NH n XET c a h i d NG XET DUY t tr ng ti

Giới thiệu về xe đạp và hệ thống xe đạp ảo Xe đạp được biết đến như một trong những thành quả phát triển đầu tiên về khíacạnh của sự thay đổi trong ngành chế tạo phương tiện giao thông c

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG XÉT DUYỆT

Hồ Chí Minh, ngày …… tháng …… năm 2016

Trưởng tiểu ban xét duyệt

MỤC LỤC

I GIỚI THIỆU 6

1.1 Giới thiệu về xe đạp và hệ thống xe đạp ảo 6

1.2 Ứng dụng phanh MRF trong hệ thống xe đạp ảo 9

1.3 Lý do chọn đề tài 11

1.4 Tính cấp thiết của đề tài 12

II MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 13

2.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài 13

2.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu của đề tài 13

III BỐ CỤC DỰ KIẾN CỦA LUẬN VĂN 15

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ LƯU CHẤT TỪ BIẾN VÀ CÁC ỨNG DỤNG 15 1.1 Tổng quan về lưu chất MRF 15

1.2 Thành phần của lưu chất từ biến MRF 15

1.3 Nguyên lý hoạt động của lưu chất từ biến MRF 15

1.4 Thuộc tính của lưu chất từ biến MRF 15

1.5 Mô hình toán học của lưu chất từ biến MRF 15

1.6 Ứng dụng của lưu chất từ biến MRF 15

CHƯƠNG 2: PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN 16

2.1 Tổng quan về nghiên cứu và ứng dụng của phanh MRF 16

2.2 Tính toán moment phanh MRF 16

2.3 Đề xuất kết cấu phanh lưu chất dùng cho đề tài 16

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN TỐI ƯU VÀ THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH 17

3.1 Bài toán tối ưu 17

3.2 Phương pháp giải 17

3.3 Kết quả 17

CHƯƠNG 4: CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH CỦA PHANH 18 4.1 Thiết kế các bộ phận phanh 18

4.2 Chế tạo phanh 18

4.3 Thực nghiệm kiểm tra đặc tính kỹ thuật của phanh 18

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG ĐẠP XE 19

5.1 Thiết kế hệ thống đạp xe ảo 19

5.2 Chế tạo hệ thống đạp xe ảo 19

5.3 Thực nghiệm, đánh giá kết quả 19

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

PHỤ LỤC 23

TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 23

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Thực tế ảoVRML Virtual Reality Modeling Language

Ngôn ngữ mô hình hóa thực tế ảo

Lưu chất từ biến

DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1: Xe đạp và các bộ phận của xe đạp 6

Hình 2: a) Xe đạp phòng gym b) Xe đạp đua ảo 7

Hình 3: Hệ thống xe đạp đua ảo 8

Hình 4:Cấu tạo phanh tang trống 9

Hình 5:Cấu tạo phanh đĩa 10

Hình 6:Cấu tạo phanh ABS 10

Hình 7: a) Phanh, trở lực hai bên b) Phanh, trở lực ở trên 12

c) Chi tiết phanh, trở lực……….……… ….……12

I GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệu về xe đạp và hệ thống xe đạp ảo

Xe đạp được biết đến như một trong những thành quả phát triển đầu tiên về khíacạnh của sự thay đổi trong ngành chế tạo phương tiện giao thông của cách mạng côngnghiệp diễn ra vào những năm đầu của thế kỷ 19 ở các nước châu Âu như: Anh, Pháp

… Năm 1817, nam tước người Đức là Baron Karl von Drais đã phát minh ra chiếc xemang tên ông gọi là Draisienne (xe của Drais) được xem là tổ tiên của xe đạp Drais đãgiới thiệu mô hình xe này cho công chúng tại Mannheim vào mùa hè 1817 và tại Parisnăm 1818[12][13] Người lái ngồi dạng chân trên một khung gỗ được hỗ trợ bởi haibánh xe và đẩy chiếc xe bằng hai chân của mình trong khi chỉnh hướng bằng bánh xephía trước[12]

Hình 1: Xe đạp và các bộ phận của xe đạp

Vào năm 1865, hai anh em Michaux đã lắp cho xe của họ một chỗ để chân, môphỏng tay quay của máy quay tay của họ Tuy nhiên, trước đó, vào năm 1849, có thểmột thợ cơ khí Đức là Heinrich Fischer đã sáng chế ra pêđan trước hai anh emMichaux Pêđan ở bánh trước khiến cho bánh trước có kích thước lớn (lớn hơn bánhsau) để tăng quãng đường đi trong mỗi vòng đạp Cải tiến này đã mang lại tên gọi mớicho thiết bị, bicycle (xe đạp) Trong những năm 1890, xe đạp đã trở nên rất phổ biến,

và các yếu tố cơ bản của xe đạp hiện đại đều đã được đặt ra Trong nửa đầu của thế kỷ

20, các hợp kim thép tốt hơn cho các ống khung mỏng hơn khiến những chiếc xe đạpnhẹ hơn nhanh hơn và cưỡi mượt mà hơn Từ thế kỷ 20 đến nay, xe đạp ngày càngđược hoàn thiện về thiết kế và chức năng

Xe đạp ngày nay là một trong những phương tiện được yêu thích nhất do chúngkhông sinh ra những chất thải làm ô nhiễm không khí cũng như là một bài tập có tácdụng tốt với sức khỏe con người Đi xe đạp bao gồm đua xe đạp, đi xe đạp và đạp xeleo núi, nó có rất nhiều lợi ích trong việc rèn luyện sức khỏe Tăng cường tập thể dụcgiúp giảm nguy cơ đau tim, giảm cân và giảm stress [1]

Hình 2: a) Xe đạp phòng gym b) Xe đạp đua ảo

Mặc dù đi xe đạp là một trong những hoạt động thể thao nổi tiếng trên thế giới và

là một bài tập tốt cho việc duy trì sức khỏe cơ thể, nhưng nó vẫn chưa phổ biến ở ViệtNam Bởi vì để đi xe đạp thì cần thiết phải có một khu vực rộng lớn Do sự phổ biếncủa xe máy và các loại phương tiện xe cơ giới khác, nên việc sử dụng xe đạp là rất hạnchế Một mối quan tâm khác của xe đạp là vấn đề an toàn Đây là một hoạt động tốc độcao và tương đối nguy hiểm so với các hoạt động ngoài trời khác như đi bộ đường dài,

cắm trại và câu cá Vì vậy để đảm bảo an toàn trong quá trình đi xe đạp thì mọi thứ cầnphải được chuẩn bị tốt

Trong hai thập kỷ qua, các kỹ thuật để phát triển thực tế ảo (VR) đã được sử dụngrộng rãi trong các trò chơi trực tuyến Một phương pháp phổ biến để tạo ra hiệu ứng

VR là sử dụng ngôn ngữ mô hình hóa thực tế ảo (VRML) [3] Mặc dù trò chơi dựatrên VRML [4-5] cung cấp một nền tảng để giải trí, các trò chơi trực tuyến được pháttriển sử dụng VRML được điều khiển bằng các thiết bị tiêu chuẩn (ví dụ chuột).Nhưng các trò chơi trực tuyến không có tác dụng đáng kể trong việc thúc đẩy các bàitập hoặc cung cấp bất kỳ tác dụng rèn luyện sức khỏe nào Gần đây, các đội đua xe [6]

đã phát triển một hệ thống đa người lái để cung cấp một phương pháp mới trong đàotạo nhóm xe đạp và đua xe Các đội đua xe [7] cũng đã phát triển một thiết bị đi xe đạp

ảo trong nhà được tích hợp với một chương trình mô phỏng và một màn hình hiển thị

đồ họa Xe đạp ảo trong nhà cung cấp một giải pháp để giải quyết những hạn chế vấn

đề không gian cũng như các vấn đề an toàn Carraro [8] đã phát triển một mô phỏngđua xe đạp gọi là Peloton Peloton cho phép chia sẻ không gian ảo và tập thể dục vớicác đối tác khác Các mô phỏng được kết nối thông qua World Wide Web VRMLđược thông qua để tạo ra một môi trường ảo Môi trường ảo được tạo ra bằng cáchtổng hợp các môi trường sử dụng VRML và video của các môi trường thực tế [9]

Hình 3: Hệ thống xe đạp đua ảo

Một xe đạp mô phỏng ảo kết hợp thay đổi động năng và tương tác giữa các môitrường ảo đã và đang được phát triển Những thay đổi động năng trong những môitrường ảo bao gồm các lực ma sát giữa mặt đất và những chiếc xe đạp, tốc độ cưỡi xe

đạp khi lên dốc và xuống dốc Ngoài ra, các mô phỏng còn cung cấp một màn hình củamôi trường ảo để người tham gia dễ dàng nhập vai vào trò chơi

Và với những điều trên một hệ thống xe đạp ảo mô phỏng đã được phát triển chomục đích tập thể dục và vui chơi giải trí, nhằm thúc đẩy các hoạt động đi xe đạp[2]

1.2 Ứng dụng phanh MRF trong hệ thống xe đạp ảo

Phanh là một thiết bị cơ học làm giảm chuyển động Cách gọi khác là hãm hay bộgiảm tốc Bộ phận có tác dụng ngược với phanh là bộ ly hợp Hầu hết những loạiphanh dùng ma sát để chuyển động năng thành nhiệt năng

Như chúng ta đều biết rằng, phanh là bộ phận chính và có vai trò đặc biệt quantrọng trong bất kỳ một chiếc xe nào và hệ thống xe đạp ảo cũng không phải là mộtngoại lệ Nó giúp cho chiếc xe giảm tốc độ hoặc dừng lại một cách an toàn Hiện naytrên thị trường có các hệ thống phanh tang trống, phanh đĩa, phanh ABS là phổ biếnhơn cả và được ứng dụng rất rộng rãi

Phanh tang trống: bề mặt của má phanh được làm bằng vật liệu ổn định, chốngmòn, cho độ bền cao, không gây mất an toàn cho người lái, dừng chính xác nhưng kémphanh đĩa, rẻ tiền và lúc phanh không sợ bị sốc Tuy nhiên hệ thống phanh này dễ bịmài mòn tự nhiên, phanh kêu, hay bị bó, giảm hiệu quả khi phanh gấp

Hình 4:Cấu tạo phanh tang trống

Phanh đĩa: có kết cấu gọn nhẹ, khi ma sát phanh đĩa có khả năng tỏa nhiệt tốt, dophần lớn phanh đĩa được tiếp xúc với không khí Cơ cấu phanh đĩa có cấu tạo đơngiản, chính vì thế việc kiểm tra, bảo dưỡng và thay thế má phanh dễ dàng Bên cạnh

đó, phanh đĩa còn có khả năng thoát nước tốt, do nước bám vào đĩa phanh nhanhchóng bị loại bỏ, những tính năng của phanh được phục hồi nhanh chóng như ban đầuchỉ trong thời gian ngắn Với kết cấu đặc biệt, phanh đĩa không cần phải điều chỉnh

khe hở ở giữa má phanh và đĩa phanh mà chúng sẽ tự điều chỉnh mỗi khi má phanhhoạt động Giá thành rẻ hơn hệ thống phanh ABS.

Phanh đĩa vẫn còn tồn tại một số nhược điểm như phản ứng lực phanh khó kiểm soát,

dễ bị sốc, khiến xe bị lộn nếu bóp phanh nhanh, bất ngờ Do đó, gây nguy hiểm khi di chuyển với tốc độ cao hoặc trong trời mưa trơn trượt

Hình 5:Cấu tạo phanh đĩa

Phanh ABS: Cơ chế phanh tương tự phanh đĩa, tuy nhiên sự khác nhau ở hệ thốngđiều khiển trung tâm Hệ thống này sẽ giám sát tốc độ của các bánh khi phanh, và pháthiện tình trạng bó cứng trong quá trình phanh, từ đó đưa ra các tín hiệu điều chỉnhphanh để quá trình phanh xe được an toàn hơn khi di chuyển ở tốc độ cao hoặc trongđiều kiện trơn trợt Và có lẽ nhược điểm hiện tại là giá thành tương đối đắt hơn so vớicác loại phanh khác do được trang bị những tính năng hiện đại, đòi hỏi chi phí cao đểchế tạo

Hình 6:Cấu tạo phanh ABS

Tuy nhiên gần đây hệ thống phanh lưu chất từ biến (MRB) cũng đã được quan tâmnghiên cứu và áp dụng trong nhiều lĩnh vực[14][15], đặc biệt là trong ô tô[16][17]

Hệ thống phanh lưu chất từ biến (MRB) hiện nay hoàn toàn có thể đáp ứng tương

tự như hệ thống ABS Nhờ vào khả năng hoàn toàn điều khiển được với thời gian đápứng nhanh, khi kết hợp với các loại cảm biến vận tốc… ta hoàn toàn có thể điều khiểnphanh nhấp nhả như những gì hệ thống ABS có thể làm

Ngoài ra, MRB còn có nhiều ưu điểm khác:

- Năng lượng vận hành thấp: chỉ cần cung cấp dòng điện tối đa 3A thì MRB

đã có thể đạt được yêu cầu phanh hoàn toàn

- Thiết kế và kết cấu khá đơn giản

- Không cần hệ thống thủy lực đồng nghĩa với việc không có ống dẫn thủylực nên sẽ không chiếm dụng khoảng không nhiều

- Không có ma sát giữa các bộ phận kim loại với nhau nên sẽ không có sự haomòn do ma sát

- Dễ dàng điều khiển, đặc biệt chỉ cần phanh thông qua sợi dây điện

1.3 Lý do chọn đề tài

Trong bộn bề cuộc sống, công việc quá nhiều cuốn chúng ta vào những lo toan màquên mất đi những giá trị khác của cuộc sống Và đến khi nhận ra thì sức khỏe đãkhông còn sung mãn Để sức khỏe luôn được đảm bảo thì việc tập thể dục đều đặn làrất cần thiết

Vậy lợi ích của việc tập thể dục là gì? Không bao giờ là quá muộn để bắt đầu tậpthể dục , tập thể dục thường xuyên giúp bạn: cơ thể săn chắc, trái tim khỏe mạnh, tăngcường sức đề kháng, giảm tress, giảm cholesterol xấu, tăng cholesterol tốt…

Làm thế nào để bạn bắt đầu tập thể dục ? Đầu tiên bạn hãy nghĩ về những gì bạnmuốn làm và làm thế nào phù hợp với bạn khi bạn là một người bận rộn, bạn không cóthời gian để đi đến phòng tập và ngại ra đường vì những vấn đề thời tiết, khói bụi ônhiễm hay an toàn trên đường Và bạn muốn tập thể dục tại nhà hay tại nơi làm việc.Một trong những phần phổ biến nhất của thiết bị tập thể dục tại nhà là một hệthống xe đạp ảo sẽ đáp ứng được các yêu cầu đó của bạn Tuy nhiên một hệ thống xeđạp ảo nào sẽ đáp ứng được các yêu cầu của bạn?

Trong quá trình học tập và nghiên cứu em có cơ hội tìm hiểu về phanh MRF vàcác ứng dụng của nó Nhận thấy rằng phanh MRF có thể đáp ứng được các yêu cầu kỹ

khiển….nhưng hiện nay chưa được ứng nhiều vào các thiết bị tập thể dục mà cụ thể làcác loại xe đạp thể dục Từ đó vấn đề đặt ra là một hệ thống tập xe đạp ảo kết hợpphanh MRF là khả thi?

1.4 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay trên thị trường hệ thống xe đạp ảo chủ yếu vẫn còn sử dụng hệ thốngphanh và trở lực bằng các miếng đệm bằng cao su Những miếng đệm này thường gây

ra tiếng rít khó chịu khi phanh, và khi phanh sẽ tạo ra một số lượng nhỏ bụi Ngoài ramột điều cũng quan trọng là khi bạn muốn điều chỉnh mức cường độ tập luyện cũngkhông thể vì việc điều chỉnh bằng núm vặn thường cảm tính và không chính xác

Hình 7: a) Phanh, trở lực hai bên b) Phanh, trở lực ở trên

c) Chi tiết phanh, trở lựcHiện nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu, phát triển và đạt được những thành tựunhất định trong ứng dụng lưu chất từ biến vào lĩnh vực cơ khí như sử dụng lưu chất

MR trong thiết kế phanh, giảm chấn, li hợp[18][19]… Trong đó phanh lưu chất từ biến

đã và đang dần dần được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi đặc biệt là trong ô tô[16][17] Nhưng ứng dụng cho xe đạp thì chưa được quan tâm thực hiện, nhận thấy nhu

cầu và khả năng thành công nên em chọn thực hiện đề tài “Thiết kế và chế tạo hệthống tập xe đạp ảo dùng phanh MRF”.

II MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống tập luyện xe đạp ảo có thể mô phỏngđược một số quá trình cơ bản trong đạp xe đạp như lên dốc, xuống dốc và trên đườngtrường

2.2 Nội dung nghiên cứu của đề tài

Với mục tiêu đã đặt ra, đề tài sẽ tập trung vào một số nội dung sau:

- Tìm hiểu về lưu chất thông minh và ứng dụng, đặc biệt là trong lĩnh vực chế tạophanh

- Nghiên cứu các kết cấu phanh MRF hiện nay, và đề xuất kết cấu phanh hợp lýcho đề tài

- Tính toán tối ưu và thiết kế cơ cấu phanh

- Chế tạo và thực nghiệm đánh giá đặc tính của phanh

- Thiết kế chế tạo hệ thống đạp xe ảo dùng phanh MRF

- Thực nghiệm hệ thống đạp xe và đánh giá kết quả

2.3 Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu của đề tài

2.3.1 Phương pháp luận

Thiết kế, chế tạo hệ thống xe đạp ảo dùng phanh MRF nhằm tạo ra hệ thống đạp

xe mới đạt hiệu quả cao thay thế cho hệ thống đạp xe cũ kém hiệu quả ở các modultrước đó, dựa trên mối quan hệ giữa độ biến thiên của từ trường và độ rắn lỏng của lưuchất điện - từ biến, từ đó tính toán, thiết kế tỳ lệ truyền phù hợp để nhằm đạt hiêu quảcao Để thực hiện nghiên cứu này cần thực hiện:

Tổng hợp các nghiên cứu về phanh trước đó có sẳn trong và ngoài nước

Tìm hiểu, phân tích ưu nhược điểm của các kết cấu phanh MRF hiện nay để đềxuất kết cấu phanh hợp lý cho đề tài

Thiết kế và chế tạo hệ thống

Thực nghiệm, kiểm chứng kết quả

2.3.2 Phương pháp nghiên cứu

2.3.2.1 Phân tích lý thuyết

Phân tích phương pháp luận từ các công trình khoa học liên quan được công bốtrong thời gian gần đây trên các tạp chí khoa học, các kỹ yếu hội nghị khoa học trongnước và quốc tế, trên các luận văn thạc sĩ và các tài liệu liên quan Chọn lựa và pháttriển các công cụ hiện đại phù hợp với vấn đề cần giải quyết để xây dựng cơ sở lýthuyết và đề xuất phương pháp thực hiện đề tài.

2.3.2.2.Phân tích thực nghiệm

Giải pháp được đề xuất phải có tính ứng dụng trong thực tế và tiến hành thínghiệm trên mô hình thực trong phòng thí nghiệm và trên các tập số liệu đo đạc từ môhình thực nhằm kiểm chứng, đánh giá độ chính xác cũng như khả năng ứng dụng củagiải pháp được đề xuất trong phần lý thuyết

2.3.2.3 Tóm tắt nội dung luận văn

Các phương pháp sử dụng để đạt được mục tiêu đã đề ra:

Chương 1: Tìm hiểu về lưu chất thông minh và ứng dụng, đặc biệt là trong lĩnhvực chế tạo phanh

Tìm hiểu các bài báo trong và ngoài nước liên quan đến MRF

Thu thập các tài liệu về lưu chất thông minh và các ứng dụng liên quan

Chương 2: Nghiên cứu các kết cấu phanh MRF hiện nay, và đề xuất kết cấu phanhhợp lý cho đề tài

Dựa trên những tài liệu thu thập được, lần lược xây dựng bài toán thiết kế phanhcho đề tài

Chương 3: Tính toán tối ưu và thiết kế cơ cấu phanh

Bài toán được giải dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn từ đó xác định hìnhdạng nào sẽ tạo ra mô men hãm tối ưu nhất

Chương 4: Chế tạo, thực nghiệm đánh giá đặc tính của phanh

Chế tạo dựa trên cơ sở đã được tính toán

Phương pháp phân tích hệ thống

Đánh giá kết quả đạt được

Chương 5: Thiết kế chế tạo thực nghiệm và đánh giá kết quả hệ thống đạp xe.Kết quả tối ưu được kiểm chứng thực nghiệm chế tạo

Đánh giá kết quả đạt được

Chương 6: Kết luận

Kết luận