ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HỌC PHẦN THIẾT KẾ Ô TÔ

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HỌC PHẦN THIẾT KẾ Ô TÔ 5.Đặc điểm của việc thiết kế hệ thống truyền lực với cầu trước là cầu chủ động. 6. Đặc điểm của việc thiết kế hệ thống truyền lực với cầu sau là cầu chủ động. 7. Đặc điểm của việc thiết kế hệ thống truyền lực với phương án bố trí nhiều cầu chủ động 8. Trình bày khái niệm về hiện tượng tuần hoàn công suất, nêu các biện pháp khắc phục hiện tượng này trong thiết kế ô tô 9. Khái niệm bố trí chung, mục đích và yêu cầu của việc bố trí chung ô tô. 10. Phân tính ưu nhược điểm của các phương án bố trí động cơ đặt trước, cầu chủ động đặt sau. 11. Phân tính ưu nhược điểm của các phương án bố trí động cơ đặt sau, cầu chủ động đặt sau. 12. Trình bày ưu nhược điểm của các sơ đồ hệ thống truyền lực trên ô tô con hai cầu chủ động. 13. Phân tích đặc điểm bố trí chung trên ô tô có khả năng cơ động cao. 14. Thế nào là lực cản khí động học, viết công thức và giải thích 15. Phân tích các phương án trong thiết kế ô tô nhằm giảm tác động của lực cản khí động học trong quá trình di chuyển. PHẦM TRẮC NGHIỆM (25 CÂU HỎI)

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HỌC PHẦN THIẾT KẾ Ô TÔ

Mục Lục

I PHẦN TỰ LUẬN (15 CÂU HỎI)

1 Phân tích các cơ sở của công việc thiết kế ô tô Cho ví dụ minh họa

Bài làm

Cơ sở khoa học

Công tác thiết kế ô tô là một công việc phức tạp cần phải có

phương pháp tư

duy khoa học để tạo nên các sản phẩm hoàn thiện

Bản chất của trình tự khoa học trong thiết kế là ở chỗ: trên cơ sở khả năng khoa học và kĩ thuật thông qua các phương pháp hiện đại phân tích và tổng quát hóa cùng với kinh nghiệm để có thể hiểu được nhiệm vụ cho trước, xác định con đường thiết kế, các giải pháp tối ưu mà tiêu tốn thời gian ngắn nhất

Vd:

Thông qua các nghiên cứu khoa học có thể

Dự báo các hiện tượng chưa quen biết trong quá trình làm việc cửa các kết cấu

Xác định nguyên nhân của các hư hỏng khác nhau

Xây dựng phương pháp tính toán chính xác

Cơ sở kĩ thuật của thiết kế

Khi thiết kế phải sử dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, sử dụng các vật liệu mới (kim loại chất lượng cao, gang, hợp kim

nhôm, phi kim, chất dẻo…) nhằm đảm bảo các khả năng áp dụng sản phẩm vào thực tế

Vai trò của máy tính trong thiết kế là rất quan trọng Với khả năng rất mạnh của máy tính hiện nay có thể sử dụng rất nhiều công cụ tính toán mạnh cũng như mô phỏng quá trình thiết kế

Đảm bảo cho kết cấu đề xuất có chất lượng, tuổi thọ và độ tin cậy cao cần thiết phải tiến hành nhiều thí nghiệm trong lĩnh vực khí động, trong các labo, thử trên bãi (polygon), thử trên đường…

Vd:

Các công ty khởi nghiệp và các công ty mới nổi phát triển các côngnghệ cảm biến tiên tiến để thu thập thêm dữ liệu về chiếc xe cũng như cho phép chiếc xe hiểu được môi trường xung quanh Công

nghệ này cũng tự động hóa việc thanh toán nhiên liệu và phí cầu đường.

Cơ sở kinh tế của thiết kế

Các phương án lựa chọn cần phải đảm bảo thực hiện tốt nhất chức năng của kết cấu phải thực hiện, đồng thời tiêu tốn ít nhất nguyên nhiên liệu, công sức con người kể cả trong thiết kế chế tạo và trongkhai thác sử dụng

Trên cơ sở phân tích tính kinh tế trong mối tương quan tổng quát của nền kinh tế xã hội để xác định kiểu ô tô cơ sở, kết cấu, kích thước… và lựa chọn các mẫu tiếp theo (modify) sao cho đáp ứng yêu cầu về tính kinh tế trong khai thác sử dụng

Tính kinh tế cũng cần thiết đặt ra kể cả trong trường hợp có những tiến

bộ kĩ

thuật, những hoàn thiện tiên tiến, nâng cao chất lượng của sản phẩm.

VD

Trong sản xuất ô tô các nhà máy

Cơ sở thẩm mỹ của thiết kế

Trong thiết kế ô tô còn cần đáp ứng hàng loạt yêu cầu về thẩm mỹ.Yếu tố thẩm mỹ phải được đặt ra ngay từ đầu sao cho phù hợp với tiêu chuẩn đã công bố trong giai đoạn hiện thời, chẳng hạn như: Hình dáng bên ngoài, màu sơn, tương quan kích thước hình học, khí động học…Các nhà thiết kế phải có hiểu biết về thẩm mỹ công nghiệp ô tô để tạo ra các sản phẩm có ấn tượng

VD : Các loại ô tô con hiện nay đều có thiết kế ngoại hình mềm mại, không còn góc cạnh vuông vức như những ô tô ở thập niên 90 với

lý do là tăng tính thẩm mĩ và giảm tiêu hao nhiên liệu khi xe có tính khí động học hơn

• Cơ sở công thái học của thiết kế

Công thái học (Ergonomic) là một ngành khoa học liên quan đến việc nghiên cứu sự tương thích giữa con người với công việc hay với sự vật xung quanh Được nghiên cứu bằng cách áp dụng lý thuyết, các nguyên tắc, các số liệu, các phương pháp thiết kế

nhằm đạt được: Tối ưu hoá lợi ích của con người và hiệu quả hoạt động chung của toàn hệ thống; Duy trì khả năng lao động của con người được lâu dài ở mức cao; Sự phù hợp công việc, hệ thống máymóc thiết bị, sản phẩm, môi trường với các khả năng về thể lực, trí tuệ và cả với những hạn chế của con người

Thiết kế công thái học ra đời với mục đích mang đến các sản phẩmtiện dụng, thoải mái nhất cho người dùng Khi thiết kế cần phải đảm bảo các yêu cầu về nahư:

- Đảm bảo về kích thước hình học phù hợp với con người;

- Khả năng điều khiển của người lái với các cơ cấu điều khiển;

- Sự phù hợp của con người với khả năng quan sát trong xe, ngoài xe;

- Đảm bảo không gian thích hợp cho con người trên ô tô đặc biệt là khi xảy ra tai nạn cần tồn tại khoảng không gian dành cho sự sống của con người

VD

2 Phân tích các giai đoạn trải qua trong quá trình thiết kế ô tô Cho ví dụ minh họa

Bài làm

Dự báo nhu cầu thị trường

Xuất phát từ các thống kế tìm hiểu của thị trường ô tô bao gồm nhu cầu của: các

vùng lãnh thổ trong quốc gia, quốc tế đặc biệt các quốc gia có dự định xuất khẩu, xác

lập các dự báo về:

- Loại ô tô (typ) yêu cầu,

- Các đặc tính kỹ thuật yêu cầu

- Số lượng yêu cầu

- Thời điểm và các giai đoạn có nhu cầu

- ô tô con khoảng 5 năm

- ô tô tải khoảng 10 năm

Nếu ngay từ ban đầu khi thiết kế mẫu ở mức độ tiên tiến nhất thì tuổi thọ của mẫu

có thể tới 15 năm cho ô tô tải Với ô tô con, tuổi thọ của mẫu phụ thuộc vào sự phát

triển của công nghiệp ô tô toàn cầu, do đó bình thường có thể duy trì mẫu khoảng 3

Thiết lập yêu cầu kỹ thuật

Yêu cầu kỹ thuật (YCKT) là các điều kiện kỹ thuật cụ thể dùng cho việc thiết kế

cấu tạo ô tô, đó là các tư liệu cơ sơ mang tính nguyên tắc (phải thỏa mãn) trong khi

Nội dung YCKT bao gồm:

1 Đặc điểm của thị trường vùng lãnh thổ sử dụng ô tô, điều kiện và chế

độ vận

tải, đặc diểm khí hậu.

2 Số lượng sản phẩm dự kiến,

3 Các yêu cầu, đặc tính kỹ thuật của ô tô bao gồm:

- Các thông số kỹ thuật cơ bản: tốc độ, công suất, khả năng gia tốc, tiêu thụ nhiên

liệu, kích thước bên ngoài, khả năng kéo móoc…),

- Khối lượng vận tải (tải hữu ích của ô tô, của rơmóc, bán rơmóc).

- Độ êm dịu, vi khí hậu trong xe,

- Kỹ thuật vận tải, kỹ thuật sửa chữa,

thể Trình tự các công việc khi thiết kế đối với ô tô thể hiện trên hình 1.2

Có thể nói: YCKT là định hướng cơ bản ban dầu cho công việc phát triển mẫu

mới, cho việc áp dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất.

Thiết kế sơ bộ ban dầu

Trên cơ sở YCKT cần thiết tiến hành các thiiết kế ban đầu (thiết kế sơ bộ).

Hình 1.2 Sơ đồ trình tự công việc khi thiết kế phát triển

12

Thiết kế ban đầu là thiết kế các kết cấu cơ bản và giải pháp nguyên tắc cho ô tô

và cụm tổng thành của ô tô nhiệm vụ cơ bản của thiết kế ban đầu gồm:

1 Chọn các cụm tổng thành cơ bản của ô tô, bố trí các khoang không

gian người

lái, khoang hành khách hay thùng chúa hàng (có thể bố trí chung cho ô

tô theo kĩ thuật

tính năng yêu cầu).

2 Phân tích khả năng thực hiện YCKT về mục đích sử dụng ô tô điều kiện vận

tải, giới hạn tải trọng và không gian chiếm chỗ khi ô tô làm việc.

3 Xây dựng các giải pháp để thực hiện các chỉ tiêu an toàn độ tin cậy theo yêu

cầu kĩ thuật đã chọn.

4 Đánh giá ô tô theo quan điểm nhân trắc và thẩm mỹ Về mặt này có thể phải đề

xuất thiết kế sơ bộ nhờ các hình nhân (dạng maket).

5 Soạn thảo các yêu cầu cụ thể cho các cụm tổng thành phù hợp với yêu cầu tổng

thể của mẫu ô tô, cũng như dự kiến các vật liệu mới sẽ được sử dụng nhằm giảm nhẹ

tải trọng của ô tô.

6 Dự kiến xác định các cụm, chi tiết được sử dụng theo dạng đồng hóa với các

mẫu chế tạo, đồng thời mở ra khả năng mở rộng tính đồng hóa cho các mẫu chế tạo sau

thống truyền lực và kích thước cho hệ thống lái, phanh, treo….

Thiết kế ban đầu phải đảm bảo:

- Kết cấu đơn giản nhất có thể,

- Các qui định rõ rang cụ thể, các giải pháp công nghệ ngắn gọn,

- Các đặc tính kĩ thuật cơ bản: tải trọng (toàn bộ, không tải), tải trọng trên các

cầu ở các trạng thái, tốc độ lớn nhất, đặc tính tốc độ, đặc tính phanh, bán kính quay

vòng, kích thước bánh xe, công suất và momen động cơ…

Quy định kĩ thuật bao gồm các qui định như nhằm thực hiện các YCKT của mẫu

ôtô thiết kế, nếu có sai lệch phải chỉ rõ nguyên nhân để có thể hiệu chỉnh sau này cho

thích hợp

Thiết kế kỹ thuật và các tài liệu kĩ thuật

Thiết kế kĩ thuật trên cơ sở YCKT và thiết kế ban đầu là các giải pháp kĩ thuật cụ

thế được lựa chọn và thực hiện để hình thành kết cấu ô tô, chẳng hạn như việc bố trí

các khoang và các cụm tổng thành, các bộ phận chi tiết

Thiết kế kĩ thuật sẽ thực hiện các nhiệm vụ sau:

13

1 Thiết kế tất cả các bộ phận của ô tô tạo nên các số liệu kĩ thuật chính xác về

kích thước, trọng lượng, các đặc tính kĩ thuật cụ thể, vị trí.

2 Tính toán các kết cấu lực chọn, thiết lập các kích thước cho chi tiết của ô tô

3 Xây dựng kết cấu ô tô bao gồm: hệ thống truyền lực, các cơ cấu điều khiển…

4 Bố trí các không gian làm việc của người lái, ghế ngồi, cơ cấu điều khiển, dụng

cụ đo kiểm cần thiết.

5 Xây dựng nguyên lí làm việc của các cụm hay kết cấu cho toàn bộ xe, các cụm

đánh giá và so sánh với các mẫu ô tô cùng loại.

Tài liệu thiết kế kĩ thuật là các bản vẽ tổng thể, các cụm tổng thành và bản vẽ chi

tiết, quy trình công nghệ Việc xây dựng quy trình thử nghiệm cần thiết

a Các hình thức thử nghiệm khi thiết kế

Sự phát triển sản phẩm qua thử nghiệm là kết quả của các mẫu trước

Theo mục đích có thể chia ra:

1 Thử nghiệm chức năng là thử nghiệm nhằm xác định chức năng của một bộ phận

hay của cả ô tô: thử nghiệm về điều khiển, phanh, lái, đặc tính động lực học, thử

nghiệm hướng chuyển động,

2 Thử nghiệm về độ bền là thử nghiệm nhằm xác định độ bền của các

nhằm mục đích đảm bảo độ tin cậy của các thông số kĩ thuật được đánh giá.

Polygon có đầy đủ khả năng thử nghiệm của hãng BOSCH là polygon hoàn thiện

hơn, cho phép thử nghiệm đầy đủ các test của ECE

Đặc điểm chính:

- Hoàn thành năm 1998, diện tích 92ha, cấu trúc theo 3 vành đai thử nghiệm.

- Có bãi thử quay vòng với bán kính 350 m trên mặt đường afal – beton.

- Đường thử tốc độ 3,7 km cho phép thử tốc độ cao 300 km/h.

Đường thử việt dã có nhiều địa hình phức tạp.

- Cho phép thử an toàn với các test ở giới hạn nguy hiểm.

- Vùng thử nước ngập sâu 30–100 cm, với các loại nền cứng, bùn đất.

- Đường dốc thử chia thành 5 – 10 – 15 – 20 – 25 – 30%, có nhiều vùng quay

vòng với các bán kính khác nhau dùng để thử khả năng linh hoạt của ô tô.

- Bố trí khoa học nên các test thử nghiệm liên hoàn.

- Khu vực labo và khu thiết bị phụ trợ nằm bên ngoài vành đai thử.

Hình 1.3 Sơ đồ polygon của hãng BOSCH – Đức

1 Mặt đường xấu, 2 Đường lên, xuống dốc, 3 Vùng trướng ngại trước, 4 Đường

đá nhọn, 5 Đường thử quay vòng, 6 Đường thử tốc độ, 7 Labo và kho, 8 Nơi tiếp nhận, 9 Đường thử tính điều khiển

không phản ánh hoàn toàn được điều kiện vận tải thực tế.

Quá trình thử nghiệm cần thực hiện chặt chẽ theo một chương trình định sẵn và

không cần tuân thủ hoàn toàn điều kiện vận tải thực.

c Đánh giá chất lượng qua tiêu chuẩn

Việc đánh giá chất lượng ô tô cần thiết tiến hành theo các quy định, được ghi

trong các tiêu chuẩn Các tiêu chuẩn có thể là quốc tế, quốc gia, vùng lãnh thổ Khả

năng xuất khẩu ô tô cần thiết phải đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế quốc gia (nơi sử dụng

sản phẩm) Trong lĩnh vực công nghiệp ô tô các tiêu chuẩn thường gặp:

ISO: (International Standard) – Tiêu chuẩn quốc tế.

ECE: (Economic Commission for Europe) – Tiêu chuẩn của hội đồng Kinh

tế

Châu Âu, hình thành năm 1958 (Gơnevơ).

EEC: (European Economic Communnity) – Tiêu chuẩn của cộng đồng

kinh tế

Châu Âu, hình thành năm 1993 (Gơnevơ), sau này viết tắt là EC (1998).

FMVSS: (Federal Mô tôr Vehicle Safety Standard) – Tiêu chuẩn an toàn

giao

thông Mỹ.

TCN, TCVN – Tiêu chuẩn ngành và tiêu chuẩn Việt Nam.

d Tiêu chuẩn ECE

Tiêu chuẩn FMVSS có nhiều điều khoản tương tự như tiêu chuẩn ECE và

là một

tiêu chuẩn quan trọng phù hợp với tiêu chuẩn ECE.

Do tính chất phát triển thống nhất hoá toàn cầu về chất lượng, tiêu chuẩn ISO với

ô tô được soạn thảo trên cơ sở tiêu chuẩn ECE Trong công nghiệp ô tô ở Việt Nam

chúng ta đang sử dụng các tiêu chuẩn TCN và TCVN Tiêu chuẩn của Việt Nam có xu

thế định hướng theo tiêu chuẩn ECE.

3 Phân tích các yêu cầu về kinh tế - kỹ thuật trong quá trình thiết kế ô tô Cho

ví dụ minh họa

Bài làm

Vận chuyển

Vth cao

Luật môi trường

Tính công nghê kết cấu

Các luật quốc gia

Phù hợp luật quốc gia

4 So sánh ưu và nhược điểm của việc bố trí động cơ đặt dọc và đặt ngang

• Hai bánh sau bám đường tốt hơn nhờ đó khả năng tăng tốc cũng được cải thiện.

• Phân bổ trọng lượng trên xe được tối ưu, phía sau chịu thêm một phần trọng lượng của hệ thống dẫn động nên trọng lượng trước sau cân bằng hơn

• Khoang động cơ không còn hệ thống dẫn động, do đó hốc bánh xe cũngđược gia tăng kích thước, nhờ đó góc quay bánh xe trước được mở rộnghơn, bán kính quay vòng vì thế được giảm xuống hơn so với dẫn động cầu trước

• Khả năng vận hành linh hoạt hơn do khối lượng không đè nặng lên hai bánh trước như dẫn động cầu trước

• Phân bổ trọng lượng tốt hơn cũng cải thiện khả năng làm việc của hệ thống phanh, lực phanh phân bổ đều hơn trên cả hai trục

 Nhược điểm

• Khi tăng tốc, đặc biệt lúc đạp thốc ga ở những xe có công suất lớn hoặcmô-men xoắn cao ở vòng tua thấp, hai bánh sau sẽ có hiện tượng trượt hoặc thân xe xoay ngang Nên ở những xe hiệu năng cao, hệ thống chống trượt bắt buộc phải được trang bị

• Trong những địa hình trơn trượt, lầy lội hoặc đường tuyết, hai bánh sau

sẽ bị mất lợi thế về lực kéo, do phải chịu thêm một khối lượng lớn từ khoang hành khách

• Một phần dung tích khoang nội thất bị mất đi, do phải chừa khoảng chống cho trục dẫn động Một số mẫu xe có động cơ đặt sau không gặp tình trạng này như Porsche 911 hay Volkswagen Beetle

• Tự trọng của xe lớn hơn so với dẫn động cầu trước Khối lượng tăng thêm đến từ trục dẫn động, từ những chi tiết gia cố thân xe do phải chừa không gian cho trục dẫn động Trục sau hay bán trục sau cũng thường dài hơn so với trục trước vì thế nếu so sánh một mẫu xe cùng chủng loại và cùng kích thước thì xe dẫn động cầu sau luôn nặng hơn

so với xe dẫn động cầu trước

• Vì nhiều chi tiết cấu thành hơn nên chi phí dành cho một mẫu xe dẫn động cầu sau luôn cao hơn và ảnh hưởng rất nhiều tới giá bán của một chiếc xe dẫn động cầu sau

• Công suất bị hao hụt nhiều hơn so với dẫn động cầu trước do phải dẫn qua trục dẫn động Tuy nhiên, điều này không ảnh hưởng với cấu hình động cơ đặt giữa hay phía sau xe

• Động cơ đặt ngang

 Ưu điểm

• Nhờ động cơ được đặt ngay phía trên trục dẫn động, nhờ đó sẽ không

có trục dẫn động ra cầu sau, cấu tạo khoang động cơ đơn giản hơn, và

tự trọng của xe cũng nhẹ hơn

• Vì khoảng cách từ động cơ đến cầu dẫn động được rút ngắn, do đó lượng hao hụt công suất sản sinh từ động cơ được tối ưu hơn, động cơ hoạt động hiệu quả hơn

• Do không có trục dẫn động ra phía sau nên sàn xe phẳng, khoang nội thất được tối ưu hơn

• Hai bánh trước vừa làm nhiệm vụ dẫn hướng vừa có nhiệm vụ kéo chiếc xe di chuyển, do đó một chiếc xe dẫn động cầu trước về cơ bản, ít

bị trượt ngang hay mất lái trên đường trơn trượt, tận dụng lực kéo tốt hơn và ít phải phụ thuộc vào sự hỗ trợ từ những hệ thống an toàn hơn

• Kết cấu máy và hộp số toàn bộ nằm trên 2 bánh xe trước khiến bánh xe bám đường hơn nhờ lực nhấn trọng lực

• Chiều dài cơ sở không bị lệ thuộc vào chiều dài của trục dẫn động ra phía sau nhờ đó dễ dàng mở rộng khoang hành khách

 Nhược điểm

• Không tận dụng tốt lực kéo vì thế không phù hợp với những mẫu xe kích thước lớn như SUV hay xe bán tải

• Trọng tâm xe dồn nhiều về phía trước bởi trọng lượng của động cơ, hộp

số và hệ thống dẫn động, do đó khả năng cân bằng khi vào cua cũng bị hạn chế, dễ bị understeer khi vào cua ở tốc độ cao

• Khi cần tăng tốc, khối lượng chuyên chở nặng phía trục sau có xu hướng kéo ngược lại khiến hai bánh trước bị trượt dẫn đến tiêu hao công suất, tăng tốc kém hơn những hệ thống dẫn động khác

• Do động cơ đặt nằm ngang, nên hạn chế khi muốn tăng dung tích của động cơ, không phù hợp với những động cơ 6 xy lanh thẳng hàng hay động cơ V8 trở lên Đây là một lý do mà những mẫu xe hạng sang hay

xe thể thao hiếm khi dẫn động cầu trước

• Động cơ đặt nằm ngang cùng hệ thống dẫn động tích hợp cũng hạn chế

độ mở góc bánh xe, vì thế góc lái cũng bị hẹp hơn

• Hai bánh trước thường sẽ mòn nhanh hơn do vừa dẫn động và vừa dẫn hướng