Tối ưu hóa thiết kế lốp xe mùa đông

Ở nhiều nơi trên thế giới, không khí có sự lạnh buốt và chúng ta đang bắt đầu công việc chuẩn bị cho cuộc sống mùa đông: chuẩn bị nhà cửa và vườn tược, mang áo khoác ra ngoài và - đối với những người ở vùng khí hậu phía Bắc - thay lốp xe mùa đông.

Ở những vùng có thời tiết mùa đông khắc nghiệt, “băng đen” (black ice) và mưa tuyết gây ra những điều kiện lái xe đặc biệt nguy hiểm. Băng đen được đặt tên một cách khéo léo vì nó trong suốt đến mức trông giống như lòng đường bên dưới, khiến bạn khó có thể phát hiện và tránh được.

Rất may, những tiến bộ về an toàn của xe, bao gồm cả thiết kế lốp, đã giúp việc di chuyển trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt trở nên an toàn hơn rất nhiều.

Lốp xe đi trên tuyết

Công nghệ mô phỏng là công nghệ hiện đại trong thiết kế lốp xe. Ngay cả trước khi sản xuất một thiết kế lốp mới, mô phỏng cho phép bạn có được kiến thức quan trọng về cách hoạt động của lốp trong các điều kiện khác nhau.

Ví dụ, thông qua phân tích vết bánh xe, các nhà thiết kế đạt được một bức tranh rõ ràng về lực bám và khả năng xử lý của lốp. Các ví dụ khác bao gồm hiệu suất phanh và lăn tự do, thường được đánh giá bằng cách sử dụng phân tích lăn ở trạng thái ổn định.

Những phân tích như vậy rất quan trọng, đặc biệt là trên những con đường băng giá, nơi các hợp chất mềm hơn trong lốp xe mùa đông cung cấp độ bám đường cao hơn và hành trình phanh ngắn hơn. Mô phỏng giúp bạn tối ưu hóa các thông số thiết kế lốp cho các đặc tính xử lý mà không ảnh hưởng đến tuổi thọ của lốp.

Xem hội thảo trên web “Analyzing and Simulating a Tire” để tìm hiểu thêm.

Các tính năng trong Ansys Mechanical khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho thiết kế lốp xe. Khả năng thể hiện các chi tiết bao gồm các lớp vật liệu khác nhau, vật liệu gia cố và mặt lốp gai cho phép tạo mô hình lốp chính xác và tiên tiến.

Thiết kế lốp: Trao đổi dữ liệu (mapping) các phân tích 2D và 3D

Kết quả từ phân tích đối xứng trục 2D ban đầu được đưa sang sang phân tích 3D cung cấp một nền tảng tính toán hiệu quả để mô hình hóa sự gắn kết và độ căn phồng lốp ban đầu, theo sau là các nghiên cứu về vết bánh hoặc góc cua.

Quy trình làm việc tối ưu để tối ưu hóa hình dạng lốp và các chi tiết gia cố bao gồm tạo mặt cắt ngang 2D của lốp trong Mechanical và thực hiện phân tích gắn kết lốp 2D và phân tích độ căng phồng 2D.

Sau đó, một mô hình chia lưới 3D được tạo ra từ mặt cắt 2D để thực hiện các phân tích cuối cùng, bao gồm độ căng phồng 3D, vết bánh, sự lăn trong trạng thái ổn định, sự lăn trong trạng thái ổn định với các góc nghiêng (camber angles )khác nhau.

Áp suất tiếp xúc khi kết thúc phân tích vết bánh trong Ansys Mechanical

Bạn có thể thực hiện phân tích lăn ở trạng thái ổn định trong Mechanical thông qua phương pháp tiếp cận Arbitrary Lagrangian Eulerian, trong đó các tác động quán tính của lốp đang lăn được tính trong mộtbài toán tĩnh .

Điều này bao gồm tính toán cho các góc nghiêng (camber angles) khác nhau. Bạn cũng có thể đánh giá các hiện tượng khắc nghiệt, chẳng hạn như ứng xử và độ an toàn của lốp xe khi xe lăn qua gờ giảm tốc, ổ gà hoặc lề đường.

Phân tích 3D độ căng lốp trong Ansys Mechanical

Biến động nhiệt độ trong mô phỏng lốp và các yếu tố rủi ro

Tuổi thọ của lốp cũng bị ảnh hưởng mạnh bởi lốp quá căng và quá non, có thể gây mòn quá mức. Bạn có thể nghiên cứu ảnh hưởng của độ căng bằng cách sử dụng bề mặt đường chi tiết cho các kết quả tiếp xúc của lốp.

Trong quá trình di chuyển bình thường, lốp xe có thể bị nóng do tổn thất nhớt đàn hồi trong vật liệu cao su. Ansys Mechanical có thể giúp bạn giải thích sự tiêu tán và chuyển đổi năng lượng thành nhiệt làm tăng nhiệt độ của lốp. Điều này đặc biệt quan trọng cho việc lái xe an toàn vì lốp chưa được bơm hơi có thể bị nóng quá mức, dẫn đến xì lốp.

Lốp xe chủ yếu được làm bằng cao su và vật liệu composite gốc cao su. Do tính chất dẻo của cao su, lốp xe khi lăn ở trạng thái ổn định sẽ sinh ra nhiệt. Sự mất mát năng lượng chủ yếu đến từ sự biến dạng tuần hoàn của cao su trong lốp, được chuyển thành nhiệt, dẫn đến nhiệt độ của lốp cao hơn và giảm tuổi thọ của lốp.

Mô hình lốp 3D đang trải qua phân tích nhiệt trong Ansys Mechanical

Để xác định nhiệt độ tăng của lốp xe trong điều kiện lăn tự do, các bước đầu tiên là tạo mô hình 3D, sau đó thực hiện phân tích độ căng, vết bánh và lăn ở trạng thái ổn định, như đã nêu trong phần trước. Sau đó, bạn có thể xác định ứng suất và biến dạng tương đương trong khoảng thời gian của một vòng quay, thực hiện phân tích tính toán động lực học chất lưu (CFD) trong Ansys Fluent để mô phỏng luồng không khí qua lốp và xuất dữ liệu trở lại Mechanical  để giải mô hình và xác định nhiệt độ tăng.

Tìm hiểu thêm về quy trình phân tích nhiệt hoàn chỉnh

Hạn chế độ ồn với mô phỏng lốp

Khi ô tô điện trở nên phổ biến, sự thoải mái của người lái là điều quan trọng hàng đầu. Với các xe sử dụng động cơ đốt trong, tiếng ồn từ động cơ đốt trong (IC) giúp che tiếng ồn của lốp, nhưng với hệ thống truyền động điện không ồn, bạn cần đảm bảo tiếng ồn của lốp được giữ ở mức thấp.

Trong Mechanical, bạn có thể thực hiện dự đoán tiếng ồn mặt đường bằng cách sử dụng phân tích dao động điều hòa (harmonic). Phân tích dao động điều hòa có thể được thực hiện bằng cách sử dụng phân tích lăn ở trạng thái ổn định và dữ liệu phân tích phương thức ứng suất trước, đồng thời trích xuất dữ liệu độ bền của mặt đường và các điểm kích thích trong đường tiếp xúc.

Phân tích dao động điều hòa trong Ansys Mechanical

Nhờ công nghệ mô phỏng, công nghệ lốp đã tiên tiến để mang lại trải nghiệm lái xe êm ái và an toàn. Để tìm hiểu thêm về cách tối ưu hóa lốp xe cho thời tiết mùa đông, hãy xem hội thảo trên web theo yêu cầu: “Analyzing and Simulation a Tire”.

 

Nguồn: Ansys Blog