Nghiên cứu, thiết kế và lắp đặt cơ cấu lái cho xe điện mô hình | Thuyết minh đề tài nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2023 Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO THUYẾT MINH ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NĂM 2023
1. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu, thiết kế và lắp đặt cơ cấu lái cho xe 2. MÃ SỐ điện mô hình. SV2023-87 3. LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 4. LOẠI HÌNH NGHIÊN CỨU Tự Xã Giáo Kỹ Nông Y dược Môi Cơ bản Ứng Triển nhiên hội dục thuật Lâm-Ngư trường dụng khai nhân văn
5. THỜI GIAN THỰC HIỆN: 12 tháng 6. CƠ QUAN CHỦ TRÌ
Khoa/Bộ môn trực thuộc: Khoa Đào tạo Chất lượng cao/ Khung gầm
7. SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Họ và tên : Du Thành Vinh Mã số SV: 20145020 Điện thoại : 0942416517
E-mail: 20145020@student.hcmute.edu.vn GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên GVHD: ThS. Nguyễn Thành Tuyên Email: tuyentt@hcmute.edu.vn
8. NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI (NẾU CÓ) Họ và tên MSSV Điện thoại, email Ký tên Nguyễn Hoàng Tiến 20145440 0796979046 20145440@student.hcmute.edu.vn Lê Đức Chính 20145403 0916357793 20145403@student.hcmute.edu.vn
Võ Ngọc Khôi Nguyên 20145015 0889288879 20145015@student.hcmute.edu.vn
9. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC A. Trong nước:
Hiện nay, đã có rất nhiều nghiên cứu của sinh viên liên quan đến việc nghiên cứu, thiết kế
và lắp đặt cơ cấu lái, hệ thống trợ lực lái điện cho xe và mô hình.
Trước tiên, phải kể đến đồ án của nhóm sinh viên ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM về đề
tài thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện [1]. Nhóm tác giả đã cung cấp thông tin tổng
quan về hệ thống lái trợ lực điện cũng như là sơ đồ, cách bố trí và bối dây sao cho phù hợp với mô
hình và thu được kết quả mong muốn là điều khiển được góc đánh lái như đã đề ra ban đầu.
Bên cạnh đó, nhóm cũng phân tích và đánh giá các điều kiện làm việc của ô tô khi đi vào
các cung đường khác nhau. Từ đó có thể tính toán được lực tác dụng lên trục lái và thiết kế sao
cho phù hợp với xe mô hình.
Mặt khác, tại trường ĐH GTVT Hà Nội, đã có sinh viên đã chọn đề tài đồ án tốt nghiệp về
nghiên cứu và phân tích và đánh giá động lực học hệ thống lái ô tô [2]. Đề tài nêu lên tổng quan hệ
thống lái, một số cơ cấu lái thông dụng và đánh giá động lực học quay vòng ô tô và rút ra một số
yêu cầu phải đảm bảo cho hệ thống lái như:
- Đảm bảo cho xe có khả năng đánh lái tốt trong thời gian ngắn
- Các bánh xe dẫn hướng sau khi được điều lái xong thì phải tự động trả lái, quay về
trạng thái chuyển động thẳng
- Hệ thống lái có khả năng ngăn được các va đập của bánh xe lên vô - lăng.
- Yêu cầu độ rơ của hệ thống lái không được quá lớn. Đối với xe có vận tốc lớn hơn
100km/h thì độ rơ cho phép của vành tay lái không được vượt quá 18o. Hoặc nếu xe có tốc
độ lớn nhất trong khoảng từ 25 - 100km/h thì độ rơ cho phép của vành tay lái không được quá 27o.
Chính vì vậy, với mục đích xem xét và đánh giá động lực học ô tô khi quay vòng thì đề tài
này có thể ứng dụng vào mô hình nghiên cứu khoa học của nhóm một cách hiệu quả và đủ khả
năng cải tiến được góc đánh lái xe mô hình tốt hơn. B. Ngoài nước:
Ngoài ra, việc nghiên cứu về hệ thống lái trên xe ô tô ở các nước trên thế giới đã có những bước tiến nhất định.
Đầu tiên, đến với việc điều khiển hai lớp để di chuyển vô lăng của xe [3]:
- Lớp đầu tiên là để tính toán xác định vị trí vô lăng tại bất kì thời điểm nào dựa trên logic mờ.
- Lớp thứ hai chủ yếu là phần cơ khí để chuyển thanh lái theo vị trí mà lớp thứ nhất đã xác định.
Họ sử dụng bộ hệ thống định vị toàn cầu vi sai động học thời gian thực (RTK-DGPS) là
cảm biến chính với mục tiêu hướng tới việc giảm thiểu các lỗi quỹ đạo từ tuyến đường tham chiếu
thông qua cơ cấu điều khiển hai lớp nhưng thao tác lái vẫn rất giống với lái xe của con người.
Chúng ta cũng có thể rút ra những kết luận quan trọng khác liên quan đến việc thiết kế một
hệ thống điều khiển bắt nguồn từ kinh nghiệm lái xe của con người, cung cấp một hình thức toán
học thay thế cho tính toán, suy luận của con người và tích hợp thông tin định tính và định lượng.
Thứ hai, việc tách rời các chuyển động ngang và nghiêng của xe và giảm độ lệch của xe đạt
được đồng thời bằng phản hồi của cả tốc độ lệch và góc lái về phía trước - một sự đánh đổi được
thực hiện giữa khả năng tách rời mạnh mẽ và giảm trật bánh bằng cách điều chỉnh mức tăng phản hồi theo tốc độ xe [4].
Với sự đánh đổi này, điều khiển lái được lập trình sẽ cung cấp khả năng giảm tốc độ mong
muốn trong khi vẫn duy trì chuyển động nghiêng tách rời. Sự chắc chắn của việc tách rời có thể
đạt được khi không mong muốn giảm xóc tùy ý.
Hệ thống điều khiển đã phát triển được việc triển khai trong một phương tiện có dây và kết
quả thử nghiệm được cung cấp minh họa những lợi ích của hệ thống điều hướng trên ô tô.
Bên cạnh việc tham khảo những báo cáo liên quan đến đề tài nghiên cứu khoa học, các đầu
sách viết về động lực học tác động lên ô tô cũng góp không ít phần quan trọng vào trong đề tài
nghiên cứu của nhóm lần này. Tiêu biểu trong số đó là quyển “Vehicle Dynamics theory and application” [5].
Tài liệu này giúp cho sinh viên và kỹ sư bằng cách cung cấp một tài liệu tham khảo toàn
diện tổng quát tất cả các khía cạnh của động học xe, bao gồm thông tin về động học và động học lái, chẳng hạn:
- Cách xe hoạt động trên đường cong
- Các lực tham gia vào hệ thống
- Công thức đại số được sử dụng trong hệ thống và các điều kiện cần thiết để một chiếc xe
bình thường có thể lái được đúng cách.
Cuốn sách cũng cung cấp kiến thức về hệ thống lái bốn bánh và hành vi của nó, bao gồm điều kiện Ackerman.
Việc phân tích và so sánh về hành vi điều khiển và mô - men xoắn hoặc về chi phí cho vật
liệu của mỗi động cơ cũng góp phần quan trọng không kém. Nguồn tài liệu [6] so sánh ba loại
động cơ bằng cách phân tích thiết kế cấu trúc của chúng cho hệ thống lái điện trong ngành công nghiệp ô tô.
Đối với mỗi động cơ, hành vi điện từ, mô-men xoắn và khả năng tạo ra công suất sẽ được
kiểm tra. Chi phí vật liệu cho mỗi động cơ cũng sẽ được xem xét để chọn thiết bị phù hợp nhất cho
nhiệm vụ thiết kế. Báo cáo cũng đề cập đến mô hình hóa và tối ưu hóa hệ thống. Trích:
[1] “Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện” - GVHD: Võ Xuân Thành; SVTH:
Dương Văn Yên & Nguyễn Tấn Nhật; Khoa Cơ Khí Động Lực trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
[2] “Nghiên cứu, phân tích và đánh giá động lực học hệ thống lái ô tô” - GVHD: Ths.
Phạm Thế Minh; SVTH: Nguyễn Như Huế; bộ môn Kỹ Thuật Máy; Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hà Nội
[3] “Power-steering control architecture for automatic driving”- Naranjo, J. E., González,
C., García, R., de Pedro, T., & Haber, R. E. (2005). Ieee transactions on intelligent transportation systems, 6(4), 406-415.
[4] “Active steering control with front wheel steering” - Zheng, B., Oh, P., & Lenart, B.
(2004, June). In Proceedings of the 2004 American Control Conference (Vol. 2, pp. 1475-1480). IEEE.
[5] “Vehicle Dynamics theory and application” - Reza N.Jazar 2017
[6] “Comparative Analysis for an Electric Power Steering System” - Pop Piglesan Florin;
Ruba Mircea; Pop Adrian-Cornel; Radu Martis; Claudia Martis, 2018 XIII International
Conference on Electrical Machines (ICEM)
10. TÍNH CẤP THIẾT ĐỀ TÀI
Xe điện được xem là một giải pháp tối ưu cho việc giảm thiểu mức ô nhiễm môi trường, cứu
lấy nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt. Vì vậy việc nâng cấp cho phương tiện này là
một vấn đề cấp thiết trong xã hội hiện thời.
Hầu hết các xe điện ngày nay đều được trang bị sử dụng trợ lực điện EPS. Trợ lực này cho
phép người lái xe bẻ lái một cách nhẹ nhàng, điều khiển vô lăng dễ dàng hơn so với thực hành thủ
công. EPS giúp cho tay lái trợ lực điện tử trở nên nặng hơn giúp cho người lái có cảm giác lái thật
hơn khi chạy với tốc độ cao, từ đó mang đến cảm giác an toàn và ổn định cho xe.
Hơn thế nữa, nếu chúng ta sử dụng thêm 1 hệ thống dẫn lái theo điều kiện Ackerman sẽ tạo
ra một góc cua lý tưởng tránh việc bánh xe trượt ngang sẽ bị lật khi vào cua gấp, tạo ra sự ổn định,
tăng thêm cảm giác an toàn, bảo đảm cho người trong xe. 11. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Vì những lí do trên, chúng tôi quyết thực hiện đề tài này để nhằm: - Cải tiến độ an toàn
- Nâng cao độ bền bỉ, tính ổn định và tăng góc đánh lái khi vào cua cho xe điện.
12. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU, PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Khảo sát và tìm kiếm các tài liệu liên quan tới hệ thống lái trên các mẫu xe điện hiện nay.
- Xem các video trên Youtube tính toán, lắp ráp của hệ thống lái.
- Phạm vi nghiên cứu: ứng dụng cơ cấu lái của xe điện mô hình.
13. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN Các nội dung, công việc Sản phẩm STT Thời gian thực hiện chủ yếu phải đạt (số tháng) Người thực hiện Du Thành Vinh Nghiên cứu cơ sở lý Phương pháp nghiên cứu, 1 thuyết
đánh giá tính khả thi của 3 Võ Ngọc Khôi đề tài Nguyên Bộ thông số hoàn chỉnh Lê Đức Chính Tính toán thiết kế góc
cho cơ cấu lái, bản vẽ cơ 2 đánh lái khí, biểu đồ lực 4 Nguyễn Hoàng Tiến Du Thành Vinh Võ Ngọc Khôi Nguyên 3 Tiến hành lắp ráp Hệ thống lái trên xe 3 Lê Đức Chính Nguyễn Hoàng Tiến Du Thành Vinh Võ Ngọc Khôi Nguyên 4 Thử nghiệm và đánh giá Độ chính xác của thực 1 nghiêm Lê Đức Chính Nguyễn Hoàng Tiến Du Thành Vinh Võ Ngọc Khôi - Video về sản phẩm Nguyên 5 Báo cáo - Bản báo cáo tổng kết 1 Lê Đức Chính Nguyễn Hoàng Tiến
14. SẢN PHẨM VÀ ĐỊA CHỈ ỨNG DỤNG Loại sản phẩm: Mẫu , Vật liệu , Thiết bị máy móc , Dây chuyền công nghệ , Giống cây trồng , Giống gia , Qui trình công nghệ , Phương pháp , súc Tiêu chuẩn , Qui phạm , Sơ đồ , Báo cáo phân tích , Tài liệu dự báo , Đề án , Luận chứng kinh tế , Chương trình máy tính , Bản kiến nghị , Sản phẩm khác :
Tên sản phẩm, số lượng và yêu cầu khoa học đối với sản phẩm STT Tên sản phẩm Số lượng Yêu cầu khoa học 1 Cơ cấu lái 1
Đảm bảo góc lái được mở lớn hơn 2 Bản báo cáo 1
Theo quy chuẩn bài báo khoa học
Địa chỉ có thể ứng dụng (tên địa phương, đơn vị ứng dụng):
1/ Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh
2/ Các trung tâm dạy nghề Ô tô 3/ Các trường cấp 3
15. KINH PHÍ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Tổng kinh phí: 5.000.000 đồng
Dự trù kinh phí theo các mục chi: TT Nội dung công việc Thành tiền Ghi chú 1
Chi công thực hiện đề tài của chủ nhiệm và thành viên:
- Tìm hiểu tài liệu nghiên cứu về hệ thống lái
- Tính toán thiết kế góc đánh lái 2.300.000 Bảng ký nhận - Tiến hành lắp ráp - Thử nghiệm - Báo cáo 2 Chi mua nguyên vật liệu: Hóa đơn - Bộ máy trợ lực 2.500.000 - Thước lái 3 Chi in ấn, photo: - Tài liệu Hóa đơn in ấn 200.000 - Tiểu luận - Bản báo cáo Tổng cộng 5.000.000
TP. HCM, ngày 17 tháng 02 năm 2023
TP. HCM, ngày 17 tháng 02 năm 2023 Trưởng Khoa GV hướng dẫn
Sinh viên thực hiện đề tài (Họ và tên, ký) (Họ và tên, ký) (Họ và tên, ký) ThS. Nguyễn Thành Tuyên Du Thành Vinh
TP. HCM, ngày 20 tháng 02 năm 2023 TL. HIỆU TRƯỞNG TRƯỞNG PHÒNG KHCN PGS. TS Hoàng An Quốc