Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô điện

Tên đề tài luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô điện” cô giáo trong Khoa Kỹ thuật Ô tô – MĐL, Trường Đại học Kỹ

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: Phạm Thị Thanh Dung

Học viên: Lớp Cao học K19 Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp TháiNguyên

Tên đề tài luận văn thạc sỹ: “Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế

hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô điện”

cô giáo trong Khoa Kỹ thuật Ô tô – MĐL, Trường Đại học Kỹ thuật Công

nghiệp, Đại học Thái Nguyên và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy

giáo PGS.TS Lê Văn Quỳnh và sự nỗ lực của bản thân, đề tài của em đã được

hoàn thành đáp ứng được nội dung đề tài thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân em Các sốliệu, kết quả có trong Luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trongbất kỳ một công trình nào khác trừ công bố của chính tác giả

Thái Nguyên, ngày… tháng… năm 2019

Học viên

Phạm Thị Thanh Dung

Kett noii com kho taiti lieuliii mieni phii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp TháiNguyên, Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô và Máy động lực đã cho phéptôi thực hiện luận văn này Xin cảm ơn Phòng Đào tạo và Khoa kỹ thuật Ô tô

và Máy động lực về sự hỗ trợ và giúp đỡ trong suốt quá trình tôi học tập vàlàm luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Lê Văn Quỳnh đã hướng dẫn tôihết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoànthành luận văn

Tôi xin cảm ơn lãnh đạo, các đồng nghiệp tại Cơ quan nơi tôi công tác

đã tạo điều kiện và động viên tôi trong suốt quá trình học tập

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy phản biện, các thầytrong hội đồng chấm luận văn đã đồng ý đọc duyệt và góp các ý kiến quý báu

để tôi có thể hoàn chỉnh luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình và bạn bè,những người đã động viên khuyến khích tôi trong suốt thời gian tôi học tập

Tuy nhiên do còn có hạn chế về thời gian cũng như kiến thức của bảnthân nên đề tài của tôi có thể còn nhiều thiếu sót Tôi rất mong nhận được sựgóp ý để luận văn được hoàn thiện hơn

Học viên

Phạm Thị Thanh Dung

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT viii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3

1.1 Thực trạng về nguồn nhiên liệu, ô nhiễm môi trường và phát triển ô tô điện 3

1.1.1 Thực trạng về nguồn nhiên liệu, ô nhiễm môi trường 3

1.1.2 Phát triển ô tô điện[29] 7

1.2 Tổng quan về xe ô tô điện 8

1.2.1 Giới thiệu chung 8

1.2.2 Lịch sử và sự phát triển[26] 8

1.2.3 Đặc điểm cấu tạo 10

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài 17

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 17

1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài 20

1.4 Phương pháp và phạm vi nghiên cứu của luận văn 22

1.5 Kết luận chương 22

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE Ô TÔ ĐIỆN 23

2.1 Dao động và độ êm dịu chuyển động 23

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động 26

2.2.1 Cường độ dao động 26

2.2.2 Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động 27

-noi.com kho tai lieuiv mien phi

2.2.3 Đánh giá cảm giác theo công suất dao động 29

2.3 Xây dựng mô hình dao động 30

2.4 Thiết lập hệ phương trình vi phân cho cơ hệ 32

2.4.1 Khối lượng được treo 33

2.4.2 Khối lượng của động cơ 34

2.4.3 Khối lượng không được treo 35

2.5 Phân tích và lựa chọn kích thích dao động từ mấp mô mặt đường 36

2.5.1 Mấp mô mặt đường hình sin 36

2.5.2 Mấp mô mặt đường ngẫu nhiên xác định bằng thực tế 37

2.5.3 Mấp mô mặt đường dạng ngẫu nhiên ISO 41

2.6 Kết luận: 43

CHƯƠNG 3 : MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG HỆ THỐNG TREO ĐẾN ĐỘ ÊM DỊU CHUYỂN ĐỘNG Ô TÔ ĐIỆN 45

3.1.Mô phỏng cơ hệ dao động 45

3.2 Mô phỏng các trường ảnh hưởng đến độ êm dịu chuyển động 48

3.3 Kết luận: 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam[2] 3

Hình 1.2 Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát thải chính của Việt Nam năm 2011[2] 4

Hình 1.3 Lượng khí thải CO do các phương tiện cơ giới đường bộ gây ra[2] 4 Hình 1.4 Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm do các phương tiện 5

cơ giới đường bộ gây ra[2] 5

Hình 1.5 Tỷ lệ ô tô, xe máy theo số năm sử dụng tại Hà Nội năm 2011[2] 6

Hình 1.6 EV by Thomas Davenport (1834) 8

Hình 1.7 Sự phát triển của xe điện [26] 10

Hình 1.8 Cấu tạo ô tô điện cơ bản 10

Hình 1.9 Các kiểu bố trí động cơ điện trên xe ô tô điện 11

Hình 1.10 Xe sử dụng motor dẫn động đầu tiên trên thế giới[28] 13

Hình 1.11 Hình ảnh tổng quan mô tơ điện tích hợp trong bánh xe[] 14

Hình 1.12 Cấu tạo của bánh xe tích hợp động cơ điện 15

Hình 1.13 Mô-tơ điện trong bánh xe, nhưng cũng là máy phát để thu hồi động năng khi phanh 15

Hình 1.14 Bánh xe gắn mô-tơ yêu cầu độ kín khít, cách điện 16

Hình 1.15 Mô hình bánh xe eConer của Siemens 16

Hình 2.1 Các dạng dao động của thân xe 23

Hình 2.2 Hệ thống "Đường-Xe-Người" 25

Hình 2.3 Giới hạn tác động của dao động thẳng đứng 29

Hình 2.4 Mô hình cấu tạo động cơ điện tích hợp trong bánh xe [22] 30

Hình 2.5 Sơ đồ bố trí các thông số hệ thống treo ô tô và động cơ điện[22] 31

Hình 2.6 Mô hình động lực học của cơ hệ[22] 32

Hình 2.7 Các lực tác dụng lên khói lương được treo 33

Hình 2.8 Hình ảnh minh họa lực kích thích động cơ điện 34

Hình 2.9 Lực tác dụng lên khối lượng không được treo 35

Ket t - - noi i com kho tai ti lieu livi mien i phi i

Hình 2.10 Hàm điều hoà của mấp mô 36

Hình 2.11 Sơ đồ đo mấp mô mặt đường và xử lý kết quả đo[6] 38

Hình 2.12 Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 1) 39

Hình 2.13 Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 1) 39

Hình 2.14 Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn (đoạn 2) 40

Hình 2.15 Kết quả đo mấp mô mặt đường quốc lộ 1A đoạn đường Hà Nội Lạng Sơn đã qua xử lý (đoạn 2) 40

-Hình 2.16 Chiều cao mấp mô mặt đường theo tiêu chuẩn ISO A (mặt đường

Hình 3.1 Sơ đồ khối mô phỏng trong Matlab/simulink 47

Hình 3.2 So sánh gia tốc theo phương thẳng đứng thân xe điện trong có kểđến kích thích động cơ điện và không kể đến kích thích của động cơ điện 48

Hình 3.3 So sánh gia tốc theo phương thân xe trong trường hợp có trang bị vàkhông trang bị hệ thống treo động cơ điện bánh xe 49

Hình 3.4 Các gia tốc bình phương trung bình khi K thay đổi 51

Hình 3.5 Các gia tốc bình phương trung bình khi C thay đổi 53

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1 27

Bảng 2.2 Các lớp mấp mô mặt đường phân loại theo tiêu chuẩn ISO 8068[15]42

Bảng 3.1 Bảng thông số kỹ thuật của xe điện[22] 46

Bảng 3.2 Các g ia tốc bình phương trung bình thân xe khi K thay đổi 50

Bảng 3.3 Các gia tốc bình phương trung bình khi C thay đổi 52

Kett noii com kho taiti lieuliviii mieni phii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

hiệu

m s kg Khối lượng được treo

m e kg Khối lượng của động cơ điện

m ff kg Khối lượng khung xe phía trước

m t kg Khối lượng không được treo

k s N/m Độ cứng hệ thống treo chính

k e N/m Độ cứng đệm cách dao động động cơ điện

k r N/m Độ cứng hệ thống treo động cơ điện

x 3 M chuyển vị theo phương thẳng đứng của thân xe

x 2 M Chuyển vị của động cơ điện theo phương thẳng đứng

x 1 M Chuyển vị của khôid lượng không được treo theo phương

Kett noii com kho taiti lieuli1 mieni phii

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, chúng ta biết rằng nâng cao độ êm dịu chuyển động ô tô cóvai trò rất quan trọng nhằm nâng cao tính tiện nghi và tính cạnh tranh của cáchãng ô tô Nâng cao độ êm dịu chuyển động cũng như giảm tác động xuất trênmặt đường giao thông, nhiều nghiên cứu đã đề cấp đối với xe ô tô và xechuyên dùng với nguồn động lực từ động cơ đốt trong và mô hình dao độngchủ yếu dựa vào nguồn kích thích đầu vào là mấp mô mặt đường Mặt khácdao động xe điện và xe lai điện được trình bày trong các nghiên cứu trướcđây, mô hình dao động chỉ xem xét một nguồn kích thích từ động cơ điện

bánh xe hoặc mấp mô mặt đường Chính vì vậy em đã chọn đề tài ‘Nghiên cứu ảnh hưởng của thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô điện’ sử dụng mô hình hai nguồn kích thích kết hợp dưới sự

hướng dẫn khoa học thầy giáo PGS TS Lê Văn Quỳnh

Ý tưởng chính trong đề tài này là đề xuất mô hình dao động với hainguồn kích thích mặt đường và động cơ điện tại bánh xe Từ đó phân tích ảnhhưởng thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tôđiện cũng như lựa chọn được vùng giá trị thông số tối ưu cho hệ thống treo

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Phân tích ảnh hưởng thông số thiết kế hệ thống treo ô tô điện đến độ êmchuyển động, từ đó lựa chọn được vùng giá trị thông số tối ưu cho hệ thốngtreo có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao Ngoài ra kết quả đề tài sẽ góp phần

bổ sung cho cơ sở lý thuyết hoàn thiện thiết hệ thống treo xe ô tô điện

Đối tượng nghiên cứu

Hệ thống treo và ô tô điện

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng kết hợp phân tích ảnh hưởng củathông số thiết kế hệ thống treo đện độ êm dịu chuyển động của ô tô điện

Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi của đề tài, một mô hình dao động một phần tư của xeđược thiết lập và mô phỏng dưới hai nguồn kích thích dao động

Nội dung nghiên cứu:

Nội dung chính của luận văn như sau:

Chương 1 Tổng quan về đề tài nghiên cứu;

Chương 2 Phân tích đánh giá dao động và xây dựng mô hình dao động

xe ô tô điện;

Chương 3 Mô phỏng và phân tích.

Qua đây cho phép tôi được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáoPGS TS Lê Văn Quỳnh người hướng dẫn khoa học trực tiếp tôi trong suốtthời gian làm luận văn Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy trong khoa

Kỹ thuật Ô tô-MĐL, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp- Đại học TháiNguyên đặc biệt thầy ThS Bùi Văn Cường đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận vănnày

Do điều kiện vừa nghiên cứu vừa công tác cũng như hạn chế về mặt thờigian cũng như mặt kiến thức chắc chắn luận văn không thể tránh khỏi sự thiếuxót, rất mong được sự đóng góp ý bổ sung thêm của quý thầy, cô giáo và cácbạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019

HỌC VIÊN

Phạm Thị Thanh Dung

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Thực trạng về nguồn nhiên liệu, ô nhiễm môi trường và phát triển ô

tô điện 1.1.1 Thực trạng về nguồn nhiên liệu, ô nhiễm môi trường

Theo số liệu thống kê cuối năm 2011, số xe ô tô trên thế giới có khoảngtrên 1,015 tỷ xe đang lưu hành, tăng 3,6% so với con số 980 triệu xe vào cuốinăm 2009 và chủ yếu tập trung ở các nước phát triển như Mỹ (239,8 triệu xe),Trung Quốc (78 triệu xe), Nhật Bản (73,9 triệu xe) Tính trung bình, cứ 6,75người lại có một người đang sở hữu ô tô Ở Việt Nam, số lượng ô tô đang tăngrất mạnh Tính tới tháng 3 năm 2009 thì số lượng ô tô tại Việt Nam là khoảng

990 nghìn chiếc và tập trung chủ yếu ở hai thành phố lớn là TP Hồ Chí Minh

và Thủ đô Hà Nội như trên hình 1.1 Theo thống kê mới nhất của Cục Đăngkiểm Việt Nam, số lượng xe ô tô tính đến tháng 6 năm 2011 là 1,428 triệu xe[2]

Hình 1.1 Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam[2].

Với tốc độ tăng trung bình khoảng 10% số lượng xe ô tô như hiện naychính là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường cũng như lượng tiêu thụ nhiênliệu Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2011, hoạt động giao thông đónggóp gần 85% lượng khí CO, 95% lượng VOCs trên toàn quốc và chiếm

khoảng 70% nguồn gây ô nhiễm không khí ở các khu đô thị lớn thể hiện trên hình 1.2 [2].

Hình 1.2 Tỷ lệ phát thải các khí gây ô nhiễm theo các nguồn phát thải

chính của Việt Nam năm 2011[2].

Tại các đô thị, giao thông vận tải là nguồn gây ô nhiễm lớn nhất đối vớikhông khí, đặc biệt là sự phát thải các khí CO, VOC, NO2 Lượng khí thải nàytăng lên hàng năm cùng với sự phát triển về số lượng và các phương tiện giaothông đường bộ như trên hình 1.3 [2]

Hình 1.3 Lượng khí thải CO do các phương tiện cơ giới đường bộ gây

ra[2].

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

5

Xét trên từng phương tiện tham gia giao thông thì lượng khí thải từ xemáy là tương đối nhỏ, trung bình một xe máy xả ra lượng khí thải chỉ bằng1/4 so với xe ô tô con Tuy nhiên do số lượng xe máy tham gia giao thôngchiếm tỷ lệ lớn hơn và chất lượng nhiều loại xe đã xuống cấp nên xe máy vẫn

là nguồn đóng góp chính các loại khí ô nhiễm, đặc biệt đối với các khí thảinhư CO và VOCs Trong khi đó, xe tải và xe khách các loại lại thải nhiều SO2

và NO2 (Hình 1.4) [2]

Hình 1.4 Tỷ lệ phát thải các chất ô nhiễm do các phương tiện

cơ giới đường bộ gây ra[2].

Với mật độ các loại phương tiện giao thông lớn, chất thải các loạiphương tiện giao thông kém và hệ thống giao thông chưa tốt thì lượng khí thảigây ô nhiễm môi trường không khí từ giao thông vận tải đang có xu hướng giatăng Xe ô tô, xe máy ở Việt Nam bao gồm nhiều chủng loại Nhiều xe đã quanhiều năm sử dụng nên có chất lượng kỹ thuật thấp, có mức tiêu thụ nhiênliệu và nồng độ chất độc hại trong khí xả cao, tiếng ồn lớn Ngay tại các thànhphố lớn, tỷ lệ những xe đã qua sử dụng nhiều năm vẫn cao thể hiện trong hình1.5 [2]

Hình 1.5 Tỷ lệ ô tô, xe máy theo số năm sử dụng tại Hà Nội năm 2011[2].

Vì vậy với điều kiện cơ sở hạ tầng giao thông, số lượng, chất lượng cácphương tiện giao thông như ở Hà Nội nói riêng và Việt Nam nói chung thì vấn

đề tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường do khí thải gây ra vẫn đang làmột trong những vấn đề được Nhà nước, các tổ chức quan tâm nhất để cảithiện môi trường cũng như năng lượng

Trong những năm qua, Nhà nước phải dùng ngân sách để bù lỗ choxăng dầu để đảm bảo ổn định giá mặt hàng thiết yếu này nhằm ổn định giá cảcủa các mặt hàng khác Tuy nhiên hiện nay giá dầu thô trên thế giới không ổnđịnh, vì thế Nhà nước không còn khả năng bù lỗ, giá xăng dầu đã tăng vàtrong tương lai, mức độ tăng giá xăng dầu sẽ ngày càng mạnh mẽ hơn donguồn dự trữ dầu thô đã cạn kiệt Việc sử dụng nhiên liệu khí thay cho nhiênliệu lỏng truyền thống là giải pháp hữu hiệu nhằm giảm bớt sự lệ thuộc vàodầu mỏ hiện nay

Với sự phát triển của ngành công nghiệp hiện đại, khoa học ngày càngđược cải tiến để phù hợp với nhu cầu của thời đại, ngành công nghiệp ô tô vẫnkhông ngừng phát triển, tìm tòi các công nghệ mới để áp dụng trên ô tô phùhợp xu thế của ngày nay là bảo vệ môi trường và tiết kiệm nhiên liệu

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

7

1.1.2 Phát triển ô tô điện[29]

Thế giới nói chung, Việt Nam nói riêng nguồn nhiên liệu hóa thạch dầnkhan hiếm hiếm, môi trường ô nhiếm, giá xăng tăng cao ô tô điện sẽ dầnthay thế cho các phương tiện khác đốt trong bằng xăng, dầu Xu hướng pháttriển ô tô điện đã trở thành làn sóng mạnh mẽ trên toàn thế giới, các quốc gianhư Thái Lan, Indonesia rồi tới cả Campuchia cũng đều đang tích cực đi theo

xu thế này

Chương trình phát triển ô tô điện tiếp tục được chính phủ Indonesia đẩymạnh phát triển thông qua việc khuyến khích, thúc giục các doanh nghiệp nộiđịa tiến hành hợp tác với các quốc gia công nghệ cao để tới năm 2018 có thểcho ra đời những sản phẩm ô tô điện hoàn hảo

Được biết Indo đã triển khai chương trình ô tô điện quốc gia từ năm

2012 với mục tiêu sản xuất xe xanh hàng loạt Tới năm 2014 thì những chiếc

ô tô điện đầu tiên của Indo ra mắt, tuy nhiên vì chưa đáp ứng được những mục tiêu đặt ra nên chúng tiếp tục được tiến hành nghiên cứu, phát triển

Ở khu vực Đông Nam Á, Thái Lan còn mong muốn trở thành một trungtâm sản xuất ô tô điện hàng đầu thế giới Tận dụng ưu thế sẵn có của ngànhcông nghiệp ô tô Thái Lan đã có những kế hoạch để đào tạo nhân lực, chuẩn

bị cơ sở vật chất và đưa ra nhiều chính sách ưu đãi thu hút đầu tư vào côngcuộc sản xuất ô tô điện Cùng với đó nước này cũng đang nghiên cứu chế tạopin nhiên liệu và các công nghệ sạc

Các quốc gia tiến bộ đều đã nhìn ra được phát triển ô tô điện đã trởthành một tất yếu, sự diệt vong của ô tô động cơ đốt sẽ là trong một sớm mộtchiều: ở Na Uy ô tô chạy bằng xăng và diesel sẽ chính thức bị cấm sử dụngvào năm 2025, Hà Lan cũng đề xuất cấm bán xe động cơ đốt từ năm 2025 TạiĐức, quy định tới năm 2030 toàn bộ xe hơi đăng ký mới phải là xe không khíthải

Về lâu về dài, xe điện sẽ có rất nhiều lợi thế Sử dụng xe tải điện có thểgiúp tiết kiệm 25 triệu đồng cho 10.000 km vận tải và giảm tới 30% chi phíbảo hành so với xe sử dụng động cơ dầu Hơn nữa những khó khăn về khả

năng tích điện, thời gian sạc được giải quyết bởi sự phát triển của công nghệngành ô tô điện.

1.2 Tổng quan về xe ô tô điện

1.2.1 Giới thiệu chung

Xe ô tô điện sử dụng động cơ điện cho lực kéo; acquy, pin nhiên liệucung cấp nguồn năng lượng tương ứng cho động cơ điện

Xe 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, độclập với nguồn năng lượng từ dầu mỏ, yên tĩnh và hoạt động trơn tru Cácnguyên tắt hoạt động cơ bản giữa ô tô điện và phương tiện sử dụng động cơđốt trong tương tự nhau.Tuy nhiên, một số khác biệt giữa phương tiện sử dụngđộng cơ đốt trong và ô tô điện, chẳng hạn như sử dụng một bình nhiên liệu sovới nguồn pin, động cơ đốt trong so với động cơ điện, và khác nhau về yêucầu truyền dẫn

1.2.2 Lịch sử và sự phát triển[26]

Chiếc xe ôtô điện đầu tiên đã được phát minh vào năm 1834 bởiDavenport Trong suốt những thập kỷ nửa sau thế kỷ 19, nhiều công ty đã sảnxuất ô tô điện ở Hoa Kỳ, Anh, và Pháp Những xe ô tô đầu tiên mà con người

sử dụng là ô tô điện Tuy nhiên, do những hạn chế về công nghệ ắc quy và đặcbiệt là do sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ động cơ đốt trong, ô tô điện đãdần bị thay thế và hầu như không còn tồn tại từ sau những năm 1930

Hình 1.6 EV by Thomas Davenport (1834)

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

9

Cùng với thời gian, một số mẫu EV cũng được một vài hãng xe pháttriển, ví dụ như chiếc Peugeot VLV vào năm 1941, chiếc Ford Transit vàonăm 1970, v.v… Đến đây thì có lần mình đã từng nghĩ, tại sao xe điện ra đờisớm như vậy rồi mà phải mãi tới thời gian gần đây, EV mới đánh dấu sự quaytrở lại thị trường ôtô và thu hút sự chú ý của dư luận

Để giải thích cho điều này thì mình rút ra được một số điều như sau :

 Trong giai đoạn đầu xe điện ra đời, xăng dầu lúc ấy vẫn có giá rất rẻ,các vấn đề về ô nhiễm môi trường vẫn còn bị xem nhẹ nên dẫn đến việc cácloại xe ôtô chạy động cơ truyền thống chiếm được ưu thế lớn so với xe điện

 Thêm vào đó, giai đoạn này, chưa có sự đột phá trong công nghệ pin

&

ắc quy Do đó, các loại xe điện chủ yếu vẫn dùng ắc quy axit chì (AcidPlomb) dẫn đến việc không có hiệu năng đáng kể, dự trữ năng lượng kém,quãng đường chạy được rất ngắn so với xe truyền thống, gặp nhiều vấn đề về

sự xuống cấp của ắc quy

Tất cả các ý trên dẫn đến sự biến mất của xe điện trong giai đoạn 1990) Từ năm 1990 trở đi, cùng với sự đột phá về công nghệ sản xuất ắc quy,

(1921-cụ thể là việc ra đời dòng ắc quy Li-ion , sự nóng lên của trái đất, các vấn đề ônhiễm môi trường càng ngày càng không thể xem nhẹ, việc cắt giảm lượngkhí thải từ các phương tiện đi lại, cụ thể ở đây là sự quay trở lại của các dòng

EV gần như là một bước phát triển bắt buộc Thêm nữa, việc lượng dự trữ dầungày càng giảm, giá dầu bất ổn càng thúc đẩy nền công nghiệp ôtô thực hiệnbước chuyển mình để thích hợp hơn với tình hình mới Chính vì lẽ đó mà thờigian gần đấy, chúng ta bắt đầu được làm quen nhiều hơn đến các khái niệmnhư : xe chạy điện – EV, xe lai – HEV – Hybrid Electric Vehicle, PHEV –Plug-in Hybrid Electric Vehicle, Range Extender với bình xăng bổ sung haygần nhất là xe sử dụng ắc quy Hydrogen – FCV – Fuel Cell Vehicle Ở hìnhdưới đây, mình xin được giới thiệu các nấc (level) để chuyển từ một chiếc xechạy nhiên liệu thô (xăng, diesel) sang một chiếc xe chạy 100% điện (EV)[26]

Hình 1.7 Sự phát triển của xe điện [26]

1.2.3 Đặc điểm cấu tạo

Ô tô điện cơ cơ bản bao gồm hệ động lực điện, hệ thống năng lượng, và

hệ thống phụ trợ

Truyền động

cơ khí

Động cơ điện

Nguồn năng lượng

Hình 1.8 Cấu tạo ô tô điện cơ bản

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

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

a Phân tích một số sơ đồ bố trí hệ thống của xe điện

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 1.9

Hình 1.9 Các kiểu bố trí động cơ điện trên xe ô tô điện

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

tốc

Hình 1.9a 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 Nóbao 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

Hình 1.9b 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 vàgiảm bớt sự cần thiết của một ly hợp Cấu hình này không chỉ làm giảm kíchthước và trọng lượng của truyền động cơ khí, nó cũng đơn giản hoá cho conngười trong việc điều khiển xe bởi vì sự thay đổi tỉ số truyền là không cầnthiết

Hình 1.9c tương tự như hình 1.9b, 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 bántrục bánh xe chủ động Việc điều khiển càng đơn giản và chắc chắn

Hình 1.9.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 độkhác nhau khi chiếc xe chuyển hướng hay quay vòng

Hình 1.9e 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 trongbánh xe để giảm tốc độ và nâng cao mô-men động cơ

Hình 1.9f loại bỏ hoàn toàn truyền động bánh răng giữa động cơ điện

và bánh xe chủ động, đầu ra roto của một động cơ điện tốc độ thấp đặt bêntrong bánh xe có thể được kết nối trực tiếp với các bánh xe Việc kiểm soáttốc độ của động cơ điện tương đương với việc kiểm soát tốc độ của bánh xe,

và vì thế tốc độ của xe được điều khiển Tuy nhiên, việc sắp xếp đòi hỏi cácđộng cơ điện phải có mộtmô-men xoắn cao hơn để khởi động và tăng tốc xe

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

13

b Động cơ điện tích hợp bánh xe

Khi nhiên liệu hóa thạch trở thành vấn đề của toàn cầu thì các nhà sảnxuất ôtô sẽ phải tìm ra giải pháp mới trong đó hướng đi chủ yếu hiện nay là xehybrid và xe điện Với sự ra mắt của công nghệ gắn động cơ điện trực tiếp tạibánh xe có thể sẽ ra một hướng đi mới cho các nhà sản xuất ôtô trong thờigian tới.Từ ý tưởng Lohner Porsche -Chiếc xe sử dụng motor dẫn động đầutiên trên thế giới

Hình 1.10 Xe sử dụng motor dẫn động đầu tiên trên thế giới[28]

Xe sử dụng motor dẫn động trực tiếp, độc lập tại các bánh xe được viếttắt dưới tên tiếng anh “wheel motor”, “wheel hub drive”, “hub motor” hoặc

“in-wheel motor” Theo ghi nhận của thư viện mở Wikipedia thì mô hình dẫnđộng trực tiếp cho các bánh xe được cấp chứng nhận sáng chế lần đầu tiên vàonăm 1884 cho tác giả Wellington Adams của công ty điện Adam Sau đó, cácnhà sản xuất ô tô lớn tiếp tục vào cuộc đua này, vào năm 1897, FerdinandPorsche (người sáng lập hãng siêu xe Porsche) đã ứng dụng động cơ điện thaythế hoàn toàn cho động cơ đốt trong và các hệ thống truyền động Tại triểnlãm Paris Motoshow 1900 Porche đã chính thức giới thiệu mẫu xe LohnerPorsche – sử dụng 2 motor được cấp điện trực tiếp từ acquy và gắn tại

bánh xe Tuy nhiên trong những năm tiếp theo mẫu Lohner Porsche này cũngchỉ được sản xuất 300 chiếc để bán cho giới thượng lưu ở khu vực châu âu.

Hình 1.11 Hình ảnh tổng quan mô tơ điện tích hợp trong bánh xe[28]

Trải qua hơn một thế kỷ, người ta cũng không nhắc gì đến mô hình này

có lẽ do sự phức tạp và và rắc rối mà mô hình này đem lại Cho đến nhữngnăm đầu của thế kỷ 21 với sự “bức bối” của vấn đề nhiên liệu hóa thạch.Mitsubishi là nhà sản xuất đầu tiên đưa ra ý tưởng về sự trở lại của mô hìnhmotor dẫn động trực tiếp tại bánh xe với mẫu xe MiEV, tuy nhiên mô hình nàytạo được sự chú ý và hoàn thiện nhất có lẽ phải kể đến mẫu “eConer” củahãng điện tử Siemen Sau đó thì có thêm một vài nhà sản xuất khác cũng đivào nghiên cứu mô hình này như Michelin kết hợp với Peugot để cho ra mẫu

xe Peugeot BB1 (2009) hay mẫu xe điện mimi trong phố Hiriko nhưng chưa

có bất kỳ nhà sản xuất nào đưa ra thời điểm cụ thể mẫu xe này sẽ rời khỏiphòng thí nghiệm để đến tay người tiêu dùng

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

15

Hình 1.12 Cấu tạo của bánh xe tích hợp động cơ điện

Thêm nữa, mỗi bánh gắn động cơ kiểm soát độc lập góp phần nâng caokhả năng vận hành, động lực học

Hình 1.13 Mô-tơ điện trong bánh xe, nhưng cũng là máy phát để thu hồi

động năng khi phanh

Thiết kế của Protean cũng được xem như một phần trong hệ thống động lực Hybrid Từng bánh xe trang bị m- tơ điện thay vì dùng chung như trên các thiết kết hiện nay Thậm chí mẫu mà Protean đưa ra còn có thể gắn lên các xe hiện tại có đường kính bánh từ 18 đến 24 inch, chúng có khả năng làm việc độc lập hoặc kết hợp với động cơ đốt trong

Hình 1.14 Bánh xe gắn mô-tơ yêu cầu độ kín khít, cách điện

Tuy vậy, để ứng dụng trong thực tế, Protean cần giải quyết 2 vấn đề liênquan: khối lượng phần không được treo (bánh xe và mô-tơ) tăng lên ảnhhưởng đến rung ồn của xe; điều kiện làm việc phức tạp của bánh yêu cầu độkín khít, cách điện để đảm bảo khả năng vận hành ổn định

Cho đến đầu tháng 5 vừa qua, tại “Hội nghị các nhà sản xuất ô tô toàncầu 2013”- Society of Automotive Engineers World Congress, một nhà sảnxuất được biết đến với cái tên Protean đã làm tất cả ngạc nhiên khi cho biết họ

sẽ chính thức sản xuất xe gắn motor điện tại bánh xe ngay trong năm 2014 tạinhà máy mới đặt tại Trung quốc Và sau đó “gã khổng lồ” của nước Mỹ –Hãng Ford cũng cho biết đã cùng với đối tác nhà cung cấp thiết bị ô tôSchaeffler sẽ thực hiện dự án “eWheelDrive” cho các xe đi trong thành phố

Hình 1.15 Mô hình bánh xe eConer của Siemens

Cùng với đó hệ thống này sẽ được vận hành dưới dạng điện tử by-Wire), tức là không thông qua các kết cấu cơ học như hiện nay Với hệ

(Drive-Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

17

thống này, mỗi bánh xe sẽ là một cụm vận hành độc lập, ở đó có chứa mô-tơdẫn động trực tiếp lên từng bánh xe để giúp xe chuyển động từ đó loại bỏđược toàn bộ hệ thống truyền lực của xe như: ly hợp, vi sai, bánh đà, cácđăng, hộp số.Với các hệ thống hiện đại mỗi lốp xe chứa một cảm biến để điềuchỉnh áp lực của lốp xe Ngoài ra hệ thống treo sẽ được thiết kế lại để vẫnđảm bảo tính tiện nghi, êm dịu cho hành khách nhưng loại bỏ bớt các thànhphần thủy lực phức tạp do đó các mạch điện tử sẽ đóng vai trò vô cùng quantrọng

Trong luận văn này tác giả chọn sơ đồ xe điện động cơ điện đặt tại bánh

xe làm đối tượng để xây dựng mô hình dao động để nghiên cứu ảnh hưởngcủa thông số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và nước ngoài 1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ô tô điện góp phần giải quyết vấn đề ách tắc giao thông Ùn tắc giaothông tại Việt Nam đang là một vấn nạn, sự bùng nổ về số lượng xe ô tô làmột trong những nguyên nhân chính của vấn đề này Ô tô điện dĩ nhiên khôngthể giải quyết trọn vẹn bài toán phức tạp này, nhưng có thể góp một phần vàolời giải mà bấy lâu nay chúng ta đang đau đầu tìm kiếm Các công nghệ trợ láiđiện, điều khiển độc lập 4 bánh, v.v cho phép người lái điều khiển ô tô điệnrất linh hoạt, cơ động, phù hợp với các con đường nhỏ và hẹp (so với nướcngoài) ở Việt Nam Việc nhanh chóng bắt tay vào nghiên cứu ô tô điện sẽ giúpngành công nghiệp ô tô Việt Nam có khả năng tiếp cận với xu thế công nghệcủa thế giới

Trong vài năm trở lại đây, một số sản phẩm xe điện mang tính thửnghiệm đã được nghiên cứu chế tạo bởi các nhà khoa học và những nhà sángchế 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 Có thể kể ramột số sản phẩm do người Việt tự thiết kế và chế tạo, như năm 2008, ông

Trần Văn Tâm sống tại Củ Chi – thành phố Hồ Chí Minh đã tự nghiên cứu vàchế tạo xe điện 3 bánh có sức chứa 3 người, tốc độ 35km/h, sử dụng động cơmột chiều 48V – 800W, 4 ắc quy khô 12V/50Ah, chạy 40km nạp một lần.Đây là thành công đáng khích lệ đối với một nhà sáng chế nghiệp dư, tuynhiên những chỉ tiêu chất lượng của xe còn thấp, xe được chế tạo với phươngpháp mang tính kỹ thuật, chưa có hàm lượng khoa học và quy trình côngnghệ.[27]

Trong khi đó nghiên cứu ô tô điện đang rất phát triển mạnh mẽ trên thếgiới thì tại Việt Nam, vấn đề nghiên cứu về xe điện vẫn còn hạn chế, giớidoanh nghiệp cũng như các nhà làm chính sách Dưới đây là những công trìnhkhoa học nghiên cứu về xe điện và độ em dịu chuyển động trên ô tô

- Công trình [7] “Ngô Minh Ngọc, Mô hình hóa, mô phỏng điều khiển

chuyển động ô tô điện”, Luận văn thạc sỹ, 2010 ĐHBK Hà Nội” trong luận

văn này tác giả đã giới thiệu chung về xe điện Nghiên cứu hệ thống động lựchọc và xây dựng mô hình xe điện Các phương pháp nghiên cứu điểu khiểnchuyển động xe điện Mô hình hóa, mô phỏng điều khiể88n chuyển động xeđiện bằng MTATLAB/ SIMULINK Ước lượng điều khiển mặt đường dùng lýthuyết điều khiển mờ

- Luận văn thạc sỹ của tác giả Nguyễn Ngọc Khoát [8] " Nghiên cứu các phương pháp điều khiển chuyển động cho ôtô điện", Luận văn thạc sĩ Đại học

Bách khoa Hà Nội, năm 2009 Tác giả đã Giới thiệu về ôtô dùng động cơ đốttrong và động cơ điện, các loại động cơ và bộ biến đổi dùng cho ôtô điện.Nghiên cứu hiện tượng trượt trong ôtô điện, mô hình động lực học ôtô điện.Điều khiển nâng cao độ bám đường và Momen lắc cho ôtô điện

Công trình [9] Bùi Đăng Quang, Tạ Cao Minh, Khảo sát các đặc tính động lực học ô tô điện sử dụng công cụ mô phỏng ADVISOR, Bài báo Hội

nghị toàn quốc lần thứ 3 về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2015, Trongbài báo này các đặc tính động lực học của ô tô điện được khảo sát, tiếp đó

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

19

hoạt động của xe được kiểm chứng bằng công cụ mô phỏng ADVISOR Cáckết quả nhận được cho thấy các tính toán lý thuyết tin cậy được và có thể sửdụng cho các bước nghiên cứu tiếp theo của bài toán điều khiển và quản lý hệthống nguồn năng lượng

Công trình [10] Nguyễn Dũng, Nguyễn Bảo Huy, Võ Duy Thành, Tạ Cao

Minh, Mô hình hóa ô tô điện bằng phương pháp EMR với mô hình mở rộng

của tương tác bánh xe – mặt đường, Hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về Điều

khiển và Tự động hoá - VCCA-2015, này là Energetic Macroscopic

Representation (EMR) Trong bài báo này, nhóm tác giả đã thực hiện việc môhình hóa ô tô điện sử dụng phương pháp EMR, trong đó có đóng góp một môhình mở rộng của tương tác bánh xe – mặt đường Tính khả dụng của mô hìnhđược kiểm chứng bằng mô phỏng trong môi trường MATLAB/Simulink.Một số công trình liên quan đến dao động ô tô sử dụng động cơ đốt trongthông thường:

- Công trình[11] “Đào Mạnh Hùng (2005), Nghiên cứu ảnh hưởng của biên dạng mặt đường đến tải trọng tác dụng lên ô tô (sử dụng động cơ đốt trong) tại quốc lộ 1A đoạn đường Hà nội- Lạng sơn”, đề tài cấp bộ, Trường

Đại học giao thông vận tải Hà Nội

- Công trình [13] “Trịnh Minh Hoàng, khảo sát dao động ô tô dưới kích động mặt đường ngẫu nhiên, luận án thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà

nội, 2002” nghiên cứu ảnh hưởng của thông số kết cấu và điều kiện làm việccủa ôtô đến độ êm dịu chuyển động Trong luận án tác giả giải quyết bài toándao động 7 bậc tự do với kích động mặt đường là hàm phổ của Iasenko

- Công trình[14] “Lưu Văn Tuấn, Nghiên cứu dao động xe ca Ba Đình,

trên cơ sở đó để tính các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động, Luận án

Tiến sỹ MS 02-01-39, 1993 ĐHBK Hà Nội” nghiên cứu khá hoàn chỉnh daođộng của ôtô nhiều cầu Trong luận án tác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi của hệ thống treo, lốp xe với mô hình không gian và giải

quyết bài toán dao động bằng phương pháp giải tích và lập trình bằng ngôn ngữ Pascal

- Công trình[15] “Võ Văn Hường, Nghiên cứu hoàn thiện mô hình khảo sát dao động ô tô tải nhiều cầu, Luận án Tiến sỹ LA 111/05, 2004 ĐHBK Hà

Nội” nghiên cứu khá hoàn chỉnh dao động của ôtô nhiều cầu Trong luận ántác giả nghiên cứu đặc tính phi tuyến của phần tử đàn hồi của hệ thống treo,lốp xe với mô hình không gian và giải quyết bài toán dao động bằng phươngpháp Matlab Simulink

Tuy nhiên công trình nghiên cứu về lĩnh vực phân tích ảnh hưởng hệthống treo xe điện đến độ êm dịu chuyển động ô tô điện với 2 nguồn kíchthích trong lĩnh vực này vẫn hạn chế và hướng luận văn này sẽ tiến hànhnghiên cứu ảnh hưởng các trường hợp khác nhau đến độ êm dịu chuyển độngcủa xe ô tô điện và kết quả nghiên cứu sẽ bổ sung cơ sở thiết kế hệ thống treo

xe ô tô điện

1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước ngoài

Ngay nay ô tô điện trên thế giới đang rất phát triển, các nhà khoa họctrên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứ về vấn đề này, dưới đây là mộtcác công trình nghiên cứu tiêu biểu đã công bố:

Ali Ahmed Omar và Başar Özkan (2015) trong công trình nghiêncứu[16] Đánh giá hiệu quả của điện trong bánh xe Động cơ hàng loạt trên hệthống treo chủ động, Hiệu suất sử dụng tuyến tính bậc hai Phương pháp điềukhiển điều chỉnh Trong nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của khối lượngđộng cơ điện trong bánh xe đến hiệu suất hoạt động hệ thống treo bằng cách

sử dụng một trong những phương pháp điều khiển phổ biến hơn đó là Bộ điềuchỉnh bậc hai tuyến tính (LQR) khối lượng không được treo là một trongnhững thông số quan trọng ảnh hưởng đến qua trình chuyển động và độ êmdịu chuyển động

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

21

Pei-cheng SHI và các cộng sự (2016) trong công trình nghiêncứu[17], trong nghiên cứu này tác giả đã xem xét đánh giá ảnh hưởng củakhối lượng động cơ điện trong bánh xe đến dao động thân xe thông qua môhình dao động ¼ được mô phỏng trên phần mềm Matlab/simulink để đánh giá

độ êm dịu

T.Z Shi, D.F Wang và S.M Chen (2015) trong công trình nghiêncứu[18] đã đánh giá ảnh hưởng của khối lượng độngcơ điện, bằng cách xâydựng mô hình dao dao động với các khớp nối cứng đàn hồi, công trình xemxem đánh giá gia tốc bình phương trung bình, các đặc tính biên độ tần số khácnhau đến độ êm dịu cho người điều khiển

Di Tan và Qiang Wang (2016) trong công trình nghiên cứu[19] đãphân tích Ảnh hưởng của lực điện từ đến độ rung của tàu điện của hệ thống láiđộng cơ điện tích hợp trong bánh xe với ống lót cao su

Abdussalam Ali Ahmed Omar (2015) [20] trong công trình đã Đánhgiá hiệu quả của khối lượng động cơ điện trên bánh xe đối với hiệu suất của

hệ thống treo chủ động bằng phương pháp điều khiển bậc hai tuyến tính

Di Tan và cộng sự (2017) [21] công trình đã phân tích tác động của mấp

mô mặt đường và lực từ đối với khe nam châm của động cơ trong bánh xe.Mingchun Liu và cộng sự (2017) [22] trong công trình đã trình bày một

bộ giảm rung cho hệ thống treo và hệ thống treo cho động cơ điện tích hợptrong bánh xe (IWM EVs), và đã đưa ra giải pháp điều khiển tương ứng để cảithiện sự độ em dịu chuyển động Đề xuất trong bộ giảm chấn bánh xe, đượcthiết kế để triệt tiêu các rung động của động cơ, bao gồm một lò xo, ống lótcao su hình khuyên và một bộ giảm xóc có thể điều khiển được Các thông sốcủa bánh xe lò xo và ống lót cao su được xác định bằng thuật toán tối ưu hóadòng hạt cải tiến (IPSO)

1.4 Phương pháp và phạm vi nghiên cứu của luận văn

a Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết: mô phỏng kết hợp phân tích ảnh hưởng của thông

số thiết kế hệ thống treo đến độ êm dịu chuyển động của ô tô điện

b Phạm vi nghiên cứu

Trong phạm vi của đề tài, một mô hình dao động 1/4 của xe được thiết lập

và mô phỏng dưới hai nguồn kích thích dao động Các thông số của hệ thốngtreo như độ cứng và hệ số cản lần lượt được phân tích trong đề tài này Cuốicùng, bộ thông số tối ưu cho hệ thống treo được đề xuất dựa vào kết quả phântích ảnh hưởng

1.5 Kết luận chương

Trong chương 1 tác giả đã đưa ra được một số nội dung như sau:

+ Phân tích, đánh giá về ô tô điện Từ đó có thể thấy rằng xe ô tô điện

có ưu điểm nổi bật là tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện môi trường, vận hànhmạnh mẽ và yên tĩnh

+ Phân tích được tình hình nghiên cứu về ô tô điện hiện nay trong nước

và ngoài nước

+ Kết quả phân tích trong chương này đã đưa được các lập luận về cơ

sở lý thuyết cho vấn đề cần nghiên cứu về các vấn đề nghiên cứu

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

23

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ DAO ĐỘNG VÀ XÂY DỰNG

MÔ HÌNH DAO ĐỘNG XE Ô TÔ ĐIỆN 2.1 Dao động và độ êm dịu chuyển động

Khái niệm dao động:

Ô tô là một hệ dao động cơ học bao gồm nhiều khối lượng có mối liênkết với nhau và nằm trong mối liên hệ chặt chẽ với bề mặt đường có biêndạng phức tạp Trong lý thuyết ô tô khi nghiên cứu dao động ô tô thường giảthiết là khối lượng của ô tô là tập trung, được chia làm hai phần được treo vàkhông được treo Khối lượng của thân ô tô được đỡ bởi các lò xo được gọi làkhối lượng được treo, Khối lượng của cầu mang bánh xe và các chi tiết kháckhông được đỡ bởi lò xo được gọi là khối lượng không được treo

Khi xe chuyển động, thân xe có thể có các dao động theo các trục tọa

độ được nêu trong hình 2.1

Hình 2.1 Các dạng dao động của thân xe

Các dao động đó là:- Dao động xung quanh trục dọc OX (sự lắc ngang) Là sựchuyển động lắc của ô tô quanh trục dọc khi ô tô đi qua mặt đường mà mộtbánh xe bị rơi xuống ổ gà hoặc qua những đoạn đường mấp mô Đây là daođộng ảnh hưởng nhiều nhất đến độ êm dịu chuyển động và an toàn chuyểnđộng của xe

- Dao động xoay xung quanh trục ngang OY (sự lắc dọc) là dao độnglên xuống của phần trước hay phần sau ô tô quanh trục ngang đi qua trọngtâm của nó Dao động này xảy ra khi cả hai bánh xe của ô tô cùng đi qua vếtlồi hay vết lõm trên đường.

- Dao động lên xuống (sự nhún) theo trục OZ thẳng đứng Là sự chuyểnđộng lên xuống của toàn bộ xe xuất hiện khi xe chuyển động trên đườngkhông bằng phẳng

- Dao động xung quanh trục OZ (sự xoay đứng) là sự di chuyển xoaycủa thân xe sang bên trái hoặc bên phải quanh trục thẳng đứng khi xe chuyểnđộng

Các nguyên nhân gây ra dao động của ô tô:

- Độ lệch tâm và hình dạng không đồng đều của bánh xe, độ không cân bằng của các bánh xe và các chi tiết quay của động cơ, hệ thống truyền lực

- Các ngoại lực xuất hiện trong quá trình của ô tô khi tăng tốc, khi phanh, quay vòng

- Các mấp mô từ mặt đường

- Cho đến nay mấp mô biên dạng đường là nguyên nhân chính gây ra dao động của ô tô

Ảnh hưởng của dao động

- Dao động của ô tô ảnh hưởng xấu đến con người, hàng hóa chuyên trởtrên xe, đến khả năng làm việc và tuổi thọ của các cụm, các cơ cấu tổng thànhtrên xe

- Đối với cơ thể người: khi ô tô chuyển động sinh ra các tác động lênngười ngồi trên ô tô làm cho cơ thể người thực hiện những dao động riêng tắtdần và dao động cưỡng bức Dao động phức tạp này làm biến đổi tâm sinh lýgây ra cảm giác mệt mỏi, giảm năng suất làm việc và ảnh hưởng lâu dài đếnsức khỏe

- Đối với độ bền của xe: Khi ô tô dao động sẽ phát sinh các tải trọngđộng tác dụng lên khung vỏ ôtô, lên các cụm, hệ thống và các chi tiết của xecũng như bề mặt đường… ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của ôtô và

đường Theo số liệu thống kê người ta thấy rằng, khi ôtô vận tải chạy trênđường xấu gồ ghề, so với ôtô cùng loại chạy trên đường tốt bằng phẳng thì

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

25

vận tốc trung bình giảm khoảng (40÷50)%, quãng đường chạy giữa hai kỳsửa chữa lớn giảm (35÷40)%, suất tiêu hao nhiên liệu tăng (50÷70)%, năngsuất vận chuyển giảm (35÷40)%, giá thành vận chuyển tăng (50÷60)% Đốivới độ bền chi tiết ô tô thì ảnh hưởng của của dao động được thể hiện mộtcách rõ rệt Khi dao động, gia tốc dao động gây ra các tải trọng quán tính và

có thể xẩy ra hiện tượng cộng hưởng làm cho hư hỏng các chi tiết, khung vỏcủa xe[2,3]

Xem xét ảnh hưởng tổng thể "Người – Xe – Đường" : trong quá trìnhchuyển động của ô tô, do ảnh hưởng của mấp mô mặt đường, động cơ đốttrong gây nên dao động và dao động này gây ảnh hưởng không nhỏ đến sứckhỏe và sự chịu đựng của con người Để nâng cao chất lượng phục vụ conngười thì việc nghiên cứu những tác động qua lại của tổng thể "Người – Xe –Đường" là cần thiết để qua đó xác định các thông số kết cấu có ảnh hưởng đến

sự chịu đựng của con người từ đó đưa ra các giải pháp hợp lý giảm thiểu cáctác động xấu do dao động gây nên

động trên đường, dao động của xe ảnh hưởng trực tiếp đến đường thông qua

hệ thống treo Mặt khác tình trạng mặt đường ảnh hưởng trực tiếp đến conngười thông qua thân xe, ghế ngồi, hệ thống lái, hệ thống phanh Khối lượngđược treo, không được treo, khối lượng thân xe, kết cấu khung xe, kết cấu ghếngồi vv đều ảnh hưởng đến con người và mặt đường Do vậy chúng ta phảidựa trên mối quan hệ "Người – Xe – Đường" để nghiên cứu dao động của xe.Trong luận văn này, tác giả tiến hành đánh giá ảnh hưởng của điều kiện mặtđường, vận tốc chuyển động của xe và tải trọng của xe đến độ êm dịu hànhkhách

Độ êm dịu chuyển động của xe được đánh giá thông qua nhiều tiêu chíđánh giá khác nhau, hiện nay chưa một quốc gia và lãnh thổ ban hành chỉ tiêu

cụ thế nào và các chỉ tiêu đánh giá sẽ được trình bày phần sau

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

Đánh giá độ êm dịu chuyển động hiện nay các nhà nghiên sử dụng cácchỉ tiêu dưới đây để đánh giá độ êm dịu với hành khách, hàng hóa và độ êmdịu với mặt đường quốc lộ

2.2.1 Cường độ dao động

* Tiêu chuẩn VBI2057 của Đức đưa ra hệ số KB đánh giá dao động [24,11]: Theo đó ba ngưỡng được dùng để đánh giá:

- KB = 20 giới hạn êm dịu;

- KB = 50 giới hạn điều khiển;

Kett noii com kho taiti lieuli mieni phii

27

Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá: Chỉ tiêu về an toàn hàng hoá hiện nay mớichỉ thấy Hiệp hội Đóng gói Đức BFSV [15,23,24] nêu vấn đề Dựa vào đó,với nghiên cứu ảnh hưởng của dao động với đường, Mitschke đề ra ngưỡngcho an toàn hàng hoá như sau [15,24]:

2.2.2 Gia tốc bình phương trung bình theo thời gian tác động

* Theo tiêu chuẩn ISO 2631-1 [25]: đưa ra chỉ tiêu đánh giá độ êm dịuchuyển động ô tô thông qua gia tốc bình phương trung bình theo phươngthẳng đứng dựa theo vào các công trình nghiên cứu của thế giới Gia tốc bìnhphương trung bình theo phương thẳng đứng được xác định theo công thứcdưới đây:

awz - Gia tốc bình phương trung bình theo phương thẳng đứng

az - Gia tốc theo phương thẳng đứng theo thời gian

T - Thời gian khảo sát

Điều kiện chủ quan đánh giá độ êm dịu ô tô theo độ lệch gia tốc quânphương thẳng đứng ISO 2631-1 [25] dựa vào Bảng 1-1 dưới đây:

Bảng 2.1 Bảng đánh giá chủ quan độ êm dịu ô tô theo ISO 2631-1

a WZ giá trị (m 2 /s) Cấp êm dịu

< 0.315 m.s-2 thỏa mái0.315m.s-2-0.63m.s-2 Một chút khó chịu0.5m.s-2 - 1 m.s-2 Khá khó chịu