Nghiên cứu việc sử dụng labview để mô phỏng 3d ổn định chuyển động của ô tô

iii CM T Li đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Thầy PGS. TS NGUYN VĔN PHNG. Em xin cám ơn Thầy rất nhiều vì sự hướng dẫn tận tình của Thầy trong thi gian qua. Thầy đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý giúp em hoàn thành tốt luận văn của mình. Một lần nữa em xin cảm ơn Thầy và chúc Thầy thật nhiều sức khỏe. Li thứ hai, em cũng xin cảm ơn Ban Giám Hiệu Trưng Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt khóa học tại trưng. Em xin cảm ơn vì một môi trưng học tập tốt. Xin cảm ơn các Thầy Phản biện đã bỏ thi gian và công sức để đọc tập luận văn và đóng góp các ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thiện nội dung của luận văn. Và li nói cuối cùng em cũng xin chân thành cảm ơn quí Thầy cô trong Khoa Khai thác và bảo trì ô tô máy kéo. Các Thầy cô đã truyền đạt cho em được thêm nhiều kiến thức mới hơn, nâng cao hơn. Em xin chân thành cảm ơn và xin chúc sức khỏe quí Thầy cô. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013 Lê Minh Đảo iv TịM TT Sử dụng phần mềm để mô phỏng lại chuyển động của ô tô là rất cần thiết trong quá trình kiểm tra, đánh giá và thiết kế chế tạo ô tô thay vì phải sử dụng ô tô thật.  Việt Nam chưa có nhiều bãi thử xe nên việc kiểm tra đánh giá ô tô trên phần mềm mô phỏng là rất hữu ích. Thông qua kết quả mô phỏng ta có thể đánh giá được các điều kiện ổn định của ô tô từ đó đưa ra những đề xuất nhằm giúp ô tô chuyển động ổn định hơn. Trong luận văn này chỉ đề cặp đến ổn định của ô tô trong quá trình chuyển động quay vòng. Kết quả được đánh giá dựa trên cơ s mô phỏng của phần mềm LabVIEW kết hợp với đối tượng được thiết kế từ SolidWorks. Sản phẩm mô phỏng có thể được ứng dụng trong việc giảng dạy môn Lý thuyết ô tô với các mô phỏng sinh động và thông số tính toán chính xác. ABSTRACT Using software to simulate the motion of a car is essential in the process of testing, evaluation and design of the car instead of using it. In Vietnam there were not many road test should test the automotive reviews on the simulation software is very useful. Through the simulation results we can assess the stability conditions of cars from which to make recommendations to help move the car more stable. In this thesis only refers to the stability of the car during the revolving movement. The results are evaluated on the basis of simulation of LabVIEW software combined with objects designed in SolidWorks. Simulation products can be applied in teaching automotive theory with dynamic simulation and accurate calculations. v MC LC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Li cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách các hình vii Danh sách các bảng ix Chng 1 : Tổng quan 1 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu 1 1.2. Mục đích của đề tài 2 1.3. Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài. 2 1.3.1. Nhiệm vụ của đề tài 2 1.3.2. Giới hạn đề tài 2 1.4. Phương pháp nghiên cứu 3 Chng 2: C sở lý thuyết 4 2.1. Tính ổn định của ô tô khi chuyển động quay vòng trên đưng nằm ngang 4 2.1.1. Xét ổn định theo điều kiện trượt bên 5 2.1.2. Xét ổn định theo điều kiện lật đổ 5 2.2. nh hưng của điều kiện mặt đưng đến góc quay vòng giới hạn 6 2.3. nh hưng tính đàn hồi của lốp xe đến sự quay vòng 8 2.3.1. Sự quay vòng của ô tô có lốp cứng 8 2.3.2. Sự quay vòng của ô tô có lốp đàn hồi 9 vi Chng 3: Phần mm mô phng 3D 14 3.1. Phần mềm LabVIEW. 14 3.1.1. Giới thiệu phần mềm LabVIEW 14 3.1.2. Các ứng dụng của LabVIEW 15 3.2. Phần mềm SolidWorks. 20 3.2.1. Giới thiệu 20 3.2.2. Một số chức năng căn bản trong SolidWorks 20 3.3. Sự kết hợp giữa NI LabVIEW – SolidWorks 24 3.3.1. Giới thiệu 24 3.3.2. Những ứng dụng của NI LabVIEW-SolidWorks 25 Chng 4: Mô phng ổn đnh chuyn động của ô tô khi quay vòng 28 4.1. Mô phỏng ổn địn của ô tô khi quay vòng 28 4.1.1. Mô phỏng ổn định của ô tô khi quay vòng theo tốc độ 28 4.1.2. Mô phỏng ổn định của ô tô khi quay vòng theo điều kiện mặt đưng 28 4.1.3. Mô phỏng quay vòng của ô tô có lốp đàn hồi 28 4.2. Đối tượng mô phỏng 29 4.3. Công cụ mô phỏng 30 Chng 5: Kết lun 35 5.1. Kết quả mô phỏng 35 5.1.1. Giao diện phần mềm mô phỏng 35 5.1.2. Nhập thông số tính toán và thông số kỹ thuật của ô tô 36 5.1.3. Kết quả mô phỏng 37 5.2. Nhận xét đánh giá và khuyến nghị 41 5.2.1. Nhận xét đánh giá 41 5.2.2. Khuyến nghị 42 TÀI LIU THAM KHO 43 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Sơ đồ mômen và lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng trên đưng nằm ngang 4 Hình 2.2: Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng 6 Hình 2.3: Các thành phần của lực đẩy P’ 7 Hình 2.4: Sơ đồ quá trình quay vòng ô tô có lốp cứng 8 Hình 2.5: Sơ đồ quay vòng của xe có lốp đàn hồi 10 Hình 2.6: Quay vòng trung hòa 11 Hình 2.7: Quay vòng thiếu 12 Hình 2.8: Quay vòng thừa 12 Hình 3.1: Phần mềm LabVIEW 14 Hình 3.2: Thu thập dữ liệu tại Cơ quan hàng không và vũ trụ - NASA 16 Hình 3.3: Thu thập dữ liệu từ cảm biến đo gió trong ôtô và thí nghiệm thuật toán chuyển đổi cảm biến 16 Hình 3.4: Giao diện lái ô tô từ xa 17 Hình 3.5: Điều khiển tay Robot 17 Hình 3.6: Robot dưới nước (Spider) của công ty Nexans 18 Hình 3.7: Hệ thống lái không trục lái 18 Hình 3.8: Điều khiển động cơ DC theo thuật toán PID 19 Hình 3.9: Đo lưng, giám sát và điều khiển trong công nghiệp 19 Hình 3.10: Chức năng CAD trong SolidWorks 21 Hình 3.11: Bản vẽ lắp trong SolidWorks 21 Hình 3.12: Chức năng CAE trong SolidWorks 23 Hình 3.13: Tính lực và tính bền trong SolidWorks 23 Hình 3.14: Chức năng CAM trong SolidWorks 24 viii Hình 3.15: Chức năng Mold trong SolidWorks 24 Hình 5.1 Hiển thị thông số kỹ thuật và thông số tính toán 35 Hình 5.2 Hiển thị kết quả mô phỏng 36 Hình 5.3 Các thông số tính toán và thông số kỹ thuật ô tô sau khi đã nhập 37 Hình 5.4 Ô tô quay vòng đúng quỹ đạo chuyển động 38 Hình 5.5 Ô tô bị trượt trên đưng 38 Hình 5.6 Ô tô bị lật đổ 39 Hình 5.7 Ô tô quay vòng thiếu 39 Hình 5.8 Ô tô quay vòng thừa 40 Hình 5.9 Ô tô quay vòng trung hòa 40 Hình 5.10 Ô tô đạt đến góc quay vòng giới hạn 41 ix DANH SÁCH CÁC BNG BNG TRANG Bng 4.1: Thông số kỹ thuật của ô tô Hyundai – i30 30 Bng 4.2: Thông số tính toán 30 x PH LC PH LC TRANG Ph lc 1: Block Diagram ô tô quay vòng đúng 44 Ph lc 2: Block Diagram ô tô bị trượt 45 Ph lc 3: Block Diagram ô tô bị lật 46 Ph lc 4: Block Diagram quay vòng thiếu 47 Ph lc 5: Block Diagram ô tô quay vòng thừa 48 Ph lc 6: Block Diagram ô tô trượt khi vượt góc quay vòng giới hạn 49 11 Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô Trang 1 Chng 1 TNG QUAN 1.1. Tổng quan chung v lĩnh vực nghiên cu. Trong thi đại ngày nay, ô tô là một trong những phương tiện giao thông vận tải đã và đang giữ vai trò quan trọng trong đi sống xã hội. Đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông, ô tô là một phương tiện đi lại không thể thiếu của con ngưi. Con ngưi sử dụng ô tô để di chuyển từ nơi này đến nơi khác để phục vụ cho đi sống sinh hoạt, công việc, du lịch, giải trí…Nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng nhiều và những đòi hỏi sự đáp ứng của ô tô cũng rất đa dạng. Ô tô phải chuyển động được trên nhiều loại địa hình khác nhau một cách linh hoạt. Về mặt kỹ thuật ô tô phải đảm bảo được tính điều khiển  mức tốt nhất, tức là phải đảm bảo được quỹ đạo chuyển động khi có tín hiệu điều khiển của ngưi lái. Chính vì thế sự chuyển động của ô tô phải có tính ổn định cao để giúp ngưi sử dụng được an toàn và có cảm giác thoải mái khi điều khiển. Việc nghiên cứu tính ổn định của ô tô khi chuyển động đã được thực hiện rất nhiều nhằm mục đích giúp ô tô ổn định hơn khi chuyển động. Hầu hết các xe sau khi được sản xuất đều được chạy thử nghiệm trên các đưng thử để kiểm tra tính ổn định. Sau quá trình chạy thử nghiệm nhiều lần, ta có thể nghiên cứu thay đổi đặc tính ổn định của ô tô khi chuyển động. Nhưng việc thử nghiệm thực tế ô tô như thế tốn rất nhiều thi gian và kinh phí. Với điều kiện thực tế  Việt Nam hiện nay chưa có nhiều phòng thí nghiệm và bãi thử để đánh giá tính ổn định của xe khi chuyển động nên việc mô phỏng giúp ta có cơ s để đánh giá tính ổn định chuyển động của ô tô. Do đó việc nghiên cứu dùng phần mềm máy tính để mô phỏng lại sự chuyển động của ô tô là rất cần thiết. Sau khi mô phỏng lại quá trình chuyển động của ô tô, ta thể dễ dàng nhìn thấy và tính toán được sự ổn định của ô tô khi chuyển động trên các loại đưng. Phần mềm mô phỏng sẽ mô phỏng lại sự chuyển động của ô tô theo điều kiện [...].. .Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô đặt ra Từ các điều kiện trên ta có thể biết được sự ổn định chuyển động của ô tô Mặt khác trên phần mềm mô phỏng ta có thể thay đổi một số đặc tính của ô tô để cải thiện tính ổn định của ô tô khi chuyển động Nếu ta có thể mô phỏng được mọi loại chuyển động của ô tô thì việc nghiên cứu chế tạo ô tô mới sẽ tr nên dễ dàng,... vƠ gi i h n đ tài 1.3.1 Nhi m v của đ tƠi - Nghiên cứu đặc tính động học và động lực học của ô tô khi chuyển động quay vòng Trang 2 Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô - Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm LabVIEW và SolidWorks để mô phỏng 3D quá trình chuyển động quay vòng của ô tô - Đánh giá sự ổn định của ô tô khi quay vòng dựa trên kết quả mô phỏng - Đề xuất một số giải pháp... tính động học và động lực học của ô tô khi chuyển động quay vòng - Tìm hiểu và học cách sử dụng phần mềm LabVIEW và phần mềm SolidWorks để mô phỏng 3D - Chọn một ô tô cụ thể với thông số kỹ thuật đầy đủ - Kết hợp giữa LabVIEW và Solidworks để mô phỏng Trang 3 Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô Ch C S ng 2 Lụ THUY T 2.1 Tính ổn đ nh của ô tô khi chuy n động quay vòng trên... ích 1.2 M c đích của đ tƠi - Sử dụng phần mềm LabVIEW kết hợp với SolidWorks để mô phỏng 3D một quá trình chuyển động của ô tô Đó chính là chuyển động quay vòng - Đánh giá kết quả mô phỏng và đưa ra một số đề xuất nhằm cải thiện tính ổn định khi quay vòng của ô tô - Sản phẩm mô phỏng được sử dụng trong việc giảng dạy môn Lý thuyết ô tô với các trư ng hợp mô phỏng cụ thể 1.3 Nhi m v của đ tƠi vƠ gi i... vòng của xe có bán kính R Hình 2.8: Quay vòng thừa Trang 12 Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô Do đó, để xe quay vòng có Rđ = R thì phải giảm bớt góc quay θ của bánh xe dẫn hướng, nếu không xe sẽ quay vòng với góc quay θ thừa, nên gọi là “quay vòng thừa” Trang 13 Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô Ch ng 3 PH N M M MÔ PH NG 3D 3.1 Phần m m LabVIEW. .. vòng của ô tô 1.3.2 Gi i h n đ tƠi - Dùng phần mềm LabVIEW và SolidWorks để mô phỏng - Mô phỏng ô tô chuyển động quay vòng trên đư ng phẳng nằm ngang - Xét tổng quát quá trình chuyển động của ô tô trên đư ng, không biểu thị các hệ thống bố trí trên xe - Khảo nghiệm ô tô theo tính chất riêng phần không kể đến ảnh hư ng của các hệ thống khác khi quay vòng 1.4 Ph ng pháp nghiên c u - Nghiên cứu đặc tính động. .. quay vòng trên đư ng nằm ngang, dưới tác dụng của lực ly tâm ô tô sẽ bị lật đổ quanh trục đi qua A và nằm trong mặt phẳng của mặt đư ng, lúc đó vận tốc của ô tô đạt tới giá trị giới hạn lật Trang 5 Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô Để xác định vận tốc giới hạn của ô tô trong trong trư ng hợp này, ta xét phương trình cân bằng mômen tại điểm A MA = Z"c + P1 hg − G c =0... tốc của dạng chuyển động và các thuộc tính động lực học của các tải trọng, các thành phần truyền dẫn như ốc vít dẫn Sử dụng bộ công cụ này, ta có thể tính toán mô- men xoắn Trang 26 Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô động cơ và biểu đồ vận tốc cần thiết cho các cấu hình chuyển động Công cụ COSMOSMotion bao gồm Couplers có thể biến đổi chuyển động quay thành chuyển động. .. quá trình chuyển động của xe với mọi loại điều kiện địa hình đặt ra thì từ đó ta có thể thay đổi đặc tính thiết kế của xe ngay trên mô hình mô phỏng Sau khi đưa ra được thiết kế hoàn chỉnh trên mô hình mô phỏng thì việc chế tạo mới được bắt đầu, điều này vô cùng thuận tiện cho việc sản xuất và chế tạo một mẫu xe mới Tóm lại, việc sử dụng phần mềm máy tính để mô phỏng lại sự chuyển động của ô tô là rất... phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô 3.1.2.4 Đi u khi n ph ng ti n không ng i lái Hình 3.6 mô tả ứng dụng LabVIEW điều khiển robot không ngư i lái nhằm dò tìm và khám phá dưới nước của tập đoàn Nexans Hình 3.6: Robot dưới nước (Spider) của công ty Nexans 3.1.2.5 Thu th p hình nh vƠ mô ph ng động lực h c Hình dưới đây trình bày ứng dụng mô phỏng hệ thống lái không trục lái trong ô tô Đồng . Những ứng dụng của NI LabVIEW- SolidWorks 25 Chng 4: Mô phng ổn đnh chuyn động của ô tô khi quay vòng 28 4.1. Mô phỏng ổn địn của ô tô khi quay vòng 28 4.1.1. Mô phỏng ổn định của ô tô khi. được sự ổn định chuyển động của ô tô. Mặt khác trên phần mềm mô phỏng ta có thể thay đổi một số đặc tính của ô tô để cải thiện tính ổn định của ô tô khi chuyển động. Nếu ta có thể mô phỏng được. trên các loại đưng. Phần mềm mô phỏng sẽ mô phỏng lại sự chuyển động của ô tô theo điều kiện Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô Trang 2 đặt ra. Từ các điều