Tiểu luận Ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng ô tô SPKT _ Huỳnh Thịnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TIỂU LUẬN CUỐI KỲ

ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG MÔ PHỎNG VÀ THIẾT
KẾ Ô TÔ

TP. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 5 năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TIỂU LUẬN CUỐI KỲ
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Tên tiểu luận

MÔ PHỎNG XE MỘT CẦU CHỦ ĐỘNG VÀ HAI CẦU CHỦ
ĐỘNG TRONG KHẢ NĂNG LEO DỐC, CHẠY TRÊN
ĐƯỜNG BẰNG, ĐƯỜNG TRƠN

TP. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 5 năm 2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Tên tiểu luận: Mô phỏng xe một cầu chủ động và hai cầu chủ động trong khả

năng leo dốc, chạy trên đường bằng, đường trơn bằng Carsim.
Họ và tên Sinh viên

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

I. NHẬNXÉT
1. Về hình thức trình bày & tính hợp lý của cấu trúc tiểu luận:

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Về nội dung (đánh giá chất lượng tiểu luận, ưu/khuyết điểm và giá trị thực tiễn)

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

II. NHỮNG NỘI DUNG CẦN ĐIỀU CHỈNH, BỔ SUNG
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

III. ĐỀ NGHỊ VÀ ĐÁNH GIÁ
Điểm đánh giá (theo thang điểm 10): ....................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018
Giảng viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và rèn luyện học phân mô phỏng tính toán và thiết kế ô tô chúng
em đã học được rất nhiều kiến thức bổ ích về chuyên môn từ thầy, chúng em được các thầy
tân tình chỉ dạy và giúp đỡ trong quá trình học tập. Từ những kiến thức mà các thầy chỉ dạy
giúp chúng em có nền tảng vô cùng vững chắc để hoàn thành tiểu luận cuối kỳ một cách tốt
đẹp.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn Khung Gầm đã truyền dạy cho
chúng em những kiến thức về chuyên môn vô cùng quý báu, giúp chúng em tiếp cận gần
hơn và hiểu biết rõ hơn về ngành nghề mà mình đã chọn để chúng em có một nền tảng kiến
thức và hiểu biết vững chắc để bước vào đời.
Nhóm chúng em đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thạc sĩ Giảng viên HUỲNH
THỊNH Giáo viên hướng dẫn đề tài, người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều
khiện, động viên và giúp đỡ chúng em rất nhiều về mặt tinh thần cũng như kiến thức để
chúng em vượt qua những ngày tháng khó khăn trong sự tìm tòi hiểu biết về lĩnh vực mới,
kiến thức mới để rồi cuối cùng hoàn thành được tiểu luận cuối kỳ ngày hôm nay.
Mặc dù đã rất cố gắng và nỗ lực nhiều, nhưng do kiến thức ít ỏi của chúng em cũng như
thời gian nghiên cứu là có hạn nên những thành quả đạt được không tránh khỏi những thiếu
sót. Do đó chúng em kính mong nhận được những sự đóng góp, chỉ dạy của thầy để chúng
em hoàn thiện tiểu luận được tốt hơn.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 05 năm 2018
Nhóm sinh viên thực hiện

i


TÓM TẮT

Qua các phân tích và đánh giá cho ta thấy được tình hình về ngành công nghiệp ô
tô ở nước ta còn nhiều khó khăn và thách thức lớn để góp phần cho TCVN chuẩn
hóa và sánh kịp cùng các nước 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 được 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 trước khi các nhà sản
xuất ô tô sản xuất nhằm bảo đảm quyền lợi người tiêu dùng, tạo điều kiện cho các
nhà thiết kế và sản xuất trong nước có cơ hội khẳng định mình.

Carsim cung cấp các phương pháp chính xác, chi tiết và hiệu quả nhất để mô
phỏng hiệu suất của xe ô tô, xe chở khách và xe tải. Với hơn 20 năm chứng thực
thực tế của các kỹ sư ô tô, Carsim là một công cụ được ưa chuộng để phân tích động
lực học của xe, phát triển bộ điều khiển hoạt động, tính toán các đặc tính hoạt động
của xe, và kỹ thuật các hệ thộng an toàn hoạt động thế hệ tiếp theo.
Giới hạn đề tài với sự hướng dẫn của giảng viên thì nhóm đã tiến hành mô phỏng
để có cái nhìn trực quan và sinh động về tính cơ động, khả năng bám và lực kéo của
xe một và hai cầu chủ động bằng phần mềm Carsim 8.02.

ii


ii


MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn........................................................................................................................... i
Tóm tắt........................................................................................................................... …ii

Mục lục.............................................................................................................................. iii
Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu................................................................................ iv
Danh mục các hình............................................................................................................. v
Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ...................................................................................... 1
Chương 2. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN PHẦN MỀM CARSIM 8.02..............................1
2.1. Tổng quan phần mềm................................................................................................ ..1
2.2. Khởi động phần mềm................................................................................................ ..1
Chương 3. MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
TRÊN ĐƯỜNG DỐC...................................................................................................... ..3
3.1. Các bước thiết lập mô phỏng..................................................................................... ..3
3.2. Hiện thị kết quả mô phỏng........................................................................................ ..7
3.3. Phân tích và đánh giá kết quả.................................................................................... ..8
Chương 4. MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
TRÊN ĐƯỜNG BẰNG................................................................................................... 13
4.1. Các bước thiết lập mô phỏng..................................................................................... 13
4.2. Hiện thị kết quả mô phỏng........................................................................................ 19
4.3. Phân tích và đánh giá kết quả.................................................................................... 20
Chương 5. MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
TRÊN ĐƯỜNG TRƠN.................................................................................................... 25
5.1. Các bước thiết lập mô phỏng..................................................................................... 25
5.2. Hiện thị kết quả mô phỏng........................................................................................ 30
5.3. Phân tích và đánh giá kết quả.................................................................................... 31
Chương 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 37

iii


iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
TP HCM: Thành Phố Hồ Chí Minh
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam
R-WD: Rear-wheels drive (cầu cầu chủ động)
4-WD: Four-wheels drive (hai cầu chủ động)
rpm: Revolutions Per Minute (số vòng quay trên phút)
Pe

: Công suất động cơ

Fk
Z1
Z2

ϕ

: Lực kéo của xe
: Phản lực từ đường tác dụng lên các bánh trước
: Phản lực từ đường tác dụng lên các bánh sau

: Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường

Fϕ

: Lực bám giữa bánh xe với mặt đường

iv


iv

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 2.1. Chọn cơ sở dữ liệu phần mềm..................................................................................2
Hình 2.2. Chọn cơ sở dữ liệu phần mềm..................................................................................2
Hình 2.3. Giao diện cửa sổ làm việc Carsim 8.02...................................................................3
Hình 3.1. Thiết lập xe RWD (vàng)..........................................................................................4
Hình 3.2. Chọn công suất cầu sau.............................................................................................5
Hình 3.3. Chạy mô phỏng......................................................................................................... 5
Hình 3.4. Chọn công suất xe hai cầu........................................................................................6
Hình 3.5. Chạy mô phỏng và so sánh với xe RWD.................................................................7
Hình 3.6. Xuất video mô phỏng................................................................................................7
Hình 3.7. Video mô phỏng........................................................................................................8
Hình 3.8. Xuất đồ thị................................................................................................................. 8
Hình 3.9. Đồ thị vòng tua máy rpm..........................................................................................9
Hình 3.10. Lực tác dụng lên xe RWD...................................................................................... 9
Hình 3.11. Lực tác dụng lên xe 4WD.....................................................................................10
Hình 3.12. Moment xoắn tại bánh xe cầu trước.................................................................... 10
Hình 3.13. Moment xoắn tại bánh xe cầu sau........................................................................11
Hình 3.14. Đồ thị trạng thái tay số..........................................................................................12
Hình 3.15. Đồ thị tốc độ xe.....................................................................................................12
Hình 3.16. Đồ thị gia tốc theo phương dọc g/s......................................................................13
Hình 4.1. Thiết lập xe RWD (vàng)........................................................................................14
Hình 4.2. Chọn công suất cầu sau...........................................................................................15
Hình 4.3. Thiết lập đường phẳng............................................................................................15
Hình 4.4. Chọn loại đường thẳng............................................................................................16
Hình 4.5. Chọn loại đường thẳng............................................................................................16
Hình 4.6. Chọn loại đường thẳng............................................................................................17
Hình 4.7. Chạy mô phỏng.......................................................................................................17

Hình 4.8. Chọn công suất xe hai cầu......................................................................................18

v


Hình 4.9. Chạy mô phỏng và so sánh với xe RWD...............................................................19
Hình 4.10. Xuất video mô phỏng............................................................................................19
Hình 4.11. Video mô phỏng.................................................................................................... 20
Hình 4.12. Xuất đồ thị.............................................................................................................20
Hình 4.13. Đồ thị vòng tua máy rpm......................................................................................21
Hình 4.14. Moment xoắn tại bánh xe cầu trước.................................................................... 21
Hình 4.15. Moment xoắn tại bánh xe cầu sau........................................................................22
Hình 4.16. Đồ thị trạng thái tay số..........................................................................................23
Hình 4.17. Đồ thị tốc độ xe.....................................................................................................23
Hình 4.18. Đồ thị gia tốc theo phương dọc g/s......................................................................24
Hình 5.1. Thiết lập xe RWD (vàng).........................................................................................25
Hình 5.2. Chọn công suất cầu sau............................................................................................26
Hình 5.3. Thiết lập đường trơn.................................................................................................26
Hình 5.4. Thiết lập đường trơn.................................................................................................27
Hình 5.5. Chọn lại hệ số ma sát (loại đường trơn)...................................................................27
Hình 5.6. Chọn xe trên đường trơn ......................................................................................... 28
Hình 5.7. Thiết lập đường trơn.................................................................................................28
Hình 5.8. Thiết lập đường trơn ................................................................................................29

v


Hình 5.9. Chạy mô phỏng.......................................................................................................29
Hình 5.10. Chọn công suất xe hai cầu......................................................................................30
Hình 5.11. Chạy mô phỏng với xe R-WD................................................................................30

Hình 5.12. Xuất video mô phỏng.............................................................................................31
Hình 5.13. Video mô phỏng..................................................................................................... 31
Hình 5.14. Xuất đồ thị..............................................................................................................31
Hình 5.15. Đồ thị vòng tua máy rpm....................................................................................... 32
Hình 5.16. Lực tác dụng lên xe RWD......................................................................................32
Hình 5.17. Lực tác dụng lên xe 4WD......................................................................................33
Hình 5.18. Moment xoắn tại bánh xe cầu trước.................................................................... 33
Hình 5.19. Moment xoắn tại bánh xe cầu sau........................................................................34
Hình 5.20. Đồ thị trạng thái tay số..........................................................................................35
Hình 5.21. Đồ thị tốc độ xe.....................................................................................................35
Hình 5.22. Đồ thị gia tốc theo phương dọc g/s......................................................................36

v


Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Để có được cái nhìn trực quan, dễ dàng so sánh, phân tích và đánh giá về khả năng cơ
động của xe một cầu chủ động (R-WD) và (4-WD) với cùng một công suất trên ba loại
đường thường gặp là lên dốc, đường bằng và đường trơn.
Dưới sự hướng dẫn của giảng viên, nhóm quyết định chọn Carsim 8.02 để tiến hành
mô phỏng.
Chương 2. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN PHẦN MỀM CARSIM 8.02
2.1 Tổng quan phần mềm
Phần mềm Carsim được xây dựng và phát triển bởi công ty Mechanical
Simulation Corporation có trụ sở tại Ann Abor, Michigan, chuyên cung cấp các
ứng dụng mô phỏng tương tác 3D. Ra đời vào năm 1996, đến nay carsim cùng với
các phần mềm tính toán trucksim, bikesim được cung cấp cho hơn 30 nhà sản xuất,
150 trường đại học và các nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới.
Carsim thực hiện các mô phỏng dự đoán về ô tô, các chuyển động của xe đua,
che chở khách, xe tải nhẹ và các loại xe tiện ích… Tìm câu trả lời cho mong muốn

điều khiển của người lái (hệ thồng lái, bướm ga, hệ thống phanh, ly hợp, và sang
số…) trong một số điều kiện lái xe thực tế và mô phỏng một phần các thiết kế ban
đầu ở dạng cơ bản nhất.
Được dùng để thiết kế, phát triển và kiểm định các hệ thống trên xe, carsim cho
phép người dùng thay đổi các thông số, lựa chọn và phân tích tốt nhất về khí động
học, kiểm nghiệm khung sườn và các ảnh hưởng đến xe của những hệ thống treo,
lái, thắng… Carsim phân tích hiệu suất ứng với sự thay đổi trên xe trong một môi
trường nhất định nào đó bằng các chuyển động, lực và moment tác động lên quá
trình tăng tốc, ổn định hay phanh.
Carsim với hệ thống dữ liệu hình ảnh mô phỏng sống động, hơn 800 phương trình
phân tích tính toán, đồ thị và có khả năng xuất ra dưới dạng file mathlab, excel…
với giao diện hiện đại, người dùng có thể chạy một thử nghiệm mô phỏng hay xem
đồ thị đặc tính với một click chuột. Các đồ thị và mô phỏng là công cụ phân tích
linh hoạt và tương tác cao, có thể dễ dàng xuất và chèn vào các bản báo cáo, hay
thuyết trình power point.
2.2 Khởi động phần mềm
Start

→

Apps

→

CarSim 8.02

→

CarSim hoặc dùng chuột double - click

15


vào biểu tượng

trên màn hình Desktop, sau đó chọn cơ sở dữ

liệu, tiếp tục chọn theo ô màu đỏ continue with the selected database.

Hình 2.1 Chọn cơ sở dữ liệu phần mềm

Hình 2.2 Chọn cơ sở dữ liệu phần mềm
Ta được màn hình như sau, click chọn select.

16


Hình 2.3 Giao diện cửa sổ làm việc Carsim 8.02
Chương 3. MÔ PHỎNG, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ TRÊN ĐƯỜNG
DỐC
3.1 Các bước thiết lập mô phỏng
 Thiết lập xe 1 (xe một cầu chủ động (R-WD), màu vàng)

17


Hình 3.1 Thiết lập xe RWD (vàng)
•

Vehicle configuration

set
•
•

→

→

A-Class,Hatchback

→

New

→

tạo xe 1 tại mục title

→

back

Procedure

→

Set run color

2WD to 4WD

→

chọn màu vàng

- Thiết lập đường leo dốc
•

150 deg. Azimuth, Veh. Ref.

- Thiết lập cầu sau chủ động cho xe 1

18


Hình 3.2 Chọn công suất cầu sau
•

Powertrain

→

Rear-Wheel drive

→

200 kW, 6-spd. 4,1 ratio

→

Lock

→

back

- Lựa chọn xe 1 và chạy mô phỏng

Hình 3.3 Chạy mô phỏng
•

Vehicle configuration

→

xe 1

19


•

Run Math Model

 Thiết lập xe 2 (xe hai cầu chủ động (4-WD), màu đỏ)
- Các bước thiết lập tương tự xe 1 chỉ khác việc lựa chọn hai cầu chủ động thay vì
một cầu chủ động như xe 1

Hình 3.4 Chọn công suất xe hai cầu
•

Powertrain

→

4-Wheel drive

→

200 kW, 6-spd. 4,1 ratio

→

Lock

→

back

- Chạy mô phỏng

20


Hình 3.5 Chạy mô phỏng và so sánh với xe RWD
•

Overlay animations and plots with other runs

→

xe 1

→

Run Math Model

3.2 Hiển thị kết quả mô phỏng
 Hiển thị video mô phỏng trực quan

→

Animate

Hình 3.6 Xuất video mô phỏng

21


Hình 3.7 Video mô phỏng
 Hiển đồ thị

→

Plot

Hình 3.8 Xuất đồ thị
3.3 Phân tích và đánh giá kết quả
 Đồ thị vòng tua máy (rpm)

22

Hình 3.9 Đồ thị vòng tua máy rpm
- Qua video mô phỏng ta thấy xe 2 cầu (xe đỏ) leo dốc mạnh hơn xe 1 cầu (xe vàng)
bởi vì:
+ Xe 1 cầu chủ động (xe vàng)

Hình 3.4 Lực tác dụng lên xe RWD
Fk
Z1

=
+

Fk 2
Z2

=
=

Z 2 .ϕ

(1)

G

+ Xe 2 cầu chủ động (xe đỏ)

23

Hình 3.5 Lực tác dụng lên xe 4WD
Fk'

=

Fk'1 Fk' 2

+

Z1'

+ từ (1) và (2) ta có

Fϕ'

>

Fϕ ⇒ Fk'

>

+

=

Z 2'

Z1' .ϕ

+

Z 2' .ϕ

(2)

=G

Fk

-

Tốc độ hộp phân phối xe hai cầu lớn hơn xe một cầu, xe một cầu không có hộp
phân phối nên tốc độ hộp phân phối bằng không

-

Tốc độ của động cơ của hai xe gần như nhau vì hai sẽ được thiết lập cùng công suất
cực đại 200Kw, 6-spd, 4.1 ratio

 Đồ thị moment xoắn tại hai bánh (N-m)
-

Cầu trước

24


Hình 3.12 Moment xoắn tại bánh xe cầu trước

- Moment truyền tới cầu trước của xe 2 cầu gần bằng một nữa công suất của
động cơ (có hao phí công suất trên hệ thống truyền lực) vì có hộp phân phối
phân chia công suất tới hai cầu xe. Còn xe 1 cầu (R-WD) toàn bộ công suất sẽ
thông qua hệ thống truyền lực (hộp số, trục cardan …) truyền hết vào cầu sau
nên công suất cầu trước (cầu bị động) bằng không
-

Cầu sau

Hình 3.6 Moment xoắn tại bánh xe cầu sau

- Ngược lại với ở cầu trước công suất của xe R-WD sẽ truyền hết công suất thông
qua hệ thống truyền lực tới cầu sau nên công suất cầu sau xe R-WD gần bằng
công suất động cơ (vì có hao phí công suất trên hệ thống truyền lực). Còn

25