ĐỀ TÀI PHỎNG HỆ THỐNG TREO (8.5đ) MÔN MÔ PHỎNG Ô TÔ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

Hệ thống treo gồm ba phần cơ bản; cơ cấu liên kết đàn hồi khung vỏ xe với các cầu xe, đảm bảo khi xe chuyển động cầu xe không va chạm với khung vỏ; cơ cấu truyền lực bao gồm các chốt, tr

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

BÁO CÁO KẾT THÚC HỌC PHẦN

MÔ PHỎNG KỸ THUẬT Ô TÔ KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG TREO ĐỘC LẬP

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Tuấn Nhóm sinh viên thực hiện:

Nguyễn Thị Mỹ Thư – 59132483 Nguyễn Tấn Đạt – 59130268 Nguyễn Viết Hưng – 59130872 Phạm Đăng Luân – 59131332

Lớp: 59.CNOT-2

Khánh Hòa – 2020

MỤC LỤC

Trang

I. TỔNG QUAN 1

1. Giới thiệu sơ bộ về ô tô mẫu 1

2. Giới thiệu hệ thống treo mô phỏng 1

II. TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC MÔ PHỎNG 2

1. Giới thiệu ngắn gọn về phần mềm Carsim 8.02 2

2. Các thông sô đầu vào phục vụ mô phỏng 3

3. Các bước tiến hành mô phỏng 3

III. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 9

1. Kết quả mô phỏng bằng hình ảnh 9

2. Kết quả mô phỏng bằng đồ thị và bình luận 10

IV. KẾT LUẬN 14

NỘI DUNG BÁO CÁO

I TỔNG QUAN

1 Giới thiệu sơ bộ về ô tô mẫu

Toyota Corolla là một dòng xe subcompact và compact được sản xuất bởi Toyota Xe Corolla Altis lần đầu tiên được giới thiệu trên thị trường xe hơi thế giới vào ngày 20/10/1966 và ngay lập tức đã tạo ra tiếng vang lớn với doanh số bán hàng vô cùng ấn

tượng Năm 1997, Corolla đã trở thành tên nơi bán chạy nhất trên thế giới, vượt qua Volkswagen Beetle, Toyota Corolla đạt mốc 40 triệu xe bán được kể từ khi sản xuất cho đến Tháng Bảy năm 2013 Tính đến năm 2007 đã có hơn 30 triệu xe đươc bán và đến năm 2018, đã có 43 triệu chiếc Altis được bán ra thị trường để trở thành một trong những mẫu xe vĩ đại nhất lịch sử Toyota

Là mẫu xe du lịch 5 chỗ của dòng xe Toyota nổi tiếng, qua 11 thế hệ, Xe Corolla Altis

đã gặt hái nhiều thành công và nhận được nhiều sự tín nhiệm và các giải thưởng uy tín không chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới

Hiện tại, Xe Altis đang được sản xuất tại nhiều nước trên thế giới như Nhật Bản, Anh,

Mỹ, Canada, Trung Quốc, Đài Loan, Malaysia, Philippines, Thái Lan, Pakistan, Venezuela, Nam Phi, Brazil, Thổ Nhĩ Kỳ, Ấn Độ và đặc biệt tại Việt Nam

Toyota Corolla Altis 2004 thuộc thế hệ thứ 9 có dung tích 1.794 cc; sử dụng động cơ 4 xilanh thẳng hàng; có chiều dài, rộng, cao lần lượt là 4530mm, 1705 mm, 1550 mm; chiều dài cơ sở 2600 mm; trọng lượng không tải 1085 kg và toàn tải 1460 kg Xe này có công suất cực đại là 134/6000 (mã lực/vòng/phút) và mô men xoắn cực đại là 170.5/4200 (Nm/vòng/phút)

2 Giới thiệu hệ thống treo mô phỏng

Hệ thống treo của ô tô du lịch cũng như của ô tô tải nói chung, là hệ thống liên kết đàn hồi các cầu xe (cầu chủ động và bị động) với khung và thân xe Hệ thống treo gồm ba phần cơ bản; cơ cấu liên kết đàn hồi khung vỏ xe với các cầu xe, đảm bảo khi xe chuyển động cầu xe không va chạm với khung vỏ; cơ cấu truyền lực bao gồm các chốt, trục, thanh đòn, dầm cầu,…liên kết với bánh xe để truyền lực đẩy từ bánh xe và phản lực của mặt đường lên khung vỏ; cơ cấu anfy đảm bảo xe có thể chuyển động với tốc độ cao ma không bị xô lệch khung vỏ xe; cơ cấu giả chấn để dập tắt dao động của bánh xe khi di chuyển, nhất là khi di chuyển ở mặt đương gồ ghề

Hệ thống treo đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi xe chạy với tốc độ cao, đảm bảo các bánh xe luôn tiếp xúc với mặt đường, nhất la khi hai bánh dẫn hướng của cầu trước Chính trên cơ sở này, hệ thống treo được phân ra làm hai loại: hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc

Trong hệ thống treo độc lập, dầm cầu trước không liền khối mà chế tạo thành nhiều bộ phận rồi lắp ghép với nhau (thường gồm hai dầm chữ A chế tạo rơi có lắp cơ cấu giảm chấn rồi lắp với dầm cầu trước) do đó các bánh xe dẫn hướng dao động độc lập, được lò

3

xo hình trụ (cơ cấu liên kết đàn hồi) luôn luôn đẩy cho áp suất mặt đường Hệ thống treo độc lập thường dùng loại giảm xốc ống, kiểu thủy lực lắp lồng bên trong lò xo liên kết Loại giảm xóc khí nén (giảm xóc hơi) hoặc giảm xóc kiểu thủy khí (hyudragaz) chỉ dùng trong các xe du lịch cao cấp: dùng hệ thống treo độc lập kiểu khí nén hoặc thủy lực như

hệ thống treo dynamic – drive của BMW 745Li của Đức hay Citroen DS19 của Pháp

II TRÌNH TỰ CÁC BƯỚC MÔ PHỎNG

1. Giới thiệu ngắn gọn về phần mềm Carsim 8.02

Phần mềm Carsim được xây dựng và phát triển bởi công ty Mechanical Simulation Corporation có trụ sở tại Ann Arbor, Michigan, chuyên cung cấp các ứng dụng mô phỏng tương tác 3D 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 thế chạy một thử nghiệm mô phỏng, hay xem đồ thị đặc tính với một cái 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 Powerpoint Các phép toán được sử dụng trong Carsim được xây dựng từ cơ sở lý thuyết cũng như đã qua kiểm nghiệm thực tế chặt chẽ Carsim sử dụng chương trình VehicleSim Lisp để tổng hợp, phân tích các phương trình tính toán, cung cấp các phương trình phi tuyến tính chính xác cho các mô phỏng phức tạp để tối ưu hóa tính toán Ngoài

ra, các công cụ hỗ trợ và mở rộng như MathLab/Simunlink, LabView, viết trên nền Visual Basic, C++, MathLab và các ngôn ngữ lập trình khác giúp người dùng có thể dễ dàng sử dụng các tùy chọn, hoặc mô phỏng các thành phần như lốp xe, phanh, hệ thống dẫn động,…

2 Các thông số đầu vào phục vụ mô phỏng

Thông số kỹ thuật của xe Toyota Corolla Altis 2004:

• Kích thước xe: dài x rộng x cao (L, B, H): 4530 x 1705 x 1550 (mm)

• Chiều dài cơ sở: L0 = 2600 (mm)

• Chiều rộng cơ sở: Trước B0t = 1480/Sau B0s = 1460 (mm)

• Trọng lượng không tải: G0 = 1085 (kg)

• Trọng lượng toàn tải: Gt = 1460 (kg)

• Khối lượng được treo: m2 = 1284 kg

• Chiều dài cơ sở: l = 2,6 (m); a = 1,3 (m); b = 1,3 (m)

• Khối lượng cầu trước: m1t = 80 kg

• Khối lượng cầu sau: m1s = 96 kg

• Độ cứng lò xo trước: C2t = 34100 N/m

• Độ cứng lò xo sau: C2s = 39800 N/m

• Độ cứng lốp trước: C1t = 340000 N/m

• Độ cứng lốp sau: C1s = 350000 N/m

• Độ cản giảm chấn trước: K2t = 2840 Ns/m

• Độ cản giảm chấn sau: K2s = 3130 Ns/m

• Bán kính tính toán: R = 287mm

3 Các bước tiến hành tự mô phỏng

Để mô phỏng hệ thống treo trên Carsim ta thực hiện các bước sau:

- Khởi động phần mềm Carsim 8.02

- Nhấn vào File → New Dataset sau đó đặt tên là suppention test

- Tại Vehicle configuration: Ind_Ind chọn D-class, Sedan và tại Procedure chọn DLC@120km/h

Hình 1 Chọn D-Class, Sedan và DLC@120km/h

5

- Tại D-class, Sedan nhấn sau đó chọn Copy and Link Dataset

Hình 2 Chọn Copy and Link Dataset

- Nhập tên xe vào ô phía dưới sau đó nhấn Copy and Link

Hình 3 Nhập tên xe

- Nhấn DLC@120km/h để thiết lập các thông số hình học và điều kiện giống các hình dưới

Hình 4 Thiết lập thông số cho xe

- Nhấn vào Toyota Corolla Altis 2004 → D-Class, Sedan Sprung Mass và ghi các thông số kích thước cho xe

7

Hình 5 Ghi các thông số kích thước cho xe

- Nhấn vào Toyota Corolla Altis 2004 → D-Class, Sedan sau đó nhập kích thước của xe

Hình 6 Thiết lập các kích thước

- Nhấn vào Toyota Corolla Altis 2004 → D-Class, Sedan – Front Suspension sau đó nhập thông số hệ thống treo trước

Hình 7 Thông số hệ thống treo trước

- Nhấn vào Toyota Corolla Altis 2004 → D-Class, Sedan – Rear Suspension sau đó nhập thông số hệ thống treo sau

Hình 8 Thông số hệ thống treo sau

- Nhấn vào Toyota Altis 2004 → D-Class, Sedan – Front Comp sau đó thiết lập các

độ lớn hệ thống treo

9

Hình 9 Thiết lập các độ lớn lực hệ thống treo

- Chọn Road Reference → High Front View, Road Ref (Rr Facing) để thiết lập hướng nhìn

Hình 10 Chọn hướng nhìn

- Chọn Set run color → chọn màu đỏ cho xe

- Nhấn Run Math Model, sau đó nhấn Animate để thực hiện mô phỏng

Hình 11 Video mô phỏng

III KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN

1 Kết quả mô phỏng bằng hình ảnh (lấy từ video)

Hình 12 Kết quả mô phỏng

11

2 Kết quả mô phỏng bằng đồ thị và bình luận

Hình 13 Đồ thị thể hiện sự xoay lệch hướng

- Nhận xét: nhìn vào đồ thị (hình 13), ta thấy các bánh xe có độ bám tốt nên ít bị trượt vì hệ thống treo có khả năng cân bằng tốt làm độ bám luôn lớn giúp xe ít bị

trượt

Hình 14 Đồ thị thể hiện gia tốc chuyển động theo phương ngang

- Nhận xét: nhìn vào đồ thị (hình 14), ta thấy rằng gia tốc của xe chuyển động tương đối ổn định

Hình 15 Đồ thị thể hiện góc lái

- Nhận xét: góc lái có thể ảnh hưởng mạnh hơn rất nhiều về tính năng động học của

xe nếu so sánh chỉ với góc nghiêng các bánh xe, song song với điều này là tính ổn định lái, tính cơ động và sự hao mòn các chi tiết trong hệ thống như lốp xe hay các

ổ trục

Hình 16 Đồ thị thể hiện phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe

- Nhận xét: nhìn trên đồ thị (hình 16) chúng ta nhận thấy vì cầu sau là cầu chủ động nên giá trị độ lớn về lực thẳng đứng của hai bánh sau luôn luôn lớn hơn vì hai bánh

13

này nhận lực đẩy từ mặt đường Giá trị biến thiên khi xe vào các góc ôm cũng lớn hơn

Hình 17 Đồ thị thể hiện độ lệch của xe so với chuẩn ban đầu

- Nhận xét:

+ Đường màu xanh nước biển là đường thể hiện trục đoạn đường xe chạy

+ Đường màu đỏ thể hiện quỹ đạo trọng tâm xe quét qua, đường màu đỏ đã được máy tính tối ưu hóa về động lực học, tức đó là quỹ đạo tối ưu mà khả năng cao nhất xe

có thể đạt được trên đường thật

+ Nhìn vào đồ thị cho thấy độ lệch giữa hai đường là không nhiều, độ lệch lớn nhất xuất hiện tại hai vị trí xung quanh điểm 90m và 155m trên đường thử Lý do xuất hiện độ lệch này là do ảnh hưởng của hai góc ôm liên tiếp nhưng ngược chiều nhau

Hình 18 Đồ thị thể hiện góc đặt bánh xe

- Nhận xét: đồ thị trên biểu diễn các góc đặt bánh xe, nhìn vào đồ thị có thể thấy hai bánh trước và hai bánh sau chuyển động khi vào cua tương đối ổn định ko bị trượt hoặc bị lật

Hình 19 Đồ thị thể hiện góc đánh lái

- Nhận xét: nhìn vào đồ thị (hình 19), ta thấy khi vào cua thì góc đánh lái của 2 bánh xe chênh lệch ít vì khi cua xe bị nghiêng hướng ngược lại do quán tính

nhờ hệ thống treo cân giảm sự nghiêng khi vào cua giúp bánh đánh lái với góc lệch thấp giảm sự trượt

Hình 20 Đồ thị biểu diễn độ vặn xoắn thân xe

- Nhận xét: độ vặn xoắn thân xe tạo ra bởi nguyên nhân là hai lực quán tính khác nhau của hai phần đầu và đuôi của xe tác động lên xắc xi xe theo hai phương khác nhau tạo tải trọng động lên thành phần này và gây nên hiện tượng vặn xoắn thân xe

Độ vặn xoắn này liên quan trực tiếp đến tính ổn định động học của xe Ảnh hưởng này đặc biệt rõ khi xe vừa bị xoắn với góc lệch lớn vừa thực hiện phanh Nhìn trên

đồ thị, chúng ta thấy góc lệch rất lớn góp phần gây nên ảnh hưởng của độ trượt, lực tác động lên các bánh xe, góc hệ thống treo và nhiều ảnh hưởng khác Trong đó quan trọng nhất phải xét đến tính ổn định khi phanh vì khi thực hiện phanh thì góc lệch này quyết định gần như hoàn toàn quỹ đạo của bốn bánh xe, nếu có sự không tương đồng trong các quỹ đạo này thì xe lập tức mất điều khiển gây nên tình trạng nguy hiểm cho người lái và các thành phần tham gia giao thông khác

15

→ Tóm lại, qua đồ thị biểu diễn các thông số, chúng em rút ra một số nhận xét khi mô phỏng hệ thống treo trên ô tô:

- Từ chỉ tiêu êm dịu và an toàn chuyển động, cần thiết kế bộ phận đàn hồi hệ thống treo

có độ cứng nhỏ để nâng cao độ êm dịu và tăng độ an toàn, đồng thời cũng thỏa mãn các giới hạn cho phép của độ võng tĩnh khi bộ phận đàn hồi nằm trong kết cấu chung của gầm ôtô và thoả mãn đặc tính dao động riêng phần được treo

- Hệ số giảm chấn phải vừa đủ dập tắt nhanh dao động, làm cho bánh xe tiếp xúc với mặt đường liên tục đồng thời không làm xấu đi độ êm dịu của phần được treo

- Khi thiết kế phần không được treo và được treo, để được đặc tính êm dịu cao, tải trọng

va đập bé, cần phải triệt để giảm khối lượng phần không được treo

- Độ cứng hướng kính của lốp đạt được càng nhỏ càng tốt để giảm triệt để tải trọng va đập phát sinh giữa bánh xe và mặt đường, nâng cao độ êm dịu của thùng xe, muốn vậy lốp xe phải có thể tích chứa khí lớn

IV KẾT LUẬN

Qua những nghiên cứu về các đặc tính trên ô tô bằng sự mô phỏng của phần mềm này, chúng em đã được làm quen và có được cái nhìn khá tổng quát, cơ bản nhất về phần mềm CarSim phiên bản 8.02 Đây có thể xem như là một tài liệu hướng dẫn sử dụng trong việc nghiên cứu thiết kế và tính toán ô tô Đồng thời học môn Ứng dụng máy tính trong tính toán và mô phỏng ô tô giúp cho chúng em có kiến thức và kỹ năng cần thiết về sử dụng phần mềm trong thiết kế, tính toán, mô phỏng kỹ thuật ô tô, giúp lựa chọn đúng qui trình với các thông số đầu vào và biết so sánh, đánh giá kết quả các thông số đầu ra Từ đó có thể chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của ô tô và đưa ra giải pháp cải tiến được thiết bị, điều chỉnh các thông số vận hành ô tô một cách phù hợp