Nguyên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng kiểm nghiệm ô tô Trang 1 MỤC LỤC PHẦN 1: DẪN NHẬP VÀ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CARSIM . 3 CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ . 3 1.1Vấn đề giao thông hiện nay: 3 1.2 Hiện trạng nền công nghiệp ô tô ở Việt Nam. 3 1.3 Định hƣớng của ngành công nghiệp ô tô. . 4 1.4 Ý nghĩa và giới hạn của việc hƣớng dẫn,nguyên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng carsim: 6 CHƢƠNG 2 :GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG KIỂM ĐỊNH CARSIM . 7 2.1 Tổng quan về Carsim. . 7 2.2 Cấu trúc xây dựng phƣơng pháp mô phỏng 9 2.3. Ƣu điểm Mô hình hóa để mô phỏng ( trên máy tính). . 9 2.4 Hƣớng dẫn sử dụng và nhập dữ liệu. 10 PHẦN 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 CHƢƠNG 1:HỆ THỐNG TREO – LỐP . 11 1.1 Kết cấu hệ dao động ôtô: 11 1.2 Thông số kết cấu, tác dụng các bộ phận của hệ thống treo: . 12 1.3 Mô hình dao động ôtô: . 17 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG LÁI - PHANH 19 2.1 Tống quan . 19 2.2 Các góc đặt bánh xe 20 CHƢƠNG 3: KHÍ ĐỘNG HỌC 26 3.1 Tiêu chuẩn dòng lƣu chất (chất lỏng nhớt) . 26 3.2 Tổng quan về khí động học trên ô tô. . 26 PHẦN 3: MÔ PHỎNG VÀ KIỂM NGHIỆM . 31 CHƢƠNG 1: HỆ THỐNG LÁI . 31 Nguyên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng kiểm nghiệm ô tô Trang 2 1.1 Mô hình hệ thống lái. 31 1.2 Các yếu tố của hệ thống lái trong carsim. . 34 1.3 Màn hình hệ thống lái . . 38 1.4 Màn hình hệ thống lái đơn giản 46 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG PHANH (Brake System) . 49 2.1 Hệ thống phanh. 49 2.2 Hệ thống phanh với tăng cƣờng và hiệu ứng nhiệt. 55 CHƢƠNG 3:HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG (Power train system) . 64 3.1 Giới thiệu chung : . 64 3.2 Xác định hệ thống truyền lực trong phần mềm : 65 CHƢƠNG 4: HỆ THỐNG TREO (Suspension system) . 80 4.1 Các mô hình của phần tử đàn hồi dùng trong Carsim. . 80 4.2 Hệ thống treo độc lập 82 4.3 Hệ thống treo phụ thuộc: 91 4.4 Lốp và bánh xe 99 Chƣơng 5: KHÍ ĐỘNG HỌC (Aerodynamic) . 115 5.1 Yêu cầu về tính toán: 115 5.2 Động học và động lực học ( khí động học): . 116 5.3 Cách thành lập và chọn các chọn điều kiện: . 119 5.5 Điều kiện thiết kế để đảm bảo khí động hoc(V gió = Coefficient): (mang tính tham khảo do các thông số của xe đua bảo mật) . 134 TỔNG KẾT: Kết Luận, Hƣớng Phát Triển. . 139 Nguyên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng kiểm nghiệm ô tô Trang 3 PHẦN 1: DẪN NHẬP VÀ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CARSIM CHƢƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1Vấn đề giao thông hiện nay: Sự tăng trƣởng đến chóng mặt của kinh tế và bùng nổ dân số ở nƣớc ta đã làm cho quá trình cơ giới hóa diễn ra nhanh chóng, đặc biệt về sở hữu phƣơng tiện cá nhân. Quá trình phát triển kinh tế nhanh chóng làm cho nhu cầu cuộc sống tăng lên. Hiện nay theo khảo sát cho tổng nhu cầu đi lại xe máy chiếm 73%, các phƣơng tiện công cộng chiếm 5%, xe ô tô con chiếm 10% tỷ lệ xe đạp giảm xuống chỉ còn 3,8% còn lại là các phƣơng tiện khác (8,2%). Theo tình hình của những nƣớc có nền kinh tế tiến tiến và đang phát triển thì số ngƣời sử dụng xe máy sẽ dần chuyển sang ô tô con khi thu nhập tăng nên nƣớc ta cũng không là ngoại lệ và cả những thành phố ở các nƣớc Đông Nam Á khác. Hiện nay thì tình hình giao thông trong các thành phố lớn ở nƣớc ta ngày càng trở nên xấu đi. Tắc nghẽn giao thông ngày càng tăng, an toàn giao thông ngày càng giảm,ô nhiễm không khí tăng cao, công trình đô thị bị xuống cấp, khả năng tiếp cận các dịch vụ đô thị giảm. Tình hình này cứ tiếp tục thì sẽ ảnh hƣởng tiêu cực đến các hoạt động kinh tế và nền công nghiệp Việt Nam. 1.2 Hiện trạng nền công nghiệp ô tô ở Việt Nam. 1.2.1 Giới thiệu khái quát về ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam: Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam là ngành mới hình thành trong những năm gần đây, ra đời sau các nƣớc trong khu vực từ 40 - 50 năm. Tuy nhiên, Nhà nƣớc Việt Nam, với mục đích thu hút đầu tƣ và xây dựng một ngành công nghiệp ô tô để theo kịp các nƣớc trong khu vực, cho nên gần 15 năm qua, kể từ khi ra đời vào năm 1992 đến nay, ngành công nghiệp ô tô của Việt Nam đƣợc xem là ngành trọng điểm và là ngành luôn luôn đƣợc ƣu đãi nhất trong số các ngành công Nguyên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng kiểm nghiệm ô tô Trang 4 nghiệp. Sự ƣu ái rất đặc biệt này thể hiện rõ nhất ở chính sách thuế nhập khẩu rất cao đối với xe nguyên chiếc. 1.2.2 Hiện trạng về ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam. Kết quả của chính sách ƣu đãi đối với ngành công nghiệp ô tô của Việt Nam là giá xe sản xuất trong nƣớc cao gấp 2 đến 3 lần so với nhiều nƣớc. Lý do đƣợc đƣa ra là do thị trƣờng ô tô Việt Nam có dung lƣợng chỉ bằng 1/10 thị trƣờng của các nƣớc trong khu vực (ví dụ nhƣ Thái Lan), do doanh nghiệp lắp ráp ô tô ỷ lại sự bảo hộ của Nhà nƣớc nên đƣa ra giá bán cao để thu lãi cao. Tỷ lệ nội địa hóa sản phẩm của các doanh nghiệp ô tô ở Việt Nam chỉ đạt từ 2 đến 12% và việc nội địa hóa lại chỉ dừng lại ở các công đoạn giản đơn trong quy trình sản xuất và lắp ráp (sử dụng các linh kiện nội địa có giá trị thấp nhƣ săm, lốp, ắc-quy, dây điện, ghế .). Sự hoạch định chính sách đối với ngành công nghiệp ô tô trong thời gian qua chƣa thấu hiểu hết đƣợc sự phức tạp của ngành công nghiệp ô tô. Ngay cả các tên tuổi lớn trong ngành công nghiệp ô tô trên thế giới vẫn gặp phải nhiều khó khăn. Ta đã thấy nhiều thƣơng hiệu ô tô (Toyota, Chevrolet, Hyundai .) phải trả phí tổn cực kỳ lớn (từ vài trăm triệu đến hàng tỉ USD) khi họ phải thu hồi và hủy bỏ sản phẩm chỉ vì 1 chi tiết, linh kiện bị lỗi. Nhƣ thế ta mới thấy đƣợc hết khó khăn và tầm ảnh hƣởng của nó với nền kinh tế. 1.3 Định hƣớng của ngành công nghiệp ô tô. 1.3.1 Định hƣớng: Công nghiệp xe hơi là ngành mang tính tổng hợp. Đây không đơn thuần là máy nổ mà còn kéo theo hàng trăm ngành nghề khác nhau phát triển. Những bộ phận trong ngành xe hơi là những công nghệ cao từ các kết quả nghiên cứu áp dụng của toán học, vật lý học, hóa học, vật liệu (hệ thống nhún, hệ Nguyên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng kiểm nghiệm ô tô Trang 5 thống thắng, dầu nhớt, bánh xe, bố thắng .) và của cả ngành điện tử (chip điện tử, chip design .). Sản phẩm xe hơi là sản phẩm có thị trƣờng tiêu thụ cao vì thế nếu xây dựng đƣợc ngành công nghiệp xe hơi thì sẽ thúc đẩy kinh tế VN phát triển bền vững hơn (từ tiếp thu công nghệ đến đào tạo nhân lực, sử dụng lao động .). Bỏ công nghệ xe hơi là bỏ đi một trong những cơ hội để phát triển toàn diện. Để xây dựng nền công nghiệp ô tô quốc gia, nhiều nƣớc đã đƣa ra những biện pháp để bảo hộ. Nhật, Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Malaysia, Thái Lan . đều làm việc này. Những nƣớc phát triển thì sử dụng hàng rào kỹ thuật (tiêu chuẩn an toàn, tiêu hao nhiên liệu, mức hạn chế khí thải) để bảo hộ. Họ cũng không quên đầu tƣ vào nguồn nhân lực có trí thức nhằm góp phần không ngừng cải tiến để phát triển bền vững. 1.3.2 Tối ƣu hoá trong sản xuất ô tô: Trong thực tế chúng ta thƣờng gặp1 tính toán thiết kế theo các yêu cầu( tính thiết kế) hoặc là bài toán kiểm nghiệm lại các thiết kế có sẵn xem có phù hợp với yêu cầu (tính bền, tính tối ƣu, tính chuyên nghiệp hay thỏa TCVN). Hiện nay ngành ô tô ở nƣớc ta chủ yếu mang tính chất sử dụng và sữa chữa nên cần chú tâm nhiều vào việc tính toán kiểm nghiệm là chủ yếu. Hiện tại công việc thiết kế và kiểm nghiệm đang phụ thuộc nhiều vào các băng thử, các trạm đăng kiểm dẫn đến mất nhiều thời gian công sức và tiền của. Để việc tính toán kiểm nghiệm đƣợc nhanh chóng và hiệu quả chúng ta cần sự trợ giúp của của máy tính thông qua các phần mềm chuyên nghiệp. Phần mềm CarSim là 1 trong những phần mềm đáp ứng yêu cầu đó không chỉ có vậy mà phần mềm CarSim còn cho phép chúng ta chọn lựa thay đổi can thiệp sâu hơn vào bài toán thiết kế để phù hợp hơn khi ra thực tế và đem lại hiệu quả nhanh chóng và chính xác. Nguyên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng kiểm nghiệm ô tô Trang 6 1.4 Ý nghĩa và giới hạn của việc hƣớng dẫn,nghiên cứu ứng dụng phần mềm mô phỏng carsim: Qua các phân tích và đánh giá cho ta thấy đƣợc tình hình về ngành công nghiệp ô tô ở nƣớc ta còn nhiều khó khăn và thách thức lớn để góp phần cho TCVN chuẩn hóa và sánh kịp cùng các nƣớc khác trên thế giới. Nên mục tiêu đề tài cũng nhằm tìm hiểu làm quen nâng cấp, đánh giá và ứng dụng khoa học công nghệ cao vào trong việc kiểm tra, kiểm định thông qua việc mô phỏng Tiết kiệm đƣợc quỹ thời gian và khí tài để kiểm định vì việc ứng dụng phần mềm mang tính chính xác và chuẩn hoá cao hơn mà cũng không kém phần trực quan. Từ đó có thể phát hiện các sai hỏng về thiết kế lẫn tính an toàn trƣớc các nhà sản xuất ô tô nƣớc ngoài nhằm bảo đảm quyền lợi ngƣời tiêu dùng, tạo điều kiện cho các nhà thiết kế và sản xuất trong nƣớc có cơ hội khẳng định mình. Giới hạn của đề tài: Trong đề tài này chủ yếu là việc hƣớng dẫn nhập liệu các thông số đƣợc cung cấp bởi nhà sản xuất (catalog) hay từ các công thức lý thuyết lẫn kiểm nghiệm thực tế (libraies). Từ đó chúng ta dùng phần mềm CarSim để tổng hợp các thông số này lại với nhau để kiểm nghiệm. Ngoài ra vẫn có thể sử dụng các thông số mà do phần mềm tập hợp sẵn đƣợc cung cấp bởi đội ngũ kỹ sƣ thiết kế dày dặn kinh nghiệm, thâm niên trong ngành, dành nhiều tâm huyết và công sức mới đúc kết ra. Dùng các thiết kế đƣợc định dạng sẵn (Dataset) bởi vậy nên vẫn còn hình thành các sai lệch tƣơng đối giữa các điều kiện thiết lập bởi phần mềm (theo các nƣớc tƣ bản) với TCVN (theo tiêu chuẩn của Liên Bang Nga). Đồng thời cũng chƣa tìm hiểu để can thiệp sâu vào các phần tử thiết kế mà chủ yếu là tìm hiểu và quan tâm về các đặc tính an toàn trong việc vận hành và sử dụng để tìm hiểu khác biệt và nhận xét đúng về mức độ an toàn và ổn định của xe. Nguyên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng kiểm nghiệm ô tô Trang 7 CHƢƠNG 2 :GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG KIỂM ĐỊNH CARSIM 2.1. Tổng quan về Carsim. Phần mềm CarSim đƣợc xây dựng và phát triển bởi công ty Mechanical Simulation Corporation có trụ sở tại Ann Arbor, Michigan, chuyên cung cấp các ứng dụng mô phỏng tƣơng tác 3D. Ra đời vào năm 1996, đến nay CarSim cùng với các phần mềm tính toán TruckSim, BikeSim đƣợc cung cấp cho hơn 30 nhà sản xuất, 150 trƣờng đại học và các nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới. CarSim mô phỏng các chuyển động của xe đua, xe chở khách, xe tải nhẹ, và các loại xe tiện ích. Đƣợc dùng để thiết kế, phát triển, và kiểm định các hệ thống trên xe, CarSim cho phép ngƣời dùng thay đổi các thông số, lựa chọn và phân tích tốt nhất về khí động học, kiểm nghiệm khung sƣờn, và các ảnh hƣởng đến xe của những hệ thống treo, lái, thắng… CarSim phân tích hiệu suất của xe ứng với sự thay đổi của các hệ thống trên xe nhƣ hệ thống lái, phanh, ga, hộp số và ly hợp… trong một môi trƣờng nhất định nào đó bằng các chuyển động, lực và moment tác động lên quá trình tăng tốc, ổn định, hay phanh xe. Carsim với hệ thống dữ liệu hình ảnh mô phỏng sống động, hơn 800 phƣơng trình phân tích tính toán, đồ thị và có khả năng xuất ra dƣới dạng file Mathlab, Excel…Với giao diện hiện đại, ngƣời dùng có thể chạy một thử nghiệm mô phỏng, hay xem đồ thị đặc tính với chỉ 1 click chuột. Các đồ thị và mô phỏng là công cụ phân tích linh hoạt và tƣơng tác cao, có thể dễ dàng xuất và chèn vào các bản báo cáo, hay thuyết trình Power Point. Các phép toán đƣợc sử dụng trong CarSim đƣợc xây dựng từ cơ sở lý thuyết cũng nhƣ đã qua kiểm nghiệm thực tế chặt chẽ. CarSim sử dụng chƣơng trình VehicleSim Lisp để tổng hợp, phân tích các phƣơng trình tính toán, cung cấp các phƣơng trình phi tuyến tính chính xác cho các mô phỏng phức tạp để tối ƣu hóa tính toán. Ngoài ra, các công cụ hỗ trợ và mở rộng nhƣ MathLab/Simunlink, LabVIEW, viết trên nền Visual Basic, C+, Nguyên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng kiểm nghiệm ô tô Trang 8 Mathlab, và các ngôn ngữ lập trình khác giúp ngƣời dùng có thể dễ dàng sử dụng các tùy chọn, hoặc mô phỏng các thành phần nhƣ lốp xe, phanh, hệ thống dẫn động. Hình 2.1 Cấu hình đề nghị: +Intel PC, Windows 2000, XP, Vista, Win7. Chạy trên nền 32-bit hoặc 64-bit. +Tốc độ: CPU 1GHz, L2 cache +Đồ họa: 128MB IVIDIA,ATI +Ổ cứng: 5.5Gb Nguyên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng kiểm nghiệm ô tô Trang 9 2.2. Cấu trúc xây dựng phƣơng pháp mô phỏng. Xây dựng nghiên cứu và mô hình hoá để mô phỏng, tính toán thử nghiệm. Phân tích lựa chọn mô hình vật lý đã tích hợp sẵn phƣơng pháp mô hình hoá tính toán phù hợp ( phân tích cơ sở toán học, phƣơng pháp xử lý lƣới, phƣơng pháp giải số…) Hình 2.2 Đây là phần mềm kiểm định và hiệu chỉnh trên cơ sở so sánh với các kết quả tính toán số liệu thí nghiệm, số liệu công bố của các dòng sản phẩm ô tô khác nhau. 2.3. Ƣu điểm Mô hình hóa để mô phỏng ( trên máy tính).  Khả năng mô hình hoá nhanh, mạnh và chính xác.  Giải quyết đƣợc nhiều vấn đề trên máy tính trƣớc khi ra thực tế kiểm nghiệm.  Có thƣ viện phần tử lớn dễ dàng truy cập tham khảo  Xuất đồ thị chính xác và cho phép xử lí tối ƣu Nguyên cứu phần mềm CarSim trong mô phỏng kiểm nghiệm ô tô Trang 10 2.4. Hƣớng dẫn sử dụng và nhập dữ liệu. Các mô hình toán học trong VehicleSim (VS) đƣợc xây dựng bao gồm một số của các biến có thể đƣợc đƣa ra các giá trị với phƣơng trình đó đã không tồn tại khi các mô hình đƣợc xây dựng. Chúng bao gồm lực tác dụng, những thời điểm, điều khiển, đặc tính mặt đƣờng và các thông tin khác. Giá trị cho các biến này có thể đƣợc nhập vào từ các môi trƣờng mô phỏng khác nhƣ Simulink, LabVIEW, ASCET, hoặc phần mềm tùy chỉnh. Chúng cũng có thể đƣợc chỉ định cho các phƣơng trình bằng cách sử dụng VS lệnh. Sử dụng màn hình này để kích hoạt các biến số nhập vào và chỉ định cách thức chúng đƣợc kết hợp với các biến đã có trong mô hình toán học.