thiết kế chế tạo thiết bị mô phỏng dao động theo phương thẳng đướng của ô tô

C
Z
f
t
G
K
Z
t
O
1
2
3

Mục lục
Mở đầu 2
Chương 1: Tổng quan 4
1.1 Đặt vấn đề 4
1.2 Ảnh hưởng của dao động ôtô tới con người 9
1.3 Dao động của ôtô – Các thông số và chỉ tiêu đánh giá 15
Chương 2: Thiết kế chế tạo thiết bị 25
2.1 Mục đích thiết kế 25
2.2 Cơ sở thiết kế 25
2.3 Lựa chọn phương án thiết kế 27
2.4 Tính toán thiết kế thiết bị 30
2.5 Lắp đặt thiết bị 47
2.6 Thao tác vận hành 55
2.7 Bảo dưỡng và hiệu chuẩn 55
Chương 3: Thí nghiệm 57
3.1. Cơ sở lý thuyết đo giá trị dao động tới hạn – eVDV 57
3.2. Các thiết bị thí nghiệm đo eVDV 63
3.3. Quy trình thí nghiệm 68

Kết luận 74
Tài liệu tham khảo 75
Bản vẽ

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
11
1

Mở đầu
Ôtô là một trong những phương tiện giao thông quan trọng, chiếm tỷ
trọng cao trong các ngành kinh tế vận tải như vận tải hành khách, vận tải hàng
hoá và không thể thiếu được trong đời sống con người. Ở các nước công
nghiệp trên thế giới, ôtô là ngành kinh tế mũi nhọn. Cùng với sự tăng trưởng
về kinh tế nói chung, ngành công nghiệp ôtô ở nước ta đã và đang được sự
quan tâm của các cấp, các ngành và của toàn xã hội.
Ngày nay, khi mạng lưới giao thông đường bộ rộng lớn, bên cạnh việc
quan tâm phát triển số lượng và chủng loại ôtô cho phù hợp với nhu cầu vận
tải thì sự ảnh hưởng dao động của ôtô tới con người được đặc biệt quan tâm
và nghiên cứu bởi nó quyết định đến tiêu chí mà người ta mong muốn hướng
tới đó là chất lượng cũng như độ tiện nghi, độ êm dịu chuyển động của ôtô.
Khi nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ôtô tới con người trước hết người ta
nghiên cứu lý thuyết dao động ôtô, sau đó bằng thực nghiệm xác định các ra
các mức giới hạn ảnh hưởng đến sức khoẻ và cảm giác êm dịu của con người
khi ngồi trên ôtô. Các phép đo này được thực hiện chủ yếu theo mô hình ôtô
chuyển động trên đường, nơi mà do tác động của nhiều yếu tố như biên dạng
đường thử, độ ổn định dao động của ôtô, điều kiện ngoại cảnh sẽ ảnh hưởng
đến ngưỡng cảm nhận của người tham gia thử nghiệm.
Như vậy cần thiết phải có một thiết bị tạo ra một nguồn dao động ổn định
để có thể thử nghiệm với nhiều người ngay trong phòng thí nghiệm.
Qua thời gian thực tập nghiên cứu tài liệu tại Trung tâm thử nghiệm xe cơ

giới - Cục Đăng Kiểm Việt Nam, để hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình
em đã chọn đề tài:

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
22
2

Thiết kế, chế tạo thiết bị mô phỏng dao động theo phương thẳng
đứng của ôtô
Nội dung của đồ án gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Thiết kế chế tạo thiết bị.
Chương 3: Thí nghiệm.
Để hoàn thành đồ án này em đã nhận được sự hướng dẫn rất tận tình của
Th.s Đặng Việt Hà - Giám đốc trung tâm thử nghiệm xe cơ giới cùng với các
anh chị cán bộ - kỹ sư trong trung tâm. Em gửi lời cảm ơn chân thành và sâu
sắc!
Em rất cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Văn Bang cùng các thầy cô giáo
trong bộ môn đã nhiệt tình hướng dẫn, tạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thành
đồ án này. Trong quá trình làm đồ án, mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do đề
tài này có liên quan rất nhiều tới những kiến thức khá là mới mẻ mà lần đầu
tiên em được tiếp xúc, mặt khác thời gian nghiên cứu chưa dài và trình độ bản
thân có hạn nên đồ án tốt nghiệp của em chắc chắn có rất nhiều thiếu sót. Em
rất mong được sự chỉ bảo đóng góp của các thầy cô giáo trong bộ môn và các
cán bộ trong trung tâm.
Hà nội, ngày 17 tháng 5 năm 2009
Sinh viên

Đoàn Trung Du
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Đặt vấn đề.
1.1.1. Quan hệ đường – ô tô – con người.

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
33
3

Ôtô là một hệ thống nằm trong mối quan hệ chặt chẽ với đường có biên
dạng phức tạp. Mặt khác, dao động của ôtô ảnh hưởng tới con người (lái xe và
hành khách) và ảnh hưởng tới sự đảm bảo của hàng hoá chuyên chở. Đồng
thời con người cũng có ảnh hưởng tới dao động của ôtô.
Mối quan hệ đó được thể hiện trên hình 1.1. Trong hình, các mối liên hệ
chủ yếu được vẽ bằng các đường liền.
Đường
Hệ thống lái
Con người
Động cơ
HHTL,HT Phanh
Hệ thống treo
Thân xe
Lực khí động
Hình 1.1: Sơ đồ chức năng hệ thống “Đường –Ô tô –Con người"
Ngày nay việc nghiên cứu dao động của ôtô cũng đã đạt được nhiều thành
tựu đáng kể. Dao động ôtô được nghiên cứu trong tổng thể của hệ thống
“Đường - ôtô - con người”. Như vậy sẽ tạo điều kiện gần đúng với điều kiện
thực tế nhưng đòi hỏi phải quan tâm đến biên dạng thực tế của đường và tính
chất của các cơ quan trên cơ thể con người chịu tác động.
Vì vậy nghiên cứu hệ thống “đường - ôtô - con người” về mặt lôgic phân
thành 3 hướng: Nghiên cứu biên dạng bề mặt đường, nghiên cứu dao động
của ôtô, nghiên cứu cảm giác của con người và sự an toàn của hàng hoá

chuyên chở.
Hướng nghiên cứu thứ nhất, nghiên cứu về biên dạng mặt đường cả bằng
thực nghiệm và bằng lý thuyết nhằm xác định quy luật kích thích dao động ô
tô. Bằng các phương pháp đo ghi biên dạng đường khác nhau, tiến hành xử lý
các kết quả nhận được nhờ xác xuất thống kê. Khi chuyển động, ôtô dao động
cưỡng bức với nguồn kích thích là mấp mô mặt đường. Mấp mô của mặt

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
44
4

đường thường là ngẫu nhiên, để mô tả được người ta dùng các phương pháp
toán học đặc trưng thống kê gồm: kì vọng toán học, phương sai.v.v Bằng các
số liệu của đặc tính thống kê về biên dạng đuờng người ta xây dựng mô hình
về biên dạng đuờng và nó là cơ sở cho các tính toán sau này.
Hướng nghiên cứu thứ hai, nghiên cứu về dao động của ô tô với mục đích
cải thiện độ êm dịu chuyển động chất lượng kéo, tính kinh tế, tính dẫn hướng,
độ bền và độ tin cậy của ôtô… Vì vậy, nghiên cứu dao động của ôtô là xác lập
mối quan hệ giữa dao động của ô tô với các chỉ tiêu chất lượng khai thác kể
trên.
Ôtô với các dạng khác nhau có những đặc điểm riêng của mình. Ví dụ:
các thông số đặc trưng cho hệ thống treo của ôtô du lịch sẽ khác với ôtô vận
tải, hoặc dao động của ôtô vận tải sẽ khác dao động của xe kéo (dạng sơmi rơ
mooc) cùng chiều dài cơ sở…
Vì vậy cần thiết phải đo đạc thu thập các số liệu của các thông số dao
động của các loại ô tô khác nhau. Nói cách khác là cần biết qui luật phân bố
của các thông số đặc trưng cho dao động của ôtô. Nghiên cứu lý thuyết dao
động của ô tô hoặc các bộ phận của nó thường được tiến hành như sau:
Thay thế ôtô bằng hệ dao động tương đương, sau đó tiến hành lập phương
trình chuyển động của hệ trên cơ sở sử dụng các phương pháp cơ học giải tích

như nguyên lý D’Amble, phương trình La-grăng. Các phương trình này được
giải bằng phương pháp tích phân số trên máy tính. Từ đó có thể làm rõ ảnh
hưởng của sự thay đổi các thông số của hệ (các hệ số của phương trình) đến
dao động của ô tô.
Trên cơ sở nghiên cứu như vậy, kết hợp với số liệu thử nghiệm và kinh
nghiệm sử dụng tiến hành chuyển bài toán phân tích sang bài toán tối ưu các
thông số của hệ khảo sát.
Kinh nghiệm lớn trong quá trình chế tạo và thử nghiệm hệ thống treo chỉ
ra rằng việc chọn các thông số của hệ thống treo không làm giảm dao động

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
55
5

của ô tô đến giới hạn mong muốn. Cho nên người ta tiến hành sử dụng biện
pháp điều chỉnh các thông số của hệ dao động, nghĩa là tiến hành liên hệ
ngược và biến hệ dao động thành hệ tự động điều chỉnh. Việc áp dụng mô
hình của hệ tự động điều chỉnh cho phép rút ngắn quá trình thiết kế chế tạo hệ
dao động, nhất là khi thiết kế nhờ máy tính điện tử.
Hiện nay việc nghiên cứu thực nghiệm dao động ô tô có ý nghĩa lớn, bởi
vì khi tiến hành thử nghiệm cần giải quyết hàng loạt các vấn đề như: Bằng
phương pháp nào kích thích cho ôtô dao động, đo ghi và xử lý gia công số liệu
ra sao…
Trong thực tế ôtô dao động tự nhiên do chuyển động trên đường không
bằng phẳng. Khi thử nghiệm có thể tạo kích thích nhân tạo trên băng thử hoặc
tạo ra các đoạn đường bằng phẳng nhưng các mấp mô nhân tạo.
Ngày nay, với nền khoa học kỹ thuật phát triển đặc biệt là điện tử và công
nghệ thông tin, việc ghi các số liệu thử nghiệm trở nên dễ dàng khi đưa vào
máy tính, tiện lợi cho việc lưu trữ và xử lý thông tin.
Dao động của ôtô bao gồm dải tần số rộng. Có thể phân ra dao động của

khối lượng được treo ở tần số thấp và dao động của khối lượng không được
treo ở tần số cao (rung động). Dao động của thân, vỏ xe và của bánh xe cũng
có ít nhiều liên hệ với rung động và tiếng ồn của chúng. Các nguồn gây rung
động là: Động cơ, hệ thống truyền lực, bánh xe, mặt đường…
Tóm lại, nghiên cứu dao động của ôtô là quá trình xác định các thông số
của hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: Phần tử
đàn hồi, phần tử giảm chấn, phần tử dẫn hướng.
Hướng nghiên cứu thứ 3, đó là nghiên cứu cảm giác của con người
(hành khách và lái xe) trên ôtô. Thường thì khi đi ôtô con người sẽ thấy mệt
mỏi nhất là thần kinh. Vì vậy, cần thiết nghiên cứu sự mệt mỏi về thể xác, xác
định các chỉ tiêu đánh giá cho từng nhóm người theo từng lứa tuổi khác nhau.
Ngoài ra còn phải nghiên cứu sự phản ứng của các cơ quan hoặc bộ phận trên

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
66
6

cơ thể con người liên quan tới việc điều khiển xe, từ đó tạo cơ sở cho công
việc tuyển chọn lái xe ôtô.
Hiện nay người ta đã tập trung vào hai hướng nghiên cứu (mô hình) con
người: Lái xe điều khiển ô tô chuyển động trên đường bằng và con người chịu
dao động. Việc nghiên cứu cả hai hướng trên cần được hoàn thiện vì dao động
làm con người mỏi mệt, dẫn đến mất phản ứng linh hoạt và điều khiển mất
chính xác, gây tai nạn giao thông.
Việc nghiên cứu tình trạng của các cơ quan bộ phận con người khi chịu
dao động tạo cơ sở cho việc nghiên cứu bệnh nghề nghiệp của các lái xe, việc
chuyên chở bệnh nhân…
Sơ đồ cấu trúc hệ thống “Đường – Ôtô – Con người” trong nghiên cứu
dao động ôtô được thể hiện trên hình 1.2.
Nghiên cứu thực nghiệm:

- Kích thích dao động
- Đo ghi dao động, gia công xử lý số liệu
Nghiên cứu lý thuyết:
- Hệ dao động tương đương và phương trình dao động;
- Giải phương trình dao động trên máy tính;
- Phân tích dao động;
- Ảnh hưởng của các thông số;
Nghiên cứu lý thuyết:
- Đặc tính lý thuyết;
- Biểu diễn toán học biên dạng.
Bệnh nghề nghiệp của lái xe, khả năng chuyên chở bệnh nhân
Rung động, tiếng ồn:
- Nguồn phát tiếng ồn, rung động.
Thiết kế hệ thống treo:
- Thiết kế phần tử đàn hồi, giảm chấn, dẫn hướng
Khả năng chịu đựng của lái xe
- Chỉ tiêu đánh giá

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
77
7

- Yêu cầu đối với lái xe
Các cơ quan của con người khi chịu dao động
Nghiên cứu thực nghiệm:
- Đo ghi biên dạng đường;
- Xử lý số liệu
- Đặc tính thống kê
- Ảnh hưởng của điều kiện sử dụng.
Liên hệ với chất lượng khai thác: Độ êm dịu, chất lượng kéo, tính dẫn hướng, tính kinh tế,

độ tin cậy
Đặc điểm dao động ô tô khác nhau: ô tô con, ô tô tải, ô tô khách, ôtô nhiều trục, đoàn ôtô,
ôtô chuyên dùng
Bảo vệ:
-Từ dao động
- Từ rung động, tiếng ồn
Mô hình hoá :
- Lái xe
- Hàng hoá chuyên chở
- Hệ “đường- ôtô con người
Đường
(Nguồn kích thích)
Ôtô
(dao động)
Con người
(cảm giác) Hàng hoá
(bảo quản)

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc hệ thống “Đường – Ôtô – Con người” trong
nghiên cứu dao động ôtô
Để có thể tạo ra một hệ thống dao động có chất lượng tốt cần phải nghiên
cứu dao động của ôtô trong mối liên hệ tổng thể “đường – ô tô – con người”.
Các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao chất lượng thiết kế chế tạo ô tô,
góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năng suất vận chuyển của ôtô trong
nền kinh tế quốc dân.
1.1.2. Lựa chọn đề tài tốt nghiệp và hướng nghiên cứu.
Như vậy, qua phân tích ở trên, nghiên cứu hệ thống “đường – ôtô – con
người” có 3 hướng. Trong đồ án tốt nghiệp của mình, em chọn đề tài:

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45

88
8

Thiết kế chế tạo thiết bị mô phỏng dao động theo phương thẳng đứng
của ôtô.
Thiết bị này được thiết kế và chế tạo nhằm phục vụ cho hướng nghiên cứu thứ
3, đó là nghiên cứu ảnh hưởng dao động của ô tô đối với sức khoẻ của người
ngồi trên xe đặc biệt là người lái.
Sau đây là những phân tích về ảnh hưởng của dao động ôtô tới con người,
các thông số và chỉ tiêu chủ yếu đánh giá dao động của ôtô. Từ đó lựa chọn
thông số đầu vào để thiết kế thiết bị tạo dao động phục vụ cho công tác thí
nghiệm.
1.2. Ảnh hưởng của dao động ôtô tới con người.
Những rung động cơ học của thân thể con người hay của những bộ phận
riêng lẻ của con người là những tác động phức tạp và có thể gây nên hàng loạt
những thay đổi trong cơ thể, trạng thái chức năng, khả năng làm việc, sức
khoẻ.
Tác động của sự rung động cơ học đến cơ thể phụ thuộc vào những
nguyên nhân sau đây: Tần số rung động, cường độ rung động (biên độ), độ
liên tục của tác động và phương hướng của nó.
Những rung động, tác động liên tục thậm chí với cường độ vừa phải cũng
có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến cơ thể con người, nếu như tần số tác động
không thuận lợi.

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
99
9

Hình 1.3:
Tần số dao động riêng đối với từng bộ phận của con người

- Những rung động với tần số từ 3 đến 5 Hz gây nên phản ứng ở tuyến
tiền đình và có thể gây nên rối loạn, liên quan đến sự dịch chuyển máu trong
các mạch máu, có nghĩa là sự rối loạn mạch và triệu chứng say.
- Khi rung động với tần số từ 5 đến 11 Hz thì có sự rối loạn gây nên bởi
sự kích động của bộ phận tai trong và bởi sự rung động cộng hưỏng của toàn
thân cũng như của một vài bộ phận của cơ thể (đầu, dạ dày, gan, ruột).
- Những rung động của con người với tần số từ 11 đến 45 Hz có thể kéo
theo sự rối loạn chức năng của hàng loạt cơ quan nội tạng (trong đó có cơ
quan niệu quản), làm cho thị lực giảm liên quan tới nhãn cầu, gây buồn nôn và
ù tai.

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
1010
10

- Những rung động cơ học với tần số cao hơn 45Hz với cường độ cao gây
nên những biến đổi nghiêm trọng như loại bệnh do rung động đã nêu ở trên.
Khi rung động tác động lên cơ thể con người, cảm giác của con người
được hình thành rất nhanh. Nếu rung động tác động kéo dài thì trong cơ thể
người xuất hiện các quá trình sinh lý dẫn đến các trạng thái khác nhau trong
đó có sự thích ứng và sự mệt mỏi là có ý nghĩa đặc biệt. Sự thích nghi cho phù
hợp được đặc trưng bằng sự nâng cao sức đề kháng của cơ thể đối với những
tác động ngoại cảnh và nâng cao khả năng hoạt động của con người. Việc tập
luyện và các bài tập củng cố những kĩ năng làm tăng cường sự thích nghi.
Tính chất của bộ máy tiền đình nhanh chóng quen dần với những rung động
làm cho hành khách quen với những điều kiện đi xe ôtô.
Hình 1.4: Sơ đồ liên lạc của bộ máy tiền đình
1.Tai 6. Xương
2. Bộ máy tiền đình 7. Khớp
3. Mắt 8. Gân

4. Não 9. Dây chằng
5. Tuỷ sống 10. Da

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
1111
11

Bộ máy tiền đình có khả năng tích luỹ các rung động, một sự va chạm
nhỏ gây nên rung động không lớn của tiền đình. Các dấu vết của sự rung động
đó vẫn tồn tại. Một vài va đập nhỏ tiếp theo dẫn đến sụ tích tụ (tích lũy những
hiện tượng tồn tại và có thể cho cảm giác mạnh hơn là các sự va chạm riêng
lẻ).
Khác với sự thích nghi, mệt mỏi là sự hạ thấp tạm thời khả năng làm việc
của cơ thể, xuất hiện khi có rung động dài và cường độ mạnh. Khi có sự rung
động kéo theo sự thay đổi tư thế của cơ thể trong không gian, những phản ứng
cơ bắp xuất hiện làm tăng sự mệt mỏi. Sự mệt mỏi của người lái xe làm giảm
độ an toàn khi chuyển động. Vì vậy phải đặc biệt chú ý đến sự tiện lợi và bố
trí chỗ ngồi cho người lái trong ô tô, đặc biệt là trong xe buýt.
Những điều kiện làm việc không thuận lợi của các lái xe như sau:
- Người lái xe làm việc trong điều kiện phải chịu những rung động tác
động lâu dài, bao gồm tác động của tải trọng cùng với gia tốc lớn và biến đổi,
có thể chịu tác động của tư thế ngồi không thuận lợi v.v.
- Tác động của tư thế ngồi không thuận lợi. Trong tư thế ngồi, những rung
động được truyền trực tiếp đến sống lưng qua các đốt dưới cùng.
- Sự căng thẳng về thần kinh tâm lý kéo dài trong thời gian làm việc sẽ
tác động gây ra sự căng thẳng lớn về cơ bắp.
Những điều kiện khó khăn của sự rung động tác động lên cột sống có một
số đặc điểm sau:
Cột sống bao gồm 24 đốt xương. Các đĩa đệm trung gian nối liền các đốt
xương cùng với lớp áo cơ bắp biến các đốt sống thành một hệ thống đàn hồi

có thể làm giảm rung động một cách đáng kể.
Con người cảm nhận những rung động trong tư thế ngồi bắt buộc, những
rung động này làm tổn thương cột sống, bộ máy liên kết và khớp xương. Hai
ba đĩa đệm các cột sống dưới cùng dễ bị tác động hơn cả, những rung động

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
1212
12

kéo dài mà những người lái xe phải chịu đựng hàng ngày có thể dẫn đến thoái
hoá cột sống.
1
2
3
4

Hình 1.5: Sơ đồ một đoạn cột sống
Trên hình 1.5 vẽ sơ đồ 4 đốt sống: Đốt sống 1 bình thường, những đốt còn
lại (2 - 3 - 4) thoái hoá với các mức độ khác nhau trong đó các đĩa đệm đốt
sống nhỏ đi, những thay đổi bề mặt và hình dạng của các đốt sống xuất hiện.
Để đạt được trạng thái lý tưởng của cột sống là rất hiếm. Thường là sau
30 tuổi thì cột sống bắt đầu có những thay đổi thoái hoá của nó. Điều này cần
phải chú ý đến khi lựa chọn những người thí nghiệm để đánh giá độ êm dịu
của ôtô, khi chế tạo chỗ ngồi cho anh ta
Nếu những rung động tác động lên người từ năm này qua năm khác với mức
độ và cường độ nhất định thì cơ thể sẽ xuất hiện những bệnh tật không thể
phục hồi được. Như vậy, phải có sự quan tâm đến bệnh nghề nghiệp của các
lái xe ôtô và máy kéo.
Từ thực nghiệm cho thấy con người là một hệ thống rung động, những bộ
phận của cơ thể thực hiện những chuyển dịch tương đối với nhau dưới tác

động của cảm giác.
Hình 1.6 xác định tần số biên độ trong trường hợp tăng tốc.

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
1313
13

Hình 1.6: Giá trị tần số biên độ tác động lên con người trong trường
hợp tăng tốc độ của xe
Nếu mức độ tăng tốc của sàn xe là 100% thì ghế ngồi làm giảm độ tăng
tốc trung bình của khung xương chậu xuống 75%. Sức đàn hồi của thân mình
(cơ bắp của xương sống, thắt lưng chậu và cơ bụng) làm tăng giá trị tăng tốc -
đối với vùng thắt lưng đến 105% và đối với lưng đến 123%. Tăng tốc của đầu
gắn liền với ngực bằng hệ thống đàn hồi của các cơ bắp ở cổ là 100%.
Tóm lại, qua nhiều thí nghiệm đã chứng tỏ rằng có thể coi con người là
một hệ thống rung động, dao động của con người trên ô tô rất phức tạp.
Khi đi ô tô, dao động của ô tô thông qua sàn xe, ghế ngồi, vành tay lái, các
bàn đạp điều khiển, cần chuyển số (đối với người lái xe) truyền tới con người
và ảnh hưởng chủ yếu tới các cơ quan như bộ máy tiền đình, hệ xương và các
khớp (chủ yếu là cột sống), cơ quan nội tạng
Những tác động này gây cảm giác mệt mỏi, làm ảnh hưởng đến sức khoẻ,
giảm khả năng lao động, tính an toàn khi điều khiển ô tô. Về mức độ chịu

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
1414
14

ng thỡ ngi lỏi xe phi chu nhiu hn c. Bn thõn lỏi xe phi luụn
tnh tỏo v minh mn iu khin xe trong khi hnh khỏch ch cn ngi v
ngh ngi. Tt c yu t nh hng v dao ng v n cui cựng tỏc ng

lờn u ngi lỏi xe v nh hng n h thn kinh gõy mt mi. Do vy, núi
n xe khỏch chỳng ta cn quan tõm n kh nng chu ng ca ngi lỏi xe
nhiu hn c.
1.3. Dao ng ca ụ tụ Cỏc thụng s v ch tiờu ỏnh giỏ.
Khi nghiờn cu dao ng ụtụ v cht lng h thng treo cn phi quan
tõm n cỏc thụng s dao ng t do v thụng s dao ng cng bc di
tỏc dng ca kớch thớch cú chu k hoc kớch thớch ngu nhiờn.
Trong trng hp kớch thớch l hm iu ho cú th ỏnh giỏ dao ng
theo c tớnh biờn hoc tn s, kớch thớch l hm ngu nhiờn cn ỏnh giỏ
theo tr s bỡnh phng trung bỡnh ca cỏc dch chuyn hoc gia tc. tớnh
toỏn cỏc thụng s dao ng cn s dng rt nhiu i lng, thụng thng cỏc
i lng ny chia thnh hai nhúm:
- Cỏc thụng s kt cu: Cỏc khi lng c treo v khụng c treo;
chiu di c s ca ụtụ; to trng tõm ca khi lng khụng c treo;
cng ca phn t n hi trong h thng treo; cng ca lp; h s cn gim
chn; h s cn ca lp; lc ma sỏt trong h thng treo
- Cỏc thụng s dao ng gm: tn s dao ng riờng; h s dp tt dao
ng; dch chuyn v gia tc khi lng c treo
1.3.1. Ch tiờu v tn s dao ng.
ây l ch tiêu quan trng đánh giá dao động. Tn s dao ng l s
ln dao ng trong khong thi gian 1 giõy, n v l héc (Hz). V mt lý
thuyt đi vi ôtô, các khối lợng đợc treo và không đợc treo có 6 bậc tự do
trong không gian. Dao động của ôtô dới tác dụng của nguồn kích thích là mặt
đờng chủ yếu theo phơng thẳng đứng, các dao động theo phơng ngang và
nghiêng là rất nhỏ có thể bỏ qua trong quá trình nghiên cứu.

Sinh viờn: on Trung Du Lp: C khớ ụ tụ B K45
1515
15

Để xác định tần số dao động riêng về mặt lý thuyết ta xột mụ hỡnh n
gin gm vt cú trng lng G (khi lng m=G/g) t trờn lũ xo cú cng
C v gim chn cú h s cn K (hỡnh1.7).
Di tỏc dng ca trng lng G thỡ lũ xo b bin dng mt khong l ft.
1-

= 0
2-

= 0
ữ
1
3-

= 1
Hỡnh 1.7: Mụ hỡnh xỏc nh tn c dao ng riờng
Tỏc dng lc nộn vt khi v trớ cõn bng tnh mt on l Z vt dao ng.
Khi ú phng trỡnh vi phõn dao ng t do ca h trờn cú dng:

0.2
2

=++
ZZhZ


Trong ú:

m2
K

h =
l h s cn ca h thng treo;

m
C
=
l tn s ca dao ng riờng;
Nghim ca phng trỡnh cú dng:

teZZ
ht
0max
sin.


=

Trong ú:
Z
max
- biờn dao ng cc i;
t - thi gian dao ng;

0
- tn s dao ng t do khi cú cn;
Vi:
2
2
2
22

0
11



===
h
h


Sinh viờn: on Trung Du Lp: C khớ ụ tụ B K45
1616
16

Trong đó:

Cm
Kh
.2
==
ω
ψ
- hệ số dập tắt dao động tương đối;
Nếu trong hệ thống treo không có lực cản (ψ = 0) thì:
ω = ω
0

Và: Z = Z
max
Sinωt

Tốc độ dao động:
tcos ZZ
max
.
ωω=
Gia tốc dao động:
tsin ZZ
2
max

ωω−=
Tốc độ tăng gia tốc:
tcos ZZ
3
max

ωω−=
Tần số dao động kỹ thuật n (số dao động trong 1 phút):

m
C
T
n
ππ
ω
303060
===

Như vậy, trong trường hợp dao động tự do không có cản, tần số dao động
riêng của khối lượng được treo trên 1 trục có thể xác định gần đúng bằng biểu

thức:

o
Ω
=
s
m
C
=
).(
.
tss
ts
CCm
CC
+

Trong đó:
C
s
- Độ cứng của phần tử đàn hồi trong hệ thống treo;
C
t
– Độ cứng của lốp;
m
s
- Khối lượng đươc treo;
Tần số dao đông riêng của khối lượng không được treo trên một trục được xác
định theo biểu thức:

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
1717
17


ou
Ω
=
u
ts
m
CC
+

Trong đó:
m
u
- khối lượng không đươc treo
Tần số dao động của ô tô phải nằm trong giới hạn sau: [6]
Xe con:
o
Ω
= 1
÷
1,5 Hz (60
÷
90 lần/phút)
Xe tải:
o
Ω

= 1,6
÷
2 Hz (100
÷
120 lần/phút)
Giá trị này được lấy theo tần số trung bình của người đi bộ tương ứng với giá
trị 1
÷
1,5 Hz. Ở Việt Nam chỉ số này đang được đề nghị là nhỏ hơn 2,5 Hz
đối với ôtô sản xuất trong nước.
1.3.2. Chỉ tiêu về gia tốc dao động.
Gia tốc dao động là thông số quan trọng đánh giá độ êm dịu chuyển động.
Tác động đến con người thường được đánh giá theo trị số hiệu quả của gia tốc
dao động, xác định dựa trên cơ sở trị số bình phương trung bình (trị số hiệu
quả của gia tốc) .
Trị số hiệu quả của gia tốc dao động được xác định như sau:


hq
Z
=
∫
∞→
T
T
dttZ
T
Lim
0

2
)(
1
Nếu là dao động điều hoà

hq
Z
xác định như sau:


hq
Z
=
2
max
Z

Trong đó:
Z
max
- biên độ của gia tốc dao động.

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
1818
18

Nếu gia tốc dao động có hình dáng bất kì (hình 1.8 ), có thể xác định

hq
Z

như
sau:

hq
Z
=
Diện tích được gạch trên đồ thị
T


hq
Z
T
t
Hình 1.8: Hình dáng ngẫu nhiên của gia tốc theo thời gian
Trong đó: T - tổng thời gian dao động.
Qua nghiên cứu cho thấy phương dao động có ảnh hưởng lớn đến cảm
giác của con người. Theo cấu tạo của hệ thống tiền đình, sự ảnh hưởng của
các phương dao động khác nhau đến não người là khác nhau. Do đó, khi
nghiên cứu phải đo theo 3 phương riêng biệt sau đó tổ hợp lại thành giá trị gia
tốc tổng hợp. Gia tốc giới hạn theo các phương O
x
(phương dọc xe), O
y
(phương ngang xe), O
z
(phương thẳng đứng) được xác định bằng thực nghiệm
như sau:

Z

< 2,5 m/s
2



Y
< 0,7 m/s
2



X
< 1,0 m/s
2
1.3.3. Chỉ tiêu dựa trên hệ số êm dịu chuyển động (K).
Người ta cho rằng cảm giác của con người khi chịu dao động phụ thuộc
vào hệ số độ êm dịu chuyển động. Hệ số êm dịu chuyển động K phụ thuộc

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
1919
19

vào tần số dao động, gia tốc dao động, vận tốc dao động, phương dao động và
thời gian tác dụng của nó đến con người. Nếu K là hằng số thì cảm giác khi
dao động sẽ không thay đổi.
0 0,5 1 2 5 10 20 50 100
0,2
0,5
1
2

5
10
20
K

=

1
0
2
5
K

=

6
3
Hình 1.9: Các đường cong cảm giác như nhau ở dao động điều hoà
Hệ số K được xác định theo công thức:
K =
2

01,01
5,12
ω
+
Z
=
2

01,01
)(.18
ω
+
ZRMS
= K
y
.RMS(

Z
)
Trong đó:

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
2020
20


ω
- Tần số dao động (Hz);


Z
- Gia tốc dao động (m/s
2
);
K
y
– Hệ số hấp thụ;
RMS(

Z
) – Gia tốc bình phương trung bình;
Với RMS(

Z
) =
∫
T
dttZ
T
0
2

)()(
1
( T – Thời gian tác dụng).
Nếu con người chịu dao động ngang ở tư thế nằm thì hệ số K
y
giảm đi
một nửa. Hệ số K càng nhỏ thì con người càng dễ chịu đựng dao động và độ
êm dịu càng cao. Các giá trị của K được đưa ra như sau [6]:
[K] = 0,1 tương ứng với ngưỡng kích thích.
[K] = 10
÷
25 là giá trị giới hạn khi ngồi lâu trên xe;
[K] = 25
÷
63 giới hạn khi đi ngắn.
Trong thực tế đối với ôtô, dạng điển hình dao động là ngẫu nhiên, khi đó

giá trị hệ số K được xác định theo công thức:
K =
∑
=
n
i
i
K
1
2
Trong đó:
K
i
- Hệ số êm dịu của thành phần tần số thứ i;
n – Số thành phần tần số của hàm nhẫu nhiên;
1.3.4. Đánh giá theo công suất dao động.
Giả thiết cảm giác của con người khi chịu dao động phụ thuộc vào công
suất dao động truyền cho con người thì công suất trung bình truyền đến con
người được xác định theo công thức:

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
2121
21

N
c
=
∫
∞→
T

T
dttVtP
T
0
).().(.
1
lim

Trong đó:
P(t) – Lực tác động lên con người khi dao động;
V(t) – Vận tốc dao động;
Con người có thể xem là một hệ dao động và cảm giác của con người phụ
thuộc vào tần số dao động, do đó ta có thể đưa vào hệ số hấp thụ K
y
có tính
đến ảnh hưởng của tần số lực kích động và hướng tác dụng của nó. Khi tác
động n thành phần với các giá trị bình phương trung bình của gia tốc
RMS(

i
a
) thì công suất dao động có thể xác định theo công thức:
N
c
=
2

1
)().(
i

n
i
yi
aRMSK
ω
∑
=

Ưu điểm của chỉ tiêu này cho phép cộng tác dụng của các dao động với
các tần số khác nhau theo các phương khác nhau. Ví dụ:
Ghế ngồi của con người trên xe chịu dao động với bốn thành phần:
RMS(

Z
) – Giá trị bình phương trung bình gia tốc dao động thẳng đứng truyền
qua chân.
RMS(

g
Z
) – Giá trị bình phương trung bình gia tốc dao động thẳng đứng
truyền qua ghế ngồi.
RMS(

X
) - Giá trị bình phương trung bình gia tốc theo phương dọc.
RMS(

Y
) - Giá trị bình phương trung bình gia tốc theo phương ngang. Công

suất tổng cộng truyền đến con người được xác định như sau:

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
2222
22

N
c
=
∑
=
n
i 1
(
K
zi
. RMS(

Z
)
2
+ K
zgi
. RMS(

gi
Z
)
2
+ K

xi
.RMS(

i
X
)
2
+ K
yi.
. RMS(

i
Y
)
2
Theo thực nghiệm, trị số [N
c
] cho phép như sau [6]:
[N
c
] = 0,2
÷
0,3 (W) – Cảm giác thoải mái.
[N
c
] = 6
÷
10 (W) – Giới hạn cho phép đối với ôtô có tính cơ động cao.
1.3.5. Chỉ tiêu đánh giá cảm giác theo gia tốc dao động và độ dài thời gian
tác động (gia tốc bình phương trung bình a

RMS
và gia tốc trung bình bậc 4
eVDV- estimate vibration dose value).
- Để đánh giá cảm giác người ta sử dụng dao động thẳng đứng điều hoà
tác dụng lên người ngồi và đứng trong 8h. Ở tần số dao động trong giới hạn
nhạy cảm nhất với con người (4 - 8 Hz) thì gia tốc bình phương trung bình ở
các giới hạn cho phép như sau:
Thoải mái: 0,1 m/s
2
Cảm giác mệt mỏi: 0,315 m/s
2
Mệt mỏi trong giới hạn cho phép: 0,63 m/s
2
- Chỉ tiêu về giá trị dao động tới hạn là giá trị ước lượng của giá trị gia tốc
trung bình bậc 4 VDV. Phương pháp này cho ra kết quả chính xác hơn phương
pháp định lượng cơ sở bằng cách sử dụng lũy thừa bậc 4 thay vì lũy thừa bậc
2.
Công thức tính giá trị gia tốc trung bình bậc 4 như sau:

1/ 4
4
0
( ).
T
t
VDV a t dt
=
 
=
 

 
∫
Trong đó: a(t) - gia tốc tức thời.
T - khoảng thời gian đo.
Đơn vị của gia tốc trung bình bậc 4 là m/s
1,75
.

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
2323
23

- Thực tế người ta ít dùng trực tiếp giá trị gia tốc trung bình bậc 4 mà
dùng giá trị dao động tới hạn eVDV. Cơ xây dựng giá trị eVDV này là xuất
phát từ công thức của VDV. Nhưng nhờ kết quả biển đổi toán học thì có được
công thức của giá trị dao động tới hạn eVDV phụ thuộc vào gia tốc bình
phương trung bình và thời gian đo. Công thức xác định cụ thể như sau:

1/ 4
1,4. .
RMS
eVDV a T
=
Trong đó:
a
RMS
– Gia tốc bình phương trung bình.
Giá trị gia tốc tới hạn đặc trưng cho giới hạn nguy hiểm đến sức khỏe
dưới tác động của nguồn dao động trong 1 thời gian dài. Các giá trị này phụ
thuộc vào thời gian đo và gia tốc bình phương trung bình theo tần số.

Kết luận: Như vậy qua phân tích, ta thấy thông số của dao động ảnh
hưởng đến con người nhiều nhất chính là tần số. Đó cũng là thông số đặc
trưng của dao động. Và để đánh giá tác động ảnh hưởng của dao động tới con
người thì thông số quan trọng nhất là giá trị dao động tới hạn eVDV.

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
2424
24

CHƯƠNG II
THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ
2.1. Mục đích thiết kế.
Như ta đã biết, để nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ôtô tới con người
và ngưỡng cảm nhận của con người (hành khách và lái xe) trên ôtô, hiện nay
tập trung vào hai mô hình thử nghiệm: Đó là lái xe điều khiển ôtô trên đường
bằng và con người chịu dao động. Thực tế việc khảo sát trên xe chạy trực tiếp
trên đường gặp rất nhiều khó khăn vì:
- Khó đảm bảo được cùng một tốc độ ở các lần thử khác nhau.
- Mức độ dao động cũng không đều nhau vì không đi lại được đúng
đường như phép thử trước.
- Tác động của điều kiện ngoại cảnh (thời tiết, khí hậu )
Tất cả những yếu tố này sẽ gây ra cảm giác của người thử nghiệm rất
khác nhau. Vì vậy, yêu cầu đặt ra là phải có một nguồn dao động chuẩn, ổn

Sinh viên: Đoàn Trung Du Lớp: Cơ khí ô tô B – K45
2525
25