CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1. Cơ sở nghiên cứu của đề tài Ngành công nghiệp ô tô không chỉ đáp ứng nhu cầu giao thông vận tải, góp phần phát triển sản xuất và kinh doanh thương mại. Đây là một ngành kinh tế mang lại lợi nhuận rất cao nhờ sản xuất ra những sản phẩm có giá trị trị vượt trội. Sớm nhận thức được tầm quan trọng của ngành công nghiệp này các quốc gia như Mỹ, Nhật Bản, Anh, Pháp, Hàn Quốc … đã rất chú trọng cho việc phát triển ngành công nghiệp ô tô của riêng mình trong quá trình công nghiệp hóa nhằm không chỉ phục vụ trong nước mà còn xuất khẩu ra nước ngoài Ở Việt Nam, chúng ta cũng đã cố gắng xây dựng ngành công nghiệp ô tô của riêng mình với mục tiêu sản xuất thay thế nhập khẩu và từng bước tiến tới xuất khẩu.
Chính phủ Việt Nam đã luôn khẳng định vai trò chủ chốt của ngành công nghiệp ô tô trong sự phát triển kinh tế và luôn tạo điều kiện thuận lợi thông qua việc đưa ra các chính sách ưu đãi để khuyến khích các doanh nghiệp trong nước và nước ngoài đầu tư vào sản xuất ô tô và phụ tùng. Mặc dù vậy sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam vẫn còn ở mức thấp cả về số lượng, chất lượng và sự hiện đại. Các doanh nghiệp mới chỉ dừng ở mức độ lắp giáp các chi tiết nhập khẩu hoặc đã sản xuất ra những chi tiết đơn giản nhưng giá thành cao, chất lượng kém, tốn thời gian. Thực tế đó đặt ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trước những thách thức lớn trong vấn đề tăng tỷ lệ nội địa hóa các chi tiết ô tô từ đó tính toán, thiết kế và chế tạo ô tô.
Chúng ta rất cần tăng cường giao lưu học hỏi các công nghệ chế tạo ô tô giữa các trường, các doanh nghiệp ô tô trong nước và mở rộng tới các quốc gia trên thế giới. Nghiên cứu công nghệ chế tạo ô tô từ các nước bạn và phát triển áp dụng vào Việt Nam, dần đưa nền công nghiệp ô tô của Việt Nam lên một tầm cao mới từng bước hội nhập khu vực và thế giới. 3 Hiệp hội kỹ sư ô tô Việt Nam, các trường đại học khối kỹ thuật và các doanh nghiệp cũng cần phải thường thường xuyên hơn trong việc phối kết hợp tổ chức các cuộc thi về chế tạo xe ô tô Formula CAR. Đó là một điều kiện thuận lợi nhất để các kỹ sư tương lai của Việt Nam có thể học hỏi và trau dồi các kỹ năng cần có để tính toán, thiết kế và chế tạo ô tô.
Formula SAE là một cuộc thi được tổ chức thường niên dành cho sinh viên đại học, học viên sau đại học của các trường đại học trên toàn thế giới được tài trợ bởi Hiêp hội kỹ sư ô tô của nước sở tại. Trong cuộc thi đó sinh viên tự tìm hiểu, thiết kế, chế tạo ra một chiếc xe đua công thức cỡ nhỏ, thiết kế tối ưu sáng tạo mang phong cách riêng, thi đấu với các đội đua khác và đặc biệt tuân thủ các yêu cầu quy định của cuộc thi FORMULA SAE. Để phát huy được hết khả năng của sinh viên, các đội đua được giả tưởng là họ sẽ thiết kế cho một công ty chuyên về thiết kế, chế tạo và phải chứng minh chiếc xe của mình chuyên nghiệp, đáp ứng kĩ thuật, an toàn và có khả năng thương mại hóa. Tác giả đã nghiên cứu một số cuộc thi Formula SAE ở Mỹ, Nhật Bản, Úc….Để chế tạo thành công chiếc xe Formula Car đáp ứng yêu cầu của cuộc thi Formula SAE, các đội phải trải qua rất nhiều công đoạn quan trọng và một trong số các công đoạn đó là tính toán, thiết kế, chế tạo hệ thống treo xe Formula Car.
Hệ thống treo xe có vai trò rất quan trọng: giảm các tải trọng động tác động từ mặt đường lên xe, truyền các lực từ bánh xe chủ động làm thân xe cùng chuyển động…. Thành công trong việc chế tạo hệ thống treo xe sẽ có ảnh hưởng rất lớn đến thành công trong việc chế tạo chiếc xe Formula Car và thành tích của các đội thi. Do đó nghiên cứu tính toán, thiết kế, tối ưu hệ thống treo xe Formula Car nhằm giảm khối lượng, đảm bảo tính bền phù hợp với điều kiện ở Việt Nam là vấn đề đang được quan tâm để chúng ta có thể tính toán, thiết kế thành công chiếc xe Formula Car đủ điều kiện tham dự cuộc thi Formula SAE. Trước đây để tính toán, thiết kế và tối ưu hệ thống treo xe ô tô cũng như các chi tiết khác người ta thường dùng các phương pháp truyền thống và các các 4 công thức thực nghiệm, sau đó người ta cho chế tạo và thử nghiệm nhiều lần nếu có vấn đề gì thì lại tính toán lại, chọn lại các thông số và tiếp tục chế tạo và chạy thử đến khi nào hoạt động đảm bảo kỹ thuật người ta mới cho sản xuất hàng loạt.
Phương pháp truyền thống này rất mất thời gian, lãng phí nguyên vật liệu và công sức làm cho giá thành sản phẩm tăng lên đáng kể, kết quả cũng chưa được tối ưu. Ngày nay công nghệ thông tin đã phát triển mạnh mẽ máy tính đã trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực cho con người tạo điều kiện cho con người phát huy hết khả năng của mình. Tin học đã được ứng dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống đặc biệt là trong ngành công nghiệp chế tạo máy. Các chương trình tính toán, thiết kế, tối ưu được thiết lập tiết kiệm thời gian, công sức và chi phí.
Chính vì các lý do đó tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp tối ưu thiết kế hệ thống treo xe formula Car”. Phương pháp thực hiện đề tài Hiện nay trên thị trường Việt Nam có rất nhiều phần mềm để tính toán, thiết kế và tối ưu hệ thống treo xe Formula Car như: Cattia, Solidworks…Tuy nhiên trong đề tài này tác giả chọn phần mềm Solidworks. Mục đích của việc nghiên cưú: tính toán mô phỏng hệ thống treo Formula Car trong 3D, Sử dụng công cụ Solidworks Simulation để tối ưu các chi tiết cơ bản của hệ thống treo formula đáp ứng điều kiện chế tạo tại Việt Nam cũng như đáp ứng tiêu chuẩn cuộc thi Formula SAE. Các bước thực hiện đề tài cụ thể như sau: + B1: Nghiên cứu luật cuộc thi, các quy định thiết kế và tham khảo các đội thi + B2: Giới thiệu về hệ thống treo nói chung và hệ thống treo trên xe formula Car.
+ B3: Sử dụng phần mềm Solidworks tính toán, thiết kế hệ thống treo Formula Car theo các phương án. 5 + B4: Kiểm nghiệm bền hệ thống treo Formula Car bằng công cụ Solidworks Simulation. + B5: Tối ưu chi tiết trong hệ thống treo xe Formula Car bằng công cụ tối ưu hóa của Solidworks. 6 CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU CUC THI FORMULA CAR, LUT CUC THI VÀ CÁC QUY ĐNH THIẾT KẾ 2.
Tổng quan về cuộc thi Formula Car 2. Lịch sử của cuộc thi Cuộc thi được bắt đầu vào năm 1978 và ban đầu được gọi là SAE Mini Indy. Năm 1979, SAE Mini-Indy được tổ chức tại Đại học Houston. Người khởi xướng là Tiến sĩ Kurt M.
Cuộc thi được lấy cảm hứng từ một bài báo xuất hiện trong tạp chí Popular Mechanics, một chiếc xe làm từ gỗ và được trang bị một động cơ năm mã lực. Có 13 trường tham dự 11 trường thi đấu, trường Đại học Texas ở El Paso đã giành được chiến thắng. Năm 1980, mặc dù Tiến sĩ William Shapton (trường Đại học Công nghệ Michigan) đề cập đến ý tưởng lưu trữ một cuộc thi tương tự. Tuy nhiên, trong năm 1980, không đơn vị nào bước lên tổ chức cuộc thi SAE mini-Indy.
Năm 1981 Formula SAE đầu tiên được tổ chức tại Hoa Kỳ do Hiệp hội Kỹ sư ô tô (SAE) tổ chức, cuộc thi được đánh giá như một công cụ giáo dục để phát triển kiến thức và kỹ năng của sinh viên, học viên cao học các trường đại học kỹ thuật. Năm 2000, cuộc thi SAE công thức đầu tiên được tổ chức tại Úc. Ở đó có hơn 25 trường đại học tới từ Úc, Mỹ, Nhật Bản và châu Âu tham dự. Cuộc thi xe công thức SAE sau đó cũng được tổ chức ở Anh và Nhật Bản.
Đến nay đã có hơn 140 đội thi đến từ nhiều quốc gia trên thế giới tham gia. Các quy tắc cạnh tranh Xe ô tô dự kiến sẽ có bốn bánh, khoang lái hở, tổng dung tích làm việc của xy lanh tối đa 610cc, xe phải có hệ thống treo, bánh xe có đường kính tối thiểu 50cm, chiều dài cơ sở tối thiểu 1525mm, xe có khả năng rất cao trong gia 7 tốc, phanh, lái, khí động học, các yếu tố tối ưu và có thể đưa vào sản xuất và bảo dưỡng dễ dàng. với chi phí sản xuất tối thiểu nhưng vẫn đảm bảo về an toàn khi đua xe. Mục tiêu của cuộc thi 1.
Chiếc xe có hiệu suất cao về khả năng tăng tốc, phanh và xử lý tình huống. Chiếc xe cũng phải chạy đủ bền để hoàn thành tất cả các vòng kiểm tra của cuộc thi Formula car SAE, đảm bảo an toàn khi đua xe. Đảm bảo các chỉ tiêu đánh giá gồm: thẩm mỹ, chi phí, thiết kế hợp lý, bảo trì, sản xuất được và độ tin cậy cao. Mỗi xe sẽ được đánh giá tổng thể thiết kế so với thiết kế khác để xác định là tốt nhất.
Cạnh tranh về giá cả trên thị trường. Cạnh tranh về tính ứng dụng thực tiễn (thực hiện các bài thực hành) 6. Khả năng sáng tạo, chế tạo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật của cuộc thi, luật của cuộc thi. Chiếc xe đạt điểm cao nhất trong cuộc thi.
Nội dung cuộc thi Formula Car 2. Kiểm tra xe Hình 2.1: Kiểm tra sự phù hợp yêu cầu thiết kế của xe 8 Kiểm tra xem xe có bảo đảm an toàn, phù hợp với các yêu cầu thiết kế hay không (quy định về vật liệu, các thanh nối, chiều dài, chiều rộng, chiều cao…) (Hình 2.1) Kiểm tra xe trong trường hợp có sự cố, trong 5 giây lái xe có thoát ra khỏi xe hay không (Hình 2.2: Kiểm tra việc thoát hiểm khi gặp sự cố - Kiểm tra động cơ - Kiểm tra hệ thống treo - Kiểm tra khung xe - Kiểm tra bánh xe - Kiểm tra phanh (khóa 4 bánh) - Kiểm tra tiếng ồn (tiếng ồn khí xả nhỏ hơn 110dB) (Hình 2.3: Kiểm tra tiếng ồn khí xả Thí nghiệm về nghiêng xe (xe nghiêng 45 0, yêu cầu xe không rò rỉ nhiên liệu, cho xe nghiêng 60 0 với lái xe ngồi trên xe, yêu cầu xe không bị lật) (Hình 2.