Mô phỏng, khảo sát đánh giá quá trình làm việc của hệ thống treo trên xe KIA MORNING 2013 sản xuất tại việt nam

1

MỤC LỤC
MỤC LỤC ......................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ................................................. 5
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 9
CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 10
1.1. Dao động và độ êm dịu của ô tô........................................................... 10
1.1.1. Tác động của dao động ô tô .......................................................... 11
1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu .................................................... 13
1.2. Một số tiêu chuẩn về dao động ôtô ...................................................... 20
1.2.1.Tiêu chuẩn ISO/DIS 2631 .............................................................. 20
1.2.2. Tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam ........................................ 21
1.3. Mục đích và phương pháp nghiên cứu của đề tài ................................ 26
CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG Ô TÔ ........................... 28
2.1. Kết cấu hệ dao động ô tô ..................................................................... 28
2.1.1. Phần không được treo ................................................................... 28
2.1.2. Phần được treo .............................................................................. 28
2.1.3. Các bộ phận của hệ thống treo ...................................................... 29
2.2. Xây dựng mô hình dao động ô tô....................................................... 36
2.2.1. Phân tích cấu trúc hệ dao động ô tô .............................................. 36
2.2.2. Mô hình dao động ô tô .................................................................. 37
2.2.3. Mô hình hệ thống treo ................................................................... 42
CHƯƠNG 3MÔ PHỎNG, KHẢO SÁT DAO ĐỘNG XE ............................ 50
KIA MORNING 2013..................................................................................... 50
3.1. Đặc điểm cấu trúc và các trường hợp khảo sát đánh giá ..................... 50


2

3.1.1. Đặc điểm cấu trúc xe KIA MORNING 2013 sản xuất tại Việt Nam
................................................................................................................. 50
3.1.2. Chương trình mô phỏng ................................................................ 52
3.1.3. Các trường hợp khảo sát và đánh giá ............................................ 52
3.2. Kết quả khảo sát và đánh giá ............................................................... 53
3.2.1. Trường hợp đi thẳng với các biên dạng đường khác nhau ........... 53
3.2.2. Trường hợp mấp mô bên trái ........................................................ 58
3.2.3. Trường hợp khi phanh ................................................................... 61
3.2.4. Trường hợp khi quay vòng............................................................ 63
3.2.5. Khi xe đi thẳng trên đường dạng sin ............................................. 65
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 71


3

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Mô hình cơ thể con người như một hệ dao động ............................ 12
Hình 1.2. Đồ thị đặc trưng mức êm dịu chuyển động của ôtô ........................ 14
Hình 1.3. Sơ đồ đặc tính đàn hồi ..................................................................... 19
Hình 1.4. Các giới hạn của gia tốc thẳng đứng trong các khoảng thời gian tác
dụng cho phép theo và hệ trục tọa độ quy định trong ISO 2631 .................... 20
Hình 1.5. Vùng chỉ dẫn sức khỏe của TCVN 6964 ........................................ 23
Hình 1.6. Sự phụ thuộc của gia tốc bình phương trung bình theo tần số ....... 25
Hình 1.7. Quan hệ cường độ êm dịu với thời gian.......................................... 25
Hình 1.8. Phân bố độ êm dịu các loại xe........................................................ 26
Hình 2.1. Quan hệ tần số dao động riêng phần được treo với độ võng tĩnh ... 30
Hình 2.2: Nhíp đơn.......................................................................................... 31
Hình 2.3: Nhíp kép .......................................................................................... 32
Hình 2.4. Lò xo trụ ......................................................................................... 33

Hình 2.5. Hệ thống treo sử dụng lò xo khí nén. ............................................. 33
Hình 2.6: Thanh ổn định ngang. .................................................................... 35
Hình 2.7. Mô hình không gian hệ dao động ôtô ............................................. 36
Hình2.8. Mô hình dao động trong mặt phẳng xoz .......................................... 40
Hình 2.9. Mô hình dao động trong mặt phẳng yoz ......................................... 41
Hình 2.10.Mô hình hệ thống treo .................................................................... 42
Hình 2.11. Đặc tính đàn hồi ............................................................................ 44
Hình 2.12: Sơ đồ xác định chế độ mở của tiết lưu .......................................... 46
Hình 3.1. Mô hình mô phỏng dao động xe Kia Morning 2013 ...................... 52
Hình 3.2. Biên dạng mặt đường ...................................................................... 53
Hình 3.3. Đồ thị dao động bánh xe ................................................................. 54
Hình 3.4. Đồ thị dao động phần thân xe ......................................................... 54
Hình 3.5. Đồ thị lực cản giảm chấn ................................................................ 55


4

Hình 3.6. Đồ thị lực đàn hồi hệ thống treo ..................................................... 56
Hình 3.7. Đồ thị gia tốc dao động thân xe ...................................................... 56
Hình 3.8. Đồ thị dao động thân xe .................................................................. 57
Hình3.9. Đồ thị dao động các bánh xe trước ................................................. 58
Hình 3.10. Đồ thị dao động các bánh xe sau .................................................. 58
Hình 3.11. Đồ thị dao động phần thân xe phía trước ...................................... 58
Hình 3.12. Đồ thị dao động phần thân xe phía sau ......................................... 59
Hình 3.13. Đồ thị góc lắc ngang thân xe ......................................................... 59
Hình 3.14. Đồ thị dao động thân xe ................................................................ 60
Hình 3.15. Đồ thị vận tốc xe khi phanh .......................................................... 61
Hình 3.16. Đồ thị dao động phần được treo ................................................... 62
Hình 3.17. Đồ thị góc lắc ngang khi quay vòng ............................................. 63
Hình 3.18. Đồ thị dao động phần được treo khi quay vòng ............................ 64

Hình 3.19. Đồ thị lực cản giảm chấn bên trái ................................................. 64
Hình 3.20. Đồ thị lực đàn hồi treo bên trái ..................................................... 64
Hình 3.21. Đồ thị gia tốc phần thân xe ........................................................... 65
Hình 3.22. Đồ thị vận tốc dao động thân xe ................................................... 66
Hình 3.23. Đồ thị dao động thân xe ................................................................ 66
Hình 3.24. Đồ thị phản lực mặt đường bánh xe trước .................................... 67
Hình 3.25. Đồ thị phản lực mặt đường bánh xe sau ....................................... 67
Hình 3.26. Đồ thị hiệu dịch chuyển hệ thống treo bánh xe trước ................... 68
Hình 3.27. Đồ thị hiệu dịch chuyển hệ thống treo bánh xe sau ...................... 68


5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
- A  m2 

: Diện tích, thiết diện

-c

: Hệ số khí động

-   kg / cm3  : Mật độ không khí
- CL  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp
- CL1  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp trước dãy trái
- CL 2  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp trước dãy phải
- CL3  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp sau dãy phải
- CL 4  N / m  : Độ cứng hướng kính lốp sau dãy trái
- C  N / m  : Độ cứng hệ thống treo
- C1  N / m  : Độ cứng treo trước dãy trái

- C2  N / m  : Độ cứng treo trước dãy phải
- C3  N / m  : Độ cứng treo sau dãy phải
- C4  N / m  : Độ cứng treo sau dãy trái
- K  Ns / m  : Hệ số cản hệ thống treo
- K1  Ns / m : Hệ số cản hệ thống treo trước dãy trái
- K2  Ns / m : Hệ số cản hệ thống treo trước dãy phải
- K3  Ns / m : Hệ số cản hệ thống treo sau dãy phải
- K4  Ns / m : Hệ số cản hệ thống treo sau dãy trái
- a1  m 

: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước

- a2  m 

: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau

-

r

: Bán kính tự do lốp

-

J x kgm2



 : Mômen quán tính trục x của xe

6



 : Mômen quán tính trục y của xe

-

J y kgm2

-

J Ay1 kgm2



 : Mômen quán tính trục y của lốp trước dãy trái

-

J Ay 2 kgm2



 : Mômen quán tính trục y của lốp trước dãy phải

-

J Ay 3 kgm2



 : Mômen quán tính trục y của lốp sau dãy phải

-

J Ay 4 kgm2



 : Mômen quán tính trục y của lốp sau dãy trái

- h1  m  : Chiều cao mấp mô của đường phía trướcdãy trái
- h2  m 

: Chiều cao mấp mô của đường phía trước dãy phải

- h3  m 

: Chiều cao mấp mô của đường phía saudãy trái

- h4  m 

: Chiều cao mấp mô của đường phía sau dãy phải

- FZ  N 

: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe

- FZ 1  N 

: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước

- FZ 2  N 

: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau

- Fz1  N 

:Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước dãy trái

- Fz 2  N 

: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe trước dãy phải

- Fz 3  N 

: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe sau dãy phải

- Fz 4  N 

: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau dãy trái

- FC  N 

: Lực đàn hồi hệ thống treo

- FC1  N 

: Lực đàn hồi hệ thống treo trước dãy trái

- FC 2  N 

: Lực đàn hồi hệ thống treo trước dãy phải

- FC 3  N 

: Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy phải

- FC 4  N 

: Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy trái

- FK  N 

: Lực cản hệ thống treo

- FK1  N 

: Lực cản hệ thống treo trước dãy trái


7

- FK 2  N 

: Lực cản hệ thống treo trước dãy phải

- FK 3  N 

: Lực cản hệ thống treo sau dãy phải

- FK 4  N 

: Lực cản hệ thống treo sau dãy trái

- FCL  N 

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe

- FCL1  N 

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dãy trái

- FCL 2  N 

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dãy phải

- FCL 2  N 

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dãy phải

- FCL 4  N 

: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dãy trái

- M  kg 

: Khối lượng toàn xe

- m  kg 

: Khối lượng được treo

- mA1  kg 

: Khối lượng không được treo trước dãy trái

- mA2  kg 

: Khối lượng không được treo trước dãy phải

- mA3  kg 

: Khối lượng không được treo sau dãy phải

- mA4  kg 

: Khối lượng không được treo sau dãy trái

- ft  m 

: Độ võng tĩnh

- f t1  m 

: Độ võng tĩnh phía trước dãy trái

- ft 2  m 

: Độ võng tĩnh phía trước dãy phải

- ft 3  m 

: Độ võng tĩnh phía sau dãy phải

- ft 4  m 

: Độ võng tĩnh phía sau dãy trái

-   deg 

: Góc lắc dọc thân xe

-   deg 

: Góc lắc ngang thân xe

- 1  m 

: Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước dãy trái

- 2  m 

: Chuyển vị phương thẳng đứng cầu trước dãy phải


8

- 3  m 

: Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau dãy phải

- 4  m 

: Chuyển vị phương thẳng đứng cầu sau dãy trái

-



z, z, z m, m / s, m / s 2

lượng được treo

 : Chuyển vị, vận tốc, gia tốc phương thẳng đứng khối


9

LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự phát triển chung của nền kinh tế nhu cầu vận chuyển hàng hóa
và hành khách ngày một gia tăng. Trong đó cùng với sự phát triển của các hệ
thống giao thông công cộng thì các loại phương tiện cá nhân cũng đang có
những mức tăng lớn về số lượng và chất lượng. Tuy nhiên do sự phát triển
không đồng bộ của hệ thống giao thông ở Việt Nam nên tình trạng quá tải
thường xuyên xảy ra. Điều đó dẫn đến các phương tiện khi di chuyển không
phải lúc nào cũng có thể giữ được trạng thái chuyển động ổn định như thiết
kế. Các phương tiện thường xuyên phải thay đổi tốc độ bằng các quá trình

phanh, tăng tốc, và quay vòng trong điều kiện đường xá Việt Nam hay bị
xuống cấp. Chính vì vậy cần có các biện pháp làm tăng tính tiện nghi, giảm
căng thẳng cho người lái và cho hành khách.
Với đề tài “Mô phỏng, khảo sát đánh giá quá trình làm việc của hệ thống
treo trên xe KIA MORNING 2013 sản xuất tại Việt Nam” Tác giả xây dựng mô
hình dao động xe ô tô du lịch với đặc điểm là treo độc lập cả 4 bánh từ đó
phân tích đánh giá trạng thái làm việc của các thông số cơ bản của hệ thống
treo và đánh giá ảnh hưởng của hệ thống treo đến sự êm dịu của xe Kia
Morning 2013 trong một số trạng thái phổ biến trong điều kiện Việt Nam. Do
khả năng trình độ và điều kiện thực hiện luận văn có hạn, nên mục tiêu đề ra của
luận văn còn nhiều điểm chưa hoàn thiện rất mong được sự tham gia đóng góp
của các thầy giáo, các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn;
Tôi xin chân thành cám ơn tập thể thầy giáo hướng dẫn TS Cao Hùng
Phi, TS Dương Ngọc Khánh cùng tập thể các thầy giáo trong Viện Cơ khí Động lực - trường Đại học Bách khoa Hà Nội, các bạn đồng nghiệp đã tận
tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả
Nguyễn Thanh Triều


10

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Dao động và độ êm dịu của ô tô
Hệ thống treo trên ô tô làm nhiệm vụ dập tắt nhanh dao động của mặt
đường tác động lên thân xe, qua đó giảm được rung xóc cho xe và tạo được
cảm giác thoải mái cho người ngồi khi ô tô chuyển động trên đường không
bằng phẳng. Tính êm dịu chuyển động là một trong số những chỉ tiêu quan
trọng của xe, mà trước hết nó phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống treo.
Xét với đề tài làm về hệ thống treo, cần nắm bắt được các vấn đề quan

trọng sau:
- Chuyển vị của khối lượng được treo z có liên quan đến sinh lý của người
ngồi trên xe;
- Gia tốc chuyển vị lớn nhất của khối lượng được treo a max quyết định đến
cảm giác thoải mái hay không thoải mái cho người ngồi trên xe;
- Không gian làm việc: z – ξ cần càng nhỏ càng tốt, hệ treo càng tối ưu.
- Phản lực mặt đường Fz liên quan đến cường độ làm việc của hệ thống treo
và mức độ chịu tải trọng làm việc của khối lượng không được treo.
Ngoài việc kiểm nghiệm yêu cầu làm việc của xe về mặt kỹ thuật thì việc
sử dụng các phần mềm và chương trình để mô phỏng các mô hình động học
của xe, để qua đó từ các kết quả mô phỏng thu được ta có thể đánh giá hiệu
quả làm việc của hệ thống treo từ các thông số cơ bản của xe nói chung và
của hệ thống treo nói riêng. Cao hơn nữa, ta cũng có thể tối ưu hóa, lựa chọn
các thông số kết cấu để được một hệ thống treo có khả năng làm việc hiệu quả
hơn.


11

1.1.1. Tác động của dao động ô tô
Ôtô và các phương tiện vận tải nói chung khi chuyển động sẽ sinh ra các
dao động do tác động của điều kiện bên ngoài (mặt đường, gió...) bên trong
(kết cấu hệ thống treo). Các dao động này tác động trực tiếp lên người ngồi
trên đó. Những dao động này dưới dạng sóng cơ học được truyền trực tiếp lên
cơ thể con người làm cho cả cơ thể hoặc từng bộ phận cơ thể dao động theo.
Đối với sức khoẻ của người đặc biệt là của lái xe, dao động của xe có thể gây
mệt mỏi, căng thẳng cho lái xe ảnh hưởng đến hoạt động lái xe, đặc biệt là
phản xạ để xử lý tình huống. Đối với hàng hoá, dao động của xe có thể làm hư
hỏng hàng hoá như dập nát, gãy, vỡ hoặc thay đổi tính chất của hàng hoá. Đối
với đường: khi xe chạy trên đường, dao động của ô tô gây ra tải trọng động

cùng với tải trọng tĩnh của xe làm hư hỏng đường và cầu cống. Đối với ô tô,
tác động từ mặt đường lên xe gây ra dao động làm va đập và gây ra tải trọng
thay đổi đối với các chi tiết ô tô ảnh hưởng đến độ bền lâu của chi tiết (xuất
hiện các dạng hỏng mỏi chi tiết). Ngoài ra dao động ô tô cũng ảnh hưởng đến
khả năng truyền lực cũng như tính điều khiển hướng chuyển động của ô tô.
Thật vậy, dao động ô tô tạo lên các tải trọng động theo phương thẳng đứng
trên các bánh xe làm thay đổi lực bám đường của bánh xe và tạo ra các gia tốc
lắc làm ảnh hưởng đến chuyển động của xe. Chuyển động tương đối giữa thân
xe và cầu xe liên quan đến việc bố trí không gian cho hệ treo khi thiết kế ô tô
Tác động của dao động cơ học lên cơ thể phụ thuộc vào: tần số dao động,
cường độ dao động, thời gian tác động, hướng tác động... Nhiều thí nghiệm đã
cho thấy:
- Dao động với tần số từ 3 đến 5 Hz gây rối loạn sự lưu thông máu làm bị
choáng;
- Dao động với tần số từ 5 đến 11 Hz gây rối loạn đường tải trọng, ảnh
hưởng đến dạ dày, ruột;


12

- Dao động với tần số từ 11 đến 45 Hz làm giảm thị lực, buồn nôn…
Tuy nhiên giới hạn tác động này đối với từng người là khác nhau và thay
đổi với khoảng rộng. Dao động của ôtô bao gồm một dải tần số rộng, nên 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.

Hình 1.1. Mô hình cơ thể con người như một hệ dao động
- Dao động với tần số từ 15 đến 18 Hz con người cảm nhận được và gây
ra cảm xúc khó chịu trong thời gian ngắn;
- Rung động có tần số từ 15 đến 1500 Hz con người ít cảm nhận rõ có thể

gây ra tổn hại đến sức khỏe khi chịu tác động trong thời gian dài;
Tình trạng dao động kéo dài sẽ gây tổn thương cho cơ thể con người. Mức
độ tổn thương tùy thuộc vào biên độ dao động, sự phân bố chuyển động bên
trong cơ thể, chiều chuyển động và thời gian chuyển động.
Dao động ôtô gây ra các tác hại đến cơ thể người như sau:
- Bệnh về cột sống: khi chịu dao động trong vùng tần số từ 4 đến 12 Hz...


13

- Bệnh về tiêu hóa: đối với những người chịu dao động trong thời gian
dài.
- Những người chịu dao động đến tần số 20 Hz và kéo dài thì nhịp tim và
nhịp thở tăng lên gây rối loạn cho cơ thể.
- Dao động ở những tần số khoảng 0.1 Hz hoặc thấp hơn gây ra say sóng
do chuyển động lắc ngang, quay vòng.
Một số dao động có thể không làm nguy hại đến sức khỏe con người
nhưng làm giảm khả năng nhạy bén, giảm khả năng thu thập và xử lý thông
tin. Điều này rất có hại đến các tài xế chạy xe đường dài.
1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
Cơ sở lựa chọn các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động ôtô được dựa
trên tác động dao động của con người khi đi, chạy bộ… một dạng dao động
quen thuộc với đầy đủ các đặc trưng về tần số, gia tốc dao động. Nếu chỉ số
dao động của con người ngồi trên xe khi chuyển động, không vượt quá các
giá trị của các chỉ số dao động khi đi bộ, chạy thì độ êm dịu của xe chấp nhận
được. Trong quá trình nghiên cứu về dao động ôtô thì việc lựa chọn các chỉ
tiêu đánh giá độ êm dịu là rất quan trọng. Tuy nhiên việc lựa chọn các chỉ tiêu
phụ thuộc vào sự phát triển của nền kinh tế, khoa học kỹ thuật, dụng cụ đo,
trình độ thí nghiệm, trình độ sản xuất chế tạo, lắp ráp ôtô. Do đó các chỉ tiêu
đánh giá độ êm dịu ở các nuớc là khác nhau, nhưng có hai chỉ tiêu chung là

tần số và gia tốc dao động. Sau đây là một số chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu
chuyển động của xe:
a. Chỉ tiêu về tần số dao động
- Đối với xe du lịch thì tần số dao động thích hợp là 60 đến 85 lần/phút.
- Đối với xe tải thì tần số dao động thích hợp là 85 đến 120 lần/phút.
- Đối với xe khách thì tần số dao động thích hợp là 60 đến 90 lần/phút.
b. Chỉ tiêu về gia tốc và vận tốc dao động


14

Hình 1.2. Đồ thị đặc trưng mức êm dịu chuyển động của ôtô
- Chỉ tiêu đánh giá tính êm dịu chuyển động dựa vào giá trị của gia tốc
thẳng đứng của dao động và số lần va đập do độ mấp mô của bề mặt đường
gây ra trên một km đường chạy. Muốn đánh giá được một xe có tính êm dịu
chuyển động hay không, cho ôtô chạy trên một đoạn đường nhất định, trong
thời gian đó dụng cụ đo đặt trên ôtô sẽ ghi lại số lần va đập i tính trung bình
trên 1 km đường và gia tốc thẳng đứng của xe tương ứng. Dựa vào hai thông
số đó, nguời ta so sánh với đồ thị chuẩn xem xe thí nghiệm đạt được độ êm
dịu chuyển động ở thang bậc nào, tuy nhiên chưa thật sự chính xác vì theo
phương pháp này chưa tính tới thời gian tác động của gia tốc thẳng đứng j.
- Chỉ tiêu về gia tốc và vận tốc dao động được lựa chọn trên cơ sở đánh
giá cảm giác xuất hiện trong thời gian dao động. Cảm giác được xác định theo
hệ số êm dịu chuyển động K. Hệ số này là đại lượng không thứ nguyên phụ
thuộc vào tần số dao động và gia tốc dao động, hướng của dao động tương
ứng với trục cơ thể con người:
K

12.5
1  0.01 f 2

Z

(1.1)


15

18

K

1  0.01 f 2

ZC  K y ZC

(1.2)

Trong đó:
f : Tần số dao động
Z : Gia tốc (m/s²)

Z C : Toàn phương gia tốc

K càng nhỏ thì độ êm dịu của xe càng nâng cao, các giá trị K cho phép
như sau:
- K = 10 ÷ 25 với xe chạy trong thời gian dài;
- K = 25 ÷ 63 với xe chạy trong thời gian ngắn.
Nếu chịu tác động của dao động ngẫu nhiên nhiều tần số, có thể tách
chúng thành các dao động điều hòa riêng lẻ, ứng với mỗi dao động điều hòa

có tần số fi ta tính được một giá trị Ki , khi đó hệ số K chung sẽ là :
K

n

K
i 1

2
i

(1.3)

c. Chỉ tiêu về công suất dao động
Chỉ tiêu này dựa trên giả thuyết rằng các cảm giác của con người trong
dao động phụ thuộc vào công suất truyền cho con người đó. Công suất trung
bình truyền cho người chịu dao động là:
N C  lim
T 

1
T

T

 P(t ) xv(t )dt

(1.4)

o

Trong đó:
P(t) : Lực tác động lên con người
v(t) : Vận tốc dao động
Công thức trên sử dụng rất khó khăn nên có thể sử dụng biểu thức tính
công suất trung bình truyền cho người chịu dao động như sau:


16

N

2
N C   ( K zi Z ci2  K zci Z cci
6  K xi X ci2  K yiYci2 ) (W)

(1.5)

i 1

Trong đó:
Z c : Thành phần gia tốc thẳng đứng truyền qua chân

Zcc : Thành phần gia tốc thẳng đứng truyền qua ghế
X c : Thành phần gia tốc dọc
Yc : Thành phần gia tốc ngang

Tất cả các giá trị trên là toàn phương gia tốc đơn vị m/s²
Hệ số K được cho bởi thực nghiệm
Các giá trị cho phép của chỉ tiêu này là:

- Nc = 0.2 ÷ 0.3 dễ chịu;
- Nc = 6 ÷ 10 khó chịu.
d. Chỉ tiêu về thời gian dao động
Chỉ tiêu này chủ yếu dành cho người lái và những người có thời gian đi
trên ôtô lâu. Khi ngồi trên xe với khoảng thời gian dài dao động sẽ làm cho cơ
thể con nguời mệt mỏi ảnh hưởng đến lao động hay sức khỏe. Các thí nghiệm
kéo dài trong 8 giờ, với tần số dao động nằm trong khoảng được xem là nhạy
cảm hơn cả đối với sức khỏe con người (4 ÷ 8 Hz), các giá trị của toàn
phương gia tốc dao động tác động lên con người tạo ra cảm giác:
Dễ chịu

: 0.1 m/s²

Gây mệt mỏi: 0.315 m/s²
Gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe: 0.63 m/s²
Các chỉ tiêu trên là quan trọng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của
ôtô. Trong đó chỉ tiêu về tần số dao động là chỉ tiêu đầu tiên cần quan tâm
đến. Việc đánh giá độ êm dịu của ôtô sẽ càng xác thực nếu được phối hợp với


17

các chỉ tiêu khác. Ưu điểm của chỉ tiêu này là có thể tính toán, đo đạc tương
đối dễ dàng trong điều kiện nước ta hiện nay.
e.Chỉ tiêu hạn chế sự va đập của hệ thống treo
Được xác định theo công thức:
T

1
D2  lim  [ S (t )  Z (t )]2 dt

t  T
0

(1.6)

Trong đó:
S(t) : Chuyển vị tuyệt đối của tâm bánh xe theo thời gian
Z(t) : Chuyển vị tuyệt đối tại điểm đặt bộ hạn chế trên thân xe theo thời
gian
Giá trị D2 không vượt quá giá trị cho phép [D2] cho trước với từng loại xe
và loại mặt đường.
f. Chỉ tiêu về độ bám của bánh xe và mặt đường
Do tác động của dao động, khi bánh bị nhấc khỏi mặt đường sẽ ảnh hưởng
xấu đến độ bền, tính an toàn, kinh tế chuyển động. Chỉ tiêu này được đánh giá
bằng toàn phương dịch chuyển tương đối giữa tâm bánh xe với mặt đường,
theo công thức:
T

1
Ds  lim  [ S (t )  q(t )]2 dt
t  T
0

(1.7)

Với: q(t) hàm biểu diễn độ nhấp nhô của mặt đường.
Giá trị Ds không được vượt quá giá trị cho phép [Ds] cho trước với từng
loại xe và loại mặt đường.
g. Tiêu chí về tải trọng động
Khi xe chuyển động trên đường, dao động của các khối lượng ô tô tạo nên

tải trọng động tác động lên đường và phản lực từ đường tác dụng lên bánh xe.


18

Tải trọng động cực đại làm hư hỏng đường và giảm tuổi thọ của các chi tiết.
Tải trọng động còn ảnh hưởng đến an toàn động lực học của xe.
- Mức độ thân thiện với đường
Một số nghiên cứu tại Anh và Mỹ đã đưa ra rằng mức độ ảnh hưởng của
dao động ô tô đến cầu và đường tỷ lệ với số mũ bậc 4 của áp lực bánh xe với
đường. Theo Wilkinson đưa ra công thức xác định hệ số áp lực đường w như
sau:
w  1  6 2  4 4



(1.8)

max( Fz ,dyn )
Fz , st

(1.9)

Xe có i bánh xe thì áp lực toàn xe là:
i

W

 w i  F i 
z , st

1
i

 F i 
z , st

(1.10)

1

- Tiêu chí về độ bền chi tiết
Hệ số tải trọng động cực đại:

kdyn,max  1 
Trong đó:

kdyn,max

max  Fz ,dyn 
Fz ,st

 2,5
(1.11)

: Hệ số tải trọng động cực đại

Fz,dyn

: Tải trọng động bánh xe

Fz,st

:

Tải trọng tĩnh bánh xe

Kích động ngẫu nhiên max (Fz,dyn) được xác định như sau:
T

Fz , RMS

1

[ Fz (t )  Fz ,st ]2 dt

T0

- An toàn động lực học

kdyn ,max 
và

1,64 Fz , RMS
Fz ,st

1
(1.12)

19

Tải trọng động ảnh hưởng đến mức độ bám đường của bánh xe do vậy nó
ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền lực dọc khi tăng tốc và khi phanh,
giữ ổn đinh quỹ đạo chuyển động. Người ta định nghĩa hệ số tải trọng động
cực tiểu kdyn,min để chỉ ra giảm khả năng truyền lực của bánh xe
kdyn,min  1 

min  Fz ,dyn 
Fz , st

Kdyn,min = 0,5

giới hạn cảnh báo

Kdyn,min = 0

giới hạn can thiệp

0  kdyn ,min  1

(1.13)

h. Tiêu chí về không gian bố trí hệ treo
Khả năng chọn độ võng động, độ võng tĩnh và vị trí đặt ụ hạn chế hành
trình của hệ treo.
f dyn tr  (  z )  f dyn n

(1.14)

Trong đó: (  z ) - chuyển vị tương đối giữa khối lượng được treo và
khối lượng không được treo, hình 1.8.
f dyntr

- độ võng động hành trình trả của hệ treo.

f dyn n

- độ võng động hành trình nén của hệ treo, là vị trí đặt ụ hạn chế hành

trình

C = tg  : Độ cứng bộ phận
đàn hồi HT treo
n
: Hành trình nén
f dyn
t
: Hành trình trả
f dyn

s

: Không gian làm việc

của hệ thống treo.

Hình 1.3. Sơ đồ đặc tính đàn hồi

20

1.2. Một số tiêu chuẩn về dao động ôtô
Để đánh giá ảnh hưởng của dao động lên con người, nhiều tiêu chuẩn đã
được đặt ra:
1.2.1.Tiêu chuẩn ISO/DIS 2631
Tiêu chuẩn này đánh giá tính êm dịu chuyển động theo gia tốc thẳng
đứng, đưa ra các giới hạn cho phép đối với các giá trị hiệu dụng của gia tốc
thẳng đứng của thùng xe, trên thanh đo loga, người ta định nghĩa hiệu các
mức cường độ hiệu dụng của gia tốc bởi biểu thức:

Hình 1.4. Các giới hạn của gia tốc thẳng đứng trong các khoảng thời gian tác
dụng cho phép theo và hệ trục tọa độ quy định trong ISO 2631
LZ  20 Log

Z hd
[dB ]
Z0

(1.15)


21

Trong đó:
Z hd : Giá trị hiệu dụng của gia tốc, [m/s2], được xác định bằng công thức:


1 2
Z hd 

Z (t )dt
 0

[m/s2]

(1.16)

Zoc : 10-6, [m/s2] là gia tốc chuẩn.

Đơn vị tính của

L 

là deciben [dB].

Z

Trị số của

L 

dùng để đánh giá cường độ của gia tốc hiệu dụng Z hd .

Z

Theo tiêu chuẩn này, các giới hạn của gia tốc thẳng đứng cho bởi hình
dưới đây, trên đó các đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hiệu các mức cường
độ

L  của

gia tốc thùng xe với các tần số trung bình của giao động thùng xe,

Z

đo trên giải tần 1/3 octava (tức hệ trục tọa độ chia theo thang logarit thập
phân)
1.2.2. Tiêu chuẩn về dao động của Việt Nam
Tiêu chuẩn TCVN 6964: xác định các phương pháp đánh giá rung động
toàn thân liên quan đến sức khỏe và độ tiện nghi của con người, khả năng cảm
nhận rung động, gây chóng mặt buồn nôn. Cách đánh giá rung động theo
chuẩn này bao gồm phép đo giá trị gia tốc trung bình bình phương (r.m.s).
Trọng số gia tốc r.m.s tính bằng m/s2 cho dao động tịnh tiến và bằng
rad/s2 cho dao động quay. Gia tốc r.m.s được tính theo công thức sau :
1

1 T 2
2
aw    a w (t )dt 
T 0


(1.17)

Trong đó:
aw (t): gia tốc rung động của chuyển động tịnh tiến hoặc chuyển động

quay, là hàm số theo thời gian, đơn vị là m/s2 hoặc rad/s2

22

T

: khoảng thời gian đo tính bằng giây

Giả thiết các phản hồi liên quan với năng lượng, hai giá trị rung động tiếp
xúc hàng ngày khác nhau được coi là tương đương khi:
aw1 T11/2=aw2 T21/2

(1.18)

Trong đó:
aw1 , aw2 : các giá trị gia tốc r.m.s theo tần số đối với lần tiếp xúc thứ nhất
và thứ hai
T1 , T2 : khoảng thời gian cho lần tiếp xúc thứ nhất và thứ hai
Khi tiếp xúc với rung động gồm hai hay nhiều khoảng tiếp xúc có cường
độ và thời gian khác nhau, độ lớn của rung động theo năng lượng tương
đương ứng với tổng thời gian tiếp xúc có thể đánh giá theo công thức:
1

aw,e

  awi2 Ti  2


  Ti 

(1.19)

Trong đó:
aw ,e : là độ lớn của rung động tương đương
a wi : là độ lớn của rung động cho thời gian tiếp xúc Ti

Một số nghiên cứu chỉ ra rằng độ lớn của rung động tương đương khác có
thể xác định theo công thức :
aw , e

  awi4 Ti 


  Ti 

(1.20)

Giá trị rung động dự đoán e (VDV) được sử dụng trong một vài nghiên
cứu:
e(VDV) = 1,4aw T ¼
Trong đó :
aw

: là gia tốc r.m.s theo tần số

(1.21)


23

T

: là khoảng thời gian tiếp xúc tính bằng giây

Đánh giá rung động dựa vào đồ thị sau: các đường gạch gạch chỉ các vùng
cần chú ý với mục đích chỉ dẫn sức khỏe. Đối với các tiếp xúc bên dưới vùng
trên, ảnh hưởng đến sức khỏe không có minh chứng bằng tài liệu rõ ràng hoặc
quan sát khách quan: trong vùng đó cần thận trọng với các tiềm ẩn về rủi ro
sức khỏe và bên trên vùng đó, các rủi ro với sức khỏe có khả năng xảy ra. Sự
khuyến cáo này là cơ sở chính về sự tiếp xúc trong khoảng thời gian từ 4 h
đến 8 h, được chỉ ra trong vùng gạch chéo ở hình dưới. Với thời gian tiếp xúc
ngắn hơn cần có những nghiên cứu thận trọng. Các nghiên cứu khác nói lên
sự độc lập của thời gian qua mối tương quan sau :
aw1 T11/4=aw2 T21/4

(1.22)

Chỉ dẫn đối với sức khỏe trong vùng này là các đường chấm chấm trên
hình dưới:

Hình 1.5. Vùng chỉ dẫn sức khỏe của TCVN 6964


24

Bảng sự phản ứng của cơ thể đối với những mức rung động khác
nhau (TCVN 6964)
Nhỏ hơn 0,315 m/s2

Không có cảm giác, không thoải mái

Từ 0,315 đến 0,63 m/s2

Có cảm giác chút ít về sự không thoải mái

Từ 0,5 đến 1 m/s2

Có cảm giác rõ rệt về sự không thoải mái

Từ 0,8 đến 1,6 m/s2

Không thoải mái

Từ 1,25 đến 2,5 m/s2

Rất không thoải mái

Lớn hơn 2 m/s2

Cực kỳ không thoải mái

- Đối với con người: Người ta định nghĩa cường độ dao động KB là một
hàm của gia tốc bình phương trung bình, tần số dao động và thời gian tác
dụng được tính toán phụ thuộc vào phương tác dụng:
KB  f ( z , f , t )

Theo tiêu chuẩn ISO 2631:
- Cường độ dao động theo phương thẳng đứng Kz được xác định như sau:
K z 10 az

K z  20 az
Kz 

160a z
f

f

với 1  f  4 Hz
với 4  f  8 Hz
với 8  f  80 Hz

- Tiêu chuẩn ISO- 2631 đưa ra các ngưỡng Kz như sau:
Kz < 0,2

Không cảm nhận được dao động

0,2  Kz  0,4

Có thể cảm nhận được dao động

0,4  Kz  1,6

Cảm nhận tốt dao động

1,6  Kz  6,3

Giới hạn thoải mái với t < 24h

6,3  Kz  12,5

Cảm giác mạnh

12,5  Kz  100

Cảm giác rất mạnh

(1.23)
(1.24)
(1.25)


25

Kz = 112

Cảm giác như bị chấn động không chịu được nhiều

hơn 1 phút, gây ảnh hưởng sức khỏe.
Gia tốc bình phương trung bình theo phương z

ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ
t < 1phút
Cảm giác rất mạnh
Cảm nhận mạnh
Giới hạn thoải mái, t < 1 phút
Cảm nhận tốt
Có thể cảm nhận được
Không cảm nhận được

Tần số kích động (Hz)

Hình 1.6. Sự phụ thuộc của gia tốc bình phương trung bình theo tần số

Hình 1.7. Quan hệ cường độ êm dịu với thời gian