Nghiên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng kiểm nghiệm ôtô

MỤC LỤC

PHẦN 1: DẪN NHẬP VÀ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CARSIM ............................... 3

CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ ........................................................................................... 3

1.1Vấn đề giao thông hiện nay: .................................................................................... 3

1.2 Hiện trạng nền công nghiệp ô tô ở Việt Nam. ........................................................ 3

1.3 Định hƣớng của ngành công nghiệp ô tô. ............................................................... 4

1.4 Ý nghĩa và giới hạn của việc hƣớng dẫn,nguyên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng carsim:................................................................................................................ 6

CHƢƠNG 2 :GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG KIỂM ĐỊNH CARSIM........................................................................................................................... 7

2.1 Tổng quan về Carsim. ............................................................................................. 7

2.2 Cấu trúc xây dựng phƣơng pháp mô phỏng............................................................ 9

2.3. Ƣu điểm Mô hình hóa để mô phỏng ( trên máy tính). ........................................... 9

2.4 Hƣớng dẫn sử dụng và nhập dữ liệu. .................................................................... 10

PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...................................................................................... 11

CHƢƠNG 1:HỆ THỐNG TREO – LỐP ....................................................................... 11

1.1 Kết cấu hệ dao động ôtô: ...................................................................................... 11

1.2 Thông số kết cấu, tác dụng các bộ phận của hệ thống treo: ................................. 12

1.3 Mô hình dao động ôtô:......................................................................................... 17

CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG LÁI - PHANH .................................................................... 19

2.1 Tống quan ............................................................................................................. 19

2.2 Các góc đặt bánh xe .............................................................................................. 20

CHƢƠNG 3: KHÍ ĐỘNG HỌC .................................................................................... 26

3.1 Tiêu chuẩn dòng lƣu chất (chất lỏng nhớt) ........................................................... 26

3.2 Tổng quan về khí động học trên ô tô. ................................................................... 26

PHẦN 3: MÔ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM ............................................................... 31

CHƢƠNG 1: HỆ THỐNG LÁI ..................................................................................... 31

1.1 Mô hình hệ thống lái. ............................................................................................ 31

1.2 Các yếu tố của hệ thống lái trong carsim.............................................................. 34

1.3 Màn hình hệ thống lái . ......................................................................................... 38

1.4 Màn hình hệ thống lái đơn giản ............................................................................ 46

CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG PHANH (Brake System) ................................................... 49

2.1 Hệ thống phanh. .................................................................................................... 49

2.2 Hệ thống phanh với tăng cƣờng và hiệu ứng nhiệt............................................... 55

CHƢƠNG 3:HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG (Power train system) ..................................... 64

3.1 Giới thiệu chung : ................................................................................................. 64

3.2 Xác định hệ thống truyền lực trong phần mềm : .................................................. 65

CHƢƠNG 4: HỆ THỐNG TREO (Suspension system) ............................................... 80

4.1 Các mô hình của phần tử đàn hồi dùng trong Carsim. ......................................... 80

4.2 Hệ thống treo độc lập............................................................................................ 82

4.3 Hệ thống treo phụ thuộc: ...................................................................................... 91

4.4 Lốp và bánh xe...................................................................................................... 99

Chƣơng 5: KHÍ ĐỘNG HỌC (Aerodynamic) ............................................................. 115

5.1 Yêu cầu về tính toán: .......................................................................................... 115

5.2 Động học và động lực học ( khí động học): ....................................................... 116

5.3 Cách thành lập và chọn các chọn điều kiện:....................................................... 119

5.5 Điều kiện thiết kế để đảm bảo khí động hoc(Vgió= Coefficient): (mang tính tham khảo do các thông số của xe đua bảo mật)............................................................... 134

TỔNG KẾT: Kết Luận, Hướng Phát Triển................................................................ 139

 PHẦN 1 :  DẪN NHẬP VÀ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CARSIM

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1Vấn đề giao thông hiện nay:

Sự tăng trƣởng đến chóng mặt của kinh tế và bùng nổ dân số ở nƣớc ta đã làm cho quá trình cơ giới hóa diễn ra nhanh chóng, đặc biệt về sở hữu phƣơng tiện cá nhân. Quá trình phát triển kinh tế nhanh chóng làm cho nhu cầu cuộc sống tăng lên. Hiện nay theo khảo sát cho tổng nhu cầu đi lại xe máy chiếm 73%, các phƣơng tiện công cộng chiếm 5%, xe ô tô con chiếm 10% tỷ lệ xe đạp giảm xuống chỉ còn 3,8% còn lại là các phƣơng tiện khác (8,2%). Theo tình hình của những nƣớc có nền kinh tế tiến tiến và đang phát triển thì số ngƣời sử dụng xe máy sẽ dần chuyển sang ô tô con khi thu nhập tăng nên nƣớc ta cũng không là ngoại lệ và cả những thành phố ở các nƣớc Đông Nam Á khác.

Hiện nay thì tình hình giao thông trong các thành phố lớn ở nƣớc ta ngày càng trở nên xấu đi. Tắc nghẽn giao thông ngày càng tăng, an toàn giao thông ngày càng giảm,ô nhiễm không khí tăng cao, công trình đô thị bị xuống cấp, khả năng tiếp cận các dịch vụ đô thị giảm. Tình hình này cứ tiếp tục thì sẽ ảnh hƣởng tiêu cực đến các hoạt động kinh tế và nền công nghiệp Việt Nam.

1.2  Hiện  trạng  nền  cô ng  nghiệ p  ô  tô  ở  Việt  Na m.

1.2.1 Giới thiệu khái quát về ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam:

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam là ngành mới hình thành trong những năm gần đây, ra đời sau các nƣớc trong khu vực từ 40 - 50 năm. Tuy nhiên, Nhà nƣớc Việt Nam, với mục đích thu hút đầu tƣ và xây dựng một ngành công nghiệp ô tô để theo kịp các nƣớc trong khu vực, cho nên gần 15 năm qua, kể từ khi ra đời vào năm 1992 đến nay, ngành công nghiệp ô tô của Việt Nam đƣợc xem là ngành trọng điểm và là ngành luôn luôn đƣợc ƣu  đãi nhất trong số các ngành công

nghiệp. Sự ƣu ái rất đặc biệt này thể hiện rõ nhất ở chính sách thuế nhập khẩu rất

cao đối với xe nguyên chiếc.

1.2.2 Hiện trạng về ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam.

Kết quả của chính sách ƣu đãi đối với ngành công nghiệp ô tô của Việt Nam là giá xe sản xuất trong nƣớc cao gấp 2 đến 3 lần so với nhiều nƣớc. Lý do đƣợc đƣa ra là do thị trƣờng ô tô Việt Nam có dung lƣợng chỉ bằng 1/10 thị trƣờng của các nƣớc trong khu vực (ví dụ nhƣ Thái Lan), do doanh nghiệp lắp ráp ô tô ỷ lại sự bảo hộ của Nhà nƣớc nên đƣa ra giá bán cao để thu lãi cao. Tỷ lệ nội địa hóa sản phẩm của các doanh nghiệp ô tô ở Việt Nam chỉ đạt từ 2 đến 12% và việc nội địa hóa lại chỉ dừng lại ở các công đoạn giản đơn trong quy trình sản xuất và lắp ráp (sử dụng các linh kiện nội địa có giá trị thấp nhƣ săm, lốp, ắc-quy, dây điện, ghế...).

Sự hoạch định chính sách đối với ngành công nghiệp ô tô trong thời gian qua chƣa thấu hiểu hết đƣợc sự phức tạp của ngành công nghiệp ô tô. Ngay cả các tên tuổi lớn trong ngành công nghiệp ô tô trên thế giới vẫn gặp phải nhiều khó khăn. Ta đã thấy nhiều thƣơng hiệu ô tô (Toyota, Chevrolet, Hyundai...) phải trả phí tổn cực kỳ lớn (từ vài trăm triệu đến hàng tỉ USD) khi họ phải thu hồi và hủy bỏ sản phẩm chỉ vì 1 chi tiết, linh kiện bị lỗi. Nhƣ thế ta mới thấy đƣợc hết khó khăn và tầm ảnh hƣởng của nó với nền kinh tế.

1.3  Định  hƣớng  c ủa  n gành  côn g  nghi ệp  ô  tô .

1.3.1 Định hƣớng

Công nghiệp xe hơi là ngành mang tính tổng hợp. Đây không đơn thuần là máy nổ mà còn kéo theo hàng trăm ngành nghề khác nhau phát triển.

Những bộ phận trong ngành xe hơi là những công nghệ cao từ các kết quả

nghiên cứu áp dụng của toán học, vật lý học, hóa học, vật liệu (hệ thống nhún, hệ

thống thắng, dầu nhớt, bánh xe, bố thắng...) và của cả ngành điện tử (chip điện tử, chip design...).

Sản phẩm xe hơi là sản phẩm có thị trƣờng tiêu thụ cao vì thế nếu xây dựng đƣợc ngành công nghiệp xe hơi thì sẽ thúc đẩy kinh tế VN phát triển bền vững hơn (từ tiếp thu công nghệ đến đào tạo nhân lực, sử dụng lao động...). Bỏ công nghệ xe hơi là bỏ đi một trong những cơ hội để phát triển toàn diện.

Để xây dựng nền công nghiệp ô tô quốc gia, nhiều nƣớc đã đƣa ra những biện pháp để bảo hộ. Nhật, Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Malaysia, Thái Lan... đều làm việc này. Những nƣớc phát triển thì sử dụng hàng rào kỹ thuật (tiêu chuẩn an toàn, tiêu hao nhiên liệu, mức hạn chế khí thải) để bảo hộ. Họ cũng không quên đầu tƣ vào nguồn nhân lực có trí thức nhằm góp phần không ngừng cải tiến để phát triển bền vững.

1.3.2 Tối ƣu hoá trong sản xuất ô tô:

Trong thực tế chúng ta thƣờng gặp1 tính toán thiết kế theo các yêu cầu( tính thiết kế) hoặc là bài toán kiểm nghiệm lại các thiết kế có sẵn xem có phù hợp với yêu cầu (tính bền, tính tối ƣu, tính chuyên nghiệp hay thỏa TCVN). Hiện nay ngành ô tô ở nƣớc ta chủ yếu mang tính chất sử dụng và sữa chữa nên cần chú tâm nhiều vào việc tính toán kiểm nghiệm là chủ yếu. Hiện tại công việc thiết kế và kiểm nghiệm đang phụ thuộc nhiều vào các băng thử, các trạm đăng kiểm dẫn đến mất nhiều thời gian công sức và tiền của. Để việc tính toán kiểm nghiệm đƣợc nhanh chóng và hiệu quả chúng ta cần sự trợ giúp của của máy tính thông qua các phần mềm chuyên nghiệp. Phần mềm CarSim là 1 trong những phần mềm đáp ứng yêu cầu đó không chỉ có vậy mà phần mềm CarSim còn cho phép chúng ta chọn lựa thay đổi can thiệp sâu hơn vào bài toán thiết kế để phù hợp hơn khi ra thực tế và đem lại hiệu quả nhanh chóng và chính xác.

1.4 Ý ng hĩa và g iới hạ n của việc hƣớng d ẫn, nghi ên cứ u ứng d ụng phần mề m  mô

 phỏng  ca rsi m:

Qua các phân tích và đánh giá cho ta thấy đƣợc tình hình về ngành công nghiệp ô tô ở nƣớc ta còn nhiều khó khăn và thách thức lớn để góp phần cho TCVN chuẩn hóa và sánh kịp cùng các nƣớc khác trên thế giới. Nên mục tiêu đề tài cũng nhằm tìm hiểu làm quen nâng cấp, đánh giá và ứng dụng khoa học công nghệ cao vào trong việc kiểm tra, kiểm định thông qua việc mô phỏng

Tiết kiệm đƣợc quỹ thời gian và khí tài để kiểm định vì việc ứng dụng phần mềm mang tính chính xác và chuẩn hoá cao hơn mà cũng không kém phần trực quan. Từ đó có thể phát hiện các sai hỏng về thiết kế lẫn tính an toàn trƣớc các nhà sản xuất ô tô nƣớc ngoài nhằm bảo đảm quyền lợi ngƣời tiêu dùng, tạo điều kiện cho các nhà thiết kế và sản xuất trong nƣớc có cơ hội khẳng định mình.

Giới hạn của đề tài:

Trong đề tài này chủ yếu lviệc hƣớng dẫn nhập liệu các thông số đƣợc cung cấp bởi nhà sản xuất (catalog) hay từ các công thức lý thuyết lẫn kiểm nghiệm thực tế (libraies). Từ đó chúng ta dùng phần mềm CarSim để tổng hợp các thông số này lại với nhau để kiểm nghiệm. Ngoài ra vẫn có thể sử dụng các thông số mà do phần mềm tập hợp sẵn đƣợc cung cấp bởi đội ngũ kỹ sƣ thiết kế dày dặn kinh nghiệm, thâm niên trong ngành, dành nhiều tâm huyết và công sức mới đúc kết ra. Dùng các thiết kế đƣợc định dạng sẵn (Dataset) bởi vậy nên vẫn còn hình thành các sai lệch tƣơng đối giữa các điều kiện thiết lập bởi phần mềm (theo các nƣớc tƣ bản) với TCVN (theo tiêu chuẩn của Liên Bang Nga). Đồng thời cũng chƣa tìm hiểu để can thiệp sâu vào các phần tử thiết kế mà chủ yếu là tìm hiểu và quan tâm về các đặc tính an toàn trong việc vận hành và sử dụng để tìm hiểu khác biệt và nhận xét đúng về mức độ an toàn và ổn định của xe.

CHƢƠNG 2  :GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG KIỂM ĐỊNH CARSIM

2.1.  Tổng quan về Ca rsi m.

Phần mềm CarSim đƣợc xây dựng và phát triển bởi công ty Mechanical Simulation Corporation có trụ sở tại Ann Arbor, Michigan, chuyên  cung cấp các ứng dụng mô phỏng tƣơng tác 3D. Ra đời vào năm 1996, đến nay CarSim cùng với các phần mềm tính toán TruckSim, BikeSim đƣợc cung cấp cho hơn 30 nhà sản xuất, 150 trƣờng đại học và các nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới. CarSim mô phỏng các chuyển động của xe đua, xe chở khách, xe tải nhẹ, và các loại xe tiện ích. Đƣợc dùng để thiết kế, phát triển, và kiểm định các hệ thống trên xe, CarSim cho phép ngƣời dùng thay đổi các thông số, lựa chọn và phân tích tốt nhất về khí động học, kiểm nghiệm khung sƣờn, và các ảnh hƣởng đến xe của những hệ thống treo, lái, thắng… CarSim phân tích hiệu suất của xe ứng với sự thay đổi của các hệ thống trên xe nhƣ hệ thống lái, phanh, ga, hộp số và ly hợp… trong một môi trƣờng nhất định nào đó bằng các chuyển động, lực và moment tác động lên quá trình tăng tốc, ổn định, hay phanh xe.

Carsim với hệ thống dữ liệu hình ảnh mô phỏng sống động, hơn 800 phƣơng trình phân tích tính toán, đồ thị và có khả năng xuất ra dƣới dạng file Mathlab, Excel…Với giao diện hiện đại, ngƣời dùng có thể chạy một thử nghiệm mô phỏng, hay xem đồ thị đặc tính với chỉ 1 click chuột. Các đồ thị và mô phỏng là công cụ phân tích linh hoạt và tƣơng tác cao, có thể dễ dàng xuất và chèn vào các bản báo cáo, hay thuyết trình Power Point. Các phép toán đƣợc sử dụng trong CarSim đƣợc xây dựng từ cơ sở lý thuyết cũng nhƣ đã qua kiểm nghiệm thực tế chặt chẽ. CarSim sử dụng chƣơng trình VehicleSim Lisp để tổng hợp, phân tích các phƣơng trình tính toán, cung cấp các phƣơng trình phi tuyến tính chính xác cho các mô phỏng phức tạp để tối ƣu hóa tính toán. Ngoài ra, các công cụ hỗ trợ và mở rộng nhƣ MathLab/Simunlink, LabVIEW, viết trên nền Visual Basic, C+,

Mathlab, và các ngôn ngữ lập trình khác giúp ngƣời dùng có thể dễ dàng sử dụng các tùy chọn, hoặc mô phỏng các thành phần nhƣ lốp xe, phanh, hệ thống dẫn động.

Hình 2.1

Cấu hình đề nghị:

+Intel PC, Windows 2000, XP, Vista, Win7. Chạy trên nền 32-bit hoặc 64-bit.

+Tốc độ: CPU 1GHz, L2 cache

+Đồ họa: 128MB IVIDIA,ATI

+Ổ cứng: 5.5Gb

2.2.  Cấu t rúc x ây dựng phƣơ ng pháp mô ph ỏng .

Xây dựng nghiên cứu và mô hình hoá để mô phỏng,  tính toán thử nghiệm. Phân tích lựa chọn mô hình vật lý đã tích hợp sẵn phƣơng pháp mô hình hoá tính toán phù hợp ( phân tích cơ sở toán học, phƣơng pháp xử lý lƣới, phƣơng pháp

giải số…)

Đây là  phần mềm kiểm định và hiệu chỉnh trên cơ sở so sánh với các kết quả tính toán số liệu thí nghiệm, số liệu công bố của các dòng sản phẩm ô tô khác nhau.

2.3.  Uu  đ iể m Mô hình hóa để mô phỏ ng ( tr ên máy tính) .

   Khả năng mô hình hoá nhanh, mạnh và chính xác.

 Giải quyết đƣợc nhiều vấn đề trên máy tính trƣớc khi ra thực tế kiểm nghiệm.

Có thƣ viện phần tử lớn dễ dàng truy cập tham khảo

  Xuất đồ thị chính xác và cho phép xử lí tối ƣu

2.4.  Hƣớ ng dẫn sử dụ ng và nh ập dữ l iệu .

Các mô hình toán học  trong VehicleSim (VS) đƣợc xây dựng bao gồm một số của các biến có thể đƣợc đƣa ra các giá trị với phƣơng trình đó đã không tồn tại khi các mô hình đƣợc xây dựng. Chúng bao gồm lực tác dụng, những thời điểm, điều khiển, đặc tính mặt đƣờng và các thông tin khác. Giá trị cho các biến này có thể đƣợc nhập vào  từ các môi trƣờng mô phỏng khác nhƣ Simulink, LabVIEW, ASCET, hoặc  phần mềm tùy chỉnh. Chúng cũng có thể đƣợc chỉ định cho các phƣơng trình bằng cách sử dụng VS lệnh. Sử dụng màn hình này để kích hoạt các biến số nhập vào và chỉ định cách thức chúng đƣợc kết hợp với các biến  đã có trong mô hình toán học.

 PHẦN2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHUƠNG 1:HỆ THỐNG TREO – LỐP

1.1  Kết  cấ u  hệ  da o  độ ng  ôtô:

Kết cấu hệ dao động ôtô gồm 4 phần chính:

a) Phần đƣợc treo m2 : là bộ phận chủ yếu của ôtô, bao gồm khung, thùng, hệ thống động lực và các cơ phận khác liên kết với nhau. Toàn bộ khối lƣợng của các bộ phận này đƣợc đặt lên hệ thống đàn hồi và dẫn hƣớng, gọi là hệ thống treo.

Khối lƣợng đƣợc treo m2  gồm những cụm chi tiết mà trọng lƣợng của chúng tác động lên hệ thống treo nhƣ khung, thùng xe, hành khách, hàng hóa và một số các chi tiết khác….Trong hệ dao động tƣơng đƣơng, khối lƣợng đƣợc treo đƣợc xem là một vật thể đồng nhất, cứng hoàn toàn.

b) Phần không đƣợc treo m1: gồm có cầu - dầm cầu, hệ thống chuyển động (bánh xe), cơ cấu dẫn động lái …Trọng lƣợng của phần này không tác dụng lên hệ thống treo. Có một số cơ phận của ôtô vừa đƣợc lắp lên phần đƣợc treo, vừa đƣợc lắp lên phần không đƣợc treo nhƣ: nhíp, giảm chấn, trục các đăng…Do đó một phần khối lƣợng của chúng đƣợc xem nhƣ thuộc phần đƣợc treo và nửa kia thuộc phần không đƣợc treo.

Khối lƣợng không đƣợc treo m1 là những cụm chi tiết mà trọng lƣợng của chúng không tác động lên hệ thống treo mà chỉ tác động lên lốp và truyền xuống mặt đƣờng. Ta có thể xem phần không đƣợc treo là vật thể đồng nhất, cứng hoàn toàn có khối lƣợng m1 tập trung vào tâm bánh xe.

Hệ số khối lƣợng: tỷ số giữa khối lƣợng đƣợc treo m2 và khối lƣợng không đƣợc treo

Hệ số khối lƣợng có ảnh hƣởng lớn tới độ êm dịu chuyển động. Giảm khối lƣợng không đƣợc treo sẽ giảm đƣợc lực va đập truyền lên khung xe, còn tăng khối lƣợng đƣợc treo sẽ làm giảm đƣợc dao động khung xe.

Ôtô du lịch: m = 6,5  7,5             Ôtô tải: m = 4  5

c) Hệthống treo: là bộ phận bao gồm các phần tử đàn hồi, giảm chấn, liên kết và dẫn hƣớng. Các bộ phận này nối thùng xe với các cầu và bánh xe ôtô, từng bộ phận thực hiện nhiệm vụ sau đây:

    Bộ phận đàn hồi làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng từ mặt đƣờng,

đảm bảo độ êm dịu cần thiết.

       Bộ phận giảm chấn để dập tắt các dao động phần đƣợc treo của ôtô.

    Bộ phận dẫn hƣớng để truyền lực dọc và mô men từ mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe. Động học của bộ phận dẫn hƣớng xác định tính chất dịch

chuyển tƣơng đối giữa bánh xe và khung xe

d) Lốp: là thành phần đàn hồi thực hiện việc nâng đỡ và truyền lực cho ôtô, đảm bảo cho bánh xe tiếp xúc tốt với mặt đƣờng và làm giảm nhẹ tải trọng động tác dụng lên phần không đƣợc treo.

1.2 Thông số kế t cấu, tác dụng các bộ phận của hệ thống treo:

1.2.1 Thành phần đàn hồi:

Bộ phận đàn hồi có thể gồm một hay một số phần tử đàn hồi và chúng có thể đƣợc chia thành loại phần tử đàn hồi bằng kim loại hay loại phần tử đàn hồi phi kim loại. Phần tử đàn hồi kim loại thƣờng là nhíp (dùng ở hệ thống treo phụ thuộc và độc lập), lò xo xoắn ốc và thanh xoắn (hệ thống treo độc lập). Phần tử đàn hồi phi kim loại, gồm có các loại đàn hồi bằng cao su, loại đàn hồi khí ép, loại

thủy lực. Lợi dụng ƣu thế của từng loại ngƣời ta thƣờng sử dụng kết hợp gồm hai hay nhiều phần tử đàn hồi với nhau.

Hình 1.1

Để đánh giá cơ cấu đàn hồi của hệ thống treo, ta xét tới đặc tính đàn hồi biểu thị quan hệ giữa lực thẳng đứng Z tác dụng lên bánh xe và độ biến dạng của hệ thống treo f đo ngay trên trục bánh xe.

Khi tính đến độ êm dịu chuyển động (các dao động) tần số dao động riêng

cần thiết n phải có độ võng tĩnh hiệu dụng ft quyết định. Quan hệ giữa ft và n theo
 

công thức tính tần số dao động riêng của hệ thống treo n

Độ võng động fđ của hệ thống treo:

- Ôtô du lịch: fđ = (0,5 ÷0,6).ft;  Ôtô buýt: fđ = (0,7 ÷0,8).ft ;  Ôtô tải: fđ =1,0.ft

Hình 1.2 Quan hệ tần số dao động riêng n phần đƣợc treo với độ võng tĩnh ft

1.2.2 Bộ phận giảm chấn:

Lực cản trong hệ thống treo trực tiếp ảnh hƣởng đến việc dập tắt các dao động của vỏ cầu, các dao động này phát sinh khi ôtô chạy trên đƣờng không bằng phẳng. Lực cản chính là lực ma sát trong phần tử đàn hồi, nhƣ ma sát giữa các lá nhíp, bạc lót, chốt nhíp, ma sát trong các khớp dẫn hƣớng, ma sát trong vật liệu của lốp và các chi tiết bằng cao su trong hệ thống treo.

Để hệ thống treo vừa mềm lại vừa dập tắt nhanh dao động, cần giảm ma sát cơ đến tối thiểu, để cho giảm chấn thủy lực đóng vai trò chính trong việc dập tắt các dao

động.

Lực cản chán động do giảm chấn sinh ra phụ thuộc vào cận tốc tƣơng đối z của

các dao động thùng xe đối với xe.

K: Hệ số cản giảm chấn

Hàm số Zg  biểu diễn đƣờng đặc tính của giảm chấn. Tùy theo số mũ n mà đƣờng đặc tính của giảm chấn có thể tuyến tính hoặc đƣờng cong. Thông thƣờng n dao động trong khoảng 1,25-2,5.

n= 1: đƣờng đặc tính là đƣờng thẳng.

n>1 : đƣơng đặc tính là đƣờng cong lõm.

n<1 : đƣờng đặc tính là đƣờng cong lồi.

Hình 1.3: Đƣờng đặc tính không đối xứng của giảm chấn tác dụng hai chiều với van giảm tải

1.2.3 Bộ phận dẫn hƣớng:

Bộ phận dẫn hƣớng của hệ thống treo có mục đích: xác định tính chất chuyển động của bánh xe đối với mặt tựa và vỏ xe, đồng thời góp phần vào việc truyền lực và mômen giữa bánh xe và vỏ xe

Hình 1.4: Lực tác dụng lên các bánh xe trong mặt phẳng tiếp xúc mặt tựa. a)  Các phản lực thành phần tác dụng từ đƣờng lên bánh xe. b)  Lực và moment truyền từ bánh xe lên khung.

Lực phát sinh giữa bánh xe và mặt đƣờng có thể gộp lại làm ba phản lực chính: lực thẳng đứng Z, lực dọc X và lực ngang Y. Các mô men do các lực X, Y, Z lần lƣợt là MX, MY, MZ có thể có giá trị khác nhau đối với bánh xe bên trái hoặc bánh xe bên phải. Các chi tiết hệ thống treo truyền những phản lực và mômen lên khung

xe.

Đƣờng mấp mô phát sinh lực động Z và mômen MX truyền lên thùng xe nhờ bộ phận đàn hồi. Lực dọc X, lực ngang Y và các mômen MX, MZ truyền qua bộ phận dẫn hƣớng của hệ thống treo.

1.2.4 Sự đàn hồi của lốp:

Tính chất đàn hồi của lốp ôtô có ảnh hƣởng quan trọng đến đặc tính chuyển động êm dịu của ôtô. Lốp có thể đàn hồi theo phƣơng hƣớng kính, phƣơng ngang và phƣơng tiếp tuyến. Sự tổn thất do nội ma sát trong sẽ phát sinh nhiệt và nung nóng lốp xe khi chuyển động, làm ảnh hƣởng xấu đến đặt tính đàn hồi. Vì vậy cần tìm biện pháp giảm sự ma sát trong của lốp.

1.3   Mô  hì nh  da o  đn g  ôtô:

Bất kỳ một cơ hệ vật rắn nào chuyển động tự do trong không gian cũng đều cần đến 6 bậc tự do để có thể mô tả hoàn toàn chuyển động của nó.

Ôtô có 3 thành phần khối lƣợng tiêu biểu (thân xe, khối lƣợng không đƣợc treo phía trƣớc, phía sau) và 8 bộ phận lò xo (4 bánh xe và 4 lò xo của hệ thống treo) tiêu biểu cho một hệ dao động với nhiều bậc tự do. Vì thế hệ 8 phƣơng trình vi phân cần đƣợc giải đồng thời mới có thể mô tả hoàn toàn chuyển động của ôtô. Trƣờng hợp tiêu chuẩn tiện nghi cho con ngƣời đƣợc quan tâm đặc biệt, mô hình dao động ôtô còn phải tách riêng thêm khối lƣợng ngƣời ngồi đặt trên một lò xo của ghế ngồi.

Hình 1.5: Mô hình không gian hệ dao động ôtô du lịch

Bảng 1.1: Sáu bậc tự do của mô hình 3D dao động ôtô bao gồm:

Theo 6 bậc tự do trong mô hình dao động ôtô sẽ có 6 loại dao động tƣơng ứng, tất cả các dao động trên đều ảnh hƣởng đến con ngƣời song mức độ ảnh hƣởng có khác nhau. Khi nghiên cứu tính êm dịu chuyển động, qua nhiều thí nghiệm ngƣời ta nhận thấy so với dao động trong mặt phẳng XZ thì dao động thành phần trong mặt phẳng XY và ZY là không đáng kể vì vậy có thể bỏ qua. Cụ thể, trong dao động ô tô chuyển động tịnh tiến ngang, quay ngang và chuyển động quay lệch hƣớng là nhỏ so với chuyển động tịnh tiến dọc, quay dọc và nhún theo phƣơng thẳng đứng cho nên có thể bỏ qua, mô hình có thể đơn giản hóa thành mô hình phẳng.

2.1 Tống quan

Hệ thống lái của ôtô dùng để thay đổi hƣớng chuyển động nhờ quay vòng các bánh xe dẫn hƣớng cũng nhƣ để giữ phƣơng chuyển động thẳng hay chuyển động cong của ôtô khi cần thiết.

Việc điều khiển hƣớng chuyển động của xe đƣợc thực hiện nhƣ sau: vành lái tiếp nhận lực tác động của ngƣời lái và truyền vào hệ thống lái, trục lái truyền moment từ vô lăng tới cơ cấu lái, cơ cấu lái tăng moment truyền từ vành lái tới các thanh dẫn động lái, các thanh dẫn động lái truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hƣớng. Kết cấu lái phụ thuộc vào cơ cấu chung của xe và của từng chủng loại xe.

Để quay vòng đƣợc thì ngƣời lái cần phải tác dụng vào vô lăng một lực. Đồng thời cần có một phản lực sinh ra từ mặt đƣờng lên mặt vuông góc với bánh xe. Để quay vòng đúng thì các bánh xe dẫn hƣớng phải quay quanh một tâm quay tức thời khi quay vòng.

Các bộ phận hợp thành hệ thống lái ôtô

Hình 2.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống lái

1.  Vành lái.                                      6. Hình thang lái

2.2Các góc đặt bánh xe

Để tránh trƣờng hợp ngƣời lái vẫn  phải tác động liên tục lên vô lăng để giữ xe ở trạng thái chạy thẳng, hoặc ngƣời lái phải tác dụng một lực lớn  để quay vòng xe, các bánh xe đƣợc lắp vào thân xe với các góc nhất định, những góc này đƣợc gọi chung là góc đặt bánh xe. Nếu các góc đặt bánh xe không đùng thì có thể dẫn đến các hiện tƣợng: khó lái, tính ổn định lái kém. Trả lái trên đƣờng vòng kém, tuổi thọ lốp giảm…

2.2.1 Góc nghiêng ngang bánh xe (Camber)

Là góc tạo bởi đƣờng tâm bánh xe dẫn hƣớng ở vị trí thẳng đứng với đƣờng tâm bánh xe ở vị trí nghiêng

Góc Camber ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngƣợc lại

dƣới tác động của trọng lƣợng bánh xe do các khe hở và sự biến dạng trong các

chi tiết của trục trƣớc và hệ thống treo. Đồng thời giảm cánh tay đòn của phản lựctiếp tuyến với trục đứng, để làm giảm moment tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành lái.

Khi chuyển động trên đƣờng vòng, do tác dụng của lực ly tâm thân xe nghiêng theo hƣớng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các bánh xe trong nghiêng ra ngoài so với xe. Để các bánh lăn gần vuông góc vơi mặt đƣờng để tiếp nhận lực bên tốt hơn, trên xe có tốc dộ cao, hệ thống treo độc lập thì góc Camber thƣờng âm.

2.2.2   Góc Caster và khoảng Caster

Góc Caster là góc nghiêng về phía trƣớc hoặc phía sau của trục xoay đứng. Góc caster đƣợc xác định bằng góc nghiêng giữa trục xoay đứng và đƣờng thẳng đứng, nhìn từ cạnh xe

Hình 2.3: Góc Caster

Khi trục xoay đứng nghiêng về phía sau thì đƣợc gọi là “góc caster dƣơng”,

còn trục nghiêng về phía trƣớc thì đƣợc gọi là “góc caster âm”. Khoảng cách từ

giao điểm giữa đƣờng tâm trục xoay đứng và mặt đƣờng đến tâm điểm tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đƣờng đƣợc gọi là “khoảng caster” của trục quay đứng.

Góc caster có ảnh hƣởng đến độ ổn định khi xe chạy trên đƣờng thẳng, còn khoảng caster thì ảnh hƣởng đến tính năng hồi vị bánh xe sau khi chạy xe trên đƣờng vòng. Bạn hãy lƣu ý với bánh xe có góc caster dƣơng lớn thì độ ổn định trên đƣờng thẳng tăng lên, nhƣng lại khó chạy trên đƣờng vòng.

Đối với những xe có góc caster, độ ổn định khi chạy trên đƣờng thẳng sẽ tăng. Vì khi trục xoay đứng quay để xe chạy vào đƣờng vòng, nếu các bánh xe có góc caster thì lốp sẽ bị nghiêng đi so với mặt đƣờng và tạo ra mômen “kích”, có xu hƣớng nâng thân xe lên. Mômen kích này đóng vai trò nhƣ một lực hồi vị bánh xe, có xu hƣớng đƣa thân xe trở về vị trí nằm ngang và duy trì độ ổn định trên đƣờng thẳng của xe.

Ngoài ra nếu bánh xe có góc caster thì giao điểm giữa đƣờng tâm trục xoay đứng với mặt đƣờng sẽ nằm phía trƣớc tâm điển tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đƣờng. Vì lốp xe đƣợc kéo về phía trƣớc nên lực kéo này sẽ lấn át các lực có xu hƣớng làm cho bánh xe mất ổn định, giữ cho bánh xe chạy ổn định theo đƣờng thẳng. Khi bánh xe đƣợc chuyển hƣớng sang một bên (do lái hoặc do trở ngại khi chạy trên đƣờng thẳng) thì sẽ phát sinh các lực bên F2 và F’2. Những lực bên này có tác dụng làm quay trục xoay đứng (nhờ có khoảng caster) và có xu hƣớng hồi vị bánh xe về vị trí ban đầu của nó (lực hồi vị T và T’). Vào lúc này, với cùng một

lực bên nhƣ nhau, nếu khoảng caster lớn, lực hồi vị bánh xe cũng lớn. Vì vậy, khoảng caster càng lớn thì độ ổn định trên đƣờng thẳng và lực hồi vị càng lớn.

Hình 2.8

2.2.3   Góc nghiêng trụ đứng

Góc nghiêng ngang của trụ đứng đƣợc xác định trên mặt cắt ngangg của xe.

Góc Kingpin đƣợc tạo nn bởi hình chiếu của đƣờng tâm trụ đứng trên mặt cắt

ngang đó và phƣơng thẳng đứng.

Hình 2.9 : Góc Kingpin

Khi bánh xe quay quanh trụ đứng với khoảng lệch tâm là bán kính quay của bánh xe quay quanh trụ đứng r0. Nếu r0  lớn sẽ sinh ra moment lớn quanh trụ quay đứng do sự cản lăn của lốp, vì vậy làm tăng lực đánh lái. Do đó giá trị r0  có thể đƣợc giảm để giảm lực đánh lái, phƣơng pháp để giảm r0 là tạo góc Camber dƣơng và làm nghiêng trụ đứng.

Góc Kingpin sẽ làm cho các bánh xe tự động quay về vị trí chạy thẳng sau khi quay vòng do có moment phản lực tác dụng từ mặt đƣờng lên bánh xe. Giá trị moment phản lực phụ thuộc vào độ lớn góc Kingpin

2.2.4   Độ chụm và độ mở (góc doãn)

Khi nhìn từ trên xuống, nếu phía trƣớc của các bánh xe gần nhau hơn phía sau

thì gọi là độ chụm. Nếu bố trí ngƣợc lại là độ mở.

Độ chụm đƣợc biểu diễn bằng khoảng cách BA. Kích thƣớc BA đƣợc đo ở

mép ngoài của vành lốp ở trạng thái không tải khi xe đi thẳng. Độ chụm có ảnh

hƣởng lớn tới sự mài mòn lốp và ổn định của vành lái.

Hình 2.10: Độ chụm

Quá trình lăn của bánh xe gắn liền với sự xuất hiện lực cản lăn Pf ngƣợc chiều chuyển động đặt tại chỗ tiếp xúc của bánh xe với mặt đƣờng. Lực Pf này đặt cách trụ quay đứng một đoạn R0 và tạo nên một moment quay với tâm truh quay đứng. Moment này tác dụng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe về phía sau. Để lăn phẳng

thì các bánh xe đặt với độ chụm   =B-A dƣơng. Với góc  nhƣ  thế thì tạo nên sự

ổn định chuyển động thẳng của xe tức là ổn định vành tay lái.

Hình 2.11: Lực cản lăn và vị trí đặt của nó

Ở cầu dẫn hƣớng, lực kéo cùng chiều với chiều chuyển động sẽ ép bánh xe về phía trƣớc. Bởi vậy góc   giảm. Trong trƣờng hợp này, để giảm ảnh hƣởng của

lực cản lăn và lực phanh đồng thời giảm tốc độ động cơ đột ngột (phanh bằng

động cơ), thì bố trí các bánh xe với góc đặt có giá trị nhỏ hơn hoạc bằng không.

CHƯƠNG 3: KHÍ ĐỘNG HỌC

Khi nghiên cứu chuyển động của dòng khí động tác động lên ô tô, ta phải đi vào tìm hiểu các phƣơng trình chuyển động của dòng lƣu chất: phƣơng trình bảo toàn khối lƣợng, phƣơng trình bảo toàn động lƣợng, phƣơng trình bảo toàn năng lƣợng và các phƣơng trình bảo toàn của các đại lƣợng khác. Cùng các điều kiện ảnh hƣởng đến tính ổn định : Lực cản khí động lên ô tô, lực cản mặt đƣờng lên ô tô. Giới hạn của luận văn chỉ xét đến lực cản gió là chính.

3.1  Tiêu  c huẩn  dòng  l ƣu  chất  (ch ất  lỏng  nh ớt)

Khi nói đến chất lỏng, tồn tại hai trạng thái chảy là chảy tầng và chảy rối. Chảy tầng các phân tử chất lỏng chuyển động thành từng lớp riêng lẻ, không xáo trộn lẫn nhau. Chảy rối các phân tử chất lỏng chuyển động hỗn loạn. Các trạng

thái chảy này phụ thuộc vào số Reynolds .

Trong đó :     V (m/s): vận tốc của chất lỏng.

D (m): đƣờng kính vật cản.

ν (m2/s): độ nhớt động học.

3.2.Tổng quan về khí động học trên ô tô.

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp ô tô, số lƣợng ô tô lƣu hành trên thế giới ngày càng tăng, nên thế việc sử dụng nhiên liệu trên thế giới ngày càng nhiều, làm cho lƣợng dầu mỏ trong tự nhiên ngày càng cạn kiệt. Vì thế đây cũng là vấn đề đặt ra cho các nhà thiết kế ô tô, sản xuất ra những chiếc ô tô có mức tiêu thụ nhiên liệu kinh tế nhất. Có nhiều biện pháp để giảm lƣợng nhiên liệu tiêu thụ trên ô tô nhƣ thiết kế ra những động cơ có lƣợng tiêu hao nhiên liệu thấp, động cơ sử dụng các nguồn năng lƣợng khác nhau và thiết kế ra những chiếc ô tô có hình dáng thích hợp để có đƣợc hệ số cản gió (Cd) nhỏ nhất.

Xét chung cho trƣờng hợp chuyển động của ô tô ở dạng tổng quát (hình

3.1), tức là khi ô tô chuyển động trên dốc không ổn định (có gia tốc) và có lực cản

ở móc kéo.

Hình 3.1 : Lực và momen tác dụng lên ô tô chuyển động tăng tốc ở trên dốc

Các ký hiệu trên hình gồm:

G: trọng lƣợng toàn bộ của ô tô.

Pk: lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động.

Pf1: lực cản lăn ở bánh xe bị động. Pf2: lực cản lăn ở bánh xe chủ động. Pω: lực cản không khí.

Pi: lực cản lên dốc.

Pj: lực cản quán tính của ô tô khi chuyển động.

Pm: lực cản ở móc kéo (khi ô tô kéo moóc).

Z1, Z2: phản lực tiếp tuyến của mặt đƣờng tác dụng lên các bánh xe ở cầu

trƣớc và cầu sau.

Mf1: mômen cản lăn ở bánh xe bị động

Mf2: mômen cản lăn ở bánh xe chủ động.

Khi ô tô chuyển động sẽ có các lực cản sau đây tác động:

a)  Lực cản lăn.

b)  Lực cản lên dốc.

c)  Lực cản không khí (lực khí động).

d)  Lực cản quán tính khi chuyển động không ổn định (có gia tốc). e)  Lực cản ở móc kéo.

Hình 5.24:mô hình trên carsim

Với yaw là góc lật và vận tốc gió ảnh hƣởng tới chuyển động của xe lực cản khi ngƣợc chiều chuyển độngngƣợc chiều X, có lợi khi cùng chiều lực X. khi vận tốc gió chuyển động cùng hoặc ngƣợc Y góc ( yaw  0)

Kế t Luận:

TỔNG KẾT: Kết Luận, Hƣớng Phát Triển.

Qua nghiên cứu về đặc tính mô phỏng của của phần mềm CarSim, trong luận văn này, nhóm thực hiện với vốn hiểu biết đã đƣợc học đã thực hiện việc cung cấp cái nhìn cơ bản nhất về phần mềm CarSim phiên bản 8.02. Đây có thể xem nhƣ là một tài liệu hƣớng dẫn làm quen và sử dụng phần mềm CarSim trong việc nghiên cứu thiết kế và tính toán ôtô. Để tiện việc tra cứu và sử dụng , luận văn đƣợc chia ra nhiều phần với từng hệ thống riêng biệt nhƣ: treo, lái, thắng, dẫn động và khí động học. Đây cũng là những phần chính trong việc thiết lập các thông số để phần mềm có thể mô phỏng và kiểm nghiệm. Ngoài ra, để hỗ trợ việc mô phỏng đƣợc chính xác và trực quan nhất, phần mềm CarSim còn hỗ trợ thiết lập các thông số về biên dạng mấp mô đƣờng, ảnh hƣởng của các yếu tố bên ngoài đến sự vận hành xe.

Phần mềm CarSim có tác dụng mô phỏng các biên dạng độ ổn định cho toàn hệ thống của xe thông qua các thông số và đƣờng đặc tính mà ngƣời dùng đề xuất để rồi so sánh với tiêu chuẩn an toàn trong giới hạn đƣợc cho phép, tính tối ƣu của từng hệ thống và có tính trực quan để so sánh với các tính toán thiết kế cụ thể.

Thông qua quá trình mô phỏng chúng ta có thể nguyên cứu một cách trực quan đƣợc các thay đổi của từng hệ thống trên xe trong những  điều kiện làm việc khác nhau. Nhƣ biên dạng mấp mô trên măt đƣờng ảnh hƣởng đến hệ thống treo lái thắng hay ảnh hƣởng của xe khi đi trong điều kiện tốc độ, gió,quay vòng… nhƣ thế nào. Ngoài ra phần mềm còn hỗ trợ chia biên dạng bề mặt lƣới 2D, 3D, cùng các biểu đồ (Plot) phân tích cụ thể quá trình hoạt động của xe ôtô.

Phần mềm rất đa dạng tạo điều kiện cho ta có nhiều biên dạng để chon lựa

(Dataset) theo các thông số của nhà sản xuất, cùng 1 số tiêu chuẩn công nghệ của

thế giới( Iso, Ansi, Dsi,Bsi, Jis..)mang tính quốc tế và linh động giúp giảm đƣợc thời gian kiểm nghiệm. Giúp cho quá trình thiết kế có thể nhận dạng đƣợc các tính phi thực tế và chƣa hoàn hảo, bất cập không phù hợp giữa tính toán và điều kiện hoạt động thực tế.

CarSim cung cấp công cụ để kiểm nghiệm rất đầy đủ cùng sự hỗ trợ của thƣ viện mở (Libraries) cùng với hệ thống kiểm định sẵn có (Dataset). Giúp cho công việc thiết kế và kiểm nghiệm rút ngắn thời gian sản sản xuất, giá thành cũng nhƣ lỗi trong thiết kế khi đƣa ra thị trƣờng tiêu thụ.

Bên cạnh các ƣu điểm trên chúng ta cũng thấy rằng vẫn còn nhiều thiếu sót

để hoàn thiện cho đầy đủ 1 quá trình kiểm nghiệm:

thống, sản phẩm.

theo điều kiện để bảo vệ môi trƣờng, phần này cũng rất quan trọng và cấp thiết để kiểm kiệm cho 1 chiếc xe mà hầu nhƣ các nhà sản xuất và khách hàng đều quan tâm đến.

 Hướng phát triển:

Đề tài “ Nghiên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng và kiểm nghiệm ôtô” đƣợc thực hiện trong khoảng thời gian 3 tháng ngắn ngủi và chỉ là cái nhìn tổng quát nhất về một phần mềm ứng dụng trong ngành kỹ thuật ô tô rất phức tạp.

Trong khuôn khổ của luận văn này việc xây dựng mô hình trên các thông số tính toán và điều kiện có sẵn của 1 số mẫu có sẵn nên mang tính gần đúng và chƣa cập nhật các dòng xe mang tính thƣơng hiệu và mới vì tài liệu không phổ biến và các thông số tính toán thực tế và tính toán mang tính bảo mật. Bởi vậy nên tro