MỤC LỤC

Trang phụ bìa ………i

Nhiệm vụ đồ án……ii

Mục lục………1

Danh mục các bảng………2

Danh mục các hình vẽ, đồ thị.........3

LỜI NÓI ĐẦU.. ..7

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG VÀ MÔ PHỎNG 3D..... 9

1.1 KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG....9

1.1.1 Khái niệm về mô phỏng.....9

1.1.2 Các phương pháp mô phỏng....10

1.1.2.1  Mô phỏng nhân-quả.....10

1.1.2.2  Mô phỏng phi nhân-quả.

1.1.2.3  Các phương pháp mô phỏng khác......12

1.2 MÔ PHỎNG 3D......13

1.2.1  Khái niệm về mô phỏng 3D.......13

1.2.2  Quy trình chung mô phỏng 3D.......14

1.2.2.1  Mô hình hóa 3D.....16

1.2.2.2  Thiết lập tham số.

1.2.2.3  Mô phỏng.

1.2.2.4  Phân tích kết quả.

CHƯƠNG 2.  ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI .

2.1  ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI .

2.1.1  Khái quát về hệ thống lái ô tô. .

2.1.2  Một số hệ thống lái điển hình. .

2.1.2.1  Hệ thống lái có cơ cấu lái loại trục vít-cung răng. .

2.1.2.2 Hệ thống lái có cơ cấu lái loại trục vít-con lăn....20

2.1.2.3 Hệ thống lái có cơ cấu lái loại trục vít-đai ốc-thanh răng-cung răng ....21

2.1.2.4  Hệ thống lái có cơ cấu lái kiểu thanh răng- bánh răng......22

2.1.3  Đặc điểm kết cấu hệ thống lái ô tô GAZ-66. .

2.1.3.1  Cơ cấu lái .

2.1.3.2  Dẫn động lái .

2.1.3.3  Trợ lực lái.

2.1.3.4  Nguyên lý làm việc.

2.1.3.5  Kết luận......32

2.2  ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI.....33

2.2.1  Động học lái ô tô......33

2.2.1.1. Điều kiện quay vòng không trượt bên.....33

2.2.1.2. Quay vòng đúng.

2.2.1.3. Quay vòng thiếu. .

2.2.1.4. Quay vòng thừa.

2.2.1.5  Ổn định các bánh xe khi chuyển động trên đường.

2.2.2  Động học hệ thống lái  ô tô......41

2.2.2.1. Tỷ số truyền động học của hệ thống lái.....41

2.2.2.2. Góc quay bánh xe dẫn hướng......42

2.2.2.3. Động học của các khâu, khớp trong hệ thống lái.....44

2.3 PHƯƠNG PHÁP HỆ NHIỀU VẬT (MBS- Multi Body System)

2.3.1 Phương pháp hệ nhiều vật (MBS) là gì?.

2.3.2 Các khái niệm cơ bản.

2.3.3 Các phần mềm MBS...... 50

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG 3D ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI .....51

3.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D......51

3.1.1 Phần mềm Solidworks......51

3.1.2 Mô hình hoá 3D các chi tiết .

3.1.3 Xây dựng mô hình 3D  hệ thống lái GAZ-66.

3.2. MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI GAZ-66 BẰNG PHẦN MỀM MSC.ADAMS 2005..... 60

3.2.1 Phần mềm MSC.ADAMS. 60

3.2.2 Xây dựng mô hình hệ thống lái GAZ-66 trong MSC. ADAMS..... 62

3.3.2.1. Các thông số đầu vào cho mô hình.....62

3.3.3.2. Các chi tiết chính được mô hình hoá trong MSC.ADAMS. ...64

3.3.3.3. Các thông số vật lý của các chi tiết trong hệ thống. .

3.2.3 Mô phỏng động học hệ thống lái GAZ-66 bằng phần mềm MSC.ADAMS.....66

3.2.3.1. Các mối liên kết được sử dụng trong quá trình mô phỏng.....66

3.2.3.2. Các Motion được sử dụng trong quá trình mô phỏng.....70

CHƯƠNG 4. MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 3D ĐỘNG HỌC  HỆ THỐNG LÁI GAZ-66....71

4.1 TỶ SỐ TRUYỀN ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI..... 71

4.1.1 Tỷ số truyền cơ cấu lái .....71

4.1.2 Tỷ số truyền động học của hệ thống lái ....74

4.2 GÓC QUAY CÁC BÁNH XE. ....78

4.2.1 Khi xe quay vòng trái ......78

4.2.2 Khi xe quay vòng phải 80

4.3  ĐỘNG HỌC CÁC KHÂU THAM GIA TRUYỀN ĐỘNG.....82

4.4  NHẬN XÉT KẾT QUẢ......84

KẾT LUẬN.. 86

TÀI LIỆU THAM KHẢO..... 88

PHỤ LỤC......89

LỜI NÓI ĐẦU

Mô hình hóa và mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu khoa học đã được ứng dụng rất rộng rãi: từ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đến vận hành hệ thống.

Ngày nay nhờ sự trợ giúp của máy tính có tốc độ cao và bộ nhớ lớn mà phương pháp mô hình hóa được phát triển mạnh mẽ, đưa lại hiệu quả to lớn và mạnh mẽ trong nghiên cứu khoa học và sản suất thực tiễn. Mô hình hóa và mô phỏng được ứng dụng không ngừng vào lĩnh vực khoa học công nghệ mà còn có hiệu quả nhiều vào lĩnh vực khác như quân sự, kinh tế và xã hội,…

Phương pháp mô hình hóa và mô phỏng trên thế giới được phát triển từ những năm 40 của thế kỷ trước. Ở nước ta mới thực sự phát triển trong chục năm trở lại đây, vì vậy nó còn là lĩnh lực khá mới. Tuy nhiên, nó cũng khẳng định những ưu thế vượt trội trong các lĩnh vực khác nhau. Ví dụ, trong tính toán thiết kế chế tạo, người kỹ sư làm việc với mô hình mà không cần phải chế tạo thử cũng phát hiện ra được những sai lệch về kết cấu, độ bền các chi tiết để tiến hành điều chỉnh, lựa chọn các phương án tối ưu trước khi tiến hành sản suất thử nghiệm, sản suất hàng loạt.

Hệ thống lái là một hệ thống điển hình trên xe ô tô. Theo quan điểm an toàn thì hệ thống lái có vai trò quan trọng nhất. Hệ thống lái có ảnh hưởng trực tiếp tới sự an toàn của người và hành lý trên xe. Các đặc điểm về kết cấu, đặc tính động học của hệ thống lái có quan hệ chặt chẽ với các chỉ tiêu khai thác của xe như chất lượng điều khiển, quay vòng, ổn định các bánh xe khi chuyển động,…

Qua một thời gian tìm hiểu tài liệu và cơ sở lý thuyết, được sự phân công của bộ môn với sự giúp đỡ của thầy giáo hướng, tôi đã chọn đề tài: “ Mô phỏng 3D động học hệ thống lái xe quân sự”

Nhiệm vụ của đề tài: “MÔ PHỎNG 3D ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI XE QUÂN SỰ ” gồm các nội dung chính sau:

- Đặc vấn đề.

- Tổng quan về mô phỏng và mô phỏng 3D.

- Động học hệ thống lái và phương pháp giải.

- Mô phỏng 3D động học hệ thống lái xe ôtô GAZ_66.

- Kết luận.

Qua đây em xin chân thành cám ơn : ThS.................... và các thầy giáo trong Bộ môn Ôtô Quân sự, đồng chí đồng đội trong lớp đã tận tình hướng dẫn, định hướng về phương pháp nghiên cứu, tìm tài liệu để đề tài này được hoàn thành.

                                                                         Hà nội, ngày ... tháng ... năm 20...

                                                                       Học viên thực hiện

                                                                        ………………..

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG VÀ MÔ PHỎNG 3D

1.1 KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG

1.1.1 Khái niệm về mô phỏng

Mô phỏng là sự “bắt chước”  lại ứng xử của các đối tượng thật, trạng thái hay quá trình. Thuật ngữ mô phỏng đươc hiểu và sử dụng rất khác nhau tùy theo từng môi trường ứng dụng. Nhìn chung, chúng ta có thể định nghĩa một cách tổng quát như sau:

Mô phỏng là một quá trình tạo ra một mô hình của một hệ thống giả thiết hay có thật để nhằm mục đích xác định và hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống, từ đó chúng ta có thể dự đoán các ứng xử của hệ thống trong tương lai. Hầu hết các hệ thống có thể mô tả được bằng các phương trình toán học hay các quy tắc đều có thể mô phỏng được.

1.1.2 Các phương pháp mô phỏng

Vì lý do thông dụng, trong nội dung ĐATN  này chỉ xem xét các phương pháp mô phỏng cũng như các phần mềm mô phỏng cho máy tính cá nhân.

1.1.2.1  Mô phỏng nhân-quả

Phương pháp mô phỏng này dựa trên cách tiếp cận nhân-quả trong mô hình hóa hệ  thống. Theo đó, một hệ thống được phân tích thành một hay nhiều hệ thống con với các đầu vào, đầu ra và trạng thái. Đầu ra (“kết quả”) của một hệ thống con phụ thuộc vào trạng thái và đầu vào (“nguyên nhân”) của nó. Mỗi hệ thống con thường được mô tả bởi một hệ phương trình vi phân thường (ODE – Ordinary Differential Equation). Để tạo thành một hệ thống lớn, các hệ thống con được nối với nhau cũng theo nguyên tắc nhân quả: mỗi đầu vào của một hệ thống con nhận kết quả từ duy nhất một đầu ra của một hệ thống con khác mà nó phụ thuộc. 

1.1.2.2  Mô phỏng phi nhân-quả

Vào những năm 90 của thế kỷ trước, nhu cầu cần xây dựng những mô hình ngày càng phức tạp, kết hợp nhiều lĩnh vực khác nhau và đòi hỏi về tính linh hoạt, trực quan đã dẫn đến một sự thay đổi cơ bản về phương pháp mô hình hóa và mô phỏng. Phương pháp mô phỏng phi nhân-quả dựa trên việc mô hình hóa hệ vật lý theo các hệ con và xác định hành vi của hệ thống tại những điểm nối giữa chúng. Thông thường, mỗi hệ con sẽ đại diện cho một thiết bị hay một thành phần cơ bản của hệ thống, ví dụ như điện trở, tụ điện, động cơ, van, đường ống, bình mức,… 

1.1.2.3  Các phương pháp mô phỏng khác

Ngoài ra, còn một số khái niệm mô phỏng khác như sau.

* Mô phỏng động học, động lực học, kết cấu:

Các khái niệm này dùng trong mô phỏng cơ hệ. Mô phỏng động học, động lực học thường gắn liền với phương pháp Hệ nhiều vật (MBS- Multi Body Sysstem); còn mô phỏng kết cấu thường gắn với phương pháp Phần Tử Hữu Hạn (FEM- Finite Element Methode).

* Mô phỏng tĩnh, mô phỏng động:

Mô phỏng tĩnh là mô phỏng không có sự ảnh hưởng của thời gian (ví dụ như mô phỏng Monte Carlo dùng cho tài chính). Các mô phỏng còn lại thường được tính theo thời gian và được goi là mô phỏng động.

* Mô phỏng xác định/ngẫu nhiên:

Mô phỏng ngẫu nhiên thường dựa trên các hàm ngẫu nhiên, phương pháp hay dùng là phương pháp AnyLogic.

1.2  MÔ PHỎNG 3D

1.2.1  Khái niệm về mô phỏng 3D

* Mô hình 3 chiều: Trong thế giới thật, các đối tượng, hệ thống, ..tồn tại trong không gian 3 chiều, vì vậy đối tượng mô phỏng phải được mô hình hóa trong không gian 3 chiều (thường sử dụng hệ tọa độ Đề-các: X,Y,Z), nghĩa là phải bảo đảm đầy đủ 6 bậc tự do cho mỗi tọa độ. 

* Tương tác thời gian thực: Một đặc tính cơ bản nữa của mô phỏng 3D đó là tương tác thời gian thực (Real Time Interaction). Ứng xử của các đối tượng mô phỏng diễn ra theo thời gian thực, như trong thế giới thật. Thực ra, các mô hình, phương pháp giải, thuật toán để tính toán, phân tích ứng xử (động học, động lực học, kêt cấu,..) đã được nghiên cứu từ lâu, nhưng do chưa có công cụ máy tính nên chúng ta mới chỉ có thể tính toán một số bước của các ứng xử này, và các vấn đề này thường được nêu ra dưới dạng bài toán phân tích, tính toán. 

1.2.2  Quy trình chung mô phỏng 3D

1.2.2.1  Mô hình hóa 3D

Mô hình hóa 3D là giai đoạn đầu tiên của quá trình mô phỏng. Đầu tiên chúng ta phải xây dựng mô hình hình học 3D trên cơ sở các thông số hình học cho các đối tượng mô phỏng. Các phần mềm mô phỏng thường có sẵn mô đun CAD để mô hình hóa các đối tượng đơn giản. 

1.2.2.2 Thiết lập tham số

Trên cơ sở mô hình hình học đã xây dựng ở trên và các yêu cầu mô phỏng cụ thể, chúng ta phải xây dựng mô hình tính toán (mô hình toán học) cho các đối tượng cần mô phỏng. Việc lựa chọn và xây dựng mô hình tính toán là bước quan trọng nhất trong quá trình mô phỏng. Mô hình tính toán thể hiện quan hệ giữa đầu vào- các thông số hệ thống- kết quả đầu ra của mô phỏng. 

1.2.2.4 Phân tích kết quả

Cuối cùng, các kết quả mô phỏng ở trên có thể dùng trực tiếp hoặc qua bước phân tính để nhằm mục đích đánh giá ứng xử của đối tượng theo yêu cầu mô phỏng..

CHƯƠNG  2

ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI

2.1  ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG LÁI

2.1.1  Khái quát về hệ thống lái ô tô

Theo quan điểm an toàn thì hệ thống lái là hệ thống quan trọng nhất. Kết cấu chung của hệ thống lái bao gồm: cơ cấu lái, dẫn động lái, trợ lực lái (có ở một số xe).

 Cơ cấu lái có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn của vành tay lái thành chuyển động lắc của đòn quay đứng thông qua thanh kéo dọc 5, càng quay ngang 6, làm bánh xe dẫn hướng bên trái dịch chuyển, thông qua các thanh lái ngang 8, thanh lái bên 9 làm cho bánh xe bên kia cũng dịch chuyển quanh trụ đứng, lệch phương chuyển động theo ý muốn của người lái.

2.1.2 Một số hệ thống lái điển hình

Tuỳ theo tính chất, điều kiện làm việc mà người ta thiết kế hệ thống lái khác nhau. Theo đặc điểm truyền lực hệ thống lái có trợ lực hoặc không trợ lực. Theo phương pháp truyền thống, người ta phân biệt hệ thống lái theo kết cấu của cơ cấu lái.

2.1.3 Đặc điểm kết cấu hệ thống lái ô tô GAZ-66

Hệ thống lái ô tô GAZ-66 là hệ thống lái có cơ cấu lái trục vít lõm-con lăn, bố trí trợ lực độc lập trong đó xi lanh lực, van phân phối và cơ cấu lái bố trí tách biệt.

Hình 2.5 Chỉ rõ sơ đồ bố trí chung hệ thống lá.

2.1.3.1. Cơ cấu lái

Vỏ cơ cấu lái làm bằng gang và được bắt chắc với dầm dọc bên trái khung. Trục vít lõm, con lăn được làm bằng thép.

Trục vít được ép vào đầu dưới của trục lái và quay trên hai ổ côn, trục trên được nối với trục lái bằng then bán nguyệt. Điều chỉch dịch chuyển bàng đệm giữa vỏ cơ cấu lái và nắp dưới của cơ cấu lái.

2.1.3.2. Dẫn động lái

Dẫn động lái dùng để truyền lực từ cơ cấu lái và trợ lực lái đến các bánh xe dẫn hướng và quay các bánh xe dẫn hướng đi một góc nhất định.

Dẫn động lái cơ khí có kết cấu sau: Vành lái, trục tay lái, vỏ trục tay lái lắp với giá treo của bàn đạp ly hợp và bàn đạp phanh bằng 2 tay đòn và các khớp bản lề.

2.1.3.3. Trợ lực lái.

Trợ lực lái GAZ-66 là trợ lực thuỷ lực có áp suất cao (65 kG/cm²) nên hiệu quả trợ lực cao, thời gian chậm tác dụng ngắn hơn so với trợ lực khí nén, nhưng yêu cầu về độ chính xác và tính công nghệ chế tạo cao. Trợ lực  ô tô GAZ-66 gồm có các bộ phận:

1. Bơm dầu: Kiểu phiến gạt có tác dụng hai chiều, có van an toàn áp suất và van an toàn lưu lượng (có kết cấu tương tự như trên xe Zil-130), van an toàn sẽ khống chế áp suất trong hệ thống từ 6 đến 6,5 MPa.

2. Xylanh lực: Được bắt chặt cố định với vỏ cầu xe nhờ khớp bản lề, đầu pittos lắp với thanh lái ngang, có kết cấu bao kín để tránh chảy dầu. Trên xylanh có 2 đường dầu từ van phân phối đến.

2.1.3.5. Kết luận

 Ô tô GAZ-66 có sử dụng trợ lực lái nên điều khiển lái nhẹ nhàng, giảm sự mệt nhọc cho người lái, nâng cao độ an toàn chuyển động, tăng khả năng cơ động của xe, giảm phản lực tác dụng từ mặt đường lên vành tay lái đặc biệt khi xe chuyển động trên địa hình gồ ghề vì vậy mà nâng cao vận tốc trung bình của xe.

 Cơ cấu lái loại trục vít lõm-con lăn có 3 răng có kết cấu gọn, độ bền cao, lực tác dụng phân ra 3 răng nên áp lực tác dụng lên bề mặt răng nhỏ, ma sát trượt được thay bằng ma sát lăn nên có hiệu suất cao, loại ổ bi của trục vít con lăn có khả năng điều chỉnh được nhiều lần độ ăn khớp do khoảng hở trong ổ bi.

2.2 ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI

2.2.1 Động học lái ô tô

2.2.1.1. Điều kiện quay vòng không trượt bên.

Khi quay vòng, ô tô là một thể thống nhất mà tất cả các điểm của nó quay quanh từng tâm tức thời, trong từng thời điểm. để thoả mãn yêu cầu làm cho các bánh xe khi quay vòng không bị trượt bên, và điều khiển dễ dàng thì tâm quay các bánh xe phải gặp nhau tại một điểm O.

Điều kiện quay vòng không trượt bên:

cotgB- cotgW = B₀ /L             (2.4)

Để đảm bảo điểu kiện  (1) là một điều khó có thể thực hiện được. Chỉ đáp ứng được gần đúng điều kiện trên xe sử dụng cơ cấu hình thang lái 4 khâu gọi là hình thang lái Đantô, do kết cấu đơn giản nên được dùng rất phổ  biến. Giá trị sai lệch so với lý thuyết từ 0⁰30^’ đến 1⁰ khi bánh xe dẫn hướng quay vòng gấp.

2.2.1.2. Quay vòng đúng

Ta có:

L = AK₁+AK₂

Khi xe có tính chất quay vòng đúng, khi chuyển động thẳng mà có lực ngang tác dụng tạo nên sự lệch bên của các bánh xe cũng không làm cho ô tô tự quay vòng, vì khi đó R = ¥.

2.2.1.4. Quay vòng thừa

Xe có tính chất quay vòng thừa khi chuyển động thẳng, nếu gặp lực ngang tác dụng thì xe có xu hướng quay vòng quanh tâm tức thời, khi đó sẽ phát sinh ra lực ly tâm cùng chiều với lực ngang. 

2.2.1.5  Ổn định các bánh xe khi chuyển động trên đường.

Độ ổn định chuyển động thẳng của ô tô là khả năng ô tô tự khôi phục lại phương chuyển động khi phương chuyển động đó có sự tác động của các lực ngẫu nhiên trong quá trình chuyển động mà không cần có sự tham gia của người điều khiển.

Độ ổn định chuyển động thẳng chịu ảnh hưởng bởi tính điều khiển của ô tô và tính ổn định các bánh xe dẫn hướng.

1. Sự ổn định đàn hồi của bánh xe dẫn hướng.

Giả sử xe đang chuyển động thẳng, bánh xe dẫn hướng chịu tác dụng của xung lực ngang P­_y, mô men xung M_q gây nên sự quay tức thời của trục bánh xe quanh trụ đứng thì từ đường sẽ tác dụng lên bánh xe phản lực bên Y_k và mô men ổn định đàn hồi M₀.

2. Các góc nghiêng trụ đứng.

a. Trụ đứng đặt nghiêng góc b  trong mặt phẳng thẳng đứng ngang xe.

Khi bố trí hệ thống lái, đòn quay đứng của dẫn động lái được bố trí nghiêng một góc b trong mặt phẳng thẳng đứng ngang xe(được gọi là góc nghiêng ngang). Bố trí trụ đứng như vậy có 2 tác dụng: Thứ nhất, làm giảm mô men cản tác dụng lên hệ thống lái do giảm cánh tay đòn a. thứ 2, đưa bánh xe dẫn hướng về vị trí trung gian khi bị lệch khỏi vị trí đó.

M_b=R_k.sinb.sina.a                                                      (2.8)

Ở đây:

a: chiều dài cánh tay đòn.

M_b: mô men ổn định do góc nghiêng b tạo ra.

b. Trụ đứng đặt nghiêng góc g  trong mặt phẳng thẳng đứng dọc xe

Khi bố trí hệ thống lái, người ta thường bố trí trụ đứng nghiêng một góc dọc g về sau xe theo chiều tiến của xe.

M_g= Y_k.c_g                                                       (2.9)

Giả sử bánh xe cứng tuyệt đối: c_g­=r_k.sing

Như vậy: M_g= Y_k. r_k.sing

2.2.2  Động học hệ thống lái  ô tô

2.2.2.1. Tỷ số truyền động học của hệ thống lái

Vì hệ thống lái làm việc trong không gian , tồn tại hai tỷ số truyền: tỷ số truyền động học và tỷ số truyền lực học.

Nội dung chính của phần này là nghiên cứu mối quan hệ của góc quay vành lái q₀ và góc quay bánh xe dẫn hướng W. Mối quan hệ này phụ thuộc vào kết cấu hệ thống lái, góc quay vành lái, cơ cấu lái, đòn dẫn động lái, trục đứng và các bánh xe dẫn hướng...

Tỷ số truyền động học của hệ thống lái i_c là tỷ số của góc quay vành tay lái và góc quay của bánh xe dẫn hướng giả định. Tỷ số truyền này bằng tích số giữa tỷ số truyền cơ cấu lái i_d và tỷ số truyền dẫn động lái . 

i_g= i_c . i_d                                            (2.10)

2.2.2.3. Động học của các khâu, khớp trong hệ thống lái

Hệ thống lái làm việc trong không gian, trong đó tất cả các khâu, khớp đều là bị động. Người lái quay vành tay lái, thông qua cơ cấu lái, dẫn động lái làm bánh xe dẫn hướng quay thực hiện quá trình quay vòng. Như vậy tất cả các khâu, khớp đều có qui luật chuyển động của riêng nó.

2.3 PHƯƠNG PHÁP HỆ NHIỀU VẬT (MBS- Multi Body System)

2.3.1 Phương pháp hệ nhiều vật (MBS) là gì?

Hệ nhiều vật (MBS- Multi Body System) là phương pháp để nghiên cứu động học, động lực học (chuyển vị lớn, vận tốc,...) các cơ hệ bằng cách mô hình hóa các cơ hệ dưới dạng các phần tử rắn hoặc đàn hồi và các dạng liên kết giữa chúng. Các phần tử của MBS được mô tả bằng các định luật Newton và Euler, sau đó thiết lập các liên hệ bằng phương trình Lagrange và giải bằng phương pháp số.

2.3.2 Các khái niệm cơ bản

Trong MBS mỗi đối tượng thường được coi như một phần tử rắn hay đàn hồi của một hệ cơ học. Một ví dụ về một phần tử là cánh ty của một rô bốt, đòn quay đứng của hệ thống lái ô tô,..

Các phương pháp giải bài toán động học hệ nhiều vật:

- Phương pháp ma trận COSIN chỉ hướng.

- Phương pháp ma trận DENAVIT-HARTENBERG.

- Phương pháp ma trận JACOBI.

- Phương pháp chiếu vuông góc.

2.3.3 Các phần mềm MBS

Khi giải quyết các bài toán chuyên ngành ô tô, cơ khí,…việc nghiên cứu bản chất và phương pháp giải của MBS chỉ nhằm mục đính sử dụng các công cụ MBS hiệu quả hơn. Dưới đây là một số phần mềm chuyên dùng cho phân tích và mô phỏng các hệ MBS trong một số lĩnh vực cụ thể.

CHƯƠNG 3

MÔ PHỎNG 3D ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI

3.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D

3.1.1 Phần mềm Solidworks

Solid Works là một trong những phần mềm thiết kế ba chiều được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau như xây dựng, kiến trúc, cơ khí…

Từ yêu cầu, nhiệm vụ của đề tài và khả năng nên tôi chọn SolidWorks làm cụng cụ chính để xây dựng mô hình của các chi tiết, của cụm hệ thống. Sau đó xuất mô hình lắp ghép sang các định dạng file chuẩn và (*.PARASOLID) và sử dụng phần mềm MSC. ADAMAS để mô phỏng động học. Từ định dạng này có thể đưa vào các phần mềm chuyên dùng khác như Visual Nastran, Adams để mô phỏng động lực học, ứng suất, nhiệt, trạng thái chịu tải…

3.1.2 Mô hình hoá 3D các chi tiết

Mô hình hoá 3D các chi tiết ở đây là quá trình dựng lại các chi tiết có kích thước, hình dạng hình học như thực tế. Quá trình này là xây dựng mô hình, để phục vụ cho quá trình nghiên cứu tiếp theo mà chưa gán các thông số vật lý cho chi tiết.

+ Xác định các thông số kích thước hình học của chi tiết thực.

+ Khởi động môi trường Solidwor

3.1.3 Xây dựng mô hình 3D  hệ thống lái GAZ-66

Xây dựng mô hình 3D hệ thống lái GAZ-66, được xây dựng trực tiếp trong môi trường Solidwork. Đó chính là quá trình lắp ráp các chi tiết của hệ thống dựa trên cơ sở các chi tiết của hệ thống đã được mô hình hoá thành mô hình hình học thực tế của hệ thống trong không gian.

Quá trình xây dựng mô hình trong Solidwork ta làm như sau:

+ Xác định vị trí của các chi tiết trong không gian (trong không gian làm việc của hệ thống).

+ Khởi động Solidwork, môi trường làm việc của Solidwork .

3.2. MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI GAZ-66 BẰNG PHẦN MỀM MSC.ADAMS 2005

Hệ thống lái GAZ-66 là hệ thống lái có trợ lực thuỷ lực độc lập, lực quay vành tay lái chỉ có tác dụng làm dịch chuyển con trượt của van phân phối, sự dịch chuyển này làm thay đổi áp suất dầu ở 2 bên xi lanh chấp hành làm quay vòng xe. Trong khuôn khổ của đồ án tốt nghiệp, do điều kiện thời gian đề tài chỉ mô phỏng động học hệ thống lái ở trạng lái làm việc cơ khí.

3.2.1 Phần mềm MSC.ADAMS

Phần mềm MSC.ADAMS là một phần mềm ứng dụng cho tự động hóa quá trình tính toán thiết kế và mô phỏng. Phiên bản sử dụng để nghiên cứu trong đồ án là MSC.ADAMS 2005. Đây là phần mềm có nhiều chức năng, với 1 bộ chương trình (ADAMS/View, ADAMS/ Solver, ADAMS/Post Processor, ADAMS/Car...) 

3.2.2 Xây dựng mô hình hệ thống lái GAZ-66 trong MSC. ADAMS.

Mô hình hệ thống lái  GAZ-66 trong  MSC.ADAMS 2005 như hình 3.16.

3.3.2.1. Các thông số đầu vào cho mô hình.

Các thông số đầu vào cho mô hình ở đây chính là các thông số kích thước, hình dáng để định nghĩa mô hình hình học của mô hình trong không gian.

Các thông số đầu vào cho mô hình như bảng 3.1.

Mục đích của bài toán này chính là xây dựng mô hình vật lý cho hệ thống dựa trên mô hình hình học có sẵn.

3.3.3.3. Các thông số vật lý của các chi tiết trong hệ thống.

Đó chính là các thông số vật liệu, khối lượng riêng, mô đun đàn hồi Young (E), các tính chất về dẫn nhiệt, điện,… Ở đây chúng ta chỉ quan tâm tới vật liệu, khối lượng riêng, hệ số đàn hồi Young (E).

3.2.3 Mô phỏng động học hệ thống lái GAZ-66 bằng phần mềm MSC.ADAMS.

3.2.3.1. Các mối liên kết được sử dụng trong quá trình mô phỏng.

* Bước 1: Kích chuột phải vào biểu tượng trên thanh công cụ Main toolbox và chọn .

* Bước 2: Trên  Ta chọn kiểu contact là Solid to Solid, sau đó tại I Solid và J solid ta chọn các chi tiết phát động truyền động, chi tiết bị động.

3.2.3.2. Các Motion được sử dụng trong quá trình mô phỏng

Trong thực tế, góc quay vành tay lái của hệ thống lái chỉ vào khoảng 750°±15°, do vậy để quá trình mô phỏng được trực quan, đơn giản ta sử dụng 2 Motion tạo chuyển động quay như sau (đặt ở vành tay lái):

+ Sử dụng Motion có phương trình: -37.5d*time, trong thời gian mô phỏng là 20 giây, quá trình tính toán chia làm 200 bước. Trong trường hợp này tương ứng với quá trình quay vòng bên phải.

+ Sử dụng Motion có phương trình: 37.5d*time, trong thời gian mô phỏng là 20 giây, quá trình tính toán chia làm 200 bước. Trong trường hợp này tương ứng với quá trình quay vòng bên trái.

CHƯƠNG 4

MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 3D ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI GAZ-66

4.1 TỶ SỐ TRUYỀN ĐỘNG HỌC HỆ THỐNG LÁI

Tỷ số truyền động học của hệ thống lái i_g là tỷ số của góc quay vành tay lái và góc quay của bánh xe dẫn hướng giả định. Tỷ số truyền này bằng tích số giữa tỷ số truyền cơ cấu lái i_c và tỷ số truyền của dẫn động lái i_d

4.1.1 Tỷ số truyền cơ cấu lái

Để mô phỏng tỷ số truyền của cơ cấu lái, ta chọn Motion có dạng: -37.5d*time và 37.5d*time, với thời gian mô phỏng là 20 giây. Xử lý kết quả trong mô trường MSC.ADAMS ta nhận được đồ thị tỷ số truyền cơ cấu lái trong 2 trường hợp quay phải, quay trái..

4.1.2 Tỷ số truyền động học của hệ thống lái

Tỷ số truyền động học của hệ thống lái thê rhieenj như hình 4.7 đến hình 4.17.

4.2 GÓC QUAY CÁC BÁNH XE

4.2.1 Khi xe quay vòng trái

Sau khi chạy chương trình, ta thu được kết quả như trên. Do góc quay của các bánh xe có liên quan tới điều kiện quay vòng đúng của xe. Ta xuất kết quả ở dạng đồ thị trên dưới dạng số, tiến hành kiểm tra điều kiện quay vòng không trượt bên khi quay trái. Do kết quả thể hiện ở dạng số là lẻ, nhưng thuận tiện cho cho kiểm tra bằng phương pháp đại số. 

4.2.2 Khi xe quay vòng phải

Khi xe quay vòng phải như hình 4.22 đến 4.26.

4.3 ĐỘNG HỌC CÁC KHÂU THAM GIA TRUYỀN ĐỘNG

Trong phần này chủ yếu thể hiện kết quả mô phỏng động học của một số khâu, các điểm thuộc khớp trong quá trình mô phỏng theo 3 phương OX, OY, OZ.

Motion được chọn để khảo sát các giá trị dịch chuyển này có dạng:

750d*sinn(2*pi*t/40) với thời gian mô phỏng là 40 giây

4.4 NHẬN XÉT KẾT QUẢ

Dựa vào kết quả mô phỏng cho ta một số nhận xét như sau:

- Tỷ số truyền của cơ cấu lái thay đổi theo thời gian, không gian và từng vị trí làm việc. Sự thay đổi này là không tuyến tính.

- Tỷ số truyền của cơ cấu lái thấp nhất ở vị trí trung gian, tăng dần ra vị trí ngoài cùng của trục vít. Tỷ số truyền thay đổi này từ 20,5÷22,8, sự thay đổi này từ 5÷10%, vì vậy thực tế trong tính toán khoảng hẹp ta có thể coi tỷ số truyền là không thay đổi va bằng 20,5, giá trị ở vị trí trung gian.

- Tỷ số truyền đối với cùng một bánh xe khi quay trái và quay phải là khác nhau. Cụ thể:

+ Đối với bánh bên trái khi quay trái thì tỷ số truyền là nhỏ hơn khi quay phải

+ Đối với bánh phải khi quay phải thì tỷ số truyền là nhỏ hơn khi quay trái.

Như vậy ta dễ dàng nhận thấy bán kính quay vòng bên trái và bên phải là khác nhau, không có tính đối xứng, bán kính quay vòng bên trái bai giờ cũng bé hơn bán kính quay vòng bên phải.

Chỉ ra được các dịch chuyển các vị trí, khâu, khớp trong quá trình làm việc. Các kết quả này có thể là cơ sở cho bài toán kết cấu, khảo sát các mối ảnh hưởng của hệ thống lái tới các chỉ tiêu khác khi khai thác xe như, độ ổn định của bánh xe dẫn hướng, trượt ngang xe khi quay vòng,…

KẾT LUẬN

Sau một thời gian nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo : ThS. …………… tôi đã hoàn thành được đề tài theo đúng tiến độ với đề tài “Mô phỏng 3D động học hệ thống lái xe quân sự”, tập trung vào các nội dung chính sau:

Chương 1 của đề tài đã khái quát một cách có hệ thống về mô phỏng  nói chung và mô phỏng 3D nói riêng.

Chương 2 là chương là chương chỉ rõ một cách tổng quan về hệ thống lái, đặc điếm các kết cấu hệ thống lái thường gặp, đặc điểm kết cấu lái ô tô GAZ-66. Phần tiếp theo của chương 2 tác đề tài phân biệt rõ động học lái của ô tô và động học hệ thống lái ô tô, và phương pháp mô phỏng động học hệ thống lái ô tô, xác định bài toán cơ bản của đề tài. Đề tài tiến hành xác định các thông số đánh giá chất lượng động học hệ thống lái như tỷ số truyền động học cơ cấu lái, hệ thống lái, mối quan hệ giữa các góc quay của các bánh xe hai bên của cầu dẫn hướng theo thời gian và theo góc quay của vành tay lái.

Chương 3 là chương trọng tâm của đề tài , chỉ rõ cách thức sử dụng cộng cụ để xây dựng mô hình và mô phỏng động học hệ thống lái xe quân sự.

Chương 4 là chương thể hiện kết quả của quá trình mô phỏng 3D động học hệ thống lái GAZ-66.

Việc  mô phỏng, đánh giá chất lượng động học hệ thống lái xe GAZ-66, đề tài đã đạt được kết quả sau:

- Hiểu được các kiến thức cơ bản về mô phỏng, mô phỏng 3D, mô phỏng động học.

- Xây dựng được cơ sở lý thuyết để tiến hành mô phỏng trên máy tính.

- Hiểu được lý thuyết kết cấu, nguyên lý làm việc, các đặc tính động học của hệ thống lái ô tô GAZ-66.

- Các kết quả mô phỏng này hoàn toàn có thể đáp ứng cho việc tính toán thiết kế hệ thống lái, khảo sát đánh giá để nâng cao chất lượng khai thác xe như điều khiển, quay vòng của xe, ổn định các bánh xe khi chuyển động,…

Do hạn chế về mặt thời gian và công cụ mạnh để  tiến hành mô phỏng chuyển động của dòng (Hydroric) nên đề tài mới chỉ dừng lại ở việc mô phỏng động học hệ thống làm trong điều kiện cơ khí. Đây cũng là phần mở để đề tài có thể tiếp tục phát triển.

Trong quá trình nghiên cứu, hoàn thiện đề tài tôi luôn được sự hướng dẫn tận tình của các thầy trong Khoa Động lực, các thầy trong bộ môn Ô tô quân sự trường Học viện kỹ thuật quân sự và đặc biệt là thầy giáo: ThS. ……………. Tuy đã có nhiều cố gắng song do trình độ còn hạn chế, đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp quý báu của các thầy và các bạn.

Tôi xin chân thành cám ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh...(1996), Lý  thuyết  ô  tô  máy kéo, Nxb  Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

2. Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên (1985),  Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo, Nxb Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.

3. Đinh Mạnh Cường (2008), Nghiên cứu đánh giá chất lượng động học của hệ thống lái xe ô tô thông dụng được sản xuất lắp ráp tại Việt nam, Luận văn Cao học ĐHBKHN, Hà nội.

4. Nguyễn Phúc Hiểu, Vũ Đức Lập (2002) , “Lý thuyết ôtô quân sự”, Nxb Quân đội nhân dân.

5. Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Phạm Thục Anh (2006), “Mô hình hoá hệ thống và mô phỏng”, Nxb Khoa  học và kỹ thuật, Hà Nội.

6. Ngô Hắc Hùng (2008), “Kết cấu và tính toán ô tô”, Nxb Giao thông vận tải.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"