Giáo trình thiết kế ô tô iuh

LỜI NÓI ĐẦUCông nghiệp ô tô thề giới đã trài qua gần /40 năm, từ khi chiếc “automobile ” đầu tiên chạy bằng động cơ hơi nước của kỹ sư CUGNOT người Pháp ra đời, đi suốt gần 3 the kỳ 19,

PHẠM XUÂN MAI (Chủ biên) NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LUU - NGUYỄN VĂN ĐÔNG

P1IAM VÀN HÀ - TRẦN THI MỸ TIỄN 1

THIẾT KÍ on

NHÀ XUÂT BÀN

ĐẠI HỌC QUÓC GIA TP Hồ CHÍ MINH

TH ACO AUTO

XE BUS CỦ A TH ACO

Xe bus do Thaco thiết kế, chế tạo,

tỷ lệ nội địa hoá lên đến 60%,

cung ứng cho thị trưởng trong nước và xuất khẩu

PHẠM XƯĂN MAI (chú biên)

NGUYEN PHỤ THƯỢNG Lưu, NGUYỄN VĂN ĐÔNG

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghiệp ô tô thề giới đã trài qua gần /40 năm, từ khi chiếc “automobile ” đầu tiên chạy bằng động cơ hơi nước của kỹ sư CUGNOT (người Pháp) ra đời, đi suốt gần 3 the kỳ 19, 20 và 21 và cùng với nó là quá trình thiết kế ô tô từ những concept het sức đơn gián vào thời kỳ đấu đen nay đã trài qua nhiều thay đổi lởn trước nhu cầu biền đoi của thị trường, sự tiên triển của khoa học kỹ thuật và còng nghệ cũng như sự phát triển của công nghệ thông tin, chuyển đổi số và các phần mềm, cóng

cụ thiết kế hiện dại Ngày nav quá trình thiết kế ô tô không đơn giản là một quy trình 4 hước: sơ bộ, kỹ thuật, còng nghệ, thi công mà là một quá trình tuân thù và đáp ứng chuôi giá trị sân xuất ô tô: từ thị trường đến R&D, thiết ké, sán xuất mau, thử nghiệm, săn xuất hàng loạt rồi lại di vào vòng quay phục vụ và nhận phản hồi cùa thị trường đê thay đôi thiết kế mới phù hợp.

Đê trở thành một nước câng nghiệp và ngành công nghiệp ô tô trở thành mũi nhọn thì Việt Nam phái cỏ hệ thống các nhà sản xuất ô tô quy mô công nghiệp Để làm được những yêu cầu này, các doanh nghiệp sản xuất ô tô phải có đội ngữ kỹ sư trong đó kỹ sư R&D và kỹ sư thiết kể ô tô chuyên nghiệp vừa phải cỏ kiến thức và

kỹ năng sâu và rộng vể thiết kể, công nghệ, ngoài ra họ còn phải có hiểu biết sâu sắc về thị trường và quản trị ngành công nghiệp ô tô vù có tư duy còng nghiệp 4.0

Có the nói, kiến thức về thiết kế ô tô dóng vai trò vô cùng quan trọng và can thief trong công nghiệp ô tô.

Ngày nay, người kỹ sư thiết kế ô tò cần cỏ ý thức và hiểu biết sâu sắc rằng: san phẩm thiết kế phải đảm bào khàng những tính khả thi (Feasibility) mà còn phải có tính khá dụng (Usability), có nghía là sàn phàm phải sử dụng tot và đặc biệt là phái

cỏ tỉnh khả thương hay tính dễ hán (Saleability) khi dổi mặt vói sự cạnh tranh gay gat của một thị trường phức tạp như thị trường ỏ tô.

Ớ Việt Nam cho đền nay ván chưa cỏ những cuồn sách viết ve thiêt kê ô tô, trong

đó tông hợp những kiến thức liên quan đến thiết kể phân tích ô tô theo chuôi giá trị cùa ô tớ tại các nhà máy công nghiệp ô tô theo xu hướng mới của thể giới để phục

vụ cho các kỹ sư đang trực tiếp làm việc tại các khu vực này, do chính những người

đã tham gia công tác R&D, thiết kể, chế tạo â tô cũng như dào tạo lại kỹ sư ô tô tại các doanh nghiệp công nghiệp ô tỏ thực hiện.

Nguồn cám hứng của chúng tòi đế viết nên cuốn sách này là một tác già nối tiếng

về thiết kế ô tô: Janusz Pawlowski, ông từng cùng lúc làm giám đốc kỹ thuật nhà máy ô tô AutoSAN và là giáo sư trường Đại học bách khoa Warszawa (War.sava,

Ba Lan), người vừa củ kiến thức uyên bác của mật giáo sư dại học, lại có rát nhiêu kinh nghiệm thực tế về sàn xuất ô tô những năm 1970 Cuốn sách “Automotive Body Engineering ” của ông đã được dịch ra tiếng Nga, tiếng Anh và dược các nhà thief

kể ỏ tỏ Âu, Mỹ Nga sử dụng như một tài liệu thiết kề “kinh diên ”, là cuốn sách gối đầu giường của các kỹ sư ò lô những năm 1970 — 2000 và cho đèn hiện nay.

Trên cơ sở tiếp thu những tinh hoa của Janusz Pawlowski, cũng như kết hợp với nhiều tài liệu thiết kế, tài liệu R&D về ô tô của nhiều tác giả và các hãng ché tạo

3

và R&D ô tô noi tiếng ở nước ngoài, cuốn sách Thiết kế ô tô được chúng tòi biên soạn bao gôm 12 chương: Nghiên cứu phát triển sán phâm ô tô (R&D) là bước đầu tiên trong chuôi giá trị cùa thiết kế chế tạo ó tô để ra được tài liệu thiết kế concept ô tô được trình bày trong chương / đây là phần tóm tắt của cuốn sách

“Nghiên cứu phát triển sàn phẩm ô tô và cơ khỉ" của tác giả đã xuất bàn tại Nhà xuất bân Khoa học và Kỹ thuật năm 2020 Chương 2 trình bày về thiết kế tòng thê

ỏ tô, lần đần tiên khái niệm thiết kể tông thê (master design hay còn gọi là

“package design ”) được trình bày tại Việt Nam, cung cấp cho các kỹ sư các kiến thức thiết kế tỏng thê, thiết kế cấu hình ô tô và các kiến thức xây dựng bố cục một

chiếc ỏ tò trên nên concept dã được lựa chọn trong chương l Một kiên thức mời nữa trong thiết kê ô tò là thiết kê kiêu dáng xe được trình bày trong chương 3

trong đò có những khái niệm rat mới như “ngôn ngữ thiết kế", “linh hon cùa sự

chuyên động", cùng những kiến thức, công cụ về thiết kế kiêu dáng được trình

bày sinh động Chương 4 trình bày các kiên thức về phương pháp xác định các

tính năng cơ bản và che độ tải trọng của ô tô Tiếp theo là các chương 5, chương

6, chương 7 và chương 8 lần lượt trình bày những phàn tích kỹ thuật và phương pháp thiết kê câu trúc các hệ thống chinh cùa chiếc xe như hệ thống truyền lực, hệ

thong phanh, hệ thong lái, hệ thống treo Chương 9 cũng là một chương mới, thời

sự trong chế tạo ô tỏ hiện nay là thiết kế thân vô ô tò, những phàn tích cụ thê vể kết cấu thân vỏ xe du lịch, xe khách và xe tải là rất cần thiết cho việc tinh toán bền

bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) hay phương pháp sss, những phàn

tích chi tiết hơn về hình dáng khí dộng cằn cỏ của một chiếc ô tô cùng dược đề

cập trong chương này Chương ì 0 là một ví dụ sinh động, cụ thê về việc ứng dụng

phần mềm hiện đại vào thiết kế ủ tỏ cua hãng Siemens (CHLR Đức), đó là bộ

phần mềm NXCAD-SIMCENTER-TEAMCENTER hiện đang được rất nhiều hãng

sản xuất ô tô lởn trên thể giới và 3 hãng ô tô lớn của Việt Nam là Công ty CP 0 tô

Trường Hái, Công ty TNHH san xuất và kình doanh VinFast, công ty CP Hyundai Thành Cõng Việt Nam tin dùng Chương Ị Ị cùa cuốn sách giới thiệu về những

phương pháp mới ứng dụng trong thiết kế ô tô hiện nay của the giới trong XII

hướng cách mạng công nghiệp 4.0 như Design For X, Reverse Engineering, Concurrent Engineering, Crowdsourcing, Mass Customization, Thief ke thực và

ào VR (Virtual & Rea! Design) và Thiết kế mô dun hóa (Modularization) Chương

cuoi cùng là chương 12 trình bày những kiến thức về thiết kế ô tỏ điện, ô tô tự lái

đề thòi sự của công nghiệp ô tô thế giới và Việt Nam.

Các nội dung trong cuồn sách này là sự lích hợp kiến thức của những tài liệu về

thiết kế ô tô cùa các tác già lớn trên thề giới, cua các hãng sản xuất, thiết kế, R&D

ô tô các nước câng nghiệp lởn nói chung và của các đơn vị sán xuất, lap ráp ô tô ở Việt Nam nói riêng, đặc biệt là từ các kết quà nghiên cứu của các dự án khoa học còng nghệ cap quốc gia dược thực hiện tụi một doanh nghiệp ỏ tô lớn nhất Việt

Nam, mang tỉnh thời sự, thực tiễn và hiện đại Đe giữ nguyên bàn gổc, một sổ hình

ảnh chúng tỏi vân đê nguyên chừ tiêng Anh cho người đọc câm nhận.

4

Chủng tôi mong muốn và tin rằng, cuốn sách sẽ là một tài liệu bỏ ích cho các kỹ sư R&D và kỹ sư thiết kế ỏ tỏ, truyền câm hứng cho những kỹ sư mới bắt đầu trong sự nghiệp thiết kế của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, đưa những kiến thức mới này vào thực tiễn sản xuất, góp phần xây dựng và phát triển thành công ngành công nghiệp õ tô Việt Nam trên bản đồ ô tô thế giới trong bối cành hội nhập khu vực và quốc tế tại các doanh nghiệp Ngoài ra, cuốn sách này cỏ thê làm tài liêu tham khảo cho các sinh viên các trường đại học trong các lĩnh vực có liên quan Tuy nhiên, vì đày là một lĩnh vực mới, phức tạp, được biên soạn lần đầu nên không tránh khỏi những thiểu sót Các tác giả mong muốn nhận được những ý

kiến dõng góp của người đọc đẽ cuốn sách được hoàn thiện hơn ở những lần tái bản sau.

Các tác giá

5

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐÀU 3

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN Ổ TÔ 16

1.1 Giới thiệu chung về nghiên cứu phát triến ô tô 16

1.1.1 Khái niệm chung về nghiên cứu phát triển 16

1.1.2 Những tiêu chí đánh giá sản phẩm 16

1.1.3 Thời gian phát triển sản phẩm và thương phẩm 18

1.1.4 Các đặc điểm phát triển sản phẩm và thương phẩm 21

1.2 Quy trình nghiên cứu phát triển ô tô 23

1.2.1 Mô hình tổng quát quy trình phát triển sản phẩm 23

1.2.2 Một số mô hình thực tế phát triển sản phàm ô tô 27

1.3 Thiết kế và thử nghiệm mẫu concept ô tô 33

1.3.1 Giới thiệu về xe concept 33

1.3.2 Phát triển concept ô tô 34

ỉ 3.3 Concept ô tô ảo 35

1.3.4 Phương pháp thiết kế xe concept 37

1.3.5 Thử nghiệm xe concept 42

1.3.6 Tạo mẫu ô tô bằng mô hình số DMU 44

1.3.7 Bàn sao kỹ thuật số “Digital Twin” 3D digital model 46

CHƯƠNG 2: THỈÉT KÊ TỒNG THÊ BỐ TRÍ CHUNG Ô TÔ 49

2.1 Xây dựng bản nhiệm vụ thiết kế ô tô 49

2.1.1 Mục tiêu thiết kế 49

2.1.2 Các yêu cầu kỹ thuật và chức năng của ô lô 50

2.1.3 Các yêu cầu và tiêu chí kỳ thuật, kinh tế và công năng của ô tô 53

2.2 Thiết kế bố trí chung ô tô 57

2.2.1 Các bước cơ bản của quá trình thiết kế bố trí chung ô tô 59

2.2.2 Thiết ke bố trì hệ truyền lực xe du lịch (ô tô con) 67

2.2.3 Thiết ke bố trí chung hệ truyền lực xe khách 73

2.2.4 Thiết kế bố trí chung hệ truyền lực xe tải 75

6

2.3 Xác định sơ bộ kích thước và trọng lượng ô tô 77

2.3.1 Xác định sơ bộ kích thước ô tô 77

2.3.2 Xác định sơ bộ các thông số trọng lượng ô tô 79

2.4 Xác định không gian khoang người lái của ô tô 82

2.4.1 Cơ sở công thái học khoang người lái của ô tô 82

2.4.2 Vị trí mắt người lái ô tô 87

2.4.3 Các bố trí của khoang người lái ô tô 88

2.4.4 Tầm nhìn trực tiếp của người lái ỏ tô 91

2.4.5 Tầm nhìn gián tiếp cùa người lái ô tô 93

2.4.6 Đường viền đầu của người lái ô tô 97

2.4.7 Điều chỉnh vị trí ghế người lái ô tô 99

2.4.8 Vị trí các chi tiết điều khiển trong buồng lái ô tô 99

2.4.9 Trình tự thiết kế bố trí chung buồng lái ô tô .104

2.5 Xác định không gian khoang hữu ích của ô tô 106

2.5.1 Xác định không gian khoang hữu ích xe du lịch 106

2.5.2 Xác định không gian khoang hữu ích xc khách 111

2.5.3 Xác định không gian khoang hữu ích xe tải 115

2.6 Thiết kế phác tháo tống thể ô tô 117

2.6.1 Thiết kế phác thảo tống thế ô tô du lịch 119

2.6.2 Thiết kế phác thảo tổng thể ô tô khách 124

2.6.3 Thiết kế phác thào tồng thế ô tô tải 128

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ KIỀU ĐÁNG ô TỒ 134

3.1 Giới thiệu 134

3.2 Ngôn ngữ thiết kế ỏ tô 134

3.3 Thiết kế kiểu dáng xe 141

3.4 Các điếm chính trong tạo hình kiếu dáng ô tô: 144

3.5 Công cụ và quy trinh thiết kế kiểu dáng xe 147

CHƯƠNG 4: TÍNH NĂNG KỸ THUẬT VÀ CHÉ ĐỘ TẢI TRỌNG Ô TÔ 151

4.1 Xác định vị trí tọa độ trọng tâm và phân bố tải trọng ô tô 151

4.1.1 Tọa độ trọng tâm ô tô 151

7

4.1.2 Phân bố tài trọng ô tô 152

4.2 Kiêm tra tính năng thông qua và độ ổn định dọc của ô tô 157

4.2.1 Kiêm tra tính năng thông qua của ô tô 157

4.3 Chọn và xác định tính năng của lốp ô tô 159

4.4 Xác định các thông số khí động ô tô 163

4.5 Xác định hiệu suất hệ thống truyền lực ô tô 164

4.6 Các chế độ tải trọng của ô tô 165

4.6.1 Các nguyên nhân và dạng hư hỏng của các chi tiết ô tỏ 165

4.6.2 Các chế độ tải trọng 166

4.7 Phương pháp tính toán cùa hệ thống truyền lực ô tô 167

4.7.1 Tính toán sức bền ở chế độ tải trọng tĩnh và động 167

4.7.2 Tính toán sức bền ở che độ tải trọng thay đối (mới vật liệu) 168

4.8 Phương pháp tính toán các hệ thống khác của ô tô 170

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYÈN.LựC Ô TỔ 171

5.1 Cơ sở thiết kể hệ thống truyền lực 171 5.1.1 Giới thiệu 171

5.1.2 Cơ sở thiết kế hệ thống truyền lực 173

5.2 Thiết kế và tính toán ly hợp 179

5.2.1 Ánh hướng của ly hợp đến hoạt động của ô tô 179

5.2.2 Ly hợp ma sát khô 180

5.2.3 Tính toán các thông số cơ bản của ly hợp ma sát 192

5.2.4 Xác định các thòng số kích thước và tính toán ly hợp ma sát 194

5.2.5 Tính toán cụm dẫn động ly họp 198

5.3 Hệ thống truyền lực ô tô du lịch 201

5.3.1 Hệ truyền lực có hộp số sàn cho xe du lịch (MT) 202

5.3.2 Hệ truyền lực có hộp số bán tự động (AMT) 205

5.3.3 Hộp số ly hợp kép (DCT: Double Clutch Transmission) 207

5.3.4 Hộp số tự động (AT: Automatic Transmission) 209

5.3.5 Hộp số vô cấp, biến thiên liên tục (CVT) 214

5.4 Hệ thống truyền lực xe thương mại .218

8

5.4.1 Hộp sổ sàn (MT) 218

5.4.2 Hộp sổ bán lự động (AMT) 227

5.4.3 Bộ truyền ly hợp biến đổi mô men xoắn (TCCT: Torque Converter Clutch Transmissions) 229

5.4.4 Hộp số tự động (AT) 231

5.5 Phương pháp thiết kể tính toán hộp sổ cơ khi (trục cố định) 234

5.5.1 Thiết kế tính toán bánh răng hộp số 234

5.5.2 Một số vấn đe cần chú ý khi tính toán bánh răng 235

5.5.3 Thiết kế trục hộp số 238

5.5.4 Tính chụn ổ bi hộp số 240

5.6 Cơ sở thiết kế tính toán hộp số hành tinh 242

5.6.1 Tính toán các tỷ sổ truyền hộp sổ hành tinh 242

5.6.2 Tính toán sức bền hộp số hành tinh 245

5.7 Thiết kế và tính toán truyền lực thủy động 246

5.7.1 Bộ biến mô và các đồ thị đặc trưng 246

5.7.2 Đồng bộ làm việc động cơ -biến mô 248

5.7.3 Thiết kế bộ biển mô 252

5.7.4 Phân chia công suất 256

5.8 Truyền động các đăng 259

5.8.1 Giới thiệu .259

5.8.2 Phân tích kết cấu hệ truyền lực các đăng 261

5.8.3 Tính toán hệ truyền lực các đăng 265

5.9 Bộ truyền lực cầu chủ động (final drive) 266

5.9.1 Bộ truyền lực chính cầu chủ động xe đu lịch 267

5.9.2 Bộ truyền lực chính và cầu chú động xe thương mại 271

5.9.3 Bộ vi sai 277

5.9.4 Bộ truyền lực cuối cùng cho xe thương mại 281

5.9.5 Hộp số phân phối 281

5.9.6 Bộ trích công suất 284

5.9.7 Bán trục và dầm cầu chủ động 285

5.9.8 Thiết kế và tính toán cầu chú dộng 287

9

CHƯƠNG 6: THIẾT KÊ HỆ THỐNG DÀN HƯỚNG 295

6.1 Cơ sở lý thuyết dẫn hướng ô tô 295

6.1.1 Cơ sở lý thuyết dẫn hướng của ô tô 295

6.1.2 Tính dẫn hướng của ô tô khi quay vòng 298

6.1.3 Tính dẫn hướng cúa ô tô khi chuyển động thắng 300

6.1.4 Ảnh hưởng của hệ thống treo đến tính dẫn hướng cúa ô tô 302

6.2 Phân tích kết cấu cầu dẫn hướng ô tô 304

6.2.1 Ket cấu cầu dẫn hướng bị động ô tô 304

6.2.2 Kết cấu cầu dẫn hướng chủ động ô tô 307

6.3 Giải pháp kết cấu đảm bảo ổn định bánh xe dẫn hướng ô tô 310

6.3.1 Các góc đật bánh xe dẫn hướng 310

6.3.2 Thiết kế tương thích giữa hệ dẫn hướng và hệ thống treo 312

6.4 Thiết kế tính toán cầu dẫn hướng ô tô 313

6.4.1 Tính toán bền dầm cầu dẫn hướng ô tô 313

6.4.2 Tính một số chi tiết của cầu dẫn hướng 315

6.5 Phân tích kết cấu hệ thống lái ô tô 318

6.5.1 Các loại hệ thống lái ô tô 318

6.5.2 Kết cấu hệ thống lái thanh răng trên ô tô du lịch 321

6.5.3 Các loại cư cấu lái khác 325

6.6 Thiết kế tính toán hệ thống lái ô tô 329

6.6.1 Tác động tương hồ giữa lái xe và ô tô 329

6.6.2 Xác định tỷ số truyền của hệ thống lái 333

6.6.3 Thiết kế và tính toán hệ thống lái 337

6.7 Thiết kế và tính toán hệ thống trợ lực lái 343

6.7.1 Trợ lực lái thủy lực 343

6.7.2 Trợ lực lái điện 346

6.8 Các hệ thống lái khác và hệ thống ổn định lái 349

6.8.1 Hệ thống lái không trục lái (Steer by Wire) 349

6.8.2 Các hệ thống hỗ trự người lái 350

10

CHƯƠNG 7: TH1ẺT KẾ HỆ THỐNG PHANH 356

7.1 Quá trình và hiệu quả phanh ô tô 356

7.2 Phân lích kết cấu hệ thống phanh ô tô 358

7.2.1 Các hệ thống phanh ô tô 358

7.2.2 Các yêu cầu của hệ thống phanh ô tô 359

7.2.3 Cơ cấu phanh ô tô 359

7.2.4 Dần dộng phanh 365

7.2.5 Các phương án chia dòng dần động phanh 370

7.3 Thiết kế và tính toán cư cấu phanh ô tô 371

7.3.3 Xác định các kích thước má phanh 378

7.3.4 Tính toán nhiệt thoát ra trong quá trình phanh 381

7.3.5 Tính toán kiểm tra hiệu quá phanh và sức bền cơ cấu phanh 383

7.4 Thiết kế và tính toán dẫn động phanh ô tô 385

7.4.1 Dần động cư khí 385

7.4.2 Dần động thủy lực 385

7.4.3 Dần động khí nén 390

7.4.4 Dần động thủy khí 395

7.4.5 Điều hòa lực phanh 395

7.4.6 Các hệ thống hỗ trợ hiệu quả phanh 398

CHƯƠNG 8: THIẾT KẼ HỆ THỐNG TREO Ô TÔ 406

8.1 Những giá thuyết đánh giá độ êm dịu của ô tô 406

8.2 Một số mô hình dao động ô tô 409

8.2.1 Mô hình dao động ô tô 2 bậc tự do 409

8.2.2 Mô hình dao động ô tô 4 bậc tự do 410

8.2.3 Hệ dao động tương đương của xe tải 412

8.2.4 Hệ dao động tương đương của đoàn xe semi rơ mooc 413

8.3 Phân tích kết cấu hệ thống treo 414

8.3.1 Giới thiệu chung về hệ thống treo 414

8.3.2 Đặc tinh đàn hồi hệ thống treo 416

8.3.3 Phân tích kết cấu hệ thống treo phụ thuộc 418

11

8.3.4 Phân tích kết cấu hệ thống treo độc lập 424

8.3.5 Phân tích kết cấu hệ thống treo đàn hồi phi kim loại 428

8.3.6 Phân tích kết cấu hệ thống treo hỗn hợp 433

8.4 Thiết kế tính toán bộ phận đàn hồi hệ thống treo 435

8.4.1 Lựa chọn đặc tính đàn hồi 435

8.4.2 Thiết kế tính toán bộ phận đàn hồi kim loại 437

8.4.3 Thiết kế tính toán bộ phận đàn hồi phi kim loại 446

8.5 Thiết kế tính toán bộ phận giảm chấn 450

8.5.1 Giới thiệu .450

8.5.2 Phân tích kết cấu giảm chấn 451

8.5.3 Lựa chọn đặc tính giảm chấn 452

8.5.4 Xác định các kích thước cơ bản của giảm chấn 454

8.5.5 Tính toán nhiệt giảm chấn 455

8.6 Thiết kế tính toán bộ phận ổn định ngang 456

CHƯƠNG 9: TH1ÉT KẾ THÂN VỎ Ô TÔ 458

9.1 Phàn tích kết cấu thân vò ô tô du lịch 458

9.1.1 Đặc điểm cơ bản 458

9.1.2 Phàn loại thân vở xe du lịch 462

9.1.3 Sàn chịu lực của xe du lịch 464

9.1.4 Kết cấu khoang hành khách cũa thân xe du lịch 469

9.1.5 Kết cấu khoang trước của thân xe du lịch 476

9.1.6 Kết cấu khoang sau của thân xe du lịch 483

9.1.7 Kết cấu các bộ phận đóng mở thân xe du lịch 483

9.2 Phân tích kết cấu thân vỏ xe khách 491

9.2.1 Đặc điểm cơ bản 491

9.2.2 Các giải pháp kết cấu của sàn chịu lực 492

9.2.3 Các giái pháp kết cấu cúa thân xe khách 495

9.2.4 Những cân nhắc chung về độ bền cua kết cấu thân xe khách 496

9.3 Phân tích kết cấu thân vỏ xe tải 498

9.3.1 Đặc điểm cơ bản 498

12

9.3.2 Khung xe 498

9.3.3 Cabin 508

9.3.4 Thùng xe tải 5í 2 9.4 Vật liệu thân vỏ ô tô 514

9.4.1 Giới thiệu 514

9.4.2 Vật liệu kim loại của thân vỏ ô tô 514

9.5 Thiết kế thân vỏ ô tô du lịch 518

9.5.1 Hệ quy chiếu bố trí chung của thân xe 519

9.5.2 Xác định vị trí cúa đường trong các trường hợp lãi trọng 519

9.5.3 Xác định vị trí của các cụm chính của khoang hành khách 521

9.5.4 Xác định vị trí của các cấu trúc chính cùa ngăn trước và sau 522

9.6 Thiết kế khí động học thân vỏ ô tô 524

9.6.1 Lực và mô men cản khí động học 524

9.6.2 Ảnh hưởng của hình dạng thân xe đối với khí động học ô tó 528

9.7 Cơ sờ tính toán sức bền thân vó ò tô 542

9.7.1 Các phương pháp tính toán phân tích kết cấu thân vở ô tò 542

9.7.2 Tác động tĩnh và động lèn thân xc 547

9.7.3 Đánh giá sức bền thân xe 560

9.7.4 Đánh giá độ cứng vững của thân xe 560

CHƯƠNG 10: ỦNG DỤNG PHÂN MỀM TRONG THIẾT KÉ ÔTÔ 565

10.1 Giới thiệu 565

10.1.1 Phần mềm thiết kế Siemens NX .568

10.1.2 Hệ thống phần mềm mô phỏng Simcenter 569

10.2 Quy trinh thiết kể ô tô bằng phần mềm Siemens 571 10.3 ủng dụng giải pháp Siemens trong thiết kế kiểu dáng xe 575

10.3.1 Phác thảo ý tưởng 2D 576

10.3.2 Thiết kế tổng thể 577

10.3.3 Thiết kế 3D Styling 587

10.3.4 Xây dựng mô hình đất sét 589

10.3.5 Hoàn thiện thiết kế ý tưởng 590

13

10.4 Tính toán phân tích kỹ thuật xe sử dụng Simcenter Amesim 591

10.4.1 Xây dựng bài toán mô phỏng trên Simcenter Amesim 591

10.4.2 Xây dựng mô hình xc và điều kiện vận hành 592

10.4.3 Tính toán lựa chọn hệ thống truyền lực 593

10.4.4 Thiết kế hệ thống khung gầm 595

10.4.5 Mô phỏng động lực học xe 597

10.5 ứng dụng giải pháp Siemens trong thiết kế chi tiết xe 600

10.5.1 Thiết kế thân vỏ xe 600

10.5.2 Thiết kế chi tiết, cụm chi tiết xc 606

10.6 Mô phỏng tích hợp trong công nghiệp ô tô 610

CHƯƠNG I ỉ: CÁC PHƯƠNG PHÁP MỚI TRONG THIẾT KẺ Ô TỔ 613

11.1 Thiết kế cho chế tạo và lắp ráp (DFMA) 614

11,1.1 Những nguyên tắc cùa DFMA 614

11.1.2 Đầu vào của DFMA 616

11.1.3 Quy trình thực hiện DFMA 617

11.2 Thiết kế cho bào trì và sửa chữa (Design For Maintenance and Reparation, DFMR) .627

11.2.1 Khả năng bào trì và sửa chữa là tính năng của sản phẩm 627

11.2.2 Những nguyên tắc cúa DFMR 628

11.3 Thiết kế đàm bảo độ tin cậy của sản phấm (DFR) 634

11.3.1 Sản phẩm thiết kế phải đăm bảo độ tin cậy 634

11.3,2 Những nguyên tắc của DFR 635

11.4 Thiết kế theo phương thức mô đun hóa 646

11.4.1 Giới thiệu 646

11.4.2 Các loại mô đun 648

11.4.3 Thiết kế ô tô theo phương thức mô đun hóa 649

11.5 Kỹ thuật thiết kế ngược (Reverse Engineering) 652

11.5.1 Giới thiệu về kỹ thuật thiết kế ngược 652

11.5.2 Các giai đoạn thiết kế ngược 653

11.5.3 Phần mềm chuyển dổi dữ liệu 655

I 1.5.4 Các kỹ thuật lấy mẫu số hóa 655

14

11.5.5 Quy trình thiết kế sân phẩm kết hợp 657

11.6 Kỹ thuật thiết kế đồng thời (Concurrent Engineering) 658

11.6.1 Giới thiệu 658

11.6.2 Quy trình kỹ thuật thiết kế đồng thời 659

11.6.3 Môi trường thiết kế trong kỹ thuật dồng thời 660

11.6.4 Thông tin thiết kế trong kỹ thuật đồng thời 661

11.6.5 Cơ sở thiết kế cùa kỹ thuật đồng thời 661

11.7 Thiết kế ô tô bàng “nguồn lực đám đông’’ (Crowdsourcing) 662

1 1.7.1 Nguồn lực đám đông là gì? 662

I 1.7.2 Mô hình tổng quát crowdsourcing 663

11 7.3 Dự án ô tò điện Fiat Mio - Thiết ke đến từ chính người dân 665

11.8 Mass Customization - Thiết kế tùy biến theo khách hàng 668

1 8.1 Mass Customization là gì 668

11.8.2 Điều kiện để áp dụng Mass -Customization 669

11.8.3 Lợi ích của Mass Customization 671

11.9 ứng dụng công nghệ thực tế ào VR trong thiết kế ô tò 671

CHƯƠNG 12: Ổ TÔ ĐIỆN VÀ Ô TÔ Tự LÁI 677

12.1 Ô tô điện 679

12.1.1 Các hướng phát triển ô tô điện 679

12.1.2 Khả năng lưu trữ của pin xe BEV 682

12.1.3 Thời gian nạp điện cho pin 684

12 ỉ 4 Thiết kế ô tô điện 686

12.2 Ô tô tự lái 706

12.2.1 Các cấp độ tự lái 706

12.2.2 Cấu trúc của xe tự lái 707

12.2.3 Các loại cảm biển trẽn xe tự lái 708

12.2.4 Tính toán thiết kế hệ thống tự lái 709

12.2.5 Bố trí các thiết bị thông minh cho xe tự lái 716

TÀI LIỆU THAM KHẢO 717

15

CHƯƠNG 1: NGHIÊN cú c PHÁT TRIỂN Ô TÔ

1.1 Giới thiệu chung về nghiên cứu phát triển ô tô

1.1.1 Khái niệm chung về nghiên cứu phát triển

R&D (Research and Development), thường được dịch là “nghiên cứu và phát triên”,

là cụm từ được dùng trong hoạt động sàn xuất và quản trị doanh nghiệp, đặc biệt là đối với các doanh nghiệp sân xuất công nghiệp R&D là hoạt động đầu tiên trong chuồi giá trị của các sản phàm, từ đó tiếp theo là các hoạt động thiết kế, thử nghiệm, san xuất hàng loạt và thương mại hóa sản phấm Trên thế giới, chức năng nghiên cứu và phát triển không chỉ giới hạn ở việc cho ra đời sàn phẩm mới Một bộ phận R&D chuyên nghiệp trong tập đoàn công nghiệp thường bao gồm dồng thời 3 chức

- Nghiên cứu - phát triển sản phẳni (Product R&D)

Dày là chức năng nghiên cứu và phát triển thuần túy về mặt sản phâm nhàm cho ra dời những sản phẩm của quá trình sán xuất hoặc săn phẩm cung cấp dịch vụ có thiết

kế, vật liệu, đặc tính, công dụng và lính năng mới Hoạt động nghiên cứu và phát triển này thường chú trọng nhiều đến thiết kế sản phẩm như cấu hình sản phẩm, thành phần cấu tạo, kiểu dáng, màu sác, vật liệu, Ngoài ra, nghiên cứu và phát triển sản phẩm còn bao gồm cà việc nghiên cứu, cải tiến, nâng cao chất lượng sản phàm hiện có

- Nghiên cứu - phát triển công nghệ (Technology R&D)

Việc nghiên cứu, tìm kiêm công nghệ săn xuất, chế tạo tối ưu để cho ra đời sàn phấm với chất lượng và giá thành phù hợp cũng là một trong những chức năng quan trọng cúa bộ phận nghiên cứu và phát triển Ví dụ, công nghệ che tạo vật liệu mới cho thân vỏ ô tô, công nghệ tự động hóa trong sản xuất, công nghệ ô tô điện, công nghệ ô tô hybrid, Nghiên cứu - phát tricn công nghệ còn bao gồm các hoạt động giải mà công nghệ đế hình thành và phát triển công nghệ mới cho doanh nghiệp

- Nghiên cứu - phát triển quy trình (Process R&D)

Bản chất của chức năng này là nghicn cứu, tìm kiếm các quy trình sản xuất, chế tạo, lắp ráp, vận hành, phối hợp, tối ưu, được thể hiện bàng các quy trinh cụ the mang tính ứng dụng cao, đem lại hiệu suất và hiệu quá thiết thựe cho doanh nghiệp Điến hình cho hoạt động này là việc nghiên cứu đe cải tiến, phát triển các quy trình sàn xuất (đối với sản phẩm), quy trình phục vụ (đối với dịch vụ), quy trình vận hành (đối với máy móc, thiết bị), Hoạt động này có thế được xem là hoạt động nghiên cứu - phát triển “phần mem” cùa sản phàm, khác với “phan cứng” là vật liệu, cấu hình sản phẩm, công nghệ sản xuất, chế tạo, v.v

nghệ phù hợp vời điều kiện sản xuất của đơn vị mình với chi phí hợp lý Đặc biệt

là sản phẩm ô tô có một chuỗi quá trình sản xuất khá phức tạp và tốn kém Do vậy, khả năng dề chế tạo và an toàn của sản phấm sẽ có tác động trực tiếp làm giảm chi phí sản xuất và hạ giá thành sản phẩm Nó cũng giúp cho việc tháo lắp, bảo trì, sửa chữa sàn phẩm đơn giản hơn khi sử dụng

- Sản phẩm phải đáp ứng nhu cầu khách hàng: Mọi sản phẩm làm ra muốn bán được thì phải có những công năng theo mong muốn của khách hàng, phải giúp người mua thực hiện được những yêu cầu cúa họ Ví dụ: người ta mua một chiếc ô

tô vi những mục đích khác nhau: để di làm và cũng đế đi chơi gia đình, đi du lịch,

an toàn và tiện lợi hay dùng đế vận tải hành khách, hàng hóa trong kinh doanh vận tải Do vậy, sán phẩm phải đáp ứng ờ mức cao nhất những mục đích này

- Sân phâm cần phải bền và có độ tin cậy: Độ bền, tuổi thọ hay khả năng hoạt động liên tục, ổn định và tin cậy của sản phẩm là yếu tố quan trọng giúp người mua

tin dùng, lựa chọn và giới thiệu sản phẩm cho bạn bè Chiếc ô tô hay một thiết bị

cơ khí dù hữu ích nhưng không bền, không 011 định thi rat khó có the thuyết phục người mua

- Sản phẩm cần phải “đẹp”: Dáp ứng nhu cầu về mặt tinh thần, thấm mỹ và tính thời trang cùa khách hàng Neu một chiếc ô tô chi đăm bảo công năng và độ bền cơ ban sẽ khó có khả năng chen chân vào sự lựa chọn cùa khách hàng, nhưng yếu tố

“đẹp" hay tính thâm mỹ, thời trang, hợp xu hướng, sẽ làm tâng cơ hội được lựa chọn cho chiếc xe

- Sản phấm cần cạnh tranh: Trong môi trường cạnh tranh, luôn có nhiều doanh nghiệp cùng cạnh tranh sản phẩm trên một phân khúc Đe sản phấm thành công, cần xét đến tính cạnh tranh về kỹ thuật và kinh tế của sản phấm, lức là chiếc ô tô hay thiết bị cơ khí phái thương mại hóa, bán được hơn những sản phấm khác cùng phân khúc trên thị trường

- Sản phẩm cần tiện dụng: Tính tiện dụng của sản phẩm là khá năng dề dàng sừdụng, thuận tiện và an toàn khi thao tác, dễ dàng sứa chữa, bao trì, Những sản phẩm quá phức tạp, đòi hỏi quá nhiều kiến thức, kỹ năng khi dùng sẽ thu hẹp đối tượng mưa hàng

- Sản phấm cần có mức giá hợp lý: Đây là yếu tố quan trọng, tùy vào phân

khúc khách hàng dang theo đuối, cần diều chình thiết kế đe có mức giá hợp lý Neu

là phân khúc bình dân, nèn có giá thấp Nếu là phân khúc cao cap, giá không phải yếu tổ quyết định hàng đầu

- Sẳn phẩm thân thiện môi trường: Dây là yêu cầu nảy sinh và trớ nên cấp thiết trong xu hướng hiện nay, khi độ phát thải ô nhiêm môi trường trở thành các tiêu chuẩn bắt buộc của sản phẩm Muốn cạnh tranh tốt, bắt buộc nhà sàn xuất phải tạo

ra những chiếc xe ô tô đáp ứng những tiêu chuẩn và lộ trinh về bao vệ môi trường của nhà nước hay khu vực mà sản phẩm tham gia

- Sản phầni khó bắt chước: Một săn phẩm tốt và thành công, được thị trường đón nhận sẽ là điều cần thiết Nhưng nếu thiết kế sàn phẩm dễ bị sao chép, bẳt

I - -————-■—-—~| TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHiỆP TP.HCM

chước, thì sc gặp vấn đề, nhất là ớ Việt Nam khi Luật Sở hữu trí tuệ còn lóng leo

và chưa được tôn trọng

1.1.3 Thòi gian phát triển sản phẩm và thu'o’ng phẩm

Ọuá trình R&D (hay R4D: R for D) là một quá trình dầu tư nghiên cứu và phát triển lâu dài, phức tạp và gặp khá nhiều rủi ro, nhất là khi sàn phẩm đó là chiếc ô tô, có trcn 25.000 chi tiết thuộc nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ khác nhau, phụ thuộc nhiều vào “thời tiết” thị trường, chính sách, thị hiếu, nhu cầu đa dạng và luôn biến động, nhất là trong điều kiện Việt Nam với ngành công nghiệp cơ khí và ô tô phụ thuộc từ 60% đến 80% vào các nhà cung cấp linh kiện CKD (Completely Knocked Down) nước ngoài Đặc biệt khó khăn hơn nữa, khi muốn biến sản phẩm ô tô đó thành một thương hiệu, nhất là thương hiệu có giá trị khu vực và tiến tới toàn cầu Theo quan điểm R&D, sản phẩm là sự kết hợp hữu cơ giữa thông tin thiết kế và một môi trường sản xuất cụ thế Thông tin thiết kế bao gồm một tập hợp các lĩnh vực: phát triển săn phẩm, chuần bị sản xuất, sản xuất, bán hàng, thị trường, hậu mãi, như hình 1.1

Hình ì.l : Các lĩnh vực tích hợp cùa thông tin R&D

Chúng ta có thế mô hình hóa sự kết hợp này như một bộ truyền trục vít-bánh vít, là một loại bộ truyền gọn nhẹ, có tỷ số truyền lớn, có thể thay đổi hướng truyền lực theo một góc độ bất kỳ Ở mò hình này (hình 1.2, 1.3), bánh vít là thòng tin thiết kế

và trục vít là môi trường sản xuất cụ the hay phương tiện truyền tin Như vậy, sản xuất và phát triển sản phẩm có thể coi như quá trình xử lý thông tin thiết kể đế chuyển dổi nó từ quá trình sản xuất vào sản phẩm Thông tin thiết kế càng nhiều, càng phong phú thì hiệu quả truyền tin càng lớn hay sản phẩm càng có độ ứng dụng cao và hiệu suất cao (tỷ số truyền lớn), tức là có the dùng một môi trường sản xuất vừa phải, phù hợp, với sự đầu tư không lớn nhưng sẽ cho ra những sản phàm có giá trị thương mại cao Quá trình phát triển sản phẩm là một quá trình đầu tư (hình 1.4), bắt đầu từ khâu lập kế hoạch, R&D và kết thúc khi cho ra sản phẩm cuối cùng đẻ bán cho khách hàng

18

Hình 1.2: Mô hình sản phầm từ thông tin thiết kể R&D

Phat triển sán phằm = Tạo ra thòng tin thiet ké

Sản xuất = Sự chuyền đồi của Thòng tin

Thiềt kể tứ quá trinh sàn xuất vào sàn phằm

Thòng tin thiết kế xuắt hiện trong Quá trình sàn xuất

Sán phãm = Thông tin thiết kể + Phương tiện TT

Vật liệu = Phương tiện Bán thành phẩm=

Phương tiện TT

o = Thõng tin thiết kê 13 Phương tiện TT

Hình 1.3: Sản phẩm là quả trình tạo ra, kiểm chứng thông tin thiết kể

Hình 1.4: Quá trĩnh phát triển sản phẩm là một quá trình đầu tư

Đe thương mại hóa một sản phẩm trớ thành thương phẩm, phải trải qua những giai đoạn sau sản xuất, thử nghiệm và sử dụng của khách hàng đế có thế đạt được một sản phẩm cạnh tranh (hình 1.5)

19

Hình 1.5: Quá trình phát triển sân phâm thành thương phấrn

Thời gian đô biến một ý tưởng thành thương phấm (Time To Market, TTM), là một thuật ngữ thường dùng đổ chi thời gian từ khi bắt đầu xây dựng ý tướng, nghiên cứu thiết kế, chể thử, hoàn thiện thiết kế, chuẩn bị sàn xuất, sản xuất hảng loạt và đưa

ra thị trường (hình 1.6)

-30 -20 -10 0 10 20 30 33 40 50 60

Hình ỉ 6: Thời gian phát triển san phấm ô tô qua các thời kỳ’

Trước năm 1990, TTM cho một mẫu xe mới hoàn toàn trung bình là so tháng, nhờ

sự phát triển của R4D, giai đoạn từ 1990 - 2000 đà giảm TTM xuống còn 48 tháng, giai đoạn 2000 - 2010, TTM tùy theo từng hãng ô tô đã chỉ còn khoảng từ 40-18 tháng và có hãng đã rút xuống còn 13,5 tháng nhờ vào việc ứng dụng các công nghệ tạo mẫu nhanh (Rapid Prototyping) và công nghệ kỳ thuật ngược (Reverse Engineering) với những thiết bị scan laser hay ánh sáng xanh (Blue Light) rất hiện đại trong việc lấy mẫu, thẩm dinh kết quả và thử nghiệm cũng như sử dụng các bộ

20

giải pháp phần niềm 3D - PLM tích hợp cả thiết kế tính toán, mô phông, quán trị sản xuất và thư viện số hóa sán phẩm, số hóa công nghệ và (oàn bộ nhà máy theo thực tế ảo (VR: Virtual Real, còng nghệ 4.0).

1.1.4 Các đặc điểm phát triển sản phẩm và th trưng phẩm

a) Tối ựu thiết kế:

Một chiếc ô tô với thân vỏ có thể được che tạo bang vật liệu sợi carbon sẽ nhẹ và bền hơn nhiều so với kim loại, nhưng điều này sẽ làm gia tăng chi phí che tạo, giá bán và giảm tính cạnh tranh Một khỏ khăn lớn nữa là sự thỏa hiệp trong thiết kế giữa nhiều thông tin và tiêu chí lựa chọn, cần có khả năng nhận biết, hiểu và kiểm soát được trạng thái cân bằng và tối ưu hóa của các yếu tố trong quá trình phát triến sán phẩm dể cỏ được những thông số kỹ thuật và kinh tế tối ưu của sản phẩm

b) Tính linh hoạt trong thiết kế:

Sự phát triền của còng nghẹ, nhận thức của khách hàng, sản phấin mới của các dối thú cạnh tranh và những thay đoi cùa hoàn cánh kinh tế vĩ mô (ví dụ, thay dối chính sách kiêm soát phát thãi ò nhiễm khí thái của nhà nước hay khu vực) có thế làm làm ảnh hường đến quá trinh R&D Nhóm nghiên cứu phai linh hoạt đưa ra được những quyết định chính xác khi có những biến dộng này

c) Khá năng phân tích chi tiết:

Việc phát triển một sản phàm hiện đại và phức tạp có thế phai cần đến hàng ngàn quyết định Mỗi quyết định đều có thê gây ảnh hưởng đến sự thành công hay thắt bại của sản phàm đang phát triển Do vậy cần có khả nàng phân tích chi tiết các phương án Ví dụ, sự lựa chọn giữa hai phương án ghép bằng đinh tán hay mối ghép hàn de láp ráp thân vỏ ò lô có thê dẫn đến sự khác biệt vồ giá trị đau tư thiết bị đến hàng triệu USD

d) Áp lực về thòi gian:

Các van đề khó khăn đều có the giai quyết được nếu có nhiêu thời gian, the nhưng các quyết định đưa ra trong quá trinh phát triên săn phàm lại phải thực hiện một cách nhanh chóng với một thời gian không lớn để đưa sản phấm ra thị trường trong điều kiện không có đủ thông tin Ncu không nhanh chóng phát triển thi khả năng cạnh tranh của sản phâm trong bối cánh có nhiều đối thủ cạnh tranh sẽ giảm và thiệt hại sẽ rất lớn cả về uy tin lẫn kỹ thuật, kinh tế

c) Tính kình tế:

De phát tricn, che tạo và tiếp thị một sân phẩm mới can một khoản dầu tư tài chính khá lớn Do đó, đế thu được lợi nhuận ở mức chấp nhận dược trên khoán đầu lư này thì sân phẩm được lựa chọn sau cùng phải vừa lỏi cuốn được khách hàng và chi phi chế tạo phái thấp hoặc hợp lý Điều này đòi hỏi cần phải có sự tinh toán, cân đối hợp lý và chính xác

í) Tính sáng tạo: Quá trình phát triển sản phẩm được bắt đầu từ ý tưởng và kết thúc bằng một sán phẩm cụ thế Khi xem xét một cách toàn diện và ở các khía cạnh khác nhau thì quá trình phát triển sản phẩm là một quá trinh sáng tạo nhiều công phu Quá trình này sẽ góp phần tạo cho sản phẩm có tính mới, đáp ứng được nhu cầu cứa người liêu dùng, trong khi thị trường lại luôn luôn thay đối theo thời gian

21

g) Khá năng đáp ứng các yêu cầu của xã hội và thị trường:

Tất cá các sản phẩm chế tạo ra đều nhàm thoả mãn những nhu cầu nào đó của một nhóm người, hay của một thị trường cụ thế, theo thời gian và không gian xác định

Do vậy, nhóm nghiên cứu cần quan tâm tới việc phát triển săn phấm mới và tim được môi trường thích hợp để phát triển sán phẩm đáp ứng những nhu cầu quan trọng của xã hội và thị trường theo từng giai đoạn phát triến và vùng mien cụ thể

h) Tính da dạng của nhóm:

Đe phát triền thành công một sản phẩm nào đó, đòi hỏi trong nhóm các chuyên viên phát trỉến sản phấm phải có nhiều nhân tài và chuyên gia thuộc các lĩnh vực khác nhau Do đó, các nhóm phát triển sản phám thường bao gồm những nhóm người có lĩnh vực chuyên môn, kinh nghiệm, tầm nhìn, khác nhau

i) Phổi họp làm việc cùa nhóm:

Các thành viên trong nhóm có thế kết hợp với nhau để phát huy tối đa các mặt mạnh của mình trong quá trình tạo ra sản phâm Môi trường làm việc theo nhóm cũng sẽ xây dựng moi quan hệ thân thiết giữa các thành viên với nhau Hình 1.7 là ví dụ mô

tà một nhỏm R&D của một dự án phát triển sản phẩm ô tô

Hình 1.7: Mô hình một nhóm R&D của một dự án sân phàm à tô

Áp dụng kỹ thuật đồng thời (concurrent engineering) với các bộ phận chức năng khác nhau như tiếp thị, thiết kế, chế tạo, tài chính, các thành viên trong nhóm có năng lực tốt trong một hoặc nhiều lĩnh vực khác nhau như: kỷ thuật cơ khí, điện, thiết kế công nghiệp, nghiên cứu thị thường hay kỹ thuật chế tạo hay các lĩnh vực

kỳ thuật công nghệ và kinh tế khác có liên quan Một nhóm nghiên cứu phát triển

22

sán phẩm thông thường gồm nhiều thành phần khác nhau được thành lập theo từng

ra còn có các chuyên viên về marketing và thu mua linh kiện, phụ tùng

Nhóm mở rộng bao gồm các chuyên viên trong những lĩnh vực có liên quan như tài chính, bán hàng, pháp lý và cả các nhà cung cấp

1.2 Quy trình nghiên cứu phát triển ô tô

1.2.1 Mô hình tống quát quy trình phát triển sản phẩm

Một quy trình tống quát về phát triển sản phẩm bao gồm các giai đoạn như hình 1.8, được bắt đau bang công việc nghiên cứu thị trường, hỉnh thành ý tưởng, những công việc có liên hệ mật thiết với chiến lược phát triển sản phấm và các hoạt động nghiên cứu của khoa học và công nghệ Tiếp đó là các nhiệm vụ cụ thể của dự án, bao gồm khảo sát nhu cầu khách hàng, lập nhiệm vụ thiết kc Ket quả này sẽ là thông tin dầu vào của giai đoạn phát triển thiết kế concept và là các hướng dẫn cho nhóm dự án

Hình 1.8: Các giai đoạn phá! triển sản phâm

Quy trinh phát triển sản phẩm kết thúc bằng sản phẩm sau cùng tại thời điểm được chuyển giao công nghệ vào sản xuất hàng loạt và đưa ra thị trường, hoàn thành một vòng đời nghiên cứu sản phẩm và cứ the tiếp tục nghiên cứu cải tiến sản phàm hoặc cho ra đời các phiên bản sản phấm ngày một hoàn thiện hơn theo nhu cầu thị trường

a) Nghiên cứu thị trường:

Nghiên cứu thị trường là giai đoạn rất quan trọng cho hoạt động của một doanh nghiệp, trong đó cần làm rõ xu hướng thị trường (market trend) là xu the của một

23

thị trường săn phẩm nào đó di chuyển theo một hướng cụ thể qua thời gian và không gian Nghiên cứu thị trường là cơ sở cho việc phát sinh ý tưởng sàn phẩm theo xu hướng thị trường, tử đó ban lành đạo doanh nghiệp có những hoạch định chiến lược cần thiết đe phát triển sàn phàm cho một giai đoạn, một thị trường cụ thê ở trong nước hoặc khu vực Xu hướng thị trường bao gồm xu hướng khách hàng, xu hướng công nghệ sản phàm, xu hướng tiêu dùng xã hội, sự cạnh tranh, Xác định các xu hướng thị trường bằng phương pháp phân tích kỹ thuật, trong một khung thời gian

và không gian đặc trưng như các xu the về loại hình sản phẩm, giá cả, có thế dự đoán được trong thị trường

b) Phát triển ý tưởng:

Giai đoạn này nhằm đưa ra các ý tưởng ve sản phấm bao gồm các bản vè hay mô hình phác thảo mô tả cụ thế về hình dáng, cấu hình, chức nâng và đặc tính của sản phẩm và thường đi kèm với một tập hợp các chỉ tiêu kỹ thuật, phân tích các sản phẩm cạnh tranh và các dành giá về tính kinh tế của dự án Ở giai đoạn này cỏ thê

có nhiều ý tưởng sẽ được thê hiện bang bàn vẽ hoặc mẫu vật lý, mẫu mô phỏng ờ

tỷ lệ thu nhỏ

Mục đích của bước xây dựng ý tưởng là khảo sát tỉ mỉ và xác minh những ý tương sản phẩm có thế nham đến từ các yêu cầu của thị trường Xây dựng ý tướng bao gồm sự hòa trộn các nghiên cứu bên ngoài, các giãi pháp sáng tạo giãi quyết vấn đề đạt được trong nhóm nghiên cứu và quá trình hệ thong hóa những giái pháp cục bộ

do nhóm đà tạo ra Kct quả của hoạt động này là một tập hợp những ý tường dược thế hiện bằng các bản vẽ phác và các mô tả ngắn gọn Lựa chọn ý tưởng về sản phẩm khác nhau được phân tích và loại trừ dần để đạt dược một (hay một số) ý tường khả thi nhất Quá trình này thường là quá trinh lặp lại và có sự bô sung đê hoàn thiện ý tường

c) Chiến lược phát triền sản phẩm:

Giai đoạn này được bắt đầu từ chiền lược tổng thẻ cua doanh nghiệp bao gồm các đánh giá và phân tích vĩ mô về sự phát triến của thị trường trong nước và khu vực, những tiến bộ cùa khoa học công nghệ và yêu cầu mới cùa thị trường Từ đó xác định những sản phàm mang tính chiến lược của doanh nghiệp, xây dựng nhiệm vụ của dự án sản phẩm, xác định bài toán phát triển sản phẩm mới cho thị trường Dầu

ra của giai doạn này là chiên lược phát triển sán phàm, những mục đích kinh doanh, xác định các nguồn lực cho dự án, nhùng hạn che và các ràng buộc khác có thê có

d) Khảo sát nhu cầu khách hàng:

Căn cứ vào tình hình phát triền và nhu cầu của doanh nghiệp và tình hình thị trường cùa sàn phàm, tiến hành khão sát và nghiên cứu nhu cầu của khách hàng một cách

cụ thế và chi tiết ở tầm vĩ mô Từ dó nắm bát được các yêu cầu cụ thế của các nhóm khách hàng khác nhau và truyền đạt chúng một cách rõ ràng, chính xác đến nhóm phát triển sản phàm kèm theo các chỉ tiêu kỹ thuật mô tà những gi sàn phấin cần phải đạt được

e) Nhiệm vụ thiết kế sán phẩm & phân tích kỹ thuật, công nghệ:

24

Từ kết quả kháo sát nhu cầu khách hàng, nhùng yêu cầu của khách hàng được biên

dịch thành các giá írị giới hạn cùa các thông số kỹ thuật Những chỉ tiêu kỳ thuật

được thiết lập và là tiêu chí của nhóm phát triển sản phẩm dự án Sau này, các chi tiêu kỹ thuật sẽ dược hoàn thiện để phù họp với những ràng buộc của ý tưởng được lựa chọn bới nhóm dự án Đầu ra của giai đoạn này là một bảng tổng hựp các chi' tiêu kỹ thuật Mỗi chỉ tiêu kỹ thuật bao gồm các thòng sổ định lượng và các ghi chú cùng các giá trị giới hạn cho các thông so dó Trên cơ sờ này cần có những phân tích kỹ thuật công nghệ cho từng chỉ tiêu và từ đỏ phác tháo cấu hình chung cho sàn phẩm phù hợp với công nghệ hiện có cùa doanh nghiệp

í) Thiết kế concept sản phấin:

Concept sản phàm là những ý tưởng đã được lựa chọn thê hiện dưới dạng các mô hình sán phẩm bằng các chất liệu dược tạo ra từ vật liệu của phương pháp tạo mầu nhanh, mô hình đất sét, mô hình vật lý hay mô hình so Theo ý tưởng đã lựa chọn ban dầu, concept được tạo ra sẽ có nhiều phiên bản và nhiệm vụ của nhóm thiết kế

là lựa chọn mẫu concept phù hợp, đưa ra thử nghiệm và lấy ý kiến khách hàng để cuối cùng có một mẫu concept bước đầu phù hợp xu hướng thị trưởng, phù hợp chiến lược doanh nghiệp và nhu cầu khách hàng

g) Thiết kế kỹ thuật và chế tạo mẫu:

Bao gồm thiết kế hệ thong và thiết kể chi tiết:

- Thiết kế hệ thống là xác định cấu trúc của sãn phẩm và phân tích sản phấm thành các bộ phận và các chi tiết thánh phần Sơ đồ láp ráp phục vụ dây chuyền sàn xuất thường được xác định trong giai đoạn này Dau ra của quá trình này thông thường bao gồm sơ đồ động học của sân phẩm, các yêu cầu kỹ thuật về chức năng cho mỗi

bộ phận của san phàm, và một sơ đồ thứ tự sư bộ của quá trình lap ráp sản phẩm sau cùng

- Thiết ke chi tiết bao gồm các thông số kỹ thuật hoàn chinh về cấu trúc hình học, vật liệu, dung sai của tất cả các linh kiện trong sản phàm và xác định tỷ lệ nội địa hóa bao gồm những chi tiết được che tạo và những linh kiện được mua tù' nhà cung cấp, thiết lập quy trình công nghệ và dự kiến các dụng cụ gia công cho mỗi linh kiện khi sản xuất

Đau ra của giai đoạn này là hồ sơ thiết kế sán phẩm, bao gồm những bản vẽ thiết kế hay các tập tin trèn máy tính thế hiện rõ dạng hình học của mỗi linh kiện, các công

cụ cần thiết để chế tạo chúng, các thông số kỹ thuật cùa các linh kiện sè mua hay che tạo và các quy trình công nghệ chế tạo và lắp ráp sản phẩm Trên cơ sở này tiến hành che tạo mẫu săn phẩm Đây là mẫu đầu tiên (Alpha) hoặc mẫu tiếp theo (Beta), được chế tạo tùy theo từng trường hợp đê dưa vào thử nghiệm

h) Thử nghiệm và hoàn thiện:

Giai đoạn thứ nghiệm và hoàn thiện có the thực hiện trên 2 mẫu:

- Chế tạo và đánh giá các mẫu đầu tiên cùa sản phẩm Những mầu đầu tiên (mẫu Alpha) thường được làm cư bản giống như sản phẩm dự định chế tạo, các chi tiết

có cùng hình dáng hình học và các đặc tính vật liệu như sản phẩm dự định chế tạo nhưng không nhất thiết phái sử dụng quy trinh công nghệ chế tạo linh kiện thực

25

Mầu Alpha được thử nghiệm đế kiêm tra xem sản phấm sè hoạt động đúng như thiết

kế hay không và có đáp ứng đầy đủ được các yêu cầu cơ bản của khách hàng đối với sàn phẩm đó hay không

- Phiên bản tiếp theo (mẫu Beta) được xây dựng tiếp từ các linh kiện chế tạo bằng quy trình công nghệ chế tạo sản phẩm thực nhưng không nhất thiết lắp ráp bàng quy trinh lắp ráp sản phẩm hoàn chỉnh sau cùng Những mẫu thử nghiệm Beta được đánh giá rộng rãi trong nhóm và cũng được kiếm định bởi chính các khách hàng thòng qua thực tế sir dụng Mục đích chính của mẫu thử nghiệm Beta là để trả lời các câu hỏi về hoạt động và độ tin cậy nhằm xác định những thay đối kỹ thuật can thiết cho sân phẩm sau cùng

Các mẫu sản phẩm đã chọn và chế tạo được đem thử nghiệm để kiểm chứng các yêu cầu của khách hàng, đánh giá tiềm năng thị trường đối với sản phàm và đế chỉ

ra những sai sót hay các lỗi cần phải được khắc phục Neu khách hàng đánh giá mẫu

là kém hoặc chưa đạt yêu cầu thì dự án phát triển sản phẩm có thể phải dừng hoặc lặp lại một vài giai doạn trước đó đế điều chỉnh, sửa chữa lại mầu hoặc concept khi can thiết

Từ thời diêm này, nhóm dụ' án phải tuân theo nhưng giá trị cụ thể cúa các chi tiêu

kỹ thuật của sản phẩm phản ánh những kết quá của sản phẩm so với với ý tưởng lựa chọn, những chi tiêu kỹ thuật giới hạn xuất hiện trong quá trình mô phỏng kỹ thuật

và sự cân đối giữa giá thành với mức độ hoàn thiện của sản phẩm Trong quá trình thử nghiệm sản phẩm, trong nhiều trường hợp chúng ta sẽ thường phải quay lại sửa chữa các concept hay thiết kế hay điều chỉnh lại một số điếm kỹ thuật của sản phẩm

khi phát hiện các sai sót trong concept hay thiết kế kỹ thuật

i) Chuyển giao công nghệ và tố chức sán xuất hàng loạt:

Để có bản thiết kế công nghệ, sản phẩm sẽ được đưa vào giai đoạn chế tạo thử với dây chuyền còng nghệ sản xuất dự kiến Mục đích của giai đoạn này là huấn luyện cho đội ngũ sản xuất và tìm ra những thiếu sót còn tồn tại trong các giai đoạn phát triển sàn phấm Những sàn phẩm chế tạo thử đôi khi được cung cấp cho một số khách hàng ưu tiên và được những khách hàng này đánh giá can thận các sai sót có the còn lại Sau khi hoàn thiện, sản phẩm được chuyến tiếp từ giai đoạn chế tạo thử này sang giai đoạn sản xuất hàng loạt theo quy trinh chuyển giao các hồ sư công nghệ sản phấm vào sản xuất hàng loạt

Trong giai đoạn này, nhóm phát triển sản phẩm, với sự hỗ trợ của chuyên gia phân tích tài chính, thường xây dựng mô hình kinh tế và đánh giá hiệu quả kinh te cho sản phẩm mới Mô hình này được sử dụng làm cơ sở lý giải cho quyết định tiếp tục triển khai chương trinh phát triển sàn phẩm và đế cân đối các chi phí, ví dụ như giữa các chi phí phát triển sản phẩm và các chi phí chế tạo Phân tích kinh tế được xem như là một trong những hoạt động phải được tiến hành liên tục, từ giai đoạn phát triển ý tưởng cho đến khi quyết định đưa sản phẩm vào sản xuất hàng loạt

h) Tố chức đưa sản phẩm mứỉ ra thị trường:

Bộ phận marketing và bộ phận bán hàng, được sự hỗ trợ của nhóm nghiên cứu, sẽ hoạch định phương pháp đưa sản phẩm mới ra thị trường như thế nào cho đỡ tốn

26

kém và tránh được phản ứng không tốt của thị trường, cần nghiên cứu kỹ các phương pháp marketing và bán hàng như thượng hiệu, định vị sản phẩm trôn thị trường, xây dựng nhận diện và hình ảnh sản phấm mới, tiếp thị trên nhiều kênh khác nhau và lựa chọn nhà phân phối cũng như phương pháp phân phối theo tiêu chuẩn 3S (Sale, Service, spare part: bán hàng, dịch vụ bảo hành, bảo tri, dịch vụ sau bán hàng khác và cung cấp phụ tùng chính hiệu) Điểm quan trọng là hệ thống thu được những phản hồi của khách hàng đế làm cơ sở cho việc cải tiến hay xây dựng các phiên bàn sản phàm phái sinh tiếp theo.

1.2.2 Một sổ mô hình thực tế phát triển săn phấm ô tô

Thông thường, tùy thuộc vào thực tế của từng loại thị trường, từng doanh nghiệp và từng loại sản phẩm ô tô mà chúng ta có thề thấy các quy trình phát triển sản phẩm khác biệt nhau đôi chút vì đối với những doanh nghiệp lớn, một số giai đoạn có thế được giao cho các bộ phận khác như marketing, bán hàng, Dù vậy, nhóm nghiên cứu vẫn có những trao đối với những bộ phận này đế thu được những thông tin cần thiết cho còng tác phát triển săn phẩm Một quy trinh thực tế bao giờ cũng gồm có

3 phần: Phác thảo/định dạng sản phẩm, phát triển sàn phấm và sản xuất

Các đặc tính kỳ thuật đầu vào được thiết lập dựa trên nhu cầu cùa khách hàng và đặc tính của sân phẩm cạnh tranh chuẩn Các đặc tính kỹ thuật của sản phẩm đầu ra dựa trên các đặc tính của ý tưởng lựa chọn, tính khá thi, mẫu, kết quả thử nghiệm

- Đưa vào sản xuất hàng loạt: để đưa vào sản xuất hàng loạt, mẫu xe phải qua quá trình đánh giá và phê duyệt sản xuất linh kiện và có báo cáo kiêm định các mẫu linh kiện cấu thành nên chiếc xe ban đầu

Toàn bộ quy trình này phải qua 10 cống quăn lý chất lượng đế kiếm tra kết quả làm việc cùa các giai đoạn trong quá trinh phát then sản phẩm

Ghi chú cho hình 1.9:

- PPA: Production Part Approval Process: Chứng nhận sản xuất các lình kiện cùa â tô.

27

- ỈSỈR: Initial Sample parts Inspection Report: Báo cáo kiếm định mẫu linh kiện đần tiên được sân xuất.

’ Nhập dữ liệu ỊỊ Tạo mầu j Thiết kế

Kế hoạch Đánh giá

sx MMTB Đặt MMTB

PPA/ISIR

Dụng cụ/

Các bộ phận

Thử xe Lắp ráp

Xạc định kiểu dánt

Bát đàu Cuối

Mass- T1T2T3 Production

Họàn tất

Kiều dàng

NGHIẾN cưu THI

TRƯỞNG CHO MẤU

Toàn bộ R&D và quá trinh sàn xuầt được phân vùng tại "cống chắt lượng" từ giai đoạn 10 tới 0

Hình 1.9; Quy trình phát trìên sàn phàm ô tò cùa một công ty Nhật Ràn

- Pl: Pilot ỉ: Giai đoạn vận hành sàn xuất thứ lán l đê kiêm tra sự hoạt động,

độ ẩn định và chất lượng cùa máy móc, thiết bị, dây chuyền sàn xuất săn phàm mới

- P2: Pilot 2: Giai đoạn vận hành san xuất thư lân 2 dè kiêm tra chất lượng cua sàn phẩm.

- PP: Pilot Production: Giai đoạn sân xuất thứ giong như sân xuất hàng loạt đê kiêm tra, xác nhận sự hoạt động, độ tin cậy của máy móc, thỉêt bị, công cụ và chất lượng cùa sàn phàm trước khi sân xuất hàng loạt Giai đoạn này thường vận hành thừ dưới ì 0 sân phẩm mau.

Một số đặc điểm cần chú ý của quy trình phát triển ô tô:

- Cống kiếm soát (quân lý) chất lượng:

Các giai đoạn trong quy trình phát triển ô tò ờ trên đều được lố chức thực hiện theo

mô hình cong kiêm soát chất lượng như hình 1.10 Mỗi giai đoạn đều được thực hiện từ nhiều hoạt động hay nhiều thành viên A, B, c, D, trong đó đều có các cuộc họp kiếm tra tính thống nhát và hoàn chinh của giai đoạn đế có quyết định phù hợp như tán thành đi đến giai đoạn tiếp theo nếu tất cả đều tốt, hoặc cần phải điều chỉnh xem lại dự án một số điếm nào đó chưa phù hợp hoặc khi phát hiện có sự rủi

ro cao của dự án thi có thế đề xuất ngừng dự án

- Phân tích kinh tế:

28

Với sự hỗ trợ cùa chuyên gia phân tích tài chính, nhóm phải xây dựng mô hình kinh

tế cho sản phẩm mới Mô hình này được sử dụng làm cơ sở lý giải cho quyết định liếp tục triển khai chương trình phát triển sản phẩm và đế cân đối các chi phí, ví dụ như giữa các chi phí phát triến sản phẩm và các chi phí chế tạo Phân tích kinh tế là một trong những hoạt động được tiến hành liên tục trong loàn bộ các giai đoạn phát triển ý tưởng, thiết kế concept, thiết kế kỹ thuật, thiết kế công nghẹ

Hĩnh ỉ 10: Hoạt động trong một cống quân lý chất lượng

- Phân tích so sánh vó'i sản phẩm cạnh tranh chuẩn:

Sự hiểu biêt về các sân phàm cạnh tranh được xác định chuẩn cùa đôi thủ là rât quan trọng đế xác định chính xác vị trí của sản phẩm mới và là nguồn cung cấp ý tưởng dồi dào cho sản phẩm và công việc thiết kẻ kỹ thuật, thiết kế công nghệ chế tạo

- Mô hình hóa và tạo mẫu:

Mồi bước của giai đoạn phái triển ý tướng, thiết kc concept, thiết kế kỹ thuật, công nghệ cần có nhiều dạng khác nhau của mô hình và mầu vật lý Chúng có thế là: mô hình kiếm chứng, giúp nhóm dự án kiếm chứng tính kha thi cúa ý tướng hay các thiết kế; mô hình “working” có thể trưng bày cho khách hàng xem, cũng như dùng

đế đánh giá kiểu dáng sản phẩm, tính kinh tế và các tinh toán cân đối kỳ thuật công nghệ khác

Một số quy trình khác: quy trinh phát triển ô tô bao gồm một sổ bước và đòi hoi

sự tương tác phức tạp của nhà sàn xuất ô lô, các nhà cung cấp các hệ thống và linh kiện cùng như nhà cung cấp kỹ thuật, công nghệ Gần đây, ứng dụng ngày càng táng của tương tác ảo dã mang lại tiềm năng to lớn cho việc giảm thời gian phát triển và ngày càng hỗ trợ nhiều hơn cho các bên liên quan khác nhau Hình 1.11 cho thấy trinh tự thực hiện các phần của một mô hình chương trình phát triển ô tò điôn

hình của các hàng sản xuất ô tô khối EU

- Giai doạn định nghĩa (definition phase) bao gồm tổng hợp các đặc điểm của chiếc xe mới sẽ dược phát triển, bao gồm nghiên cứu thị trường, các xu hướng trong tương lai dưới sự cân nhắc của khách hàng và các điều kiện ranh giới pháp lý Thêm vào đó, các khía cạnh chiến lược liên quan đến nhà sản xuất cũng được xem xét,

29

tích hợp mô hinh dự kiến vào các phạm vi mô hình hiện có hoặc phát triển các kiến trúc phương tiện mới Vào cuối giai đoạn định nghĩa, các thông số kỹ thuật cùa sản phấm được xác định, bao gồm một số yêu cầu nhất định đối với sự phát triển của loại xe, bao gồm một danh sách dài các đặc tính sản phấm được quy định, yêu cầu

về bố trí chung và không gian, chi phí và những ycu cầu khác Ngoài ra, các thông

số công nghệ cũng được xác định trước trong giai đoạn này

Architecture nduglngft trfonomto

I Ềe mmm iMtt Me l M ment I

•nw-OMnaln inMfmlM

I DiHMilwtiwiavwfmtiM

ị tMit e li IneejaatanAAp f li e eel—

I F reduolen En^nearim

Hình ì.lỉ: Quy trình phát triển ò tô cùa các hãng xe EU

- Giai đoạn ý tường (concept phase), bao gồm thiết ke concept về bố cục xe hoàn chỉnh bao gồm kiểu dáng, bố trí chung tổng thể xe và công thái học, phát triển thân xe và các cụm hệ thống ô tô Các nghiên cứu kiếu dáng ban đầu, kiến trúc xc được xây dựng và tất cà các cụm hệ thống được tích hợp Các mô đun của dàn gầm-

hệ thống truyền lực được tiếp quản từ các nền tảng có sẵn hoặc được phát triến mới, bao gồm các công nghệ mới, ví dụ: hệ thống truyền động điện hoặc hybrid Trong nhiều trường hợp, chiếc xc được phát triển được xây dựng trên nền tảng xc hiện có cho phcp tích hợp các loại hệ thống truyền dộng khác nhau, có thể là động cơ đốt trong, hybrid-concept và truyền động hoàn toàn bằng điện Hình 1.12 mô tả các bổ tri chung dàn gầm cùa concept xe Volkswagen Golf (Đức)

- Giai đoạn tiền phát triển (pre-dcvelopment) bao gồm quá trinh tiếp tục phát triển concept dựa trên việc xem xét các yếu tố chi tiết về công nghệ và kinh tể Bao gồm việc hoàn thiện các công việc tạo kiêu dáng, thiết kế kỹ thuật tất cà các cụm

hệ thống và mô đun Ngoài việc phát triền ảo, các nguyên mẫu của mô đun và cả chiếc xe được thử nghiệm trong phòng thử nghiêm và trên đường Trong giai đoạn này, các nhà cung cấp công nghệ, linh kiện và mô đun sẽ tham gia nhiều hơn

- Giai đoạn phát triển sản xuất hàng loạt (Series Development Phase) có mói quan hệ chặt chẽ với phát triển sản xuất và tích hợp nhà cung cấp trong logistics, quy trình lắp ráp và kỳ thuật chat lượng Trong giai đoạn này, một mỏ hình xe ảo toàn diện dóng vai trò là cơ sớ đế đầu tư tiếp cận sâu rộng hơn về công nghệ liên quan đến sản xuất Vào cuối giai đoạn này, cà mô hình ô tô mới và quá trình sản

30

xuất của nó đều được phát triển hoàn chỉnh và tất cả các hoạt động tương hỗ liên quan với các cơ sờ sản xuất và nhà cung cấp đã được xác định.

Bố tri cluing xe VW Golf Điện, cầu trước chủ động

Hình 1.12: Bổ trí chung dàn gầm cùa các loại concept Volkswagen Golf

- Giai đoạn cuối cùng của quá trình phát triển xe hoi (Pre-Series & Series Production) Cài đặt hoàn chính dây chuyền lắp ráp và quản lý logistics được thực hiện trong quá trinh sản xuất các loạt xe ban đầu (lô số 0) Điều này bao gồm các điều chinh cuối cùng của máy móc và các rô bốt cũng như các cuộc khảo cứu xác nhận liên quan đến chất lượng xe, ví dụ trong xưởng sơn hoặc tối ưu hóa khi xem các dung sai chuỗi lắp ráp, Sau khi có sự phê chuẩn (đăng kiểm) của chiếc xe mới tại các thị trường mục tiêu, giai đoạn sản xuất hàng loạt ô tô sè bắt đầu

Hình 1.13 cho thấy một quá trình phát triển ô tô điển hình cùa các hệ thống cơ điện

từ trên ô tô theo mô hình chừ V, mô hình này thể hiện một trường hợp đặc biệt của

mô hình thác nước mò tá các bước tuần tự của quá trình phát triển sản phẩm của hình 1.11

Quá trinh bắt đầu ở đầu trên cùng của nhánh bên trái với các thông số kỹ thuật của sản phẩm lả kết quà của danh sách các ycu cầu Toàn bộ nhánh bên trái tập trung vào thiết ke sản phấm và được chia thành trình tự thời gian tuần tự với mức độ chi tiết ngày càng tăng Mức hệ thống bao gồm phần phát triển liên quan đến các mức (level) chính cùa sản phấm, như kiến trúc xe, bố trí chung, tích hợp công nghệ Sau khi xác định các đặc điểm chính ở cấp hệ thống, cấp mô đun bao gồm việc phân tích các hệ thông phức tạp thành một sô mô đun, như thân xe, hệ thông truyên động, khung gầm, hệ thống tiện nghi và các mô đun hỗ trợ lái xc khác

Các mô đun khác nhau được thiết kế dựa trên sự tương tác của giữa chúng với nhau

và với các mô đun khác, phù hợp với các thông số kỹ thuật liên quan đen toàn xc Cuối cùng, các mô đun được chia theo các linh kiện cấu thành của chủng, ở mức Linh kiện (component level)

31

YỀUCÂU THÀNH PHÀM

Kiêm tra hệ thống đat chuẩn

Nhánh bên phải của mô hình V bao gồm tống hợp, kiếm tra và tói ưu hóa ở cấp Mô đun linh kiện và mức Hệ thống (system level) Sau khi được thử nghiệm, các linh kiện được xây dựng với nhau thành các mô đun, được tích hợp và kiếm tra theo các chức năng cụ the cùa chúng Cuối cùng, ở mức I lệ thống ở đầu trên cùng của nhánh bên phải, tất cả các phần tử được lắp ráp thành một nguyên mẫu xe hoàn chinh và được kiêm tra về sự tuân thù của sản phẩm với các tiêu chí cụ the được xác định ban đầu Điển hình cho sự phát triển theo mô hình chữ V là sự tương tác chặt chẽ giữa thiết kế và thử nghiệm Bằng cách này, việc trao đối dữ liệu và thông tin giữa thiết kế sản phẩm (nhánh trái) và tích hợp & kiếm tra (nhánh phài) hồ trợ tối ưu hóa

và cải thiện tính hiệu quả

Việc nghiên cứu phát tricn toàn bộ một chiếc xe có khá nhiều thách thức phức tạp đoi với các nhà sản xuất thiết bị gốc trong công nghiệp ô tô Hình 1.14 minh họa một quy trinh phát triển toàn bộ xe điển hình có các giai đoạn liên quan đến CAD

32

Series development Definition

^ Packaging & geometrical integration

1.3 Thiết kế và thử nghiệm mẫu concept ô tô

1 3.1 Giới thiệu về xe concept

Mẩu concept có thê ở dạng “working”, nghĩa là có thế hoạt động được như sản phẩm Loại working concept thường gặp là các mẫu thử vật lý, các mẫu Alpha hay Beta của sản phẩm Concept cũng có the ở dạng “non-working” nghĩa là chi mô tả hình dáng và cấu trúc sản phàm mà không hoạt động, bao gồm các bản vẽ, các mô hình 3D, mô hình số DMU, mò hình tạo mẫu nhanh RP

Các “xe concept” rất phổ biển trong công nghiệp ô tô, tại các triển lãm quan trọng, các hãng xe hơi thường trưng bày các mẫu “concept” để minh họa cho công nghệ hay thiết kế mới của mình theo dạng working concept, tuy nhiên, chúng van chưa hoàn thiện đổ sẵn sàng ra thị trường Đưa ra thị trường một mẫu xe concept mới nhằm mục đích kiểm nghiệm thị trường những kiểu đáng, nội ngoại thất vẫn còn trong giai đoạn thiết kế Công việc này nhàm thăm dò xu hướng thị trường về mẫu

xe, hạn chế được những sai lầm về kiểu dáng, nội ngoại thất không phù hợp Ngày nay, đối với đại đa số người tiêu dùng ô tô, kiểu dáng và nội ngoại thất đóng vai trò rất quan trọng, là cầu nối cần thiết giữa thị hiếu và tâm lý khách hàng và các hãng

xe Bằng cách đưa ra những chiếc xe concept, các hãng xe sẽ kiểm chứng thái độ của người dùng bằng cách đặt những câu hỏi ở salon triển lãm hoặc thu nhận thông tin từ giới truyền thông và đặc biệt là thu thập thông tin trên các mạng xã hội

33

Hình 1 ỉ 5: Mau xe concept Peugeot Onyx

Quan sát một chiếc xe concept dưới góc độ kỳ thuật và mỹ thuật, ta nhận thấy đa phần các thiết kế phàn ánh những đường nét đặc trưng của mẫu xe tương lai Những điểm này không nhất thiết là thiết ke của cả chiếc xe mà chỉ trên một vài bộ phận

dễ dàng thu hút sự chú ý của khách hàng, nét đặc trưng này có thổ sẽ được dùng trên toàn bộ các dòng xe tương lai của hãng xe và vì thế sẽ trở thành một biểu tượng của hãng xe

Xe concept còn dược dùng để cải thiện hình ành của một hãng xe thông dụng, nếu những hãng xe này chỉ sản xuất những mẫu xe đi hằng ngày thỉ rất khó tạo ra thị hiếu mới cho người tiêu dùng Ví dụ nếu hãng Peugeot chỉ bán những mẫu xe thông dụng như chiếc 2008 thì một chiếc xe concept Onyx hoàn toàn có thể tạo ra một ước mơ cho người tiêu dùng

1 3.2 Phát triển concept ô tô

Mục đích chính của việc phát triển concept ô tô là đổ đảm bão tính khả thi liên quan đển hiệu quả chi phí của một concept xe nguyên chiếc phù hợp và cạnh tranh với khách hàng Ket quả của sự phát triến concept là xác định một so concept xe với các thông số chính dược xây dựng dựa trên các khía cạnh hỉnh học và chức năng được ràng buộc bới các điều kiện ranh giới kinh tế và pháp luật Trong bước cuối cùng của giai đoạn concept, một hội đong hỗn hợp sẽ thẩm định chi tiết về các concept này và quyết định khả năng chọn và phát triển loại concept nào cho sản xuất hàng loạt Các quyết định liên quan đến quá trình phát triển trong các giai đoạn đầu này chiếm một tỷ lệ phần trăm đáng kể trong toàn bộ chi phí R.4D Do đó, cần

có hiếu biết sâu sắc và tống hợp về sản phẩm bằng cách tích hợp các công cụ phát triền ảo trong các phòng ban liên quan

Ọuá trình phát triển toàn bộ ô tô bắt đầu với việc xác dịnh các thông số kỹ thuật toàn diện của sản phàm, sau đó là bổ trí chức năng ban đầu và cẩu hình bố trí chung của xe Trong quá trình phát triến concept, mức độ chi tiết của các biến thế concept được xây dựng liên tục tăng lên, dẫn đen sự tham gia ngày càng nhiều của các lĩnh

34

vực làm việc khác nhau với các yêu cầu cụ thế Hình 1.16 mô tả sự tương tác của các lĩnh vực trong phát triển concept ô tô.

Drning performance Functional layout

Hình ỉ ỉ6: Tương tác của các lĩnh vực trong phát triển concept ô tô

Vì concept phải xem xét theo các điều kiện ranh giới khác nhau, các mâu thuẫn và các yêu cầu cụ the từ các bộ phận phát triển khác nhau, nên concept ô tô là kết quả của các quá trình tối ưu hóa chuyên sâu Nhìn chung, khi thiết kế một concept ô tô

là một môi trường dự án đa lĩnh vực có những yêu cầu cao liên quan đến tính kịp thời của dữ liệu và cần được xử lý trước một cách hiệu quả để cung cấp dữ liệu chi tiết có giá trị và có ý nghĩa Do đó, các quy trình thiet ke concept phải được đồng

bộ hóa định kỳ liên quan đến nội dung giữa các khu vực làm việc khác nhau, giữa các phòng ban nội bộ cũng như các nhà cung cấp bên ngoài Việc tổi ưu hóa đa ngành này đòi hởi tính linh hoạt cao từ các công cụ, phương pháp và quy trình được

ảp dụng, đế đàm bảo truyền dữ liệu và kiến thức hiệu quả giữa các bộ phận và chuyên ngành khác nhau Đặc biệt là tạo ra một mô hình 3D-CAD có tính linh hoạt cao có thổ giúp xử lý nhiều mẫu concept và có the cho phép tối ưu hóa một cách hiệu quả có tính đến các lĩnh vực khác nhau như pháp lập, kiểu dáng và chức năng

kỷ thuật Ngoài ra, mô hình 3D-CAD hỗ trợ việc xem xét các vấn đề về cấu hình hệ thống gầm, hệ thống lưu trữ năng lượng, đặc điểm lái xe và nhiều vấn đề khác Các chiến lược phát triển tích hợp, bao gồm các thiết kế hình học, lien kết tham số, được liên kết với nhau và với các quy trình mô phỏng và tính toán được áp dụng để đáp ứng các yêu cầu của các nhóm làm việc da ngành trong các giai đoạn phát triển

1 3.3 Concept ô tô ảo

Việc lựa chọn có trọng so các quy trình trong các giai đoạn phát triển và trước khi lên thiết kc concept được liên kết với một mô hình ô tô ảo nhằm kết nối các lĩnh vực phát triển ban dầu khác nhau Đảm bảo các yêu cầu khác nhau như khía cạnh hình học và chức năng, công cụ concept hiện tại (thời gian thực) ảo bao gồm một

35

số mô đun con được tách biệt có liên quan đến các yếu tố khác nhau, ví dụ: vị tri của các bộ phận của xe hoặc vấn đe xác nhận một sổ chức năng cúa xe Hình 1.17 minh họa kiến trúc chung cùa công cụ concept ảo bao gồm các mô đun chính được liên kết với nhau, giong như một kho lưu trữ dừ liệu tập trung, một chức năng mô đun và mô đun hình học toàn diện, được chia thành các mô đun con Nói chung, hình dung sản phẩm được thực hiện bởi mô đun hình học trong các phần mềm 3D- CAD thương mại hiện đại, sử dụng các mẫu tham số tích hợp (xe sedan, xe ga, xc bán tái, v.v.) như một khung hình học đe hỗ trợ tạo nhanh các gói concept đầu tiên Các mô đun phụ bổ sung cho phép thể hiện các hình dạng kiểu dáng, mô hình kỹ thuật số (DMU) cũng như điều tra công thái học và cách bố trí chung của xe Các

mô đun phụ lien quan đến hình học được tham số hóa để hỗ trợ khảo sát hình học

và bề mặt nếu chúng bị lệch khỏi ranh giới luật pháp về đăng kiếm phương tiện Dựa trên biếu diễn 3D-CAD, một mô đun phụ khác cho phép đánh giá tính thoải mái của người dùng ví dụ cho việc tạo bố trí chung 2D và kích thước các concept Bên cạnh chức năng hiển thị, mô hình 3D-CAD tích hợp đặc biệt hỗ trợ phát triển concept bằng cách cung cấp xác minh các công cụ đế xác nhận về hình học và kỹ thuật Là một phần cùa công cụ concept ảo, một kho dữ liệu mạnh mẽ chứa tất cả thông tín là cần thiết cho các lĩnh vực phát triển concept ô tô, từ các thông số hình học, kỹ thuật, đen các thông tin về luật pháp

Database interface Geometry interface Function interface

Hình 1.17: cẩu trite chung cùa công cụ concept ào

Các thông số của cơ sở dĩr liệu này có thế sử dụng được do người dùng xác định và thường được hồ trợ bởi giao diện người dùng đồ họa Một sự kết nổi hai chiều giữa

mô hình 3D-CAD và cơ sở dữ liệu cho phép kiếm soát các tham số hình học, cũng như quy trình theo dõi và lưu trữ dừ liệu đế ghi lại trạng thái dữ liệu thay đối nhanh chóng cúa nhiều concept xe cùng lúc Ngoài ra, giao diện cơ sở dữ liệu cho phép sửa đổi và nghiên cứu các biến thế hình học bởi những người dùng không chuyên

36

về phần niềm thiết kế ứng dụng Qua đó, công cụ concept ảo cung cấp khả năng truy cập trực tiếp đến các thông tin liên quan về hình học của xe Theo cách này, cơ

sở dữ liệu đại diện cho điểm giao nhau của các thù tục phát triển đồng thời, các chu trình trao đổi thông tin và tối ưu hóa Một mô đun chức năng riêng biệt được kết nối trực tiếp với nhóm dừ liệu và với mô đun hỉnh họe Mô đun này bao gồm một

số phan định hướng chức năng, ví dụ cho phép ước tính sớm trọng lượng tổng thế của xe, xác định tính năng động lực học và mức tiêu thụ nhiên liệu, cũng như mô phỏng động lực học của xe một cách sơ bộ khi xem xét các cách bố trí động cơ và dàn gầm khác nhau

1 3.4 Phuong pháp thiết kể xe concept

Nhìn chung, quá trình thiết kế concept ô tô thường được thực hiện theo một dự án

xe mới, trình tự sau:

- Lập dự án xe mói: Từ các nghiên cứu thị trường, các nhà hoạch định chiến lược của doanh nghiệp xây dựng dự án phát triển xe mới Dự án này sỗ đi từ các số liệu của bộ phận nghiên cứu thị trường, marketing, xây dựng ngân hàng ý tưởng, catalog các giải pháp sản phẩm và bộ nhiệm vụ thiết kế của dự án Các đề xuất này

sẽ được một hội đồng sản phẩm của doanh nghiệp xem xét kỹ lưỡng trong đó vai trò của kỹ sư trưởng dự án là rất quan trọng Trên cơ sở đề xuất này, tiến hành các thiết kế xe concept dành cho marketing, xc concept sản phẩm (kỹ thuật) và xe concept chế tạo (công nghệ)

- Vẽ, phác thảo xe concept: Khi các ý tưởng đã được thông qua, nhà thiết kế bắt đầu bằng hàng loạt các bản phác thảo cho các ý tưởng Có thế phác thào trên giấy hoặc trên các công cụ điện tử phác thảo concept như Wacom đế có thế truyền dữ liệu số của hình ảnh vào máy tính Trong hàng ngàn ý tưởng thiết kế, chỉ có một hoặc hai mẫu may mắn được lựa chọn đe hiện thực hóa

Hình 1.18: Các mau phác thảo xe concept trên giấy

37

Hình 1 19: Phác thảo mẫu xe concept trên bàng điện tử Wacom

- “Cô đọng” thiết kế: Muốn thiết ké trở thành một sản phẩm thực tế, chúng ta cần “cô đọng” hay “đóng băng” những ý tưởng lại trong một vài concept, dựa trên các mẫu động cơ và dàn gầm của một vài nhà cung cấp cụ the, bố trí chúng theo một cấu hình bố trí chung tối ưu giữa các cụm thân vỏ, động cơ và hệ thống truyền lực, các hệ thống gầm xe, nội thất, ngoại thất, hài hòa với kiểu dáng phù hợp và hiện đại Đối với các nhà thiết kế R&D, đây là giai đoạn họ phải đấu tranh lần nhau thực sự trong việc thỏa hiệp với nhau trong nhóm giữa sáng tạo nghệ thuật và tính ứng dụng trong thực tế

Hình 1.20: Tranh luận để cô đọng mẫu concept thực tể hơn

Nhiều mẫu xe tuy có kiểu dáng đẹp, hiện đại nhưng có thể không phù hợp với công nghệ hay không khả thi nên vẫn phải loại bỏ ở giai đoạn này Tuy chiếc xe vẫn còn trên bản vẽ nhưng sẽ được thay đổi, chi tiết hóa và tái cấu trúc cho đen khi đáp ửng được tất cà các yêu cầu về kỹ thuật nói chung

38

- Cụ thể hóa đối tirợng dưới dạng mô hình đất sét: Từ bản vẽ phác thảo trên

giấy hay bảng điện tử Wacom, các kỹ sư R&D chuyển thành mô hình 3D trên máy tính Tiếp đó, họ sẽ “cụ thể hóa” mẫu xe này bằng mô hình đất sét công nghiệp plasticine với tỷ lệ thu nhỏ 1:4 hoặc 1:1, thông thường hay dùng tỷ lệ 1:1

Sau đỏ, các thợ thủ công chuyên nghiệp sẽ có nhiệm vụ chỉnh sửa lại toàn bộ mẫu đất sét này với những chi tiết bất hợp lý sau một quá trình đánh giá và bàn bạc giữa những người có liên quan tới dự án Bởi chỉ cần một sai sót nhỏ, chi tiết đó sẽ khiến toàn bộ lô hàng sản xuất đau tiên bị thu hồi

Hình Ị.2Ỉ: Những concept ô tô được tạo ra từ mô hình đất sét

Một mẫu đất sét sẽ được dựng lên với kích thước thực chỉ khi nó được thiết kế concept hoàn chỉnh, được lựa chọn cuối cùng và lúc các nhà thiết kế hay R&D cùng những thành viên trong ban dự án muốn có một hình dung thật chính xác về chiếc

xe họ sắp đưa vào sản xuất

- Xây dựng mô hình đầy đủ: Mô hình xe đến thời điểm này vẫn có thể là đất sét

nhưng một sô chi tiêt đã được làm băng polymer hay các vật liệu khác như gô các loại đe cắt giảm trọng lượng Ngày nay, các kỹ sư có thể thay thế đất sét bằng các loại vật liệu khác vừa đảm bảo hiệu quả lại tăng thêm tính chân thực cho nguyên mẫu Sau khi được hoàn thành, nguyên mẫu kích thước thực sỗ trông giống như một chiếc xe thông thường và được truyền thông rộng rãi với công chúng để có thể thu nhận được các ý kiến phản hồi

- Phác thảo và lên mô hình nội thất xe (hình 1.22): Thông thường nội thất của chiếc xe đã được nhà thiết kế phác thảo ngay từ ban đầu Quá trình này còn trải qua thêm một số điểm thiết kế nữa về công thái học (ergonomics), hình dáng, màu sắc, vật liệu của các bộ phận nội thất sao cho hài hòa và tương xứng

Các phác thảo trên giấy hay bảng điện tử Wacom của nội thất cũng được chuyển thành bàn vẽ 3D và sau đó được dựng dưới dạng nguyên mẫu đất sét Diện mạo cũng như tất cả các chi tiết từ vô lăng tới chỗ ngồi và giao diện điều khiển sẽ được lên chi tiết ở công đoạn này

39