BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Lê Quỳnh Mai

NGHIÊN CỨU ỒN KHOANG XE KHÁCH 29 CHỖ
SẢN XUẤT LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số:
62520116

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2015


Công trình đƣợc hoàn thành tại:
Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
1) GVHD1: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan
2) GVHD2: TS Nguyễn Thanh Quang

Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án sẽ đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trƣờng
họp tại Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội

Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thƣ viện:
1. Thƣ viện Tạ Quang Bửu - Trƣờng ĐHBK Hà Nội
2. Thƣ viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài:
Vấn đề ồn rung trong khoang xe đang đƣợc các hãng ô tô trên thế giới đặc biệt
quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lƣợng sản phẩm. Tuy nhiên, ở Việt Nam
lĩnh vực này vẫn chƣa nhận đƣợc sự quan tâm đúng mức. Xuất phát từ thực tế này
của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, NCS đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ồn
khoang xe khách 29 chỗ sản xuất lắp ráp tại Việt Nam”cho Luận án của mình.
Mục đích nghiên cứu:
+ Xây dựng phƣơng pháp xác định ồn rung khung vỏ xe khách, cụ thể là mức độ
ồn rung trong khoang xe.
+ Đề xuất các giải pháp giảm tiếng ồn trong khoang xe.
Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:
- Đối tƣợng nghiên cứu của Luận án là xe khách County 29 chỗ, đóng mới tại
công ty ô tô 1.5 thuộc Tổng công ty Vinamotor.
- Phạm vi nghiên cứu là sự rung động từ động cơ truyền sang khung vỏ xe gây ra
tiếng ồn trong khoang xe.
Phương pháp nghiên cứu:
Luận án sử dụng phƣơng pháp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
- Luận án đã xây dựng mô hình lý thuyết mô phỏng rung động của vỏ xe, mô hình mô
phỏng khối không khí trong khoang xe và phân tích độ ồn trong khoang xe và ứng
dụng phƣơng pháp PTHH để xác định độ ồn do rung động kết cấu khung vỏ xe.
- Nghiên cứu thực nghiệm đƣợc thực hiện nhằm xác định gia tốc dịch chuyển tại bốn

chân máy làm số liệu đầu vào cho mô hình tính toán lý thuyết và xác định mức áp âm
tại vị trí tai ngƣời lái xe để so sánh với kết quả tính toán.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Luận án đã nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp mô hình hóa và mô phỏng
trong phần mềm chuyên dụng Ansys để xác định và đánh giá độ ồn trong khoang
xe ô tô chở khách có kiểm chứng bằng thực nghiệm nhằm đề xuất các giải pháp
giảm độ ồn, nâng cao chất lƣợng ô tô lắp ráp trong nƣớc.
Ý nghĩa khoa học của Luận án là đã xây dựng phƣơng pháp nghiên cứu (lý
thuyết và thực nghiệm), đánh giá độ ồn do rung của vỏ xe, góp phần từng bƣớc
hoàn thiện phƣơng pháp luận nghiên cứu ồn rung vỏ xe ô tô. Kết quả nghiên cứu
cho phép đề xuất một số giải pháp nhằm giảm mức ồn rung trong khoang ô tô
chở khách lắp ráp tại Việt Nam.
Bố cục của luận án: Luận án gồm các phần:
Mở đầu
Chƣơng 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Chƣơng 2: Thiết lập mô hình nghiên cứu ồn rung ô tô khách
Chƣơng 3: Ứng dụng phần mềm Ansys khảo sát ồn rung khung vỏ ô tô khách 29 chỗ
Chƣơng 4: Nghiên cứu thực nghiệm.
Kết luận
1


Chƣơng 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Sự rung động của khung vỏ xe
Rung động của khung vỏ xe ảnh hƣởng trực tiếp đến hành khách ngồi trong
xe và gây ra tiếng ồn làm giảm tính tiện nghi sử dụng. Tiếng ồn trên xe thƣờng
đánh giá tại điểm mà hành khách cảm nhận đƣợc, bao gồm ồn trong và ồn ngoài.
Các nguồn gây ra rung động chính trên xe gồm: động cơ và các hệ thống nạp,
thải; hệ thống truyền lực; bánh xe; lực cản không khí và nhấp nhô mặt đƣờng.

Về lý thuyết, rung động đƣợc mô tả bằng các phƣơng trình dao động. Do kết cấu
khung vỏ gồm nhiều thành phần cấu thành nên một hệ khung vỏ xe có rất nhiều tần
số riêng. Khi nghiên cứu rung động cần đặc biệt quan tâm đến các tần số này.
Phƣơng pháp đo rung động khung vỏ xe thƣờng đƣợc qui định theo các tiêu
chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn ngành, tiêu chuẩn nhà sản xuất. Lựa chọn phƣơng
pháp đo phụ thuộc vào mục đích, thiết bị và điều kiện đo phù hợp. Phổ biến nhất
trong đo rung động là dùng phƣơng pháp so sánh dịch chuyển của khối quán tính
để đo dịch chuyển có thể suy ra biên độ rung hoặc gia tốc.
Theo Phương pháp giá trị đơn (Single-value index methods, các dao động đƣợc
đo ghi lại theo thời gian hoặc giá trị rms. Các thông số dao động đo đƣợc gồm: gia
tốc của dao động (m/s2), vận tốc của dao động (m/s) và chuyển vị của dao động (m).
Phƣơng pháp tần số độc lập (frequency-dependent index methods) sử dụng
phân tích dao động để phân tích âm thanh. Phƣơng pháp này đòi hỏi những công
cụ tính toán phức tạp. Trong nghiên cứu này ứng dụng phần mềm Ansys để mô
phỏng số và tính toán các dạng dao động của khung vỏ xe.
1.2 Độ ồn của xe
+ Khái niệm cơ bản về âm:Âm thanh (âm) có thể đƣợc mô tả nhƣ sự lan
truyền một nhiễu loạn trong môi trƣờng vật lý. Âm đƣợc nhận biết bằng tai ngƣời
nhƣ sóng áp suất đƣợc cộng thêm vào áp suất không khí tại nơi ngƣời nghe. Áp
suất âm là sự biến thiên áp suất không khí so với áp suất khí quyển của môi
trƣờng bao quanh.
+ Các mức đê xi ben của âm
Áp suất âm và công suất âm thƣờng đƣợc thể hiện bằng mức đề-xi-ben. Đề-xiben là lô-ga-rít cơ số mƣời của tỷ số giữa đại lƣợng đo đƣợc và một đại lƣợng
quy chiếu đƣợc chọn tùy ý theo công thức:
Mức dB

W 
 dB
 10 log 


 W0 

(1.29)

W - công suất âm đo đƣợc
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 lƣợng
quy chiếu quốc tế bằng 10-12W theo công thức:
2


 W
L w  10 log 
 W re


 dB



(1.30)

W - công suất âm đo đƣợc
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

Lw

(1.31)
Công suất âm và mức công suất âm của một số nguồn âm đƣợc liên hệ với nhau
theo công suất quy chiếu. Lƣu 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.
- Mức áp suất âm
Mức áp suất âm đƣợc biểu diễn dƣới dạng đề-xi-ben nhƣ mức công suất
âm, công thức:
10

 p2 
 p 

L p ( dB )  10 log  2   20 log 

 p 
 p re 
 re 

(1.32)

p = giá trị áp suất trung bình bình phƣơng (RMS) của âm đo đƣợc.
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 ngƣời ở độ tuổi trƣởng thành có khả năng cảm nhận đƣợc. Để khử các tạp âm có
biên độ ngẫu nhiên cần thực hiện các phép toán cộng, trừ các mức áp suất âm.
Các phƣơng pháp cơ bản để xác định ồn rung trong khoang xe là:

+ Phương pháp giải tích: Phƣơng pháp giải tích thƣờng chỉ sử dụng cho những
mô hình đơn giản, và phải giả thiết nhiều làm cho kết quả bài toán không còn
chính xác.
+ Phương pháp phân tích năng lượng thống kê: Phƣơng pháp phân tích năng
lƣợng thống kê dựa trên dự trữ năng lƣợng và truyền năng lƣợng rung động qua
kiểu liên kết giữa các cấu trúc con.
+ Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH): Phƣơng pháp PTHH đƣợc sử dụng rộng rãi
phân chia vật thể hoặc cấu trúc thành các phần tử nhỏ hơn. Các phần mềm mạnh
chuyên dụng là các phần mềm Ansys, Natran…
+ Một số phương pháp khác: Phƣơng pháp kết hợp các số liệu thực nghiệm với
phân tích PTHH và phƣơng pháp phần tử biên để thiết kế tối ƣu hoá trƣờng âm
tại điểm bất kỳ trong khoang xe.
1.3 Cấu trúc khung vỏ xe khách
Cấu trúc khung vỏ xe khách gồm nhiều tấm, mảng khác nhau đƣợc kết nối
với nhau bằng kết cấu hàn, hình 1.6. Về mặt vật lý các tấm này độc lập với nhau
và mỗi tấm đều có các tần số riêng khác nhau.

3


4

5

2
3
1
6
(a) Khung vỏ xe khách 29 chỗ
(b) Cấu trúc mảng khung vỏ xe

Hình 1.6 Khung vỏ ô tô khách 29 chỗ
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
1.4 Tình hình nghiên cứu ở trên thế giới và trong nƣớc
Trên thế giới: Qua quá trình tìm hiểu và thống kê cho thấy đến thời điểm hiện
nay, các phƣơng pháp phổ biến đƣợc sử dụng để xử lý, tính toán cho bài toán về
ồn rung bao gồm: phƣơng pháp giải tích, phƣơng pháp phân tích năng lƣợng
thống kê, phƣơng pháp PTHH, và một số phƣơng pháp khác,.. ở mỗi phƣơng
pháp có những ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng, tùy vào mục đích, yêu cầu của bài
toán mà lựa chọn phƣơng pháp tính phù hợp.
+ Phương pháp giải tích
Phƣơng pháp giải tích thƣờng chỉ sử dụng cho những mô hình đơn giản, và phải
giả thiết nhiều làm cho kết quả bài toán không còn chính xác.
+ Phương pháp phân tích năng lượng thống kê
Phƣơng pháp phân tích năng lƣợng thống kê (SEA) xác định âm thanh trong
ca bin ôtô ở vùng tần số cao. Nền tảng của lý thuyết SEA dựa trên dự trữ năng lƣợng
(energy storage) và truyền năng lƣợng rung động qua kiểu liên kết giữa các cấu trúc
con (các phần tử SEA).
+ Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)
Phƣơng pháp PTHH đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều bài toán kỹ thuât,
phân chia vật thể hoặc cấu trúc thành các phần tử nhỏ hơn. Các phần mềm mạnh
chuyên dụng giải bài toán PTHH là các phần mềm Ansys, Natran…
+ Một số phương pháp khác
Phƣơng pháp kết hợp các số liệu thực nghiệm với phân tích PTHH và
phƣơng pháp phần tử biên để thiết kế tối ƣu hoá trƣờng âm tại điểm bất kỳ trong
khoang cabin ôtô.
Trong nƣớc: Trong nƣớc cũng đã có một số công trình nghiên cứu về ồn rung
trên ô tô ở phạm vi nghiên cứu lý thuyết nhƣng chƣa có công trình nào nghiên
cứu sâu. Tác giả Cao Trọng Hiền nghiên cứu lƣu lƣợng xe ở Việt Nam gây ra
tiếng ồn khoảng 70 đến 80 dB, nguyên nhân gây ra là do chất lƣợng xe, [2]. Tác

giả Bùi Văn Ga khảo sát tiếng ồn do ô tô gây ra vào ban ngày tại ở Đà Nẵng, nếu
lấy mức ồn cho phép là 85 dBA thì chỉ có 93.1% xe đạt yêu cầu. Tác giả Đào
4


Ngọc Điệp đã nghiên cứu độ ồn do rung động của vỏ xe mini buýt sản xuất tại
Việt Nam, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, [4].
Mục tiêu và phƣơng pháp nghiên cứu
+ Nghiên cứu cơ sở khoa học xác định ồn rung khung vỏ xe khách, cụ thể là
mức độ ồn trong khoang xe phụ thuộc vào tần số dao động của khung vỏ khi thay
đổi chiều dày hoặc loại vật liệu tấm vỏ xe.
+ Đề xuất biện pháp kỹ thuật thay đổi tần số rung động của khung vỏ nhằm giảm
tiếng ồn trong khoang, cụ thể là việc sử dụng vật liệu: chiều dày tấm tôn và chủng
loại vật liệu để làm tấm mảng khung vỏ xe.
+ Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết, thực nghiệm kết hợp với phƣơng pháp
chuyên gia.
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1
+ Ồn rung trên ô tô cũng đã có một số công trình nghiên cứu trên thế giới. Ở trong
nƣớc cũng có một số nghiên cứu nhƣng ở mức bƣớc đầu. Luận án đã tiếp cận nghiên
cứu một mẫu xe khách 29 chỗ đóng mới khung vỏ còn gầm bệ đƣợc cung cấp từ
Hyundai nên việc nghiên cứu khung vỏ nhằm đánh giá chất lƣợng của nó với chỉ tiêu
ồn rung có ý nghĩa thực tiễn quan trọng.
+ Trong giới hạn cho phép của Luận án, NCS chỉ tập trung vào nghiên cứu ồn rung
khung vỏ xe do lực kích thích từ động cơ gây nên.

CHƢƠNG 2
THIẾT LẬP MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ỒN RUNG Ô TÔ KHÁCH
Khung vỏ ô tô bao gồm các mảng tấm đƣợc liên kết với nhau thông qua
mối ghép hàn. Khi động cơ hoạt động, sự rung động của động cơ đƣợc truyền lên
khung vỏ và hình thành tiếng ồn trong khoang xe. Hiện tƣợng rung và ồn phản

ánh gián tiếp chất lƣợng của khung vỏ sản xuất trong nƣớc và đƣợc sử dụng nhƣ
tiêu chí đánh giá chất lƣợng ô tô.
2.1 Dãy tần số dao động và cấu trúc khung vỏ xe
Mối quan hệ của dãy tần số dao động (rung/ồn) với dạng cấu trúc khác
nhau của khung vỏ xe [22] đƣợc thể hiện trên hình 2.1. Tại khoảng tấn số thấp,
chủ yếu là sự dao động của các tấm độc lập với các khối lƣợng đàn hồi, đƣợc xét
theo hệ tọa độ địa phƣơng của từng tấm. Ở khoảng giữa, dãy tần số trung bình
xuất hiện ồn và rung structure-borne noise, nguồn gây ồn rung từ các dao động
của cả hệ khung vỏ xe(là khu vực được giới hạn nghiên cứu). Ở dãy tần số cao,
xuất hiện tiếng ồn airborne, nguồn gây ồn rung từ khối không khí từ bên ngoài
và trong khoang xe.

5


Cấu trúc

Airborn noise
Structure-born noise
Thấp

Cao

T/bình
~150Hz

~1.000Hz

Tần số
~10.000Hz


Hình 2.1 Dãy tần số dao động (rung/ồn) và cấu trúc khung vỏ xe [22]
2.2 Mô phỏng rung động của khung vỏ xe khách bằng phần mềm Ansys
a) Cấu trúc không gian khung vỏ xe
Việc xây dựng cấu trúc không gian khung vỏ xe phụ thuộc vào phƣơng
pháp thiết kế, phƣơng pháp công nghệ và cũng phụ thuộc vào tính kinh tế. Một
trong những phƣơng pháp phổ biến là cấu trúc khung vỏ xe khách đƣợc phân làm
sáu mảng cơ bản gồm mảng tấm trƣớc, mảng tấm sau, mảng tấm cạnh phải, mảng
tấm cạnh trái, mảng tấm nóc và mảng tấm sàn ( hình 1.6). Các tấm mảng đƣợc nối
với nhau bằng mối ghép hàn. Liên kết giữa vỏ và khung xe cũng bằng mối ghép
hàn.
b) Xây dựng mô hình không gian 3D khung vỏ xe
Luận án đã sử dụng trang thiết bị hiện đại và phần mềm chuyên dụng để
thiết kế khung vỏ xe và xây dựng mô hình không gian 3D khung vỏ xe theo
phƣơng pháp thiết kế ngƣợc (reverse engineering). Thiết bị gồm máy Scan 3D quét
bằng tia Lazer toàn bộ vỏ xe theo đúng tỷ lệ xe thực, nhập dữ liệu scan vào phần
mềm Rapidform.
Kết quả đã dựng đƣợc một mô hình 3D vỏ xe đúng theo tỷ lệ thực và sau
đó dựng khung xe bên trong theo biên dạng của vỏ xe và ta đƣợc một mô hình
không gian khung vỏ xe khách hoàn thiện, (hình 2.8).Kết quả mô hình này có thể
kết nối đƣợc với các phần mềm kỹ thuật chuyên dụng nhƣ: Solidwork, Catia,
Ansys, ... cho ta mô hình phần tử hữu hạn (hình 2.10).

Hình 2.10 Mô hình khung vỏ xe khách
kết nối từ phần mềm Solidwork với
phần mềm Ansys

Hình 2.8 Mô hình 3D vỏ xe khách 29
chỗ được dựng bằng phương pháp
Scan 3D

6


2.3Các phương pháp kích thích rung động trong mô hình PTHH
Nguồn kích thích rung động trên mô hình có thể đƣợc áp dụng bởi nhiều
dạng: dƣới dạng lực kích động, chuyển vị hay gia tốc... Tuy nhiên, trong nội
dung nghiên cứu của luận án, giá trị kích thích rung động lên khung vỏ đƣợc xác
định bằng thực nghiệm. Bằng việc sử dụng các cảm biến gia tốc, kích thích rung
động đƣợc xác định dƣới dạng gia tốc.
Để áp dụng kích thích rung động là gia tốc cho mô hình rung động trong
khảo sát một số phƣơng pháp đƣợc đƣa ra [43], cụ thể:
 Phƣơng pháp Global Support Acceleration Method “GSAM”
Với phƣơng pháp này, khi hệ dao động chịu kích thích gia tốc tại bất kỳ điểm nào
trên hệ thì đều đƣợc quy về gia tốc của toàn hệ. Đây là phƣơng pháp đơn giản
nhất để áp đặt giá trị gia tốc kích thích đầu vào. Tuy nhiên, ở phƣơng pháp này sẽ
gặp phải các hạn chế: Không thể áp dụng đồng thời cho nhiều vị trí kích thích gia
tốc khác nhau; kết quả tính toán đƣa ra chuyển động tƣơng đối giữa các phần tử
kết cấu; có độ sai lệch so với kết quả thử nghiệm thực tế (ví dụ: tại các bề mặt cố
định vẫn sẽ tồn tại một giá trị gia tốc tƣơng đối), ngoài ra, với phƣơng pháp này
các thông tin về pha dao động không đƣợc cung cấp, gia tốc không phụ thuộc vào
tần số. Câu lệnh sử dụng trong phần mềm Ansys là ACEL.
 Phƣơng pháp Large Mass Method “LMM”
Phƣơng pháp khối lƣợng lớn hoàn toàn khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của
phƣơng pháp GSAM, điều này có nghĩa là giá trị tính toán đƣợc là giá trị tuyệt
đối. LMM là một phƣơng pháp quy đổi gia tốc kích thích đầu vào thành ngoại
lực. Cơ sở để áp dụng phƣơng pháp này là giả định một khối lƣợng rất lớn M
đƣợc đặt vào mối liên kết chung của toàn hệ. Ngoại lực kích thích rung động kết
cấu bằng khối lƣợng giả định này nhân với gia tốc (F=M*a) sau đó đƣợc áp dụng
cho những điểm đặt khối lƣợng theo hƣớng của lực kích thích. Phƣơng pháp này
cho kết quả với độ chính xác cao và đƣợc sử dụng trong môi trƣờng ANSYS

Mechanical.
 Phƣơng pháp Enforced Motion Method “EMM”
Phƣơng pháp EMM là kỹ thuật phát triển mới nhất đƣợc tích hợp trong phần
mềm Ansys phiên bản ANSYS V14.5. Phƣơng pháp này cho phép áp dụng tải
kích thích trực tiếp là dịch chuyển hoặc gia tốc. Các giá trị kích thích này có thể
là hằng số hoặc phụ thuộc vào tần số hoặc thời gian. Phƣơng pháp này khắc phục
tất cả các nhƣợc điểm của phƣơng pháp trên vì nó cho phép định nghĩa kích thích
đầu vào là những dao động ngẫu nhiên với các pha dao động khác nhau.
Trong ba phƣơng pháp nêu trên đều cho phép trực tiếp hoặc gián tiếp sử
dụng tín hiệu gia tốc làm giá trị kích thích rung động. Để phù hợp với yêu cầu bài
toán và điều kiện áp dụng, luận án đã lựa chọn phƣơng pháp Large Mass Method
(LMM) để xác định giá trị kích thích đầu vào trong mô hình rung động tấm sàn,
với tín hiệu gia tốc đã đo đƣợc từ thực nghiệm.
7


2.4 Mô phỏng ồn rung khung vỏ xe khách trong phần mềm Ansys
2.4.1 Công suất âm của tấm panel khung vỏ xe
Công suất âm P phát bởi tấm panel phụ thuộc khả năng phát xạ của tấm
khi đang dao động uốn và độ lớn của dao động:
2
(W)
(2.48)
P   f .  o .c d .S . V
Trong đó:
-  f : Hệ số phát xạ của tấm tại tần số trung bình f; 

f

đƣợc xác định bằng


thực nghiệm;  f = 1 khi f > fc;  f >1 khi f = fc;  f <1 khi f
f

phụ thuộc hình dạng và chu vi của tấm [12].
-  0 : Khối lƣợng riêng không khí (kg/m3);
- cd : Vận tốc lan truyền dao động uốn của tấm (m/s);
- S :Diện tích của tấm (m2);
-  2V :Phƣơng sai vận tốc trung bình của dao động bề mặt tấm rung (m2/s2).
Khi có lực kích thích, các tấm panel trên khung vỏ xe bị dao động uốn và
tạo nên các kích thích áp suất đối với khối không khí trong khoang xe, tấm panel
sẽ phát ra năng lƣợng âm thanh, [12].
Vận tốc lan truyền dao động uốn của tấm đƣợc xác định bằng công thức:
1 2
1 4
(m/s)
(2.49)
c d   2 f   B m 
Trong đó:
f - tần số dao động riêng của tấm panel (Hz);
B - độ cứng uốn tấm panel (N/m);
m - mật độ khối lƣợng trên bề mặt tấm panel (surface mass density) (kg/m2).
2.4.2 Hệ số hấp thụ âm của vật liệu
Vật liệu hấp thụ âm đƣợc ghép cùng với các tấm panel khung vỏ xe nhằm làm
giảm độ ồn trong khoang xe. Vật liệu hấp thụ âm là các tấm xốp có các lỗ chứa
không khí bên trong.
Hệ số hấp thụ âm () là một trong những tính chất của vật liệu hấp thụ âm.
Khi sóng âm va chạm vào bề mặt vật liệu làm cho không khí trong các lỗ chứa
của tấm vật liệu dao động và năng lƣợng sóng âm biến thành nhiệt và tắt dần.

Theo định nghĩa hệ số hấp thụ âm đƣợc định nghĩa bởi phƣơng trình [11]:
 

E1
E2

% 

(2.50)

E1: năng lƣợng sóng âm bị hấp thụ;
E2: năng lƣợng sóng âm tới.
2.4.3 Mô hình sử dụng cho bài toán âm giữa phần tử không khí và kết cấu được mô tả
như hình 2.26.

8


Phần tử kết cấu
Phần tử không khí (giao giữa phần tử kết
cấu và không khí)
Phần tử không khí bên trong khoang xe

Hình 2.26 Mô hình phần tử không khí và phần tử kết cấu trong bài toán âm
a) Kiểu phần tử trong mô hình PTHH khung vỏ xe khách
Phần tử vỏ xe là các tấm tôn mỏng, Phần tử dầm là phần tử
đƣợc lựa chọn là Shell93. Đây là phần BEAM4, với mối phần tử có
tử 3D bậc hai, đặc trƣng cho các tấm hai hoặc ba nút, mỗi nút có 3
mỏng . Mỗi phần tử có 8 nút, mỗi nút 3 bậc tự do (hình 2.7).
bậc tự do (hình 2.6).

Hình 2.6 Mô tả phần tử Shell93
Hình 2.7 Phần tử dầm BEAM
b) Kiểu phần tử trong mô hình PTHH khối không khí

Hình 2.25 Phần tử lục diện 8 nút của phần tử hữu hạn không khí
(a) Trong hệ tọa độ tổng thể, (b) Trong hệ tọa độ địa phương
(a) Các nút của phần tử
2.4.4 Phƣơng trình cơ bản của bài toán đa trƣờng kết cấu – chất lƣu
1) Áp suất và các dịch chuyển
Áp suất P và các dịch chuyển ux, uy, và uz của cấu trúc theo các phƣơng
x, y, z đƣợc đƣa ra trong bài toán PTHH của phần mềm đƣợc đƣa ra bởi phƣơng
trình (2.59) và (2.60).
T
(2.59)
P  N  Pe 
9


 ' T u e 

u N

(2.60)

Trong đó:
: Hàm dạng của phần tử đối với áp suất không khí
N 
'
N  : Hàm dạng của phần tử đối với dịch chuyển kết cấu

: Véc tơ áp suất tại nút phần tử không khí, P     Pe 
e

Pe 

u e   u xe , u ye , u ze 

 t 

: Các véc tơ dịch chuyển tại nút phần tử kết cấu

2) Phương trình PTHH cơ bản của khối không khí
Phƣơng trình (2.61) là phƣơng trình PTHH cơ bản của khối không khí:
T 
P 
P
(2.61)
M e P
e   K e Pe    0  R e  U e   0
Trong đó:
1
T
P
: Ma trận khối lƣợng của khối không khí
M

 N N  d vol 



 e



 

2

c vol

K eP  

 B 

T

B  d vol  : Ma trận độ cứng của khối không khí

vol

 0  R e    0  N n 

T

N , T d  S  : Ma trận liên kết (tƣơng tác chất lỏng và kết cấu.

S

3) Phương trình đàn hồi tại vùng biên của khối không khí
Xét đến thành phần đàn hồi tại vùng biên ta có phƣơng trình:

T 
P 
P 
P
M e P
e   C e Pe   K e Pe    0  R e  U e   0





 

 

(2.62)

C eP   c  N N T d  S  : Ma trận đàn hồi của chất lỏng
S

 

r

: Hệ số giảm chấn tại vùng biên (nhập lệnh MU trong câu lệnh MP của Ansys).

0c

4) Phương trình đàn hồi tại vùng tiếp giáp của khối không khí và kết cấu
Tại vùng tiếp giáp giữa khối không khí và kết cấu, phƣơng trình PTHH

cơ bản có dạng:
pr
(2.63)
M e ue   C e u e   K e u e   F e   F e
Fepr : Véc tơ tải trọng lực tác động từ vùng tƣơng tác S

 

Fepr   R e Pe 

Với:

N 
'

n 

 R e T

 

 





 , N T n  d  S 

  N

S

: Hàm dạngđƣợc sử dụngđể rời rạc hóachuyểnthành phầnu, vvàw của kết cấu
: giá trị trung bình tại vùng biên chất lỏng.
10


Và ta thu đƣợc phƣơng trình động học đầy đủ của kết cấu tại vùng tiếp
giáp giữa khối không khí và kết cấu:
M e ue   C e u e   K e u e    R e Pe   Fe  (2.64)
5) Phương trình đầy đủ của cấu trúc-chất lỏng (âm)
Kết hợp hai phƣơng trình (2.62) và (2.64) ta đƣợc phƣơng trình đầy đủ
mô tả các phần tử hữu hạn đã đƣợc rời rạc hóa của bài toán âm thanh đàn hồiđể
khảo sát sự tƣơng tác cấu trúc – chất lỏng (âm), ta có phƣơng trình dạng ma trận:
0    ue   C e  0    u e 
 M e 


fs
p      
p 
(2.65)
M e   P
C e   Pe 
e 
 M
 0 

 

 

 



  
 
  K  K fs   u e   F e 
e
 

K ep  Pe   0  
 0 

Trong đó:

K fs    R e 

M fs    o R e T ;

6) Kết quả - xét số lượng và đại lượng đầu ra của bài toán
Kết quả xuất ra của bài toán âm đƣợc thể hiện theo các dạng sau:
+ Gradient áp suất âm

P
x

;

 P  P theo các hƣớng x, y, z
;
y z

+ Vận tốc âm Vx, Vy,Vz theo các hƣớng x, y, z tính tại trọng tâm phần tử
+ Mức áp âm
 P
L sp  20 log  rms
 P
 ref






(2.68)

Pref
: Áp suất âm tham chiếu (nhập lệnh PREF trong câu lệnh R).
Mặc định là 20 x 10-6.
Prms

: Áp suất âm tại điểm tính toán, Prms  P

2

Trong nội dung khảo sát của luận án chỉ quan tâm đến mức áp âm Lsp, vì
đây chính là thông số thể hiện mức độ ồn mà con ngƣời có thể cảm nhận đƣợc.
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2

Để giải bài toán ồn rung trên ô tô chở khách cần xác định đƣợc rung động của vỏ xe và
tƣơng tác của nó với khối không khí trong xe. Đã từ lâu, lý thuyết về rung và ồn đã
đƣợc các nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu. Tuy nhiên, cho tới nay việc
giải bài toán ồn rung bằng lý thuyết thuần túy vẫn chƣa thể thực hiện đƣợc do mức độ
phức tạp cao của hệ thống.
Vỏ xe là một kết cấu phức tạp gồm nhiều phần tử ghép nối với nhau nên không thể sử
dụng phƣơng trình dao động đơn thuần để xác định rung động của nó. Phần mềm
Ansys cung cấp công cụ mô phỏng rung động vỏ xe ô tô khách bằng phƣơng pháp
phần tử hữu hạn. Để giải bài toán này Luận án phải xây dựng đƣợc mô hình 3D vỏ xe
11


khách và đƣa vào Ansys để thực hiện các bƣớc phân tích kết cấu và tính toán. Với sự
hỗ trợ của máy quyét hiện đại, mô hình 3D của vỏ xe có thể đƣợc xây dựng một cách
chính xác.
Bài toán ồn rung cũng đƣợc giải trong Ansys bằng phƣơng pháp phần tử hữu hạn với
mô hình tƣơng tác kết cấu – chất lƣu. Mô hình này mô tả sự rung động của vỏ xe và
tƣơng tác của nó với môi trƣờng không khí bên trong thông qua một lớp tiếp giáp trung
gian. Cách mô tả sát thực này giúp cho mô hình có độ tin cậy và độ chính xác cao.
Chƣơng 3
ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS KHẢO SÁT ỒN RUNG KHUNG VỎ Ô
TÔ KHÁCH 29 CHỖ
Tiếng ồn bên trong khoang xe đƣợc hình thành do sự rung động của khung vỏ xe. Do
tác động từ nhiều nguồn kích thích, khung vỏ xe rung động sẽ làm các phần tử không
khí tiếp giáp với các phần tử của khung vỏ dao động theo. Sự dao động của các phần tử
không khí đƣợc lan truyền bên trong khoang xe và tạo thành âm thanh.
Một trong những đặc trƣng cơ bản của tiếng ồn là tần số, vì vậy ồn rung thƣờng đƣợc
khảo sát trong miền tần số. Khung vỏ ô tô có kết cầu rất phức tạp nên nó có rất nhiều
các tần số riêng, mỗi tần số này đặc trƣng cho một dạng dao động riêng. Những dao
động riêng này ảnh hƣởng rất lớn đến sự hình thành tiếng ồn trong khoang xe, nên

Luận án tập trung khảo sát tại các tần số riêng này. Việc xác định các dạng dao động
riêng của khung vỏ xe đƣợc thực hiện bằng cách xây dựng mô hình phần tử hữu hạn và
giải bài toán Modal khung vỏ để tìm các tần số dao động riêng và dạng riêng tƣơng
ứng.
3.1 Khảo sát sự rung động của hệ sàn xe khách 29 chỗ
3.1.1 Kết cấu của hệ sàn xe
Hệ sàn xe đƣợc mô hình hóa với một số giả thiết sau:
- Hệ sàn xe khách 29 chỗ trong Ansys đƣợc coi là có dạng tấm liền với
khung, liên kết với hệ thống treo của xe tại các vị trí lắp nhíp.
- Hệ sàn xe liên kết với khung vỏ xe thông qua các điểm bắt nối bằng bu
long (đƣợc coi là liên kết cứng).
Trên thực tế, rung động của kết cấu khung vỏ có tần số rất cao trong khi
dao động của hệ thống treo có tần số rất thấp (chỉ khoảng vài Hz). Theo cơ học lý
thuyết, các hệ dao động có tần số dao động khác biệt nhau thì có thể tách chúng
thành các hệ dao động riêng biệt. Do vậy, trong nghiên cứu của luận án, nghiên
cứu sinh đã tách hệ sàn xe và hệ thống treo thành hai hệ dao động riêng biệt để
nhằm giảm độ phức tạp của bài toán mà không ảnh hƣởng đến độ tin cậy của kết
quả tính toán của luận án.
3.1.2 Ứng dụng phần mềm Ansys xác định rung động hệ sàn xe.
Áp dụng phƣơng pháp Large Mass Method “LMM”, sử dụng ANSYS
Mechanical để khảo sát dao động của tấm sàn, xác định dịch chuyển của các
điểm liên kết giữa sàn xe và vỏ. Quy trình thực hiện theo các bƣớc sau:

12


 Kích thích từ động cơ đƣợc đo bằng thực nghiệm dƣới dạng gia tốc tác
động vào 4 vị trí lắp chân máy B, C, E, F trên tấm sàn với 4 khối lƣợng giả định
Point Mass nhƣ trên hình 3.6.
 Xác định thuộc tính vật liệu tấm sàn

Theo phân tích ở trên, tấm sàn là vật liệu thép dập, có thông số vật liệu
đƣợc xác định trong bảng 3.1
Bảng 3.1 Thông số vật liệu tấm sàn
STT
Thông số
Đơn vị
Giá trị
1
Mô đun đàn hồi
Mpa
2.105
3
2
Khối lƣợng riêng
kg/m
7800
3
Hệ số Poát xông
0.3
 Xác định kiểu phần tử của tấm sàn xe
Do kết cấu của sàn là thép tấm dày 4mm có và hệ thống khung là thép hộp
chữ nhật và thép hình nên nghiên cứu đã sử dụng các phần tử có sẵn trong trong
thƣ viện của phần mềm Ansys để đặt kiểu phần tử cho mô hình tính toán. Phần tử
cho thép tấm đƣợc thể hiện là kiểu phần tử SHELL93, phần tử dầm là BEAM4.
 Chia lưới mô hình hình học
Sau khi đã xác định đƣợc thuộc tính vật liệu và kiểu phần tử, tiến hành
chia lƣới mô hình hình học để nhận đƣợc mô hình tính toán.
Kết quả nhận đƣợc cho mô hình tính toán (mô hình PTHH) đƣợc thể hiện trong
hình 3.4 và bảng 3.2
Bảng 3.2 Thông số mô hình PTHH tấm

sàn
STT
Thông số
Giá trị
1
Tổng số nút
193.415
2
Tổng số phần tử
31.893
3
Số phần tử
22.368
SHELL93
4
Số phần tử BEAM4 9.525
Hình 3.4 Mô hình chia lưới tấm sàn
 Đặt tải trọng
Kích thích rung động tấm sàn là gia tốc theo 3 phƣơng x, y và z đo đƣợc từ
thực nghiệm (bảng 3.3) đƣợc đặt trên mô hình PTHH tấm sàn (hình 3.8)

Hình 3.8 Đặt kích thích rung động tấm sàn
13


Bảng 3.3 Gia tốc tại chân máy số 1 ở số vòng quay động cơ 1000v/ph

Tấm sàn có kết cấu dạng tấm mỏng, kích thƣớc lớn, theo thí nghiệm, tần
số dao động tấm sàn đến 25.000Hz, tuy nhiên trong mô hình tính toán của luận
án chỉ lựa chọn dải tần số khảo sát rung động tấm sàn đến 500Hz để đáp ứng

đƣợc khả năng xử lý bài toán và đây cũng là tần số dao động rất lớn của tấm
mỏng.
- Khai thác kết quả
Kết quả khảo sát dao động của tấm sàn đƣợc thể hiện trong hình 3.9.

Hình 3.9 Dạng dao động của sàn xe
Khai thác kết quả dao động của tấm sàn do kích động của động cơ cho
ta kết quả về dịch chuyển, gia tốc, ứng suất, biến dạng và pha dao động của tấm
sàn trên miền tần số. Tuy nhiên trong nội dung nghiên cứu của luận án, chỉ sử
dụng kết quả của chuyển vị và pha dao động. Xác định vị trí các điểm liên kết
giữa tấm sàn và khung vỏ xe và khai thác chuyển dịch và pha dao động của các
điểm này, đây chính là giá trị đầu vào cho bài toán âm.
Nhƣ vậy:
Ở tại mỗi số vòng quay động cơ, với giá trị gia tốc đo đƣợc từ thực nghiệm
theo 3 phƣơng X, Y và Z tại 4 vị trí đặt chân máy sẽ cho ta kết quả về sự chuyển
dịch của 16 điểm liên kết giữa sàn xe và khung vỏ. Đây chính là mỗi kích động làm
rung khung vỏ xe tạo tiếng ồn vào trong khoang xe là đầu vào cho bài toán âm.
3.2 Ứng dụng phần mềm Ansys khảo sát rung động khung vỏ xe
3.2.1 Lựa chọn kiểu phần tử
Do kết cấu khung vỏ xe là tôn mỏng và dầm, nên lựa chọn kiểu phần tử
shell933 cho mảng vỏ xe và phần tử BEAM4 cho các thanh dầm, (kiểu phần tử
này đã đƣợc mô tả ở trên).
3.2.2 Đặt tải trọng lên mô hình
Trong bài toán PTHH phân tích để tìm số các tần số riêng và dạng riêng thì
tải đƣợc định nghĩa trên mô hình PTHH chính là các ràng buộc về chuyển vị đƣợc
mô tả trên hình 3.12. Đây chính là vị trí bắt nhíp.
14


Hình 3.12 Đặt ràng buộc chuyển vị trên mô hình khung vỏ xe

Vật liệu của vỏ xe là thép tấm có các thông số thuộc tính vật liệu nêu trong
bảng 3.7.
Bảng 3.7 Thông số thuộc tính vật liệu khung vỏ xe
STT
Thông số
Đơn vị
Giá trị thông số
1
Môđun đàn hồi
Mpa
2.105
2
Hệ số Poát xông
0.3
3
3
Khối lƣợng riêng
kg/m
7 800
Kết quả tính toán tại mỗi giá trị tần số riêng tƣơng ứng là dạng dao động
riêng của khung vỏ xe. Trong phạm vi từ 150 đến 1000 Hz có 26 tần số riêng tìm
đƣợc. Phần mềm Ansys tự động tính toán và đƣa ra kết quả dạng bảng số, dạng
mô hình trực quan.
3.2.3 Khai thác kết quả
 Một số dạng dao động riêng đƣợc xác định

(e) Dao động tại tần số 887.53 Hz

(f) Dao động tại tần số 810.47 Hz

3.3 Khảo sát ồn trong khoang xe
3.3.1 Đặt tải và các ràng buộc ban đầu
Trên mô hình tổng thể rung động của mảng sàn xe ta ta tặt tải chuyển
vịtại 16 điểm lắp ghép giữa khung sát xi với mảng sàn xe. Tải là dịch chuyển
cùng với tần số và pha dao động đã xác định trong nội dung nghiên cứu ở trên.
Mô hình đặt tải lên khung vỏ xe đƣợc trình bày trên hình 3.15 và các dữ liệu đặt
tải đƣợc trình bày trong các bảng 3.10(a).
Bảng 3.10(a) Dữ liệu khái báo đặt tải lên
khung vỏ xe khách

Hình 3.15 Mô hình đặt tải trên
mô hình khung vỏ xe trong phần
mềm Ansys
15


Độ cách âm R của các tấm panel đƣợc tính qua nhãn lệnh IMPED phụ
thuộc vào mật độ khối lƣợng mặt m đƣợc xác định riêng cho từng tấm (kg/m2) và
tần số của âm f.
Hệ số hấp thụ âm () của vật liệu lót phủ trong các mảng tấm của khung
vỏ xe, ghế ngồi đƣợc chỉ tại nhãn lệnh MU của vật liệu, nó nhận giá trị từ 0 tới 1
(0 đến 100%) và phụ thuộc vào tần số rung động. Ta có thể chọn   0 .04  0 .18
cho lớp dạ nỉ dày 0.5 cm,   0 .10  0 .24 cho các lớp xốp PUR.

\
(a)

(b)
Hình 3.17 Mô hình PTHH của khối không khí trong khoang xe
(a) Vị trí tai người ngồi trong khoang xe theo mặt cắt bằng

(b) Vị trí tai người ngồi trong khoang xe theo mặt cắt ngang

3.3.2 Khai thác kết quả
Kết quả khảo sát độ ồn trong khoang xe ở các tần số dao động riêng của
khung vỏ đƣợc trình bày dƣới dạnghình 3.18và bảng 3.11.
Tần số
(Hz)

Mức áp âm tại vị trí tai hành
khách (dB)

Mức áp âm tại Vị trí tai
ngƣời lái (dB)

197.01

Hình 3.18 Kết quả khảo sát mức áp âm trong khoang xe khách khi tần số dao
động khung vỏ trùng với tần số dao động riêng
Theo kết quả khảo sát trên hình 3.18 ta dễ dàng nhận thấy ở mỗi tần số
khác nhau thì mức áp suất âm ở vị trí tai hành khách và vị trí tai ngƣời lái có sự
biến đổi rõ rệt. Ví dụ nhƣ ở tần số 197.01 Hz, dựa vào cột màu thể hiện góc trái của
hình cho thấy, mức ồn sẽ tăng dần, màu xanh ít ồn nhất và màu đỏ thể hiện mức ồn
cao nhất. Ở vị trí tai hành khách, phía đầu xe có độ ồn lớn nhất và giảm dần ở phía
đuôi xe. Ở vị trí tai ngƣời lái xe (tƣơng ứng với vị trí của phần tử số 21667) có
mức áp suất âm là 55,451dB.
16


Bảng 3.11Kết quả khảo sát mức áp âm
Tần số

(Hz)

Số vòng quay
động cơ (v/ph)

Mức áp suất âm (dB)
Hành khách

Lái xe

43.174-54.398

54.451

1000

43.134-52.159

55.451

1500

42.119-52.305

53.235

700
197.01

Với mong muốn giảm đƣợc mức ồn trong xe, trong nội dung nghiên cứu

của luận án, nghiên cứu sinh sẽ đƣa ra các trƣờng hợp khảo sát các yếu tố ảnh
hƣởng đến độ ồn trong khoang xe đƣợc trình bày ở mục sau.
3.3.3 Đánh giá ảnh hƣởng của vật liệu đến độ ồn trong khoang xe
Để đƣa ra mức độ ảnh hƣởng của các yếu tố vật liệu đến độ ồn trong
khoang xe, ta so sánh kết quả khảo sát mức áp suất âm trong khoang xe tại vị trí
tai ngƣời lái xe tại cùng một tần số dao động, khi thay đổi các đặc tính vật liệu
khác nhau cho tấm cạnh trái, phải (vì đây là trƣờng hợp ảnh hƣởng đến độ ồn
trong khoang xe nhiều nhất), kết quả đƣợc cho trong bảng 3.18.
Bảng 3.19 Kết quả mức áp âm tại vị trí tai người lái xe khi thay đổi vật liệu các
tấm cạnh trái và tấm cạnh phải

Tần số (Hz)

Mức áp suất âm theo tính toán (dB)
Tôn nguyên
Vật liệu Tôn dày Tôn dày Tôn dày
thủy
Composite 0.8mm 1.2mm 1.5mm

164

64.016

48.642

78.236

54.246

48.426

340

57.583

45.283

74.236

50.276

44.035

446

54.238

43.469

67.324

48.028

42.679

623

50.428

41.012

62.364

44.642

40.108

816

47.328

38.654

55.246

40.128

37.56

919

45.642

37.568

52.397

38.297

36.245

998
43.561
35.623
49.851
37.634
35.689
Kết quả trên đây đƣợc mô tả trực quan hơn dƣới dạng đồ thị so sánh nhƣ
trên hình 3.23.

17


Hình 3.23 Đồ thị so sánh mức áp suất âm khi thay đổi vật liệu các tấm cạnh trái
và cạnh phải của vỏ xe
Nhận xét:
Kết quả khảo sát cho thấy:
Việc giảm độ dày của vỏ xe (dùng tôn 0,8 mm) làm gia tăng đáng kể
tiếng ồn trong khoang hành khách: mức áp âm có thể lên tới gần 80 dB.
- Nếu sử dụng các tấm tôn có độ dày lớn hơn thì mức ồn giảm. Tuy nhiên,
mức ồn của loại tôn 1,2 và 1,5 mm lại không chênh nhau nhiều.
- Vật liệu Composite cho mức áp suất âm trong khoang xe có giá trị thấp
nhất và giảm nhiều so với tôn nguyên bản.

KẾT LUẬN CHƢƠNG 3
Luận án đã xây dựng mô hình không gian phần tử hữu hạn khung vỏ xe
và mô hình không gian phần tử hữu hạn tấm sàn xe nhằm nghiên cứu rung động
từ tấm sàn truyền lên khung vỏ, tạo nên tiếng ôn trong khoang xe.
Số liệu đầu vào cho bài toán rung động sàn xe đƣợc xác định từ thực
nghiệm cho trƣờng hợp ô tô đứng yên và chỉ có nguồn rung duy nhất là động cơ

nổ. Kết quả đo đƣợc là gia tốc tại các điểm liên kết động cơ với sàn xe. Phƣơng
pháp LMM đã đƣợc sử dụng để đặt các kích thích dạng gia tốc này vào hệ sàn xe.
Kết quả của bài toán rung đƣợc sử dụng làm đầu vào để khảo sát ồn
trong phần mềm ANSYS Mechanical. Kết quả tính toán, khảo sát cho thấy mức
ồn trong khoang xe phụ thuộc nhiều vào độ dày của vật liệu. Điều này là hoàn
toàn phù hợp với quy luật đã biết. Tuy nhiên, khi so sánh 2 trƣờng hợp: tôn dày
18


1,2 mm và 1,5 mm, có thể thấy rằng mức áp âm chênh lệch không nhiều, trong
khi tôn dày hơn sẽ làm tăng trọng lƣợng xe và tăng giá thành sản xuất. Vì vậy, độ
dày 1,2 mm đƣợc coi là lựa chọn hợp lý hơn cả để chế tạo vỏ xe khách.
Ảnh hƣởng của các tấm cạnh bên đến mức ồn trong khoang xe là rất lớn,
do vậy trong quá trình thiết kế và chế tạo khung vỏ xe cần sử dụng các biện pháp
tăng cứng cho các tấm này.
Khi thay đổi vật liệu bằng composite cho kết quả mức áp suất âm giảm
rõ rệt so với vật liệu bằng tôn nguyên bản. Do vậy, có thể nghiên cứu ứng dụng
vật liệu này nhằm giảm độ ồn trong khoang xe của ô tô chở khách.

CHƢƠNG 4
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1 Mục đích thí nghiệm
- Đo gia tốc dịch chuyển của chân máy nhằm xác định các lực kích thích từ
động cơ lên chân máy để làm thông số đầu vào cho bài toán phân tích khảo sát
rung động của khung vỏ xe.
- Đo gia tốc dịch chuyển tại 1 điểm liên kết giữa chasiss và khung vỏ nhằm lấy
kết quả so sánh với nghiên cứu lý thuyết khảo sát dao động sàn xe.
- Đo độ ồn tại các vị trí tai ngƣời lái xe nhằm lấy kết quả so sánh với nghiên
cứu lý thuyết khảo sát ồn trong khoang xe.
- Đo độ ồn trong khoang xe khi đã tháo chân máy nhằm loại trừ tiếng ồn do động

cơ hoạt động truyền xuyên qua các tấm vỏ xe vào khoang xe.
4.2 Phƣơng pháp thí nghiệm
- Đo đạc trực tiếp bằng thiết bị đo hiện đại thế hệ mới, xử lý kết quả bằng
phần mềm mạnh kết hợp với tính toán để lấy kết quả làm đầu vào cho bài
toán lý thuyết và so sánh với kết quả khảo sát lý thuyết.
- Sử dụng phƣơng pháp chuyên gia trong thí nghiệm. Các chuyên gia tham
gia thí nghiệm gồm:
(+) Chuyên gia của hãng LMS: Tập huấn thiết bị đo LMS
Mobile Scadas-01 và phần mềm LMS Test Xpress, tƣ vấn phƣơng pháp
tiến hành thí nghiệm.
(+) Chuyên gia của Phòng thí nghiệm Động lực, Học viện Kỹ
thuật Quân sự: Cùng tham gia trực tiếp đo đạc các thông số rung chân
máy, rung trên sàn xe, ồn trong khoang xe.
Sơ đồ thí nghiệm đƣợc trình bày trên sơ đồ hình 4.3. Các đối tƣợng khảo
sát thực nghiệm đƣợc đo đạc đồng thời cùng một lúc với các đầu đo khác nhau,
đƣợc trình bày trong phần thiết bị tiếp theo. Thí nghiệm đƣợc thực hiện khi xe
đứng yên tại chỗ với 3 chế độ làm việc của động cơ: 700, 1000 và 1500
vòng/phút.
19


M ic ro p h o n e
S e n s o r g ia to c

L M S X p re s s
A C -2 2 0 V
L M S M o b ile S c a d a s -0 1

Hình 4.3 Sơ đồ lắp đặt thiết bị thí nghiệm
4.3 Ghi kết quả đo và xử lý số liệu

Các kết quả đo đƣợc ghi vào các files và lƣu trong máy tính với tên file đã
đƣợc đặt trƣớc phù hợp với tiến trình đo. Kết quả đo cũng đƣợc quan sát trực tiếp
trên màn hình máy tính trong quá trình thí nghiệm.
Các kết quả thí nghiệm đƣợc xử lý trên phần mềm LMS Test Xpress với
module phân tích FFT, phân tích modal đƣa ra kết quả dạng bảng số dữ liệu, dạng
đồ thị đối với độ rung và dạng số đối với mức áp âm trong khoang xe.
4.4 Quy hoạch thực nghiệm
Thí nghiệm đƣợc thực hiện khi xe đứng yên tại chỗ, động cơ hoạt động ở
3 chế độ vận tốc là 700 v/ph, 1000 v/ph và 1500 v/ph. Hai vị trí đo rung, vị trí (1)
tại bốn điểm chân máy, vị trí (2) tại sàn xe chỗ chân ghế ngƣời lái và một vị trí
đo ồn (3) tại chỗ tai ngƣời lái xe. Một phép đo thực hiện đồng thời việc đo tại tất
cả các vị trí trên. Mỗi phép đo đƣợc thực hiện 3 lần đo để lấy giá trị trung bình.
4.5 Thiết bị thí nghiệm
Xe thí nghiệm là Hyundai County 29 chỗ (hình 4.11 a) đƣợc sản xuất lắp
ráp tại Tổng công ty Công nghiệp Ô tô Việt Nam.
Thiết bị đo gồm: các đầu đo gia tốc, máy đo LMS Mobile Scadas 8 kênh,
hình 4.11b với phần mềm xử lý số liệu LMS Test Xpress.
Hình ảnh thí nghiệm đƣợc trình bày trên hình 4.11 b, c, d.

(b)

(a)
20


(c)
(d)
Hình 4.11 Các hình ảnh thí nghiệm
(a) Xe thí nghiệm, (b) Máy đo LMS Mobile Scadas-01, 8 kênh, (c) Lắp đầu đo gia
tốc tại hai phía chân máy (d) Lắp Microphone tại chỗ tai người lái xe

4.6 Kết quả thí nghiệm
Các kết quả thí nghiệm đã đƣợc xử lý trong phần mềm LMS Test Xpress và
đƣợc xuất ra trên miền tần số và miền thời gian. Trên bảng 4.2a là kết quả đo
rung theo miền tần số tại chân máy số 1 và rung tại sàn xe, độ ồn tại vị trí tai
ngƣời lái xe đã đƣợc xử lý trong phần mềm LMS Test Xpress.
Bảng 4.2a Các giá trị đo được ở vị trí chân máy số 1, tại 700 vòng/phút.
Chân máy số 1, 700 v/ph
Gia tốc chân máy

Frequency
[Hz]
0.000
50.000

Y
[g]
-28.781
-16.621
…….

25500.000
25550.000

-66.202
-52.176

21


Mức áp âm tại vị trí tai ngƣời lái xe

Gia tốc tại sàn ghế lái

Frequency
[Hz]
0.000
50.000
100.000
…
25500.000
25550.000

Y
[g]
-39.275
-31.963
-36.146

Giá trị mức áp âm trung bình tại vị
trí tai lái xe (dB)

-75.987
-75.897

4.7 So sánh kết quả thí nghiệm và kết quả tính toán
Kết quả thí nghiệm đƣợc so sánh với kết quả tính toán lý thuyết sau khi đã loại
trừ ảnh hƣởng của tiếng ồn do động cơ hoạt động truyền vào khoang xe theo
đƣờng không khí (bảng 4.5).
Bảng 4.5 Bảng so sánh kết quả thí nghiệm và kết quả tính toán
Sai lệch

Kết quả thí nghiệm
(%)
Số vòng
Kết quả
Giữa kết
quay
khảo sát Khi có đủ Khi không
quả tính
Tiếng ồn
động cơ
(dB)
4 chân
lắp chân
toán với
thí nghiệm
(v/ph)
máy (Pa)
máy (Pa)
tiếng ồn
(dB)
thực tế
700
66.04
7.26
12.66
50.558
44.157
1000
60.66
5.87

3.78
48.625
46.786
1500
66.58
8.67
14.56
49.962
42.683
So sánh các số liệu trong bảng 4.5, có thể thấy rằng mức áp âm đo bằng
thực nghiệm cao hơn kết quả tính toán. Nguyên nhân có thể là do các giả thiết
khi lập mô hình chƣa thật chính xác và trong kết quả đo còn do ảnh hƣởng các
nguồn ồn khác theo đƣờng truyền không khí mà điều kiện thí nghiệm không loại
bỏ hết đƣợc.
22


KẾT LUẬN CHƢƠNG 4

Thí nghiệm sử dụng các thiết bị đo hiện đại và phƣơng pháp đo
khoa học, có tham khảo ý kiến tƣ vấn của các chuyên gia hãng LMS.
Rung động đƣợc đo bằng cảm biến gia tốc và mức áp âm đƣợc đo bằng
microphone. Kết quả đo đƣợc xử lý trực tiếp bằng phần mềm chuyên dụng
của LMS.
Thí nghiệm đã đo gia tốc tại 4 vị trí chân máy và một vị trí trên sàn
xe (tại điểm liên kết với vỏ xe) ở 3 chế độ số vòng quay của động cơ là
700, 1000, 1500 vòng/phút. Ngoài ra, một micro đƣợc sử dụng để đo mức
áp âm tại vị trí tai ngƣời lái. Mỗi chế độ đƣợc đo 3 lần, kết quả đo đƣợc là
giá trị trung bình của gia tốc theo 3 phƣơng x, y và z.
Kết quả phân tích phổ rung động của khung vỏ xe cho thấy biên độ

rung động và mức áp âm tƣơng đƣơng với các kết quả tính toán theo mô
hình mô phỏng. Kết quả đo độ ồn tại vị trí tai ngƣời lái chênh lệch so với
tính toán là do các giả thiết khi xây dựng mô hình và ảnh hƣởng các nguồn
ồn khác theo đƣờng truyền không khí.
Kết quả thí nghiệm cho thấy, đối với xe nghiên cứu với vỏ tôn dày
1,0 mm mức ồn trong xe do động cơ gây ra là khá lớn, do vậy cần có giải
pháp kỹ thuật để giảm tiếng ồn.

KẾT LUẬN CỦA LUẬN ÁN
1- Luận án đã xây dựng mô hình phần tử hữu hạn (PTHH) khung vỏ xe khách
29 chỗ với các kích thích từ động cơ truyền qua chân máy làm khung vỏ xe
bị rung gây ra tiếng ồn trong khoang xe (Body Structure – born). Kích thích
đầu vào cho mô hình tính toán rung động sàn xe là gia tốc theo ba phƣơng x,
y, z đo đƣợc từ kết quả thực nghiệm và đƣa vào mô hình tính toán theo
phƣơng pháp LMM (Large Mass Method).
2- Luận án đã xây dựng mô hình PTHH của khối không khí trong khoang xe
theo bài toán tƣơng tác phần tử không khí và kết cấu (coupling) để khảo sát
độ ồn do khung vỏ xe bị rung gây nên. Kết quả đã xác định đƣợc mô hình
phân bố mức áp âm khối không khí trong khoang xe ở các dạng: (1) Dạng
kiểu mặt cắt không gian (hình 3.15) để khảo sát mức ồn trong khoang xe tại
bất kỳ vị trí nào mong muốn; (2) Dạng bảng số; (3) Dạng đồ thị.
3- Luận án đã khảo sát một số thông số ảnh hƣởng tới mức ồn rung trong
khoang xe. Kết quả khảo sát cho thấy mức ồn trong khoang xe chịu ảnh
hƣởng nhiều độ cứng và loại vật liệu sử dụng. Các trƣờng hợp khảo sát với
23