thiết kế ô tô điện 5 chỗ ngồi

Về mặtnhiên liệu cho động cơ nhiệt, chất lượng của các loại nhiên liệu lỏng truyền thống sẽđược nâng cao, các loại nhiên liệu khí LPG, khí thiên nhiên sẽ được áp dụng rộng rãitrên ô tô,

1 T NG QUAN Ổ ĐỀ TÀI 3

1.1 M c đích, ý ngh a c a đ tàiụ ĩ ủ ề 3

1.2 S phát tri n c a ô tô đi n trên th gi i và Vi t Namự ể ủ ệ ế ớ ở ệ 4

1.2.1 Hoàn thi n đ ng c dieselệ ộ ơ 5

1.2.2 Ôtô ch y b ng các lo i nhiên li u l ng thay thạ ằ ạ ệ ỏ ế 5

1.2.3 Ôtô ch y b ng khí thiên nhiênạ ằ 5

1.2.4 Ôtô ch y b ng khí d u m hóa l ng LPGạ ằ ầ ỏ ỏ 6

1.2.5 Ôtô ch y b ng đi nạ ằ ệ 6

1.2.6 Ôtô ch y b ng pile nhiên li uạ ằ ệ .7

1.2.7 Ôtô hybrid ( ôtô lai) 8

2 T NG QUAN V Ô TÔ I NỔ Ề Đ Ệ 8

2.1 Gi i thi u chungớ ệ 8

2.1 C u hình c a ô tô đi nấ ủ ệ 8

2.3 Nhu c u s d ng ô tô đi n ph c v du l ch và s d ng trong các c s y tầ ử ụ ệ ụ ụ ị ử ụ ơ ở ế 12

2.3.1 Ph ng ti n cá nhân:ươ ệ 12

2.3.2 Các ph ng ti n công c ng:ươ ệ ộ 14

2.3.3 Các ph ng ti n dùng chuyên bi t trong các l nh v c gi i trí th thao, các l nh v c ươ ệ ệ ĩ ự ả ể ĩ ự công nghi p, các lo i xe chuyên dùng trong các ngành:ệ ạ 15

2.3.4 Các lo i ph ng ti n dùng trong các l nh v c chuyên dùng, v n chuy n, nâng chuy nạ ươ ệ ĩ ự ậ ể ể hàng hóa, ph c v cho ng i tàn t tụ ụ ườ ậ 17

3 THI T K T NG TH Ô TÔ I N 5 CHẾ Ế Ổ Ể Đ Ệ Ỗ 18

3.1 Thi t k chungế ế 18

3.2 Phân b tr ng l ng ô tôố ọ ượ 20

3.2.1 C s lý thuy t:ơ ở ế 20

3.2.2 Tr ng h p không t i:ườ ợ ả 21

3.2.3 Tr ng h p đ y t i:ườ ợ ầ ả 23

4 THI T K H TH NG Ế Ế Ệ Ố ĐỘNG L C Ô TÔ I N 5 CHỰ Đ Ệ Ỗ 26

4.1 Xác đ nh công su t c a đ ng c đi n và ngu n acquyị ấ ủ ộ ơ ệ ồ 26

4.1.1 Xác đ nh các thông s c a đ ng c đi n:ị ố ủ ộ ơ ệ 26

4.1.2 Xác đ nh các thông s cho b ngu n c quy:ị ố ộ ồ ắ 31

4.1.3 T ng h p các thông s c a đ ng c đi n và b c quy:ổ ợ ố ủ ộ ơ ệ ộ ắ 31

4.2 Tính toán các thông s đ ng h c c a ô tô đi nố ộ ọ ủ ệ 34

4.2.1 Xác đ nh t s truy n c a h th ng truy n l c:ị ỷ ố ề ủ ệ ố ề ự 34

4.2.2 Kh n ng leo d c c a ô tô - đ d c c c đ i:ả ă ố ủ ộ ố ự ạ 37

4.2.3 V n t c c c đ i c a ô tôậ ố ự ạ ủ : 38

4.2.4 Đồ ị th cân b ng l c kéoằ ự : 38

B ng 4-1 K t qu tính toán s c kéoả ế ả ứ 39

4.3.1 S đ b trí h th ng truy n l cơ ồ ố ệ ố ề ự 40

4.3.2 Tính b n then:ề 40

5 KHUNG VỎ 43

5.1 Công d ng, phân lo i , yêu c uụ ạ ầ 43

5.1.1 Công d ngụ 43

5.1.2 Phân lo iạ 43

5.1.3 Yêu c uầ 43

5.2 K t c u khungế ấ 44

6.TÍNH TOÁN H TH NG CH U T I C A XEỆ Ố Ị Ả Ủ 49

6.1 Xác đ nh lo i khung – v đ thi t k cho xeị ạ ỏ ể ế ế 49

6.2 Ch n k t c u c a khungọ ế ấ ủ 50

6.2.1 Hình dáng c a khungủ 50

6.2.2 Ch n v t li u ch t o các thanh d mọ ậ ệ ế ạ ầ 51

6.3 Tính toán khung xe 52

6.3.1.T i tr ng và ch đ tínhả ọ ế ộ 53

6.3.2 Tính khung theo u nố 54

Gi thi t :ả ế 54

6.3.3 Tính khung theo ch đ phanh g pế ộ ấ 59

6.3.4 Tính khung theo ch đ quay vòngế ộ 64

6.4 Ki m tra b n thân vể ề ỏ 69

6.4.1 Ch đ phanh g pế ộ ấ 69

6.4.2 Ch đ quay vòngế ộ 73

6.5 Tính b n liên k t gi a gh v i sàn ô tôề ế ữ ế ớ 78

1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Mục đích, ý nghĩa của đề tài

Ở các nước phát triển cuộc chạy đua tìm nguồn năng lượng sạch cho ô tô nóichung đã từ lâu Theo xu thế chung, đứng đầu danh sách là ô tô chạy điện tiếp theo là

ô tô lai, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu là ứng viên thứ ba của cuộc chạy đua Về mặtnhiên liệu cho động cơ nhiệt, chất lượng của các loại nhiên liệu lỏng truyền thống sẽđược nâng cao, các loại nhiên liệu khí (LPG, khí thiên nhiên) sẽ được áp dụng rộng rãitrên ô tô, các loại nhiên liệu sinh học (như ethanol, colza) có lợi thế so sánh thấp vềmặt môi trường và giá thành nhiên liệu này còn cao nên hạn chế về mặt sử dụng, cácnhiên liệu tổng hợp từ khí thiên nhiên đang được nghiên cứu, nhiên liệu khí hydro cho

ô tô chưa có triển vọng ứng dụng do công nghệ và giá thành

Sự phát triển của ô tô sử dụng điện và pin nhiên liệu phụ thuộc vào khả năngphát triển, hoàn thiện các loại động cơ truyền thống và sử dụng các nguồn nhiên liệusạch thay thế các nguồn nhiên liệu lỏng hiện nay để làm giảm ô nhiễm môi trường.Các yếu tố cần quan tâm để xem xét gồm dự báo chất lượng của hệ thống vận chuyểnkhách công cộng và giá thành của pin nhiên liệu với các loại nhiên liệu thay thế khác

để đạt cùng mức độ giảm NOx Kết quả nghiên cứu cho thấy trong vòng ít năm tới, kỹthuật làm giảm NOx bằng cách cải thiện động cơ diesel, sử dụng LPG và khí thiênnhiên rẻ hơn là sử dụng pin nhiên liệu Trong tương lai dài hơn thì việc giảm NOxbằng cách sử dụng pin nhiên liệu trên xe buýt sẽ có giá thành tương đương với việc cảithiện động cơ diesel để đạt cùng mức độ hiệu quả Để đạt được cùng tính năng kinh tế

và mức độ phát ô nhiễm đối với động cơ sử dụng LPG thì trong thập niên 2010, giánhiên liệu hydro phải giảm đi 50% và giá thành pin nhiên liệu phải giảm đi 30% so vớigiá cả hiện nay Vì vậy trong vòng 2 thập niên tới, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu vẫnchưa có lợi thế cạnh tranh so với các loại nhiên liệu thay thế

Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ nay đến 2020, ô tô lai chạy bằng điện kếthợp với việc nạp điện bổ sung bằng động cơ nhiệt là phù hợp nhất Năng lượng điệnnăng của chúng ta được sản xuất chủ yếu bằng thủy điện (năng lượng tái sinh) như nhàmáy thuỷ điện Hoà Bình, nhà máy thuỷ điện Ialy, nhà máy thuỷ điện Sơn La và chủđộng nguồn cung cấp khí dầu mỏ Hiện nay chúng ta có nhà máy sản xuất ga Dinh Cố

và trong tương lai gần nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam ở Dung Quốc đi vàohoạt động, sản lượng khí đồng hành của nhà máy là nguồn cung cấp nhiên liệu LPG.Nhu cầu sử dụng ô tô trong tương lai là xu thế tất yếu của xã hội phát triển Nước ta có

thị trường nội địa lớn với hơn 80 triệu dân Cho tới nay, thị trường này hầu như vẫncòn nguyên vẹn Trong xu thế hòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) và thế giới (WTO),thị trường nội địa của nước ta chắc chắn sẽ là mảnh đất màu mỡ đối với các nhà sảnxuất ô tô thế giới Mặt khác việc hoà nhập kinh tế với thế giới sẽ nẩy sinh vấn đề vềtiêu chuẩn chất thải của xe cho phù hợp với những quy định của thế giới Nếu chúng ta

cứ nhập xe từ nước khác xẽ làm mất thị phần đối với một sản phẩm công nghiệp quantrọng của đất nước Vì vậy, việc nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất một chủng loại ô

tô phù hợp với điều kiện sử dụng trong nước có ý nghĩa rất thiết thực và cấp bách đốivới nước ta

Đề tài ‘‘Thiết kế ôtô điện năm chỗ ngồi ’’ là một đề tài nhằm mục đích khảo sát

thiết kế ô tô chạy hoàn toàn bằng năng lượng điện, đặt nền tảng cho việc thiết kế vàsản xuất một kiểu ô tô mang nhãn hiệu Việt Nam phù hợp với điều kiện giao thôngtrong nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng năng lượng cao và mức độ phát ônhiễm thấp,gần như bằng không, góp phần thực hiện nhiệm vụ cấp bách nói trên nhằmđẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Nói tóm lại, đề tài này có

ý nghĩa trong công cuộc đổi mới và sáng tạo để thiết kế hoàn chỉnh và chế tạo một ô tôsinh thái tại Việt Nam với mục tiêu hướng tới là:

- Nâng cao điều kiện sống của người dân

- Tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường trong giao thông vận tải

- Tạo ra mặt hàng công nghiệp đặc thù mang lợi thế cạnh tranh lớn

- Phát triển ngành công nghiệp sản xuất ô tô ở Việt Nam

Tạo ra một nét mới để khẳng định nguồn nhân lực của con người Việt Nam

1.2 Sự phát triển của ô tô điện trên thế giới và ở Việt Nam

Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chungkhông giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về khí thải của xe , nhưng đều có

xu hướng là từng bước cải tiến cũng như chế tạo ra loại ôtô mà mức ô nhiễm là thấpnhất và giảm tối thiểu sự tiêu hao nhiên liệu Mặt khác không những trong tương lai

mà hiện nay nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày càng cạn kiệt dẫn đến giá dầu tăng cao mànguồn thu nhập của người dân lại tăng không đáng kể Ngày nay xe chạy bằng dầudiezel, xăng hoặc các nhiên liệu khác đều đang tràn ngập trên thị trường dẫn đến tìnhtrạng ách tắc giao thông gây ra bao nhiêu vụ tai nạn thương tâm, cũng như gây ônhiễm môi trường, làm cho bầu khí quyển ngày một xấu đi, hệ sinh thái thay đổi dẫnđến hiệu ứng nhà kính nên nhiệt độ ngày một tăng làm những tảng băng ở Bắc cực,Nam cực cùng những nơi khác tan ra gây ra lũ lụt, sóng thần làm cho thế giới phải lao

đao Vì thế việc tìm ra phương án để giảm tối thiểu lượng khí gây ô nhiễm môi trường

là một vấn đề cần được quan tâm nhất hiện nay của ngành ô tô nói riêng và mọi ngườinói chung Vì thế, ôtô sạch không gây ô nhiễm (zero emission) là mục tiêu hướng tớicủa các nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay Có nhiều giải pháp đã được công bốtrong những năm gần đây, tập trung là hoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel, sửdụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên,methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, năng lượng mặt trời, ôtô lai (hybrid) Xuhướng phát triển ôtô sạch có thể tổng hợp như sau:

1.2.1 Hoàn thiện động cơ diesel

Các kỹ thuật mới để hoàn thiện động cơ diesel đã cho phép nâng cao rõ rệt tínhnăng của nó bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều khiển điện

tử, lọc bồ hóng và xử lý khí trên đường xả bằng bộ xúc tác ba chức năng, hoặc nângcao chất lượng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lượng lưu huỳnh cực thấp.Việc dùng động cơ diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng (dualfuel) cũng là một giải pháp nâng cao tính năng của động cơ diesel

1.2.2 Ôtô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế

Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza, có nguồngốc từ thực vật Do thành phần C trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ítchất ô nhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính.Tuy nhiên giải pháp này có lợi ở những nơi mà nguồn nhiên liệu này dồi dào hoặccác loại nhiên liệu trên được chiết xuất từ các chất thải của quá trình sản xuất côngnghiệp Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây được công bố là Dimethylether (DME) được chế tạo từ khí thiên nhiên

Đây là loại nhiên liệu thay thế cực sạch có thể dùng cho động cơ diesel giốngnhư LPG Thử nghiệm trên ôtô cho thấy, ôtô dùng DME có mức độ phát ô nhiễm thấphơn nhiều so với tiêu chuẩn ôtô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV Nếu việc sảnxuất DME trên qui mô công nghiệp thành hiện thực thì trong tương lai nó sẽ là nhiênliệu lỏng lý tưởng nhất vì khí thiên nhiên công bố đều khắp trên trái đất và có trữlượng tương đương dầu mỏ

1.2.3 Ôtô chạy bằng khí thiên nhiên

Sử dụng ôtô chạy bằng khí thiên nhiên là một chính sách rất hữu ích về nănglượng thay thế trong tương lai, đặc biệt về phương diện giảm ô nhiễm môi trườngtrong thành phố Một trong những khó khăn khiến cho nguồn năng lượng này chưađược áp dụng rộng rãi trên phương tiện vận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng

khí hay dạng lỏng) trên ôtô Ngày nay việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã đượccải thiện nhiều cả về công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite

gia cố bằng sợi carbon

1.2.4 Ôtô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG

Hiện nay nhiều nước, nhiều khu vực trên thế giới xem việc sử dụng LPG trênôtô chạy trong thành phố là giải pháp bảo vệ môi trường không khí hữu hiệu Người ta

dự báo lượng LPG tiêu thụ cho giao thông vận tải sẽ gia tăng trong những năm tới do

số lượng ôtô sử dụng nguồn năng lượng này gia tăng

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng đểchạy ôtô Ngoài những đặc điểm nổi bật về giảm ô nhiễm môi trường nó còn có lợi thế

về sự thuận tiện trong chuyển đổi hệ thống nhiên liệu Việc chuyển đổi ôtô chạy bằngnhiên liệu lỏng sang dùng LPG có thể được thực hiện theo ba hướng: Sử dụng duynhất nhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sử dụng đồng thời diesel và LPG(dual fuel) Việc tạo hỗn hợp LPG không khí có thể thực hiện bằng bộ chế hòa khíkiểu Venturie thông thường hay phun LPG trên đường nạp Những hệ thống phun mớiđang được nghiên cứu phát triển là phun LPG dạng lỏng trong buồng cháy để tăng tínhnăng công tác của loại động cơ này Cũng như các loại nhiên liệu khí khác, việc lưutrữ LPG trên ôtô là vấn đề gây nhiều khó khăn nhất mặc dù áp suất hóa lỏng của LPGthấp hơn rất nhiều so với khí thiên nhiên hay các loại khí khác Các loại bình chứanhiên liệu LPG cũng được cải tiến nhiều nhờ vật liệu và công nghệ mới

1.2.5 Ôtô chạy bằng điện

Ôtô chạy điện về nguyên tắc là ôtô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với môitrường không khí trong thành phố Nhưng ôtô chạy bằng năng lượng điện gặp phải khókhăn vấn đề cung cấp điện năng, nếu như tất cả các loại ôtô đều chạy bằng điện thì íthay nhiều còn phụ thuộc loại nhiên liệu dùng trong sản xuất điện năng So với nhiênliệu truyền thống, mức độ có lợi tính theo C02 tương đương trên 1Km lên 90% đối vớiđiện sản xuất bằng năng lượng nguyên tử, khoảng 20% khi sản xuất điện bằng nhiênliệu và gần như không có lợi gì khi sản xuất bằng than

Về mặt kỹ thuật thì ôtô chạy bằng điện có hai nhược điểm quan trọng đó lànăng lượng dữ trữ thấp (Khoảng 100 lần so với ôtô dùng động cơ nhiệt truyền thống)

và giá thành ban đầu cao hơn (30-40% cao hơn so với ôtô dùng động cơ nhiệt) Nhữngchướng ngại khác cần được giải quyết để đưa ôtô chạy điện vào ứng dụng thực tế mộtcách đại trà là khả năng gia tốc, thời gian nạp điện, vấn đề sưởi và điều hòa không khítrong ôtô

Nếu như sự thâm nhập những ôtô chạy bằng điện vào cuộc sống của nhân loạithay các loại ôtô chạy bằng động cơ nhiệt thì các loại động cơ nhiệt được xử lý ônhiễm triệt để với những thành tựu công nghệ hiện đại, dĩ nhiên bị biến mất vì thếmức độ có lợi về mặt ô nhiễm khi dùng động cơ điện sẽ không đáng kể, chắc chắn ít

có lợi hơn khi thay ô tô cũ bằng ô tô mới dùng động cơ nhiệt hoàn thiện triệt để về mặt

ô nhiễm

Về mặt xã hội ô tô chạy điện trong giai đoạn đầu sẽ có ảnh hưởng quan trọngđến vấn đề tâm lý xã hội Thật vậy, sự hạn chế tính năng kỹ thuật cũng như bán kínhhoạt động của ôtô, trở ngại trong vấn đề nạp điện, khả năng sử dụng các dịch vụ tựphục vụ sẽ góp phần làm thay đổi thói quen của người dùng và dần dần làm thay đổicách sống Mặt khác khi chuyển ôtô chạy bằng nhiên liệu truyền thống sang ôtô chạybằng điện hoàn toàn sẽ gây ra trở ngại về mặt bố trí các trạm nạp điện cho ăcquy Tuynhiên những lợi ích mà xe chạy bằng điện mang lại cho xã hội là không nhỏ Vì vậy ô

tô chạy bằng điện chắc chắn vẫn là sự lựa chọn số một của nhân loại vào những nămtới của thế kỷ 21 mà sự phát triển của nó đi theo những sự cải tiến, hoàn thiện hay phátminh quan trọng về công nghệ nhưng hiện tại sự phát triển của ô tô này cũng khôngcho phép giải quyết một cách nhanh chóng vấn đề ô nhiễm môi trường đô thị vì khôngthể xây dựng toàn bộ cơ cấu hạ tầng cơ sở phục vụ trong một thời gian ngắn

1.2.6 Ôtô chạy bằng pile nhiên liệu

Một trong những giải pháp của nguồn năng lượng sạch cung cấp cho ôtô trongtương lai là pile nhiên liệu Pile nhiên liệu là hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóanăng trong nhiên liệu thành điện năng Pile nhiên liệu trước đây chỉ được nghiên cứu

để cung cấp điện cho các con tàu không gian nhưng ngày nay pile nhiên liệu đã bướcvào giai đoạn thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ôtô Do không có quá trìnhcháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pile nhiên liệu là điện, nhiệt và hơi nước Vìvậy, có thể nói ôtô hoạt động bằng pile nhiên liệu là ôtô sạch tuyệt đối theo nghĩa phátthải chất ô nhiễm trong khí xả Ôtô chạy bằng pile nhiên liệu không nạp điện mà chỉnạp nhiên liệu hydrogen Khó khăn vì vậy liên quan đến lưu trữ hydro dưới áp suất cao Nhiều nghiên cứu đề nghị điều chế hydro ngay trên xe để sử dụng cho pile nhiên liệunhưng hệ thống như vậy rất cồng kềnh và phức tạp Tuy nhiên ngày nay người ta đãthành công trong chế tạo các loại pile nhiên liệu có hiệu suất cao và giá thành phù hợpnhưng việc áp dụng phương án này trên xe vẫn còn xa so với hiện thực vì so với cácphương án làm giảm ô nhiễm khác, pile nhiên liệu chạy ôtô vẫn còn là loại nhiên liệu

“xa xỉ” và “cao cấp” Ngày nay người ta thấy rằng nếu sử dụng pile nhiên liệu để chạyôtô thì giá thành đắt hơn chạy bằng diesel khoảng 30%

1.2.7 Ôtô hybrid ( ôtô lai)

Xuất hiện từ đầu những năm 1990 và cho đến nay, ôtô hybrid đã luôn đượcnghiên cứu và phát triển như là một giải pháp hiệu quả về tính kinh tế và môi trường.Trong thời gian gần đây, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu trên thế giới như Toyota,Honda, đã tung ra thị trường những thế hệ ô tô mới có hiệu suất cao và giảm đáng kểlượng chất thải gây ô nhiểm môi trường được gọi là “ô tô lai” (Hybrid - Car) Có thểnói, công nghệ lai là chìa khoá mở cánh cửa tiến vào kỷ nguyên mới của những chiếc

ô tô, đó là ô tô không gây ô nhiễm môi trường hay còn gọi là ô tô sinh thái (theultimate eco-car)

2 TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN

2.1 Giới thiệu chung

Ô tô điện sử dụng một động cơ điện cho lực kéo; acquy, pin nhiên liệu cung cấpnguồn năng lượng tương ứng cho động cơ điện

Ô tô điện có nhiều ưu điểm hơn các loại phương tiện sử dụng động cơ đốttrong, chẳng hạn như không phát thải khí ô nhiễm, hiệu suất cao, độc lập với nguồnnăng lượng từ dầu mỏ, yên tĩnh và hoạt động trơn tru Các nguyên tắt hoạt động cơbản giữa ô tô điện và phương tiện sử dụng động cơ đốt trong tương tự nhau.Tuy nhiên,một số khác biệt giữa phương tiện sử dụng động cơ đốt trong và ô tô điện, chẳng hạnnhư sử dụng một bồn chứa xăng so với nguồn pin, động cơ đốt trong so với động cơđiện, và khác nhau về yêu cầu truyền dẫn

2.1 Cấu hình của ô tô điện

Trước đây, các xe điện chủ yếu được chuyển đổi từ các ô tô thông thường bằngcách thay thế động cơ đốt trong và thùng nhiên liệu với một động cơ điện và pin trongkhi giữ lại tất cả các thành phần khác, như trong hình 2.1 Nhược điểm như: khốilượng lớn, tính linh hoạt và hiệu suất thất là những nguyên nhân làm cho xe điện khó

áp dụng rộng rãi Hiện nay, ô tô hiện đại được tạo ra có chủ ý dựa vào nguyên bản củathân và khung sườn được thiết kế riêng Điều này đáp ứng các yêu cầu về cấu trúc duynhất cho ô tô và làm cho các nguồn động lực đẩy bằng điện được sử dụng linh hoạthơn

Hình 2-1 Ô tô điện cổ điểnMột ô tô điện cơ bản được minh họa trong hình 2.2 Nó bao gồm ba hệ thốngchủ yếu: hệ động lực điện, hệ thống năng lượng, và hệ thống phụ trợ.

Hệ động lực điện bao gồm:hệ thống điều khiển xe, bộ chuyển đổi điện, các động cơđiện, truyền động cơ khí, và bánh chủ động

Hệ thống năng lượng bao gồm nguồn năng lượng bộ phận quản lý năng lượng, và bộphận tiếp năng lượng điện

Hệ thống phụ trợ bao gồm trợ lực lái, điều hòa, nguồn cung cấp năng lượng phụ trợ

Dựa trên các yếu tố đầu vào điều khiển từ chân ga và bàn đạp phanh, hệ thốngđiều khiển xe cung cấp tín hiệu điện thích hợp cho bộ chuyển đổi năng lượng điện cóchức năng điều chỉnh dòng điện giữa điện động cơ và nguồn năng lượng Nhữngnguồn năng lượng được tái sinh trong quá trình phanh có thể được nạp vào nguồnnăng lượng chính Hầu hết pin EV dễ dàng có khả năng tiếp nhận nguồn năng lượngtái sinh này

Truyền động cơ

khí

Nguồn năng lượng Động cơ điện

Hình 2-2 Ô tô điện hiện đại

Bộ phận quản lý năng lượng cùng với bộ phận điều khiển kiểm soát hoạt độngphanh tái sinh và phục hồi năng lượng của nó Nó cũng kết hợp với các bộ phận tiếpnăng lượng để kiểm soát quá trình này và giám sát việc sử dụng các nguồn nănglượng

Nguồn cung cấp năng lượng phụ có chức năng cung cấp năng lượng cần thiếtvới các điện áp khác nhau cho tấc cả các thành phận phụ của xe như: điều hòa khôngkhí, trợ lực lái, hệ thống đèn chiếu sáng…

Có nhiều loại EV có thể cấu tạo khác nhau do các biến thể dựa trên đặc điểmcủa động lực điện và các nguồn năng lượng, như trong hình 2.3

Sạc pin

Nguồn năng lượng phụ

Quản lý năng

năng lượng

Điều hòa không khí

Tín hiệu điều khiển

Bộ chuyển đổi điện

Trợ lực lái

Truyền động cơ

khí

Động cơ điện Chân ga

Phanh

M HS VS M HS VS

GT M M GT

VS GT M

Hình 2-3 Cấu hình các loại ô tô điện

M: động cơ điện; HS: hộp số; VS: truyền lực chính và vi sai; GT: hộp giảm tốc

a Hình 2.3a cho thấy hình thức đầu tiên của xe điện, trong đó một động cơđiện thay thế cho động cơ đốt trong của một chiếc xe thông thường Nó bao gồm mộtđộng cơ điện, một ly hợp, hộp số, và một bộ vi sai Khớp ly hợp và hộp số có thể đượcthay thế bằng hộp số tự động

b Với một động cơ điện có công suất liên tục trong một phạm vi tốc độ dài,một tỉ số truyền cố định có thể thay thế cho hộp số nhiều cấp và giảm bớt sự cần thiếtcủa một ly hợp Cấu hình này không chỉ làm giảm kích thước và trọng lượng của

truyền động cơ khí, nó cũng đơn giản hoá cho con người trong việc điều khiển xe bởi

vì sự thay đổi tỉ số truyền là không cần thiết

c Tương tự như hình (b), động cơ điện, cặp bánh răng cố định và bộ vi sai cóthể được bố trí tích hợp thành cụm trong khoảng giữa hai bán trục bánh xe chủ động.Việc điều khiển càng đơn giản và chắc chắn

d Trong hình 4.3d, truyền động vi sai được thay thế bằng cách sử dụng haiđộng cơ điện Mỗi động cơ dẫn động một bánh xe và hoạt động ở một tốc độ khácnhau khi chiếc xe chuyển hướng hay quay vòng

e Nhằm tiếp tục đơn giản hóa việc điều khiển xe, động cơ có thể được đặt phíatrong một bánh xe Một cặp bánh răng nhỏ được đặt trong bánh xe để giảm tốc độ vànâng cao mô-men động cơ

f Loại bỏ hoàn toàn truyền động bánh răng giữa động cơ điện và bánh xe chủđộng, đầu ra roto của một động cơ điện tốc độ thấp đặt bên trong bánh xe có thể đượckết nối trực tiếp với các bánh xe Việc kiểm soát tốc độ của động cơ điện tương đươngvới việc kiểm soát tốc độ của bánh xe, và vì thế tốc độ của xe được điều khiển Tuynhiên, việc sắp xếp đòi hỏi các động cơ điện phải có mộtmô-men xoắn cao hơn đểkhởi động và tăng tốc xe

2.3 Nhu cầu sử dụng ô tô điện phục vụ du lịch và sử dụng trong các cơ sở y tế

Xe điện là loại phương tiện giao thông đã có từ rất lâu của thế kỷ trước, và được

sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong nhiều loại phương tiện Đặt biệt ngày nay,

xe điện không còn đơn thuần là xe điện công cộng và tàu điện như thế kỷ trướcnữa Ngày nay xe điện được ứng dụng trên nhiều loại phương tiện, các phương tiệnnày dùng động cơ điện để làm xe chuyển động Có thể liệt kê một số loại xe điệntheo lĩnh vực và theo cách sử dụng của chúng như sau:

2.3.1 Phương tiện cá nhân:

+ Xe ô tô điện : xe điện sử dụng nguồn điện acqui, dùng năng lượng mặt trời.Các loại xe này được ứng dụng trên cả ô tô cá nhân, ô tô tải, ô tô tải phục vụcông cộng

Hình 2-4 Ô tô điện của hãng Nissan

Hình 2-5 Ô tô điện sử dụng ở Chicago

+ Xe máy điện và xe đạp điện: là loại phương tiện đang có xu hướng phát triển mạnh.

Hình 2-6 Xe đạp điện của Trung Quốc sản xuất

2.3.2 Các phương tiện công cộng:

+ Tàu điện : tàu điện được ứng dụng từ rất lâu là loại phương tiện dùng chở khách trong thành phố và khá phổ biến ở các nước trên thế giới cũng như nước ta

Hình 2-7 Tàu điện tự hành tốc độ cao tuyến Paris - Lyon

+ Mê trô : là loại phương tiện vận chuyển hành khách trong thành phố cũng như đường dài, như các tuyến metro trong các thành phố lớn ở châu Âu, và tuyến Metro đường dài từ Paris đến London.

Hình 2-8 Tàu điện ngầm tiện dụng nhất ở Pháp

2.3.3 Các phương tiện dùng chuyên biệt trong các lĩnh vực giải trí thể thao, các lĩnh vực công nghiệp, các loại xe chuyên dùng trong các ngành:

+ Xe điện dùng trong công viên: là loại xe điện dùng chuyên chở hành khách trong công viên Các loại tàu điện cao tốc, cảm giác mạnh trong công viên

Hình 2-9 Xe điện của hãng Mai Linh ở Đà Lạt+ Loại xe điện dùng trong thể thao: phục vụ các mục đích khác nhau, như tronglĩnh vực Golf…

Hình 2-10 Xe điện sử dụng trong sân golf

2.3.4 Các loại phương tiện dùng trong các lĩnh vực chuyên dùng, vận chuyển, nâng chuyển hàng hóa, phục vụ cho người tàn tật

Xe điện sẽ được sử dụng trong các bệnh viên vận chuyển nhanh chóng bệnh nhân cũng như các y bác sĩ để kịp thời cứu chữa bệnh nhân, đây là một hướng mới của đề tài Tuy nhiên để có thể áp dụng hợp lí có hiệu quả cần nghiên cứu thay đổi kết cấu, bố trí lại các trang thiết bị để phù hợp với điều kiện sử dụng trong y tế

3 THIẾT KẾ TỔNG THỂ Ô TÔ ĐIỆN 5 CHỖ

17 16

18

31 ,0°

Hình 3-2 Hình chiếu bằng ô tô điện

90

13 14 15

Hình 3-3 Hình chiếu phía sau đuôi xe

1.Bảng điều khiển; 2 Bánh xe trước; 3.Cản trước; 4 Cơ cấu lái; 5 Ghế khoang lái;

6 Acquy; 7 Khung xe; 8 Truyền lực chính; 9 Động cơ điện 1 chiều;

10 Gương chiếu hậu; 11 Đèn sau; 12 Biển kiểm soát; 13 Đèn xi nhan; 14 Đèn trước; 15 Kính; 16 Tấm che nắng; 17 Thanh chống vỏ; 18 Ghế hành khách;

19 Bánh sau

Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật của ô tô thiết kế

3 Kích thước bao (Dài x Rộng x Cao) mm 3150x1460x1590

3.2 Phân bố trọng lượng ô tô

Sự phân bố trọng lượng lên các trục của ô tô thiết kế khi không tải và khi có tảiđược xác định trên cơ sở giá trị các thành phần trọng lượng và vị trí tác dụng củachúng lên các trục của ô tô

3.2.1 Cơ sở lý thuyết:

• Tọa độ trọng tâm của ô tô thiết kế theo chiều dọc :

a: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trước

b: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau

• Tọa độ trọng tâm của ô tô theo chiều cao hg:

Căn cứ vào giá trị các thành phần trọng lượng và tọa độ trọng tâm của chúng, taxác định tọa độ trọng tâm của ô tô theo công thức:

m

G

l G a

1

1

)( ;

1

1

)( ;

Trong đó:

li: khoảng cách từ tâm vết tiếp xúc bánh trước đến toạ độ trọng tâm các thànhphần khối lượng

hi: chiều cao trọng tâm các thành phần khối lượng

G: trọng lượng bản thân ô tô

Các thành phần khối lượng bao gồm:

Gk : trọng lượng sat-xi và khung xương;

Gct: trọng lượng cầu trước và bánh xe;

Gcs: trọng lượng cầu sau và bánh xe;

Gm: trọng lượng động cơ;

Gcd: trọng lượng khớp cac-đăng;

Gat: trọng lượng acquy trước;

Gas: trọng lượng acquy sau;

Ggt: trọng lượng ghế khoang lái;

Z1 = . ;

Z2 = G – Z1 ;

3.2.2 Trường hợp không tải:

Sơ đồ phân bố trọng lượng ô tô như sau:

Hình 3-4 Sơ đồ phân bố tải trọng khi ô tô không tải

Ta có bảng số liệu sau:

Bảng 3-2 Phân bố trọng lượng ô tô khi không tải

TT TÊN GỌI TRỌNG LƯỢNG li(mm) hi(mm) Gi.li Gi.hi

G : trọng lượng xe khi không tải;

Gnt: trọng lượng 2 người khoang lái;

Gns: trọng lượng 3 người sau;

Ghl: trọng lượng hành lý;

Sơ đồ phân bố trọng lượng:

Hinh5-5 Sơ đồ phân bố tải trọng khi ô tô đầy tải

Ta có bảng số liệu sau:

Bảng 3-3 Phân bố tải trọng khi ô tô đầy tải

TT TÊN GỌI TRỌNG LƯỢNG li(mm) hi(mm) Gi.li Gi.hi

KH (kg)

1 Trọng lượng xe không tải G 615 1045 497 642526 305795

4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC Ô TÔ ĐIỆN 5 CHỖ

4.1 Xác định công suất của động cơ điện và nguồn acquy

4.1.1 Xác định các thông số của động cơ điện:

Công suất cần thiết của động cơ điện có thể tạo ra lực kéo FM dùng để thắng lựccản lăn của mặt đường FL , lực cản lên dốc FD , lực cản gió FG và lực quán tính khităng tốc FQ

Hình 4-1 Các lực tác dụng lên ô tô khi lên dốc Phương trình cân bằng lực như sau:

B: chiều rộng toàn bộ ô tô, B = 1,46 (m);

H: chiều cao toàn bộ của ô tô, H = 1,59 (m);

M là khối lượng toàn bộ, M = 960 (kg);

a là gia tốc của xe Chọn gia tốc a = 1(m/s2);

FMD = FL + FD = 240 + 3168 = 3408 (N)

Cả hai trường hợp này đều có lực cản chung nhỏ hơn trường hợp tổng quát và phù hợpvới chế độ hoạt động thực tế của xe Ta chọn trường hợp xe vược dốc để xác địnhmomen yêu cầu tại bánh xe và chạy ở tốc độ tối đa để xác định cân bằng công suất chođộng cơ điện.

Khi ô tô vượt dốc momen yêu cầu tại bánh xe được tính:

Vậy ta chọn động cơ điện một chiều có công suất tại số vòng quay lớn nhất của

nó lớn hơn 3,88 kW Và momen yêu cầu phải đảm bảo khả năng vượt dốc lớn nhất củaxe

Hiện nay trên thị trường chúng tôi tìm được loại động cơ sau:

Tên gọi: WarP13

Hình dạng tổng thể:

Hình 4-2 Hình dáng ngoài của động cơ

Các thông số kỹ thuật do nhà sản xuất cung cấp:

Hình 4-3 Đặc tính của động cơĐộng cơ được sử dụng ở điện áp 72V Như đã dự kiến trong phần thiết kế tổngthể ta dùng 6 acquy loại 12 V mắc nối tiếp nhau

Dựa trên đường đặc tính của động cơ ta thấy tại công suất khoảng 3,88kW (tươngđương 4,47HP) tốc độ động cơ đạt 2100 v/p và dòng điện là 90Ampe, đây là chế độhoạt động khi xe đạt tốc độ lớn nhất 40km/h Tại công suất khoảng 21kW (27HP)động cơ đạt momen lớn nhất và dòng điện qua động cơ là 380Ampe, đây là chế độhoạt động khi xe vượt dốc Như vậy ta cần điều chỉnh dòng điện phóng của acquy từ90Ampe đến 380Ampe

4.1.2 Xác định các thông số cho bộ nguồn ắc quy:

Loại ắc quy được chọn để lắp đặt cho xe là ắc quy axít chì vì nó thông dụng vàgiá thành tương đối thấp

Dung lượng của ắc quy phụ thuộc vào số giờ mà xe chạy hết bình và tỷ lệ khốilượng của hệ thống truyền động điện so với tổng khối lượng xe theo tỷ lệ tối ưu làkhông quá 30%

Vì dung lượng ắc quy được sản xuất theo tiêu chuẩn, chọn loại bình có hiệu điệnthế 12(V) và dung lượng 200(AH) Dung lượng acquy bằng tích giữa dòng điện phóng

và thời gian phóng điện : AH = IM t Theo đặc tuyến của acquy thì dòng phóng địnhmức bằng dung lượng của acquy và dòng phóng cho phép có thể đạt gấp 3 lần dòngđịnh mức

Vì vậy ta tính được thời gian hoạt động của xe như sau :

m = 35(kg) Động cơ điện 72(V) có khối lượng m2 = 45(kg) Như vậy, tổng khối lượngcủa hệ thống truyền động điện sẽ là:

m = 6 m1 + m2 = 6 35 + 45 = 255 (kg)

Tính hệ số tỷ lệ khối lượng:

λ = m / M = 255 / 960 = 0,27 < 30%

Như vậy, tỷ lệ này đã đạt yêu cầu kỹ thuật

4.1.3 Tổng hợp các thông số của động cơ điện và bộ ắc quy:

4.1.3.1 Động cơ điện:

Tên gọi WarP13 72V

Công suất tối đa 21kW

Hình 4-4 Đồ thị momen động cơ theo tốc độ

Hình 4-5 Đồ thị cường độ dòng điện theo số vòng quay động cơ

4.2 Tính toán các thông số động học của ô tô điện

4.2.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực:

4.2.1.1 Lựa chọn phương án bố trí hệ truyền động:

Đường đặc tính cơ của động cơ điện một chiều gần giống với đường đặc tính kéo

lý tưởng của ô tô, đồng thời động cơ điện có thể đổi chiều quay dễ dàng nên chúng ta

có thể thiết kế hệ thống truyền lực mà không cần hộp số như ở động cơ đốt trong Nhưvậy, hệ thống truyền lực của xe này được thiết kế theo các phương án sau:

a Phương án 1 :

Thiết kế lại truyền lực chính với tỉ số truyền theo yêu cầu

Các phương án lắp đặt :

- Dùng trục cac-đăng :

Đặt điểm: Động cơ bố trí cố định trên khung xe

Phải thiết kế bộ truyền bánh răng nón với tỉ số truyền lớn và vỏ cầu mới Nên tăngkhối lượng, cồng kềnh và giảm khoảng sáng gầm xe

Đặt điểm : Động cơ đặt trên cầu sau Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ và vỏ cầumới Bố trí hệ dẫn động thành một cụm nên gọn nhẹ, dể lắp đặt.

Nhưng bộ vi sai phải bố trí lệch qua một bên, độ dài hai bán trụckhông bằng nhau nên không thể lắp đặt (do hai bán trục của xe Suzuki bằng nhau)

b Phương án 2 :

Dùng lại truyền lực chính của xe Suzuki

Các phương án lắp đặt :

- Dùng trục cac-đăng :

Đặt điểm : Động cơ bố trí trên khung xe, tận dụng được truyền lực chính của xeSuzuki.

Có thể bố trí cặp bánh răng cố định với động cơ

- Không dùng trục cac-đăng :

Đặt điểm : Động cơ được bố trí ngay trên cầu sau Chiều dài bán trục không thay đổi.Nhưng phải thiết kế bộ truyền bánh răng có khoảng cách trục lớn nên làm tăng kíchthước bánh răng, cồng kềnh, giảm khoảng sáng gầm xe

Theo kết quả phân tích ở trên, ta chọn phương án 2a

4.2.1.2 Xác định tỉ số truyền :

Từ sơ đồ này, tỷ số truyền của hệ thống xác định theo công thức:

bx

M bx

M H

trong đó ωM , nM là vận tốc góc và số vòng quay định mức của động cơ điện và ωbx nBX

là vận tốc góc và số vòng quay cần thiết lớn nhất của bánh xe

Ta có nM = 2100 (v/ph) và nBX được xác định theo công thức:

) / ( 411 26

, 0 14 , 3

1 , 11 30

.

30 max

p v r

v n

Do lựa chọn phương án bố trí động cơ không dùng cac-đăng và dùng lại truyềnlực chính của xe Suzuki Tỉ số truyền của truyền lực chính xe Suzuki là

i = 5,125 Theo tính toán thì tỉ số truyền cần thiết của xe thiết kế là iH = 5,08 khôngchênh lệch nhiều so với tỉ số truyền lực chính của xe Suzuki, cho nên để đơn giản choviệc chế tạo xe ta sử dụng truyền lực chính của xe Suzuki mà không cần thiết kế thêm

bộ truyền bánh răng

Kiểm tra tỉ số truyền theo điều kiện lực kéo lớn nhất tại bánh xe :

Momen cản lớn nhất tại bánh xe : MCbxx = FMD.rbx = 3408.0,26 = 875 (Nm)

Momen kéo lớn nhất tại bánh xe : MKbx = MM iH η = 190 5,125.0,95 = 925 (Nm)

Ta thấy MKbx > MCbx Vậy chỉ cần một tỉ số truyền duy nhất xe có thể hoạt động ở mọichế độ khi chạy ở vận tốc cực đại và cả khi vượt dốc

Nên tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực là iH = 5,125

4.2.2 Khả năng leo dốc của ô tô - độ dốc cực đại:

Độ dốc cực đại được xác định theo hai trường hợp là lực cản cân bằng với lựcbám và lực cản cân bằng với lực kéo cực đại của động cơ điện (ứng với mô men kéocực đại) Sau đó so sánh và chọn giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị tìm được Theo điềukiện lực bám ta có:

G ϕ cosα = G f cosα + G sinα (4-10)

.

r

i M

bx

H

Với: MMmax = 190(Nm) là mô men cực đại của động cơ điện;

iH = 5,125 là tỷ số truyền của hệ thống truyền lực;

rbx = 0,26(m) là bán kính bánh xe ;

η = 0,95 là hiệu suất của hệ thống truyền lực

Thay các giá trị vào biểu thức (4-11) ta được:

) sin cos

025 , 0 (

9600 26

, 0

95 , 0 125 , 5

⇔ 0,025 cosα + sinα =0,375

Giải ra được α ≈ 210 hay độ dốc 38% Như vậy độ dốc cực đại mà xe có thể leo được

là 38% (α = 210)

4.2.3 Vận tốc cực đại của ô tô :

Ô tô đạt vận tốc cực đại khi động cơ điện quay với số vòng quay lớn nhất, nmax

= 2100 (v/p)

Ta có :

bx

M bx

M H

r

v n

, 5 30

2100 26 , 0 14 , 3

30

.

i

n r

Bảng 4-1 Kết quả tính toán sức kéo