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

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 CAM ĐOAN Nhóm chúng em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống lái đa hướng” cơng trình nghiên cứu nhóm em với hướng dẫn Thầy TS Nguyễn Phụ Thượng Lưu Các số liệu, hình ảnh, thơng tin đồ án trung thực nhóm em tìm hiểu, tham khảo từ nhiều nguồn tư liệu Đồ án không chép từ đồ án trước Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2021 (Ký tên ghi rõ họ tên) i 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 Cô 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 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 thông qua đầu ro-tuyn 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 môi trường Assembly nhấn OK Môi 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 Mô 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: Mơ 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 hoàn 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 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 chun 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 dịng xe phổ thơng 77 Tài liệu tham khảo [1] Đặng Q Tính tốn thiết kế ô tô Nhà xuất Đại học quốc gia, 2001 [2] PGS.TS Phạm Xuân Mai Lý thuyết ô tơ NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2004 [3] PGS.TS Nguyễn Khắc Trai Kết cấu ô 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