Nhiệm vụ hệ thống truyền lực -Truyền và biến đổi mô men và tốc độ vòng quay từ động cơ đến bánh xe chủ động để phù hợp giữa chế độ làm việc của động cơ và mô men cản sinh ra trong quá tr
MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC
Cơ sở lý thuyết
1.1.1 Cấu tạo hệ thống truyền lực a Ly hợp hoặc biến mô
-Ly hợp: Được sử dụng trong các xe số sàn (manual), giúp ngắt và kết nối động cơ với hộp số, cho phép người lái thay đổi số
Biến mô, sử dụng trong xe số tự động, truyền công suất từ động cơ đến hộp số êm ái, không cần ngắt kết nối hoàn toàn.
Trục các đăng là bộ phận phức tạp nhất trong hệ thống truyền động ô tô, có nhiệm vụ điều chỉnh mô-men xoắn từ động cơ cho phù hợp với điều kiện vận hành, đảm bảo lực kéo tối ưu.
Trục truyền sử dụng khớp các đăng và then hoa di trượt để nối các đoạn trục, truyền chuyển động giữa các cụm máy không cùng vỏ, chịu góc nghiêng lực lớn và dịch chuyển tương đối.
Bộ vi sai là bộ phận cuối cùng truyền lực từ động cơ đến bánh xe, đóng vai trò trung gian truyền lực và điều khiển độc lập tốc độ vòng quay của bánh xe trái phải.
1.1.2 Nhiệm vụ hệ thống truyền lực
Hộp số truyền động điều khiển và biến đổi mô-men xoắn cùng tốc độ vòng quay từ động cơ đến bánh xe, tối ưu hóa hiệu suất vận hành động cơ cho phù hợp với lực cản khi xe di chuyển.
-Ngắt tạm thời dòng truyền trong thời gian dài hoặc ngắn
-Giúp đổi chiều chuyển động để tạo ra chuyển động lùi cho ô tô
-Điều chỉnh dòng công suất từ động cơ đến các bánh xe trong các điều kiện lái xe khác nhau
HÌNH 1 Sơ đồ hệ thống truyền lực ô tô
-Tạo ra khả năng chuyển động mềm mại và cả tính năng việt dã cần thiết trong khi xe chuyển động trên đường.
Mô hình hóa mô phỏng hệ thống truyền lực
-Công suất tối đa : 150 kW
-Tốc độ tại công suất tối đa : 4500 rpm
-Tốc độ tối đa đạt được : 6000 rpm
-Vận tốc ban đầu : 800 rpm
Quy trình xây dựng mô phỏng
B2: Nhập ssc_new tại cửa sổ commad window
- Lấy sơ đồ khối bằng cách nhấn chuột trái 2 lần trên màn hình (gõ tên khối trực tiếp)
- Các khối sử dụng trong bài
Lực quán tính Tham chiêú quay cơ học Tham số tính toán
B4: Sắp xếp và nối các khối
(nhấn vào biểu tượng run trên màn hình)
Xe lùi với vận tốc 1.2 m/s trong gần 10 giây và duy trì tốc độ này Chỉ số NF ổn định quanh 2900 sau giảm nhẹ từ mức 3000 ban đầu Chỉ số NR đạt đỉnh 3500 từ mức 3000, sau đó giảm dần.
(nhấn vào biểu tượng run trên màn hình)
Kết luận
Hệ thống truyền lực ô tô đóng vai trò trung gian truyền công suất từ động cơ đến bánh xe, đảm bảo vận hành hiệu quả và an toàn Mô phỏng cho thấy hệ thống hoạt động chính xác và đáng tin cậy.
Hệ thống truyền lực xe gồm động cơ, hộp số, cầu, trục và bánh xe Động cơ tạo ra công suất và mô-men xoắn, được hộp số điều chỉnh tỉ số truyền để thay đổi mô-men xoắn và tốc độ phù hợp điều kiện vận hành Hộp số tăng mô-men xoắn cho bánh xe khi cần lực kéo lớn ở tốc độ thấp, giúp xe dễ dàng vượt dốc.
Hộp số tự động điều chỉnh cấp số dựa trên tải trọng và tốc độ xe Tải trọng lớn dẫn đến cấp số thấp, mô-men xoắn cao; tốc độ cao thì cấp số cao hơn, giảm mô-men xoắn, tối ưu tốc độ.
Lực từ hộp số truyền đến cầu và trục, dẫn động bánh xe quay với tốc độ và lực kéo phù hợp, đảm bảo vận hành ổn định, linh hoạt trên mọi địa hình Hệ thống truyền lực hiệu quả này giúp xe thích ứng với mọi điều kiện vận hành.
Hệ thống truyền lực ô tô tối ưu hóa phân phối lực và mô-men xoắn, đảm bảo vận hành êm ái, an toàn và hiệu quả Mô phỏng cho thấy hệ thống này quyết định hiệu suất vận hành, khả năng tăng tốc, độ ổn định và tiết kiệm nhiên liệu.
MÔ PHỎNG KIỂM BỀN TRỤC HỘP SỐ BẰNG ANSYS WORKBENCH
Cơ sở lý thuyết
Trục hộp số ô tô là bộ phận cốt yếu trong hệ truyền động, truyền lực từ động cơ đến bánh xe và điều chỉnh tỷ số truyền, tối ưu tốc độ và mô-men xoắn Hệ thống này thường gồm ba trục chính.
-Trục sơ cấp (Primary shaft hoặc Input shaft): Đây là trục nhận lực trực tiếp từ động cơ thông qua bộ ly hợp
Nó quay với tốc độ của động cơ và truyền lực đến các bánh răng trong hộp số
-Trục thứ cấp (Secondary shaft hoặc Output shaft):
Là trục truyền lực ra khỏi hộp số để chuyển đến bánh xe thông qua các trục dẫn động (differential, trục truyền động, v.v.)
Tốc độ của trục này phụ thuộc vào bánh răng được chọn, tức là tỷ số truyền động của hộp số
-Trục trung gian (Countershaft hoặc Intermediate shaft):
Trục trung gian trong hộp số phức tạp đóng vai trò then chốt trong việc kết nối và điều chỉnh tốc độ giữa trục sơ cấp và trục thứ cấp.
Nó có vai trò quan trọng trong việc thay đổi tỷ số truyền giữa các bánh răng
Trục hộp số điều chỉnh tốc độ xe bằng cách thay đổi tỷ số truyền giữa các bánh răng, cho phép xe vận hành mượt mà từ lúc khởi động đến khi đạt tốc độ cao.
Hộp số giúp tối ưu mô-men xoắn, hỗ trợ hiệu suất động cơ ở nhiều điều kiện lái khác nhau, đáp ứng nhu cầu tăng hoặc giảm tốc.
2.1.2 Tiến hành làm bài toán kiểm bền
Lựa chọn chi tiết: Trục hộp số
Chi tiết được lấy từ trang web: https://grabcad.com/library/splined-gear-shaft-1
Vị trí đặt lực: Tại 1 điểm vuông góc với lực quay ở trên mặt của bánh răng
Vị trí đặt ngàm: Tại mặt phẳng lắp ráp với vòng bi (phần cố định không bị dịch chuyển trong quá trình kiểm bền) Đầu ra:
• Số vòng quay trong một giây
• Hệ số an toàn trong quá trình làm việc của trục hộp số
Thực hiện quá trình kiểm bền
Giao diện của Ansys Workbench
Bước 1: Nhấn đúp vào Static Structural để mở phần kiểm bền
Bước 2: Lựa chọn chi tiết kiểm bền tĩnh
Geometry > Import Geometry > chọn File
Bước 3: Tiến hành chia lưới
Chọn toàn bộ chi tiết sau đó, chọn Mesh > Insert > Face Meshing Chuột phải vào Face Meshing > Generate Mesh để chia lưới
Bước 4: Đặt lực cho chi tiết
Chuột phải vào StaticStructural(A5) > Insert > Force
Chọn vị trí đặt lực sau đó chọn Apply tại cửa sổ Details of “Force”
Tại cửa sổ Details of “Force” ta thay đổi lực sau đó chọn Apply
Bước 5: Đặt ngàm cho chi tiết
Chuột phải vào Static Structural (A6) > Insert > Cylindrical SupportChọn bề mặt đặt ngàm, đầu ren trục hộp số
Bước 6: kiểm bền cho chi tiết Đưa ra dự liệu để so sánh (chuột phải vào Solution > Insert > Deformation)
Tiến hành chạy bài toán (chọn Solve)
Kết luận
Phân tích ứng suất cho thấy vùng màu xanh đậm chịu ứng suất nhỏ nhất, trong khi vùng màu đỏ chịu ứng suất lớn nhất.
Mô phỏng cho thấy trục hộp số biến dạng dưới tải trọng, thể hiện qua sự thay đổi hình dạng do lực tác động Mức độ biến dạng (uốn, xoắn, kéo giãn) phụ thuộc tải trọng, nhìn thấy rõ trên mô hình.
Phân bố ứng suất mô hình thể hiện bằng mã màu: đỏ là vùng ứng suất cao, chịu tải trọng lớn, dễ hư hỏng nếu thiết kế yếu; xanh lam là vùng ứng suất thấp, lực tác động nhỏ.
Thiết kế 16 ít bị hư hỏng nhờ phân bố tải trọng tối ưu, giúp nhận diện và khắc phục điểm yếu, tăng khả năng chịu lực.
Mô phỏng cho thấy ứng suất tập trung cao nhất ở đầu trục hộp số, dễ gây gãy hoặc nứt khi chịu tải trọng lớn hoặc va đập Nhận diện và đánh giá các vùng này giúp kỹ sư áp dụng biện pháp gia cố như tăng độ dày, dùng vật liệu cứng hơn hoặc tối ưu thiết kế để phân tán ứng suất hiệu quả.
Mô phỏng cho thấy biến dạng tổng thể trục hộp số dưới tải trọng, ảnh hưởng toàn bộ chiều dài trục Biến dạng này, gây uốn cong hoặc thay đổi cấu trúc, dẫn đến mất cân bằng, mài mòn và các vấn đề vận hành lâu dài Đánh giá cẩn thận biến dạng tổng thể là cần thiết.
Mô phỏng cho thấy điểm yếu thiết kế trục hộp số, đặc biệt là vùng ứng suất cao và biến dạng Phân tích này giúp cải tiến thiết kế, tăng độ bền, an toàn và hiệu suất.
MÔ PHỎNG KIỂM BỀN TRỤC HỘP SỐ BẰNG HYPERWORK
Cơ sở lí thuyết
Phân tích cấu trúc bắt đầu bằng việc tạo hoặc nhập mô hình CAD, sau đó tạo lưới phần tử để chia nhỏ mô hình nhằm tính toán chính xác ứng suất và biến dạng.
Xây dựng ma trận cứng: Lập các phương trình cân bằng lực cho từng phần tử và kết hợp lại thành một hệ phương trình lớn
Phần mềm tiền xử lý: HyperMesh được sử dụng để tạo mô hình 3D của trục hộp số, chia lưới và áp dụng các điều kiện biên và tải trọng
Tạo hình học: Xây dựng mô hình 3D của trục hộp số dựa trên bản vẽ kỹ thuật
Chia lưới mô hình bằng các phần tử hữu hạn (tetrahedron, hex, ) có kích thước và loại phù hợp, sau đó áp dụng tải trọng và điều kiện biên (lực, mô-men, cố định, đối xứng).
Bài viết này trình bày về khả năng xuất file kết quả sang các phần mềm FEA khác như Nastran, Abaqus và xác định các tính chất cơ học vật liệu (mô đun đàn hồi, giới hạn bền, giới hạn chảy…) cho mô phỏng trục hộp số.
Mô hình hóa vật liệu: Chọn mô hình vật liệu phù hợp (tuyến tính, phi tuyến, đàn hồi, dẻo, ).
Mô phỏng kiểm bền trục hộp số bằng Hyperwork
Bước 1 Chuẩn bị mô hình CAD
Tạo mô hình trục hộp số bằng phần mềm CAD (SolidWorks, CATIA, NX…) hoặc tải mô hình từ GrabCAD, đảm bảo đầy đủ chi tiết: rãnh then, lỗ khoan, mặt bích và đường kính trục.
Xuất file: Xuất mô hình trục hộp số ở định dạng tương thích với
HyperWorks (ví dụ: *.step, *.iges, stl)
Bước 2: Nhập mô hình CAD vào HyperWorks
Nhập mô hình CAD: Sử dụng lệnh Import Geometry để nhập mô hình 3D đã tạo Kéo thả mô hình đã chuẩn bị vào trong phần làm việc cảu HyperWorks
Trong HyperMesh, sử dụng lệnh Automesh (tại mục Mesh) để tạo lưới Chọn kích thước lưới phù hợp, ưu tiên lưới tứ diện (tetrahedral) hoặc hexahedral Khu vực có rãnh, then hoặc lỗ khoan cần lưới mịn hơn nhằm đảm bảo độ chính xác cao khi tính toán ứng suất.
Chọn 3D >> Tet >> mục solids chuyển sang sunface
Click điều chỉnh thông số tích vào như hình:
Bắt đầu chia lưới trục hộp số: chọn mô hình >> mesh >> bắt đầu chia lưới Chia lưới hoàn tất >> ấn tet để trở về model
Bước 4: Thiết lập vật liệu
Vào Model >> Create >> Materials >> thiết lập vật liệu là thép cho mô hình
Bước 5: Thiết lập thuộc tính:
Chọn loại thuộc tính Solid
Thiết lập các thông số như độ dày (cho Shell), loại vật liệu (liên kết với vật liệu đã tạo), v.v.Nhấn Create để tạo thuộc tính mới
Bước 6: Gán Thuộc Tính cho Components:
Chọn component mà bạn muốn gán thuộc tính
Vào Property > Edit Chọn thuộc tính mà bạn vừa tạo và nhấn Apply
Bước 7: Thiết lập Load Collector
Click chuột vào Model → chọn Load Collector → đổi tên hai phần thành Lực và ngàm
Thiết lập ngàm: trên thanh công cụ chọn Constraints >> Nodes >> kích w chuột phải chọn Select >> By Face >> click vào điểm ngàm trên mô hình cần chọn
Thiết lập Lực: Chọn mũi tên to nhất ở Loads >> Nodes >> Selet >> Byface >> chọn mục cần đặt lực >> chỉnh lực theo ý ở muc Magnitude >> thiết lập tọa độ ( Direction) theo ý x, y, z
Mở Load Step Panel: Vào Analysis > Load Steps Nhấp chuột phải vào Load Steps trong
Model Browser và chọn Create, hoặc từ thanh công cụ chính chọn Create > Load Step
Name: Đặt tên cho Load Step (ví dụ: kiemben)
Analysis Type: Chọn Linear Static LOAD: Chọn Load Collector chứa tải trọng (ví dụ: Forces)
SPC: Chọn Load Collector chứa điều kiện biên (ví dụ: Constraints)
Nhấn Create để Tạo Load Step
Bước 9: Kiểm tra kết quả phân tính và đánh giá kêt quả
Nếu trường hợp chạy kết quả báo lỗi như này :
Click chuột phải vào Create → chọn Cards → chọn Param
Sau đó chúng ta cần tắt phần kiếm tra lưới của ứng dụng đi ( CHECKEL)
Và chúng ta cho chạy lại bài toán
Chọn vị trí lưu file để chạy bài toán ( tên file ko cách và ko dấu )
Nhấp chuột vào vào “run” để chạy bài toán
Nhấp chuột vào vào “Results” để hiển thị file kết quả
Kiểm tra dạng biến dạng :
Kiểm tra biến dạng trục dưới tải trọng, đảm bảo không vượt quá giới hạn cho phép để tránh hư hỏng hoặc cong vênh.
Dựa trên kết quả phân tích, đánh giá xem thiết kế trục hộp số có đáp ứng yêu cầu kỹ thuật hay không
Bài viết trình bày phân bố ứng suất và biến dạng trên trục hộp số, kèm bảng kết quả ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất Kết luận đánh giá độ bền và hệ số an toàn, đề xuất điều chỉnh thiết kế và mô phỏng lại nếu cần.
Kết luận
Phần mềm HyperWorks phân tích kết quả mô phỏng kiểm bền trục hộp số, đánh giá phân bố ứng suất, biến dạng và hệ số an toàn, từ đó xác định khả năng chịu tải và độ bền của trục.
Phân bố ứng suất và biến dạng, thể hiện bằng hình ảnh màu sắc (đỏ: ứng suất cao, xanh lam: ứng suất thấp), giúp kỹ sư xác định điểm yếu thiết kế và phân bố lực, từ đó dự đoán vùng dễ hư hỏng.
Bảng kết quả xác định ứng suất lớn nhất và nhỏ nhất, đánh giá khả năng chịu tải Ứng suất lớn nhất phải nhỏ hơn giới hạn bền của vật liệu để đảm bảo an toàn kết cấu; nếu vượt quá, thiết kế cần điều chỉnh.
Hệ số an toàn, tính từ tỷ lệ giới hạn bền vật liệu chia ứng suất lớn nhất, phải lớn hơn 1 để đảm bảo thiết kế an toàn và hoạt động ổn định của trục; ngược lại, cần điều chỉnh thiết kế.
Thiết kế không đáp ứng yêu cầu kỹ thuật sẽ được kỹ sư điều chỉnh (tăng độ dày, thay đổi vật liệu, cải thiện hình dạng) và mô phỏng lại để đảm bảo trục đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và vận hành an toàn.
MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO
cơ sở lý thuyết
• Giảm xóc (Shock Absorber): Hấp thụ và giảm chấn động từ mặt đường, giúp xe ổn định hơn khi di chuyển qua các đoạn đường gồ ghề
• Lò xo (Spring): Chịu tải trọng chính của xe, giúp hệ thống treo co giãn, tạo độ êm ái cho hành khách
• Thanh giằng (Control Arm): Kết nối giữa bánh xe và khung xe, giúp bánh xe di chuyển lên xuống mà không làm ảnh hưởng đến khung xe
• Ổ bi cầu (Ball Joint): Khớp nối giúp bánh xe có thể xoay theo nhiều hướng khác nhau trong quá trình xe di chuyển, tăng tính linh hoạt
Thanh cân bằng (anti-roll bar) giúp xe ổn định hơn khi vào cua và di chuyển trên đường gồ ghề bằng cách giảm độ nghiêng thân xe.
Vòng bi và đệm cao su/đàn hồi giảm ma sát, mài mòn, giúp hệ thống treo hoạt động êm ái.
• Thanh liên kết (Tie Rod): Kết nối hệ thống lái với bánh xe, giúp điều chỉnh hướng di chuyển của xe
4.1.2 Công dụng hệ thống treo
- Hỗ trợ nâng đỡ chịu tải trọng của xe
- Giảm giao động từ mặt đường trong quá trình xe di chuyển
- Làm giảm độ nghiêng thân Đặt biệt khi xe chạy vào khúc cua
Mô phỏng hệ thống treo
4.2.1 Xây dựng mô hình hệ thống treo (Model)
Khối lượng treo (ma) bao gồm toàn bộ cụm, bộ phận ô tô nằm trên hệ thống treo: khung, vỏ, cabin, thùng, hàng hóa và người.
Khối lượng không treo (mb) bao gồm động cơ, hệ thống truyền lực, bánh xe và các chi tiết liên quan nằm dưới hệ thống treo.
Hệ thống treo xe gồm ba thành phần chính: phần đàn hồi, phần giảm chấn và phần liên kết (thanh đòn, khớp nối).
• Bánh xe: cũng đàn hồi có đặc trưng bằng độ cứng CL
Phân tích mô hình dao động của ô tô
Mô hình dao động ô tô là sơ đồ mô tả chuyển động dao động của xe Ba loại mô hình chính gồm: 1/4, 1/2 và mô hình không gian.
4.2.2 Xây dựng yêu cầu mô phỏng
Mô hình xe được thiết kế để nghiên cứu dao động của khối lượng treo và không treo trên trục, khi dao động độc lập Mô hình vật lý dao động xe được minh họa trong hình dưới đây.
- Cú thể khai mụ hỡnh dao động ẳ xe thành cỏc phần tử: Bỏnh xe; khối lượng khụng được treo; hệ thống treo và phần tử khối lượng được treo
Phần tử bánh xe mô phỏng tương tác giữa xe và mặt đường, nhận hai đầu vào là độ dịch chuyển khối lượng không treo và chiều cao mấp mô đường, và cho ra lực tương tác lên cả khối lượng không treo và mặt đường.
4.2.3 Mô phỏng hệ thống treo
Cơ sở lý thuyết của mô hình
CL: Độ cứng của lốp
KL: Hệ số cản giảm chấn của lốp K: Hệ số cản của giảm chấn m: Khối lượng dầm cầu ma: Khối lượng được treo z: tính êm dịu
𝜉: độ bám bánh xe h: mặt đường
Thụng số cho trước của bài toỏn treo ẳ
Thông số Giá trị ma 4000 kg m 250 kg
4.2.4 Mô phỏng hệ thống treo bằng Simulink
Các khối sử dụng trong mô phỏng hệ thống treo
Tên lệnh Hình ảnh Chức năng
Gain Khối Gain: Khuếch đại tín hiệu đầu vào thông qua 1 hệ số
Step Khối li độ mấp mô của mặt đường
Scope Hiển thị kết quả ở dạng đồ thị
Bước 1 Mô hình hóa hệ thống treo
Bước 2 Mụ hỡnh húa hệ thống treo ẳ
-Tạo tín hiệu đầu vào cho khối step
Với độ trễ là 1(s); giá trị ban đầu là 0(m); giá trị lớn nhất là 0.2(m)
Bước 4: Mô phỏng cho thấy hệ thống treo, khi được kích thích, đạt biên độ cực đại 0.3m (hoặc 0.24m tùy trường hợp) trước khi tắt dần sau khoảng 8s (hoặc 6.5s) Li độ ban đầu tại giây thứ nhất bằng 0 Kết quả mô phỏng cho thấy sự phù hợp (hoặc không phù hợp) với thông số đầu vào Phân tích chi tiết được trình bày trong phần 4.2.5.
4.2.5.1 Thay đổi hệ số cản của giảm chấn
Thông số khảo sát ma00 kg
Kết quả đo cho thấy: Trường hợp 1 có biên độ lớn nhất 0.36m và dao động tắt dần trong 16 giây (từ giây 1 đến 17) Trường hợp 2 có biên độ lớn nhất 0.348m và tắt dần trong 13 giây (từ giây 1 đến 14) Trường hợp 3 có biên độ lớn nhất 0.3m và tắt dần trong 12 giây (từ giây 1 đến 13).
Hệ số cản 8000 N.s/m (TH1) cho biên độ dao động lớn nhất và thời gian dập tắt dài nhất, trong khi hệ số cản 12000 N.s/m (TH3) tạo ra biên độ nhỏ nhất và thời gian dập tắt ngắn nhất.
Vậy trong 3 trường hợp trên hệ số cản lớn nhất cho biên độ giao động và thời gian dập tắt dao động nhỏ nhất
4.2.5.2 Thay đổi Độ cứng của lò xo
Thông số khảo sát ma@00 kg m%0 kg
CL= 240000 N/m Độ cứng lò xo
Ba trường hợp thử nghiệm cho thấy biên độ dao động lớn nhất đều là 0.3m Thời gian dập tắt dao động lần lượt là 6s (trường hợp 1), 7s (trường hợp 2) và 7.9s (trường hợp 3) Độ cứng lò xo ảnh hưởng đến thời gian dập tắt: lò xo 90000 N/m (trường hợp 1) cho thời gian ngắn nhất, trong khi lò xo 120000 N/m (trường hợp 3) cho thời gian dài nhất.
Vậy trong 3 trường hợp trên độ cứng lò xo nhỏ nhất cho biên độ giao động và thời gian dập tắt dao động nhỏ nhất.
Kết luận
Điều chỉnh hệ số giảm chấn và độ cứng lò xo ảnh hưởng trực tiếp đến trải nghiệm lái xe, khả năng bám đường và sự thoải mái Thay đổi các thông số này sẽ tác động đáng kể đến chất lượng vận hành xe.
Tăng hệ số giảm chấn giúp xe ổn định và kiểm soát tốt hơn, bám đường hiệu quả khi vào cua, giảm lắc lư trên đường gồ ghề, mang lại cảm giác lái chắc chắn và an toàn.
Hệ số giảm chấn cao khiến xe cứng hơn, cảm nhận rõ mọi gợn đường, gây khó chịu khi đi trên đường xấu.
Hệ thống treo cứng và phản hồi nhanh lý tưởng cho xe hiệu suất cao và xe đua, tối ưu hóa khả năng vận hành.
Khi giảm hệ số giảm chấn (lực cản của giảm chấn nhỏ hơn)
Tăng độ thoải mái: Giảm chấn nhẹ giúp xe mềm mại hơn, phù hợp với nhu cầu di chuyển trên đường phố hoặc những cung đường dài
Giảm độ ổn định khiến xe dễ bị lắc lư và mất kiểm soát khi vào cua gấp hoặc gặp chướng ngại vật, gây nguy hiểm.
Hệ số giảm chấn thấp mang lại sự êm ái, lý tưởng cho điều kiện đường phố và lái xe hàng ngày.
Khi tăng độ cứng của lò xo
Lò xo cứng cải thiện khả năng bám đường, giữ ổn định trọng tâm xe khi vào cua, giảm lắc và tăng độ bám lốp, nhưng cũng làm giảm độ thoải mái khi di chuyển trên đường không bằng phẳng.
Điều chỉnh hệ số giảm chấn và độ cứng lò xo phù hợp với mục đích sử dụng và điều kiện đường xá để tối ưu hiệu quả và sự thoải mái khi lái xe Việc điều chỉnh này cần khác nhau tùy thuộc vào mục đích sử dụng của từng loại ô tô.
MÔ PHỎNG KIỂM BỀN TRỤC LÁI
Cơ sở lí thuyết
Trục lái ô tô truyền lực từ vô lăng đến thước lái, giúp điều khiển hướng di chuyển của xe.
Trục trặc hay hư hỏng thiết bị ô tô ảnh hưởng nghiêm trọng đến vận hành và an toàn Bảo dưỡng định kỳ là cần thiết để đảm bảo an toàn khi lái xe.
- Chia lưới: Chia cấu trúc thành các phần tử nhỏ hơn gọi là phần tử hữu hạn
- Xây dựng ma trận cứng: Lập các phương trình cân bằng lực cho từng phần tử và kết hợp lại thành một hệ phương trình lớn
- Giải hệ phương trình: Giải hệ phương trình để tìm ra giá trị của các ẩn số như ứng suất, biến dạng tại các nút của phần tử
- Phần mềm tiền xử lý: HyperMesh được sử dụng để tạo mô hình 3D của trục hộp số, chia lưới và áp dụng các điều kiện biên và tải trọng
- Tạo hình học: Xây dựng mô hình 3D của trục hộp số dựa trên bản vẽ kỹ thuật
- Chia lưới: Chia mô hình thành các phần tử hữu hạn (tetrahedron, hex, ) với kích thước và loại phần tử phù hợp
- Áp dụng tải trọng và điều kiện biên: Áp dụng các lực, mô-men xoắn, điều kiện cố định và đối xứng lên mô hình
- Xuất file: Xuất file kết quả sang các phần mềm giải FEA khác như Nastran, Abaqus
- Tính chất vật liệu: Xác định các tính chất cơ học của vật liệu trục hộp số như mô đun đàn hồi, giới hạn bền, giới hạn chảy,
- Mô hình hóa vật liệu: Chọn mô hình vật liệu phù hợp (tuyến tính, phi tuyến, đàn hồi, dẻo, ).
Mô phỏng kiểm bền trục lái bằng Hyperwork và Ansys
Bước 1 Chuẩn bị mô hình CAD
Mô hình trục hộp số được tạo bằng phần mềm CAD (SolidWorks, CATIA, NX ) hoặc tải sẵn từ GrabCAD, bao gồm đầy đủ chi tiết như rãnh then, lỗ khoan, mặt bích và đường kính trục.
Xuất file: Xuất mô hình trục hộp số ở định dạng tương thích với
HyperWorks (ví dụ: *.step, *.iges, stl)
Bước 2: Nhập mô hình vào HyperWorks
Nhập mô hình CAD 3D bằng lệnh Import Geometry, đảm bảo tỷ lệ chính xác và không lỗi hình học Sử dụng chức năng topologi để kiểm tra và sửa lỗi, đặc biệt là các bề mặt không liền mạch.
Chọn 3D >> Tet >> mục solids chuyển sang sunface
Click điều chỉnh thông số tích vào như hình:
Bắt đầu chia lưới trục hộp số: chọn mô hình >> mesh >> bắt đầu chia lưới
Bước 4: Thiết lập vật liệu và thuộc tính
Vào Model >> Create >> Materials >> đổi tên thành MaT1 >> thiết lập vật liệu là thép cho mô hình
Bước 5: Thiết lập thuộc tính:
Chọn loại thuộc tính (như Shell, Solid, Beam, v.v.)
Thiết lập các thông số như độ dày (cho Shell), loại vật liệu (liên kết vớivật liệu đã tạo), v.v
Nhấn Create để tạo thuộc tính mới
Bước 6: Gán Thuộc Tính cho Components:
Chọn component mà bạn muốn gán thuộc tính
Chọn thuộc tính mà bạn vừa tạo và nhấn Apply
Bước 7: Thiết lập Load Collector
Nhấp chuột phải vào Load Collectors trong Model Browser và chọn
Create, hoặc chọn Create > Load Collector từ thanh công cụ chính
Thiết Lập Thông Tin Load Collector:
Thiết lập ngàm: trên thanh công cụ chọn Constraints >> Nodes >> kích w chuột phải chọn Select >> By Face >> click vào điểm ngàm trên mô hình cần chọn
Thiết lập Lực: Chọn mũi tên to nhất ở Loads >> Nodes >> Selet >> Byface >> chọn mục cần đặt lực >> chỉnh lực theo ý ở muc Magnitude >> thiết lập tọa độ ( Direction) theo ý x, y, z
Nhấp chuột phải vào Load Steps trong Model Browser và chọn Create, hoặc từ thanh công cụ chính chọn Create > Load Step
Do những phần tử không xử lí được nên có thể máy báo lỗi nên ta cần chỉnh thông số cho máy chạy những phần tử không bị lỗi
Chọn Card – Param – checket- no
Bước 10: Chạy và đánh giá kết quả
Phân tích ứng suất cho thấy thước lái chịu lực lớn nhất, từ đó xác định vật liệu tối ưu cho chi tiết này.
Xác định được max min lực tác dụng để có thể tránh được hỏng hóc không đáng có
Kết luận
Phân tích độ bền trục lái cho thấy điểm chịu lực lớn nhất, dễ bị biến dạng hoặc hư hỏng Việc xác định những điểm này giúp lựa chọn vật liệu tối ưu, đảm bảo độ bền, chống chịu ứng suất và biến dạng tốt, nâng cao độ an toàn và ổn định của trục lái.
Kiểm tra trục lái xác định ứng suất và lực tối đa/tối thiểu, giúp đánh giá khả năng chịu tải và vùng nguy cơ hỏng hóc Thông tin này hỗ trợ thiết lập biện pháp phòng ngừa, ví dụ điều chỉnh thiết kế hoặc tăng cường vật liệu để nâng cao độ bền.
Tối ưu hóa hệ thống lái giúp ngăn ngừa hư hỏng, đảm bảo hiệu suất ổn định, kéo dài tuổi thọ linh kiện và giảm chi phí bảo trì sửa chữa.
MÔ PHỎNG KIỂM BỀN ĐĨA PHANH BẰNG HYPERWORK
Đĩa phanh
6.1.1 Cấu Tạo Của Đĩa Phanh Đĩa phanh (còn gọi là phanh đĩa) là một bộ phận quan trọng trong hệ thống phanh của xe Cấu tạo của đĩa phanh thường bao gồm: Đĩa Phanh (Rotor):
- Thường làm từ gang hoặc thép, có thể có lỗ thông gió để tản nhiệt tốt hơn
- Bề mặt đĩa có thể được làm nhẵn hoặc có rãnh nhằm tăng hiệu quả phanh
- Chứa các piston hoạt động nhờ áp suất dầu, khi hoạt động sẽ ép má phanh vào đĩa phanh
- Được làm từ vật liệu ma sát đặc biệt, tiếp xúc trực tiếp với đĩa phanh để tạo lực phanh
6.1.2 Công Dụng Của Đĩa Phanh
- Khi người lái đạp phanh, má phanh ép vào đĩa phanh, tạo ma sát và làm xe chậm lại
- Thiết kế với các rãnh hoặc lỗ thông gió giúp tản nhiệt hiệu quả, giữ cho hệ thống phanh hoạt động ổn định
- Vật liệu làm đĩa phanh và má phanh được chọn lựa để chịu mài mòn tốt, kéo dài tuổi thọ của hệ thống phanh
- Đảm bảo khả năng phanh ổn định trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau
Kiểm bền đĩa phanh bằng Hyperwork
Bước 1: Chuẩn bị mô hình
Tìm kiếm hoặc vẽ mô hình trục hộp số trên GrabCAD, ưu tiên các mô hình có chi tiết đầy đủ Xuất file mô hình ở định dạng tương thích với HyperWorks (ví dụ: ).
Bước 2: Nhập mô hình CAD vào HyperWorks
Nhập mô hình: Sử dụng lệnh Import Geometry để nhập mô hình 3D đã tạo Đảm bảo mô hình được nhập đúng tỷ lệ và không có lỗi hình học
Trong HyperMesh, vào mục 3D > Tet > Create
Chọn kích thước lưới thích hợp, thường là dạng lưới tứ diện (tetrahedral) hoặc hexahedral
Bước 4: Thiết lập vật liệu và thuộc tính
Vào mục Material để thiết lập thuộc tính vật liệu cho trục hộp số
Chọn các thông số vật liệu như:
Mô đun đàn hồi E (Elastic Modulus)
Khối lượng riêng của vật liệu RHO
Thép hợp kim (Steel Alloy):
Mô đun đàn hồi E = 210000GPa
Khối lượng riêng của vật liệu RHO = 7.85e-09
Tạo thuộc tính vật liệu mới trong Model bằng cách chọn "Create" > "Property", chọn loại "Solid", thiết lập thông số và vật liệu, rồi nhấn "Create".
Gán Thuộc Tính cho Components:
Chọn component mà bạn muốn gán thuộc tính
Chọn thuộc tính mà bạn vừa tạo
Bước 5: Thiết lập Load Collector
Nhấp chuột phải vào Load Collectors trong Model Browser và chọn Create, hoặc chọn Create > Load Collector từ thanh công cụ chính
Bước 6: Thiết Lập Force và SPC (Single Point Constraint)
Trong Model Browser, nhấp chuột phải vào luc và chọn Make Current để đảm bảo rằng mọi lực được tạo ra sẽ được lưu vào Load Collector này
Chọn các nút (nodes) hoặc phần tử (elements) mà bạn muốn áp lực
Trong phần Magnitude, nhập giá trị của lực
Trong phần Direction, xác định hướng của lực (bằng cách nhập tọa độ vector hoặc chọn hướng trực tiếp từ màn hình mô hình)
Nhấn Create để tạo lực cho các nút hoặc phần tử đã chọn
Thiết Lập SPC - Single Point Constraint
Trong Model Browser, nhấp chuột phải vào ngam và chọn Make Current
Tạo Điều SPC: Vào Analyze > Constraints
Chọn các nút mà bạn muốn cố định
Nhấn Create để tạo SPC cho các nút đã chọn
Nhấp chuột phải vào Load Steps trong Model Browser và chọn Create, hoặc từ thanh công cụ chính chọn Create > Load Step
Name: Đặt tên cho Load Step (ví dụ: kiemben)
Analysis Type: Chọn Linear Static
LOAD: Chọn Load Collector chứa tải trọng (ví dụ: luc)
SPC: Chọn Load Collector chứa điều kiện biên (ví dụ: ngam)
Nhấn Create để Tạo Load Step
Bước 8: Kiểm tra kết quả phân tích và đánh giá kết quả
Chú ý: Nếu kết quả mô phỏng bị lỗi thì:
Từ thanh công cụ chính chọn Create > Cards > Faram
Kiểm tra biến dạng trục dưới tải trọng, đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép để tránh hư hỏng hoặc cong vênh.
Kết luận
Dựa trên kết quả phân tích ứng suất, có thể đưa ra các nhận định và đánh giá chi tiết như sau:
Thiết kế đĩa phanh kép đảm bảo an toàn khi ứng suất tối đa trong vật liệu vẫn nằm dưới giới hạn chảy và giới hạn bền, do đó duy trì tuổi thọ và ổn định lâu dài của sản phẩm.
Ứng suất tập trung trên đĩa phanh ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và an toàn kết cấu Nếu ứng suất nằm dưới ngưỡng an toàn, nguy cơ nứt gãy giảm Ngược lại, ứng suất vượt quá giới hạn vật liệu gây suy yếu cục bộ, dẫn đến hư hỏng và giảm tuổi thọ đĩa phanh.
Do đó, nếu không có dấu hiệu của ứng suất tập trung vượt ngưỡng, thiết kế có thể được xem là đạt yêu cầu về độ bền cấu trúc
Thiết kế đĩa phanh kép đạt yêu cầu về khả năng chịu tải, độ bền mỏi và an toàn cấu trúc nếu đáp ứng đầy đủ điều kiện ứng suất và an toàn Tuy nhiên, cần điều chỉnh thiết kế nếu phát hiện vùng ứng suất vượt ngưỡng để đảm bảo độ bền và an toàn lâu dài trong điều kiện tải trọng khắc nghiệt.
MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH ABS
Cơ sở lí thuyết
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS giúp ngăn bánh xe bị khóa khi phanh gấp, duy trì khả năng điều khiển xe và giảm thiểu tai nạn, trở thành trang bị tiêu chuẩn trên hầu hết ô tô hiện đại.
7.1.2 Các thành phần chính của hệ thống ABS:
Cảm biến tốc độ bánh xe:
Mỗi bánh xe đều được trang bị một cảm biến tốc độ
Cảm biến này liên tục đo tốc độ quay của mỗi bánh xe và gửi tín hiệu về bộ điều khiển điện tử
Bộ điều khiển điện tử (ECU):
- Đây là "bộ não" của hệ thống ABS
- ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến tốc độ và so sánh với tốc độ mong muốn
- Nếu phát hiện bánh xe có xu hướng bị bó cứng, ECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến các van điều khiển
- Van điều khiển được lắp đặt ở mỗi bánh xe
- Khi nhận được tín hiệu từ ECU, van điều khiển sẽ điều chỉnh áp suất dầu phanh đến má phanh, giúp bánh xe không bị bó cứng
Cung cấp áp suất dầu phanh cho hệ thống
- Bơm thủy lực hoạt động theo lệnh của ECU Đèn báo hiệu:
- Đèn báo hiệu trên bảng điều khiển sẽ sáng lên khi hệ thống ABS đang hoạt động 7.1.3 Nguyên lí hoạt động
Bánh xe có xu hướng bị bó cứng
Cảm biến tốc độ phát hiện sự thay đổi đột ngột của tốc độ bánh xe và gửi tín hiệu về ECU
ECU xử lý tín hiệu:
ECU so sánh tốc độ thực tế của bánh xe với tốc độ mong muốn
Nếu phát hiện bánh xe có nguy cơ bị bó cứng, ECU sẽ gửi tín hiệu đến van điều khiển Van điều khiển hoạt động:
Van điều khiển điều chỉnh áp suất dầu phanh, giúp bánh xe giảm tốc đều và tránh bị bó cứng.
Bánh xe không bị bó cứng:
Nhờ đó, người lái vẫn có thể điều khiển hướng lái và giảm thiểu nguy cơ mất kiểm soát 7.1.4 Cơ sở tính toán và mô phỏng
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS sử dụng cảm biến tốc độ bánh xe để truyền dữ liệu về ECU ECU điều khiển hệ thống ABS tác động ấn-nhả thanh kẹp phanh đĩa với tần suất cao (15 lần/s), ngăn bánh xe bị khóa cứng khi phanh gấp.
Các công thức tính toán:
+ Gia tốc góc = -momen lốp/(m*R)
+ Vận tốc góc = tích phân gia tốc góc
+ Hệ số quán tính: I=T/alpha
F = -ma; T = F.R = -m.a.R => a = -T/(m*R) => v Độ trượt tương đối = 1 − Vận tốc của xe/ Vận tốc của bánh e
I = 10 (momen quán tính) m = 750 kg (khối lượng xe)
7.1.5 Các khối cần sử dụng
Mô phỏng hệ thống phanh
Bước 1: Mở môi trường Simulink
Bước 2: Gọi khối “Constant” để thể hiện giá trị độ trượt mong muốn ban đầu
Nhập 0.2 cho thông số constan
Gọi khối sum và khối 1-D Lookup Table
Bước 3: Gọi khối “Sum” để cho ra 2 giá trị: 1 độ truyền thực tế và 1 giá trị lỗi
Bước 4: Gọi khối “1-D Lookup Table” để có được các giá trị độ trượt thay đổi theo từng thông số
“Nhập thông số: hệ số ma sát và độ trượt vào khối “D-Lookup Table” [0,0.4,0.8,0.97,1,0.98,0.96,0.94,0.92,0.9,0.88,0.855,0.83,0.81,0.79,0.77,0.75,0.73,0.72, 0.71,0.7]
Bước 5: Tính lực của mỗi bánh xe: N =m.g/4 (Dùng khối gain)
Bước 6: Dùng khối Gain thể hiện giá trị bán kính bánh xe R Từ 3 khối đã xây dựng ta tính được momen của lốp xe
Bước 7: Tính vận tốc của bánh xe thông qua khối “Bang-bang controller” và Momen lốp
Construct a bang-bang controller using a "Constant" block (input 0), two "Greater than" and "Less than" comparison blocks, and a "Data Type Conversion" block (output data type: double, integer rounding mode: zero) Connect these blocks with a "Sum" block as shown in the diagram Use Ctrl+G to group the blocks.
Bước 8: Gọi khối “Transfer Fcn” để thể hiện hàm truyền và nhập thông số như hình
Các thông số phản ánh độ trễ thủy lực (thời gian phản hồi má phanh) Khối Transfer Fcn, với hệ số tử số là vectơ hoặc ma trận, và hệ số mẫu là vectơ, có độ rộng đầu ra hằng số Các hệ số cần được sắp xếp theo lũy thừa giảm dần của s.
Khả năng điều chỉnh tham số kiểm soát mức độ điều chỉnh thời gian chạy cho các hệ số tử số và mẫu số
“Tự động” cho phép simulink chọn mức điều chỉnh phù hợp nhất: tối ưu hóa Khả năng tự điều chỉnh đề tối ưu hóa cho hiệu suất
Bước 9: Gọi khối “Integrator limited” để tính toán Từ đó ta có được lực phanh
Bước 10: Tính vận tốc của bánh xe Gọi khối “Sum” |-+ ; “Gain” với giá trị 1/I
Bước 11: Tính vận tốc của xe
Gọi khối gain với giá trị -1/m Sau đó sử dụng khối “integrator limited”
Gọi khối gain với giá trị 1/R Từ đó có được vận tốc của xe
Bước 12: Tính khoảng cách dừng bằng cách tích phân vận tốc góc Sử dụng khối
“Intergrator” Vì có 2 giá trị lỗi nên sẽ để khối dừng “Stop” ở vị trí như hình
Bước 13: Sử dụng khối Divide, Sum và Constant rồi nối lại như hình để tính độ trượt tương đối
Bước 14: Nhập các giá trị đầu vào và nhấn Run
Kết luận
Đồ thị cho thấy hệ thống ABS tác động sau 3 giây phanh, tạo ra hiện tượng nhấp nhả phanh, giúp bánh xe không bị trượt và đảm bảo an toàn, đặc biệt trên đường trơn trượt.
Sau 3 dây đạp phanh xe đã giảm tốc độ ổn định là dựng lại hẳn ở dây thứ 16
Đường thẳng biểu diễn quãng đường tăng lên theo thời gian cho thấy xe giảm tốc độ đều, phản ánh hệ thống phanh hoạt động ổn định và người lái điều khiển phanh mượt mà.
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS giúp xe giữ ổn định khi phanh, tránh trượt bánh và mất lái, đảm bảo an toàn cho người điều khiển.
MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TREO
Cơ sở lý thuyết
Hệ thống treo xe gồm ba bộ phận chính: bộ phận đàn hồi (nhíp, lò xo, thanh xoắn), bộ phận giảm chấn (thủy lực, cơ khí) và bộ phận dẫn hướng.
8.1.2 Công dụng hệ thống treo
- Hỗ trợ nâng đỡ chịu tải trọng của xe
- Giảm giao động từ mặt đường trong quá trình xe di chuyển
- Làm giảm độ nghiêng thân Đặt biệt khi xe chạy vào khúc cua
8.1.3 Mô phỏng hệ thống treo
Xây dựng mô hình hệ thống treo (Model)
Khối lượng treo (ma) bao gồm toàn bộ cụm và bộ phận ô tô nằm trên hệ thống treo: khung, vỏ, cabin, thùng, hàng hóa và người.
Khối lượng không treo (mb) bao gồm động cơ, hệ thống truyền lực, bánh xe và các chi tiết liên quan nằm dưới hệ thống treo.
Hệ thống treo xe gồm 3 thành phần chính: phần đàn hồi, phần giảm chấn và phần liên kết (thanh đòn, khớp nối).
• Bánh xe: cũng đàn hồi có đặc trưng bằng độ cứng CL
Phân tích mô hình dao động của ô tô
Mô hình dao động ô tô là sơ đồ mô tả chuyển động dao động của xe Ba loại mô hình chính gồm mô hình 1/4, 1/2 và mô hình không gian.
Xây dựng yêu cầu mô phỏng
Mô hình con lắc được thiết kế để khảo sát dao động của khối lượng có và không treo trên trục, thể hiện hiện tượng dao động vật lý như hình vẽ.
Phần tử bánh xe mô phỏng tương tác giữa xe và mặt đường, với đầu vào là độ dịch chuyển khối lượng không treo và chiều cao mấp mô đường, và đầu ra là lực tác động lên cả khối lượng không treo và mặt đường.
Thụng số cho trước của bài toỏn treo ẵ \
Mô phỏng hệ thống treo bằng Simulink
8.3.1 Các khối sử dụng trong mô phỏng hệ thống treo
Tên lệnh Hình ảnh Chức năng
Gain Khối Gain: Khuếch đại tín hiệu đầu vào thông qua 1 hệ số
Step Khối li độ mấp mô của mặt đường
Scope Hiển thị kết quả ở dạng đồ thị
8.3.2 Mô hình hóa hệ thống treo
Bước 1: Mở phần mềm matlab
Chọn Blank Model để mở:
60 Bước 3: Gõ lệnh lấy các khối
Tạo sơ đồ theo từng phương trình đã có:
Bước 4: Nhập các thông số bài toán
Biểu đồ minh họa khả năng giảm chấn của hệ thống treo, cho thấy sự ổn định nhanh chóng chỉ sau một giây vận hành trên mặt đường xấu Thời gian dập tắt nằm trong giới hạn cho phép.
Thay đổi thông số
8.4.1 Thay đổi hệ số giảm chấn K
Sau khi tăng hệ số K lên gấp đôi
Trước khi tăng K, hệ thống có biên độ dao động lớn, đặc biệt ban đầu, và thời gian ổn định lâu.
Tăng K giúp giảm biên độ dao động, tăng độ cứng cáp của hệ thống, hạn chế rung lắc khi vận hành trên đường xấu và rút ngắn thời gian đạt trạng thái ổn định, mang lại cảm giác lái êm ái và an toàn.
8.4.2 Thay đổi khối lượng vật được treo ma
Tăng ma lên gấp đôi ma= 8000 f