Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển xe điện cá nhân 4 bánh

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển xe điện cá nhân 4 bánh với hệ thống lái điện thông qua cảm biến góc lái sử dụng hai động cơ điện tạo nguồn động lực độc lập cho hai bánh xe trước Bánh xe sau dẫn hướng sử dụng loại bánh xe đa hướng không gây cưỡng bức động học khi xe quay vòng Sử dụng Arduino làm bộ điều khiển trung tâm để điều khiển hệ thống điện tử trên xe Tất cả hoạt động của xe sẽ được bộ xử lí trung tâm điều khiển bộ xử lí sẽ tính toán và đưa các tín hiệu điều khiển đến bộ phận chấp hành để điều khiển xe hoạt động Nghiên cứu này góp phần làm cơ sở để thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển xe điện cá nhân ở Việt Nam

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

VŨ TRƯỜNG THỊNH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE ĐIỆN CÁ NHÂN 4 BÁNH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Đà Nẵng – Năm 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

VŨ TRƯỜNG THỊNH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE ĐIỆN CÁ NHÂN 4 BÁNH

Chuyên ngành : Kỹ thuật cơ khí động lực

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của tác giả khác nếu có đều được trích dẫn đầy đủ

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

Luận văn này cho đến nay vẫn chưa hề được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo

vệ luận văn thạc sĩ nào trên toàn quốc cũng như ở nước ngoài và cho đến nay vẫn chưa hề được công bố trên bất kỳ phương tiện thông tin nào

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên đây

Tác giả luận văn ký và ghi rõ họ tên

Vũ Trường Thịnh

TÓM TẮT Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển xe điện cá nhân

4 bánh”

Học viên: Vũ Trường Thịnh Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số: 60.52.01.16 Khóa: K32 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng

Tóm tắt: Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển xe điện cá nhân 4 bánh

với hệ thống lái điện thông qua cảm biến góc lái, sử dụng hai động cơ điện tạo nguồn động lực độc lập cho hai bánh xe trước Bánh xe sau dẫn hướng, sử dụng loại bánh xe

đa hướng, không gây cưỡng bức động học khi xe quay vòng Sử dụng Arduino làm bộ điều khiển trung tâm để điều khiển hệ thống điện tử trên xe Tất cả hoạt động của xe sẽ được bộ xử lí trung tâm điều khiển, bộ xử lí sẽ tính toán và đưa các tín hiệu điều khiển đến bộ phận chấp hành để điều khiển xe hoạt động Nghiên cứu này góp phần làm cơ

sở để thiết kế, chế tạo hệ thống điều khiển xe điện cá nhân ở Việt Nam

Từ khóa: xe điện cá nhân, Arduino, cảm biến góc lái, bánh xe đa hướng, bộ phận

chấp hành

ABSTRACT Abstract: Research on the design and fabrication of electric vehicle control system,

individual 4 wheels with power steering system through the steering angle sensor, use two electric motors generate independent power source for the two front wheels After the wheels using multi- directional wheel not cause motion forced Dynamics when the electric car turns round Using the Arduino do the central controller to control the electronic system on the electric car All of the car will be the storage control center, the handle will calculate and insert the control signal to the Executive Department to control the car works This research contributes to the design, manufacturing control systems for personal electric vehicles in Vietnam

Key word: electric vehicle , Arduino , steering angle sensor, multi- directional

wheel, Executive Department

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

TÓM TẮT

MỤC LỤC

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

DANH SÁCH CÁC BẢNG

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

I Lý do chọn đề tài 1

II Mục tiêu đề tài 2

III Phạm vi và đối tượng nghiên cứu 2

1.Phạm vi nghiên cứu 2

2.Đối tượng nghiên cứu 3

IV Phương pháp nghiên cứu 3

Chương 1- TỔNG QUAN 5

1.1.Xu hướng sử dụng nhiên liệu sạch cho phương tiện giao thông 5

1.1.1.Hoàn thiện động cơ diesel 5

1.1.2.Ôtô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế 5

1.1.3.Ôtô chạy bằng khí thiên nhiên 6

1.1.4.Ôtô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG 6

1.1.5.Ôtô chạy bằng điện 7

1.1.6.Ô tô chạy bằng pile nhiên liệu 8

1.1.7.Ôtô hybrid 8

1.2.Tổng quan về xe điện cá nhân 9

1.2.1.Giới thiệu chung 9

1.2.2.Cấu hình của một số loại xe điện cá nhân 9

1.2.2.1.Cấu hình của ô tô điện 9

1.2.2.2.Cấu hình một số xe điện cỡ nhỏ 11

1.3 Nhu cầu sử dụng xe điện cá nhân 13

1.3.1 Phương tiện cá nhân 14

1.3.2 Các phương tiện công cộng 14

1.3.3 Các phương tiện dùng các lĩnh vực vui chơi giải trí, thể thao và du lịch 14

1.3.4 Các loại phương tiện phục vụ trong y tế 14

Chương 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15

2.1 Tính toán thiết kế hệ thống truyền động cho xe điện cá nhân 15

2.1.1 Tính toán các thông số động học của xe điện 21

2.1.2 Tính chọn động cơ điện 30

2.1.3 Tính chọn ắc quy 31

2.2 Phân tích động lực học xe điện cá nhân: 32

2.3 Kết quả và bàn luận Error! Bookmark not defined Chương 3- THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XE ĐIỆN CÁ NHÂN 38

3.1.Cấu trúc hệ thống điều khiển xe điện cá nhân 38

3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 38

3.1.2 Chiến thuật điều khiển 38

3.1.3 Thiết kế mạch điều khiển 39

3.2 Cảm biến 39

3.2.1 Cảm biến góc lái 40

3.2.2 Cảm biến tay ga 41

3.2.3 Cảm biến tốc độ (Encoder) 42

3.3 Cơ cấu chấp hành 44

3.4 Bộ điều khiển trung tâm 48

3.5 Thuật toán điều khiển 52

3.6 Chương trình điều khiển 52

3.6.1 Chương trình nhận tín hiệu từ cảm biến góc lái 56

3.6.2 Chương trình nhận tín hiệu từ tay ga 57

3.6.3 Chương trình nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ 57

Chương 4- KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 61

1 Kết quả 61

2 Hướng phát triển đề tài 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Ô tô chạy bằng nhiên liệu sinh học 6

Hình 1 2 Ô tô chạy bằng điện 8

Hình 1 3 Ô tô Hybrid 9

Hình 1 4 Ô tô điện cổ điển 10

Hình 1 5 Ô tô hiện đại 11

Hình 1 6 Sơ đồ xe điện cân bằng một bánh 12

Hình 1 7 Một số xe điện cá nhân hiện nay 13

Hình 2 1 Phương án thiết kế xe điện tự cân bằng 2 bánh 15

Hình 2 2 Phương án thiết kế xe điện tự cân bằng 1 bánh 16

Hình 2 3 Phương án thiết kế xe tự cân bằng 4 bánh, 3 bánh 17

Hình 2 4 Các hình chiếu của xe điện cá nhân 19

Hình 2 5 Đồ thị cân bằng lực kéo 25

Hình 2 6 Vị trí lắp đặt của các bộ phận lên xe cá nhân 26

Hình 2 7 Khung xe 27

Hình 2 8 Tay cầm cho xe điện cá nhân 28

Hình 2 9 Lực tác dụng lên xe điện khi chuyển động tăng tốc trên dốc 29

Hình 2 10 Động cơ MY6812 31

Hình 2 11 Ắc quy GLOBE WP12-12 32

Hình 2 12 Sơ đồ phân bố tải trọng khi xe điện không tải 35

Hình 2 13 Sơ đồ phân bố tải trọng khi xe điện đầy tải 32

Hình 3 1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 38

Hình 3 2 Sơ đồ mạch điều khiển 39

Hình 3.3 Chiết áp 40

Hình 3.4 Sơ đồ cấu tạo chiết áp 40

Hình 3.5 Kí hiệu chiết áp trên sơ đồ nguyên lí 41

Hình 3.6 Tay ga sử dụng cảm biến Hall 41

Hình 3.7 Hall IC 42

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của cảm biến tốc độ 42

Hình 3.9 Độ lệch xung của kênh A và B 43

Hình 3 10 Module MDL-BDC24 49

Hình 3 11 Kích thước Module MDL BDC24 50

Hình 3 12 Các cổng kết nối của Module MDL BDC24 44

Hình 3 13 Cổng nhận tín hiệu PWM từ bộ điều khiển trung tâm 45

Hình 3 14 Mạch cầu H 46

Hình 3.15 Tín hiệu điều khiển PWM 46

Hình 3.16 Linh kiện trên Arduino Mega 2560 47

Hình 3.17 Sơ đồ các chân trên Arduino Mega 2560 47

Hình 3.18 Lưu đồ thuật toán hệ thống điều khiển 52

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật của xe điện thiết kế 21

Bảng 2 2 Kết quả tính toán lực kéo 31

Bảng 2 3 Các thông số của động cơ 31

Bảng 2 4 Phân bố trọng lượng khi xe điện không tải 35

Bảng 2 5 Phân bố trọng lượng khi xe điện đầy tải 37

Bảng 2 6 Thông số kỹ thuật của chiết áp 40

Bảng 2 7 Thông số kỹ thuật của Module MDL-BDC24 45

Bảng 2 8 Thông số cơ bản của Arduino Mega 2560 48

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Fj [N] Lực quán tính của ô tô khi chuyển động

Z1, Z2 [N] Phản lực tiếp tuyến của mặt đường tác dụng lên các

a, b [m] Khoảng cách từ tâm đến trục bánh xe trước và bánh xe sau

hg [m] Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao

inner [v/ph] Tốc độ quay bánh xe phía trong

outter [v/ph] Tốc độ quay bánh xe phía ngoài

[v/ph] Độ chênh lệch tốc độ quay vòng của hai bánh xe

0 [v/ph] Độ chênh lệch tốc độ quay vòng ban đầu của bánh xe

0 [v/ph] Tốc độ ban đầu của bánh xe

K0 [-] Hệ số góc quay ban đầu

Kps [-] Hệ só góc quay khi có hệ thống hỗ trợ lái

d [m] Quãng đường di chuyển của sóng âm

v [m/s] Vận tốc sóng âm trong không khí

t [s] Quãng thời gian truyền sóng

kH [m3/c] Hằng số Hall

B [Wb] Mật độ từ thông

Sinβ [-] Góc lệch giữa mật độ từ thông và bề mặt cảm biến

I [%] Phần trăm chiếm chỗ giữa xe điện và vùng không gian cá nhân

CHỮ VIẾT TẮT:

CW Clock Wise-Quay cùng chiều kim đồng hồ

CCW Counter Clock Wise- Quay ngược chiều kim đồng hồ

IC Intergated Circuit- Là vi mạch tích hợp nhiều linh kiện điện tử như tụ

điện, điện trở, transistor…với số lượng lớn, ghép lại với nhau theo một mạch đã thiết kế sẵn

PWM Pulse Width Modulation- Phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải

IDE Intergrated Development Environment- Môi trường lập trình cho

Arduino

TOF Time Of Flight- Nguyên lí đo khoảng cách bằng thời gian truyền sóng

DC Direct Current Motors- Động cơ điện một chiều

VCC Nguồn dương

GND Điểm nối đất chung

MỞ ĐẦU

I Lý do chọn đề tài

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp ô tô đã mang lại nhiều thuận tiện trong đời sống, tuy nhiên số lượng ô tô ngày càng tăng kéo theo nhiều vấn

đề môi trường, nhiên liệu ngày càng cạn kiệt

Ở các nước phát triển cuộc chạy đua tìm nguồn năng lượng sạch cho phương tiện giao thông đã bắt đầu từ rất lâu Theo xu thế chung, đứng đầu danh sách là ô tô chạy điện tiếp theo là ô tô lai, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu là ứng viên thứ ba của cuộc chạy đua Về mặt nhiên liệu cho động cơ nhiệt, chất lượng của các loại nhiên liệu lỏng truyền thống sẽ được nâng cao, các loại nhiên liệu khí (LPG, khí thiên nhiên) sẽ được

áp dụng rộng rãi trên ô tô, các loại nhiên liệu sinh học (như ethanol, colza) có lợi thế

so sánh thấp về mặt môi trường và giá thành nhiên liệu này còn cao nên hạn chế về mặt sử dụng, các nhiên liệu tổng hợp từ khí thiên nhiên đang được nghiên cứu, nhiên liệu khí hydro cho ô tô chưa có triển vọng ứng dụng do công nghệ và giá thành

Sự phát triển của ô tô sử dụng điện và pin nhiên liệu phụ thuộc vào khả năng phát triển, hoàn thiện các loại động cơ truyền thống và sử dụng các nguồn nhiên liệu sạch thay thế các nguồn nhiên liệu lỏng hiện nay để làm giảm ô nhiễm môi trường Các yếu

tố cần quan tâm để xem xét gồm dự báo chất lượng của hệ thống vận chuyển khách công cộng và giá thành của pin nhiên liệu với các loại nhiên liệu thay thế khác để đạt cùng mức độ giảm NOx Kết quả nghiên cứu cho thấy trong vòng ít năm tới, kỹ thuật làm giảm NOx bằng cách cải thiện động cơ diesel, sử dụng LPG và khí thiên nhiên rẻ hơn là sử dụng pin nhiên liệu Trong tương lai dài hơn thì việc giảm NOx bằng cách sử dụng pin nhiên liệu trên xe buýt sẽ có giá thành tương đương với việc cải thiện động

cơ diesel để đạt cùng mức độ hiệu quả Để đạt được cùng tính năng kinh tế và mức độ phát ô nhiễm đối với động cơ sử dụng LPG thì trong thập niên 2010, giá nhiên liệu hydro phải giảm đi 50% và giá thành pin nhiên liệu phải giảm đi 30% so với giá cả hiện nay Vì vậy trong vòng 2 thập niên tới, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu vẫn chưa có lợi thế cạnh tranh so với các loại nhiên liệu thay thế

Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ nay đến 2020, ô tô lai chạy bằng điện kết hợp với việc nạp điện bổ sung bằng động cơ nhiệt là phù hợp nhất Năng lượng điện năng của chúng ta được sản xuất chủ yếu bằng thủy điện (năng lượng tái sinh) như nhà máy thuỷ điện Hoà Bình, nhà máy thuỷ điện Ialy, nhà máy thuỷ điện Sơn La và chủ động nguồn cung cấp khí dầu mỏ Hiện nay chúng ta có nhà máy sản xuất ga Dinh Cố và trong tương lai gần nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam ở Dung Quốc đi vào hoạt động, sản lượng khí đồng hành của nhà máy là nguồn cung cấp nhiên liệu LPG Nhu cầu sử dụng ô tô trong tương lai là xu thế tất yếu của xã hội phát triển Nước ta có thị

trường nội địa lớn với hơn 90 triệu dân Cho tới nay, thị trường này hầu như vẫn còn nguyên vẹn Trong xu thế hòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) và thế giới (WTO), thị trường nội địa của nước ta chắc chắn sẽ là mảnh đất màu mỡ đối với các nhà sản xuất

ô tô thế giới Mặt khác việc hoà nhập kinh tế với thế giới sẽ nảy sinh vấn đề về tiêu chuẩn khi thải của xe cho phù hợp với những quy định của thế giới Nếu chúng ta cứ nhập xe từ nước khác xẽ làm mất thị phần đối với một sản phẩm công nghiệp quan trọng của đất nước Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất một phương tiện giao thông phù hợp với điều kiện sử dụng trong nước có ý nghĩa rất thiết thực và cấp

bách đối với nước ta

Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu tìm nguồn năng lượng thay thế Nguồn năng lượng điện sử dụng trên phương tiện giao thông là một trong những giải pháp hiệu quả nhất Ở các thành phố lớn đã bắt đầu xu hướng sử dụng xe điện cá nhân Với những ưu điểm, thân thiện với môi trường, nhỏ gọn, thuận tiện, dể sử dụng

Xe điện cá nhân với hệ thống lái điện thông qua cảm biến góc lái, sử dụng hai động cơ điện tạo nguồn động lực độc lập cho hai bánh xe trước Bánh xe sau dẫn hướng sử dụng loại bánh xe đa hướng, không gây cưỡng bức động học khi xe quay vòng Sử dụng Arduino làm bộ điều khiển trung tâm để điều khiển hệ thống điện tử trên xe Tất cả hoạt động của xe sẽ được bộ xử lí trung tâm điều khiển, bộ xử lí sẽ tính toán và đưa các tín hiệu điều khiển đến bộ phận chấp hành để điều khiển xe hoạt động

Vì vậy, tác giả đã quyết định chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống điều

khiển trên xe điện cá nhân 4 bánh”

Đề tài „„Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển xe điện cá nhân 4 bánh‟‟ là một đề tài nhằm mục đích thiết kế, chế tạo một xe điện cá nhân chạy hoàn

toàn bằng năng lượng điện, hệ thống lái điều khiển bằng điện, đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất một xe điện cá nhân mang thương hiệu Việt Nam, phù hợp với điều kiện giao thông trong nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng năng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp, gần như bằng không, góp phần thực hiện nhiệm vụ cấp bách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước và tạo ra một nét mới để khẳng định nguồn nhân lực của con người Việt Nam

II Mục tiêu đề tài

Nghiên cứu thiết kế chế tạo kết cấu cơ khí trên xe điện

Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển trên xe

III Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

1 Phạm vi nghiên cứu

Xe điện thiết kế chạy trên các khu vực như sân bay, khu resort, khu công nghiệp.( đường có độ dốc nhỏ hơn 15 độ)

Xe điện chạy với vận tốc tối đa khoảng 8 [km/h]

Tính toán lựa chọn động cơ điện, ắc quy, nguồn sạc cho xe điện

Tính toán, thiết kế khung vỏ, bộ truyền động cho xe điện

Thiết kế hệ thống điều khiển trên xe điện

2 Đối tượng nghiên cứu

Sử dụng excel để tính toán, xây dựng biểu đồ

Sử dụng các phần phềm thiết kế Catia, CAD để thiết kế xe

2 Về thực nghiệm

Sau khi chế tạo xong phần khung vỏ của xe điện thì tiến hành lắp đặt hệ thống

điện lên xe

Sử dụng phần mềm lập trình để lập trình cho hệ thống điều khiển

Kiểm tra độ ổn định của hệ thống cơ khí để tiến hành điều chỉnh cho hợp lí

Đo đạc các thông số và tiến hành điều chỉnh chương trình để xe hoạt động ổn

định

V Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển xe điện cá nhân 4 bánh” có ý nghĩa khoa học và thực tiễn như sau:

- Phát triển xe điện cá nhân vận hành đơn giãn, tiết kiệm năng lượng, an toàn, tiện lợi, không gây ô nhiễm môi trường

VI Cấu trúc luận văn

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Xu hướng sử dụng nhiên liệu sạch cho phương tiện giao thông

1.2 Tổng quan về xe điện cá nhân

1.3 Nhu cầu sử dụng xe điện cá nhân

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tính toán thiết kế hệ thống truyền động cho xe điện cá nhân

2.2 Phân tính động lực học cho xe điện cá nhân

3.4 Bộ điều khiển trung tâm

3.5 Thuật toán điều khiển

3.6 Chương trình điều khiển

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ

Chương 1- TỔNG QUAN

1.1 Xu hướng sử dụng nhiên liệu sạch cho phương tiện giao thông

Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe, nhưng đều có

xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu Mặt khác không những trong tương lai

mà hiện nay nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể Ngày nay xe chạy bằng dầu diezel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngập trên thị trường dẫn đến tình trạng ùn tắc giao thông, cũng như gây ô nhiễm môi trường, hệ sinh thái thay đổi dẫn đến hiệu ứng nhà kính nên nhiệt độ ngày một tăng làm những tảng băng ở Bắc cực, Nam cực cùng những nơi khác tan ra gây ra lũ lụt, sóng thần Vì thế, ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung

là hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid) Xu hướng phát triển ôtô sạch có thể tổng hợp

như sau:

1.1.1 Hoàn thiện động cơ diesel

Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ diesel đã cho phép nâng cao rõ rệt tính năng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều khiển điện

tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp Việc dùng động cơ diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng (dual fuel) cũng là một giải pháp nâng cao tính năng của động cơ diesel

1.1.2 Ôtô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế

Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza … có nguồn gốc

từ thực vật Do thành phần C trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ít chất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính Tuy nhiên giải pháp này có lợi ở những nơi mà nguồn nhiên liệu này dồi dào hoặc các loại nhiên liệu trên được chiết xuất từ các chất thải của quá trình sản xuất công nghiệp

Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây được công bố là Dimethyl ether (DME) được chế tạo từ khí thiên nhiên Đây là loại nhiên liệu thay thế cực sạch có thể dùng cho động cơ diesel giống như LPG Thử nghiệm trên ôtô cho thấy, ôtô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ôtô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV Nếu việc sản xuất DME trên quy mô công nghiệp thành hiện thực thì trong tương lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lý tưởng nhất vì khí thiên nhiên phân

bố đều khắp trên trái đất và có trữ lượng tương đương dầu mỏ

1.1.3 Ôtô chạy bằng khí thiên nhiên

Sử dụng ôtô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hữu ích về năng lượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môi trường trong thành phố Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ôtô Ngày nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã được cải thiện nhiều

cả về công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cố bằng sợi carbon

1.1.4 Ôtô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG

Hiện nay nhiều nước, nhiều khu vực trên thế giới xem việc sử dụng LPG trên ôtô chạy trong thành phố là giải pháp bảo vệ môi trường không khí hữu hiệu Người ta dự báo lượng LPG tiêu thụ cho giao thông vận tải sẽ gia tăng trong những năm tới do số lượng ôtô sử dụng nguồn năng lượng này gia tăng

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng để chạy ôtô Ngoài những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường nó còn có lợi thế về

Hình 1 1 Ô tô chạy bằng nhiên liệu sinh học

sự thuận tiện trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu Việc chuyển đổi ôtô chạy bằng nhiên liệu lỏng sang dùng LPG có thể được thực hiện theo ba hướng: Sử dụng duy nhất nhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sử dụng đồng thời diesel và LPG (dual fuel) Việc tạo hỗn hợp LPG không khí có thể thực hiện bằng bộ chế hòa khí kiểu Venturie thông thường hay phun LPG trên đường nạp Những hệ thống phun mới đang được nghiên cứu phát triển là phun LPG dạng lỏng trong buồng cháy để tăng tính năng công tác của loại động cơ này Cũng như các loại nhiên liệu khí khác, việc lưu trữ LPG trên ôtô là vấn đề gây nhiều khó khăn nhất mặc dù áp suất hóa lỏng của LPG thấp hơn rất nhiều so với khí thiên nhiên hay các loại khí khác Các loại bình chứa nhiên liệu LPG cũng được cải tiến nhiều nhờ vật liệu và công nghệ mới

1.1.5 Ôtô chạy bằng điện

Nếu như sự thâm nhập những ôtô chạy bằng điện vào cuộc sống của nhân loại thay các loại ôtô chạy bằng động cơ nhiệt thì các loại động cơ nhiệt được xử lý ô nhiễm triệt để với những thành tựu công nghệ hiện đại, dĩ nhiên bị biến mất vì thế mức độ có lợi về mặt ô nhiễm khi dùng động cơ điện sẽ không đáng kể, chắc chắn ít có lợi hơn

khi thay ô tô cũ bằng ô tô mới dùng động cơ nhiệt hoàn thiện triệt để về mặt ô nhiễm

Về mặt xã hội ô tô chạy điện trong giai đoạn đầu sẽ có ảnh hưởng quan trọng đến vấn đề tâm lý xã hội Sự hạn chế tính năng kỹ thuật cũng như bán kính hoạt động của ôtô, trở ngại trong vấn đề nạp điện, khả năng sử dụng các dịch vụ tự phục vụ sẽ góp phần làm thay đổi thói quen của người dùng và dần dần làm thay đổi cách sống Mặt khác khi chuyển ôtô chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang ôtô chạy bằng điện hoàn toàn sẽ gây ra trở ngại về mặt bố trí các trạm nạp điện cho ăcquy

Tuy nhiên những lợi ích mà xe chạy bằng điện mang lại cho xã hội là không nhỏ Vì vậy ô tô chạy bằng điện chắc chắn vẫn là sự lựa chọn số một của nhân loại vào những năm tới của thế kỷ 21 mà sự phát triển của nó đi theo những sự cải tiến, hoàn thiện hay phát minh quan trọng về công nghệ nhưng hiện tại sự phát triển của ô tô này cũng không cho phép giải quyết một cách nhanh chóng vấn đề ô nhiễm môi trường đô thị vì không thể xây dựng toàn bộ cơ cấu hạ tầng cơ sở phục vụ trong một thời gian ngắn

1.1.6 Ô tô chạy bằng pile nhiên liệu

Một trong những giải pháp của nguồn năng lượng sạch cung cấp cho ôtô trong tương lai là pile nhiên liệu Pile nhiên liệu là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóa năng trong nhiên liệu thành điện năng Pile nhiên liệu trước đây chỉ được nghiên cứu

để cung cấp điện cho các con tàu không gian nhưng ngày nay pile nhiên liệu đã bước vào giai đoạn thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ôtô Do không có quá trình cháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pile nhiên liệu là điện, nhiệt và hơi nước Vì vậy, có thể nói ôtô hoạt động bằng pile nhiên liệu là ôtô sạch tuyệt đối theo nghĩa phát thải chất ô nhiễm trong khí xả Ôtô chạy bằng pile nhiên liệu không nạp điện mà chỉ nạp nhiên liệu hydrogen Khó khăn vì vậy liên quan đến lưu trữ hydro dưới áp suất cao Nhiều nghiên cứu đề nghị điều chế hydro ngay trên xe để sử dụng cho pile nhiên liệu nhưng hệ thống như vậy rất cồng kềnh và phức tạp Tuy nhiên ngày nay người ta đã thành công trong chế tạo các loại pile nhiên liệu có hiệu suất cao và giá thành phù hợp nhưng việc áp dụng phương án này trên xe vẫn còn xa so với hiện thực vì so với các phương án làm giảm ô nhiễm khác, pile nhiên liệu chạy ôtô vẫn còn là loại nhiên liệu

Trong thời gian gần đây, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu trên thế giới như Toyota, Honda… đã tung ra thị trường những thế hệ ô tô mới có hiệu suất cao và giảm đáng kể lượng chất thải gây ô nhiểm môi trường được gọi là “ô tô lai” (Hybrid - Car).Có thể nói, công nghệ lai là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc ô

tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinh thái (the ultimate eco-car)

1.2 Tổng quan về xe điện cá nhân

1.2.1 Giới thiệu chung

Xe điện sử dụng một động cơ điện cho lực kéo: acquy, pin nhiên liệu cung cấp nguồn năng lượng tương ứng cho động cơ điện Xe 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, độc lập với nguồn năng lượng từ dầu mỏ, yên tĩnh, không gây ồn Các nguyên tắt hoạt động cơ bản giữa xe điện và phương tiện sử dụng động cơ đốt trong tương tự nhau Tuy nhiên, một số khác biệt giữa phương tiện sử dụng động cơ đốt trong và xe điện, chẳng hạn như sử dụng một bồn chứa xăng so với nguồn pin, động

cơ đốt trong so với động cơ điện, và khác nhau về yêu cầu truyền dẫn, các hệ thống trên xe như hệ thống lái, hệ thống dẫn động, hệ thống treo

1.2.2 Cấu hình của một số loại xe điện cá nhân

1.2.2.1 Cấu hình của ô tô điện

Trước đây, các xe điện chủ yếu được chuyển đổi từ các ô tô thông thường bằng cách thay thế động cơ đốt trong và thùng nhiên liệu với một động cơ điện và pin trong khi

Hình 1 3 Ô tô Hybrid

giữ lại tất cả các thành phần khác Nhược điểm như: khối lượng lớn, tính linh hoạt và hiệu suất thất là những nguyên nhân làm cho xe điện khó áp dụng rộng rãi

Hiện nay, ô tô hiện đại được tạo ra có chủ ý dựa vào nguyên bản của thân và khung sườn được thiết kế riêng Điều này đáp ứng các yêu cầu về cấu trúc duy nhất cho ô tô

và làm cho các nguồn động lực đẩy bằng điện được sử dụng linh hoạt hơn Một ô tô điện cơ bản bao gồm ba hệ thống chủ yếu: Hệ động lực điện, hệ thống năng lượng, và

hệ thống phụ trợ

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

Hệ thống năng lượng bao gồm nguồn năng lượng bộ phận quản lý năng lượng, và

bộ phận tiếp năng lượng điện Hệ thống phụ trợ bao gồm trợ lực lái, điều hòa, nguồn cung cấp năng lượng phụ trợ

Hình 1 4 Ô tô điện cổ điển

Hình 1 5 Ô tô hiện đại Dựa trên các yếu tố đầu vào điều khiển từ chân ga và bàn đạp phanh, hệ thống điều khiển xe cung cấp tín hiệu điện thích hợp cho bộ chuyển đổi năng lượng điện có chức năng điều chỉnh dòng điện giữa điện động cơ và nguồn năng lượng Những nguồn năng lượng được tái sinh trong quá trình phanh có thể được nạp vào nguồn năng lượng chính Hầu hết pin EV dễ dàng có khả năng tiếp nhận nguồn năng lượng tái sinh này

1.2.2.2 Cấu hình một số xe điện cỡ nhỏ

Xe đạp điện, xe máy điện: Xe đạp điện được thiết kế dựa trên cấu tạo của một chiếc

xe đạp thông thường, có gắng thêm hệ thống điện, Acquy và bộ điều khiển Một xe đạp điện

hiện hành cấu tạp từ 4 bộ phận chính sau :

Bộ chuyển đổi điện

Tín hiệu

điện

Truyền động

cơ khí

Quản lý năng lượng

Nguồn năng lượng

Sạc ăcquy

Nguồn năng lượng phụ

Điều hòa không khí

Trợ lực lái

Phanh

Chân ga

Bộ chuyển

đổi điện

Động cơ xe đạp điện : Động cơ xe đạp điện gồm có 2 loại, đó là động cơ có chổi

than (DC) và động cơ không có chổi than (BLDC)

Hệ thống điều khiển : Tay ga điều khiển được thiết kế giống như tay cầm như các

dòng xe gắn máy thông thường Và hệ thống các bo mạch điều khiển giúp chuyển đổi

từ điều khiển của người lái thành các tín hiểu điện và tạo dòng điện phù hợp đưa tới

động cơ, nhờ đó ta có thể tùy chỉnh tốc độ nhanh chậm cho xe, điều khiển phanh và

bật tắt các tín hiệu đèn báo trên xe

Acquy hoặc pin : Pin hoăc Acquy là nguồn cung cấp điện cho xe hoạt động Pin

lithium – ion là loại phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi vì tính năng ưu việt, loại

pin này thiết kế theo công nghệ Nhật Bản có thể đi được quảng đường dài ừ 70 km đến

100 km Đối với xe sử dụng acquy, thì mỗi dòng xe có thiết kế số lượng acquy khác

nhau tùy thuộc vào điện áp của động cơ mà xe sử dụng Quãng đường đi được có thể

đạt tới 80 km đến 100 km cho một lần sạc

Xe điện cá nhân tự cân bằng 1 bánh hoặc 2 bánh: Đây là loại xe mang tính cách

mạng trong giao thông mang lại thuận tiện nhất định cho con người khi di chuyển

thường xuyên ở quảng đường ngắn, bằng phẳng như sân bay, nhà xưởng, khu sinh

thái… nhưng hệ thống điều khiển của nó vẫn chưa ổn định, khó điều khiển

Hình 1 6 Sơ đồ xe điện cân bằng một bánh

1 – Cần từa điều khiểu ; 2 – Thân + bộ điều khiển & Acquy ;

3 – Động cơ điện BLDC liền bánh xe ; 4 – Tựa để chân

4

3

2 1

2

1

3

Cấu tạo chung của loại xe này gồm các bộ phận chính sau:

Bộ cảm biến trên bánh xe (đông cơ điện BLDC đặt bên trong bánh xe): Bên trong bánh xe của xe điện là nơi đặt động cơ điện, ở đây cũng được tích hợp một số cảm biến độ nghiêng và tốc độ Điều này giúp người sử dụng luôn điều khiển được tốc độ của xe

Con quay hồi chuyển và bo mạch kiểm soát: Con quay hồi chuyển và bo mạch kiểm soát của xe chịu trách nhiệm kiểm soát và nhận và xử lý các thông số về tốc độ và độ nghiêng từ các cảm biển trong bánh xe rồi sau đó chuyển về bo mạch chính Bo mạch chính xử lý số liệu gửi về từ đó duy truy được trạng thái cân bằng của xe

Pin: Pin là bộ phận cung cấp điện cho xe, giúp cho xe có thể vận hành

Hiện nay loại xe điện cá nhân đang được nghiên cứu phát triển mạnh mẽ với những cải tiến mới với nhưng tính năng ưu việt hơn như thân thiện với môi trường, nhỏ gọn thuận tiện, ổn định an toàn, phù hợp với mọi lứa tuổi, xe điện cho người tàn tật Đã có rất loại xe với mẫu mã đẹp, xe vận hành ổn định và an toàn như Honda U3-X, Segway (USA), Toyota Winglet, Toyota i – ROAD, …

1.3 Nhu cầu sử dụng xe điện cá nhân

Xe điện là loại phương tiện giao thông đã có từ rất lâu của thế kỷ trước, và được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong nhiều loại phương tiện Đặt biệt ngày nay, xe điện không còn đơn thuần là xe điện công cộng và tàu điện như thế kỷ trước nữa Ngày

Toyota Winglet

SE Hình 1 7 Một số xe điện cá nhân hiện nay

nay, việc đối diện với ô nhiễm môi trường và nguồn nhiên liệu hóa thạch ngay cang can kiệt thì xe điện đã được ứng dụng trên nhiều loại phương tiện, các phương tiện này dùng động cơ điện để dần thay thế phương tiện sử dụng động cơ đốt trong ( ICE)

Có thể liệt kê một số loại xe điện theo lĩnh vực và theo cách sử dụng của chúng như sau:

1.3.1 Phương tiện cá nhân

Xe ô tô điện : xe điện sử dụng nguồn điện acqui, pin, dùng năng lượng mặt trời Các loại xe này được ứng dụng trên ô tô cá nhân, ô tô tải, ô tô tải

Xe máy điện và xe đạp điện: là phương tiện được nhiều người ưa thích, và được phát triển mạnh mẽ thơi gian gần đây

1.3.2 Các phương tiện công cộng

Tàu điện cao tốc : tàu điện được ứng dụng từ rất lâu là loại phương tiện dùng chở khách trong thành phố và khá phổ biến ở các nước phát triển trên thế giới

Xe buýt điện: là loại xe khá phổ biến trong các thành phố lớn trên thế giới

1.3.3 Các phương tiện dùng các lĩnh vực vui chơi giải trí, thể thao và du lịch

Xe điện dùng trong công viên, khu vui chơi giải trí là loại xe điện dùng chuyên chở hành khách Các loại tàu điện cao tốc, cảm giác mạnh trong công viên

Loại xe điện dùng trong thể thao: phục vụ các mục đích khác nhau, như trong lĩnh vực Golf…

1.3.4 Các loại phương tiện phục vụ trong y tế

Xe điện sẽ được sử dụng trong các bệnh viên vận chuyển nhanh chóng bệnh nhân cũng như các y bác sĩ để kịp thời cứu chữa bệnh nhân, đây là một hướng mới của đề tài Tuy nhiên để có thể áp dụng hợp lí có hiệu quả cần nghiên cứu thay đổi kết cấu, bố trí lại các trang thiết bị để phù hợp với điều kiện sử dụng trong y tế

Chương 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tính toán thiết kế hệ thống truyền động cho xe điện cá nhân

2.1.1 Tính toán thiết kế hệ thống truyền động cơ khí

Ngày nay có rất nhiều xe điện cá nhân như xe đạp điện, xe máy điện, các loại xe cân bằng một bánh, xe cân bằng hai bánh, xe điện cỡ nhỏ ba bánh, xe điện cỡ nhỏ bốn bánh Chúng đa dạng về chủng loại, hình dáng và sau thiết kế chế tạo phải đảm bảo một số yêu cầu sau:

- Xe phải vận hành ổn định, độ tin cậy cao trong các điều kiện sử dụng

- Dễ dàng sửa chữa, bảo dưỡng

- Có tính thẩm mỹ, giá thành thấp, tuổi thọ cao

- Dễ dàng điều khiển, an toàn

- Phù hợp với mọi lứa tuổi, người già người trẻ đều có thể dùng được

- Có tính kinh tế, tránh lãng phí công suất và tiêu hao nguồn năng lượng Các phương án thiết xe điện cân bằng hai bánh, xe điện bằng hai bánh, xe điện cá nhân bốn bánh, xe điện cá nhân ba bánh:

2.1.1.1 Phương án thiết kế xe điện tự cân bằng

Hình 2 1 Phương án thiết kế xe tự cân bằng hai bánh

1 – Cần tựa điều khiển; 2 – Thân xe (Khung + Bộ điều khiển + Acquy) ;

3 – Động cơ điện BLDC liền bánh xe

2

1

3

Để cân bằng, trọng tâm của xe bao gồm người sử dụng cần được nằm giữ các bánh

xe (đối với xe hai bánh) hoặc nằm giữa bánh xe (đối với xe một bánh) Điều này giống như việc ta giữ một cây gậy thăng bằng giữa lòng bàn tay Thực ra trọng tâm của toàn

bộ xe không biết nằm ở vị trí nào, cũng không có cách nào tìm ra nó, và có thể không

có khả năng di chuyển bánh xe đủ nhanh để nó luôn ở dưới toàn bộ trọng tâm Nhưng thay vì tìm cách xác định trọng tâm giữ các bánh xe, tay lái cần được giữ thẳng đứng, vuông góc với sàn xe

Nếu tay lái được đẩy hơi nghiêng tới trước, xe sẽ chạy tới trước và khi nó được đẩy nghiêng ra sau thì xe chạy lùi Đây là phân tích lý tính, hầu hết mọi người đều có thể kiểm soát tay lái trong vài giây để giữ nó Để dừng lại, chỉ cần kéo trọng tâm xe nghiêng ngược hướng đang duy chuyển thì tốc độ xe giảm xuống Do tốc độ cảm nhận

và phản ứng của mổi người khác nhau nên xe chỉ thiết kế cho một số người sử dụng

Ưu điểm :

- Thiết kế nhỏ gọn, nhẹ chiếm diện tích nhỏ, không gây tắt nghẽn giao thông Nhược điểm :

- Khá mệt mỏi, không thể thư giản do phải đứng điều khiển

- Không có tính ổn định cao, không an toàn

- Khó điều khiểu, chỉ phù hợp với một số người

2.2.1.2 Phương án thiết kế xe điện cá nhân cỡ nhỏ bốn bánh (ba bánh)

2 1

Hình 2 2 Phương án thiết kế xe điện cân bằng một bánh

1 – Cần từa điều khiểu ; 2 – Bộ điều khiển & Acquy ;

3 – Động cơ điện BLDC liền bánh xe ; 4 – Tựa để chân

Không giống như xe tự cân bằng hai bánh, việc thăng bằng và ổn định của xe điện

ba bánh hoặc bốn bánh là nhờ trong tậm của chúng nằm trong mặt phẳng do các bánh

xe tạo ra

Xe sử dụng nguồn năng lượng điện từ bình acquy, có thể hoạt động lâu hơn xe tự cân bằng Hệ thống điều khiển lái điện bằng việc sử dụng hai động cơ điện tạo nguồn động lực độc lập cho hai bánh trước Bánh sau sử dụng loại bánh xe onmi bị động, bánh xe onmi có thể chuyển động song phương, không gây cưỡng bức động học khi xe quay vòng Hệ thống điều khiển điện, góp phần làm cho kết cấu lái của xe đơn giản, và

dễ dàng phát triển hệ thống an toàn – hệ thống hỗ trợ thoát khỏi vùng an toàn

Ưu điểm :

- Thiết kế nhỏ gọn

- Dễ dàng phát triển hệ thống an toàn

- Hoạt động ồn định

- Điều khiển dể dàng, phù hợp với mọi lứa tuổi

- Dễ dàng định hướng phát triển phương án thiết kế này dành cho người tàn tật

- Khung + tay cầm chắc chắn, tạo cảm giác an toàn

Nhược điểm :

- Thiết kế điểu khiển điện tử sử dụng bánh sau bị động onmi quá đắt

- Khá mệt mỏi khi điều khiển xe vì người dùng phải đứng

Hình 2 3 Phương án thiết kế xe điện cá nhân 4 bánh, 3 bánh a) Phương án thiết kế xe bốn bánh ; b) Phương án thiêt kế xe ba bánh

1 – Tay cầm; 2 – Bánh xe chủ động; 3 – Thân xe; 4 – Bánh xe sau (bị động)

quyết định chọn phương án thiết kế xe điện cá nhân bốn bánh sử dụng bánh bị động phía sau là bánh xe đa hướng

a)

b)

Hình 2 4 Các hình chiếu của xe điện cá nhân a) Hình chiếu đứng ; b) Hình chiếu bằng ; c) Hình chiếu cạnh ;

1 – Tay cầm; 2 – Vị trí đặt cảm biến lái; 3 – Mạch công suất động cơ ;

4 – Acquy ; 5 – Bộ xử lý trung tâm (Arduino) ; 6 – Bánh xe sau (bị động) ;

7 – Động cơ DC ; 8 – Bánh xe trước (chủ động)

C)

Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật của xe điện thiết kế

2.1.1.4 Tính toán các thông số động học của xe điện

Trong đó:

M, n M là vận tốc góc và số vòng quay định mức của động cơ điện

bx, n bx là vận tốc góc và số vòng quay cần thiết lớn nhất của bánh xe

Ta xác định n bx theo công thức sau:

(v/p) (2.2) Thay các giá trị có được vào công thức ta được:

700

4, 217 166

- Có thể truyền được các trục cách nhau tương đối lớn

- Khuôn khổ kích thước nhỏ hơn so với truyền động đai

- Không có hiện tượng trượt như truyền động đai

- Có thể cùng một lúc truyền động nhiều trục

STT Thông số Đơn vị Giá trị

- Lực tác dụng lên trục nhỏ hơn truyền động đai vì không cần căng xích với lực căng ban đầu

- Vận tốc và tỷ số truyền tức thời không ổn định

- Chóng mòn khớp bản lề, nhất là khi bôi trơn không tốt và làm việc nơi bụi bẩn

Phương án 2 : Bộ truyền đai

Ưu điểm:

- Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau

- Làm việc êm, không gay ồn nhờ vào độ dẽo của đai nên có thể truyền động với vận tốc lớn

- Nhờ vào tính đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tải trọng thay đổi tác dụng lên cơ cấu

Nhược điểm:

- Kích thước bộ truyền đai lớn hơn các bộ truyển khác

- Tỉ số truyền thay đổi do hiện tượng trượt giữa đai và bánh đai

- Tải trọng tác dụng lên trục và ổ lớn thường gắp 2 -3 lần so với các bộ truyền khác do phải có lực căng đai ban đầu

- Tuổi thọ của bộ truyền thấp

c) Tính toán bộ truyền xích

Vì bộ truyền xích có thể truyền động với khoảng cách lớn mà vẫn đảm bảo tỷ số truyền chính xác, lực tác dụng lên trục nhỏ nên ta chọn bộ truyền động là truyền động xích

Chọn xích con lăn một dãy

Chọn số răng đĩa xích dẫn theo công thức:

Số răng của đĩa xích càng ít, đĩa bị động quay càng không đều, động năng va đập càng lớn và xích càng mòn nhanh Vì vậy ta chọn Z1=23 (răng)

Tính số răng đĩa xích lớn theo công thức:

Z2=Z1.iH =23.4,217 =97 (răng) (2.3)

Ta có hệ số điều kiện sử dụng xích

K = K0KaKdcKbKrKlv= 1.1.1.1.1.1 = 1 Trong đó:

K0 =1: hệ số kể đến ảnh hưởng vị trí của bộ truyền

Ka = 1: hệ số kể đến khoảng cách trục và chiều dài xích

Kdc =1: hệ số kể đến ảnh hưởng của việc điều chỉnh lực căng xích

Kb=1: hệ số ảnh hưởng đến bôi trơn

Kr =1: hệ số tải trọng động, kể đến tính chất của tải trọng

Klv =1: hệ số kể đến chế độ làm việc của bộ truyền

Hệ số Kz=Z01/Z1=25/23 = 1,09

Hệ số Kn = n01 /n1= 800/700 = 1,143

Do xích con lăn một dãy nên Kx=1

Từ đó ta có công suất tính toán:

1

1.1, 09.1,143.4, 217

5, 25 [ ]1

Z n t

d) Khả năng leo dốc ô tô và độ dốc cực đại

Độ dốc cực đại được xác định theo hai trường hợp là lực cản cân bằng với lực bám

và lực cản cân bằng với lực kéo cực đại của động cơ điện (ứng với mô men kéo cực đại) sau đó so sánh và chọn giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị tìm được

Theo điều kiện bám ta có :

M

M = 16 (N.m) là mô men cực đại của động cơ điện

i H = 4,217 là tỷ số truyền của hệ thống truyền lực

r bx = 0,16 (m) là bán kính bánh xe

= 0,882 hiệu suất của hệ thống truyền lực

Thay các giá trị và biểu thức ta đƣợc

16.4, 217.0,882 1500.(0, 018.cos sin )

0,16  0,248 = 0, 018.cos sin

Giải ra ta đƣợc α = 150 Nhƣ vậy dốc lớn nhất mà xe có thể leo đƣợc là 150

n r V

Ta vẽ đƣợc đồ thị cân bằng lực kéo theo số liệu bảng 2.2

Bảng 2 4 Kết quả tính toán lực kéo

n(v/p) v(m/s) M dc M k P k P f P w Pc

Hình 2 5 Đồ thị cân bằng lực kéo

f) Thiết kế chế tạo khung xe và tay cầm cho xe điện cá nhân

Vị trí lắp đặt truyền động cơ khí và các bộ phận chính của xe điện cá nhân

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Pk Pc

ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO

V (m/s)

P (N)

Hình 2 6 Vị trí lắp đặt của các bộ phận lên xe cá nhân

a) Hình chiếu đứng ; b) Hình chiếu bằng

1 – Cảm biến góc lái ; 2 – Bánh xe trước chủ động ; 3 – Khối mạch công suất động

cơ ; 4 – Bộ truyền xích ; 5 - Ắc quy ; 6 – Bộ điều khiển trung tâm ; 7 – Bánh xe phía

sau bị đông ; 8 – Trục bánh xe trước ; 9 – Động cơ ;

Thiết kế khung xe :

a)

b)

Các ký hiệu trên hình 2.9 gồm :

G – Trọng lƣợng toàn bộ của xe điện

Fk – Lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động