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

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

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


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

Trang 2

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, ít tốn kém và ít rủi ro hơn. Vì nếu như không có
phần mềm mô phỏng thì việc chế tạo ô tô chỉ được thực hiện dựa trên những tính toán

- 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 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.
Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô

Trang 4

Chng 2
C S Lụ THUYT

2.1. Tính ổn đnh của ô tô khi chuyn động quay vòng trên đng nằm ngang.

Hình 2.1: Sơ đồ mômen và lực tác dụng lên ô tô khi quay vòng trên đưng nằm
ngang.
Trong đó:
- P
1:
Lực quán tính ly tâm.
- G: Trọng lượng ô tô.
- Z”, Z’: Phản lực pháp tuyến của mặt đưng tác dụng lên hai bánh xe trái, phải.

= 
y
G
Mà lực ly tâm: P
1
=
GV

2
gR

Do đó:
GV

2
gR
= 
y
G
 V

=

gR
y

Vậy khi ô tô quay vòng trên đưng nằm ngang thì vận tốc giới hạn khi ô tô bị trượt
là:
V


h
g
 G
c
2
= 0
Khi xe bắt đầu lật đổ, Z” = 0 nên ta có:
P
1
h
g
= G
c
2

Thay giá trị lực ly tâm P
1
=
GV
n
2
gR
vào biểu thức trên ta được:
GV
n
2
gR
h
g
= G

Hình 2.2 Các lực tác dụng lên bánh xe dẫn hướng.
G
1
PP
f

Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô

Trang 7

Khi xe chuyển động bánh xe dẫn hướng sẽ chịu tác động của các lực sau:
+ Tải trọng thẳng đứng: G
1

+ Lực cản lăn: P

= G
1
.f
+ Lực đẩy: P =  P


Khi quay vòng, bánh xe dẫn hướng quay lệch một góc θ, lực đẩy lúc này là P’.

Hình 2.3: Các thành phần của lực đẩy P’.
Lực đẩy P’ được phân tích thành hai thành phần: P'cosθ = 


n
- Hệ số bám ngang khi quay vòng của bánh xe dẫn hướng.
Từ (3) và (4) ta có:
G
1
.f
cos 
≤ P' ≤
G
1
.
n
sin 

Hay:
G
1
.f
cos 
≤
G
1
.
n
sin 

Suy ra:
sin 
cos 
≤

Trong đó:
R – Bán kính quay vòng tức thi.
a – Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước.
b – Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau.
c – Chiều rộng cơ s ô tô.

c
Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô

Trang 9

L – Chiều dài cơ s ô tô.

n
– Góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên ngoài.

t
– Góc quay vòng của bánh xe dẫn hướng bên trong.
=

n
+ 
t
2
– Góc quay vòng trung bình.
θ' = θ
t
– θ
n
– Hiệu số giữa góc quay của bánh xe dẫn hướng bên trong và bên ngoài.

y
và tỷ lệ nghịch với hệ số chống lệch
ngang của lốp xe k. Do đó góc lăn lệch của bánh xe lắp lốp đàn hồi
δ
có thể biểu thị
theo quan hệ sau:
=
P
y
k

Trong đó:
P
y
- Lực ngang.
k - Hệ số chống lệch ngang của lốp xe, phụ thuộc vào áp suất của lốp xe P
w
.
 - Góc lăn lệch bánh xe.
Khi xe lắp lốp đàn hồi quay vòng, dưới tác dụng của lực ngang P
y
sẽ làm cho
hướng chuyển động của bánh xe dẫn hướng và các bánh sau sẽ lệch đi, do sự lăn lệch
Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô

Trang 10

của các bánh xe đàn hồi, được biểu hiện các góc lệch 
1
của các véctơ tốc độ V

.tan( 
1
)
CB = R
đ
.tan(
2
)

Do đó: L = R
đ
.tan( 
1
)+ R
đ
.tan(
2
)
 R

=
L
tan


1

+tan (
2
)



Trưng hợp bánh xe cứng thì 
1
= 
2
= 0 nên R =
L


Bán kính quay vòng tức thi của loại bánh xe có lốp đàn hồi R
đ
, phụ thuộc vào
góc lăn lệch 
1

và 
2
, do đó xảy ra các trưng hợp sau:
Trng hp 1
:


1
= 
2
thì R
đ
= R =
L

lớn hơn bán kính quay vòng của xe có
bánh xe cứng R. Để xe quay vòng có R
đ
= R thì phải tăng góc quay của bánh xe dẫn
Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô

Trang 12

hướng θ. Nếu không xe sẽ quay vòng với góc θ thiếu; nên gọi là “quay vòng thiếu”.
Trưng hợp này xảy ra khi lốp xe trước có áp suất thấp hơn áp suất của lốp bánh xe sau
(P
w1
< P
w2
).

Hình 2.7: Quay vòng thiếu.
Trng hp 3
:


1
< 
2
do đó R
đ
< R
Trưng hợp này xảy ra khi áp suất trong lốp bánh xe trước lớn hơn áp xuất bên
trong lốp bánh xe sau (P
w1

Workbench) là môi trưng ngôn ngữ đồ họa hiệu quả trong việc giao tiếp đa kênh giữa
con ngưi, thuật toán và các thiết bị.
.

Gọi LabVIEW là ngôn ngữ đồ họa hiệu quả vì về cách thức lập trình, LabVIEW
khác với các ngôn ngữ C (hay Python, Basic, vv…)  điểm thay vì sử dụng các từ vựng
(từ khóa) cố định thì LabVIEW sử dụng các khối hình ảnh sinh động và các dây nối để
tạo ra các lệnh và các hàm. Cũng chính vì sự khác biệt này mà LabVIEW đã giúp cho
việc lập trình tr nên đơn giản hơn bao gi hết, đặc biệt, LabVIEW rất phù hợp đối với
kỹ sư, nhà khoa học, hay giảng viên. Chính sự đơn giản, dễ học, dễ nhớ đã giúp cho
LabVIEW tr thành một trong những công cụ phổ biến trong các ứng dụng thu thập dữ
liệu từ các cảm biến, phát triển các thuật toán và điều khiển thiết bị tại các phòng thí
nghiệm trên thế giới. Hình 3.1: Phần mềm LabVIEW.
Nghiên cứu mô phỏng 3D về ổn định chuyển động quay vòng của ô tô

Trang 15

Về ý nghĩa kỹ thuật, LabVIEW cũng được dùng để lập trình ra các chương trình
(source code: mã nguồn) trên máy tính tương tự các ngôn ngữ lập trình dựa trên chữ
(text - based language) như C, Python, Java, Basic, vv
Đồng thi, LabVIEW hỗ trợ các kỹ sư, nhà khoa học và sinh viên, vv xây dựng
(thực thi) các thuật toán một cách nhanh, gọn, sáng tạo và dễ hiễu nh các khối hình
ảnh có tính gợi nhớ và cách thức hoạt động theo kiểu dòng dữ liệu (data flow) lần lượt
từ trái qua phải. Các thuật toán này sau đó được áp dụng lên các mạch điện và cơ cấu
chấp hành thực nh vào việc kết nối hệ thống thật với LabVIEW thông qua nhiều
chuẩn giao tiếp như chuẩn giao tiếp RS232 (giao tiếp qua cổng COM), chuẩn USB,
chuẩn giao tiếp mạng TCP/IP, UDP, chuẩn GPIB, vv. Vì vậy LabVIEW là một ngôn

Tp.HCM năm 2008.

Hình 3.3: Thu thập dữ liệu từ cảm biến đo gió trong ôtô và thí nghiệm thuật
toán chuyển đổi cảm biến.