Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe gắn máy lai

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐÀO TRỌNG CƯỜNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHO XE GẮN MÁY LAI NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐÀO TRỌNG CƯỜNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC CHO XE GẮN MÁY LAI

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116

S K C0 0 4 4 0 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐÀO TRỌNG CƯỜNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC

CHO XE GẮN MÁY LAI

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC – 60520116

Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2014

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:

Họ & tên: Đào Trọng Cường Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 20/11/1979 Nơi sinh: Vĩnh Long

Quê quán: Trung Thành, Vũng Liêm, Vĩnh Long Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 69/33 Phó Cơ Điều, P3, Tp Vĩnh Long

Điện thoại cơ quan: 070 3960566 Điện thoại di động: 0902452279 E-mail: trongcuongtcn@yahoo.com.vn

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1 Đại học:

Hệ đào tạo: Tại chức Thời gian đào tạo từ 2005 đến 2007

Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp HCM

Ngành học: Cơ khí Động lực

2 Cao học:

Hệ đào tạo: Tập trung chính qui - Thời gian đào tạo từ 2012 đến 2014

Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp HCM

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 11 năm 2014

Đào Trọng Cường

CẢM TẠ

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy hướng dẫn TS Lê Thanh Phúc đã nhận hướng dẫn em thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe gắn máy lai” Đây là một đề tài thực nghiệm và có ý nghĩa rất thiết thực Kết quả đề tài là cơ

sở để phát triển các sản phẩm xe gắn máy lai trong tương lai, khẳng định được năng lực ứng dụng công nghệ mới trong lĩnh vực chế tạo hoàn thiện các loại xe thân thiện với môi trường

Xin chân thành gởi lời cảm ơn đến quí thầy, cô giảng dạy đã truyền đạt những kiến thức vô cùng quí báu trong hai năm học qua giúp chúng em có được những vốn kiến thức vô cùng bổ ích trong công tác cũng như trong quá trình thực hiện đề tài

Xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Trường Trung cấp nghề Vĩnh Long đã

hỗ trợ cho tôi về thời gian và chi phí, sẵn sàng tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được học tập bồi dưỡng chuyên môn Cảm ơn các bạn đồng nghiệp đã san sẻ phần trọng trách công việc và cổ vũ tôi trong thời gian học tập

Xin cảm ơn tất cả những người thân trong gia đình đã chăm sóc chu đáo cho tôi, luôn tiếp ứng kịp thời về vật chất lẫn tinh thần, giúp cho tôi vượt qua những khó khăn để thực hiện và hoàn tất công trình nghiên cứu này

Lần nữa tôi trân trọng ghi nhận những công lao quí báu của những người đã mang đến cho tôi

Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 11 năm 2014

Đào Trọng Cường

TÓM TẮT

  

Trong bối cảnh khan hiếm nhiên liệu và giá dầu tăng cao, tình trạng ô nhiễm môi trường do sự phát thải của phương tiện giao thông cơ giới Nhằm mục đích tiết kiệm nhiên liệu – giảm ô nhiễm môi trường trên xe gắn máy, tác giả đã thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống truyền lực cho xe gắn máy lai” Đề tài được thực hiện tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh trong năm 2014

Trong đề tài này, tác giả đã lựa chọn một chiếc xe tay ga đã qua sử dụng hiệu Attila làm xe thực nghiệm Tác giả đã nghiên cứu cải tạo và lắp ráp thêm hệ thống truyền động từ một động cơ điện DC có công suất 400 W để cùng phối hợp moment quay với động cơ xăng dẫn động bánh xe sau Cụ thể là khi xe hoạt động thì cả hai động cơ xăng và động cơ điện cùng truyền moment quay đến trục của bánh xe sau Tuy nhiên động cơ xăng đóng vai trò là nguồn năng lượng truyền moment chính còn động cơ điện chỉ đóng vai trò hỗ trợ Động cơ điện hoạt động bằng nguồn năng lượng từ bình Accu và được điều khiển bằng các vi mạch điện tử Khối lưu trữ điện gồm 2 bình Accu 12 V – 26 Ah dùng để cung cấp điện cho động cơ điện Các bình Accu này được nạp từ nguồn điện dân dụng

Toàn bộ hệ thống truyền động của động cơ điện được thiết kế là một cụm chi tiết rời, có thể lắp ráp dễ dàng vào xe máy Sau khi lắp thêm hệ thống truyền động,

xe nặng hơn xe nguyên bản 23 kg Sau khi đã lắp ráp hoàn chỉnh và tiến hành chạy thử nghiệm kết quả cho thấy: Xe hoạt động ổn định và an toàn, tiết kiệm nhiên liệu khoảng 20% so với xe ban đầu chỉ chạy bằng động cơ xăng

ABSTRACT

  

In the context of scarcity of fuel and rising oil prices, environmental pollution is increasing due to emissions from motor vehicles With the view to fuel economy - reducing environmental pollution on the motorcycle, the author has carried out the topic "Design powertrain for hybrid motorcycle." The research is done at the University of Technical Education Ho Chi Minh City in 2014

In the research, the author has chosen a used scooter Attila for experiment The author has researched and assembled an improvement drivetrain from a DC electric motor with the power of 400 W to cooperate with the gasoline engine torque driving the rear wheels When the scooter is operating, both gasoline engine and electric motor torque are transmitted to the rear wheel axis However, the gasoline engine serves as the main source of energy whereas torque from the electric motor plays a supporting role The electric motor operates using battery power controlled by electronic circuits The power source consists of two battery 12

V - 26 Ah used to provide power to the electric motor The battery power is charged from the househood electricity net

The entire drivetrain of the electric motor is designed as a cluster of separated details which can be easily installed in the motorbike After the modification, the scooter weighs 23 kg more than the original one, the experiments show that the scooter operates stably and safely, fuel saving is about 20% compared with the initial scooter powered by gasoline engines

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

LÝ LỊCH KHOA HỌC i

LỜI CAM ĐOAN ii

CẢM TẠ iii

TÓM TẮT iv

ABSTRACT v

MỤC LỤC vi

DANH SÁCH CÁC BẢNG x

DANH SÁCH CÁC HÌNH xi

Chương 1 1

TỔNG QUAN 1

1.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố 1

1.1.1 Tầm quan trọng của xe máy 1

1.1.2 Phát triển nguồn động lực sạch 2

1.1.3 Tổng quan về xe hybrid 3

1.1.3.1 Khái niệm chung 3

1.1.3.2 Phân loại ôtô hybrid 4

1.1.3.3 Xu hướng phát triển của xe hybrid 8

1.1.4 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 9

1.1.4.1 Trong nước 9

1.1.4.2 Ngoài nước 10

1.2 Mục đích của đề tài 12

1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 12

1.3.1 Nhiệm vụ của đề tài 12

1.3.2 Giới hạn của đề tài 13

1.4 Phương pháp nghiên cứu và thực hiện 13

Chương 2 14

CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14

2.1 Hệ thống truyền động trên xe tay ga 14

2.1.1 Cấu tạo và sơ đồ truyền lực 14

2.1.2 Nguyên lý hoạt động 15

2.1.2.1 Động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng 15

2.1.2.2 Động cơ hoạt động ở chế độ khởi động và tốc độ thấp 15

2.1.2.3 Động cơ hoạt động ở chế độ tốc độ trung bình 16

2.1.2.4 Động cơ hoạt động ở chế độ tốc độ cao 17

2.1.2.5 Động cơ hoạt động ở chế độ tải nặng, leo dốc hoặc lên ga đột ngột 18 2.2 Nguồn điện trên xe gắn máy 18

2.2.1 Cấu tạo máy phát điện xoay chiều 18

2.2.2 Nguyên lý sinh ra điện 19

2.2.3 Nguồn điện xoay chiều được đổi thành điện một chiều 20

2.3 Accu 20

2.3.1 Nhiệm vụ và phân loại Accu 20

2.3.1.1 Nhiệm vụ 20

2.3.1.2 Phân loại Accu 21

2.3.2 Cấu tạo của Accu chì axit loại kín 23

2.3.2.1 Cấu tạo chung 23

2.3.2.2 Sự khác biệt cơ bản trong cấu tạo giữa VRLA và Accu truyền thống 25

2.3.2.3 Ưu điểm của Accu kín kiểu SLA và VRLA 26

2.3.3 Quá trình điện hóa trong Accu chì axit loại kín 26

2.3.4 Chế độ nạp và phóng của Accu 27

2.3.4.1 Các phương pháp nạp truyền thống 27

2.3.4.2 Nguyên lý phương pháp nạp xung và mạch nạp 29

2.3.4.3 Kiểm tra nhận biết trạng thái nạp 31

2.4 Nguyên lý hoạt động và đặc tính của máy điện DC 31

2.4.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều 31

2.4.1.1 Phần tĩnh (stator) 32

2.4.1.2 Phần quay (rotor) 33

2.4.2 Phân loại và mô tả đặc tính động cơ điện một chiều 33

2.4.2.1 Phân loại 33

2.4.2.3 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp và kích từ hỗn hợp 36

2.4.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều 39

2.4.3.1 Điều khiển tốc độ động cơ điện bằng điện trở phụ mạch phần ứng 39

2.4.3.2 Điều khiển tốc độ động cơ điện bằng từ thông kích thích: 41

2.4.3.3 Điều khiển tốc độ động cơ điện bằng điện áp phần ứng: 43

2.4.3.4 Điều khiển tốc độ động cơ điện bằng điều chế độ rộng xung: 44

2.5 Linh kiện điện tử 46

2.5.1 IC LM2907: 46

2.5.2 IC TL084: 47

2.5.3 IC TL494: 48

2.5.4 Cảm biến tiệm cận Fotek PM12-02P-S: 50

2.5.5 IC PC923: 51

2.5.6 IC PC817: 51

Chương 3 52

GIẢI PHÁP KỸ THUẬT 52

3.1 Chọn xe gắn máy thực nghiệm 52

3.1.1 Các thông số cơ bản của xe Attila đời 2002 53

3.1.2 Cấu tạo cơ cấu truyền động trên xe Attila 55

3.2 Giải pháp phối hợp truyền động giữa động cơ điện và động cơ xăng 56

3.3 Chọn động cơ điện 56

3.3.1 Chọn loại động cơ điện 56

3.3.2 Chọn mức điện áp cấp cho động cơ điện 59

3.4 Chọn vị trí lắp đặt động cơ điện trên xe 60

3.5 Giải pháp truyền động từ động cơ điện đến bánh xe 62

3.6 Giải pháp điều khiển động cơ điện 63

3.7 Giải pháp khối lưu trữ điện cấp cho động cơ điện 63

3.8 Tính toán các thông số động lực học của xe lai 64

Chương 4 67

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 67

4.1 Xác định các vị trí cải tạo trên xe 67

4.2 Xác định thông số, lựa chọn Accu và bố trí Accu 68

4.2.1 Yêu cầu kỹ thuật của Accu 68

4.2.2 Chọn Accu 68

4.2.3 Bố trí Accu 69

4.3 Thiết kế và chế tạo cơ cấu truyền động của động cơ điện 70

4.3.1 Thiết kế và gia công hộp truyền động 70

4.3.1.1 Vỏ hộp truyền động 70

4.3.1.2 Chốt định vị : 72

4.3.1.3 Gia công trục và bánh răng của hộp truyền động trung gian : 72

4.3.2 Thiết kế và gia công khớp truyền động một chiều 75

4.3.3 Thiết kế và gia công các tấm định vị cơ cấu truyền động 77

4.3.4 Gia công chế tạo 79

4.3.4.1 Chọn vật liệu 79

4.3.5 Lắp ráp cơ cấu truyền động của động cơ điện 80

4.4 Cải tạo lốc máy 81

4.4.1 Cải tạo phần sau lốc máy 81

4.4.2 Cải tạo nắp hộp truyền động trên xe 83

4.4.3 Lắp cơ cấu truyền động vào xe 84

4.5.1 Sơ đồ khối các mạch điều khiển 85

4.5.2 Sơ đồ nguyên lý và chức năng từng khối 86

4.5.2.1 Khối GEAR BOX: 86

4.5.2.2 Khối SENSOR1: 86

4.5.2.3 Khối SENSOR2: 86

4.5.2.4 Khối FVC1: 86

4.5.2.5 Khối FVC2: 87

4.5.2.6 Khối so sánh và PID: 90

4.5.2.7 Khối PWM: 96

4.5.2.8 Khối MOTOR DRIVER: 96

4.5.2.9 Khối MOTOR POWER và khối Current Limiting: 97

4.5.3 Qui trình gia công và lắp đặt 100

Chương 5 101

THỰC NGHIỆM - KẾT LUẬN 101

5.1 Thực nghiệm 101

5.1.1 Kiểm tra các bộ phận trước khi chạy thực nghiệm 101

5.1.1.1 Kiểm tra cơ cấu truyền động của động cơ điện 101

5.1.1.2 Kiểm tra hoạt động của các mạch điện điều khiển động cơ điện 101

5.1.2 Chạy thử xe trên đường và đo mức tiêu hao nhiên liệu 103

5.1.2.1 Điều kiện thử 103

5.1.2.2 Kết quả: 104

5.1.3 Thử khoảng cách chạy ở chế độ lai liên tục 105

5.1.3.1 Tiến hành thử: 105

5.1.3.2 Kết quả: 105

5.1.4 Thử tiêu hao năng lượng điện khi nạp lại Accu 105

5.1.4.1 Các bước tiến hành thử: 105

5.1.4.2 Kết quả: 106

5.1.5 Đo khối lượng xe hoàn chỉnh: 106

5.1.6 Thử an toàn các bộ phận điện 106

5.1.7 Thử mạch bảo vệ quá dòng 106

5.1.7.1 Tiến hành thử 106

5.1.7.2 Kết quả 106

5.2 Kết luận 107

5.3 Khuyến nghị 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

PHỤ LỤC 110

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Điện thế và dung lượng một số loại Accu 23Bảng 2.2: Bảng đối chiếu trạng thái Accu 31Bảng 4.1: Thông số và kích thước cơ bản của Accu 68

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 1.1: Một mẫu xe hybrid của hãng Toyota 4

Hình 1.2 : Hệ thống hybrid nối tiếp 5

Hình 1.3 : Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid nối tiếp 5

Hình 1.4 : Hệ thống hybrid song song 7

Hình 1.5 : Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid song song 7

Hình 1.6 : Hệ thống hybrid hỗn hợp 8

Hình 1.7 : Sơ đồ truyền động hệ thống hybrid hỗn hợp 8

Hình 1.9: eCycle hybrid 10

Hình 1.8: Honda hybrid scooter 10

Hình 1.10: Mẫu xe FA – 801 (Hybrid 80CC – 500 W) 12

Hình 2.1: Cấu tạo và sơ đồ truyền lực 14

Hình 2.2: Sơ đồ truyền lực ở tốc độ cầm chừng 15

Hình 2.3: Sơ đồ truyền lực ở chế độ khởi động và tốc độ thấp 15

Hình 2.4: Sơ đồ truyền lực ở tốc độ trung bình 16

Hình 2.5: Sơ đồ truyền lực ở tốc độ cao 17

Hình 2.6: Sơ đồ truyền lực ở chế độ tải nặng , leo dốc hoặc lên ga đột ngột 18

Hình 2.7: Cấu tạo máy phát điện trên xe Attila 19

Hình 2.8: Accu kiểu SLA 22

Hình 2.9: Cấu tạo chung một loại Accu axit chì loại kín 24

Hình 2.10: Cấu tạo Accu axit chì loại kín kiểu VRLA của GS Battery 25

Hình 2.11: Các quá trình điện hóa trong Accu chì axit loại kín 27

Hình 2.12: Đặc tuyến dòng điện nạp Accu phương pháp truyền thống 27

Hình 2.13: Đặc tuyến dòng nạp theo phương pháp 2 nấc 28

Hình 2.14: Nguyên lý phương pháp nạp xung 29

Hình 2.15: Mặt cắt dọc và cắt ngang của động cơ điện một chiều điển hình 32

Hình 2.16: Sơ đồ đấu dây động cơ điện 34

Hình 2.17: Sơ đồ nối dây động cơ điện kích từ độc lập và song song 34

Hình 2.18: Đặc tính động cơ điện một chiều kích từ độc lập 36

Hình 2.19: Sơ đồ đấu dây động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 37

Hình 2.20: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ động cơ điện DC kích từ nối tiếp 37

Hình 2.21: Sơ đồ đấu dây động cơ điện kích từ hỗn hợp 38

Hình 2.22: Đặc tính cơ điện và đặc tính cơ động cơ điện kích từ hỗn hợp 39

Hình 2.23: Điều khiển tốc độ động cơ điện kích từ song song 40

Hình 2.24: Sơ đồ nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ điện kích từ nối tiếp 41

Hình 2.25: Nguyên lý điều chỉnh bằng từ thông của động cơ điện một chiều 42

Hình 2.26: Đặc tính điều chỉnh bằng từ thông của động cơ điện một chiều 42

Hình 2.27: Đặc tính cơ điều chỉnh tốc độ động cơ điện bằng điện áp phần ứng 44

Hình 2.28: Điều chế độ rộng xung 45

Hình 3.2: Cấu tạo cơ cấu truyền động của xe Attila 55

Hình 3.3: Ảnh chụp động cơ điện tại cửa hàng bán động cơ điện tại Tp.HCM 57

Hình 3.4: Một số loại động cơ điện của hãng Sanyo Denki 58

Hình 3.5: Đường đặc tính động cơ điện 59

Hình 3.6: Vị trí lắp động cơ điện nhìn ngang 61

Hình 3.7: Vị trí lắp động cơ điện nhìn từ phía sau 61

Hình 3.8: Sơ đồ khối cơ cấu truyền động của động cơ điện 62

Hình 4.1: Các vị trí cải tạo trên xe Attila 67

Hình 4.2: Accu Delkor NT50-N24MF 69

Hình 4.3: Bản vẽ gia công mặt bên ngoài của hộp truyền động 71

Hình 4.4: Bản vẽ gia công mặt bên trong của hộp truyền động 71

Hình 4.5: Sơ đồ khối hai mặt bên của hộp truyền động 72

Hình 4.6: Chốt định vị 72

Hình 4.7: Bản vẽ lắp cơ cấu truyền động xe Attila 73

Hình 4.8: Các trục và bánh răng của hộp truyền động sau khi cải tạo 74

Hình 4.9: Sơ đồ khối hộp truyền động trung gian sau khi gia công và lắp ráp 74

Hình 4.10: Ly hợp khởi động trên xe máy 75

Hình 4.11: Bản vẽ lắp ly hợp khởi động trên xe máy 76

Hình 4.12: Sơ đồ khối khớp truyền động một chiều sau khi cải tạo 76

Hình 4.13: Bản vẽ lắp khớp truyền động một chiều sau khi cải tạo 77

Hình 4.14: Tấm định vị lắp với hộp bánh răng 78

Hình 4.15: Tấm định vị lắp với động cơ điện 78

Hình 4.16: Chốt định vị M14 78

Hình 4.17: Sơ đồ khối cơ cấu truyền động của động cơ điện sau khi lắp ráp 81

Hình 4.18: Bản vẽ lắp lốc máy xe Attila 82

Hình 4.19: Phần sau của lốc máy trước khi cải tạo 82

Hình 4.20: Phần sau của lốc máy sau khi cải tạo 83

Hình 4.21: Nắp hộp truyền động trước khi cải tạo 83

Hình 4.22: Nắp hộp truyền động sau khi cải tạo 84

Hình 4.23: Cơ cấu truyền động của động cơ điện sau khi lắp vào xe 85

Hình 4.24: Sơ đồ khối các mạch điều khiển 85

Hình 4.25: Cảm biến tiệm cận Fotek PM12-02P-S 86

Hình 4.26: Sơ đồ nguyên lý khối FVC1 87

Hình 4.27: Sơ đồ nguyên lý khối so sánh và PID 91

Hình 4.28: Sơ đồ nguyên lý khối PWM 96

Hình 4.29: Sơ đồ nguyên lý khối công suất và bảo vệ quá dòng 97

Hình 4.30: Các mạch điện và Accu sau khi lắp vào xe 100

Hình PL -1: Bản vẽ lắp cơ cấu truyền lực của động cơ điện 110

Hình PL - 2: Hình dáng của xe sau khi cải tạo 111

Hình PL - 3: Bảng thông số kỹ thuật động cơ điện 111