Thiết kế, chế tạo mô hình ô tô tự chế gocar chạy điện

Công việc chế tạo mô hình xe Gocar chạy điện đặt ra vấn đề các chế độ làm việc trong thực tế của xe điện và điều khiển tốc độ thích nghi với từng trường hợp cụ thể, từ đó ta có thể dễ dà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

NGUYỄN BÁ DUY

Mã số sinh viên : 56130159

56130436

Khánh Hòa, 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH Ô TÔ TỰ CHẾ GOCAR

CHẠY ĐIỆN

GVHD : ThS MAI SƠN HẢI

ThS ĐOÀN PHƯỚC THỌ SVTH : NGUYỄN THI

Khánh Hòa, tháng 7/ 2018

Khoa/viện: Kỹ thuật giao thông

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI / KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Dùng cho CBHD và nộp cùng báo cáo ĐA/KLTN của sinh viên)

Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình ô tô tự chế Gocar chạy điện

Giảng viên hướng dẫn: ThS Mai Sơn Hải

ThS Đoàn Phước Thọ

Sinh viên được hướng dẫn: Nguyễn Thi MSSV: 56130159 Nguyễn Bá Duy 56130436 Khóa: 2014 - 2018 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Ô tô

1

2

3

4

Kiểm tra giữa tiến độ của Trưởng BM

Ngày kiểm tra:

Điểm hình thức:……/10 Điểm nội dung: /10 Điểm tổng kết:………/10

Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ: Không được bảo vệ:

Khánh Hòa, ngày , tháng , năm

Cán bộ hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên

Khoa/Viện: Kỹ thuật giao thông

PHIẾU CHẤM ĐIỂM ĐỒ ÁN/ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

(Dành cho cán bộ chấm phản biện)

1 Họ tên người chấm:………

2 Sinh viên/ nhóm sinh viên thực hiện ĐA/KLTN (sĩ số trong nhóm: 2) (1) Nguyễn Thi MSSV: 56130159 (2) Nguyễ Bá Duy MSSV: 56130436 Lớp: 56.CNOT-2 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô 3 Tên đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình ô tô tự chế Gocar chạy điện 4 Nhận xét - Hình thức:

- Nội dung:

Điểm hình thức: /10 Điểm nội dung: /10 Điểm tổng kết: /10

Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ: Không được bảo vệ:

Khánh Hòa, ngày ,tháng ,năm

(Ký và ghi rõ họ tên)

Khoa/viện: Kỹ thuật giao thông

PHIẾU CHẤM CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ ĐA/KLTN (Dùng cho thành viên Hội đồng bảo vệ ĐA/KLTN)

1 Họ tên thành viên HĐ:

Chủ tịch: Thư ký: Ủy viên:

2 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình ô tô tự chế Gocar chạy điện 3 Họ tên sinh viên thực hiện: (1) Nguyễn Thi MSSV: 56130159 (2) Nguyễn Bá Duy MSSV: 56130436 4 Phần đánh giá và cho điểm của thành viên hội đồng (theo thang điểm 10) a) Hình thức, bố cục bài báo cáo (sạch, đẹp, cân đối giữa các phần,…) : ………

b) Nội dung bản báo cáo (thể hiện mục tiêu, kết quả,…) : ………

c) Trình bày (đầy đủ, ngắn gọn, lưu loát, không quá thời gian,…) : ………

d) Trả lời các câu hỏi của người chấm (đúng/sai) : ………

đ) Trả lời các câu hỏi của thành viên hội đồng (đúng/sai) : ………

e) Thái độ, cách ứng xử, mức độ tự tin : ………

g) Nắm vững nội dung đề tài :………

h) Nắm vững những vấn đề liên quan đề tài :………

i) Tính sáng tạo khoa học của sinh viên :………

Tổng cộng : ……

Điểm trung bình của các cột điểm trên:……./10 (làm tròn đến 1 số lẻ)

Cán bộ chấm điểm

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH iv

DANH MỤC BẢNG vi

LỜI NÓI ĐẦU 1

LỜI CẢM ƠN 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN 4

1.1 Giới thiệu chung về các loại xe điện 4

1.1.1 Tình hình phát triển xe điện 4

1.1.2 Tìm hiểu cấu hình của ô tô điện 7

1.1.3 Cấu hình của ô tô điện 7

1.2 Sơ lược về mô hình xe Gocar 10

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO 13

2.1 Phân tích phương án chế tạo 13

2.2 Lựa chọn loại hình kết cấu khung 14

2.2.1 Phân tích loại hình khung xe Gocar 14

2.2.2 Lựa chọn kết cấu khung 16

2.3 Lựa chọn phương án dẫn động và dẫn hướng xe điện 17

2.3.1 Phương án dẫn động điện gồm một động cơ điện dẫn động vi sai 17

2.3.2 Phương án dẫn động điện độc lập từng bánh 17

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUNG GẦM VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN 19

3.1 Khung xe 19

3.1.1 Công dụng 19

3.1.2 Yêu cầu 19

3.1.3 Phân tích hình dáng của khung 19

3.1.4 Kiểm tra bền khung xe 22

3.1.5 Chế tạo khung xe 34

3.2 Hệ thống treo 36

3.2.1 Công dụng 36

3.2.2 Yêu cầu 37

3.2.3 Lựa chọn hệ thống treo 38

3.2.4 Lắp đặt hệ thống treo 38

3.3 Hệ thống lái 39

3.3.1 Công dụng 39

3.3.2 Yêu cầu 39

3.3.3 Phân tích kết cấu hệ thống lái và nguyên lý làm việc 40

3.3.4 Thiết kề hình thang lái 41

3.3.5 Lắp đặt hệ thống lái 44

3.4 Hệ thống phanh 45

3.4.1 Công dụng 45

3.4.2 Yêu cầu 45

3.4.3 Lựa chọn hệ thống phanh 47

3.4.4 Lắp đặt hệ thống phanh 48

3.5 Tính toán hệ thống động lực và kiểm tra tính ổn định của xe 49

3.5.1 Xác định công suất của động cơ điện 50

3.5.2 Lựa chọn, tính toán ắc quy 53

3.5.3 Khả năng leo dốc của ô tô - độ dốc cực đại 54

3.5.4 Tính toán ổn định khi xe chuyển động quay vòng trên mặt đường nghiêng ngang 55

3.6 Cấu trúc điện động lực xe Gocar 59

3.6.1 Tổng quan về hệ thống điện xe Gocar 59

3.6.2 Nguyên lý hoạt động 64

CHƯƠNG 4: KIỂM TRA, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 69

4.1 Kiểm tra tổng quát xe sau khi lắp ráp hoàn thiện 69

4.2 Thử nghiệm tính ổn định của xe 71

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 73

5.1 Kết Luận 73

5.2 Đề xuất ý kiến 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang

Hình 1.1 Ô tô điện 5

Hình 1.2 Xe máy điện 5

Hình 1.3 Xe điện sử dụng trong các khu du lịch và resort 6

Hình 1.4 Xe điện sử dụng trong sân golf 6

Hình 1.5 Xe điện mini dành cho trẻ em 7

Hình 1.6 Sơ đồ khối điều khiển xe điện 8

Hình 1.7 Cấu hình các loại phương pháp dẫn động điện 9

Hình 1.8 Xe Gocar tự chế dành cho giới trẻ 11

Hình 1.9 Xe Gocar dành cho trẻ em 11

Hình 1.10 Xe Gocar dùng trong các cuộc đua thể thức F 12

Hình 2.1 Loại khung hình chiếc thang 14

Hình 2.2 Loại khung liền ống rỗng 15

Hình 2.3 Loại khung hình sương sống 16

Hình 2.4 Phương pháp dẫn động gồm một động cơ điện dẫn động vi sai 17

Hình 2.5 Phương pháp dẫn động gồm hai động cơ độc lập 18

Hình 3.1 Các kích thước cơ bản của khung xe 20

Hình 3.2 Hình dạng khung sườn 3D của xe Gocar 21

Hình 3.3 Thứ tự các điểm nút của khung sườn trong RDM 24

Hình 3.4 Hình hiển thị biểu đồ phân bố lực lên khung khi xe phanh gấp 26

Hình 3.5 Biến Dạng khung khi xe phanh gấp 26

Hình 3.6 Biểu đồ lực dọc tác động lên khung khi xe phanh gấp 27

Hình 3.7 Biểu đồ lực cắt tác động lên khung khi xe phanh gấp 27

Hình 3.8 Biểu đồ momen xoắn của khung khi xe phanh gấp 28

Hình 3.9 Biểu đồ momen uốn của khung khi xe phanh gấp 28

Hình 3.10 Biểu đồ ứng suất của khung khi xe phanh gấp 29

Hình 3.11 Biểu đồ đặt lực lên khung xe ở chế độ quay vòng 31

Hình 3.12 Biến Dạng khung khi xe quay vòng 31

Hình 3.13 Biểu đồ lực dọc tác động lên khung khi xe quay vòng 32

Hình 3.14 Biểu đồ lực cắt tác động lên khung khi xe quay vòng 32

Hình 3.15 Biểu đồ momen xoắn của khung khi xe quay vòng 33

Hình 3.16 Biểu đồ momen uốn của khung khi xe quay vòng 33

Hình 3.17 Biểu đồ ứng suất của khung khi xe phanh gấp 34

Hình 3.18 Các dụng cụ, thiết bị phụ trợ cầm tay 34

Hình 3.19 Đo và đánh dấu chuẩn kích thước trên kim loại 35

Hình 3.20 Cắt kim loại 35

Hình 3.21 Hàn liên kết giữa các chi tiết kim loại 36

Hình 3.22 Hình vẽ thể hiện hệ thống treo sau 38

Hình 3.23 Hệ thống treo sau của xe Gocar sau khi đã lắp đặt 39

Hình 3.24 Hình mô phỏng truyền động lái xe Gocar 40

Hình 3.25 Sơ đồ hình thang lái 41

Hình 3.26 Đồ thị đặc tính hình thang lái 44

Hình 3.27 Hệ thống lái sau khi đã chế tạo và lắp đặt 45

Hình 3.28 Kết cấu hệ thống phanh xe Gocar 47

Hình 3.29 Cơ cấu phanh trống dẫn động cơ khí lắp đặt ở vị trí hai bánh sau 48

Hình 3.30 Các lực tác dụng lên ô tô khi lên dốc 50

Hình 3.31 Hình dạng bề ngoài của động cơ điện liên kết với bánh xe 53

Hình 3.32 Hình dạng ắc quy 53

Hình 3.33 Sơ đồ lực và momen tác dụng lên ô tô khi chuyển động trên đường nghiêng ngang 56

Hình 3.34 Sơ đồ lực và moomen tác dụng lên ô tô khi chuyển động trên mặt đường nghiêng ngang 57

Hình 3.35 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ xe Gocar 59

Hình 3.36 Động cơ điện tích hợp với bánh xe 59

Hình 3.37 Cấu tạo động cơ điện 60

Hình 3.38 Sơ đồ đấu mạch ắc quy 61

Hình 3.39 Mạch hạ áp và thông số kỹ thuật 61

Hình 3.40 Cảm biến quang và thông số kỹ thuật 62

Hình 3.41 Sơ đồ khối tay ga xe đạp điện 62

Hình 3.42 Sơ đô mạch bộ điều khiển động cơ điện 63

Hình 3.43 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ khi xe chạy tiến tới không đánh vô lăng hoặc đánh vô lăng với góc nhỏ hơn 20o 64

Hình 3.44 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ khi xe chạy tiến tới và vô lăng đánh sang

phải với góc đánh vô lăng lớn hơn 20o 65

Hình 3.45 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ khi xe chạy tiến tới và vô lăng đánh sang trái với góc đánh vô lăn lớn hơn 20o 66

Hình 3.46 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ xe Gocar ở trạng thái chạy lùi không đánh vô lăng hoặc đánh vô lăng với góc nhỏ hơn 20o 67

Hình 3.47 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ xe Gocar ở trạng thái chạy lùi và vô lăng đánh sang trái với góc đánh lớn hơn 20o 67

Hình 3.48 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ xe Gocar ở trạng thái chạy lùi và vô lăng đánh sang phải với góc đánh vô lăn lớn hơn 20o 68

Hình 4.1 Chạy thử nghiệm xe Gocar ở điều kiện mặt đường bằng phẳng 71

Hình 4.2 Kiểm tra khả năng leo dốc xe Gocar 72

Hình 4.3 Kiểm tra khả năng quay vòng xe Gocar 72

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 3.1 Tọa độ các điểm của khung xe trong RDM 23

Bảng 3.2 Giá trị góc βtt theo hàm β = f (θ, α) 43

Bảng 3.3 Giá trị góc β tương ứng với góc α lựa chọn theo công thức cotgβ – cotgα = b L 43

Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật của xe Gocar chạy điện 49

Bảng 4.1 Nội dung kiểm tra phần khung, thân vỏ 69

Bảng 4.2 Nội dung kiểm tra động cơ và bánh xe 69

Bảng 4.3 Nội dung kiểm tra hệ thống phanh 69

Bảng 4.4 Nội dung kiểm tra hệ thống lái 70

Bảng 4.5 Nội dung kiểm tra hệ thống treo 70

Bảng 4.6 Nội dung kiểm tra hệ thống điện động lực 70

LỜI NÓI ĐẦU

Một thực tế ngày nay là động cơ đốt trong đã và vẫn đang được sử dụng rộng rãi trên ô tô, lượng khí thải của ô tô là một trong những nguồn phát thải chủ yếu làm ô nhiễm môi trường Sự phát thải này đã gây ra không ít tác động xấu đến sức khoẻ con người và môi trường sinh thái Chính vì vậy giảm phát thải của ô tô luôn là mục tiêu của các hãng sản xuất ô tô hướng tới Thực tiễn hiện nay trên toàn thế giới cho thấy, phát triển xe xanh đang là con đường mà nhiều quốc gia lựa chọn, từ phương tây đến phương đông Giải pháp thay thế dần các phương tiện giao thông sử dụng năng lượng hóa thạch bằng các xe chạy điện cũng đã và đang được đẩy mạnh thực hiện tại nước ta

Nắm bắt được xu thế phát triển phương tiện vận chuyển sử dụng năng lượng xanh, bộ môn Kỹ thuật ô tô đã triển khai và bàn giao đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình

ô tô tự chế Gocar chạy điện” cho các sinh viên thực hiện đề tài tốt nghiệp và hơn hết là giúp bổ sung, hoàn thiện vốn kiến thức và kỹ năng chuyên môn cho sinh viên để phục

vụ cho quá trình tác nghiệp sau khi ra trường

Công việc chế tạo mô hình xe Gocar chạy điện đặt ra vấn đề các chế độ làm việc trong thực tế của xe điện và điều khiển tốc độ thích nghi với từng trường hợp cụ thể, từ

đó ta có thể dễ dàng điều khiển xe theo yêu cầu, tạo ra điều kiện an toàn và dễ sử dụng

Nội dung đề tài bao gồm:

1 Tổng quan về xe điện

2 Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế

3 Tính toán, thiết kế chế tạo mô hình xe Gocar

4 Kiểm tra, thử nghiệm và đánh giá

5 Kết luận và đề xuất

Mục đích của đề tài là chế tạo ra mô hình ô tô tự chế Gocar chạy điện góp phần nhỏ vào công cuộc bảo vệ môi trường, tạo nền tảng cho sự phát triển các loại hình phương tiện di chuyển bằng năng lượng điện theo xu thế phát triển chung của ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô

Sau hơn 3 tháng thực hiện chúng tôi đã hoàn thành nội dung cơ bản của đề tài Nhưng trong quá trình nghiên cứu và thực hiện, do vốn kiến thức và thời gian hạn hẹp

không thể tránh những thiếu sót, kính mong quý thầy và các bạn đồng nghiệp đóng góp

ý kiến để để tài được bổ sung hoàn thiện hơn

Nha Trang, ngày 14 tháng 07 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Bá Duy

Nguyễn Thi

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành gửi lời cảm ơn tới Ban chủ nhiệm khoa Kỹ thuật giao thông nói chung và bộ môn Kỹ thuật ô tô nói riêng của trường Đại học Nha Trang đã và luôn dành cho chúng tôi những điều kiện thuận lợi để hoàn thành đề tài tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn quý thầy bên bộ môn Kỹ thuật ô tô trong thời gian qua

đã truyền đạt và trang bị chúng em đầy đủ kiến thức để thực hiện tốt đề tài tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn quý thầy Mai Sơn Hải và quý thầy Đoàn Phước Thọ đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến các thầy trong hội đồng phản biện cũng như hội đồng đánh giá đề tài đã đồng ý đọc duyệt và đóng góp ý kiến quý báu để có thể hoàn thiện đề tài tốt nghiệp

Lời cảm ơn cuối cùng chúng tôi xin chân thành gửi đến quý thầy, các bạn đồng học đã quan tâm thăm hỏi và giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn !

Chúng ta sẽ không có gì ngạc nhiên khi hệ thống xe điện ra đời và ngày càng phát triển trên thế giới hiện nay Hầu hết các nhà sản xuất tập trung phát triển hệ thống xe điện với những phương tiện xe điện phổ biến thông dụng phục vụ nhu cầu của con người như: xe hơi điện, xe moto điện, xe đạp điện vv Công nghệ ngày càng phát triển và hiện đại trong lĩnh vực thiết kế bộ điều khiển với nhiều tính năng cho xe điện, tạo nhiều thuận tiện cho việc điều khiển cũng như thích ứng với phương tiện sử dụng nguồn nguyên liệu mới này

Các loại xe điện cũng ngày càng được tân trang và thiết kế đẹp hơn, đồng thời cũng đạt được nhiều tính năng như các phương tiện chạy bằng xăng, dầu Nhiều hãng

xe hơi lớn tên tuổi trên thế giới cũng đã bắt đầu chuyển hướng đầu tư qua các loại hình

xe hơi điện có kết cấu và hình dáng đẹp, đảm bảo các chức năng vận hành như xe hơi hiện tại

Về nhu cầu sử dụng, xe điện là loại phương tiện giao thông đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong nhiều loại phương tiện Đặt biệt ngày nay, xe điện không còn đơn thuần là xe điện công cộng và tàu điện như thế kỷ trước nữa Ngày nay

xe điện được ứng dụng trên nhiều loại phương tiện, các phương tiện này dùng động cơ điện để làm xe chuyển động Có thể liệt kê một số loại xe điện theo lĩnh vực và theo cách sử dụng của chúng như sau:

- Ô tô điện : xe điện sử dụng nguồn điện acqui hoặc dùng năng lượng mặt trời Các loại xe này được ứng dụng trên cả ô tô cá nhân, ô tô tải phục vụ công cộng

Hình 1.3 Xe điện sử dụng trong các khu du lịch và resort

- Loại xe điện dùng trong thể thao: phục vụ các mục đích khác nhau như sử dụng để thuận tiện chuyên chở khách đi lại trong các sân golf, sân thi đấu thể thao lớn

Hình 1.4 Xe điện sử dụng trong sân golf

- Xe điện mini: đây là loại xe mà người sử dụng chủ yếu là trẻ em, dùng trong các khu vui chơi giải trí

Hình 1.5 Xe điện mini dành cho trẻ em

1.1.2 Tìm hiểu cấu hình của ô tô điện

Nhìn chung ô tô điện sử dụng một động cơ điện đóng vai trò là động lực kéo cho

xe, nguồn năng lượng tương ứng cho động cơ điện đó chính là ắc quy hay pin nhiên liệu

Ô tô điện có nhiều ưu điểm hơn các loại phương tiên sử dụng động cơ đốt trong chẳng hạn như không phát thải khí ô nhiễm, hiệu suất làm việc cao, độc lập với nguồn năng lượng dầu mỏ, yên tĩnh và hoạt động trơn tru Các nguyên tắt hoạt động cơ bản giữa ô tô điện và phương tiện sử dụng động cơ đốt trong là tương tự nhau Tuy nhiên vẫn có một số khác biệt giữa phương tiện sử dụng động cơ đốt trong và ô tô điện chẳng hạn như sử dụng một bồn chứa xăng so với nguồn pin, động cơ đốt trong so với động

cơ điện, và khác nhau về yêu cầu truyền dẫn động lực

1.1.3 Cấu hình của ô tô điện

Một ô tô điện về cơ bản gồm ba hệ thống chủ yếu: hệ thống động lực điện, hệ thống năng lượng và các phần tử phụ trợ khác

- Hệ thống động lực điện bao gồm: hệ thống điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện, các động cơ điện, truyền động cơ khí và bánh xe

- Hệ thống năng lượng bao gồm: bộ phận quản lý năng lượng và bộ phận tiếp nhận năng lượng điện

- Hệ thống phụ trợ bao gồm: các hệ thống đèn tín hiệu, chiếu sáng, điều hòa Dựa trên các yếu tố đầu vào điều khiển từ chân ga và bàn đạp phanh, hệ thống điều khiển xe cung cấp tín hiệu điện thích hợp cho bộ chuyển đổi năng lượng điện có chức năng điều chỉnh dòng điện giữa điện động cơ và nguồn năng lượng Những nguồn năng lượng mới được tái sinh trong quá trình phanh có thể được nạp vào nguồn năng lượng chính

Hình 1.6 Sơ đồ khối điều khiển xe điện

Có nhiều loại xe điện có thể có cấu tạo khác nhau do các biến thể dựa trên đặc điểm của động lực điện và các nguồn năng lượng như trong Hình 1.7 dưới đây

Hình 1.7 Cấu hình các loại phương pháp dẫn động điện

M: động cơ điện; HS: hộp số; VS: truyền lực chính và vi sai; GT: hộp giảm tốc

A Hình 1.7 – A cho thấy hình thức đầu tiên của xe điện, trong đó một động cơ điện thay thế cho động cơ đốt trong của một chiếc xe thông thường Nó bao gồm một động cơ điện, một ly hợp, hộp số, và một bộ vi sai Khớp ly hợp và hộp số có thể được thay thế bằng hộp số tự động

B Với một động cơ điện có công suất liên tục trong một phạm vi tốc độ dài, một

tỉ số truyền cố định có thể thay thế cho hộp số nhiều cấp và giảm bớt sự cần thiết của một ly hợp Cấu hình này không chỉ làm giảm kích thước và trọng lượng của truyền động cơ khí, nó cũng đơn giản hoá cho con người trong việc điều khiển truyền ngắt dẫn động từ động cơ

C Tương tự như Hình 1.7 – B, động cơ điện, cặp bánh răng cố định và bộ vi sai

có thể được bố trí tích hợp thành cụm trong khoảng giữa hai bán trục bánh xe chủ động Việc điều khiển càng đơn giản và chắc chắn

D Trong Hình 1.7 – D, truyền động vi sai được thay thế bằng cách sử dụng hai động cơ điện Mỗi động cơ dẫn động một bánh xe và hoạt động ở một tốc độ khác nhau khi chiếc xe chuyển hướng hay quay vòng

E Nhằm tiếp tục đơn giản hóa việc điều khiển xe, động cơ có thể được đặt phía trong một bánh xe Một cặp bánh răng nhỏ được đặt trong bánh xe để giảm tốc độ và nâng cao momen động cơ

F Loại bỏ hoàn toàn truyền động bánh răng giữa động cơ điện và bánh xe chủ động, đầu ra roto của một động cơ điện tốc độ thấp đặt bên trong bánh xe có thể được kết nối trực tiếp với các bánh xe Việc kiểm soát tốc độ của động cơ điện tương đương với việc kiểm soát tốc độ của bánh xe, và vì thế tốc độ của xe được điều khiển Tuy nhiên, việc sắp xếp đòi hỏi các động cơ điện phải có một momen xoắn cao hơn để khởi động và tăng tốc xe

1.2 Sơ lược về mô hình xe Gocar

Gocar (hay còn gọi là Go Kart) là một dạng xe tự chế Tuy với bề ngoài nhỏ bé nhưng với mỗi cách độ máy khác nhau sẽ có những tốc độ đáng ngạc nhiên đến không ngờ Gocar trở nên phổ biến và ngày càng phát triển quy mô hơn Có nhiều loại hình và kiểu dáng và loại đa dạng từ các mô hình không có động cơ như phương tiện di chuyển của trẻ em đến các mô hình xe đua cao cấp như Supercar Xe Gocar có nhiều kích cỡ, hình dạng và thiết kế khác nhau phụ thuộc vào độ tuổi và kích thước của người lái Những chiếc xe này thường được tự chế tùy theo yêu cầu hay mong muốn thiết kế nào

mà người sử dụng muốn đưa vào nó Giống như bao lại phương tiện thông thường khác,

xe Gocar cũng cần có các yếu tố cần thiết cơ bản như là khung gầm, động cơ và hệ thống phanh và lái vv

Hình 1.8 Xe Gocar tự chế dành cho giới trẻ

Hình 1.9 Xe Gocar dành cho trẻ em

Hình 1.10 Xe Gocar dùng trong các cuộc đua thể thức F

CHƯƠNG 2

PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN CHẾ TẠO

2.1 Phân tích phương án chế tạo

Để chọn đúng phương án chế tạo phù hợp với điều kiện kinh tế bản thân, giảm giá thành chế tạo xe, nâng cao tính ổn định và an toàn cho xe, phần này sẽ trình bày những phương án thiết kế chế tạo xe mô hình xe Gocar chạy điện công thức bánh xe 4x2 với 2 bánh sau là chủ động

 Phương án chế tạo sử dụng các linh phụ kiện tương đương có sẵn

Với phương án này chúng tôi chỉ cần tính toán những thông số cần thiết của xe

và sau đó chọn những linh kiện có sẵn tương đương trên thị trường, kiểm nghiệm lại để lắp đặt Việc tính toán này sẽ dễ dàng và dễ tìm kiếm các linh kiện Phương án này có những ưu điểm và nhược điểm như sau:

Ưu điểm:

- Chi phí chế tạo thấp

- Điều kiện kỹ thuật được đảm bảo, dễ thực hiện

- Việc tìm kiếm lắp ráp linh kiện dễ hơn

- Vấn đề bảo dưỡng sữa chữa cũng dễ dàng

Nhược điểm:

- Do hệ thống và linh kiện là chọn nên không đồng bộ, không tối ưu hóa được các chức năng của xe

- Không có nhiều lựa chọn bố trí kỹ thuật trên xe, cũng như sự tiện nghi

- Thời gian sử dụng thấp do các chi tiết không đồng bộ

- Chưa thể hiện được tính sáng tạo về mặt thiết kế

 Phương án chế tạo mới một số hệ thống và lựa chọn các linh phụ kiện tương đương

lái, treo, phanh có thể mua các linh kiện đã qua sử dụng với điều kiện phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và chỉnh sửa theo các kích thước của bản vẽ theo thiết kế

Ưu điểm:

- Phù hợp với yêu cầu kỹ thuật

- Giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành xe

- Thời gian để hoàn thành kịp tiến được rút ngắn

- Giá thành sẽ ít hơn so với đóng mới

- Đảm bảo sự an toàn, ổn định khi sử dụng

- Có thể có nhiều phương án bố trí thích hợp

Nhược điểm:

- Các hệ thống hoạt động với hiệu suất chưa cao và còn phát sinh tiếng ồn

Kết luận: dựa vào những phân tích ở trên, thấy rằng phương án 2 thể hiện tính

hợp lý và khả thi cao.Vậy phương án 2 được lựa chọn để chế tạo mô hình ô tô

2.2 Lựa chọn loại hình kết cấu khung

2.2.1 Phân tích loại hình khung xe Gocar

 Khung gầm hình chiếc thang

Hình 2.1 Loại khung hình chiếc thang

Khung gầm hình thang là loại khung gầm ra đời sớm Nhìn bề ngoài, trông nó chẳng khác nào một chiếc thang với hai thanh nằm dọc nối với nhau bằng các thanh

ngang hoặc giằng chéo vào hai bên Các thanh dọc là thành phần chịu lực chính Chúng

có khả năng chịu tải và các lực tác động theo chiều dọc xuất hiện khi tăng tốc hoặc phanh Các thanh ngang hay giằng chéo vào hai bên có tác dụng chống đỡ các lực tác dụng bên đồng thời tăng khả năng chịu xoắn của khung

Ưu điểm: cấu trúc đơn giản, giá thành rẻ, dễ chế tạo và lắp ráp bằng tay

Nhược điểm: vì có cấu trúc 2 chiều nên độ cứng xoắn thấp hơn hẳn so với các loại khung gầm khác, đặc biệt là khi chịu tác động của trọng tải đứng hoặc xóc nảy lên

 Khung liền ống rỗng

Hình 2.2 Loại khung liền ống rỗng

Khung liền ống rỗng sử dụng hàng tá các ống sắt hình tròn (hoặc hình vuông để

dễ nối với các tấm pa-nô ốp thân mặc dù hình tròn mới là loại chịu lực tối đa) Các ống được đặt theo nhiều hướng khác nhau nhằm tạo ra lực cơ học chống lại các lực tác động

từ khắp mọi nơi Chúng được hàn lại với nhau và tạo thành một cấu trúc rất phức tạp

Để tạo ra sự chịu lực mạnh hơn sao cho phù hợp với các loại xe thể thao tính năng cao, khung gầm hình ống rỗng thường đi kèm với một cấu trúc rắn chắc bên dưới cửa, kéo theo chiều cao bất thường của khung cửa và sự bất tiện khi bước vào bên trong khoang lái

Ưu điểm: rắn chắc từ mọi phía so với khung gầm hình chiếc thang

Nhược điểm: rất phức tạp, tốn kém và mất nhiều thời gian để chế tạo Bên cạnh

đó, loại khung gầm này chiếm rất nhiều không gian, tăng chiều cao của ngưỡng cửa và gây khó khăn cho người sử dụng khi ra vào xe

 Khung gầm hình xương sống

Hình 2.3 Loại khung hình xương sống

Khung gầm hình xương sống rất đơn giản: một hoặc hai xương sống là hình ống rắn chắc nối trục trước và sau đồng thời hai bên xương sống được liên kết thêm dạng ống sườn bên lưng nên gần như chịu được toàn bộ lực cơ học Loại khung này có thể ứng dụng cho dòng xe thể thao loại nhỏ Nhờ đó, bộ khung gầm trở nên nhẹ và chắc

Ưu điểm: thích hợp cho dòng xe thể thao loại nhỏ Cấu trúc đơn giản giúp giảm chi phí và dễ chế tạo bằng tay Tiết kiệm không gian hơn cả loại khung gầm liền khối

Nhược điểm: khung gầm xương sống không thể bảo vệ người lái trong các vụ va chạm bên hoặc so le

2.2.2 Lựa chọn kết cấu khung

Xét điều kiện hoạt động của của mô hình xe Gocar tự chế là chạy trên mặt đường bằng phẳng ít gồ ghề và độ dốc thấp với vận tốc tối đa là 30 km/h nên việc các tải trọng tác động lên khung xe là không nhiều, chủ yếu là tải trọng người ngồi đặt lên khung xe

và các ảnh hưởng từ lực li tâm khi quay vòng hoặc lực quán tính khi phanh Ngoài ta,

nhận thấy rằng với thực trạng các phương tiện trang thiết bị hỗ trợ như máy uốn, máy khoan, máy tiện vv không có sẵn nên rất bất tiện khi thực hiện các công việc gia công chế tạo Chính vì vậy chúng tôi lựa chọn loại hình khung hình chiếc thang để thuận tiện cho việc thực hiện làm khung và giảm bớt chi phí bỏ ra

2.3.1 Phương án dẫn động điện gồm một động cơ điện dẫn động vi sai

Với phương án này thì động cơ điện, cụm truyền lực chính và vi sai được được

bố trí dọc theo xe Để truyền momen từ động cơ điện đến cầu chủ động thì ta dùng trục các đăng Cơ cấu dẫn hướng của xe sử dụng hình thang lái với cơ cấu lái có thể là dạng bánh răng - thanh răng, trục vít – cung răng Động cơ và truyền lực chính – vi sai được đặt phần sau xe nên giảm bớt tải trọng đặt lên phía trước xe Điều này tạo điều kiện thuận lợi để giảm bớt lực đánh lái

Hình 2.4 Phương pháp dẫn động gồm một động cơ điện dẫn động vi sai

M: động cơ điện; VS: truyền lực chính và vi sai

2.3.2 Phương án dẫn động điện độc lập từng bánh

Dẫn động độc lập từng bánh như Hình 2.5 có ưu điểm là giảm bớt được khối lượng của xe do không còn sử dụng truyền động chính – vi sai Ngoài ra hai động cơ được tích hợp vào hai bánh nên giảm được tải trọng đặt lên khung Công việc điều khiển tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện

áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông Từ đó tạo ra các đặc tính

cơ mới của động cơ để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu

Phương pháp dẫn hướng có thể là điều chỉnh tốc độ quay của từng bánh để xe ở các trường hợp khác nhau Cụ thể khi quay vòng tốc độ ở hai bánh là phải khác nhau và phụ thuộc vào góc đánh lái sao phù hợp với từng bán kính quay vòng

Hình 2.5 Phương pháp dẫn động gồm hai động cơ độc lập

M: động cơ điện Nhận thấy ở phương án một bộ môn Kỹ thuật ô tô đã thực hiện, mặc khác ở phương án hai có nhiều điểm phù hợp với tiêu chí xe Gocar Vậy nên chúng tôi thống nhất lựa chọn phương án hai là dẫn động độc lập ở hai bánh chủ động Công việc lập trình và điều chỉnh tốc độ động cơ ở hai bánh theo từng chế độ làm việc là khá phức tạp nên thay vào đó phương án dẫn hướng của xe Gocar sẽ sử dụng vô lăng liên kết hình thang lái thông qua liên kết giữa các đòn và khớp nối dạng cầu

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO KHUNG GẦM VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN

3.1 Khung xe

3.1.1 Công dụng

Khung được xem là phần tử xương cốt của xe, là phần chịu lực chính và cũng là chi tiết để đỡ và lắp đặt hầu hết các cụm, cơ cấu và hệ thống trên xe như động cơ, các

hệ thống điều khiển các cụm thiết bị phụ trợ khác và đồng thời chịu nó là nơi chịu toàn

bộ những tác động thay đổi từ mặt đường lên xe khi chuyển động

và các cụm chi tiết khác gắn liền với khung xe

- Có hình dạng thích hợp, đảm bảo tháo lắp các cụm dễ dàng, hạ thấp được chiều cao trọng tâm của xe, chiều cao chất tải nhỏ

3.1.3 Phân tích hình dáng của khung

Hình dáng của khung loại hai dầm dọc bố trí hai bên thường cần phải đáp ứng yêu cầu chính là: kích thước đầu trước của khung được thu hẹp để đảm bảo góc quay lớn nhất của bánh xe dẫn hướng

Vì xe Gocar điện có kết cấu hệ thống chịu lực tương đối đơn giản nên cũng thuận tiện cho việc lựa chọn và gia công các thanh dầm Hai thanh dầm dọc của xe được bố trí song song và được nối bởi các thanh dầm ngang tạo thành dạng bậc thang

- Chiều rộng và cao của các thanh dầm thay đổi theo chiều dài của khung

- Việc thay đổi chiều dài nhằm giúp xe quay vòng dễ dàng (đảm bảo động học quay vòng)

Hình 3.1 Các kích thước cơ bản của khung xe

 Đối với các thanh dầm dọc:

Chọn biên dạng (mặt cắt ngang) của thanh dầm là hình chữ nhật quy cách 40x20 (mm), có chiều dày 2 (mm)

- Số lượng: 02 (thanh)

- Chiều dài mỗi thanh : 2,1 (m)

- Khối lượng của 01 (m) dầm: 1,8 (kg)

- Khoảng cách hai dầm dọc là song song, ở giữa dầm được nới rộng đều sang hai để tạo không gian cho người ngồi Phần đầu khung xe vẫn giữ biên dạng như ban đầu để phù hợp với hệ thống lái

- Chiều cao của thanh dầm dọc cũng thay đổi phù hợp để lắp các bộ phận: cáp phanh, dây dẫn điện, sàn xe

- Phần giữa của hai thanh dầm chính được bổ sung thêm 2 thanh dọc phụ để có thể tăng khả năng chịu uốn của khung

 Đối với các thanh dầm ngang:

Chọn biên dạng (mặt cắt ngang) của thanh dầm ngang vật liệu thép mạ kẽm có biên dạng hình chữ nhật với quy cách 40x20 (mm), chiều dày 2 (mm)

- Số lượng: 09 (thanh)

- Khối lượng của 01 (m) dầm: 1.8 (kg)

- Chiều dài và khoảng cách giữa các thanh dầm ngang được bố trí phụ thuộc vào

sự lắp đặt các chi tiết sao cho phù hợp

- Các thanh dầm được nối với nhau bằng các mối hàn, để tăng thêm độ cứng vững thì ta dùng các tấm gia cường có dạnh hình chữ V hoặc L ở các vùng tập trung tải trọng hay ứng suất

Hình 3.2 Hình dạng khung sườn 3D của xe Gocar

 Chọn vật liệu chế tạo các thanh dầm

Vật liệu dùng để chế tạo các thanh dầm là thép hộp hợp kim hay thép cácbon thấp hoặc trung bình

Đặc điểm của các loại thép này là:

- Có giới hạn chảy và độ bền mỏi cao

- Ít nhạy cảm với tập trung ứng suất

- Có tính dập nguội và có tính hàn tốt

Để đơn giản cho quá trình tính toán, cũng như kiểm tra bền ta chọn các vật liệu

có sẵn trên thị trường với thông số kỹ thuật thép được catalog do nhà sản xuất cung cấp

cụ thể như sau:

- Sử dụng thông số cơ tính của thép CT3 để định vật liệu

- Sử dụng các loại thép hộp có trên thị trường, các loại thép sử dụng trong lĩnh

vực xây dựng để định hình dạng các thanh dầm

3.1.4 Kiểm tra bền khung xe

 Các giả thiết tính toán

Khung xe ô tô là một hệ kết cấu siêu tĩnh Để đơn giản trong tính toán, ta có chỉ

đề cập đến các vấn đề sau:

- Bỏ qua momen xoắn tác động lên khung do các cụm đặt xa dầm dọc gây ra

- Trọng lượng khung coi như phân bố đều trên khung sườn xe

- Vị trí trọng tâm và điểm đặt lực được tính theo một điểm nào đó

- Khung được được liên kết ngàm thông qua hai cầu xe

 Vật liệu chế tạo và ứng suất cho phép

Khung xe được chế tạo từ thép hộp mạ kẽm có biên dạng hình chữ nhật quy cách

40x20 (mm) và chiều dày 2 (mm) và giới hạn chảy là σch = 34 (kG/mm2)

Ứng suất uốn cho phép của vật liệu được xác định theo [6, tr.104] như sau:

[σ] = σch

n (3.1)

= 341,5 = 22,67 (kG/mm

2) = 222,36 (N/mm2)

Trong đó: n là hệ số an toàn với n = 1.5

Bảng 3.1 Tọa độ các điểm của khung xe trong RDM

Điểm số Tọa độ các điểm trong không gian

Sau khi nhập các điểm xong, ta có các thanh dầm như sau:

Hình 3.3 Thứ tự các điểm nút của khung sườn trong RDM

 Phân tích các tải trọng tác dụng lên khung xe

Tải trọng tác dụng lên khung có thể chia ra :

- Tải trọng tĩnh: do trọng lượng các cụm bắt lên khung của động cơ như người

hệ thống lái, ắc quy, động cơ

- Tải trọng động: chủ yếu là tải trọng thẳng đứng, sinh ra khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng và tải trọng ngang khi xe tăng tốc hoặc quay vòng

Các tải trọng thẳng đứng phân bố đối xứng với các dầm dọc sẽ gây uốn khung Các tải trọng phân bố không đối xứng xuất hiện khi ôtô chuyển động trên đường mấp

mô lớn (khi các bánh xe đi qua các chướng ngại vật hay các ụ mấp mô) sẽ gây xoắn khung

Ảnh hưởng của các tải trọng ngang tác dụng lên khung nói chung nhỏ, có thể bỏ qua

Với các đặc điểm chịu tải như vậy nên khung được tiến hành tính toán chế độ đặc trưng nhất là :

- Chế độ 1: Xe chuyển động với tốc độ lớn trên đường mấp mô nhỏ, khung chịu tải trọng thẳng đứng và bị uốn

- Chế độ 2: Xe chuyển động trên đường mấp mô lớn với một bánh gặp mấp mô hay bị treo lên Trong trường hợp này khung chịu xoắn

Đối với mô hình xe Gocar chạy điện thì điều kiện làm việc tương đối nhẹ nhàng, tốc độ vừa phải Ngoài ra, tải trọng tác dụng lên xe theo phương thẳng đứng ít thay đổi

và địa hình làm việc là bằng phẳng ít gồ ghề Do vậy, để tính bền cho khung ta chỉ tính khung theo chế độ 1 và tính bền khung theo uốn trong trường hợp xe phanh gấp và quay vòng

 Các tải trọng tác dụng lên khung sườn

- Trọng lượng phần khung vỏ 50 kg, sẽ được phân bổ ở 20 nút 1, 2, 4 , 5, 6 , 7,

8, 9, 10, 12, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 21, 22, 24 của các thanh đà ngang của phần sườn và lực phân bố tại các nút này đều nhau

- Trọng lượng ắc quy 15 kg ta giả sử 2 thanh đà ngang đỡ ắc quy tuyệt đối cứng khi đó trọng lượng ắc quy sẽ phân bố ở 4 điểm nút 7, 9, 19, 21 trên 2 thanh đà dọc chính với giá trị và trọng lượng bằng nhau

- Trọng lượng cơ cấu truyền động lái 4 kg ta quy trọng lượng tập trung tại 2 điểm nút số 2 và số 14

- Trọng lượng ghế ngồi khi có người ngồi là 80 kg, khối lượng này được đỡ trên

3 thanh đà ngang Ta quy khối lượng này về 6 nút cụ thể như sau: trọng lượng đặt chân người ngồi 20 kg lên nút 2, 14 Trọng lượng còn lại 60 kg chia đều trên 4 nút 6, 7, 18,

19 trên hai thanh ngang nơi đặt ghế người ngồi với mỗi nút có giá trị tải trọng như nhau

 Trường hợp phanh gấp

Khi phanh gấp khung xương bị uốn do tác dụng của lực quán tính và được xác định như sau:

Pj = m.jpmax (3.2) Trong đó: jpmax là gia tốc lớn nhất của ô tô khi phanh

Jpmax = g.φ (3.3)

= 10.0,6 = 6 (m/s2) Với: - φ là hệ số bám trên đường nhựa ướt, chọn φ= 0,6

- m là tổng trọng lượng đặt trên khung, m = 150 (kg)

Do đó ta có Pj = m.jpmax = 150.6 = 900 (N)

Ta có thể chia phần lực quán tính này tại 20 điểm là 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12,

13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24 trên khung sườn đều nhau và bằng 90 N

Sử dụng phần mềm RDM để tính toán ta có kết quả sau:

- Biểu đồ phân bố lực:

Hình 3.4 Hình hiển thị biểu đồ phân bố lực lên khung khi xe phanh gấp

- Biểu đồ biến dạng của khung xe:

Hình 3.5 Biến Dạng khung khi xe phanh gấp

- Biểu đồ lực dọc:

Hình 3.6 Biểu đồ lực dọc tác động lên khung khi xe phanh gấp

Lực dọc lớn nhất tại điểm nút 9 và 19, điểm hàn thanh đỡ gá bộ phận đàn hồi giảm chấn của xe

- Biểu đồ lực cắt:

Hình 3.7 Biểu đồ lực cắt tác động lên khung khi xe phanh gấp

Lực cắt lớn nhất trên thanh dầm ngang tại tại điểm nút số 11 và 23

- Biểu đồ momen xoắn:

Hình 3.8 Biểu đồ momen xoắn của khung khi xe phanh gấp

Momen xoắn lớn nhất tại điểm nút số 3 và 15 trên thanh ngang lắp bánh xe

- Biểu đồ momen uốn:

Hình 3.9 Biểu đồ momen uốn của khung khi xe phanh gấp

Momen uốn lớn nhất trên thanh ngang tại vị trí 7, 19 Nơi chịu tải trọng của người ngồi và tải trọng ắc quy

- Biểu đồ ứng suất:

Hình 3.10 Biểu đồ ứng suất của khung khi xe phanh gấp

Ứng suất lớn nhất trên thanh ngang ở vị trí nút số 3 và 15 có giá trị:

0.66

2 +

1,3tag40° = 1,87 (m)

(3.5) Trong đó: - α = 40°, là góc quay vòng lớn nhất

- b là khoảng cách 2 tâm trụ đứng

- L là chiều dài cơ sở

vn là tốc tộ giới hạn khi quay vòng, vn = 30 (km/h) = 8,3 (m/s)

Thay các giá trị vào công thức ta có: