Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid

B0 crAo ouc vA oAo r4,o DAr Hec oA TOM ON TAT rAr NAxc BAO CAO KHOA HQC VA CONG NGHE CAP DAI HQC ON NANC xcsltx c0U rutfr xf cHuyBx o6r xr cAx rvrAy cH4y xixc tnAxu xr cAx DrAy HysRro Mi s6: B2018-DN0I-16 D Chfr nhiQm ird tiri: pGS.TS TRAN THANH HAr g an aN cD ho oA xAxc, zozt ruNC ( vA DAo rAo DAI HQC oA NANc s0 cIao DVC r6u rAr nAo cAo on rAr KHoAHec vA cONG NGHE cAp DAr Hec oA NANc D Ncnrtn cuu rHrnr xn cswnN oor xn cAN vrAv cHAy xANc cD ho IHANH xB cAN rvrAv HyBRTD Mi aN cria t6 chnic s6: B2018-DN01-16 G Bich g rr rnrjdnc BAN KHctt & MT rnudxc sAN TS.Tnrdng Ch0 nhtQm ed tli an $i$$fuapg6 -4y,?- Trim PGS.TS oL NANG,zozl tnAn rHAI\H n.q,r ruNc Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU TT Đơn vị công tác lĩnh vực chuyên môn Họ tên Nội dung nghiên cứu cụ thể giao GS.TSKH Bùi Văn Ga TS Lê Văn Tụy Đại học Đà Nẵng /Động Nhiệt Trường ĐHBK / Động Nhiệt TS Lê Minh Tiến Trường ĐHBK/ Động Nhiệt KS Phùng Minh Nguyên Trường ĐHBK/ Động Nhiệt NCS Bùi Văn Tấn Nghiên cứu tổng quan Nghiên cứu lý thuyết xe hybrid, tính tốn phối hợp công suất Nghiên cứu, chế tạo hệ thống điều khiển điện Trung tâm Đăng kiểm Đà Nẵng/ Cơ khí Động lực Nghiên cứu, chế tạo khớp nối truyền động khí Thử nghiệm sản phẩm g an aN cD ho D Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng i Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sử dụng xe gắn máy Việt Nam 1.2 Tình hình sử dụng xe máy điện 1.3 Tình hình nghiên cứu xe gắn máy dùng khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) 1.4 Giới thiệu chung công nghệ xe hybrid 1.5 Xu hướng phát triển ô tô Hybrid – xe máy Hybrid CHƯƠNG TÍNH TỐN LỰC KÉO ĐỘNG CƠ CỦA XE HYBRID PHUN LPG – ĐIỆN 2.1 Chọn phương án động lực hybrid 2.2 Xác định khối lượng tính tốn xe cải tạo 2.3 Tính tốn động điện ắc qui cung cấp 2.4 Tính tốn lực kéo động sử dụng động LPG 2.5 Xây dựng đặc tính động lực học xe Hybrid chạy hai nguồn động lực (nhiệt- điện) CHƯƠNG THIẾT KẾ MẪU XE HYBRID CHẠY ĐỘNG CƠ NHIỆT LPG VÀ ĐIỆN Thiết kế bố trí chung xe gắn máy hybrid 3.2 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG xe gắn máy hybrid 3.3 Thiết kế hệ thống điểu khiển cung cấp LPG kết hợp hai động 13 3.4 Thiết kế bố trí tổng thể xe gắn máy hybrid 15 CHƯƠNG ho D 3.1 CHẾ TẠO MẪU XE VÀ THỬ NGHIỆM 15 cD Bố trí lắp đặt xe gắn máy hybrid LPG- điện 15 4.2 Kết thử nghiệm xe gắn máy hybrid 16 4.3 Đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật xe gắn máy sau cải tạo 17 17 an KẾT LUẬN aN 4.1 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 17 g Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng ii Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phương án truyền động Hybrid song song Hình 1.2 Xe hybrid scooter PCX Hình 2.1 Phương án hybrid song song .3 Hình 2.2 Đồ thị đặc tính tốc độ động nhiệt HONDA LEAD Hình 2.3 Đồ thị đặc tính lực kéo lực cản xe máy chạy LPG-ĐIỆN Hình 2.4 Đồ thị đặc tính khả tăng tốc xe máy chạy LPG- điện Hình 3.1 Sơ đồ bố trí nguồn động lực hệ thống truyền động xe .8 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống PGM-Fi .9 Hình 3.3 Nguyên lý điều khiển phun nhiên liệu Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình 10 Hình 3.5 Lưu lượng khơng khí nạp vào xi lanh .11 Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống phun LPG 11 Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống điều khiển phun LPG .12 Hình 3.8 Mạch điều khiển phun LPG .12 Hình 3.9 Sơ đồ bố trí mạch điều khiển phun LPG 12 Hình 3.10 Lưu đồ chương trình điều khiển phun LPG 13 Hình 3.11 Sơ đồ chung trình điều khiển kết hợp hai động 14 Hình 3.12 Đồ thị tốc độ xe sử dụng độc lập hai loại động theo hành trình tay ga .14 Hình 4.1 Bố trí cụm đồng hồ, cơng tắc 16 Hình 4.2 Lắp đặt lại vỏ xe sau cải tạo 16 Hình 4.3 Chạy thực nghiệm đường phố 16 g an aN cD ho D Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng iii Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHUYỂN ĐỔI XE GẮN MÁY CHẠY XĂNG THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID - Mã số: B2018-ĐN01-16 - Chủ nhiệm đề tài: PGS TS Trần Thanh Hải Tùng - Thời gian thực hiện: tháng năm 2018 đến tháng năm 2020 (Gia hạn đến tháng 8/2021) Mục tiêu Chuyển đổi xe gắn máy sử dụng nhiên liệu truyền thống (xăng) thành xe gắn máy hybrid điện-nhiệt để tăng hiệu sử dụng nhiên liệu giảm phát thải nhiễm mơi trường Tính sáng tạo Thiết kế hệ thống cung cấp phun LPG cho xe dựa sở tính tốn thơng qua tín hiệu điều khiển phun xăng Kết hợp hai nguồn động lực nhiệt điện để tăng hiệu sử dụng lượng Tận dụng hệ thống truyền lực CVT xe tay ga để đơn giản hóa việc dẫn động phối hợp công suất Kết nghiên cứu Sản phẩm ho + Sản phẩm khoa học D Tổng hợp phương pháp tính tốn phối hợp công suất hai động nhiệt động điện ứng dụng cho thiết kế hệ thống động lực hybrid Thiết kế chuyển đổi hệ thống phun xăng thành hệ thống phun nhiên liệu LPG điều khiển điện tử Kết nghiên cứu thiết kế mẫu xe hybrid sử dụng động nhiệt chạy LPG kết hợp động điện, dựa xe sở xe Honda Lead FI 110 Mẫu xe thiết kế giữ nguyên kết cấu hình dáng xe nguyên thủy tốc độ xe đạt 38km/h chạy hoàn toàn điện Khi kết hợp hai nguồn động lực tốc độ lớn 70km/h Bài báo quốc tế: 01 :International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT) http://www.ijert.org ISSN: 2278-0181 IJERTV10IS010188 (Published by : www.ijert.org Vol 10 Issue 01, January-2021) - Báo cáo HNKH quốc gia: 03 aN cD - + Sản phẩm đào tạo: Hỗ trợ 01 NCS thực chuyên đề NCS Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng g an + Sản phẩm ứng dụng: Mẫu xe hybrid dùng động phun LPG động điện 1200w dựa xe Honda Lead FI 110 Kết nghiên cứu tham khảo để chuyển giao cho doanh nghiệp sản xuất, kinh doanh xe máy Đồng thời sử dụng làm học cụ cho sinh viên ngành Cơ khí Động lực nghiên cứu phát triển sản phẩm Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng iv Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid THE UNIVERSITY OF DANANG INFORMATION RESEARCH RESULTS General information - Title of the project: STUDY, DESIGN, and CONVERTER GASOLINE MOTORCYCLES INTO HYBRID MOTORCYCLES - Code: B2018-DN01-16 - Project leader: Assoc Dr Tran Thanh Hai Tung - Implementation period: August 2018 to July 2020 (Extended until August 2021) Goals Converting motorcycles using traditional fuel (gasoline) into electric-thermal hybrid motorcycles to increase fuel efficiency and reduce environmental pollution emissions Novelty and creativity Design the LPG injection supply system for the vehicle based on the calculation through the fuel injection control signal Combine two thermo-electric power sources to increase energy efficiency.Take advantage of the scooter's CVT powertrain to simplify the drive when it comes to power coordination Research results + Scientific products cD Products ho D Synthesized the method of calculating the power coordination between two heat engines and electric motors applied to the design of hybrid power systems Design to convert the fuel injection system into an electronically controlled LPG fuel injection system The research results have designed a hybrid vehicle using an LPG-powered heat engine combined with an electric motor, based on the Honda Lead FI 110 as the base vehicle The design model retains the original vehicle shape structure, speed vehicle can reach 38km/h when running entirely on electricity When combining the two dynamic sources, the maximum speed is more than 70km/h - National scientific research report: 03 an aN - International paper: 01 :International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT) http://www.ijert.org ISSN: 2278-0181 IJERTV10IS010188 (Published by : www.ijert.org Vol 10 Issue 01, January2021) g + Training products: Support 01 PhD student to carry out the research topic + Applied products: Hybrid model using LPG injection engine and 1200w electric motor based on Honda Lead FI 110 Efficiency, method of transferring research results and applicability Research results can be referenced to transfer to motorcycle manufacturing and trading enterprises At the same time, it is used as a learning tool for students of Dynamic Mechanics to research and develop products Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng v Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sử dụng xe gắn máy Việt Nam Xe máy phương tiện di chuyển chủ yếu người Việt, chiếm 85% tổng số phương tiện Từ năm 2010, ngành công nghiệp xe máy Việt Nam sôi động hẳn lên ông lớn Honda, Yamaha, Suzuki, Piaggio công bố hàng loạt dự án xây dựng nhà máy mở rộng sản xuất với tổng giá trị lên đến hàng trăm triệu USD Đó thời điểm kinh tế Việt Nam có bước hồi phục sau khủng hoảng kinh tế toàn cầu năm 2008, dẫn đến sức mua xe tăng lên Khác với nước phát triển, xe gắn máy phương tiện giao thơng cá nhân nước ta với mật độ trung bình người dân có xe gắn máy Tính đến cuối năm 2011, Việt Nam có khoảng 33,4 triệu xe máy lưu thơng, theo thống kê Bộ Giao thông Vận tải Đến cuối năm 2019, số gần chạm ngưỡng 60 triệu xe Hiện tại, Việt Nam xếp thứ danh sách quốc gia tiêu thụ xe máy nhiều giới, đứng sau Ấn Độ, Trung Quốc Indonesia Tại thành phố lớn Việt Nam, ước tính thiệt hại kinh tế khí thải xe máy từ 0,5 tới 0,6% GDP Điều đáng nói người dân chưa ý thức tác hại khí thải ơtơ, xe máy tác dụng việc bảo dưỡng, sửa chữa phương tiện để giảm khí thải độc hại 1.2 Tình hình sử dụng xe máy điện Hòa nhập với xu hướng giới, nhiên liệu thân thiện với môi trường xăng sinh học điện ý Việt Nam Trong đó, xe điện bắt đầu hãng nghiêm túc hướng tới Thực tế, loại xe sử dụng lượng điện xuất Việt Nam từ 10 năm trước với loại xe đạp điện xe máy điện 1.3 Tình hình nghiên cứu xe gắn máy dùng khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) D Để giảm nhiễm mơi trường khơng khí thành phố, số nước áp dụng sách thuế ưu đãi LPG sử dụng cho phương tiện giao thơng Mặt khác, mức độ tiết kiệm cịn phụ thuộc vào tình trạng k ỹ thuật động chất lượng chế hịa khí dùng xăng Kết chạy thử nghiệm LPG xe gắn máy 110cc cho thấy suất tiêu hao nhiên liệu trung bình khoảng 1kg LPG/110km 1.4 Giới thiệu chung cơng nghệ xe hybrid cD ho Hybrid dòng xe sử dụng hệ động tổ hợp có kết hợp từ hai nguồn lượng trở lên mà thường thấy động đốt kết hợp động điện Hai động phối hợp với giúp xe vận hành tốt điều kiện đường xá giảm mức tiêu hao nhiên liệu khí thải Thử nghiệm thực tế cho thấy, phiên hybrid tiết kiệm khoảng gần nửa so với xăng có điều kiện vận hành (người lái, quãng đường, số km ) Quan trọng hơn, tiêu thụ nhiên liệu, nên lượng khí phát thải mơi trường Hybrid nối tiếp an 1.4.1 aN Nền tảng xe hybrid biết đến với ba dạng kết hợp chính: g Hybrid nối tiếp (series hybrid) loại sử dụng mô tơ điện dẫn động trực tiếp tới bánh xe Động đốt có nhiệm vụ chạy máy phát điện Đây dạng nguyên sơ động hybrid Do khả vận hành không tốt, hiệu lượng mức vừa phải, nên dạng hybrid khơng cịn sử dụng phổ biến Động điện truyền lực đến bánh xe chủ động, công việc động nhiệt kéo máy phát điện để phát sinh điện nạp cho ắc qui cung cấp cho động điện 1.4.2 Hybrid kết hợp (nối tiếp - song song) Hybrid nối tiếp - song song (series-parallel hybrid) loại kết hợp hai loại trên, cấu hybrid phức tạp có chi phí sản xuất cao Nhờ chia công suất, lượng từ động đốt động điện biến thiên liên tục bổ trợ cho giúp xe có hiệu hoạt động tốt Cơ cấu hoạt động luân phiên giúp cụm pin xe lúc sạc đầy Xe vận hành chế độ lái động điện (EV-mode), hữu ích di chuyển điều kiện giao thông đông đúc Đây dạng xe lai hybrid tiên tiến sử dụng nhiều mẫu xe hybrid Hệ thống kết hợp hai hệ thống nối tiếp song song nhằm tận dụng tối đa lợi ích sinh Hệ thống lai nối tiếp có phận gọi "thiết bị phân chia công suất" chuyển giao tỷ lệ biến đổi liên tục công suất động nhiệt động điện đến bánh xe chủ động 1.4.3 Hybrid song song Hybrid song song (Parallel Hybrid) động đốt cung cấp lực kéo cho bánh xe Động điện đóng vai trị hỗ trợ cho động xăng, xe cần gia tốc nhanh Ngoài ra, lượng pin lại đủ lớn, động điện thay động xăng để hoạt động điều kiện xe di chuyển chậm, không cần nhiều sức mạnh Trong điều kiện này, việc sạc lại pin đến từ hệ thống tái tạo lượng từ lực phanh (Regenerative Braking) không đến từ mô tơ điện Những mẫu xe trang bị hybrid song song cho khả vận hành tốt, hiệu nhiên liệu cải thiện phần Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid Hình 1.1 Phương án truyền động Hybrid song song 1.4.4 Ơ tơ xe gắn máy hybrid Các chủng loại ô tô, xe gắn máy hybrid dùng động nhiệt chạy xăng động điện chạy ắc qui Nhờ phối hợp sử dụng tối ưu công suất động nên tính kinh tế kỹ thuật động nhiệt cải thiện đáng kể aN cD ho D Hình 1.2 Xe hybrid scooter PCX Xu hướng phát triển ô tô Hybrid – xe máy Hybrid 1.5.1 Xu hướng phát triển phương tiện giao thông 1.5.2 Phát triển ô tô Hybrid – xe gắn máy Hybrid g an 1.5 Xuất từ đầu năm 1990 nay, ôtô hybrid nghiên cứu phát triển giải pháp hiệu tính kinh tế mơi trường Trong bối cảnh ơtơ hybrid nhiệt điện (kết hợp động đốt động điện) coi phù hợp giai đoạn đón đầu xu phát triển ôtô sạch, nhằm đáp ứng tính khắt khe mơi trường thị, tính nguy cạn kiệt nhiên liệu 1.5.3 Xe máy hybrid LPG – Điện Xuất phát từ đặc điểm sử dụng nhiên liệu xăng, điện, LPG xe gắn máy, sở phân tích mục tiêu giảm thải nhiễm, tăng hiệu sử dụng lượng đề xuất công nghệ sử dụng xe Hybrid dùng nhiên liệu LPG kết hợp điện Việc không sử dụng nhiên liệu xăng để vận hành động mà thay nhiên liệu LPG làm tăng đáng kể khả giảm ô nhiễm khí thải cho động đặc điểm bật đề tài nghiên cứu này.Xe gắn máy hybrid LPG – Điện kết hợp lắp đặt động điện lên xe gắn máy sử dụng động nhiệt truyền thống thay đổi từ sử dụng nhiên liệu xăng sang sử dụng nhiên liệu khí dầu mỏ hóa lỏng LPG Nghiên cứu đề tài giới thiệu kết tính tốn thiết kế chế tạo thử nghiệm thực tế xe gắn máy hybrid LPG – Điện 1.5.4 Ưu, nhược điểm xe hybrid LPG – điện so với động xăng Ưu điểm Ưu điểm xe hybrid không nhắc đến thân thiện với môi trường Xe hybrid LPG – Điện không phát thải ô nhiễm chạy điện, chạy LPG mức độ phát thải nhiễm tối đa 50% mức độ phát thải xe chạy xăng cỡ Ưu điểm thứ hai xe hybrid LPG – Điện tiết kiệm nhiên Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid liệu Tiết kiệm nhiên liệu đồng nghĩa với việc tiết kiệm khoản chi phí cho xăng dầu, đặc biệt người thường xuyên sử dụng xe để làm hàng ngày Nhược điểm Nhược điểm thứ xe hybrid giá ban đầu thường cao Mặc dù người lái tiết kiệm nhiên liệu giá mua hybrid thường cao xe truyền thống, phần cơng nghệ nó, có lợi ích tiết kiệm nhiên liệu bán xe thân thiện với môi trường Nhược điểm thứ hai xe hybrid LPG – Điện chi phí bảo dưỡng cao, phức tạp địi hỏi kỹ thuật cao Lượng lưu trữ nhiên liệu LPG không nhiều việc lưu trữ xăng, dầu CHƯƠNG TÍNH TỐN LỰC KÉO ĐỘNG CƠ CỦA XE HYBRID PHUN LPG – ĐIỆN 2.1 Chọn phương án động lực hybrid Để giải vừa vấn đề giảm ô nhiễm, vừa sử dụng nhiên liệu sạch, nghiên cứu chọn phương án phối hợp động lực cho xe gắn máy hybrid, ta sử dụng động nhiệt (dùng LPG) để vận hành xe chạy thành phố; đồng thời nạp điện cho ắc qui Khi thành phố xe chủ yếu sử dụng động điện Khi cần tăng công suất kết hợp hai động nhiệt động điện Dùng phương án Hybrid nối tiếp hay kết hợp kết cấu phức tạp, không phù hợp bố trí xe gắn máy có sẵn, phù hợp với thiết kế Trong nghiên cứu phương án lựa chọn Hybrid song song ho D cD Hình 2.1 Phương án hybrid song song Bánh trước; Động điện trước; Động nhiệt; Bộ truyền đai; Ly hợp ly tâm; Hộp giảm tốc; Bánh xe sau 2.2 Tổng khối lượng sau cải tao : 155kg aN Xác định khối lượng tính tốn xe cải tạo Tính tốn động điện ắc qui cung cấp 2.3.1 Tính chọn động điện g an 2.3 Xe gắn máy hybrid tính tốn thiết kế chở người với khối lượng tổng cộng ước tính khoảng 285 (kg) với vận tốc tối đa 40 (km/h) phù hợp với điều kiện thị Phương trình cân lực tổng quát sau: Fk = G cos  (a+b.V) + k.S.V2  G.sin   m dV dt (2.1) Vậy công suất yêu cầu xe ứng với tốc độ cực đại thiết kế V max là: PV = Fk.Vmax = 73,911.11,11 = 811,24(W) (2.3) Công suất lớn động điện xét đến hiệu suất nó, với ɳ = 0,70 là: PE = PV/ɳ = 811,24/0,70 = 1173,197 (W) Vì vậy, để đảm bảo xe gắn máy đạt thông số thiết kế, ta chọn động điện cơng suất 1200W 2.3.2 Tính tốn tính xe gắn máy chạy điện Xây dựng đồ thị đặc tính tốc độ động điện Vì liệu đo thực số điểm hạn chế; để phục vụ cho phân tích tính tốn, đặc tính mơ-men theo tốc độ góc xấp xỉ mơ lại theo đặc tính bậc theo tốc độ M = 0,003195.2 – 0,847519  + 57,844625 (2.7) Trong  tốc độ góc độngcơ điện, tính [rad/s] Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid Tốc độ cực đại xe chạy động điện Tốc độ lớn xe xác định từ hệ phương trình cân lực kéo F k lực cản Fc sau: M  PE max  PE max   = ; V   B Rbx  Fk = R = .R V bx bx max    Fc = G.(a + b.Vmax ) + k S Vmax ; V   B Rbx Suy ra: PE max  = G.(a + b.Vmax ).Vmax + k S Vmax ; V  B Rbx (2.8a) (2.8b) Trong B tốc độ động điện; theo xác định mơ-men đạt cực đại Giải phương trình bậc phương pháp lặp với điều kiện nghiệm V   B Rbx cho kết tốc độ xe bằng: Vmax = 10,93 (m/s) hay 39,348 (km/h) Đặc tính lực kéo lực cản Đặc tính lực kéo lực cản xe máy trang bị nguồn động lực điện xác định hệ phương trình (2.9): V = .Rbx   Fc = G.(a + b.V ) + k S V  P  Fk = E max ;    B  B Rbx   P  Fk = E max ;  B     N V  (2.9a) D ho Ở Rbx bán kính bánh xe gắn mô tơ điện Bánh xe gắn mô tơ điện có đường kính thiết kế bánh xe Dbx = 410 (mm), nên bán kính làm việc bánh xe xác định công thức: Rbx = Dbx/2. (2.9b) Đặc tính nhân tố động lực học aN cD Trong  hệ số tính đến biến dạng lốp đàn hồi; với lốp áp suất thấp chọn  = 0,935, nên ta có Rbx  0,188 (m) an Nhân tố động lực học đại lượng không thứ nguyên, cho phép đánh giá so sánh tính chất động lực học khơng riêng xe mà cịn xe nói chung Nhân tố động lực học ký hiệu D xác định bằng: g Nhân tố động lực học xe định nghĩa tỷ số lực kéo tiếp tuyến Fk trừ lực cản khơng khí Fw chia cho trọng lượng toàn xe F − Fw D= k ;    N G (2.10) Khả vượt dốc xe trang bị nguồn động điện Phương trình chuyển động xe cho (2.1) viết lại theo đại lượng khơng thứ nguyên nhân tố động lực học D xe; áp dụng cho xe chuyển động (khơng có gia tốc dV/dt = 0) lên dốc: D = (a + b.V ) cos  + sin  (2.11a) Bằng cách biến đổi lượng giác, dễ dàng tính góc dốc đường mà xe vượt qua sau:  = ASIN ( D)  k 2. − ATAN (a + b.V ); k = 0,1,2 (2.11b) Khả tăng tốc xe trang bị nguồn động điện Phương trình (2.1) viết lại theo đại lượng không thứ nguyên nhân tố động lực D; áp dụng cho xe chuyển động tăng tốc đường nằm ngang (góc dốc  = 0); tức là: D = (a + b.V ) +  i dV g dt (2.12) + Gia tốc tăng tốc: Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid j= dV g = ( D − (a + b.V )) dt i (2.13) + Thời gian tăng tốc:  (1 / j + / j ) n−1  V −V   n t= + 1 / jk . k k −1    n  k =1   2.3.3 (2.14b) Tính chọn ắc qui cung cấp Căn kết tính dung lượng cho ắc qui, dự kiến chọn loại ắc qui 12V để thuận lợi việc bố xe gắn máy nhỏ hẹp; phải cần bình 12 Volt lắp ghép theo kiểu nối tiếp, bình cần có dung lượng tối thiểu: Qk = 50/4 = 12,5(Ah) Tham khảo thị trường, chọn ắc qui hiệu ALASKA 6-DZM-14 (12V/14Ah) 2.4 Tính tốn lực kéo động sử dụng động LPG 2.4.1 Chọn động nhiệt Trong phương án phối hợp động lực cho xe gắn máy hybrid, ta sử dụng động nhiệt để vận hành xe chạy thành phố; đồng thời nạp điện cho ắc qui Ta sử dụng động nhiệt xe Honda LEAD 2.4.2 Tính tốn tính xe gắn máy chạy động nhiệt (xăng/LPG) Quan điểm thiết kế dùng LPG, cung cấp lượng tương đương nên đặc tính tốc độ động tương đương dùng xăng D Xây dựng đồ thị đặc tính tốc độ động nhiệt (xăng/LPG) Đặc tính tốc độ động đốt xác định theo Lây-đéc-man [7]: Pmax (2.18) cD e ( a + b. + c. ) ho M= Trong số thực nghiệm a=0,845, b=0,928, c=-0,773 xác định theo điều kiện thực nghiệm Công suất động 7000 an 5000 4000 3000 2000 1000 Mô-men M (N.m) 6000 g Công suất P (W) Mô-men động 14 13 12 11 10 aN Đồ thị xây dựng đặc tính tốc độ động đốt HONDA xe gắn máy LEAD thể hình 2.2: 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Tốc độ động n (v/ph) Hình 2.2 Đồ thị đặc tính tốc độ động nhiệt HONDA LEAD Xây dựng đặc tính tỷ số truyền hộp số vô cấp CVT kiểu đai hình thang Xe gắn máy HONDA LEAD trang bị hệ thống truyền động vô cấp CVT (Continuously Variable Transmission) kiểu đai hình thang Bằng cơng cụ mơ cho ta thấy quy luật biến đổi tỷ số truyền vô cấp truyền động đai – puly iCVT theo bán kính làm việc R1 puly chủ động (sơ cấp) có dạng hàm mũ số tự nhiên (xem thêm phương tình hàm mũ với số tự nhiên e cho hình 2-7) xác định sau: iCVT ( R1 ) = k e C R1 (2.22) Trong đó: k số tỷ lệ; e số tự nhiên; C số kèm theo biến R1 Do trục nối kết trực tiếp với trục sơ cấp truyền, nên biến đổi đường kính sơ cấp d tỷ lệ với tốc độ trục cơ; theo đó, tốc độ động biến thiên từ tốc độ n đến tốc độ max nmin đường kính trục sơ cấp Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid biến thiên tương ứng từ (d 1min) đến max (d1max) Quan hệ biến đổi tỷ số truyền vô cấp truyền động đai – puly iCVT theo tốc độ làm việc động có dạng hàm mũ số tự nhiên Căn vào kết xử lý trên, cuối ta có quan hệ tỷ số truyền hộp số CVT xe máy LEAD theo tốc độ động HONDA LEAD xác định phương trình: iCVT ( ) = k e C  (2.23) Với k = 2,8708 C = -0,0015 Xây dựng đồ thị đặc tính lực kéo xe dùng động nhiệt (xăng-LPG) Đặc tính lực kéo lực cản xe máy trang bị nguồn động lực động nhiệt HONDA LEAD xác định sau: e  V = i i Rbx CVT    Fc = G.(a + b.V ) + k S V  M i i   Fk = e CVT t ;    N Rbx  (2.24a) Ở Rbx bán kính bánh xe xe máy nguyên thủy Lead Dbx = 430 (mm), nên bán kính làm việc bánh xe xác định công thức: Rbx = Dbx/2. (2.24b) D Trong  hệ số tính đến biến dạng lốp đàn hồi; với lốp áp suất thấp chọn  = 0,935 [ [7], nên ta có Rbx  0,201 (m) Đặc tính nhân tố động lực học ho Nhân tố động lực học ký hiệu D xác định bằng: (2.25) Khả vượt dốc xe trang bị nguồn động nhiệt (xăng-LPG) aN Fk − Fw ; V  Vmax G cD D= g D = (a + b.V ) cos  + sin  an Phương trình chuyển động xe cho (2.1) viết lại theo đại lượng không thứ nguyên nhân tố động lực học D xe chạy động LPG; áp dụng cho xe chuyển động (khơng có gia tốc dV/dt = 0) lên dốc: (2.26a) Bằng cách biến đổi lượng giác, dễ dàng tính góc dốc đường mà xe vượt qua sau:  = ASIN ( D)  k 2. − ATAN (a + b.V ); k = 0,1,2 (2.26b) Khả tăng tốc xe trang bị nguồn động nhiệt xăng-LPG Phương trình (2.1) viết lại theo đại lượng không thứ nguyên nhân tố động lực D; áp dụng cho xe chạy LPG chuyển động tăng tốc đường nằm ngang (góc dốc  = 0); tức là: D = (a + b.V ) +  i dV g dt  (1 / j + / j ) n−1  n + / j . Vk − Vk −1  t =  k    n k =1   2.5 (2.27) (2.29b) Xây dựng đặc tính động lực học xe Hybrid chạy hai nguồn động lực (nhiệt- điện) Để xây dựng đồ thị đặc tính động lực xe chạy hai nguồn công suất, cần thiết phải đồng phương diện tốc độ tịnh tiến xe Trên sở đó, sử dụng phương pháp cộng đồ thị trục biến số tốc độ xe V Từ giá trị tính tốn theo tốc độ xe V nguồn động LPG, suy tốc độ góc động điện: Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid E = V Rbx (2.30) PE max  ;  E   B M E = M max =   B  M = PE max ;      B E N  E E (2.31) Từ đây,có thể xây dựng đặc tính kết hợp hai nguồn cơng suất nhiệt điện 2.5.1 Xây dựng đồ thị đặc tính lực kéo xe hybrid Đặc tính lực kéo lực cản xe máy Hybrid chạy đồng thời hai nguồn động lực nhiệt (LPG) - điện xác định sau: Đồ thị đặc tính lực kéo lực cản xe máy chạy nguồn động LPG động điện thể hình 2-3 Lực kéo điện Fk_E Lực kéo nhiệt Fk_N 600 500 400 D 300 200 100 0 10 20 cD ho Lực kéo Fk (N) cản Fc (N) 700 30 40 50 60 70 80 Tốc độ xe V (km/h) aN Hình 2.3 Đồ thị đặc tính lực kéo lực cản xe máy chạy LPG-ĐIỆN Đặc tính nhân tố động lực học xe hybrid an 2.5.2 DT = 2.5.3 Fk _ T − Fw G g Đại lượng không thứ nguyên nhân tố động lực học xe Hybrid vận hành hai nguồn động lực D T xác định theo lực kéo tổng Fk_T sau: ; V  Vmax (2.33) Khả vượt dốc xe hybrid Phương trình chuyển động xe cho (2.1) viết lại theo đại lượng khơng thứ nguyên nhân tố động lực học D xe vận hành với hai nguồn động lực nhiệt điện; áp dụng cho xe chuyển động (khơng có gia tốc dV/dt = 0) lên dốc sau: DT = (a + b.V ) cos  + sin  2.5.4 (2.34) Khả tăng tốc xe hybrid Phương trình (2.1) viết lại theo đại lượng khơng thứ nguyên nhân tố động lực tổng cộng D T; áp dụng cho xe máy Hybrid chạy LPG & điện chuyển động tăng tốc đường nằm ngang (góc dốc  = 0); tức là: DT = (a + b.V ) +  i dV g dt (2.35) Đồ thị đặc tính khả tăng tốc xe máy Hybrid chạy động nhiệt LPG điện thể hình 2-4 Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid Thời gian tăng tốc t (s) 100 1,800 90 1,600 80 1,400 70 1,200 60 1,000 50 0,800 40 0,600 30 0,400 20 0,200 10 0,000 Thời gian tăng tốc t (s) Gia tốc J (m/s^2) Gia tốc J (m/s^2) 2,000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Tốc độ xe V (km/h) Hình 2.4 Đồ thị đặc tính khả tăng tốc xe máy chạy LPG- điện Kết tính tốn chương xác định đặc tính kéo xe sử dụng trường hợp động LPG, động điện kết hợp hai động Trường hợp sử dụng động điện (khi chạy thành phố): Tốc độ lớn xe 39,3km/h, khả vượt dốc 9,37 độ thời gian tăng tốc 0-37,9 km/h 31,57s Trường hợp sử dụng động LPG (khi hết nguồn điện/ chạy ngồi thị): Tốc độ lớn xe 84,1km/h, khả vượt dốc 7,74 độ thời gian tăng tốc 19,8s từ 0-63km/h Trường hợp chạy kết hợp nguồn động (khi tăng tốc): Tốc độ lớn xe 76,92 km/h, khả vượt dốc 11,69 độ, thời gian tăng tốc 17,8 s từ 0-63km/h D CHƯƠNG THIẾT KẾ MẪU XE HYBRID CHẠY ĐỘNG CƠ NHIỆT LPG VÀ ĐIỆN Thiết kế bố trí chung xe gắn máy hybrid 3.1.1 Phân tích phương án lắp đặt động điện động nhiệt cD ho 3.1 Cải tạo xe gắn máy lắp đặt động thực theo nguyên tắc giảm tối đa thay đổi kết cấu, tránh làm giảm độ cứng vững ban đầu khung xe giảm giá thành cải tạo xe gắn máy hybrid g an aN Hình 3.1 Sơ đồ bố trí nguồn động lực hệ thống truyền động xe 3.1.2 Bố trí lắp đặt Lắp động nhiệt Động nhiệt bố trí nguyên vị trí cũ chuyển đổi sang sử dụng LPG theo phương án phun Vị trí bình chứa LPG lắp đặt phần không gian cốp xe Vị trí bình xăng tha y để lắp đặt ắc qui Hệ thống điều khiển động nhiệt giữ nguyên xe gắn máy trước cải tạo Hệ thống truyền đông từ động nhiệt đến bánh sau giữ nguyên sử dụng li hợp nguyên thủy Bố trí động điện Phương án lắp đặt động điện phía trước đáp ứng hầu hết yêu cầu đưa kết hợp công suất hai động giảm tối đa thay đổi kết cấu xe trước cải tạo Vì vậy, chúng tơi lựa chọn phương án lắp đặt động điện phía trước để tiến hành thiết kế cải tạo xe gắn máy hybrid Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid 3.1.3 Thiết kế bố trí lắp đặt động điện phía trước Đối với phương án bố trí động điện phía trước, ta tiến hành cải tạo lại trước để lắp động điện Động điện dẫn động bánh xe trước xe gắn máy hybrid Để lắp đặt cụm động điện lên xe gắn máy, trước xe cải tạo Tận dụng lại trục cổ xe gắn máy cho phù hợp với ống trục khung xe gắn máy Do chiều rộng bánh xe điện có kích thước lớn bánh xe cũ nên cần tận dụng lại chắn ba ngã xe điện để tạo đủ bề rộng lắp bánh xe điện 3.2 Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG xe gắn máy hybrid Mục tiêu nghiên cứu sử dụng nhiên liệu LPG cho động đốt trong, cần phải nghiên cứu chuyển đổi từ hệ thống phun xăng điều khiển điện tử thành hệ thống phun LPG điều khiển điện tử Nguyên tắc chung dùng tín hiệu điều khiển phun xăng để điều khiển vòi phun LPG Lượng phun tính tốn theo ngun tắc cần lượng cung cấp 3.2.1 Giới thiệu hệ thống phun xăng điện tử PGM Fi xe Honda Lead Sơ đồ khối g an aN cD ho D Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống PGM-Fi Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống phun xăng điện tử PGM Fi Hệ thống phun xăng điện tử (PGM-FI – Programmed Fuel Injection) chia làm nhóm chính: Các cảm biến (Đưa tín hiệu vào), ECM động (Bộ xử lý trung tâm) cấu chấp hành (Tín hiệu ra) Nguyên lý điều khiển chung hệ thống : Hình 3.3 Nguyên lý điều khiển phun nhiên liệu Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid Hệ thống cảm biến điều khiển Honda LEAD 110 Fi mẫu xe chọn sử dụng để thực cải tạo từ xe sử dụng nhiên liệu xăng sang xe hybrid phun LPG – Điện, sơ đồ bố trí tổng thể ban đầu xe thích hợp để cải tạo từ mẫu xe chạy xăng thành xe hybrid sử dụng LPG – Điện với việc gá đặt thêm cụm ắc qui cung cấp cho động điện bình chứa LPG Bên cạnh đó, xe Honda Lead 110 Fi trang bị hệ thống phun xăng điện tử bao gồm cảm biến, mạch ECU điều khiển,… Nên việc cải tạo thành xe phun LPG dễ dàng tiết kiệm chi phí cải tạo 3.2.2 Tính tốn cung cấp LPG cho xe thiết kế Phương án cấp LPG cho xe gắn máy Honda Lead Hoạt động hệ thống phun xăng điện tử : Từ tốc độ cầm chừng đến tốc độ cao lượng phun nhiên liệu từ kim phun điều khiển ECM, ECM nhận tín hiệu điện áp từ cảm biến để điều chỉnh lượng phun xăng phù hợp với lượng khí nạp vào bướm ga Kim phun phun xác lượng xăng vào cổ hút phụ thuộ c vào thể tích khí nạp, cách phun xác đến thời gian phun g an aN cD ho D Hình 3.4 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lập trình Việc thiết kế hệ thống cung cấp LPG cho động xe gắn máy bao gồm: Tính tốn, lắp đặt khảo sát đặc tính cảm biến tốc độ loại điện từ cảm biến đo gió loại MAP, cảm biến nhiệt độ động cơ, nhiệt độ khí nạp, xây dựng thuật tốn điều khiển, thiết kế điều khiển với phần tử trung tâm vi điều khiển AVR (ATmega8), lập trình ngôn ngữ Assembly cho vi điều khiển lập đồ nhiên liệu cho động Từ khối chức hệ thống điều khiển lập trình trên, ta đưa sơ đồ thuật toán thiết kế mạch điều khiển Mạch điều khiển bao gồm: Mạch cấp nguồn, mạch xử lý xung kích, mạch đánh lửa, mạch phun LPG, mạch cảm biến vị trí ga mạch cảm biến MAP Lựa chọn phương án cấp LPG cho xe gắn máy Có nhiều phương án cung cấp LPG khác cho động cơ, dùng hệ thống phun điều khiển điện tử, dùng hệ thống cung cấp qua họng hút Trong đề tài lựa chọn phương án phun LPG điện tử để tăng tính hiệu trình phun giảm lượng nhiên liệu so với dùng họng hút, việc dùng phương án phun LPG điện tử tận dụng triệt để phận gốc xe cảm biến, Do lượng LPG cần cung cấp cho động khơng lớn khơng cần thiết phải có hóa hệ thống, LPG lấy khỏi bình dạng Tính tốn lượng LPG cần cung cấp cho cho động a Tỷ số nhiệt trị LPG xăng Ta có, nhiệt trị thấp LPG 46,0 MJ/kg Nhiệt trị thấp xăng 47,3 MJ/kg, khối lượng riêng xăng 750kg/m3, nhiệt trị thấp xăng tính theo lít 35,475 MJ/lít Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng 10 Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid Khi thay cho động chạy nhiên liệu xăng nhiên liệu LPG để đảm bảo lượng cung cấp Tại thời điểm t, thời gian phun xăng tính tốn phun x thời gian phun LPG 1,0283x b Tính tốn lượng nhiên liệu LPG cung cấp kg/s Chúng ta tính lưu lượng khơng khí nạp vào xi lanh ứng với tốc độ động thể đồ thị hình 3.5 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 V/ph Hình 3.5 Lưu lượng khơng khí nạp vào xi lanh Dựa vào tốc độ động động cơ, góc mở sớm đóng muộn xupap nạp 10o 250 ta tính thời gian chu trình cơng tác thời gian nạp chu trình ứng với tốc độ động Từ tính khối lượng khơng khí nạp vào xi lanh theo tốc độ động theo công thức: (3–1) D 𝑚𝑎𝐿𝑃𝐺 = 𝐺𝑘 𝑡𝑛𝑎𝑝 (kg) Thay maLPG vào cơng thức (3-6), ta có khối lượng nhiên liệu LPG cần cấp vào xi lanh 3.2.3 Thiết kế bố trí hệ thống cung cấp LPG Sơ đồ hệ thống aN 0.004778 cD 𝑡𝑛𝑎𝑝 ho Ta tính khối lượng LPG cấp vào xi lanh động tốc độ động ứng với công suất cực đại 7500 vòng/phút là: 1 𝐺𝐻 = 𝑚𝐿𝑃𝐺(7500) = 2,0892.10−6 = 4,373.10−4 (kg/s) = 1.57428 (kg/h) (3–2) g an Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống phun LPG 1: Bình chưa LPG ; 2,5: Đồng hồ đo áp suất khí ; 3: Van khóa ;4: Van điều chỉnh áp suất ; 6: điều áp ; 7: Van điện từ ;8: Bộ phận gá vòi phun LPG ; 9: Vòi phun LPG Sau trình nghiên cứu dựa bố trí xe Honda Lead ngun bản, nhóm nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp LPG hình 3-6 Hệ thống cung cấp LPG thiết kế xe Honda Lead bao gồm phận : a Bình chứa LPG b Đồng hồ đo áp suất c Van khóa d Van điều chỉnh áp suất e Bình ổn áp f Van điện từ g Vịi phun LPG Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng 11 Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid Thiết kế mạch điều khiển phun a Cơ sở thiết kế mạch điều khiển Trong nghiên cứu này, sử dụng tín hiệu mà ECM gửi đến vịi phun để làm tín hiệu đầu vào cho mạch điều khiển phun LPG Trong tín hiệu xung truyền đến vịi phun, loại xung vng có hai mức điện áp điện áp cao điện áp thấp Nguyên lý chung việc điều khiển phun LPG nhận tín hiệu từ ECM sau đưa tín hiệu vào mạch điều điều khiển phun LPG xuất tín hiệu để điều khiển vòi phun LPG Sau dựa sơ đồ thiết kế mạch hệ thồng điều khiển phun LPG hình 3-22 Hình 3.8 Mạch điều khiển phun LPG D Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống điều khiển phun LPG Để tận dụng tín hiệu điều khiển q trình phun từ ECM việc bố trí mạch điều khiển phun LPG quan trọng Sau xem xét vị trí lắp đặt hệ thống điện xe xác định kết nối mạch điều khiển phun LPG với hệ thống phun xăng nguyên thủy hình 3-9 g an aN cD ho 1: Opto; 2,4: Điện trở; 3: Đèn LED; 5: Chân nhận tín hiệu D2; 6: Chân xuất tín hiệu D5; 7: Arduino uno R3; 8: Chân nối đất; 9: Chân cấp nguồn 5v; 10: Ac quy;11,14: Tụ điện; 12: Bộ biến áp 12v-5v; 13: PWM-15A; 15: Đi ốt zener; 16: Vòi phun LPG Hình 3.9 Sơ đồ bố trí mạch điều khiển phun LPG 1: Cảm biến MAP; 2: Cảm biến TP; 3: Cảm biến IAT; 4: Cảm biến ECT; 5: Cảm biến Ô xi; 6:Cảm biến CKP; 7: Van từ PCV; 8:Mạch điều khiển phun LPG; 9: Vòi phun LPG; 10: IACV Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng 12 Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid b Lưu đồ thuật tốn chương trình an aN cD ho D Hình 3.10 Lưu đồ chương trình điều khiển phun LPG Xác định vị trí phương án đặt vịi phun g Phương án đặt vịi phun : Vì vịi phun xăng vòi phun LPG sử dụng nghiên cứu có khác biệt kích thước nên việc bố trí vịi phun LPG vị trí vịi phun xăng cũ xe Hoada Lead gặp nhiều khó khăn Để khắc phục nhực điểm này, sau tính tốn nghiên cứu, nhóm định gá vòi phun xăng vào thân xe dùng ống dẫn ngắn để dẫn LPG từ vị trí vịi phun LPG đến vị trí phun LPG Nguyên lý hoạt động Bình chứa 1,17kg đặt cốp xe Sau khí LPG khỏi bình, qua van khóa để người dùng cấp đóng khí LPG tay Sau qua van khóa, khí LPG điều chỉnh áp suất van điều chỉnh áp suất bố trí đường ống, đảm bảo cho trình phun nhiên liệu diễn hợp lý Để trình chạy xe nổ êm đường ống bố trí bình ổn áp Trước khí LPG đến vịi phun phải qua van điện từ bố trí trước vịi phun Van đóng mở dựa vào chế độ hoạt động xe dòng điện 3.3 Thiết kế hệ thống điểu khiển cung cấp LPG kết hợp hai động 3.3.1 Cơ sở thiết kế mạch điều khiển Phương án sử dụng để kết hợp hai động sau: Trong trình hoạt động xe hoạt động điệu diện đường trường nên sử dụng chế độ chạy LPG, trường hợp đường phố chạy động điện phù hợp Trên hình 3-11 sơ đồ chung trình điều khiển kết hợp hai động Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng 13 Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid Hình 3.11 Sơ đồ chung trình điều khiển kết hợp hai động 3.3.2 Tính tốn q trình kết hợp Dựa vào việc khảo sát tốc độ xe chế độ động điện chế độ động LPG, nhóm nghiên cứu sử dụng phương án kết hợp hai động dựa sở vận tốc xe đo trình thực nghiệm Hành trình tay ga xe 2.5cm chia thành 10 khoảng nhau, khoảng vận tốc xe chạy khoảng đo thực tế sau: Ta có đồ thị vận tốc xe sử dụng độc lập hai động theo hành trình tay ga hình 3.12 sau: 80 70 60 50 D 40 vận tốc điện theo hành trình tay ga vận tốc LPG theo hành trình tay ga 30 10 0 0,5 cD ho 20 1,5 2,5 aN Hình 3.12 Đồ thị tốc độ xe sử dụng độc lập hai loại động theo hành trình tay ga g an Vì tín hiệu điều khiển xuất từ cảm biến vị trí bướm ga ESC điều khiển động điện tương tự từ 0-5V nên ta sử dụng liệu vận tốc xe để đưa tỉ lệ điện áp xuất để động điện có vận tốc theo động LPG Vận tốc tối đa xe chạy động điện 38 km/h ứng với 5V, động LPG hoạt động với nửa công suất điện áp dây tín hiệu xuất lên ECU cảm biến vị trí bướm ga 2,5 V, dựa vào liệu hành trình tay ga vận tốc xe ta có tỉ lệ điện áp tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga ESC điều khiển động điện sau: Gọi điện áp tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga X giá trị điện áp dây tín hiệu ESC điều khiển điện áp ESC K*X, trường hợp điện áp cảm biến ví trí bướm ga 2.5V điện áp xuất ESC động điện lúc tắt Chế độ kết hợp hai động sử dụng tín hiệu xuất từ cảm biến vị trí bướm ga để điều khiển động điện , điện áp xuất ESC điều khiển động điện phải phụ thuộc vào tín hiệu điện áp cảm biến vị trí bướm ga Điện áp để điểu khiển tốc độ động điện phụ thuộc với điện áp xuất từ cảm biến bướm ga theo hàm bậc Y=f(x) sau : Y= f(x)=2.0606*X+0.0543 (3–3) Trong : X: điện áp xuất từ cảm biến vi trí bướm ga; Y : điện áp xuất từ ESC điều khiển động điện Từ hàm xấp xỉ ta sử dụng hàm arduino ude để điểu khiển xuất tín hiệu điều khiển động điện cách xác Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng 14 Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid 3.3.3 Các thiết bị phần cứng sử dụng hệ thống điều khiển kết hợp Cảm biến vị trí bướm ga ESC điều khiển tốc độ động điện Arduino 3.3.4 Thiết kế mạch điều khiển kết hợp hai động Lưu đồ mạch điều khiển Mạch điều khiển kết hợp hai động hoạt động nguyên tắc lấy tín hiệu cảm biến vị trí bướm ga để làm đầu vào cho mạch điều khiển, chúng tơi thiết kế lưu đồ chương trình hình 3.46 Đầu tiên khai báo a b biến số, với a tín hiệu đầu vào từ cảm biến vị trí bướm ga, vi xử lí tính tốn xuất tín hiệu điều khiển phun LPG b tín hiệu đầu đưa đến ESC điều khiển động điện Chương trình điều khiển kết hợp hai động Mạch điều khiển kết hợp hai động 3.4 Thiết kế bố trí tổng thể xe gắn máy hybrid Tổng thể xe gắn máy sau lắp đặt khơng thay đổi hình dáng, kích thước ắc qui lắp vào vị trí bình xăng ngun thủy, bình chứa LPG đặt khơng gian cốp xe Các vẽ thiết kế gồm 25 thể phụ lục CHƯƠNG CHẾ TẠO MẪU XE VÀ THỬ NGHIỆM D Bố trí lắp đặt xe gắn máy hybrid LPG- điện 4.1.1 Lắp đặt hệ thống động điện Lắp đặt phuộc Lắp mặt bích vào động Lắp đặt đĩa phanh Lắp đặt động điện Lắp đặt cụm phanh thủy lực Lắp đặt ắc qui g an Lắp đặt chảng ba ống lót trục aN cD ho 4.1 Bộ ắc qui gồm bình 12 V lắp đặt vào vị trí bình xăng cũ, kẹp chặt quang thép lập Các ắc qui mắc nối tiếp đảm bảo tạo thành nguồn 48V cung cấp cho động điện Trường hợp sử dụng động nhiệt, xuống dốc, phanh máy điện haotj động chế độ máy phát để nạp điện cho ắc qui 4.1.2 Lắp đặt mạch điện điều khiển Lắp đặt mạch điều khiển phun LPG Lắp đặt IC điều tốc động điện mạch sạc 4.1.3 Lắp đặt hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG Lắp đặt cụm vịi phun Lắp đặt bình chứa LPG Bình chứa LPG lắp đặt phần trước cốp xe với số phận hệ thống cung cấp LPG như: Van khóa, van điều chỉnh áp suất, bình ổn áp, đồng hồ đo áp suất Điều thể hình 4-11 Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng 15 Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid 4.1.4 Cải tạo, lắp đặt đồng hồ, cơng tắc Hình 4.1 Bố trí cụm đồng hồ, cơng tắc 1: Cơng tắc ngắt đánh lửa; 2: Đèn báo động điện; : Đèn báo động nhiệt, 4: Đèn báo sạc; 5: Màn hình LCD; : Cơng tắc nhắt động nhiệt ; 7: Công tắc chế độ động điện Kiểm tra, lắp vỏ xe Lắp đặt lại vỏ xe Kiểm tra tổng thể xe cD ho D 4.1.5 Kết thử nghiệm xe gắn máy hybrid 4.2.1 Thử xe g an aN 4.2 Hình 4.2 Lắp đặt lại vỏ xe sau cải tạo 4.2.2 Hình 4.3 Chạy thực nghiệm đường phố Đánh giá kết thực nghiệm Đánh giá tính kỹ thuật Trong q trình nghiên cứu thử nghiệm chế tạo hai phương án cung cấp LPG khác tiến hành cho chạy thử thực tế Từ việc thử xe phương án dùng hệ thống LPG hút phương án dùng hệ thống LPG phun, ta có kết bảng 4.1 bảng 4.2 Bảng 4.1 Kết đánh giá thực nghiệm dùng phương án phun LPG Chỉ tiêu đánh giá Kết Khối lượng xe Trước cải tạo 114kg Sau cải tạo 155kg Chế độ tải Chở người 130kg+ Bình ga 2kg Chế độ vận hành Xăng LPG (phun) Điện (1200W) Tiêu hao nhiên liệu Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng 46km/lít xăng 86km/kg LPG 20km/lần sạc đầy 16 Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid Tốc độ tối đa Khả tăng tốc >70km/h >70km/h 38 km/h 060km/h 20s 060km/h21s 038km/h30s Chế độ sạc lại Quãng đường để sạc đầy ắc qui chạy động LPG 160km Kiểm tra khí thải Lượng CO giảm đáng kể vòng tua máy khác lớn đến 65% trung bình giảm 55% Điều cho thấy sử dụng nhiên liệu LPG, việc hòa trộn nhiên liệu diễn tốt hơn, dẫn đến trình cháy hơn, điều đặc biệt có ý nghĩa vấn đề môi trường Kiểm tra lượng CO2 giảm lớn 10% trung bình 6% cho thấy lượng nhiên liệu tiêu thụ dùng LPG so với dùng xăng Lượng HC sử dụng LPG giảm lớn đến 18% trung bình 13% cho thấy chất lượng cháy lượng cung cấp nhiên liệu LPG tối ưu với trình cháy động 4.3 Đánh giá hiệu kinh tế kỹ thuật xe gắn máy sau cải tạo Từ kết thiết kế, chế tạo lắp đặt xe hybrid sử dụng động LPG động điện cho thấy: Phương án bố trí lắp đặt động điện xe tay ga nói chung xe Honda Lead FI 110 tương đối thuận tiện dễ dàng cải tạo thực Việc sử dụng nhiên liệu LPG giảm đáng kể phát thải chất ô nhiễm, Với chi phí bổ sung khoảng 10 triệu chuyển đổi xe máy ga dùng xăng sang dùng LPG điện Để tăng thời gian sử dụng động điện cần thiết phải có phương án sử dụng bình ắc qui có dung lượng lớn Để tăng cơng suất cho động điện dùng động sử dụng điện áp 60-72V, nhiên khó khăn cho việc bố trí nguồn ắc qui D KẾT LUẬN Sau trình thực nghiên cứu, đến kết luận sau: ho aN cD ➢ Phương án cải tạo động phun xăng sang sử dụng phun LPG hồn tồn áp dụng sử dụng tín hiệu điều khiển xăng bổ sung thêm mạch điều khiển phun LPG Mạch điều khiển phun LPG thiết kế nhằm tận dụng tín hiệu phun xăng gửi từ ECM động biến đổi thành tín hiệu ph un LPG thích hợp với thơng số chọn để điều khiển thời gian Với hệ thống cung cấp LPG tối ưu ngồi việc thay vịi phun xăng vịi phun LPG khơng can thiệp nhiều vào hệ thống cung cấp xăng nguyên xe Vì xe gắn máy sử dụng xăng lại cần thiết an ➢ Phương án động lực kết hợp động nhiệt dùng LPG động điện phù hợp để cải tạo xe mẫu Honda Lead g ➢ Động nhiệt chạy LPG với hệ thống nhiên liệu mạch điều khiển phun LPG thiết kế phù hợp với điều kiện vận hành xe chế độ tải lớn cần phối hợp công suất với động điện phần lớn thời gian hoạt động động nhiệt cần leo đèo dốc chạy đường trường cần tốc độ cao ➢ Trong trình hoạt động xe, sử dụng chế độ hoạt động kết hợp hai động giải tình trạng xe khơng phát huy công suất tối đa động điện động LPG hoạt động riêng lẻ Khi kết hợp, công suất động điện điểu khiển điện áp xuất từ mạch điều khiển, tín hiệu đầu vào mạch điều khiển tín hiệu điện áp cảm biến vị trí bướm ga, thông qua Arduino điện áp điều khiển động điện điều chỉnh phù hợp với tốc độ động LPG chế độ kết hợp xe vận hành êm giảm thiểu tiêu tốn công suất ➢ Mẫu xe thiết kế có kết đo đạc thực tế là: tốc độ chạy kết hợp lớn 70km/h; chạy dùng động điện 38km/h Khả tăng tốc: 060km/h21s dùng LPG 038km/h30s sử dụng động điện Các kết phù hợp với điều kiện thực tế cho phép vận hành Việt Nam ➢ Sau hoàn thành mẫu xe thử nghiệm, kết cho thấy xe hoạt động ổn định, chi phí cải tạo khơng cao Trong chờ đợi việc sản xuất, cung ứng đại trà loại nhiên liệu khí tái tạo việc sử dụng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG xe gắn máy với hệ thống cung cấp nhiên liệu LPG mạch điều khiển hoàn toàn khả thi HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong tương lai đề tài cải tiến việc tối ưu phun LPG điện tử, kiểm sốt góc đánh lửa để phù hợp với việc sử dụng nhiên liệu LPG Tiến hành thử nghiệm xe băng thử xe máy để đánh giá đầy đủ tính xe hybrid Mạch điều khiển đồng tốc tự động thiết kế lặp đặt xe để đảm bảo trình vận hành song song hai động chủ động êm Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng 17 Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid Các cơng trình cơng bố + Trần Thanh Hải Tùng , Bùi Văn Ga , Võ Anh Vũ , Bùi Văn Tấn “Xe gắn máy sinh thái” Tuyển tập Cơng trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc LẦN THỨ 21, năm 2018 (trang 894-906); + Trần Thanh Hải Tùng, Bùi Văn Ga, Phan Minh Đức, Võ Anh Vũ “Tính động nhiệt xe gắn máy hybrid LPG- điện cải tạo từ xe Honda Lead” Tuyển tập Cơng trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc lần thứ 22, năm 2019 (trang 865-877); + Bùi Thị Minh Tú , Bùi Văn Ga , Trần Thanh Hải Tùng , Phạm Xuân Mai , Bùi Văn Hùng “Các thách thức kỹ thuật tương lai phát triển ô tô điện Việt Nam” Tuyển tập Cơng trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí tồn quốc lần thứ 23, 2020 (trang 648-667) + Bui Van Ga, Tran Thanh Hai Tung* , Bui Thi Minh Tu, Truong Le Bich Tram “Plug-in Hybrid ThreeWheeler Fueled with LPG-Ethanol Dual Injection” International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT) http://www.ijert.org ISSN: 2278-0181 IJERTV10IS010188 Published by : www.ijert.org Vol 10 Issue 01, January-2021, p414-p420; g an aN cD ho D Chủ trì: PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng 18 ... xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thơng tin chung - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHUYỂN ĐỔI XE GẮN MÁY CHẠY XĂNG THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID - Mã số: B2018-ĐN01-16... Thanh Hải Tùng v Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tình hình sử dụng xe gắn máy Việt Nam Xe máy phương tiện di chuyển chủ yếu người... Trần Thanh Hải Tùng 11 Nghiên cứu thiết kế chuyển đổi xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid Thiết kế mạch điều khiển phun a Cơ sở thiết kế mạch điều khiển Trong nghiên cứu này, chúng tơi sử