Nghiên cứu và khảo sát ảnh hưởng của dao động đến độ mệt mỏi của người lái

Nội dung text: Nghiên cứu và khảo sát ảnh hưởng của dao động đến độ mệt mỏi của người lái

1. NGHIÊN CỨU VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG CỦA DAO ĐỘNG ĐẾN ĐỘ MỆT MỎI CỦA NGƢỜI LÁI RESEARCH AND INVESTIGATE THE EFFECT OF VIBRATION TO DRIVER’S FATIGUE (1) Đỗ Nhật Trƣờng, (2) Lê Thanh Phúc (1) Học viên cao học trường ĐHSPKT TPHCM (2) Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Nghiên cứu này đề xuất phương án xây dựng mô hình dao động gần với thực tế, ứng dụng trên các dòng ô tô du lịch từ 4 - 7 chỗ, cụ thể là trên chiếc Toyota Innova và Toyota Vios. Các nội dung nghiên cứu bao gồm khảo sát mô hình dao động ¼ xe hai bậc tự do; khảo sát trên phần mềm Carsim; xây dựng hệ dao động và đánh giá hiệu quả bằng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng trên phần mềm Matlab; thực nghiệm đo gia tốc dao động tại vị trí ghế ngồi người tài xế trên xe. Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình dao động mà tác giả xây dựng là gần với thực tế tương ứng với dòng xe du lịch, là phương án khả thi và mang lại hiệu quả kinh tế khi khảo sát khả năng chuyển động êm dịu của xe tại Việt Nam. Đồng thời với kết quả thu được đã thể hiện phần nào sự tác động qua lại lẫn nhau trong mối quan hệ “Đường – Xe – người”. Từ khóa: Dao động tại vị trí người lái, Toyota Innova và Toyota Vios, Khảo sát dao động trên phần mềm Carsim, Matlab, Xây dựng hệ dao động và mô phỏng, Thực nghiệm đo dao động. ABSTRACT This research suggests an idea to build a reality model of vibration, which will be used in 4-7 seats sedan class – specifically in Toyota Innova and Toyota Vios. Our research contains: the investigation and improvement about our two-degree-of-Freedom of quarter car model, the simulation in Carsim and Matlab, the experiment in acceleration in driver’s seat. Results show that our building model is the closest model for investigating stability of sedan car in Vietnam. Our results also present a part of the relationship between “Road – Car – Human”. Keywords: driver seat’s vibration, Toyota Innova and Toyota Vios, investigate vibration in Carsim, Matlab, Building and simulating vibration model, acceleration experiment. I. GIỚI THIỆU Khi ô tô chuyển động có rất nhiều yếu tố tác động sinh ra sự dao động làm mất tính an toàn và độ êm dịu trong khi vận hành. Tuy nhiên, trong hầu hết các nghiên cứu và thiết kế mới chỉ nhằm mục đích cải thiện các hệ thống trên ô tô hiện nay. Và thường tập trung chủ yếu vào chỉ tiêu độ an toàn, ổn định lên hàng đầu mà ít quan tâm đến độ êm dịu khi chuyển động ảnh hưởng đến người trên ô tô, có êm dịu hay không êm dịu. Một cách thực tế hơn, đó là có sự thỏa mái hay không thỏa mái của con người khi chịu ảnh hưởng ở các mức độ dao động khác nhau do ô tô sinh ra trong khi di chuyển trên các bề mặt đường khác nhau hay là sự thay đổi vận tốc độ ngột của ô tô. Trong những năm gần đây, đề tài về dao động đã được chú trọng, quan tâm nhiều hơn nhằm cải thiện tính êm dịu trên ô tô. Chẳng hạn: đề tài “Nghiên cứu đánh giá độ êm dịu của ô tô khách 29 chỗ ngồi sản xuất tại Việt Nam” của tác giả Bùi Quốc Vĩnh [1], đề tài “Mô phỏng khảo sát dao động ô tô vận tải hành khách bằng MatLab – Similink” của tác giả Nguyễn Hữu Thảo [2], hay các khảo sát ảnh hưởng của dao động trên cơ sở mô hình 3D theo chiều dọc cơ thể con người của
2. nhóm tác giả Raul Miklos Kulcsar, Veronica Argesanu, Ion Silviu Borozan, Inocentiu Mainu [3]. Các đề tài trên đã xây dựng mô hình tính toán dao động của ô tô, xác định các thông số đặc trưng của quá trình dao động của ô tô khách, tính toán kiểm nghiệm độ êm dịu thực tế của ô tô khách trên mặt đường với độ mấp mô ngẫu nhiên, đề cập đến sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu như: độ cứng của hệ thống treo, độ cứng lốp, độ cứng của giảm chấn đến độ êm dịu khi chuyển động của ô tô thông qua đặc tính tần số biên độ. Đồng thời, mô phỏng khảo sát được sự biến thiên của tần số riêng và gia tốc bình phương trung bình theo độ cứng, hệ số giảm chấn và chọn được thông số kết cấu tốt nhất cho hệ thống treo của xe khảo sát và làm rõ các khả năng có thể xảy ra cộng hưởng khi ô tô chuyển động. Trên cơ sở lý thuyết tối ưu hóa đa mục tiêu, vấn đề đặt ra là làm thế nào để đánh giá được ảnh hưởng của dao động ô tô có đảm bảo độ êm dịu (thoải mái) khi chuyển động hay không, đặc biệt là tại vị trí của người lái. Đồng thời là các thông số đánh giá độ êm dịu của ô tô đó phải nằm trong khoảng giới hạn, theo tiêu chuẩn đánh giá. Xuất phát từ những thực trạng trên, tôi quyết định thực hiện đề tài “Nghiên cứu và khảo sát ảnh hưởng dao động ô tô đến độ mệt mỏi của người lái” nhằm khảo sát, đánh giá mức độ dao động của ô tô ảnh hưởng tới vị trí người lái từ đó đề xuất các phương án nâng cao độ êm dịu và an toàn chuyển động. Điều này là thực sự cần thiết và có ý nghĩa khoa học trong điều kiện thực tế của ngành công nghiệp Ô Tô Việt Nam. II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu lý thuyết: Các hướng nghiên cứu dao động trên ô tô; sự tác động qua lại lẫn nhau trong mối quan hệ “Đường – Xe – Con Người”; Các đặc trưng của hàm kích thích từ mặt đường, dao động và sự ảnh hưởng đến con người; Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu và các tiêu chuẩn quốc tế về dao động. - Khảo sát các thông số cơ bản hệ thống treo trên mô hình ¼ hai bậc tự do với phần mềm MatLab; Sử dụng phần mềm Carsim khảo sát ảnh hưởng của dao động đến ô tô trên hai biên dạng đường khác nhau; Xây dựng mô hình và tính toán ảnh hưởng dao động đến người lái xe, từ đó tác giả đã mô phỏng khảo sát trên phần mềm MatLab ứng với các profile mặt đường là hình chữ nhật và nửa hình sin. - Thực nghiệm đo gia tốc dao động (cụ thể: là 2 chiếc xe Toyota Innova và Toyota Vios) tại vị trí ghế ngồi người lái xe. Từ đó, đánh giá ảnh hưởng của dao động trên ô tô và kiểm nghiệm mô hình thiết lập có tương ứng với thực tế. Tác giả, sử dụng cảm biến chuyển động MPU 6050 kết hợp với Arduino và máy tính để thu thập dữ liệu. III. KẾT QUẢ 1. Mô hình hai bậc tự do Hình 2: Mô hình một phần tư xe [4]. Hình 1: Mô hình xe 2 bậc tự do với khối lượng được treo và không được treo [4].
3. Thiết lập các phương trình tính toán hệ dao động trên như sau: Phương trình chuyển động đối với khối lượng được treo 푠 1̈ + 푠ℎ( 1̇ − 2̇ ) + 푠( 1 − 2) = 0 (1) Và đối với khối lượng không được treo 퐹(푡) = 푠 2̈ + 푠ℎ( 2̇ − 1̇ ) + 푠( 2 − 1) + 푡 2̇ + 푡 2 (2) Hình 3: Đồ thị mô tả biên độ dao động của Z1 so với mặt đường Đồ thị hình 3 mô tả biên độ dao động của khối lượng được treo khi đi qua mấp mô mặt đường. Từ đồ thị ta có thể nhận thấy, thời gian xe chịu ảnh hưởng của dao động rất lớn. Do đó, bắt buộc trên xe cần phải thay đổi thông số của hệ thống giảm chấn, để cải thiện mức độ chuyển động êm dịu của xe. Mặt khác, mô hình dao động ¼ này chưa thể hiện rõ nét ảnh hưởng của dao động đến khả năng chuyển động êm dịu của xe, chẳng hạn như: Trong trường hợp các bánh xe đều chịu kích thích từ mặt đường thì biên độ, thời gian chịu kích thích dao động cũng thay đổi và biên dạng mấp mô mặt đường cũng không giống nhau ở các bánh xe. Từ đó, tác giả nhận thấy sử dụng mô hình hai bậc tự do để khảo sát dao động là không khả thi so với thực tế. 2. Khảo sát dao động ô tô trên phần mềm Carsim Tác giả lựa chọn hai phân khúc xe thương mại phổ biến trên thị trường Việt Nam đó là chiếc Toyota Vios 1.5G 2010, 4 chỗ và Toyota Innova E 2.0, 7 chỗ. Các thông số kỹ thuật cần thiết để thực hiện khảo sát được lựa chọn từ phần mềm Carsim.  Toyota Vios 1.5G 2010 Hình 4: Biên dạng mặt đường khảo sát, Toyota Vios. Kết quả khảo sát trên mặt đường có chiều dài là 50 m, độ cao mấp mô là 0.3 m, độ rộng 0.9 m, vận tốc của xe là 20 km/h và trong khoảng thời gian là 22 (s).
4. Hình 5: Đồ thị độ lệch của hệ thống cầu trước, Toyota Vios. Từ đồ thị trên ta có thể nhận thấy, nguyên nhân vì các thông số biên dạng mặt đường khá lớn. Vì vậy, ảnh hưởng đến khả năng điều khiển lái, mức độ an toàn và cũng như độ êm dịu của xe khi di chuyển trên đoạn đường có biên dạng mấp mô như trên.  Toyota Innova Hình 6: Biên dạng mặt đường khảo sát, Toyota Innova. Đối với dòng xe SUV 7 chỗ ,Toyota Innova tác giả lựa chọn biên dạng mấp mô mặt đường dạng hình sin giảm dần như mô tả trên hình 6. Kết quả: Hình 7: Đồ thị độ đưa võng (Roll) của xe Toyota Innova. Đồ thị thể hiện độ đưa võng của xe, trong khoảng thời gian từ 0 – 13 (s) thì độ đưa võng này gần như không đáng kể. Nhưng từ thời điểm 13 – 19 (s) thì bắt đầu độ đưa võng tăng lên rõ rệtvà sau
5. đó là giảm rất nhanh cho đến hết thời gian khảo sát. Nguyên nhân, độ đưa võng của xe tăng lên bất ngờ ở gần khoảng thời gian cuối là do xuất hiện hiện tượng cộng hưởng tần số dao dộng của xe và tần số kích thích dao động từ mặt đường. Tại thời điểm đó, biên độ mặt đường giảm nhưng mật độ mấp mô tăng lên và sự tiếp xúc giữa bánh xe bên trái, bên phải với biên dạng mặt đường là như nhau. Kết luận: Qua việc ứng dụng phần mềm Carsim để khảo sát khả năng chuyển động êm dịu của hai dòng. Tác giả, nhận thấy các hình dạng mấp mô trên bề mặt đường khác nhau là nguyên nhân chính của kích thích dao động ảnh hưởng lớn đến khả năng chuyển động êm dịu của xe cũng khác nhau. Mặt khác, mức độ ảnh hưởng còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khách quan và chủ quan khác, như: Chiều cao, độ rộng của mấp mô, vận tốc của xe khi tiếp xúc với mấp mô mặt đường, tần suất xuất hiện mấp mô. Tuy nhiên, việc khảo sát trên phần mềm Carsim chưa thể hiện rõ nét ảnh hưởng của dao động êm dịu khi xe chuyển động cũng như mục tiêu mà đề tài hướng đến. Trên một phương diện khác, phần mềm Carsim cũng có một số nhược điểm không phù hợp với độ tương quan thực tế. Do đó, tác giả đã xây dựng mô hình và khảo sát dao động trên phần Matlab để phù hợp hơn với điều kiện thực tế khi khảo sát ảnh hưởng của dao động đến độ êm dịu khi chuyển động của xe và bám sát hơn với mục tiêu của đề tài. 3. Các giả thiết khi xây dựng mô hình hệ dao động Khối lượng ô tô được phân bố đối xứng qua mặt phẳng vuông góc mới mặt đường và đi qua trục dọc của nó. Độ mấp mô của biên dạng mặt đường ở bên trái và bên phải của bánh xe trên một một trục là đồng nhất. Toàn bộ khối lượng được treo quy dẫn về trọng tâm và xem như là cứng tuyệt đối. Nó được biệu thị bằng khối lượng 2 và moment đối với trục ngang Y đi qua trọng tâm là Jy. Có ba bậc tự do là dịch chuyển theo phương thẳng đứng Z, góc lắc dọc 휑 và hướng dịch chuyển theo vận tốc xe X. Phần khối lượng không dược treo tương ứng ở cầu trước và cầu sau là mt và ms. Đồng thời, một bậc dịch chuyển thẳng đứng Zt và Zs tương ứng tại trục trước và trục sau. Xem đặc tính đàn hồi của hệ thống treo và lốp xe là tuyến tính. Với độ cứng của hệ thống treo trước và sau là C2t và C2s. Tương tự độ cứng hướng kính của lốp xe C1t, C1s. Hệ số giảm chấn của hệ thống treo cầu trước và cầu sau là K2t và K2s. Đối với hệ dao động này tác giả bỏ qua hệ số giảm chấn của lốp xe. Bỏ qua nguồn kích thích dao động trên xe. Xem mấp mô của mặt đường là nguồn kích thích dao động duy nhất. Khi chuyển động, bánh xe luôn tiếp xúc với mặt đường, không có hiện tượng tách bánh. Ghế ngồi tài xế được lắp với sàn xe nên ta bỏ qua khối lượng bản thân của ghế. Các dao động từ ô tô được truyền tới con người qua sàn xe và ghế.
6. Hình 8: Mô hình tính toán dao động trong mặt phẳng theo biên dạng mặt đường. Phƣơng trình dao động: Phương trình ghế ngồi người tài xế: mg. Z̈ g + Zg. Cg + Ż g. Kg − Z2. Cg − Ż 2. Kg + φ. Cg(a − x) + φ̇. Kg(a − x) = 0 Giả sử: Ż g = 𝑔; Ż 2 = 2; φ̇ = ; Ż t = 푡; Ż s = 푠 −Zg Kg Cg Kg Cg Kg → V̇g = − Vg. + Z2. + V2. − φ. (a − x) − Vy. (a − x) mg mg mg mg mg mg Phương trình sàn xe (hay là khối lượng được treo): m2Z̈ 2 − ZgCg − Ż g. Kg + Z2(C2t + Cg + C2s) + Ż 2(Kg + K2s + K2t) + φ(C2t. a − Cg(a − x) − C2s. b) + φ̇ (K2t. a − K2s. b − Kg(a − x)) − Zt. C2t − Ż t. K2t − C2s. Zs − K2s. Ż s = 0 Phương trình khối lượng không được treo cầu trước 푡: mtZ̈ t + (C1t + C2t). Zt + Ż t. K2t − Z2. C2t − Ż 2. K2t − φ. C2t. a − φ̇ . K2t. a = q(t) Phương trình khối lượng không được treo cầu sau 푠: msZ̈ s + Ż s. K2s + Zs(C1s + C2s) − Ż 2. K2s − Z2. C2s + φ. C2s. b + φ̇ . K2s. b = q(t) Phương trình moment quán tính tại trọng tâm: 2 2 2 2 2 2 Jyφ̈ + φ[C2t. a + C2s. b − Cg(a − x) ] + φ̇ [−K2t. a + K2s. b + Kg(a − x) ] + Z2[C2t − C2s 2 + Cg(a − x)] + Ż 2[K2t − K2s + Kg(a − x) ] − Zt. C2t − Ż t. K2t + C2s. Zs + K2s. Ż s + Cg. Zg + Kg. Ż g = 0 Trong đó: 𝑔– Khối lượng của người điều khiển xe. 𝑔– Độ cứng của ghế ngồi. 𝑔– Hệ số giảm chấn của ghế ngồi. – Khoảng cách từ trọng tâm bánh xe trước ghế ngồi người lái. Hệ các phương trình vi phân dao động của hệ được thể thể hiện dưới dạng ma trận: ̇ = A. X + B. q(t) 4. Khảo sát và đánh giá ảnh hƣởng dao động của ô tô trên phần mềm Matlab Từ mô hình xây dựng được và các phương trình dao động tác giả đã ứng dụng phần mềm Carsim để khảo sát với 2 hình dạng mấp mô từ profile mặt đường là: hình chữ nhật và nửa hình sin với các thông số đặc trưng biên dạng mặt đường được lựa chọn trước như: độ rộng mấp mô So (m),
7. chiều cao mấp mô qo (m), tốc độ chuyển động của xe V (m/s), thời gian dao động t (s). Bảng 1: Phản ứng về tiện nghi với môi trường dao động (ISO 2631-1:1997) Nhỏ hơn 0,315 m/s2 Không có cảm giá khó chịu 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 2,5 m/s2 Cực kỳ không thoải mái  Trường hợp 1: Biên dạng mặt đường hình chữ nhật Với S0 = 0,5 m, qo = 0,2 m, V = 36 km/h, t = 10 s. Toyota Vios 1.5G 2010 0.3 Ghe San xe 0.25 KL khong duoc treo cau truoc 0.2 0.15 0.1 Chuyen(m) vi 0.05 0 -0.05 -0.1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) Hình 9: Đồ thị chuyển vị của các phần tử với biên dạng mặt đường hình chữ nhật, Toyota Vios Từ đồ thị cho thấy sự chuyển vị giữa sàn xe, ghế và khối lượng không được treo cầu trước có sự chênh lệch tương đối giữa các phần tử với nhau. 40 30 20 10 ) 2 0 Giatoc (m/s -10 -20 -30 -40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) Hình 10: Đồ thị gia tốc ghế với biên dạng mặt đường hình chữ nhật, Toyota Vios 2 Trọng số gia tốc R.M.S [aw (m/s )] của xe và ghế lần lượt là 3,0557 và 3.0995 nằm trong vùng
8. dao động tác động đến con người ở trạng thái là cực kỳ không thỏa mái khi so với bảng 1 tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997 TOYOTA INNOVA E 2.0 2012 15 10 5 ) 2 0 -5 Giatoc (m/s -10 -15 -20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) Hình 11: Đồ thị gia tốc ghế với biên dạng mặt đường hình chữ nhật, Toyota Innova 2 Trọng số gia tốc R.M.S [aw (m/s )] của xe và ghế tương ứng là 2.2987 và 1.6397 nằm trong vùng dao động tác động đến con người ở trạng thái có cảm giác rất không thoải mái khi so với tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997. Nhận xét: Từ các trọng số gia tốc R.M.S tại vị trí ghế người tài xế và xe khi so với các thông số tiêu chuẩn thì cả Vios và Innova đều không đáp ứng được khả năng chuyển động êm dịu. Mặt khác, Innova có trọng số gia tốc nhỏ hơn so với Toyota Vios, do đó Toyota Innova giúp cho chuyển động của xe và người lái có trạng thái dao động tốt hơn khi trên biên dạng mặt đường hình chữ nhật.  Trường hợp 2: Biên dạng mặt đường là nửa hình sin Tác giả không có sự thay đổi: S0 (m), qo (m), V (km/h), t (s) Toyota Vios 1.5G 0.3 Ghe San xe 0.25 KL khong duoc treo cau truoc 0.2 0.15 0.1 Chuyen(m) vi 0.05 0 -0.05 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) Hình 12: Đồ thị chuyển vị của các phần tử với biên dạng mặt đường nửa hình sin, Toyota Vios
9. 8 6 4 2 ) 2 0 Giatoc (m/s -2 -4 -6 -8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) Hình 13: Đồ thị gia tốc ghế với biên dạng mặt đường nữa hình sin, Toyota Vios 2 Nhận xét: Trọng số gia tốc R.M.S [aw (m/s )] của xe với biên dạng mặt đường nửa hình sin là 7.6742 lớn hơn rất nhiều so với trường hợp khi xe được khảo sát trên biên dạng mặt đường là hình chữ nhật và nằm trong vùng ảnh hưởng của dao động tác động đến con người ở trạng thái cực kỳ không thoải mái khi so với tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997. Mặt khác, sự chuyển vị của các phần tử cũng có sự chênh lệch khá lớn so với khảo sát trên biên dạng mặt đường là hình chữ nhật. TOYOTA INNOVA E 2.0 2012 6 4 2 ) 2 0 -2 Giatoc (m/s -4 -6 -8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) Hình 14: Đồ thị gia tốc ghế với biên dạng mặt đường nữa hình sin, Toyota Innova 2 Nhận xét: Trọng số gia tốc R.M.S [aw (m/s )] của xe và ghế với biên dạng mặt đường nửa hình sin lần lượt là 7.3120 và 2.1995 lớn hơn so với trường hợp khi được khảo sát trên biên dạng mặt đường là hình chữ nhật và nằm trong vùng dao động tác động đến con người ở trạng thái cực kỳ không thoải mái (theo đánh giá tiêu chuẩn bảng 1). Kết luận: Từ các dữ liệu thu thập được như: các đồ thị chuyển vị, vận tốc dao động, trọng số gia tốc
10. của xe và ghế. Từ đó, có thể thấy rằng một trong những tác nhân chính kích thích dao động đó là biên dạng mấp mô mặt đường và dao động đó ảnh hưởng đến sức khỏe, tâm sinh lý của người lái và khả năng chuyển động êm dịu của xe. Mặt khác, tác giả nhận thấy việc đánh giá ảnh hưởng của dao động đến độ mệt mỏi, tâm sinh lý của người lái là hết sức phức tạp và khó khăn. Bởi nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: khả năng hấp thụ dao động của đệm ghế, lưng tựa, vận tốc khi tiếp xúc với mấp mô mặt đường. Đặc biệt, trên thực tế hình dạng mấp mô mặt đường là ngẫu nhiên không có một quy luật cụ thể nào về chiều rộng, độ cao, tần suất xuất hiện mấp mô.  Giới thiệu hàm mặt đƣờng ngẫu nhiên Năm 2008, trong bài báo khoa học “Generation of Random Road Profiles” của nhóm tác giả Feng Tyan, Yu-Fen Hong Shun-Hsu Tu and Wes S. Jeng đã xây dựng hàm mặt đường ngẫu nhiên bằng các thực nghiệm cụ thể [5]. Phương trình vi phân hàm mặt đường ngẫu nhiên mà nhóm tác 푠 giả xây dựng được trong điều kiện xe chạy dọc trên một đường với một hằng số vận tốc V = , 푡 tín hiệu từ profile mặt đường 푍푅(푡), tần số kích thích từ mặt đường theo thời gian là 휔(푡) (rad/s), góc α phụ thuộc vào trên từng loại bề mặt đường. d zRR( tVz )( ) tt  ( ) dt Từ phương trình, tác giả đã ứng dụng phần mềm Matlab – Simulink để đưa ra đồ thị về kích thích dao động ngẫu nhiên từ mặt đường. Hình 15: Mô hình Matlab-simulink 0.08 0.06 0.04 0.02 0 Biendo (m) -0.02 -0.04 -0.06 -0.08 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) Hình 16: Đồ thị biên độ dao động ứng với hàm kích thích ngẫu nhiên
11. 5 4 3 2 ) 2 1 0 Giatoc(m/s -1 -2 -3 -4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) Hình 17: Đồ thị gia tốc ghế với hàm mặt đường ngẫu nhiên,Toyota Innova Nhận xét: Từ đồ thị biên độ của hàm kích thích dao động ngẫu nhiên, ta có thể nhận thấy giá trị biên độ của mặt đường là luôn luôn thay đổi không tuân một quy luật cụ thể nào, giá trị này nó còn phụ thuộc vào đoạn đường và các yếu tố môi trường khác. 5. Thực nghiệm đo dao động trên xe 5.1 Toyota Innova E 2.0 2012 Đoạn đường Võ văn Ngân Hình 18: Đồ thị đoạn đường Võ Văn Ngân khi khảo sát dao động xuất phát từ trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh đến chợ Thủ Đức. Hình 19: Vị trí lắp đặt cảm biến MPU 6050 trên mặt ghế ngồi tài xế và máy tính thu thập dữ liệu Trên đoạn đường gần với chợ Thủ Đức và tốc độ xe là 35 km/h
12. 10 8 6 4 ] 2 2 0 Gia Gia toc [m/s -2 -4 -6 -8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian [s] Hình 20: Đồ thị mô tả gia tốc ghế trên đoạn đường Võ Văn Ngân, Toyota Innova 2 Nhận xét: Trọng số gia tốc trung bình R.M.S của ghế: aghe ≈ 1.3 (m/s ). So với tiêu chuẩn đánh bảng 1 thì xe không đáp ứng được khả năng chuyển động êm dịu và người ngồi có cảm giác không thỏa mái khi xét trong điều kiện khảo sát như trên. Đoạn đường Phạm Văn Đồng Hình 21: Đồ thị đoạn đường Phạm Văn Đồng Với tốc độ xe là 60 km/h. 6 4 ] 2 2 0 Gia Gia toc [m/s -2 -4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian [s] Hình 22: Đồ thị mô tả gia tốc ghế trên đoạn đường Phạm Văn Đồng, Toyota Innova 2 Nhận xét: Trọng số gia tốc trung bình R.M.S của ghế: aghe ≈ 0.36 (m/s )so với tiêu chuẩn bảng 1 thì xe đáp ứng được khả năng chuyển động êm dịu và người ngồi chỉ có cảm giác chút ít về sự không thỏa mái. 5.2 Toyota Vios 1.5G 2010 Đoạn đường Võ Văn Ngân Quãng đường như đã giới thiệu khi khảo sát xe Toyota Innova.Với vận tốc chiếc Toyota Vios khoảng từ 20 – 25 km/h nhỏ hơn so với khi khảo sát trên chiếc Innova.
13. 3 2 1 ) 2 0 Giatoc(m/s -1 -2 -3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) Hình 23: Đồ thị mô tả gia tốc ghế trên đoạn đường Võ Văn Ngân, Toyota Vios 2 Nhận xét: Trọng số gia tốc trung bình R.M.S của ghế: aghe ≈ 0.206 (m/s ) so với đánh giá tiêu chuẩn bảng 1 thì xe đảm bảo khả năng chuyển động êm dịu và người ngồi không có cảm giác bị ảnh hưởng dao động. Đoạn đường mấp mô sân tập lái xe Khu E tại Trường Đại Học SPKT TP Hồ Chí Minh Hình 26: Đoạn đường mấp mô Với vận tốc xe rất thấp từ 5- 10 km/h. 0.5 0 ) -0.5 2 -1 Giatoc(m/s -1.5 -2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) Hình 27: Đồ thị mô tả gia tốc ghế trên đoạn đường mấp mô 2 Nhận xét: Trọng số gia tốc trung bình R.M.S của ghế: aghe ≈ 0.48 m/s . Với 0.315 < aghe ≈ 0.48 < 0.613 m/s2 khi so với bảng 1 thì người lái mới có cảm giác chút về sự không thỏa mái và chiếc Toyota Vios vẫn đảm bảo khả năng chuyển động êm dịu khi khảo sát trên đoạn đoạn đường mấp mô này
14. Kết luận: Từ các kết quả thực nghiệm trên cho thấy, trên cùng một cung đường Võ Văn Ngân chiếc Innova đã không đảm bảo được trạng thái chuyển động êm dịu khi vận tốc xe là 35 km/h. Trong khi đó, chiếc Vios với vận tốc từ 20 – 25 km/h lại đảm bảo được chuyển động êm dịu. Đồng thời, trong một khảo sát khác cũng với chiếc Innova và vận tốc xe là 60 km/h khi khảo sát trên đoạn đường Phạm Văn Đồng thì xe đạt trạng thái êm dịu khi chuyển động. Do đó, có thể nhận thấy, vận tốc xe cũng là một trong những nguyên nhân chính. Tuy nhiên, tác giả không đảm bảo khả năng chuyển động êm dịu khi khảo sát ở các vận tốc lớn hơn trên các đoạn đường Thống Nhất, Võ Văn Ngân (trên chiếc Vios) và mấp mô tại khu E. Mặt khác, kết quả thực nghiệm đo gia tốc tại vị trí ghế người tài xế là gần giống với khảo sát trên phần mềm Matlab với hàm kích thích dao động là ngẫu nhiên về mặt đồ thị mô tả. 5 Đồ thị gia tốc ghế với 4 hàm mặt đường ngẫ u 3 nhiên,Toyota Innova 2 ) 2 1 0 Giatoc (m/s -1 -2 -3 -4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) 0.5 Đồ thị mô tả gia tốc ghế trên đoạn đường mấp mô 0 ) -0.5 2 -1 Giatoc(m/s -1.5 -2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thoi gian (s) So sánh hai đồ thị, ta có thể nhận thấy có sự sai số về ngưỡng gia tốc lớn nhất trên thực tế so với mô phỏng, một phần nguyên nhân của sự sai lệch này là do sự dao động từ động cơ gây nên, dao động quán tính của ghế, bánh xe ở cầu trước và cầu sau không chuyển động trên đoạn đường mấp mô khi khảo sát. Nhưng với các kết quả khi khảo sát trên Matlab và thực nghiệm trên hai dòng xe ô tô du lịch đã cho thấy, mô hình dao động mà tác giả đã xây dựng là gần với thực tế. Phù hợp với các phát triển nghiên cứu về ảnh hưởng của dao động trên ô tô với các kích thích dao động từ mặt đường. III. Kết luận và kiến nghị 1. Kết luận
15. Đề tài “Nghiên cứu và khảo sát ảnh hưởng của dao động đến độ mệt mỏi của người lái” đã thực giải quyết được các vấn đề như sau: Ứng dụng được nghiên cứu về ngưỡng cảm nhận dao động của con người trên các biên dạng mặt đường khác nhau để đánh giá ảnh hưởng của dao động lên con người trên các dòng xe du lịch (cụ thể là vị trí ghế ngồi người lái trên chiếc Toyota Vios 1.5G 2010 và Toyota Innova E 2.0 2012) là phù hợp với tiêu chuẩn ISO 2631-1:1997. Xây dựng được mô hình tính toán dao động gần với thực tế của ô tô du lịch theo các phương thẳng đứng, phương dọc và góc lắc dọc trục tại trọng tâm xe. Từ đó, xác định được các thông số đặc trưng trong quá trình dao động của ô tô đó là: sự chuyển vị, vận tốc dao động của các phần tử bánh xe, ghế ngồi và sàn xe, trọng số gia tốc của xe, tần số giao động riêng. Các thông số này là cơ sở để đánh giá tính êm dịu của ô tô khảo sát trong quá trình chuyển động trên các điều kiện đường khác nhau. Thực nghiệm đo gia tốc dao động theo phương thẳng đứng tại vị trí ghế ngồi người tài xế trên các đoạn đường khác nhau, với các dãy tốc độ thay đổi trên từng đoạn đường. Với các kết quả thu được trong luận văn đã thể hiện một cách cơ bản sự tác động lẫn nhau trong mối quan hệ động học “Đường – Xe – Người”. 2. Kiến nghị Trong quá trình nghiên cứu, vì thời gian có hạn và giới hạn về nội dung của đề tài nên tác chỉ nghiên cứu về mức độ ảnh hưởng của dao động đến ghế ngồi của người lái trên cơ sở dựa vào các giả thiết khi xây dựng mô hình dao động gần và thực nghiệm trên dòng xe 4 chỗ, 7 chỗ phổ biến trên thị trường nên vẫn còn một số vân đề chưa giải quyết như: Ảnh hưởng của rung động do động cơ lắp trên ô tô Lựa chọn, tối ưu hóa hệ thống treo nhằm phù hợp với điều kiện mặt đường ở Việt Nam Mức độ tác động của dao động đến từng bộ phận riêng cụ thể trên cơ thể con người như: phần chân, phần thân và phần đầu con người Độ nghiêng của mặt ghế, lưng tựa chưa phù hợp cũng ảnh hưởng đến sức khỏe con người, thường xuất hiện các bệnh về cột sống. Mở rộng quá trình thực nghiệm ở dãy tốc độ xe (lớn hơn 40 km/h) , biên dạng bề mặt đường và đối tượng xe khảo sát (như: xe tải, các dòng xe du lịch 16 chỗ, xe máy). Nghiên cứu về thời gian ảnh hưởng của dao động đến người lái, trong khoảng thời gian và dãy tần số nào thì người lái sẽ có diễn biến tâm sinh lý và độ mệt mỏi khác nhau dẫn đến hiệu suất lái xe của người điều khiển. Tác giả đưa ra một số đề xuất nêu trên cho hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài nhằm hoàn thiện hơn nữa việc tính toán kiểm nghiệm, lựa chọn, tối ưu hóa các hệ thống treo lắp đặt trên các dòng xe du lịch phù hợp với điều kiện đường xá ở Việt Nam. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Vĩnh, Nghiên cứu đánh giá độ êm dịu của ô tô khách 29 chỗ ngồi sản xuất tại Việt Nam, Đại học Đà Nẵng, 2011. [2] Nguyễn Hữu Thảo. Mô phỏng khảo sát dao động ô tô vận tải hành khách bằng Matlab – Simulink, Đại học Đà Nẵng, 2012. [3] Raul Miklos Kulcsar, Veronica Argesanu, Ion Silviu borozan and Inocentiu Maniu, The Human Body behavior under Vehicle Vibrations, University Politehnica.
16. [4] J.Y.Wong. Theory of ground Vehicles. US Patent No 00043853, 2001. [5] Feng Tyan, Yu-Fen Hong, Shun-Hsu Tu, Wes S. Jeng, Generation of Random Road Profiles, Tamshui, Taipei County, Taiwan, 2008. Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết): Họ và tên: Đỗ Nhật Trƣờng Đơn vị: Điện Thoại: 0902698791 Email: Donhattruong105@gmail.com
17. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn B n ti ng Vi t ©, T NG I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH và TÁC GI Bản quếy n táệc ph mRƯ ãỜ cĐ bẠ o hỌ b Ưi Lu tẠ xu t Ỹb n vàẬ Lu t S hỒ u trí tu Vi t Nam. NgẢhiêm c m m i hình th c xu t b n, sao ch p, phát tán n i dung khi c a có s ng ý c a tác gi và ả ng ề i h ẩ pđh đưm ợK thuả tộ TP.ở H ậChí Mấinh.ả ậ ở ữ ệ ệ ấ ọ ứ ấ ả ụ ộ hư ự đồ ủ ả Trườ Đạ ọCcÓ Sư BÀI BạÁO KHỹ OA ậH C T ồT, C N CHUNG TAY B O V TÁC QUY N! ĐỂ Ọ Ố Ầ Ả Ệ Ề Th c hi n theo MTCL & KHTHMTCL h c 2017-2018 c a T vi n ng i h c S ph m K thu t Tp. H Chí Minh. ự ệ Năm ọ ủ hư ệ Trườ Đạ ọ ư ạ ỹ ậ ồ