạn đường ngắn và trung
bình. Ơ tơ có thể đến được nhiều vùng với địa hình khác nhau mà các phương tiện vận

chuyển khác khó có thể thực hiện được.
Ngày nay do nhu cầu vận chuyển hàng hóa và hành khách ngày một tăng nhanh, mật
độ lưu thơng lớn, bên cạnh đó là sự mở rộng và phát triển của các đô thị, việc vận chuyển
bằng ơ tơ lại càng có ưu thế. Ở một số nước phát triển, ô tô là ngành cơng nghiệp mũi
nhọn. Trong khi đó ngành cơng nghiệp ô tô ở nước ta chỉ vừa mở đầu quá trình phát triển,
trong đó tiên phong là hàng ơ tơ do tập đoàn VinGroup đầu tư với thương hiệu VinFast.
Trước thời điểm này, nguồn ô tô phục vụ trong nước chủ yếu là nhập khẩu hoặc lắp ráp
trong nước. Nước ta đã bắt đầu thực hiện liên doanh với các cơng ty nước ngồi từ những
năm đầu của thập kỷ 90. Hiện tại đã có 14 liên doanh đã và đang hoạt động như: TOYOTA,
MERCEDES-BENZ VMC, DEAWOO, MITSUBISHI, NISSAN, FORD…Tại đây, ô tô
được lắp ráp trên dây chuyền hiện đại, được nghiên cứu và phát triển bới những kĩ sư hàng
đầu. Công nghệ lắp ráp ô tô ở nước ta cũng dần phát triển từ loại hình SKD sang CKD1,
CKD2 và trong tương lai là lắp ráp IKD. Trong loại hình lắp ráp IKD nhiều chi tiết, các hệ
thống tổng thành được thiết kế chế tạo trong nước là các hệ thông treo, khung, vỏ…
Tuy các ô tô được lắp ráp trên dây chuyền công nghệ hiện đại, áp dụng các thành tựu
khoa học kĩ thuật. Song một thực tế là đường xá kém chất lượng ở Việt Nam đòi hỏi một
thiết kế có tính thiết thực cao hơn, phục vụ tốt hơn trong điều kiện nội tại, các thiết kế phải
đáp ứng được các yêu cầu về độ êm dịu chuyển động, tính tiện nghi, an tồn…
Ngun nhân chính của việc xe không đáp ứng được các yêu cầu trên là do xe chuyển
động trên đường không bằng phẳng, bị kích thích liên tục bởi mấp mơ mặt đường tạo nên
dao động trên ô tô.
Mặt khác, hầu hết các xe khách, xe bus đều đều có thiết kế xuất phát từ gầm xe tải, khi
chuyển sang xe khách còn tồn tại nhiều vấn đề cần giải quyết như độ êm dịu chuyển động,
phương án bố trí hệ thống truyền lực, phân bố tải trọng lên các cầu xe. Do đó, một yêu cầu
1


lắp ráp theo đúng điều kiện địa hình thực tế nhằm đảm bảo được các yêu cầu đặt ra, tạo
một tiền đề để thúc đẩy chất lượng của các thiết kế trên ơ tơ nói chung và trên xe bt nói
riêng.

Xuất phát từ những phân tích, lập luận trên cùng với đó là những gợi ý từ GVHD
Nguyễn Trung Hiếu, nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài: “Nghiên cứu, chế tạo
thiết bị đo dao động trên xe buýt”.
Em xin chân thành cảm ơn thầy GVHD Nguyễn Trung Hiếu đã tận tình hỗ trợ nhóm
chúng em trong suốt q trình thực hiện đồ án, Ngồi những kiến thức được thầy bổ trở
thêm trong q trình làm việc, nhóm chúng em còn được học tập tác phong làm việc của
một kĩ sư chuyên nghiệp. Qua đây, em xin chân thành cảm ơn va chúc thầy luôn mạnh
khỏe, luôn sang suốt trong công việc cũng như cuộc sống, tiếp tục đạo tạo thêm nhiều thế
hệ kĩ sư ô tô phụ vụ cho nền cơng nghiệp Việt Nam nói chung và nền cơng nghiệp ơ tơ nói
riêng.

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
1.1. Lí do chọn đề tài
Xe buýt là một phần thiết yếu của cuộc sống hàng ngày và đóng một vai trị quan trọng
trong cơ cấu xã hội ở nhiều nước nói chung và đặc biệt là Việt Nam ta nói riêng. Một nước
phát triển vươn tầm thế giới thì khơng thể thiếu được hệ thống xe buýt, quản lí, dịch vụ
chuyên nghiệp.
Xe bt đã trở thành thói quen khơng thể thiếu trong đời sống của nhiều người dân,
đặc biệt là cán bộ hưu trí và học sinh, sinh viên. Ước tính trung bình mỗi ngày xe buýt vận
hành trên 10.000 lượt xe, vận chuyển được trên 1 triệu lượt hành khách, hạn chế trên
700.000 lượt xe máy tham gia giao thông trên đường phố. Vì vậy có thể giảm thiểu đươc
tình trạng ách tắc giao thông ở nước ta, giảm thiểu các vụ tai nạn giao thông đáng tiếc xảy
ra. Giảm thiểu được tình hình ơ nhiễm mơi trường đang ngày càng quá độ do sự tham gia
của quá nhiều phương tiện giao thơng. Có thể nói xe bt là một phương tiện công cộng
không thể thiếu trên bất cứ quốc gia nào.
Đứng trước nhu cầu quá lớn về xe buýt như hiện nay thì vấn đề an tồn và ổn định của
những chiếc xe buýt phục vụ người dân hàng ngày phải được đảm bảo. Những vấn đề đó

đã nhắc nhở những người có trách nhiệm phải ln ln đặt nặng lên vai mình vấn đề
nghiên cứu để có thể nêu ra những vấn đề trong những chiếc xe buýt hiện hành và đặc biệt
là dựa trên những vấn đề đó có thể đề xuất ra những phương án để khắc phục vấn đề một
cách tối ưu nhất mà vẫn phù hợp với nền kinh tế của nước nhà.
Với mục đích nâng cao chất lượng cũng như trãi nghiêm của hành khách khi sử dụng
xe buýt, đồng thời hỗ trợ các kĩ sư trong ngành CNKT ô tô cải thiện và nâng cao chất lượng
hệ thống treo trên xe buýt, qua tìm hiểu cũng như được sự hướng dẫn của GVHD Nguyễn
Trung Hiếu, nhóm chúng em quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu thiết bị đo dao động trên
ô tô buýt” là đề tài nghiên cứu của mình trong nhiệm vụ hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
1.2. Xu hướng phát triển ô tô khách ở Viêt Nam
1.2.1. Đặc điểm và sự phát triển mạng lưới giao thông ở Việt Nam
Theo báo cáo Điều chỉnh quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến năm
2020 và định hướng đến năm 2030 [1], hiện trạng về mạng lưới giao thông đường bộ của
Việt Nam được thống kế trong bảng sau:

3


Bảng 1. 1 Hệ thống đường bộ Việt Nam
STT

Loại đường

Chiều dài(km)

Tỷ lệ(%)

1

Quốc lộ, cao tốc

18.744

7,26

2

Đường tỉnh

23.520

9,11

3

Đường huyện

49.823

19,30

4

Đường xã

151.187

58,55

5

Đường đô thị

8.492

3,29

6

Đường chuyên dùng

6.434

2,49

Nguồn: Luận án tiến sĩ – Trương Mạnh Hùng

Mạng lưới đường bộ Việt Nam tính đến tháng 02/2014 có khoảng 300.000 km đường
các loại, được chia thành: quốc lộ, đường tỉnh, đường huyện, đường xã và đường chuyên
dùng.
Hệ thống quốc lộ có chiều dài khoảng 19.457 km và gần 5000 cầu đường bộ. Đường
có tiêu chuẩn kĩ thuật cao và trung bình (cấp I, cấp II, cấp III) chiếm 47%, còn lại 53% là
đường cấp thấp (cấp IV chiếm 32%, cấp V chiếm 21%). Tỷ lệ đường có chiều rộng nền,
mặt đường theo đúng cấp kỹ thuật còn thấp, chủ yếu có yếu tố hình học về bán kính cong;
chiều rộng mặt đường ≥ 7m có khoảng 46%, mặt đường 5÷6.9m khoảng 33%, khoảng
21% cịn lại là mặt đường có bề rộng dưới 5m.
Theo quy hoach đến năm 2020, Việt Nam sẽ xây dựng khoảng 20 đường cao tốc với
chiều dài gần 5.900 km, vốn đầu tư trên 50 tỷ USD. Trong thời gian vừa qua, hàng loạt các
dự án đường cao tốc lớn đã hoàn thành và đưa vào sử dụng như tuyến: Cầu Giẽ - Ninh
Bình, Hà Nội - Hải Phòng, Nội Bài – Lào Cai ở các tỉnh phía Bắc, TP.Hồ Chí Minh –

Trung Lương… Các tuyến đường bộ cao tốc được sắp xếp ưu tiên đầu tư dựa trên nguyên
tắc là các tuyến có hiệu quả kinh tế cao (nhu cầu vận tải lớn); các tuyến nằm gần các trung
tâm kinh tế - xã hội như Hà Nội, TP.Hồ Chí Minh, Hải Phịng, Đà Nẵng, Nha Trang , Cần
Thơ… Các tuyến đường có khả năng “kích cầu”, tạo đà cho sự phát triển kinh tế xã hội,
nằm trong vùng kinh tế trọng điểm, các tuyến đường thuộc hai hành lang và một vành đai
kinh tế Việt – Trung.
Sự phát triển của mạng lưới giao thông như hiện đã tạo điều kiện to lớn cho sự phát
triển của phương tiện giao thông đường bộ, đặc biệt là phương tiện vận tải ô tô khách nội

4


tỉnh cũng như ô tô khách đường dài, là cơ hội thuận lợi cho ngành công nghiệp sản xuất,
lắp ráp ô tô trong nước phát triển [2].
1.2.2. Hiện trạng phát triển ô tô khách ở Việt Nam
Ngày nay khi mạng lưới giao thông đường bộ phát triển mạnh, thuận lợi cho việc phát
huy thế mạnh của ngành vận chuyển hành khách bằng phương tiện vận tải ô tô. Ở Việt
Nam, những năm gần đây đã xây dựng và đưa vào sử dụng một số tuyến đường chất lượng
cao, đường cao tốc nối liền các tỉnh và thành phố, đây là điều kiện thuận lợi cho việc phát
triển dịch vụ vận chuyển hành khách bằng phương tiện vận tải ô tô nội tỉnh và liên tỉnh.
Ngành công nghiệp ô tô ngày càng phát triển, các công nghệ mới ra đời được ứng dụng
tạo ra các loại ơ tơ có tính tiện nghi cao, an toàn hơn, đáp ứng được nhu cầu của người sử
dụng.
Ngày 15/2/2013, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định số 356 phê duyệt điều
chỉnh Quy hoạch phát triển giao thông vận tải đường bộ đến năm 2020 và định hướng đến
năm 2030, trong đó sẽ kiểm sốt sự phát triển của xe máy, ơ tơ cá nhân. Đến năm 2020,
theo định hướng phát triển phương tiện vận tải gồm ơ tơ các loại sẽ có khoảng 3,2 – 3,5
triệu xe, trong đó xe con 57%, xe khách 14% và xe tải 29%. Tỷ lệ đảm nhận vận tải hành
khách công cộng trong những năm qua chỉ đạt 10 – 12% (mục tiêu chiến lược là 25 – 30%
vào năm 2020). Cần nhanh chống phát triển phương thức vân tải nhanh, phục vụ khối lượng

lớn tại các đô thị lớn (trước tiên là Thủ Đô Hà Nội và TP.Hồ Chí Minh); phát triển vận tải
ở các đơ thị theo hướng vận tải cơng cộng là chính, đảm bảo hiện đại, an toàn, tiện lợi; phát
triển hệ thống giao thơng tĩnh; kiểm sốt sự gia tăng phương tiện cá nhân; giải quyết ùn tắc
giao thông và đảm bảo trật tự an tồn giao thơng đơ thị. Tổng khối lượng vận chuyển hành
khách toàn quốc khoảng 6.240 triệu hành khách.
Xu hướng phát triển ô tô khách hiện nay chủ yếu tập trung cơng nghệ vào các ơ tơ có
số chỗ ngồi lớn, phục vụ cho các mục đích sau: ô tô chạy trên cung đường dài, chạy liên
tỉnh, ô tô phục vụ ngành du lịch. Các công nghệ mới ra đời được áp dụng cho hệ thống
điều khiển như hệ thống lái, hệ thống treo. Trên các ô tô khách, ô tô buýt đã thay thế dần
phần tử đàn hồi kim loại bằng lị xo, khí nén. Hệ thống treo khí nén có nhiều ưu việt, đem
lại tính tiện nghi, nâng cao tính êm dịu chuyển động cho các ô tô. Hệ thống này thích nghi
tốt với việc thay đổi tải trọng tác động lên khung xe bằng việc thay đổi áp suất trong hệ
thống, giảm các xung lực tác động lên thân xe khi ô tô đi trên các loại đường có nhiều mấp
5


mơ. Vì vậy, việc nghiên cứu dao động ơ tơ khách có sử dụng hệ thống treo là khí nén là
vấn đề cần thiêt và thiết thực. Trên tinh thần hỗ trợ cho các kĩ sư trong việc phân tích, đánh
giá dao động trên xe khách, nhóm chúng em quyết định tiến hành nghiên cứu thiết bị đo
dao động, cụ thể là gia tốc dịch chuyển thẳng đứng của khung xe – thơng số có vai trị quan
trọng trong việc quyết định tính êm dịu chuyển động của một ơ tơ nói chung và xe khách
nói riêng.
1.2.3. Tình hình sản xuất, lắp ráp ô tô khách ở Viêt Nam
Ở Việt Nam những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất lắp ráp ô tô phát triển
mạnh, các loại ô tô khách, ô tô buýt được sản xuất lắp ráp với số lượng lớn đang dần thay
thế cho các loại ô tô nhập khẩu nguyên chiếc. Đặc biệt là ô tô khách giường nằm hai tầng
phục vụ các tuyến đường dài.
Năm 2006, những chiếc ô tô khách giường nằm đầu tiên đã được cơng ty vận tải Hồng
Long đưa vào phục vụ khách hàng trên tuyến Hà Nội – Sài Gòn, sau đó là các tuyến đường
dài trên khắp cả nước như tuyến: Hà Nội – các tỉnh miền Trung, Hà – Lào Cai... Trên các

tuyền đường đều có xu hướng chuyển từ ô tô khách ghế ngồi thông thường sang ô tô có
giường nằm, đánh dấu sự thành công của dịng xe vận tải hành khách giường nằm trên thị
trường.
Ơ tô khách giường nằm hai tầng ở Việt Nam đa số được sản xuất, lắp ráp trong nước,
cải tạo từ xe ô tô khách một tầng, ghế ngồi thông thường hoặc nhập khẩu nguyên chiếc chủ
yếu từ Trung Quốc, Hàn Quốc. Theo thống kê của cục đăng kiểm Việt Nam, tính đến tháng
9/2014 tồn quốc hiện có khoảng 4.553 xe chở khách giường nằm hai tầng, trong đó có
859 xe được cải tạo từ xe chở khách ghế ngồi thông thường, 80 xe nhập nhập khẩu nguyên
chiếc từ Trung Quốc, cịn lại 3.606 xe sản xuất, lắp ráp mới. Ngồi ra cịn có 80 xe chở
khách giường nằm một tầng. Ơ tơ khách giường nằm hai tầng có chiều cao toàn bộ và tọa
độ trọng tâm lớn hơn so với ơ tơ khách ghế ngồi, do đó tính ổn định lật ngang của loại xe
này kém hơn so với loại một tầng có cùng vết bánh xe và chiều dài cơ sỡ.
Các ô tô khách sản xuất lắp ráp trong nước dựa trên cơ sỡ khung gầm sắt xi được nhấp
khẩu từ Hàn Quốc, Trung Quốc như hình.

6


Hình 1. 1 Khung gầm sắt xi ơ tơ cơ sỡ
Nguồn: Internet

Ơ tơ khách giường nằm hai tầng được thiết kế từ khung gầm sắt xi ô tô cơ sỡ dùng ghế
ngồi với quy chuẩn QCVN 09. Phần vỏ xe, nội thất được nội địa hóa, chế tạo trong nước.
Như vậy, ơ tơ lắp ráp có phần động cơ đến các hệ thống điều khiển (hệ thống phanh, treo,
lái) là đồng bộ theo xe cơ sỡ được nhập khẩu. Các hệ thống này được thiết kế cho xe khách
dùng ghế ngồi, do vậy khi đóng mới phần vỏ lên ơ tơ cơ sỡ cần phải tính tốn sao cho các
hệ thống trên đảm bảo được đúng công suất, đảm bảo tính bền và an tồn. Các nhà máy
sản xuất ơ tơ khách giường nằm ở Việt Nam hiện nay có thể kể đến như: Nhà máy sản xuất
và lắp ráp ô tô Chu Lai – Trường Hải (THACO), Nhà máy ô tô 3-2, Tổng công ty cơ khí
giao thông vận tải Sài Gịn – TNHH một thành viên (SAMCO), TRACOMECO...

Hình 1. 2 Ơ tơ khách được lắp ráp tại Việt Nam
Nguồn: Internet

1.3. Các hướng nghiên cứu cứu dao động trên ô tô
1.3.1. Các công trình nghiên cứu về dao động trên ô tô
1.3.1.1. Các nghiên cứu trong nước
7


Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang bước vào giai đoạn đầu của quá trình khẳng
định thương hiệu trong khu vực và lẫn cả thế giới. Dần trở thành lựa chọn đầu tư của nhiều
doanh nghiệp tư nhân và Nhà nước. Từ thực tế này, công cuộc nghiên cứu các vấn đề
chuyên môn xoay quanh chiếc ô tô đang ngày càng mở rộng về cả số lượng lần chất lượng.
Trong đó một vấn đề thường được khai thác là nghiên cứu cải tạo hệ thống treo trên ô tô.
Một số đề tài có thể kể đến như:
Luận án tiến sĩ của tác giả Lưu Văn Tuấn với nội dung đề ra là nâng cao độ êm diu cho
xe khách Ba Đình, trên cơ sỡ đó đề xuất các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động.
Trong luận án này, tác giả đã chú ý mơ tả thuộc tính đàn hồi giữa khung và vỏ là kết cấu
đặc trung của xe ca từ đó đưa ra mục tiêu nâng cao độ êm dịu cho xe khách Ba Đình
Luận án tiến sĩ của tác giả Võ Văn Hường “Nghiên cứu hồn thiện mơ hình khảo sát
dao động ơ tơ tải nhiều cầu”. Tác giả đã nghiên cứu sâu về thiết lập mơ hình khơng gian
mơ tả các yếu tố dao động ngang, khung xoắn chịu lực, thanh ổn định, hệ thống treo có đặc
tính phi tuyến, hàm kích động riêng rẽ và tổng hợp. Mơ hình có thể nghiên cứu các dao
động ở vùng cận biên như tách bánh xe, quá trình va chạm vấu hạn chế hành trình, trượt
và lật.
Báo cáo của tác giả Đào Mạnh Hùng “Xây dựng mơ hình xác định lực động và biên
dạng mặt đường đến tải trọng tác dụng lên ô tô trên quốc lộ 1A đoạn Hà Nội –Lạng Sơn.
Tác giả Nguyễn Hữu Cẩn và các cộng sự đã đưa ra phương pháp chung nghiên cứu
dao động của ơ tơ máy kéo. Tính êm dịu trong chuyển động của ô tô máy kéo được đánh

giá qua các chỉ tiêu: Tần số dao động thích hợp, gia tốc dao động thích hợp, thời gian dao
tác động của dao động. Trong chuyển động, ô tô máy kéo dao động theo các phương:
phương thẳng đứng (theo trục Oz), phương ngang (theo trục Ox), phương dọc (theo trục
Oy), trong đó các dao động theo phương thẳng đứng có ảnh hưởng chính đến con người;
theo phương ngang, phương dọc ảnh hưởng khơng đáng kể có thể bỏ qua.
Tác giả Phạm Văn Lang trình bày phương pháp nghiên cứu các quá trình ngẫu nhiên
của mặt đường dừng và ecgodic là yếu tố đầu vào vận dụng vào lĩnh vực nghiên cứu dao
động máy kéo và máy nông nghiệp.
Tác giả Nguyễn Phúc Hiểu với nghiên cứu ảnh hưởng của dao động lên khung xương
ô tô khi chuyển động trên đường. Tác giả đã thiết lập mơ hình tính tốn dao động của ô tô

8


chịu kích động từ mấp mơ mặt đường ảnh hưởng cho bài tốn tính khung xương bằng
phương pháp phần tử hữu hạn.
1.3.1.2. Các nghiên cứu trên thế giới
Có rất nhiều cơng trình nghiên cứu dao động về ơ tơ trên thế giới như dao động các
loại xe con, mơ hình dao động 1/4, các yếu tố kết cấu ảnh hưởng đến dao động và tối ưu
hệ thống treo, các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô, các phương pháp nghiên cứu lí thuyết
chủ yếu dựa vào cơ học cổ điển, gần đây sử dụng phương pháp cơ học nhiều hệ vật.
Điển hình là cơng trình nghiên cứu dao động trên ô tô tải của H.H. Iasenko. Tác giả đã
nghiên cứu các yếu tố chính quyết định sự chuyển động êm dịu của ơ tơ tải, tính tốn dao
động của ô tô tải, trang thiết bị để nghiên cứu thực nghiệm dao động ô tô tải, các thông số
bộ phận treo, những yêu cầu chung về êm dịu chuyển động và các thông số của bộ phận
treo. Tác giả đã đưa ra sơ đồ dao động có kể đến sự xoắn của khung xe [3].

Hình 1. 3 Mơ hình dao động ô tô của Iasenco
Nguồn: Luận án tiến sĩ – Nguyễn Hồng Quang

Các cơng trình nghiên cứu của Gaichev L.V nghiên cứu dao động theo phương thẳng
đứng có kể đến biến dạng của lốp.
Cơng trình nghiên cứu của Ravara V. I, Siliaev đưa ra lý thuyết phổ về nghiên cứu dao
động ngẫu nhiên của xe vận tải; đưa ra phương pháp phổ để giải quyết bài tốn dao động
tuyến tính xe vận tải nhiều cầu với tác động mặt đường có mấp mơ phân bố ngẫu nhiên; đã
đo và xác định các đặc trưng thống kê của 12 loại đường vận chuyển. Tác giả đã đưa ra

9


phương pháp giải, phân tích các yếu tố kết cấu ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống treo khi
xe hoạt động trên đường có biến dạng mặt đường phân bố ngẫu nhiên.
Tác giả Parkhilovski I. G đã nghiên cứu cơ sỡ lý thuyết làm việc của hệ thống treo: từ
đặc điểm làm việc, điều kiện khai thác sử dụng, chỉ tiêu đánh giá chất lượng kĩ thuật của ơ
tơ có liên quan đến bộ phận treo, nghiên cứu dao động và êm dịu chuyển động của ô tô với
bộ phận treo tuyến tính và phi tuyến, dao động của ơ tơ và các chế độ làm việc của nhíp,
tính điều khiển và ổn định, từ đó nêu ra phương pháp tính tốn và thử nghiệm các loại bộ
phận đàn hồi trong hệ thống treo.
Tác giả Uspenski I. N. Menhicov đã nghiên cứu các thơng số cơ bản và đặc tính bộ
phận treo của ơ tơ, từ đó đề xuất phương pháp tính tốn thiết kế các chi tiết của bộ phận
treo ô tô.
Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được nhiều thành
tựu đang kể. Dao động ô tô được nghiên cứu trong tổng thể hệ thống “Đường – Xe –
Người”.
1.3.2. Tổng quan về nghiên cứu dao động trên ô tô
1.3.2.1. Tổng thể hệ thống “Đường – Ơ tơ – Con người”
Ơ tô là một hệ dao động nằm trong mối quan hệ chặt chẽ với mặt đường, có mối liên
hệ rất phức tạp. Dao động của ô tô không chỉ ảnh hưởng đến con người, hàng hóa chun
chở, mà cịn ảnh hưởng đến độ bền của các cụm tổng thành từ đó tác động đến độ an tồn
chuyển động của ơ tơ. Đặc biệt trong q trình chuyển động, sự kích thích động học do

mấp mơ của bề mặt đường sẽ tác kích thích lực động học lên các hệ thống trên xe như cơ
cấu khung, gầm, thân, vỏ, động cơ… ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chúng.
Có thể coi ô tô là một hệ dao động trong mối liên hệ chắt chẽ giữa “Đường – Ơ tơ –
Con người”.

10


Hình 1. 4: Mối quan hệ "Đường-Ơ tơ-Con người" trong hệ dao động ơ tơ
Nguồn: Giáo trình “Dao động và tiếng ồn” – TS. Lâm Mai Long

Mối quan hệ chính:
Mối quan hệ phụ:

---

Hình vẽ sơ đồ quan hệ của hệ thống “Đường – Ơ tơ – Con người”
Việc nghiên cứu dao động của ô tô trong tổng thể hệ thống “Đường – Ơ tơ – Con
người” sẽ tạo điều kiện thuận lợi để thiết kế sát với thực tế, song đòi hỏi việc kể đến biên
dạng thực tế của đường và tính chất của các cơ quan trên cơ thể con người chịu tác động
của dao động. Vì vậy việc nghiên cứu hệ thống “Đường – Ơ tơ – Con người” được chia
thành 3 hướng nghiên cứu:
-

Nghiên cứu về biên dạng bề mặt đường

-

Nghiên cứu về dao động ô tô

-

Nghiên cứu cảm giác của con người đối với dao động

1.3.2.2. Nghiên cứu về biên dạng mặt đường.
Nghiên cứu về biên dạng mặt đường thường được tiến hành bằng thực nghiệm và lý
thuyết nhằm mục đích xác định quy luật kích thích dao động ơ tơ. Bằng các phương pháp
đo ghi biên dạng đường khác nhau tiến hành xử lí các kết quả nhận được như xác suất
thống kê. Dao động của ô tô khi chuyển động không phải là dao động tự do mà là dao động
cưỡng bức, trong đó nguồn gây kích thích là do độ mấp moo của bề mặt đường. Độ mấp
mơ mặt đường khơng có quy luật. Vậy để giải bài toán dao động trước tiên phải xác lập
biên dạng đường bằng hàm toán học.

11


Tùy theo kích thước hình học của mấp mơ và tính chất thay đổi của chúng mà biên
dạng đường có thể phân ra các nhóm đặc trưng khác nhau. Theo Iasenko và Prutrikop trong
các cơng trình của mình, biên dạng mặt đường có thể phân thành ba nhóm chủ yếu sau:
Nhóm 1: Mấp mơ đơn vị.
Nhóm 2: Mấp mơ có dạng hàm điều hịa (hàm Sin hay Cos).
Nhóm 3: Mấp mơ thay đổi liên tục với hình dạng bất kì.
Phương pháp thực nghiệm: Đo đạc trực tiếp trên mặt đường bằng dụng cụ đo đặc biệt.
Quy luật của các mấp mô sẽ được biểu diễn dưới dạng số. Kết quả này rất thuận tiện cho
việc dùng máy tính để xử lí. Phương pháp này cho kết quả chính xác nhưng tốn kém, địi
hỏi phải có thiết bị đo đạc đặc biệt.
Sau khi có giá trị tung độ mặt đường (chiều cao biên dạng) biểu diễn quá trình ngẫu
nhiên, người ta xác định đặc tính, tính hàm ngẫu nhiên gồm:
-

Tung độ trung bình mấp mơ mặt đường hoặc vọng số tốn học.

-

Độ lệch quân phương hoặc phương sai tung độ mặt đường.

-

Hàm đối xạ tung độ mặt đường.

Khi giải bài toán dao động, người ta tìm ra hàm đặc trưng chuyển vị của hệ, kết hợp
mật độ phổ, mặt đường để tìm ra phương sai và độ lệch quân phương của các thơng số dao
động.
Bằng các số liệu của đặc tính thống kê về biên dạng đường, người ta xây dựng mơ hình
về biên dạng đường và nó là cơ sỡ cho các tính tốn về sau.
1.3.2.3. Nghiên cứu về dao động trên ô tô
Nghiên cứu dao đông ô tô là cần thiết với mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động,
chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng, độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy.
Nghiên cứu dao động ô tô nhằm xác lập mối quan hệ giữ dao động trên ô tô và các tiêu chí
chất lượng kể trên: nghiên cứu các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động, các chỉ tiêu
về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường, thiết lập mơ hình dao động,
giải bài tốn về dao động ô tô, mối tương quan giữa các thông số ô tô, hệ thống treo với
các chỉ tiêu của chất lượng khai thác, nghiên cứu về nguồn gây dao động, cấu tạo, nguyên
lí các phần tử hệ thống treo có những tính năng cho phép nâng cao độ êm dịu chuyển động,
độ an toàn, độ bền, độ tin cậy [4].
Nghiên cứu dao động ô tô thường được tiến hành như sau:
12


-

Thay thế ô tô bằng hệ dao động tương đương tùy theo quan điểm và mục đích
nghiên cứu.

-

Tiến hành lập phương trình chuyển động của hệ trên cơ sỡ sử dụng các phương
pháp cơ học giải tích hoặc nguyên lí Dalambe.

-

Giải hệ phương trình bằng máy tính điện tử hoặc máy tính số. Phân tích các
thơng số đầu vào trên cơ sỡ các giả thuyết về dao động tuyến tính hoặc phi tuyến
tính, kích thích dao động là hàm điều hịa hay hàm ngẫu nhiên.

Một trong những bài tốn cơ bản khi nghiên cứu dao động là làm rõ ảnh hưởng của sự
thay đổi các thông số đến hệ dao động. Việc nghiên cứu thực nghiệm dao động ô tô có ý
nghĩa rất quan trọng bởi vì khi tiến hành thử nghiệm người ta phải giải quyết các vấn đề
như: bằng cách nào kích thích cho ơ tơ dao động, gia cơng xử lí các số liệu thực nghiệm.
Dao động của ô tô nằm trong một dải tần số rộng có thể phân ra dao động của khối lượng
treo ở tần số thấp, dao động khối lượng không treo ở tần số cao, dao động của thân xe,
bánh xe, mặt đường…
Mơ hình nghiên cứu dao động ơ tơ có thể xác định như sau:
-

Thông số đầu vào: Độ mấp mô của đường, vận tốc chuyển động, tải trọng.

-

Ơ tơ: Xây dựng hệ dao động, sử dụng cảm biến gia tốc.

-

Thông số ra: Gia tốc dich chuyển thẳng đứng, tốc dộ tự xoay quanh ba trục của
ô tô (Roll, Pitch, Yaw).

1.3.2.4. Nghiên cứu cảm giác con người đối với dao động
-

Cơ chế tác động của dao động lên cơ thể con người.

Ơ tơ và các phương tiện vận tải nói chung khi hoạt động sẽ sinh ra các dao động, các
dao động này sẽ tác động trực tiếp len người ngồi trên nó. Những dao động song cơ học
này được truyền trực tiếp lên con người là cho cả cơ thể hoặc từng bộ phận của cơ thể dao
động theo.
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÷30Hz và có khả năng hấp thụ những dao động đến 8000Hz.
Khi chịu lực kích thích, các bộ phận của cơ thể sẽ thực hiện các chuyển động tương đối
với nhau. Khi ngồi trên ô tô, phần mông trực tiếp tiếp xúc với ghế ngồi, các phần còn lại

13


của cơ thể( tay, chân, lưng, bụng, ngực,…) nối với mơng bằng các bộ phận như cơ, gân,
dây chằng…

Hình 1. 5 Mơ hình hóa các hệ dao động trên cơ thể con người
Nguồn: Luận án tiến sĩ – Bùi Quốc Vinh

-

Ảnh hưởng của dao động đối với cơ thể con người

Dao động mặc dù có cường độ trung bình, nhưng thời gian tác động kéo dài cũng ảnh
hưởng nghiêm trọng đến cơ thể nếu tần số dao động không phù hợp. Nhiều thí nghiệm đã
cho thấy dao động với tần số 3÷5 Hz sẽ gây ra các phản ứng ở cơ quan tiền đình, những
rối loạn liên quan đến sự lưu thơng máu, gây chống. Dao động từ 3÷5 Hz đến 11 Hz gây
rối loạn ở đường tai trong, ảnh hưởng đến dạ dày, gan, ruột. Dao động với tần số 11÷45Hz
làm giảm thị lực, gây buồn nơn [8].
-

Những ảnh hưởng về sự tiện nghi

Người ta đã thiết lập được mối quan hệ giữa tính tiện nghi và biên độ dao động: biên
độ tăng sẽ tăng sự khó chịu theo tỉ lệ thuận. Tần số dao động ảnh hưởng trực tiếp đến mức
độ tiện nghi, ở tần số 1÷2Hz, là tần số người thường đi bộ, ở tần số này, con người khơng
cảm thấy khó chịu. Khi tăng tần số lên một ít, do ảnh hương của cộng hưởng có thể làm
tang sự khó chịu.
-

Những bệnh do dao động gây ra- “say sóng”

Sự dao động ở những tần số khoảng 0,1 Hz hay thấp hơn, thường thấy trong giao thông
vận tải có thể gây ra chứng “say sóng”. Nó dẫn đến sự buồn nơn, chống váng, thậm chí
14