Đặt vấn đề Nhân loại ngày nay đều nhận thấy rằng với đà sử dụng năng lượng từ năng lượng hóa thạch như hiện nay thì nguồn năng lượng hóa thạch mà con người đang sở hữu chỉ còn đủ cho trong khoảng 30-40 năm sắp đến. Mặt khác sử dụng năng lượng hóa thạch luôn phát thải một lượng rất lớn các chất khí gây ô nhiễm môi trường, gây ảnh hưởng nặng nề tới Môi trường sống của chúng ta và Hệ sinh thái toàn cầu. Nhưng rõ ràng hiện tại con người chưa có nguồn năng lượng thay thế tối ưu cho nguồn năng lượng này. Vì vậy chúng ta phải vừa tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế vừa phải tìm cách sử dụng năng lượng hóa thạch một cách hiệu quả hơn.
Một trong các giải pháp là nâng cao hiệu quả sử dụng nguồn năng lượng này trên phương tiện giao thông. Đây là khởi nguồn ý tưởng của cuộc thi do Honda khởi xướng tại Nhật Bản cách đây 32 năm và hiện nay đã xuất hiện trên khắp thế giới với nhiều tên gọi khác nhau. Việt nam cũng đã tham gia và tổ chức cuộc thi này với tên gọi “Cuộc thi lái xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu của Honda Việt Nam” tại Đại bản doanh của Honda. Cuộc thi đã thu hút rất đông các đội tham gia và số lượng tăng theo từng năm.
Năm 2012 kỷ lục mới đạt được tại Việt Nam là 911,2 (km/l) vược xa kỷ lục 2011 nhưng so với kỷ lục thiết lập tại Nhật Bản thì chúng ta cần những bước tiến liên tục và mạnh mẽ trong tương lai. Để cải thiện thành tích này chúng ta phải nghiên cứu, giải quyết nhiều vấn đề kỹ thuật để cải tiến rất nhiều các thông số trên xe như giảm khối lượng thân xe nhưng lại tăng bền, tổn thất khí động học thân xe là nhỏ nhất, động cơ sử dụng nhiên liệu hiệu quả hơn, loại lốp phù hợp với địa hình nhưng tổn hao năng lượng khi hoạt động là nhỏ nhất, hệ thống lái và cả chiến thuật điều khiển xe. Trang 2 Rõ ràng sự hoạt động tối ưu của hệ thống lái trên xe cũng sẽ làm giảm tối đa năng lượng tiêu thụ trên các bánh xe dẫn hướng, giúp tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu là mục tiêu hàng đầu khi thiết kế xe EMC. Nên tối ưu hóa hệ thống lái cũng là mục tiêu mà đề tài nhắm đến.
Với sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của Thầy TS. Trần Hữu Nhân cùng sự chia sẻ của các bạn Kỹ Sư, sự giúp đỡ của các bạn trong lớp và sự cố gắng nỗ lực của bản thân Em tin sẽ đạt được mục tiêu đặt ra. Mục tiêu đề tài - Xây dựng chương trình tối ưu hóa Cơ cấu hình thang lái dạng đa liên kết đang sử dụng trên xe EMC và dạng Cơ cấu hình thang lái 4 khâu, rút ra kiến nghị loại Cơ cấu hình thang lái sử dụng trên xe EMC trong tương lai. - Đảm bảo tốt nhất động học và động lực học quay vòng.
Giảm thiểu tối đa mất mát năng lượng vô ích do hoạt động của hệ thống lái gây ra. - Xây dựng dữ liệu cơ sở cho các thiết kế hình thang lái xe EMC trong tương lai gần. - Xây dựng mô hình Vật lý mô phỏng trên môi trường Matlab để kiểm tra đối chứng với kết quả tính toán tối ưu từ mô hình toán học. - Chỉ ra thiếu sót còn tồn tại trên Cơ cấu hình thang lái xe EMC 2010 và khắc phục.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Xây dựng mô hình tính toán mô phỏng tối ưu hóa hình thang lái dạng đa liên kết. - Tối ưu hóa động học góp phần nâng cao thành tích tiết kiệm nhiên liệu cho xe EMC. - Tạo một nền tảng mô phỏng Cơ cấu hình thang lái để phát triển tiếp tục trong tương lai. Sơ đồ quá trình tính toán tối ưu hóa hình thang lái Hình 1-1: Sơ đồ thuật giải tổng quát.
Điều kiện hoạt động của xe 1. Sơ đồ đường đua Hình 1-2: Sơ đồ đường đua và vị trí các khu vực. Thành tích tốt nhất của cuộc đua Eco Mileage Challenge (Nhật) đạt kỷ lục 3644 km/l xăng của đội Firewall đến từ Nhật Bản, xác lập năm 2011. Eco Mileage Challenge Việt Nam năm 2011 là lần thứ 2 được tổ chức nên kết quả còn khiêm tốn chỉ đạt thành tích cao nhất 355 km/l xăng là xe của đội V.
Cuộc thi EMC lần thứ ba tại Việt Nam được Công ty Honda Việt Nam phát động năm 2012. Kết quả ở phần thi xe tự chế năm nay, kỷ lục mới về tiết kiệm xăng được đội Cánh gió - Honda Việt Nam lập lên khi đạt thành tích 912,661 km/l và dành giải nhất. Giải nhì là đội MQ - EQ với thành tích 876,127 km/l và giải ba thuộc về đội Phoenix 18 là 694,190 km/l. Shell Eco-Marathon Asia (năm 2011): - Nhiên liệu Xăng: 1608 km/ l của đội ATE.1 đến từ Thái Lan.
Trang 5 - Đội ICE-HUST của Việt Nam đạt thành tích 192 km/ l đứng thứ 16 trong cuộc thi. Hình 1-3: Đội Fireball đạt kỷ lục 3644 (km/l)của năm 2011. - Nhiên liệu Ethanol: 2213 km/l của đội đến từ Thái Lan. - Nhiên liệu Diesel: 564 km/l của đội NTU đến từ Singapo.
- Thành tích cao nhất: 1608 km/l của đội ATE.1 Shell Eco-Marathon Europe (năm 2011): - Nhiên liệu Xăng: 3688 km/l của đội đến từ Pháp. - Nhiên liệu Ethanol: 2944 km/l của đội đến từ Pháp. - Nhiên liệu Diesel: 1784 km/l của đội đến từ Pháp. - Thành tích cao nhất: của đội ĐH Nantes Pháp 4896 km/l.
Shell Eco-Marathon America (năm 2011): - Nhiên liệu Xăng: 1090 km/l của đội NTFS.O đến từ Canada. - Nhiên liệu Ethanol: 370 km/l của đội Bluelighting đến từ Mỹ. Trang 6 - Nhiên liệu Diesel: 244 km/l của đội Diesel Weasel. - Thành tích cao nhất: 1090 km/lit của đội Đại Học Laval, Quebec, Canada.
Hình 1-4: Xe của đội Cánh gió đạt giải nhất 2012. Chiến thuật đua Hình 1-5: Sơ đồ chiến thuật các điểm ngắt và khởi động động cơ trên đường đua. Trang 7 Hình 1-6: Đồ thị biểu diễn vận tốc xe, các điểm tắt và khởi động động cơ theo quãng đường. Bán kính giới hạn quay vòng của đường đua Từ thông số về kích thước cơ sở của xe và 2 khúc cua tương đương nhau về mặt hình học trong sơ đồ đường đua, ta xây dựng một sơ đồ để tính bán kính quay vòng nhỏ nhất và lớn nhất mà đường đua có thể đáp ứng được như sau.
Hình 1-7: Sơ đồ biểu diễn Bán kính quay vòng của đường đua.2) Hai bán kính quay vòng giới hạn từ đường đua được tính như sau: = ươ â á + , = 0,5 + = 0,9 ( ) = đườ đ − − 0,055 , = 6,5 − − 0,055 = 6,045 ( ) 1. Tóm tắt các công trình liên quan 1. Công trình Đại học bách khoa Hồ Chí Minh Thiết kế kỹ thuật và công nghệ xe tiết kiệm nhiên liệu dùng động cơ Wave RS 110 Honda năm 2011. - Tìm hiểu cụ thể về cuộc thi “ Lái xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu” được tổ chức ở Việt nam và các cuộc thi như: Eco Mileage Challenge được tổ chức ở Nhật bản, Shell Eco-Marathon được tổ chức ở châu Á, châu Âu, châu Mỹ.
- Tìm hiểu những mô hình xe đạt kết quả cao ở các cuộc thi trong và ngoài nước để đưa ra những phương án thiết kế, sau đó tính toán so sánh tính năng ổn định, động lực học… để đưa ra phương án thiết kế của đội. - Tìm hiểu và học các phần mềm ứng dụng trong tính toán động lực học và kết cấu ôtô: Matlab 7. Đồng thời sử dụng các phần mềm vẽ kỹ thuật: Solidworks 2010, Autocad 2008 trong quá trình thiết kế kỹ thuật. Trang 9 - Ứng dụng được phần mềm Ansys 12.0 trong tính toán bền và tối ưu khung xe, do đó đảm bảo khung xe đủ bền vững, tiết kiệm được vật liệu, do đó giá thành sẽ thấp hơn.
- Ứng dụng được phần Mềm Matlab trong tính toán Động học và động lực học của xe, tiết kiệm được thời gian tính toán. - Đưa ra những phương pháp thực nghiệm xác định: Trọng tâm của xe, Chiều cao trọng tâm, Mô men quán tính Izz, Hệ số trượt ngang của bánh xe. - Thiết kế chi tiết các hệ thống Lái, Phanh, Truyền lực. Đồng thời tận dụng 1 số chi tiết có sẵn trên thị trường để rút ngắn thời gian chế tạo, nâng cao tính kinh tế.
- Thiết kế công nghê chế tạo khung và vỏ composit. Bằng sáng chế quốc tế Trang 11 Trang 12 Trang 13 Trang 14 Trang 15 Trang 16 Trang 17 Trang 18 Chương 2. Các góc đặt bánh xe Hình 2-1: Hình biểu diễn các góc đặt của bánh xe. Góc Camber Hình 2-2: Hình biểu diễn góc Camber.
Trang 19 Các bánh xe trước được lắp với phía trên bánh xe nghiêng vào trong hoặc ra ngoài. Góc này được gọi là góc Camber và được xác định bằng góc nghiêng so với phương thẳng đứng như hình 2-2. Khi phần trên của bánh xe nghiêng ra phía ngoài thì gọi là “Camber dương”. Ngược lại, khi bánh xe nghiêng vào trong thì gọi là “Camber âm”.
Tác dụng của góc Camber dương là ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo chiều ngược lại dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục trước và hệ thống treo trước. Tạo nên thành phần chiều trục từ trọng lực của xe chống lại lực (hình 2-7) và giữ cho phương mặt phẳng thẳng đứng đi qua tâm bánh xe luôn trùng theo phương thẳng đứng với trục của cam quay. Hình 2-3: Hình chiếu đứng khung xe EMC, góc Camber bằng 0. Khi bánh xe bị đặt nghiêng nó có xu hướng lăn theo một cung tròn với tâm quay là giao điểm của đường tâm bánh xe và mặt đường.
Điều này dẫn đến làm nảy sinh ở vùng tiếp xúc của bánh xe và mặt đường phản lực bên hướng về phía nghiêng của bánh xe. Như vậy lực cản lăn đối với bánh xe nghiêng và độ mài mòn lốp sẽ tăng lên. Trang 20 Trong các kiểu xe hiện đại, hệ thống treo và trục có độ bền cao hơn trước và mặt đường lại bằng phẳng nên bánh xe không cần nghiêng dương nhiều như trước nữa. Vì vậy góc Camber được giảm xuống gần đến “không” (một số xe có góc Camber bằng không) vì giúp cho lốp xe mòn đều.
Nếu bánh xe có Camber dương hoặc âm thì góc nghiêng của bánh xe so với mặt đường sẽ tạo nên hiện tượng bán kính quay vòng của phần phía trong và phía ngoài khác nhau, và lốp xe sẽ mòn không đều Trên xe EMC ta chọn góc Camber bằng 0, vì đơn giản khi chế tạo thân xe và phù hợp với điều kiện đường đua mà xe hoạt động.
