CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về xe điện
Xe điện đang trở thành xu thế chủ đạo trong ngành công nghiệp ô tô toàn cầu, với các hãng xe đua nhau ra mắt nhiều mẫu xe điện đa dạng Tại Việt Nam, từ khóa "xe điện" ngày càng trở nên phổ biến trong 4 năm qua, đặc biệt nhờ vào chính sách ngừng sản xuất xe động cơ đốt trong của VinFast Hãng này đã giới thiệu nhiều mẫu xe điện như VinFast VF e34, VF 5 Plus, VF 6, VF 7, VF 8 và VF 9, cho thấy xe điện sẽ ngày càng được ưa chuộng và có giá thành cạnh tranh.
Hình 2.1: Xe điện Vinfast Vf e34
Hầu hết các loại xe điện hiện có trên thị trường đều được xây dựng trên một bộ khung thống nhất Sự khác biệt giữa các hãng xe nằm ở loại động cơ, công nghệ pin và chuẩn sạc phù hợp với từng thị trường.
Hình 2.2: Mô hình cấu tạo chung trên xe điện
Xe điện bao gồm các bộ phận chính như động cơ điện/máy phát điện, là bộ phận quan trọng nhất Động cơ điện có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học, tương tự như động cơ đốt trong, để tạo ra chuyển động cho xe.
Các loại xe hiện nay sử dụng đa dạng các loại động cơ điện, bao gồm động cơ điện một chiều có chổi than, không chổi than, động cơ điện cảm và động cơ từ trở thay đổi Khi xe phanh, động cơ điện hoạt động như một máy phát điện, thực hiện phanh tái sinh để sạc điện cho hệ thống pin.
Hình 2.4: Động cơ dùng trên xe điện
Cổng sạc là bộ phận kết nối dây sạc từ lưới điện để cung cấp nguồn điện cho hệ thống pin Vị trí của cổng sạc có thể nằm ở phía trước hoặc phía sau bên hông xe Ngoài ra, cổng sạc còn có các chuẩn khác nhau tùy thuộc vào thị trường, quốc gia và nhà sản xuất xe cụ thể.
Hình 2.5: Cổng sạc xe điện
Để động cơ điện hoạt động, xe cần có hệ thống pin điện áp cao, được cấu thành từ nhiều khối pin nhỏ ghép lại Pin này được đặt ở gầm xe và lưu trữ năng lượng dưới dạng dòng điện một chiều Tùy thuộc vào loại động cơ điện, xe sẽ sử dụng bộ chuyển đổi DC-DC hoặc DC-AC để cung cấp năng lượng Pin trên xe điện có thể sạc lại, và dung lượng cũng như tuổi thọ của khối pin phụ thuộc vào số lượng viên pin và chất lượng loại pin được sử dụng.
Hình 2.6: Bộ pin trên xe điện
Bộ chỉnh lưu là thiết bị chuyển đổi nguồn điện AC từ cổng sạc thành nguồn DC để sạc pin Được lắp đặt bên trong xe, bộ chỉnh lưu theo dõi các đặc điểm của pin, bao gồm điện áp, dòng điện, nhiệt độ và trạng thái sạc.
Hình 2.7: Bộ chỉnh lưu trên xe điện
Bộ biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ pin thành dòng điện xoay chiều (AC) hoặc đôi khi vẫn là dòng điện một chiều (DC), tùy thuộc vào loại động cơ điện của xe Dòng điện này cung cấp năng lượng cho động cơ hoạt động Khi xe phanh, bộ biến tần chuyển đổi dòng điện xoay chiều sinh ra trong quá trình phanh thành dòng điện một chiều để nạp lại năng lượng cho pin.
Hình 2.8: Bộ biến tần trên xe điện
Bộ điều khiển trung tâm, hay ECU, là thành phần quan trọng của xe, chịu trách nhiệm quản lý và điều khiển tất cả các thông số như pin, động cơ, tín hiệu chân ga và mô-men xoắn của động cơ.
Hình 2.9: Bộ điều khiển trên xe
Mặc dù là xe điện, nhưng ắc quy phụ 12V vẫn đóng vai trò quan trọng, cung cấp nguồn cho các phụ tải như hộp điều khiển, hệ thống đèn tín hiệu và hệ thống mở khóa cửa từ xa.
Hình 2.10: Ắc quy phụ trên xe điện
Hệ thống quản lý nhiệt trong xe điện đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì nhiệt độ hoạt động tối ưu cho các bộ phận chính như động cơ điện và bộ điều khiển Ngoài ra, hệ thống này cũng hoạt động hiệu quả trong quá trình sạc, giúp đạt được hiệu suất tối đa Để thực hiện nhiệm vụ này, hệ thống sử dụng sự kết hợp của làm mát nhiệt điện, làm mát không khí cưỡng bức và làm mát bằng chất lỏng.
Hình 2.11: Hệ thống quản lý nhiệt pin trên xe
Hộp số là bộ phận chuyển giao công suất cơ học từ động cơ điện đến bánh xe Một trong những ưu điểm nổi bật của ô tô điện là không cần hộp số với nhiều cấp số Để tối ưu hóa hiệu suất truyền dẫn và giảm thiểu tổn thất điện năng, việc thiết kế hộp số cho ô tô điện cần đảm bảo hiệu suất cao.
Hình 2.12: Hộp số một cấp trên xe điện
2.1.2 Các cấp độ sạc và chuẩn sạc trên xe điện hiện nay
Xe điện đang ngày càng phổ biến trên toàn cầu, nhưng phạm vi hoạt động vẫn là thách thức lớn nhất Các nhà sản xuất ô tô liên tục nâng cao dung lượng pin để tăng cự ly di chuyển, tuy nhiên, việc phát triển hạ tầng như trạm sạc điện là giải pháp khả thi và hiệu quả hơn trong giai đoạn hiện tại.
Hệ thống trạm sạc cho xe điện phát triển khác nhau tùy thuộc vào thị trường, quốc gia và hãng xe Hiện nay, có ba cấp độ sạc chính để cung cấp năng lượng cho pin xe, bao gồm cấp độ 1, cấp độ 2 và sạc nhanh DC (cấp độ 3).
Sạc cấp độ 1 (120V) là bộ sạc đi kèm khi khách hàng mua xe điện, sử dụng dây sạc với phích cắm 3 chấu Cấp sạc này tận dụng nguồn điện dân dụng tiêu chuẩn, tương tự như hầu hết các thiết bị điện tử hiện nay Một đầu dây cắm vào ổ điện, trong khi đầu còn lại kết nối với cổng sạc trên xe.
Hình 2.13: Minh họa dây dẫn sạc cấp độ 1
Tổng quan về các bộ phận điện được sử dụng trên xe
2.2.1.1 Khái niệm Động cơ điện là loại động cơ dùng để chuyển đổi năng lượng điện sang năng lượng cơ học Hầu hết động cơ điện hiện nay hoạt động theo hiệu ứng điện từ Ngoài ra, còn có số ít động cơ áp điện hoạt động dựa trên hiệu ứng áp điện, và thường là động cơ cỡ nhỏ hoặc siêu nhỏ
Hình 2.22: Động cơ điện với nhiều kích cỡ khác nhau
Động cơ điện hoạt động dựa trên hai bộ phận chính: phần tĩnh (stator) và phần động (rotor), trong đó rotor có thể được quấn dây hoặc sử dụng nam châm vĩnh cửu Khi cuộn dây của rotor và stator được cấp điện, từ trường hình thành bên trong cuộn dây Sự tương tác giữa từ trường của rotor và stator tạo ra chuyển động quay của rotor quanh trục, tạo ra một mô men xoắn.
2.2.1.3 Phân loại động cơ điện được sử dụng phổ biến trên xe điện Động cơ điện sẽ có rất nhiều cách phân loại khác nhau dựa vào nguồn điện sử dụng, mục đích sử dụng khác nhau Xét theo phương diện chung, động cơ điện được chia thành hai phân mảng chính dựa theo nguồn điện mà động cơ sử dụng: động cơ điện một chiều và động cơ điện xoay chiều Đúng như tên gọi, động cơ điện một chiều sử dụng nguồn điện một chiều để hoạt động, còn đối với động cơ điện xoay chiều thì sử dụng nguồn điện xoay chiều Thông thường thì kích thước của động cơ điện một chiều sẽ nhỏ hơn động cơ điện xoay chiều, được ứng dụng nhiều trong các hệ thống có sử dụng pin, còn động cơ điện xoay chiều được ứng dụng nhiều trong các ngành công nghiệp nặng đòi hỏi momen xoắn lớn và sử dụng với mạng lưới điện công nghiệp xoay chiều
Trong lĩnh vực động cơ điện, có hai phân mảng chính với nhiều loại nhỏ hơn để phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau Động cơ điện một chiều được chia thành các loại như động cơ có chổi than, không chổi than, nam châm vĩnh cửu và động cơ servo Trong khi đó, động cơ điện xoay chiều bao gồm động cơ đồng bộ ba pha, không đồng bộ ba pha và động cơ cảm Sự phát triển nhanh chóng của ô tô điện hiện nay khiến các hãng xe phải cạnh tranh để áp dụng các loại động cơ điện hiệu quả về công suất, khối lượng, cấu trúc, bảo trì và chi phí Một số loại động cơ điện phổ biến trên xe điện bao gồm động cơ một chiều có chổi than, không chổi than, động cơ cảm và động cơ từ trở thay đổi.
Hình 2.23: Phân loại động cơ điện
Động cơ một chiều có chổi than (DC) sử dụng cơ chế chuyển đổi cơ học để thay đổi cực dòng điện qua phần ứng của cuộn dây Bộ phận chuyển đổi này được gọi là cổ góp, trong khi phần chổi quét thường được làm từ carbon, kim loại, than chì và các hỗn hợp vật liệu khác, được gọi là chổi than.
Động cơ một chiều có chổi than bao gồm nhiều bộ phận quan trọng, trong đó có động cơ điện, động cơ xoay chiều, động cơ servo, động cơ điện cảm, động cơ không đồng bộ ba pha và động cơ đồng bộ ba Các loại động cơ này có những ứng dụng khác nhau trong các lĩnh vực công nghiệp và kỹ thuật.
Khi động cơ hoạt động, dòng điện từ dây nguồn đi qua chổi than đến phần ứng (rotor) và cổ góp Khi phần ứng nhận điện, nó hoạt động như một nam châm, tương tác với các cực của nam châm vĩnh cửu (stator), tạo ra chuyển động quay với tốc độ và momen phụ thuộc vào cường độ từ trường xung quanh.
Động cơ một chiều có chổi than được phân thành hai loại chính: động cơ sử dụng nam châm vĩnh cửu và động cơ sử dụng nam châm điện.
Động cơ một chiều sử dụng nam châm vĩnh cửu hoạt động dựa trên từ trường vĩnh cửu, tạo ra vùng từ trường giúp động cơ quay Sự thay đổi điện áp vào rotor sẽ làm thay đổi tốc độ đầu ra, trong khi từ trở được tạo ra giúp giảm tương tác phần ứng.
Động cơ một chiều dùng nam châm điện, hay còn gọi là động cơ vạn năng, có khả năng hoạt động với cả nguồn điện một chiều và xoay chiều Động cơ này bao gồm cuộn dây quấn trong stator, liên kết với rotor thông qua cổ góp Khi sử dụng nguồn điện xoay chiều, dòng điện sẽ đi vào cuộn dây rotor và stator, tạo ra vùng từ trường Đặc điểm nổi bật của động cơ này là chiều quay ở đầu ra luôn là một chiều, đồng thời nó cũng có momen xoắn lớn, kích thước nhỏ gọn và nhẹ.
2.2.1.3.2 Động cơ một chiều không chổi than (BLDC)
Động cơ điện một chiều không chổi than hoạt động khác biệt hoàn toàn so với động cơ có chổi than Trong động cơ không chổi than, phần ứng đứng yên trong khi phần cảm quay Stator của động cơ này được cấu tạo từ các cuộn dây, trong khi rotor được gắn vào trục động cơ và sử dụng nam châm vĩnh cửu.
Hình 2.27: Cấu tạo động cơ điện một chiều không chổi than
Động cơ không chổi than loại bỏ chổi than để cung cấp năng lượng cho phần ứng, khiến quá trình chuyển mạch trở nên phức tạp hơn và được thực hiện bằng điện tử Bộ điều khiển trong động cơ không chổi than đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.
Trong thuật toán chuyển mạch dùng cảm biến, các cảm biến được đặt dọc theo các cực của động cơ để phản hồi vị trí rotor về mạch điều khiển Ba thuật toán phổ biến trong chuyển đổi dựa trên cảm biến bao gồm giao hoán hình thang, giao hoán hình sin và điều khiển vector Mỗi thuật toán này có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và có thể được áp dụng theo các cách khác nhau tùy thuộc vào phần mềm và thiết kế phần cứng.
Trong thuật toán chuyển mạch không cảm biến, mạch điều khiển xác định vị trí rotor bằng cách đo tín hiệu EMF (Electromagnetic field) phản hồi thay vì sử dụng cảm biến bên trong động cơ Thuật toán này mang lại hiệu suất tốt và giảm chi phí nhờ việc loại bỏ cảm biến, tuy nhiên, độ phức tạp trong việc áp dụng nó cao hơn so với phương pháp sử dụng cảm biến.
Động cơ điện cảm (IM) là loại động cơ xoay chiều hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ trên stator để quay rotor Rotor của động cơ này có thể là dây quấn hoặc lồng sóc.
Hình 2.28: Cấu tạo chính của động cơ cảm ứng
22 Động cơ cảm ứng bao gồm hai phần chính:
KHẢO SÁT CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TRÊN XE
Giới thiệu tổng quan về xe điện ZERO
Xe ô tô điện ZERO, được phát triển từ nguyên mẫu Sanyo SGC-BT5A, là loại xe điện có tốc độ tối đa dưới 20 km/h, phù hợp cho việc di chuyển trong các khu vực nhỏ và biệt lập như khu du lịch, biệt thự, resort và sân golf Xe có khả năng chở 4 người cùng với hành lý, mang lại sự tiện lợi cho các chuyến đi ngắn.
Về thông số cấu tạo, xe điện Sanyo SGC-BT5A có trọng lượng không tải là
Xe có trọng lượng 570kg và khả năng chở nặng lên tới 960kg Được trang bị động cơ điện một chiều loại kích từ độc lập với điện áp 72V và công suất 3,6kW, xe sử dụng hệ dẫn động cầu sau Để cung cấp năng lượng cho động cơ, xe có hai nguồn pin: một nguồn gồm 6 ắc quy 12V-150Ah mắc nối tiếp, và một ắc quy 12V-60Ah để cấp điện cho các hệ thống phụ tải như hộp tín hiệu, hộp điều khiển, hệ thống đèn, hệ thống tín hiệu và còi.
Xe được trang bị hệ thống cảm biến tự động, hệ thống an toàn khi va chạm và hệ thống sạc tự ngắt, đảm bảo bảo vệ nguồn pin và tăng cường an toàn cho xe trong quá trình sạc.
Hình 3.1: Xe điện Sanyo SGC-BT5A
Hình 3.2: Thiết kế ở khu vực hàng ghế trước của xe
Cấu tạo tổng quát của xe và sơ đồ mạch điện tổng quát
Hình 3.3: Sơ đồ khối xe điện ZERO
1: Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp;
3: Hộp điều khiển động cơ;
7: Cổng sạc điện xoay chiều 200-240V,50Hz;
8: Hộp tín hiệu và an toàn;
9: Bộ điều khiển mô tơ trợ lực lái, mô tơ phanh khẩn cấp;
10: Hộp chìa khóa và còi;
12: Mô tơ phanh khẩn cấp;
15: Cản trước tích hợp nhận biết va chạm
Dựa vào sơ đồ khối cấu tạo xe điện và kết quả khảo sát, mạch điện tổng quát của xe ZERO được trình bày qua các hình ảnh bên dưới.
Hình 3.4: Sơ đồ mạch điện tổng quát (1a)
53 Hình 3.5: Sơ đồ mạch điện tổng quát (1b)
54 Hình 3.6: Sơ đồ mạch điện tổng quát (1c)
55 Hình 3.7: Sơ đồ mạch điện tổng quát (1d)
Hình 3.8: Sơ đồ mạch điện tổng quát (1e)
Hình 3.9: Số chân tại các giắc cái
Hình 3.10: Số chân tại các giắc cái (tiếp theo)
Các hộp điều khiển quan trọng trên xe
3.3.1 Hộp tín hiệu và an toàn
Hộp tín hiệu và an toàn gồm một mạch điện lớn có những chức năng sau:
Nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí bàn đạp tăng tốc, công tắc bàn đạp phanh, công tắc bàn đạp tăng tốc và công tắc tiến-lùi, sau đó xử lý và truyền tín hiệu về bộ điều khiển động cơ để điều chỉnh hoạt động của động cơ.
- Truyền tín hiệu đến bộ sạc để bật, ngắt chế độ sạc tùy theo xe đã mở chìa khóa hay chưa
Nhận tín hiệu từ cụm công tắc đâm đụng giúp điều khiển motor phanh khẩn cấp, ngắt tín hiệu bàn đạp tăng tốc và truyền tín hiệu đến bộ điều khiển động cơ Khi có va chạm, hệ thống tự động ngắt dòng điện đến động cơ, đảm bảo an toàn cho xe, hành khách và tài sản khác.
Nhận tín hiệu từ hộp chìa khóa và còi để điều khiển mở hoặc khóa trợ lực lái điện Hệ thống cũng phát tín hiệu còi để thông báo khi xe lùi, khởi động sai cách, xảy ra va chạm, hết pin, hoặc gặp vấn đề về sạc.
Hộp tín hiệu và an toàn trên xe đóng vai trò quan trọng như bộ não, chịu trách nhiệm nhận, xử lý và truyền tín hiệu điều khiển đến các hộp và cơ cấu chấp hành khác Khi có bất kỳ giắc hoặc dây dẫn nào trong hệ thống bị đứt hoặc hở, hộp sẽ thiếu tín hiệu và ngay lập tức gửi tín hiệu cảnh báo lỗi đến còi, giúp người dùng kịp thời kiểm tra và khắc phục hư hỏng.
Hình 3.11: Bên trong hộp tín hiệu và an toàn
Hình 3.12: Vị trí lắp đặt trên xe
Hộp tín hiệu và an toàn, với vai trò là bộ xử lý trung tâm, chứa nhiều đường dây điện để truyền dẫn tín hiệu Trong số đó, dây nguồn từ bình ắc quy 12V được hàn trực tiếp vào mạch PCB, trong khi các dây dẫn khác trong hộp được kết nối qua các giắc cắm Mỗi giắc cắm bao gồm cụm dây dẫn có chức năng tương tự hoặc kết nối đến cùng một cơ cấu chấp hành.
Hộp tín hiệu và an toàn
Hình 3.13: Sơ đồ bố trí giắc trên hộp tín hiệu và an toàn
Giắc A bao gồm dây nguồn từ bình ắc quy cung cấp cho hộp và các dây nguồn cho motor phanh khẩn cấp cùng motor trợ lực lái Giắc B chứa tất cả dây tín hiệu từ công tắc chìa khóa, công tắc bàn đạp tăng tốc, tín hiệu cảm biến tốc độ và tín hiệu bàn đạp tăng tốc Giắc C có dây điều khiển motor phanh khẩn cấp, motor trợ lực lái và công tắc tổng của xe Giắc D gồm dây tín hiệu từ cổng sạc 220V, trong khi Giắc E cung cấp tín hiệu đến hộp chìa khóa, còi và hộp điều khiển động cơ.
Hầu hết các tín hiệu từ hộp tín hiệu và an toàn đều có điện áp 5V, tùy thuộc vào loại công tắc thường đóng hoặc thường mở Khi công tắc thay đổi trạng thái, hộp sẽ nhận biết tín hiệu và xử lý để điều khiển các hệ thống liên quan Cảm biến chân ga gửi tín hiệu điện áp trong khoảng 0-4,3V (khi xe chưa chạy hết công suất), trong khi cảm biến tốc độ động cơ cung cấp tín hiệu dạng xung PWM với giá trị từ 0-4,5V Ngoài ra, cảm biến nhiệt độ động cơ và cảm biến nhiệt độ pin khi sạc có giá trị điện trở từ 0,1-0,3Ω.
Các cơ cấu chấp hành và các hộp chức năng trên xe được xác định theo từng cụm chức năng, được thể hiện qua các khối trong sơ đồ mạch điện.
Hình 3.14: Sơ đồ mạch điện hộp tín hiệu và an toàn (1a)
- Charging switch : công tắc sạc
- Forward-Reverse switch : công tắc tiến-lùi
- Power switch : công tắc tổng mạch
- 220V charging port : cổng sạc pin 220 volt
- Key-Battery level box : hộp chìa khóa, hiển thị mức pin và chế độ lái
- Motor control box : hộp điều khiển motor
Hình 3.15: Sơ đồ mạch điện hộp tín hiệu và an toàn (1b)
- Combination motor assembly : cụm motor
- Emergency braking system : hệ thống phanh khẩn cấp
Hình 3.16: Sơ đồ mạch điện hộp tín hiệu và an toàn (1c)
- Accelerator-Brake pedal assembly : cụm công tắc và tín hiệu bàn đạp ga- bàn đạp phanh
- Lock steering module : module khóa vô lăng
- Electronic power steering system : hệ thống trợ lực lái điện
3.3.2 Hộp chìa khóa và còi
Hộp điều khiển bao gồm chìa khóa để chuyển đổi giữa chế độ chạy tự động và chế độ chạy thông thường (chỉ áp dụng cho xe ZERO), còi phát âm thanh khi nhấn, khi lùi và khi có lỗi Ngoài ra, hộp còn tích hợp đèn báo mức pin và đèn hiển thị các chế độ hoạt động của xe.
Hộp chìa khóa và còi được lắp đặt để báo hiệu mức pin của nguồn 72V cho động cơ, chia thành 4 mức độ năng lượng Khi vặn chìa khóa sang vùng màu đỏ, chế độ lái tự động được kích hoạt với đèn đỏ sáng, tuy nhiên, do hệ thống cảm biến đã bị tháo gỡ, xe không thể hoạt động tự động và sẽ phát âm thanh cảnh báo lỗi Ngược lại, khi chìa khóa ở vùng màu xanh, chế độ lái bằng tay được kích hoạt, cho phép người lái hoàn toàn kiểm soát xe, với đèn xanh sáng để thông báo về chế độ điều khiển hiện tại.
Hàng chữ trong vùng màu đen ở hàng thứ 4 thể hiện chế độ cảnh báo khi phát hiện lỗi Khi chế độ này hoạt động bình thường, đèn sẽ luôn sáng Nếu có giắc nối, dây dẫn bị hở hoặc thiết bị chấp hành hư hỏng, không gửi tín hiệu về hộp tín hiệu và an toàn, hộp chìa khóa sẽ nhận tín hiệu từ hộp tín hiệu và an toàn, phát ra âm thanh cảnh báo cho người lái Âm thanh cảnh báo sẽ khác nhau tùy thuộc vào từng trường hợp lỗi cụ thể.
Công tắc tổng Đèn báo chế độ chạy Đèn báo mức pin
3.3.3 Hộp điều khiển động cơ
Hộp điều khiển động cơ có chức năng chính là nhận và truyền nguồn điện 72V đến động cơ điện, đồng thời bảo vệ động cơ nhờ vào cầu chì 200A và công tắc tơ điện từ bên trong Hộp cũng nhận tín hiệu từ hộp tín hiệu và an toàn để điều chỉnh dòng điện cung cấp cho động cơ hoạt động hiệu quả.
Hình 3.18: Vị trí lắp đặt hộp điều khiển động cơ Đầu vào của hộp gồm 2 dây nguồn với kích thước lớn, được cấp từ hệ thống
6 ắc quy 12V, tạo thành nguồn điện một chiều 72V Ngoài ra, đầu vào của hộp còn có
2 dây dẫn khác từ hộp sạc đến, giúp cung cấp nguồn điện sạc cho hệ thống pin 72V
Hình 3.19: Dây nguồn vào hộp điều khiển động cơ Hộp điều khiển động cơ
Hình 3.20: Các dây dẫn cung cấp nguồn cho động cơ điện
Hình 3.21: Các bộ phận quan trọng bên trong hộp
Công tắc tơ điện từ
Bộ điều khiển động cơ
Các dây nguồn đến động cơ
Hộp điều khiển động cơ được cấu tạo từ ba bộ phận chính: cầu chì, công tắc tơ điện từ và bộ điều khiển động cơ, mỗi bộ phận đều đóng vai trò quan trọng trong việc vận hành và bảo vệ hệ thống.
Hình 3.22: Cấu tạo hộp điều khiển động cơ
Cầu chì 200A được sử dụng trong hộp điều khiển động cơ với dòng điện dưới 400A Nó được mắc nối tiếp với dây dương nguồn trước khi kết nối đến công tắc tơ điện từ.
Hình 3.23: Cầu chì 200A sử dụng trên xe
Công tắc tơ bên trong hộp là loại công tắc tơ điện từ dùng relay, thường được áp dụng trong các mạch có nguồn tải điện lớn Trên xe, nguồn ắc quy 80Ah được mắc nối tiếp, dẫn đến tổng dòng điện tại nguồn pin 72V là 80Ah Vì vậy, hộp cần sử dụng công tắc tơ điện từ để đóng và ngắt mạch điện, nhằm bảo vệ động cơ điện an toàn trong trường hợp xảy ra ngắn mạch hoặc sự cố bất thường trong hệ thống điện.
Các bộ phận liên quan đến hệ thống an toàn trên xe
Motor phanh khẩn cấp được dùng trên xe là loại motor điện một chiều, sử dụng điện áp 12V được cung cấp từ ắc quy để hoạt động
Hình 3.47: Motor phanh khẩn cấp
Vị trí lắp đặt motor phanh khẩn cấp nằm ở đầu xe, nơi mà trục đầu ra của motor được kết nối với một đòn bẩy Đòn bẩy này liên kết trực tiếp với hệ thống phanh, cho phép motor thay thế nhiệm vụ của bàn đạp phanh, tác động trực tiếp lên hệ thống phanh khi hoạt động.
Các chế độ hoạt động của motor phanh khẩn cấp:
Khi khởi động xe, sau khi bật công tắc tổng và chìa khóa ở chế độ lái thường, hộp tín hiệu và an toàn sẽ gửi tín hiệu đến motor phanh khẩn cấp Motor này sẽ hoạt động trong khoảng 5 giây trước khi dừng lại, cho phép người lái đạp ga và di chuyển xe.
Khi xe bị va chạm ở phía trước, hệ thống an toàn sẽ gửi tín hiệu đến hộp tín hiệu và an toàn Hộp này sẽ nhanh chóng ngắt tín hiệu công tắc bàn đạp tăng tốc, kiểm tra cảm biến vị trí bàn đạp và phát ra điện áp 12V để kích hoạt motor phanh khẩn cấp, giúp xe dừng lại kịp thời.
Khi cảm biến tốc độ gặp sự cố như hỏng hóc, đứt dây hoặc hở giắc nối, tín hiệu điện áp từ cảm biến sẽ bị ảnh hưởng Điều này có thể dẫn đến việc hệ thống không nhận diện đúng tốc độ, gây ra các vấn đề trong quá trình vận hành Việc kiểm tra và sửa chữa kịp thời cảm biến tốc độ là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của phương tiện.
Hộp tín hiệu và an toàn có thể bị sai lệch hoặc không nhận tín hiệu, dẫn đến việc kích hoạt motor phanh khẩn cấp khi xe chạy vượt quá tốc độ 5km/h.
3.4.2 Hệ thống an toàn khi đâm đụng Đây là một hệ thống an toàn giúp bảo vệ người trên xe khi xe có xảy ra va chạm với bất kỳ chướng ngại vật nào phía trước Sẽ có tùy chọn kích hoạt chế độ hoạt động hoặc không hoạt động thông qua công tắc ON-OFF
Hình 3.48: Vị trí đặt công tắc an toàn
Khi công tắc ở chế độ OFF, hệ thống an toàn khi va chạm sẽ không hoạt động, dẫn đến việc xe không được bảo vệ trong trường hợp xảy ra va chạm phía trước Điều này có thể gây thiệt hại cho xe và làm tăng nguy cơ cho người ngồi bên trong.
Khi công tắc ở chế độ ON, hệ thống an toàn khi va chạm sẽ hoạt động, và khi xảy ra va chạm ở phía trước, hệ thống sẽ phát ra âm thanh cảnh báo.
Hệ thống an toàn khi va chạm bao gồm 6 công tắc hành trình loại thường mở, được lắp đặt ở cản trước của xe Ba công tắc ở bên trái được nối tiếp, đảm bảo rằng mọi va chạm ở khu vực bên trái đều gửi tín hiệu về hộp tín hiệu an toàn, tương tự như vậy đối với bên phải của xe.
Khi công tắc hành trình bị kích hoạt do xe va chạm vào vật cản, tín hiệu đóng mạch sẽ được gửi đến hộp tín hiệu và an toàn Hệ thống này đảm bảo an toàn cho xe và người sử dụng.
Hệ thống 87 sẽ gửi tín hiệu đến hộp chìa khóa và còi, phát ra âm thanh cảnh báo cho người lái Đồng thời, hộp tín hiệu và an toàn sẽ ngắt tín hiệu chân ga, giúp xe đứng yên dù vẫn đạp ga Xe chỉ có thể tiếp tục di chuyển khi không còn bất kỳ công tắc hành trình nào bị đóng lại, lúc đó âm thanh cảnh báo mới ngừng phát.
Hình 3.49: Các công tắc được lắp ở cản trước của xe
Hình 3.50: Vị trí lắp đặt cản trước ở đầu xe
Khi công tắc an toàn ở vị trí ON, hệ thống an toàn sẽ hoạt động và gửi tín hiệu đóng mạch về hộp tín hiệu nếu có bất kỳ công tắc nào đóng lại Hộp tín hiệu sẽ kích hoạt motor phanh khẩn cấp, giúp dừng xe ngay lập tức Motor đi qua bộ giảm tốc để giới hạn tốc độ và tăng momen quay, chỉ quay được khoảng 45º với hai công tắc hành trình loại thường mở ở hai bên Khi motor không hoạt động, công tắc bên trong sẽ bị cánh tay đòn ép vào, trong khi công tắc bên ngoài luôn hở Khi motor được kích hoạt, cánh tay đòn quay ra ngoài, đóng công tắc bên ngoài và mở công tắc bên trong Nếu hai công tắc đảo ngược tín hiệu, motor sẽ không hoạt động tiếp cho đến khi điều kiện được đáp ứng Sơ đồ đấu dây giữa các công tắc và motor phanh khẩn cấp được thể hiện chi tiết trong hình 3.51.
Hình 3.51: Cụm công tắc và trục đầu ra của motor phanh khẩn cấp
Hình 3.52: Sơ đồ mạch điện hệ thống an toàn khi va chạm
- Signal box : hộp tín hiệu
- Safety switch : công tắc an toàn
- Emergency braking motor : motor phanh khẩn cấp
Quy trình khởi động xe rất đơn giản: mở công tắc tổng mạch và để chìa khóa ở chế độ lái bằng tay Khi đó, nguồn điện sẽ được cung cấp đến hộp tín hiệu và an toàn, từ đó hộp tín hiệu gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ Khi đạp bàn đạp tăng tốc, công tắc tơ sẽ đóng lại, cho phép nguồn điện 72V với dòng lớn đi qua và đến động cơ.
Hình 3.53: Vị trí công tắc tổng mạch và chìa khóa
Khi khởi động xe, chìa khóa ở chế độ lái bằng tay và công tắc tổng mạch mở, motor phanh khẩn cấp sẽ được kích hoạt trong vòng 5 giây để giữ xe đứng yên trong quá trình kiểm tra tín hiệu từ các hộp liên quan Nếu có sự cố như dây tín hiệu bị đứt hoặc cơ cấu chấp hành hỏng, hộp tín hiệu sẽ ngay lập tức gửi tín hiệu cảnh báo qua còi với âm thanh khác nhau tùy theo loại lỗi gặp phải.
Trước khi xe bắt đầu di chuyển, hệ thống an toàn sẽ giúp giữ xe đứng yên và kiểm tra tổng thể các tín hiệu Điều này đảm bảo cảnh báo kịp thời, tránh mất an toàn trong quá trình di chuyển khi có sự cố xảy ra với hệ thống điện trên xe.