Đồ án tốt nghiệp mô phỏng động lực học trên ô tô bằng các phần mềm máy tính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC TRÊN Ô TÔ BẰNG CÁC PHẦN MỀM MÁY TÍNH SVTH : NGƠ VĂN HIỆN MSSV : 10105184 KHOÁ : 2010 NGÀNH : CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC GVHD : TS LÊ THANH PHÚC Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng năm 2014 i CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ***- Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Ngơ Văn Hiện MSSV: 10105184 Ngành: Cơ Khí Động Lực Lớp: 10105CLC Giảng viên hướng dẫn: Lê Thanh Phúc ĐT: 01695685773 Ngày nhận đề tài: 25/3/2014 Ngày nộp đề tài: 26/7/2014 Tên đề tài: Mô động lực học tơ phần mềm máy tính Các số liệu, tài liệu ban đầu: File hướng dẫn phần mềm carsim Nội dung thực đề tài: Thực mô ô tô hệ thống gầm, hệ thống phanh, hệ thống treo… Sản phẩm: Các hình ảnh mơ phỏng, biểu đồ đánh giá TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA ĐT CLC – ĐH SPKT TP HCM ii CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên : MSSV : Ngành : Tên đề tài : Họ tên giáo viên hướng dẫn : NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực : Ưu điểm : Khuyết điểm : Đề nghị cho bảo vệ hay không ? Đánh giá loại : Điểm : (bằng chữ : ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) KHOA ĐT CLC – ĐH SPKT TP HCM iii CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên : MSSV : Ngành : Tên đề tài : Họ tên giáo viên phản biện : NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực : Ưu điểm : Khuyết điểm : Đề nghị cho bảo vệ hay không ? Đánh giá loại : Điểm : (bằng chữ : ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng .năm 20 Giáo viên phản biện (Ký ghi rõ họ tên) KHOA ĐT CLC – ĐH SPKT TP HCM iv LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm luận văn hoàn thành Em xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hcm tạo điều kiện tốt cho em học tập báo cáo luận văn Thư viện trường tạo điều kiện cho em mượn tài liệu tham khảo để hoàn thành đề tài Đặc biệt thầy Lê Thanh Phúc tận tình giúp đỡ cho em hồn tất luận văn tốt nghiệp chuyên ngành khí động lực với đề tài “ MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC TRÊN Ô TƠ BẰNG CÁC PHẦN MỀM MÁY TÍNH ” Thầy dành cho em hướng dẫn kịp thời, quan trọng cần thiết nhất, ý kiến hay tài liệu quý giá suốt trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô cán khoa Cơ Khí Động Lực trường bảo ban dạy cung cấp cho em tư liệu kiến thức quý báu để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Mặc dù cố gắng thời gian nguyên cứu đề tài có hạn, nên báo cáo chắn nhiều thiếu sót hạn chế Rất mong nhận góp ý bảo quý thầy cô KHOA ĐT CLC – ĐH SPKT TP HCM v MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa i Trang nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ii Trang phiếu nhận xét giáo viên hướng dẫn iii Trang phiếu nhận xét giáo viên phản biện iv Lời cảm ơn v Mục lục vi Danh mục từ viết tắt .viii Danh mục hình ảnh đồ thị ix Chương I: Phần mở đầu .1 Lý chọn đề tài Giới hạn phần mềm đề tài Chương II: Cơ sở lý thuyết Giới thiệu phần mềm carsim 8.02 pro .2 1.1 Cách khởi động 1.2 Cách tạo sở liệu 1.3 Một số nút chức hình làm việc 1.4 Cấu trúc xây dựng phương pháp mô .6 Mơ hình dao động tô Chương III: Mô đánh giá So sánh đặc tính truyền động xe cầu chủ động cầu chủ động So sánh tính động tơ cầu trước chủ động cầu sau chủ động chạy đường gồ ghề .14 So sánh xe chạy chế độ khơng có tải có tải 21 Mô trình phanh xe tơ sử dụng hệ thống phanh có ABS hệ thống phanh khơng có ABS 29 Xét tính ổn định xe có phanh ABS khơng có phanh ABS với điều kiện cho trước 37 Mô tốc độ xe khác 43 Hệ thống treo 51 Chương IV: Kết luận hướng phát triển 59 vi Kết luận 59 Hướng phát triển 60 Tài liệu tham khảo 61 KHOA ĐT CLC – ĐH SPKT TP HCM vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Carsim : Car Simulation Trucksim : Truck Simulation Bikesim : Bike Simulation TCVN : Tiêu Chuẩn Việt Nam RPM : Rounds Per Minute KHOA ĐT CLC – ĐH SPKT TP HCM viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Trang Hình 2.1: Chọn sở liệu gần .3 Hình 2.2: Thiết lập giấy phép .3 Hình 2.3: Bảng điều khiển Hình 2.4: Chọn mục menu .4 Hình 2.5: Chọn thư mục để load Hình 2.6: Đường dẫn thư mục Hình 2.7: Các nút hình làm việc Hình 2.8: Mơ hình xây dựng Hình 2.9: Sơ đồ dao động Hình 3.1: Đặt tên xe Hình 3.2: Chọn loại xe .8 Hình 3.3: Nút nhấn để dẫn vào thiết lập xe .9 Hình 3.4: Bảng lựa chọn đặc tính xe Hình 3.5: Bảng lựa chọn đặc tính xe 10 Hình 3.6: Bảng điều khiển .10 Hình 3.7: Chạy điều khiển .11 Hình 3.8: Hình mơ 11 Hình 3.9: Hình mơ 12 Đồ thị 3.1: Tốc độ vòng tua máy .12 Đồ thị 3.2: Moment xoắn bánh xe 13 Đồ thị 3.3: Trạng thái tay số 13 Đồ thị 3.4: Gia tốc theo phương dọc .14 Hình 3.10: Đặt tên sở liệu 14 Hình 3.11: Đặt tên xe 15 Hình 3.12: Chọn loại xe 15 Hình 3.13: Nút nhấn để dẫn vào thiết lập xe 15 Hình 3.14: Bảng lựa chọn đặc tính xe 16 Hình 3.15: Bảng chọn đường chạy 16 ix Hình 3.16: Bảng chọn đường chạy 17 Hình 3.17: Nút nhấn để vào thiết lập đường 17 Hình 3.18: Bảng chọn điều kiện đường 17 Hình 3.19: Bảng điều khiển .18 Hình 3.20: Hình mơ .19 Hình 3.21: Chọn loại đồ thị .19 Đồ thị 3.5: Vận tốc xe 20 Đồ thị 3.6: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe 20 Hình 3.22: Đặt tên xe 21 Hình 3.23: Chọn mục menu 22 Hình 3.24: Chọn mục menu 22 Hình 3.25: Đường dẫn sở liệu 22 Hình 3.26: Nút nhấn để vào thiết lập xe 23 Hình 3.27: Bảng điều khiển tải có điều kiện 23 Hình 3.28: Chọn loại xe 23 Hình 3.29: Chọn mục menu 24 Hình 3.30: Chọn mục menu 24 Hình 3.31: Sao chép đường liệu 24 Hình 3.32: Nút nhấn để vào thiết lập chế độ tải xe 25 Hình 3.33: Hộp ghi thơng số kích thước 25 Hình 3.34: Đặt tên xe 26 Hình 3.35: Bảng điều khiển .26 Hình 3.36: Hình mơ .27 Đồ thị 3.7: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe 27 Đồ thị 3.8: Tỉ lệ trượt xe 28 Đồ thị 3.9: Góc đánh lái 28 Đồ thị 3.10: Góc đặt bánh xe 29 Hình 3.37: Chọn mục menu 30 Hình 3.38: bảng điều khiển 30 Hình 3.39: Chọn mục menu 31 Hình 3.40: Chỉ định mục 31 x Hình 3.59: Hình mơ  Phân tích kết mơ Đồ thị 3.20: Độ lệch xe so với chuẩn ban đầu - Đường màu hồng đường thể trục đoạn đường xe chạy 47 - Màu xanh (lá cây) thể quỹ đạo trọng tâm xe 100 km/h quét qua, đường màu xanh máy tính tối ưu hóa động lực học, tức quỹ đạo tối ưu mà khả cao xe đạt đường thật - Ở tốc độ thấp 100 km/h độ lệch hai đường không nhiều, độ lệch lớn xuất hai vị trí xung quanh điểm 90 m 145 m đường thử Lý xuất độ lệch ảnh hưởng hai góc ơm liên tiếp ngược chiều - Màu đỏ thể quỹ đạo trọng tâm xe 300 km/h quét qua, đường màu đỏ máy tính tối ưu hóa động lực học, tức quỹ đạo tối ưu mà khả cao xe đạt đường thật - Ở tốc độ 300 km/h, vị trí lệch lớn quanh tọa độ 90 m 145 m, xe vào cua mở rộng bán kính quay vòng để giảm lực ly tâm tác động lên xe ôm cua độ lệch lớn tốc độ cao - Nếu đường nhỏ trường hợp xe chạy với tốc độ 300km/h gây tai nạn phải đụng vào chướng ngại vật giống video mơ Đồ thị 3.21: Góc nghiêng hệ thống treo bánh xe trước - Góc nghiêng hệ thống treo thay đổi ảnh hưởng mạnh nhiều tính động học xe so sánh với góc nghiêng bánh xe, song song với điều tính ổn định lái, tính động hao mịn chi tiết hệ thống lốp xe hay ổ trục 48 - Tại đồ thị biểu diễn vận tốc xe di chuyển 100 km/h (màu đỏ), nhận định góc lệch giới hạn an tồn hệ thống nhờ khả phục hồi hệ thống treo Tuy nhiên nhận với góc cua liên tiếp ngược chiều khoảng cách nhỏ tải trọng động tác dụng lên hệ thống treo lớn dù góc lệch giới hạn an toàn Điều với thực tế tiêu chí thiết kế đường hai góc cua ngược chiều định phải đặt biển cảnh báo cho lái xe giảm tốc độ, đồng thời giãn khoảng cách chúng lớn giới hạn định để tạo độ an toàn cao đoạn đường - Với vận tốc xe 300 km/h (đường màu xanh da trời) nhận thấy góc nghiêng có giá trị lớn thời gian tồn lâu hơn, nhiên việc mở rộng bán kính quay vịng khơng làm giảm tác động lực ly tâm mà kéo theo giảm góc nghiêng hệ thống treo hay giảm tải trọng động tác dụng lên hệ thống Đồ thị 3.22: Biểu diễn độ vặn xoắn thân xe - Độ vặn xoắn thân xe tạo nguyên nhân hai lực quán tính khác hai phần (đầu đuôi) xe tác động lên xắc xi xe theo hai phương khác tạo tải trọng động lên thành phần gây nên tượng vặn xoắn thân xe Với tốc độ di chuyển 100 km/h giá trị góc lệch lớn hai phần khoảng 0.65 độ góc cua liên tiếp ngược chiều Độ vặn xoắn liên quan trực tiếp đến tính ổn định động học xe Ảnh hưởng đặc biệt rõ xe vừa bị xoắn với góc lệch lớn vừa thực phanh 49 - Như tốc độ di chuyển 300 km/h, nhận thấy góc lệch lớn góp phần gây nên ảnh hưởng độ trượt, lực tác động lên bánh xe, góc hệ thống treo nhiều ảnh hưởng khác Trong quan trọng phải xét đến tính ổn định phanh thực phanh góc lệch định gần hoàn toàn quỹ đạo bốn bánh xe, có khơng tương đồng quỹ đạo xe điều khiển gây nên tình trạng nguy hiểm cho người lái thành phần tham gia giao thông khác Đồ thị 3.23: Tổng hợp lực tác dụng lên bánh xe - Trên đồ thị nhận thấy cầu trước cầu chủ động nên giá trị độ lớn lực thẳng đứng hai bánh trước lớn (hai bánh nhận lực đẩy từ mặt đường) Giá trị lực biến thiên xe vào góc ôm lớn Tại tốc độ 100 km/h, độ biến thiên giá trị lực ổn định, giá trị đột biến Giá trị biến thiên lớn vị trí góc vào cua thứ hai Giá trị có nguyên nhân ảnh hưởng lực ly tâm lên bánh xe hai góc cua có chiều ngược - Với tốc độ di chuyển xe 300 km/h, nhận thấy hai bánh trước có giá trị lớn hẳn hai bánh sau Giá trị cực đại xuất sau xe bắc đầu vào đường thử Giá trị xuất tác dụng cộng hưởng lực phát động với lực ly tâm xe thực quay vòng, lúc tốc độ xe xấp xỉ 300 km/h Sau thực vào cua xe phải giảm tốc độ bắt buộc nên 50 ảnh hưởng lực ly tâm lực phát động điều giảm rõ, lúc ảnh hưởng hai góc cua ngược khơng lớn trường hợp 100 km/h Hệ thống treo Thông số kỹ thuật xe Toyota Corolla Altis 2004:  Kích thước xe: Dài  rộng  cao (L, B, H): 4530  1705  1550 (mm)  Chiều dài sở: 2600 (mm)  Chiều rộng sở: trước/sau 1480/1460 (mm)  Trọ ng lượng không tải: 1085 (kg)  Trọ ng lượng toàn tải: 1460 (kg)  Khối lượng treo: m2 = 1284 kg  Chiều dài 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 tốn 287mm - Khởi động phần mềm - Đặt tên suppention test Rồi làm tương tự hình Hình 3.60: Chọn mục menu 51 Hình 3.61: Sao chép đường dư liệu - Thiết lập thơng số hình học điều kiện giống hình Hình 3.62: Thiết lập thơng số cho xe 52 Hình 3.63: Ghi thơng số kích thước cho xe Hình 3.64: Thiết lập kích thước 53 Hình 3.65: Thơng số hệ thống treo trước Hình 3.66: Thơng số hệ thống treo sau 54 Hình 3.67: Thiết lập độ lớn lực hệ thống treo Hình 3.68: Cài đặt camera 55 - Chọ n màu thực mơ Hình 3.69: Hình mơ  Phân tích kết mơ Đồ thị 3.24: Sự xoay lệch hướng 56 Đồ thị 3.25: Gia tốc chuyển động theo phương ngang Đồ thị 3.26: Độ trượt ngang bánh xe Qua đồ thị biểu diễn thông số ta rút số nhận xét thiết kế hệ thống treo ô tô: 57 - Từ tiêu êm dịu an toàn chuyển động, cần thiết kế phận đàn hồi hệ thống treo có độ cứng nhỏ để nâng cao độ êm dịu tăng độ an toàn, đồng thời thỏa mãn giới hạn cho phép độ võng tĩnh phận đàn hồi nằm kết cấu chung gầm ơtơ thoả mãn đặc tính dao động riêng phần 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 độ êm dịu phần treo - Khi thiết kế phần không treo treo, để đặc tính êm dịu cao, tải trọng va đập bé, cần phải triệt để giảm khối lượng phần khơng treo - Độ cứng hướng kính lốp đạt nhỏ tốt để giảm triệt để tải trọng va đập phát sinh bánh xe mặt đường, nâng cao độ êm dịu thùng xe, muốn lốp xe phải tích chứa khí lớn 58 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Qua nghiên cứu đặc tính tơ mơ phần mềm này, em làm quen có nhìn tổng quát, phần mềm CarSim phiên 8.02 Đây xem tài liệu hướng dẫn sử dụng việc nghiên cứu thiết kế tính tốn ơtơ Để tiện việc tra cứu sử dụng, luận văn chia nhiều phần với hệ thống riêng biệt như: cầu chủ động, hệ thống phanh, hệ thống treo Đây phần việc thiết lập thơng số để phần mềm mơ đánh giá Ngoài ra, để hỗ trợ việc mơ xác trực quan nhất, phần mềm CarSim cịn hỗ trợ thiết lập thơng số biên dạng mấp mô đường, ảnh hưởng yếu tố bên đến vận hành xe Phần mềm CarSim có tác dụng mơ biên dạng độ ổn định cho tồn hệ thống xe thơng qua thơng số đường đặc tính mà người dùng đề xuất để so sánh với tiêu chuẩn an tồn giới hạn cho phép, tính tối ưu hệ thống có tính trực quan để so sánh với tính tốn thiết kế cụ thể Thơng qua q trình mơ nghiên cứu cách trực quan thay đổi hệ thống xe điều kiện làm việc khác Phần mềm đa dạng tạo điều kiện cho ta có nhiều biên dạng để chọn lựa, khả mơ hình hố nhanh, mạnh xác, giải nhiều vấn đề máy tính trước thực tế kiểm nghiệm, có thư viện phần tử lớn dễ dàng truy cập tham khảo, xuất đồ thị xác cho phép xử lý tối ưu Từ giúp cho cơng việc thiết kế kiểm nghiệm rút ngắn thời gian sản xuất Bên cạnh ưu điểm thấy cịn nhiều thiếu sót để hồn thiện cho đầy đủ q trình kiểm nghiệm: Chưa tính đến độ bền, tuổi thọ, giới hạn cho phép chịu bền hệ thống, sản phẩm, chưa tính đến độ xử lý tiếng ồn, sản phẩm động (khí thải), theo điều kiện để bảo vệ môi trường, phần quan trọng cấp thiết để kiểm kiệm cho xe mà nhà sản xuất khách hàng quan tâm đến Hướng phát triển 59 Đề tài thực khoảng thời gian tháng ngắn ngủi nhìn tổng quát phần mềm ứng dụng ngành kỹ thuật ô tô phức tạp Trong khuôn khổ luận văn này, việc xây dựng mơ hình thơng số tính tốn điều kiện có sẵn số mẫu có sẵn nên mang tính gần chưa cập nhật dòng xe mang tính thương hiệu mới, tài liệu khơng phổ biến, thơng số tính tốn thực tế tính tốn mang tính bảo mật Bởi nên luận văn chưa thể hồn thiện cịn gặp nhiều khó khăn mà chưa thể tìm hiểu hết Hướng phát triển nghiên cứu mức độ đồng ổn định tạo điều kiện cập nhật thêm theo điều kiện tiêu chuẩn làm việc nước ta để mang tính thị trường Việt Nam nhiều nữa, để góp phần vào việc nâng cao chất lượng tính tiện lợi, an tồn cho người sử dụng Đặc biệt nghiên cứu sâu vào tính tốn ảnh hưởng động lực học nước ta chưa phổ biến nhiều ảnh hưởng trực tiếp đến mức tiêu thụ nhiên liệu đặc tính khác Và dựa sở tính tốn lý thuyết, sử dụng phần mềm CarSim để mơ tính tốn thiết kế lý thuyết, đặt tính tốn vào mơi trường vận hành mô thực tế để kiểm tra kiểm nghiệm 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO File hướng dẫn (pdf) sử dụng phần mềm carsim: Mechanical Simulation (CarSim Quick Start Guide) Các file tập nhỏ sinh viên khí động lực Giáo trình Ơ Tơ (GVC TS Lâm Mai Long) Ơ Tơ ( GVC MSc Đặng Quý ) Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM http://www.carsim.com./ Trích dẫn: [1] http://123doc.vn/document/944087-nghien-cuu-phan-mem-carsim-trongmo-phong-kiem-nghiem-o-to.htm?page=6 (Phần 1, Chương II, mục 2.1) [2] http://123doc.vn/document/944087-nghien-cuu-phan-mem-carsim-trongmo-phong-kiem-nghiem-o-to.htm?page=6 (Phần 1, Chương II, mục 2.2) [3] http://123doc.vn/document/944087-nghien-cuu-phan-mem-carsim-trongmo-phong-kiem-nghiem-o-to.htm?page=6 (Phần 2, chương I, mục 1.3) 61