Nghiên cứu thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái đa hướng

o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI ĐA HƯỚNG Ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Trần Trung Kiên 1711251063 17DOTB2 Trần Lê Công 1711250690 17DOTB2 Nguyễn Trọng Hiếu 1711250711 17DOTB2 TP Hồ Chí Minh, 09 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG L.

o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÁI ĐA HƯỚNG Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trần Trung Kiên 1711251063 17DOTB2 Trần Lê Công 1711250690 17DOTB2 Nguyễn Trọng Hiếu 1711250711 17DOTB2 TP Hồ Chí Minh, 09/ 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÁI ĐA HƯỚNG Ngành: Cơng nghệ kỹ thuật ô tô Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trần Trung Kiên 1711251063 17DOTB2 Trần Lê Công 1711250690 17DOTB2 Nguyễn Trọng Hiếu 1711250711 17DOTB2 TP Hồ Chí Minh, 09/ 2021 LỜI CẢM ƠN Được phân công Viện Kỹ thuật HUTECH Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, với đồng ý giảng viên hướng dẫn TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu, nhóm chúng em thực đồ án với đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống lái đa hướng” Nhóm em xin chân thành cảm ơn Thầy Cơ tận tình hướng dẫn, giảng dạy chúng em suốt trình học tập Trường Đại học Cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh Đặc biệt nhóm em xin chân thành cảm ơn đến thầy TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu tận tình hướng dẫn, bảo chúng em suốt trình làm đồ án Trong q trình làm đồ án, cịn nhiều hạn chế kinh nghiệm kiến thức, thời gian thực có hạn nên sai sót khơng thể tránh khỏi nên nhóm chúng em mong nhận đóng góp ý kiến Thầy Cơ Sau cùng, nhóm chúng em xin kính chúc q Thầy Cơ dồi sức khoẻ, giữ vững niềm tin để tiếp tục thực sứ mệnh truyền đạt tri thức cho hệ mai sau Em xin chân thành cảm ơn! Tp.Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021 Nhóm sinh viên thực ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii DANH MỤC CÁC BẢNG xi Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3 Mục đính nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Các kết đạt đề tài 1.7 Kết cấu đồ án tốt nghiệp 1.8 Tổng quan giải pháp Chương 2: HỆ THỐNG LÁI BỐN BÁNH DẪN HƯỚNG 2.1 Hệ thống lái bánh xe dẫn hướng 2.2 Lịch sử hình thành 2.3 Hệ thống lái bốn bánh điều khiển khí 12 2.4 Hệ thống lái bốn bánh điều khiển thủy lực 15 iii 2.5 Hệ thống lái bốn bánh điều khiển điện tử 17 2.5.1 Bộ truyền động trung tâm so với truyền động bánh 19 2.5.2 Cấu tạo chung 21 2.5.2.1 Bộ truyền động phía sau 22 2.5.2.2 Cảm biến vị trí góc lái phía trước 23 2.5.2.3 Bộ điều khiển 4WS 26 2.5.2.4 Nguyên lý hoạt động 28 2.5.2.5 Cảm biến góc lái phía sau 29 2.5.2.6 Cơ cấu lái phía sau 31 2.6 Chế độ hoạt động hệ thống lái 4WS 33 2.7 Ưu điểm nhược điểm hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng 35 2.8 Ảnh hưởng hệ thống lái bốn bánh động lực học xe 35 2.9 Các chất lượng động học hệ thống lái bốn bánh 36 2.10 Ảnh hưởng hệ thống lái tất bánh điểm đặc biệt xe không chuyển động 38 2.11 Ảnh hưởng hệ thống lái tất bánh điểm đặc biệt xe không cố định 39 2.12 Kết hợp hệ thống lái bánh sau với hệ thống lái bánh trước 41 Chương 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÁI 45 3.1 Các thông số hệ thống lái 45 3.1.1 Xác định mơmen quay vịng lực lái lớn 46 3.1.2 Tính động học hình thang lái 49 iv 3.1.3 Động lực học quay vòng hệ thống lái 4WS 52 3.1.3.1 Hai bánh quay chiều 52 3.1.3.2 Hai bánh quay ngược chiều 55 Chương 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG 59 4.1 Mô hệ thống lái phần mềm Solidworks 59 4.1.1 Lịch sử hình thành 59 4.1.2 Giới thiệu phần mềm SolidWorks 59 4.1.3 Tính SolidWorks 59 4.1.4 Thiết kế khung xe 60 4.1.5 Thiết kế chi tiết 63 4.1.6 Lắp ráp chi tiết 69 4.1.7 Mô hệ thống lái bốn bánh 74 Chương 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 76 5.1 Đánh giá kết 76 5.1.1: Các kết đạt thời gian hoàn thành đồ án 76 5.1.2 Những thuận lợi khó khăn q trình hồn thành đề tài 76 5.1.2.1 Thuận lợi 76 5.1.2.2 Khó khăn 76 5.2 Kết luận 77 Tài liệu tham khảo 78 v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4WS (Four – Wheel Steering): Hệ thống lái bốn bánh BLDC (Brushless Direct Current): Động DC chiều không chổi than AHK (Active Rear-axle Kinematics): Hệ thống điều khiển lái bốn bánh xe VSS (Vehicle Speed Sensor): Cảm biến tốc độ xe SWPS (Steering Wheel Postion Sensor): Cảm biến vị trí góc lái phía trước BCM (Body Control Module): Hộp điều khiển điện thân xe IAS (Integral Active Steering): Hệ thống lái chủ động 4WAS ( Four Wheel Active Steering): Hệ thống lái chủ động bốn bánh PPS (Progressive Power Steering): Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử ESP ( Electric Power Steering): Hệ thống lái trợ lực điện vi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Hệ thống lái bốn bánh dẫn hướng Hình 2.2: Chiếc Mecerdes-Benz 170VL (W139) sử dụng hệ thống lái bốn bánh Hình 2.3: Hệ thống lái hoàn toàn Honda Prelude 12 Hình 2.4: Cơ cấu lái bánh sau Honda Prelude 13 Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động cấu lái bánh sau 13 Hình 2.6: Cấu tạo hệ thống lái bánh dẫn hướng 14 Hình 2.7: Cơ cấu lái bánh xe sau 14 Hình 2.8: Động học hệ thống lái bánh sau 16 Hình 2.9: Bộ truyền động bánh sau Honda Prelude 1991 17 Hình 2.10: Hệ thống lái bánh sau Nissan 18 Hình 2.11: Bố trí truyền động lái trục sau BMW (BMW 1991/2008) 19 Hình 2.12: Thiết bị truyền dộng bánh ZFLemförder 20 Hình 2.13: Cấu tạo hệ thống 4WS điều khiển điện tử 21 Hình 2.14: Cơ cấu lái phía sau 22 Hình 2.15: Vị trí cảm biến góc lái phía trước 23 Hình 2.16: Cảm biến góc lái phía trước 24 Hình 2.17: Sơ đồ mạch điện cảm biến góc lái phía trước giao tiếp BCM điều khiển 4WS 25 vii Hình 2.18: Bộ điều khiển 4WS 26 Hình 2.19: Sơ đồ mạch nguồn 4WS 26 Hình 2.20: Sơ đồ mạch điện công tắc lựa chọn chế độ lái 27 Hình 2.21: Hộp điều khiển 4WS phân tích thơng tin cảm biến đầu vào, tính tốn góc lái phía sau cần thiết vận hành động cơ cấu lái sau để cung cấp góc lái phía sau thích hợp 28 Hình 2.22: Cảm biến vị trí bánh sau 29 Hình 2.23: Cảm biến đầu vào vị trí bánh sau đến mơ đun điều khiển tay lái phía sau 30 Hình 2.24: Khớp cầu cam lái 31 Hình 2.25: Cơ cấu lái phía sau 32 Hình 2.26: Cơ cấu lái 4WS động 32 Hình 2.27: Hệ thống lái phía sau 33 Hình 2.28: Hai bánh ngược chiều 33 Hình 2.29: Hai bánh chiều 34 Hình 2.30: Đánh lái hướng ngược lại: 𝑘𝑝 < 0, lái hướng song song: 𝑘𝑝 > 36 Hình 2.31: Sự thay đổi vòng cua thay đổi ảo chiều dài sở 37 Hình 2.32: Thay đổi góc trượt bên xe có hệ thống lái tất bánh (phạm vi gia tốc từ đến cao hơn) 38 viii Hình 2.33: Phản ứng xe góc lái cố định, bên trái 𝑘𝑝 > 0, bên phải 𝑘𝑝 < 39 Hình 2.34: Mô chuyển động theo ISO (kp > 0), hệ thống lái tất bánh màu xanh, hệ thống lái thông thường màu vàng 40 Hình 2.35: Hệ thống lái chủ động BMW (2010) 41 Hình 2.36: Tính trung lập tĩnh hệ thống lái chủ động tích hợp 42 Hình 2.37: Hệ thống lái chủ động BMW 750i 43 Hình 3.1: Đặc điểm lực ngang tác dụng lên bánh xe quay vịng 46 Hình 3.2: Quan hệ góc quay bánh xe dẫn hướng 49 Hình 3.3: Sơ đồ hình thang lái xe thẳng 50 Hình 3.4: Sơ đồ hình thang lái xe quay vòng 51 Hình 3.5: Mơ xe quay vòng hai bánh quay chiều 52 Hình 3.6: Mơ hình thơng số xe quay vòng hai bánh quay chiều 53 Hình 3.7: Mơ xe quay vịng hai bánh quay ngược chiều 55 Hình 3.8: Mơ hình thơng số xe quay vịng hai bánh quay ngược chiều 56 Hình 4.1: New SolidWorks Document 60 Hình 4.2: Bảng Sheet Format/Size 61 Hình 4.3: Corner Rectangle 61 Hình 4.4: Kích thước tiêu chuẩn khung tên 62 Hình 4.5: In vẽ 62 ix Hình 4.7: Bản vẽ chi tiết cùm moay-ơ Moay-ơ phận hệ thống bánh xe tơ, liên kết với bánh xe để xe hoạt động cách tốt Vòng bi moay-ơ giúp liên kết bánh xe với moayơ, giúp bánh xe liên kết với khung xe Vai trò moay-ơ giữ cân cho xe, để xe di chuyển cách êm an toàn 64 Thanh liên kết trực tiếp với bánh đầu nối với dẫn động Có chức chuyển đổi chuyển động xoay bánh thành chuyển động thẳng, tăng khả giảm tốc, ổn định góc quay vơ lăng Hình 4.8: Bản vẽ chi tiết 65 Hình 4.9: Bản vẽ dẫn động Thanh dẫn động nối đầu trục quay, cấu trục vít biến đổi chuyển động quay vô lăng để tạo thành chuyển động tịnh tiến cần thiết giúp làm xoay góc bánh xe đánh lái vào cua Cơ cấu hình học dẫn động lái giúp cho bánh xe phía bên quay nhiều so với bánh xe phía ngồi 66 Hình 4.10: Bản vẽ bánh Bánh có hình trịn nối trực tiếp với trục tay lái, xoay vơ lăng khiến bánh quay, kéo theo Thanh nối đầu gắn trực tiếp với cánh tay đòn trục xoay Giúp chuyển đổi việc chuyển động vành tay lái sang chuyển động thẳng để điều chỉnh hướng xe đi, giảm tốc, tăng thêm lực giúp bánh xe chuyển hướng cách dễ dàng xác 67 Hinh 4.11 Bản vẽ ro-tuyn lái Ro-tuyn lái bao gồm ro-tuyn lái ro-tuyn lái ngồi Ro-tuyn lái ví cánh tay địn thiết kế có đầu ro-tuyn động xoay trịn để gắn thước lái, đầu cịn lại ro-tuyn lái ngồi gắn vào ngỗng moay-ơ, phận tác động dẫn hướng cho bánh xe chuyển động linh hoạt, êm bên ngồi có lớp cao su bảo vệ trục khớp bên ro-tuyn Sau nhận truyền động mà rotuyn lái chuyển tới, ro-tuyn lái biến thành cử động điều khiển ngỗng moay-ơ thơng qua đầu ro-tuyn cịn lại gắn vào moay-ơ Ro-tuyn lái ngồi ro-tuyn lái xe tơ có liên kết chặt chẽ để hệ thống vận hành cách trơn tru, giúp bánh xe dễ dàng chuyển hướng theo ý muốn 68 4.1.6 Lắp ráp chi tiết - Đầu tiên mở File cách ấn Ctrl + N, sau chọn mơi trường Assembly nhấn OK Mơi trường Assembly môi trường lắp ghép chi tiết lại với Hình 4.12: Mơi trường Assembly Trong mơi trường Assembly có mối lắp ghép:  Coincident: Cho phép mặt phẳng tiếp xúc với  Parallel: Cho phép ghép hai mặt phẳng song song cách khoảng d  Perpendicular: Cho phép ghép hai mặt phẳng vng góc với  Tangent: Cho phép ghép hai bề mặt tiếp xúc với  Concentic: Cho phép hai bề mặt cong, côn đồng tâm với 69 Hình 4.13: Các mối ghép SolidWorks - Sau ta chọn File chi tiết lắp ghép có sẵn cách ấn Browse chọn File chi tiết chọn nhiều chi tiết cách ấn giữ Ctrl chọn chi tiết sau OK Hình 4.14: Các chi tiết cần lắp ghép 70 - Để di chuyển đối tượng ta ấn chuột vào đối tượng tới điểm cần lắp ghép, sau chọn Mate kích chọn bề mặt cần lắp ghép Để lắp cùm moay-ơ vào khung, ta tiến hành chọn Matechọn bề mặt cần lắp ghép sau chọn mối lắp ghép Concentic phép hai mặt tròn tiếp xúc với nhau, thực tương tự với chi tiết lại Sau lắp xong moay-ơ vào khung xe, ta lấy tiếp chi tiết để thực phần lắp ghép Hinh 4.15: Lắp cùm moay-ơ vào khung xe Chọn Insert ComponentsBrowse để lấy chi tiết lắp ghépnhấn Open để thả chi tiết môi trường Assembly Tiếp theo lắp vào khung xe, ta chọn Matechọn mối ghép Tangent mặt lưng tiếp xúc với bề mặt khung xe Sau hai mặt phẳng tiếp xúc với nhau, chọn Matechọn phần mặt để tiếp xúc với phần khung xe để chúng ghép lại với Sau lắp xong răng, ta bắt đầu cho bánh ăn khớp với cách chọn MateMechanicalRack Pinion chọn mặt tiếp xúc bánh 71 Hình 4.16: Lắp răng, bánh dẫn động lái Cuối cùng, ta lắp bánh xe vào cùm moay-ơ Chọn Insert ComponentsBrowse để lấy bánh xe, giữ Ctrl để kéo thêm bánh xe lại Vào mục Move Componentchọn Rotate Component xoay theo hướng cần ghép chi tiết lại với nhaunhấn Esc để thoát lệnh Move Componentchọn Matechọn vào phần tâm bánh xe moay cho chúng đồng tâm ghép lại với nhaunhấn vào dấu tích xanh để xác nhận thoát khỏi lệnh Mate Sau lắp ghép xong, ta tiến hành xuất File mơ hình cách: Nhấn Ctrl+P Chọn Page Setup Chọn khổ giấy A4 nhấn OK Tiến hành lưu File 72 Hình 4.17: Mơ hình hệ thống lái bốn bánh 73 4.1.7 Mơ hệ thống lái bốn bánh - Khi xe di chuyển tốc độ thấp, bánh cầu trước xoay chiều từ phải sang trái, làm cho di chuyển từ trái sang phải, làm dẫn động di chuyển từ trái sang phải, tác dụng lực lên cùm moay-ơ làm cho bánh xe trước rẻ sang phải Lúc bánh cầu sau quay theo chiều từ phải sang trái, làm di chuyển theo hướng ngược lại Lúc dẫn động di chuyển từ trái sang phải tác dụng lực lên cùm moay-ơ làm cho hai bánh xe sau ngược chiều với bánh xe trước Điều giúp cho việc đậu xe dễ dàng làm giảm bán kính quay vịng xe Hình 4.18: Mơ hai bánh xe ngược chiều 74 - Khi xe di chuyển tốc độ cao, người lái đánh vô lăng sang phải, bánh cầu trước quay theo chiều từ phải sang trái làm di chuyển theo hướng ngược lại, dẫn động tác dụng lực lên cùm moay-ơ làm cho bánh xe cầu trước rẽ phải Lúc bánh cầu sau quay theo chiều từ trái sang phải, làm di chuyển từ phải sang trái, dẫn động tác dụng lực lên cùm moay làm bánh xe sau đánh lái chiều với bánh trước Điều giúp xe di chuyển linh hoạt hơn, ổn định vào cua tốc độ cao Hình 4.19: Mô hai bánh xe chiều 75 Chương 5: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 5.1 Đánh giá kết Sau trình nghiên cứu thực đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống lái đa hướng” nhóm em nắm kiến thức mà hệ thống lái đa hướng đem lại nhóm hiểu thành phần chi tiết cụ thể để cấu tạo nên hệ thống lái đa hướng Đây đề tài thiết thực mang tính thực tế cao 5.1.1: Các kết đạt thời gian hoàn thành đồ án +Cơ hồn thành hồn chỉnh mơ hình mơ hệ thống lái đa hướng +Tiếp thu thêm kiến thức phần mềm mô phỏng, thiết kế chi tiết mơ hình mơ phỏng, phục vụ cho q trình hồn thành đồ án: Solidworks + Hiểu rõ khác biệt nguyên lý cấu tạo khác biệt hệ thống lái đa hướng 4WS hệ thống lái thông thường (2WS) + Các chi tiết mơ hình mơ hoạt động ổn định 5.1.2 Những thuận lợi khó khăn q trình hồn thành đề tài 5.1.2.1 Thuận lợi + Trong suốt trình thực đồ án, vấn đề khó khăn tài liệu tiến độ thầy TS.Nguyễn Phụ Thượng Lưu giải nhanh chóng + Đề tài dựa tảng hệ thống lái nên việc tìm kiếm tài liệu liên quan khơng q khó khăn 5.1.2.2 Khó khăn + Hạn chế mặt kiến thức kinh nghiệm + Trong thời gian thực đồ án gặp nhiều trở ngại dịch bệnh Covid-19 nên chưa thể thực mơ hình vật lý đề tài 76 + Khó khăn với việc tiếp cận với phần mềm mơ phỏng, chưa có kiến thức chuyên sâu phần mềm 5.2 Kết luận Mơ hình mơ nhóm chưa thu kết hồn tồn xác thơng số chức lái, bước đầu hoàn thành gần 70-80% vấn đề đặt mục đích nghiên cứu Trong tương lai có nghiên cứu chuyên sâu hệ thống 4WS (Four-Wheel Steering) trang bị rộng rãi dòng xe phổ thông 77 Tài liệu tham khảo [1] Đặng Quý Tính tốn thiết kế tơ Nhà xuất Đại học quốc gia, 2001 [2] PGS.TS Phạm Xuân Mai Lý thuyết ô tô NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2004 [3] PGS.TS Nguyễn Khắc Trai Kết cấu tơ Nhà xuất Bách Khóa -Hà Nội, 2009 [4] Nguyễn Hữu Cần, Dư Quốc Thịnh Lý thuyết ô tô máy kéo Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2007 [5] Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên Thiết kế tính tốn ơtơ- máy kéo (Tập 2) Nhà xuất ĐH &THCN - Hà Nội 2005 [6] Peter Herold and Markus Wallbrecher Steering Handbook Springer, 2016, pp: 493 [7] J Allwright, “Four Wheel Steering (4WS) on a Formula Student Racing Car” SAEA, vol 1, no 1, 2015 78 ... thuyết hệ thống lái bốn bánh, hiểu cấu tạo, nguyên lý hệ thống lái bốn bánh - Thiết kế tính tốn cấu điều khiển lái - Tính tốn, thiết kế hệ thống lái cấu lái đa hướng - Nghiên cứu, thiết kế chế tạo. .. nhược điểm hệ thống lái hai bánh (2WS) hệ thống lái bốn bánh (4WS) - Xây dựng hồn thiện mơ hình hệ thống lái đa hướng 4WS 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu lịch sử hình thành hệ thống lái - Tìm... cấu tạo, ngun lý hoạt động hệ thống lái bốn bánh, từ chế tạo mơ hình mơ để phục vụ cho đồ án tốt nghiệp 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước Cơng trình nghiên cứu hệ thống lái