Thiết kế nguồn động lực và hệ thống truyền lực mô tô điện thể thao ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ THIẾT KẾ NGUỒN ĐỘNG LỰC VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC MÔ TÔ ĐIỆN THỂ THAO GVHD: ThS HUỲNH THỊNH SVTH: TRẦN NGỌC THỨC NGUYỄN MỸ CẢNH SKL008032 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật tơ Tên đề tài: THIẾT KẾ NG̀N ĐỘNG LỰC VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC MÔ TÔ ĐIỆN THỂ THAO SVTH: TRẦN NGỌC THỨC MSSV: 15145383 SVTH: NGUYỄN MỸ CẢNH MSSV: 15145194 GVHD: Th.S HUỲNH THỊNH Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 Lời cảm ơn Trước hết, khoa Cơ Khí Động Lực tạo điều kiện cho nhóm đăng ký khóa luận tốt nghiệp Đây hội thử thách để tận dụng kiến thức, kỹ học trường ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH để thực đề tài giáo viên hướng dẫn giao Trong suốt q trình thực khóa luận tốt nghiệp em nhận phân công nhiệm vụ cụ thể, chi tiết giáo viên hướng dẫn Để thực tốt yêu cầu đặt đề tài, nhóm vận dụng nhiều kiến thức từ mơn học trường Ln tìm phương án thích hợp để giải vấn đề, tìm hiểu thêm kiến thức từ bên ngồi kiến thức giáo viên hướng dẫn bổ sung Trong q trình thực đề tài khóa luận tốt nghiệp gặp nhiều vấn đề khó khăn, nhóm giáo viên hướng dẫn thầy Huỳnh Thịnh tận tình giúp đỡ đưa nhiều phương án để nhóm giải vấn đề Đồng thời, thầy dạy kiến thức để nhóm dễ dàng giải vấn đề theo nhiều phương án chọn phương án tối ưu phù hợp với tiêu chí đặt Xin chân thành cám ơn ! Tóm tắt CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Khát quát tình hình xu hướng phát triển phương tiện giao thơng Từ đó, đưa nhiệm vụ thực theo nội dung đặt CHƯƠNG 2: PHÁT TRIỂN THÔNG SỐ KỸ THUẬT Tham khảo nghiên cứu, xây dựng kịch sử dụng cho xe đơng thời đề tiêu chí để đánh giá kết cuối CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ Ý TƯỞNG Tính tốn thơng số trọng tâm xe, công suất động điện,… chọn mô tơ điện Sau đó, tính tốn hệ thống truyền lực theo yêu cầu tăng tốc leo dốc xe CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC BẰNG PHẦN MỀM MATLAB Xây dựng mơ hình Simulink, mơ hoạt động xe điều kiện khác như: tăng tốc, giảm tốc, leo dốc, hoạt động theo điều kiện chu trình thử nghiệm xe,… Xuất giá trị để phân tích đối chiếu với lý thuyết, so sánh ưu nhược điểm phương án đưa phương án tối ưu Ngoài ra, dễ dàng tính giá trị cơng suất mô tơ, điện tiêu thụ theo mốc thời gian CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Đưa đánh giá cuối kết đạt xu hướng phát triển đề tài MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH DANH MỤC BẢNG CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Bối cảnh tổng quan tình hình .7 1.2 Nhiệm vụ dự án .7 1.3 Đối tượng nghiên cứu .7 1.4 Phương pháp nghiên cứu .8 1.5 Nội dung nghiên cứu 1.6 Đối tượng sử dụng 1.7 Giới hạn đề tài CHƯƠNG 2: PHÁT TRIỂN THÔNG SỐ KỸ THUẬT 2.1 Tham khảo từ nghiên cứu khác 2.2 Xây dựng kịch sử dụng 2.2.1 Quy định tốc độ 2.2.2 Điều kiện sử dụng xe 10 2.3 Tham khảo xe thị trường 10 2.4 Tiêu chí đánh giá thiết kế .19 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ Ý TƯỞNG 20 3.1 3.2 Tính tốn thông số theo yêu cầu đặt 20 3.1.1 Chọn phân bố tải trọng lên bánh sau bánh trước 20 3.1.2 Tính tốn trọng tâm xe .21 Tính động điện 24 3.2.1 Các tiêu chí yêu cầu .24 3.2.2 Tính tốn động điện 24 3.3 Chọn mô tơ điện 27 3.4 Phương án thiết kế .33 3.4.1 Các phương án thiết kế hệ thống truyền lực .33 3.4.2 Chọn phương án tính tốn tỉ số truyền 34 3.4.3 Tính tốn truyền xích .37 3.4.4 Độ dốc cực đại mà xe leo 39 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC BẰNG PHẦN MỀM MATLAB 40 4.1 Giới thiệu phần mềm Matlab 40 4.2 Các khối sử dụng để mô xe 41 4.3 Điều chỉnh thơng số theo đặc tính xe 49 4.4 Phương án mô 55 4.4.1 Sử dụng khối Servomotor .55 4.4.2 Sử dụng khối Lookup Table 56 4.5 Liên kết khối thành cụm 58 4.5.1 Các cụm mô tăng tốc, 100% tay ga 58 4.5.1.1 Cụm tra thông số mô tơ .58 4.5.1.2 Cụm hệ thống truyền lực cảm biến .59 4.5.1.3 Cụm thân xe bánh xe 60 4.5.1.4 Tổng qt mơ hình .61 4.5.2 Các cụm mô chạy theo chu trình 61 4.5.2.1 Cụm chu trình khối điều khiển PID 62 4.5.2.2 Cụm tra thông số động 64 4.5.2.3 Cụm thân xe bánh xe 65 4.5.2.4 Cụm hệ thống truyền lực 65 4.5.2.5 Tổng qt mơ hình .66 4.6 Kết mô 67 4.6.1 Kết điều kiện khác .67 4.6.2 Chạy theo chu trình thử nghiệm xe .74 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 82 5.1 Kết luận 82 5.2 Hướng phát triển 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 84 DANH MỤC HÌNH Hình Tên hình Trang 2.1 Xe máy điện Vinfast Klara 11 2.2 Động điện BOSCH xe Vinfast Klara 11 2.3 Cụm đèn trước xe Vinfast Klara 12 2.4 Đồng hồ thị xe Vinfast Klara 13 2.5 Xe máy điện Pega NewTech 17 3.1 Bản vẽ thiết kế xe 20 3.2 Trọng tâm xe 21 3.3 Đồ thị vận tốc xe sau 7s tăng tốc ứng với công suất mô tơ khác 26 3.4 Nguyên lý hoạt động động điện chiều truyền thống 27 3.5 Cấu tạo động điện không đồng (Induction Motor – IM) 28 3.6 Cấu tạo động BLDC 29 3.7 Đường sức từ vị trí điển hình trình hoạt động 30 động SRM 3.8 Khác với loại SPM, động IPM có điện cảm dọc trục ngang 31 trục khác 3.9 So sánh cấu trúc động SPM IPM 31 3.10 Động điện tích hợp bánh xe (Hubmotor) 32 3.11 Động điện chiều không chổi than (BLDC motor) 34 3.12 Đồ thị tỉ số truyền tăng tốc lên 50km/h 36 3.13 Trường hợp leo dốc 39 4.1 Khối Bánh xe (Tire) 49 4.2 Thay thông số Tire Force khối Tire 49 4.3 Thay thông số Dimensions khối Tire 50 4.4 Thay thông số Dynamics khối Tire 50 4.5 Thay thông số Rolling Resistance khối Tire 50 4.6 khối thân xe (Vehicle Body) 51 4.7 Thay thông số Main khối Vehicle Body 51 4.8 Thay thông số Drag khối Vehicle Body 52 4.9 Khối truyền xích (Chain Drive) 52 4.10 Thay thơng số Geometry khối Chain Drive 52 4.11 Thay thông số Maximum tension khối Chain Drive 53 4.12 Khối điều khiển PID (PID Controller) 53 4.13 Thay thông số Main khối PID Controller 54 4.14 Thay thông số PID Advaced khối PID Controller 54 4.15 Khối chu trình chạy thử (Drive Cycle Source) 55 4.16 Khối Servomotor 55 4.17 Thay thông số khối Servomotor 56 4.18 Khối bảng tra ( Lookup Table) 56 4.19 Thay thông số Table and Breakpoint khối Lookup Table 57 4.20 Cụm tra thông số mô tơ 58 4.21 Cụm hệ thống truyền lực cảm biến 59 4.22 Cụm thân xe vàn bánh xe 60 4.23 Mơ hình tổng qt 61 4.24 Cụm chu trình khối điều khiển PID 62 4.25 Mơ hình tốn khối PID 63 4.26 Mơ hình điểu khiển ga phanh 64 4.27 Cụm tra thông số động 64 4.28 Cụm thân xe bánh xe 65 4.29 Cụm hệ thống truyền lực 65 4.30 Mơ hình tổng qt 66 4.31 Đồ thị tăng tốc giây 67 4.32 Đồ thị tốc độ cực đại mô 120 giây người xe 68 4.33 Đồ thị công suất mô tơ mô 120 giây, người xe 69 4.34 Đồ thị công suất điện tiêu thụ mô 120 giây, người 70 xe 4.35 Đồ thị thể tốc độ xe leo dốc 30 giây, người xe 71 4.36 Đồ thị leo dốc cực đại 30 giây, người xe 71 4.37 Đồ thị tốc độ cực đại 120 giây, người xe 72 4.38 Đồ thị thể tốc độ xe leo dốc 30 giây, người xe 73 4.39 Đồ thị leo dốc cực đại 30 giây, người xe 73 4.40 Đồ thị tốc độ xe so với chu trình Japanese 10-15 Mode 74 4.41 Đồ thị tốc độ xe so với chu trình Japanese 10-15 Mode 74 4.42 Đồ thị tốc độ xe so với chu trình ECE R15 (Single Cycle) 75 4.43 Đồ thị tốc độ xe so với chu trình ECE R15 (Single Cycle) 76 4.44 Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC 76 4.45 Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC 77 4.46 Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC 77 4.47 Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC 78 4.48 Đồ thị cơng suất mơ tơ chạy theo chu trình Japanese 10-15 Mode 78 4.49 Đồ thị cơng suất mơ tơ chạy theo chu trình CEC R15 (Single Cycle) 79 4.50 Đồ thị công suất mơ tơ chạy theo chu trình NEDC 4.51 Đồ thị cơng suất điện tiêu thụ chạy chu trình Japanese 10-15 80 79 Mode 4.52 Đồ thị công suất điện tiêu thụ chạy chu trình CEC R15(Single 80 cycle) 4.53 Đồ thị công suất điện tiêu thụ chạy chu trình NEDC 81 5.1 Pin Lithium ion 82 DANH MỤC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 2.1 Thông số kỹ thuật xe Vinfast Klara Lithium 14 2.2 Thông số kỹ thuật xe Klara acquy axit chì 15 3.1 Thơng số trọng tâm tính tốn tải trọng 165kg 22 3.2 Thơng số trọng tâm tính tốn tải trọng 230kg 23 3.3 Bảng tỉ số truyền ứng với thời gian đạt vận tốc 36 4.1 Các khối Simulink để mô xe 41 Vận tốc(km/h) Thời gian (s) Hình 4.38: Đồ thị thể tốc độ xe leo dốc 30 giây, người xe Xe có thỏa mãn khả leo dốc khối lượng toàn xe 230 kg Khả tăng tốc leo dốc chậm người giây đầu tăng lên Vận tốc(km/h) khoảng 12km/h sau tăng tốc lên khoảng 45km/h giây thứ 30 Thời gian (s) Hình 4.39: Đồ thị leo dốc cực đại 30 giây, người xe 73 4.6.2 Chạy theo chu trình thử nghiệm xe - Đồ thị tốc độ xe so với chu trình Vận tốc(km/h)  Chu trình Japanese 10-15 Mode Thời gian (s) Hình 4.40: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình Japanese 10-15 Mode Chu trình Japanese 10-15 Mode gồm nhiều giai đoạn tốc độ thay đổi khác Xe hoạt động tốt chu trình chạy thử Chu trình gồm giai đoạn tăng tốc, giữ tốc độ ổn định giảm tốc Vận tốc cực đại chu trình Vận tốc(km/h) 19.44m/s (70km/h), thỏa mãn giới hạn tốc độ xe Thời gian (s) Hình 4.41: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình Japanese 10-15 Mode 74 Vận tốc xe ln bám theo chu trình Tuy nhiên, số điểm vận tốc có độ trễ so với vận tốc chu trình Độ trễ độ trễ điều khiển so sánh vận tốc xe vận tốc chu trình, sau điều khiển ga phanh Xét thấy đồ thị độ trễ nhỏ không đáng kể, nên xe vận hành tốt chu trình Vận tốc(m/s)  Chu trình ECE R15 (Single Cycle) Thời gian (s) Hình 4.42: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình ECE R15 (Single Cycle) Với chu trình ECE R15 (Single Cycle) , việc tăng giảm tốc độ đơn giản Vận tốc cực đại 13.89m/s (50km/h), tương đối phù hợp với vận tốc sử dụng điều kiện giao thông Việt Nam Tốc độ xe bám theo chu trình 75 Vận tốc(m/s) Thời gian (s) Hình 4.43: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình ECE R15 (Single Cycle) Đường tốc độ xe bám tốt theo đường tốc độ chu trình Các độ trễ khơng đáng kể Vận tốc(m/s)  Chu trình NEDC Thời gian (s) Hình 4.44: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC Chu trình NEDC có tốc độ khác theo giai đoạn khác Đặc biệt chu trình có tốc độ cực đại 33.3m/s (120km/h) cao có nhiều giai đoạn giữ vận tốc khoảng thời gian ngắn Tốc độ xe bám theo chu trình 76 Vận tốc(m/s) Thời gian (s) Vận tốc(m/s) Hình 4.45: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC Thời gian (s) Hình 4.46: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC Giai đoạn tăng tốc có giữ tốc số khoảng thời gian ngắn Vận tốc xe bám sát vận tốc chu trình 77 Vận tốc(m/s) Thời gian (s) Hình 4.47: Đồ thị tốc độ xe so với chu trình NEDC Tốc độ chu trình lớn tốc độ cực đại xe Giai đoạn này, tốc độ xe cực đại không đáp ứng tốc chu trình - Đồ thị cơng suất mơ tơ Cơng suất (W)  Chu trình Japanese 10-15 Mode Thời gian (s) Hình 4.48: Đồ thị cơng suất mơ tơ chạy theo chu trình Japanese 10-15 Mode 78 Cơng suất (W)  Chu trình ECE R15 (Single Cycle) Thời gian (s) Hình 4.49: Đồ thị cơng suất mơ tơ chạy theo chu trình CEC R15 (Single Cycle) Cơng suất (W)  Chu trình NEDC Thời gian (s) Hình 4.50: Đồ thị cơng suất mơ tơ chạy theo chu trình NEDC Các đồ thị cho thấy rõ rãng công suất mô tơ hoạt động chu trình Qua đây, đánh giá cơng suất cần thiết điều kiện hoạt động khác thơng qua chu trình thử nghiệm 79 Những thời điểm tăng giảm công suất mô tơ đồ thị ứng với thời điểm tăng ga, giảm ga xe - Đồ thị công suất điện tiêu thụ Cơng suất (W)  Chu trình Japanese 10-15 Mode Thời gian (s) Hình 4.51: Đồ thị cơng suất điện tiêu thụ chạy chu trình Japanese 10-15 Mode Cơng suất (W)  Chu trình ECE R15 (Single Cycle) Thời gian (s) Hình 4.52: Đồ thị cơng suất điện tiêu thụ chạy chu trình ECE R15 (Single Cycle) 80  Chu trình NEDC Cơng suất (W) Thời gian (s) Thời gian (s) Hình 4.53: Đồ thị cơng suất điện tiêu thụ chạy chu trình NEDC Bằng phép tính Simulink công suất điện tiêu thụ mô tơ tính xác theo cơng suất mơ tơ hiệu suất tốc độ tương ứng Điều giúp việc tính tốn chọn nguồn lượng cho xe dễ dàng Những thời điểm tăng giảm công suất điện tiêu thụ đồ thị ứng với thời điểm tăng ga, giảm ga xe 81 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Sau tính tốn thiết kế nguồn động lực hệ thống truyền lực cho mô tô điện, tiêu chí đặt như: khả tăng tốc, leo dốc, thiết kế hệ thống truyền lực mang tính thể thao, tốc độ cực đại đạt cao, khả đáp ứng chu trình chạy thử,… thỏa mãn Mô hoạt động xe gần so với thực tế khối lượng, trọng tâm, hệ thống truyền lực, ma sát hệ thống, quán tính quay, đặc tính mơ tơ nhà sản xuất thực nghiệm,… Làm tảng, sở lý thuyết để thực sản xuất mô tô điện mạnh mẽ, xác theo tiêu chí đặt 5.2 Hướng phát triển Thay sử dụng truyền xích với tỉ số truyền khơng đổi ta thiết kế hệ thống truyền lực với nhiều tay số khác để vừa dễ dàng đạt vận tốc cực đại, khả leo dốc, thực theo chu trình chạy thử đồng thời thỏa mãn êm dịu mượt mà hoạt động điều kiên khác Sử dụng pin lithium thay ghép nối tiếp accu chì-axit giúp tổng khối lượng xe giảm xuống đồng thời pin sạc sử dụng kim loại lithium điện cực có khả cung cấp điện áp cao cơng suất tuyệt vời, tạo mật độ lượng lớn nhiều so với loại chì – axit Hình 5.1: Pin Lithium ion 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đặng Q, Giáo trình tơ (Lý thuyết tơ),2010 [2] Giảng viên hướng dẫn: TS Phạm Tuấn Anh, Thiết kế mẫu xe máy bánh Hybrid dựa xe Honda Wave S 110 [3] Trịnh Chất Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí (tập một) [4] Vittore Cossalter, Motorcycle Dynamics,2006 [5] L L Faulkner, Standard Hanbook of chain [6] https://www.goldenmotor.com/hubmotors/hubmotor-imgs/HPM300048V3KW%20Data.pdf [7]https://vi.wikipedia.org/wiki/B%E1%BB%99_%C4%91i%E1%BB%81u_khi%E 1%BB%83n_PID?fbclid=IwAR13tGqlbqet8sWhQqB2u2n2NlgZVFVSBBp92Q7U ceXovpCXFCWjc9RSf9E 83 PHỤ LỤC Bảng tra thơng số đặc tính mô tơ nhà sản xuất thử nghiệm 84 Chương trình Matlab tính cơng suất mơ tơ 85 Chương trình Matlab tỉ số truyền hệ thống truyền lực 86 S K L 0 ... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tơ Tên đề tài: THIẾT KẾ NG̀N ĐỘNG LỰC VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC MÔ... Phương án thiết kế 3.4.1 Các phương án thiết kế hệ thống truyền lực - Sử dụng mô tơ đặt bánh xe (Hubmotor) + Ưu điểm:  Hệ thống truyền lực đơn giản  Bỏ qua mát công suất hệ thống truyền lực trung... 7s tăng tốc ứng với công suất mô tơ khác 26 3.4 Nguyên lý hoạt động động điện chiều truyền thống 27 3.5 Cấu tạo động điện không đồng (Induction Motor – IM) 28 3.6 Cấu tạo động BLDC 29 3.7 Đường