Nghiên cứu, thiết kế hệ thống trợ lực lái điện trên ô tô bán tải điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTKHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN CHO MÔ HÌNH Ô TÔ BÁN TẢI ĐIỆN...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ

LỰC LÁI ĐIỆN CHO MÔ HÌNH

Ô TÔ BÁN TẢI ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỢ

LỰC LÁI ĐIỆN CHO MÔ HÌNH

Ô TÔ BÁN TẢI ĐIỆN

Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống trợ lực lái điện trên Ô TÔ BÁN TẢI ĐIỆN.

Sinh viên thực hiện: Đặng Công Huy(1)

Phan Quang Huy(2)

KHOA CƠ KHÍ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS Bùi Văn Hùng

Sinh viên thực hiện : Phan Quang Huy Mã SV: 1811504210221

Đặng Công Huy Mã SV: 1811504210219Nguyễn Bá Trọng Mã SV: 1811504210249

1 Tên đề tài:

Nghiên cứu thiết kế hệ thống trợ lực lái điện cho mô hình ô tô bán tải điện

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Lý thuyết ô tô, thiết kế ô tô, hệ thống điện – điện tử trên ô tô

3 Yêu cầu:

Vận dụng các kiến thức đã học nghiên cứu tối ưu hệ thống trợ lực lái điện đểhướng đến tự lái trên ô tô điện

4 Nội dung chính của đồ án:

Nghiên cứu thiết kế hệ thống trợ lực lái điện trên ô tô bán tải điện

- Tìm tài liệu liên quan

- Tính toán thiết kế hệ thống lái

Công cuộc Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước đã làm cho cuộc sống, kinh

tế của người dân nước ta đang ngày càng phát triển và nâng cao hơn Cùng với sự pháttriển vượt bậc đó nhu cầu đi lại của con người cũng tăng theo kéo theo đó là số lượngphương tiện giao thông như ô tô, mô tô, xe máy ngày càng tăng một cách chóng mặt.Tính đến hiện tại ở nước ta đang có hơn 4,5 triệu ô tô và hơn 60 triệu xe máy đanghoạt động, trong quá trình hoạt động thì các phương tiện giao thông thải ra môi trườngbên ngoài rất nhiều loại khí độc hại như CO, CO2, NO2, những loại khói đen,… Tùytheo từng loại động cơ và nhiên liệu mà khối lượng các chất thải độc hại chiếm tỷ lệkhác nhau trong khí xả đây là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm khíthải ở nước ta nói riêng và trên toàn thế giới nói chung Bên cạnh đó, nhiên liệu hóathạch đang ngày càng bị cạn kiệt do nhu cầu sử dụng và khai thác quá mức

Để góp phần bảo vệ môi trường và hạn chế việc sử dụng nguồn năng lượng hóathạch thì việc nghiên cứu chế tạo ra một chiếc xe sử dụng năng lượng “Sạch” là mộtquyết định đúng đắng Nhóm “Nghiên cứu chế tạo ô tô bán tải điện”

Trên một chiếc xe hoạt động hoàn toàn bằng điện thì hệ thống lái trợ lực điện làphù hợp nhất Dùng để phụ giúp người lái một lực trong quá trình vận hành chiếc xe

để giảm đi sự mệt mỏi và có thể di chuyển trong một quảng đường dài hơn

Vận dụng những kiến thức đã học khi còn ngồi trên ghế nhà trường nhóm chúng

em thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống trợ lực lái điện trên ô tô bán tảiđiện”

Sau khoảng thời gian thực hiện đề tài“Nghiên cứu, thiết kế hệ thống trợ lực lái điện cho mô hình ô tô bán tải điện” đã phần nào được hoàn thành Ngoài sự cố gắng

của bản thân chúng em, chúng em đã nhận được sự khích lệ giúp đỡ tận tình thừ thầy

giáo hướng dẫn ThS Bùi Văn Hùng, các thầy cô trong khoa, gia đình và bạn bè Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Bùi Văn Hùng đã tận tình

hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em xin cảm ơn cácthầy cô trong khoa đã giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ của mình. Do kiếnthức còn hạn chế, nhiều điều còn mới mẽ nên trong quá trình làm đồ án không tránhkhỏi những sai sót, chúng em kính mong sự chỉ bảo tận tình của quý thầy cô giáo đểchúng em có thể hoàn thành tốt hơn nữa nhiệm vụ của mình

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Đà Nẵng, ngày 15 tháng 6 năm 2022

Nhóm chúng em xin cam đoan rằng đề tài đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu, thiết

kế hệ thống trợ lực lái điện cho mô hình ô tô bán tải điện” là công trình nghiên cứu

và sự cố gắng nỗ lực của tất cả thành viên trong nhóm cùng với sự giúp đỡ tận tình củaThS Bùi Văn Hùng và các Thầy trong bộ môn Nghành công nghệ kỹ thuật ô tô.Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có trong đồ án đã được liệt kê và nêu rõ ratại phần tài liệu tham khảo Đồng thời những số liệu hay kết quả trình bày trong đồ ánđều mang tính chất trung thực, không sao chép, đạo nhái

Nếu như sai phạm, gian lận trong việc thực hiện nhiệm vụ đồ án em xin chịuhoàn toàn mọi trách nhiệm và kỷ luật của Giảng viên hướng dẫn và các Thầy trong bộmôn theo quy định của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật- Đại học Đà Nẵng

Nhóm sinh viên thực hiện

Đặng Công Huy

Phan Quang Huy

Nguyễn Bá Trọng

TÓM TẮT

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

LỜI NÓI ĐẦU i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ iv

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 2

1.1 Mục đích, ý nghĩa khoa học của đề tài 2

1.2 Xe ô tô điện 3

1.2.1 Ưu điểm của xe điện 3

1.2.2 Nhược điểm của xe điện 3

1.2.3 Vấn đề của ô tô “Sạch” 4

1.2.4 Ô tô điện xu hướng phát triển của ngành ô tô 6

1.3 Hệ thống lái ô tô 11

1.3.1 Yêu cầu của hệ thống lái 12

1.3.2 Hệ thống lái thuần cơ khí 13

1.3.3 Các hệ thống lái thông dụng 14

1.3.3.1 Loại trục vít – cung răng 14

1.3.3.2 Loại trục vít – con lăn 15

1.3.3.3 Cơ cấu trục vít – chốt quay 16

1.3.3.4 Cơ cấu bánh răng – thanh răng 17

1.3.3.5 Loại liên hợp trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng 17

1.3.4 Hệ thống lái có trợ lực 18

1.3.4.1 Hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS) 18

1.3.4.2 Hệ thống lái trợ lực điện – thủy lực (EHPS) 19

1.3.4.3 Hệ thống lái trợ lực lái điện (EPS) 19

1.3.4.4 Hệ thống lái điện tử Steering – By – Wire 20

1.4 Dẫn động lái 20

CHƯƠNG 2 : CHI TIẾT, KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÁI TRỢ

LỰC LÁI ĐIỆN 25

2.1 Chi tiết kết cấu hệ thống lái trợ lực lái điện 25

2.1.1 Cấu tạo hệ thống lái trợ lực lái điện 25

2.1.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái trợ lực điện 27

2.1.2 Ưu nhược điểm của hệ thống lái trợ lực lái điện 29

2.2 Tính toán hệ thống lái [2] 29

2.2.1 Các số liệu xe thiết kế 29

2.2.1.1 Số liệu tham khảo 29

2.2.1.2 Yêu cầu thiết kế hệ thống lái 29

2.2.1.3 Chọn phương án dẫn động lái 30

2.2.2 Tính toán thiết kế hệ thống lái 30

2.2.2.1 Tính toán mô men quay vòng cực đại 30

2.2.2.2 Tỷ số truyền của hệ thống lái 31

2.2.2.3 Tính toán các thông số hình học của hệ dẫn động lái 32

CHƯƠNG 3 : MÔ PHỎNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG BẰNG ARDUINO 39

3.1 Arduino là gì ? 40

3.1.1 Lịch sử phát triển 40

3.1.2 Phần cứng của Arduino 41

3.1.3 Nguồn ( USB Barrel Jack ) 41

3.1.4 Chân ( nguồn ra của Arduino ) 42

3.1.5 Nút Reset ( Reset Button ) 43

3.1.6 Đèn LED báo nguồn ( Power LED Indicator ) 43

3.1.7 LED TX và RX 43

3.1.8 IC Main 43

3.1.9 Bộ điều chỉnh điện áp 43

3.2 Các loại mạch Arduino phổ biến 44

3.2.1 Arduino Uno R3 44

3.2.2 Arduino Nano 44

3.2.3 Arduino Leonardo 45

3.3 Rotary Encoder 45

3.4 Mạch điều khiển động cơ DC L298N 48

3.6.1 Lắp đặt và thiết kế mô hình 49

3.6.2 Chi tiết mô phỏng hệ thống bằng Arduino 50

CHƯƠNG 4 : LẮP ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM TRÊN XE MÔ HÌNH 52

4.1 Gia công và lắp đặt hệ thống 52

4.2 Thử nghiệm và đánh giá kết quả 55

4.2.1 Thử nghiệm hệ thống trước khi lắp đặt trên mô hình 55

4.2.2 Thử nghiệm hệ thống khi được lắp đặt lên mô hình, kết quả đạt được 56

KẾT LUẬN 57

Hình 1.1 Trạm xạc xe điện của hãng Vinfast Việt Nam 4

Hình 1.2 Pin ô tô điện 4

Hình 1.3 Ô nhiễm do khai thác nguyên liệu chế tạo xe điện và pin 5

Hình 1.4 Rác thải từ pin ô tô điện 6

Hình 1.5 Tesla Model 3 7

Hình 1.6 Xe điện của liên minh 8

Hình 1.7 ID.3 mẫu xe điện của Volkswagen 9

Hình 1.8 Sản phẩm ô tô điện của BYD Co Ldt 9

Hình 1.9 NIO EP9 mẫu siêu xe điện của NIO 10

Hình 1.10 Công nghệ thông minh tương tác với người lái của NIO 10

Hình 1.11 Mẫu xe điện VF7 của VinFast Việt Nam 11

Hình 1.12 Hệ thống lái thuần cơ khí 14

Hình 1.13 Cơ cấu lái trục lái trụ - cung răng đặt giữa 15

Hình 1.14 Cơ cấu lái trục vít hình trụ - cung răng đặt bên 15

Hình 1.15 Cơ cấu lái trục vít – con lăn hai vành 16

Hình 1.16 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay 16

Hình 1.17 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng 17

Hình 1.18 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng 18

Hình 1.19 Cấu tạo của hệ thống lái trợ lực thủy lực 18

Hình 1.20 Hệ thống trợ lực EHPS 19

Hình 1.21 Kết cấu của 1 hệ thống lái trợ lực lái điện 19

Hình 1.22 Hệ thống SBW 20

Hình 1.23 Hình thang lái 21

Hình 1.24 Góc camber 21

Hình 1.25 Góc đặt Kingpin 22

Hình 1.26 Các góc đặt Caster 23

Hình 1.27 Bán kính quay vòng 23

Hình 1.28 Độ chụm dương và âm của bánh xe 24

Hình 2.1 Cảm biến mô men hệ thống 25

Hình 2.2 Cảm biến mô men hệ thống 26

Hình 2.3 Mô tơ điện hệ thống lái trợ lực lái điện 26

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống lái trợ lực lái điện 28

Hình 2.7 Góc nghiêng của trục quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe 32

Hình 2.8 Sơ đồ động học khi quay vòng 33

Hình 2.9 Được đặt tính lý thuyết 34

Hình 2.10 Sơ đồ động học hình thang lái khi xe chạy thẳng 35

Hình 2.11 Sơ đồ hình thang lái khi quay vòng 36

Hình 2.12 Đồ thị đường đặt tính thực tế của cầu dẫn hướng 38

Hình 2.13 Đồ thị đường đặt tính thực tế của cầu dẫn hướng θ =170 39

Hình 3.1 Mạch Arduino 40

Hình 3.2 Cấu tạo của mạch Arduino cơ bản 41

Hình 3.3 Đầu vào của mạch 42

Hình 3.4 Các chân của mạch Arduino 43

Hình 3.5 Mẫu Arduino R3 44

Hình 3.6 Mẫu Arduino Nano 45

Hình 3.7 Arduino Leonardo 45

Hình 3.8 Rotary encoder 46

Hình 3.9 Cách tạo ra xung tín hiệu của Encoder 46

Hình 3.10 Cách xác định chiều quay 47

Hình 3.11 Các chân tín hiệu 47

Hình 3.12 DC L298N 48

Hình 3.13 Các chân của L298N 49

Hình 3.14 Motor điện DC 49

Hình 3.15 Bảng mạch điều khiển mô phỏng trợ lực lái điện 50

Hình 3.16 Sơ đồ mạch điện của mô hình trợ lực lái điện 50

Hình 3.17 Các chi tiết Arduino thay thế cho các bộ phận trong hệ thống 51

Hình 4.1 Thiết kế khung xe bằng phần mềm Solidworks 52

Hình 4.2 Gia công khung thân xe 53

Hình 4.3 Thiết kế càng chữ A bằng phần mềm Solidworks 53

Hình 4.4 Càng chữ A trên xe 54

Hình 4.5 Phuộc treo trước 54

Hình 4.6 Hoàn thành hệ thống treo trước và sau trên xe 55

1 HPS - Hydraulic Power Steering - Hệ thống lái trợ lực lái thủy lực.

2 EHPS - Electronic Hydraulic Power Steering - hệ thống lái trợ lục lái điện – thủylực

3 EPS - Electrinic Power Steering - hệ thống lái trợ lực lái điện

4 SBW - Steering by wire – hệ thống lái điện tử

5 EPS ECU

6 ICCT - International Council on Clean Transportation - Ủy ban quốc tế về vận tảisạch

7 IEA - international energy agency – Cơ quan Năng lượng Quốc tế

8 EV - Electric Vehicle - Xe điện

MỞ ĐẦU

Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và chế tạo mô hình thựcnghiệm Nội dung chính là nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện cho ô tô bán tải điện.Đối tượng nghiên cứu là dành cho các loại xe điện chuyên dụng trong các khu du lịchhiện nay

Đề tài được nghiên cứu và thực hiện trên cơ sở thiết kế nghiên cứu hệ thống láitrợ lực điện dành cho xe ô tô bán tải điện Như các loại xe điện chuyên chở kháchtham quan ở bờ biển Đà Nẵng, cũng như các khu vực du lịch, hầu hết những chiếc xe

đó đều sử dụng hệ thống lái thuần cơ khí Tuy không phải hoạt động trong một quảngđường dài nhưng lại hoạt động một cách thường xuyên vì thế vẫn phải chịu phản lực

từ mặt đường một cách thường xuyên Đề tài của chúng em thực hiện hướng đến phụgiúp người lái trong quá trình sử dụng xe hằng ngày một cách thường xuyên

Cấu trúc của đề tài như sau:

- Tổng quan đề tài nghiên cứu

- Giới thiệu tổng quan hệ thống lái trợ lực lái điện

- Nghiên cứu, thiết kế, tính toán hệ thống lái

- Mô phỏng hệ thống bằng adruio

- Lắp đặt, vận hành thực nghiệm hệ thống

- Kết luận

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1.1 Mục đích, ý nghĩa khoa học của đề tài

Ngày nay, các vấn đề về giá xăng tăng một cách chóng mặt, các loại nhiên liệuhóa thạch đang dần bị cạn kiệt Trong những năm qua, phương tiện giao thông tạinước ta tăng gấp nhiều lần dẫn đến hệ lụy khí thải từ ô tô, xe máy ngày một gia tăngđiều này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, ô nhiễm môi trường, làm biếnđổi khí hậu, nóng lên toàn cầu…

Theo các báo cáo môi trường quốc gia, ô nhiễm không khí ở đô thị do giao thônggây ra chiếm 70% Các khí thải chủ yếu từ phương tiện giao thông cơ giới đường bộ là

CO, HC, BOx (đối với động cơ xăng) và PM, NOx (đối với động cơ diesel) Do sựphát triển kinh tế, số lượng ô tô tại các thành phố lớn sẽ ngày càng tăng lên kéo theotình trạng ô nhiễm môi trường không khí ngày càng nghiêm trọng

Chính vì vậy, việc tìm kiếm những nguồn năng lượng sạch đang là mục tiêu quantrọng đối với các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới trong những năm qua, đã có rấtnhiều giải pháp được đưa ra như sử dụng các loại nhiên liệu lành tính với môi trường;năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, gió, nước, thủy triều; năng lượng điện,pin…

Trong đó, năng lượng điện là khả quan nhất cho nghành ô tô Hiện tại, các mẫu

xe chạy bằng năng lượng điện và hybrid (động cơ lai) đang được các hãng xe nổi tiếngphát triển và phổ biến

Do có tính cấp thiết nên việc “Thiết kế ô tô điện” có ý nghĩa rất lớn cho việcgiảm ô nhiễm khí thải từ động cơ xăng, dầu

Hiểu được những vấn đề này nên nhóm chúng em đã tập trung phát triển “Ôtôbán tải điện” Nhưng vì kiến thức còn hạn hẹp, tài chính không cho phép nên nhómchúng em chia đồ án thành 3 đề tài để góp phần hoàn thiện sản phẩm một cách hoànhảo nhất

Gồm: + Nghiên cứu tối ưu thiết kế khí động học trên mô hình xe bán tải điện

+ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống trợ lực lái điện cho mô hình xe bán tảiđiện

+ Nghiên cứu công nghệ nạp và lưu trữ năng lượng trên xe điện

Nếu như trên 1 chiếc xe có hệ thống lái thuần cơ khí, nó cho chúng ta 1 cảm giáclái chân thực nhưng lại mang đến các trở ngại như không thoải mái khi di chuyển 1khoản thời gian dài, người lái phải tốn rất nhiều sức để chuyển hướng xe và gặp nhiều

khó khăn trong việc xử lý các tình huống bất ngờ, cánh tay của người lái phải chịutoàn bộ phản lực từ mặt đường tác dụng lên trên cơ cấu lái Bên cạnh đó, hệ thống láithuần cơ khí chỉ tập trung vào góc quay thân xe, khả năng kiểm soát khi đánh lái ở tốc

độ cao bị hạn chế

Chính vì những lý do trên, hệ thống trợ lái là hệ thống mà trên tất cả các loại xehiện đại đều được trang bị

Các loại trợ lái gồm có:

- Hệ thống lái trợ lực lái thủy lực (Hydraulic Power Steering-HPS)

- Hệ thống lái trợ lực lái điện-thủy lực (Electronic Hydraulic Power EHPS)

Steering Hệ thống lái trợ lực lái điện (Electronic Power SteeringSteering EPS)

(ngoài ra còn hệ thống lái điện tử Steering-By-Wire)

Mỗi hệ thống có mỗi ưu và nhược điểm khác nhau nhưng nguyên lý chung vẫn làgiúp duy trì và đổi hướng chuyển động của xe, giúp điều khiển xe nhẹ nhàng, đơngiản, mượt mà hơn khi đánh lái

Trong đó, hệ thống lái trợ lực lái điện đang là hệ thống thích hợp với ô tô điệnnhất Vì vậy, nhóm em đã chọn “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống lái trợ lực lái điện” chochiếc xe điện chung của nhóm

1.2 Xe ô tô điện.

Là một chiếc xe được dẫn động bằng một động cơ điện và năng lượng để cho xehoạt động chính là điện năng Điện năng được lưu trữ trong các khối pin năng lượng

Ô tô chạy điện là ô tô sạch tuyệt đối đối với môi trường không khí trong thành phố

1.2.1 Ưu điểm của xe điện.

Ô tô điện có các ưu điểm như

- Hạn chế được việc khí thải ra môi trường

- Chi phí bảo dưỡng thấp hơn xe động cơ đốt trong

- Ít gây ồn so với động cơ đốt trong

- Có thể cung cấp điện trở lại cho một số thiết bị điện dân dụng nếu cần

- Chi phí tái nạp rẻ hơn nhiều so với xăng và dầu

- Có thể thu hồi năng lượng trong quá trình phanh (bằng cách chuyển độngnăng của xe thành điện năng lưu trữ vào ắc quy)…

1.2.2 Nhược điểm của xe điện.

Ngoài những ưu điểm thì xe điện cũng còn rất nhiều hạn chế như :

- Phạm vi hoạt động của xe, việc phạm vi hoạt động phụ thuộc rất nhiều vàopin năng lượng của xe, phụ thuộc vào thời tiết, nhiệt độ….

- Vấn đề về trạm sạc, thì ở nước ta xe điện vẫn còn chưa được phổ biến nênvấn đề về các trạm sạc vẫn chưa được phổ biến, đa số các trạm sạc đều tậptrung ở các thành phố lớn Không như ở các nước như Mỹ, Trung Quốc, Na

Uy là những quốc gia có mật độ trạm sạc phổ biến

Hình 1.1 Trạm xạc xe điện của hãng Vinfast Việt Nam

- Chi phí thay pin và sạc điện, pin và sạc điện của xe điện có vòng đời khoảng

10 năm mỗi lần thay thế thì chi phí phải lên đến hàng nghìn đô

Hình 1.2 Pin ô tô điện

1.2.3 Vấn đề của ô tô “Sạch”.

Quá trình sản xuất và tái chế pin ô tô điện đang là nguy cơ gây ô nhiễm lớn nhấthành tinh

- Quá trình sản xuất:

Theo nghiên cứu của Ủy ban quốc tế về vận tải sạch (ICCT) đối với vòng đời của

xe điện và hoạt động sản xuất pin, để chế tạo ra mỗi kWh dung lượng pin xe điện sẽphát thải từ 56 kg đến 494 kg CO2 Một số nghiên cứu cũng đưa ra ước tính về lượngkhí thải tương đương trên mỗi km di chuyển trong suốt vòng đời một chiếc xe và kếtluận mỗi kWh pin thường tương đương mức phát thải 1-2g CO2/km

Sản xuất pin sử dụng rất nhiều năng lượng, từ việc khai thác nguyên liệu thô đếnđiện năng phục vụ chế tạo Do đó, xe điện càng lớn với khoảng hành trình càng dài sẽ

càng cần nhiều pin để cung cấp năng lượng, đồng nghĩa rằng lượng carbon phát thảicàng nhiều

Hình 1.3 Ô nhiễm do khai thác nguyên liệu chế tạo xe điện và pin

- Tái chế pin:

Với nỗ lực để đáp ứng các mục tiêu về năng lượng và khí hậu, các chính phủđang tăng cường nỗ lực thực hiện nhiều biện pháp, trong đó có việc đẩy mạnh sản xuấtcác loại xe điện để thay thế các phương tiện sử dụng nhiên liệu hoá thạch Điều đóđang làm bùng nổ các loại xe điện trong tương lai gần

Theo ước tính của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) năm 2030 sẽ có 145 triệu

xe điện (EV) trên toàn thế giới và con số đó có thể tăng cao hơn nữa – lên đến 230triệu, đó là chưa kể xe hai, ba bánh Cùng với số lượng hàng trăm triệu xe điện sẽ làkhối lượng khổng lồ của pin Lithium-ion Việc tái chế loại pin này đặt ra nhiều tháchthức đặc biệt đối với môi trường

Mặc dù pin Lithium-ion được chính phủ Mỹ phân loại là chất thải không nguyhại và an toàn để thải vào dòng chất thải đô thị thông thường, một số nghiên cứu đã chỉ

ra rằng chúng có thể gây ô nhiễm nước Nếu không được thu gom, xử lý đúng cách,lithium sẽ thấm vào nguồn nước Không chỉ vậy, các chất có trong pin xe điện nhưniken, coban, mangan và các kim loại khác có thể gây ra mối đe dọa lớn hơn cảlithium đối với cuộc sống con người và hệ sinh thái

Hình 1.4 Rác thải từ pin ô tô điệnTuy nhiên, các nhà nghiên cứu hiện nay đang rất nổ lực nghiên cứu để tìm kímcác vật liệu thay thế tối ưu dành cho pin mà ít gây ô nhiễm nhất có thể.

1.2.4 Ô tô điện xu hướng phát triển của ngành ô tô.

Hiện tại các ông lớn trong ngành ô tô đang tích cực mang ô tô sử dụng nănglượng điện như xe điện, xe hybrid (động cơ lai) đến với đời sống hằng ngày của conngười nhằm góp phần vào việc cải thiện môi trường hiện tại, giảm sự phát thải khí thải

xe điện giá rẻ được sản xuất hàng loạt đầu tiên trên thế giới – Model 3

Ở Mỹ và nhiều nước Châu Âu, trong vòng 5 năm trở lại đây, mỗi năm doanh sốcủa Tesla tăng 30 – 40% Hiện nay, các sản phẩm của Tesla trên thị trường khá ít Tuynhiên, những mẫu xe mà thương hiệu tung ra vẫn gây được tiếng vang khá lớn, tiêubiểu là Model S và Model X

Model S là dòng xe thể thao Sedan hạng sang sở hữu động cơ điện 691 mã lực.Chiếc xe này còn được Consumer Reports bình chọn là dòng xe điện có tổng thể tốt

nhất trong năm 2014 và 2015 Thêm vào đó, mẫu xe điện SUV Model X cũng xuất sắcđạt được giải thưởng Green Vehicle vào năm 2016.

Tính trên toàn thế giới, Tesla là thương hiệu ô tô có giá trị vốn hoá thị trường caonhất với 673,79 tỷ USD, chiếm 28% thị phần ngành công nghiệp ô tô điện với doanh

số 179.050 chiếc xe được bán ra

Hình 1.5 Tesla Model 3

- Liên minh Renault – Nissan – Mitsubishi (Pháp – Nhật)

Là một tập đoàn liên minh Pháp – Nhật, được thành lập bởi ba đế chế Renault (cótrụ trụ sở tại Pháp), Nissan cùng Mitsubishi Motors (hai tập đoàn có trụ sở tại NhậtBản) Ngày 27/1, liên minh ôtô Nissan, Renault và Mitsubishi Motors thông báo sẽđầu tư 23 tỷ euro (25,7 tỷ USD) vào xe điện trong 5 năm tới, đánh dấu khoản đầu tưlớn mới nhất vào lĩnh vực đang phát triển nhanh của ngành công nghiệp sản xuất ôtô.Ngoài mức 10 tỷ euro mà liên minh đã chi cho "chiến lược điện khí hóa."

Theo kế hoạch, vào năm 2030, liên minh này sẽ ra mắt 25 mẫu xe điện mới đểđạt được mục tiêu này, liên minh cho biết sẽ tăng cường hợp tác trên các nền tảngchung, theo đó các nền tảng này dự kiến sẽ được sử dụng trên 80% các mẫu xe điệncủa liên minh vào năm 2026

Với 10% thị phần trên thị trường ô tô điện, liên Minh Renault – Nissan –Mitsubishi xếp vị trí thứ 2 vào năm 2020 với doanh số 65.521 chiếc ô tô điện được bánđến tay người mua

Hình 1.6 Xe điện của liên minh

- Thương hiệu Volkswagen

Đây là thương hiệu sản xuất xe hơi lâu đời đến từ Đức, được thành lập vào năm

1937 tại Berlin

Volkswagen tung ra thị trường hai mẫu xe điện mang tên E-Up! và E-Golf.Thương hiệu hướng đến việc đạt được 50 mẫu ô tô sản xuất vào năm 2025 Để hiệnthực hóa mục tiêu của mình, thương hiệu quyết định rót vốn lên đến hơn 30 tỷ Eurovào các công nghệ sản xuất xe

Tính trong 1/2022, Volkswagen đã có hơn 99.100 xe được giao, tăng 65% so vớicùng kỳ

Ngày 5-3 Volkswagen tuyên bố khoản đầu tư trị giá 2 tỉ euro (2,2 tỉ USD) để xâydựng một nhà máy sản xuất ôtô điện mới Volkswagen cho biết việc xây dựng nhàmáy mới sẽ được khởi công sớm nhất là mùa xuân năm 2023, và bắt đầu đi vào sảnxuất từ năm 2026

Tập đoàn Volkswagen có 12 thương hiệu, trong đó có cả Audi, Porsche vàSkoda, đang bơm 35 tỉ euro cho kế hoạch chuyển đổi sang xe điện, cũng như đặt mụctiêu trở thành nhà sản xuất ôtô điện lớn nhất thế giới vào năm 2025

Hình 1.7 ID.3 mẫu xe điện của Volkswagen

- Thương hiệu của Trung Quốc – BYD

BYD Co Ltd là một công ty sản xuất xe tại Trung Quốc Hiện nay, thương hiệu

có vốn hoá thị trường vào khoảng 71.4 tỷ USD, xếp thứ 6 trên toàn thế giới sau nhữngcái tên quen thuộc như Tesla, Volkswagen, Toyota, GM và đối tác của họ – Daimler(công ty mẹ của thương hiệu Mercedes-Benz)

BYD Co Ltd tung ra thị trường khá nhiều loại xe, từ xe tải, xe buýt, các loại xechạy bằng xăng truyền thống, xe đạp điện… Với sự phát triển mạnh mẽ của những sảnphẩm, thương hiệu đã gây được tiếng vang trong và ngoài nước.

Từ năm 2014 đến năm 2019, dòng xe điện của BYD liên tục dẫn đầu về doanh sốtoàn cầu Khi nói về định hướng trong tương lai, thương hiệu mong muốn sẽ phát triểnthêm những mẫu xe điện thông minh và kết nối

Hình 1.8 Sản phẩm ô tô điện của BYD Co Ldt

- Thương hiệu NIO – Trung Quốc

NIO – được ví như là TESLA của “Trung Quốc đại lục” Thương hiệu mang ýnghĩa “Vươn tới bầu trời xanh”, được thành lập bởi William Li vào tháng 11, năm

2014 và nhận được sự chú ý của nhiều “ông lớn” đầu tư như Tencent, Baidu,…

NIO chuyên nghiên cứu về loại xe tự lái, trí tuệ nhân tạo ứng dụng trong các loại

xe song song với sản xuất ô tô điện Một điểm nổi bật của NIO là ô tô điện của thươnghiệu này có thể đổi pin, rẻ hơn nhiều lần so với ô tô điện của các thương hiệu nổi tiếngkhác

Hãng đã cho xuất xưởng được hơn 100.000 chiếc ô tô điện, bán ra được hơn50.000 chiếc tại thị trường quốc nội cùng thực hiện hơn 650.000 lần đổi pin cho kháchhàng của mình

Hình 1.9 NIO EP9 mẫu siêu xe điện của NIO

Hình 1.10 Công nghệ thông minh tương tác với người lái của NIO

- Hãng xe Việt Nam – VinFast

Là một nhà sản xuất ô tô và xe máy điện của Việt Nam được thành lập năm 2017,

có trụ sở đặt tại thành phố Hải Phòng, do ông James Benjamin DeLuca cùng Lê ThanhHải làm Giám đốc điều hành Công ty này là một thành viên của tập đoàn Vingroup,được ông Phạm Nhật Vượng sáng lập Tên gọi công ty được viết tắt từ cụm

từ "Việt Nam – Phong cách – An toàn – Sáng tạo – Tiên phong"

Hãng xe đang trong những bước đầu tiên trong công cuộc điện hóa Ngày 24tháng 3 năm 2021, VF chính thức mở bán mẫu xe ô tô thể thao đa dụng chạyđiện VFe34 Mẫu e34 được ra mắt online ngày 15/10/2021 Ngày 18/11/2021, 2 mẫu

xe ô tô điện VF e35 và e36 được trưng bày tại triển lãm ô tô Los Angeles 2021 Vàongày 6/1 VinFast đã chính thức giới thiệu hàng loại dòng ô tô điện mới bao gồm:VinFast VF5, VF6 và VF7 trong sự kiện CES 2022

Hình 1.11 Mẫu xe điện VF7 của VinFast Việt Nam.

1.3 Hệ thống lái ô tô

Là một trong những hệ thống quan trọng trên xe ô tô, được phát minh từ nhữngnăm 50 của thế kỉ XIX, có vai trò giữ cho ô tô chuyển động theo quỹ đạo nhất địnhhoặc thay đổi hướng di chuyển của ô tô theo mong muốn của người lái

Cấu tạo của hệ thống lái, gồm có 3 thành phần chính:

+ Dẫn động lái: Bộ phận dẫn động lái bao gồm các chi tiết chính là vô lăng, trụlái, các thanh dẫn động và khớp liên kết Bộ phận này truyền chuyển động của tài xếđến hệ thống lái để thay đổi hướng di chuyển của xe, đồng thời tiếp nhận những phảnứng từ mặt đường tạo cảm giác lái chân thực cho tài xế

+ Cơ cấu lái: Chức năng của cơ cấu lái là điều khiển các đòn xoay trong cơ cấuđộng học hình thang lái, đảm bảo bánh xe chuyển động theo đúng nguyên tắcAckerman Các nhà sản xuất ô tô thường sử dụng một trong hai dạng cơ cấu lái cơ bản

là cơ cấu lái trục vít – thanh răng và cơ cấu lái loại bi tuần hoàn

+ Trợ lực lái: Trợ lực lái là cụm chi tiết phức tạp nhất trong hệ thống lái vàthường xuyên được cải tiến để phù hợp với xu hướng phát triển ngành công nghiệp chếtạo ô tô Trợ lực lái có nhiệm vụ giảm lực quay vô lăng khi cần thiết nhằm hỗ trợ tài xếđánh lái dễ dàng Hệ thống trợ lực lái khá phát triển nhưng phổ biến nhất hiện nay làtrợ lực lái thủy lực và trợ lực lái điện Trong đó, hệ thống trợ lực lái điện đang ngàycàng chứng minh được tính ưu việt so với các loại trợ lực khác

Hệ thống lái phân loại theo cách bố trí vô lăng, theo kết cấu cơ cấu lái và hệthống lái có trợ lực

- Phân loại theo cách bố trí vô lăng:

+ Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) dùng cho những nước xãhội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,

+ Vô lăng bố trí bên phải: dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên tráinhư: Anh, Thuỵ Điển, Nhật Bản,

- Phân loại theo cơ cấu lái:

+ Trục vít - Cung răng;

+ Trục vít - Chốt quay;

+ Trục vít - Con lăn;

+ Bánh răng - Thanh răng;

+ Thanh răng liên hợp (Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng)

- Hệ thống lái được phân loại theo loại trợ lực:

+ Hệ thống lái trợ lực thủy lực (HPS)

+ Hệ thống lái trợ lực điện – thủy lực (EHPS)

+ Hệ thống lái trợ lực điện (EPS)

+ Hệ thống lái điện tử Steering – By – Wire (SBW)

1.3.1 Yêu cầu của hệ thống lái.

Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau:

- Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định:

+ Để đảm bảo yêu cầu này thì hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệthống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ(không lớn hơn 150 khi có trợ lực và không lớn hơn 50 khi không có trợ lực)

+ Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt

+ Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều

kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động

- Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong mộtkhoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé

- Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mònlốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe

- Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặcchướng ngại vật

- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vôlăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành:

+ Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150  200 N;+ Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N

1.3.2 Hệ thống lái thuần cơ khí.

Là hệ thống lái đầu tiên trong lịch sử phát triển của ngành ô tô Hệ thống tậptrung vào khả năng quay vòng ô tô trên diện tích nhỏ nhất, trong thời gian ngắn nhất.Với ưu điểm như cấu tạo đơn giản chỉ bao gồm cơ cấu lái và dẫn động lái, bánh

xe ít bị trượt khi quay vòng

Tuy nhiên, nhược điểm của hệ thống này là kích thước khá cồng kềnh, nặng,chiếm nhiều diện tích lắp đặt Người lái phải sử dụng nhiều sức để quay chuyển hướng

xe, điều này khiến cho người lái gặp khó khăn khi xử lý những tình huống bất ngờ.Khả năng đánh lái tốc độ cao bị hạn chế Vì những hạn chế trên nên hiện nay các nhàsản xuất không còn ứng dụng hệ thống này trong việc sản xuất xe ô tô nữa

Hình 1.12 Hệ thống lái thuần cơ khí

1.3.3 Các hệ thống lái thông dụng.

1.3.3.1 Loại trục vít – cung răng.

Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững Tuy vậy có nhượcđiểm là hiệu suất thấp, điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp nếu bố trí cung răng ở mặtphẳng đi qua trục trục vít

Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít hoặcđặt ở phía bên cạnh Cung răng đặt bên có ưu điểm là đường tiếp xúc giữa răng cungrăng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên toàn bộ chiều dài răng của cungrăng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, do đó tuổi thọ và khả năng tảităng Cơ cấu lái loại này thích hợp cho các xe tải cỡ lớn Trục vít có thể có dạng trụtròn hay lõm Khi trục vít có dạng lõm thì số răng ăn khớp tăng nên giảm được ứngsuất tiếp xúc và mài mòn.

Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiềudài của trục vít

Hình 1.13 Cơ cấu lái trục lái trụ - cung răng đặt giữa

1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ

Hình 1.14 Cơ cấu lái trục vít hình trụ - cung răng đặt bên

1- Ổ bi ; 2 - Trục vít; 3- Cung răng ; 4- Vỏ

1.3.3.2 Loại trục vít – con lăn.

Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 3-7) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô

tô do có ưu điểm:

+ Kết cấu gọn nhẹ

+ Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn

+ Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần

Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn đươc bố trí lệchvới đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trụcquay của đòn quay đứng thì khoảng cách A sẽ thay đổi Do đó khe hở ăn khớp cũngthay đổi.

Hình 1.15 Cơ cấu lái trục vít – con lăn hai vành1- Trục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh; 5-

Trục vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn

1.3.3.3 Cơ cấu trục vít – chốt quay.

Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cáchchế tạo bước răng trục vít khác nhau

Hình 1.16 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay.

1.3.3.4 Cơ cấu bánh răng – thanh răng.

Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng Thanh răng trượt trong các ốngdẩn hướng Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răngbằng lò xo

+ Ưu điểm:

- Có tỷ số truyền nhỏ dẫn đến độ nhạy cao Vì vậy được sử dụng rộng rãi trên các

xe đua, du lịch, thể thao

- Hiệu suất cao

- Kết cấu gọn, đơn giản, dễ chế tạo

+ Nhược điểm:

- Lực điều khiển tăng (do tỷ số truyền nhỏ)

- Không sử dụng được với hệ thống treo trước loại phụ thuộc

- Tăng va đập từ mặt đường lên vô lăng

Hình 1.17 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng

1- Bánh răng; 2- Thanh răng

1.3.3.5 Loại liên hợp trục vít – êcu bi – thanh răng – cung răng.

Êcu lắp lên trục vít qua các viên bi nằm theo rảnh ren của trục vít cho phép thayđổi ma sát trượt thành ma sát lăn Phần dưới của êcu bi có cắt các răng tạo thành thanhrăng ăn khớp với cung răng trên trục

Ưu điểm:

+ Hiệu suất cao

Do hiệu suất nghịch lớn nên khi lái trên đường xấu sẽ vất vả nhưng ôtô có tính ổnđịnh về hướng cao khi chuyển động thẳng.

+ Khi sử dụng với cường hoá thì nhựơc điểm hiệu suất nghịch lớn không quantrọng

+ Có độ bền cao vì vậy thường được sử dụng trên các xe cở lớn

Hình 1.18 Cơ cấu lái liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng

1 Trục cung răng; 2 Vít điều chỉnh; 3 Đệm tỳ; 4 Ống dẫn hướng bi; 5

Hình 1.19 Cấu tạo của hệ thống lái trợ lực thủy lực

1.3.4.2 Hệ thống lái trợ lực điện – thủy lực (EHPS)

Là hệ thống lai giữa hệ thống trợ lực điện và thủy lực Hệ thống có cả ưu điểmcủa hệ thống trợ lực điện ESP và hệ thống trợ lực thủy lực HPS Là hệ thống trợ lựcthủy lực kết hợp với mô-tơ điện để đem lại khả năng điều chỉnh góc đánh lái linh hoạthơn Trong hệ thống EHPS, động cơ vẫn là nguồn cung cấp năng lượng chính, cònmô-tơ điện được dẫn động thông qua bộ điều khiển điện tử ECU Nhờ đó, lực đẩythanh răng sẽ được tính toán và điều chỉnh linh hoạt để đảm bảo độ nặng nhẹ của taylái tùy theo điều kiện tải trọng và vận tốc của xe

Hình 1.20 Hệ thống trợ lực EHPS

1.3.4.3 Hệ thống lái trợ lực lái điện (EPS)

Là hệ thống sử dụng các tín hiệu điện tử để điều khiển mô tơ trợ lái Và phần trợlực sử dụng mô tơ điện để hỗ trợ cho hệ thống lái

Hình 1.21 Kết cấu của 1 hệ thống lái trợ lực lái điện

1.3.4.4 Hệ thống lái điện tử Steering – By – Wire.

Thay vì truyền động bằng cách sử dụng các kết nối cơ khí, hệ thống lái điện tửSBW cho phép điều khiển xe bằng các tín hiệu điện tử và truyền động thủy lực MẫuInfinity Q50 2013 là chiếc xe đầu tiên được trang bị hệ thống này

Hệ thống trợ lực steer-by-wire sẽ đóng vai trò rất lớn trong những mẫu xe tựhành (autonomous)

Hình thang lái có nhiều dạng kết cấu khác nhau Đòn ngang có thể cắt rời hayliền tuỳ theo hệ thống treo là độc lập hay phụ thuộc Nhưng dù trường hợp nào thì kếtcấu của hình thang lái củng phải phù hợp với động học bộ phận hướng của hệ thốngtreo, để dao động thẳng đứng của các bánh xe không ảnh hưởng đến động học của dẫnđộng, gây ra dao động của bánh xe dẩn hướng quanh trục quay

Động học quay vòng đúng của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo nhờ việcchọn các thông số kỹ thuật của hình thang lái và không có khe hở trong dẫn động nhờ

sử dụng các bản lề tự động khắc phục khe hở

Tác dụng của camber dương:

+ Giảm tải theo phương thẳng đứng

+ Ngăn ngừa sự tụt bánh xe

+ Ngăn cản góc doãng âm ngoài ý muốn do tải trọng gây ra