Tính toán - thiết kế hệ thống điện xe ô tô điện 2 chỗ ngồi

LỜI CẢM ƠN  Đầu tiên nhóm em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo nhà trường đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, các giảng viên của Viện kỹ thuật Hutech nói riêng và đặc biệt hơn hế

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN XE Ô TÔ

ĐIỆN 2 CHỖ NGỒI

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Nhanh

Nguyễn Ngọc Sang 1711251472 17DOTA3

TP Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2021

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN XE Ô TÔ

ĐIỆN 2 CHỖ NGỒI

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Nhanh

Nguyễn Ngọc Sang 1711251472 17DOTA3

LỜI CẢM ƠN



Đầu tiên nhóm em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo nhà trường đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, các giảng viên của Viện kỹ thuật Hutech nói riêng và đặc biệt hơn hết là cảm ơn thầy Nguyễn Văn Nhanh đã giúp đỡ nhóm em trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá trình tìm tòi nghiên cứu để phần nào hoàn thành

đồ án tốt nghiệp “Tính toán, thiết kế hệ thống điện xe ô tô điện 2 chỗ ngồi”

Bên cạnh việc được trau dồi kiến thức trong nhà trường, sự hướng dẫn tận tâm của các giảng viên trong Viện kỹ thuật Hutech, các bạn sinh viên cùng học ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô Và không thể không nói đến các giáo trình về ô tô, về các

hệ thống điện tử, tính toán thiết kế ô tô đã giúp cho nhóm chúng em có thể để gần hơn với việc nghiên cứu và tính toán thiết kế ô tô, bởi nhờ đó nhóm chúng em có thể hoàn thiện được đề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống điện xe ô tô điện 2 chỗ ngồi” Biết đây là sự nỗ lực hết mình, cũng như thách thức bản thân trong việc không ngừng học hỏi, sáng tạo Dẫu biết đề tài vẫn chưa hoàn thiện một cách tốt nhất nhưng đây cũng là bước khởi đầu cho sự phát triển sau này được tốt hơn

Không biết nói gì hơn, nhóm chúng em trân trọng gửi lời chúc sức khỏe, lời tri ân chân thành nhất đến các giảng viên của trường trong việc xem xét và hỗ trợ nhóm em thực hiện đề tài

Chân thành cảm ơn sâu sắc!

MỤC LỤC



LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU v

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH vi

LỜI MỞ ĐẦU viii

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.1.1 Đặt vấn đề 1

1.1.2 Tầm quan trọng của đề tài 2

1.1.3 Ý nghĩa của đề tài 2

1.1.4 Lý do chọn đề tài 2

1.2 Tình hình nghiên cứu 4

1.3 Mục đích nghiên cứu 5

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 5

1.5 Phương pháp nghiên cứu 5

1.6 Các kết quả đạt được của đề tài 6

1.7 Kết cấu của đề tài 6

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG - NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN CỦA XE Ô TÔ ĐIỆN 7

2.1 Tổng quan về hệ thống ô tô điện 7

2.2 Nguyên lý điều khiển của ô tô điện 11

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN XE Ô TÔ ĐIỆN 2 CHỖ NGỒI 20

3.1 Bảng thông số kỹ thuật cần thiết được đặt ra ban đầu cho ô tô điện 20

3.2 Tính toán điện nguồn cấp cho động cơ ô tô điện 2 chỗ ngồi 21

3.3 Tính toán lựa chọn Bình Pin Lithium cho ô tô điện 24

3.4 Chọn bộ điều khiển trung tâm của xe ô tô điện 2 chỗ ngồi 26

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN XE Ô TÔ ĐIỆN 2 CHỖ

NGỒI BẰNG PHẦN MỀM PROTEUS 27

4.1 Hệ thống điện chiếu sáng 27

4.1.1 Hệ thống đèn đầu (pha/cos) 27

4.1.2 Hệ thống đèn hậu: 29

4.1.3 Đèn sương mù: 30

4.1.4 Hệ thống đèn xi nhan và báo nguy: 31

4.2 Hệ thống điện cấp cho các thiết bị khác 33

4.3 Hệ thống điện cấp cho động cơ 34

CHƯƠNG 5: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ ĐIỆN 2 CHỖ NGỒI TRÊN PHẦN MỀM CARSIM 37

5.1 Phần mềm carsim 37

5.1.1 Cách khởi động 39

5.1.2 Tạo một cơ sở dữ liệu mới 41

5.1.3 Một số nút chức năng trên màn hình làm việc 42

5.1.4 Cấu trúc xây dựng phương pháp mô phỏng 43

5.2 Mô hình dao động ô tô 43

5.3 Mô phỏng và đánh giá 43

CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 57

6.1 Đánh giá kết quả 57

6.2 Kết luận và xu hướng phát triển của đề tài 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU



Các đơn vị được dùng trong nghiên cứu:

Bảng đơn vị hệ đo lường quốc tế SI:

mm

Mét Milimét

h

Giây Giờ

Ah

Ampe Ampe/giờ

Các đơn vị dẫn xuất:

Đại lượng Ký hiệu Tên Chuyển sang đơn vị cơ bản

Hiệu điện thế V Volt V=J/C=kg.m2.A-1.s-3

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH



Hình 1.1: Biểu đồ tăng trưởng doanh số theo cấp số nhân của xe điện 3

Hình 2.1: Hệ thống sạc cảm ứng của ô tô điện (Henke & Dietrich 2017) 8

Hình 2.2: Trạm sạc nhanh đặt ở vaasa 9

Hình 2.3: Cấu trúc bên trong BMW I3 (DUCHENE 2013) 9

Hình 2.4: Xe điện đầu tiên do THOMAS PARKER chế tạo 10

Hình 2.5: Giá Pin Lithium-ion trên kilo watt giờ từ 2010-2016 (CURRY 2017) 10

Hình 2.6: Xe Tesla Roadster mới (Tesla 2018) 11

Hình 2.7: Bộ pin Tesla (TESLAUPDATES 2016) 11

Hình 2.8: Ô tô điện cổ điển 12

Hình 2.9: BMW mini 13

Hình 2.10: Nội thất bên trong 14

Hình 2.11: Tỉ lệ phân chia 15

Hình 2.12: Phiên bản màu hồng 15

Hình 2.13: E100 15

Hình 2.14: Phân phối điện từ nhà máy điện đến trạm sạc 19

Hình 2.15: Mối quan hệ về chiều cao và công suất của tuabin gió (Stankiewicz, Dvorak & Froese 2009) 19

Hình 3.1: Các lực tác dụng lên ô tô khi lên dốc 21

Hình 3.2: Hình dạng động cơ 23

Hình 3.3: Bình accquy loại 12V - 200A 26

Hình 3.4: Bộ điều khiển trung tâm của xe 26

Hình 4.1: Sơ đồ đèn đầu mô phỏng trên Proteus 27

Hình 4.2: Sơ đồ đèn đầu mô phỏng trên Proteus – Chiếu gần 28

Hình 4.3: Sơ đồ đèn đầu mô phỏng trên Proteus – Chiếu chiếu xa 28

Hình 4.4: Sơ đồ đèn hậu mô phỏng trên Proteus 29

Hình 4.5: Sơ đồ đèn hậu bật ON mô phỏng trên Proteus 30

Hình 4.6: Sơ đồ đèn xi nhan mô phỏng trên Proteus 31

Hình 4.7: Sơ đồ đèn xi nhan xin rẽ phải mô phỏng trên Proteus 31

Hình 4.8: Sơ đồ đèn đèn xi nhan xin rẽ trái mô phỏng trên Proteus 32

Hình 4.9: Sơ đồ đèn cảnh báo nguy hiểm được bạt mô phỏng trên Proteus 32

Hình 4.10: Sơ đồ còi mô phỏng trên Proteus 33

Hình 4.11: Sơ đồ còi đang hoạt động mô phỏng trên Proteus 33

Hình 4.12: Sơ đồ hệ thống điện điều khiển động cơ mô phỏng trên Proteus 34

Hình 4.13: Sơ đồ hệ thống điện điều khiển động cơ chạy tới mô phỏng trên Proteus 34

Hình 4.14: Sơ đồ hệ thống điện điều khiển động cơ chạy lùi mô phỏng trên Proteus 35

Hình 5.1: Một số tính năng nâng cao của CarSim 38

Hình 5.2: Chọn cơ sở dữ liệu gần đây 39

Hình 5.3: Thiết lập giấy phép 40

Hình 5.4: Bảng điều khiển 40

Hình 5.5: Chọn mục trong menu 41

Hình 5.6: Chọn thư mục để upload 41

Hình 5.7: Đường dẫn thư mục 42

Hình 5.8: Các nút trên màn hình làm việc 42

Hình 5.9: Sơ đồ dao động 43

LỜI MỞ ĐẦU



Vấn đề giá xăng, dầu trên thế giới ngày càng tăng, các mỏ dầu cũng dần cạn kiệt, lượng phương tiện giao thông tăng lên hàng năm tại mỗi quốc gia Tại Việt Nam, trong 10 năm qua, phương tiện giao thông tăng gấp 4 lần Lượng phương tiện giao thông ngày một tăng kéo theo hệ lụy là lượng khí thải ra môi trường cũng ngày càng tăng điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, làm biến đổi khí hậu, ảnh hưởng đến hệ cây trồng vật nuôi và các công trình xây dựng, hạn chế các hoạt động

du lịch, thương mại và hạn chế thu hút nguồn nhân lực cao… Theo báo cáo môi

trường quốc gia năm 2007, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thông gây ra chiếm 70% Xét theo các nguồn thải gây ô nhiễm trên toàn quốc, hoạt động giao thông đóng góp khoảng 85% lượng CO, 95% VOCs Phát thải chủ yếu từ phương tiện giao thông

cơ giới đường bộ là CO, HC, BOx (đối với động cơ xăng) và PM, NOx (đối với động

cơ diesel) Nhưng chính vì sự phát triển không ngừng đó thì đã phần nào ảnh hưởng đến môi trường, nơi cung cấp luồng khí để duy trì sự sống cho con người) Do sự phát triển kinh tế, số lượng ô tô tại các thành phố lớn được dự đoán càng tăng lên kéo theo tình trạng ô nhiễm môi trường không khí ngày càng nghiêm trọng

Là một sinh viên đang ngồi trên ghế nhà trường, việc tìm ra phương án và chế tạo phương tiện sử dụng năng lượng sạch mà cụ thể ở đây là năng lượng điện để phần nào giảm thiểu tối đa lượng khí thải gây ô nhiễm môi trường Bởi năng lượng điện là năng lượng mà con người có thể tạo ra được và hơn thế nữa là giúp con người dần xóa bỏ sự lệ thuộc vào nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ Và đây cũng là một trong những vấn đề ngày càng được quan tâm nhiều trong thời buổi hiện nay, không chỉ từ bộ phận người dân mà còn từ các nhà khoa học, các kỹ sư ô tô và các nhà sản xuất ô tô trên khắp thế giới Chính vì muốn khoác lên mình một màu áo mới, để có một môi trường

trong lành hơn hơn nên nhóm em đã chọn đề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống điện

xe ô tô điện 02 chỗ ngồi”

Là một trong những sinh viên trong ngành công nghệ kỹ thuật ô tô, đi kèm theo

đó là sự nỗ lực hết mình của bản thân và điều đặc biệt hơn cả là với sự tận tâm chỉ

dẫn của thầy TS Nguyễn Văn Nhanh đã giúp cho nhóm đồ án của chúng em hoàn thành đúng thời hạn Cũng vì trình độ cũng nhóm còn nhiều hạn chế và thời gian cũng

có hạn nên sẽ không thể tránh khỏi những sai xót trong việc làm đồ án Vì vậy nhóm

em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến đến từ các thầy cô cũng như là các bạn sinh viên để đồ án sẽ được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

1.1.1 Đặt vấn đề

Trong khi làn sóng nghiên cứu ô tô điện đang nổi lên mạnh mẽ trên thế giới thì tại Việt Nam, đối tượng này chưa nhận được sự quan tâm thích đáng của các nhà khoa học, giới doanh nghiệp cũng như các nhà làm chính sách Trong vài năm trở lại đây, một số sản phẩm xe điện mang tính thử nghiệm đã được nghiên cứu chế tạo bởi các nhà khoa học và những nhà sáng chế không chuyên Việt Nam Một số sản phẩm mang tính sao chép đơn thuần, chế tác lại về mẫu mã và sau đó cũng không tiếp tục phát triển Đây những là tiền đề đáng khích lệ đối với một nhà sáng chế nghiệp dư, tuy nhiên những chỉ tiêu chất lượng của xe còn thấp, xe được chế tạo với phương pháp mang tính kỹ thuật, chưa có hàm lượng khoa học và quy trình công nghệ Trong khi thế giới đã có những bước tiến lớn trong công nghệ chế tạo ô tô điện, Việt Nam cho đến nay vẫn đứng ngoài dòng chảy của xu thế tất yếu này Nếu không nhanh chóng triển khai nghiên cứu, nước ta sẽ lại tiếp tục bị lệ thuộc vào thế giới Tuy nhiên, phần lớn chúng ta vẫn chưa thấy được tính cấp thiết của việc nghiên cứu ô tô điện tại Việt Nam Để làm rõ vấn đề này, ta cần trả lời hai câu hỏi: (a) Việt Nam có cần ô tô điện không? (b) Việt Nam có cần nghiên cứu ô tô điện không?

Vấn đề năng lượng: các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá không phải là vô tận, chúng có khả năng bị cạn kiệt và không thể tái tạo được Các phương tiện giao thông sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng này (xăng, dầu) chắc chắn sẽ không tồn tại trong tương lai Trong khi đó, điện năng là loại năng lượng rất linh hoạt,

nó có thể được chuyển hóa từ nhiều nguồn năng lượng khác, trong đó có các nguồn năng lượng tái tạo vô tận như năng lượng gió, mặt trời, sóng biển, v.v Do vậy, các phương tiện sử dụng điện là phương tiện của tương lai

Vấn đề môi trường: không khó để nhận ra rằng môi trường hiện nay đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, mà một trong những nguyên nhân chính là khí thải từ các phương tiện giao thông, đặc biệt là ô tô Ô tô điện là lời giải triệt để cho vấn đề này

do nó hoàn toàn không có khí thải Như vậy, ta thấy rằng ô tô điện là giải pháp tối ưu

cho cả hai vấn đề lớn, đó là lý do khiến nó trở thành mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau thế kỉ 20 trở lại đây, và càng ngày càng trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp ô tô và các nhà khoa học trên toàn thế giới

1.1.2 Tầm quan trọng của đề tài

Đề tài ‘‘Tính toán, thiết kế hệ thống điện xe ô tô điện 2 chỗ ngồi ’’ là một đề tài nhằm mục đích khảo sát thiết kế ô tô chạy hoàn toàn bằng năng lượng điện, đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất một kiểu ô tô mang nhãn hiệu Việt Nam phù hợp với điều kiện giao thông trong nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng năng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp, gần như bằng không, góp phần thực hiện nhiệm vụ cấp bách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Nói tóm lại, đề tài này có ý nghĩa trong công cuộc đổi mới và sáng tạo để thiết kế hoàn chỉnh và chế tạo một ô tô sinh thái tại Việt Nam với mục tiêu hướng tới là: Nâng cao điều kiện sống của người dân, tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường trong giao thông vận tải Tạo ra mặt hàng công nghiệp đặc thù mang lợi thế cạnh tranh lớn phát triển ngành công nghiệp sản xuất ô tô ở Việt Nam

1.1.3 Ý nghĩa của đề tài

Ý nghĩa khoa học:

Xây dựng bài toán tính toán thiết kế và thi công lắp ráp xe điện

Mô hình hóa đề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống điện xe ô tô điện 2 chỗ ngồi”

sở hữu điện thoại thông minh Điện thoại thông minh thực sự đã chiếm lĩnh thế giới

Năm 2012, Tesla đã giới thiệu mẫu xe điện Model S mang tính cách mạng của họ Đây là nỗ lực đầu tiên của Tesla trong việc chế tạo toàn bộ một chiếc xe được thiết

kế từ đầu, chứ không chỉ là sự chuyển đổi của một chiếc xe hiện có như trường hợp của Tesla Roadster Không ai nghĩ Tesla sẽ thành công với tư cách là một công ty xe hơi, chứ chưa nói đến việc làm rung chuyển toàn bộ ngành sản xuất ô tô Ngày nay, Tesla đã bán được hơn một triệu xe trên toàn thế giới và giá trị vốn hóa thị trường của họ hiện có giá trị hơn GM và Ford cộng lại Phần còn lại của các nhà sản xuất ô

tô đang cố gắng bắt kịp vị trí dẫn đầu công nghệ của Tesla

Cho đến nay, doanh số bán xe điện vẫn chưa khiến thế giới bùng nổ Các con số

đã tăng lên, nhưng vẫn chỉ chiếm khoảng 2% tổng doanh số bán xe trong năm 2019 Con số tương đối nhỏ là do giá thành cao hơn (chủ yếu là do pin lithium ion điện áp cao đắt tiền), tính tiện lợi hạn chế và sự hoài nghi của công chúng về chúng tính thực tế Nhưng tất cả những điều này đang thay đổi nhanh chóng

Hình 1.1: Biểu đồ tăng trưởng doanh số theo cấp số nhân của xe điện

Đầu tiên là sự tăng trưởng về doanh số bán xe điện Quay trở lại năm 2011, mất gần 5 năm để doanh số bán xe điện trên toàn cầu đạt 1triệu xe 17 tháng sau (2017), doanh số bán xe điện toàn cầu đã tăng lên 2 triệu xe Mười tháng sau (2018), doanh

số bán hàng đã vượt qua 3 triệu xe Sáu tháng sau (cuối năm 2018), nó đã vượt qua 4 triệu xe Chưa đầy sáu tháng sau (2019), nó đã vượt qua 5 triệu và đến đầu năm 2020,

con số hiện đã đạt gần 7 triệu xe Đây là sự tăng trưởng bùng nổ theo cấp số nhân và

nó thể hiện vị trí của ngành

Hiện tại, Trung Quốc có số lượng xe điện cao nhất so với bất kỳ quốc gia nào khác trên thế giới (gấp ba lần Hoa Kỳ), trong khi Na Uy có tỷ lệ xe điện trên đường cao nhất (hơn 50% dân số phương tiện của họ) Trên thực tế, Na Uy hy vọng sẽ có gần 100% xe của họ chạy hoàn toàn bằng điện trong vòng 5 năm!

Vì vậy, nhóm làm đề tài mạnh dạn lựa chọn đề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống điện xe

ô tô điện 2 chỗ ngồi ” sau khi xét đến tính khả thi của đề tài, với mục đích thiết kế mô hình

phục vụ việc học tập và tốt nghiệp cho sinh viên trường ĐH Công Nghệ TP.HCM

1.2 Tình hình nghiên cứu

Các công nghệ đột phá đã thay đổi thế giới theo những cách nhanh chóng và không thể đoán trước Mười năm trước, Apple đã giới thiệu điện thoại thông minh Ngày nay, gần 80% người Mỹ sở hữu điện thoại thông minh và hơn một nửa dân số thế giới

sở hữu điện thoại thông minh Điện thoại thông minh thực sự đã chiếm lĩnh thế giới Năm 2012, Tesla đã giới thiệu mẫu xe điện Model S mang tính cách mạng của họ Đây là nỗ lực đầu tiên của Tesla trong việc chế tạo toàn bộ một chiếc xe được thiết

kế từ đầu, chứ không chỉ là sự chuyển đổi của một chiếc xe hiện có, như trường hợp của Tesla Roadster Không ai nghĩ Tesla sẽ thành công với tư cách là một công ty xe hơi, chứ chưa nói đến việc làm rung chuyển toàn bộ ngành sản xuất ô tô Ngày nay, Tesla đã bán được hơn một triệu xe trên toàn thế giới và giá trị vốn hóa thị trường của họ hiện có giá trị hơn GM và Ford cộng lại Phần còn lại của các nhà sản xuất ô

tô đang cố gắng bắt kịp vị trí dẫn đầu công nghệ của Tesla Cho đến nay, doanh số bán xe điện vẫn chưa khiến thế giới bùng nổ Các con số đã tăng lên, nhưng vẫn chỉ chiếm khoảng 2% tổng doanh số bán xe trong năm 2019 Con số tương đối nhỏ là do giá thành cao hơn (chủ yếu là do pin lithium ion điện áp cao đắt tiền), tính tiện lợi hạn chế và sự hoài nghi của công chúng về tính thực tế Nhưng tất cả những điều này đang thay đổi nhanh chóng.Việt Nam là quốc gia có trên 96 triệu dân, kinh tế phát triển, đời sống ngày càng nâng cao do đó nhu cầu sử dụng ôtô ngày càng nhiều, đủ

để các doanh nghiệp ôtô đầu tư sản xuất với quy mô lớn

• Hoàn thành được báo cáo chi tiết về đề tài “Tính toán, thiết kế hệ thống điện

xe ô tô điện 2 chỗ ngồi”

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

• Tìm hiểu hệ thống điện xe ô tô điện 02 chỗ ngồi

• Phân tích lựa chọn nguồn năng lượng sử dụng cho xe điện

• phân tích lựa chọn phương pháp thiết kế điện

• Đặt các thông số đầu vào cho xe điện

• Khảo sát hệ thống điện đầu, hệ thống điện thân xe và hệ thống điện nguồn

• Tính toán thiết kế hệ thống lái, hệ thống phanh

• Tính toán thiết kế hệ thống treo, hệ thống truyền lực

• Ứng dụng hệ thống trên các ứng dụng như Proteus và Carsim

• Tiến hành thi công và lắp ráp xe điện, thử nghiệm và đánh giá sản phẩm

• Hoàn thành báo báo cáo đồ án tốt nghiệp đúng thời hạn

1.5 Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp nghiên cứu phân tích - tổng hợp: Trước hết ta cần phân tích các vấn đề nhỏ, những yếu tố cấu thành về xe ô tô điện Từ đó thì ta có thể hiểu được một cách sâu sắc, chi tiết cụ thể Sau khi phân tích chúng ta sẽ có cái nhìn tổng quát vào đề tài, vấn đề Chính lúc đó chúng ta sử dụng phương pháp tổng hợp để tóm gọn lại nội dung chính và các thông điệp đang hướng tới

• Phương pháp dùng số liệu sẽ khiến cho cho đề tài xe điện của nhóm sẽ trở nên khách quan, xác thực Đồng thời những số liệu phải được lấy hoặc tính toán 1 cách chính xác và rõ ràng

• Phương pháp so sánh đây là phương pháp giúp cho bài luận án của bọn em trở nên hấp dẫn hơn, có tính đối chiếu thực tế và tính cạnh tranh, từ đó tạo sức hút cho vấn đề Chúng ta có thể kết hợp nhiều cách so sánh (so sánh bình quân, so sánh tuyệt đối, so sánh tương đối )

• Phương pháp thiết kế và mô phỏng: Thiết kế mô hình và cho chạy mô phỏng mạch điện trên ứng dụng Proteus và đồng thời cho mô phỏng đặc tính động lực học của xe ô tô điện qua ứng dụng carsim

• Phương pháp thiết kế và mô phỏng: Thiết kế mô hình và cho chạy mô phỏng mạch điện trên ứng dụng Proteus và đồng thời cho mô phỏng đặc tính động lực học của xe ô tô điện qua ứng dụng carsim

1.6 Các kết quả đạt được của đề tài

Với mục tiêu thiết kế chế tạo mô hình hệ thống chiếu sáng đáp ứng góc bẻ lái

và điều khiển tự động đèn chiếu sáng để phục vụ công tác giảng dạy nên phương pháp nghiên cứu chính là phương pháp thực nghiệm, kết hợp với nghiên cứu tài liệu và tham khảo các hệ thống chiếu sáng chủ động đã được áp dụng trong thực

tế, kết hợp với phương pháp thực nghiệm, chọn ra phương án khả thi nhất để có thể hoàn thành sản phẩm đáp ứng được mục tiêu đề ra ban đầu và phù hợp với nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

1.7 Kết cấu của đề tài

Bố cục đồ án gồm 06 chương:

➢ Chương 1: Giới thiệu đề tài

➢ Chương 2: Tổng quan về hệ thống điện trên xe và nguyên lý điều khiển

➢ Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống điện xe ô tô điện 2 chỗ ngồi

➢ Chương 4: Mô phỏng hệ thống điện trên xe ô tô điện bằng phần mềm Proteus

➢ Chương 5: Khảo sát đặc tính động lực học của ô tô điện 2 chỗ ngồi trên phần mềm Carsim

➢ Chương 6: Đánh giá kết quả và kết luận

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG - NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN

CỦA XE Ô TÔ ĐIỆN 2.1 Tổng quan về hệ thống ô tô điện

Ô tô điện sử dụng một động cơ điện cho lực kéo, acquy, pin nhiên liệu cung cấp nguồn năng lượng tương ứng cho động cơ điện

Ô tô điện có nhiều ưu điểm hơn các loại phương tiện sử dụng động cơ đốt trong, chẳng hạn như không phát thải khí ô nhiễm, hiệu suất cao, độc lập với nguồn năng lượng từ dầu mỏ, yên tĩnh và hoạt động trơn tru Các nguyên tắt hoạt động cơ bản giữa ô tô điện và phương tiện sử dụng động cơ đốt trong tương tự nhau Tuy nhiên, một số khác biệt giữa phương tiện sử dụng động cơ đốt trong và ô tô điện, chẳng hạn như sử dụng một bồn chứa xăng so với nguồn pin, động cơ đốt trong so với động cơ điện, và khác nhau về yêu cầu truyền dẫn

Vận tải điện, tức là ô tô điện bao gồm cả cơ sở hạ tầng liên quan, là một vấn đề phức tạp, với nhiều nguồn lực tham gia khác nhau đang nỗ lực để đưa nó ngày càng phát triển Thực tế là những người tham gia là từ đa dạng các lĩnh vực như nghiên cứu, chính trị và kinh doanh, họ đã tham gia vào việc định hình quá trình và đóng góp quan điểm Trong bối cảnh đó, không chỉ có sự không chắc chắn về việc liệu ô tô điện

có tự thiết lập mình như một phương tiện của văn hóa di chuyển hay không mà còn liên quan đến việc nó sẽ làm như thế nào Hoàn toàn khác với trạng thái này sự không chắc chắn, rõ ràng là cuộc tranh luận hiện tại về vận tải điện định hướng thực sự chứng minh mạnh mẽ Trong nhiều trường hợp, người ta tin rằng điện sớm hay muộn cũng là động cơ sẽ bổ sung động cơ đốt trong (công nghệ hybrid) hoặc chỉ đơn giản

là thay thế nó Do đó, người tiêu dùng sẽ dần dần chuyển từ ô tô thông thường đến ô

tô điện mà không có thay đổi lớn hoặc thậm chí hạn chế trong việc sử dụng chiếc xe như thế Các nghiên cứu về vấn đề này được đặc trưng bởi một niềm tin trong tiến bộ công nghệ, điều này được cho là có thể giải quyết vấn đề giữa việc cần bảo tồn tài nguyên và khả năng di chuyển cá nhân không giới hạn Rõ ràng là tại sao vị trí này chiếm ưu thế: lời hứa rằng ‘công nghệ’ sẽ giải quyết vấn đề và việc mọi người trong

xã hội phát triển cao có thể tiếp tục sống như trước đây rõ ràng là cực kỳ hấp dẫn (xem Schwedes, Chương 3)

Vì trong một xã hội dân chủ thay đổi ví dụ như trong hành vi di chuyển của dân số không thể đơn giản được áp đặt hoặc thực thi thông qua các lệnh cấm sâu rộng, các biện pháp kiểm soát chính trị phải đi kèm với các sáng kiến giáo dục Một cuộc kiểm tra lại sự sùng bái thần thoại đôi khi của chiếc xe sẽ là một mục tiêu quan trọng về mặt này Đổi lại, để điều này xảy ra, điều không thể thiếu là phải thực hiện một cuộc kiểm tra văn hóa - lịch sử, phê bình về sự xuất hiện và ý nghĩa của sự sùng bái này cũng như sự kết hợp lịch sử trên chiếc xe hơi như một sản phẩm hàng đầu của sự phát triển buôn bán hiện đại và là một đối tượng tiêu dùng dễ thấy (xem Ruppert, Chap 2) Hơn nữa, việc kiểm tra quan trọng các phát triển thiết kế hiện tại trong lĩnh vực của ô tô điện có tầm quan trọng lớn Biểu tượng do các nhà thiết kế tạo ra có ảnh hưởng đáng kể đến bản chất của mối quan hệ tình cảm với sản phẩm Thiết kế của ô

tô điện sẽ đóng một vai trò quyết định trong việc xác định xem nó sẽ có thể xoa dịu

sự hưng phấn tinh thần trên chiếc xe như một đối tượng của những khao khát xa hoa

về quyền lực, tốc độ và uy tín thay vào đó là tạo ra ý nghĩa mới hơn cho chiếc xe (xem Keichel, Chương 4)

Hình 2.1: Hệ thống sạc cảm ứng của ô tô điện (Henke & Dietrich 2017)

Hình 2.2: Trạm sạc nhanh đặt ở vaasa

Hình 2.3: Cấu trúc bên trong BMW I3 (DUCHENE 2013)

Hình 2.4: Xe điện đầu tiên do THOMAS PARKER chế tạo

Hình 2.5: Giá Pin Lithium-ion trên kilo watt giờ từ 2010-2016 (CURRY 2017)

Hình 2.6: Xe Tesla Roadster mới (Tesla 2018) 2.2 Nguyên lý điều khiển của ô tô điện

Trước đây, các xe điện chủ yếu được chuyển đổi từ các ô tô thông thường bằng cách thay thế động cơ đốt trong và thùng nhiên liệu với một động cơ điện và pin trong khi giữ lại tất cả các thành phần khác, như trong hình 2.1 Nhược điểm như: khối lượng lớn, tính linh hoạt và hiệu suất thấp là những nguyên nhân làm cho xe điện khó

áp dụng rộng rãi Hiện nay, ô tô hiện đại được tạo ra có chủ ý dựa vào nguyên bản của thân và khung sườn được thiết kế riêng Điều này đáp ứng các yêu cầu về cấu trúc duy nhất cho ô tô và làm cho các nguồn động lực đẩy bằng điện được sử dụng linh hoạt hơn

Hình 2.7: Bộ pin Tesla (TESLAUPDATES 2016)

Hình 2.8: Ô tô điện cổ điển

Một ô tô điện cơ bản được minh họa trong hình 2.2 Nó bao gồm ba hệ thống chủ yếu: hệ động lực điện, hệ thống năng lượng, và hệ thống phụ trợ

Hệ động lực điện bao gồm: hệ thống điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện, các động

cơ điện, truyền động cơ khí, và bánh chủ động

Hệ thống năng lượng bao gồm nguồn năng lượng bộ phận quản lý năng lượng, và

bộ phận tiếp năng lượng điện

Hệ thống phụ trợ bao gồm trợ lực lái, điều hòa, nguồn cung cấp năng lượng phụ trợ

Dựa trên các yếu tố đầu vào điều khiển từ chân ga và bàn đạp phanh, hệ thống điều khiển xe cung cấp tín hiệu điện thích hợp cho bộ chuyển đổi năng lượng điện có chức năng điều chỉnh dòng điện giữa điện động cơ và nguồn năng lượng Những nguồn năng lượng được tái sinh trong quá trình phanh có thể được nạp vào nguồn năng lượng chính Hầu hết pin EV dễ dàng có khả năng tiếp nhận nguồn năng lượng tái sinh này

Truyền động

cơ khí

Nguồn năng lượng Động cơ điện

Hình 2.9: BMW mini

Trong quá trình điều tra chúng ta nhận thấy rằng trong việc thiết kế xe điện nhỏ cần phải xem xét đầy đủ tính dễ vận hành, sự thoải mái và sự kết hợp công nghệ thông minh của các thành phần chức năng ô tô Các ứng dụng quản lý, chẳng hạn như thiết

kế bảng điều khiển trung tâm, bố trí hợp lý các nút phức tạp và dễ dàng xác định các chức năng thành phần Đặc điểm và thiết kế của hệ thống hỗ trợ lái xe thông minh

Xe điện được điều khiển bằng động cơ điện, cách bố trí các bộ phận khác nhau của ô

tô có tính linh hoạt cao Do mô hình cấu trúc độc đáo của nó, trí tuệ công nghệ năng lượng và hóa học dễ dàng tích hợp với nhau hơn, bổ sung cho nhau và trở thành phương tiện vận chuyển tốt nhất của công nghệ thông minh

Xe điện thông minh là xu hướng tất yếu của sự phát triển ô tô trong tương lai, hệ thống hỗ trợ lái xe thông minh Ứng dụng (ADAS) và sự trưởng thành dần dần của công nghệ không người lái, ở một mức độ lớn có thể giảm thiểu các lỗi vận hành của con người, không chỉ cải thiện trải nghiệm người dùng mà còn cải thiện đáng kể sự

an toàn của việc lái xe ô tô

Hình 2.10: Nội thất bên trong

Sạc pin

Nguồn năng lượng phụ

Quản lý năng lượng

Nguồn năng lượng

Điều hòa không khí

Tín hiệu điều khiển

Bộ chuyển đổi điện

Trợ lực lái

Truyền động cơ khí

Động cơ điện

Chân ga

Phanh

Hình 2.11: Tỉ lệ phân chia

Hình 2.12: Phiên bản màu hồng

Hình 2.13: E100

Hiện nay, với sự phát triển không ngừng và theo chiều sâu của Internet, phong cách sống của con người đã có những thay đổi chấn động địa cầu Ví dụ, việc phổ biến thanh toán di động đã thay đổi hoàn toàn thói quen thanh toán của người dùng, Didi Chuxing và Mobike đang thay đổi cách người dùng đi du lịch Tất cả những điều này đều minh họa một vấn đề với Internet

Cùng với sự phát triển, lối sống của người dùng cũng thay đổi và các phương thức vận hành sản phẩm cũng ngày càng tiến gần hơn để trở nên thông minh và tiện lợi hơn Chúng ta thấy quy trình thiết kế của những chiếc xe hơi truyền thống và thông qua phân tích trường hợp của Baojun E100 (Hình 2.13), đưa ra một quy trình mới về thiết kế kiểu dáng xe điện trong kỷ nguyên Internet Quy trình mới có hai ý nghĩa sau: Thứ nhất, xe điện vi mô được phát triển theo quy trình mới đáp ứng được nhu cầu thực tế của người sử dụng Thứ hai, xe điện được phát triển theo quy trình mới có thể kéo dài vòng đời của sản phẩm

Bộ phận quản lý năng lượng cùng với bộ phận điều khiển kiểm soát hoạt động phanh tái sinh và phục hồi năng lượng của nó Nó cũng kết hợp với các bộ phận tiếp năng lượng để kiểm soát quá trình này và giám sát việc sử dụng các nguồn năng lượng

Nguồn cung cấp năng lượng phụ có chức năng cung cấp năng lượng cần thiết với các điện áp khác nhau cho tất cả các thành phần phụ của xe như: điều hòa không khí, trợ lực lái, hệ thống đèn chiếu sáng…

Có nhiều loại EV có thể cấu tạo khác nhau do các biến thể dựa trên đặc điểm của động lực điện và các nguồn năng lượng, như trong hình 2.3

M HS VS M HS VS

GT M

M GT

VS GT M

Cấu hình các loại ô tô điện

M: động cơ điện; HS: hộp số; VS: truyền lực chính và vi sai; GT: hộp giảm tốc

a Hình (a) cho thấy hình thức đầu tiên của xe điện, trong đó một động cơ điện thay thế cho động cơ đốt trong của một chiếc xe thông thường Nó bao gồm một động

cơ điện, một ly hợp, hộp số, và một bộ vi sai Khớp ly hợp và hộp số có thể được thay thế bằng hộp số tự động

b Với một động cơ điện có công suất liên tục trong một phạm vi tốc độ dài, một tỉ

số truyền cố định có thể thay thế cho hộp số nhiều cấp và giảm bớt sự cần thiết của một ly hợp Cấu hình này không chỉ làm giảm kích thước và trọng lượng của truyền động cơ khí, nó cũng đơn giản hoá cho con người trong việc điều khiển xe bởi vì sự thay đổi tỉ số truyền là không cần thiết

c Tương tự như hình (b), động cơ điện, cặp bánh răng cố định và bộ vi sai có thể được bố trí tích hợp thành cụm trong khoảng giữa hai bán trục bánh xe chủ động Việc điều khiển càng đơn giản và chắc chắn

d Trong hình (d), truyền động vi sai được thay thế bằng cách sử dụng hai động cơ điện Mỗi động cơ dẫn động một bánh xe và hoạt động ở một tốc độ khác nhau khi chiếc xe chuyển hướng hay quay vòng

e Nhằm tiếp tục đơn giản hóa việc điều khiển xe, động cơ có thể được đặt phía trong một bánh xe Một cặp bánh răng nhỏ được đặt trong bánh xe để giảm tốc độ và nâng cao mô-men động cơ

f Loại bỏ hoàn toàn truyền động bánh răng giữa động cơ điện và bánh xe chủ động, đầu ra của một động cơ điện tốc độ thấp đặt bên trong bánh xe có thể được kết nối trực tiếp với các bánh xe Việc kiểm soát tốc độ của động cơ điện tương đương với việc kiểm soát tốc độ của bánh xe, và vị thế tốc độ của xe được điều khiển Tuy nhiên việc sắp xếp đòi hỏi các động cơ điện phải có một mô-men xoắn cao hơn để khởi động và tăng tốc cho xe

Hình 2.14: Phân phối điện từ nhà máy điện đến trạm sạc

Hình 2.15: Mối quan hệ về chiều cao và công suất của tuabin gió (Stankiewicz,

Dvorak & Froese 2009)

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN XE Ô

TÔ ĐIỆN 2 CHỖ NGỒI 3.1 Bảng thông số kỹ thuật cần thiết được đặt ra ban đầu cho ô tô điện

lường

Giá trị

3 Số chỗ ngồi

(01 ghế tài xế và 01 ghế cho khách kế bên) chỗ 02

7 Chiều dài cơ sở, khoảng cách giữa 02 cầu xe mm 1740

13 Phần nhô ra phía trước tính từ tâm bánh xe

3.2 Tính toán điện nguồn cấp cho động cơ ô tô điện 2 chỗ ngồi

Công suất cần thiết của động cơ điện có thể tạo ra lực kéo FM dùng để thắng lực cản lăn của mặt đường FL, lực cản lên dốc FD, lực cản gió FG và lực quán tính khi tăng tốc FQ

Hình 3.1: Các lực tác dụng lên ô tô khi lên dốc

Phương trình cân bằng lực như sau:

FM = FL + FD + FG + FQ (3.2.1)

• Lực cản lăn được tính:

Trong đó ta có:

f là hệ số cản lăn Theo phạm vi hoạt động thường xuyên của xe là công viên,

hệ số cản lăn được tính cho đường đất cứng với f = 0,025 ÷ 0,035

Chọn f = 0,025;

G là tổng trọng lượng của xe, ở đây G = 450.10 = 4500 (N);

Suy ra: FL = 4500 x 0,025 = 112,5 (N)

• Lực cản lên dốc được tính:

FD = G x tanα (3.2.3) Trong đó ta có:

α là góc dốc của mặt đường, chọn α = 180 (tương ứng với độ dốc 33%)

B: chiều rộng toàn bộ ô tô, B = 1,18 (m)

H: chiều cao toàn bộ của ô tô, H = 1,1 (m)

M là khối lượng toàn bộ, M = 450 (kg)

a là gia tốc của xe Chọn gia tốc a = 1(m/s2)

Suy ra ta có:

PM = 2.098,85 / 0,85= 2469,23 (W)

Vậy ta chọn động cơ điện một chiều có công suất tại số vòng quay lớn nhất của nó lớn hơn 2,5kw = 3,35 HP Yêu cầu đặt ra phải chọn động cơ đáp ứng khả năng vượt dốc lớn nhất của xe

Trên thị trường hiện nay động cơ của hảng NETGAIN là phổ biến và được tin dùng, căn cứ các thông số của nhà sản suất cung cấp ta chọn loại động cơ: WarP13

Hình 3.2: Hình dạng động cơ

❖ Biểu đồ dữ liệu hiệu suất:

❖ Bảng dữ liệu hiệu suất:

❖ Căn cứ các thông số của nhà sản xuất:

Động cơ được sử dụng ở điện áp 72V Như đã dự kiến trong phần thiết kế tổng

thể ta dùng 6 Bình Pin Lithium 12 V mắc nối tiếp nhau

Dựa trên đường đặc tính của động cơ ta thấy tại công suất khoảng 2,5kW (tương đương 3,35HP) tốc độ động cơ đạt 2500 v/p và dòng điện là 70Ampe, đây là chế độ hoạt động khi xe đạt tốc độ lớn nhất 40km/h

Tại công suất khoảng 21kW (27HP) động cơ đạt momen lớn nhất và dòng điện qua động cơ là 380 Ampe, đây là chế độ hoạt động khi xe vượt dốc

Như vậy ta cần điều chỉnh dòng điện phóng của acquy từ 70 Ampe đến 380Ampe

3.3 Tính toán lựa chọn Bình Pin Lithium cho ô tô điện

Loại Bình Pin Lithium được chọn để lắp đặt cho xe là ắc quy khô vì nó thông dụng

và giá thành hợp lý

Dung lượng của Bình Pin Lithium phụ thuộc vào số giờ mà xe chạy hết bình và tỷ

lệ khối lượng của hệ thống truyền động điện so với tổng khối lượng xe theo tỷ lệ tối

ưu là không quá 30%

Vì dung lượng Bình Pin Lithium được sản xuất theo tiêu chuẩn, chọn loại Pin có hiệu điện thế 12(V) và dung lượng 200(AH) Dung lượng Bình Pin Lithium bằng tích giữa dòng điện phóng và thời gian phóng điện: AH = IM.t Theo đặc tuyến của acquy thì dòng phóng định mức bằng dung lượng của Bình Pin Lithium và dòng phóng cho phép có thể đạt gấp 3 lần dòng định mức

Vì vậy ta tính được thời gian hoạt động của xe như sau:

Dựa vào thông số kỹ thuật của bình ắc quy do nhà sản xuất cung cấp, loại bình ắc quy 12(V)-200(AH) có khối lượng m = 6(kg)

Động cơ điện 72(V) có khối lượng m2 = 45(kg)

Như vậy, tổng khối lượng của hệ thống truyền động điện sẽ là:

m = 6 x m1 + m2 = 6 x 6 + 45 = 81 (kg) Tính hệ số tỷ lệ khối lượng:

 = m / M = 81 / 450 = 0,18 < 30%

Như vậy, tỷ lệ này đã đạt yêu cầu kỹ thuật

Hình 3.3: Bình accquy loại 12V - 200A 3.4 Chọn bộ điều khiển trung tâm của xe ô tô điện 2 chỗ ngồi

Trên cở sở đã tính nguồn cấp và công suất của động cơ để hệ thống hoạt động ổn định và linh hoạt ta nên chọn bộ điều khiển trung tâm cho xe của hãng sau:CURTIS Programmable DC Series Motor Controller Assemblage Model: 1205M-6B403

60V / 72V - 400A, with Foot Pedal (throttle) and Installation Kit

Hình 3.4: Bộ điều khiển trung tâm của xe