Tài liệu Nghiên cứu ồn khoang xe khách 29 chỗ sản xuất lắp ráp tại việt nam (full)

  • Số trang: 118 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 157 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 39907 tài liệu

Mô tả:

1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về xe khách 29 chỗ Cùng với sự phát triển của đất nước, vận chuyển hành khách đang không ngừng được đổi mới và nâng cao chất lượng với mục đích thỏa mãn nhu cầu của con người. Nhằm đáp ứng các nhu cầu sử dụng đa dạng trong vận chuyển hành khách, xe khách đã được chế tạo theo nhiều chủng loại, phù hợp với yêu cầu vận chuyển cũng như điều kiện đường xá. Có thể phân loại xe khách theo: - Số lượng chỗ: dưới 10 chỗ, từ 10 -16 chỗ, từ 17 đến 25 chỗ, từ 26 đến 46 chỗ, và trên 46 chỗ; - Số khoang: một khoang, nhiều khoang; - Số tầng: một tầng, nhiều tầng; Hình 1.1 Xe khách 3 khoang Hình 1.2 Xe khách hai tầng - Theo kiểu loại ghế: ngồi hoặc giường nằm. Trong các kiểu phân loại trên thì cách phân loại theo số lượng ghế ngồi đang được sử dụng thông dụng hơn cả trong kỹ thuật. Theo thống kê tổng số lượng xe khách tham gia giao thông tại Việt Nam đang là 99,452 phương tiện (số liệu 2011) trong đó: - Xe khách từ 10 đến 16 chỗ: 57,354 chiếc (chiếm 58%); - Xe khách từ 17 đến 25 chỗ: 5,681 chiếc (chiếm 6%); - Xe khách từ 26 đến 46 chỗ: 24,645 chiếc (chiếm 25%); - Xe khách trên 46 chỗ: 11,772 chiếc (chiếm 11%). 2 Trong đó xe khách từ 26 đến 46 chỗ chiếm khoảng ¼ tổng số xe khách của cả nước. Chủng loại xe này rất phù hợp với hình thức vận chuyển liên tỉnh do có những ưu điểm về số người vận chuyển trung bình, tính kinh tế trong một lần vận chuyển, phù hợp với điều kiện địa hình đường xá ở Việt Nam. Do đó nghiên cứu sinh đã lựa chọn xe khách 29 chỗ làm đối tượng nghiên cứu. Các thông số cơ bản của xe County 29 chỗ sản xuất tại Việt Nam [5]. 1373 1373 1373 745 600 630 630 630 330 620 330 630 409 630 1935 3935 7060 a) Hình dạng bên ngoài b) Hình chiếu đứng, bố trí tổng thể xe Hình 1.3 Bố trí tổng thể xe khách 29 chỗ. Hiện nay, có rất nhiều cơ sở sản xuất và lắp ráp xe khách trong nước như: công ty ô tô Trường Hải (THACO), Tổng công ty máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam (VEAM), Tổng công ty VinaMotor... Tuy nhiên, công nghệ chế tạo mà các nhà máytrong nước đang sử dụng là lắp ráp theo mẫu trên cơ sở sát xi nhập ngoại và chỉ sản xuất lắp ráp phần khung vỏ. Các tấm tôn mỏng có chiều dày từ 0,5– 1mm dập trên các khuôn dập định hình tạo thành các tấm mảng vỏ xe, sau đó được hàn ghép với phần khung xương và lắp đặt lên phần gầm bệ được nhập khẩu để hình thành vỏ xe tổng thể. Căn cứ vào cấu tạo và công nghệ chế tạo, khung vỏ xe khách có thể chia ra thành 6 phần bao gồm: tấm trước, tấm sau, tấm nóc, tấm cạnh, và tấm sàn. Đặc điểm của loại khung vỏ này là được tạo nên từ tôn mỏng nên trong quá trình hoạt động, dưới tác động của điều kiện môi trường: gió, mưa…, điều kiện mặt đường, điều kiện hoạt động sẽ gây nên rung động của khung vỏ và hình thành tiếng ồn trong khoang xe làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe của con người trong xe và về lâu dài có thể gây nên các bệnh nghiêm trọng: thần kinh, tim mạch, tiêu hóa, … Rất nhiều nghiên cứu độc lập về tác hại của tiếng ồn và rung động của các nhà khoa học trong và ngoài nước đã chứng minh điều này. Do vậy, việc nghiên cứu về rung động khung vỏ và tiếng ồn trong xe cùng các biện 3 pháp giảm tiếng ồn là rất cần thiết nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày càng cao của thị trường trong nước và hướng tới xuất khẩu. Bảng 1.1 Thông số kỹ thuật của xe hkách county 29 chỗ Thông số Đơn vị Giá trị Khối lượng bản thân (Ga) kg 2025 + Phân bố lên cầu trước (Ga1) kg 1180 + Phân bố lên cầu sau (Ga2) kg 845 Người 29 Khối lượng toàn bộ (G) kg 6700 + Phân bố lên cầu trước (G1) kg 2600 + Phân bố lên cầu sau (G2) kg 4100 Kích thước bao (dài x rộng x cao) mm 7025 x 1990 x 1600 Chiều dài cơ sở (B) mm 4085 Vết bánh trước (B1) mm 1170 Vết bánh sau (B2) mm 1770 Số lượng hành khách (cả người lái) 1.2 Sự rung động của khung vỏ xe 1.2.1 Cấu trúc khung vỏ xe Cấu trúc khung vỏ xe khách gồm nhiều tấm, mảng khác nhau được kết nối với nhau bằng kết cấu hàn, hình 1.4. 5 4 2 3 1 6 (a) (b) Hình 1.4 Khung vỏ ô tô khách 29 chỗ (a) Cấu trúc khung vỏ xe. (b) Cấu trúc phân mảng khung vỏ xe: 1. Mảng tấm trước, 2. Mảng tấm cạnh phải, 3. Mảng tấm cạnh trái, 4. Mảng tấm nóc, 5. Mảng tấm sau, 6. Mảng tấm sàn xe. 4 Việc phân mảng cấu trúc khung vỏ xe phụ thuộc vào điều kiện công nghệ chế tạo. Có hai công nghệ chế tạo khung vỏ xe khách cơ bản, đó là: - Chế tạo theo từng mảng độc lập, hình 1.4(b) với những đồ gá riêng biệt và sau đó sử dụng đồ gá tổng hợp ghép nối các tấm đó với nhau bằng kết cấu hàn. Công nghệ này thường áp dụng trong sản xuất loạt lớn. - Chế tạo tổng thể hoàn thiện khung sau đó ghép tôn mỏng bên ngoài, hình 1.5. Công nghệ này áp dụng trong sản xuất loạt nhỏ và trung bình. Ở Việt Nam áp dụng công nghệ này (tại các công ty của Tập đoàn Công nghiệp Ô tô Việt Nam, công ty ô tô Trường Hải, Tổng công ty Cơ khí ô tô Sài Gòn). Hình 1.5 Khung ô tô khách 29 chỗ 1.2.2 Rung động của khung vỏ xe Khi ô tô hoạt động trên đường, nó liên tục nhận được các kích thích gây rung động từ nhiều nguồn khác nhau (động cơ, hệ thống truyền lực, lốp xe, mấp mô mặt đường, khí động học,…). Những kích thích này gây ra rung động khung vỏ xe và hệ quả của nó là tiếng ồn trong khoang xe, gọi là ồn rung. Khung vỏ ô tô là một cấu trúc phức tạp gồm nhiều tấm, mảng nên có các tần số riêng khác nhau, phân bố trong một dải rất rộng. Rung động của khung vỏ xe ở các tần số khác nhau đều ảnh hưởng trực tiếp đến hành khách ngồi trong xe và gây nên tiếng ồn làm giảm tính tiện nghi sử dụng. Đặc biệt, khi tần số kích thích trùng với tần số riêng của vỏ xe, biên độ rung động tăng lên sẽ dẫn đến cộng hưởng về rung và tiếng ồn sẽ tăng cao. 1.2.3 Các nguồn gây rung động chính Từ cấu tạo của xe ô tô nói chung và xe ô tô khách nói riêng, người ta nhận thấy ồn rung trong khoang xe xuất phát từ các nguồn rung chủ yếu sau đây: 5 + Động cơ và các hệ thống nạp, thải  Dao động của mô men xoắn do quá trình cháy: áp suất khí cháy tác dụng lên đỉnh pít tông tạo thành lực sinh mô men xoắn quay trục khuỷu. Tuy nhiên do quá trình cháy này chỉ xẩy ra trong mỗi xy lanh sau 1/4 hoặc 1/2 chu trình làm việc của động cơ, sinh ra dao động của mô men xoắn.  Sự mất cân bằng của động cơ: Do tồn tại các lực và mô men của lực quán tính chưa được cân bằng (cả lực quán tính chuyển động tính tiến và chuyển động quay). Sự mất cân bằng của động cơ còn do lực ngang sinh ra mô men lật.  Do tính chất xung của quá trình nạp, thải khí của động cơ tạo ra rung động. + Hệ thống truyền lực  Do mất cân bằng của kết cấu ly hợp sinh ra rung động.  Do quá trình ăn khớp bánh răng ở hộp số, mà chủ yếu hệ số trùng khớp của bánh răng thấp (hệ số trùng khớp xác định bằng số lượng các răng ăn khớp động thời), do ma sát ổ bi hộp số, v.v…  Do sự không cân bằng của trục các đăng và các bán trục; do sai lệch góc khớp các đăng; do độ đảo lớn của bề mặt mặt bích nối các đăng v.v…  Do khe hở ăn khớp của vi sai bộ truyền lực chính không đúng gây ra va đập và rung động. + Bánh xe Bánh xe cũng là nguồn gây rung lớn của ô tô. Các nguyên nhân chính phát sinh rung động từ lốp xe là:  Không đồng đều về phân bố khối lượng, sinh ra mất cân bằng bánh xe (cả tĩnh và động). Cân bằng cụm bánh xe gồm vành xe có gắn lốp.  Không đồng đều về kích thước, còn gọi là độ đảo của lốp và bánh xe, bao gồm cả độ đảo hướng kính và độ đảo mặt đầu bánh xe.  Không đồng đều về độ cứng: Khi lốp xe chịu tải trọng, nó biến dạng và hoạt động giống như một lò xo. Lốp bị nén không đều quanh chu vi lốp nên độ cứng của lốp không đều. Dao động của lốp thay đổi có chu kỳ theo lực tác dụng từ mặt đường. Lực này gồm 3 thành phần: lực hướng kính - lực thẳng đứng từ mặt đường hướng vào tâm lốp (song song với bán kính lốp); lực nằm ngang - lực tác dụng song song với trục bánh xe; và lực kéo - lực nằm ngang tác dụng song song với hướng chuyển động của lốp. + Do tác động của lực cản không khí và nhấp nhô mặt đường 6  Khi xe chạy trên đường, sức cản không khí tác động vào tấm trước làm cả khung vỏ xe rung động. Nếu xe không có hình dáng khí động học tốt thì lực cản không khí sẽ lớn và độ rung động sẽ tăng lên.  Khi xe chạy trên mặt đường gồ ghề, khung xe chịu tác động của mấp mô mặt đường gây ra rung động thân vỏ xe. Như phân tích ở trên, các nguồn gây rung của xe rất đa dạng, nó tạo ra rung động phức tạp cả về tần số lẫn biên độ. Về mặt tần số nó bao gồm nhiều thành phần tần số từ thấp đến cao (từ hàng chục Hz đến hàng nghìn Hz); về mặt biên độ, có thành phần tương đối ổn định, có thành phần mang tính ngẫu nhiên và có thành phần mang tính quá độ (transient). Do vậy để đo và phân tích được trạng thái rung động của khung vỏ ô tô thì hệ thống đo phải có độ nhạy cao, giải thông rộng, phải có các loại đầu đo phù hợp; phần mềm phân tích của hệ thống đo phải phân tích và đánh giá được mức rung động theo các tiêu chuẩn hiện hành. 1.2.4 Dao động của vỏ xe Vỏ xe có dạng tấm mỏng, việc mô tả rung động của nó rất phức tạp và đã từ lâu thu hút sự quan tâm nghiên cứu rất nhiều nhà nghiên cứu. Theo các tác giả A. Sestieri, D. Del. Vescovo and P. Lucibello [9], phương trình đại số mô tả dao động của tấm mỏng được mô tả như sau: 2  y t 2 2 2 2 2 (1.1)   k c L 1 (  y ) 2  y là toán tử Laplace của hàm y được viết dưới dạng: 2  y 2  y x 2 2   y z (1.2) 2 Tần số dao động của tấm mỏng hình chữ nhật được xác định theo phương trình [9]: 2  ij     f ij  2  2  2  a  12  1    Eh 3  1/ 2  i = 1,2,3…, j = 1,2,3… Trong đó: a, b, h : Chiều dài, chiều rộng, chiều dày của tấm (m). i, j : Số lượng sóng theo trục ngang, trục dọc.  : Khối lượng đơn vị của tấm (kg/m2). (Hz) (1.3) 7  : Hệ số Poisson. λ : Bước sóng. E : Năng lượng được truyền. f : Tần số dao động của tấm mỏng. Có thể thấy rằng, mỗi tấm mỏng có phương trình mô tả dao động rất phức tạp, trong khi đó, vỏ ô tô được hình thành bởi rất nhiều tấm mỏng liên kết với nhau và với khung xe. Do vậy, để có thể giải được bài toán dao động khung vỏ ô tô không thể sử dụng phương pháp giải tích đơn thuần mà phải sử dụng các phương pháp số với sự hỗ trợ của máy tính. Cách giải quyết này đòi hỏi trình độ lập trình tính toán cao, máy tính siêu mạnh, thời gian tính toán lớn. Vì vậy, hiện nay các nhà nghiên cứu thường sử dụng một phương pháp tương đối đơn giản là ứng dụng các phần mềm chuyên dụng. 1.2.5 Các phƣơng pháp đo độ rung động của xe Phương pháp đo rung khung vỏ xe thường được qui định theo các tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn ngành, tiêu chuẩn nhà sản xuất. Lựa chọn phương pháp đo phụ thuộc vào mục đích, như đo để thông báo mức rung, để đánh giá so với tiêu chuẩn, đo công nhận kiểu, v.v… Ngoài ra, phương pháp đo còn phụ thuộc vào thiết bị và điều kiện đo phù hợp. Phổ biến nhất trong đo rung động là dùng phương pháp so sánh dịch chuyển của khối quán tính. Cấu trúc chung của các dụng cụ đo theo phương pháp này gồm một khối quán tính gắn với một hệ lò xo. Do quán tính lớn nên giữa khối quán tính và đế của dụng cụ có sự di chuyển tương đối với nhau khi có rung. Dựa trên phương pháp này, có thể có các bộ chuyển đổi (còn gọi là sensor hay đầu đo) áp điện, điện trở, điện cảm. Với phương pháp này đo dịch chuyển có thể suy ra biên độ rung hoặc gia tốc. Các chuyển đổi đo rung ô tô thường được gắn trực tiếp lên các tấm panel vỏ xe tại điểm cần đo. Nhược điểm của phương pháp đo rung động dùng chuyển đổi gắn trực tiếp lên vật đo là chỉ đo được tại vị trí đặt chuyển đổi. Ngoài ra, trọng lượng bản thân của chuyển đổi ít nhiều cũng ảnh hưởng đến kết quả đo. Nhờ sự phát triển của tin học, ngày nay đã có những phương pháp đo rung không tiếp xúc. Phương pháp đo không tiếp xúc sử dụng chụp ảnh giao thoa laze (phương pháp holographic) như hãng LMS của Bỉ. Nhờ kỹ thuật phát và thu phản xạ của tia laser từ bề mặt rung của kết cấu, hệ thống đo không tiếp xúc trực tiếp với nguồn rung. Kết quả là xác định rung động của toàn bộ bề mặt vật rung, đồng thời không làm ảnh hưởng tới kết quả đo như phương pháp dùng chuyển đổi gắn trực tiếp. 8 1.2.6 Các phƣơng pháp xử lý số liệu đo độ rung động của xe a) Một số khái niệm trong xử lý số liệu đo rung động - Các giá trị trung bình cộng Giá trị trung bình cộng của biên độ (xTB) là giá trị biên độ của dao động tương đương trung bình với dao động thực. Giá trị này được lấy ra từ việc trung bình hóa các giá trị tích phân của chuyển vị x theo công thức: ∫ (1.4) Vì tích phân cả chu kì sẽ cho giá trị bằng không, do vậy giới hạn tích phân được lấy từ 0 đến T/2. Giá trị trung bình đối với vận tốc và gia tốc cũng được tính tương tự. - Giá trị trung bình bình phương (RMS) Năng lượng tỉ lệ tuyến tính với bình phương vận tốc nên giá trị bình phương của chuyển vị nói chung có ý nghĩa hơn nhiều so với giá trị trung bình cộng. Các máy đo dao động đơn giản đều có tính và đưa ra giá trị trung bình bình phương (RMS- root mean square). Giá trị trung bình bình phương được tính theo phương trình: (1.5) - Quan hệ giữa giá trị đỉnh, giá trị trung bình và giá trị RMS Các phương trình (1.6), (1.7), (1.8) biểu diễn quan hệ của giá trị đỉnh, giá trị trung bình và giá trị RMS. 2 X TB  X RMS  X RMS  1  X 2  2 2 X (1.6) peak (1.7) peak X TB  1 X 2 peak (1.8) Nếu dao động bao gồm nhiều dao động phức hợp thành phần thì quan hệ giữa các giá trị đỉnh, trung bình cộng và RMS sẽ có các giá trị khác nhau, và được biểu diễn bởi các phương trình (1.9), (1.10), (1.11). XRMS = Ff . XTB = Fc . Xpeak (1.9) trong đó Ff là hệ số dạng (Form-factor) và FC là hệ số nhấp nhô (Crest-factor): 9 Ff  Fc  X RMS (1.10) X TB X RMS X peak (1.11) Đối với dao động điều hòa đơn ta tính được các hệ số như sau: Ff    1 .1 2 2 Fc  2  1 . 414 - Dao động phức hợp Khi hai dao động điều hòa kết hợp lại thì sẽ tạo ra một dạng dao động phức hợp. Dạng dao động phức hợp này chỉ ra tác động qua lại của hai dao động điều hòa đó. Dạng dao động phức hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, như tần số, tỷ lệ biên độ, và pha của các dao động điều hòa thành phần, ảnh hưởng của pha đến dao động tổng chỉ ra sự khác nhau của dạng dao động phức hợp đó. Dựa vào dạng sóng trong miền thời gian ta không thể có đủ thông tin về các thành phần dao động điều hòa đơn tần của nó. Tín hiệu dao động được phân tích trong miền tần số sẽ cung cấp nhiều thông tin hơn về số thành phần dao động đơn tần. Do vậy trong các thiết bị đo và phân tích dao động hiện đại, phép biến đổi Fourier được dùng để biến đổi một dao động phức hợp trong miền thời gian x(t) thành một dao động phức hợp trong miền tần số X(). Trong miền tần số, chúng ta có thể biết được các thành phần tần số và các biên độ rung động tương ứng tham gia trong tín hiệu dao động tổng hợp mà chúng ta đang đo được. Cơ sở toán học của phép biến đổi Fourier được biểu diễn bằng phương trình:  X ( )   x ( t )e  j t dt (1.12)  Với sự phát triển của công nghệ tin học, phép biến đổi Fourier và cụ thể là biến đổi Fourier nhanh (FFT) đã trở thành một mô đun chuẩn trong các gói phần mềm phân tích tín hiệu dao động hiện đại. - Dải tần quãng tám (frequency octave bands) Đối với một số thiết bị đo dao động sẽ rất thuận lợi nếu chúng ta chia dải tần số thành các quãng tám (octave bands) theo quy luật sau: nếu f1 là tần số quãng tám thấp hơn và f2 là tần số quãng tám cao hơn liền kề thì: f2 = 2 * f1 (1.13) 10 các tần số quãng tám khác cũng có cùng tỉ lệ như vậy: f3 = 2 * f2 = 2*2* f1 = 22 f1 f4 = 2 * f3 = 2*2*f2 = 2*2*2*f1 = 23f1 fn = 2n-1f1 (1.14) - Tần số trung tâm: Mỗi quãng tám được xác định bằng tần số trung tâm của nó. Quan hệ của tần số trung tâm tính theo trung bình nhân với hai tần số quãng tám liền kề f1 và f2 được biểu diễn bằng công thức: f f a1  2  f  a1 f f 1 a1 (f  f ) 1 2 (1.15) - Giải thông Đây là dải tần số giữa các tần số quãng tám, nên đối với tần số trung tâm fa1 thì dải thông sẽ là f2-f1; đối với tần số trung tâm fa2 dải thông sẽ là f3-f2. Từ định nghĩa của dải tần số quãng tám có thể thấy rằng độ lớn của dải thông chính bằng giá trị của tần số quãng tám liền kề phía dưới: fa1 = f2 – f1 = 2(f1) – f1 = f1 fa2 = f3 – f2 = 2(f2) – f2 = f2 (1.16) fa3 = f4 – f3 = 2(f3) – f3 = f3 Trong thực tế đo và phân tích, một quãng tám này nhiều khi còn được chia ra làm hai, ba hoặc nhiều phần theo quy tắc trung bình nhân như ở trên. Dải 1/3 quãng tám và 1/12 quãng tám được dùng nhiều trong các tiêu chuẩn đánh giá độ rung ồn của máy và môi trường. - Đo dao động bằng Đê xi ben Để thể hiện được dải các mức giá trị của các đại lượng dao động, thang chia lô ga rít tương đối cho vận tốc và gia tốc dao động trên cơ sở đơn vị “Ben” (với thang đo tuyến tính tuyệt đối). Vì “Ben” là một giá trị lớn nên mức đê xi Ben (dB) thường được dùng (1 đề xi Ben = 1/10 Ben ). Và giá trị adB (gia tốc tính theo đề xi ben) được đưa ra để tính theo công thức: adB = 20 log10 a1/a2 Trong đó: a1 là trung bình bình phương giá trị đỉnh của gia tốc đo được (m/s2); (1.17) 11 a2 là giá trị gia tốc quy chiếu được cho trước (a2=10-2mm/s2). Nếu dùng đơn vị tuyến tính là mm thì ta có phương trình: adB = 20 log10 a/10-2 (1.18) và tương tự đối với vận tốc vdB (vận tốc theo đề xi ben) ta có phương trình: vdB = 20 log10 v1/v2 (1.19) trong đó v1 là trung bình bình phương giá trị đỉnh của vận tốc đo được (m/s); v2 là giá trị vận tốc quy chiếu được cho trước (v2=10-5mm/s2). Nếu dùng đơn vị tuyến tính là mm thì ta có phương trình : vdB = 20 log10 v/10-5 (1.20) b) Phương pháp xử lý số liệu - Phương pháp giá trị đơn (Single-value index methods) Theo phương pháp này, các dao động được đo ghi lại theo thời gian hoặc giá trị RMS. Phương pháp này thường được ứng dụng trong thực nghiệm. Các thông số dao động đo được gồm: + Gia tốc của dao động (m/s2 hoặc giá trị “g”, g=9.81m/s2); + Vận tốc của dao động (m/s hoặc mm/s); + Chuyển vị của dao động (m hoặc mm). Trọng số (dB) cũng còn được sử dụng để đưa ra mức của gia tốc, vận tốc, chuyển vị. Gia tốc dao động tính theo trọng số (dB), thường đo bằng micrometer:  a   L a  20 log 10  a   ref  dB (1.21) Vận tốc dao động tính theo trọng số (dB), thường đo bằng nanometer:  v L v  20 log 10  v  ref     dB (1.22) - Phương pháp tần số độc lập (frequency-Independent index methods) Phương pháp này sử dụng phân tích dao động để phân tích âm thanh. Phương pháp này đòi hỏi những công cụ tính toán phức tạp. Đối với bài toán phân tích tấm độc lập, ta tìm được các dao động riêng của từng tấm bằng cách sử dụng phần mềm Matlab Simulink để tính toán. Đối với bài toán phân tích tổng thể toàn bộ kết cấu khung vỏ xe, khi đó cần phải sử dụng phần mềm mạnh để mô phỏng số và phần mềm phân tích tính toán tìm các dao động riêng của khung vỏ xe. Trong nghiên cứu 12 này ứng dụng phần mềm Ansys để mô phỏng số và tính toán các dạng dao động của khung vỏ xe. 1.3 Độ ồn trong khoang xe [25] 1.3.1 Các khái niệm cơ bản về âm Âm thanh (âm) có thể được mô tả như sự lan truyền một nhiễu loạn trong môi trường vật lý. Âm được nhận biết bằng tai người như sóng áp suất được cộng thêm vào áp suất không khí tại nơi người nghe. Áp suất âm là sự biến thiên áp suất không khí so với áp suất khí quyển của môi trường bao quanh. 1.3.2 Những thuộc tính của sóng âm Những thuộc tính của sóng âm được miêu tả trên cơ sở những đặc tính của những thuần âm (pure tone). Thuần âm là sóng âm hình sin có biên độ và tần số xác định, vận tốc truyền âm trong không khí được xác định thông qua các thông số nhiệt độ và áp suất của không khí. Giả thiết có nguồn âm hình cầu đàn hồi như trên hình 1.6. Khi quả cầu giãn ra, các phân tử khí bị nén, khi quả cầu co lại làm các phần tử khí giãn ra làm phát sinh sóng âm với tần số f. Hình 1.6 (a) Nguồn âm hình cầu dao động với tần số f (b) Biểu đồ áp suất-thời gian của các phân tử khí + Tần số, chu kỳ và bước sóng của sóng âm Tần số f là số lần lặp lại một dao động đầy đủ trong một giây của một phân tử dao động. Đơn vị tần số là héc (Hz). Tai người có thể nghe được những âm thanh trong giải tần số từ 20Hz đến 16.000 Hz và nhạy cảm nhất với âm thanh có tần số khoảng 3.000Hz. Trong lĩnh vực công nghiệp, chúng ta quan tâm đến những âm thanh nằm trong giải tần từ 13 63Hz đến 16.000Hz do độ nhạy của tai người suy giảm đáng kể đối với những âm có tần số dưới 63Hz và trên 16.000Hz. Chu kỳ T của một sóng hình sin là khoảng thời gian cần thiết để lặp lại một dao động đầy đủ. Chu kỳ T (s) quan hệ với tần số f theo công thức: T  1 (1.23) f Bước sóng λ (m) là quãng đường sóng truyền được sau một chu kỳ. Bước sóng được tính theo công thức:   c  cT (1.24) f Vận tốc truyền sóng (vận tốc âm)c (m/s) phụ thuộc vào tính chất của môi trường truyền sóng, được tính theo công thức: c  p o (1.25)  Trong đó: γ - tỉ số giữa nhiệt dung riêng đẳng áp (áp suất không đổi) / nhiệt dung riêng đẳng tích (thể tích không đổi); p0- áp suất môi trường hay áp suất cân bằng (Pa); ρ - mật độ môi trường hay mật độ cân bằng. Đối với không khí, γ=1.4, phương trình (1.26) có dạng: c  1 .4 p o ρ m/ s (1.26) Tỷ số p 0 phụ thuộc vào nhiệt độ không khí. Giả thiết không khí là lý tưởng, vận tốc c liên ρ hệ với nhiệt độ Kelvin như sau: c  20 , 05 T (1.27) T  [ 273 , 2  T ( Celsius )] (1.28) T là nhiệt độ Kelvin: o Lưu ý rằng vận tốc âm thanh trong các vật liệu khác với vận tốc âm thanh trong không khí. Điều này có nghĩa rằng bước sóng trong các vật liệu cũng tỷ lệ với sự khác biệt trên. Điều này có ý nghĩa quan trọng khi nghiên cứu cách âm tần số thấp. Bảng 1.2 liệt kê vận tốc âm thanh truyền trong những vật liệu thông thường ở nhiệt độ phòng 14 Bảng 1.2Vận tốc âm thanh truyền trong một số loại vật liệu Vận tốc âm thanh Vật liệu (m/s) Không khí 344 Nước 1372 Bê-tông 3048 Kính 3658 Thép 5182 Chì 1219 Sắt 5182 Gỗ cứng 4267 Gỗ mềm 3353 + Các mức đê xi ben của âm Áp suất âm và công suất âm thường được thể hiện bằng mức đề-xi-ben. Đề-xi-ben là lô-ga-rít cơ số mười của tỷ số giữa đại lượng đo được và một đại lượng quy chiếu được chọn tùy ý theo công thức: W   dB   W0  Mức dB  10 log  (1.29) W - công suất âm đo được W0- công suất âm quy chiếu + Mức công suất âm Mức công suất âm là mức công suất của một nguồn âm so với đại lượng quy chiếu quốc tế bằng 10-12W theo công thức:  W L w  10 log   W re   dB   (1.30) W - công suất âm đo được Wre = 10-12 W - công suất quy chiếu Ta có thể tính công suất âm tuyệt đối từ mức công suất bằng cách giải tìm W. W  W re  10 10 Lw (1.31) 15 Công suất âm và mức công suất âm của một số nguồn âm được trình bày trong Bảng 1.2 sau. Lưu ý rằng khi công suất âm thay đổi từ 10-7 W đến 3x106 W, mức công suất âm thay đổi chỉ từ 50 dB đến 195 dB. Bảng 1.3Công suất và mức công suất của một số nguồn âm Công suất Mức công suất (W) (dB quy chiếu với 10-12 W) Lời thì thầm 10-7 50 Lời nói ( đàm thoại ) 10-5 70 Lời nói ( gào thét) 10-3 90 Máy ghi âm (mở to) 10-2 100 Còi xe tải 10-1 110 Động cơ máy bay cánh quạt 1 120 Đàn ống nhà thờ (Organ) 10 130 Máy bay bốn cánh quạt 100 140 30x106 195 Nguồn âm Tên lửa Saturn + Mức áp suất âm Mức áp suất âm được biểu diễn dưới dạng đề-xi-ben như mức công suất âm, công thức:  p2   p   L p ( dB )  10 log  2   20 log    p   p re   re  (1.32) p = giá trị áp suất trung bình bình phương (RMS) của âm đo được. pref = giá trị quy chiếu quốc tế = 20x10-6 Pa ( 0,0002 µbar). Mức áp suất âm 20x10-6Pa là mức áp suất nhỏ nhất của một âm có tần số 1000Hz mà tai người ở độ tuổi trưởng thành có khả năng cảm nhận được. Để khử các tạp âm có biên độ ngẫu nhiên cần thực hiện các phép toán cộng, trừ các mức áp suất âm. 1.3.3 Phân tích tiếng ồn Tiếng ồn (áp suất âm) được đo và ghi lại bởi thiết bị đo dưới dạng các bản ghi theo thời gian. Bản ghi này sẽ được xử lí và đưa ra các mức áp âm toàn thang có trọng số (dBA, dBB, dBC, dBD). Từ bản ghi mức áp âm người ta có thể phân tích bằng các bộ phân tích phổ tuyến tính (FFT), mà phổ biến là bằng các bộ phân phân tích quãng tám (1 octave), 16 hay một phần ba quãng tám (1/3 octave). Đối với tiếng ồn thì mức đề xi ben toàn thang và bộ phân tích 1 quãng tám và 1/3 quãng tám được dùng phổ biến. - Một số phép tính với mức đề xi ben + Cộng mức đề-xi-ben Để xác định các mức áp suất âm tổng của nhiều nguồn âm tại một vị trí cho trước ta cộng các đề-xi-ben của các mức. Tổng mức âm là tổng đề-xi-ben của các âm ở các giải tần số cần quan tâm. Cách tính tổng đề-xi-ben được xây dựng như sau. Giả thiết có 3 nguồn âm với các mức áp suất âm L p , i  1, 2 ,3 : i Với : 2 L pi  p   dB  10 log    p re  i (1.33) Ta có : 2  p     p   10  re  i Lp i 10 (1.34) Tổng mức áp suất âm được tính như sau : L pi  n  p 2    dB  10 log      i  1  p re  i  (1.35) L pt  n  10 log   10  i 1  (1.36) Từ đó ta có : Lp i 10   dB   Tương tự, tổng mức công suất âm cũng được tính bởi : L wt Với  n  10 log   10  i 1  Lw 10 i   dB   (1.37) L w t  tổng mức công suất âm (dB) L w i  mức công suất âm thứ i (dB) + Trừ mức đề-xi-ben Trong trường hợp phải loại bỏ một mức áp suất âm nhiễu ra khỏi mức áp âm đo được ta sử dụng phép trừ đề-xi-ben. Phép tính này được áp dụng khi mức âm nếu nhỏ hơn mức âm cần quan tâm 3 dB. Ta có: 17 Lp L p s  10 log( 10 LB t  10 10 10 t ) dB (1.38) Ở đây L p  mức áp suất âm cần tìm s L p B  mức áp suất âm nhiễu xung quanh. + Trung bình mức đề-xi-ben Sử dụng trung bình đề-xi-ben để lấy trung bình mức áp suất âm, Lp của một nguồn xác định trực tiếp. Hoặc trường hợp ta cần đo vài lần mức áp suất âm của một điểm và lấy trung bình cho những tính toán khác. Ta có thể tính trung bình đề-xi-ben, Lp theo công thức: __ 1 L p  10 log  n  n  10 L pi / 10 i 1   dB   (1.39) Trong những trường hợp sự biến đổi nhỏ hơn hoặc bằng 5 dB, giá trị trung bình Lp có thể tính xấp xỉ theo công thức: Lp  Với: 1 n n L pi dB (1.40) i 1 L pi max  L pi min  5 dB Trong đó n = số lần đo, L p i  mức áp suất âm của lần đo thứ i. Trong trường hợp lượng biến đổi cực đại giữa 5dB và 10 dB, giá trị trung bình có thể tính theo công thức: 1 Lp   n  n L i 1 pi    1 dB   (1.41) Với điều kiện 5 dB  L pi max  L pi min  10 dB - Hàm trọng số của mức âm Khi mức âm được phân tích trong miền tần số (trong các dải octave), các giá trị của trọng số cũng được phân bổ theo các đường cong trọng số với đối số là tần số trung tâm của các 1 quãng tám (1 octave), hay 1/3 quãng tám (1/3 octave). Các trọng số cho các mức âm tương ứng đã được xây dựng trên cơ sở đánh giá các tác động của âm thanh đối với tai người. Trọng số A được xây dựng cho các mức âm thấp hơn 55 dB, trọng số B cho các mức từ 55 dB đến 85 dB và trọng số C cho các mức trên 85 dB. 18 1.3.4 Ồn trong khoang xe Khi xe ô tô hoạt động, rung động của các bộ phận phát ra tiếng ồn, chúng có cường độ và tần số thay đổi trong phạm vi rộng. Tiếng ồn ô tô gây ảnh hưởng không tốt cho cả người trong xe và ngoài xe. Có hai khái niệm cơ bản về ồn là ồn ngoài và ồn trong. Ồn ngoài:Phần năng lượng tiếng ồn từ ô tô phát ra môi trường xung quanh gọi là tiếng ồn ngoài (exterior noise). Hiện nay, ô tô được coi là nguyên nhân chủ yếu gây nên tiếng ồn giao thông tại các đô thị và các vùng lân cận. Tiếng ồn ngoài của ô tô chiếm tới 60-65% tiếng ồn thành phố [1], [2]. Ồn trong:Phần năng lượng tiếng ồn được truyền vào không gian bên trong xe (không gian này được đóng kín hoàn toàn hoặc một phần) gọi là tiếng ồn trong (interior noise). Tiếng ồn trong ảnh hưởng trực tiếp tới lái xe và hành khách, góp phần gây ra sự mệt mỏi, cảm giác không thoải mái của họ, và còn là một nguyên nhân gián tiếp ảnh hưởng đến tính an toàn chuyển động của xe. Tiếng ồn trong trên ô tô là tổng hợp của rất nhiều nguồn. Hai đường truyền chủ yếu dẫn đến tiếng ồn trong là đường truyền kết cấu và đường truyền không khí [9], [42]. Tiếng ồn truyền theo đường không khí truyền trực tiếp từ các nguồn phát tiếng ồn vào không khí. Tiếng ồn truyền theo đường cơ - âm học do kích thích từ nhiều nguồn làm các tấm vỏ xe liên tục rung động và phát tiếng ồn vào trong khoang xe, đặc biệt khi vỏ xe bị kích thích ở tần số cộng hưởng. Nghiên cứu tiếng ồn trong ô tô thường nhằm mục đích thông báo tình trạng tiếng ồn, đánh giá mức ồn so với tiêu chuẩn hoặc đánh giá hiệu quả các biện pháp giảm ồn. Những vấn đề cần quan tâm khi nghiên cứu ồn trong là: phân tích nguồn, xác định đường truyền tiếng ồn vào trong khoang xe; xác định (bằng tính toán hoặc thực nghiệm) mức tiếng ồn trong khoang tại các vị trí cần quan tâm và đánh giá mức ồn theo mục đích nghiên cứu. Khi đánh giá chất lượng ồn và rung trên xe người ta thường quan tâm đến cả ồn trong và ồn ngoài. Ồn trong được đánh giá bằng cảm nhận của lái xe hoặc hành khách tại vị trí tai nghe được và được quy định theo các tiêu chuẩn. Ồn ngoài thường được đánh giá thông qua việc kiểm tra theo các tiêu chuẩn kỹ thuật (ISO, DIN, TCVN, TCN…). Đề tài sẽ chỉ giới hạn nghiên cứu tiếng ồn trong khoang xe của ô tô chở khách. Đặc trưng của sự truyền tiếng ồn là các tổn thất năng lượng âm trên đường truyền qua cấu trúc khung vỏ xe (Transmission loss - TL). Trong trường hợp tổng quát TL được tính bởi phương trình [12]: 19 TL  20 log Et (1.42) Ei Trong đó: Et : Năng lượng được truyền; Ei : Năng lượng phát ra từ nguồn âm. Thực tế, năng lượng truyền trong một tấm panel được tính gần đúng theo phương trình [12]: TL  20 log( f  )  47 . 5 ( dB ) (1.43) Trong đó: f : Tần số dao động riêng của tấm;  :Tỷ trọng của vật liệu (kg/m2). Ngày nay nhờ sự phát triển của máy tính điện tử và ứng dụng các phần mềm mạnh ta áp dụng để nghiên cứu ồn rung đối với tổng thể xe và xác định sự ảnh hưởng tới người lái xe và hành khách ngồi trong xe. 1.3.5 Các nguồn gây ồn trong khoang xe Tiếng ồn từ động cơ là nguyên nhân chủ yếu gây ra tiếng ồn trong khoang xe. Các nguồn gây ồn chủ yếu từ động cơ gồm:  Tiếng ồn do quá trình cháy: tiếng ồn do áp suất khí cháy biến thiên trong xy lanh gây ra sóng nổ.  Tiếng ồn cơ khí từ động cơ: tiếng gõ pít tông với con đội, do đóng mở xu páp, do sự chuyển động va đập của xu páp với lò xo xu páp; của cơ cấu dẫn động xu páp (xích cam, bánh răng), do các bạc trong động cơ bị mòn.  Tiếng ồn hệ thống nạp: phát sinh khi dòng khí nạp đi qua các cửa nạp, phụ thuộc vào cấu tạo bộ lọc gió, đường kính và chiều dài ống nạp.  Tiếng ồn quá trình xả: Tiếng ồn xả chiếm phần chủ yếu tiếng ồn động cơ. Khí xả từ động cơ có áp suất cao, nhiệt độ cao và mang theo lượng nhiệt lớn sinh ra trong kỳ cháy. Khi xả ra không khí chúng sẽ giãn nở tức thời và gây ra những tiếng nổ lớn nên sử dụng bộ giảm âm để giảm áp suất và nhiệt độ khí xả trước khi thải ra môi trường là biện pháp hữu hiệu giảm nhiệt độ và tiếng ồng quá trình xả từ động cơ.  Tiếng ồn quạt: do các cánh quạt cắt không khí hoặc do tạo xoáy không khí phía sau cánh quạt gồm các quạt làm mát nước, quạt của máy phát, quạt của hệ thống điều hoà không khí. 20 Tiếng ồn hoa lốp cũng là nguyên nhân gây ồn trong khoang xe. Khi xe chạy tốc độ cao trên mặt đường nền cứng, do hiệu ứng bơm khí của hoa lốp, không khí bị kẹp trong các rãnh của hoa lốp và bị nén, không khí nén sau đó được giải phóng đột ngột khỏi các rãnh trên mặt lốp và giãn nở tạo ra tiếng ồn. Tiếng ồn khí động, khi xe chạy trên đường luồng khí rối phía sau chúng làm biến thiên áp suất và gây ra rung vỏ xe và tạo nên tiếng ồn. Các vị trí ảnh hưởng nhất là vùng kính trước xe, nóc xe và hai bên sườn xe. Tiếng ồn từ nguồn khác,hệ thống truyền lực,máy phát điện, bơm trợ lực lái, điều hoà không khí, ồn từ môi trường bên ngoài, hành khách nói chuyện trong khoang xe cũng là nguồn gây ra tiếng ồn trong khoang xe. 1.3.6 Các tiêu chuẩn đo ồn trong khoang xe Trên thế giới đã có một số tiêu chuẩn quy định tiếng ồn trong khoang xe, tiêu biểu là:  SAE J 335 200106 qui định mức âm trong ca bin xe con, xe tải.  SAE J 1477 200005 qui định phương pháp đo mức âm trong khoang hành khách.  SAE: Hội Kỹ sư Ôtô (Mỹ): SAE J 986 199805 qui định mức tiếng ồn bên ngoài xe con, xe khách.  SAE J986_201311 qui định mức tiếng ồn cho xe khách và xe tải  ECE: Tiêu chuẩn châu Âu, như 92/97EC giới hạn mức ồn ngoài của các loại ô tô được sản xuất tại châu Âu và nhập vào châu Âu.  ISO 3746:1995(E) xác định mức công suất âm do nguồn phát gây ra bằng việc sử dụng đo trên một bề mặt phản xạ.  ISO/DIS: Âm học- Các giá trị tham khảo cho các mức rung động và tiêng ồn.  ISO 1996-2:2007 Âm học - Mô tả, đo lường và đánh giá tiếng ồn môi trường - Phần 2: Xác định mức độ tiếng ồn môi trường  ISO 3741:2010 Âm học - Xác định mức công suất âm thanh và mức năng lượng âm thanh của các nguồn tiếng ồn bằng cách sử dụng áp lực âm thanh - phương pháp chính xác dùng cho phòng thử nghiệm vang.  ISO 3744:2010 Âm học - Xác định mức công suất âm thanh và mức năng lượng âm thanh của các nguồn tiếng ồn bằng cách sử dụng áp lực âm thanh - phương pháp kỹ thuật trên một mặt phẳng tự do phản xạ.  Theo qui định của Hội đồng tương trợ kinh tế (cũ), mức tiếng ồn trong khoang hành khách của ô tô buýt và trong buồng lái ở độ cao 1 m so với sàn xe khi xe chuyển động
- Xem thêm -