Vì vậy, chế tạo một chiếc xe điện 3 bánh phù hợp ột chiếc xe điện 3 bánh phù hợp ệ thống truyền lực, khung và vỏ trên xe điện 3 bánh sử dụng ụng ầu của đồ án: điểm tối đa là 4đ ủa đề tài
Mục đích ý nghĩa đề tài
Tổng quan về vấn đề năng lượng và môi trường
Bắt đầu từ thập niên 60, 70 của thế kỷ trước, thế giới phải đối mặt với vấn đề lớn mang tính toàn cầu:
Vấn đề năng lượng: các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá không phải là vô tận, chúng có khả năng bị cạn kiệt và không thể tái tạo được Các phương tiện giao thông sử dụng trực tiếp nguồn năng lượng này (xăng, dầu) chắc chắn sẽ không tồn tại trong tương lai Trong khi đó, điện năng là loại năng lượng rất linh hoạt, nó có thể được chuyển hóa từ nhiều nguồn năng lượng khác, trong đó có các nguồn năng lượng tái tạo vô tận như năng lượng gió, mặt trời, sóng biển,…Do vậy, các phương tiện sử dụng điện là phương tiện của tương lai.
Vấn đề môi trường: không khó để nhận ra rằng môi trường hiện nay đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, mà một trong những nguyên nhân chính là khí thải từ các phương tiện giao thông, đặc biệt là ô tô Ô tô điện là lời giải triệt để cho vấn đề này do nó hoàn toàn không có khí thải.
Như vậy, ta thấy rằng ô tô điện là giải pháp tối ưu cho cả hai vấn đề lớn, đó là lý do khiến nó trở thành mối quan tâm đặc biệt từ nửa sau thế kỷ 20 trở lại đây và càng ngày càng trở thành mối quan tâm lớn của ngành công nghiệp ô tô và các nhà khoa học trên toàn thế giới.
Ô tô điện
Phạm vi hoạt động
Tuỳ vào mỗi loại xe mà quãng đường đi được sau mỗi lần sạc sẽ khác nhau. Mỗi loại xe sẽ có trọng lượng, kích thước và công suất khác nhau nên phạm vi hoạt động của chúng cũng khác nhau.
Tốc độ xe cao sẽ làm phạm vi hoạt động giảm, vì năng lượng cần thiết để vượt qua lực cản so với chạy nhanh dần đều, tăng tốc đột ngột làm giảm phạm vi.
Nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao từ bên ngoài có xu hướng giảm phạm vi vì chúng phải sử dụng nhiều điện năng hơn để điều chỉnh nhiệt độ của cabin.
Ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng ô tô điện
1.2.2.1 Ưu điểm khi sử dụng ô tô điện
+ Ô tô điện sẽ làm giảm sự phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch.
+ Làm giảm chi phí năng lượng đến 90%.
+ Nâng hiệu suất sử dụng năng lượng lên 70% (bằng cách nạp lại điện năng) so với hiệu suất 15% (kể cả hệ thống truyền lực) trong các ứng dụng động cơ đốt trong. + Tạo ra mô men xoắn cao hơn và đường đặc tính mô men xoắn không đổi, giúp xe có khả năng tăng tốc nhanh hơn.
+ Giảm bớt hiệu ứng nhà kính và tình trạng nóng lên của trái đất.
+ Ít gây ồn so với động cơ đốt trong.
+ Không thải ra khí xả độc hại ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
+ Hoàn toàn có thể đáp ứng tầm hoạt động dưới 500km, bằng loại ắc quy Lithium-ion.
+ Nạp điện tại nhà hoặc nơi công cộng đơn giản, thuận tiện hơn so với các cây xăng.
+ Có thể thu hồi năng lượng trong quá trình phanh (bằng cách chuyển động năng của xe thành điện năng lưu trữ vào ắc quy).
+ Ngoại trừ ắc quy, chi phí sản xuất các bộ phận khác rẻ hơn sơ với sử dụng động cơ đốt trong vì số chi tiết rời ít hơn và không đòi hỏi gia công chính xác.
+ Chi phí tái nạp rẻ hơn nhiều so với xăng và dầu.
+ Chi phí bảo dưỡng như thay dầu nhớt, làm mát, bảo dưỡng, kiểm duyệt khí thải được giảm bớt hoặc loại bỏ hoàn toàn.
+ Có thể cung cấp điện trở lại cho một số thiết bị điện dân dụng nếu cần.
+ Ngay cả khi nguồn điện dung để nạp ắc quy được tạo ra từ các nhà máy nhiệt điện dùng nhiên liệu hóa thạch thì hiệu quả sử dụng năng lượng của chúng vẫn cao hơn nhiều so với động cơ đốt trong.
+ Giảm thiểu quan ngại về cháy nổ.
+ Ô tô điện có triển vọng hơn cả xe sử dụng Hidro lỏng vì sự phổ dụng và chi phí phân phối rất thấp, không cần đầu tư một hệ thống trạm nhiên liệu quy mô lớn và cực kỳ đắt tiền Ngoài ra, hiệu quả chuyển đổi năng lượng của xe còn cao hơn ắc quy nhiên liệu hidro lỏng.
+ Điện có thể tạo ra từ các nguồn thủy điện, địa nhiệt, gió, hidro, mặt trời hoặc hạt nhân… là các nguồn năng lượng không phát thải khí độc hại gốc cacbon.
1.2.2.2 Nhược điểm sử dụng ô tô điện
+ Bị giới hạn về thời gian hoạt động và thời gian nạp lại đầy điện.
+ Giá thành sản xuất cho ắc quy điện còn quá đắt, nằm trong khoảng từ 1500USD/xe (ắc quy chì-axit) cho đến 20000USD/xe (ắc quy Lithium-ion).
+ Khối lượng vận chuyển bị hạn chế, tốc độ thấp.
+ Một số loại ắc quy hoạt động kém hiệu quả khi gặp thời tiết lạnh giá Các trạm điện công cộng chưa phổ biến.
+ Người sử dụng phải đối mặt với nguy cơ bị điện giật, nhiễm điện từ.
Tình hình sản xuất và sử dụng ô tô điện trên thế giới
Ngay từ những năm 60 của thế kỷ trước, Hoa Kỳ đã quan tâm đến vấn đề ô nhiễm môi trường do ô tô gây ra, Bang California đã khuyến khích các nhà sản xuất xe máy và ô tô sản xuất các xe ô tô điện bằng chương trình Xe ít ô nhiễm (Low Emission Vehicle Program) Những quy định pháp lý (tiêu chuẩn khí thải…) cùng hàng loạt ưu đãi với người sử dụng các loại xe ít ô nhiễm tại Bang California (ưu đãi thuế, vay vốn, đường ưu tiên tránh tắc đường…) đã khiến cho các nhà sản xuất xe tập trung phát triển các xe ô tô điện.
Tất nhiên xe ô tô điện sẽ được nạp điện từ lưới điện quốc gia sử dụng phần lớn là các nhà máy nhiệt điện Các nhà máy nhiệt điện này cũng sử dụng nhiên liệu hóa thạch (khí, than đá, dầu mỏ) để phát điện Như vậy là về bản chất năng lượng điện để nạp cho xe điện cũng không phải là sạch Đã có rất nhiều nghiên cứu được tiến hành để so sánh tương đương độ phát thải và hiệu suất sử dụng năng lượng giữa các động cơ với nhau Điển hình là nghiên cứu của Bauen and Hart in Hoogers đã sử dụng khái niệm hiệu suất “từ giếng dầu tới bánh xe” (well to wheel) để so sánh năng lượng giữa các xe được trang bị động cơ với nhau.
Tại Nhật Bản, các hãng ô tô lớn đang lần lượt đưa các mẫu xe thuần điện (pure Evs) ra thị trường Nissan “trống dong cờ mở” với Nissan Leaf, tuy vậy Mitsubishi mới là hãng đầu tiên tung ra xe điện thương phẩm với i-MiEV Xe i-MiEV đã được giới thiệu ở Việt Nam tại triển lãm Ô tô Vietnam Motor Show 2010. Để có thể đưa ra thị trường mẫu xe ô tô điện i-MiEV, hãng Mitsubishi Motors đã mất hơn 40 năm nghiên cứu Từ khi ấp ủ những ý tưởng đầu tiên về xe ô tô điện, chính thức bắt đầu nghiên cứu từ năm 1966, cho đến nay, hãng Mitsubishi Motors đã chế tạo ra 10 mẫu xe concept với hơn 500.000 km chạy thử nghiệm trên toàn cầu Lộ trình nghiên cứu được cho trong hình sau:
Hình 1 1 Lộ trình hơn 40 năm nghiên cứu ô tô điện của Mitsubishi Motors
Hình 1 2 Xe ô tô điện i-MiEV được đưa ra thị trường
Trong giới nghiên cứu, các trường đại học lớn ở Nhật Bản đều có những phòng thí nghiệm, trung tâm nghiên cứu về ô tô điện.
Liên Bang Nga Ở Liên Bang Nga, từ lâu người ta đã sử dụng xe công cộng chạy bằng điện để giảm tải lượng khí thải và khắc phục tình trạng nhiên liệu xăng dầu đắt đỏ, khan hiếm. Matxcova là một trong những số không nhiều siêu đô thị vẫn còn những chiếc tàu điện chạy khắp Matxcova từ năm 1899, còn ô tô điện thì phục vụ hành khách từ năm 1933 hàng ngày, ô tô điện chuyên chở tới 3 triệu lượt người lưu thông Tại thủ đô của Liên Bang Nga còn có những chiếc ô tô tải điện, đưa tất cả các loại hàng hóa đa dạng tới những cửa hiệu ở trung tâm thành phố.
Hiện nay xe ô tô điện chịu trách nhiệm chuyên chở người trong các sân bay Matxcova, cũng như tại các địa điểm nghỉ ngơi - các công viên và triển lãm Ông thị trưởng Yuri Luzhkov chính là người nêu sáng kiến phát triển loại hình phương tiện giao thông đáng tin cậy này Phát biểu khi kiểm tra chất lượng của loại xe ô tô điện mới xuất xưởng Thị trưởng Yuri nhận xét: “ấn tượng rất tốt Trong khi di chuyển, xe có tốc độ khá đảm bảo Mà tôi thì vốn là người ưa xe chạy nhanh Độ năng động cũng ổn, tôi cảm thấy tiện lợi ngay cả khi xe chạy vòng vèo trong khuôn viên tòa Thị Chính.Nếu chúng ta tích cực chuyển sang loại hình giao thông dùng điện thì môi trường sinh thái của thành phố sẽ được cải thiện đáng kể Cần khuyến khích, ủng hộ những nghiên cứu riêng trong ngành này.
Công nghệ truyền tải điện không dây ứng dụng trong xe điện được khai thác mạnh mẽ bởi các nhà nghiên cứu thuộc Viện Khoa học và Công nghẹ tiên tiến Hàn Quốc (KAIST) với dự án chế tạo xe điện nạp năng lượng từ dưới đất trong suốt quá trình hoạt động (OnLine Electric Vehicle-OLEV) Các sản phẩm xe bus điện thuộc dự án này đang chạy thử nghiệm rất tốt trong khuôn viên của KAIST và Công viên Grand Seoul.
Hình 1 3 Xe điện OLEV nạp điện không dây online tại KAIST
Trung Quốc không chỉ đầu tư sản xuất ô tô mà cả xe điện và họ đã thành công. Rất nhiều tỉnh thành của quốc gia này đã sử dụng xe điện làm phương tiện vận tải công cộng mang lại hiệu quả kinh tế xã hội và bảo vệ môi trường Đồng thời xe điện cũng được sử dụng làm phương tiện vận tải trong các công viên, khu du lịch, khu thể thao. Ngoài ra xe điện còn được xuất khẩu sang các nước trong khu vực.
Tại thành phố Thượng Hải, xe bus điện sử dụng siêu tụ của hãng SINAUTEC đang gây tiếng vang mạnh mẽ Siêu tụ được nạp nhanh chóng tại mỗi điểm dừng của xe.
Hình 1 4 Xe bus điện sử dụng siêu tụ tại Thượng Hải
Xu thế phát triển ô tô điện tại Việt Nam
Hiện nay tại Việt Nam, chưa có doanh nghiệp nào ngoài Công ty TNHH Sản xuất và Kinh doanh Vinfast đang tiến hành hoạt động sản xuất, lắp ráp xe điện Nhìn chung, hiện nay các dòng xe điện hóa chưa phổ biến tại Việt Nam Do đó, để thúc đẩy phát triển sản xuất và sử dụng xe điện tại Việt Nam, Bộ Công Thương đang phối hợp chặt chẽ với Bộ Tài chính trong việc nghiên cứu, đề xuất sửa đổi các quy định của Luật Thuế tiêu thụ đặc biệt theo hướng ưu đãi thuế suất thuế tiêu thụ đặc biệt áp dụng trong thời hạn nhất định (05 năm) để khuyến khích phát triển xe điện tại Việt Nam
Ngày 15/10/2021, tập đoàn sản xuất ô tô Vinfast đã chính thức cho ra mắt chiếc xe ô tô điện VF E34 Đây được coi là sự kiện quan trọng đánh dấu một bước mới của nghành công nghiệp ô tô Việt nam.
Hình 1 5 Mẫu xe ô điện thông minh VF E34 đầu tiên được sản xuất tại Việt Nam
Những mẫu xe điện 3 bánh phổ biến hiện nay tại Việt Nam
Trong năm 2020 có khá là nhiều mẫu mã đa dạng bắt mắt nhưng nhu cầu mua xe điện 3 bánh hiện nay chủ yếu là cho người lớn tuổi, người khuyết tật sử dụng và trong các khu du lịch Vì những đối tượng này việc đi lại có chút khó khăn nên chọn xe điện ba bánh như thế thì việc đi lại di chuyển của họ trở nên đơn giản và dễ dàng hơn nhiều.
Trang bị nhiều công nghệ hiện đại không khác gì những chiếc oto thu nhỏ cả. Với chỗ ngồi êm ái bọc đệm da cao cấp có tay vịn an toàn, cốp trước cốp sau khá là giúp việc chở đồ đơn giản và dễ dàng hơn Hiện dòng xe điện 3 bánh này có khá là nhiều phiên bản từ dòng xe điện 3 bánh 3 chỗ ngồi, 2 chỗ ngồi cho đến 1 chỗ ngồi. Nhưng rất cả đều có một điểm chung đó chính là sàn để chân rộng rãi thoải mái, chiều cao yên xe thấp giúp việc lên xuống xe dễ dàng hơn rất nhiều.
Ngoài ra các dòng xe điện 3 bánh đều được trang bị hệ thống số lùi giúp bạn di chuyển tốt hơn, tiện hơn đảm bảo bạn có thể xử lý mọi tình huống với chiếc xe điện 3 bánh này.
Xe điện 3 bánh sử dụng động cơ điện có công suất khá lớn tầm 800-1000W tuỳ xe, giúp xe có thể di chuyển tốc độ 35-40km/h đây là mức tốc độ an toàn với xe 3 bánh rồi Người sử dụng xe chủ yếu là người lớn tuổi, người khuyết tật và sử dụng trong các khu du lịch nên việc xử lý tình huống khi di chuyển sẽ khá chậm nên tốc độ 30-40km/ h là an toàn Chính vì vậy mà việc sử dụng xe điện 3 bánh ngày càng thịnh hành hơn trong đời sống, dưới đây là một số mẫu xe điện 3 bánh phổ biến hiện nay:
1.2.5.1 Xe điện 3 bánh dùng để thu gom rác thải
Xe điện chở rác phù hợp với nhiều khu vực địa điểm khác nhau như: Khu đô thị, Khu du lịch, Thành phố hoặc vùng nông thôn Dành cho các tổ chức Công ty vệ sinh môi trường, hợp tác xã vệ sinh môi trường, tổ đội vệ sinh môi trường, hoặc cá thể làm dịch vụ thu gom rác. Ưu điểm của xe điện 3 bánh chở rác:
+ Giúp tăng năng suất lao động của công tác vệ sinh môi trường
+ Giảm sức lao động nhân công, văn minh, sạch sẽ hơn
+ Không phát sinh khí thải, thân thiện với môi trường
+ Độ ồn thấp, có thể thu gom ngõ xóm nhỏ vào bất cứ giờ nào
+ Xe nhỏ gọn, dễ dàng vận hành, di chuyển linh hoạt vào ngõ nhỏ
Trang bị theo xe: Acquy chuyên dùng hoặc Pin Lithium
Ngoài ra, Công ty chúng tôi còn là Đơn vị lắp ráp Pin lithium chuyên dùng cho xe điện 3 bánh với hiệu suất và tuổi thọ cao.
Pin lithium chuyên dùng cho Xe điện 3 bánh: hệ 48V-30Ah và 48V-40Ah
Hình 1 6 Xe điện 3 bánh dùng để thu gom rác thải tại Thành phố Huế
Xe điện thu gom rác có công suất 1.000W-2.000W, vận tốc thiết kế lớn nhất không quá 35km/h, bình điện tích hoạt động liên tục 8 - 10 tiếng Xe có hệ thống đèn pha chiếu sáng, đèn báo rẽ, đèn báo công tác Hệ thống loa phát thanh kết hợp hình ảnh tuyên truyền Xe có thùng chuyên dùng chứa rác Thời gian hoạt động của xe phù hợp với thời gian thu gom rác trên mỗi tuyến đường.
1.2.5.2 Xe điện 3 bánh dành cho người già, khuyết tật
1.2.5.2.1 Xe điện 3 bánh Super Winer
Xe điện 3 bánh Super Winner là phiên bản cao cấp được lựa chọn phổ biến nhất trên thị trường hiện nay Thiết kế xe cứng cáp chắc chắn với khung xe to dày đảm bảo an toàn khi di chuyển cũng như giúp xe có thể chịu tải trọng tốt.
Xe điện 3 bánh Super thiết kế có 2 chỗ ngồi chính và 1 chỗ ngồi phụ cho trẻ em, tất cả đều được bọc đệm cao su mềm ngồi êm ái thoải mái, đặc biệt phần yên chính thì thiết kế có cả tay vịn, đệm sau như một chiếc ghế cao cấp vậy Chỗ ngồi trên xe có thể điều chỉnh trượt lên xuống linh hoạt tùy vào nhu cầu sử dụng của người lái.
Các phần giỏ sắt chứa đồ trước sau được thiết kế rất chắc chắn đặc biệt phần giỏ sau được thiết kế liền với dàn khung nên có thể chịu được tải trọng lớn thoải mái chứa đồ Xe có sàn để chân rộng rãi thoải mái tha hồ gác chân, thiết kế sàn thấp, mặt sàn bằng phẳng nên cũng dễ cho bạn để đồ đặc.
Hình 1 7 Xe điện 3 bánh Super Winner dành cho người già, khuyết tật
Khả năng vận hành của xe điện 3 bánh Super Winner cực kỳ tiện lợi khi mà xe có thể đi tiến và lùi, tốc độ xe chạy tầm 35km/h, có 3 chế độ chạy nhanh vừa chậm nên thoải mái chạy trong thành phố, lên dốc lên hầm thoải mái nhẹ nhàng Đặc biệt khi xe bị trượt xuống thì sẽ có lực hãm lại rất an toàn Xe có đầy đủ hệ thống đèn còi xi nhan trước sau nâng cao an toàn khi di chuyển.
1.2.5.2.2 Xe điện 3 bánh LIXI có màn che
Dòng xe điện 3 bánh Lixi đời mới có màn che tiện lợi có thể che nắng che mưa thích hợp mua cho các bậc trung niên sử dụng Xe thiết kế khá gọn trọng lượng của xe
3 bánh Lixi tầm 95kg, xe có chỗ ngồi thiết kế khá là tiện lợi phần cốp sau to vừa làm nơi chứa đồ vừa làm điểm tựa lưng cực kỳ thoải mái, nhất là khi có thể kéo lên xuống dễ dàng nếu bạn đi hai người thì kéo cốp xuống phía sau ngồi 2 người còn một người thì kéo lên Phần tay vịn có thể gạt lên gạt xuống rất tiện lợi thuận tiện cho việc lên xuống xe.
Hình 1 8 Xe điện 3 bánh có màn che
Bên cạnh đó xe còn trang bị nhiều công nghệ hiện đại như: khả năng đi tiến đi lùi, chế độ đèn còi xi nhan đầy đủ, tích hợp cả loa bluetooth có khả năng phát âm thanh to rõ không hề thua gì các dòng xe oto cả. Động cơ xe trang bị công suất lên tới 800W có thể tải khoẻ lên dốc lên hầm chung cư rất thoải mái, chở hai người vô tư tốc độ xe trung bình đạt 40km/h đi trong thành phố khá là thích Quãng đường 1 lần sạc tầm khoảng 50-60km bạn có thể nắm bắt các thông số dễ dàng qua màn hình hiển thị trên xe.
THIẾT KẾ VÀ TỐI ƯU KHUNG XE ĐIỆN 3 BÁNH
Mục đích
Để tăng độ an toàn và độ tin cậy, các nhà sản xuất đã và đang tập trung vào việc đầu tư nghiên cứu, tính toán tối ưu nhằm không ngừng cải tiến sản phẩm Hiện tại, có nhiều cách thực hiện để đạt được những mục tiêu trên như giảm thiểu khối lượng khung xương thông qua việc bố trí kết cấu khung sườn, thay đổi chiều dày tiết diện mặt cắt ngang các thanh trên khung xương Để thực hiện cách trên, một vài nhóm tác giả đã nghiên cứu sử dụng các phần mềm phần tử hữu hạn trong việc tính toán khung xe điện Việc này phù hợp cho thiết kế mới từ ý tưởng ban đầu nhằm tối ưu hóa để cải tiến kết cấu nhằm giảm thiểu chi phí phát sinh Vì vậy, trong bài báo này nhóm em xin trình bày việc ứng dụng phương pháp PTHH nhằm tính toán tối ưu hóa khung xương xe điện 3 bánh Phần mềm PTHH được sử dụng trong nghiên cứu này là phần mềmSolidwords Kết quả của nghiên cứu này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong việc nâng cao độ bền, tuổi thọ, tiết kiệm được nguyên vật liệu mà vẫn đảm bảo được chất lượng, sự an toàn cho xe Điều đó cũng đồng nghĩa với việc tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường Từ đó chi phí sản xuất sẽ giảm, mang lại giá thành hợp lý gián tiếp.
Nghiên cứu tối ưu hóa khung xe điện 3 bánh
2.2.1 Tổng quan về phương pháp phần tử hữu hạn và phần mềm Solidwords
2.2.1.1 Các giả thiết xây dựng mô hình phân tử hữu hạn
Việc xây dựng mô hình phân tử hữu hạn của khung xương xe điện 3 bánh dựa trên sự phân tích các đặc điểm và liên kết của kết cấu khung xương, các tải trọng tác dụng lên khung xương cũng như các phần mềm phân tích kết cấu hiện có Các giả thiết khi xây dựng mô hình phân tử hữu hạn cho khung xương như sau:
+Kết cấu khung xương được coi là đối xứng qua mặt đối xứng dọc của xe.
+Trong kết cấu khung xương có sử dụng phân tử dạng thanh có thông số vật liệu và tương đương cho các phân tử.
+Trọng lượng người và hàng hóa được coi là tải trọng phân bố và tập trung cho trên các phân tử.
+Các lực tác dụng lên khung xe được coi là các tải trọng động.
2.2.1.2 Giới thiệu về phần mềm solidwork
Solidwork là một phần mềm cơ khí về đồ họa 3D dành cho kỹ thuật nói chung và cơ khí nói riêng Đây là một phần mềm CAD với giao diện trực quan có nhiều tính năng nổi trội Solidwork có thề dùng để thiết kế 3D một cách nhanh chóng và tiện lợi do có giao diện cực dễ sự dụng.
Là phần mềm thiết kế 3D mạnh, được sử dụng rộng rãi trên thế giới Nó là gói giải pháp thiết kế với đầy đủ các module về dựng hình 3D, tính toán – tối ưu mẫu thiết kế sản phẩm.
2.2.1.2.2 Chức năng về Solidwork Simulation
Là một hệ thống phân tích thiết kế đầy đủ, cung cấp một giải pháp toàn diện cho các kiểu phân tích về stress, thermal Nó rút ngắn thời gian chế tạo sản phẩm bằng cách tiết kiệm thời gian và công sức trong việc tìm kiếm các giải pháp tối ưu.
Các kiểu phân tích là:
Nghiên cứu tĩnh học tính toán các chuyển vị, biến dạng, ứng suất, phản lực và sự phân bố hệ số an toàn Vật liệu sẽ bị phá hủy tại vị trí mà ở đó ứng suất vượt quá một mức độ nhất định Việc tính toán hệ số an toàn dựa trên một tiêu chuẩn về phá hủy. Nghiên cứu tĩnh học giúp tránh được những phá hủy do ứng suất lớn Một hệ số an toàn thấp hơn mức cho phép cho thấy sự phá hủy của vật liệu Những hệ số an toàn lớn trong một khu vực nào đó cho thấy ứng suất thấp và bạn có thể lấy bớt vật liệu trong những khu vực này.
Nghiên cứu tần số: một vật thể bất kỳ luôn có xu hướng tự dao động ở những tần số nhất định gọi là tần số tự nhiên, hay tần số cộng hưởng tần số tự nhiên thấp nhất gọi là tần số cơ bản với mỗi tần số tự nhiên vật thể có một hình dáng nhất định gọi là mode shape.
Nghiên cứu mất ổn định: mất ổn định liên quan đến những chuyển vị đột ngột gây ra bởi các tải trọng dọc trục Những cấu trúc mỏng chịu tải dọc trục có thể bị phá hủy do mất ổn định tại những vị trí mà cường độ tải vẫn thấp hơn mức cho phép để có thể gây ra phá hủy vật liệu Nghiên cứu mất ổn định có thể giúp bạn tránh được những phá hủy do mất ổn định gây ra.
Nghiên cứu nhiệt: tính toán nhiệt độ, garadient nhiệt, và dòng nhiệt dựa trên sự tạo nhiệt, dẫn nhiệt đối lưu và điều kiện bức xạ Nghiên cứu nhiệt giúp bạn tránh được những điều kiện nhiệt không mong muốn như quá nhiệt và nóng chảy.
Nghiên cứu kiểm tra rơi tự do: đánh giá ảnh hưởng của một vật thể hay tổ hợp các vật thể rơi xuống một sàn cứng Bạn có thể dùng nghiên cứu kiểm tra rơi tự do để mô phỏng tác động của một mô hình rơi tự do xuống một sàn cứng.
Nghiên cứu mỏi: một tải tác động lập đi lập lại theo chu kỳ sẽ làm đối tượng nghiên cứu suy yếu dần theo thời gian, ngay cả khi ứng suất gây ra bởi tải đó nhỏ hơn ứng suất giới hạn cho phép Hiện tượng này gọi là tính mỏi Các nghiên cứu cấu trúc tuyến tính và phi tuyến đều không dự đoán được phá hủy do mỏi, chúng chỉ tính toán đáp ứng của mô hình trong các điều kiện biên nhất địnhvới các giả định phân tích đó nếu ứng suất nằm trong giới hạn cho phép chúng sẽ kết luận rằng thiết kế này an toàn, các ngiên cứu này không tính đến số lần tác động của tải
Nghiên cứu phi tuyến: trong một vài trường hợp các giải pháp tuyến tính có thể đưa ra các giải pháp sai lầm bởi các giả định mà nó dựa vào không còn đúng nữa Nghiên cứu phi tuyến có thể được sử dụng để giải quyết những vấn đề phi tuyến gây ra bởi trạng thái vật liệu, những chuyển vị lớn và các điểu kiện tiếp xúc Trong nghiên cứu phi tuyến bạn có thể tiến hành các nghiên cứu tĩnh học cũng như các nghiên cứu động lực học.
Nghiên cứu động lực học tuyến tính: khi những tác dụng của lực quán tính và giảm chấn không thể bỏ qua, nghiên cứu tĩnh học sẽ không cho ra được những kết quả chính xác Nghiên cứu này sử dụng những tần số tự nhiên và các mode shape để đánh giá đáp ứng của cấu trúc trong môi trường chịu tải trọng động,
Nghiên cứu thiết kế bình áp suất: kết hợp các kết quả của ngiên cứu tĩnh học với các hệ số mong muốn Mỗi nghiên cứu tĩnh bao gồm một tập hợp các tải khác nhau tương ứng với các kết quả khác nhau Nghiên cứu thiết kế bình áp suất kết hợp các kết quả nghiên cứu tĩnh bằng cách sự dụng một sự kết hợp đại số tuyến tính hoặc căn bậc
2 của tổng các bình phương (SRSS).
2.2.2 Thiết kế và tính bền khung xe
2.2.2.1 Thiết kế khung xe điện 3
Hình 2 1 Khung xe thiết kế lần 2Hình 2 2 Khung xe thiết kế lần 1
Hình 2 3 Khung xe thiết kế lần 3
2.2.2.2 Tính bền và tối ưu khung xe
2.2.2.2.1 Cấu trúc tổng thể của một bài toán bền trong phần mềm Solidwork
Cấu trúc cơ bản của bài toán bền trong phần mềm Solidwork gồm 4 phần được thể hiện cụ thể:
+ Import dữ liệu: dữ liệu dưới dạng cad từ các phần mềm thiết kế.
+ Xử lý mô hình: xây dựng mô hình lưới từ mô hình cad, cài đặt thuộc tính vật liệu, khai báo contact, kiểu liên kết (bu long, mối hàn…), cài đặt điều kiện biên, đặt lực tác dụng và khai báo kiểu liner static.
+ Giải bài toán: bộ giải optistruct sẽ giải phương trình ma trận độ cứng để xác định chuyển vị tại các nút, từ đó tính ra biến dạng, ứng suất của các phần tử.
+ Kết quả tính toán: giúp người dùng đọc các kết quả để phân tích kết quả bài toán bền như: ứng suất, chuyển vị với các bài toán tĩnh.
2.2.2.2.2 Tính toán độ bền cho khung xe
Quá trình tính toán độ bền khung xương xe điện 3 bánh được thực hiện như sau:
Chọn vật liệu chế tạo.
Hình 2 4 Chọn vật liệu chế tạo thép C45
+ Nhập các thông số đầu vào cho việc tính toán.
Bảng 2-1 Đặt lực cho khung xe fixture name Fixture Image
Load name Load Image Load Details
Load name Load Image Load Details
+ Chia lưới và phân tích bền khung xe:
Hình 2 5 Chia lưới cho khung xe
Kết quả tính bền khung xe thiết kế lần 1
Bảng 2-2 Kết quả tính bền cho khung xe thiết kế lần 1
Bảng 2-3 Kết quả hệ số an toàn khung xe thiết kế lần 1
Factor of Safety1 Max von Mises
Mục đích
Trong quá trình ô tô chuyển động trong môi trường không khí, sự tương tác giữa vỏ xe với không khí sinh ra các lực và mô men ảnh hưởng xấu đến chất lượng vận hành của ô tô Hệ quả rõ nhất là thành phần lực cản không khí làm gia tăng mức tiêu thụ nhiên liệu của ô tô, đặc biệt là ở vận tốc cao Ngoài ra thành phần lực nâng làm ảnh hưởng đến khả năng bám đường của các bánh xe, các mô men có thể gây ra lật gây mất an toàn cho xe Bên cạnh các yếu tố về tiết kiệm năng lượng, đảm bảo an toàn khi vận hành thì yếu tố về thẩm mỹ cũng rất được quan tâm từ khâu thiết kế
Vì vậy nhóm em đã tiến hành xây dựng mô hình tính toán trên máy tính để mô phỏng và đưa ra các đánh giá ảnh hưởng của lực cản không khí đến vỏ xe điện Từ đó chế tạo vỏ xe điện tối ưu nhất có thể.
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
3.2.1 Các phương pháp nghiên cứu khí động học thân vỏ ô tô
Hiện nay, trong lĩnh vực khí động học ô tô thường sử dụng hai phương pháp nghiên cứu khí động học ô tô: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Đối với phương pháp nghiên cứu bằng lý thuyết khó khăn trong việc nghiên cứu khí động học thân vỏ xe nằm ở mức độ phức tạp của bài toán lý thuyết dựa trên phương trình Navier - Stokes Kể cả đối với những mô hình đã được đơn giản hóa, khối lượng tính toán cần thực hiện là rất lớn đòi hỏi phải có công cụ tin học đủ mạnh cả về phần mềm và phần cứng Đối với phương pháp thực nghiệm sự thiếu thốn về cơ sở vật chất, trang thiết bị thí nghiệm cũng là một khó khăn không nhỏ đối với các nhà khoa học
Nghiên cứu thực nghiệm với các xe có kích thước thực đã được một số hãng sản xuất ô tô lớn trên thế giới tiến hành Đối với các cơ sở giáo dục hay viện nghiên cứu việc đầu tư xây dựng các phòng thí nghiệm hiện đại giường như là không thể Ngày nay, trong nghiên cứu khí động học thân vỏ ô tô thường áp dụng cả hai phương pháp lý thuyết và thực nghiệm Nghiên cứu lý thuyết với sự trợ giúp của các phần mền để xây dựng các mô hình mô phỏng phù hợp.
3.2.2 Các thông số của lực khí động học
Khi ô tô chuyển động trong môi trường không khí, sự tương tác của vỏ xe với môi trường sinh ra các lực và mô men có ảnh hưởng xấu tới chất lượng vận hành của ô tô Dòng chảy không khí tác dụng lên vật một lực F, được phân tích thành 2 thành phần Fx (lực cản) song song với phương chuyển động của dòng khí và Fz (lực nâng) là thành phần vuông góc với phương chuyển động Các lực này được tính như sau:
Hình 3 1 Công thức tính lực tác dụng lên vỏ xe [2]
Trong đó: Fx là lực cản; Fz là lực nâng; Cd và Cz là các hệ số; - khối lượng riêng không khí; U - vận tốc chuyển động (m/s); A là diện tích cản chính diện (m 2 )
Lực cản của không khí có thể phân tích thành 2 thành phần: cản do ma sát Fms và cản do chênh áp Fca
Hình 3 2 Hình dáng của vỏ xe làm thay đổi lực cản [3]
Trong đó A.Δp = Fca là thành phần lực cản do chênh áp Δp=p1-p2
Hình 3 3a Dáng xe lý tưởng 𝐹𝑥 = 𝐹𝑚𝑠 [3] Hình 3.3b F𝑥 >𝐹𝑚𝑠 [3]
Dựa vào hình 3.1 ta thấy rằng muốn giảm lực cản do không khí gây ra ta chỉ có cách duy nhất là giảm hệ số cản không khí Cd Bởi vì nếu như giảm diện tích của xe(A) thì thể tích bên trong xe sẽ bị giảm đi là xe chật chội và cũng không thể nào giảm vận tốc chuyển động Vì vậy chúng ta chỉ còn cách là thay đổi hình dáng của vỏ xe.Theo như hình 3.2 thì chúng ta thấy rằng khi thiết kế vỏ làm sao để không tạo ra những điểm chênh áp lớn để không xuất hiện lực cản do chênh áp, làm cho lực cản do chênh áp bằng không và khi đó 𝐹𝑥 = 𝐹𝑚𝑠 theo như hình 3.3a và lực cản không khí bây giờ được quyết định bởi việc chọn vật liệu chế tạo.
Thiết kế và tối ưu vỏ xe
Hình 3 4 Vỏ xe thiết kế lần 1 Hình 3 5 Vỏ xe thiết kế lần 2
Hình 3 6 Vỏ xe thiết kế lần 3
3.3.2 Tính toán tối ưu vỏ xe bằng phần mềm solidwork
3.3.2.1 Chức năng Flow Simulation trong Solidwork
SOLIDWORKS Flow Simulation là một CFD (Computational Fluid Dynamics) mô phỏng động lực học chất lỏng Công cụ này giúp mô phỏng dòng chảy, truyền nhiệt, lực dòng chất lỏng.
3.3.2.2 Thiết lập mô phỏng cho mô hình xe điện 3 bánh
Quy trình cơ bản của mô phỏng CFD chia ra làm các bước:
Chạy chương trình tính toán
Xuất kết quả tính toán
Vỏ xe thiết kế lần 1
Hình 3 7 Phân bố áp suất trên bề mặt vỏ xe
Hình 3 8 Phân bố áp suất mặt cắt dọc đi qua xe
Hình 3 9 Phân bố áp suất mặt cắt ngang đi qua xe
Hình 3 10 Phân bố vận tốc mặt cắt dọc đi qua xe
Hình 3 11 Phân bố vận tốc mặt cắt ngang đi qua xe
Biểu đồ hệ số cản của vỏ xe thiết kế lần 1
Biểu đồ 3-1 Hệ số cản của vỏ xe thiết kế lần 1
Qua hình 3.7, 3.8 và 3.9 ta thầy rằng xung quanh xoay đèo hình thành nhừng vùng áp suất thấp và vùng xoáy thấp áp, do phần mui xe không có độ dốc và góc nghiêng của kinh nhỏ nên đã hình thành nhiều vùng áp xuất thấp ở phần phía đuôi xe và hai bênh hông xe.
Vỏ xe thiết kế lần 2
Hình 3 12 Phân bố áp suất trên bề mặt vỏ xe
Hình 3 13 Phân bố áp suất mặt cắt dọc đi qua xe
Hình 3 14 Phân bố áp suất mặt cắt ngang đi qua xe
Hình 3 15 Phân bố vận tốc mặt cắt dọc đi qua xe
Hình 3 16 Phân bố vận tốc mặt cắt ngang đi qua xe
Biểu đồ hệ số cản của vỏ xe thiết kế lần 2 cd vòng lặp
Biểu đồ 3-2 Hệ số cản của vỏ xe thiết kế lần 2
Thông qua việc thay đổi thiết kế phần vỏ xe giảm chiều cao, chiều rộng, thiết kế phần mui xe dốc hơn và phần kính có độ nghiêng lớn hơn đã làm giảm được sự xuất hiện của những vùng áp suất thấp và vùng xoáy áp thấp nên hệ số cản đã được giảm xuống rõ rệt theo hình 3 14, hình 3.14 và biểu đồ 3-2
Vỏ xe thiết kế lần 3
Hình 3 17 Phân bố áp suất trên bề mặt vỏ xe
Hình 3 18 Phân bố áp suất mặt cắt dọc đi qua xe
Hình 3 19 Phân bố áp suất mặt cắt ngang đi qua xe
Hình 3 20 Phân bố vận tốc trong mặt phẳng dọc của xe
Hình 3 21 Phân bố vận tốc trong mặt cắt ngang đi qua xe
Biểu đồ hệ số cản vỏ xe thiết kế lần 3
Biểu đồ 3-3 Hệ số cản vỏ xe thiết kế lần 3
Dựa vào hình 3.18 và hình 3.19 Vỏ xe thiết kế tối ưu hơn độ dóc của phần mui xe và góc nghiêng của kính xe được thiết kế phù hợp với người lái Mặt đầu của xe với các thành bên của xe được bo cong việc này giúp giảm vùng xoáy thấp áp hai bên thành xe Theo biểu đồ 3-3 thì hệ số cản của vỏ xe thiết kế lần 3 là nhỏ nhất so với các thiết kế trước và vỏ xe được thiết kế sao cho phù hợp với khung xe, hệ thống treo và hệ thống lái Với những yếu tố trên vỏ xe thiết kế lần 3 là tối ưu nhất.
3.3.2.4 Bản vẽ thiết kế vỏ xe điện
Hình 3 22 Bản vẽ thiết kế vỏ xe điện
3.3.3 Hình ảnh thực tế khi lắp đặt
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE ĐIỆN 3 BÁNH.38 4.1 Giới thiệu chung về hệ thống truyền lực trên ô tô
Các yêu cầu cơ bản của hệ thống truyền lực cho xe thiết kế
Có kích thước nhỏ gọn để dễ dàng bố trí lên xe.
Sức kéo của hệ thống truyền lực có khả năng tải được khối lượng khoảng 600 kg và di chuyền xe với tốc độ ≤ 30(km/h).
Hệ thống phải có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hợp lý nhưng vẫn đảm bảo thõa mãn được các đặc tính kỹ thuật cơ bản của hệ thống truyền lực cho xe thiết kế.
Phân tích các phương án bố trí hệ thống truyền lực trên xe điện
Với yêu cầu của đề tài, giảm thời gian thiết kế, tiết kiệm chi phí chế tạo vì vậy truyền lực chính sẽ được mua trên thị trường
Hiện nay có rất nhiều kiểu bố trí hệ thống truyền lực khác nhau, các kiểu bố trí đó chủ yếu là dựa vào sự biến thể về cách bố trí động cơ điện cũng như đặc điểm của động cơ điện, sau đây là một số kiểu bố trí thông dụng:
Hình 4 2 Cấu hình hệ thống truyền lực cho ô tô điện M: Động cơ điện; HS: Hộp giảm tốc; VS: Vi sai; TLC: Truyền lực chính Ở phương án (a) Hình 1.1.a là hệ thống động lực điện cơ bản, hệ thống này giống với hệ thống truyền lực sử dụng động cơ đốt trong truyền thống Mô men được tạo ta từ trục động cơ điện thông qua bộ đóng ngắt ly hợp, hộp số và bộ vi sai truyền tới bánh xe chủ động Hệ thống động lực này có nhiều cụm và tổng thành nên chiếm nhiều không gian khó bố trí và khối lượng lớn.
Với phương án (b) sử dụng hai động cơ điện đặt trong bánh xe Không gian của bánh xe có giới hạn nên kích thước của động cơ điện theo đó cũng bị hạn chế Công suất của động cơ điện nhỏ sẽ ảnh hưởng tới khả năng khắc phụ lực cản của xe, thời gian tăng tốc kéo dài Xe sử dụng hệ thống truyền lực dạng này thường có kích thước và tải trọng nhỏ phù hợp với môi trường đô thị Để khắc phục những nhược điểm đã nêu, xe có thể sử dụng 4 động cơ dẫn động 4 bánh Với phương thức này, xe có thể cải thiện được phạm vi sử dụng tuy nhiên đòi hỏi thuật toán điều khiển động cơ phức tạp.
Trong phương án (c) Mô tơ được dẫn động đến truyền lực chính tới vi sai và ra bán trục Với phương án này bố trí gọn và vẫn đảm bảo động học của xe Phương án này đã được sản xuất hàng loạt sẵn có trên thị trường Đồng thời phương thức điều khiển đơn giản.
Với phương án (d) Một mô tơ được kết nối trực tiếp với bánh xe phía trước Ưu điểm của phương án này là gọn, dễ điều khiển động cơ, tuy nhiên không thực tế vì đòi hỏi động cơ nhỏ mà lại có mômen cao.
Từ những phương án trên thì ta thấy mỗi một phương án đều có những ưu nhược điểm riêng và tùy thuộc vào mục đích cũng như ý đồ của người thiết kế mà sẽ lựa chọn các phương án thích hợp Với ý tưởng của nhóm là thiết kế một chiếc xe chạy năng lượng điện hoạt động ổn định giá thành thấp đồng thời là các kết cấu đã có sẵn trên thị trường thì phương án được lựa chọn là phương án (c).
Với phương án (c) được lựa chọn, tìm kiếm trên thị trường có các loại truyền lực chính như sau:
Hình 4 3 Hệ thống truyền lực thực tế trên xe thiết kế
Với kết cấu trên đã bao gồm vi sai, bán trục, bánh xe Loại kết cấu trên có ưu việt đó là có kết cấu để thay đổi các động cơ khác nhau trong dải công suất mà chúng đáp ứng được.