Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái không trục lái

BM01QT05ĐT KT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Minh Phú 1711250926 17 DOTB2 Đỗ Quang Trường 1711250295 17 DOTB2 Lê Hoàng Nguyên 1711251904 17 DOTB2 Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 202 ii LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô trong nhà trường Đại Học Công Ngh.

BM01/QT05/ĐT-KT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG LÁI KHƠNG TRỤC LÁI NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN PHỤ THƯỢNG LƯU Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Minh Phú 1711250926 17 DOTB2 Đỗ Quang Trường 1711250295 17 DOTB2 Lê Hoàng Nguyên 1711251904 17 DOTB2 Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng … năm 202 … LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn đến tồn thể q thầy nhà trường Đại Học Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh, quý thầy cô Viện Kỹ Thuật dạy dỗ truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt trình học tập trường Và sau thời gian tập trung nghiên cứu, tham khảo tài liệu, tính tốn, tìm hiểu thực tế kết hợp với kiến thức thu nhận qua năm giảng đường Cùng với nỗ lực cố gắng thân cịn giúp đỡ nhiệt tình thầy: TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu tập thể thầy giáo Viện kỹ thuật Hutech, nhóm chúng em hồn thành đồ án: “ Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống lái khơng trục lái” đủ khối lượng, tiến độ thời gian Vì điều kiện thời gian làm đồ án tốt nghiệp có hạn, trình độ kinh nghiệm chưa có nhiều chất lượng đồ án nhiều mặt hạn chế, cịn nhiều thiếu sót phần tính tốn kết cấu chưa hợp lý Chúng em kính mong có đóng góp ý kiến thầy để đồ án tốt nghiệp nhóm em hoàn chỉnh Em xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC Phiếu đăng kí tên đề tài đồ án tốt nghiệp Phiếu giao nhiệm vụ LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC HÌNH vi DANH SÁCH CÁC BẢNG ix LỜI NÓI ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Các kết đạt 1.7 Kết cấu đề tài Chương HỆ THỐNG LÁI KHÔNG TRỤC LÁI STEER-BY-WIRE 2.1 Phân loại hệ thống lái 2.2 Yêu cầu hệ thống lái 2.3 Các loại hệ thống lái 2.3.1 Hệ thống lái khí 2.3.2 Hệ thống lái có trợ lực iii 2.3.3 Hệ thống lái trợ lực thủy lực (Hydraulic Power Steering) 2.3.4 Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử 10 2.3.5 Hệ thống lái trợ lực điện 12 2.3.6 Hệ thống lái không trụ lái (Steer-by-wire) 13 2.4 Hệ thống lái không trụ lái Steer-by-wire 16 2.4.1 Cấu tạo hệ thống lái không trụ lái Steer-By-Wire (SBW) 16 2.4.2 Nguyên lý hoạt động 17 2.4.3 Cảm biến mô men xoắn tay lái 19 2.4.4 Động điện 20 2.4.5 Cơ cấu lái 21 2.4.6 Hộp điều khiển hệ thống lái Steer-By-Wire (ECU) 22 2.4.7 Một vài lưu ý trình sử dụng hệ thống lái không trụ lái 23 2.4.8 Quy trình bảo dưỡng hệ thống lái 23 2.4.9 Những hư hỏng thường gặp biện pháp khắc phục 24 Chương TÍNH TỐN THIẾT KẾ 28 3.1 Thông số xe Infiniti Q50 2013 28 3.2 Tính tốn kiểm nghiệm 28 3.2.1 Kiểm nghiệm động học hình thang lái 28 3.2.2 Tính tốn momen cản quay vịng 33 3.2.3 Tính bền hệ thống lái 36 3.2.4 Tính bền địn kéo ngang 40 3.2.5 Tính bền địn kéo dọc 42 iv 3.2.6 Tính bền nối bên 43 3.2.7 Tính bền khớp cầu 43 Chương QUY TRÌNH THIẾT KẾ 45 4.1 Mô mạch điện 45 4.1.1 Phần mềm mô mạch điện tử Proteus 45 4.1.2 Quy trình mô 46 4.2 Thiết kế vẽ 2D 3D 47 4.2.1 Phần mềm thiết kế Solidwork 47 4.2.2 Bản vẽ 2D 48 4.2.3 Bản vẽ 3D 54 4.2.4 Quy trình thiết kế 55 4.2.5 Mô 63 Chương ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 66 5.1 Đánh giá kết đạt 66 5.1.1 Kết đạt 66 5.1.2 Những vấn đề tồn đọng 67 5.2 Đóng góp ý kiến kết luận 68 5.2.1 Ý kiến đóng góp 68 5.2.2 Kết luận 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 PHỤ LỤC 71 v DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Hệ thống lái khí Hình 2.2: Hệ thống lái trợ lực thủy lực Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái trợ lực thủy lực .10 Hình 2.4: Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử 11 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử .11 Hình 2.6: Đặc tính trợ lực hệ thống lái trợ lực điện .13 Hình 2.7: Hệ thống lái khơng trụ lái 14 Hình 2.8: Hệ thống lái khơng trục lái tích hợp .15 Hình 2.9: Cơ cấu hệ thống lái Steer-by-wire 17 Hình 2.10: Sơ đồ hoạt động hệ thống lái Steer-by-wire .18 Hình 2.11: Cấu tạo cảm biến mơ men 19 Hình 2.12: Cảm biến mô men vành tay lái .20 Hình 2.13: Cấu tạo động điện chiều 21 Hình 2.14: Cơ cấu lái bánh trụ- .22 Hình 2.15: Cách bố trí hộp điều khiển xe 23 Hình 3.1: Sự quay vịng tơ .29 Hình 3.2: Sơ đồ hình thang lái xe chạy thẳng .30 Hình 3.3: Sơ đồ hình thang lái xe quay vịng 31 Hình 3.4: Các vị trí hình thang lái 32 Hình 3.5: Sơ đồ lực ngang tác dụng lên bánh xe quay vòng 34 vi Hình 3.6: Sơ đồ phân bố lực phanh .41 Hình 4.1: Sơ đồ mạch điện 46 Hình 4.2: Lưu đồ thuật tốn .47 Hình 4.3: Bản vẽ thiết kế mơ hình 49 Hình 4.4: Bánh 50 Hình 4.5: Thanh .51 Hình 4.6: Bản vẽ Motor sevor 52 Hình 4.7: Vơ lăng .53 Hình 4.8: Địn cam lái 54 Hình 4.9: Rô-tuyn .54 Hình 4.10: Bản vẽ 3D mơ hình 55 Hình 4.11: Hộp thoại mơi trường vẽ 56 Hình 4.12: Lệnh Sketch 56 Hình 4.13: ba mặt phẳng hình chiếu 57 Hình 4.14: Câu lệnh Corner Rectangle 57 Hình 4.15: Hộp thoại câu lệnh Boss-Extrude 58 Hình 4.16: Các câu lệnh vẽ đường thẳng 59 Hình 4.17: Các câu lệnh vẽ hình trịn 59 Hình 4.18: Hộp thoại Arc 60 Hình 4.19: Hộp thoại Revolve 60 Hình 4.20: Hộp thoại Boss-Extrude 61 Hình 4.21: Các câu lệnh dùng để đo chi tiết .61 Hình 4.22: Hộp thoại Design Library 62 vii Hình 4.23: Hộp thoại điều chỉnh thơng số bánh 63 Hình 4.24: Hộp thoại Motion Study 64 Hình 4.25: Hộp thoại Motor 64 Hình 4.26: Giao diện điều chỉnh thời gian hoạt động chi tiết .65 Hình 5.1: Mơ hình mơ hệ thống lái khơng trục lái 66 Hình 5.2: Sơ đồ mạch điện .67 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.1: Một vài hư hỏng, nguyên nhân, biện pháp khắc phục .24 Bảng 3.1: Các thông số tính tốn kiểm nghiệm .28 Bảng 3.2: Kết tính tốn góc δ 33 ix LỜI NĨI ĐẦU Trong năm gần đây, cơng nghệ, khoa học giới có nhiều phát triển mạnh mẽ với nhiều thành công bật hàng đầu tất lĩnh vực đời sống xã hội, đặc biệt ngành công nghệ, kỹ thuật ô tô Ngày chế tạo dịng xe khơng phương tiện di chuyển, vận tải mà cịn tác phẩm thể tiện nghi đại sang trọng Chúng ta tạo xe sang trọng đại, với tính an tồn tiện nghi trọng nghiên cứu phát triển nhằm tạo xe có êm an tồn điều khiển Hệ thống lái khơng trục lái Steer-by-wire xu hướng công nghệ phát triển hàng đầu xe ô tô Với cải tiến vài tính đem lại chắn năm hệ thống lái Steer-by-wire phổ biến rộng rãi thị trường Việc thực đề tài “ chế tạo mô hình hệ thống lái khơng trục lái (Steer-by-wire) đem lại cho chúng em hội tìm hiểu nghiên cứu hệ thống quan trọng xe ô tô Mặc dù nỗ lực thực đồ án tránh khỏi thiếu sót Vì nhóm em kính mong đóng góp thầy để đồ án hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Hình 4.15: Hộp thoại câu lệnh Boss-Extrude + Điều chỉnh chiều sâu Depth với mong muốn -Vẽ hình cầu + Trong hộp thoại Sketch chọn lệnh Line có cách vẽ thơng thường ta sẻ chọn Center Line sẻ có trung điểm đoạn thẳng 58 Hình 4.16: Các câu lệnh vẽ đường thẳng + Sau vẽ độ dài đường kính hình cầu + Chọn lệnh Arc chọn lệnh Point Arc (hình 4.17) Hình 4.17: Các câu lệnh vẽ hình trịn + Câu lệnh Point Arc cần chọn điểm để vẽ đường trịn điểm đường kính đường trịn, điểm thứ bán kính đường trịn 59 Hình 4.18: Hộp thoại Arc + Chọn hộp thoại Features sau chọn Revolved Boss/Base, xuất hộp thoại Revolve (hình 4.19) + Lưu ý dịng Axis of Revolution trục quay khối cấu Hình 4.19: Hộp thoại Revolve - Vẽ hình trụ + Ở hộp thoại Sketch chọn lệnh Circle, đỏ vẽ hình trịn với kích thước mong muốn Các lệnh vẽ hình trịn 60 + Chọn hộp thoại Features chọn Extruded Boss/Base Hình 4.20: Hộp thoại Boss-Extrude + Lưu ý dịng Depth chiều cao hình trụ khối - Lưu ý phần mềm SolidWork khác với Autocad, vẽ trước sau điều chỉnh kích thước sau lệnh Smart Dimension Hình 4.21: Các câu lệnh dùng để đo chi tiết - Vẽ bánh + Để vẽ bánh chọn chế độ làm việc Assembly 61 + Trong hộp thoại Design Library, chọn Toolbox chọn ANSI Metric ( tiêu chuẩn Mỹ hệ mét) Hình 4.22: Hộp thoại Design Library + Vào ô công cụ Gears, xuất bánh + Kéo từ ô Library vẽ + Chọn thông số theo mong muốn + Pressure Angle : góc áp lực + Face Width : độ dày mặt + Pitch High: độ cao + Length: độ dài + Show Teeth: số hiển thị + Number of teeth: số 62 Hình 4.23: Hộp thoại điều chỉnh thơng số bánh 4.2.5 Mô - Mơ chạy chương trình SolidWork - Sau vẽ hình ảnh 3D mơ hình tiếp tục thêm Motion vào để thực mô chuyển động - Chọn chế độ Motion Study, sau chọn lệnh Motor, chọn chi tiết cần chuyển động 63 Hình 4.24: Hộp thoại Motion Study -Trong hộp thoại câu lệnh Motor (hình 4.25) cần lưu ý: Hình 4.25: Hộp thoại Motor - Linear Motor: chuyển động dạng đường thẳng - Rotary Motor: chuyển động dạng quay - Motor Location: chi tiết cần chuyển động 64 - Reverse Direction: Hướng chuyển động - Motion: điều khiển khoản cách chyển động, tốc độ chuyển động, - Sau thêm chuyển động vào chi tiết ta tiến hành xếp thời gian hoạt động cách hợp lý, sử dụng nút lệnh Calculate để mơ hình chuyển động Hình 4.26: Giao diện điều chỉnh thời gian hoạt động chi tiết 65 Chương ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 5.1 Đánh giá kết đạt 5.1.1 Kết đạt Sau thời gian nghiên cứu thực đồ án nhóm em đạt nhiều kết khả quan Hệ thống đem lại nhiều ưu điểm giảm bớt hạn chế tồn đọng hệ thống lái cũ Đây kết mà nhóm chúng em đúc kết lại được: - Chế tạo mô hình mơ hệ thống lái khơng trục lái (hình5.1) Hình 5.1: Mơ hình mơ hệ thống lái khơng trục lái 66 - Hệ thống Steer-by-wire có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ cấu lái nhỏ thân có tác dụng dẫn động lái nên không cần ngang cấu lái khác - Mô mạch điện hệ thống lái không trục lái (hình 5.2) Hình 5.2: Sơ đồ mạch điện - Khi hệ thống điện xe gặp cố chưa thể khắc phục hệ thống Steer-by-wire bị vơ hiệu hóa cịn hệ thống lái phịng hờ cơ, bình thường hệ thống bị ngắt ly hợp hệ thống lái Steer-by-wire khơng thể hoạt động ly hợp mở đưa hệ thống vào hoạt động tránh tình trạng bị lái - Vì hệ thống điều khiển điện tử nên qua ổ gà hay mặt đường xấu, độ rung lắc khơng ảnh hưởng trực tiếp tới vơ lăng tạo cảm giác lái êm - Các bánh ăn khớp trực tiếp nên độ nhạy cao - Ma sát trượt lăn nhỏ kết hợp với truyền mômen tốt nên lực điều khiển vành lái nhẹ Cơ cấu lái bao kín hồn tồn nên phải bảo dưỡng 5.1.2 Những vấn đề tồn đọng Mặc dù hệ thống lái phát triển nhiều công nghệ tiên tiến dù hệ thống không tránh khỏi hạn chế cần khắc phục 67 - Cơ cấu lái hệ thống lái Steer-by-wire sử dụng xe có tải trọng nhỏ - Là hệ thống phát triển năm gần nên hệ thống lái khơng trục lái có nhiều cơng nghệ Chính điều dẫn đến việc chế tạo hệ thống lái không trục lái phức tạp tốn chi phí nhiều so với hệ thống lái truyền thống - Hệ thống lái Steer-by-wire vận hành theo cấu điều khiển điện tử nên việc vô lăng không ăn khớp trực tiếp với cấu lái đem lại hạn chế không tốt Người lái bị hạn chế cảm nhận phản hồi từ mặt đường, không nhận bánh xe có bị trượt mặt đường ướt hay không nhằm đưa xử lý kịp thời - Sử dụng hệ thống Steer-by-wire dễ gây cảm giác ỷ lại người lái vào hệ thống thông minh hỗ trợ hệ thống, lâu dài khiến người lái chủ quan hạn chế khả xử lí tình gặp vấn đề 5.2 Đóng góp ý kiến kết luận 5.2.1 Ý kiến đóng góp Với hệ thống lái điều khiển hồn tồn điện tử việc kết hợp phát triển công nghệ lái xe tự động cần thiết Đây lợi to lớn hệ thống lái Steer-by-wire đem lại mà hệ thống lái truyền thống mang lại Bên cạnh việc tập trung phát triển cơng nghệ hệ thống cần phải nâng cấp phần mềm sửa lỗi nhanh Vì hệ thống Steer-by-wire loại bỏ nhiều chi tiết khí thay vào hệ thống điện tử Có phần mềm phát sửa lỗi nhanh đem lại thiện cảm khách hàng Hiện hệ thống lái Steer-by-wire áp dụng xe tải trọng nhỏ điểm hạn chế cần khắc phục sớm để hệ thống lái Steer-by-wire áp dụng rộng rãi 5.2.2 Kết luận 68 Sau trình thực hồn thiện đồ án nhóm giải tầm 80% vấn đề đặt Mơ hình hệ thống lái nhóm chế tạo đáp ứng yêu cầu cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống lái Steer-by-wire thức Hệ thống lái Steer-by-wire hệ thống lái trang bị nhiều công nghệ tiên tiến xu hướng hàng đầu việc phát triển ngành chế tạo ô tô Trong vài năm tới hệ thống lái Steer-by-wire ngày phát triển ứng dụng rộng rãi lên nhiều dịng xe tô Việc thực đồ án giúp thành viên nhóm nâng cao kiến thức thân kinh nghiệm thực tế quý báu làm việc q trình hồn thiện đồ án 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh Lý thuyết ôtô máy kéo Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - Hà Nội 1996 [2] Phan Đình Kiên, Nguyễn Hữu Cẩn Thiết kế tính tốn ơtơ- máy kéo (Tập 2) Nhà xuất ĐH &THCN - Hà Nội 2005 [3] TS Hồng Đình Long Giáo trình kỹ thuật sửa chữa ôtô NXB Giáo Dục - Hà Nội 2008 [4] Nguyễn Trọng Hiệp Chi tiết máy (Tập 1,2) NXB Giáo dục - Hà Nội 2006 [5] M Harrer and P Pfeffer (eds.), Steering Handbook, DOI: 10.1007/9783-319-05449-0_18, © Springer International Publishing Switzerland 2017 70 PHỤ LỤC Code điều khiển: #include #define STEPS 90 // create an instance of the stepper class, specifying // the number of steps of the motor and the pins it's // attached to Stepper stepper(STEPS, 8, 9, 10, 11); // the previous reading from the analog input int previous = 0; void setup() { // set the speed of the motor to 30 RPMs stepper.setSpeed(150); } void loop() { 71 // get the sensor value int val = analogRead(0); int step=map(val, 0, 1023, 0, STEPS); // move a number of steps equal to the change in the // sensor reading stepper.step(step - previous); // remember the previous value of the sensor previous = step; } 72 ... 2.3.5 Hệ thống lái trợ lực điện 12 2.3.6 Hệ thống lái không trụ lái (Steer-by-wire) 13 2.4 Hệ thống lái không trụ lái Steer-by-wire 16 2.4.1 Cấu tạo hệ thống lái không trụ lái. .. cấp thiết đề tài Cũng hệ thống phanh, hệ thống treo,… hệ thống lái hệ thống đảm bảo an tồn cho tơ chuyển động an tồn, êm dịu Vì mà hệ thống lái ngày cải tiến, tiêu chuẩn thiết kế chế tạo hệ thống. .. loại theo kết cấu cấu lái: - Hệ thống lái cấu lái trục vít - lăn - Hệ thống lái cấu lái trục vít - cung - Hệ thống lái cấu lái bánh -  Phân loại theo số bánh dẫn hướng: - Hệ thống lái với bánh