Thiết kế, tính toán, tối ưu khung xe đua formula car tham dự cuộc thi formula SAE

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………… 6
Chương 1:
GIỚI THIỆU VỀ CUỘC THI FORMULA SAE VÀ CHIẾC XE THAM
DỰ………………………………………………………………………………8
1.1 Khái quát về cuộc thi thiết kế xe Formula SAE………………………… 8
1.2 Nội dung trong cuộc thi Formula SAE……………………………………8
1.2.1 Kiểm tra xe……………………………………………………………10
1.2.2 Nội dung thi mang tính tĩnh………………………………………… 10
1.2.3 Nội dung thi mang tính động…………………………………………11
1.3 Quy định của cuộc thi trong thiết kế xe………………………………… 12
1.3.1 Các quy định chung về xe Formula Sae………………………………12
1.3.2 Những quy định về an toàn………………………………………… 14
1.4 Quy trình tính toán thiết kế xe Formula Sae…………………………… 16
Chương 2:
BỐ TRÍ CHUNG VÀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN XE FORMULA
SAE…………………………………………………………………………… 17
2.1 Bố trí chung các cụm chi tiết trên xe…………………………………… 17
2.2 Bố trí người lái trong khoang xe………………………………………….19
1
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
2.2.1 Sơ đồ nhân chủng học ( sơ đồ kích thước của con người)……………20
2.2.2 Vị trí ghế ngồi……………………………………………………… 22
2.2.3 Xây dựng mô hình kích thước người lái xe Formula Sae…………….24
2.3 Lựa chọn động cơ sử dụng xe Formula Sae………………………………25
Chương 3:
GIỚI THIỆU VỀ KHUNG GẦM TRÊN XE THAM DỰ VÀ LỰA CHỌN
PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ KHUNG XE…………………………………… 27
3.1.Chức năng và nhiệm vụ………………………………………………… 27

3.2.Phân loại theo kết cấu của khung…………………………………………27
3.2.1.Khung hình thang…………………………………………………… 27
3.2.2.Khung không gian ống rỗng………………………………………… 28
3.2.3.Khung gầm liền khối………………………………………………….29
3.3.Đánh giá các phương án thiết kế………………………………………….31
3.4.Thiết kế khung xe Formula SAE………………………………………….31
3.4.1.Phương pháp thiết kế………………………………………………….31
3.4.2.Thiết kế phác thảo khung xe………………………………………….31
3.4.3.Thiết kế khung xe Formula SAE dạng dây………………………… 32
Chương 4:
GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM SOLIDWORKS VÀ ỨNG DỤNG TRONG
THIẾT KẾ, KIỂM NGHIỆM BỀN KHUNG XE FORMULA SAE………38
2
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
4.1.Giới thiệu phần mềm Solid Works……………………………………….38
4.2.Thiết kế 3D trong Solidworks…………………………………………….39
4.2.1 Cơ sở thiết kế chi tiết 3D trong Solidworks………………………… 39
4.2.2.Thiết kế khung xe Formula SAE bằng phần mềm Solidworks……….42
4.3.Lực tác dụng lên khung xe……………………………………………… 44
4.3.1 Xoắn theo chiều dọc thân xe………………………………………….45
4.3.2 Tải trọng uốn thẳng đứng…………………………………………… 46
4.3.3 Lực bên tác dụng lên khung………………………………………… 47
4.4 Tải trọng dự kiếu của xe Formula SAE………………………………… 49
4.5 Lựa chọn vật liệu………………………………………………………….50
4.6 Kiểm nghiệm khung xe bằng phần mềm COSMOS…………………… 52
4.6.1 Đặt vấn đề…………………………………………………………….52
4.6.2 Giới thiệu phần mềm COSMOS…………………………………… 53
4.6.3 Ứng dụng COSMOS giải bài toán kiểm nghiệm bền…………………55
a) Sơ đồ hóa các bước thực hiện giải bài toán kiểm nghiệm bền………….55

b) Cụ thểcác bước…………………………………………………………56
4.7 Kết quả kiểm nghiệm bền khung…………………………………………61
4.7.1 Độ bền uốn……………………………………………………………61
4.7.2 Kiểm nghiệm độ bền xoắn……………………………………………65
4.8 Kết luận………………………………………………………………… 68
Chương 5:
3
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
TỐI ƯU HÓA KHUNG XE THAM DỰ CUỘC THI FORMULA SAE
BẰNG SOLIDWORKS……………………………………………………….70
5.1 Ứng dụng COSMOSWORKS giải bài toán tối ưu hóa………………… 70
5.1.1 Sơ đồ hóa các bước thực hiện giải bài toán tối ưu……………………70
5.1.2 Các thông số chính của bài toán tối ưu……………………………….71
5.1.3 Các bước cụ thể……………………………………………………….72
B1.Sử dụng study tính bền tĩnh ( đã tạo ở chương 4)…………………… 72
B2.Lập và chạy một study tần số………………………………………….73
B3.Tạo một study tối ưu hóa………………………………………………74
B3.1 Tạo một study tối ưu……………………………………………… 74
B3.2 Định nghĩa các biến thiết kế……………………………………… 75
B3.3 Định nghĩa ràng buộc ứng suất von Mises……………………… 76
B3.4 Định nghĩa ràng buộc chuyển vị ………………………………… 77
B3.5 Định nghĩa ràng buộc tần số……………………………………… 78
B3.6 Chạy study tối ưu hóa………………………………………………79
B3.7 Xem thiết kế cuối cùng…………………………………………… 79
B3.8 Xem thiết kế tại vòng lặp thứ i…………………………………… 79
B3.9 Lập biểu đồ quá trình tối ưu…………………… ……………… 80
B3.10 Lập biểu đồ cho từng biến……………………………………… 82
B3.11 Làm tròn các kích thước cuối cùng……………………………….84
5.3 Đánh giá và nhận xét về công việc Tối ưu hóa………………………….85

4
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
KẾT LUẬN CHUNG…………………………………………………… 88
PHỤ LỤC…………………………………………………………………… 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 102
LỜI NÓI ĐẦU
5
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
Trên thế giới có rất nhiều cuộc thi chế tạo và thi đấu xe đua dành cho sinh viên
như Formula SAE, Eco Mileage Challenge, Shell Eco-Marathon,…
Những cuộc thi này được tổ chức để cung cấp những kinh nghiệm đào tạo thực
tế cho các sinh viên ở các trường đại học để sinh viên làm quen với mô hình dự
án thiết kế,đó cũng là một phần công việc mà sinh viên phải đối mặt sau này.
Qua các cuộc thi như vậy, sinh viên sẽ có kiến thức thực tế giúp ích cho quá
trình làm việc cũng như có thêm kinh nghiệm thực tế trong thiết kế xe ô tô.
Formula Student ( hay còn gọi là Formula SAE –F SAE ) là một cuộc thi được tổ
chức bởi hiệp hội kỹ sư ô tô ( Society of Automotive Engineers –SAE ) dành cho
sinh viên kĩ thuật trên toàn thế giới. Ở cuộc thi này,sinh viên sẽ mang đến những
chiếc xe công thức cỡ nhỏ do chính mình lên kế hoạch, thiết kế và chế tạo. Trong
cuộc thi, xe không chỉ được đánh giá về tính năng chạy mà còn được đánh giá cả
về các mặt như ý tưởng, thiết kế, chi phí sản xuất và đây là cuộc thi tổng hợp về
chế tạo sản phẩm.
Việc chế tạo chiếc xe này không chỉ giới hạn ở phần cơ khí và điện mà sinh viên
còn thu được nhiều kiến thức thực tiễn ở phạm vi rộng với các thử thách nâng
cao tính năng, hạ giá thành, nâng cao tính thương phẩm,… Thêm vào đó,sinh
viên còn được “nâng cao năng lực tự phát hiện và tự giải quyết vấn đề”- là đòi
hỏi đối với nhà kỹ thuật trẻ trung như sinh viên, đồng thời sinh viên được cảm
nhận thực tế thú vị, sự tuyệt vời của chế tạo sản phẩm. Hơn thế, điều không thể

thiếu được là phát huy khả năng làm việc nhóm giữa các thành viên , khả năng
lãnh đạo và thông qua việc chế tạo sản phẩm giúp thu được nhiều kinh nghiệm
quý báu.
Xuất phát từ việc xây dựng kế hoạch thiết kế chiếc xe đua đáp ứng đầy đủ những
yêu cầu về kỹ thuật cũng như các yêu cầu về an toàn theo luật để tiến tới tham
dự cuộc thi. Xuất phát từ tầm quan trọng và vai trò đặc biệt của khung xe. Em đã
chọn đề tài “Thiết kế, tính toán, tối ưu khung xe đua Formula Car tham dự cuộc
thi Formula SAE”
6
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
Nội dung thực hiện trong đề này nghiên cứu này bắt đầu từ việc tìm hiểu cuộc
thi, luật của cuộc thi. Sau đó thiết kế khung xe Formula SAE dựa trên kích thước
tiêu chuẩn của cuộc thi và kiến thức thiết kế tham khảo từ các đội khác. Sau khi
thiết kế khung xe, khung sẽ được đưa vào thực hiện các nội dung kiểm nghiệm
bền để đảm bảo độ cứng vững cần thiết. Cuối cùng là tối ưu hóa để tìm ra được
phương án thiết kế khung xe có khối lượng nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo điều kiện
an toàn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo Hoàng
Thăng Bình và các thầy trong bộ môn Ôtô và xe chuyên dụng – Viện cơ khí
động lực –Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án
tốt nghiệp này.
Hà Nội,ngày…… tháng ……năm 2012
Sinh viên

Nguyễn Văn Đức
Chương 1
7
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car

GIỚI THIỆU VỀ CUỘC THI FORMULA SAE
VÀ XE THAM DỰ
1.1 Khái quát về cuộc thi thiết kế xe Formula SAE
Formula SAE là một cuộc thi dành cho sinh viên trên toàn thế giới được tổ chức
bởi hiêp hội kỹ sư ô tô (SAE) của nước sở tại. Trong cuộc thi đó sinh viên đại
học và sau đại học tự thiết kế, chế tạo ra một chiếc xe đua công thức cỡ nhỏ,
thiết kế tối ưu và cạnh tranh với các đội khác. Xe ô tô dự kiến sẽ có bốn bánh hở
tổng dung tích làm việc của xy lanh không quá 610cc, xe có khả năng rất cao
trong gia tốc, phanh, lái, khí động học, các yếu tố tối ưu, có thể đưa vào sản xuất
và bảo dưỡng dễ dàng với chi phí sản xuất tối thiểu đảm bảo về an toàn khi đua
xe.
1.2 Nội dung trong cuộc thi Formula SAE
Cuộc thi Formula SAE gồm hai nội dung chính: đó là nội dung mang tính tĩnh và
nội dung mang tính động. Tổng cộng 1000 điểm với những nội dung chi tiết sau:
A1.1 Các đội đua tự sáng tạo thiết kế một chiếc xe phong cách riêng, cạnh tranh
với các đội đua khác và đặc biệt tuân thủ các yêu cầu quy định của cuộc thi
FORMULA SAE
A1.2 Mục tiêu thiết kế xe
Các đội đua được giả tưởng là họ sẽ thiết kế cho một công ty chuyên về thiết kế,
chế tạo và phải chứng minh chiếc xe của mình chuyên nghiệp, đáp ứng kĩ thuật,
an toàn và có khả năng thương mại hóa

8
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
A1.2.1 Chiếc xe có hiệu suất cao về khả năng tăng tốc, phanh và xử lý tình
huống. Chiếc xe cũng phải đủ bền để hoàn thành tất cả các vòng kiểm tra của
cuộc thi SAE
A1.2.3 Các chỉ tiêu đánh giá gồm: thẩm mỹ, chi phí, thiết kế hợp lý, bảo trì, sản
xuất được, và độ tin cậy cao.

A1.2.4 Một khi chiếc xe đã được hoàn thành và thử nghiệm, công ty thiết kế của
bạn sẽ cố gắng để "bán" thiết kế cho một "Công ty" đang xem xét sản xuất một
chiếc xe cạnh tranh. Thách thức đối với thiết kế của nhóm nghiên cứu là phát
triển một chiếc xe nguyên mẫu có đáp ứng tốt nhất các mục tiêu thiết kế xe
FSAE và có thể có lợi nhuận thị trường.
A1.2.5 Mỗi xe sẽ được đánh giá và đánh giá thiết kế so với thiết kế cạnh tranh
khác để xác định là tốt nhất tổng thể xe.
A1.3 Kỹ thuật thực hành
Chiếc xe tham dự cuộc thi Formula SAE được dự kiến sẽ được thiết kế và chế
tạo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của cuộc thi.
A1.4 Đánh giá thể loại
Những chiếc xe được đánh giá trong một loạt các sự kiện tĩnh và năng động bao
gồm: kiểm tra kỹ thuật, chi phí, trình bày, và kỹ thuật thiết kế, thử nghiệm thực
hiện solo, và theo dõi hiệu suất cao sức chịu đựng.
A1.4.1 Các phần thi sẽ ghi được điểm để xác định chiếc xe thực hiện tốt như thế
nào. Mỗi phần thi có quy định mức tối thiểu chấp nhận được hiệu suất được
phản ánh trong các phương trình tính điểm.
1.2.1 Kiểm tra xe:
9
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
-Kiểm tra xem xe có bảo đảm an toàn, phù hợp với các yêu cầu thiết kế hay
không, trong 5 giây thì lái xe có thoát ra khỏi xe hay không, kiểm tra phanh
(khóa 4 bánh), kiểm tra tiếng ồn (tiếng khí xả nhỏ hơn 110dB đo theo các điều
kiện quy định), thí nghiệm về nghiêng xe (xe nghiêng 45 độ không rò rỉ nhiên
liệu, xe nghiêng 60 độ với lái xe ngồi trên không bị lật). [0 điểm]
1.2.2 Nội dung thi mang tính tĩnh
•Chi phí:
-Dự toán và chi phí là yếu tố quan trọng phải xét đến trong hoạt động sản xuất là
điều nhắm tới buộc người tham gia học tập. Chiếc xe sẽ được xem xét cùng với

độ chính xác của bản báo cáo chi phí, được đánh giá mức độ chế tạo và tính phù
hợp giữa báo cáo chi phí xe.
Thông thường, với hạng mục thứ hai là hạng mục phụ tùng mua sẽ tiến hành
kiểm tra miệng, ví dụ như về quá trình sản xuất phụ tùng để đánh giá kiến thức
và mức độ nắm bắt. [100 điểm]
•Trình bày:
-Nhằm mục đích đánh giá năng lực trình bày của sinh viên. Việc trình bày sẽ tiến
hành trên điều kiền giả tưởng "bám theo ý tưởng cuộc thi, lãnh đạo công ty chế
tạo kiểm tra sự ưu việt về mặt thiết kế".[75 điểm]
•Thiết kế:
-Dựa trên tài liệu đã cung cấp từ trước và trên chiếc xe, đánh giá việc đã sử dụng
kỹ thuật nào, đã cất công ở đâu, và tính phù hợp với thị trường của những kỹ
thuật đã sử dụng đó. Cụ thể kiểm tra miệng về sự phù hợp thiết kế của xe và các
chi tiết cấu thành, tính mới, tính gia công, tính bảo dưỡng sửa chữa, tính lắp
ráp, [150 điểm]
1.2.3 Nội dung thi mang tính động:
10
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
•Gia tốc:
-Gia tốc từ 0-75m. Mỗi đội 2 lái xe, mỗi lái xe chạy hai lần, tổng cộng 4 lần chạy
và đo thời gian. [75 điểm]
•Chạy số 8:
-Đánh giá tính năng quay vòng trên đường hình số 8. Mỗi đội 2 lái xe, mỗi lái xe
chạy hai lần, tổng cộng 4 lần chạy và đo thời gian. [50 điểm]
Hình 1.1: Sơ đồ đường đua hình số 8
•Tránh chướng ngại vật:
11
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car

-Chạy 2 vòng trên đường đua thẳng, quay vòng,chữ chi, khoảng 800m. Mỗi
đội 2 lái xe, mỗi lái xe chạy 2 lần. Tổng cộng 4 lần chạy và đo thời gian. Chạy
bền sẽ theo thứ tự các đội nhanh xếp trước. [150 điểm]
•Chạy bền:
-Chạy vòng đường đua thẳng, quay vòng, chữ chi, khoảng 22 km. Đánh giá
tính năng tổng thể, độ tin cậy của xe theo thời gian. [300 điểm]
•Tiêu hao nhiên liệu:
-Đanh giá lượng tiêu hao nhiên liệu khi chạy bền. [100 điểm]
1.3 Quy định của cuộc thi trong thiết kế xe:
1.3.1 Các quy định chung về xe Formula Sae
•Hình dạng xe:
-Phải có 4 bánh và khoang lái hở (giống xe đua công thức 1)
-Chiều dài cơ sở phải nhỏ nhất là 1525 mm
-Vết bánh trước hoặc bánh sau của xe không nhỏ hơn 75% của vệt bánh lớn nhất
•Hệ thống treo:
-Xe phải được trang bị hệ thống treo đầy đủ với giảm chấn trước và sau,bánh xe
dịch chuyển một khoảng ít nhất là 50.8 mm, 25.4 mm khi nén và 25.4 mm khi
trả.
•Bánh xe:
-Kích thước lốp phải là 203.2 mm hoặc lớn hơn
•Lốp xe:
12
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
-Sử dụng lốp khô
-Nếu sử dụng lốp ướt thì talông của lốp > 2.4 mm
•Hệ thống lái:
-Phải tác dụng lên ít nhất 2 bánh xe
-Cho phép hành trình tự do là 7 độ
-Phải là hệ thống lái cơ khí với bánh trước dẫn động

•Hệ thống phanh:
-Xe phải được trang bị hệ thống phanh tác động lên 4 bánh xe thông qua 1 sự tác
động điều khiển.
-Phải có 2 đường dầu độc lập
-Phải có đèn phanh tối thiểu là 15W
•Hệ thống truyền lực:
-Có thể sử dụng xích hoặc đai và một vài loại khác
•Động cơ:
-Động cơ sử dụng cho xe phải là động cơ đốt trong 4 kỳ với tổng dung tích làm
việc không vượt quá 610 cc cho mỗi vòng quay
-Động cơ có thể được thay đổi trong phạm vi giới hạn của luật
-Nếu sử dụng nhiều hơn 1 động cơ thì tổng dung tích làm việc không vượt quá
610 cc và khí nạp cho tất cả các động cơ phải đi qua 1 họng hút
-Hệ thống truyền lực hybrid dùng năng lượng dự trữ không được cho phép
•Hệ thống xả:
-Phải được trang bị giảm âm
1.3.2 Những quy định về an toàn:
13
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
Các quy định tiêu chuẩn an toàn xác định kích thước thép tối thiểu cho các bộ
phận khác nhau của khung:
Ống thép tiêu chuẩn :
Bộ phận Đường kính ngoài * Độ dày (tối thiểu)
Khung chính và khung trước người lái
Thanh chắn hai bên vai
Ống tròn 25.4 mm*2.4 mm
Kết cấu chống va chạm bên, buồng
trước. Thanh giằng phía sau khung
chính

Bảo vệ khoang người lái
Ống tròn 25.4 mm x 1.65 mm
hoặc Ống tròn 25.0 mm x 1.75 mm
hoặc Ống tròn 25.4 mm x 1.60 mm
hoặc Ống vuông 25.0 mm x 25.0 mm x
1.25 mm
hoặc Ống vuông 26.0 mm x 26.0 mm x
1.2 mm
Vách ngăn bảo vệ phía trước, giằng hỗ
trợ
Ống tròn 25.4 mm x 1.65 mm
hoặc Ống tròn 25.0 mm x 1.5 mm
hoặc Ống tròn 26.0 mm x 1.2 mm
Lưu ý 1: Việc sử dụng thép hợp kim không cho phép độ dày ống mỏng hơn sử
dụng thép nhẹ.
Lưu ý 2: Đối với một ứng dụng cụ thể:
- Sử dụng ống với đường kính bên ngoài quy định, nhưng với độ dày ống lớn
hơn.
Đặc tính của thép được sử dụng để chế tạo khung xe Formula Sae phải lớn hơn
mức sau:
+Mô đun đàn hồi > 200 GPa
+Giới hạn chảy > 305 Mpa
+Giới hạn bền > 365 Mpa
14
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
Đặc điểm ứng suất giới hạn tại điểm hàn:
+Giới hạn chảy > 180 Mpa
+Giới hạn bền > 300 Mpa
Ống thép thay thế:

Vật liệu và ứng dụng Chiều dày nhỏ nhất
Thép ống dùng cho khung chính và
khung trước
Thanh đỡ vai
2.0 mm ( 0.079 inch)
Thép ống cho các thanh giằng,thanh
giằng hỗ trợ, thanh bên sườn, mặt đầu
(font bulkhaed), thanh hỗ trợ mặt đầu
1.2 mm ( 0.047 inch)
Lưu ý 1: Tất cả thép thay thế tương đương không được chọn thép hợp kim có
chiều dày nhỏ hơn thép nhẹ đang dùng
1.4 Quy trình tính toán thiết kế xe Formula Sae:
15
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
16
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
Chương 2
BỐ TRÍ CHUNG CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN
XE FORMULA SAE
2.1 Bố trí chung các cụm chi tiết trên xe
Chiếc xe tham dự cuộc thi Formula Sae là một chiếc xe công thức cỡ nhỏ có 1
chỗ ngồi với bốn bánh hở. Tổng dung tích làm việc của tất cả xy lanh động cơ
không quá 610 cc. Vì thế,hầu hết các đội đua trên thế giới đều lựa chọn động cơ
của xe motor 600 cc. Ưu điểm của việc lựa chọn này là giúp cho các đội giảm
khối lượng so với việc sử dụng động cơ ô tô.
Đi kèm với động cơ của xe motor này là hộp số. Việc bố trí chung trên xe
Formula Sae hầu hết đó là động cơ đặt sau dẫn động cẩu sau, sử dụng truyền
động xích từ hộp số ra vi sai.

Hình 2.1 Bố trí chung các cụm chi tiết trên khung xe
17
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
2.2 Bố trí người lái trong khoang xe:
Việc thiết kế khung vỏ cho xe ô tô phải chú ý tới chỗ ngồi của người lái và hành
khách. Đối với xe formula Sae là xe đua công thức nhỏ có 1 chỗ ngồi nên chỉ cần
thiết kế đảm bảo kích thước hình học chỗ ngồi cho người lái và đảm bảo an toàn
cho người lái trên đường đua.
Chỗ ngồi của người lái xe Formula Sae phải bảo đảm:
-Thoải mái khi điều khiển, đảm bảo không gian ghế ngồi
-Đảm bảo khả năng quan sát
-Đảm bảo khả năng điều khiển bằng chân (bàn đạp ly hợp, phanh,ga,…)
-Đảm bảo khả năng điều khiển bằng tay ( vô lăng, các loại công tắc)
-Đảm bảo tính an toàn khi va chạm
Hình 2.2 Khoảng cách từ đỉnh đầu người lái tối thiểu là 50 mm
18
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
Hình 2.3 Khoảng cách từ phía sau đầu người lái đến đường chéo sau tối thiểu là
50 mm
Hình 2.4 Các thanh chéo bảo vệ bên có góc nghiêng tối thiểu là 30 độ và đặt
cách đỉnh tối thiểu 160 mm
19
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
Hình 2.5 Khoảng cách từ thanh bảo vệ bên tới mặt đất phải từ 300-350 mm
2.2.1 Sơ đồ nhân chủng học ( sơ đồ kích thước của con người)
Do ở Việt Nam chưa có sơ đồ nhân chủng học vì vậy sinh viên thực hiện đề tài
dựa theo tiêu chuẩn của Đức để xây dựng sơ đồ kích thước của người lái.

Kích thước của người lái xe formula Sae được xây dựng theo kích thước chiều
cao của người Việt Nam.
Kích thước các bộ phận trên cơ thể:
1.KT1: kích thước từ khớp cổ tay tới khớp khủy tay
2.KT2: kích thước từ khởi khủy tay tới khớp vai
3.KT3: kích thước từ khớp vai tới khớp hông
4.KT4: kích thước từ khớp hông tới khớp đầu gối
20
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
5.KT5: kích thước từ khớp đầu gối tới khớp cổ chân
6.KT6: kích thước từ khớp cổ chân tới khớp mặt bàn chân
7.KT 7: chiều cao trung bình
Hình 2.6 Mô hình người ngồi theo tiêu chuẩn của quốc gia Đức VDI 2780
Góc giữa trục cẳng chân và đùi là 100º - 130 º
Góc giữa trục của đùi và trục của thân người là 100 º - 105 º
Góc giữ trục cổ tay và cánh tay là 105 º - 115 º
Góc giữa trục cổ tay và mặt phẳng vành vô lăng là 4 º
Góc giữa trục thân người với trục thẳng đứng qua đầu là 20 º - 30 º
Gía trị các góc giữa các bộ phận trên cơ thể: đây là các giá trị góc trung bình
thích hợp đảm bảo cho việc thiết kế ghế ngồi được thuận tiện.
Góc giữa khủy chân và bàn chân phải là rất quan trọng vì luôn luôn đặt lên bàn
đạp ga.
21
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
Từ mô hình nhân chủng học của con người,em đã xây dựng được các kích thước
cơ bản của người lái xe Formula Sae như sau:
Kích thước Chiều dài (mm)
1 237

2 268
3 457
4 424
5 496
6 107
7 1655
Bảng 2.1 Kích thước giữa các bộ phận người lái xe Formula Sae
2.2.2 Vị trí ghế ngồi:
Ngoài các thông số trên,khi thiết kế ghế ngồi người ta còn quan tâm tới:
+Điểm tiếp xúc với ghế ngồi H làm cơ sở cho việc thiết kế ( H là điểm tiếp xúc
với ghế ngồi – là điểm quay của chân và thân người )
+Điểm tiếp xúc F: Là giao điểm của 3 mặt phẳng ( mặt phẳng sàn xe, mặt phẳng
bàn đạp, mặt phẳng đi qua dọc ống chân ).
Vị trí ghế ngồi được mô tả bằng hai giá trị đặc trưng:
22
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
Khoảng cách nằm ngang của điểm H so với điểm F (X)
Khoảng cách theo trục đứng của điểm H so với điểm F (Z)
Hình 2.7 Vị trí ghế ngồi người lái xe Formula Sae
Loại xe Chiều cao điểm H so với
điểm F (mm)
Dịch chuyển ghế (mm)
23
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
Xe thể thao 100 đến 200 180 đến 250
Bảng 2.2 Vị trí ghế ngồi của người lái xe Formula Sae
2.2.3 Xây dựng mô hình kích thước người lái xe Formula Sae
Hình 2.8 Mô hình kích thước người lái ( cao 165 cm)

24
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52
Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế,tính toán và tối ưu khung xe Formula Car
2.3 Lựa chọn động cơ sử dụng xe Formula Sae
Quy định của cuộc thi Fomula Sae đó là sử dụng động cơ 4 kỳ tổng dung tích
làm việc của 4 xy lanh không quá 610 cc. Hầu hết các đội tham dự cuộc thi
Formula Sae ở các nước trên thế giới đều sử dụng động cơ của xe Motor phân
khối lớn ( 600cc).
Qua tìm hiểu trên thị trường có các loại động cơ 600 cc của các hang: Honda,
Suzuki, Yamaha, Kawasaki, Triumph.
Cuộc thi Formula Sae không chỉ đòi hỏi khả năng tăng tốc, chạy bền mà còn
đánh giá lượng tiêu hao nhiêu liệu. Vì vậy động cơ đượng chọn không chỉ có
công suất và mô men xoắn cao mà còn phải tiêu thị nhiên liệu thấp. So sáng các
động cơ đượng chọn ở dưới ta có biểu đồ so sánh:
Hình 2.9 So sánh công suất giữa các động cơ
25
Sinh viên: NGUYỄN VĂN ĐỨC Lớp Ôtô B – K52