Sự phát triển của Ô tô lịch sử phát triển Ô tô và các cuộc cách mạng công nghiệp các loại Động cơ công nghệ mới, nhiên liệu tái tạo, thay thế

Lịch sử phát triển của ô tô điện, hybrid và xe pin nhiên liệu • Lịch sử phát triển của xe điện Electric Vehicle – EV Chiếc EV đầu tiên được chế tạo bởi người Pháp Gustave Trouve 1881 vớ

SỰ PHÁT TRIỂN

STT: 18

Nội dung:

1 Lịch sử phát triển ô tô và các

cuộc cách mạng công nghiệp

2 Xu hướng phát triển xe sạch, xe

xanh (green car)

3 Các loại động cơ công nghệ mới,

nhiên liệu tái tạo, thay thế

4 Các loại xe sử dụng năng lượng

sạch

5 Giao thông thông minh và xe

thông minh

1 Lịch sử phát triển ô tô và các cuộc cách mạng công nghiệp

1.1 Tóm tắt lịch sử phát triển của ô tô

• Giai đoạn sơ khai

Chiếc xe tự hành (automobile) hay là ô tô đầu tiên là chiếc

Fardier do Nicolas Josseph Cugnot phát minh vào năm 1771.

Chiếc ô tô chạy bằng đôgnj cơ xăng đầu tiên trên thế giới

được chế tạo bởi Carl Benz vào năm 1885.

Động cơ Diesel được làm ra vào năm 1892 và trở thành một

loại động cơ có hiệu suất cao hơn nhiều so với động cơ xăng

thường dùng cho các loại xe thương mại

• Giai đoạn sản xuất hàng loạt

Đóng góp nổi bật của ngành công nghiệp ô tô vào tiến bộ công nghệ là sự ra đời của của sản xuất hang loạt quy mô đầy đủ.

Năm 1913 Ford Motor Company có mô hình sản xuất hang loạt với dây chuyề lắp ráp ô

tô hoàn chỉnh, gồm hai yếu tố cơ bản: Hệ thống băng tải và định mức công việc của mỗi công nhân

Trong những năm 1930, chế độ Đức Quốc xã đã tìm cách mô phỏng Ford bằng cách sản xuât hang loạt xe giá rẻ, đó là loại xe Volkswagen.

• Giai đoạn sau Chiến tranh thế giới thứ II

Sau thế chiến II, tổng sản lượng của ô tô thế giới tăng gần 10 lần Năm 1980, Nhật Bản với sự phát triển của hãng Toyota đã trở thành nhà sản xuất hàng đầu thế giới và các nước Cộng đồng Kinh tế Châu Âu đừng thứ 2

• Giai đoạn từ năm 1990 đến 2010

Tuy từ năm 1980, Hoa kỳ đã bị Nhật Bản vượt qua nhưng lại đứng đầu một lần nữ vào năm 1994 Nhưng đến năm 2006, Nhật Bản đã vượt qua Hoa Kỳ trong sản xuất Đến năm 2009 thì bị Trung Quốc vượt lên chiếm vị trí hang đầu với 13,8 triệu xe/năm

• Giai đoạn từ năm 2010 đến nay và thời kỳ của xe điện

Với 19,3 triệu chiếc sản xuất năm 2012, Trung Quốc tăng gần gấp đôi sản lượng của mỹ Tháng 2/2008, Tesla giới thiệu mẫu xe thể thao thuần chạy điện đầu tiên

1.2 Lịch sử phát triển của ô tô điện, hybrid và xe pin nhiên liệu

• Lịch sử phát triển của xe điện

(Electric Vehicle – EV)

Chiếc EV đầu tiên được chế tạo bởi

người Pháp Gustave Trouve (1881) với xe

ba bánh động cơ điện 1 chiều 0,1 mã lực,

pin axit chì, trọng lượng 160kg, tốc độ

15km/h

Tiến bộ kỹ thuật quan trọng nhất thời

đại đó là phát minh ra phanh tái sinh, tạo

điều kiện phục hồi động năng của xe khi

phanh và sác lại pin

Nó là đóng góp quan trọng nhất cho

công nghệ HEV sau này

• Lịch sử phát triển của xe lai Hybrid (Hybrid Electric Vehicle-HEV)

Xe lai Hybrid HEV ddax ra đời gần như cùng lúc với xe xăng, tuy nhiên không phải để giảm tiêu thụ nhiên liệu mà để hỗ trợ hiệu suất động cơ đốt trong

Phát triển và thương mại hoá các HEV được thự hiện năm 1997, Toyota phát hành chiếc sedan Prius, Insight và Civic Hybrid, để giải quyết vấn đề tiết kiệm nhiên liệu

• Lịch sử phát triển xe pin nhiện liệu (Fuel Cell Electric Vehicle-FCEV)

Năm 1839, William Grove đã tạo ra điện bằng đảo ngược quá trình điện phân của nước Tuy nhiên sự ra đời của động cơ xăng đã dập tắt những hy vọng về sự phát triển tiếp của công nghệ xe pin nhiên liệu

Trong những thập kỷ gần đây, một số nhà sản xuất lớn và các cơ cơ quan liên bang

Mỹ đã hỗ trợ liên tục về sự phát triển của công nghệ pin nhiên liệu đề sử dụng trong các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu

2 Xu hướng phát triển xe sạch, xe xanh (green car)

Để phát huy ưu điểm và hạn chế những khuyết

điểm, ô tô ngày nay được các nhà thiết kế, sản

xuất theo xu hướng đảm bảo các yêu cầu sau:

• Tối ưu hoá hệ thống điều khiển vận hành và

nâng cao tiện nghi

• Năng cao hiệu suất và giảm chất thải gây ô

nhiễm

• Từng bước sử dụng nguồn năng lượng mới

tahy thế nguồn năng lượng chính là dầu mỏ

Nhóm các động cơ truyền thống sử dụng công nghệ mới, nhiên liệu tái tạo, nhiên liệu thay thế:

• Hoàn thiện động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu truyền thống bằng những công

nghệ hiện đại như phun xăng trực tiếp, tạo hỗn hợp phân lớp,

• Động cơ sử dụng nhiên liệu tái tạo như biodiesel, biogas, cồn,…

• Động cơ sử dụng nhiên liệu khí

• Ô tô sử dụng nhiên liệu DME: Dimethyl Ether lấy từ khí thiên nhiên, thường dung

cho động cơ Diesel

Nhóm ô tô sử dụng năng lượng sạch:

• Ô tô điện dung động cơ điện, truyền động điện và hệ thống pin

• Ô tô sử dụng năng lượng Hybrid vừa sử dụng động cơ điện khi xe chạy trong

thành phố vừa sử dụng động cơ xăng khi xe chạy đường trường để tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải

3 Các loại động cơ công nghệ mới, nhiên liệu tái tạo, thay thế

3.1 Hoàn thiện động cơ đánh lửa cưỡng bức

Hệ thống tạo hỗn hợp bằng bộ chế hoà khí của ICE đã kết thúc sứ mệnh vào thập niên 1980 Thay vào đó, hệ thống phun nhiên liệu trên đường nạp được điều khiển bởi ECU từ 1990

Nguyên lý làm việc:

- Ở chế độ tải lớn: Hỗn hợp đồng nhất có

=1, quá trình phun nhiên liệu được thực hiện trong kỳ nạp Nguyên lý làm việc của

hệ thống như động cơ GDI

- Ở chế độ tải thấp: động cơ làm việc với

hỗn hợp tổng quát có thành phần rất

nghèo Để có thể đánh lửa được hỗn hợp này, người ta phải tạo một hỗn hợp không đồng nhất sao cho thành phần hỗn hợp

quanh cực bugi tại thời điểm đánh lửa có thành phần tối ưu nhất nằm trong giới hạn cháy

 

3.2 Hoàn thiện động cơ Diesel

Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ Diesel với hệ thống phun ray chung CR, cùng với bộ

lọc bồ hóng và xử ký trên đường bằng bộ xúc tác

ba chức năng, hoặc nâng cao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu Diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp

Trong hệ thống phun CR, việc đóng mở vòi

phun điện từ áp suất cao do ECU điều khiển

Động cơ dual fuel là động cơ Diesel nhưng dung nhiên liệu sạch như CNG, LNG, Biomethane,… Hỗn hợp gas và không khí được chuẩn bị trước khi nạp vào động cơ sau đó hỗ hợp được nén với cùng

tỉ số nén của động cơ nguyên thuỷ để đảm bảo

hiệu suất Do hỗn hợp khí không tự cháy được nên

ta cần phun một lượng Diesel để tạo ngọn lửa mồi

3.3 Động cơ sử dụng nhiên liệu tái tạo

a) Ô tô sử dụng ethanol

Ethanol và methanol là hai loại cồn phổ biến hiện nay và được sản xuất bằng phương pháp lên men và chưng cất Ethanol ít gây hại cho con người do được sản xuất bằng tinh bột Methanol là loại dung môi công nghiệp dung để hoà tan các chất vô cơ, hữu cơ,… Methanol được sản xuất từ các loại vật liệu có chứa xenlulose

b) Ô tô sử dụng bioDiesel

- BioDiesel là nhiên liệu được chế xuất từ những loại hạt có dầu Nhiên liệu này hơi

đắt hơn dầu Diesel hoá thạch vì nó thường được sản xuất với quy mô tương đối

nhỏ

- Dầu Diesel sinh học có mật độ năng lượng thấp hơn so với nhiên liệu Diesel hoá

thạch, vì vậy ô tô chạy bằng dầu Diesel sinh học không giữa được công suất như khi chạy bằng diesel hoá thạch

- Vì dầu diesel sinh học có thành phần oxy cao hơn diesel hay dầu thực vật nên mức

độ phát thải của nó thấp hơn so với hầu hết các động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống

4 Các loại xe sử dụng năng lượng sạch

4.1 Các hướng phát triển ô tô xanh, sạch

Trong cuộc đua xe sạch, ngoài việc sản xuất và nghiên cứu các mẫu xe chạy

điện hoàn toàn, từ lâu nhiều hãng xe đã nghiên cứu các mẫu xe dung năng

lượng hỗn hợp như một giải pháp thay thế Các mức dộ xe xanh được phân loại theo mức độ phát thải khí CO2 ra môi trường Theo cách phân chia này, trên thị trường hiện có 4 loại chính:

• Hybrid (HEV-xăng lai điện)

• Plug-in Hybrid (PHEV-xe hybrid có cắm sạc)

• BEV (xe thuần điện chạy pin)

• FCEV (xe điện sử dụng pin nhiên liệu)

4.2 Xe lai hybrid

a) Xe lai HEV – Hybrid Electric Vehicle

Hybrid là cấp độ cơ bản nhất của xe xanh, sử dụng đồng thời động cơ đốt trong kết hợp với động cơ điện Cung cấp năng lượng cho động cơ là pin Nguồn điện trong pin không được nạp từ bên ngoài, sinh ra bởi quá trình tái tạo năng lượng thừa khi phanh hoặc chạy không tải

b) Xe hybrid cắm sạc (PHEV – Plug – in Hybrid Electric Vehicle)

- Có cấu tạo giống xe hybrid nhưng pin trên xe PHEV sẽ lớn hơn và được nạp điện từ bên ngoài thông qua 1 cổng sạc PHEV cho phép xe chỉ cần sử dụng một động cơ đốt trong vừa phải, giúp tiết kiệm nhiên liệu, bảo vệ môi trường.

- Các xe PHEV thường là các xe SUV có kích thước lớn vì để giảm dung tích xylanh của động cơ xăng, giảm CO2 và tăng hiệu suất động cơ

4.3 Xe thuần điện (BEV – Battery Electric Vehicle)

- Đây đang là xu hướng chính của các hang ô tô trên thế giới Xe chỉ sử dụng một khối pin dưới sàn cung cấp năng lượng cho động cơ điện.

- Ưu điểm của xe điện là hoàn toàn không phát thải CO2, các chi tiết máy của xe cũng khá đơn giản và dễ sửa chữa hơn xe dung động cơ đốt trong nên loại xe này đang

được coi là tương lai của ngành công nghiệp ô tô

- Nhược điểm là tuổi thọ của pin cần thêm thời gian để kiểm chứng và quãng đường di chuyển cho một lần sạc ngắn hơn xe chạy bằng xăng hoặc dầu.

4.4 Xe điện pn nhiên liệu hydro (FCEV)

- Xe dung pin nhiên liệu FCEV được coi là dỉnh cao của dòng xe xanh Đây là một

chiếc xe điện chạy bằng pin, nhưng điện bơnm vào pin không thông qua cổng sạc như

xe BEV, mà là nguồn điện từ một phẩn ứng hoá học của khí hydro ngay trên xe.

- Ưu điểm của FCEV là không phải sạc điện như xe BEV Thời gian nạp chỉ mất vài phút giống như đổ xăng Xe không phát thải và có thể di chuyển đường dài như xe

xăng

- Nhược điểm của FCEV là cấu tạo phức tạp và chi phí sản xuất cao.

4.5 Hệ thống pin và tầm hoạt động của xe điện

- Ô tô điện BEV đang vấp pahir khó khăn cung là vấn đề lưu trữ năng lượng Cải thiện khả năng lưu trữ năng lượng và giảm thời gian sạc điện cho ắc quy là những hướng nghiên cứu chính về xe điện chạy pin

- Những ưu điểm của xe dung năng lượng điện:

5 Giao thông thông minh và xe thông minh

5.1 Giao thông thông minh

a) Thành phố thông minh

Thành phố thống minh gắn liền với chất lượng cuộc sống cao, được xác định thông qua một số yếu tố đa dạng bao gồm hệ thống giao thông bền vững, an toàn và an ninh.

Di chuyển thông minh trong thành phố

Di chuyển trong đô thị thông minh giao nhau với một số chỉ số quan trọng này, chẳng hạn như tắt nghẽn và chậm trễ, thời gian đi làm,… Công nghệ “lưới thông minh” cho giao thông để giảm lượng khí thải bằng cách hướng dẫn xe tải đến khu vực cho phép, kiểm soát đèn giao thông.

b) Hệ thống giao thông thông minh ITS

ITS là một ứng dụng công nghệ cao về điện tử, tin học và viễn thông để điều hành và

quản lý hệ thống giao thông vận tải nhằm cung cấp dịch vụ sáng tạo đến các phương thức vận tải và quản lý giao thông khác nhau, cho phép người dung có thông tin tốt và an oàn, phối hợp hơn, thông minh hơn, giảm tiêu hao nhiên liệu, hạn chế ô nhiễm môi trường, tai nạn giao thông.

c) Đặc điểm và vai trò của hệ thống ITS

- ITS áp dụng các công nghệ nổi trội như định vị ô tô, điều kiển tín hiệu giao thông,

quản lý container, dấu hiệu thông báo biến, nhận dạng số tự động, camera giám sát tốc độ,…

- Một ITS sẽ bao gồm các hệ thống nhở sau:

• Hệ thống phần mềm quản lý và điều hành giao thông

• Hệ thống điều khiển đèn tín hiệu giao thông và dòng lưu thông

• Hệ thống bảng quang báo hiển thị thông tin giao thông trực tuyến

ITS có vai trò quan trọng trong việc sơ tán hang

loạt nhanh chóng người dân ở các trung tâm đô thị sau các sự kiện thương vong lớn.

Việc sử dụng ITS là một trong những giải pháo tối

ưu để giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính.

Hình 2.31 mô tả một quy trình thu thập, lưu trữ, xử

lý và phân tích dữ liệu liên quan đến tính di chuyển của xe cộ bằng cảm biến điện thoại thông minh.

5.2 Xe thông minh

Xe thông minh là bước đệm để phát triển thành xe tự lại hoàn toàn sua này Ngoài khả năng giám sát và phanh theo thời gian, ô tô sẽ yêu cầu Trí tuệ nhân tạo (AI), dữ liệu lớn (Bigdata), điện toán đám mây và các công nghệ ICT.

5.3 Từ xe thông minh thành xe tự lái

a) Vận hành an toàn

Những cải thiện để nâng cấp cơ sở hạ tầng giao thông, xa lộ hiện đại an toàn hơn nhiều lần so với đường thường cho phép đạt đến giới hạn về tỷ lệ số người tử vong Phần lớn lái xe trong những tình huống khẩn cấp sẽ tạo ra tai nạn mà lẽ ra có thể tránh được bởi lái xe lành nghề Giải pháp tốt nhất là không dung người lái để điều khiển xe tự lái

b) Ùn tắc giao thông

Sự phát triển của ô tô dẫn đến bão hoà của hạ tầng đường bộ, đặc biệt là các thành phố Mỗi ô tô cần một khoảng trống nhất dịnh để hoạt động an toàn Một vấn đề tắc nghẽn giao thông khác liên quan đến việc đậu xe

c) Các yếu tố môi trường

Ô tô phát triển mạnh đã dẫn đến các vấn đề môi trường nghiêm trọng và phát thải khí nhà kính toàn cầu Do vậy, các nhà sản xuất ô tô gần đây đã phải phát triển các loại xe ZEV

5.4 Xu hướng phát triển xe tự lái

Kể từ năm 2016 đến nay, xe tự lái đã bắt đầu

phát triển, thị trường ô tô tự lái đặt ra mục

tiêu đạt 37,22 tỷ USD vào năm 2023 với tốc

độ CAGR là 16,84%

Dự đoán vào năm 2050, thị trường

xe tự lái toàn thế giới sẽ đạt mốc 7 ngàn tỷ USD

THANK YOU