Đặt vấn đề Cuộc thi Mini Racing Car là một cuộc thi về các dòng xe mô hình do chính các đội nhóm của những sinh viên quy tụ từ nhiều trường Cao Đẳng ,Đại Học trên khắp khu vực miền Nam. Đây là một sân chơi lớn với sự tham gia của hơn 12 trường như : trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, trường Đại học Nguyễn Tất Thành, trường Đại học Văn Lang, trường Cao đẳng Nghề Thành phố Hồ Chí Minh, trường Cao đẳng Công Nghệ Thủ Đức, trường Cao đẳng Công nghệ cao Đồng An, trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Vinatex, trường Cao đẳng Miền Nam, trường Cao đẳng Kinh tế Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh,. Cuộc thi cũng gây nên tiếng vang xa trên các trang báo cũng như những trang báo điện tử khác và các đài truyền thông như HTV, VTV ngày nay. Cuộc thi bắt nguồn từ trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng vào năm 2015 cũng là năm đầu tiên cho chính trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng là đơn vị chủ quản đăng cai tổ chức cuộc thi Mini Racing Car mùa đầu tiên.
Cuộc thi nhằm tạo sân chơi bổ ích, mang tính học thuật cao, khích lệ tinh thần ham học hỏi, yêu thích nghiên cứu khoa học và đam mê sáng tạo của các sinh viên thuộc nhiều khoa khác nhau trong trường. Nhằm giúp cho sinh viên áp dụng các kiến thức lý thuyết vào thực tế sau cũng buổi học tập lý thuyết trên lớp cũng như các môn thực hành trong xưởng vào thực tế một cách sâu rộng và tường tận hơn. Vào các mùa kế tiếp, cuộc thi đẫ gây nên tiếng vang xa và truyền đạt tinh thần này cho các trường lân cận và tạo điều kiện cho các trường bạn tham gia cuộc thi vào những mùa kế tiếp đó. Hiện nay việc tính toán tính năng động học và động lực học của xe hoàn toàn bằng thực nghiệm rất tốn kém là một trong những nhược điểm khá lớn của cuộc thi.
Do đó việc tính toán mô phỏng bằng phần mềm chuyên dùng sẽ mang lại nhiều lợi thế hơn cho các sinh viên về mặt chi phí và thời gian trước khi đi vào thực nghiệm và chế tạo. Trong các tính năng động học và động lực học thì tính năng ổn định chuyển động ngang của xe đặc biệt là xe Mini Racing Car đang được quan tâm và chú ý nhiều nhất trong cuộc thi Mini Racing Car trong các năm gần đây. Do xảy ra nhiều vấn đề hỏng hóc và thiệt hại không nhỏ trong quá trình điều khiển xe vào thời điểm luyện tập cũng như thi đấu. Có thế dẫn đến việc chế tạo hay sửa chữa không kịp tiến độ thời gian để tham gia thi đấu, dẫn đến một số đội nhóm bỏ cuộc do nhiều yếu tố khách quan và không mong muốn.
Vì vậy việc mô phỏng này là một bước ngoặc giúp ích khá nhiều cho các đội đua tham gia cuộc thi Mini Racing Car. Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước. Nghiên cứu trong nước - Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích ổn định chuyển động quay vòng xe khách giường nằm bằng mô hình động lực học phẳng” do Nguyễn Duy Bảo thực hiện, 2013 [2]. Đề tài trên được xây dựng trên mô hình động lực học chuyển động phẳng của xe khi quay vòng dạng 2 bánh.
Xe chuyển động với vận tốc dọc theo chiều trục xe không đổi trong suốt quá trình quay vòng hoặc vượt xe khác. Sử dụng hàm bước để mô tả góc đánh lái của xe. Sử dụng mô hình lốp bánh xe tuyến tính để xác định lực ngang ảnh hưởng tới xe. Đề tài đã đánh giá được đặc tính quay vòng trong tất cả các trường hợp tải trọng của xe, xác định được vận tốc tới hạn cho phép đảm bảo điều kiện trượt ngang khi xe quay vòng, xác định các thông số động học và động lực học của xe tại vị trí từng bánh xe trước, sau riêng biệt theo thời gian.
Tuy nhiên đề tài chưa đánh giá được ảnh hưởng của các ngoại lực tác dụng lên xe cũng như lực kéo của bánh xe chủ động có thể làm cho xe chuyển động theo chiều dọc với vận tốc thay đổi, việc đánh lái với góc lái thay đổi đột ngột theo hàm bước không phù hợp với thực tế, mô hình bánh xe phi tuyến chỉ phù hợp khi xe đánh lái với góc lái nhỏ. - Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích ổn định chuyển động ngang của xe khách giường nằm HB120 bằng mô hình động lực học một dãy phi tuyến” do Nguyễn Trường Lĩnh [3] thực hiện. Đề tài này đã so sánh được tính năng động học và động lực học khi xe chuyển động ngang dựa trên mô hình lốp phi tuyến với trường hợp dựa trên mô hình lốp xe tuyến tính. Tuy nhiên, khi đánh lái thì góc lái của bánh lái hai bên khác nhau mà đề tài này chỉ mô phỏng động học và động lực học trên một dãy bánh xe nên chưa đánh giá được ảnh hưởng của ngoại lực tác dụng lên xe khi quay vòng như xe thực tế được.
- Đề tài luận văn thạc sĩ “Phân tích động lực học quay vòng của xe khách giường nằm HB120 bằng mô hình động lực học phẳng bốn bánh” do Lê Quang Thống thực hiện, 2017 [5]. Tác giả tập trung vào việc nghiên cứu mô hình động lực học phẳng bốn bánh từ đó phân tích vai trò và ý nghĩa của các thông số cơ sở ảnh hưởng đến tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của xe. Tuy nhiên, đề tài này chưa đánh giá được ảnh hưởng của lốp xe thực tế ảnh hưởng lên xe khi quay vòng. Nghiên cứu ngoài nước - Sách Vehicle Dynamics: Theory and Application do Reza N.
Jazar viết được nhà xuất bản Springer xuất bản năm 2008 [1]. Trong chương 9, 10, 11 tác giả trình bày cơ sở động lực học mô hình động lực học phẳng một dãy. - Bài báo khoa học: “Study of the Vehicle Controllability and Stability Based on Multi – body System Dynamics” (The Open Mechanical Engineering Journal, 2014, 8, 865 – 871) của tác giả Lin Hu, Shengyong Fang, Jia Yang, [8]. Trong bài báo này tác giả đã sử dụng phần mềm ADAMS/CAR để tiến hành khảo sát mô phỏng đặc tính kiểm soát và ổn định của xe như khả năng quay vòng, khả năng trượt trên đường dốc có chướng ngại vật, khả năng hồi vị của hệ thống lái; kết quả rút ra được là để cải thiện đặc tính tối ưu đó là có 3 yếu tố: khối lượng ô tô, tải trọng đặt lên cầu trước và độ cứng xoắn của thanh ổn định chống lật sau.
Lý do chọn đề tài - Tính ổn định là thuộc tính quan trọng được thiết lập bằng mô hình động lực học trong mặt phẳng đường có ý nghĩa quan trọng khi khảo sát thuộc tính chuyển động của ô tô và để phát triển các đề tài trên tác giả chọn đề tài “PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE MINI RACING CAR BẰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHẲNG ĐỂ XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ GÓC ĐÁNH LÁI” nhằm mô phỏng và phân tích đánh giá tính năng chuyển động quay vòng, nâng cao tính năng an toàn chuyển động và tăng tính cơ động cả ở tốc độ thấp và tính ổn định khi chuyển động ở tốc độ cao. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Trong phạm vi giới hạn về thời gian, nguồn lực và yêu cầu của luận văn thạc sĩ đề tài này nghiên cứu như sau: 1. Đối tượng nghiên cứu Chọn xe Mini Racing Car do các sinh viên trường Cao đẳng Kỹ thuật Cao Thắng chế tạo là đối tượng cụ thể để tiến hành nghiên cứu.
Xác định các thông số ảnh hưởng đến tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của xe theo mô hình động lực học hai dãy, các thông số này sẽ được nghiên cứu, xác định bằng phương pháp thu thập dữ liệu và mô phỏng. Phạm vi nghiên cứu Đề tài này thực hiện nghiên cứu cơ sở tính toán mô phỏng động học và động lực học chuyển động ngang của ô tô mô hình động lực học hai dãy. Từ đó sử dụng các thông số cụ thể được xác định từ đối tượng nghiên cứu như nêu trên, tiến hành mô phỏng để có được kết quả tính toán mô phỏng. Kết quả tính toán mô phỏng của các mô hình toán học mô tả động học và động lực học chuyển động ngang sẽ được phân tích và đánh giá.
Các giả thuyết - Xe chuyển động đều và quay vòng đều trên đường nằm ngang. - Mặt đường cứng tuyệt đối. - Khả năng bám ngang của các bánh xe là như nhau. Mục tiêu nghiên cứu 1.
Mục tiêu chung: Xác định các thông số đảm bảo điều kiện an toàn chuyển động của xe Mini Racing Car trong quá trình điều khiển dẫn hướng của xe. Mục tiêu cụ thể - Xác định mối quan hệ của góc đánh lái xe Mini Racing Car với thời gian trong quá trình điều khiển. - Xác định điều kiện đảm bảo an toàn chuyển động dẫn hướng của xe thông qua việc phân tích tính năng an toàn chuyển động của xe trong quá trình vận hành thực tế. Nội dung nghiên cứu - Phân tích quá trình điều khiển góc đánh lái lên xe Mini Racing Car.
- Thiết lập mô hình toán học mô tả tính năng động học và động lực học chuyển động ngang của xe theo mô hình động lực học hai dãy. - Xác định các thông số đầu vào của xe Mini Racing Car. - Phân tích các tính năng động học và động lực học, an toàn của xe trong quá trình chuyển động khi nhận tín hiệu điều khiển lái. - Xác định thông số điều khiển góc đánh lái đảm bảo an toàn chuyển động của xe.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học: - Xác định thông số động lực học đảm bảo an toàn chuyển động dẫn hướng của xe Mini Racing Car thông qua việc phân tích kết quả tính toán, mô phỏng bằng mô hình động lực học phẳng hai dãy kết hợp với khảo sát xe thực tế. - Xác định mối quan hệ của góc đánh lái biến thiên theo thời gian trong quá trình điều khiển. Ý nghĩa thực tiễn Đảm bảo an toàn chuyển động dẫn hướng của xe Mini Racing Car trong quá trình điều khiển bánh xe dẫn hướng khi tham gia cuộc thi Mini Racing Car.
Phương pháp nghiên cứu. - Phương pháp nghiên cứu của đề tài này là phương pháp lý thuyết kết hợp với mô phỏng. - Nghiên cứu lý thuyết các mô hình động học và động lực học lốp xe và chuyển động ngang của xe. - Mô phỏng động học và động lực học chuyển động ngang của xe.