Đồ Án Tốt Nghiệp: Thiết Kế và Chế Tạo Băng Thử Nghiệm Xe ECO

• Tác giả: Phạm Tài Đông
• Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Trọng Thức
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô
• Đề tài: Thiết Kế, Chế Tạo Băng Thử Nghiệm Xe ECO
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa thực hiện
• 1.5. Giới hạn đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CUỘC THI XE SINH THÁI VÀ XE ECO
• 2.1. Giới thiệu về Shell ECO Marathon 2017 và luật chơi
• 2.2. Kích thước
• 2.3. Vỏ xe
• 2.4. Khung Sườn
• 2.5. Bán kính quay vòng
• 2.6. Hệ thống khí xả
• 2.7. Lối thoát
• 2.8. Thông gió
• 2.9. Vách ngăn động cơ
• 2.10. Hệ thống phanh
• 3. CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ BĂNG THỬ CÔNG SUẤT
• 3.1. Cơ sở để phân loại các hình thức thử nghiệm
• 3.2. Sơ đồ tổng quan một hệ thống thử nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 4.1. Đường đặc tính tốc độ của động cơ xăng
• 4.2. Một số điểm quan trọng trên đường đặc tính
• 4.3. Sự truyền năng lượng trên xe
• 4.4. Sự truyền và biến đổi năng lượng trong hệ thống truyền lực
• 4.5. Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống chuyển động
• 4.6. Sự tổn hao năng lượng khi truyền năng lượng trên xe
• 4.7. Nguyên lý đo công suất
• 4.8. Đối với một chuyển động thẳng
• 4.9. Tính toán ước lượng sơ bộ để thiết kế con lăn Rulo
• 5. CHƯƠNG 5: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ PHẦN MỀM LABVIEW
• 5.1. Linh kiện điện tử
• 5.2. Giới thiệu Arduino
• 5.3. Phần mềm LabVIEW
• 5.4. Đặc điểm của LabVIEW
• 5.5. Khởi động môi trường LabVIEW
• 6. CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BĂNG THỬ
• 6.1. Tính toán chọn các chi tiết trong cụm tạo tải
• 6.2. Tính toán chọn con lăn
• 6.3. Chọn kiểu con lăn
• 6.4. Chọn kết cấu con lăn
• 6.5. Tính toán kích thước, khối lượng rulo và mô men quán tính của rulo
• 6.6. Thiết kế bố trí chung bộ tạo tải
• 6.7. Tính toán cụm tạo tải
• 6.8. Tính toán trục rulo
• 6.9. Tính toán ổ bi
• 6.10. Tính toán bền khung
• 6.11. Tính sức bền khung giá đỡ xe trước
• 6.12. Thiết kế mạch điện, lập trình trên Arduino và hiện thị trên LabVIEW
• 6.12.1. Thiết kế mạch điện
• 6.12.2. Lập trình trên Arduino
• 6.12.3. Hiển thị trên LabVIEW
• 6.13. Giao diện người dùng
• 6.14. Chương trình
• 7. CHƯƠNG 7: THI CÔNG VÀ KẾT QUẢ ĐO THỰC NGHIỆM
• 7.1. Vẽ thiết kế trên bản vẽ 2D
• 7.2. Khung giá đỡ xe ECO
• 7.3. Mô phỏng thiết kế 3D trên solidworks
• 7.4. Hình ảnh thực tế toàn bộ băng thử
• 7.5. Kết quả đo thực nghiệm
• 7.5.1. Sơ đồ kết nối thiết bị thử nghiệm
• 7.5.2. Các bước tiến hành thử nghiệm
• 7.5.3. Kết quả thử nghiệm trên băng thử
• 7.5.4. Sử dụng phương pháp thứ nhất thử nghiệm
• 7.5.5. Sử dụng phương pháp thứ hai
• 7.5.6. So sánh hai đồ thị và đưa ra kết quả
• 8. CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Dự Án Băng Thử Nghiệm Xe ECO HCMUTE Giới Thiệu

Đề tài Thiết kế, chế tạo băng thử nghiệm xe ECO tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh (HCMUTE) xuất phát từ nhu cầu thực tế. Sinh viên gặp khó khăn trong nghiên cứu và thiết kế xe ECO tham gia các cuộc thi như Shell ECO-Marathon. Việc thiếu thông tin chính xác về thông số kỹ thuật động cơ, như mô-men xoắn cực đại và công suất, gây trở ngại lớn. Băng thử nghiệm này sẽ cung cấp thông tin chính xác về động cơ và hệ thống truyền động. Mục tiêu là tạo ra một hệ thống thông tin chính xác, giúp điều chỉnh thông số phù hợp với yêu cầu cuộc thi. Băng thử nghiệm cung cấp biểu đồ chính xác về công suất kéo, đánh giá tình trạng kỹ thuật của hệ thống truyền lực và động cơ. Dự án này hướng đến việc hỗ trợ các đội thi xe ECO của trường.

1.1. Lý do chọn đề tài băng thử nghiệm xe ECO

Đề tài được chọn vì mong muốn tạo ra thiết bị kiểm tra chính xác công suất kéo của xe ECO. Điều này giúp các đội thi chủ động hơn trong nghiên cứu xe ECO tiết kiệm nhiên liệu. Góp phần vào thành công của cuộc thi Shell ECO-Marathon của trường. Đề tài tập trung giải quyết các vấn đề đặt ra, hỗ trợ các đội thi theo dõi thông số cần thiết của xe. Mục tiêu cuối cùng là giúp đội thi xe sinh thái của trường giành thắng lợi trong các kỳ thi sắp tới.

1.2. Mục tiêu chính của dự án băng thử nghiệm xe ECO

Mục tiêu chính là thiết kế và tạo ra thiết bị đo và vẽ biểu đồ công suất, mô-men xoắn cực đại ứng với số vòng tua máy xe ECO. Cung cấp mọi thông số đo và tính toán được hiển thị trên máy tính sử dụng hệ điều hành Windows thông qua ứng dụng LabVIEW. Từ đó, người thiết kế xe ECO có thể điều chỉnh các thông số cho phù hợp với mục tiêu đề ra. Băng thử nghiệm xe ECO là công cụ hỗ trợ đắc lực cho quá trình nghiên cứu và phát triển xe.

II. Thách Thức và Giải Pháp Thiết Kế Băng Thử Xe ECO HCMUTE

Việc thiết kế và chế tạo băng thử nghiệm xe ECO đặt ra nhiều thách thức. Cần đảm bảo tính chính xác của phép đo, độ bền của thiết bị và khả năng vận hành ổn định. Các yếu tố như lựa chọn vật liệu, thiết kế cơ cấu chịu lực, và tích hợp hệ thống đo lường điện tử cần được xem xét kỹ lưỡng. Giải pháp là kết hợp kiến thức lý thuyết về khí động học, động cơ đốt trong, và hệ thống truyền động với kinh nghiệm thực tiễn trong chế tạo cơ khí. Sử dụng phần mềm mô phỏng CAD/CAM/CNC để tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo tính khả thi của sản phẩm. Ứng dụng cảm biến và hệ thống thu thập dữ liệu để ghi nhận và xử lý thông tin một cách chính xác.

2.1. Các thách thức kỹ thuật khi thiết kế băng thử nghiệm

Thách thức bao gồm đảm bảo độ chính xác của phép đo công suất và mô-men xoắn. Thiết kế phải chịu được tải trọng và rung động trong quá trình thử nghiệm. Lựa chọn vật liệu chế tạo phù hợp để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của thiết bị. Tích hợp hệ thống điện tử và phần mềm để thu thập và xử lý dữ liệu một cách hiệu quả. Đảm bảo an toàn cho người vận hành và xe ECO trong quá trình thử nghiệm.

2.2. Giải pháp thiết kế và chế tạo băng thử nghiệm xe ECO

Sử dụng phần mềm CAD để thiết kế chi tiết và mô phỏng hoạt động của băng thử. Áp dụng các phương pháp phân tích lực và khí động học để tối ưu hóa thiết kế. Lựa chọn cảm biến và hệ thống thu thập dữ liệu có độ chính xác cao. Sử dụng phần mềm LabVIEW để xây dựng giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng. Kiểm tra và đánh giá hiệu năng của băng thử nghiệm trong các điều kiện khác nhau.

2.3. Ứng dụng CAD CAM CNC trong chế tạo băng thử nghiệm

Phần mềm CAD được sử dụng để thiết kế các chi tiết của băng thử nghiệm. Phần mềm CAM được sử dụng để tạo ra các chương trình gia công CNC. Máy CNC được sử dụng để gia công các chi tiết với độ chính xác cao. Quy trình CAD/CAM/CNC giúp giảm thiểu sai sót và tăng năng suất trong quá trình chế tạo. Đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của băng thử nghiệm xe ECO.

III. Phương Pháp Đo Công Suất và Hiển Thị Dữ Liệu Băng Thử ECO

Băng thử nghiệm sử dụng phương pháp đo công suất gián tiếp thông qua bộ tạo tải. Mô-men cản của bộ tạo tải được đo và sử dụng để tính toán công suất động cơ. Hệ thống thu thập dữ liệu ghi nhận các thông số như tốc độ động cơ, mô-men xoắn, và công suất. Phần mềm LabVIEW được sử dụng để hiển thị dữ liệu một cách trực quan và dễ hiểu. Giao diện người dùng cho phép người dùng theo dõi các thông số thời gian thực và xuất báo cáo kết quả thử nghiệm. Dữ liệu được xử lý và tối ưu hóa để cung cấp thông tin chính xác và hữu ích cho người dùng.

3.1. Nguyên lý đo công suất trên băng thử nghiệm xe ECO

Công suất được đo gián tiếp thông qua mô-men cản của bộ tạo tải. Mô-men cản được đo bằng cảm biến lực hoặc cảm biến mô-men. Tốc độ động cơ được đo bằng cảm biến tốc độ. Công suất được tính toán dựa trên công thức: Công suất = Mô-men xoắn x Tốc độ động cơ. Dữ liệu được thu thập và xử lý để loại bỏ nhiễu và đảm bảo độ chính xác.

3.2. Lập trình Arduino và hiển thị dữ liệu trên LabVIEW

Arduino được sử dụng để thu thập dữ liệu từ các cảm biến. Dữ liệu được truyền đến máy tính thông qua giao thức truyền thông nối tiếp. LabVIEW được sử dụng để xây dựng giao diện người dùng và hiển thị dữ liệu. Giao diện người dùng cho phép người dùng theo dõi các thông số thời gian thực và xuất báo cáo kết quả thử nghiệm. LabVIEW cung cấp các công cụ để xử lý dữ liệu và tối ưu hóa hiển thị.

3.3. Thiết kế mạch điện và giao diện người dùng cho băng thử

Mạch điện được thiết kế để kết nối các cảm biến với Arduino. Giao diện người dùng được thiết kế để hiển thị dữ liệu một cách trực quan và dễ hiểu. Giao diện người dùng cho phép người dùng điều khiển các chức năng của băng thử nghiệm. Thiết kế mạch điện và giao diện người dùng đảm bảo tính ổn định và dễ sử dụng của băng thử nghiệm xe ECO.

IV. Kết Quả Thử Nghiệm và Đánh Giá Băng Thử Xe ECO HCMUTE

Sau khi chế tạo, băng thử nghiệm xe ECO được kiểm tra và đánh giá hiệu năng. Các thử nghiệm được thực hiện để xác định độ chính xác của phép đo công suất, độ ổn định của hệ thống, và khả năng vận hành trong các điều kiện khác nhau. Kết quả thử nghiệm cho thấy băng thử nghiệm hoạt động ổn định và cung cấp dữ liệu chính xác. Sai số của phép đo nằm trong phạm vi cho phép. Băng thử nghiệm đáp ứng được yêu cầu thiết kế và có thể được sử dụng để nghiên cứu và phát triển xe ECO tiết kiệm nhiên liệu.

4.1. Quy trình thử nghiệm và thu thập dữ liệu thực nghiệm

Quy trình thử nghiệm bao gồm các bước chuẩn bị, cài đặt xe ECO trên băng thử, và thực hiện các phép đo. Dữ liệu được thu thập bằng hệ thống thu thập dữ liệu và lưu trữ trên máy tính. Dữ liệu được xử lý và phân tích để đánh giá hiệu năng của xe ECO. Quy trình thử nghiệm được thực hiện theo tiêu chuẩn và đảm bảo tính chính xác.

4.2. So sánh kết quả đo thực nghiệm với lý thuyết

Kết quả đo thực nghiệm được so sánh với kết quả tính toán lý thuyết. Sự khác biệt giữa kết quả thực nghiệm và lý thuyết được phân tích và giải thích. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo được xem xét. So sánh kết quả giúp đánh giá độ chính xác của băng thử nghiệm và hiệu năng của xe ECO.

4.3. Đánh giá độ tin cậy và sai số của băng thử nghiệm

Độ tin cậy của băng thử nghiệm được đánh giá bằng cách thực hiện nhiều lần đo và so sánh kết quả. Sai số của băng thử nghiệm được xác định bằng cách so sánh kết quả đo với giá trị chuẩn. Các nguồn gây sai số được xác định và giảm thiểu. Đánh giá độ tin cậy và sai số giúp đảm bảo chất lượng của băng thử nghiệm.

V. Ứng Dụng Thực Tế và Hướng Phát Triển Băng Thử Xe ECO

Băng thử nghiệm có thể được sử dụng để nghiên cứu và phát triển xe ECO tiết kiệm nhiên liệu. Nó cung cấp thông tin chính xác về hiệu năng của động cơ và hệ thống truyền động. Băng thử nghiệm cũng có thể được sử dụng để tối ưu hóa các thông số của xe ECO để đạt được hiệu suất cao nhất. Hướng phát triển của băng thử nghiệm bao gồm tích hợp thêm các chức năng mới, như đo khí thải và mô phỏng các điều kiện vận hành khác nhau. Nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống đo lường.

5.1. Ứng dụng băng thử nghiệm trong cuộc thi Shell ECO Marathon

Băng thử nghiệm giúp các đội thi Shell ECO-Marathon đánh giá và tối ưu hóa hiệu năng của xe ECO. Nó cung cấp thông tin chính xác về mức tiêu thụ nhiên liệu và công suất động cơ. Băng thử nghiệm giúp các đội thi cải thiện thiết kế và chiến lược lái xe để đạt được kết quả tốt nhất trong cuộc thi.

5.2. Hướng phát triển và nâng cấp băng thử nghiệm xe ECO

Tích hợp thêm các chức năng đo khí thải và mô phỏng các điều kiện vận hành khác nhau. Nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống đo lường. Phát triển phần mềm xử lý dữ liệu và tối ưu hóa hiệu năng. Nghiên cứu và ứng dụng các công nghệ mới để cải thiện hiệu quả và tính năng của băng thử nghiệm.

5.3. Đề xuất cải tiến thiết kế và tính năng băng thử nghiệm

Cải tiến thiết kế cơ khí để tăng độ bền và giảm rung động. Nâng cấp hệ thống điện tử và phần mềm để tăng độ chính xác và tốc độ thu thập dữ liệu. Phát triển giao diện người dùng thân thiện và dễ sử dụng hơn. Nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp tối ưu hóa để cải thiện hiệu năng của xe ECO.

VI. Kết Luận và Đề Xuất Nghiên Cứu Băng Thử Xe ECO HCMUTE

Đề tài Thiết kế, chế tạo băng thử nghiệm xe ECO đã đạt được các mục tiêu đề ra. Băng thử nghiệm hoạt động ổn định và cung cấp dữ liệu chính xác. Nó có thể được sử dụng để nghiên cứu và phát triển xe ECO tiết kiệm nhiên liệu. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển để nâng cao hiệu năng và tính năng của băng thử nghiệm. Đề xuất nghiên cứu các phương pháp tối ưu hóa hiệu năng của xe ECO dựa trên dữ liệu thu được từ băng thử nghiệm.

6.1. Tóm tắt kết quả và đóng góp của đề tài nghiên cứu

Đề tài đã thiết kế và chế tạo thành công băng thử nghiệm xe ECO. Băng thử nghiệm hoạt động ổn định và cung cấp dữ liệu chính xác. Đề tài góp phần vào việc nghiên cứu và phát triển xe ECO tiết kiệm nhiên liệu tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

6.2. Hạn chế và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Hạn chế của đề tài là chưa tích hợp các chức năng đo khí thải và mô phỏng các điều kiện vận hành khác nhau. Hướng nghiên cứu tiếp theo là tích hợp các chức năng này và nâng cao độ chính xác của hệ thống đo lường. Nghiên cứu các phương pháp tối ưu hóa hiệu năng của xe ECO dựa trên dữ liệu thu được từ băng thử nghiệm.

6.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của băng thử nghiệm xe ECO

Băng thử nghiệm cung cấp công cụ hữu ích cho việc nghiên cứu và phát triển xe ECO tiết kiệm nhiên liệu. Nó giúp các nhà nghiên cứu và sinh viên hiểu rõ hơn về hiệu năng của động cơ và hệ thống truyền động. Băng thử nghiệm có thể được sử dụng để tối ưu hóa các thông số của xe ECO và đạt được hiệu suất cao nhất. Góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô bền vững.