Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, học phần Động lực học ô tô giữ vị trí nền tảng, cung cấp cơ sở tính toán và đánh giá các trạng thái chuyển động của phương tiện. Tuy nhiên, khối lượng kiến thức lý thuyết về cơ học, toán học giải tích và các phương trình vi phân mô tả chuyển động của ô tô có tính trừu tượng và độ phức tạp tính toán cao. Việc giải các bài toán động lực học bằng phương pháp giải tích truyền thống đòi hỏi nhiều thời gian, dễ xảy ra sai số và gặp khó khăn trong việc trực quan hóa sự biến thiên của các thông số kỹ thuật (như lực kéo tiếp tuyến, gia tốc, vận tốc, quãng đường, góc trượt và tính ổn định) khi thay đổi điều kiện vận hành hoặc thông số kết cấu xe.

Nhằm giải quyết bất cập trên, đề tài "Thiết kế chương trình tính toán, mô phỏng động lực học ô tô hỗ trợ học tập với MATLAB Simulink" được thực hiện bởi nhóm tác giả Trần Minh Đăng và Nguyễn Minh Nhựt Tâm, dưới sự hướng dẫn của Th.S Trần Đình Quý tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. Việc ứng dụng phần mềm MATLAB kết hợp môi trường Simulink cho phép xây dựng các mô hình mô phỏng hệ thống vật lý mà không cần thiết lập mô hình thực nghiệm tốn kém, tạo điều kiện cho người học tương tác, thay đổi tham số và quan sát trực tiếp phản ứng động lực học của xe.

Theo thuyết minh đồ án, các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu được xác định cụ thể như sau:

  • Mục tiêu nghiên cứu:

    1. Thiết kế và phát triển chương trình tính toán, mô phỏng động lực học ô tô trên nền tảng MATLAB và Simulink nhằm hỗ trợ quá trình giảng dạy, học tập và nghiên cứu chuyên ngành.
    2. Xây dựng mô hình mô phỏng các thành phần chính của động lực học ô tô, bao gồm: động lực học dọc (lực kéo, các lực cản, gia tốc, leo dốc), động lực học ngang và quay vòng (ổn định góc trượt, nguy cơ lật đổ), động lực học phanh và độ êm dịu chuyển động.
    3. Tích hợp các công cụ tính toán tự động với giao diện tương tác trực quan, cho phép người dùng hiệu chỉnh thông số đầu vào (mô-men xoắn, lực cản, hệ số bám) để khảo sát tức thời các đặc tính vận hành.
    4. Xây dựng nền tảng mở, tạo tiền đề kỹ thuật cho việc nâng cấp và mở rộng sang các nghiên cứu chuyên sâu (tối ưu hóa hệ thống truyền động, khảo sát hệ thống treo và các hệ thống điều khiển ô tô tiên tiến).

  • Nhiệm vụ nghiên cứu:

    1. Đặt vấn đề và tổng quan lý thuyết liên quan đến động lực học ô tô và công cụ mô phỏng.
    2. Thiết kế chương trình: tiến hành phân tích bài toán động lực học, lập trình thuật toán (ứng dụng lập trình hướng đối tượng - OOP và thiết kế giao diện đồ họa), xây dựng sơ đồ khối Simulink và kiểm tra đối chứng kết quả.
    3. Tổng kết, rút ra kết luận và đề xuất các khuyến nghị nghiên cứu phát triển tiếp theo.

  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

    • Đối tượng nghiên cứu: Các mô hình toán học và quá trình động lực học chuyển động thẳng (dọc), chuyển động quay vòng (ngang), quá trình phanh của xe ô tô nhiều cấp số; mô hình hóa toán học trên máy tính.
    • Phạm vi thực hiện: Nghiên cứu lý thuyết và xây dựng phần mềm mô phỏng trên nền tảng MATLAB (App Designer và Simulink); đề tài được bảo vệ tại Bộ môn Ô tô, Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh vào tháng 06/2025.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình toán học

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên các phương trình động lực học tổng quát của ô tô khi chuyển động trên các điều kiện địa hình và trạng thái khác nhau:

  1. Phương trình cân bằng lực kéo chuyển động thẳng (Động lực học dọc): Thiết lập dựa trên trạng thái cân bằng lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động lên dốc: $$F_k = F_f \pm F_i + F_\omega \pm F_j + F_m$$ Trong đó:

    • $F_k$: Lực kéo tiếp tuyến tại các bánh xe chủ động, xác định qua mô-men xoắn động cơ $M_e$, tỷ số truyền hệ thống truyền lực và bán kính lăn của bánh xe ($r_b$): $F_k = \frac{M_e \cdot \eta}{r_b}$.
    • $F_f$: Lực cản lăn tổng cộng ($F_f = F_{f1} + F_{f2} = G \cdot f \cdot \cos\alpha$).
    • $F_i$: Lực cản lên dốc ($F_i = G \cdot \sin\alpha$), mang dấu $(+)$ khi lên dốc và $(-)$ khi xuống dốc.
    • $F_\omega$: Lực cản không khí ($F_\omega = W \cdot v^2$).
    • $F_j$: Lực cản quán tính của ô tô khi chuyển động không ổn định có gia tốc ($F_j = \frac{G \cdot \delta_i}{g} \cdot j$).
    • $F_m$: Lực cản ở móc kéo.

  2. Bài toán xác định vận tốc và gia tốc theo thời gian:

    • Vận tốc cực đại tại từng cấp số được tính toán thông qua quan hệ cân bằng công suất cực đại của động cơ: $P_{emax} \cdot \eta = F_k \cdot v_{max}$.
    • Gia tốc chuyển động $j$ của xe được suy ra từ phương trình cân bằng lực quán tính: $$j = \frac{\frac{M_e \cdot \eta}{r_b} - G \cdot f - W \cdot v^2}{\frac{G \cdot \delta_i}{g}}$$ Bằng cách thay đổi tỷ số truyền của các cấp số tiến ($i_{ti}$), chương trình xác định đường gia tốc cực đại ứng với từng cấp số.

  3. Bài toán quãng đường chuyển động: Quãng đường tăng tốc hoặc phanh dừng được xác định bằng phương pháp lấy tích phân vận tốc theo thời gian: $$\Delta S = S_2 - S_1 = \int_{t_1}^{t_2} v , dt$$

  4. Khả năng leo dốc tối đa ($i_{max}$): Khả năng vượt dốc cực đại bị giới hạn bởi lực kéo cực đại và điều kiện bám của mặt đường: $$F_{kmax} = F_f + F_{imax} \Leftrightarrow \frac{M_e \cdot \eta}{r_b} = G \cdot f \cdot \cos\alpha_{max} + G \cdot \sin\alpha_{max}$$ Từ góc dốc cực đại $\alpha_{max}$, chương trình tính độ dốc cực đại: $i_{max} = \tan\alpha_{max}$.

  5. Ổn định ngang và quay vòng: Sử dụng sơ đồ phân tích các phản lực pháp tuyến ($Z'_1, Z''_1, Z'_2, Z''_2$), phản lực ngang ($Y'_1, Y''_1, Y'_2, Y''_2$), lực ly tâm $F_l$, bề rộng cơ sở $c$, bán kính quay vòng $R$ và góc nghiêng ngang mặt đường $\beta_đ$ để tính toán vận tốc giới hạn lật đổ $v_n$ và xác định biên độ ổn định của xe.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp mô hình hóa toán học: Chuyển đổi các định luật cơ học cổ điển và phương trình động lực học ô tô thành hệ phương trình giải tích phù hợp cho tính toán số.
  • Phương pháp lập trình hướng đối tượng (OOP): Tổ chức mã nguồn chương trình trong MATLAB dưới dạng các lớp (class), thuộc tính (properties) và phương thức (methods) đại diện cho các cụm chi tiết hoặc bài toán động lực học riêng biệt, giúp tối ưu hóa việc quản lý dữ liệu.
  • Phương pháp mô phỏng dựa trên sơ đồ khối (Block Diagram Modeling): Sử dụng Simulink để liên kết các khối giải thuật vi tích phân, hàm truyền và xử lý tín hiệu động lực học liên tục.

Nguồn dữ liệu

Dữ liệu đầu vào phục vụ tính toán và mô phỏng bao gồm các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn của ô tô (khối lượng toàn bộ $G$, mô-men xoắn ngoài động cơ $M_e$, công suất cực đại $P_e$, bán kính bánh xe $r_b$, diện tích cản gió, tỷ số truyền hộp số và truyền lực chính) cùng các thông số môi trường (hệ số bám của đường khô, đường ướt, đường băng tuyết; góc dốc mặt đường $\alpha$).

Thiết kế và triển khai

Hệ thống phần mềm được thiết kế hoàn chỉnh trên nền tảng MATLAB App Designer kết hợp mô hình tính toán nền tảng trong MATLAB/Simulink. Kiến trúc của chương trình gồm hai phân hệ chính: Giao diện tương tác người dùng (GUI) và Mô hình giải thuật mô phỏng động lực học.

Kiến trúc giao diện người dùng (MATLAB App Designer)

Giao diện đồ họa được xây dựng theo mô hình hướng người dùng, sử dụng hai môi trường Design View (bố trí linh kiện hiển thị) và Code View (viết mã sự kiện). Cấu trúc các thành phần điều khiển được quản lý trực quan thông qua Component Library và Component Browser.

Quy trình hoạt động tổng thể của giao diện bao gồm các Tab chức năng độc lập:

  1. Tab Nhập dữ liệu thông số xe: Cho phép người dùng thiết lập các tham số đầu vào của động cơ, hệ thống truyền lực, kích thước hình học và lốp xe. Sự kiện được xử lý qua hàm ConfirmPushed. Hệ thống tích hợp thuật toán kiểm tra dữ liệu đầu vào: nếu người dùng nhập thiếu hoặc sai định dạng thông số, chương trình sẽ hiển thị hộp thoại cảnh báo lỗi yêu cầu bổ sung; nếu đầy đủ, giao diện sẽ xuất thông báo xác nhận thành công và kích hoạt các chức năng mô phỏng tiếp theo.

  2. Tab Bài tập ví dụ và Quiz đánh giá kiến thức: Hỗ trợ sinh viên tự học và ôn tập thông qua hệ thống bài tập mẫu và ngân hàng câu hỏi tương tác.

    • Hiển thị bài tập tính toán các giá trị đặc trưng: vận tốc tại thời điểm mô-men xoắn cực đại ($T_{max}$), lực kéo tiếp tuyến tại $T_{max}$, lực kéo tại điểm công suất cực đại ($P_{max}$).
    • Hàm kiểm tra dự đoán (Check-Prediction) và lưu đồ thuật toán hàm Quiz: tự động đối chiếu câu trả lời của người dùng với đáp án tính toán của hệ thống.
    • Khi hoàn thành bài kiểm tra, phần mềm xuất thông báo kết quả và tự động vô hiệu hóa (khóa) các nút thao tác để ghi nhận điểm số.

  3. Tab Các kịch bản giả định (Scenarios): Xử lý các tình huống vận hành đa dạng của phương tiện thông qua hàm điều phối RunScenarioButtonPushed, chia thành 4 trường hợp cụ thể:

    • Case 1: Kịch bản tăng tốc và biến thiên lực kéo động lực học.
    • Case 2: Kịch bản kiểm tra khả năng leo dốc ứng với các tải trọng và độ dốc khác nhau.
    • Case 3: Kịch bản khảo sát quãng đường chuyển động và quãng đường phanh dừng.
    • Case 4: Kịch bản vào cua, quay vòng và đánh giá độ ổn định chống lật.

  4. Tab Mô phỏng và Đồ thị kết quả: Khai thác dữ liệu tính toán để vẽ các đường đặc tính kỹ thuật trực quan trên các trục đồ thị:

    • Đồ thị biến thiên vận tốc theo thời gian $v(t)$.
    • Đồ thị gia tốc theo thời gian $j(t)$ ở các cấp số truyền.
    • Đồ thị quãng đường chuyển động theo thời gian $S(t)$.
    • Đồ thị thể hiện khả năng leo dốc tối đa của từng cấp số.
    • Đồ thị đường đặc tính ngoài của động cơ (mô-men xoắn, công suất theo số vòng quay).
    • Đồ thị lực kéo tiếp tuyến theo thời gian.
    • Biểu đồ cảnh báo nguy cơ lật đổ tại tốc độ mô phỏng khi quay vòng (hiển thị thông báo xe ổn định hoặc cảnh báo mất an toàn).
    • Đồ thị mô phỏng động lực học phanh và quỹ đạo trượt trên 3 điều kiện mặt đường: đường khô, đường ướt và đường băng tuyết.

  5. Tab Đánh giá tổng quan xe: Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật và tính năng động lực học tổng thể của xe sau chu trình tính toán, phục vụ so sánh và nhận xét kỹ thuật.

Xây dựng mô hình mô phỏng Simulink

Mô hình tính toán cốt lõi được xây dựng bằng cách trích xuất các khối chức năng từ thư viện Simulink Library Browser:

  • Khối tính lực kéo ($F_k$): Tiếp nhận thông số đặc tính ngoài của động cơ, tỷ số truyền hộp số và truyền lực chính để xuất ra lực kéo tức thời tại vết tiếp xúc của bánh xe chủ động.
  • Khối tính lực cản lăn ($F_f$): Mô hình hóa ma sát biến dạng lốp và mặt đường theo tải trọng pháp tuyến và hệ số cản lăn.
  • Khối tính lực cản khí động ($F_\omega$): Tính toán lực cản gió theo diện tích cản chính diện, hệ số cản khí động và bình phương vận tốc xe.
  • Khối tính lực cản leo dốc ($F_i$): Phản ánh thành phần trọng lực ngược chiều chuyển động dựa trên góc dốc mặt đường.
  • Khối động lực học tổng thể: Tích hợp phương trình vi phân chuyển động, nhận tín hiệu lực kéo và các lực cản tổng hợp để tính toán gia tốc, thực hiện tích phân ra vận tốc và quãng đường di chuyển liên tục của xe.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan đề tài

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ yêu cầu đổi mới phương pháp giảng dạy chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô. Tác giả phân tích những khó khăn của sinh viên khi tiếp cận môn học Động lực học ô tô bằng phương pháp tính toán thủ công. Nội dung chương xác định rõ ràng mục tiêu nghiên cứu là xây dựng phần mềm mô phỏng trên nền tảng MATLAB Simulink, làm rõ mục đích nâng cao tính trực quan trong học tập, xác định 3 nhiệm vụ đề tài cần giải quyết và phác thảo hướng ứng dụng mở rộng cho các công nghệ ô tô tiên tiến.

Chương 2: Thiết kế chương trình

Chương 2 tập trung phân tích bài toán động lực học làm nền tảng toán học cho phần mềm. Tác giả thiết lập hệ thống phương trình cân bằng lực kéo tổng quát của ô tô khi chuyển động thẳng và lên dốc, xây dựng các mô hình giải thuật cho từng bài toán kỹ thuật chuyên biệt:

  • Bài toán tìm vận tốc lớn nhất theo các cấp số truyền dựa trên công suất cực đại $P_{emax}$.
  • Bài toán xác định gia tốc chuyển động $j$ theo từng cấp số thông qua phương trình cân bằng lực quán tính và hệ số tính đến các khối lượng quay $\delta_i$.
  • Bài toán tính toán quãng đường tăng tốc và phanh dừng bằng phương pháp tích phân vận tốc.
  • Bài toán xác định độ dốc cực đại $i_{max} = \tan\alpha_{max}$ mà xe có thể vượt qua ở từng cấp số truyền.
  • Mô hình toán xác định đặc tính ngoài của động cơ.
  • Cơ sở ứng dụng kỹ thuật lập trình hướng đối tượng (OOP) trong MATLAB để cấu trúc hóa các biến số và hàm tính toán động lực học.

Chương 3: Thiết kế giao diện và chương trình mô phỏng

Chương 3 là phần trọng tâm kỹ thuật của đồ án, mô tả chi tiết quá trình thiết kế phần mềm bằng MATLAB App Designer và Simulink. Tác giả trình bày cấu trúc giao diện, cách tổ chức điều khiển thông qua các cửa sổ dòng lệnh, Design View, Code View, Component Library và Component Browser.

Chương này minh họa cụ thể lưu đồ giải thuật và chức năng tương tác của từng Tab:

  • Quy trình kiểm tra tính hợp lệ của dữ liệu thông số đầu vào (ConfirmPushed).
  • Giải thuật xử lý bài toán ví dụ mẫu và hệ thống câu hỏi kiểm tra tương tác (Check-Prediction, xử lý hàm Quiz).
  • Thuật toán điều khiển 4 kịch bản vận hành giả định (RunScenarioButtonPushed).
  • Hệ thống xuất và hiển thị đồ thị động học: gia tốc, vận tốc, quãng đường, độ dốc, đặc tính động cơ, lực kéo, ổn định quay vòng và phanh trên 3 loại mặt đường (khô, ướt, băng tuyết).
  • Cấu tạo chi tiết các khối chức năng trong môi trường Simulink kết nối trực tiếp với giao diện.
Phân hệ chức năng Thành phần kỹ thuật Đầu vào / Xử lý Kết quả xuất ra
Giao diện nhập liệu Tab Thông số xe (Hàm ConfirmPushed) Kích thước xe, thông số động cơ, hộp số, lốp Thông báo xác thực hợp lệ / Cảnh báo thiếu thông số
Tự học & Đánh giá Tab Ví dụ & Quiz (Check-Prediction) Lựa chọn đáp án của người dùng Phân tích logic, xuất điểm số, khóa nút điều khiển
Kịch bản mô phỏng Tab Kịch bản (RunScenarioButtonPushed) Chọn 4 trường hợp (Case 1 - Case 4) Mô phỏng tăng tốc, leo dốc, quãng đường, quay vòng
Mô phỏng Simulink Khối $F_k, F_f, F_\omega, F_i$ và ĐLH tổng thể Tích phân phương trình vi phân chuyển động Tín hiệu vận tốc, gia tốc, quãng đường liên tục
Khảo sát an toàn Module ổn định ngang & phanh dừng Vận tốc vào cua $v$, điều kiện mặt đường Đồ thị cảnh báo lật; kết quả phanh đường khô/ướt/băng tuyết

Chương 4: Kết luận và kiến nghị

Chương 4 tổng kết các kết quả kỹ thuật đã hoàn thành của đề tài đối chiếu với nhiệm vụ ban đầu. Tác giả đánh giá mức độ hoàn thiện của bộ phần mềm mô phỏng, nêu rõ các hạn chế khách quan về mặt thời gian và kinh nghiệm, đồng thời đề xuất các hướng nghiên cứu nâng cấp hệ thống phục vụ đào tạo và nghiên cứu chuyên sâu.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  1. Hoàn thiện phần mềm tính toán và mô phỏng chuyên dụng: Xây dựng thành công ứng dụng giao diện đồ họa hoàn chỉnh trên MATLAB App Designer, kết nối đồng bộ với mô hình toán học giải tích và các khối tính toán động lực học trong Simulink.
  2. Tích hợp đầy đủ các bài toán động lực học ô tô: Chương trình xử lý chính xác các bài toán động lực học dọc (vận tốc, gia tốc, lực kéo, quãng đường, khả năng leo dốc ở tất cả các cấp số), động lực học ngang (đánh giá ổn định, cảnh báo nguy cơ lật đổ theo vận tốc giới hạn $v_n$) và động lực học phanh.
  3. Mô phỏng đa dạng điều kiện môi trường: Phần mềm cho phép mô phỏng và xuất đồ thị đánh giá chuyển động của xe trên 3 dạng bề mặt đường đặc trưng: mặt đường khô, mặt đường ướt và mặt đường băng tuyết.
  4. Tích hợp mô-đun sư phạm hỗ trợ đào tạo: Thiết kế thành công Tab bài tập ví dụ và hệ thống Quiz kiểm tra tự động có phân tích logic đáp án và bẫy lỗi thao tác, tạo thành công cụ hỗ trợ giảng dạy trực quan.
  5. Bàn giao đầy đủ các sản phẩm nghiên cứu: Bộ sản phẩm hoàn thành gồm có Quyển thuyết minh báo cáo đồ án, toàn bộ mã nguồn chương trình (code MATLAB và file mô hình Simulink) cùng tệp báo cáo trình chiếu Powerpoint.

Đóng góp của đề tài

  • Cung cấp cho Khoa Cơ khí Động lực một công cụ phần mềm phục vụ trực tiếp công tác giảng dạy và học tập môn Động lực học ô tô, giúp sinh viên giảm thiểu thời gian tính toán thủ công phức tạp và nâng cao khả năng tiếp cận trực quan.
  • Ứng dụng phương pháp lập trình hướng đối tượng (OOP) vào việc mô hình hóa các hệ thống kỹ thuật ô tô trên MATLAB, tạo cấu trúc mã nguồn có tính module hóa cao, dễ dàng bảo trì và bổ sung tính năng.
  • Hiện thực hóa việc kết nối giữa giao diện điều khiển App Designer thân thiện với môi trường mô phỏng sơ đồ khối Simulink mạnh mẽ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Do giới hạn về mặt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp và kinh nghiệm nghiên cứu của nhóm tác giả còn hạn chế, mô hình động lực học ô tô trong phần mềm chủ yếu tập trung vào các bài toán động lực học dọc cơ bản, ổn định quay vòng và phanh tĩnh/động ở mức phẳng; chưa khảo sát chi tiết động lực học dao động phức tạp của hệ thống treo (độ êm dịu chuyển động) trong không gian 3 chiều.

  • Hướng nghiên cứu tiếp:

    • Mở rộng mô hình mô phỏng cho các dòng xe sử dụng hệ thống truyền động mới, đặc biệt là ô tô điện (EV) và xe hybrid.
    • Phát triển và tích hợp các thuật toán điều khiển chủ động tiên tiến trên ô tô như: hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS), hệ thống cân bằng điện tử thông minh (ESP/ESC), hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) chuyên sâu.
    • Mở rộng mô hình toán học và giao diện để phân tích chi tiết hệ thống treo và đánh giá độ êm dịu chuyển động của xe khi đi qua các dạng mấp mô mặt đường khác nhau.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô và Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Sử dụng làm tài liệu tham khảo trực quan khi học tập môn học Động lực học ô tô, phục vụ làm đồ án môn học, đồ án thiết kế ô tô và làm nền tảng cho đồ án tốt nghiệp chuyên ngành.
  • Giảng viên chuyên ngành: Có thể khai thác phần mềm như một giáo cụ trực quan trong các giờ giảng lý thuyết và hướng dẫn thực hành tính toán mô phỏng chuyển động phương tiện.
  • Người làm nghiên cứu về mô phỏng phương tiện: Cung cấp giải pháp kỹ thuật mẫu về việc ứng dụng lập trình hướng đối tượng (OOP) trong MATLAB, phương pháp thiết kế giao diện với App Designer và kỹ thuật kết nối dữ liệu giữa GUI với các khối mô phỏng Simulink.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương trình cân bằng lực kéo dọc tổng quát được tác giả thiết lập gồm những thành phần nào?
Phương trình cân bằng lực kéo tổng quát của xe khi chuyển động lên dốc được thiết lập là $F_k = F_f \pm F_i + F_\omega \pm F_j + F_m$, trong đó $F_k$ là lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động, $F_f$ là tổng lực cản lăn, $F_i$ là lực cản leo dốc (mang dấu dương khi lên dốc, âm khi xuống dốc), $F_\omega$ là lực cản không khí, $F_j$ là lực cản quán tính khi chuyển động có gia tốc, và $F_m$ là lực cản ở móc kéo.

2. Giao diện phần mềm được phát triển bằng công cụ nào và có cơ chế bẫy lỗi dữ liệu đầu vào ra sao?
Phần mềm được phát triển trên môi trường MATLAB App Designer (sử dụng Design View và Code View). Khi người dùng nhập các thông số xe tại Tab nhập liệu, sự kiện nhấn nút của hàm ConfirmPushed sẽ kích hoạt thuật toán kiểm tra: nếu dữ liệu chưa đầy đủ, phần mềm xuất cảnh báo lỗi yêu cầu hoàn thiện; khi dữ liệu hợp lệ, thông báo thành công sẽ xuất hiện và cho phép chuyển tiếp sang các tác vụ mô phỏng.

3. Bốn kịch bản giả định (Scenarios) được xây dựng trong phần mềm khảo sát những trường hợp nào?
Thông qua hàm điều phối RunScenarioButtonPushed, phần mềm thiết lập 4 kịch bản tính toán: Case 1 khảo sát lực kéo và quá trình tăng tốc; Case 2 khảo sát khả năng leo dốc cực đại theo công thức $i_{max} = \tan\alpha_{max}$; Case 3 khảo sát quãng đường chuyển động và quá trình phanh dừng; Case 4 khảo sát động lực học quay vòng và điều kiện ổn định chống lật.

4. Khả năng mô phỏng quá trình phanh và bám đường của phần mềm hỗ trợ những điều kiện mặt đường nào?
Chương trình hỗ trợ tính toán, mô phỏng và xuất đồ thị phản ánh tính năng phanh, gia tốc chậm dần và nguy cơ mất an toàn của xe trên 3 dạng điều kiện bề mặt đường cụ thể: mặt đường khô, mặt đường ướt và mặt đường băng tuyết.

5. Các khối chức năng cốt lõi được xây dựng trong môi trường Simulink gồm những khối nào?
Các khối Simulink được xây dựng bao gồm: khối tính lực kéo tiếp tuyến ($F_k$), khối tính lực cản lăn ($F_f$), khối tính lực cản khí động ($F_\omega$), khối tính thành phần lực cản do trọng lực khi leo dốc ($F_i$), và khối tích hợp động lực học tổng thể nhằm giải hệ phương trình vi phân chuyển động để xuất ra các giá trị gia tốc, vận tốc và quãng đường.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế chương trình tính toán, mô phỏng động lực học ô tô hỗ trợ học tập với MATLAB Simulink" của sinh viên Trần Minh Đăng và Nguyễn Minh Nhựt Tâm đã hoàn thành toàn diện các nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra. Tác giả đã hệ thống hóa đầy đủ cơ sở lý thuyết động lực học ô tô, triển khai thành công phần mềm giao diện đồ họa tương tác bằng MATLAB App Designer kết hợp mô hình mô phỏng sơ đồ khối Simulink. Đề tài cung cấp một công cụ hỗ trợ học tập và giảng dạy trực quan, có khả năng khảo sát linh hoạt các chế độ chuyển động, leo dốc, quay vòng và phanh dừng trên nhiều điều kiện mặt đường khác nhau. Đây là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích, đồng thời tạo tiền đề thuận lợi cho các nghiên cứu phát triển mở rộng về hệ thống điều khiển và công nghệ xe tiên tiến.