MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM Ô TÔ

Thí nghiệm ô tô

Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

Chơng 1
Các khái niệm chung về thí nghiệm ô tô
I.1 Mục đích thí nghiệm, các dạng thí nghiệm, yêu cầu về thiết bị

I.1.1 Mục đích thí nghiệm:
Mục đích thí nghiệm là để đánh giá hoặc phát hiện các u nhợc điểm của các
chi tiết, cụm chi tiết và toàn bộ ô tô về các mặt:
- thông số kỹ thuật và tính năng làm việc cơ bản
- độ tin cậy làm việc
- độ bền và tuổi thọ
Nhờ có thí nghiệm ta có thể đánh giá chất lợng của chi tiết, cụm chi tiết và
toàn bộ ô tô một cách tổng thể và từ đó có cơ sở đề xuất cải tiến và hoàn thiện chúng
nhằm đảm bảo sản xuất đợc những ô tô ngày càng có chất lợng cao.
Tuỳ theo mục đích và tính chất thí nghiệm mà đề ra chơng trình thí nghiệm
bao gồm:
- phơng pháp tiến hành và thời gian thí nghiệm
- đối tợng dùng cho thí nghiệm
- trang thiết bị dùng cho thí nghiệm
- vị trí, chế độ và điều kiện thí nghiệm
- phơng pháp xử lý số liệu thí nghiệm
I.1.2. Các dạng thí nghiệm:
Thí nghiệm ô tô đợc phân loại theo:
- Mục đích thí nghiệm: ta có thí nghiệm kiểm tra ở nhà máy sản xuất, thí
nghiệm trong điều kiện sử dụng, thí nghiệm trong nghiên cứu khoa học.
- Tính chất thí nghiệm: ta có thí nghiệm để xác định tính chất kéo, tính nhiên
liệu, tính chất phanh, tính ổn định và điều khiển, tính êm dịu chuyển động, tính cơ
động, độ tin cậy làm việc, độ mòn, độ bền của ô tô.

- Vị trí tiến hành thí nghiệm: ta có thí nghiệm trên bệ thử, trên bãi thử, thí
nghiệm trên đờng. Thí nghiệm trên bệ thử có thể tiến hành cho từng chi tiết, cho từng
cụm hoặc cho cả ô tô một cách dễ dàng hơn so với khi thí nghiệm trên đờng.
1


Thí nghiệm ô tô

Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

- Đối tợng thí nghiệm: ta có thí nghiệm mẫu ô tô đơn chiếc, thí nghiệm mẫu ô
tô của một đợt sản xuất nhỏ, thí nghiệm ô tô đợc sản xuất hàng loạt đại trà.
- Cờng độ và thời gian thí nghiệm: ta có thí nghiệm bình thờng theo quy định
và thí nghiệm tăng cờng. ở thí nghiệm tăng cờng thời gian thờng đợc rút ngắn và
chế độ tải trọng tăng.
I.1.3. yêu cầu đối với thiết bị đo:
- Đảm bảo độ chính xác cần thiết cho thí nghiệm
- Không bị ảnh hởng bởi rung động, điều này rất cần thiết đối với thí nghiệm
trên đờng.
- Đặc tính của thiết bị đo cần phải tuyến tính hoặc rất gần với tuyến tính trong
suốt phạm vi đo.
- Trọng lợng và kích thớc nhỏ để có thể đặt đợc ở trong ô tô. Điều này rất
quan trọng khi thí nghiệm trên đờng.
- Không bị ảnh hởng bởi khí hậu và thời tiết.
I.2 Sai số v xử lý số liệu thí nghiệm

I.2.1. Nguồn gốc sai số:
Trong thí nghiệm, khi tiến hành đo ở các thời điểm khác nhau, hoặc bằng các
dụng cụ đo khác nhau và khi đo lặp lại nhiều lần một đại lợng nào đó ta vẫn thờng
nhận đợc các kết quả đo không giống nhau. Những sai khác này đợc gọi là các sai

số của kết quả đo.
Nguồn gốc phát sinh sai số trong hệ thống đo lờng thờng rất đa dạng và có
các đặc tính khác nhau. Tuy nhiên có thể phân loại theo các nhóm sai số chính sau:
- Sai số do đặc tính phi tuyến của cảm biến, do sự già hoá của các cảm biến đo.
- Sai số của dụng cụ đo: là các sai số sinh ra do độ khônng nhạy của dụng cụ
đo, do đặc tính phi tuyến của dụng cụ đo, do độ không chính xác của thang dụng cụ
đo hoặc hoặc do độ không chính xác khi lấy chuẩn 0, do độ mòn, xuất hiện các khe hở
trong dụng cụ, do độ không chính xác chế độ làm việc của dụng cụ đo.
- Sai số do tính không ổn định: sai số khi thí nghiệm, do điều kiện thực tế của
thí nghiệm khác với điều kiện chuẩn, do nhiễu bên ngoài (ảnh hởng của trờng điện
2


Thí nghiệm ô tô

Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

từ, các điện dung ký sinh, thay đổi điện trở,) do ảnh hởng của thay đổi nhiệt độ
môi trờng trong quá trình thí nghiệm.
- Sai số do trình độ thành thạo(kinh nghiệm) của ngời tiến hành thí nghiệm.
I.2.2. Phân loại sai số và các đặc trng của chúng:
I.2.2.1 Phân loại:
- Theo đặc tính:
o Sai số hệ thống
o Sai số do nhiễu
o Sai số ngẫu nhiên
- Theo cách chọn đơn vị sai số:
o Sai số tuyệt đối
o Sai số tơng đối
I.2.2.2 Đặc trng:

- Sai số hệ thống có thể là các sai số gây ra bởi dụng cụ, thiết bị đo, do lấy
chuẩn thiết bị đo hoặc do việc chọn phơng pháp đo, phơng pháp xử lý tín hiệu và
gia công số liệu đo. Sai số dụng cụ đo đợc chia thành sai số chính(đánh giá theo cấp
chính xác của dụng cụ đo) và sai số phụ phát sinh do sự thay đổi của điều kiện đo(quá
trình lấy chuẩn, độ sai lệch của chỉ số dụng cụ, nhiệt độ môi trờng, áp suất khí
quyển, điện áp và tần số nguồn cung cấp,)
- Nhiễu là các sai số có tính đột biến, tức là vợt xa giới hạn theo khả năng của
sai số, làm xấu đến kết quả đo. Sai số do nhiễu có thể là do có sự cố bất thờng của
dụng cụ đo, sự thay đổi đột ngột của điều kiện thí nghiệm. Sai số do nhiễu đợc loại
trừ khi kiểm tra hoặc khi sử lý số liệu thí nghiệm.
- Sai số ngẫu nhiên: là các sai số mà ngời ta không biết đợc trị số cũng nh
quy luật của nó. Sai số này là do tác động ngẫu nhiên trong quá trình thia nghiệm làm
ảnh hởng tới điều kiện thí nghiệm, tới dụng cụ đo. Sai số ngẫu nhiên trong kết quả đo
là không thể khắc phục đợc, tuy nhiên ngời ta có thể sử dụng phơng pháp toán
thống kê để đánh giá chúng.

3


Thí nghiệm ô tô

Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

- Sai số tuyệt đối(ký hiệu là ) là sai số mà trị số của nó đợc so sánh với đơn vị
đo. Nếu trị số của đại lợng đo là x thì kết quả đo với sai số tuyêth đối sẽ đợc biểu
diễn theo biểu thức sau:
x- x x+
trong đó: x là giá trị thực của đại lợng cần đo
- Sai số tơng đối(ký hiệu ) là sai số mà trị số của nó đợc so sánh với chính
trị số nhận đợc của đại luợng cần đo. Nếu trị số của đại lợng đo đợc là x và trị số

của sai số tuyệt đối là thì sai số tơng đối đợc tính:
=


;
x

% =

100
%
x

Vậy biểu diễn kết quả đo với sai số tơng đối theo :
x(1 ) x x(1 + ) hoặc x = x(1 )
I.2.3. Xác định sai số ngẫu nhiên:
I.2.3.1. Các đặc trng của phân bố chuẩn

Phân bố chuẩn có một số đặc trng quan trọng:
- Hàm phân bố mật độ xác suất có dạng:
n

2

1
p() =
e 2 ;
2
2

=


i =1

2
i

n

trong đó: - trị số của các sai số ngẫu nhiên
p() tần suất của các sai sô ngẫu nhiên nhận đợc qua các lần đo
- sai lệch trung bình bình phơng của các sai số ngẫu nhiên
i trị số của sai số ngẫu nhiên ở lần đo lặp lại thứ i
n số lần đo lặp lại
- Trên đờng cong phân bố, các trị số của sai số ngẫu nhiên phân bố đối xứng
qua trục tung và nhận các giá trị dơng và âm nh nhau
- Các sai số ngẫu nhiên có giá trị nhỏ xuất hiện nhiều hơn, còn sai số ngẫu
nhiên có giá trị lớn xuất hiện ít hơn. Đờng cong phân bố chuẩn có giá trị cực đại trên
trục tung tơng ứng với sai số ngẫu nhiên có trị số 0.
4


Thí nghiệm ô tô

Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

- Phụ thuộc vào trị số của mà đờng cong có hình dạng khác nhau.
- Đờng cong phân bố chuẩn xác định trong khoảng [ , + ] vì vậy lấy tích
phân của hàm mật độ xác suất p() trên toàn bộ dải sai số từ [ , + ] sẽ đợc:

+

p()d = 1



- Tích phân của hàm p() trong khoảng [ 1 , 2 ] sẽ cho xác suất xuất hiện các sai
số trong khoảng [ 1 , 2 ] trong mỗi lần đo. Giá trị của các xác suất này đợc ký hiệu
bằng biểu thức: p(1 2 ) . Kết quả tính giá trị xác suất này ứng với một số khoảng
sai số có giá trị đặc biệt:
p( +) = 0,68
p(2 +2) = 0,955
p(3 3) = 0,997
2
p( ) = 0,50 trong đó =
3
2
- Trị số = đợc gọi là sai số xác suất, trị số này chia diện tích giới hạn bởi
3
đờng cong phân bố thành hai phần S1 và S2 có diện tích bằng nhau
- Xác suất xuất hiện kết quả đo với sai số trong khoảng 3 đã là rất lớn(tới
99,7% số lần đo có sai số trong giới hạn này) vì vậy trong lý thuyết thống kê, sai số
ứng với giá trị 3 đợc gọi là sai số giới hạn.
I.2.3.2 Cách tính sai số ngẫu nhiên trong kết quả đo:

Để sử dụng các kết quả nhân jđợc từ đờng cong phân bố chuẩn vào xủ lý các
kết quả đo trong thí nghiệm thực tế cần chú ý các đặc điểm sau:
- Giá trị thực của đại lợng cần đo ( x ) là số không thể biết đợc vì vậy sai số
ngẫu nhiên ở lần đo thú i không tính đợc băng công thức lý thuyết i = x i x , mà

phải sử dụng công thức: i = x i x tb
xtb là giá trị trung bình số học của các lần thực hiện trong thí nghiệm:

5


Thí nghiệm ô tô

Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông
n

x tb =

x
i =1

i

n

- Đờng cong phân bố chuẩn lý thuyết xác định trong khoảng [ , + ] còn thực
tế thí nghiệm số lợng các lần đo là có hạn. Các kết quả tính toán thống kê cho thấy,
khi số lần đo n <30 thì giá trị sai lệch trung bình bình phơng cả các sai số ngẫu nhiên
đợc tính theo công thức:
n

x =


i =1

2
i

n 1

- Khoảng kích thớc (x tb * ) ữ (x tb + * ) trong kết quả đo đợc gọi là khoảng
tin cậy của kết quả đo, * gọi là sai số tin cậy tơng ứng với xác suất tin cậy để xuất
hiện kết quả đo này. Đại lợng = p(* +* ) là xác suất xuất hiện sai số có
giá trị trong khoảng (* ữ +* )
Sai số tin cậy, xác suất tin cậy của kết quả đo phụ thuộc vào số lần đo. Từ kết
luận của toán học thống kê có công thức liên hệ giữa các đại lợng này nh sau:
n

2i


i =1
* = t x = t
n(n 1)
n
Trong đó: t là hệ số Student - Fischer xét đến ảnh hởng của số lần đo đến sai
số tin cậy và thờng đợc cho dới dạng bảng số của toán xác suất thống kê:
Số lần thí
nghiệm, n

Xác suất tin cậy,

Xác suất tin cậy,

Số lần thí

0,7

0,9

0,95

nghiệm, n

0,7

0,9

0,95

2

2,0

6,3

12,7

9

1,1

1,9

2,3

3

1,3

2,9

4,3

10

1,1

1,8

2,3

4

1,3

2,4

3,2

11-14

1,1

1,8

2,2

5

1,2

2,1

2,8

15-16

1,1

1,8

2,1

6

1,2

2,0

2,6

17-27

1,1

1,7

2,1

7-8

1,1

1,9

2,4

28-40

1,1

1,7

2,0

6


Thí nghiệm ô tô

Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

- Tính ớc lợng khoảng tin cậy và xác suất tin cậy của kết quả đo theo trình tự

o Từ kết quả nhận đợc ở n lần đo là x1, x2,xn tiến hành tính các giá trị

trung bình xtb, i, và (khi n 30) theo công thức (14.6 ; 7 ; 8)
o Tra bảng Student Fischer để tìm giá trị t tơng ứng với số lần đo

trong thí nghiệm và xác suất tin cậy mong muốn.
o Tính giá trị * theo các giá trị t, x
I.2.3.3 Tính số lần đo để đảm bảo sai số và xác suất tin cậy cho trớc

Nếu biết giá trị x qua một số lần đo và xác suất tin cậy thì có thể sử dụng
bảng để xác định số lần thí nghiệm cần thiết nhằm đạt sai số tin cậy mong muốn
Xác suất tin cậy,

t ,
0,5

0,7

0,9

0,95

0,99

1,0

2

3

5

8

11

0,5

3

6

13

18

31

0,4

4

8

19

27

46

0,3

6

13

32

46

78

0,2

13

29

70

100

170

0,1

47

110

270

390

700

Hệ số t , có ý nghĩa tong tự hệ số Student Fischer:
t , =

t
n

Bài tập: Có kết quả 4 lần đo lặp lại trị số quãng đờng phanh của ô tô ứng với
tốc độ bắt đầu phanh 40km/h là 11,9; 13,1; 12;3, 12,6 m
1. Xác định khoảng tin cậy của kết quả đo qua thí nghiệm với xác suất tin cậy là
90%.
2. Nếu muốn kết quả đo với sai số không quá 0,5 m và xác suất tin cậy là 90%
thì phải tiến hành thí nghiệm bao nhiêu lần.
Lời giải:
Từ số liệu ta tính đợc:
7


Thí nghiệm ô tô

Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

Lần đo, i

Quãng đờng phanh, Spi

Sai số, i

2i

1

11,9

-0,575

0,330625

2

13,1

0,625

0,390625

3

12,3

-0,175

0,030625

4

12,6

0,125

0,015625

Sptb = 12,475, x = 0,5058
1. Tra bảng, ứng với số lần đo lặp lại là 4, xác suất tin cậy 0,9 tính hệ số t = 2,4.
Sai số tin cậy của kết quả tính đợc là:
* = t

x
= 2, 4.0,5058 / 2 = 0,607
n

Kết quả đo: (11,9 Sp 13,1)m với xác suất tin cậy = 90%.
2. Vì các lần đo trong thí nghiệm có cùng độ chính xác nên lấy x = 0,5058, với trị

*
= 0,5 / 0,5058 = 0,989 .
số = 0,5 sẽ tính đợc hệ số t =
x
*

,


Tra bảng ứng với t , = 0,989 và = 90% ta tìm đợc n =5
I.2.4. Sai số của hàm nhiều biến số:

Trong nhiều trờng hợp, đại lợng cần đo không thể biểu thị trực tiếp mà phải
tính toán gián tiếp bằng công thức thông qua việc đo trực tiếp các đại lợng khác.
Tổng quát, có F là hàm của nhiều biến số xi: F= F(x1, x2,xn) khi đó cách tính sai số
của hàm nhiều biến theo quy tắc sau:
- Sai số tuyệt đối của hàm bằng tổng của các tích sai số tuyệt đối của các biến
với đạo hàm riêng của hàm đối với mỗi biến thành phần:
dF = (dx1

F
F
F
+ dx 2
+ ... + dx n
)
x1
x 2
x n

- Sai số tơng đối của hàm F tính theo công thức:
dF
1
F
F
F
=
+ dx 2
+ ... + dx n
(dx1
)

F
F(x1 , x 2 ,...x n )
x1
x 2
x n
8


Thí nghiệm ô tô

Nguyễn Thành Công-ĐH Giao thông

Trị số trung bình bình phơng các sai số ngẫu nhiên của hàm F tính theo công
thức:
F = (

F 2 2
F 2 2
F 2 2
) x1 + (
) x 2 + ... + (
) xn
x1
x 2
x n

I.2.5. Sai số chung của phép đo:

Biểu thức tổng của các sai số ngẫu nhiên trung bình bình phơng có dạng:
* = 12 + 2r 12 12 + 22

trong đó: 1 và 2 là các sai số trung bình bình phơng thành phần
r12 là hệ số ảnh hởng của các sai số 1 và 2
Sai số chung của phép đo bằng tổng đại số của các sai số hệ thống và sai số
ngẫu nhiên:
= + x
trong đó: tổng các sai số của phép đo
tổng các sai số hệ thống
x tổng các sai số ngẫu nhiên.

9