(Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô) Nghiên cứu đề xuất một số giải pháp cải tiến khung thân xe và hệ thống truyền lực, điều khiển của xe đua sinh thái

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP
CẢI TIẾN KHUNG THÂN XE VÀ HỆ THỐNG
TRUYỀN LỰC, ĐIỀU KHIỂN CỦA XE ĐUA SINH THÁI

SVTH :

TRẦN CHÍ NGUYÊN

MSSV:
SVTH :
MSSV:
GVHD:

17145329
NGUYỄN ĐÀM QUANG THỊNH
17145365
TS. HUỲNH PHƯỚC SƠN

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 08 năm 2021


LỜI CẢM ƠN
Các cuộc thi về xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu ngày nay cũng không quá xa lạ với

Việt Nam nói riêng và tồn thể sinh viên trên thế giới nói chung. Tuy thời gian chuẩn bị cho
cuộc thi này là một năm nhưng nhóm vẫn cịn hạn chế ở nhiều yếu tố. Khi bắt đầu đề tài
nhóm rất lo lắng vì khơng có nhiều kiến thức thực tế và cả lí thuyết về xe sinh thái tiết kiệm
nhiên liệu và đặc biệt là phần khung và phần thân vỏ góp phần rất quan trọng trong việc
giảm tiêu hao nhiên liệu của xe. Cuộc thi này là một sân chơi lớn dành cho sinh viên, để tạo
ra một chiếc xe có tính kinh tế nhiên liệu cao, ngồi việc điều khiển động cơ, việc cải thiện
hình dạng khí động học của vỏ xe là một phần rất quan trọng. Do đó, nhóm chúng em thực
hiện đề tài này nhằm cải tiến hình dạng khí động học của vỏ xe, khung xe, hệ thống truyền
lực và hệ thống lái để xe đạt hiệu quả cao nhất.
Quá trình thực hiện đề tài, do cịn hạn chế về tài chính, cơ sở vật chất và thời gian
nghiên cứu nên cũng không tránh được những sai sót, rất mong được sự góp ý từ quý thầy cô
và các bạn để đề tài của nhóm ngày càng hồn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn TS. Huỳnh Phước Sơn là giáo viên hướng dẫn, đã
giúp đỡ chúng em, luôn cho chúng em những lời khuyên, những lời động viên quý báu và
nhóm đã học được rất nhiều kiến thức từ Thầy để hoàn thành đề tài một cách tốt nhất.
Qua đây, chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy cô trong khoa Cơ Khí Động Lực
trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM đã giúp đỡ chúng em về nguồn tài chính cũng
như cơ sở vật chất và rất nhiều những lời khuyên rất bổ ích, tạo điều kiện thuận lợi để chúng
em hoàn thành đề tài một cách tốt nhất.
Một lần nữa, chúng em xin cảm ơn tất cả quý Thầy Cơ, kính chúc q Thầy Cơ ln
thành cơng trên con đường đào tạo nhân tài của mình.

i


TĨM TẮT
Trong tình hình mơi trường ngày càng ơ nhiễm và nguồn tài nguyên ngày càng cạn
kiệt như hiện nay thì các đề tài nghiên cứu để giảm tối đa nguồn nhiên liệu mà xe tiêu hao
cũng như giảm nguồn khí xả thải ra mơi trường là cực kì cần thiết và quan trọng. Ngoài
những yếu tố như động cơ là tác nhân ảnh hưởng trực tiếp tới nguồn nhiên liệu thì đề tài về

khung, thân vỏ và hệ thống truyền lực, điều khiển cũng ảnh hưởng không kém tới sự tiêu
hao nhiên liệu trên xe.
Nhiệm vụ đề tài là nghiên cứu đề xuất một số giải pháp cải tiến khung thân xe và hệ
thống truyền lực, điều khiển của xe đua sinh thái để giảm tối đa công suất cản và khối lượng
của xe mà vẫn đảm bảo độ ổn định và đặc biệt là sự an toàn khi vận hành xe.
Với thời gian 4 tháng nghiên cứu và thực hiện, nhóm đã hồn thành được nhiệm vụ
đề tài đặt ra. Nội dung được thể hiện rõ qua 6 chương gồm:
Chương 1. Tổng quan về đề tài.
Chương 2. Tổng quan về các mẫu xe sinh thái qua các năm.
Chương 3. Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế khung vỏ xe của xe đua sinh thái.
Chương 4. Tính tốn và thiết kế hệ thống truyền lực.
Chương 5. Tính tốn và thiết kế hệ thống lái.
Chương 6. Kết luận và kiến nghị.

ii


MỤC LỤC

1.1 Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................................... 1
1.2 Giới thiệu về cuộc thi xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu .................................................... 3
1.3 Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................................... 4
1.4 Nội dung nghiên cứu ......................................................................................................... 4
1.5 Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................................... 4
1.6 Phương pháp nghiên cứu .................................................................................................. 5
1.7 Ý nghĩa của đề tài ............................................................................................................. 5

2.1 Tiêu chuẩn của cuộc thi Honda EMC ............................................................................... 6
2.2 Khảo sát một số thiết kế về thân vỏ của xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu qua các
năm.........................................................................................................................................7

Những mẫu xe không bao hai bánh trước ................................................................. 7
Những mẫu xe có phần vỏ bao cả hai bánh trước ..................................................... 9
Nhận xét chung và kết luận ..................................................................................... 10
2.3 Khảo sát hệ thống truyền lực của xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu những năm trước....12
Bộ truyền trung gian ................................................................................................ 12
Bộ truyền trực tiếp ................................................................................................... 13
2.4 Khảo sát hệ thống lái của xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu qua các năm ....................... 14
Phương án dẫn động lái bằng hai thanh kéo dọc ..................................................... 14
Phương án dẫn động lái bằng hình thang lái ........................................................... 15
2.5 Giải pháp chung của đề tài .............................................................................................. 16
iii


3.1 Tính tốn thiết kế khung xe sinh thái .............................................................................. 17
Phương pháp chung ................................................................................................. 17
Một số thơng số tính tốn dự kiến của xe................................................................ 17
Lí thuyết cơ bản về khung xe sinh thái.................................................................... 18
Vật liệu chế tạo khung ............................................................................................. 19
Thiết kế kĩ thuật phần khung xe .............................................................................. 19
Kiểm nghiệm bền bằng Solidworks ........................................................................ 22
Thi công khung xe ................................................................................................... 31
Khung xe sau khi thi công ....................................................................................... 32
3.2 Phương án thiết kế thân vỏ xe sinh thái .......................................................................... 33
Phương pháp chung ................................................................................................. 33
Phân tích lựa chọn hình dáng vỏ ............................................................................. 33
Theo khí động học của ô tô ................................................................................ 33
Theo mục đích sử dụng ...................................................................................... 36
Chọn vỏ xe thiết kế............................................................................................. 37
Thiết kế kĩ thuật phần vỏ xe .................................................................................... 37
Chọn thông số cơ bản ......................................................................................... 37

Thiết kế hình dạng vỏ xe .................................................................................... 39
Mơ phỏng khí động học phần vỏ xe ................................................................... 39
Đánh giá tính khả thi của mơ hình ..................................................................... 46
Thi cơng vỏ xe ......................................................................................................... 46
Chọn vật liệu làm vỏ .......................................................................................... 46
Ưu và nhược điểm của vật liệu composite ......................................................... 47
Chọn vật liệu làm khn .................................................................................... 48
4.1 Cơ sở tính tốn hệ thống truyền lực ................................................................................ 49
Các thông số và yêu cầu của xe sinh thái ................................................................ 49
iv


Thông số của động cơ Honda Wave 110cc ............................................................. 49
4.2 Lựa chọn kiểu truyền động ............................................................................................. 50
Chọn bộ truyền ........................................................................................................ 50
Chọn kiểu truyền động ............................................................................................ 50
Tận dụng quán tính của xe ...................................................................................... 51
4.3 Tính tốn các lực cản chuyển động và tỉ số truyền của xe ............................................. 52
Lực cản lăn .............................................................................................................. 53
Lực cản khơng khí ................................................................................................... 53
Lực cản tổng ............................................................................................................ 54
Lực bám của xe ....................................................................................................... 54
Tính tỉ số truyền ...................................................................................................... 55
Tính lực kéo của xe ................................................................................................. 57
Nhân tố động lực học D và khả năng tăng tốc của xe ............................................. 59
4.4 Tính tốn và kiểm tra bền cho bộ truyền xích: ............................................................... 63
Chọn số răng đĩa xích .............................................................................................. 63
Tính khoảng cách trục sơ bộ ................................................................................... 63
Xác định số mắc xích .............................................................................................. 64
Kiểm nghiệm xích theo độ bền ............................................................................... 65

Bộ truyền xích thứ nhất ...................................................................................... 65
Bộ truyền xích thứ hai ........................................................................................ 67
Xác định đường kính của đĩa xích ........................................................................... 69

5.1 Tổng quan về hệ thống lái trên xe sinh thái .................................................................... 73
Tổng quan về hệ thống lái ....................................................................................... 73
Yêu cầu hệ thống lái ................................................................................................ 73
Tỷ số truyền của hệ thống lái .................................................................................. 73
Tỷ số truyền cơ cấu lái iω ................................................................................... 73
Tỷ số truyền của dẫn động lái id......................................................................... 73
Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái ig ........................................................... 74
v


Các bộ phận hợp thành hệ thống lái trên xe sinh thái ............................................. 74
Tay lái ................................................................................................................ 75
Trục lái ............................................................................................................... 75
Cơ cấu lái ........................................................................................................... 75
Dẫn động lái ....................................................................................................... 75
Các góc đặt bánh xe ........................................................................................... 76
5.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống lái trên xe sinh thái ............................................................ 77
Các thông số thiết kế trên xe ................................................................................... 77
Lựa chọn phương án thiết kế ................................................................................... 77
Tính tốn động học hình thang lái........................................................................... 78
Xây dựng đường đặt tính lí thuyết ..................................................................... 78
Xây dựng đường đặc tính thực tế ....................................................................... 80
Tính tốn kích thước, cách bố trí hệ thống lái ........................................................ 83
Kích thước các cam quay ................................................................................... 83
Kích thước và cách bố trí hệ thống lái ............................................................... 84
Kích thước địn quay đứng và cách bố trí tay lái ............................................... 87

Kiểm tra bền các chi tiết hệ thống lái ...................................................................... 88

6.1 Kết luận ........................................................................................................................... 93
6.2 Kiến nghị ........................................................................................................................ 93

vi


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU
Kí hiệu

Tên gọi

Đơn vị

a

Khoảng cách từ trọng tâm đến bánh xe trước

a1

Khoảng cách trục sơ bộ của 2 đĩa bánh xe

mm

A

Diện tích chiếu của bản lề

mm2

b

Khoảng cách từ trọng tâm đến bánh xe sau

m

B

Chiều rộng của xe

m

Cx

Hệ số cản khơng khí

-

da1, da2 Đường kính vịng đỉnh răng

m

mm

Đường kính vịng đáy chân răng

mm

d1

Đường kính vịng chia của đĩa xích lớn

mm

d2

Đường kính vịng chia của đĩa xích nhỏ

mm

D

Nhân tố động lực học

E

Mô đun đàn hồi của đĩa xích

f

Hệ số cản lăn

-

Ff1

Lực cản lăn ở các bánh xe bị động

N

Ff2

Lực cản lăn ở các bánh xe chủ động

N

Fj

Lực cản qn tính khi xe chuyển động khơng ổn định

N

Fk

Lực kéo tiếp tuyến ở các bánh xe chủ động

N

Ft

Lực vòng trên đĩa xích

N

Fv

Lực căng li tâm sinh ra khi làm việc

N

Fvd

Lực va đập trên đĩa xích

N

F0

Lực căng do bánh xích phát động sinh ra

N

df1, df2

Mpa

vii


Fφ

Lực cản do ma sát với mặt đường

Fω

Lực cản không khí

N

G

Trọng lượng tồn bộ của ơ tơ

N

Trọng lượng tác dụng lên một bánh cầu trước

N

H

Chiều cao của xe

m

i

Hệ số cản dốc

-

id

Tỉ số truyền dẫn động lái

-

ig

Tỉ số truyền theo góc của hệ thống lái

-

it

Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực

-

i1

Số lần va đập của xích trong 1s

iω

Tỉ số truyền của cơ cấu lái

j

Gia tốc của xe

Gbx

N.m

lần/s
m2/s

Kđ

Hệ số tải trọng động

-

L

Chiều dài cơ sở của xe

m

Me

Momen xoắn của động cơ

N.m

Mf1

Momen cản lăn ở các bánh xe bị động

N.m

Mf2

Momen cản lăn ở các bánh xe chủ động

N.m

Mk

Momen kéo của bánh xe chủ động

N.m

Mtl

Momen tay lái

N.m

nb

Số vòng quay của bánh xe chủ động

vòng/phút

ne

Số vòng quay của trục khuỷu động cơ

vòng/phút

neP

Số vòng quay trục khuỷu ở cơng suất cực đại của động cơ

vịng/phút

Pe

Cơng suất có ích của động cơ

kW
viii


Lực mà người lái tạo ra trên tay lái

N

Lực cực đại tác dụng lên tay lái

N

Q

Tải trọng phá hỏng

N

R

Bán kính quay vịng

mm

r

Bán kính đáy răng

mm

rb

Bán kính bánh xe chủ động

m

rtl

Bán kính tay lái

m

S

Diện tích cản chính diện

m2

Vx

Vận tốc tương đối giữa ơ tơ và khơng khí

m/s

x

Số mắc xích

Pl
Plmax

-

z1, z3

Số răng của đĩa nhỏ

răng

z2, z4

Số răng của đĩa lớn

răng

Z1

Phản lực tiếp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe cầu trước

N

Z2

Phản lực tiếp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe cầu sau

N

α

Góc quay vịng của bánh xe phía trong

0

α1

Góc dốc của mặt đường

0

β

Góc quay vịng của bánh xe phía ngồi

0

φ

Hệ số ma sát với mặt đường

-

θ

Góc nghiêng địn bên

0

δj

Hệ số khối lượng quay

-

ψ

Hệ số tổng lực cản trên mặt đường

-

ηt

Hiệu suất thuận của hệ thống truyền lực

-

ηt

Hiệu suất tính đến tiêu hao do mát sát tại các cam quay và khớp nối

ix


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Đội CKĐ_MIN10 đến từ Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TP.HCM. .............................. 7
Hình 2.2 Đội Super Cup 50 đến từ Đại Học Công Nghiệp Hà Nội. ......................................... 8
Hình 2.3 Đội Thewind_UTE đến từ Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TP.HCM. ............................ 8
Hình 2.4 Đội Shimofusa đến từ Nhật Bản. ............................................................................... 9

Hình 2.5 Đội Yazaki đến từ Hải Phịng Việt Nam. ................................................................. 10
Hình 2.6 Phương án thiết kế bộ truyền trung gian. ................................................................ 12
Hình 2.7 Phương án thiết kế bộ truyền trực tiếp. ................................................................... 13
Hình 2.8 Phương án dẫn động lái bằng hai thanh kéo dọc. ................................................... 14
Hình 2.9 Phương án dẫn động lái bằng hình thang lái. ......................................................... 15
Hình 3.1 Khung hình ống rỗng ............................................................................................... 18
Hình 3.2 Kích thước cơ thể người lái. .................................................................................... 20
Hình 3.3 Kích thước vị trí cơ thể người lái............................................................................. 21
Hình 3.4 Hình ảnh mơ tả cơ thể người khi ngồi trên xe. ........................................................ 21
Hình 3.5 Bản vẽ khung xe hồn chỉnh. ................................................................................... 22
Hình 3.6 Hình ảnh kích thước của vật liệu. ............................................................................ 22
Hình 3.7 Mơ hình xác định vị trí trọng tâm. ........................................................................... 23
Hình 3.8 Các bước kiểm nghiệm bền cho khung xe. ............................................................... 25
Hình 3.9 Thanh cơng cụ của Solidwords. ............................................................................... 25
Hình 3.10 Khung phác thảo bằng 3D sketch. ......................................................................... 26
Hình 3.11 Khung sau khi đã được gán các thanh dầm bằng Weldments. .............................. 26
Hình 3.12 Bảng chọn vật liệu cho mơ hình............................................................................. 27
Hình 3.13 Gán các rằng buộc cố định cho mơ hình. .............................................................. 28
Hình 3.14 Các lực tác dụng lên mơ hình. ............................................................................... 28
Hình 3.15 Mơ hình sau khi đã được chia lưới và thiết lập các thơng số đầu vào. ................. 29
Hình 3.16 Biểu đồ ứng suất của khung. .................................................................................. 30
Hình 3.17 Biểu đồ chuyển vị của khung. ................................................................................ 30
Hình 3.18 Biểu đồ hệ số an tồn của khung. .......................................................................... 31
Hình 3.19 Khung xe sau khi hoàn thiện. ................................................................................. 32
x


Hình 3.20 Các vùng áp suất khi ơ tơ chuyển động. ................................................................ 34
Hình 3.21 Quá trình cải thiện hình dạng khí động học của ơ tơ nhằm giảm hệ số cản. ........ 35
Hình 3.22 Hệ số cản của một số vật thể có hình dạng khác nhau. ......................................... 36

Hình 3.23 Sơ đồ tổng thể thân vỏ. .......................................................................................... 38
Hình 3.24 Bảng vẽ tổng thể phần vỏ xe. ................................................................................. 39
Hình 3.25 Các bước tiến hành q trình mơ phỏng khí động học cho thân vỏ. ..................... 40
Hình 3.26 Mơ hình 3D trong phần mềm Solidworks. ............................................................. 41
Hình 3.27 Mơ hình 3D sau khi đưa vào Ansys Fluent. ........................................................... 41
Hình 3.28 Mơ hình sau khi chia lưới. ..................................................................................... 42
Hình 3.29 Chọn chế độ dịng chảy rối cho mơ phỏng. ........................................................... 43
Hình 3.30 Thiết lập các giá trị ban đầu. ................................................................................. 43
Hình 3.31: Phân bố vận tốc theo mặt cắt dọc của mơ hình.................................................... 44
Hình 3.32 Phân bố áp suất theo mặt cắt dọc của mơ hình. .................................................... 45
Hình 3.33 Vải sợi thủy tinh tạo lớp gia cường cho vật liệu. ................................................... 47
Hình 4.1 Bộ truyền xích trung gian. ....................................................................................... 51
Hình 4.2 Cơ cấu khớp một chiều trên xe ................................................................................ 52
Hình 4.3 Sơ đồ lực và momen tác dụng khi xe tăng tốc.......................................................... 52
Hình 4.4 Đồ thị đặc tính ngồi của động cơ........................................................................... 55
Hình 4.5 Bản đồ suất tiêu hao nhiên liệu có ích của một động cơ đốt trong thực tế. ............ 56
Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn các lực trên xe sinh thái. ............................................................... 59
Hình 4.7 Vùng sử dụng đồ thị đặc tính động học D theo điều kiện bám của bánh xe chủ động
và điều kiện cản của mặt đường. ............................................................................................ 62
Hình 4.8 Đồ thị thể hiện khả năng tăng tốc của xe. ............................................................... 62
Hình 4.9 Bộ truyền xích sau khi được thiết kế. ....................................................................... 72
Hình 5.1 Hình ảnh mơ tả vị trí các bộ phận trên hệ thống lái................................................ 74
Hình 5.2 Quan hệ hình học giữa góc quay của các bánh xe dẫn hướng. ............................... 76
Hình 5.3 Hệ thống lái trên xe sinh thái................................................................................... 78
Hình 5.4 Sơ đồ động học hình thang lái khi xe đi thẳng. ....................................................... 79
Hình 5.5 Sơ đồ ngun lí quay vịng của xe. ........................................................................... 79
xi


Hình 5.6 Hình thang lái khi xe đi thẳng ................................................................................. 81

Hình 5.7 Hình thang lái khi xe quay vịng. ............................................................................. 81
Hình 5.8 Đồ thị lý thuyết và thực tế về mối quan hệ giữa α và β. .......................................... 82
Hình 5.9 Kích thước cam quay bên trái. ................................................................................. 84
Hình 5.10 Cách bố trí các bộ phận hệ thống lái trên xe sinh thái.......................................... 84
Hình 5.11 Vị trí các bộ phận khi xe chạy thẳng. .................................................................... 85
Hình 5.12 Vị trí các bộ phận khi xe quay vịng trái tối đa. .................................................... 86
Hình 5.13 Kích thước tay lái và địn quay đứng. .................................................................... 87
Hình 5.14 Hệ thống lái trên xe sinh thái sau khi thiết kế. ...................................................... 87
Hình 5.15: Các lực tác dụng lên bánh xe khi bánh xe trượt lết.............................................. 88
Hình 5.16 Tiết diện của trục lái. ............................................................................................. 90
Hình 5.17 Các lực tác dụng lên hệ thống lái .......................................................................... 91

xii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Bảng mô tả thành phần hóa học của thép CT3 ....................................................... 19
Bảng 3.2 Bảng mơ tả tính chất cơ lí của thép CT3 ................................................................. 19
Bảng 3.3 Thơng số kích thước cơ thể người lái ...................................................................... 20
Bảng 3.4 Khối lượng các thành phần trên xe sinh thái .......................................................... 23
Bảng 3.5 Bảng mô tả các lực tác dụng lên mơ hình ............................................................... 29
Bảng 3.6 Giá trị hệ số cản Cx trong q trình mơ phỏng ....................................................... 44
Bảng 4.1 Bảng mô tả các thông số cơ bản của xe sinh thái. .................................................. 49
Bảng 4.2 Bảng mô tả thông số của động cơ Honda Wave 110cc. .......................................... 49
Bảng 4.3 Giá trị quan hệ giữa Fcản , Fk , Pe ,Me ,Vb phụ thuộc vào ne. ................................... 58
Bảng 4.4 Giá trị quan hệ giữa Fφ , Fk , Pe ,j ,Vb , D phụ thuộc vào ne .................................... 61
Bảng 5.1 Bảng xác định tên các bộ phận ứng với kí hiệu ...................................................... 74
Bảng 5.2 Các thông số thiết kế của xe .................................................................................... 77
Bảng 5.3 Giá trị của βlt theo α ................................................................................................ 80
Bảng 5.4 Bảng giá trị của βtt và βlt theo α .............................................................................. 82

Bảng 5.5 Bảng giá trị các thông số tính tốn ......................................................................... 83
Bảng 5.6 Các kích thước có sẵn và được lựa chọn. ............................................................... 85

xiii


TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1

Tính cấp thiết của đề tài
Như chúng ta đã biết, hiện nay vấn đề đang nhức nhối nhất hiện tại của Trái Đất

chính là vấn đề ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của con
người gây ra như khí thải từ các nhà máy, phương tiện giao thông, chặt phá rừng, rác thải
hàng ngày ra môi trường…. Với lượng xe máy, ô tô lưu thông như hiện nay đã vơ tình thải
vào mơi trường một lượng khí độc rất lớn. Khơng những thế, các nhà máy xí nghiệp đang
từng ngày, từng giờ “tiêm thuốc độc” vào bầu khí quyển. Điều này khiến cho bầu khí quyển
vốn đã ơ nhiễm nay lại càng trầm trọng hơn. Thậm chí, ơ nhiễm khí quyển đang trở thành
vấn đề thời sự nóng bỏng trên tồn thế giới. Chính vì vậy chúng ta phải đưa ra các giải pháp
để giải quyết vấn đề cấp thiết này đặc biệt là vấn đề ô nhiễm khơng khí do các loại phương
tiện giao thơng thải ra hiện nay.
Ở nước ta hiện nay xe máy là loại phương tiện đang được sử dụng nhiều nhất, theo
thống kê nửa đầu năm 2019, người Việt Nam chúng ta mua trung bình 8300 chiếc xe mỗi
ngày và có khoảng 45 triệu chiếc xe máy đứng thứ 4 trên thế giới. Ở Việt Nam, xe máy cũng
chính là loại phương tiện giao thông phổ biến nhất. Theo điều tra xác định tỷ lệ các loại xe
trong một dịng xe thì có tới 85,8% xe là xe máy, 12,3% là ô tô, 1,2% là xe tải và xe buýt chỉ
chiếm 0,7%. Từ đó, người ta tính tốn ví dụ như ở Hà Nội thì cứ 1km đường sẽ có tới 2.500
xe máy hoạt động. Tuy xe máy hỗ trợ tốt cho cuộc sống sinh hoạt hàng ngày của người dân,
xe máy tại Việt Nam cũng đang là tác nhân hàng đầu gây nên ô nhiễm môi trường. Tại Hà
Nội, số lượng xe máy tăng bình quân 11,02%/năm, trong khi tại Thành phố Hồ Chí Minh,

mức tăng là 9,79% đều đặn mỗi năm. Tính tốn tại 2 thành phố lớn nhất là Hà Nội và Thành
phố Hồ Chí Minh cho thấy xe máy tiêu thụ đến 56% xăng và thải ra tới 94% hydrocarbon
(HC), 97% carbon monoxide (CO) và 57% các oxide của nitrogen (NOx) trong tổng số các
loại chất ô nhiểm thải ra bởi tất cả các loại xe cơ giới. Các loại xe máy thuộc dòng xe đạt
tiêu chuẩn Euro 1 và Euro 2 đang sử dụng phác thải trung bình tới 0,08 gam bụi/hành
khách/km và 0,13 gam oxide của nitrogen/hành khách/km- những mức được xem là không
hề thấp đối với độ chống chịu của môi trường.

1


Chính vì vậy ngày nay các phương tiện giao thơng đang chuyển từ dạng năng lượng
hóa thạch sang năng lượng tái tạo như sự ra đời của xe điện, xe lai… Nhưng bên cạnh đó
năng lượng hóa thạch vẫn đang đóng một vai trị vơ cùng quan trọng trong ngành vận tải thế
giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Vì vậy việc thiết kế một chiếc xe tiết kiệm nhiên liệu
là một vấn đề quan tâm rất lớn của các hãng xe như HONDA, TOYOTA… để giảm thiểu tối
đa sử dụng năng lượng hóa thạch và giảm khí thải ra mơi trường.
Cụ thể là để giảm lượng khí thải, Honda đã cố gẳng cải thiện hiệu suất sử dụng nhiên
liệu của xe bằng cách giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu cũng như nâng cao hiệu suất đốt nhiên
liệu của động cơ. Đó là phương pháp hữu hiệu nhất để giảm lượng khí thải độc hại cho mơi
trường.
Để làm được điều này Honda đã áp dụng hệ thống phun xăng điện tử từ ô tô lên xe
máy, bắt đầu từ những chiếc mô tô cỡ lớn nhiều xilanh và hiện nay cũng đã áp dụng trên
nhiều xe gắn máy cỡ nhỏ như: Wave RSX FI, Future Neo FI.... Hệ thống này hoạt động dựa
trên sự kiểm soát chặt chẽ của ECU. Nhờ đó nó kiểm sốt được lượng phun nhiên liệu một
cách lý tưởng hơn nhiều so với bộ chế hịa khí thơng thường như trước đây.
Song song với những cải tiến về cơng nghệ thì Honda cũng tạo ra nhiều cuộc thi hay
chương trình liên quan đến bảo vệ mơi trường, trong đó có cuộc thi HONDA ECM (Honda
Eco Marathon Contest – cuộc thi xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu) để giúp các bạn trẻ thỏa
mãn đam mê nghiên cứu và giúp các bạn nhận thức được tầm quan trọng của việc tiết kiệm

nhiên liệu và môi trường đối với xã hội của chúng ta hiện nay.
Ông Keisuke Tsuruzono, Tổng giám đốc Honda Việt Nam, chia sẻ:
“Honda luôn nỗ lực triển khai các giải pháp tích cực cho các vấn đề liên quan đến
môi trường. Trong các cách tiếp cận đó, một khái niệm độc đáo đã hình thành là Cuộc thi
Lái xe sinh thái – Tiết kiệm nhiên liệu Honda.
Với thử thách “Bạn có thể đi được bao nhiêu km với 1 lít xăng?”, EMC khơng chỉ là
sân chơi sáng tạo cơng nghệ mà cịn mang ý nghĩa bảo vệ mơi trường.
EMC đóng vai trị ý nghĩa xã hội vô cùng to lớn, là động lực cho các bạn trẻ nỗ lực
tạo nên những giá trị đặc biệt."

2


Qua những lời chia sẻ trên của ông Keisuke Tsuruzono chúng ta có thể thấy rằng
cuộc thi này nói lên tầm quan trọng của việc tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch và môi trường
đối với xã hội của chúng ta hiện nay và trong tương lai. Và vì thế qua cuộc thi này Honda
cũng muốn giúp cho những bạn trẻ chúng ta, cũng như những người lớn ý thức được hơn
trong việc bảo vệ môi trường sống của chúng ta hiện nay và lan tỏa điều tốt đẹp này đến
trong cộng đồng ngày một nhiều hơn.
1.2

Giới thiệu về cuộc thi xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu
Được khởi nguồn từ Honda Nhật Bản vào năm 1981, cuộc thi Lái xe sinh thái – Tiết

kiệm nhiên liệu Honda là một sự kiện hướng đến tiết kiệm nhiên liệu, bảo vệ môi trường.
Đây là sân chơi cạnh tranh lành mạnh nơi những người tham gia kết hợp sự sáng tạo, trí
tưởng tượng và những hiểu biết về công nghệ để thiết kế ra những chiếc xe có khả năng cạnh
tranh về hiệu suất tiêu hao nhiên liệu sử dụng động cơ xăng của Honda.
Cuộc thi hướng tới mục đích nâng cao niềm vui sáng tạo trong làm việc nhóm, cũng
như ý thức bảo vệ môi trường cho giới trẻ. Với khẩu hiệu “Bạn có thể đi được bao nhiêu km

với 1 lít xăng?”, EMC đã ghi dấu sâu sắc trong cộng đồng, đặc biệt là với các bạn trẻ, trở
thành một trong những cuộc thi sáng tạo công nghệ hướng tới bảo vệ mơi trường được u
thích tại nhiều nước châu Á.
Nâng bước những đam mê, thổi bùng những sáng tạo, khuyến khích vượt qua thử
thách và giáo dục ý nghĩa cộng đồng sâu sắc, EMC mang ý nghĩa xã hội to lớn, là động lực
thúc đẩy các bạn trẻ - những thế hệ tương lai phát triển các giá trị bền vững trong ý thức bảo
vệ mơi trường tồn cầu.
Cuộc thi lái xe sinh thái – Tiết kiệm nhiên liệu Honda được tổ chức tại Việt Nam lần
đầu tiên vào năm 2010. Sau 11 năm tổ chức thành công tại Việt Nam và được các bạn trẻ
nhiệt tình đón nhận, năm nay Honda Việt Nam tiếp tục triển khai cuộc thi Honda EMC lần
thứ 12 với dự kiến vòng chung kết tổ chức vào giữa tháng 10.2021.
Trường chúng ta cũng là một thành viên lâu năm của cuộc thi Honda EMC này cụ thể
có đội CKĐ_Min10 năm 2014 đã đạt giải nhì của cuộc thi và giành một suất đặc biệt tham
gia cuộc thi tại Nhật Bản với thành tích 1098,289 km/lít và tiếp sau đó là có những đội khác

3


tham gia và đạt thành tích cao như Thewind_UTE đã đạt giải tư trong cuộc thi năm 2020 với
thành tích 509,403 km/lít.
1.3

Mục tiêu nghiên cứu
-

Nghiên cứu thiết kế khung vỏ xe bằng phần mềm Solidworks và sử dụng phần mềm

Ansys Fluent để đảm bảo xe có đặc tính khí động học là tốt nhất.
-

Nghiên cứu thiết kế hệ thống truyền lực sao cho đủ bền và đảm bảo khả năng tăng tốc

của xe mà khơng bị trượt hay tuột xích.
-

Nghiên cứu thiết kế hệ thống lái sao cho đủ bền, đơn giản nhất có thể và cảm giác lái

là tốt nhất cho người lái.
Kết quả nghiên cứu phải thỏa mãn các yêu cầu về động học, động lực học, kết cấu và
điều kiện làm việc của xe trong cuộc thi xe sinh thái HONDA EMC 2021.
1.4

Nội dung nghiên cứu

Nội dung 1: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế khung vỏ của xe đua sinh thái bằng Solidworks
1.1.

Cơ sở lí thuyết về khung và thân vỏ xe

1.2.

Phương án thiết kế khung xe bằng Solidworks

1.3.

Phương án thiết kế vỏ xe bằng Solidworks

Nội dung 2: Nghiên cứu, tính tốn và thiết kế hệ thống truyền lực
2.1.

Cơ sở tính tốn hệ thống truyền lực

2.2.

Lựa chọn kiểu truyền động

2.3.

Tính tốn các lực cản chuyển động và tỉ số truyền của xe

2.4.

Tính tốn và kiểm tra bền cho bộ truyền xích

Nội dung 3: Nghiên cứu thiết kế hệ thống lái
3.1.

Tổng quan về hệ thống lái

3.2.

Tính tốn hệ thống lái trên xe sinh thái

3.3.

Kiểm tra bền một số chi tiết hệ thống lái

1.5

Đối tượng nghiên cứu

-

Đối tượng nghiên cứu là xe tự chế tiết kiệm nhiên liệu 1 chỗ ngồi, 3 bánh sử dụng

động cơ Honda Wave 110cc làm nguồn động lực.

4


Phương pháp nghiên cứu

1.6

1.7

-

Phương pháp nghiên cứu lí thuyết, tham khảo tài liệu trên các sách, mạng Internet…

-

Phương pháp mô phỏng và mơ hình hóa.

-

Phương pháp thực nghiệm.
Ý nghĩa của đề tài
Góp phần đưa ra một vài giải pháp cải tiến khung thân xe, hệ thống truyền lực, hệ

thống điều khiển. Đưa ra giải pháp cải thiện khí động học để góp phần vào việc tiết kiệm

nhiên liệu bảo vệ mơi trường.
Làm tài liệu tham khảo góp phần tạo cho các bạn sinh viên khóa sau có thể nghiên
cứu, học hỏi qua những nội dung nhóm đã tích lũy được ở đồ án này.

5


TỔNG QUAN VỀ CÁC MẪU XE SINH THÁI QUA CÁC NĂM
2.1

Tiêu chuẩn của cuộc thi Honda EMC
Đối với cuộc thi Honda EMC, tiêu chuẩn của phương tiện phải có từ 3 bánh xe trở

lên và có kết cấu vững chãi dù đang chuyển động hay đứng yên. Tất cả các bánh xe phải tiếp
xúc với mặt đất khi phương tiện đứng trên bề mặt phẳng.
-

Chiều cao tổng thể: tối đa 1,8m.

-

Chiều dài tổng thể: tối đa 3,5m.

-

Khoảng cách giữa trục trước và trục sau: tối thiểu 1m.

-

Khoảng cách giữa hai bánh xe: tối thiểu 0,5 m.

-

Chiều rộng tổng thể: tối đa 1,7 m.

-

Ống xả phải nhô ra phía sau nhưng khơng q 5 cm (Khí thải phải được xả ra từ đi

xe).
-

Vấn đề an tồn:


Để nâng cao độ an tồn, thân xe cần được thiết kế sao cho điểm đầu mũ bảo

hiểm của người lái xe phải nằm sau trục bánh trước khi xe chạy. Nghiêm cấm áp
dụng các thiết kế mà đầu người lái xe chịu tác động trực tiếp khi xảy ra va chạm.


Phương tiện phải được thiết kế sao cho trong tư thế lái xe, chân của người lái

xe khơng bị vượt ra ngồi khung xe (sàn xe). Nghiêm cấm các thiết kế mà cơ thể
người lái xe chịu tác động trực tiếp khi xảy ra va chạm.
Ngoài ra, để nâng cao an toàn, phương tiện phải được thiết kế sao cho cơ thể và hai
chân tách biệt với mặt đường.
-

Góc lái: Phương tiện tham gia cuộc thi cần phải có bán kính quay vịng tối đa 5m.

-

Tầm nhìn phía trước: Người lái xe, ở tư thế lái xe thơng thường, phải khơng bị cản trở

tầm nhìn phía trước, góc nhìn bên trái – phải đảm bảo tối thiểu 90º mà không cần gương,
kính viễn vọng... Trong trường hợp trời mưa, kính chắn gió phía trước có thể bị mờ, cần
có các hành động thích hợp, chẳng hạn như tháo bỏ kính chắn gió.
-

Tầm nhìn phía sau:

6


 Để đảm bảo khả năng quan sát phía sau, mỗi phương tiện phải được trang bị
gương chiếu hậu có khung, ở cả bên trái và phải. Diện tích gương chiếu hậu ở mỗi
bên tối thiểu là 40 cm2 (Ví dụ: cao 5cm x rộng 8cm).
 Người lái xe, ở tư thế lái thơng thường, phải đảm bảo nhìn được trạng thái của
phương tiện di chuyển ở phía sau.
 Trong trường hợp trời mưa, nếu kính chắn gió bị mờ, phải có các hành động
thích hợp, như tháo bỏ kính chắn gió.
2.2

Khảo sát một số thiết kế về thân vỏ của xe sinh thái tiết kiệm nhiên liệu qua các

năm
Những mẫu xe không bao hai bánh trước
Trong các cuộc thi Honda EMC những năm qua, các mẫu xe với thiết kế phần vỏ ôm
sát vào khung đều đã đạt những thứ hạng cao như:

Hình 2.1 Đội CKĐ_MIN10 đến từ Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TP.HCM.

7


Hình 2.2 Đội Super Cup 50 đến từ Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội.

Hình 2.3 Đội Thewind_UTE đến từ Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TP.HCM.
Nhận xét: Tất cả các thiết kế trên đều được thiết kế trên cơ sở xe 3 bánh với 2 bánh trước
dẫn hướng và 1 bánh sau dẫn động. Cả 2 bánh trước đều được thiết kế nằm ngoài vỏ xe.
Ưu điểm:
-

Dễ chế tạo khung sườn và vỏ xe.
8


-

Có nhiều tài liệu, mẫu thiết kế tham khảo giúp thuận tiện cho việc thiết kế và cải tiến.

-

Sử dụng 1 bánh xe dẫn động sẽ đơn giản hơn 2 bánh dẫn động, vì việc thiết kế bộ

truyền xích cho 1 bánh dẫn động sẽ dễ dàng hơn so với thiết kế bộ vi sai cho 2 bánh.
-

Phần vỏ xe ôm sát khung sườn giúp hệ số cản và khối lượng của xe được giảm đáng

kể.
-

Thiết kế xe với trọng tâm thấp giúp xe chuyển động ổn định hơn, không bị lật khi qua

cua.
Nhược điểm:
-

Do thiết kế xe thon và dài nên tài xế phải gần như nằm lái, gây ra sự không thoải mái.

-

Không sử dụng hệ thống treo sẽ giảm độ bám của xe với mặt đường (không đáng kể).

-

Do thiết kế đơn giản và được sử dụng qua nhiều năm nên các mẫu xe trên sẽ không

được thẩm mỹ.
Những mẫu xe có phần vỏ bao cả hai bánh trước
Trong các cuộc thi Honda EMC những năm qua, các mẫu xe với thiết kế phần vỏ bao
toàn bộ hai bánh trước đã đạt được những thành tích đáng kể như:

Hình 2.4 Đội Shimofusa đến từ Nhật Bản.

9

Hình 2.5 Đội Yazaki đến từ Hải Phịng Việt Nam.
Nhận xét: Tất cả các thiết kế trên đều được thiết kế trên cơ sở xe 3 bánh với 2 bánh trước
dẫn hướng và 1 bánh sau dẫn động. Phần vỏ xe được thiết kế bao cả 2 bánh dẫn hướng.
Ưu điểm:
-

Thiết kế bao 2 bánh dẫn hướng sẽ tăng tính thẩm mỹ cho xe.

-

Thiết kế xe ngắn hơn làm giảm khối lượng phần khung xe.

Nhược điểm:
-

Khó khăn trong việc thiết kế vỏ xe.

-

Khối lượng phần vỏ sẽ tăng lên.

-

Tăng hệ số cản do diện tích cản chính diện xe sẽ lớn hơn.

-

Để khắc phục được việc diện tích cản tăng thì phải làm cho vỏ xe nhỏ lại, làm hẹp

khơng gian người lái như đội Shimofusha.

Nhận xét chung và kết luận
Nhận xét chung: Các mẫu xe trên đều là những mẫu xe quen thuộc và được rất nhiều đội
tham gia thiết kế. Và tất cả những mẫu xe đó đều đã đạt được thứ hạng cũng như thành tích
ở những năm tham gia cuộc thi.

10


-

Đội CKĐ-MIN10 – Đại học Sư Phạm Kĩ Thuật thành phố Hồ Chí Minh với thành

tích hạng nhì cuộc thi Honda EMC Việt Nam 2014 với thành tích 1098,286 km/lít.
-

Đội SUPERCUB50 – Đại học Công Nghiệp Hà Nội đạt thành tích hạng nhất của cuộc

thi Honda EMC Việt Nam 2020 với thành tích 1091,1 km/lít.
-

Đội THEWIND_UTE – Đại học Sư Phạm Kĩ Thuật thành phố Hồ Chí Minh đạt thành

tích hạng tư cuộc thi Honda EMC Việt Nam 2020 với thành tích 509,403 km/lít.
-

Đội SHIMOFUSA – Trung học phổ thơng Shimofusa Nhật Bản đạt thành tích 7 lần

vơ địch cuộc thi Honda EMC Nhật Bản với thành tích gần nhất năm 2018 là 2086,916
km/lít.
-

Đội YAZAKI – Doanh nghiệp Yazaki Hải Phịng, Việt Nam đạt thành tích là mẫu xe

được u thích nhất cuộc thi Honda EMC Việt Nam 2017.
Kết luận:
-

Nhóm sẽ thừa kế lại thiết kế truyền thống của trường:
 Thiết kế xe 3 bánh (2 bánh trước dẫn hướng, 1 bánh sau dẫn động).
 Phần vỏ không bao 2 bánh trước và thiết kế ôm sát khung sườn xe để chắc
chắn và giảm hệ số cản gió.
 Khơng sử dụng hệ thống treo để giảm khối lượng, giúp xe đơn giản hơn trong
việc thiết kế.

-

Các điểm mà nhóm cần phải thay đổi:
 Phần khung sườn sẽ làm bằng sắt thay vì làm Inox như các nhóm trước để
giảm chi phí (khối lượng của 2 vật liệu trên khơng chênh lệch nhiều).
 Khoản chi phí tiết kiệm được từ việc thiết kế khung sườn sẽ được đầu tư vào
việc thiết kế vỏ, làm cho vỏ vừa nhẹ, thẩm mỹ và đặc biệt là phải có hình dạng khí
động học tốt nhất.

11