Giáo trình thiết kế ô tô iuh

PHẠM XUÂN MAI (Chủ biên) NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LUU - NGUYỄN VĂN ĐÔNG P1IAM VÀN HÀ - TRẦN THI MỸ TIỄN THIẾT KÍ on NHÀ XUÂT BÀN ĐẠI HỌC QC GIA TP Hồ CHÍ MINH TH ACO AUTO XE BUS CỦ A TH ACO Xe bus Thaco thiết kế, chế tạo, tỷ lệ nội địa hoá lên đến 60%, cung ứng cho thị trưởng nước xuất PHẠM XƯĂN MAI (chú biên) NGUYEN PHỤ THƯỢNG Lưu, NGUYỄN VĂN ĐÔNG PHẠM VĂN HÀ, TRÀN THỊ MỸ TIÊN THIẾT KÉ Ô TÔ TRƯỞNG ĐAI HOC CÔNG NGHIỆP ĨP.HCM “'thưVIỊíìĩ MÃ VẠCH : NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QC GIA TP HỊ CHÍ MINH NĂM 2021 - LỜI NĨI ĐẦU Cơng nghiệp tơ thề giới trài qua gần /40 năm, từ “automobile ” chạy động nước kỹ sư CUGNOT (người Pháp) đời, suốt gần the kỳ 19, 20 21 với q trình thiết kế tơ từ concept het sức đơn gián vào thời kỳ đấu đen trài qua nhiều thay đổi lởn trước nhu cầu biền đoi thị trường, tiên triển khoa học kỹ thuật còng nghệ phát triển công nghệ thông tin, chuyển đổi số phần mềm, cóng cụ thiết kế dại Ngày nav q trình thiết kế tơ khơng đơn giản quy trình hước: sơ bộ, kỹ thuật, cịng nghệ, thi cơng mà q trình tn thù đáp ứng chi giá trị sân xuất ô tô: từ thị trường đến R&D, thiết ké, sán xuất mau, thử nghiệm, săn xuất hàng loạt lại di vào vòng quay phục vụ nhận phản hồi cùa thị trường đê thay đôi thiết kế phù hợp Đê trở thành nước câng nghiệp ngành cơng nghiệp tơ trở thành mũi nhọn Việt Nam phái cỏ hệ thống nhà sản xuất ô tô quy mô công nghiệp Để làm yêu cầu này, doanh nghiệp sản xuất ô tô phải có đội ngữ kỹ sư kỹ sư R&D kỹ sư thiết kể ô tô chuyên nghiệp vừa phải cỏ kiến thức kỹ sâu rộng vể thiết kể, cơng nghệ, ngồi họ cịn phải có hiểu biết sâu sắc thị trường quản trị ngành cơng nghiệp tơ vù có tư cịng nghiệp 4.0 Có the nói, kiến thức thiết kế tơ dóng vai trị vơ quan trọng can thief công nghiệp ô tô Ngày nay, người kỹ sư thiết kế tị cần cỏ ý thức hiểu biết sâu sắc rằng: san phẩm thiết kế phải đảm bào khàng tính khả thi (Feasibility) mà cịn phải có tính dụng (Usability), có nghía sàn phàm phải sử dụng tot đặc biệt phái cỏ tỉnh khả thương hay tính dễ hán (Saleability) dổi mặt vói cạnh tranh gay gat thị trường phức tạp thị trường ỏ tô Ớ Việt Nam cho đền ván chưa cỏ cuồn sách viết ve thiêt kê ô tô, tơng hợp kiến thức liên quan đến thiết kể phân tích tơ theo chi giá trị cùa ô tớ nhà máy công nghiệp ô tô theo xu hướng thể giới để phục vụ cho kỹ sư trực tiếp làm việc khu vực này, người tham gia công tác R&D, thiết kể, chế tạo â tô tạo lại kỹ sư ô tô doanh nghiệp công nghiệp ô tỏ thực Nguồn cám hứng chúng tòi đế viết nên sách tác già nối tiếng thiết kế ô tô: Janusz Pawlowski, ông lúc làm giám đốc kỹ thuật nhà máy ô tô AutoSAN giáo sư trường Đại học bách khoa Warszawa (War.sava, Ba Lan), người vừa củ kiến thức uyên bác mật giáo sư dại học, lại có rát nhiêu kinh nghiệm thực tế sàn xuất ô tô năm 1970 Cuốn sách “Automotive Body Engineering ” ông dịch tiếng Nga, tiếng Anh dược nhà thief kể ỏ tỏ Âu, Mỹ Nga sử dụng tài liệu thiết kề “kinh diên ”, sách gối đầu giường kỹ sư ò lô năm 1970 — 2000 cho đèn Trên sở tiếp thu tinh hoa Janusz Pawlowski, kết hợp với nhiều tài liệu thiết kế, tài liệu R&D ô tô nhiều tác giả hãng ché tạo R&D ô tô noi tiếng nước ngoài, sách Thiết kế tơ chúng tịi biên soạn bao gơm 12 chương: Nghiên cứu phát triển sán phâm ô tô (R&D) bước chuôi giá trị cùa thiết kế chế tạo ó tơ để tài liệu thiết kế concept tơ trình bày chương / phần tóm tắt sách “Nghiên cứu phát triển sàn phẩm ô tô khỉ" tác giả xuất bàn Nhà xuất bân Khoa học Kỹ thuật năm 2020 Chương trình bày thiết kế tịng thê ỏ tơ, lần đần tiên khái niệm thiết kể tông thê (master design hay cịn gọi “package design ”) trình bày Việt Nam, cung cấp cho kỹ sư kiến thức thiết kế tỏng thê, thiết kế cấu hình ô tô kiến thức xây dựng bố cục ỏ tò nên concept dã lựa chọn chương l Một kiên thức mời thiết kê tị thiết kê kiêu dáng xe trình bày chương đị có khái niệm rat “ngôn ngữ thiết kế", “linh hon cùa chuyên động", kiến thức, cơng cụ thiết kế kiêu dáng trình bày sinh động Chương trình bày kiên thức phương pháp xác định tính che độ tải trọng ô tô Tiếp theo chương 5, chương 6, chương chương trình bày phàn tích kỹ thuật phương pháp thiết kê câu trúc hệ thống chinh cùa xe hệ thống truyền lực, hệ thong phanh, hệ thong lái, hệ thống treo Chương chương mới, thời chế tạo ô tỏ thiết kế thân vơ tị, phàn tích cụ thê vể kết cấu thân vỏ xe du lịch, xe khách xe tải cần thiết cho việc tinh toán bền phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) hay phương pháp sss, phàn tích chi tiết hình dáng khí dộng cằn cỏ ô tô dược đề cập chương Chương ì ví dụ sinh động, cụ thê việc ứng dụng phần mềm đại vào thiết kế ủ tỏ cua hãng Siemens (CHLR Đức), phần mềm NXCAD-SIMCENTER-TEAMCENTER nhiều hãng sản xuất ô tô lởn thể giới hãng ô tô lớn Việt Nam Công ty CP tô Trường Hái, Cơng ty TNHH san xuất kình doanh VinFast, cơng ty CP Hyundai Thành Cõng Việt Nam tin dùng Chương Ị Ị cùa sách giới thiệu phương pháp ứng dụng thiết kế ô tô the giới XII hướng cách mạng công nghiệp 4.0 Design For X, Reverse Engineering, Concurrent Engineering, Crowdsourcing, Mass Customization, Thief ke thực VR (Virtual & Rea! Design) Thiết kế mơ dun hóa (Modularization) Chương cuoi chương 12 trình bày kiến thức thiết kế ô tỏ điện, ô tô tự lái ứng dụng phần NXCAD-SIMCENTER-TEAMCENTER dang chù đề thịi cơng nghiệp tơ giới Việt Nam Các nội dung cuồn sách lích hợp kiến thức tài liệu thiết kế ô tô cùa tác già lớn thề giới, cua hãng sản xuất, thiết kế, R&D tơ nước câng nghiệp lởn nói chung đơn vị sán xuất, lap ráp ô tô Việt Nam nói riêng, đặc biệt từ kết quà nghiên cứu dự án khoa học còng nghệ cap quốc gia dược thực tụi doanh nghiệp ỏ tô lớn Việt Nam, mang tỉnh thời sự, thực tiễn đại Đe giữ nguyên bàn gổc, sổ hình ảnh chúng tỏi vân đê nguyên chừ tiêng Anh cho người đọc câm nhận Chủng mong muốn tin rằng, sách tài liệu bỏ ích cho kỹ sư R&D kỹ sư thiết kế ỏ tỏ, truyền câm hứng cho kỹ sư bắt đầu nghiệp thiết kế ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, đưa kiến thức vào thực tiễn sản xuất, góp phần xây dựng phát triển thành công ngành công nghiệp õ tô Việt Nam đồ ô tô giới bối cành hội nhập khu vực quốc tế doanh nghiệp Ngoài ra, sách cỏ thê làm tài liêu tham khảo cho sinh viên trường đại học lĩnh vực có liên quan Tuy nhiên, đày lĩnh vực mới, phức tạp, biên soạn lần đầu nên không tránh khỏi thiểu sót Các tác giả mong muốn nhận ý kiến dõng góp người đọc đẽ sách hoàn thiện lần tái sau Các tác giá MỤC LỤC LỜI NÓI ĐÀU CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN Ổ TÔ 16 1.1 Giới thiệu chung nghiên cứu phát triến ô tô 16 1.1.1 Khái niệm chung 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 thương phẩm 18 1.1.4 Các đặc điểm phát triển sản phẩm thương phẩm 21 1.2 Quy trình nghiên cứu phát triển ô tô 1.2.1 Mô hình tổng quát quy trình phát triển sản phẩm 23 23 1.2.2 Một số mơ hình thực tế phát triển sản phàm ô tô 27 1.3 Thiết kế thử nghiệm mẫu concept ô tô 1.3.1 Giới thiệu xe concept 33 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 mơ hình số DMU .44 1.3.7 Bàn kỹ thuật số “Digital Twin” 3D digital model 46 CHƯƠNG 2: THỈÉT KÊ TỒNG THÊ BỐ TRÍ CHUNG Ơ TƠ 49 2.1 Xây dựng nhiệm vụ thiết kế ô tô 49 2.1.1 Mục tiêu thiết kế 49 2.1.2 Các yêu cầu kỹ thuật chức ô lô 50 2.1.3 Các yêu cầu tiêu chí kỳ thuật, kinh tế cơng ô tô 53 2.2 Thiết kế bố trí chung tơ 57 2.2.1 Các bước q trình thiết kế bố trí chung ô tô 59 2.2.2 Thiết ke bố trì hệ truyền lực xe du lịch (ơ tơ 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 2.3 Xác định sơ kích thước trọng lượng tơ 77 2.3.1 Xác định sơ kích thước tơ 77 2.3.2 Xác định sơ thông số trọng lượng ô tô 79 2.4 Xác định không gian khoang người lái ô tô 82 2.4.1 Cơ sở công thái học khoang người lái ô tô 82 2.4.2 Vị trí mắt người lái tô 87 2.4.3 Các bố trí khoang người lái tơ .88 2.4.4 Tầm nhìn trực tiếp người lái ỏ tô 91 2.4.5 Tầm nhìn gián tiếp cùa người lái ô tô .93 2.4.6 Đường viền đầu người lái ô tô 97 2.4.7 Điều chỉnh vị trí ghế người lái tơ 99 2.4.8 Vị trí chi tiết điều khiển buồnglái ô tô 99 2.4.9 Trình tự thiết kế bố trí chung buồng lái ôtô 2.5 104 Xác định khơng gian khoang hữu ích tơ 106 2.5.1 Xác định không gian khoang hữu ích xe dulịch 106 2.5.2 Xác định khơng 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 ô tô dulịch 119 2.6.2 Thiết kế phác thảo tổng thể ô tô khách 124 2.6.3 Thiết kế phác thào tồng 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 tạo hình kiếu dáng tơ: 144 3.5 Công cụ 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 phân bố tải trọng ô tô 151 4.1.1 Tọa độ trọng tâm ô tô 151 4.1.2 Phân bố tài trọng ô tô 152 4.2 Kiêm tra tính thơng qua độ ổn định dọc ô tô 157 4.2.1 Kiêm tra tính thơng qua tơ 157 4.3 Chọn xác định tính lốp tô 159 4.4 Xác định thơng số khí động tơ 163 4.5 Xác định hiệu suất hệ thống truyền lực ô tô 164 4.6 Các chế độ tải trọng ô tô 165 4.6.1 Các nguyên nhân dạng hư hỏng chi tiết ô tỏ 165 4.6.2 Các chế độ tải trọng 166 4.7 Phương pháp tính tốn cùa hệ thống truyền lực ô tô 167 4.7.1 Tính tốn sức bền chế độ tải trọng tĩnh động 167 4.7.2 Tính tốn sức bền che độ tải trọng thay đối (mới vật liệu) 168 4.8 Phương pháp tính tốn hệ thống khác 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 tính tốn ly hợp 179 5.2.1 Ánh hướng ly hợp đến hoạt động ô tô 179 5.2.2 Ly hợp ma sát khô 180 5.2.3 Tính tốn thơng số ly hợp ma sát 192 5.2.4 Xác định thịng số kích thước tính tốn ly hợp ma sát 194 5.2.5 Tính tốn 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 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 tốn hộp sổ (trục cố định) 234 5.5.1 Thiết kế tính tốn bánh hộp số 234 5.5.2 Một số vấn đe cần ý tính tốn bánh 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 tốn hộp số hành tinh 242 5.6.1 Tính tốn tỷ sổ truyền hộp sổ hành tinh 242 5.6.2 Tính tốn sức bền hộp số hành tinh 245 5.7 Thiết kế tính tốn truyền lực thủy động 246 5.7.1 Bộ biến mô đồ thị đặc trưng 246 5.7.2 Đồng làm việc động - biến mô 248 5.7.3 Thiết kế biển mô 252 5.7.4 Phân chia công suất 256 5.8 Truyền động đăng 259 5.8.1 Giới thiệu 259 5.8.2 Phân tích kết cấu hệ truyền lực đăng 261 5.8.3 Tính tốn hệ truyền lực đăng 265 5.9 Bộ truyền lực cầu chủ động (final drive) 266 5.9.1 Bộ truyền lực cầu chủ động xe đu lịch 267 5.9.2 Bộ truyền lực cầu động xe thương mại 271 5.9.3 Bộ vi sai 277 5.9.4 Bộ truyền lực cuối cho xe thương mại 281 5.9.5 Hộp số phân phối 281 5.9.6 Bộ trích cơng suất 284 5.9.7 Bán trục dầm cầu chủ động 285 5.9.8 Thiết kế tính tốncầu dộng 287 2.6 i Thiết kế phác thảo tổng thể ô tô du lịch Đường thẳng nam ngang thể mặt phăng sàn xe du lịch đường zero (đường chuẩn), có độ cao hp so với mặt đất (hình 2.73) Thơng thường, xe du lịch, độ cao sàn xe nhơ bán kính tĩnh cùa bánh xe khoảng cách hr, loại thiết kế sàn xe thấp, cho phép giảm độ cao tọa độ trọng tâm xe độ cao xe Ở phương án cổ điến, cần có phần sàn bao bọc trục truyền lực đăng theo chiều dọc ý đen vị trí độ cao đặt đường xả bầu giảm thanh, từ đó, độ cao phía sàn xe bị giảm lượng hi Do vậy, cạnh bên phía thân vỏ xe thấp đường zero khoảng cách hmin > 150mm Hình 2.73: Vị trí sàn xe đường zero Ở loại xe “tất phía trước” hay “tất phía sau”, khơng có trục đăng dọc, bố trí đường xả bầu giảm dễ dàng, cho phép hạ độ cao sàn xe khoảng hi Khi xác định đường zero, sỗ đặt khoảng không gian người lái xe khơng gian hữu ích, sau tiến hành đặt vị trí tổ hợp động Theo đó, phương án cổ điển, tổ hợp động đặt dọc khoang động cách biệt với khoang người lái vách ngăn cách âm, cách nhiệt có độ dày < 40mm (hình 2.74) Động phải đặt cho tháo nắp động mà không cần hạ động xuống vị trí thấp tốt mức cho phép (nhưng bề mặt tc động khơng làm giảm khoảng sáng gầm xe phía trước) Để giảm độ cao động cơ, người thiết kế thường đặt động nghiêng phía sau khoảng 5° - 7° Phần phía trước động cần ý khoảng khơng gian cho quạt làm mát két nước làm mát động Độ dài khoang động xác định theo tự trọng loại xe du lịch hình 2.74, độ dài hình khoang cách từ vách ngăn khoang động đến điếm khoảng khơng két làm mát quạt gió Điểm P2 (xem hình 2.65) so với bánh xe trước dược xác định theo vị trí động so với bánh xe theo chiều dọc Vị trí động theo chiều dọc có the di chuyến tùy theo tình hình phân bố tài trọng cho phép lên cầu trước xe Tiếp theo xác định vị trí trục truyền lực đăng, chiều dài trục vượt (1200 - 1300)mm cần dìing phương án nối trục liên tiếp Trục đăng phải đặt thấp tốt giới hạn cho phép có the đặt trục nghiêng theo chiều dọc 119