BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------

NGUYỄN ĐÌNH TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG
CỦA RUNG ĐỘNG ĐỐI VỚI MỨC TIẾNG ỒN
TRONG CABIN Ô TÔ 5 CHỖ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. VŨ QUỐC HUY

HÀ NỘI 2014


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn
của TS. Vũ Quốc Huy. Luận văn được thực hiện tại Viện cơ khí động lực – Trường
Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Các số liệu được công bố trong luận văn hoàn toàn
trung thực và chưa được công bố tại bất kỳ công trình khoa học nào khác.
Hà Nội, ngày 20 tháng 3 năm 2014
Tác giả


Danh mục bảng biểu....................................................................................................4
Danh mục hình vẽ .......................................................................................................4

LỜI MỞ ĐẦU .............................................................................................................6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RUNG ỒN VÀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .............7
1.1. Lý thuyết về rung ồn ......................................................................................7
1.1.1. Khái niệm âm thanh ..................................................................................7
1.1.2. Khái niệm về rung động và tiếng ồn .........................................................7
1.1.3. Ảnh hưởng của tiếng ồn tới con người .....................................................8
1.2. Các nguồn rung ồn trên xe ...........................................................................11
1.2.1. Dao động mô men do áp suất cháy .........................................................11
1.2.2. Rung động do chuyển động không cân bằng (lệnh tâm) ........................12
1.2.3. Tiếng ồn của hệ thống nạp ......................................................................12
1.2.4. Tiếng ồn hệ thống xả ...............................................................................13
1.2.5. Sự không cân bằng trục các đăng ............................................................13
1.3. Phân tích nguyên nhân gây tiếng ồn trên xe ô tô .........................................13
1.3.1. Rung nảy cabin ........................................................................................13
1.3.2. Rung lắc vô lăng......................................................................................15
1.3.3. Rung bàn đạp ga ......................................................................................17
1.3.4. Rung cần chuyển số ................................................................................17
1.3.5. Tiếng ồn khó chịu khi đi xe ....................................................................18
1.3.6. Tiếng ồn do mặt đường ...........................................................................19
1.3.7. Tiếng ồn hoa lốp......................................................................................20
1.3.8. Tiếng ù thân xe ........................................................................................20
1.3.9. Tiếng gõ thân xe ......................................................................................22
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ....................................................25
1.5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài ............................................................................25
1.6. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu ............................................26
1.6.1. Mục đích của đề tài .................................................................................26
1.6.2. Nội dung cần giải quyết ..........................................................................26

1



1.6.3. Phương pháp nghiên cứu .........................................................................26
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO BÀI TOÁN ỒN RUNG TRÊN Ô TÔ ..27
2.1. Cơ sở lý thuyết tính toán ồn rung bằng phương pháp PTHH ........................27
2.1.1. Các phương trình cơ sở mô tả tương tác kết cấu – chất lưu ...................27
2.1.2. Các đặc trưng âm thanh trong khoang kín ..............................................29
2.2. Các phương trình âm trong kết cấu ................................................................34
2.2.1. Tiếng ồn phát ra từ các tấm rung động ...................................................34
2.2.2. Phương trình sóng âm .............................................................................37
2.2.3. Phương trình ma trận sóng âm trong kết cấu ..........................................38
2.2.4. Phương trình sóng âm khi có cản tại các mặt bên trong ô tô ..................40
2.2.5. Phương trình mô tả tương tác cặp đôi giữa kết cấu vỏ xe – áp suất âm
thanh trong khoang ô tô.....................................................................................41
2.2.6. Đại lượng ra của bài toán ồn rung trong khoanh ô tô .............................43
2.3. Phương pháp tiếp cận bài toán ồn rung ô tô...................................................43
2.3.1. Mô hình thử nghiệm ồn rung trên ô tô ....................................................44
2.3.2. Mô hình tính toán động lực học ..............................................................47
2.3.3. Quá trình tính toán ồn rung ô tô ..............................................................48
Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH BÀI TOÁN MODAL .........51
3.1. Phân tích kết cấu, vật liệu khung vỏ ..............................................................51
3.1.1. Kết cấu khung vỏ xe con .........................................................................51
3.2. Xây dựng mô hình 3D ....................................................................................56
3.3. Khảo sát mô hình ...........................................................................................64
3.3.1. Xác định mât độ lưới cho mô hình ..........................................................64
3.3.2. Khảo sát dao động vỏ xe .........................................................................66
CHƯƠNG 4. PHÂN TÍCH RUNG ỒN TRONG CABIN Ô TÔ .............................76
4.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................76
4.2. Mô hình nghiên cứu .......................................................................................76
4.3. Mô hình âm học và kiểu phần tử ....................................................................77
4.3.1. Mô hình âm học ......................................................................................77

4.3.2. Thuộc tính kiểu phần tử SHELL181 .......................................................78
2


4.3.3. Thuộc tính kiểu phần tử FLUID30 .........................................................79
4.3.4. Chia lưới mô hình ...................................................................................81
4.4. Phân tích dao động riêng của khối khí trong cabin ........................................81
4.5. Phân tích tương tác âm thanh – kết cấu trong cabin ......................................83
4.5.1. Các trường hợp nghiên cứu .....................................................................83
4.5.3. Áp suất âm tại vị trí người lái .................................................................86
KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................................89
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................90

3


Danh mục bảng biểu
Bảng 3. 1: Thông số kỹ thuật xe Toyota Yaris .........................................................57
Bảng 3. 2: Thông số mô hình PTHH ........................................................................66
Bảng 3. 3: Thông số kỹ thuật thép hợp kim ..............................................................67
Bảng 3. 4 :Kết quả dạng riêng ứng với trường hợp sử dụng thép hợp kim ..............68
Bảng 3. 5: Thông số kỹ thuật nhôm ..........................................................................69
Bảng 3. 6: Kết quả dạng riêng ứng với trường hợp sử dụng hợp kim nhôm ............70
Bảng 3. 7 :So sánh dạng dao động riêng của 2 vật liệu khác nhau ...........................71
Bảng 3. 8: Các dạng dao động riêng của vỏ xe khi bề dày б = 0.8mm ....................72
Bảng 3. 9 :Các dạng dao động riêng của vỏ xe khi bề dày б = 1mm........................73
Bảng 3. 10 :Các dạng dao động riêng của vỏ xe khi bề dày б = 5mm .....................74
Bảng 4. 1: Các dạng dao động riêng của khối khí trong phạm vi [0, 200 Hz] .........83
Bảng 4. 2: Các vật liệu hấp thụ âm thanh được sử dụng .........................................84


Danh mục hình vẽ
Hình 1. 1: Biểu đồ đường đồng mức ấp suất âm. ......................................................10
Hình 1. 2: Hiện tượng rung nảy cabin .......................................................................14
Hình 1. 3: (a) Rung nảy do cộng hưởng; (b) Rung lắc do ảnh hưởng của lốp ..........15
Hình 1. 4: Hiện tượng lắc tay lái ...............................................................................16
Hình 1. 5: (a) Rung bàn đạp ga; (b) Rung cần chuyển số .........................................17
Hình 1. 6: (a) Tiếng ồn mặt đường; (b) Tiếng ồn hoa lốp ........................................19
Hình 1. 7: (a) Tiếng ồn do góc nối trục các đăng; (b) Tiếng ồn do trục các đăng
không cân bằng. ........................................................................................................21
Hình 1. 8: (a) Tiếng ồn do rung động ống xả; (b) Tiếng ồn do các rung động của bộ
phận phụ động cơ ......................................................................................................22
Hình 1. 9: Tiếng ồn do trượt biến mô và do dao động mô men ................................23
Hình 1. 10: (a) Rung động do tỷ số truyền hộp số; .....................................................24
Hình 2. 1: Mô hình thử nghiệm EMA .......................................................................46
Hình 2. 2: Đặc trưng cấu trúc hệ 1 bậc tự do ............................................................48
Hình 2. 3: Mô hình MDOF .......................................................................................50
Hình 3. 1: Kết cấu khung vỏ xe Chevrolet Corvertte C3 ..........................................51
Hình 3. 2: Kết cấu unibody .......................................................................................52
Hình 3. 3: Sàn xe bằng nhôm của Aston Martin .......................................................53
Hình 3. 4: Kết cấu sử dụng hợp kim nhôm phía trước trên BMW 5 series (E60) ....54
Hình 3. 5: Vật liệu sử dụng trên vỏ xe Porsche 911 Carrera ....................................55
Hình 3. 6: Các bộ phận cơ bản trong kết cấu vỏ xe ..................................................56
4


Hình 3. 7: Xe tham khảo Toyota Yaris .....................................................................57
Hình 3. 8: Kích thước hình học xe ............................................................................59
Hình 3. 9: Kích thước hình học của xe .....................................................................59
Hình 3. 10: Cửa hậu ..................................................................................................60
Hình 3. 11: Tấm kính trước ......................................................................................60

Hình 3. 12: Cửa trước................................................................................................61
Hình 3. 13: Cửa sau ...................................................................................................61
Hình 3. 14: Tấm nóc..................................................................................................62
Hình 3. 15: Vỏ xe ......................................................................................................62
Hình 3. 16: Mô hình toàn xe .....................................................................................63
Hình 3. 17: Mô hình chia lưới ...................................................................................65
Hình 3. 18: Các dạng riêng điển hình khi sử dụng thép hợp kim .............................69
Hình 4. 1: Mô hình tổng thể của xe khảo sát ............................................................77
Hình 4. 2: Mô hình tính toán âm thanh trong cabin ..................................................78
Hình 4. 3: Hình dạng và vị trí các nút của phần tử SHELL181 ................................79
Hình 4. 4: Cấu trúc kiểu phần tử FLUID30 ..............................................................80
Hình 4. 5: Nguyên tắc thiết lập phần tử âm thanh ....................................................80
Hình 4. 6: Mô hình chia lưới .....................................................................................81
Hình 4. 7: Tám dạng dao động riêng đầu tiên của khối khí trong cabin ...................82
Hình 4. 8: Phân bố mức áp suất âm (Lsp) trong cabin ô tô tại tần số 80 Hz ..............85
Hình 4. 9: Phân bố mức áp suất âm (Lsp) trong cabin ô tô tại tần số 180 Hz ............86
Hình 4. 10: Mức áp suất âm thanh tại vị trí người lái xe ..........................................87

5


LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển của khoa học công nghệ ứng dụng trên xe đòi hỏi cao tính tiện
nghi và an toàn sử dụng cho người lái và hành khách trên xe. Đảm bảo rung ồn
trong cabin không vượt quá giới hạn cho phép là một trong các tiêu chí quan trọng
trong quá trình thiết kế khung vỏ của ô tô.
Ồn trong cabin được hình thành do nhiều nguyên nhân khác nhau. Quy tụ lại
có thể kể tới hai nguyên nhân chính đó là ồn do dao động và ồn do truyền âm. Dao
động của vỏ xe kéo theo sự dao động của các lớp không khí trong cabin gây ra âm
thanh khó chịu, đó là tiếng ồn do dao động. Nguyên nhân chính của hình thức này là

do dao động của vỏ xe do vậy việc thiết kế khung vỏ và vật liệu chế tạo sẽ quyết
định mức độ ồn tương ứng. Các nguồn âm khác nhau truyền trong môi trường rắn,
lỏng hay khí tới cabin gây tiếng ồn. Các nguồn âm cố định (tiếng ồn hệ thống nạp,
xả…) có thể giảm ồn bằng phương pháp cách ly, cô lập hay giảm tần số ồn, tuy
nhiên quá trình vận hành xe là trong môi trường động, việc mô phỏng, xác định
mức âm của các nguồn gây dao động và xác định nguồn âm (tiếng ồn do tiếp xúc
ma sát lốp – mặt đường, tiếng ồn do gió…) trở nên khó khăn. Do vậy để tiến hành
bài toán xác định mức âm trong cabin cần thực hiện nhiều bài toán thành phần rồi
tiến hành bài toán “xếp chồng” có xét tới ảnh hưởng của các thành phần có cùng tần
số để đưa ra kết quả có sai số nhỏ nhất. Trong phạm vi luận văn, việc tiến hành các
công việc đã nêu trên xe 5 chỗ gặp nhiều khó khăn về thời gian, thiết bị đo công
nghệ cao và tài chính hạn hẹp do vậy luận văn tiến hành xây dựng mô hình 3D mô
phỏng kết cấu vỏ xe rồi tiến hành khảo sát các dạng dao động riêng của vỏ xe có xét
tới ảnh hưởng của bề dày và vật liệu chế tạo để đưa ra cái nhìn tổng thể trước khi áp
dụng vào bài toán thiết kế khung vỏ, bố trí các nguồn dao động trên xe và bài toán
xác định mức âm trong cabin.
Đề tài được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS. Vũ Quốc Huy cùng
các thầy trong bộ môn Ô tô và Xe chuyên dụng và các anh chị đồng nghiệp.
Do thời gian hạn chế, nội dung nghiên cứu trải rộng trên nhiều lĩnh vực khác
nhau nên không tránh khỏi các thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các
thầy, các anh chị đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện hơn trong quá trình nghiên cứu tiếp
theo.
Hà nội ngày 15/3/2014

Tác giả

6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ RUNG ỒN VÀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1.

Lý thuyết về rung ồn

1.1.1. Khái niệm âm thanh
Âm thanh là sự nhiễu loạn được tạo ra trong môi trường đàn hồi mà con người
thể cảm nhận được bằng cơ quan thính giác.
1.1.2. Khái niệm về rung động và tiếng ồn
Rung động là sự nhiễu loạn trong môi trường thể rắn đàn hồi tạo ra sự chuyển
động có thể nhìn thấy được.
Tiếng ồn được xem như những âm thanh không mong muốn, chúng gây ra
phiền phức và khó chịu gây hại tới sức khỏe con người.
Chúng ta cảm nhận sự rung động bằng cơ quan xúc giác và cảm nhận âm
thanh bằng cơ quan thính giác . Các rung động và âm thanh được cảm nhận thay đổi
như thế nào tùy theo mức độ tiếp xúc với chúng. Một âm thanh là sự rung động (dao
động áp suất) của không khí. Rung động và âm thanh được thể hiện bằng “sóng”.
Đặc trưng cho sóng dao động là tần số sóng cho biết số lần dao động sóng trong 1s.
Tùy theo từng giá trị của tần số mà sự cảm nhận là rung động hay tiếng ồn. Hậu quả
của tiếng ồn và rung động là sự khó chịu, mệt mỏi, an toàn vận hành, gây hại tới sức
khỏe con người. Trong các máy móc, xe cộ và xây dựng hậu quả gây ra là sự hao
mòn các chi tiết, giảm công suất cố ích, gây ra các hoạt động không bình thường
hoặc các hư hỏng không thể khắc phục được. Đặc biệt khi xảy ra cộng hưởng sự hư
hỏng của các chi tiết không thể kiểm soát.
Rung động và tiếng ồn được định nghĩa ở đây là âm thanh không mong muốn,
chúng có liên quan chặt chẽ với nhau. Tiếng ồn đơn giản là một phần năng lượng
rung động của kết cấu chuyển thành áp suất không khí. Hầu hết tiếng ồn và rung
động có liên quan đến hiện tượng cộng hưởng. Cộng hưởng xảy ra khi động lực học
ảnh hưởng trong quá trình kích thích các tần số tự nhiên, hoặc chế độ rung động
trong các kết cấu xung quanh.
7



Tiếng ồn có thể truyền bằng nhiều đường khác nhau như: khí, lỏng (nước,
dầu…), rắn (kim loại, phi kim…). Tiếng ồn truyền trong không khí được phát ra
trực tiếp từ các nguồn phát âm và truyền vào không khí. Tiếng ồn đường cơ – âm
học là tiếng ồn được truyền thông qua các vật liệu rắn, thường thông qua sự tiếp xúc
cơ khí trực tiếp với các nguồn âm hoặc từ sự rung động của vật trước đó. Chúng ta
có thể cảm nhận âm truyền theo đường cơ – âm học như là những rung động khi
chúng ở trong những vật cụ thể.
1.1.3. Ảnh hưởng của tiếng ồn tới con người
a. Đặc điểm cảm thụ âm thanh của con người
Âm thanh được gây lên bởi bất kỳ một sự rung động nào đó và lan truyền
trong không khí tương tự như sự chuyển động của sóng dọc. Vì vậy nó là một dạng
năng lượng cơ học và được xác định bởi các đơn vị năng lượng. Âm thanh từ nguồn
phát sẽ tạo lên năng lượng và cường độ âm thanh tại một điểm trong không gian
được xác định bởi mức độ lan truyền âm trên một đơn vị không gian.Đối với một
người trẻ tuổi và khỏe mạnh, ngưỡng nghe của tai có tần số từ 20Hz đến 20000Hz.
Tuy nhiên tai người chỉ thực sự nhạy cảm với những âm thanh có tần số trong
khoảng 500 đến 8000Hz. Đối với âm thanh có tần số trên hoặc dưới ngưỡng này, tai
người trở nên kém nhạy cảm. Những người phải tiếp xúc với nguồn gây tiếng ồn
lớn trong một thời gian dài sẽ không cảm nhận được những âm thanh có tần số từ
trung bình tới cao.
Một đặc trưng quan trọng khác về mức độ cảm nhận âm thanh của tai người là
âm thanh mà tai người nghe được có cường độ và áp suất thay đổi trong phạm vi rất
rộng, chẳng hạn áp suất âm có thể thay đổi từ mức nhỏ nhất 2.10 -5 N/m2 đến mức
lớn nhất là 20 N/m2, như vậy mức khác biệt là một triệu lần. Tương tự như vậy
cường độ âm thanh thay đổi đến 1012 lần, sự thay đổi quá lớn sẽ gây bất tiện trong
việc đánh giá và đo lường.

8



Một vấn đề đáng quan tâm khi so sánh mức độ cảm nhận âm thanh của tai
người là tai người phân biệt áp suất giữa 1 và 2 Pa cũng giống như 5 và 10Pa.
Weber Fechner phát hiện ra rằng cản giác âm thanh của tai không tỷ lệ bậc nhất với
năng lượng kích thích mà tỷ lệ với logarit của nó, gọi là mức âm.
Mối liên hệ giữa áp suất âm (dB) mà mức to được biểu diễn bởi đường cong
đồng mức to. Các đường cong đồng mức được trình bày trên hình 1. Mối liên hệ
giữa mức to và độ to được xác định bởi biểu thức:
P

10 lg S
 40  33lg S  40
lg 2

(1.1)

Trong đó: P là mức to, S là độ to.
Cảm giác to nhỏ khi âm thanh của cơ qua thính giác người vừa phụ thuộc vào
mức âm, vừa phụ thuộc vào tần số âm. Hai âm tuy có cùng mức, nhưng ta nghe to
nhỏ khác nhau vì chúng có tần số khác nhau. Cảm giác to nhỏ này của tai được và
đo bằng phôn. Thang đó phôn được chọn được thành lập bằng cách chọn âm tần số
1000Hz làm chuẩn và trị số mức to phôn ở tần số này đúng bằng trị số mức âm dB.
Chẳng hạn âm tần số 1000 Hz có mức âm 60dB thì có mức to 60 phôn.
Mức to của các âm đơn khác xác định bằng cách so sánh chúng với âm chuẩn
và trị số của nó lấy bằng của âm chuẩn nếu chúng nghe to bằng nhau. Mỗi đường
cong trên biểu đồ là tập hợp tất cả các âm đơn có tần số và mức âm khác nhau
nhưng đều nghe to như nhau, do đó có cùng trị số mức to như phôn. Robinson và
Dadson đã xây dựng biểu đồ các đường đồng mức to như hình 1.1
Quan sát các đường đồng mức có thể nhận thấy:

-

Tai người có độ nhạy cảm rất kém ở các tần số thấp: 20 – 200Hz.

-

Độ nhạy cảm cao nhất của tai người nằm ở tần số 4000Hz.

9


Hình 1. 1: Biểu đồ đường đồng mức ấp suất âm.
b. Tác hại của tiếng ồn tới con người
Qua cơ quan thính giác tiếng ồn ảnh hưởng tới hệ thần kinh, trước mắt là hệ
thần kinh trung ương. Điều dễ nhận thấy là tiếp xúc với tiếng ồn cao gây khó ngủ,
giấc ngủ chập chờn không sâu, dễ làm thức giấc. Tiếng ồn cũng gây ảnh hưởng đến
hệ thần kinh thực vật, do đó làm mất khả năng điều khiển của nó đối với các cơ
quan nội tạng hoạt động phù hợp với môi trường bên ngoài và các yêu cầu khác.
Tiếng ồn cường độ cao có thể gây co giãn động mạch. Theo Galakhov và
katievsscaia, số người mắc bệnh cao huyết áp ở làng nghề có tiếng ồn cao hơn nơi
không có là 10-20%. Tiếng ồn cao có thể làm mất thăng bằng vì tác động đến tiền
đình dẫn đến một số hiện tượng như hoa mắt, chóng mặt, choáng váng.
Tiếp xúc với tiếng ồn cao tỷ lệ nhiễm bệnh của người tiếp xúc hoặc nằm trong
vùng ảnh hưởng cũng cao hơn, với tiếng ồn trên 100dBA thị lực giảm sút, khả năng
phân biệt màu sắc kém.
Tiếng ồn là một trong các yếu tố của môi trường tác động xấu tới con người
khi làm việc. Cùng với sự phát triển của công nghiệp, các thiết bị có công suất lớn,
10



năng suất cao được sử dụng nhiều hơn do đó mức ồn rung ngày càng cao đã ảnh
hưởng trực tiếp tới công nhân lao động gây ra những tai nạn thảm khốc do thiếu tập
trung, mệt mỏi và căng thẳng…
1.2.

Các nguồn rung ồn trên xe
Nguyên nhân tạo ra rung động và tiếng ồn trên xe là do lực rung động, trong

phần này luận văn chỉ ra một số nguồn gây rung động trên xe.
Trong các nguồn điển hình về lực rung trên xe, có các loại sau: Dao động của
áp suất cháy hoặc mômen trong động cơ, các lốp không cân bằng, đường gồ ghề, sự
không cân bằng hoặc góc nối ở trục các đăng, sự ăn khớp của các bánh răng trong
hộp số hoặc bộ vi sai, và các dao động của lực ma sát trong li hợp hoặc các phanh.
Nếu có thể giảm hết mọi nguyên nhân này, thì rung động và tiếng ồn sẽ không xuất
hiện. Tuy nhiên, không thể khử hết một số trong những nguyên nhân này như áp
suất cháy trong động cơ, hoặc lực ở bên ngoài từ mặt đường gồ ghề.
Nguyên nhân tạo ra rung động tiếng ồn của xe là do lực rung. Bộ phận điển
hình tạo ra lực rung này là động cơ. Trong động cơ, vì nhiên liệu được đốt trong
buồng cháy và nhiều bộ phận chuyển động, tạo ra nhiều loại lực rung. Chúng làm
cho độngcơ bị rung, làm cho bản thân động cơ trở thành một bộ phận tạo rung
động. Chúng được truyền đến hệ thống truyền lực và thân xe. Có nhiều yếu tố liên
quan đến việc tạo ra lực rung trong các động cơ, nhưng trong các yếu tố này, hai
yếu tố sau đây là đặc biệt quan trọng. Một yếu tố là áp suất cháy của nhiên liệu
trong buồng đốt. Yếu tố kia là lực quán tính do chuyển động tịnh tiến của pittông
và chuyển động quay của trục khuỷu gây ra. Hai yếu tố này tạo ra dao động của
mômen và độ rung trong độngcơ. Ngoài hai yếu tố này, các yếu tố do chuyển động
cơ học của các bộ phận gây ra tiếng ồn của động cơ.
1.2.1. Dao động mô men do áp suất cháy
Lực rung do áp suất cháy gây ra dao động mômen ở trục khuỷu, được truyền
đến hệ thống truyền lực. Nó cũng tác động lên thân máy như là một phản lực và làm


11


cho động cơ bị rung. áp suất cháy dao động ít hơn khi số vòng quay của động cơ
cao và khi động cơ có số xi lanh nhiều hơn. Dao động mômen trở nên lớn hơn khi
góc mở của bướm ga lớn (khi tải trọng của động cơ lớn, vì áp suất cháy tăng lên).
Do cấu tạo của động cơ, không thể tránh được dao động mômen. Nếu nguyên nhân
rung động và tiếng ồn là sự dao động mômen, thì việc khắc phục rất khó.
1.2.2. Rung động do chuyển động không cân bằng (lệnh tâm)
Các lực rung bởi lực quán tính do cơ cấu đối trọng trục khuỷu tạo ra và sự
không cân bằng trong vật thể quay. Trong các lực rung bởi quán tính, có thể cân
bằng khối chuyển động tịnh tiến đến một mức nào đó bằng cách lựa chọn việc bố
trí xi lanh và hình dạng hợp lí của trục khuỷu. Nhưng rung động do quán tính không
cân bằng tạo ra có thể giữ nguyên. Để khắc phục hiện tượng này, một số động cơ
được trang bị một trục cân bằng. Lực rung do sự không cân bằng trong bộ phận
quay tạo ra trước hết là rung động của động cơ, bất kể số xi lanh. Có thể giảm sự
không cân bằng này bằng các đối trọng. Lực do sự không cân bằng tạo ra tăng theo
tỷ lệ bình phương của số vòng quay, nên rung động được khuếch đại mạnh khi tăng
số vòng quay.
1.2.3. Tiếng ồn của hệ thống nạp
Tiếng ồn của đường ống nạp bao gồm âm thanh mạch động của không khí hút
vào và các tiếng cộng hưởng. Âm thanh mạch động có tần số tương đối cao. Nó
được xác định bằng lượng không khí, hình dạng của bộ lọc khí, đường kính và
chiều dài của ống nạp. Tiếng cộng hưởng có tần sốtương đối thấp. Nó được tạo ra
khi tần số của tiếng ồn ống nạp và tần số cộng hưởng của hệ thống hút trùng với
nhau ở một số vòng quay của động cơ. Cũng vậy, sự dao động của áp suất khí nạp
đôi khi phát ra các âm thanh bức xạ từ bề mặt bên ngoài của hệ thống nạp. Rung
động ở hệ thống nạp cũng truyền vào bên trong.
Khi tần số của tiếng ồn ống nạp trùng với tần số cộng hưởng trong buồng lái

hoặc trong hệ thống nạp, tiếng ồn tăng lên gây ra tiếng ù ù và tiếng ồn của động cơ.

12


Bộ cộng hưởng ống nạp thường được sử dụng để thay đổi tần số cộng hưởng trong
hệ thống nạp, và do đó làm giảm tiếng ù ù và tiếng ồn của động cơ.
1.2.4. Tiếng ồn hệ thống xả
Tiếng ồn của hệ thống xả gồm có tiếng khí đốt xả ra khỏi ống giảm âm, và
các âm thanh phát ra từ bên ngoài ống xả và ống giảm âm thanh. Có thể giảm tiếng
xả khí này bằng các đặc tính giảm thanh của bộ giảm âm (giảm thanh). Nhưng nếu
dung tích của bộ giảm âm không đủ lớn, công suất của động cơ sẽ bị ảnh hưởng.
Âm thanh phát ra bởi độ rung của các vách bộ phận do dao động của áp xuất xả, tạo
ra rung động ở không khí xung quanh. Đôi khi rung động ở hệ thống xả cũng truyền
đến thân xe và tạo ra âm thanh được truyền đi.
1.2.5. Sự không cân bằng trục các đăng
Sự không cân bằng ở trục các đăng gây ra rung động hoặc tiếng ồn. Trục các
đăng quay nhanh hơn lốp do tỉ số truyền của bánh răng vi sai. Vì vậy, tần số rung
hoặc tiếng ồn tăng lên và thường kèm theo tiếng ù ù.
1.3. Phân tích nguyên nhân gây tiếng ồn trên xe ô tô
Trong quá trình xe vận hành, tiếng ồn rung có thể xuất hiện bởi các nguồn gây
dao động và âm thanh. Các nguồn này một mặt truyền năng lượng âm ra môi
trường, mặt khác truyền năng lượng âm, dao động thông qua các chi tiết trên xe tới
ca bin. Việc phân tích nguyên nhân và các hiện tượng rung ồn ảnh hưởng tới
khoang người lái sẽ quyết định tới độ chính xác của bài toán tính NVH trong cabin
xe 5 chỗ.
Khi rung động và tiếng ồn phát sinh, hiện tượng này không nhất thiết là có hư hỏng
xảy ra. Các loại rung động và tiếng ồn điển hình trên xe tác động tới cabin được
trình bày trong mục sau:
1.3.1. Rung nảy cabin

Hiện tượng: “Rung nẩy” được định nghĩa là rung động theo chiều đứng hoặc chiều
ngang của thân xe và vô lăng, cùng với rung động của các ghế ngồi. Thường không
13


thể cảm nhận được rung nẩy khi xe chạy dưới tốc độ khoảng 80km/h. Lớn hơn tốc
độ này, rung nẩy tăng lên rõ rệt nhưng sau đó đạt tới mức đỉnh ở một tốc độ nhất
định.
Nguyên nhân:
Độ đảo và độ không cân bằng của lốp sẽ làm cho lốp phát sinh một lực rung

-

trong khi vận hành xe.
Rung động này được khuyếch đại và lại làm rung các cầu xe.Và rung động

-

của các cầu xe được truyền đến thân xe và động cơ qua hệ thống treo.

Hình 1. 2: Hiện tượng rung nảy cabin
-

Các rung động của thân xe được truyền tới vô lăng và các ghế ngồi làm cho

thân xe, ghế và vô lăng bị rung.
-

Khi các rung động được truyền cộng hưởng với thân xe, thân xe sẽ rung


mạnh. Ngoài ra, khi rung động của các cầu xe cộng hưởng với các rung động của
động cơ, động cơ sẽ rung rất mạnh, và lại làm cho thân xe rung mạnh hơn nữa.
(Hình 1.3a)

14


Hình 1. 3: (a) Rung nảy do cộng hưởng; (b) Rung lắc do ảnh hưởng của lốp
Một số trường hợp thân xe có thể rung nẩy xen kẽ theo chiều đứng và chiều
ngang với khoảng cách thời gian xấp xỉ 10s. Đó là sự chênh lệch nhỏ về các bán
kính quay của lốp tạo ra sự chênh lệch ở các điểm lắc đảo tương đối giữa lốp bên
phải và bên trái hoặc giữa lốp trước và lốp sau. Rung nảy thân xe thường xuất hiện
do các lốp không cân bằng hoặc bị mòn không đều vì vậy cỏ thể loại bỏ rung lắc
ngang thân xe bằng cách hiệu chỉnh cân bằng lốp hoặc giảm độ lắc đảo của lốp.
1.3.2. Rung lắc vô lăng
Hiện tượng: Lắc tay lái là tình trạng mà vô lăng dao động từ 5 đến 15 lần trong một
giây theo chiều quay. Nó xuất hiện ở mức tốc độ tương đối hạn chế nhưng cao,
thường lớn hơn 80 km/h và các dao động của vô lăng không thay đổi.
Rung tay lái là trạng thái làm cho vô lăng dao động theo chiều kim đồng hồ và
ngược kim đồng hồ, giống như sự rung của tay lái, nhưng ở các tốc độ thấp hơn.
Hiện tượng này bắt nguồn từ đường ghồ ghề hoặc phanh khi các lốp hoặc phanh
mòn không đều.
Nguyên nhân:
-

Lốp không cân bằng hoặc đảo không đều

-

Cộng hưởng giữa lốp và vô lăng


-

Đường xóc

-

Lốp bị biến dạng hoặc rung động đột ngột theo chiều đứng khi phanh gây ra
khi lôp mòn không đều.
15


-

Cộng hưởng giữa các lốp, hệ thống lái và hệ thống treo

-

Có độ rơ trong các thanh nối của hệ thống lái, sự giảm lực cản do mòn, hoặc

thiếu độ cứng vững của các thanh nối này.
Cơ chế:
Độ đảo hoặc không cân bằng trong một lốp xe sẽ tạo ra lực rung trong khi xe
đang chuyển động. Lực rung này tạo ra một mômen quán tính ở ngõng trục, làm cho
các lốp lắc theo chiều ngang. Vì vậy tay lái sẽ dao động theo chiều ngang. Lúc này
trục lái, thanh răng lái và các thanh nối tác động như một lò xo cứng…(Hình 1.4).
Ở một tốc độ nào đó của xe, các răng, các rung động ngang của các lốp do lực
li tâm tạo ra sẽ cộng hưởng với hệ thống lái, làm cho vô lăng dao động theo chiều
kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ.
Đường xóc, các biến dạng ở lốp hoặc các dao động theo chiều đứng khi phanh

có thể gây ra mọi rung động quanh ngõng trục trước là cho vô lăng rung.

Hình 1. 4: Hiện tượng lắc tay lái

16


1.3.3. Rung bàn đạp ga
Hiện tượng: Đây là rung động có tần số cao xuất hiện ở tốc độ cao hơn nhưng
không liên quan tới tốc độ của xe. Rung động này có thể cảm nhận được bằng chân
đặt lên bàn đạp nhưng bàn đạp không rung mạnh theo chiều nhả bàn đạp.
Nguyên nhân:
-

Do ảnh hưởng bởi rung động của động cơ

-

Rung động và các cộng hưởng ở bướm ga hoặc thanh nối.

-

Dây cáp bướm ga hoặc thanh nối thiếu cững vững

Cơ chế: Rung động của động cơ làm cho cáp bướm ga hoặc thanh nối rung lên. Các
rung động này truyền tới bàn đạp gha kéo theo sự rung động(Hình 2.4a).
1.3.4. Rung cần chuyển số
Hiện tượng: Loại rung động này làm cho cần chuyển số dao động, thường xảy ra ở
tốc độ động cơ tương đối cao và dễ nhận ra rõ hơn gần số vòng quay làm nó rung.
Trong các loại rung khác nhau của cần chuyển số, nếu rung động này xuất hiện khi

động cơ đang chạy không tải, hãy xem mục về "rung khi chạy không tải".

Hình 1. 5: (a) Rung bàn đạp ga; (b) Rung cần chuyển số
Nguyên nhân:
-

Động cơ không được điều chỉnh chính xác

-

Không cân bằng ở các bộ phận quay hoặc chuyển động tịnh tiến của động
17


cơ.
-

Cộng hưởng ở cần chuyển số, hoặc cần chuyển số thiếu độ cứng vững.

-

Có độ rơ giữa cần chuyển số và thanh nối, hoặc các bạc lót bị mòn.

Cơ chế:
Các xe có động cơ ở phía trước, dẫn động bánh sau (FR):

-

Các dao động mômen hoặc mất cân bằng của các bộ phận quay hoặc chuyển
động tịnh tiến của động cơ tạo ra các rung động uốn trong hệ thống truyền lực. Hơn

nữa, các góc nối hoặc một trục các đăng không cân bằng có thể làm tăng thêm các
rung động này. Phần vỏ hộp số phần kéo dài rung mạnh, tạo ra một lực rung truyền
đến cần chuyển số. Cần chuyển số dao động vì nó được lắp trên phần kéo dài của hộp
số. Bất cứ độ rơ nào ở cần chuyển số cũng khuếch đại thêm rung động này.
Các xe có động cơ ở phía trước, dẫn động bánh trước (FF):

-

Một động cơ không được căn chỉnh chính xác sẽ chạy không đều và làm cho cụm
cần chuyển số bị rung.
1.3.5. Tiếng ồn khó chịu khi đi xe
Tiếng khó chịu có nghĩa là tiếng va đập một lần như tiếng búa đập vào một vật
thể. Cùng với một tiếng ồn lớn, va đập này được cảm nhận qua vô lăng, các ghế
ngồi và sàn xe. Loại va đập này xuất hiện khi xe chạy qua một khe rãnh hoặc một ổ gà
trên đường.
Nguyên nhân:
-

Các đặc điểm bao của lốp.

-

Các bộ phận của hệ thống treo bị mòn (các bạc lót, các bộ giảm chấn,v.v...)

Các cơ chế của sự phát triển rung động và tiếng ồn:
-

Một va đập theo chiều dọc tác động vào lốp làm cho nó biến dạng từng phần,

khi xe chạy qua một ổ gà hoặc một khe rãnh ở trên đường.

-

Va đập này được tiếp tục truyền đến các đòn treo. Do đó các bạc lót của hệ

thống treo bị nén lại, truyền tiếng ồn hoặc rung động đột ngột tới thân xe.

18


1.3.6. Tiếng ồn do mặt đường
Tiếng ầm ầm hoặc gầm rú liên tục với độ cao âm thanh không đổi là tiếng ồn
do mặt đường. Âm lượng của tiếng ồn này tăng lên theo tốc độ của xe. Tiếng ồn này
xuất hiện chủ yếu khi xe chạy trên đường có bề mặt lát xấu.

Hình 1. 6: (a) Tiếng ồn mặt đường; (b) Tiếng ồn hoa lốp
Nguyên nhân:
-

Các ổ gà hoặc hố nhỏ trên mặt đường

-

Các lốp cộng hưởng với độ nhấp nhô của mặt đường

-

Rung động của hệ thống treo (do các hằng số lò xo không thích hợp của các
bạc lót bằng cao su)

Cơ chế:

-

Khi xe chạy trên đường có bề mặt lát xấu, tạo ra các rung động nhỏ ở các lốp.
Khi các rung động này đạt đến một tần số nhất định, chúng gây ra các cộng
hưởng ở các lốp làm khuếch đại các rung động này.

-

Các rung động này được truyền từ hệ thống treo đến thân xe, và tiếng kêu gầm
rú phát ra từ các tấm ốp của thân xe.
19


1.3.7. Tiếng ồn hoa lốp
Loại tiếng ồn này thường xuất hiện ở xe có lốp kiểu vấu hình khối khi xe chạy
trên đường lát. Âm lượng của nó tăng theo tốc độ của xe.
Nguyên nhân :
Các hiệu ứng nén khí của kiểu hoa lốp
Các cơ chế:
Khi lốp lăn trên mặt đường, không khí bị cuốn vào giữa các rãnh của hoa lốp,

-

và không khí bị nén lại khi tiếp xúc với mặt đường.
Khi lốp tiếp tục quay, không khí thoát ra khỏi hoa lốp - điều này được gọi là

-

"hiệu ứng nén khí" - và không khí dãn ra khi được giải phóng, tạo ra tiếng kêu lốp
bốp. Các tiếng động này được nhân lên tạo ra tiếng gầm rú.

1.3.8. Tiếng ù thân xe
Bạn cảm thấy loại tiếng ồn này như một áp lực trong tai mình, và nguồn gốc
của nó thường không biết. Cao độ âm thanh của nó tăng (tần số) theo tốc độ của xe.
Nó xuất hiện trong một phạm vi tốc độ xe tương đối hẹp quanh 10km/h, hoặc
khoảng 50 vòng/phút nếu quan sát tốc độ của động cơ.
Nguyên nhân:
-

Động cơ không được điều chỉnh chính xác.

-

Lực quán tính do chuyển động tịnh tiến của các pittông, hoặc sự không cân

bằng trong động cơ.
-

Trục các đăng không cân bằng.

-

Góc nối trục các đăng không chính xác.

-

Các cộng hưởng ở ống xả.

-

Tiếng ồn của khí xả.


-

Các cộng hưởng ở các bộ phận phụ của động cơ.

-

Rung động do các ứng suất xoắn ở trục các đăng và các bán trục.

Cơ chế

a. Góc nối của trục các đăng
-

Khi có góc nối ở trục các đăng, sẽ có hai dao động mômen trong mỗi vòng
20


quay của trục các đăng. Các dao động này trở nên lớn hơn khi góc nối tăng lên ở tốc
độ nào đó của xe các dao động mômen này sẽ làm cho hệ thống truyền lực rung, và
truyền qua các bạc lót đòn của hệ thống treo phía sau hoặc các lò xo, làm cho các tấm
ốp của thân xe rung. Điều này dẫn đến tiếng ù ù của thân xe.

Hình 1. 7: (a) Tiếng ồn do góc nối trục các đăng; (b) Tiếng ồn do trục các đăng
không cân bằng.

b. Trục các đăng không cân bằng
Khi trục các đăng không cân bằng, tạo ra lực li tâm có xu hướng làm cho các
đầu trục các đăng cong ra ngoài và quay theo các vòng tròn lớn quanh đường tâm
của trục. Dĩ nhiên là điều này thực tế không xảy ra vì trục các đăng được cố định ở

cả hai đầu. Tuy nhiên, nó sẽ làm cho trục rung sau mỗi lần trục quay. Lực rung này
có xu hướng làm cong trục các đăng. Lực rung này tiếp tục được truyền qua các
(giá bắt động cơ) chân máy phía sau, ổ đỡ giữa của trục các đăng, các bạc lót của hệ
thống treo phía sau, và các tấm ốp của thân xe. Các tấm ốp thân xe bị rung sinh ra
tiếng ù ù của thân xe.

c. Các rung động của ống xả
Ống xả dài và nhỏ nên dễ bị rung. Một yếu tố quan trọng khác làm cho ống xả
rung mạnh là vì nó được gắn vào động cơ, là nguồn rung động lớn nhất trong xe. Khi
ống xả cộng hưởng với rung động của động cơ, rung động này được khuếch đại tiếp
và truyền theo đường của các vòng đệm chữ O và các vòng kẹp của ống giảm thanh
đến thân xe, gây ra tiếng ù ù của thân xe. Để cách li khu vực có hư hỏng, bạn có thể
lần lượt tháo các vòng đệm chữ O này.

21


Hình 1. 8: (a) Tiếng ồn do rung động ống xả; (b) Tiếng ồn do các rung động của bộ
phận phụ động cơ

d. Rung động của các bộ phận phụ của động cơ
Nếu các giá bắt máy phát điện, bơm trợ lực lái, hoặc máy nén điều hoà không
khí được làm bằng vật liệu không đủ cứng vững, chúng sẽ cộng hưởng với rung
động của động cơ. Rồi rung động này được truyền qua các chân máy đến thân xe,
tạo ra tiếng ù ù của thân xe.
1.3.9. Tiếng gõ thân xe
Phải có hai âm thanh riêng biệt để tiếng gõ xuất hiện. Khi hai âm thanh riêng
biệt có các tần số khác nhau một chút, A và B đồng thời xuất hiện, âm lượng của
chúng thay đổi theo chu kỳ, dẫn đến tiếng gõ. Khi các điểm cao trên đỉnh (hoặc các
điểm thấp) của hai tần số rung động khác nhau, A và B, chồng lên nhau, chúng tạo ra

tiếng ồn lớn hơn. Và khi các điểm cao và các điểm thấp của hai tần số rung động khác
nhau chồng lên nhau, chúng tạo ra tiếng ồn nhỏ.
Có thể trình bầy tần số của tiếng gõ như sau:
Tần số A - tần số B = Tần số của tiếng gõ
Trong số những tiếng ồn mà chúng ta dễ cảm nhận nhất là tiếng gõ có các tần số là 2
đến 6 chu kỳ trong 1 giây, hoặc 2 đến 6 Hz.
Nguyên nhân:
-

Sự chênh lệch về các tần số rung động ở động cơ và hệ thống truyền lực (độ

trượt của bộ biến mô, hoặc tỉ số truyền của hộp số).

22


-

Sự chênh lệch về các rung động ở động cơ và lốp xe (tỷ lệ giảm tốc của bộ vi

-

Các chênh lệch về tần số rung trong động cơ và các bộ phận phụ (tỷ số truyền

sai)
của puli trục khuỷu đến các puli của các hệ thống phụ).
Cơ chế
a. Độ trượt của bộ biến mô
Tiếng ồn do sự không cân bằng gây ra: Nếu có sự cân bằng trong cánh bơm, và sự
không cân bằng khác ở sau bánh tua bin, như ở trục các đăng, mỗi bộ phận trong các

bộ phận này đều sẽ tạo ra rung động. Vì bản chất bộ biến mô luôn có độ trượt, độ mất
cân bằng tương đối giữa cánh bơm và trục các - đăng sẽ xuất hiện chung quanh trục
chung của chúng. Khi độ không cân bằng của cánh bơm ở phía đối diện so với độ
không cân bằng của trục các đăng, rung động sẽ nhỏ hơn khi cả hai độ mất cân bằng
đều ở cùng một phía. Hai rung động biến thiên này được truyền đến các tấm ốp của
thân xe qua các dầm đỡ phía sau của động cơ hoặc các bạc lót của đòn treo để tạo ra
tiếng gõ.
Tiếng ồn do các dao động mômen gây ra:

Hình 1. 9: Tiếng ồn do trượt biến mô và do dao động mô men

23