Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0, sự phát triển của kỹ thuật giao thông vận tải đặt ra yêu cầu ngày càng cao đối với các dòng phương tiện đa năng, có khả năng thích ứng linh hoạt với nhiều dạng địa hình. Xe lưỡng cư (Amphibious Vehicle) là phương tiện có khả năng vận hành liền mạch cả trên mặt đất lẫn mặt nước. Theo số liệu dự báo thị trường toàn cầu giai đoạn 2020–2027 được trích dẫn trong đồ án, quy mô thị trường phương tiện lưỡng cư ước tính tăng từ 2,66 tỷ USD vào năm 2019 lên 4,98 tỷ USD vào năm 2027, với tốc độ tăng trưởng kép hằng năm (CAGR) đạt 13,05%.
Tại Việt Nam, với hơn 3.260 km đường bờ biển cùng mạng lưới sông, ngòi, kênh rạch và hồ thủy nội địa dày đặc (như hồ Ba Bể, hồ Tuyền Lâm, hồ Hoàn Kiếm và đặc biệt là hệ thống sông rạch tại Đồng bằng sông Cửu Long), nhu cầu sử dụng phương tiện đa môi trường là rất lớn. Năm 2019, Việt Nam đón 18 triệu lượt khách quốc tế, trong khi du lịch sinh thái vùng Đồng bằng sông Cửu Long ghi nhận 46 triệu lượt khách. Bên cạnh tiềm năng khai thác du lịch trải nghiệm sông nước, Việt Nam thường xuyên chịu ảnh hưởng bởi lũ lụt và thiên tai, đòi hỏi các phương tiện cơ động phục vụ công tác cứu nạn cứu hộ tại những khu vực bị cô lập mà xe cơ giới hay tàu thuyền thông thường khó tiếp cận.
Song song đó, định hướng từ "Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm nhìn 2035", cùng bước tiến của các doanh nghiệp nội địa như VinFast (từ năm 2019) và THACO, cho thấy quyết tâm làm chủ công nghệ sản xuất phương tiện trong nước. Tuy nhiên, ngành ô tô trong nước vẫn phụ thuộc nhiều vào nhập khẩu công nghệ. Việc thiết kế phương tiện lưỡng cư tại Việt Nam gần như còn bỏ ngỏ và đối mặt với rào cản kỹ thuật phức tạp:
- Thách thức dung hòa hai yêu cầu động lực học đối lập: tối ưu hóa chuyển động trên cạn (lực bám bánh xe, khả năng vượt dốc) và tối ưu hóa thủy động lực học dưới nước (giảm lực cản dòng chảy, đảm bảo lực đẩy nổi và độ ổn định).
- Hệ thống truyền động đóng vai trò là "nút thắt" cốt lõi, đòi hỏi sự phối hợp truyền công suất chính xác giữa cơ cấu truyền lực bánh xe trên cạn và cơ cấu đẩy nước (chân vịt hoặc vòi phun phản lực nước).
Từ thực tế đó, đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô của nhóm tác giả Trần Lê Bảo Luân và Nguyễn Hoàng Quang Minh, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Trạng tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, thực hiện đề tài: "Tính toán và mô phỏng hệ thống truyền động cho phương tiện lưỡng cư" (thực hiện trong hơn 4 tháng, hoàn thành tháng 6/2025).
Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu cụ thể bao gồm:
- Tính toán các thông số kỹ thuật động lực học của phương tiện lưỡng cư phục vụ du lịch trên cả hai môi trường vận hành (trên cạn và dưới nước).
- Xây dựng mô hình hình học 3D của thân vỏ và bánh xe phương tiện.
- Ứng dụng phần mềm MATLAB-Simulink để mô phỏng động lực học hệ thống truyền động điện, thuật toán điều khiển và đánh giá hiệu suất vận hành theo các chu trình thử nghiệm tiêu chuẩn cũng như khả năng leo dốc trên cạn.
- Ứng dụng phần mềm ANSYS Fluent để mô phỏng động lực học chất lưu (CFD), tính toán sức cản thủy động học của thân vỏ xe khi di chuyển dưới nước.
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống truyền động của phương tiện lưỡng cư. Phạm vi nghiên cứu giới hạn ở việc tính toán lý thuyết cơ học, động lực học và mô phỏng số thông qua phần mềm chuyên dụng (MATLAB-Simulink, ANSYS Fluent, SolidWorks), không bao gồm chế tạo thử nghiệm mô hình thực địa.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Đồ án xây dựng dựa trên các nền tảng lý thuyết cơ học ô tô và cơ học chất lỏng ứng dụng:
- Lý thuyết động lực học ô tô truyền thống: Áp dụng phương trình cân bằng công suất và lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động; phân tích các thành phần cản chuyển động trên cạn gồm lực cản lăn, lực cản không khí, lực cản lên dốc và lực cản quán tính. Hệ số cản lăn được khảo sát tại vận tốc làm việc $22{,}2\text{ m/s}$ ($80\text{ km/h}$) tương ứng với các điều kiện mặt đường.
- Lý thuyết thủy động lực học chất lưu: Phân tích chuyển động của vật thể nổi trong môi trường chất lỏng có độ nhớt và khối lượng riêng xác định. Sức cản toàn bộ tác dụng lên vỏ ngoài phương tiện được phân tích dựa trên giả thuyết về tính độc lập của các thành phần lực cản (sức cản ma sát, sức cản hình dáng và sức cản sóng). Để xác định cấu hình bộ đẩy dưới nước, nghiên cứu sử dụng đồ thị Pamiel (giới hạn phạm vi hệ số dòng chảy $\psi$ từ $0{,}05$) nhằm tính toán hệ thống 2 chân vịt, đáp ứng yêu cầu nhỏ gọn và linh hoạt.
- Lý thuyết hệ thống truyền lực và phân loại bố trí: Đánh giá các kiến trúc hệ thống truyền lực tiên tiến, bao gồm hệ thống truyền động hybrid (kiểu nối tiếp, song song, hỗn hợp) và các phương án bố trí hệ thống truyền động cơ học (động cơ đặt trước dẫn động cầu trước, động cơ đặt trước dẫn động hai cầu, động cơ đặt sau dẫn động cầu sau, động cơ đặt sau dẫn động hai cầu). Nghiên cứu trích dẫn cơ chế thu hồi hệ thống treo (High Speed Amphibian - HSA) của hãng Gibbs, có khả năng nâng cụm bánh xe lên khỏi mặt nước trong vòng 5 giây nhằm triệt tiêu tới 25% tổng lực cản thủy động học do bánh xe ngập nước gây ra.
Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai đồng bộ qua các bước:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, tra cứu và biên dịch tài liệu: Tổng hợp các cơ sở dữ liệu khoa học, bằng sáng chế và báo cáo kỹ thuật quốc tế về phương tiện lưỡng cư quân sự lẫn dân sự.
- Phương pháp phân tích và tổng hợp: Xác lập bộ thông số kỹ thuật đầu vào phù hợp với loại hình xe du lịch lưỡng cư cỡ nhỏ tại Việt Nam.
- Phương pháp mô hình hóa 3D: Thiết kế hình học vỏ thân xe đáy thuyền và bánh xe thông qua phần mềm SolidWorks (xây dựng các hình chiếu đứng, hình chiếu bằng và mô hình khối đa diện).
- Phương pháp mô phỏng số động lực học chất lưu (CFD): Sử dụng module ANSYS Fluent để thiết lập lưới thủy động học, giải phương trình Navier-Stokes kiểm tra đồ thị hội tụ lặp và xác định tổng lực cản thủy động học tác dụng lên vỏ xe.
- Phương pháp mô phỏng hệ thống điều khiển và truyền động: Xây dựng mô hình dòng năng lượng hoàn chỉnh trên MATLAB-Simulink với động cơ điện, bộ biến đổi và bộ điều khiển xe nhằm khảo sát tính năng kéo và tiêu hao năng lượng.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Do bản chất đề tài là thiết kế kỹ thuật và tính toán mô phỏng hệ thống động lực, nhóm tác giả đã cụ thể hóa kiến trúc truyền động và mô hình mô phỏng qua các công cụ chuyên ngành:
1. Kiến trúc mô hình hóa hình học (SolidWorks)
Thân xe được thiết kế dạng vỏ kín nước đáy thuyền nhằm đảm bảo tính ổn định nổi. Nhóm tác giả xây dựng chi tiết hình chiếu đứng, hình chiếu bằng và mô hình bánh xe 3D trên SolidWorks, sau đó ghép nối thành cụm mô hình xe lưỡng cư hoàn chỉnh làm đầu vào cho bài toán phân tích khí động học và thủy động học.
2. Thiết lập phân tích thủy động lực học (ANSYS Fluent)
Vỏ ngoài xe được đưa vào môi trường tính toán động lực học chất lưu để mô phỏng dòng chảy bao quanh khi xe nổi trên mặt nước. Phần mềm ANSYS Fluent thực hiện quá trình lặp tính toán cho đến khi đồ thị lực cản và các giá trị thặng dư đạt trạng thái hội tụ ổn định, từ đó kết xuất giá trị tổng lực cản nước tác dụng lên phương tiện làm căn cứ chọn công suất bộ đẩy.
3. Cấu trúc mô hình mô phỏng động lực học (MATLAB-Simulink)
Mô hình mô phỏng truyền động điện được xây dựng chi tiết bằng Simulink với sự phối hợp chặt chẽ giữa các khối chức năng:
- Khối tín hiệu đầu vào (Drive Cycle Source): Cung cấp dữ liệu vận tốc tham chiếu theo thời gian của hai chu trình lái tiêu chuẩn: chu trình xe hạng nhẹ toàn cầu WLTC Class 1 và chu trình thử nghiệm bổ sung SC03.
- Khối điều khiển dọc (Longitudinal Driver): Đóng vai trò như người lái ảo, nhận sai số giữa vận tốc tức thời và vận tốc tham chiếu để xuất tín hiệu tăng tốc (Acceleration) hoặc phanh (Deceleration) thông qua bộ điều khiển tỷ lệ - tích phân (PI) với các hệ số khuếch đại $K_p$, $K_i$ được hiệu chỉnh phù hợp.
- Khối bộ biến đổi và động cơ (Motor and Controller): Tích hợp bộ nguồn điều chế độ rộng xung (Controlled PWM Voltage), mạch cầu H (H-Bridge) và động cơ điện một chiều/BLDC mã hiệu KY200AS0960-15.
- Khối hệ thống phương tiện (Vehicle Subsystem): Bao gồm khối thân xe (Vehicle Body) và khối bánh xe (Tire), tích hợp đầy đủ các tham số khối lượng, phân bố tải trọng lên các trục, diện tích cản gió, bán kính làm việc của bánh xe và các lực cản mặt đường.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan
Chương 1 trình bày bối cảnh thực tiễn của đề tài, phân tích tiềm năng thị trường xe lưỡng cư toàn cầu đạt mức tăng trưởng 13,05%/năm và khẳng định sự cần thiết của phương tiện đa dụng đối với hệ thống giao thông thủy - bộ tại Việt Nam.
Tác giả tiến hành tổng hợp tình hình nghiên cứu trong nước, ghi nhận hai trường hợp thực tế tiêu biểu:
- Dự án chế tạo cá nhân của ông Trần Ngọc Trí (Bình Dương): Xe lưỡng cư ba bánh (kích thước $4{,}52\text{ m} \times 1{,}62\text{ m} \times 1{,}55\text{ m}$, tốc độ $120\text{ km/h}$ trên cạn và $34\text{ km/h}$ dưới nước, mức tiêu hao nhiên liệu $6\text{ lít}/100\text{ km}$ trên bộ và $12\text{ lít}/100\text{ km}$ trên thủy), hoàn thiện khoảng 70% trước khi phải dừng do thiếu kinh phí.
- Xe chuyên dụng cứu hộ Argo 8x8 – XTI do hãng Nakahiro sản xuất (Hiệp hội Wanokai Nhật Bản trao tặng Hà Nội năm 2017): Trọng lượng $790\text{ kg}$, dài $2{,}24\text{ m}$, động cơ V-Twin Kohler 748 cc ($31\text{ HP}$), tốc độ $27\text{ km/h}$ trên bộ và $5\text{ km/h}$ dưới nước, sức kéo $680\text{ kg}$ trên cạn và $454\text{ kg}$ dưới nước, trang bị 8 bánh lốp vân máng kiêm mái chèo đẩy nước.
Về nghiên cứu quốc tế, chương này khảo cứu lịch sử phát triển từ chiếc Orukter Amphibolos chạy hơi nước của Oliver Evans (1805), xe chạy bằng buồm của Gail Borden (1849), tàu hơi nước Alligator gắn bánh xe (1870), các dòng xe quân sự qua Thế chiến I, Thế chiến II (Schwimmwagen sản xuất hơn 15.000 chiếc, DUKW, LVT Amtrac, xe tăng lội nước Sherman Duplex Drive trong cuộc đổ bộ D-Day 1944), cho đến các dòng xe hiện đại như Gibbs Aquada, Quadski, Humdinga, WaterCar Panther, rơ-moóc thu phóng Bluebird Marine Systems (ống hợp kim nhôm 5083 đường kính $1\text{ m}$, 18 bánh trên 9 trục), robot lưỡng cư FroBot lấy cảm hứng từ ếch của Yang Yi, nghiên cứu hệ thống hybrid AHV của Muhammad Zahir Hassan (động cơ điện $3\text{ kW}$ trên cạn kết hợp động cơ đốt trong dưới nước, tốc độ $40\text{ km/h}$), nghiên cứu cánh tà đuôi tàu của Chengliang Sun trên phần mềm Simcenter STAR-CCM+ (giúp giảm hơn 90% lực cản, tăng mớn nước an toàn thêm 7%) và bộ điều khiển mờ né tránh chướng ngại vật bằng cảm biến laser của Khaled Sailan.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 2 tập trung phân tích bản chất kỹ thuật, phân loại và các hệ thống cấu thành phương tiện lưỡng cư:
- Nêu rõ xung đột thiết kế giữa hình dáng khí động học trên cạn và thủy động học dưới nước, trong đó cụm bánh xe thông thường chiếm tới 25% tổng lực cản nước.
- Trình bày 5 hệ thống kết cấu chính: thân xe kín nước đáy thuyền; hệ thống động lực (động cơ đốt trong, hybrid hoặc động cơ điện); hệ thống truyền động kết hợp cơ cấu chuyển hướng công suất (cho bánh xe và chân vịt/vòi phun nước); hệ thống lái kép (trên cạn dùng cơ cấu lái bánh xe, dưới nước dùng bánh lái hoặc đổi hướng vòi phun); hệ thống an toàn và gioăng phớt làm kín chống rò rỉ.
- Phân loại phương tiện theo tải trọng (nhỏ/nhẹ như WaterCar, Gibbs Quadski dùng động cơ BMW K1300S công suất $140\text{ HP}$ dưới nước và $82\text{ HP}$ trên cạn; lớn/nặng như xe buýt Amfibus động cơ Volvo D12E $308\text{ HP}$, xe tải LARC-V động cơ diesel Cummins/John Deere $375\text{ HP}$ chở 5 tấn hàng, Gibbs Humdinga động cơ Mercury Marine V8 $370\text{ HP}$) và theo hệ thống đẩy (bánh lốp, bánh xích, đệm khí Hovercraft, trục vít xoắn ZIL-2906 cho đầm lầy).
- Phân tích chi tiết các sơ đồ phối hợp động lực hybrid (nối tiếp, song song, hỗn hợp) và 4 phương án bố trí truyền động ô tô thông dụng nhằm làm cơ sở lựa chọn phương án tối ưu cho đề tài.
- Trình bày nền tảng cơ học chất lỏng và động lực học chất lưu, phương pháp tiếp cận tính toán sức cản thủy động học của vật thể chuyển động trên mặt thoáng.
Chương 3: Tính toán và mô phỏng hệ thống truyền động
Chương 3 là phần trọng tâm kỹ thuật của đồ án, bao gồm toàn bộ quá trình tính toán và kiểm chứng số:
- Tính toán động lực học trên cạn: Xác định các thông số kích thước, tự trọng và tải trọng của xe; tính toán chi tiết lực cản lăn $F_f$, lực cản không khí $F_w$, lực cản dốc $F_i$ và lực quán tính $F_j$. Lập bảng tính toán lực cản lăn ở tốc độ thiết kế $22{,}2\text{ m/s}$ và tính toán lực kéo tiếp tuyến bánh xe chủ động để xác định tỷ số truyền hộp số.
- Tính toán động lực học dưới nước: Thiết lập hệ phương trình xác định lực cản thủy động học của thân xe; ứng dụng đồ thị Pamiel xác định cấu hình bộ đẩy gồm 2 chân vịt bố trí đối xứng phía đuôi xe.
- Mô phỏng CFD trên ANSYS Fluent: Nhập mô hình 3D vỏ thân xe có bánh xe từ SolidWorks vào Fluent, tiến hành chia lưới và giải lặp hội tụ để xác định lực cản chất lưu tác dụng lên bề mặt vỏ xe ở các dải vận tốc chuyển động dưới nước.
- Mô phỏng động cơ điện trên MATLAB-Simulink: Sử dụng thông số kỹ thuật thực tế của động cơ điện KY200AS0960-15; cấu hình các khối Drive Cycle Source, Longitudinal Driver (tinh chỉnh tham số khuếch đại $K_p$, $K_i$), Vehicle Subsystem, Vehicle Body, Tire, DC Motor, H-Bridge và Controlled PWM.
- Phân tích kết quả mô phỏng vận hành:
- Chu trình WLTC Class 1: Đồ thị vận tốc xe mô phỏng bám sát vận tốc chuẩn của chu trình; xuất các đường đặc tính tốc độ vòng tua động cơ, công suất, mô men xoắn tức thời, cường độ dòng điện và điện áp tiêu thụ.
- Chu trình SC03: Đánh giá khả năng đáp ứng động cơ trong điều kiện gia tốc thay đổi thường xuyên, ghi nhận tính ổn định của hệ thống truyền động điện.
- Kiểm tra khả năng leo dốc: Tiến hành mô phỏng thử nghiệm vượt dốc qua hai dải góc nghiêng: dải góc $0^\circ$, $4^\circ$, $8^\circ$, $10^\circ$ và dải góc $3^\circ$, $6^\circ$, $9^\circ$, chứng minh hệ thống truyền động cung cấp đủ lực kéo tiếp tuyến vượt dốc an toàn mà không bị quá tải.
Chương 4: Kết luận và kiến nghị
Chương cuối tổng kết các kết quả đạt được sau hơn 4 tháng làm việc, đối chiếu với mục tiêu ban đầu đề ra và đề xuất các giải pháp kỹ thuật, định hướng mở rộng nghiên cứu trong tương lai.
Kết quả và đóng góp
1. Dữ liệu tổng hợp các dòng xe lưỡng cư tiêu biểu trong báo cáo
Đồ án đã hệ thống hóa lịch sử phát triển của các phương tiện lưỡng cư tiêu biểu qua các thời kỳ, làm cơ sở so sánh thông số kỹ thuật (Bảng 1.1 trong văn bản):
| Thời gian |
Quốc gia |
Mẫu xe |
Tốc độ dưới nước |
Bộ phận đẩy nước |
| 1920 |
Anh |
D |
$2{,}4\text{ km/h}$ |
Bánh xích |
| 1932 |
Liên Xô |
T-37 |
$6\text{ km/h}$ |
Chân vịt |
| 1942 |
Nhật Bản |
Ka-Mi |
$9{,}6\text{ km/h}$ |
Chân vịt |
| 1943 |
Hoa Kỳ |
LVT-4 |
$10\text{ km/h}$ |
Bánh xích |
| 1947 |
Liên Xô |
PT-76 |
$10\text{ km/h}$ |
Động cơ phản lực |
| 1997 |
Anh |
Aquada |
$48\text{ km/h}$ |
Động cơ phản lực |
| 2004 |
Thụy Sĩ |
Splash |
$80\text{ km/h}$ |
Chân vịt |
| 2004 |
Anh |
Humdinga |
$70\text{ km/h}$ |
Động cơ phản lực |
| 2009 |
Thụy Sĩ |
sQuba |
$6\text{ km/h}$ |
Động cơ phản lực |
| 2013 |
Hoa Kỳ |
Panther |
$72\text{ km/h}$ |
Động cơ phản lực |
2. Các kết quả kỹ thuật chính
- Tính toán tỷ số truyền và động lực học: Xác lập chính xác tỷ số truyền của hệ thống truyền lực, đáp ứng các thành phần cản lăn ở dải vận tốc $22{,}2\text{ m/s}$ ($80\text{ km/h}$) và sức cản không khí tương ứng với diện tích cản chính diện của xe.
- Kết quả phân tích thủy động học: Mô phỏng số trên ANSYS Fluent cho thấy quá trình lặp đạt sự hội tụ ổn định, trích xuất chính xác đường cong lực cản chất lưu tác dụng lên vỏ xe làm căn cứ xác định công suất của hệ thống 2 chân vịt theo đồ thị Pamiel.
- Độ tin cậy của hệ thống truyền động điện: Mô hình MATLAB-Simulink của động cơ điện KY200AS0960-15 cho thấy sai lệch vận tốc giữa xe và chu trình chuẩn (WLTC Class 1 và SC03) ở mức rất thấp. Các thông số điện áp, cường độ dòng điện, mô men xoắn và công suất duy trì trong giới hạn an toàn của động cơ.
- Khả năng leo dốc: Xe thử nghiệm thành công khả năng leo dốc qua các góc nghiêng $0^\circ, 4^\circ, 8^\circ, 10^\circ$ và $3^\circ, 6^\circ, 9^\circ$, chứng minh tính ổn định của mô men xoắn đầu ra từ động cơ điện và tỷ số truyền đã chọn.
3. Đóng góp của đề tài
- Hệ thống hóa quy trình kết hợp công cụ CAD (SolidWorks), CFD (ANSYS Fluent) và mô phỏng hệ thống động lực (MATLAB-Simulink) để giải quyết bài toán kỹ thuật truyền động phức tạp cho phương tiện lưỡng cư.
- Cung cấp mô hình tham chiếu khoa học về tính toán sức cản vỏ xe đáy thuyền kết hợp bánh lốp và mô phỏng chu trình truyền động điện phục vụ du lịch sông nước trong điều kiện địa hình Việt Nam.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế được ghi nhận
- Toàn bộ kết quả nghiên cứu dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết và mô phỏng số thông qua phần mềm (MATLAB-Simulink, ANSYS Fluent, SolidWorks), chưa có điều kiện chế tạo mô hình thực nghiệm vật lý để đo kiểm thực địa nhằm kiểm chứng (validate) số liệu.
- Tài liệu chuyên khảo và số liệu thực tế về xe lưỡng cư tại Việt Nam còn khan hiếm, nhóm tác giả chủ yếu kế thừa các nghiên cứu và tiêu chuẩn quốc tế.
- Chưa đi sâu mô phỏng động học chi tiết của cơ cấu thu hồi bánh xe tự động bằng xi lanh thủy lực cũng như bài toán độ bền mỏi của phớt chặn nước trong điều kiện vận hành ngâm nước liên tục.
Hướng nghiên cứu tiếp theo
- Nghiên cứu chế tạo mẫu thử nghiệm quy mô phòng thí nghiệm nhằm đo đạc thực tế lực cản nước trong bể thử và kiểm chứng các đường đặc tính động cơ điện trên băng thử (dyno).
- Thiết kế chi tiết cơ cấu nâng hạ hệ thống treo thủy lực tự động (dựa trên cơ chế thu hồi bánh xe HSA) nhằm giảm triệt để 25% lực cản nước khi bơi.
- Tối ưu hóa hệ thống làm kín chủ động (gioăng, phớt, bơm hút nước rò rỉ) và nghiên cứu tích hợp thuật toán quản lý năng lượng thông minh cho hệ thống động lực hybrid/điện.
Giá trị tham khảo
Đồ án là nguồn tài liệu hữu ích cho:
- Sinh viên và giảng viên ngành Kỹ thuật Ô tô, Cơ khí Động lực, Kỹ thuật Tàu thủy: Tham khảo phương pháp tính toán động lực học tổng hợp giữa ô tô và tàu thuyền vỏ nhỏ; quy trình xây dựng các khối mô phỏng động lực học trên MATLAB-Simulink (khối Longitudinal Driver, H-Bridge, DC Motor, Vehicle Body).
- Kỹ sư và nhóm nghiên cứu phát triển phương tiện chuyên dụng: Sử dụng phương pháp luận kết hợp đồ thị Pamiel và phần mềm ANSYS Fluent để phân tích sức cản thủy động học cho các kết cấu xe đa địa hình ngập nước.
- Các dự án phát triển du lịch sinh thái sông nước hoặc cứu hộ thiên tai: Cung cấp thông số kỹ thuật nền tảng về tính khả thi của việc ứng dụng phương tiện lưỡng cư chạy điện tại Đồng bằng sông Cửu Long và các vùng đô thị trũng thấp thường xuyên ngập lụt.
Câu hỏi thường gặp
1. Đề tài lựa chọn mẫu động cơ điện cụ thể nào để xây dựng mô hình mô phỏng truyền động?
Đồ án sử dụng thông số kỹ thuật thực tế của động cơ điện mã hiệu KY200AS0960-15 để thiết lập mô hình khối động cơ (DC Motor) kết hợp bộ điều khiển cầu H (H-Bridge) và điện áp điều chế độ rộng xung (Controlled PWM Voltage) trên MATLAB-Simulink.
2. Những chu trình vận tốc tiêu chuẩn nào được nhóm tác giả dùng để kiểm chứng hiệu suất xe trên cạn?
Hệ thống truyền động được mô phỏng kiểm tra trên hai chu trình vận hành tiêu chuẩn quốc tế: chu trình WLTC Class 1 (Worldwide harmonized Light vehicles Test Cycle dành cho xe hạng nhẹ) và chu trình SC03 (chu trình thử nghiệm bổ sung nhằm đánh giá gia tốc và tải trọng thay đổi liên tục).
3. Dưới nước, nhóm tác giả lựa chọn số lượng chân vịt đẩy là bao nhiêu và dựa trên căn cứ khoa học nào?
Nhóm tác giả lựa chọn cấu hình 2 chân vịt bố trí ở đuôi xe. Căn cứ lựa chọn dựa trên việc phân tích đồ thị Pamiel, trong đó giới hạn phạm vi hệ số dòng chảy $\psi$ được khảo sát từ $0{,}05$, đảm bảo đặc tính nhỏ gọn, linh hoạt và đủ lực đẩy cho thân xe lưỡng cư.
4. Bánh xe phương tiện đóng góp bao nhiêu phần trăm vào tổng lực cản khi di chuyển dưới nước theo số liệu trong đồ án?
Theo phân tích cơ sở lý thuyết trong đồ án, do hình dáng bánh xe ô tô không tối ưu về mặt thủy động học, các bánh xe khi ngập trong nước có thể tạo ra tới 25% tổng lực cản của toàn bộ phương tiện, đặt ra yêu cầu phải nghiên cứu cơ chế gấp/thu gọn bánh xe vào thân.
5. Khả năng leo dốc của phương tiện được nhóm tác giả kiểm tra mô phỏng qua những dải góc nghiêng cụ thể nào?
Khả năng vượt dốc của xe được mô phỏng kiểm tra trên MATLAB-Simulink qua hai dải góc nghiêng: dải thứ nhất gồm các góc $0^\circ, 4^\circ, 8^\circ, 10^\circ$ và dải thứ hai gồm các góc $3^\circ, 6^\circ, 9^\circ$, nhằm đánh giá giới hạn mô men xoắn và lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Tính toán và mô phỏng hệ thống truyền động cho phương tiện lưỡng cư" của sinh viên Trần Lê Bảo Luân và Nguyễn Hoàng Quang Minh (ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã giải quyết toàn diện bài toán tích hợp động lực học trên cả hai môi trường cạn và nước. Bằng việc phối hợp các công cụ SolidWorks, ANSYS Fluent và MATLAB-Simulink, nghiên cứu đã tính toán đầy đủ các thành phần lực cản, thiết lập cấu hình đẩy 2 chân vịt theo đồ thị Pamiel và kiểm chứng thành công hiệu năng của động cơ điện KY200AS0960-15 trên các chu trình chuẩn WLTC Class 1, SC03 cũng như khả năng leo dốc tới $10^\circ$. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở kỹ thuật có giá trị thực tiễn, mở ra hướng ứng dụng phương tiện lưỡng cư thân thiện với môi trường phục vụ du lịch sinh thái và công tác cứu hộ tại Việt Nam.
