THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ TRUYỀN ĐỘNG VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG XE ĐIỆN BA BÁNH

LỜI CẢM ƠN Dưới sự hướng dẫn của tập thể hướng dẫn TS.Đàm Hoàng Phúc và Ths.Nguyễn Thanh Tùng, sự giúp đỡ và tạo điều kiện của các thầy giáo trong Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, của Viện cơ khí động lực, cùng sự hỗ trợ của các bạn đồng nghiệp, tác giả đã được thực hiện và hoàn thành được các nội dung nghiên cứu chính của đề tài. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các giáo viên hướng dẫn, tới tập thể các thầy giáo, các cán bộ trong Bộ môn và Viện chuyên nghành, cảm ơn sự giúp đỡ của các bạn đồng nghiệp, trong thời gian thực hiện đồ án đã hết sức nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, hỗ trợ và tạo điều kiện để đồ án đạt được những kết quả nhất định. Do thời gian hạn chế, nội dung nghiên cứu trải rộng trên nhiều lĩnh vực khác nhau nên không tránh khỏi các thiếu sót. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy, các anh chị đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện hơn trong quá trình nghiên cứu tiếp theo. Hà Nội, 01/01/2014 Nhóm tác giả MỞ ĐẦU Tiếp theo sự phát triển ô tô hybrid, ô tô điện đang được nhiều hãng ô tô nghiên cứu phát triển nhằm khắc phục các yếu điểm của nhiên liệu hóa thạch về ô nhiễm môi trường và tình hình cạn kiệt nguồn nhiên liệu. Tại Việt Nam, đối tượng này chưa nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học, giới doanh nghiệp cũng như các nhà làm chính sách, nên chưa có nhiều nghiên cứu về ô tô điện. Ô tô điện nhằm cải thiện ô nhiễm môi trường, nhưng gặp phải khó khăn về vấn đề cung cấp năng lượng điện để hoạt động. Ô tô điện có hai nhược điểm quan trọng là năng lượng dữ trữ thấp và giá thành cao hơn. Các vấn đề cần cải thiện ở ô tô điện là khả năng tăng tốc, bán kính sử dụng, vấn đề về nạp và thay mới nguồn năng lượng điện. Việc đặt các động cơ trong bánh xe cho phép ta điều khiển các bánh xe một cách độc lập từ đó dẫn tới khả năng điều khiển lực kéo và điều khiển chuyển động của xe một cách linh hoạt hơn. Quá trình chuyển động của xe sẽ được điều khiển thông qua việc điều khiển công suất của các động cơ điện. Mặt khác, khi bố trí động cơ điện trong bánh xe ta sẽ rút gọn được hệ thống truyền lực, giảm được khối lượng của xe, tăng thời gian làm việc của pin. Do vậy, đồ án đã lựa chọn hướng nghiên cứu này để tìm hiểu, khảo sát và mô phỏng về hệ truyền động trên ô tô điện. Vấn đề này đã được nhiều hãng xe trên thế giới nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm như Volkswagen, Mercedes, Ford ... Vấn đề tối ưu hóa hệ truyền động trên xe có ý nghĩa lớn trong việc tiết kiệm năng lượng trên ô tô điện. Nếu xe hoạt động với hiệu suất cao, đồng nghĩa với việc năng lượng sinh ra được tận dụng triệt để, giúp tiết kiệm năng lượng ở pin hoặc ắc quy, làm tăng quãng đường đi được trên một lần nạp pin. Đối tượng đồ án nghiên cứu là mô hình về ô tô điện ba bánh hoạt động trong thành phố. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về ô tô điện 1.1.1. Sơ lược về lịch sử ô tô điện a. Thời kỳ đầu Ô tô điện không phải một khái niệm mới mà trên thực tế đã có lịch sử lâu đời. Từ đầu thế kỷ 19, xe chạy bằng nguồn năng lượng điện đã có vị thế cạnh tranh tương đương với xe chạy bằng động cơ hơi nước. Vào khoảng những năm 1832 và 1839, Robert Anderson người Scotland đã phát minh ra loại xe điện chuyên chở đầu tiên. Năm 1842, hai nhà phát minh người Mỹ là Thomas Davenport Và Scotsmen Robert Davidson trở thành những người đầu tiên đưa ắc quy vào sử dụng cho ô tô điện. Đến những năm 1865, Camille Faure đã thành công trong việc nâng cao khả năng lưu trữ điện trong ắc quy, giúp cho xe điện có thể di chuyển một quãng đường dài hơn. Pháp và Anh là hai quốc gia đầu tiên đưa ô tô điện vào phát triển trong hệ thống giao thông vào cuối thế kỷ 18 [1]. Chiếc xe đua sử dụng động cơ điện La Jamais Contente (1899) Edison và chiếc xe Detroit (1914) Hình 1.1. Ô tô điện thời kỳ đầu b. Suy yếu và biến mất Đến đầu thế kỷ 20, ô tô điện trở nên yếu thế so với ô tô sử dụng động cơ đốt trong do những nguyên nhân chính sau: - Vào thời điểm này, người ta đã tìm ra những mỏ dầu lớn trên thế giới dẫn đến việc hạ giá thành của dầu và các sản phẩm dẫn xuất trên toàn cầu. Vấn đề nhiên liệu cho xe chạy động cơ đốt trong trở nên đơn giản. - Về giá thành, năm 1928, một chiếc xe chạy điện có giá khoảng 1750USD, trong khi đó một chiếc xe chạy xăng chỉ có giá khoảng 650USD [1]. - Về mặt kỹ thuật, công nghệ chế tạo động cơ đốt trong và công nghiệp ô tô có những tiến bộ vượt bậc: Charlé Kettering đã phát minh ra bộ khởi động cho xe chạy xăng, Henry Ford đã phát minh ra các động cơ đốt trong có giá thành hạ,… Kết quả là đến năm 1935, ô tô điện đã gần như biến mất do không thể cạnh tra được với xe chạy động cơ đốt trong [1]. c. Sự trở lại và phát triển Bắt đầu từ thập niên 60, 70 của thế kỷ trước, thế giới phải đối mặt với vấn đề lớn mang tính toàn cầu: - 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, …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 kỷ 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.

LỜI CẢM ƠN

Dưới sự hướng dẫn của tập thể hướng dẫn TS.Đàm Hoàng Phúc và Ths.NguyễnThanh Tùng, sự giúp đỡ và tạo điều kiện của các thầy giáo trong Bộ môn Ô tô và xechuyên dụng, của Viện cơ khí động lực, cùng sự hỗ trợ của các bạn đồng nghiệp, tácgiả đã được thực hiện và hoàn thành được các nội dung nghiên cứu chính của đề tài Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các giáo viên hướng dẫn, tới tập thể các thầy giáo,các cán bộ trong Bộ môn và Viện chuyên nghành, cảm ơn sự giúp đỡ của các bạn đồngnghiệp, trong thời gian thực hiện đồ án đã hết sức nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ, hỗ trợ

và tạo điều kiện để đồ án đạt được những kết quả nhất định

Do thời gian hạn chế, nội dung nghiên cứu trải rộng trên nhiều lĩnh vực khácnhau nên không tránh khỏi các thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy,các anh chị đồng nghiệp để đề tài hoàn thiện hơn trong quá trình nghiên cứu tiếp theo

Hà Nội, 01/01/2014

Nhóm tác giả

MỞ ĐẦU

Tiếp theo sự phát triển ô tô hybrid, ô tô điện đang được nhiều hãng ô tô nghiêncứu phát triển nhằm khắc phục các yếu điểm của nhiên liệu hóa thạch về ô nhiễm môitrường và tình hình cạn kiệt nguồn nhiên liệu

Tại Việt Nam, đối tượng này chưa nhận được nhiều sự quan tâm của các nhàkhoa học, giới doanh nghiệp cũng như các nhà làm chính sách, nên chưa có nhiềunghiên cứu về ô tô điện

Ô tô điện nhằm cải thiện ô nhiễm môi trường, nhưng gặp phải khó khăn về vấn

đề cung cấp năng lượng điện để hoạt động Ô tô điện có hai nhược điểm quan trọng lànăng lượng dữ trữ thấp và giá thành cao hơn Các vấn đề cần cải thiện ở ô tô điện làkhả năng tăng tốc, bán kính sử dụng, vấn đề về nạp và thay mới nguồn năng lượngđiện

Việc đặt các động cơ trong bánh xe cho phép ta điều khiển các bánh xe mộtcách độc lập từ đó dẫn tới khả năng điều khiển lực kéo và điều khiển chuyển động của

xe một cách linh hoạt hơn Quá trình chuyển động của xe sẽ được điều khiển thông quaviệc điều khiển công suất của các động cơ điện Mặt khác, khi bố trí động cơ điện trongbánh xe ta sẽ rút gọn được hệ thống truyền lực, giảm được khối lượng của xe, tăng thờigian làm việc của pin Do vậy, đồ án đã lựa chọn hướng nghiên cứu này để tìm hiểu,khảo sát và mô phỏng về hệ truyền động trên ô tô điện Vấn đề này đã được nhiều hãng

xe trên thế giới nghiên cứu và chế tạo thử nghiệm như Volkswagen, Mercedes, Ford Vấn đề tối ưu hóa hệ truyền động trên xe có ý nghĩa lớn trong việc tiết kiệm nănglượng trên ô tô điện Nếu xe hoạt động với hiệu suất cao, đồng nghĩa với việc nănglượng sinh ra được tận dụng triệt để, giúp tiết kiệm năng lượng ở pin hoặc ắc quy, làmtăng quãng đường đi được trên một lần nạp pin

Đối tượng đồ án nghiên cứu là mô hình về ô tô điện ba bánh hoạt động trongthành phố

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về ô tô điện

1.1.1 Sơ lược về lịch sử ô tô điện

a Thời kỳ đầu

Ô tô điện không phải một khái niệm mới mà trên thực tế đã có lịch sử lâu đời

Từ đầu thế kỷ 19, xe chạy bằng nguồn năng lượng điện đã có vị thế cạnh tranh tươngđương với xe chạy bằng động cơ hơi nước

Vào khoảng những năm 1832 và 1839, Robert Anderson người Scotland đã phátminh ra loại xe điện chuyên chở đầu tiên Năm 1842, hai nhà phát minh người Mỹ làThomas Davenport Và Scotsmen Robert Davidson trở thành những người đầu tiên đưa

ắc quy vào sử dụng cho ô tô điện Đến những năm 1865, Camille Faure đã thành côngtrong việc nâng cao khả năng lưu trữ điện trong ắc quy, giúp cho xe điện có thể dichuyển một quãng đường dài hơn Pháp và Anh là hai quốc gia đầu tiên đưa ô tô điệnvào phát triển trong hệ thống giao thông vào cuối thế kỷ 18 [1]

Chiếc xe đua sử dụng động cơ điện

La Jamais Contente (1899)

Edison và chiếc xe Detroit (1914)

Hình 1.1 Ô tô điện thời kỳ đầu

b Suy yếu và biến mất

Đến đầu thế kỷ 20, ô tô điện trở nên yếu thế so với ô tô sử dụng động cơ đốttrong do những nguyên nhân chính sau:

- Vào thời điểm này, người ta đã tìm ra những mỏ dầu lớn trên thế giới dẫn đếnviệc hạ giá thành của dầu và các sản phẩm dẫn xuất trên toàn cầu Vấn đề nhiên liệucho xe chạy động cơ đốt trong trở nên đơn giản.

- Về giá thành, năm 1928, một chiếc xe chạy điện có giá khoảng 1750USD,trong khi đó một chiếc xe chạy xăng chỉ có giá khoảng 650USD [1]

- Về mặt kỹ thuật, công nghệ chế tạo động cơ đốt trong và công nghiệp ô tô cónhững tiến bộ vượt bậc: Charlé Kettering đã phát minh ra bộ khởi động cho xe chạyxăng, Henry Ford đã phát minh ra các động cơ đốt trong có giá thành hạ,…

Kết quả là đến năm 1935, ô tô điện đã gần như biến mất do không thể cạnh tra đượcvới xe chạy động cơ đốt trong [1]

sẽ không tồn tại trong tương lai Trong khi đó, điện năng là loại năng lượng rất linhhoạt, nó có thể được chuyển hóa từ nhiều nguồn năng lượng khác, trong đó có cácnguồn năng lượng tái tạo vô tận như năng lượng gió, mặt trời, sóng biển, …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 ônhiễm nghiêm trọng, mà một trong những nguyên nhân chính là khí thải từ các phươngtiện giao thông, đặc biệt là ô tô Ô tô điện là lời giải triệt để cho vấn đề này do nó hoàntoàn 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 kỷ 20 trở lại đây và càngngày càng trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp ô tô và các nhà khoa họctrên toàn thế giới

1.1.2 Tình hình sản xuất và sử dụng ô tô điện

a Tình hình sản xuất và sử dụng ô tô điện trên thế giới

* Hoa Kỳ

Ngay từ những năm 60 của thế kỷ trước, Hoa Kỳ đã quan tâm đến vấn đề ônhiễm môi trường do ô tô gây ra, Bang California đã khuyến khích các nhà sản xuất xemáy và ô tô sản xuất các xe ô tô điện bằng chương trình Xe ít ô nhiễm (Low EmissionVehicle Program) Những quy định pháp lý (tiêu chuẩn khí thải…) cùng hàng loạt ưuđãi với người sử dụng các loại xe ít ô nhiễm tại Bang California (ưu đãi thuế, vay vốn,đường ưu tiên tránh tắc đường…) đã khiến cho các nhà sản xuất xe tập trung phát triểncác xe ô tô điện

Tất nhiên các xe ô tô điện sẽ được nạp điện từ lưới điện quốc gia sử dụng phầnlớn là các nhà máy nhiệt điện Các nhà máy nhiệt điện này cũng sử dụng nhiên liệu hóathạch (khí, than đá, dầu mỏ) để phát điện Như vậy là về bản chất năng lượng điện đểnạp cho xe điện cũng không phải là sạch Đã có rất nhiều nghiên cứu được tiến hành để

so sánh tương đương độ phát thải và hiệu suất sử dụng năng lượng giữa các động cơvới nhau Điển hình là nghiên cứu của Bauen and Hart in Hoogers đã sử dụng khái

niệm hiệu suất “từ giếng dầu tới bánh xe” (well to wheel) [1] để so sánh năng lượng

giữa các xe được trang bị động cơ với nhau Một số kết quả và phân tích của tác giảđược trình bày trong hình 1.2, 1.3 và 1.4

Hình 1.2 Mức độ phát thải khí CO tương đương của các loại động cơ đốt trong và điện

Hình 1.3 Hiệu suất năng lượng tương đương của các loaị động cơ đốt trong và điện

Hình 1.4 Mức độ phát thải tương đương của các loại động cơ đốt trong và điện

Từ các kết quả thể hiện trên các đồ thị hình 1.2, 1.3 và 1.4 ta dễ dàng nhận thấy:tất cả các dạng xe điện đều cho hiệu quả nhiên liệu cũng như sự phát thải tốt hơn nhiều

sơ với tất cả các dòng xe được trang bị động cơ đốt trong

Trong chuyến thăm Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Ô tô điện Edison tạiCalifornia năm 2009, tổng thống Hoa Kỳ Barack Obama đã công bố một khoản đầu tư2,4 tỷ Đô-la Mỹ cho việc thúc đẩy nghiên cứu ô tô điện Khoản đầu tư này được phân

bố như hình 1.5

Hình 1.5 Phân bổ khoản đầu tư cho nghiên cứu ô tô điện tại Hoa Kỳ từ năm 2009

Cấu hình cơ bản hệ truyền động bộ biến đổi - động cơ và hệ thống năng lượngphân phối cho xe điện được diễn tả trong các hình 1.6 và 1.7

Hình 1.6 Cấu hình cơ bản hệ truyền động cho xe điện

1,5 tỷ đô-la

cho việc nghiên cứu

hệ thống nguồn năng lượng hiệu suất cao

Hinh 1.7 Minh họa hệ thống năng lượng phân phối trong xe điện

Đây là những chìa khóa công nghệ chính của xe điện trong tương lai Tuy nhiên,một vấn đề vô cùng quan trọng khác là mô phỏng hoạt động của xe Từ đó đưa ra hệthống chuẩn đoán và báo lỗi trên ô tô điện, giúp xe hoạt động an toàn và ổn định như

xe động cơ đốt trong Ngoài ra, xe sẽ được tiết kiệm tối đa năng lượng trong các quátrình tăng tốc, giảm tốc,…

* Châu Âu

Tại Châu Âu, xe plug-in hybrid và các bộ biến đổi điện tử công suất là nhữngvấn đề chính được quan tâm nghiên cứu Ô tô điện lai (plug-in hybrid electric vehicle)

là loại xe sử dụng hỗn hợp cả năng lượng xăng và điện như tên gọi “hybrid” Thuật ngữ

“plug-in” cho biết rằng xe có bộ nạp tích hợp sẵn, người dùng chỉ cần cắm điện vàonguồn lưới dân dụng mà không cần một bộ nạp bên ngoài Một số dòng xe hybrid đãđược lưu hành tại Việt Nam như Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Honda CivicHybrid, …

Hình 1.8 Cấu hình xe plug-in hybrid

Để có thể đưa ra thị trường mẫu xe ô tô điện i-MiEV, hãng Mitsubishi Motors

đã mất hơn 40 năm nghiên cứu Từ khi ấp ủ những ý tưởng đầu tiên về xe ô tô điện,chính thức bắt đầu nghiên cứu từ năm 1966, cho đến nay, hãng Mitsubishi Motors đã

chế tạo ra 10 mẫu xe concept với hơn 500.000km chạy thử nghiệm trên toàn cầu Lộ

trình nghiên cứu được cho trong hình sau [2]:

Hình 1.9 Lộ trình hơn 40 năm nghiên cứu ô tô điện của Mitsubishi Motors

Hình 1.10 Xe ô tô điện i-MiEV được đưa ra thị trường

Trong giới nghiên cứu, các trường đại học lớn ở Nhật Bản đều có những phòngthí nghiệm, trung tâm nghiên cứu về ô tô điện

* Liên Bang Nga

Ở Liên Bang Nga, từ lâu người ta đã sử dụng xe công cộng chạy bằng điện đểgiảm tải lượng khí thải và khắc phục tình trạng nhiên liệu xăng dầu đắt đỏ, khan hiếm.Matxcova là một trong những số không nhiều siêu đô thị vẫn còn những chiếc tàu điệnchạy khắp Matxcova từ năm 1899, còn ô tô điện thì phục vụ hành khách từ năm 1933hàng ngày, ô tô điện chuyên chở tới 3 triệu lượt người lưu thông Tại thủ đô của LiênBang Nga còn có những chiếc ô tô tải điện, đưa tất cả các loại hàng hóa đa dạng tớinhững cửa hiệu ở trung tâm thành phố

Hiện nay xe ô tô điện chịu trách nhiệm chuyên chở người trong các sân bayMatxcova, cũng như tại các địa điểm nghỉ ngơi - các công viên và triển lãm Ông thịtrưởng Yuri Luzhkov chính là người nêu sáng kiến phát triển loại hình phương tiệngiao thông đáng tin cậy này Phát biểu khi kiểm tra chất lượng của loại xe ô tô điệnmới xuất xưởng Thị trưởng Yuri nhận xét: “ấn tượng rất tốt Trong khi di chuyển, xe

có tốc độ khá đảm bảo Mà tôi thì vốn là người ưa xe chạy nhanh Độ năng động cũng

ổn, tôi cảm thấy tiện lợi ngay cả khi xe chạy vòng vèo trong khuôn viên tòa Thị Chính.Nếu chúng ta tích cực chuyển sang loại hình giao thông dùng điện thì môi trường sinhthái của thành phố sẽ được cải thiện đáng kể Cần khuyến khích, ủng hộ những nghiêncứu riêng trong ngành này [3]”

* Hàn Quốc và Trung Quốc

Công nghệ truyền tải điện không dây ứng dụng trong xe điện được khai thácmạnh mẽ bởi các nhà nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Công nghẹ tiên tiến HànQuốc (KAIST) với dự án chế tạo xe điện nạp năng lượng từ dưới đất trong suốt quátrình hoạt động (OnLine Electric Vehicle-OLEV) Các sản phẩm xe bus điện thuộc dự

án này đang chạy thử nghiệm rất tốt trong khuôn viên của KAIST và Công viên GrandSeoul [4]

Hình 1.11 Xe điện OLEV nạp điện không dây online tại KAIST

Trung Quốc không chỉ đầu tư sản xuất ô tô mà cả xe điện và họ đã thành công.Rất nhiều tỉnh thành của quốc gia này đã sử dụng xe điện làm phương tiện vận tải côngcộng mang lại hiệu quả kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường Đồng thời xe điện cũngđược sử dụng làm phương tiện vận tải trong các công viên, khu du lịch, khu thể thao.Ngoài ra xe điện còn được xuất khẩu sang các nước trong khu vực

Tại thành phố Thượng Hải, xe bus điện sử dụng siêu tụ của hãng SINAUTECđang gây tiếng vang mạnh mẽ Siêu tụ được nạp nhanh chóng tại mỗi điểm dừng của

xe bus

Hình 1.12 Xe bus điện sử dụng siêu tụ tại Thượng Hải

* Các nước trong khu vực

Trong số 11 nước ASEAN, chỉ có các nước sau đây phát triển ngành côngnghiệp ô tô của mình: Thailan, Indonexia, Malayxia, Philipin và Việt Nam Trướckhủng hoảng tài chính khu vực, sản lượng ô tô thời hoàng kim của Thailan là 559.000chiếc/năm; Indonexia là 788.876 chiếc/năm; Malayxia là 380.000 chiếc/năm; Philipin

là 162.000 chiếc/năm Sản lượng lắp ráp ô tô Việt Nam năm 2005 là 44.555 chiếc/năm.Tuy nhiên không một quốc gia nào trong số các nước trong khu vực đầu tư sản xuất xeđiện

đi Việt Nam sẽ phải nhập khẩu dầu thô (IE2007) Điều này tạo ra áp lực ngày càng caolên an ninh cung cấp năng lượng cho giao thông vận tải

Hình 1.13 Chỉ số sử dụng năng lượng của xe ô tô động cơ xăng và điện

Bên cạnh đó, như trên hình 1.13 vấn đề sử dụng động cơ đốt trong sẽ đặc biệtnghiêm trọng khi xe chuyển động ở vận tốc thấp, lượng nhiên liệu tiêu thụ sẽ tăngmạnh dẫn đến lượng khí thải cũng tăng theo và lãng phí nhiên liệu Do vậy ở các thànhphố lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, khi tốc độ trung bình trong giờ cao điểm

thường dưới 20km/h, vấn đề môi trường và tiêu thụ nhiên liệu do các phương tiện giao

thông gây ra đã trở nên đặc biệt nghiêm trọng

Như vậy ô tô điện là giải pháp tối ưu để bảo vệ môi trường và đảm bảo an ninhnăng lượng quốc gia Trên thế giới đã có những bước tiến lớn trong nghiên cứu chế tạo

ô tô điện - loại “phương tiện sạch của tương lai” Do vậy để thu hẹp khoảng cách côngnghệ và bảo vệ môi trường cũng như đảm bảo an ninh năng lượng cho Việt Nam chúng

ta cần phải tiến hành nghiên cứu các công nghệ tiên tiến của ô tô điện và nhanh chóng

có được sản phẩm ban đầu phù hợp với điều kiện giao thông Việt Nam Việc nghiêncứu sản xuất ô tô điện là cơ hội cho chúng ta tiếp cận trực tiếp với xu thế mới, cũngnhư góp phần bảo vệ môi trường của thế giới

Hiện nay, nhu cầu về xe điện là nhu cầu có thật tại Việt Nam Các nhà sản xuất

ô tô điện nước ngoài cũng đang xây dựng lộ trình để đưa sản phẩm của họ vào ViệtNam Một trong những ví dụ là hãng Mitsubishi-Nhật Bản Nhà sản xuất này đã giớithiệu xe chạy điện nổi tiếng của mình có tên i-MiEV tại triển lãm Việt Nam MotorShow 2010 Xe i-MiEV sử dụng ắc quy lithium-ion và động cơ điện đồng bộ nam

châm vĩnh cửu công suất 47kW Xe có thể chở 4 người, tốc độ tối da 130km/h Theo

công bố thì giá bán xe trước thuế tại Nhật Bản là 47.544 USD

* Nghiên cứu ô tô điện ở Việt Nam

Trong khi làn sóng nghiên cứu ô tô điện đang nổi lên mạnh mẽ trên thế giới thìtại Việt Nam, đối tượng này chưa nhận được sự quan tâm thích đáng của các nhà khoahọc, giới doanh nghiệp cũng như các nhà làm chính sách Qua khảo sát tình hình nhữngnăm vừa qua, có thể khẳng định rằng ở Việt Nam chưa có một nghiên cứu nào thực sựbài bản, khoa học và mang tính hệ thống về ô tô điện Mục này của bản thuyết minh sẽlần lượt khảo sát những sản phẩm xe điện được nghiên cứu trong những năm vừa qua

Trong vài năm trở lại đây, một số sản phẩm xe điện mang tính thử nghiệm đãđược nghiên cứu chế tạo bởi các nhà khoa học và các nhà sáng chế không chuyên ViệtNam Năm 2004, ông Đặng Thế Minh với sự hỗ trợ của UBND tỉnh Lào Cai đã mua 10chiếc Minibus của Trung Quốc và cho ra đời 5 chiếc Minibus Việt Nam với tốc độ

50km/h, chạy được 100km mỗi lần nạp, xe chở được 11 người Sản phẩm này mang

tính sao chép đơn thuần, chế tác lại về mẫu mã và sau đó cũng không tiếp tục pháttriển Năm 2008, ông Trần Văn Tâm sống tại Củ Chi - TP Hồ Chí Minh đã tự nghiên

cứu và chế tạo xe điện 3 bánh có sức chở 3 người, tốc độ 35km/h, sử dụng động cơ một chiều 48V-800W, 4 ắc quy 12V/50Ah, chạy 40km nạp một lần Đây là thành công đáng

khích lệ đối với một nhà sáng chế nghiệp dư, tuy nhiên những chỉ tiêu chất lượng của

xe còn thấp, không thể sản xuất hàng loạt

Bên cạnh những chế tác nghiệp dư cũng có những xe điện là sản phẩm từ côngtrình nghiên cứu khoa học của sinh viên và giảng viên một số trường đại học Năm

2005, nhóm sinh viên K29 khoa Cơ khí trường Đại học Cần Thơ đã chế tạo một xe

điện chạy bằng ắc quy năng lượng mặt trời Xe có tải trọng 120kg, tốc độ 25km/h, sử dụng 2 động cơ một chiều 250W, nguồn gồm 2 ắc quy nối với tấm ắc quy mặt trời.

Việc sử dụng năng lượng mặt trời để nạp điện cho ắc quy là một hướng đi đáng ghinhận, tuy vậy nó chưa thể sử dụng cho ô tô điện

Năm 2009, một xe điện tải trọng 2 tấn, tốc độ 10km/h sử dụng 2 động cơ một

chiều được chế tạo bởi nhóm giảng viên Học viện Kỹ thuật Quân sự Xe này có tốc độrất thấp, không phù hợp cho ứng dụng giao thông

Như vậy, trong khi thế giới đã có những bước tiến lớn trong công nghệ chế tạo ô

tô điện, Việt Nam đến nay vẫn đứng ngoài dòng chảy của xu thế tất yếu này Nếukhông nhanh chóng triển khai nghiên cứu, nước ta sẽ lại tiếp tục bị lệ thuộc vào nướcngoài

Một tín hiệu đáng mừng là năm 2008 ô tô điện đã được đưa vào danh mục sảnphẩm công nghệ cao của Bộ Khoa học và Công nghệ trình chính phủ

Trung tâm Nghiên cứu ứng dụng và Sáng tạo công nghệ, trường Đại học BáchKhoa Hà Nội là đơn vị tiên phong trong việc nghiên cứu bài bản về ô tô điện với đề tài

KC03-08 Đây là một đề tài khoa học được nghiên cứu trong trường đại học và nộidung thực hiện được giới hạn trong việc nghiên cứu thiết kế chế tạo những thành phầnchính và cơ bản của ô tô điện là hệ truyền động và hệ điều khiển cho ô tô điện Cácnghiên cứu và sản phẩm của đề tài bao gồm: biến tần, hệ truyền động động cơ điện, bộbiến đổi DC/DC và bộ điều khiển trung tâm cho ô tô điện (đều chưa được nghiên cứutrước đây tại Việt Nam) Các kết quả nghiên cứu này sẽ không chỉ được ứng dụng cho

ô tô điện mà còn có thể mở rộng cho các ứng dụng trong công nghiệp và năng lượng táitạo

c Một số loại ô tô điện đang được sử dụng

* Tại Việt Nam

Ô tô điện đang được sử dụng ở các khu du lịch, các khu vui chơi giải trí, cácbệnh viện

Hình 1.14 Xe điện mui hở

* Tại Liên Bang Nga

Hình 1.15 Xe điện chạy trong thành phố ở Nga

* Những mẫu ô tô điện mới

Đây là một xe chạy hoàn toàn bằng điện, về kích thước thì nằm cùng phân khúcvới Toyota iQ và Smart ForTwo Chỉ mất chưa đến 4 tiếng để sạc đầy điện cho xe.Trong quá trình phát triển xe M.GO, hãng Microcar của Pháp tập trung vào trọnglượng nhẹ và kích thước nhỏ nhằm tăng quãng đường xe chạy sau mỗi lần sạc đầy điệnmất chưa đầy 4 tiếng [5]

Tùy theo tốc độ và cách sử dụng, xe M.GO có thể chạy quãng đường 80-140km sau mỗi lần sạc đầy điện Tốc độ tối đa 45km/h chỉ phù hợp với nhu cầu di chuyển

trong đô thị

Paris 2008

Tên công ty Zap là viết tắt từ Zero Air Pollution, tức không ô nhiễm khí Zap

tuyên bố sẽ sản xuất mẫu xe Zap-X với tốc độ tối đa đạt xấp xỉ 250km/h và có thể chạy hơn 560km mới cần sạc điện [6].

Hình 1.17 Xe Zap 1.1.3 Ưu, nhược điểm khi sử dụng ô tô điện

a Ưu điểm khi sử dụng ô tô điện

+ Ô tô điện sẽ làm giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch

+ Làm giảm chi phí năng lượng đến 90%

+ Nâng hiệu suất sử dụng năng lượng lên 70% (bằng cách nạp lại điện năng) so vớihiệu suất 15% (kể cả hệ thống truyền lực) trong các ứng dụng động cơ đốt trong

+ Tạo ra mô men xoắn cao hơn và đường đặc tính mô men xoắn không đổi, giúp xe cókhả năng tăng tốc nhanh hơn

+ Giảm bớt hiệu ứng nhà kính và tình trạng nóng lên của trái đất

+ Ít gây ồn so với động cơ đốt trong

+ Không thải ra khí xả độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người

+Hoàn toàn có thể đáp ứng tầm hoạt động dưới 500km, bằng loại ắc quy Lithium-ion.

+ Nạp điện tại nhà hoặc nơi công cộng đơn giản, thuận tiện hơn so với các cây xăng.+ Có thể thu hồi năng lượng trong quá trình phanh (bằng cách chuyển động năng của

xe thành điện năng lưu trữ vào ắc quy)

+ Ngoại trừ ắc quy, chi phí sản xuất các bộ phận khác rẻ hơn sơ với sử dụng động cơđốt trong vì số chi tiết rời ít hơn và không đòi hỏi gia công chính xác.

+ Chi phí tái nạp rẻ hơn nhiều so với xăng và dầu

+ Chi phí bảo dưỡng như thay dầu nhớt, làm mát, bảo dưỡng, kiểm duyệt khí thải đượcgiảm bớt hoặc loại bỏ hoàn toàn

+ Có thể cung cấp điện trở lại cho một số thiết bị điện dân dụng nếu cần

+ Ngay cả khi nguồn điện dung để nạp ắc quy được tạo ra từ các nhà máy nhiệt điệndùng nhiên liệu hóa thạch thì hiệu quả sử dụng năng lượng của chúng vẫn cao hơnnhiều so với động cơ đốt trong

+ Giảm thiểu quan ngại về cháy nổ

+ Ô tô điện có triển vọng hơn cả xe sử dụng Hidro lỏng vì sự phổ dụng và chi phí phânphối rất thấp, không cần đầu tư một hệ thống trạm nhiên liệu quy mô lớn và cực kỳ đắttiền Ngoài ra, hiệu quả chuyển đổi năng lượng của xe còn cao hơn ắc quy nhiên liệuhidro lỏng

+ Điện có thể tạo ra từ các nguồn thủy điện, địa nhiệt, gió, hidro, mặt trời hoặc hạtnhân… là các nguồn năng lượng không phát thải khí độc hại gốc cacbon

b Nhược điểm khi sử dụng ô tô điện

+ Bị giới hạn về thời gian hoạt động và thời gian nạp lại đầy điện

+ Giá thành sản xuất cho ắc quy điện còn quá đắt, nằm trong khoảng từ 1500USD/xe(ắc quy chì-axit) cho đến 20000USD/xe (ắc quy Lithium-ion)

+ Khối lượng vận chuyển bị hạn chế, tốc độ thấp

+ Một số loại ắc quy hoạt động kém hiệu quả khi gặp thời tiết lạnh giá Các trạm điệncông cộng chưa phổ biến

+ Người sử dụng phải đối mặt với nguy cơ bị điện giật, nhiễm điện từ

CHÝÕNG II: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ÐỘNG LỰC HỌC VÀ NGUỒN NÃNG

LÝỢNG CHO XE ÐIỆN 2.1 Tính toán, lựa chọn truyền động điện.

2.1.1 Bố trí truyền động điện

Với yêu cầu của đề tài, giảm thời gian thiết kế, tiết kiệm chi phí chế tạo vì vậytruyền lực chính sẽ được mua trên thị trường Các phương án sử dụng truyền lựcchính như sau:

Hiện nay có rất nhiều kiểu bố trí hệ thống truyền lực khác nhau, các kiểu bố trí đó chủyếu là dựa vào sự biến thể về cách bố trí động cơ điện cũng như đặc điểm của động cơđiện, sau đây là một số kiểu bố trí thông dụng:

Hình 2.1 Cấu hình hệ thống truyền lực cho ô tô điện.

M Động cơ điện; HS Hộp giảm tốc; VS vi sai.; TLC : Truyền lực chính

VS

M

M

M VS

Ở phương án (a) Hình 1.5a là hệ thống động lực điện cơ bản, hệ thống nàygiống với hệ thống truyền lực sử dụng động cơ đốt trong truyền thống Mô men đượctạo ta từ trục động cơ điện thông qua bộ đóng ngắt ly hợp, hộp số và bộ vi sai truyềntới bánh xe chủ động.Hệ thống động lực này có nhiều cụm và tổng thành nên chiếmnhiều không gian khó bố trí và khối lượng lớn Với kĩ thuật hiện nay kỹ thuật điềukhiển động cơ điện phát triển giúp cho động cơ điện có đặc tính tải :

Hình 2.2 Đặc tính làm việc lý tưởng của xe

Từ đồ thị đặc làm việc lý tưởng của xe ta thấy:

- Khi xe chuyển động, nếu gặp cản lớn thì vận tốc xe sẽ giảm dần, nếu cản tác độngtới xe nhỏ thì xe có thể chạy ở tốc độ cao Khi đó, công suất kéo cấp xuống yêu cầukhông đổi (P = const)

- Phạm vi thay đổi tốc độ của xe yêu cầu càng cao càng tốt

- Khả năng khắc phục cản của xe khi hoạt động yêu cầu càng lớn càng tốt

Ta có đặc tính của động cơ điện như sau:

Động cơ điện có thể hoạt động ngay tại giá trị tốc độ bằng không, tăng dần tới giá trịtốc độ cơ bản mà tại đó công suất động cơ điện đạt đến giá trị cực đại Lúc này giá trịđiện áp đặt vào động cơ tăng tới giá trị giới hạn (điện áp định mức) trong khi dòng điệnđược giữ tại giá trị không đổi Trong vùng tốc độ dưới tốc độ cơ bản này, mô men động

cơ được giữ không đổi Trên xe điện thì vùng tốc độ này không cần quá lớn, vì giaiđoạn khởi động ban đầu là ngắn Khi tốc độ động cơ tăng trên vùng tốc độ cơ bản, điện

áp cấp vào động cơ được giữ không đổi (tại giá trị định mức) và dòng điện yếu đi Điềunày khiến công suất đầu ra không đổi trong khi mô men và tốc độ có quan hệ hypebol.Đặc tính lực kéo tại các bánh xe khi sử dụng động cơ điện như trên hình 2.3 Khi sửdụng động cơ điện xe có thể khắc phục được các điều kiện cản khác nhau với phạm vithay đổi momen lớn, và phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn

Khi sử dụng động cơ điện ta có thể không cần sử dụng hộp số mà chỉ cần sử dụng một

tỉ số truyền trung gian là có thể đáp ứng được đặc tính của ô tô Vậy khi không cần lyhợp ta không cần lý hợp vào hệ truyền động

Với phương án (b) sử dụng hai động cơ điện đặt trong bánh xe Không giancủa bánh xe có giới hạn nên kích thước của động cơ điện theo đó cũng bị hạn chế

Công suất của động cơ điện nhỏ sẽ ảnh hưởng tới khả năng khắc phụ lực cản của xe,thời gian tăng tốc kéo dài Xe sử dụng hệ thống truyền lực dạng này thường có kíchthước và tải trọng nhỏ phù hợp với môi trường đô thị Để khắc phục những nhược điểm

đã nêu, xe có thể sử dụng 4 động cơ dẫn động 4 bánh Với phương thức này, xe có thểcải thiện được phạm vi sử dụng tuy nhiên đòi hỏi thuật toán điều khiển động cơ phứctạp

Trong phương án (c) Mô tơ được dẫn động đến truyền lực chính tới vi sai và rabán trục Với phương án này bố trí gọn và vẫn đảm bảo động học của xe Phương ánnày đã được sản xuất hàng loạt sẵn có trên thị trường Đồng thời phương thức điềukhiển đơn giản

Với phương án (d) Một mô tơ được kết nối trực tiếp với bánh xe phía trước

Ưu điểm của phương án này là gọn, dễ điều khiển động cơ, tuy nhiên không thực tế vìđòi hỏi động cơ nhỏ mà lại có mômen cao

Từ những phương án trên thì ta thấy mỗi một phương án đều có những ưunhược điểm riêng và tùy thuộc vào mục đích cũng như ý đồ của người thiết kế mà sẽlựa chọn các phương án thích hợp Với ý tưởng của nhóm là thiết kế một chiếc xechạy năng lượng điện hoạt động ổn định giá thành thấp đồng thời là các kết cấu đã cósẵn trên thị trường thì phương án được lựa chọn là phương án (c)

Với phương án (c) được lựa chọn, tìm kiếm trên thị trường có các loại truyềnlực chính của hãng Goldenmotor như sau:

Hình 2.4: Hình ảnh thực tế hệ thống truyền lực

Với kết cấu trên đã bao gồm vi sai, bán trục, bánh xe , các cảm biến cho điềukhiển Loại kết cấu trên có ưu việt đó là có kết cấu để thay đổi các động cơ khác nhautrong dải công suất mà chúng đáp ứng được

Lựa chọn theo tải trọng thiết kế yêu cầu ta chọn được cầu như sau:

Hình 2.5 Hình vẽ cầu sau của xe Bảng 2.1 Thông số cơ bản của truyền lực chính như sau:

600 1168 1295 82

30

2.1.2 Chọn loại động cơ điện.

Theo phương pháp cung cấp năng lượng thì động cơ điện được phân ra làm: động

cơ xoay chiều (AC) và động cơ một chiều (DC).Và từ hai loại động cơ điện này, tùy theo cấu trúc động cơ và cơ chế vận hành mà người ta lại phân chia ra thành các loại khác nhau như sau:

Hình 2.6 Các loại động cơ điện chính.

Đối với động cơ một chiều DC thì như tên gọi cho thấy sử dụng nguồn cung cấp

là dòng điện một chiều Nó có ưu điểm là dễ điều khiển tốc độ mà không ảnh hưởngtới công suất và giá cả rẻ hơn, qua phân tích đồ thị đặc tính cơ (hình 2-7) thì ta thấyđộng cơ điện một chiều có khả năng cung cấp một mômen khởi động cao hoặc yêu

Hình 2.7 Đường đặc tính cơ của 3 loại động cơ điện.

Qua các phân tích ở trên ta chọn loại động cơ một chiều (DC) cho xe thiết kế.Hiện nay, động cơ điện một chiều có hai loại: động cơ một chiều có chổi than và động

cơ một chiều không chổi than Loại có chổi than thì tuổi thọ không cao, trong quá trìnhvận hành đòi hỏi phải bảo dưỡng chổi than

Còn động cơ một chiều không chổi than BLDC (Brushles DC motor) có các ưuđiểm của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu như: tỷ lệ momen/quán tính lớn, tỷ lệcông suất trên khối lượng cao

Động cơ kích từ nam châm vĩnh cửu không cần chổi than và vành trượt nên khôngtốn chi phí bảo trì chổi than Ta cũng có thể thay đổi đặc tính động cơ bằng cách thayđổi đặc tính của nam châm kích từ và cách bố trí nam châm trên rotor Một số đặc tính nổi bật của động cơ BLDC khi hoạt động:

 Mật độ từ thông khe hở không khí lớn

 Tỷ lệ công suất/khối lượng máy điện cao

 Tỷ lệ momen/quán tính lớn (có thể tăng tốc nhanh)

 Vận hành nhẹ nhàng (dao động của momen nhỏ) thậm chí ở tốc độ thấp (để đạtđược điều khiển vị trí một cách chính xác)

 Mômen điều khiển được ở vị trí bằng không

 Vận hành ở tốc độ cao

 Có thể tăng tốc và giảm tốc trong thời gian ngắn

 Hiệu suất cao

 Kết cấu gọn

Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là do động cơ được kích từ bằng nam châmvĩnh cửu nên khi chế tạo giá thành cao do nam châm vĩnh cửu khá cao nhưng với sựphát triển công nghệ hiện nay thì giá thành nam châm có thể giảm Động cơ BLDCđược điều khiển bằng một bộ điều khiển với điện ngõ ra dạng xung vuông và cảm biếnHall được đặt bên trong động cơ để xác định vị trí rotor Điều này làm tăng giá thànhđầu tư khi sử dụng động cơ BLDC Tuy nhiên điều này cho phép điều khiển tốc độ vàmômen động cơ dễ dàng, chính xác hơn

Nếu dùng các loại nam châm sắt từ chúng dễ từ hóa nhưng khả năng tích từkhông cao, dễ bị khử từ và đặc tính từ của nam châm bị giảm khi tăng nhiệt độ Nhưngvới loại nam châm hiếm như hiện nay thì nhược điểm này đã được cải thiện đáng kể

Qua những phân tích trên ta thấy loại động cơ một chiều không chổi than có đặcđiểm đáp ứng được yêu cầu của đề tài Vì vậy ta lựa chọn loại động cơ một chiềukhông chổi than để thiết kế cho xe

Kết Luận: Vậy loại động cơ điện được sử dụng sẽ là động cơ điện một chiềukhông chổi than

2.1.3.1 Xác định công suất của động cơ điện

Xe thiết kế với động cơ điện dùng để chạy chủ yếu trong các đô thị Trong đô thịtốc độ tối đa cho phép của xe máy là 40 km/h và ô tô là 50 km/h Vì vậy với đề tàinày để phù hợp với quy định lựa chọn vận tốc tối đa để thiết kế là 40 Km/h

Công suất cần thiết của động cơ điện có thể tạo ra lực kéo tiếp tuyến ở các bánh

xe chủ động (hai bánh xe sau) của ô tô thiết kế được sử dụng để khắc phục các lực cảnchuyển động sau: lực cản lăn, lực cản dốc, lực cản không khí và lực quán tính

F rr = f.(Z 1 + Z 2 ) = f.G tb cosαα

Với f: là hệ số cản lăn (f =0,02: đối với đường nhựa).

G tb = mg=1000.9,81 = 9810 (N): là tổng trọng tải của xe thiết kế.

( g: gia tốc trọng trường, lấy g=9,8 m/sα2)

F là diện tích chính diện của xe (m2):

 Lực cản quán tính:

Khi ô tô chuyển động không ổn định (lúc tăng tốc hoặc giảm tốc) sẽ xuất hiện

lực quán tính Lực quán tính F i gồm 2 thành phần:

-Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động tịnh tiến của ô tô, kí hiệu

là F ti Được xác định theo công thức:

F ti = m.a

Trong đó:

F ti: Lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến [N];

a: gia tốc chuyển động của xe [m/s2];

m: Tổng khối lượng của xe và người [kg];

- Lực quán tính do gia tốc các khối lượng chuyển động quay của oto (gồm cáckhối lượng chuyển động quay của động cơ điện, của bánh răng hộp giảm tốc vàcác bánh xe) Nhưng do đại lượng này nhỏ, ít ảnh hưởng đến kết quả nên có thể

Ta phải dựa vào các vị trí làm việc đặc biệt

2.1.3.2 Tính chọn công suất động cơ điện

Khi xe chạy ở vận tốc cực đại Vmax :

Trường hợp này động cơ phải có số vòng quay cực đại Nếu ta xác định đượccông suất động cơ tại vị trí này ta được một điểm trên đường công suất Đây là cơ sở

để xác định các vị trí khác trên đường công suất

Tại vị trí V max xe chạy trên đường bằng và tốt (dĩ nhiên không ai chạy vận tốc cực

đại trên đường xấu hoặc đường dốc) Khi đó công suất kéo (tại bánh xe) cần khắc

phục 2 công suất cản: Công suất cản lăn N rr và công suất cản không khí Na

Ta có công suất cản của xe lúc này là:

2.1.3.3 Xác định mômen tối đa của động cơ

Để đảm bảo khả năng vượt qua sức cản lớn nhất thì hệ thống truyền lực cần đảmbảo mômen tại bánh xe đủ thắng được sức cản lớn nhất để xe có thể chuyển độngđươc

ψ max là hệ số cản tổng cộng lớn nhất của đường:

ψ max = f + i max = f + tgα max = 0,02 + tg10 0 = 0,02 + 0,176 = 0,196.

rb là bán kính bánh xe: rb = λr ; Lốp áp suất thấp: λ = 0,930 ÷ 0,935;

o Động cơ phải có đủ công suất kéo, đáp ứng được mômen theo yêu cầu thiết kế.

o Tốc độ phù hợp và đáp ứng được phạm vi điều chỉnh tốc độ với một phương phápđiều chỉnh thích hợp

o Phù hợp với nguồn điện năng sử dụng

o Thích hợp với điều kiện làm việc (điều kiện thông thoáng, nhiệt độ, độ ẩm, khí độchại, ngoài trời hay trong nhà )

 Chọn động cơ

.30

t b

v i R



(40 3,6).7, 630

3,14.0, 254



Với loại động cơ BLDC tìm trên thị trường và liên hệ với nhà sản xuất ta được bảng

thông số thiết kế các loại động cơ như sau:

Bảng 2.2 Thông số các loại động cơ

Kiểu Uni

t

180WD-M15020

180WD-M15030

180WD-M19010

180WD-M19020

180W D- M190 30

180WD-M24020

180WD-M28010

180WD-M36015

180WD-M40025Công

Vậy để đáp ứng được yêu cầu cả mômen và tốc độ động cơ ta lựa chọn động cơ :180WD-M19030

Kích thước của động cơ đã chọn như sau :

Hình 2.9 Các kích thước cơ bản của động cơ điện sử dụng.

Kết Luận: Phần trên đã lựa chọn được các thông số cơ bản động học của xe và được trình bày trong bảng sau:

Bảng 2.3 Thông số cơ bản động học của xe

2.1.4 Tính toán sức kéo của xe điện

2.1.4.1 Xây dựng các đường đặc tính động cơ

Đặc tính động cơ là các đường công suất và mômen theo tốc độ động cơ:

M E = f(ω E ); N E = f(ω E ).

M max : Mômen lớn nhất được sinh ra của động cơ điện hay chính là mômen tại số vòngquay mà tại đó động cơ bắt đầu đạt công suất cực đại (N.m)

M N : Mômen định mức của động cơ điện (N.m)

Khi tốc độ góc của động cơ: ω≤ ω B , thì ta có: M e = conts; N e = M e e (W)

Khi tốc độ góc của động cơ: ω≥ ω B : N e = conts; M e = N e /e (N.m)

ωB : tốc độ góc cơ bản mà tại đó công suất động cơ điện đạt đến giá trị cực đại

Với động cơ điện ta có các thông số ban đầu: Nemax= 5700(W); n = 3000(vòng/phút)

Bảng 2-4 Bảng số liệu xây dựng đặc tính động cơ.

Từ đồ thị cho thấy tại thời điểm khởi động, mô men động cơ đạt lớn nhất khi tốc

độ động cơ ne = (0 ÷ 1200 v/ph), trong vùng này công suất động cơ tăng tuyến tính tỷ

lệ với tốc độ ne Khi ne > 1200(v/ph) mô men động cơ giảm nhưng công suất giữ

nguyên giá trị không đổi Đường đặc tính này phụ hợp với đặc tính động lực học của xecho phép xe khắc phục lực cản tốt nhất tại tốc độ thấp

2.1.4.2 Xây dựng đặc tính lực kéo của xe khi sử dụng động cơ điện

Ta có lực kéo ở bánh xe chủ động của xe được xác định như sau:

M e : Mômen xoắn của động cơ điện (N.m)

i : Tỷ số truyền động từ động cơ đến bánh xe chủ động

: Tỉ số truyền của hệ thống truyền lực đã chọn

t : Hiệu suất truyền động từ động cơ điện đến bánh xe chủ động, lấy t =0,9

dc : Hiệu suất sử dụng của động cơ điện, lấy dc=0,8

R bx : Bán kính bánh xe chủ động (m)

v : Tốc độ tính tiến của xe (m/s)

e : Tốc độ góc của động cơ điện (rad/s)

Khi đã có đặc tính mômen của động cơ điện và tỷ số truyền của hệ thống truyềnđộng, ta có thể dễ dàng xây dựng đặc tính lực kéo theo (4.3) của xe khi chỉ sử dụngnguồn động lực là động cơ điện

Ta có bảng tính và đồ thị P k = f(v) cho trên bảng 4-2 và hình 4-11

Bảng 2.5 Dữ liệu tính lực kéo của xe Pk khi sử dụng động cơ điện.

e

(Rad/s)

V (Km/

Hình 2.11 Đồ thị đặc tính lực kéo của xe khi sử dụng động cơ điện 2.1.4.3 Xây dựng đặc tính nhân tố động lực học của xe

Ta có đồ thị nhân tố động lực học D = f(v) được xây dựng từ công thức: