Báo cáo nghiên cứu khoa học: " THIẾT KẾ XE GẮN MÁY HYBRID" pdf

Động cơ nhiệt chạy bằng LPG được c ải tạo từ động cơ tĩnh tại nguyên thuỷ chạy bằng xăng có công suất 2000W làm nhiệm vụ nạp điện cho bình accu và hỗ trợ công suất cho xe gắn máy khi cầ

THI ẾT KẾ XE GẮN MÁY HYBRID

HYBRID MOTORCYCLE DESIGN

Bùi Văn Ga – Nguyễn Quân – Nguyễn Hương

Đại học Đà Nẵng

TÓM T ẮT

Bài báo trình bày k ết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm xe gắn máy hybrid được thực hiện tại Đại học Đà Nẵng Bánh xe trước và bánh xe sau được dẫn động trực tiếp bằng hai động cơ điện có công suất lần lượt 500W và 1000W Động cơ nhiệt chạy bằng LPG được

c ải tạo từ động cơ tĩnh tại nguyên thuỷ chạy bằng xăng có công suất 2000W làm nhiệm vụ nạp điện cho bình accu và hỗ trợ công suất cho xe gắn máy khi cần thiết Xe có thể tận dụng năng lượng phanh để nạp điện cho accu Hệ thống điều khiển điện tử được thiết kế cho phép xe gắn máy ph ối hợp công suất các động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau

K ết quả thử nghiệm cho thấy xe đạt được tốc độ 55km/h khi chạy bằng điện, thấp hơn kho ảng 10% so với công suất tính toán Với bình LPG chứa 1kg nhiên liệu và 4 bình accu N12V-35AH nạp đầy xe có thể chạy được 160km Hệ thống động lực hybrid điện-LPG cho phép

xe gắn máy đạt mức độ phát thải ô nhiễm EURO IV

ABSTRACT

This paper presents results of theoretical and experimental researches on the hybrid motorcycle at the University of Da Nang The front wheel and the rear wheel of the motorcycle are driven directly by 500W electrical engine and 1000W electrical engine respectively The LPG thermal engine is converted from a 2000W gasoline stationary engine which is used for recharging batteries and for supplying an auxiliary power to the motorcycle in case of need Brake energy can be converted into electrical energy for batteries recharging An electronic control system is designed so as to help the motorcycle combine power of the engines in different operation regimes

Test results show that the motorcycle can attain a speed of 55km/h when running with electrical engines, about 10% lower than the estimated speed With an LPG cylinder containing 1kg fuel and 4 N12V-35AH batteries, the motorcycle can run at 160km/h The LPG-electric hybrid power system can allow the motorcycle to conform with the EURO IV emission regulation

1 Đặt vấn đề

Lượng xe gắn máy ở nước ta trong những năm gần đây gia tăng nhanh chóng, vượt xa so với dự báo của các cơ quan quản lý

nhà nước Hiện tại và trong một tương lai dài

trước mắt, loại phương tiện này vẫn đóng vai trò

cơ động cao, giá cả phù hợp với túi tiền của đại

đa số người dân lao động

Phương tiện vận giao thông cơ giới sử

Hình 1 Hybrid scooter Honda

ô nhiễm chính đối với bầu khí quyển Vì vậy việc làm giảm mức độ phát thải ô nhiễm

đầu của thế kỷ 21 Tháng 3 năm 2005, Honda đã giới thiệu mẫu xe hybrid scooter [1]

xăng và động cơ điện chạy bằng accu Nhờ phối hợp sử dụng tối ưu công suất động cơ nên tính năng kinh tế kỹ thuật của động cơ nhiệt được cải thiện đáng kể Mức độ phát

động cơ xăng trên xe gắn máy hybrid Trong các công trình trước đây chúng tôi đã

hybrid điện-LPG

động cơ điện kiểu xoay chiều đồng bộ gắn trực tiếp vào bánh sau của xe Hệ thống sử

phát điện nạp điện vào accu

2 Tính toán công su ất các động cơ

- Chọn động cơ điện:

2 người) chạy với vận tốc tối đa 60km/h

F

) Phương trình cân bằng lực được

M = FL + FD + FG + FQ

(1)

= 2400.0,020 = 48 (N)

Lực cản gió được tính: FG = k.S.v2 với k là hệ số cản không khí, S là diện tích

= 0,4.0,4.16,7.16,7 = 45(N)

= 240.1 = 240(N)

Đó là trường hợp cực đoan của công suất Trong thực tế 4 lực cản này thường

trường hợp này được tính lại là:

F

MG = FL + FG

nhưng nếu xe chạy với vận tốc rất bé thì công suất phụ tải cũng sẽ bé hơn trường hợp xe

định cân bằng công suất cho động cơ, khi đó FMG = 83(N) và vận tốc của xe v =

Đây là công cản của xe, công suất cần thiết của động cơ để cân bằng với công

M = PMG

P

M

P

accu N12V-35AH

Honda GX80

- Ch ọn động cơ nhiệt

Trong phương án phối hợp động lực cho xe gắn máy hybrid này chúng tôi sử dụng động cơ nhiệt để nạp điện cho accu đồng thời cung cấp thêm momen hỗ trợ cho các động cơ điện khi cần

động cơ nhiệt có thể

nhiên để xe có thể

cơ nhiệt bằng công

các động cơ điện

động cơ được cải tạo để nó có thể tác động đồng thời lên độ mở của bướm ga và làm thay đổi độ cứng của lò xo van cung cấp LPG (hình 5) tương tự như hệ thống cung cấp biogas cho động cơ tĩnh tại cỡ nhỏ [2] Khi không có độ chân không tại họng van 3 đóng nhờ lò xo kéo 1 Trong kỳ nạp, độ chân không tại họng hút màng 2, thắng sức căng lò xo 1 và mở van 3 để hút một lượng ga vào đường nạp Khi tải cản tăng, bộ điều

van 3 để lượng ga vào đường nạp nhiều hơn Nhờ vậy động cơ có thể chạy ổn định ở tốc

độ định mức (3000 vòng/phút) khi tải bên ngoài thay đổi Công suất của động cơ khi

ở hai bánh xe

3 Sơ đồ nguyên lý phối hợp hai nguồn động lực

Sơ đồ tổng quát của các cơ cấu này được thể hiện trên hình 6 Nguyên lý hoạt động chung của các cơ cấu này như sau:

xe sau được liên lạc với nhau qua ly hợp điện từ và bộ truyền động xích Khi chưa cấp

Tăng tải Giảm tải Cần điều khiển

từ bộ điều tốc

Gas vào

1 2 3 4 5

cho động cơ GX80 c Hình 5 L ấp LPG cho động cơ GX80 ắp đặt van cung

điện cho cuộn dây điện từ thì mối liên hệ này tạm thời

gián đoạn Ở chế độ xe chạy bình thường, ly hợp điện

phát điện quay theo Công suất của động cơ điện

được dùng để kéo xe chuyển động mà không chịu ảnh

hưởng của cụm máy phát điện

được cắt điện, đồng thời một công tắc cuối hành trình

được chuyển thành điện năng nạp lại cho ắc quy Vì

khi máy phát điện quay nó không kéo động cơ LPG

điện từ sẽ chuyển sang trạng thái ngắt, động cơ điện

được cấp điện, xe tiếp tục làm việc ở chế độ chạy

độ xe chứ không dừng được xe Do đó trên xe cần

độ “phụ trợ” Khi đó ta nạp nhiên liệu LPG cho động cơ Honda 50cc Động cơ này được

điện Vì công suất của cụm động cơ LPG - máy phát điện được chọn cân bằng với động

cơ điện nên có thể chạy xe trong thời gian dài mà không làm hết bình ắc quy Động cơ LPG được bộ điều tốc điều khiển chạy ở một tốc độ cố định tương ứng với công suất

cơ LPG - máy phát điện hoạt động, ly hợp điện từ được điều khiển ở trạng thái ngắt nên

trường hợp cần giảm tốc độ xe, người lái nhả tay ga, tín hiệu từ công tắt cuối hành trình

động cơ LPG với máy phát điện, đồng thời ly hợp điện từ được điều khiển đóng lại và máy phát điện chuyển sang làm việc ở chế độ phanh tái sinh năng lượng Nếu người lái

xe không vượt quá 20km/h thì hệ thống tự động điều khiển động cơ LPG khởi động, ly

Bộ ly hợp điện từ

Bánh xe sau

Động cơ điện 1000W

Máy phát điện

Bộ truyền động đai

Động cơ LPG

Ly hợp

ly tâm

Bánh xe trước

Động cơ điện 500W

h ệ thống truyền động cơ khí

được cắt để ngưng phát điện Động cơ LPG hỗ trợ với động cơ điện kéo xe vượt dốc

Để đề phòng trường hợp khi xe

sinh năng lượng đang hoạt động, dòng

điện kích từ có thể làm nóng cuộn dây

năng lượng, một rơ le điện từ sẽ điều khiển

điều khiển thông qua các tín hiệu vào từ

nút điều khiển, cảm biến tốc độ xe và các

cho động cơ điện, cuộn dây điện từ của bộ ly hợp điện từ, rơ le đóng ngắt mạch điện

4 Sơ đồ hệ thống điều khiển động cơ

điều khiển điện tử gọi tắt là bộ ECC - Electronic Control Center Bộ ECC sẽ nhận các

thường” hoặc “phụ trợ” và cảm biến tốc độ xe Sau đó nó xử lý tín hiệu và thực hiện điều khiển đến: bộ thay đổi điện áp cấp cho động cơ điện, cuộn dây điện từ của bộ ly

Bảng 1: Mô tả hoạt động của hệ thống điều khiển động cơ

Nhóm tín hiệu vào Nhóm tín hiệu ra

động

Công tắc tay

ga

Vượt dốc (ga cực đại)

Tốc độ xe (Km/h)

Bộ điều tốc(v/ph)

Rơ le bộ tiết chế

Rơ le ly h ợp điện

từ

Bình thường

ON

Bình thường

Phụ trợ

Cảm biến tốc độ xe

ECC

Bộ điều khiển điện tử

(Electronic Control Center)

Tay ga

Bánh xe và động cơ điện

Bộ ly hợp ly tâm Động cơ LPG

Bộ điều tốc

Bộ điều chỉnh điện áp

+

Rơ le

Máy phát điện

Bộ tiết chế

+

Rơ le

Bộ ly hợp điện lừ +

điều khiển động cơ

>20 3000 1 0

người lái đạp ga, ngược lại khi người lái buông chân ga thì công tắt này ở trạng thái

Ở trong hệ thống này cần lưu ý rằng, tay ga có hai nhiệm vụ riêng biệt là điều

đến bộ ECC, còn cảm biến điện trở gửi tín hiệu đến bộ thay đổi điện áp cấp cho động cơ điện (hoạt động độc lập đối với bộ ECC

5 Ch ế tạo và thử nghiệm xe gắn máy hybrid

Như phân tích ở trên, để phân bố tương đối đồng đều về tải trọng giữa bánh xe trước và bánh xe sau, chọn 2 động cơ điện có tổng công suất 1500W để lắp đặt lên xe

như ở hình 8 và ảnh chụp xe gắn máy thử nghiệm sau lắp ráp xong hệ thống động lực được giới thiệu ở hình 9 Động cơ

phía trước và gần động cơ điện ở bánh

xe sau để dễ thiết lập kết nối với nhau

động đai giữa cụm máy phát điện và

động cơ điện ở bánh xe sau có 2 chức

năng: hỗ trợ lực kéo k hi xe vượt dốc

lượng) Cơ cấu truyền động cơ khí

được sử dụng ở đây là bộ truyền động đai với

được bố trí ở khoảng trống để chân phía

trước người lái và bình chứa nhiên liệu khí

Bình chứa LPG 0,8m

Động cơ LPG

Máy phát điện

Động cơ điện (bánh trước) Ắc quy Động cơ điện

(bánh sau) 1,2m

truy ền động hybrid

vận hành độc lập khi chạy bằng điện là 60km với 4 bình accu N12V-35AH Khi chạy

6 Kết luận

các động cơ điện kèm theo hệ thống thu hồi năng lượng phanh giúp cho xe gắn máy đạt được chế độ vận hành tối ưu trong các điều kiện sử dụng khác nhau

[1] http://vietbao.vn/O-to-xe-may/Honda-gioi-thieu-xe-than-thien-voi-moi-truong/ 10899459/350/

cung cấp khí biogas cho động cơ cỡ nhỏ Tuyển tập Hội Nghị Cơ học Thủy khí

động lực cho ô tô hybrid điện-nhiệt hai chỗ ngồi Tuyển tập Hội Nghị Cơ học toàn