Đồ Án hệ thống Điện, Điện tử Ô tônghiên cứu thiết kế thi công mô hìnhxe Điện racing

HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ Ô TÔ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH XE ĐIỆN RACING Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ Lớp: 22DOTA3 Giảng viên hướng dẫn: Th.S Võ

Tp.HCM, ngày 22 tháng 03 năm 2025

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ Ô TÔ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH

XE ĐIỆN RACING

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Lớp: 22DOTA3

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Võ Hiếu Trung

Tp.HCM, ngày 22 tháng 03 năm 2025

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỆN, ĐIỆN TỬ Ô TÔ

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH

XE ĐIỆN RACING

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Lớp: 22DOTA3

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Võ Hiếu Trung

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện đồ án “Nghiên cứu thiết kế thi công mô hình xe điện Racing”, nhóm chúng em đã nhận được rất nhiều sự hỗ trợ và hướng dẫn quý báu Trước hết, nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Th.S Võ Hiếu Trung, người

đã tận tình hướng dẫn, định hướng và truyền đạt những kiến thức quan trọng giúp chúng

em hoàn thành đồ án này Sự chỉ dẫn tận tâm của thầy không chỉ giúp chúng em hiểu sâu hơn về lĩnh vực điện – điện tử ô tô mà còn rèn luyện khả năng nghiên cứu và làm việc khoa học

Bên cạnh đó, chúng em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong viện, những người đã giảng dạy, cung cấp nền tảng kiến thức vững chắc để nhóm có thể áp dụng vào đề tài này Cuối cùng, nhóm xin gửi lời tri ân đến bạn bè và gia đình, những người đã luôn động viên, hỗ trợ tinh thần trong suốt quá trình thực hiện đồ án

Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng chắc chắn đồ án vẫn còn những thiếu sót Nhóm rất mong nhận được những ý kiến đóng góp để có thể hoàn thiện hơn trong tương lai

Xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ii

DANH MỤC CÁC BẢNG iii

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH iv

1.1/ Đặt vấn đề 1

1.2/ Mục tiêu đề tài 1

1.3/ Nội dung đề tài 1

1.4/ Phương pháp nghiên cứu 2

1.5/ Kết cấu của đồ án 2

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

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

Hình 2.1: Mô hình xe điện Racing 4

Hình 2.2: Mô hình khung gầm xe điện Racing 5

Hình 2.3: Động cơ 540 Brushed (chổi than) 6

Hình 2.4: 3KGS Servo 6

Hình 2.5: SP-03018 Electron Super Reverse 7

Hình 2.6: Bộ phát tín hiệu Dumborc X6 8

Hình 2.7: Bộ thu tín hiệu Dumborc X6FG 8

Hình 2.8: Pin Tiger 2S 6000mAh LiPo 9

Hình 2.9: Giảm xóc dầu 10

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1/ Đặt vấn đề

Trong bối cảnh công nghệ ô tô điện ngày càng phát triển, việc nghiên cứu và chế tạo các mô hình xe điện trở thành một chủ đề hấp dẫn, không chỉ giúp sinh viên tiếp cận với các công nghệ hiện đại mà còn tạo ra tiền đề cho các nghiên cứu ứng dụng thực tế Ngành công nghiệp xe điện đang có những bước tiến mạnh mẽ, hứa hẹn thay thế dần phương tiện sử dụng động cơ đốt trong, góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng

Hiện nay, các giải đua xe điện như Formula E đang trở thành xu hướng, thúc đẩy

sự phát triển của các công nghệ mới như động cơ hiệu suất cao, hệ thống pin tiên tiến và

kỹ thuật điều khiển thông minh Việc nghiên cứu và thiết kế mô hình xe điện Racing không chỉ giúp sinh viên tiếp cận những công nghệ này mà còn tạo nền tảng để áp dụng vào thực tế trong ngành công nghiệp ô tô điện

Đề tài "Nghiên cứu thiết kế thi công mô hình xe điện Racing" không chỉ giúp nhóm nghiên cứu hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của xe điện mà còn rèn luyện kỹ năng thiết kế, lập trình và chế tạo mô hình thực tế Thông qua dự án này, sinh viên có cơ hội vận dụng các kiến thức lý thuyết vào thực tế, giải quyết các vấn đề kỹ thuật cụ thể, đồng thời nâng cao khả năng sáng tạo và làm việc nhóm

1.2/ Mục tiêu đề tài

Mục tiêu chính của đề tài bao gồm:

 Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của xe điện, đặc biệt là các dòng xe đua điện.

 Thiết kế và chế tạo một mô hình xe điện Racing có khả năng di chuyển ổn định, tốc độ cao.

 Ứng dụng các công nghệ điều khiển điện - điện tử trong việc vận hành mô hình.

 Đánh giá hiệu suất hoạt động của mô hình và đề xuất hướng cải tiến.

 Xây dựng nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về tối ưu hóa động cơ và quản lý năng lượng.

Ngoài ra, thông qua đề tài này, nhóm nghiên cứu còn hướng tới việc nâng cao khả năng làm việc nhóm, phát triển kỹ năng nghiên cứu, thiết kế và thực nghiệm trong lĩnh vực ô tô điện 1.3/ Nội dung đề tài

Để đạt được các mục tiêu trên, đề tài tập trung thực hiện các nội dung sau:

 Tìm hiểu về công nghệ xe điện: Nghiên cứu các thành phần quan trọng như động cơ điện, hệ thống pin, hệ thống điều khiển và truyền động

 Phân tích yêu cầu thiết kế: Xác định các thông số kỹ thuật cần thiết để mô hình

xe điện Racing có hiệu suất tối ưu

 Lập kế hoạch thiết kế mô hình: Bao gồm khung xe, hệ thống truyền động, hệ thống điều khiển, hệ thống cung cấp năng lượng

 Sử dụng các phần mềm thiết kế: Mô phỏng và tính toán các thông số kỹ thuật của

mô hình bằng các phần mềm chuyên dụng

 Chế tạo và lắp ráp mô hình: Lựa chọn vật liệu phù hợp, tiến hành gia công và lắp đặt các hệ thống điện - điện tử

 Tiến hành thử nghiệm: Đánh giá hiệu suất hoạt động của mô hình, xác định các yếu tố cần cải tiến

 Tối ưu hóa mô hình: Dựa trên kết quả thử nghiệm, điều chỉnh thiết kế để đạt hiệu suất cao hơn

1.4/ Phương pháp nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm nghiên cứu sử dụng các phương pháp sau:

 Phương pháp thu thập thông tin: Tìm kiếm tài liệu, nghiên cứu các bài báo khoa học, sách chuyên ngành về xe điện và công nghệ điều khiển Tìm hiểu các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến xe điện Racing

 Phương pháp thiết kế và mô phỏng: Sử dụng phần mềm như SolidWorks, AutoCAD để thiết kế khung xe

 Phương pháp thực nghiệm: Lắp ráp mô hình thực tế, tiến hành kiểm tra và đánh giá thông số kỹ thuật như tốc độ, công suất, khả năng điều khiển

 Phương pháp phân tích và đánh giá: So sánh kết quả thực nghiệm với mô phỏng

để điều chỉnh và tối ưu mô hình

 Phương pháp kiểm tra và hiệu chỉnh: Dựa trên các kết quả thu được từ quá trình thử nghiệm, thực hiện điều chỉnh về phần cứng và phần mềm để nâng cao hiệu suất hoạt động

1.5/ Kết cấu của đồ án

Báo cáo đồ án gồm các chương sau:

 Chương 1: Giới thiệu đề tài

 Chương 2: Cơ sở lý thuyết

 Chương 3: Tính toán thiết kế, thi công mô hình

 Chương 4: Kết luận và hướng phát triển

CHƯƠNG 2: Cơ Sở Lý Thuyết

2.1.Giới Thiệu Về Xe Điện Racing

Xe điện racing là loại phương tiện sử dụng động cơ điện kết hợp pin năng lượng để đạt tốc độ cao, được thiết kế tối ưu về trọng lượng, khí động học, và khả năng vận hành Loại xe này thường được ứng dụng trong:

 Các cuộc thi kỹ thuật (như Formula Student, Shell Eco-marathon),

 Đua xe chuyên nghiệp (Formula E, MotoE),

 Mô hình nghiên cứu công nghệ điện – điện tử điều khiển

Mô hình dưới đây là ví dụ về một xe điện racing mini điều khiển từ xa, thể hiện rõ các cấu trúc cơ bản:

Hình 2.1: Mô hình xe điện Racing

 Khung chassis: phần nền chính giữ toàn bộ hệ thống.

 Động cơ DC không chổi than: tạo lực kéo bánh xe.

 Bộ điều khiển ESC: kiểm soát tốc độ động cơ.

 Pin LiPo: nguồn điện cung cấp cho toàn hệ thống.

 Servo lái: điều khiển hướng di chuyển bánh trước.

 Bộ thu tín hiệu: kết nối với tay điều khiển từ xa.

2.2.Nguyên Lý Hoạt Động Của Xe Điện

- Xe điện hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển đổi năng lượng từ pin điện sang động năng qua bộ điều khiển và động cơ Quá trình hoạt động bao gồm:

 Nguồn năng lượng: Pin là thành phần chính cung cấp năng lượng cho xe

 Bộ điều khiển: Quản lý việc cung cấp dòng điện từ pin đến động cơ

 Động cơ điện: Chuyển đổi năng lượng điện thành công suất cơ

 Hệ thống truyền động: Chuyển động từ động cơ tới bánh xe

2.3 Các Thành Phần Chính Của Mô Hình Xe Điện Racing

2.3.1 Kết Cấu Khung Gầm (Chassis)

Hình 2.2: Mô hình khung gầm xe điện racing

- Chất liệu: Nhựa cứng hoặc hợp kim nhôm giúp giảm trọng lượng nhưng vẫn đảm bảo độ bền

- Cấu trúc: Thiết kế mỏng, nhẹ, giúp hạ thấp trọng tâm, tăng độ bám đường

- Kích thước tổng thể xe: Dài 400mm, rộng 250mm, cao 150mm (tỉ lệ 1/10)

-Chức năng:

 Là bộ phận khung xương chính, giữ cố định động cơ, pin, ESC, servo, hệ thống lái

 Phân bố tải trọng và chịu lực va chạm khi xe vận hành trên địa hình khác nhau

2.3.2.Hệ Thống Truyền Động

- Loại truyền động: Hệ dẫn động 4 bánh toàn phần (4WD)

-Động cơ điện:

 Loại: Động cơ 540 Brushed (chổi than)

Hình 2.3: Động cơ 540 Brushed (chổi than).

 Điện áp hoạt động: 7.2V - 11.1V

 Công suất: 30W - 50W

 Tốc độ quay: 20,000 - 30,000 RPM

 Mô-men xoắn: 250 - 350 g.cm

 Kích thước: Đường kính 36mm, chiều dài 50mm, trục 3.175mm

- Bộ vi sai (Diff): Hỗ trợ phân bổ mô-men xoắn đến từng bánh xe giúp xe vào cua ổn định

-Hệ thống bánh răng & truyền động:

 Bánh răng chủ động (Pinion Gear), bánh răng trung gian (Spur Gear), vi sai trước và sau.Loại truyền động: Truyền động trục (Shaft Drive) giúp xe bền hơn và phù hợp với đua tốc độ cao

2.3.3.Hệ Thống Lái Và Servo Điều Khiển

- Servo sử dụng: 3KGS Servo

Hình 2.4: 3KGS Servo

- Thông số kỹ thuật:

 Mô-men xoắn: 3kg/cm (ở 6V)

 Điện áp hoạt động: 4.8V - 6.6V

 Tốc độ phản hồi: ~0.12s/60 độ

 Dòng tiêu thụ tối đa: 1.2A @ 6V

 Góc quay tối đa: 60 độ

 Cơ chế điều khiển: Điều chế xung PWM (Pulse Width Modulation)

-Nguyên lý hoạt động:

 Bộ phát TX gửi tín hiệu đến bộ thu RX

 RX truyền tín hiệu đến servo, điều chỉnh góc quay

 Servo kéo hoặc đẩy tay đòn lái, làm quay bánh trước

 Hệ thống lái Ackermann giúp xe vào cua chính xác hơn

2.3.4.Hệ Thống Điều Khiển Và Năng Lượng

- Bộ điều tốc điện tử (ESC - Electronic Speed Controller):

- Model: SP-03018 Electron Super Reverse

Hình 2.5:SP-03018 Electron Super Reverse

 Điện áp hoạt động: 7.2V - 11.1V (hỗ trợ Pin LiPo 2S - 3S)

 Dòng tối đa: 30A

 Có bảo vệ quá nhiệt, quá dòng

 Tích hợp phanh điện tử

 Chế độ hoạt động: Tiến – Phanh – Lùi

- Nguyên lý hoạt động:

 Bộ phát TX gửi tín hiệu đến RX

 RX truyền tín hiệu đến ESC

 ESC điều chỉnh dòng điện cấp vào motor, thay đổi tốc độ và hướng di chuyển

của xe

- Bộ thu phát tín hiệu (TX, RX Dumbo X6):

 Bộ phát (TX): Dumbo X6

Hình 2.6: Bộ phát tín hiệu Dumborc X6

- Tần số hoạt động: 2.4GHz

- Số kênh: 6 kênh

- Khoảng cách hoạt động: Lên đến 400m ( Không Vật cản )

- Sử dụng 4 pin AA 1.5V

- Chế độ truyền tín hiệu: FHSS chống nhiễu

- Trọng lượng: Khoảng 300g

 Bộ thu (RX): Dumbo X6 Receiver

Hình 2.7: Bộ thu tín hiệu Dumborc X6FG

- Điện áp hoạt động: 4.8V - 10V

- Số kênh: 6 kênh

- Cổng kết nối: Hỗ trợ kết nối Servo và ESC

- Tương thích với nhiều loại ESC khác nhau

- Kích thước:

+ Dài: 35mm

+ Rộng: 25mm

+ Cao: 10mm

+ Trọng lượng: Khoảng 15g

- Pin:

 Loại: Tiger 2S 6000mAh LiPo

Hình 2.8: Pin Tiger 2S 6000mAh LiPo

 Số sell: 2S ( 2 Sell )

 Điện áp danh định: 7.4V

 Dung lượng: 6000mAh

 Dòng xả liên tục: 50C (~300A)

 Dòng xả tối đa: 100C (~600A)

 Điện áp tối thiểu: 6.0V ( 3.0V/Sell )

 Cổng sạc: XT60

 Trọng lượng: ~300g

2.3.5.Hệ Thống Treo Và Giảm

Xóc Hệ thống treo

 Loại: Treo độc lập 4 bánh

 Cấu tạo:

- Tay đòn chữ A (Upper & Lower Arms): Kết nối trục bánh xe với khung gầm

- Vi sai trước và sau: Hỗ trợ phân phối lực kéo

- Liên kết chữ H hoặc I (H/I Links): Giữ ổn định khi vào cua

 Chức năng:

- Giúp xe di chuyển êm ái hơn trên địa hình gồ ghề

- Hạn chế lật xe khi vào cua ở tốc độ cao

Giảm xóc dầu (Oil-Filled Shocks)

Hình 2.9: Giảm xóc dầu

 Cấu tạo:

-Lò xo đàn hồi: Hấp thụ lực tác động

-Xi lanh dầu: Kiểm soát tốc độ nén và giãn của lò xo

 Nguyên lý hoạt động:

- Khi xe gặp chướng ngại, lò xo nén lại

- Dầu trong xi lanh di chuyển qua van, điều chỉnh tốc độ đàn hồi

- Sau khi vượt qua chướng ngại, lò xo giãn ra, đưa xe về vị trí cân bằng 2.4 Các Nguyên Lý Thiết Kế Mô Hình Xe Điện Racing

- Khung gầm nhẹ, công suất cao: Tối ưu khối lượng

- Tối ưu hệ thống truyền động: Đảm bảo hiệu suất

- Hệ thống lái nhạy bén: Cải thiện khả năng điều hướng

-Tối ưu hiệu suất động cơ và pin: Đảm bảo thời gian hoạt động dài và hiệu suất tối ưu