Sơ đồ hình thang lái khi xe đi thẳng

Từ sơ đồ hình tháng lái trên hình ta có thể tính được mối quan hệ giữa các thơng số theo các biểu thức sau:

𝑋 = 𝐵 − 2. (𝑚 cos 𝜃 + 𝑝. cos 𝛾) (3.11)

Trong đó: sin 𝛾 = (𝑦 − 𝑚. sin 𝜃)/𝑝 (3.12)

=> cos 𝛾 = √1 − 𝑠𝑖𝑛2𝛾 = 1

𝑝. √𝑝2− (𝑦 − 𝑚. sin 𝜃)2 (3.13) Thay vào (3.13) ta được:

51

Trường hợp khi xe quay vịng:

Hình 3.4: Sơ đồ hình thang lái khi xe quay vịng

Từ sơ đồ dẫn động trên hình ta có mối quan hệ của các thơng số theo quan hệ sau : 𝐴𝐵 = 𝐵 − [𝑚. cos(𝜃 − 𝛽) + 𝑝. cos 𝛾 + 𝑋] (3.14)

Mà: cos 𝛾 = 1

𝑝. √𝑝2− [𝑦 − 𝑚. sin( 𝜃 − 𝛽)]2 (3.15) Từ quan hệ hình học trong tam giác ACD ta có:

𝐴𝐶2 = 𝐴𝐷2+ 𝐶𝐷2 = 𝐴𝐷2+ 𝑦2 (3.16)

𝐵𝐶2 = 𝐴𝐶2+ 𝐴𝐵2− 2. 𝐴𝐵. 𝐴𝐶. cos 𝜓 (3.17) Thay vào biểu thức trên ta có:

cos 𝜓 =𝐴𝐶

2+ 𝐴𝐵2− 𝐵𝐶2 2. 𝐴𝐵. 𝐴𝐶 =

𝑦2+ 𝑚2− 𝑝2+ 𝐴𝐷2 2. 𝑚. √𝐴𝐷2 + 𝑦2

Suy ra: 𝜓 = arccos 𝑦2+𝑚2−𝑝2+𝐴𝐷2

2.𝑚.√𝐴𝐷2+𝑦2 (3.18)

Từ mối quan hệ hình học trong tam giác ACD ta có:

𝑡𝑔𝜑 = 𝐶𝐷 𝐴𝐷 = 𝑦 𝐴𝐷=> 𝜑 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 𝑦 𝐴𝐷 (3.19) Mặt khác: 𝜃 + 𝛼 = 𝜓 + 𝜑 (3.20) 𝛼 = 𝜓 + 𝜑 − 𝜃 (3.21)

52

Từ (3.18) và (3.19) thay vào (3.21) ta có biểu thức:

         2 2 2 2 2 2 . . 2 arccos y AD m AD p m y AD y arctg [1]

3.1.3 Động lực học quay vòng của hệ thống lái 4WS

- Khi xe vào đường vòng, để đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vng góc với các vecter vận tốc chuyển động của tất cả các bánh xe phải gặp nhau tại điểm O hay nói cách khác đường kéo dài của các trục bánh xe phải cắt nhau tại điểm O. Điểm O gọi là tâm quay vòng tức thời của xe.

3.1.3.1 Hai bánh quay cùng chiều.

53

Hình 3.6: Mơ hình thơng số khi xe quay vòng hai bánh quay cùng chiều

- Từ hình 3.5 và hình 3.6 ta có thể suy ra điều kiện để xe khơng bị trượt khi quay vịng là:

cotδof - cotδif = wf

L - wr

L ∙cotδof − cotδif

cotδor − cotδir (3.22) - Các phương trình của hệ thống lái bốn bánh được minh họa qua hình :

tanδif = c1 R1− (wf 2) (3.23) tanδof = c1 R1+ (wf 2) (3.24) Khi bỏ R1 thì phương trình sẽ là: 𝑅1 =1 2𝑤𝑓+ 𝑐1 𝑡𝑎𝑛𝛿𝑖𝑓 (3.25) 𝑅1 = −1 2𝑤𝑓 + 𝑐1 𝑡𝑎𝑛𝛿𝑜𝑓 (3.26)

54

Suy ra : cotδof - cotδif = wf

c1 (3.27) tanδir = c2 R1− (wr2) (3.28) tanδor = c2 R1+ (wr2) (3.29) Tương tự, chúng ta bỏ R1 thì phương trình sẽ là: 𝑅1 =1 2 + 𝑐2 𝑡𝑎𝑛𝛿𝑖𝑟 (3.30) 𝑅1 = −1 2 + 𝑐2 𝑡𝑎𝑛𝛿𝑜𝑟 (3.31)

Suy ra : cotδor - cotδir = wr

c2 (3.32) Mà: c1 = wf cotδof − cotδif (3.33) c2= wr cotδor − cotδir (3.34) Nên: c1− c2 = L (3.35)

Thay công thức (3.33), (3.34) vào công thức (3.35):

wf

cotδof − cotδif - wr

cotδor − cotδir =L (3.36)

- Từ đó ta có thể tính tốn được bán kính quay vịng của xe trong trường hợp hai bánh xe quay cùng chiều với nhau:

55

3.1.3.2 Hai bánh quay ngược chiều

- δif và δof là các góc lái của bánh xe bên trong và bên ngồi phía trước, δir và δor

là những góc lái của bánh sau bên trong và bên ngoài, và l là chiều dài cơ sở của xe, a1 là khoảng cách từ trục trước đến trọng tâm của xe, a2 là khoảng cách từ trục sau đến trọng tâm của xe.

56

Hình 3.8: Mơ hình thơng số khi xe quay vịng hai bánh quay ngược chiều

- Từ hình 3.7 và hình 3.8 ta có thể suy ra điều kiện để xe khơng bị trượt khi quay vòng là:

cotδof - cotδif = wf

L - wr

L ∙cotδof − cotδif

cotδor − cotδir (3.38) - Các phương trình của hệ thống lái bốn bánh được minh họa qua hình :

tanδif = c1 R1− (𝑤𝑓 2) (3.39) tanδof = c1 R1+ (𝑤𝑓 2 ) (3.40) Khi bỏ R1 thì phương trình sẽ là: 𝑅1 =1 2𝑤𝑓+ 𝑐1 𝑡𝑎𝑛𝛿𝑖𝑓 (3.41) 𝑅1 = −1 2𝑤𝑓 + 𝑐1 𝑡𝑎𝑛𝛿𝑜𝑓 (3.42)

57

Suy ra: cotδof - cotδif = wf

c1 (3.43) tanδir = c2 R1− (wr2) (3.44) tanδor = c2 R1+ (wr2) (3.45) Tương tự ta loại bỏ R1: 𝑅1 =1 2𝑤𝑟+ 𝑐2 𝑡𝑎𝑛𝛿𝑖𝑟 (3.46) 𝑅1 = −1 2𝑤𝑟 + 𝑐2 𝑡𝑎𝑛𝛿𝑜𝑟 (3.47)

Suy ra: cotδor - cotδir = wr

c2 (3.48) Mà: c1= wf cotδof − cotδif (3.49) c2= wr cotδor − cotδir (3.50) Nên: c1− c2 = L (3.51)

58 wf

cotδof − cotδif -

wr

cotδor − cotδir = L (3.52)

- Từ đó ta có thể suy ra cơng thức tính bán kính quay vịng trong trường hợp hai bánh xe quay ngược chiều với nhau.

R = √(a2+ c2)2+ c12cot2δf (3.53)

- Sau khi xét hai trường hợp hai bánh xe quay cùng chiều và hai bánh xe quay ngược chiều ta có thể rút ra được các phương trình chung cho cả hai hệ là:

c1 – c2 = L (3.54)

c1 = wf

cotδof − cotδif (3.55)

c2 = wr

59

Chương 4:

QUY TRÌNH THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG

4.1 Mô phỏng hệ thống lái bằng phần mềm Solidworks 4.1.1 Lịch sử hình thành 4.1.1 Lịch sử hình thành

- Tổng công ty Solidworks được thành lập vào tháng 12/1993 bởi Viện Công nghệ Massachusetts của Jon Hirschtick. Hirschtick. Ban đầu cơng ty có trụ sở tại Waltham, Massachusetts, Hoa Kỳ, Hirschtick tuyển dụng một đội ngũ kỹ sư với mục tiêu xây dựng phần mềm CAD 3D mà dễ sử dụng, giá cả phải chăng, và chạy trên nền Windows. Hoạt động sau từ Concord, Massachusetts, Solidworks phát hành sản phẩm đầu tiên của mình Solidworks 95 vào năm 1995. Năm 1997, Dassault nổi tiếng với phần mềm CATIA CAD. Từ đó đên nay, Solidworks ngày càng phát triển, trải qua 26 phiên bản và cho đến nay SolidWorks được đánh giá là phần mềm phổ biến nhất hiện nay.

4.1.2 Giới thiệu phần mềm SolidWorks.

- SolidWorks là phần mềm thiết kế 3D chạy trên hệ điều hành Windows và có mặt từ năm 1997, và được tạo bởi cơng ty Dassault Systèmes SolidWorks Corp., một công ty con của Dassault Systèmes, S. A. Hiện tại, hơn 2 triệu kỹ sư và nhà thiết kế với hơn 165,000 cơng ty trên tồn thế giới đang dùng SolidWorks.

4.1.3 Tính năng trên SolidWorks.

- Khả năng thiết kế mơ hình 3D hồn hảo. - Tính năng lắp ráp các chi tiết.

- Xuất bản vẽ trên phần mềm SolidWorks. - Tính năng gia cơng trên SolidWorks.

60

- Phân tích động lực học.

4.1.4 Thiết kế khung xe

- Chúng ta có thể tạo 1 file mới bằng 4 cách sau: 1. Nhấp vào New Document tại thanh Task Pane 2. Nhấp vào New tại thanh Menu Bar

3 Để chuột vào mũi tên trên thanh Menu, rồi nhấp vào File  New. 4. Nhấn tổ hợp phím Ctrl+N.

- Sau khi mở 1 File mới, hộp thoại New SolidWorks Document hiển thị. Trong phần New SolidWorks Document có 3 phần: Mơi trường Part dùng để tạo mơ hình, mơi trường Assembly dùng để tạo khối lắp và môi trường Drawing để tạo bản vẽ.

61

- Sau khi ấn vào mơi trường Drawing thì nó sẽ hiển thị bảng Sheet Format/Size để chúng ta chọn khổ giấy. Ở đây mình sẽ chọn khổ A4 và nhấn OK

Hình 4.2: Bảng Sheet Format/Size

- Tiếp theo là vẽ khung tên ta dùng Corner Rectangle đễ vẽ hình chữ nhật.

62

- Ta dùng lệnh Line để vẽ các đường thẳng và ngang trong khung tên. Sau đó dùng lệnh Smart Dimention để đo kích thước bằng cách kích chuột vào điểm bắt đầu và điểm kết thúc, sau đó kéo chuột là nó sẽ hiển thị kích thước.

Hình 4.4: Kích thước tiêu chuẩn của khung tên

-Sau khi vẽ xong, tiến hành xuất bản vẽ bằng cách nhấn Ctrl + P, chọn Page Setup và chọn size khổ giấy A4 sau đó chọn Landscape để khổ giấy nằm ngang và nhấn OK, lưu File dưới dạng PDF.

63

Hình 4.6: Bản vẽ khung xe

4.1.5 Thiết kế các chi tiết

Để thiết kế một chi tiết, ta chọn FileNew hoặc nhấn tổ hợp phím Ctrl + N để mở một File mới. Sau đó ta chọn mơi trường Part để vẽ, khi vào trong môi trường Part ta chọn Sketch để vẽ. Trong Sketch thì có 3 mặt phẳng (Top Plane, Front Plane, Right Plane), ta chọn một mặt phẳng để vẽ. Ta dùng các lệnh Line để vẽ các đường thằng, dùng lệnh Circle để vẽ đường trịn, sau đó dùng lệnh Extruded Boss/Base để dựng hình. Sau khi vẽ xong, ta tiến hành đo kích thước và xuất bản vẽ bằng cách nhấn Ctrl + P, chọn Page Setup và chọn size khổ giấy A4 tích vào mục Landscape để khổ giấy nằm ngang và chọn OK

64

Hình 4.7: Bản vẽ chi tiết cùm moay-ơ

Moay-ơ là một bộ phận trong hệ thống bánh xe của ô tô, nó liên kết với bánh xe để chiếc

xe có thể hoạt động một cách tốt nhất. Vịng bi moay-ơ giúp liên kết bánh xe với moay- ơ, giúp bánh xe có thể liên kết với khung xe. Vai trò của moay-ơ là giữ cân bằng cho xe, để xe có thể di chuyển một cách êm ái và an toàn hơn.

65

Thanh răng liên kết trực tiếp với bánh răng và 2 đầu thanh răng nối với thanh dẫn động. Có chức năng chính chuyển đổi chuyển động xoay của bánh răng thành chuyển động thẳng, tăng khả năng giảm tốc, ổn định góc quay vơ lăng.

66

Hình 4.9: Bản vẽ thanh dẫn động

Thanh dẫn động được nối tại các đầu thanh răng ở trên trục quay, cơ cấu thanh răng trục vít khi đó sẽ biến đổi chuyển động quay của vô lăng để tạo thành chuyển động tịnh tiến cần thiết giúp làm xoay góc bánh xe khi đánh lái vào cua. Cơ cấu hình học của các thanh dẫn động lái sẽ giúp cho các bánh xe phía bên trong quay nhiều hơn so với các bánh xe phía ngồi.

67

Hình 4.10: Bản vẽ bánh răng

Bánh răng có hình trịn sẽ được nối trực tiếp với trục tay lái, khi xoay vơ lăng thì sẽ khiến bánh răng được quay, kéo theo đó chính là thanh răng. Thanh nối ở các đầu răng được gắn trực tiếp với cánh tay đòn trục xoay. Giúp chuyển đổi việc chuyển động của vành tay lái sang chuyển động thẳng để điều chỉnh hướng xe đi, giảm tốc, tăng thêm lực giúp bánh xe chuyển hướng một cách dễ dàng và chính xác nhất.

68

Hinh 4.11 Bản vẽ ro-tuyn lái

Ro-tuyn lái bao gồm ro-tuyn lái trong và ro-tuyn lái ngoài. Ro-tuyn lái trong được ví như

cánh tay địn và được thiết kế có 1 đầu ro-tuyn cơ động có thể xoay trịn để gắn thước lái, đầu còn lại ro-tuyn lái ngoài gắn vào ngỗng moay-ơ, là bộ phận tác động và dẫn hướng cho bánh xe và có thể chuyển động linh hoạt, êm ái do bên ngồi có một lớp cao

su bảo vệ trục khớp bên trong ro-tuyn.

Sau khi nhận được truyền động mà rotuyn lái trong chuyển tới, ro-tuyn lái ngoài sẽ biến thành các cử động điều khiển ngỗng moay-ơ thơng qua đầu ro-tuyn cịn lại gắn vào moay-ơ. Ro-tuyn lái ngồi và ro-tuyn lái trong của xe ơ tơ có sự liên kết chặt chẽ để cả hệ thống vận hành một cách trơn tru, giúp bánh xe dễ dàng chuyển hướng theo ý muốn.

69

4.1.6 Lắp ráp các chi tiết

- Đầu tiên chúng ta mở một File mới bằng cách ấn Ctrl + N, sau đó chọn mơi trường

Assembly và nhấn OK. Môi trường Assembly là môi trường lắp ghép các chi tiết lại với nhau.

Hình 4.12: Mơi trường Assembly Trong mơi trường Assembly này có các mối lắp ghép: Trong mơi trường Assembly này có các mối lắp ghép:

 Coincident: Cho phép 2 mặt phẳng tiếp xúc với nhau.

 Parallel: Cho phép ghép hai mặt phẳng song song và cách nhau một khoảng d.

 Perpendicular: Cho phép ghép hai mặt phẳng vng góc với nhau.

 Tangent: Cho phép ghép hai bề mặt tiếp xúc với nhau.

70

Hình 4.13: Các mối ghép trong SolidWorks

- Sau đó ta chọn các File chi tiết lắp ghép có sẵn bằng cách ấn Browse và chọn các File chi tiết và chúng ta có thể chọn nhiều chi tiết bằng cách ấn giữ Ctrl và chọn các chi tiết sau đó OK.

71

- Để di chuyển các đối tượng ta ấn chuột vào đối tượng tới điểm cần lắp ghép, sau đó 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 đó chọn các mối lắp ghép Concentic để cho phép hai mặt tròn tiếp xúc với nhau, thực hiện tương tự với 3 chi tiết còn lại. Sau khi lắp xong moay-ơ vào khung xe, ta lấy tiếp các chi tiết tiếp theo để thực hiện 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 ra môi trường Assembly. Tiếp theo là lắp thanh răng vào khung xe, ta chọn Matechọn mối ghép Tangent để cho mặt lưng của thanh răng tiếp xúc với bề mặt của khung xe. Sau khi hai mặt phẳng tiếp xúc với nhau, chọn Matechọn phần mặt dưới của thanh răng để tiếp xúc với phần khung xe để chúng ghép lại với nhau. Sau khi lắp xong thanh răng, ta bắt đầu cho bánh răng ăn khớp với thanh răng bằng cách chọn MateMechanicalRack Pinion và chọn mặt tiếp xúc của bánh răng và thanh răng.

72

Hình 4.16: Lắp thanh răng, bánh răng và thanh 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 3 bánh xe còn 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 và moay ơ cho chúng đồng tâm và ghép lại với nhaunhấn vào dấu tích xanh để xác nhận thoát khỏi lệnh Mate. Sau khi lắp ghép xong, ta tiến hành xuất File mơ hình bằng cách: Nhấn Ctrl+P Chọn Page Setup Chọn khổ giấy A4 và nhấn OK Tiến hành lưu File.

73

74

4.1.7 Mô phỏng hệ thống lái bốn bánh

- Khi xe di chuyển ở tốc độ thấp, bánh răng của cầu trước xoay chiều từ phải sang trái, làm cho thanh răng di chuyển từ trái sang phải, làm thanh dẫn động di chuyển từ trái sang phải, tác dụng lực lên cùm moay-ơ làm cho 2 bánh xe trước rẻ sang phải. Lúc này bánh răng ở cầu sau quay theo chiều từ phải sang trái, làm thanh răng di chuyển theo hướng ngược lại. Lúc này thanh dẫn động di chuyển từ trái sang phải và tác dụng lực lên cùm moay-ơ làm cho hai bánh xe sau ngược chiều với bánh xe trước. Điều này giúp cho việc đậu xe dễ dàng hơn và làm giảm bán kính quay vòng của xe.

75

- Khi xe di chuyển tốc độ cao, người lái đánh vô lăng sang phải, bánh răng của cầu trước quay theo chiều từ phải sang trái làm thanh răng di chuyển theo hướng ngược lại, thanh dẫn động tác dụng lực lên cùm moay-ơ làm cho 2 bánh xe cầu trước rẽ phải. Lúc đó bánh răng cầu sau quay theo chiều từ trái sang phải, làm thanh răng di chuyển từ phải sang trái, thanh dẫn động tác dụng lực lên cùm moay ơ làm 2 bánh xe sau đánh lái cùng chiều với bánh trước. Điều này giúp xe di chuyển linh hoạt hơn, ổn định khi vào cua ở tốc độ cao.

76

Chương 5:

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN

5.1 Đánh giá kết quả

Sau quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Nghiên cứu thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống lái đa hướng” thì cơ bản nhóm em đã nắm được những kiến thức mà hệ thống lái đa hướng đem lại và nhóm đã hiểu được những thành phần chi tiết cụ thể để cấu tạo nên hệ thống lái đa hướng. Đây là một đề tài thiết thực mang tính thực