ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CARSIM ĐỂ SO SÁNH TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE CẦU SAU CHỦ ĐỘNG (RWD) VÀ XE HAI CẦU CHỦ ĐỘNG (4WD)

Sau khi học xong học phần lý thuyết ô tô để hiểu rõ hơn về môn học, cũng như củng cố kiến thức nhóm bắt tay vào làm bài tập lớn lý thuyết ô tô. Để hiểu rõ hơn về ứng dụng phần mềm carsim vào khảo sát động lực học của xe. Nhóm thực hiện việc khảo sát tính động lực học và khả năng ổn định của xe đối với â trường hợp là xe sử dụng hai cầu chủ động và xe sử dụng cầu sau chủ động. Nhóm chúng em dựa vào thông số của xe ford ranger XLS 2.2L 4x2 AT 2017 để thực hiện khảo sát

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ -š›&š› - BÀI TẬP LỚN MÔN: LÝ THUYẾT Ô TÔ ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CARSIM ĐỂ SO SÁNH TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA XE CẦU SAU CHỦ ĐỘNG (RWD) VÀ XE HAI CẦU CHỦ ĐỘNG (4WD) Sinh viên thực : Nhóm 10 Lớp : 2018DHKTOTO3 Khóa : 13 GVHD : Ts Vũ Hải Quân CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc Hà Nội - 2020 BÀI TẬP LỚN LÝ THUYẾT Ơ TƠ Nhóm số : 10 Giáo viên hướng dẫn: TS Vũ Hải Quân DANH SÁCH NHÓM STT MÃ SV HỌ VÀ TÊN LỚP ÔĐ 2018604455 Phan Văn Lý Ô tô 2018604756 Phạm Thành Long Ơ tơ 2018603822 Trần Văn Mạnh Ơ tơ 2018604027 Lê Quang Minh Ơ tơ NHIỆM VỤ CHỦ ĐỀ Ứng dụng phần mềm Carsim để so sánh tính ổn định xe cầu sau chủ động (RWD) xe cầu chủ động (4WD) Mục lục Danh mục hình ảnh Mở đầu Lý lựa chọn đề tài Sau học xong học phần lý thuyết ô tô để hiểu rõ mơn học, củng cố kiến thức nhóm bắt tay vào làm tập lớn lý thuyết ô tô Để hiểu rõ ứng dụng phần mềm carsim vào khảo sát động lực học xe Nhóm thực việc khảo sát tính động lực học khả ổn định xe â trường hợp xe sử dụng hai cầu chủ động xe sử dụng cầu sau chủ động Nhóm chúng em dựa vào thông số xe ford ranger XLS 2.2L 4x2 AT 2017 để thực khảo sát Thông số kỹ thuật xe Thông số kỹ thuật xe 10 11 12 Dung tích xi lanh 2198 Momen xoắn cực đại 375/1500-2500 Cơng suất cực đại 150 (110kw)/3700 Chiều dài sở 3220 Dài x Rộng x Cao 5362 x 1860 x 1815 vệt bánh trước vệt bánh sau 1560 khoảng cách gầm xe 200 Bán kính quay vịng tối thiểu 6350 Trọng lượng khơng tải 1948 Trọng lượng tồn tải 3200 Tải trọng định mức 927 Cỡ lốp 265/65R17 Mục tiêu đề tài • Trau dồi kiến thức mơn Lý thuyết ô tô rèn luyện kỹ cần thiết q trình làm • Tìm hiểu ứng dụng phần mềm carsim để hỗ trợ cho việc giải toán động lực học ô tô Chương 1: Tổng quan cầu chủ động Tổng quan cầu xe Hình 1 Cấu tạo hệ thống truyền động xe ô tô Cầu xe phận hình cầu nằm trục nối hai bánh xe sau (hoặc bánh xe trước) tơ, có chứa hệ thống bánh “vi sai” Bộ vi sai nối với hai đầu láp ngang nối với động ống hình trụ gọi láp dọc Khi động chuyển động làm quay láp dọc, tác động lên vi sai làm quay láp ngang giúp bánh xe lăn bánh Theo nguyên tắc hai bánh xe không phép chuyển động với vận tốc di chuyển vào khúc cua gây tượng lết bánh làm lật xe Bởi vậy, vi sai có cơng dụng giúp hai bánh chuyển động độc lập bánh phải tựa vào bánh quay Cầu xe phận quan trọng mà ô tô phải có Và nay, hãng sản xuất ô tô chia loại cầu xe: cầu trước, cầu sau, cầu Xét cách tổng quát, có cấu dẫn động bao gồm: • FWD (Front-Wheel Drive) hệ thống dẫn động cầu trước, tức bánh trước trực tiếp nhận "lực" truyền từ động Hai bánh trước chủ động quay "kéo" bánh sau lăn theo • RWD (Rear-Wheel Drive) hệ dẫn động cầu sau Hoạt động hệ thống tương tự FWD lần bánh sau quay "đẩy" bánh trước lăn theo • AWD (All-Wheel Drive) hệ dẫn động bánh tồn thời gian Chúng ta hiểu nơm na tất bánh xe luôn nhận "lực" truyền từ động xe Mình phân tích chi tiết hệ thống dẫn động phần sau • 4WD (4-Wheels Drive) hệ dẫn động bánh loại bán thời gian Các bạn tưởng tượng xe trang bị hệ thống dẫn động "quay" bánh lúc bánh tùy vào lựa chọn người lái thông qua cấu "gài cầu" bên xe Mỗi hệ dẫn động cầu trước, cầu sau, 4WD AWD có ưu điểm nhược điểm riêng Tùy thuộc vào nhu cầu mục đích sử dụng mà hãng sản xuất trang bị hệ dẫn động thích hợp cho xe Chẳng hạn xe địa hình thường có hệ thống dẫn động bánh; xe đua, xe thể thao thường trang bị hệ dẫn động cầu sau, cịn hệ dẫn động cầu trước lại hay áp dụng lên loại sedan gia đình, xe cỡ nhỏ.v.v Dưới phân tích cấu tạo bản, tác dụng ưu-nhược điểm loại hệ thống dẫn động để bạn hình dung nắm chất 1.1 Hệ thống dẫn động cầu trước (FWD) Đa số mẫu xe ngày trang bị hệ thống dẫn động phổ biến Vào năm đầu kỷ 20, kiểu dẫn động cầu trước (FWD) thuộc loại "hàng hiếm" đa số loại xe trang bị hệ thống dẫn động cầu sau (RWD) Nhưng thời điểm tại, kiểu dẫn động FWD lại trang bị khoảng 70% số xe xuất xưởng Nguyên nhân nằm chỗ xe đại có động đặt trước thay đặt sau trước Vì vậy, để loại bỏ cấu truyền động từ trước sau "lằng nhằng" tiêu hao nhiều lượng, ý tưởng truyền lực tới bánh trước giải pháp khả thi Hình Cơ cấu lái dẫn động trục trước xe FWD Áp dụng kiểu dẫn động cầu trước đồng nghĩa với việc nhà sản xuất giảm bớt chi tiết cấu thành, giúp hạ thấp chi phí sản xuất, khối lượng xe giảm khiến cho xe "uống" xăng Do thiết kế kiểu dẫn động cầu trước không cần phải có trục truyền động cầu trục sau nên tồn cấu truyền động hệ thống vi sai bố trí khối gọn gàng đơn giản Cấu trúc giúp nhà sản xuất dễ bố trí hệ thống phụ trợ hệ thống treo, hệ thống phanh, đường dẫn nhiên liệu, hệ thống xả thải.v.v Một lợi khác loại FWD khơng gian nội thất có thiết kế rộng rãi Vì khơng cần phải có hốc lớn khung xe để bố trí kết cấu khí truyền động nên nhà sản xuất dễ dàng bố trí khơng gian nội thất Ví dụ nội thất bên mẫu sedan Honda Civic thời, thấy hàng ghế ngồi phía sau thoải mái nhờ sàn xe phẳng khơng có chỗ gồ ghề, cho dù xe nhỏ Thêm vào đó, xe FWD chắn khơng có vi sai cầu sau nên thể tích khoang hành lý tăng lên đáng kể Chúng ta thấy loại xe thường trang bị hệ thống dẫn động cầu trước loại sedan cỡ nhỏ, cỡ trung, loại xe mini, xe điện chí sedan cỡ lớn, Crossover SUV Do yêu cầu tiết kiệm nhiên giảm giá thành nên hầu hết phân khúc xe ngày có phiên dẫn động cầu trước để đáp ứng nhu cầu đối tượng khách hàng Tuy nhiên, ưu điểm kể trên, hệ dẫn động cầu trước có số nhược điểm liên quan tới tính vận hành xe Đầu tiên, phân bố trọng lượng tập trung nhiều vào phần đầu xe, xe trang bị hệ dẫn động cầu trước khó tăng tốc nhanh ln thất so với xe dẫn động cầu sau đoạn đường thẳng Do trọng lượng dồn phía trước nhiều khiến phần đuôi trở nên nhẹ hẳn nên việc điều khiển xe sử dụng hệ thống FWD dễ bị tượng "oversteer" hay gọi "mất lái" vào cua, nghĩa bánh sau dễ bị trượt khơng cịn ma sát với mặt đường, điều kiện mặt đường trơn trượt Nhược điểm cuối cho dù hệ thống FWD tỏ "thực dụng" thiết kế chúng lại mâu thuẫn với tính "thực tế" xe Tại xe bạn bánh lại dồn tất nhiệm vụ định hướng, phanh, chịu tải, tăng tốc lên hai bánh trước Trong xe dẫn động cầu trước, trục bánh trước ln có cấu tạo phức tạp phải đảm trách nhiều nhiệm vụ Do lốp xe có tuổi thọ giới hạn, lực ma sát sinh dẫn động, định hướng, giảm tốc chịu tải dồn lên bánh trước khiến chúng hao mòn nhanh, kéo theo suy giảm hiệu suất hoạt động tính an tồn Trong đó, lốp phía sau lại chịu tải trọng nhẹ hơn, chúng làm nhiệm vụ "nâng đỡ" lăn theo xe Tuy nhiên, với trình độ khoa học & kỹ thuật phát triển mạnh mẽ ngày nay, nhược điểm dần khắc phục, cho dù chưa triệt để, nhằm đáp ứng hai nhu cầu lớn người tiêu dùng nhà sản xuất - hai ưu điểm lớn hệ thống dẫn động cầu trước FWD: tiết kiệm nhiên liệu giảm thiểu chi phí sản xuất 1.2 Hệ thống dẫn động cầu sau (RWD) Hình Subaru BRZ mẫu xe thể thao với hệ dẫn động cầu sau tiêu biểu Như phân tích trên, nhược điểm hệ dẫn động bánh trước FWD lại ưu điểm hệ thống dẫn động bánh sau RWD Khi có nhiều kết cấu khí chuyển từ phía trước đằng sau, xe có cân trọng lượng tốt hơn, dẫn đến khả vận hành ổn định Ngoài lợi phân bố trọng lượng trục, việc giải phóng bánh trước khỏi hệ truyền động giúp tự nhiệm vụ dẫn hướng chắn có góc "bẻ lái" rộng Cảm giác điều khiển vô-lăng tài xế êm dịu, "thật tay" đầm Cấu trúc trục trước xe RWD đơn giản giúp chi tiết khí, hệ thống phanh hệ thống treo xe có tuổi thọ độ bền cao Một đặc tính quan trọng thiết kế chủ động "quay" bánh sau cung cấp lực "đẩy" thay lực "kéo", xe tăng tốc qn tính nghỉ dồn lượng phía sau nhiều hơn, làm tăng khả bám đường bánh dẫn động Như vậy, loại xe thường xun phải tăng/giảm tốc nhanh chóng thiết kế bánh sau chủ động tỏ hiệu Đây lý người ta sử dụng thiết kế RWD cho xe thể thao hay xe đua tốc độ Toyota FT-86 Subaru BRZ xe thể thao thương mại có hệ thống dẫn động RWD tiêu biểu thị trường Chi phí sửa chữa lợi khác hệ thống dẫn động RWD Mỗi có lỗi xuất hệ truyền động RWD, chúng xử lý cách độc lập Nhưng loại xe FWD ngược lại, chủ nhân chúng phải sửa chữa thêm "chùm" chi tiết liên quan Hình Hệ thống dẫn động cầu sau Toyota FT-86 Những hạn chế hệ thống RWD dễ nhận thấy chi phí sản xuất & lắp ráp cao hơn, hệ truyền động phức tạp dẫn đến không gian nội thất xe bị thu hẹp, trọng lượng xe tăng theo, làm gia tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ.v.v Tuy nhiên, xét hiệu chung hầu hết nhược điểm thiết kế dẫn động bánh sau khắc phục hiệu tiến khoa học & công nghệ Các hệ thống treo độc lập ứng dụng cho phép nhà sản 10 Hình Biên dạng đường dốc Bước 3: Cài đặt hệ thống truyền lực cho xe 2WD 4WD Sau cài đặt xong chế độ chạy cho xe, ta thực thay đổi hệ thống truyền lực xe cầu sau chủ động (RWD) xe cầu chủ động (4WD)  Cài đặt xe cầu sau chủ động Hình 10 Cài đặt xe RWD 27 Ta bấm vào “New” → Company: đánh nội dung khảo sát→ Title: RWD Trong mục Vehicle Body → powertrain→Rear-wheel drive Sau cài đặt cơng suất cho xe theo cơng suất xe mẫu chọn Hình 11 Chọn cơng suất động 28 Hình 12 Lưu liệu xe Sau cài đặt xong ta quay giao diện ban đầu lựa chọn màu sắc Set run color để phân biệt với xe 4WD → bấm “Run Math Model” để lưu trữ liệu xe cài đặt  Cài đặt xe cầu chủ động (4WD) Trở hình bấm New để tạo xe 4WDCài đặt xe 4W Hình 13 Cài đặt xe 4WD 29 Thực tương tự cài dặt xe cầu sau chủ động ta thay đổi Powertrain thành 4-wheel drive Hình 14 Cài đặt powertrain 4WD Cài đặt màu sắc Set run color sau bấm Run Math Model để lưu liệu cài đặt Hình 15 Lưu liệu xe 4WD 30 Bước 4: Mơ q trình xe leo dốc để so sánh Sau hoàn thành cài đặt chế độ khảo sát, biên dạng đường, xe ta thực khảo sát xe chuyển động lúc Tích vào “0 verlay animations and plots with other runs” để chọn xe cần khảo sát so sánh với Hình 16 Lựa chọn xe để thực khảo sát Sau chọn xong ta bấm “Run Math Model” → Animate → ta vi deo mô xe với cầu khác leo dốc từ đánh giá khả xe 31 Hình 17 Hình ảnh mô xe leo dốc  Đánh giá qua video mô ta thấy xe đỏ ( 4WD) khả leo dốc có độ ổn định xe xanh (RWD) Phân tích đồ thị động học so sánh xe Ta trở hình bấm vào nút Plots máy tính xuất cho ta đồ thị xe mô Máy tính xuất đồ thị tương ứng để đánh giá động lực học xe bao gồm • • • • • • • • Driveline speed : tốc độ vòng tua máy Moment: moment bánh bị động Tranmission gear status: tình trạng hộp số Torque: Mô men xoắn Running count of envents Moment Longitudinal speed: tốc độ dọc Long acceleration vehicle: gia tốc dài 32 Hình 18 Đồ thị động học xe Hình 19 Tốc độ vịng tua máy 33 Ở xét tốc độ vòng tua máy trục hộp số ta thấy: đồ thị xe 4WD tốc độ động lớn RWD Bên cạnh xem video mơ thấy giây thứ 8,8 xe RWD bị dừng lại khoảng thời gian bánh sau có trạng thái bị trượt Ta thấy điều đồ thị Hình 20 Trạng thái tay số Ở đồ thị thể trạng thái tay số xe ta thấy xe 4WD có tính ổn định leo dốc ln giữ trạng thái tay số số Còn xe RWD khoảng thời gian 8,8s đến 10,2s xe chuyển sang số 2.2 Xe chuyển động vào cua Ta thiết lập tương tự khảo sát với trường hợp xe leo dốc 34 Hình 21 Thiết lập chế độ khả sát cho xe vào cua 35 Ta thay đổi tốc độ 80km/s biên dạng đường phù hợp Sau thay đổi điều kiện phù hợp ta thiết lập cài đặt RWD 4WD với TH leo dốc  Đánh giá sau thực mơ phỏng: ta thấy xe RWD có khả tăng tốc vào cua tốt so với xe 4WD → RWD phù hợp với dòng xe thể thao xe đua Hình 22 Đồ thị động học xe vào cua 36 Hình 23 Đồ thị gia tốc dài xe Ta thấy gia tốc dài xe RWD lớn 4WD có ổn định xe vào cua, điều cho thấy khả vào cua tăng tốc xe cầu sau tốt so với xe cầu 2.3 Trường hợp xe vượt cản Thay đổi vận tốc 10km/s Thay đổi biên dạng đường Hình 24 Thay đổi dạng đường 37 Hình 25 Thay đổi tốc độ Hình 26 Video mơ xe vượt cản 38 Hình 27 Đồ thị thể động lực học xe trình vượt cản 39 Kết luận Sau thực trình khảo sát đánh giá nhóm đưa kết luận để tổng kết chung ưu điểm nhược điểm xe cầu chủ động (4WD) xe cầu sau chủ động (RWD) Xe cầu sau chủ động (RWD) Ưu điểm: Hệ dẫn động cầu sau cảm giác lái tốt hơn, cảm giác vô-lăng tốt nhờ hai bánh trước hệ thống lái giải phóng khỏi cấu trúc dẫn động nặng nề so với dẫn động cầu trước Khả tăng tốc nhanh Vận hành tốt điều kiện đường khô ráo, tốc độ cao Giảm bán kinh quay vòng cho xe có kích thước lớn nhờ giải phóng khơng gian khoang động phía trước, cho hốc bánh xe mở rộng dễ dàng mở góc đánh lái để thu hẹp quảng đường quay đầu xe Giúp cân trọng lượng trục trước sau bánh xe, cải thiện khả vận hành độ bám đường, khả làm việc hệ thống phanh hiệu Đối với xe tải chở hàng - xe bán tải, hàng hóa nặng chất thùng sau xe, chúng thường trang bị hệ dẫn động cầu sau để tối ưu khả bám đường tăng tốc Nhược điểm Xe trang bị hệ dẫn động cầu sau xử lý khó khăn xe trang bị hệ dẫn động cầu leo dốc, xe dễ bị trượt dốc lết bánh Xe cầu chủ động (4WD) Ưu điểm Lực quay vòng lốp xe ổn định bánh xe truyền lực Có sức tải tốt nhờ bánh xe vừa làm nhiệm vụ kéo đẩy xe chuyển động Lực bám lốp xe cao không bị ảnh hưởng thay đổi bên nên xe di chuyển ổn định đường thẳng, đồng thời tăng hiệu suất khởi hành tăng tốc xe Nhờ lực bám tốt mà xe dẫn động 4WD leo dốc tốt đặc biệt khả chạy đường có tuyết/gồ ghề tốt nhiều lần so với xe dẫn động bánh Nhược điểm Không thể sử dụng hiệu cho tất điều kiện địa hình Kích thước lớn nên tốn diện tích khiến trọng tâm xe nâng cao lên, gây ảnh hưởng đến khả cân xe, đặc biệt vào cua tốc độ cao Theo đó, vào cua, vận tốc quay cầu trước sau giống nên bánh trước dễ bị trượt • • • • • • • • • • • • • 40 Tài liệu tham khảo Giáo trình “Lý thuyết tơ”- Ts Phạm Văn Thoan, Ts.Lê Văn Anh, Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội Phần mềm Carsim Giáo trình “Kết cấu tô”, Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội Lý thuyết ô tô máy kéo Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội 41 ... gear status: tình trạng hộp số Torque: Mơ men xoắn Running count of envents Moment Longitudinal speed: tốc độ dọc Long acceleration vehicle: gia tốc dài 32 Hình 18 Đồ thị động học xe Hình 19 Tốc... 2.2.2 Động lực học bánh xe phanh Xét trường hợp sử dụng phanh bánh xe, để thực phanh người lái ngắt ly hợp để tách động khỏi hệ thống truyền lực đồng thời tác động lên bàn đạp phanh để hãm bánh xe... Quân DANH SÁCH NHĨM STT MÃ SV HỌ VÀ TÊN LỚP ƠĐ 2018604455 Phan Văn Lý Ơ tơ 2018604756 Phạm Thành Long Ô tô 2018603822 Trần Văn Mạnh Ô tô 2018604027 Lê Quang Minh Ơ tơ NHIỆM VỤ CHỦ ĐỀ Ứng dụng phần