Đồ án thiết kế chế tạo xe điện 2 đến 4 chỗ ngồi

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
Hà Nội, Ngày........tháng........năm 2015
Giảng viên hướng dẫn
(ký và ghi họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................

.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
Hà Nội, Ngày........tháng........năm 2015
Giảng viên phản biện
(ký và ghi họ tên)


Lời nói đầu
Ngày nay, cuộc sống hiện đại kéo theo nhu cầu giải trí và du lịch của con người ngày
càng tăng lên như một hệ quả tất yếu. Các khu du lịch vì thế cũng mọc lên càng nhiều
vả về quy mô và số lượng. Vấn đề thứ nhất đặt ra ở đây là do quy mô tăng lên dẫn đến
việc di chuyển qua lại giữa các nơi trong khu du lịch càng trở nên khó khăn hơn và việc
sử dụng ô tô, xe máy là hoàn toàn không có mỹ quan cũng như thân thiện với môi trường.
Thứ hai là ngày nay khách du lịch ngày càng muốn đi tìm sự mới mẻ độc đáo không chỉ
về cảnh quan ở các khu du lịch mà còn cả về phương thức phục vụ cũng như chất lượng
dịch vụ. Đáp ứng nhu cầu đó, chúng tôi đã quyết định nghiên cứu thiết kế và chế tạo ra
một chiếc Xe điện mini gọn nhẹ, êm ái và thân thiện với môi trường giúp du khách di
chuyển dễ dàng qua lại giữa các nơi trong các khu du lịch .

Trong quá trình nghiên cứu, do chưa có nhiều kinh nghiệm chuyên môn nên nhóm còn
nhiều thắc mắc và sai sót. Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Khổng Minh – Bộ
môn Cơ Điện Tử, Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã tận tình giải đáp và giúp
đỡ nhóm thực hiện và hoàn thành đề tài này. Xin chân thành cảm ơn !
Nhóm sinh viên thực hiện :
Nguyễn Văn Huy
Nguyễn Xuân Hiệp
Nguyễn Trung Thuy
Nguyễn Tiến Huy


Mục Lục
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG ..........................................................................1
1.1 Đặt vấn đề ...........................................................................................................1
1.2 Mục tiêu của đề tài ............................................................................................1
1.3 Nội dung nghiên cứu của đề tài ........................................................................2
1.4 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................2
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..........................................................................2
CHƯƠNG II : TỔNG QUAN .......................................................................................4
2.1

Tình hình phát triển của các loại xe điện trên thế giới .................................4

2.2 Các loại xe điện hiện nay tại Việt Nam ...........................................................8
2.3 Một số đề tài đã nghiên cứu về xe điện tại Việt Nam .....................................9
2.3.1 Thiết kế chế tạo ô tô điện 4 chỗ ngồi ( chuyển đổi từ ô tô thông thường chạy
bằng động cơ đốt trong – Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM) ....................................9
2.3.2 Đồ án thiết kế và chế tạo xe lai ......................................................................10
2.4 Đề tài chế tạo xe điện mini chạy trong khu du lịch ........................................11
CHƯƠNG III : MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ..........................13

3.1 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống cơ khí......................................................13
3.1.1 Xây dựng mô hình hệ thống cơ khí ...............................................................13
3.1.2 Mô phỏng chuyển động của xe ......................................................................17
3.2 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống điều khiển ..............................................25
3.2.1 Mô hình hệ thống điều khiển .........................................................................25
3.2.2 Mô phỏng hệ thống điều khiển ......................................................................26
CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................................................29
4.1 Thiết kế hệ thống cơ khí ....................................................................................30
4.1.1 Chọn vật liệu làm khung ................................................................................30


4.1.2 Bánh xe ..........................................................................................................31
4.1.3 Động cơ ..........................................................................................................32
4.1.4 Ác quy ............................................................................................................39
4.1.5 Trục xe ...........................................................................................................39
4.1.6 Bộ truyền đai răng .........................................................................................46
4.1.7 Hệ thống phanh đĩa ........................................................................................51
4.1.8 Hệ thống giảm xóc .........................................................................................52
4.1.9 Hệ thống lái ....................................................................................................55
4.1.10 Bản lề ...........................................................................................................56
4.1.11 Trục xe .........................................................................................................57
4.1.12 Ổ bi ..............................................................................................................63
4.1.13 Ụ quay ..........................................................................................................66
4.1.14 Miếng đệm và thanh đỡ ..............................................................................66
4.1.16 Tay ga ..........................................................................................................68
4.1.17 Bản vẽ lắp hệ thống cơ khí ..........................................................................68
4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển .............................................................................69
4.2.1 Bo mạch điều khiển Arduino .........................................................................69
4.2.2 Module điều khiển động cơ L298N ...............................................................70
4.2.3 Encoder ........................................................................................................71

Danh Mục Hình Ảnh Và Bảng Biểu
Hình 2. 1 Các loại phương tiện giao thông điện đang thay đổi thế giới..........................4
Hình 2. 2 Các thành tựu đột phá trong lĩnh vực chế tạo xe điện đã đạt được (phần 1 ) ..5
Hình 2. 3 Các thành tựu đột phá trong lĩnh vực chế tạo xe điện đã đạt được ( phần 2) ..6
Hình 2. 4 Các mặt lợi và những điểm còn hạn chế của xe điện ......................................7
Hình 2. 5 Xe điện Burby’s 50 ..........................................................................................8
Hình 2. 6 Xe sân golf 4 chỗ Eagle ...................................................................................8
Hình 2. 7 Xe điện Tùng Lâm 2 chỗ VNE.CAR 02 ( xuất xứ Việt Nam ) .......................9
Hình 2. 8 Xe điện Tùng Lâm 4 chỗ VNE.CAR 04B2 .....................................................9

Hình 3. 1 Sơ đồ hệ thống xe điện ..................................................................................13
Hình 3. 2 Tọa độ của xe trong không gian ....................................................................16
Hình 3. 3 Mô hình xe thành một hệ nhiều vật ...............................................................18
Hình 3. 4 Sơ đồ mạch điều khiển ..................................................................................25
Hình 3. 5 Lập trình Arduino ..........................................................................................26
Hình 3. 6 Lập trình Arduino trên điện thoại ..................................................................27
Hình 3. 7 Mô phỏng hoạt động của mạch .....................................................................28

Hình 4. 1 Bản thiết kế hoàn chỉnh .................................................................................29
Hình 4. 2 Khung ............................................................................................................30
Hình 4. 3 Bánh xe ..........................................................................................................31
Hình 4. 4 Động cơ .........................................................................................................32
Hình 4. 5 Động cơ MY1016Z3 .....................................................................................37
Hình 4. 6 Đường đặc tính của động cơ ..........................................................................38
Hình 4. 7 Thông số và kích thước động cơ MY1016Z3 ..............................................38
Hình 4. 8 Ác quy............................................................................................................39
Hình 4. 9 Trục ................................................................................................................39
Hình 4. 10 Bảng đường kính trục theo tiểu chuẩn TCVN 142-64 ................................40

Hình 4. 11 Bảng chọn độ rộng ổ bi theo đường kính sơ bộ của trục.............................41
Hình 4. 12 Sơ đồ momen uốn xoắn trên trục ................................................................44
Hình 4. 13 Pulley và dây đai .........................................................................................46


Hình 4. 14 Kích thước các loại đai ................................................................................47
Hình 4. 15 Bảng tính chọn loại đai ................................................................................47
Hình 4. 16 Bảng tính chọn chiều dài đai .......................................................................48
Hình 4. 17 Các loại đai theo tiêu chuẩn TCVN.............................................................49
Hình 4. 18 Cách đọc thông số các loại đai ....................................................................49
Hình 4. 19 Bảng tính khoảng cách trục và số răng ăn khớp ..........................................50
Hình 4. 20 Hệ thống phanh............................................................................................51
Hình 4. 21 Hệ thống giảm chấn .....................................................................................52
Hình 4. 22 Cấu tạo của giảm chấn .................................................................................53
Hình 4. 23 Hệ thống lái .................................................................................................55
Hình 4. 24 Bản lề ...........................................................................................................56
Hình 4. 25 Trục ..............................................................................................................57
Hình 4. 26 Bảng đường kính trục theo tiểu chuẩn TCVN 142-64 ................................58
Hình 4. 27 Bảng chọn độ rộng ổ bi theo đường kính sơ bộ của trục.............................58
Hình 4. 28 Sơ đồ momen uốn xoắn trên trục ................................................................61
Hình 4. 29 Ổ bi ..............................................................................................................63
Hình 4. 30 Bảng tính chọn ổ bi......................................................................................64
Hình 4. 31 Ụ quay..........................................................................................................66
Hình 4. 32 Thanh đài hồi ...............................................................................................66
Hình 4. 33 Đai ốc, bu lông và đinh tán ..........................................................................67
Hình 4. 34 Tay ga ..........................................................................................................68
Hình 4. 35 Bản vẽ lắp hệ thống cơ khí ..........................................................................68
Hình 4. 36 Bo mạch Arduino ........................................................................................69
Hình 4. 37 Module điều khiển động cơ L298N.............................................................70
Hình 4. 38 Mạch nguyên lý sử dụng module L298N ....................................................71

Các Ký Hiệu

Tên
Khối lượng bánh
Khối lượng thân
Tải trọng
Vận tốc bánh xe
Bán kính bánh xe
Vận tốc thân xe
Độ dốc
Hệ số ma sát lăn
Hiệu suất
Động năng
Thế năng
Momen ma sát
Công suất
Tâm quay tức thời
Bán kính quay tức thời
Ứng suất
Ứng suất cho phép
Ứng suất xoắn

Ký hiệu
m(b)
𝑚𝑡
𝑚𝑡𝑡
V(b1) (V1) , V2, V3,..
𝑟1 , 𝑟2 , 𝑟3 , 𝑟4 , 𝑟

Vt
∅
𝜇
Ƞ
K
P
𝑀𝑚𝑠𝑙
W
ICC
R
𝜎
[𝜎]
𝜏

Đơn vị
kg
kg
kg
m/s
m
Độ

j
j
N.m
watt
m
MPa
MPa
MPa

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Đặt vấn đề
Cuộc sống hiện đại và ngày càng phát triển kéo theo nhu cầu sử dụng của con người đối
với sản phẩm công nghệ ngày càng gia tăng cả về số lượng và chất lượng. Hiện nay việc
sử dụng các phương tiện để đi lại trở nên cực kỳ thiết yếu đối với chúng ta. Nó không
chỉ đơn giản là chiếc ô tô, xe máy để đi làm, để vận chuyển hàng hóa mà ngày nay đến
cả các khu du lịch, công viên giải trí… cũng cần một chiếc xe có thể giúp du khách di
chuyển dễ dàng mà nhanh chóng thuận tiện. Để đáp ứng nhu cầu đó, nhóm chúng tôi đã
quyết định nghiên cứu chế tạo một loại xe điện mini để phù hợp sử dụng trong các khu
công viên du lịch. Điểm cốt lõi của chiếc xe là nó chạy trong các khu vui chơi, giải trí
nên ngoài việc nó thuận tiện, dễ sử dụng, thân thiện với môi trường thì nó còn phải có
một thiết kế mới mẻ, tinh tế để hấp dẫn du khách. Hiện nay, trên thị trường đã có nhiều
sản phẩm xe điện chế tạo theo mô hình này và tại nhiều khu du lịch đã bắt đầu áp dụng
vào thực tế, song hầu hết chúng là các loại xe theo kiểu như mô hình xe bus với nhiều
chỗ ngồi, dẫn động bằng động cơ lắp ở bánh sau và điều hướng bằng 2 bánh trước (
giống như trên ô tô ). Điều này dẫn đến một hạn chế là nếu đi trong địa hình rừng núi,
trong các vườn quốc gia có nhiều vùng đất nhão nên nếu xe bị lầy bánh sau thì sẽ không
di chuyển được và đặc biệt là những xe này thường có trên 10 chỗ ngồi nên khá lớn
khiến cho việc di chuyển khá khó khăn. Biết được điều đó nên nhóm đã quyết định thiết
kế động cơ nằm ở giữa thân xe và sẽ truyền chuyển động đến các bánh sau và bánh trước
bằng bộ truyền động đai răng. Điều này sẽ khắc phục được các nhược điểm đã nêu ở
trên nhưng lại khiến cho việc thiết kế trở nên khó hơn. Phần này là mục tiêu nghiên cứu
chủ chốt của đề tài.

1.2 Mục tiêu của đề tài
Thiết kế và chế tạo chiếc xe với các thông số dự kiến :
 Tải trọng : 2 người ( 140kg )

 Tốc độ tối đa : 18km/h
 Thời gian tăng tốc từ 0 đến 18km/h : 30s

1


 Khối lượng thân xe khoảng :30kg
 Có khả năng vận hành êm ái, dễ dàng và đặc biệt là có thiết kế thân thiện, phù
hợp với không gian tại các khu du lịch

1.3 Nội dung nghiên cứu của đề tài
Các bài toán cần phải giải quyết trong quá trình nghiên cứu đề tài :
 Bài toán động học mobile robot
 Bài toán động lực học hệ nhiều vật
 Tính toán thiết kế truyền động cơ khí
 Tính toán thiết kế trục
 Bài toán tính kết cấu khung, giảm chấn

1.4 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm
 Lý thuyết :
o Mô hình hóa chuyển động của xe
o Tính toán chọn động cơ cho xe
o Tính toán động học và động lực học
o Tính lựa chọn bộ truyền đai
o Mô phỏng hệ thống
o Thiết kế trục, ổ bi
o Thiết kế hệ thống cơ khí cho chiếc xe
o Thiết kế hệ thống điều khiển cho xe
 Thực nghiệm :

o

1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
 Ý nghĩa khoa học :
o Xây dựng các bài toán động học và động lực học cho xe điện mini 4 bánh
o Mô hình hóa chuyển động hệ nhiều vật cho xe 4 bánh

2


 Ý nghĩa thực tiễn
o Góp phần nâng cao chất lượng dịch vụ tại các khu du lịch, vui chơi, giải
trí
o Mang đến một làn gió mới trong việc thiết kế chế tạo các phương tiện vận
chuyển. Đáp ứng nhu cầu về một sản phẩm đột phá, sáng tạo ngày càng
cao của con người
o Giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường, tiếng ồn. Bước đầu thay đổi thói
quen của con người trong việc bảo vệ môi trường

3


CHƯƠNG II : TỔNG QUAN

2.1

Tình hình phát triển của các loại xe điện trên thế giới

Chúng ta cùng nhìn lại sự phát triển của các loại xe điện hiện nay trên thế giới qua các
infographic vui dưới đây :

Hình 2. 1 Các loại phương tiện giao thông điện đang thay đổi thế giới
Nguồn : />
4


Hình 2. 2 Các thành tựu đột phá trong lĩnh vực chế tạo xe điện đã đạt được (phần 1 )
Nguồn : />
5


Hình 2. 3 Các thành tựu đột phá trong lĩnh vực chế tạo xe điện đã đạt được ( phần 2)
Nguồn : />6


Hình 2. 4 Các mặt lợi và những điểm còn hạn chế của xe điện
Nguồn : />7


2.2 Các loại xe điện hiện nay tại Việt Nam

Hình 2. 5 Xe điện Burby’s 50
Nguồn:

Hình 2. 6 Xe sân golf 4 chỗ Eagle
Nguồn :

8

Hình 2. 7 Xe điện Tùng Lâm 2 chỗ VNE.CAR 02 ( xuất xứ Việt Nam )
Nguồn : />
Hình 2. 8 Xe điện Tùng Lâm 4 chỗ VNE.CAR 04B2
Nguồn : />
2.3

Một số đề tài đã nghiên cứu về xe điện tại Việt Nam

2.3.1 Thiết kế chế tạo ô tô điện 4 chỗ ngồi ( chuyển đổi từ ô tô thông thường chạy
bằng động cơ đốt trong – Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM)
Đề tài này nghiên cứu cách chế tạo ra một chiếc xe ô tô 4 chỗ ngồi bằng cách thay
thế động cơ đốt trong của chiếc xe bằng một động cơ điện có công suất tương ứng
9


,nghiên cứu sử dụng bộ nguồn, sạc cho động cơ này và giữ nguyên thiết kế của
chiếc xe.

 Những điểm đã làm được :
 Chuyển đổi xe ô tô sử dụng động cơ đốt trong sang động cơ điện.
 Nghiên cứu tính toán ra các thông số kỹ thuật của xe sau khi chuyển đổi,
so sánh kết quả thu được với việc sử dụng động cơ đốt trong mang lại
nhiều kết quả tích cực.
 Những ưu điểm của đề tài :
 Chiếc xe sau khi chuyển đổi có giá thành gần như rẻ hơn 2 đến 3 lần so
với các loại xe điện hiện nay trên thế giới.
 Tiết kiệm chi phí nhiên liệu gần 40% so với xe cơ sở.
 Không gây ô nhiễm môi trường, không gây ra tiếng ồn của động cơ.
 Những điểm còn hạn chế :
 Đồ án còn mang nặng tính lý thuyết.

 Chưa áp dụng vào thực nghiệm nên chưa rõ hiệu quả cũng như tính khả
thi của đề tài.
 Chưa đi sâu vào phần thiết kế, chế tạo.
2.3.2 Đồ án thiết kế và chế tạo xe lai
Đây là đề tài nghiên cứu cách kết hợp sử dụng giữa động cơ xăng và động cơ điện
để sử dụng trong cùng một chiếc xe, tối ưu hóa 2 động cơ này giúp giảm hao tốn
nhiên liệu và ô nhiễm môi trường, tiếng ồn …
 Những điểm đã làm được :
 Nghiên cứu cách kết hợp sử dụng động cơ điện và động cơ xăng trên
cùng một chiếc xe.
 Thiết kế và chế tạo khung xe phù hợp với mặt bằng hệ thống giao thông
hiện nay tại nước ta.
 Đã làm được mô hình thực tế, đánh giá ưu, nhược điểm cũng như tính
khả thi của đề tài.
10


 Những ưu điểm của đề tài :
 Có ý tưởng sáng tạo từ việc kết hợp 2 loại động cơ với nhau.
 Giảm thiểu chi phí nhiên liệu so với các xe chạy thuần bằng động cơ
xăng.
 Làm giảm ô nhiễm môi trường, tiếng ồn.
 Đề tài nghiên cứu sâu, đã đi vào chế tạo mô hình thực nghiệm.
 Đã đánh giá được kết quả cũng như tính thực tế của đề tài.
 Những điểm còn hạn chế :
 Thiết kế và chế tạo khó khăn do phải kết hợp 2 kiểm động cơ.
 Mới dừng ở chế tạo mô hình, chưa thể đưa vào hiện thực hóa thương mại
do đòi hỏi yếu tố kỹ thuật cao so với điều kiện thực tế tại nước ta hiện
nay.
2.4 Đề tài chế tạo xe điện mini chạy trong khu du lịch

 Những điểm kế thừa các đề tài trước :
 Mục đích nghiên cứu là để chế tạo một chiếc xe điện có giá thành rẻ, tiêu
thụ ít năng lượng trong bối cảnh nguồn tài nguyên thiên nhiên là xăng
dầu đang ngày càng cạn kiệt, đặc biệt là nó không gây tiếng ồn và ô
nhiễm môi trường.
 Những điểm mới trong đề tài :
 Chiếc xe hoàn toàn chạy bằng động cơ điện.
 Thiết kế chế tạo khung xe phù hợp với không gian các khu du lịch .
 Điều hướng bằng vô lăng nhưng không theo cách thông thường trên các
loại xe ô tô ,mà sử dụng encoder để đo góc quay của vô lăng qua đó điều
chỉnh thay đổi vận tốc giữa 2 bánh dẫn đến chuyển động quay của xe.
 Sử dụng bộ truyền đai răng để truyền chuyển động từ động cơ đến bánh
trước và bánh sau ,thay vì chỉ bánh sau như các loại xe truyền thống.
Điều này giúp xe vẫn có thể đi được nếu bánh sau bị kẹt lầy ( điều hay
gặp trong các khu vườn quốc gia sau khi mưa đất ở đây thường bị nhão
ra dẫn đến xảy ra trường hợp các xe dẫn động bằng bánh sau không di
chuyển được nếu bánh sau kẹt ).

11


 Những điều đúc kết lại được sau khi hoàn thành đề tài :
 Việc các loại xe điện chưa thực sự phổ biến tại nước ta hiện nay cũng
như tại các khu du lịch thì việc nghiên cứu chế tạo chúng hoàn toàn có
triển vọng tốt.
 Chế tạo các loại xe này không quá khó, linh kiện hầu như được bán rộng
rãi ngoài thị trường, không đòi hỏi kỹ thuật và năng lực chế tạo cao. Vì
vậy có thể áp dụng đề tài này rộng rãi, đưa chúng trở nên phổ biến.

 Chi phí sản xuất ra chiếc xe không qua cao và nó rẻ hơn nhiều so với các

loại xe nhập ngoại cùng chủng loại. Nó cho thấy khả năng cạnh tranh rất
cao nếu áp dụng đưa vào sản xuất thương mại.
 Hướng đề xuất phát triển đề tài trong tương lai :
Tìm nhà tài trợ để hiện thực hóa dự án trên thực tế và áp dụng các tính toán và
thiết kế đã làm trong đề tài để ta có thể tính toán và kiểm nghiệm hệ thống
truyền năng lượng và tính hiệu quả và khả thi của đề tài.

12


CHƯƠNG III : MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
3.1 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống cơ khí
3.1.1 Xây dựng mô hình hệ thống cơ khí

Năng lượng 1

encoder

Bộ điều khiển

Tay ga

Vô lăng

Động cơ

Năng lượng 2

Bánh

Hình 3. 1 Sơ đồ hệ thống xe
điện
Liên kết năng lượng

Khối điện tử

Liên kết tín hiệu, điện
Liên kết cơ khí



Khối cơ khí

Khối năng lượng 1 : Dùng để cấp nguồn duy trì hoạt động cho tay ga và

encoder. Ta sử dụng nguồn 5V để duy trì cho các thiết bị trên
Yêu cầu :
 Khối nguồn có độ ổn định cao về dòng và điện áp
 Có kích thước nhỏ gọn
13


 Đảm bảo dễ dàng nạp điện cho khối nguồn
 Có thời gian sử dụng cho mỗi lần nạp từ 3-5 giờ
 Khối năng lượng 2 : Dùng để cấp nguồn cho 2 động cơ 24V và bộ điều khiển
động cơ. Do đó ta sử dụng bộ nguồn 24V rồi sử dụng mạch hạ áp để cấp cho mạch
điều khiển và mạch công suất ( trong bộ điều khiển )
Yêu cầu :
 Khối nguồn có độ ổn định cao về dòng và điện áp
 Có khối lượng và khuôn khổ nhỏ để lắp ráp lên thân xe mang tính thẩm mỹ

 Dễ dàng tháo lắp
 Đảm bảo hoạt động được 3-5 giờ cho một lần nạp
 Encoder
Trong đề tài này, ta sử dụng Encoder để đo góc khi ta quay vô lăng chiếc xe. Tín hiệu
đo được gửi tới bộ điều khiển để xử lý và đầu ra là tốc độ của 2 động cơ. Chênh lệch
về tốc độ giữa 2 động cơ sẽ làm cho xe chuyển hướng
 Tay ga
Ta sử dụng tay ga để điều khiển tốc độ cho xe. Thường thì chúng sẽ đi kèm khi mua
động cơ xe đạp điện cùng với bộ điều khiển
Yêu cầu :
 Do ta sử dụng vô lăng để điều hướng cho xe nên phần tay ga phải điều khiển
bằng chân. Do đó phải thiết kế tay ga thành bàn đạp ga giống như trên các chiếc
xe ô tô
 Phù hợp với dáng ngồi của hành khách để họ cảm thấy thoải mái nhất khi điều
khiển tay ga
 Thiết kế phù hợp để cùng một lúc điều khiển được 2 động cơ
 Bộ điều khiển động cơ
Bộ điều khiển động cơ sẽ có tác dụng phân tích tín hiệu từ encoder và tay ga để điều
khiển tốc độ của 2 động cơ theo ý muốn. Đây là trung tâm xử lý tín hiệu của chiếc xe.
Yêu cầu :

14


 Tốc độ xử lý cao, có bộ nhớ chương trình đủ lớn để lưu trữ hoạt động của chiếc
xe.
 Hoạt động ổn định, có độ bền và tuổi thọ cao.
 Khối lượng nhỏ, gọn nhẹ phù hợp với yêu cầu thẩm mỹ của chiếc xe.
 Động cơ điện
Động cơ điện là phần quan trọng nhất của chiếc xe. Nó quyết định khả năng di chuyển

của chiếc xe.
Yêu cầu :
 Đảm bảo chiếc xe hoạt động ổn định, êm ái, dễ dàng di chuyển lên dốc và có
thể chịu thêm tải trọng 140kg.
 Hoạt động ổn định, có tuổi thọ cao.
 Gọn nhẹ, dễ dàng lắp đặt phù hợp với thẩm mỹ của chiếc xe.
 Cơ cấu truyền chuyển động từ động cơ ra bánh
Để tận dụng cả sức kéo và sức đẩy của động cơ ta thiết kế xe với động cơ đặt ở giữa
thân và truyền chuyển động đến 2 bánh trước và sau thông qua bộ truyền đai răng.
Yêu cầu :
 Bộ truyền đai thiết kế đúng tiêu chuẩn.
 Lắp đặt hợp lý để hoạt động tốt nhất, tránh trường hợp bị tuột đai khi xe đi vào
nơi xóc, gồ ghề.
 Dây đai và puli đủ khỏe để chịu được tải trọng lớn của chiếc xe.
 Bánh
Bánh xe là phần quan trọng của một chiếc xe. Nó là điểm đặt toàn bộ lực của chiếc xe
lên mặt đất tiếp xúc. Vì vậy việc lựa chọn bánh xe sao cho phù hợp là điều vô cùng
cần thiết.
Yêu cầu :
 Bánh xe thiết kế đúng theo tiêu chuẩn, cân đối với ngoại hình chiếc xe.
 Chịu được tải trọng lớn.
 Phần lốp có độ bền cao.
15


 Đảm bảo êm ái khi di chuyển
 Khảo sát chuyển động của xe
Giả sử chiếc xe có 4 bánh kí hiệu lần lượt là bánh 1, bánh 2, bánh 3, bánh 4, khi đó tốc
độ quay của bánh 1 và bánh 2 bằng nhau, của bánh 3 và bánh 4 bằng nhau. Do đó khi
chiếc xe chuyển động ta quy nó lại là một vật chuyển động dựa trên 2 bánh 1 và 3

trong một hệ tọa độ Oxy như hình vẽ :

Hình 3. 2 Tọa độ của xe trong không gian
ICC là tâm quay tức thời của xe
R là bán kính quay tức thời
L là khoảng cách giữa 2 bánh
Ta lấy trọng tâm của chiếc xe nằm giữa 2 bánh. Vận tốc tại đây chính là vận tốc của xe
Ta có bán kính quay tức thời của bánh 1 và bánh 3 lần lượt là :
R(b1)= R - L/2

;

R(b3)= R + L/2

Tốc độ góc tức thời của thân xe :
𝜔 (𝑡 ) =

𝑉1
𝑅−

𝐿
2

=

𝑉3
𝑅+

𝐿
2

16


𝑉1 , 𝑉3 𝑙ầ𝑛 𝑙ượ𝑡 𝑙à 𝑣ậ𝑛 𝑡ố𝑐 𝑑à𝑖 𝑐ủ𝑎 𝑏á𝑛ℎ 1 𝑣à 𝑏á𝑛ℎ 3

𝐿
𝐿
⇒ 𝑉1 . (𝑅 + ) = 𝑉3 . (𝑅 − )
2
2
𝐿
⇒ (𝑉3 − 𝑉1 ). 𝑅 = (𝑉3 + 𝑉1 ).
2
𝑇ℎ𝑎𝑦 𝑅 𝑣à𝑜 𝜔(𝑡 )𝑡𝑎 đượ𝑐

⇒𝑅=

𝜔 (𝑡 ) =

𝑉3 + 𝑉1 𝐿
.
𝑉3 − 𝑉1 2

𝑉1
1
=
. (𝑉3 − 𝑉1 )
𝑉3 + 𝑉1 𝐿
𝐿

𝐿
.
−
𝑉3 − 𝑉1 2
2

Vận tốc tức thời của thân :
𝑉𝑡 = 𝜔(𝑡 ). 𝑅 =

1
1
(𝑉1 + 𝑉3 ) =
( 𝑞̇ 1 . 𝑟 + 𝑞3̇ . 𝑟 )
2
2

𝑞̇ 1 , 𝑞3̇ 𝑙à 𝑣ậ𝑛 𝑡ố𝑐 𝑔ó𝑐 𝑐ủ𝑎 𝑏á𝑛ℎ 1 , 3
r là bán kính bánh xe ( r1=r2=r3=r4=r )
Công thức cho thấy vận tốc của thân phụ thuộc vào vận tốc của 2 bánh.
Không giống như các loại xe thông thường, chiếc xe trong đề tài điều hướng thông qua
sự chênh lệch vận tốc của 2 động cơ. Nguyên lý của việc điều hướng này là :
 Khi 2 động cơ quay cùng chiều, cùng vận tốc thì chiếc xe sẽ chuyển động thẳng
 Khi 1 động cơ quay cùng chiều và nhanh hơn động cơ còn lại thì tất yếu chiếc
xe sẽ chuyển động quay về phía động cơ quay chậm hơn.
 Ta không điều hướng quay cho chiếc xe theo kiểu điều khiển 2 động cơ quay
cùng vận tốc và ngược chiều giống như trên các robot vượt địa hình vì nó sẽ
gây ra hiện tượng trượt bánh, do đó không an toàn cho người ngồi.

3.1.2 Mô phỏng chuyển động của xe

17