4. Những thiếu sót và tồn tại Đồ án tốt nghiệp:
2.2. Sự phát triển của công cụ hộ trợ người khuyết tật chân
2.2.1. Công cụ hỗ trợ người khuyết tật chân được chia như sơ đồ sau:
Sơ đồ 2.1: Công cụ hỗ trợ người khuyết tật chân
2.2.2. Lịch sử phát triển:
Những chiếc xe lăn đầu tiên được phát minh năm 1595, được thiết kế dành cho vua Philip II của Tây Ban Nha bởi một nhà phát minh vô danh.
Năm 1655, Stenphen Farfler là một thợ sửa đồng hồ bị liệt 2 chân đã tạo nên một chiếc ghế tự đẩy đi trên ba bánh xe.
Vào năm 1783, John Dawson của thành phố Bath ở nước Anh đã phát minh ra chiếc xe lăn được đặt theo tên riêng của thành phố Bath. Dawson đã thiết kế 2 cái bánh thật lớn và thêm 2 cái bánh nhỏ kế bên. Chiếc xe lăn Bath được bán rộng rãi hơn tất cả những xe khác vào những năm đầu của thế kỉ 19.
Hình 2.1: Xe lăn đầu thế kỷ 19 (Nguồn: chưa rõ)
Vào năm 1869, quyền sáng chế xe lăn đã được công nhận và đã trình làng mô hình đầu tiên với bộ điều khiển bánh xe và những cái bánh nhỏ giúp điều khiển tốt hơn.
Công cụ hỗ trợ người khuyết tật
chân
Phương tiện đi
lại Xe lăn Xe điện
6
Vào những năm 1867-1875, những nhà phát minh đã đưa thêm những miếng cao su rỗng vào bánh xe tương tự sử dụng trong xe đạp trên vành kim loại.
Vào năm 1881, dụng cụ đẩy để tự đẩy về phía trước được phát minh.
Năm 1900, bánh xe căm đầu tiên được xuất hiện được sử dụng trong bánh xe. Năm 1916, bánh xe có motor đầu tiên được sản xuất ở Luân Đôn.
Năm 1932, kĩ sư Harry Jennings đã tạo nên bánh xe lăn thép hình ống. Đó chính là chiếc xe thép hình ống đầu tiên trên thế giới tương tự như xe được sử dụng ngày nay. Chiếc xe này được tạo nên dành cho người bạn của Jenny bị bệnh liệc cả hai chân
Herbert Everest.
Hình 2.2: Xe lăn do kỹ sư Harry Jennings chế tạo(Nguồn: chưa rõ)
Khoảng hơn 10 năm trở lại đây, nhiều dự án nghiên cứu xe lăn thông minh đã được các nhóm nghiên cứu trên thế giới thực hiện nhằm mục đích chế tạo ra loại xe lăn điều khiển tự động an toàn tiện dụng, góp phần giúp người khuyết tật và người già hòa nhập với cuộc sống cộng đồng dễ dàng hơn, từ đó giảm nhẹ gánh nặng cho xã hội. Xe lăn thông minh phải có giao tiếp thân thiện với người dùng, có khả năng trợ giúp hoạch định đường đi và tự động điều khiển giúp người sử dụng xe lăn không phải liên tục ra lệnh điều khiển trong quá trình di chuyển, có khả năng phát hiện và cảnh báo rủi ro trong quá trình di chuyển.
Một trong những hướng nghiên cứu xe lăn có khả năng vượt địa hình giúp người sử dụng có thể vượt các địa hình gồ ghề khó di chuyển.
2.3 Đặc điểm các loại xe điện cho người khuyết tật chân trên thế giới.
- Hiện nay xe lăn điện trên thế giới phát triển cực kỳ mạnh, mẫu mã rất đa dạng chủ yếu hướng tới tính tiện dụng nhất cho người khuyết tật.
7
Hầu hết các tính năng đi sâu vào trải nghiệm của người dùng rất được nhà sản xuất chú trọng.
- Có thể tạm thời chia ra làm 2 loại.
Loại 1: Xe lăn điện phù hợp với nhu cầu người đi lại bình thường, không gian sinh hoạt nhỏ.
Ví dụ: Chiếc xe A17 do Australia sản xuất chỉ có khối lượng 115kg, kích thước bình thường là 590mm x 850mm x 950mm nhưng khi gấp lại chỉ còn 330mm x 590mm x 750mm có thể nhét vừa vali phù hợp với nhu cầu đi lại cũng như vận chuyển.
Hình 2.3: Xe lăn điện A17 do Australia sản xuất (Nguồn: chưa rõ)
Loại 2: Đó là xe phù hợp với những người thường xuyên đi lại trên những địa hình khó khăn, điều kiện thời tiết không thuận lợi như mưa hay tuyết. Nhưng bù lại khối lượng xe lớn, cồng kềnh.
Ví dụ: Chiếc Hexhog của một nhóm kỹ sư người Anh chế tạo, xe có trọng lượng lên tới 275kg với 6 chiếc bánh xe, hệ thống khung xe được thiết kế đặc biệt với 6 bánh xe giúp cho xe di chuyển trên nhiều loại địa hình phức tạp.
8
Hình 2.4: Xe điện Hexhog Anh chế tạo (http://www.hexhog.com/)
Như vậy thấy được rằng các phương tiện di chuyển cho người nước ngoài rất được chú trọng và phát triển, phục vụ rất nhiều nhu cầu khác nhau cho người khuyết tật chân.
2.4. Đặc điểm các loại xe điện cho người khuyết tật chân ở Việt Nam.
- Mặt hàng xe điện dành cho người khuyết tật chân ở Việt Nam còn rất nhiều hạn chế về số lượng. Đa số người khuyết tật chân ở Việt Nam hiện nay vẫn đang sử dụng loại xe hoạt động bằng lực đẩy tay, xe điện hiện vẫn còn chưa được phổ biến về tính năng cũng như mức độ thông dụng.
- Ở Việt Nam cũng có thể tạm thời chia làm hai loại:
Loại 1: Hàng ngoại nhập.
- Loại này số lượng hàng ít, giá thành đắt, linh kiện phụ tùng khó thay thế, chưa hoàn toàn phù hợp với điều kiện kinh tế Việt Nam, khả năng di chuyển vẫn còn hạn chế với những con đường nhiều vật cản hay gồ ghế. Chủ yếu phục vụ nhu cầu sinh hoạt trong nhà.
Ví dụ: Chiếc xe 112A được nhập nguyên chiếc từ Anh, linh kiện thay thế còn khan hiếm.
9
Loại 2: Xe điện tự sản xuất:Loại này xuất hiện nhiều trên đường Việt Nam, được sản xuất bởi những cở sở hay xưởng cơ khí nhỏ lẻ, khả năng di chuyển linh hoạt, tầm hoạt động lớn, linh kiện thay thế dễ tìm trong nước nên rất dược ưa chuộng. Nhưng người khuyết tật chân vẫn cần người hộ trợ lên xe.
Hình 2.6. Xe điện trong nước tự sản xuất (Nguồn: chưa rõ)
2.5. Đặc điểm của xe điện cho người khuyết tật chân nhóm nghiên cứu chế tạo.
- Hệ thống dẫn động 2 bánh bằng xích và 2 bánh tự lựa, khung xe linh hoạt trong việc di chuyển trên đường bằng phẳng lẫn đường gồ ghề.
- Hệ thống ghế ngồi có thể nâng lên hạ xuống, phục vụ mục đích lên xuống đẽ dàng cho người khuyết tật chân.
10
CHƯƠNG 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1. Lý thuyết về hệ thống dẫn động trên ôtô:
Khitìm hiểu thông tin để mua một chiếc xe ô tô, chúng ta thường chú ý đến các thông số cơ bản như loại động cơ, công suất,mô-men xoắn, trang bị tiện nghi và an toàn.v.v... Tuy nhiên, có một thông số cũng quan trọng không kém mà chúng ta cần chú ý, đó chính là hệ thống dẫn động của chiếc xe. Trong phạm vi bài viết này, mình sẽ chia sẻ với các bạn những gì cơ bản & cụ thể nhất về hệ thống dẫn động trênxe hơi. Từ đó, các bạn có thể cân nhắc và so sánh với nhu cầu công việc, sở thích và điều kiện kinh tế của mình để lựa chọn được chiếc xe phù hợp nhất.
Động cơ chính là nơi sinh ra hai thông số quan trọng nhất tượng trưng cho "sức mạnh" của chiếc xe: công suất và mô-men xoắn. Mình đã chia sẻ với các bạn về sự khác nhau của 2 thông số này trong một bài viết gần đây. Để có thể truyền sức mạnh này tới các bánh xe và làm cho chúng quay, chiếc xe cần phải có một cơ cấu để dẫn động từ điểm đầu là động cơ cho đến điểm cuối là các bánh xe. Tuy nhiên, không phải tất cả các bánh xe đều nhận được mô-men xoắn một cách đồng thời hoặc một "lượng" như nhau trong cùng một thời điểm. Vấn đề này không hề đơn giản, tùy thuộc yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu sử dụng của từng loại xe mà người ta chế tạo ra những phương pháp truyền động khác nhau.
Xét một cách tổng quát, hiện nay có 4 cơ cấu dẫn động cơ bản nhất bao gồm: FWD (Front-Wheel Drive) là hệ thống dẫn động cầu trước, tức là 2 bánh trước sẽ trực tiếp nhận được "lực" truyền từ động cơ. Hai bánh trước sẽ chủ động quay và "kéo" 2 bánh sau lăn theo.
RWD (Rear-Wheel Drive) là hệ dẫn động cầu sau. Hoạt động của hệ thống này tương tự như FWD nhưng lần này là 2 bánh sau quay và "đẩy" 2 bánh trước lăn theo.
AWD (All-Wheel Drive) là hệ dẫn động 4 bánh toàn thời gian. Chúng ta có thể hiểu nôm na là tất cả 4 bánh xe luôn luôn nhận được "lực" truyền từ động cơ xe. Mình sẽ phân tích chi tiết hơn về hệ thống dẫn động này trong phần sau.
4WD (4-Wheels Drive) cũng là hệ dẫn động 4 bánh nhưng là loại bán thời gian. Các bạn có thể tưởng tượng là chiếc xe trang bị hệ thống dẫn động này có thể "quay" được cả 4 bánh cùng lúc hoặc chỉ 2 bánh tùy vào lựa chọn của người lái thông qua một cơ cấu "gài cầu" bên trong xe.
Mỗi hệ dẫn động cầu trước, cầu sau, 4WD và AWD đều có ưu điểm và nhược điểm riêng. Tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng mà các hãng sản xuất sẽ trang bị một hệ dẫn động thích hợp cho chiếc xe. Chẳng hạn xe địa hình thì thường có hệ thống dẫn động 4 bánh; xe đua, xe thể thao thì thường được trang bị hệ dẫn động cầu sau, còn hệ dẫn động cầu trước thì lại hay được áp dụng lên các loại sedan gia đình.v.v... Sau đây, mình sẽ phân tích cấu tạo cơ bản, tác dụng và ưu-nhược điểm của từng loại hệ thống dẫn động để các bạn có thể hình dung và nắm được bản chất của nó.
3.1.1. Hệ thống dẫn động cầu trước (FWD)
Đa số các mẫu xe ngày nay đều được trang bị hệ thống dẫn động phổ biến này. Vào những năm đầu thế kỷ 20, kiểu dẫn động cầu trước (FWD) là thuộc loại "hàng hiếm" vì đa số các loại xe đều được trang bị hệ thống dẫn động cầu sau (RWD). Nhưng ở thời
11
điểm hiện tại, kiểu dẫn động FWD lại được trang bị trên khoảng 70% số xe mới xuất xưởng. Nguyên nhân chính nằm ở chỗ các xe hiện đại đều có động cơ đặt trước thay vì đặt sau như trước kia. Vì vậy, để loại bỏ cơ cấu truyền động từ trước ra sau vốn dĩ hơi "lằng nhằng" và tiêu hao nhiều năng lượng, ý tưởng truyền "lực" tới ngay bánh trước là giải pháp khả thi nhất.
Hình 3.1: Cơ cấu lái và dẫn động trên trục trước của một chiếc xe FWD (Nguồn: Chưa rõ)
Áp dụng kiểu dẫn động cầu trước đồng nghĩa với việc các nhà sản xuất có thể giảm bớt các chi tiết cấu thành, giúp hạ thấp chi phí sản xuất, khối lượng xe cũng giảm đi khiến cho chiếc xe "uống" ít xăng hơn. Do thiết kế của kiểu dẫn động cầu trước này không cần phải có trục truyền động và cầu trục sau nên toàn bộ cơ cấu truyền động và hệ thống vi sai có thể được bố trí trong cùng một khối gọn gàng và đơn giản. Cấu trúc này giúp nhà sản xuất dễ bố trí các hệ thống phụ trợ như hệ thống treo, hệ thống phanh, đường dẫn nhiên liệu, hệ thống xả thải.v.v...
Một lợi thế khác của loại FWD chính là không gian nội thất có thiết kế rộng rãi hơn. Vì không cần phải có những hốc lớn trên khung xe để bố trí các kết cấu cơ khí truyền động nên nhà sản xuất có thể dễ dàng bố trí không gian nội thất. Ví dụ như nội thất bên
12
trong mẫu sedan Honda Civic hiện thời, chúng ta có thể thấy hàng ghế ngồi phía sau khá thoải mái nhờ sàn xe bằng phẳng và không hề có chỗ gồ ghề, cho dù nó chỉ là một chiếc xe nhỏ. Thêm vào đó, một chiếc xe FWD chắc chắn sẽ không có vi sai cầu sau nên thể tích khoang hành lý sẽ được tăng lên đáng kể. Chúng ta có thể thấy rằng những loại xe thường được trang bị hệ thống dẫn động cầu trước là các loại sedan cỡ nhỏ, cỡ trung, các loại xe mini, xe điện... thậm chí là cả những chiếc sedan cỡ lớn, Crossover và SUV. Do yêu cầu tiết kiệm nhiên và giảm giá thành nên hầu hết các phân khúc xe ngày nay đều có phiên bản dẫn động cầu trước để đáp ứng nhu cầu của mọi đối tượng khách hàng.
Hình 3.2: Các mẫu sedan cỡ nhỏ & cỡ trung thường là loại FWD (Nguồn: Chưa rõ)
Tuy nhiên, ngoài những ưu điểm kể trên, hệ dẫn động cầu trước có một số nhược điểm liên quan tới tính năng vận hành của xe. Đầu tiên, do sự phân bố trọng lượng tập trung nhiều hơn vào phần đầu xe, một chiếc xe trang bị hệ dẫn động cầu trước khó có thể tăng tốc nhanh và luôn thất thế so với xe dẫn động cầu sau trên các đoạn đường thẳng. Do trọng lượng dồn về phía trước nhiều hơn khiến phần đuôi trở nên nhẹ hẳn nên việc điều khiển một chiếc xe sử dụng hệ thống FWD rất dễ bị hiện tượng "oversteer" hay còn gọi là "mất lái" khi vào cua, nghĩa là bánh sau sẽ dễ bị trượt và không còn ma sát với mặt đường, nhất là trong điều kiện mặt đường trơn trượt.
Nhược điểm cuối cùng là cho dù hệ thống FWD tỏ ra hết sức "thực dụng" nhưng thiết kế của chúng lại mâu thuẫn với tính "thực tế" của một chiếc xe hơi. Tại sao chiếc xe của bạn đi bằng 4 bánh nhưng lại dồn tất cả các nhiệm vụ định hướng, phanh, chịu tải, tăng tốc... lên mỗi hai bánh trước...??? Trong một chiếc xe dẫn động cầu trước, trục bánh
13
trước luôn có cấu tạo khá phức tạp và phải đảm trách quá nhiều nhiệm vụ. Trong khi đó lốp xe thì có tuổi thọ giới hạn, các lực ma sát sinh ra do dẫn động, định hướng, giảm tốc và chịu tải đều dồn lên các bánh trước khiến chúng hao mòn nhanh, kéo theo sự suy giảm hiệu suất hoạt động và tính an toàn. Trong khi đó, các lốp phía sau lại chịu tải trọng nhẹ hơn, chúng hầu như chỉ làm mỗi nhiệm vụ "nâng đỡ" và lăn theo chiếc xe. Tuy nhiên, với trình độ khoa học & kỹ thuật phát triển mạnh mẽ như ngày nay, những nhược điểm trên đã dần được khắc phục, cho dù có thể là chưa triệt để, nhằm đáp ứng hai nhu cầu rất lớn của người tiêu dùng cũng như là của nhà sản xuất - đó cũng chính là hai ưu điểm lớn nhất của hệ thống dẫn động cầu trước FWD: tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu chi phí sản xuất.
3.1.2. Hệ thống dẫn động cầu sau (RWD)
Hình 3.3: Subaru BRZ là mẫu xe thể thao với hệ dẫn động cầu sau tiêu biểu (Nguồn: Chưa rõ)
Như mình đã phân tích ở trên, những nhược điểm của hệ dẫn động bánh trước FWD lại chính là ưu điểm của hệ thống dẫn động bánh sau RWD. Khi càng có nhiều kết cấu cơ khí được chuyển từ phía trước ra đằng sau, chiếc xe sẽ có được sự cân bằng trọng lượng tốt hơn, dẫn đến khả năng vận hành ổn định hơn. Ngoài cái "lợi" về phân bố đều trọng lượng trên các trục, việc giải phóng các bánh trước khỏi hệ truyền động giúp nó tự do hơn trong nhiệm vụ dẫn hướng và chắc chắn nó sẽ có góc "bẻ lái" rộng hơn. Cảm giác điều khiển vô-lăng của tài xế cũng sẽ êm dịu, "thật tay" và đầm hơn. Cấu trúc trục trước trên những chiếc xe RWD đơn giản hơn cũng sẽ giúp các chi tiết cơ khí, hệ thống phanh và hệ thống treo trên xe có tuổi thọ và độ bền cao hơn.
14
Một đặc tính quan trọng nữa là thiết kế chủ động "quay" của bánh sau sẽ cung cấp lực "đẩy" thay vì lực "kéo", vì vậy khi xe tăng tốc thì quán tính nghỉ sẽ dồn năng lượng của nó về phía sau nhiều hơn, do đó nó sẽ làm tăng khả năng bám đường của các bánh dẫn động. Như vậy, đối với các loại xe thường xuyên phải tăng-giảm tốc nhanh chóng thì thiết kế bánh sau chủ động tỏ ra rất hiệu quả. Đây cũng là lý do người ta sử dụng thiết kế RWD cho những chiếc xe thể thao hay xe đua tốc độ. Toyota FT-86 và Subaru BRZ