Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử thiết kế và chế tạo xe lai chạy bằng xăng và điện

Nghiên cứu và sử dụng sự kết hợp giữa nguồn năng lượng điện và xăng đang được các nhà khoa học quan tâm, khoảng 300 năm trước nhà phát minh người Pháp Nicolas - Joseph Cugnot đã là người

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Lịch sử phát triển 2

1.3 Cấu trúc của đề tài 3

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG XE LAI 4

2.1 Khái niệm xe Lai 4

2.2 Hoạt động của hệ thống xe Lai 5

2.2.1 Chế độ sẵn sàng khởi hành 5

2.2.2 Chế độ chạy xe bình thường 7

2.2.3 Chế độ tăng tốc tối đa 8

2.2.4 Chế độ giảm tốc và dừng xe 8

2.3Cấu trúc của xe Lai 9

2.3.1 Khung xe 11

2.3.2 Động cơ điện 14

2.3.3 Động cơ xăng 15

2.3.4 Bộ sạc 16

2.4 Bộ điều khiển 16

2.4.1 Bộ điều khiển trung tâm 16

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 17

3.1 Lựa chọn phương án thiết kế 17

3.2 Thiết kế chi tiết khung xe 17

3.2.1 Định nghĩa 17

3.2.2 Chọn vật liệu thi công khung 18

3.3 Hệ thống treo 19

3.3.1 Chọn loại hệ thống treo 19

3.3.2Các bộ phận của hệ thống treo như sau: 20

3.3.3Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước 21

3.3.4Lựa chọn ống giảm chấn cho hệ thống treo 22

3.4 Tổng quan về biên dạng thân xe 23

3.4.1 Tính toán và lựa chọn vật liệu làm biên dạng thân xe 23

3.4.2 Tổng quan về vật liệu Composite 25

3.5Hệ thống lái 27

3.6 Hệ thống phanh 29

3.6.1 Công dụng của hệ thống phanh 29

3.6.2Phanh đĩa trước 30

3.6.3Phanh sau 32

3.6.4 Ưu điểm của phanh tang trống 33

3.7Thiết kế và chế tạo biên dạng thân xe 33

3.7.1Nguyên liệu đúc vỏ 33

3.7.2Quá trình thi công đúc vỏ xe 34

3.7.3 Ưu điểm của vỏ xe bằng vật liệu Composite: 35

3.8Tính chọn công suất động cơ điện và động cơ xăng 36

3.8.1Tính chọn động cơ điện 36

3.8.2 Tính toán chọn động cơ xăng 38

3.9 Thiết kế hệ truyền công suất kết hợp giữa động cơ xăng và động cơ điện 39

3.9.1 Thiết kế hệ truyền động kết hợp 39

3.9.2 Nguyên lý hoạt động của xe Lai 43

3.9.3 Tính toán , bố trí hệ thống ắc quy, năng lượng 45

3.9.4 Bộ điều khiển 46

3.9.5 Ưu điểm của xe Lai xăng-điện 48

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

PHỤ LỤC 51

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 : Động cơ mắc kiểu nối tiếp 4

Hình 2.2 : Động cơ mắc kiểu song song 5

Hình 2.3 : Động cơ mắc kiểu hỗn hợp 5

Hình 2.4 : Chế độ khởi động 6

Hình 2.5 : Chế độ khởi hành 6

Hình 2.6 : Chế độ chạy bình thường 7

Hình 2.7 : Chế độ tăng tốc tối đa 8

Hình 2.8 : Chế độ hãm tái sinh năng lượng 8

Hình 2.9 : Máy phát điện 9

Hình 2.10 : Bình ắc quy dung lượng cao 9

Hình 2.11 : Bộ phận chuyển đổi 10

Hình 2.12 : Kết hợp động cơ xăng và động cơ điện 10

Hình 2.13 : Khung gầm hình chiếc thang[2] 11

Hình 2.14 : Khung gầm hình chiếc thang được sử dụng trên xe AC COBRA[10] 12

Hình 2.15 : Bộ khung gầm hình ống rỗng cấu trúc rất phức tạp[10] 12

Hình 2.16 : Một loại khung gầm liền khối 13

Hình 2.17 : Một chiếc xe có loại khung gầm liền khối 14

Hình 2.18 : Động cơ xe Lai 15

Hình 3.1 : Hình ảnh bản vẽ thiết kế khung xe 18

Hình 3.2 : Hình ảnh khung xe đang thi công 19

Hình 3.3 : Hình ảnh khung xe sau khi thi công 19

Hình 3.4 : Hình ảnh hệ thống treo độc lập 20

Hình 3.5 : Hình ảnh ống giảm chấn cho hệ thống treo 22

Hình 3.6 : Biểu đồ dao động của ống giảm chấn 23

Hình 3.7 :Bản vẽ biên dạng thân xe 23

Hình 3.8 : Biểu đồ trọng lượng biên dạng thân xe 24

Hình 3.9 : Bản vẽ thiết kế hệ thống lái hai bánh dẫn hướng 27

Hình 3.10 : Đồ thị quan hệ giữa góc quay các bánh lái 28

Hình 3.11 : Sơ đồ bố trí và kết nối hệ thống phanh 30

Hình 3.12 : Hình ảnh phanh đĩa trước được mô tả trong bản vẽ 30

Hình 3.13 : Hình ảnh phanh đĩa trước được gắn trên xe 31

Hình 3.14 : Hình ảnh sơ đồ hệ thống phanh đĩa 31

Hình 3.15 : Hình ảnh sơ đồ hệ thống phanh đĩa khi hoạt động 32

Hình 3.16 : Hình ảnh hệ thống phanh tang trống 32

Hình 3.17 : Hình ảnh biên dạng toàn thân xe 33

Hình 3.18 : Khuôn đúc Composite được gia công bằng thạch cao 34

Hình 3.19 : Hình ảnh thực tế của coposite được gia công bằng khuôn thạch cao 35

Hình 3.20 : Hình ảnh thực tế kết quả sau khi thi công của vỏ xe 35

Hình 3.21 : Hình ảnh động cơ điện 38

Hình 3.22 : Hình ảnh động cơ xăng 39

Hình 3.23 : Hình ảnh thực tế của nhông đơn hướng 40

Hình 3.24 : Hình ảnh sơ đồ hệ thống truyền động kết hợp 40

Hình 3.25 : Hình ảnh bản vẽ sơ đồ tỷ số truyền động của động cơ điện đến truyền động kết hợp 41

Hình 3.26 : Hình ảnh sơ đồ tỷ số truyền động của động cơ xăng đến truyền động kết hợp 42

Hình 3.27 : Hình ảnh sơ đồ hệ thống nguyên lý làm việc của xe Lai xăng – điện 43

Hình 3.28 : Sơ đồ điều khiển động cơ điện 44

Hình 3.29 : Đồ thị hoạt động 44

Hình 3.30 : Sơ đồ kết nối bình ắc quy trên xe 45

Hình 3.31 : Hình ảnh bình ắcquy được trang bị cho xe 45

Hình 3.32 : Hình sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trên xe Lai 46

Hình 3.33 : Hình ảnh sơ đồ khối hệ truyền động điện 47

Hình 3.34 : Hình ảnh sơ đồ khối hệ truyền động bằng động cơ xăng 47

Hình 3.35 : Hình ảnh sơ đồ khối của hệ thống 47

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 : Kết quả phân tích trọng lượng của từng loại vật liệu lên biên dạng khung xe 24 Bảng 3.2 : Bảng thông số các chi tiết của hệ thống lái 28 Bảng 4.1 : Quá trình chạy thử nghiệm 49

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay khi nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt việc sử dụng năng lượng một cách hiệu quả là một trong những nghiên cứu cần thiết [7] Bên cạnh đó việc nghiên cứu phương tiện giao thông có khả năng giảm thiểu lượng khí thải và bảo vệ môi trường là đề tài cấp bách của xã hội

Nghiên cứu và sử dụng sự kết hợp giữa nguồn năng lượng điện và xăng đang được các nhà khoa học quan tâm, khoảng 300 năm trước nhà phát minh người Pháp Nicolas - Joseph Cugnot đã là người đầu tiên đặt nền tảng cho hệ thống này Xe ô tô ngày nay đã trở thành một phương tiện không thể thiếu trong xã hội chúng ta Chính

vì thế tình trạng ô nhiễm do khí thải do động cơ xe gây ra đang là một vấn đề rất nhức nhối của nhiều quốc gia hiện nay Bên cạnh là cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm

1973 đã đẩy giá đầu thô lên đến 97,17 USD/thùng (năm 2012) các nước xuất khẩu dầu mỏ đã sử dụng hết công suất khai thác nhưng cũng rất khó khăn để giảm được nhiệt của cơn sốt dầu thô[8] Trước tình trạng đó nguồn tài nguyên dầu trong lòng đất sẽ cạn kiệt trong một thời gian không xa Việc sử dụng tiết kiệm nguồn năng lượng này kết hợp với các nguồn năng lượng mới đang trở thành chiến lược trong chính sách năng lượng của nhiều quốc gia phát triển

Nhận thức được tình hình thực tại của xã hội về việc sử dụng tiết kiệm nguồn tài nguyên, vấn đề ô nhiễm khí thải từ phương tiện giao thông và trước cơn sốt về

nguồn nhiên liệu Đây cũng chính là lý do nhóm tác giả chọn đề tài “tính toán thiết

kế và thi công xe Lai chạy bằng xăng và điện” Trong đề tài này nhóm tác giả đã

thiết kế và chế tạo thành công xe Lai với việc sử dụng nhiên liệu tiết kiệm lên đến 40%

Mục đích của đề tài

Từ những thực tiễn và qua phân tích các giải pháp đã biết nhóm tác giả đã

chọn đề tài “tính toán thiết kế và thi công xe Lai chạy bằng năng lượng xăng và điện” với mục đích tìm giải pháp mới về phương tiện giao thông vận hành tiết kiệm

nhiên liệu hơn, thân thiện môi trường giảm thiểu ô nhiễm khí thải, một phần nào đó

có thể hạ nhiệt trước cơn sốt về nguồn nhiên liệu và đặc biệt là tiết kiệm về kinh tế phù hợp với điều kiện tại Việt Nam

Bên cạnh đó đây cũng là kiểu xe ba bánh đầu tiên tại Việt Nam với kiểu dáng

và thiết kế mới Nhóm tác giả hy vọng với chiếc xe Lai này có thể ứng dụng để sản xuất hàng loạt vào thị trường trong nước

1.2 Lịch sử phát triển

Năm 1899những chiếc xe Lai đầu tiên được triển lãm ở Paris Salon Nó được chế tạo bởi Pieper, Liège của Bỉ và công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly của Pháp[1] Xe Pieper là một kiểu xe Lai song song với một động cơ xăng nhỏ làm mát bằng gió được hỗ trợ thêm một động cơ điện và các ắc quy chì Ắc quy sẽ được nạp khi xe đang chạy đều trên đường hoặc khi xe hoạt động tại chỗ Khi công suất dẫn động yêu cầu cao hơn công suất định mức của động cơ, động cơ điện sẽ cung cấp thêm công suất cho động cơ xăng hoặc ngược lại

Đến năm 1903 Camille Jenatzy người Pháp đã giới thiệu một chiếc xe Lai động cơ mắc kiểu song song tại Paris Slon[1] Chiếc xe này kết hợp một động cơ xăng 6 hp và một động cơ điện 14 hp, nó có thể nạp điện lại cho ắc quy từ động cơ Một người Pháp khác là H.Krieger chế tạo một chiếc xe Lai động cơ mắc kiểu nối tiếp vào năm 1902 Thiết kế của ông dùng hai động cơ một chiều dẫn động hai bánh trước, chúng lấy năng lượng từ 44 bình ắc quy chì, ắc quy này được nạp lại bằng một máy phát điện một chiều dẫn động bởi động cơ sử dụng cồn đánh lửa cưỡng bức

Những chiếc xe Lai khác, cả nối tiếp và song song đã được chế tạo trong suốt khoảng thời gian từ 1899 đến 1914 Trong thời gian này phanh điện đã được sử dụng trong các mẫu thiết kế nhưng nó không đề cập đến phanh phục hồi năng lượng Hầu hết các xe trên đều sử dụng phanh điện bằng cách nối ngắn mạch hoặc mắc điện trở trên phần ứng của động cơ điện

Những xe Lai thế hệ đầu được chế tạo để hỗ trợ thêm cho các động cơ xănghoặc mở rộng tầm hoạt động của xe điện Chúng ứng dụng những công nghệ điện cơ bản có sẵn Mặc dù có nhiều sáng tạo trong thiết kế, nhưng những chiếc xe

Lai này không thể cạnh tranh nổi với xe có động cơ xăng được cải tiến đáng kể sau Chiến tranh Thế Giới I Động cơ xăng được cải thiện tốt về mặt công suất, các động

cơ trở nên nhỏ hơn hệu quả hơn và không cần sự hỗ trợ của các động cơ điện trong thời gian dài Sự tăng giá do thêm động cơ điện và sự độc hại từ ắc quy chì đã làm cho thị trường sản xuất xe Lai chìm xuống sau Chiến tranh Thế Giới I

Trải qua hai cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 và năm 1977 bên cạnh đó vấn đề môi trường ngày càng được quan tâm hơn, xe Lai đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường Các nhà nghiên cứu bị thu hút bởi xe Lai, vì vậy đã có nhiều mẫu xe được chế tạo trong thập niên 80 Xe Lai được sự hấp dẫn trong thời kỳ này nhưng

do thiếu sự phát triển của điện tử công suất ứng dụng, động cơ điện hiện đại và công nghệ ắc quy nên công nghệ phát triển chưa cao

Khái niệm xe Lai đã thật sự trở nên hấp dẫn nhất vào thập niên 90 Tập đoàn

Ford Motor đã khởi động chương trình “Thách thức xe Lai điện Ford” thu hút sự nỗ

lực từ các trường đại học nhằm phát triển phiên bản xe Lai cho sản xuất ô tô Năm

1997 đánh dấu lịch sử của xe Lai với hai mẫu xe Prius của Toyota và Civic Hybrid của Honda, chúng có 1 giá trị lịch sử trong kỷ nguyên hiện đại vì đáp ứng vấn đề tiêu thụ tiết kiệm nhiên liệu trên xe và vấn đề môi trường

1.3 Cấu trúc của đề tài

Cấu trúc của đề tài gồm 4 chương: Chương 1 trình bày phần tổng quan, chương 2 giới thiệu về hệ thống xe lai, chương 3 thiết kế và thi công, chương 4 kết luận và phương hướng phát triển

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG XE LAI

2.1 Khái niệm xe Lai

Xe Lai là loại dòng xe sử dụng động cơ tổ hợp Động cơ là sự tính toán kết hợp giữa hai nguồn công suất dẫn động khác nhau một động cơ xăng thông thường với một động cơ điện dùng năng lượng ắc quy Bộ điều khiển trung tâm sẽ quyết định khi nào thì động cơ điện hoạt động độc lập, khi nào thì động cơ xăng hoạt động độc lập, khi nào thì vận hành kết hợp đồng bộ giữa hai động cơ và khi nào nạp điện vào ắc quy để sử dụng

Có rất nhiều cách phối hợp hai loại động cơ này có thể là nối tiếp, song song hay hỗn hợp:

Động cơ mắc kiểu nối tiếp: Động cơ điện là nguồn lực kéo xe duy nhất tiếp

nhận điện năng cung cấp từ ắc quy Khi điện tích của ắc quy trở nên quá thấp, động

cơ xăng sẽ được khởi động để kéo máy phát nhằm cung cấp điện năng cho động cơ điện tiếp tục kéo và đồng thời cũng để nạp điện cho ắc quy

Hình 2.1 : Động cơ mắc kiểu nối tiếp[10]

Động cơ mắc kiểu song song: Sử dụng cả động cơ xăng và động cơ điện để

cung cấp lực kéo khi xe di chuyển với tộc độ cao Ở tốc độ thấp, động cơ xăng được tắt đi và chỉ có động cơ điện được sử dụng để cung cấp lực kéo

Hình 2.2 : Động cơ mắc kiểu song song [10]

Động cơ mắc kiểu hỗn hợp: Bộ phận động cơ điện vừa có thể kéo xe vừa có

thể nạp điện lại cho ắc quy và động cơ xăng có thể tách rời khỏi hệ thống để thay thế bằng một động cơ điện khi cần thiết bằng một bộ chuyển đổi nguồn lực

Để khởi động xe người lái bật chìa khóa khởi động sang vị trí ON trong khi đó cần số vẫn giữ nguyên ở vị trí 0 và đạp chân vào bàn đạp phanh Sau khi khởi động, động cơ chính của xe sẽ tự động quay hay ngừng quay phụ thuộc vào nhiệt độ của động cơ và tình trạng của ắc quy cao áp, mục đích là để tăng cường tiết kiệm nhiên liệu

Hình 2.4 : Chế độ khởi động

Hình 2.5 : Chế độ khởi hành

Ban đầu năng lượng đến từ ắc quy cao áp qua bộ chuyển đổi cấp cho động cơ xăng để cấp điện cho bugi đánh lửa và động cơ này khởi động làm quay trục khuỷu của động cơ Khi quá trình khởi động kết thúc động cơ xăng nạp điện trở lại cho ắc quy cao áp nhờ máy phát

Khi chuyển cần số sang các vị trí tương ứng và nhả bàn đạp phanh, xe bắt đầu

di chuyển Lúc này chỉ có động cơ điện dẫn động bánh xe chủ động quay ở dải tốc

độ thấp Cuối quá trình này, động cơ xăng mới bắt đầu tham gia dẫn động cho xe tăng tốc dần đến dải tốc độ thông thường

2.2.2 Chế độ chạy xe bình thường

Khi xe đã đạt đến tốc độ ổn định, cả động cơ xăng và động cơ điện đều tham gia dẫn động cho bánh xe chủ động Công suất từ động cơ xăng được chia thành hai phần: một phần dẫn động cho bánh xe chủ động, còn một phần làm quay máy phát điện Dòng điện được sinh ra trong máy phát qua bộ chuyển đổi đến làm quay động

cơ điện Sự phân bố công suất động cơ như vậy nhằm tối ưu hóa trong tiết kiệm nhiên liệu Khi cần thiết, công suất dư thừa sinh ra từ động cơ xăng sẽ được máy phát tiếp nhận để nạp điện trở lại cho ắc quy cao áp

Hình 2.6 : Chế độ chạy bình thường

2.2.3 Chế độ tăng tốc tối đa

Khi muốn tăng tốc tối đa, ắc quy cao áp sẽ cung cấp thêm năng lượng vào động cơ điện qua bộ chuyển đổi để khuếch đại công suất lên mức tối đa, bên cạnh

đó động cơ xăng cũng tăng tốc theo để xe chạy với vận tốc cao nhất

Hình 2.7 : Chế độ tăng tốc tối đa

2.2.4 Chế độ giảm tốc và dừng xe

Hình 2.8 : Chế độ hãm tái sinh năng lượng

Trong quá trình giảm tốc, động cơ điện hoạt động như một máy phát điện được dẫn động nhờ động năng từ bánh xe chủ động Người ta gọi chế độ này là chế

độ “hãm tái sinh năng lượng” khi mà động năng được chuyển hóa thành điện năng

thông qua bộ chuyển đổi để nạp lại cho ắc quy cao áp của xe

2.3 Cấu trúc của xe Lai

Cấu trúc chủ yếu của xe Lai gồm có những đặc điểm sau:

Máy phát điện có khả năng cung cấp một điện lượng lớn cho bình ắc quy ngay

cả khi động cơ xăng có tốc độ quay rất thấp

Hình 2.9 : Máy phát điện[5]

Bình ắc quy có khả năng tích trữ nhanh một điện tích đủ lớn để có thể cung

cấp cho một động cơ điện khi cần thiết nhằm thay thế hay phụ trợ cho động cơ xăng trong quá trình vận hành xe

Hình 2.10 : Bình ắc quy dung lượng cao[3]

Bộ phận chuyển đổi từ chạy bằng động cơ xăng sang động cơ điện khi bình ắc

quy đủ mạnh và ngược lại khi lượng điện tích trữ của bình ắc quy xuống thấp đến một mức giá trị nào đó

Hình 2.11 : Bộ phận chuyển đổi[3]

Ngoài việc cung cấp lực kéo, động cơ điện còn có thể tạo lực cản khi đạp thắng giúp cho các bộ phận thắng ít bị mài mòn Trớn chạy của xe ngay sau khi đạp thắng cũng được tận dụng để làm quay máy phát điện tạo nguồn cung cấp thêm cho

ắc quy

Động cơ điện và động cơ xăng kết hợp hài hòa với nhau cung cấp lực dẫn động cho xe vận hành ở nhiều chế độ vận hành tạo điều kiện cho động cơ xăng tiêu thụ ít nhiên liệu mà có thể hoạt động bình thường

Hình 2.12 : Kết hợp động cơ xăng và động cơ điệnơ10]

2.3.1 Khung xe

Khung là phần chịu lực quan trọng của một chiếc xe, nó được thiết kế để chịu tải bao gồm tải trọng bản thân xe, tải trọng các vật liệu xe chở theo, chịu lực quán tính khi xe chuyển động và khi dừng đột ngột Bên cạnh đó nó cũng sẽ quyết định hình dáng, kích thước, độ bền và khả năng cơ động của xe Chính vì những lí do trên nên trong quá trình chế tạo khung xe vấn đề về vật liệu làm khung luôn được quan tâm hàng đầu Có rất nhiều loại vật liệu để làm khung xe chẳng hạn như: nhôm, inox, thép…So sánh về các mặt như độ cứng, khả năng chịu lực uốn, xoắn, khả năng chế tạo, tính kinh tế…Nhận thấy được rằng thép vẫn luôn là vật liệu hàng đầu về sản xuất khung xe

Hiện nay, một số hãng xe nổi tiếng cũng sử dụng khung xe bằng vật liệu là thép như: HUYNDAI, ISUZU, HINO, MITSUBITSHI…

Giới thiệu một số loại khung gầm:

a Khung gầm hình chiếc thang[2]

Đây là loại khung gầm ra đời sớm nhất, hầu như tất cả các mẫu xe trên thế giới đều sử dụng loại khung gầm này Thậm chí, các mẫu SUV hiện đại ngày nay vẫn còn dùng khung gầm hình chiếc thang

Đặc điểm của loại khung gầm này là: Vật liệu chế tạo là thép hai thanh dọc là thành phần chịu lực chính, chúng có khả năng chịu tải và các lực tác động theo chiều dọc xuất hiện khi tăng tốc hoặc phanh Mặt khác, các thanh giằng chéo và hai bên có tác dụng chống đỡ các lực tác dụng bên đồng thời tăng độ cứng xoắn cho khung

Hình 2.13 : Khung gầm hình chiếc thang[2]

Ngày nay, khung gầm hình chiếc thang không sở hữu nhiều ưu điểm ngoài giá thành rẻ và dễ lắp ráp bằng tay Tuy nhiên, vì có cấu trúc 2 chiều nên độ cứng xoắn thấp hơn hẳn so với các loại khung gầm khác, đặc biệt khi chịu tác động của trọng tải đứng hoặc xóc nảy lên

Các loại xe sử dụng khung gầm hình chiếc thang: dòng xe SUV, xe cổ, Lincoln Town, Ford Crown Victoria…[10]

Hình 2.14 : Khung gầm hình chiếc thang được sử dụng trên xe AC COBRA[10]

Ưu điểm của khung gầm dạng này là rắn chắc từ mọi phía tác động so với khung gầm hình chiếc thang với trọng lượng tương đương, tuy nhiên lại rất phức tạp trong quá trình chế tạo chế tạo nhưng lại dễ dàng hơn trong quá trình gá đặt máy cũng như các bộ phận của xe vào khung xe.[2]

Ngày nay,rất nhiều loại xe ứng dụng khung gầm hình ống rỗng: toàn bộ mẫu

xe của Ferrari ra đời sau 360M, Lamborghini Diablo, Jaguar XJ220, Caterham, TVR…[10]

c Khung gầm liền khối

Hiện nay, cũng có rất nhiều mẫu xe sản xuất trên thế giới được trang bị khung gầm thép liền khối nhờ chi phí sản xuất thấp và phù hợp với dây chuyền tự động Đặc điểm của khung gầm liền khối là cấu trúc một mảnh tạo hình cho kiểu dáng tổng thể của chiếc xe và nối liền với thân xe thành một khối Trên thực tế, khung gầm liền khối là sự kết hợp của nhiều miếng hàn chặt với nhau Trong đó, miếng có kích thước lớn nhất là sàn xe, các miếng khác được nén chặt bằng máy đầm Chúng được hàn điểm với nhau bằng robot hoặc lazer trong dây chuyền sản xuất Toàn bộ quá trình chỉ diễn ra trong vài phút Sau đó, một số phụ kiện khác như cửa, ca-pô, nắp thùng xe, pa-nô bên và trần được ghép thêm vào

Hình 2.16 : Một loại khung gầm liền khối [10]

Với ưu điểm có thể sản xuất hàng loạt rẻ, khả năng bảo vệ khi xảy ra va chạm tốt và tiết kiệm không gian nên nó được sử dụng nhiều trong ngành chế tạo ô tô ngày nay Khung gầm liền khối có khả năng bảo vệ người lái khi xảy ra va chạm

Do sử dụng rất nhiều kim loại nên vùng biến dạng có thể được ghép liền luôn trong cấu trúc Toàn bộ cấu trúc thực chỉ là một lớp vỏ bên ngoài nên không cần đến sự

có mặt của ống truyền động lớn, ngưỡng cửa cao hay thanh uốn to bản…phù hợp cho sản xuất hàng loạt Trái lại, khung gầm liền khối lại nặng, không thích hợp cho các dây chuyền sản xuất qui mô nhỏ Ngoài ra, chi phí lắp đặt công cụ như máy đập

và khuôn rất cao Tỷ số độ cứng trên trọng lượng của khung gầm liền khối thuộc hạng thấp nhất so với các loại tương đương khác trừ khung gầm hình chiếc thang và hình ống rỗng

Các loại xe ứng dụng khung gầm liền khối: gần như toàn bộ các mẫu xe sản

xuất hàng loạt và tất cả thành viên của gia đình Porsche

Hình 2.17 : Một chiếc xe có loại khung gầm liền khối [10]

2.3.2 Động cơ điện

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại động cơ điện Nhưng đối với động

cơ điện của xe Lai thì được chia làm hai loại chính đó là loại động cơ có chổi than

và loại không có chổi than Ở xe Lai này nhóm tác giả đã chọn động cơ điện một chiều không chổi than làm động cơ điện chính cho xe

Động cơ điện một chiều có đặc điểm tối ưu nổi trội là moment khởi động rất lớn, đặc biệt là với động cơ không chổi than còn có ưu điểm là không gây tia lửa khi

làm việc nên có thể làm việc tại mọi điều kiện của môi trường nên rất thích hợp trong điều kiện sử dụng chung với động cơ xăng

Động cơ điện trong xe Lai có chức năng giống như một động cơ xăng, nó có thể hoạt động để vận hành xe một cách độc lập ở chế độđiệnhay hoạt động ở chế độ phụ trợ thêm công suất cho động cơ xăng trong từng điều kiện hiện hành của xe

2.3.3 Động cơ xăng

Cấu tạo động cơ xăng của xe Lai theo hướng chỉ cung cấp đủ sức cho nó chạy trên địa hình bằng phẳng ở công suất trung bình, chứ không cần đáp ứng yêu cầu vận hành tối đa Do đó sẽ tiết kệm nhiên liệu và hiệu quả vận hành cao

Khi xe cần tăng tốc đột ngột hoặc chạy trên địa hình đồi núi, vượt vật cản, lúc này động cơ xăng cần sự hỗ trợ công suất, chính động cơ điện và bình ắc quy dung lượng cáo sẽ đảm nhận nhiệm vụ này

Khi xe dừng lại, động cơ xăng sẽ tự động nghỉ, trong khi đó động cơ điện vẫn chạy để cung cấp thêm năng lượng cho bình ắc quy thông qua bộ chuyển đổi

Chức năng làm việc của động cơ xăng cũng giống như động cơ điện Động cơ xăng có thể được vận hành độc lập hay kết hợp chung với động cơ điện ở mọi điều kiện hiện hành của xe, ngoài ra động cơ xăng còn làm nhiệm vụ kéo máy phát điện cung cấp năng lượng cho bình ắc quy để phục vụ cho động cơ điện hoạt động

Hình 2.18 : Động cơ xe Lai [5]

2.3.4 Bộ sạc

Hệ thống sạc của xe Lai bao gồm máy phát sẽ được hoạt động khi xe xuống dốc, giảm tốc độ hay được hoạt động liên tục khi dung lượng bình ắc quy xuống thấp nhất và được điều khiển bởi một hệ thống sạc Hệ thống này có nhiệm vụ kiểm soát dung lượng của bình và tình trạng hoạt động của xe, khi xe xuống dốc hay giảm tốc độ hệ thống sẽ khởi động máy phát hoạt động để nạp điện cho bình ắc quy

2.4 Bộ điều khiển

2.4.1 Bộ điều khiển trung tâm

Tất cả mọi chế độ hoạt động của xe sẽ được một bộ điều khiển trung tâm (gọi tắt là ECC - Electronic Control Center)[2] điều khiển thông qua các tín hiệu vào từ

vị trí các cần hoặc nút điều khiển, cảm biến vị trí tay ga, công tắc chuyển đổi chế độ hoạt động “bình thường” hoặc “phụ trợ” của xe Sau đó nó xử lý tín hiệu và thực hiện điều khiển đến bộ thay đổi điện áp cấp cho động cơ điện, rơ le đóng ngắt mạch điện, máy phát điện, hay điều khiển ga ở động cơ xăng…

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

3.1 Lựa chọn phương án thiết kế

Thiết kế mới một số hệ thống và chọn các vật liệu có sẵn với phương án này,

ta sẽ thiết kế bố trí hệ thống cung cấp năng lượng điện, biên dạng vỏxe, hệ thống dẫn động, khung gầm và các hệ thống khác như lái, hệ thống treo, phanh theo các quy định an toàn khi lưu thông trên đường Chọn các vật liệu có sẵn dựa trên các thông số tính toán, kiểm nghiệm lại sau đó tiến hành lắp ráp

Ưu điểm:

Phù hợp với điều kiện kỹ thuật ở nước ta

Đảm bảo các quy định của nhà nước về an toàn giao thông

Giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành xe

Thời gian để đưa sản phẩm vào thực tế được rút ngắn

Giá thành sẽ ít hơn so với chế tạo mới

Đảm bảo được an toàn, sự tiện nghi khi sử dụng

Có thể có nhiều phương án bố trí thích hợp

Nhược điểm: Vẫn còn phụ thuộc vào đặc tính của một số phụ kiện có sẵn Kết luận: Dựa vào những phân tích ở trên ta thấy phương án đảm bảo được tất

cả các chỉ tiêu đã đưa ra và đảm bảo với trình độ kỹ thuật và có thể sản xuất được

3.2 Thiết kế chi tiết khung xe

3.2.2 Chọn vật liệu thi công khung

Có rất nhiều vật liệu để làm khung như nhôm, inox, thép Đối với nhôm ta nên

sử dụng nhôm cường lực vì nó có khả năng chịu lực, chống biến dạng tốt, bên cạnh

đó nó còn nhẹ nhưng độ cứng cơ khí cao Inox cũng đáp ứng tốt về khả năng chịu lực và trọng lượng cũng nhỏ Nhưng nếu sử dụng nhôm và inox trong quá trình làm

khung thì có giá thành cao và phức tạp trong quá trình thi công

Hình 3.1 : Hình ảnh bản vẽ thiết kế khung xe

Kết cấu khung thiết kế có kích thước tổng thể như sau: chiều dài 2.7m, chiều rộng 1.35m và chiều cao 1.45m Sử dụng thép ống Ф 27, dày 2mm đối với dầm, còn lại dày 1.5mm và được bố trí với 3 bánh xe

Đặc điểm khung gầm hình ống rỗng là sử dụng nhiều các ống thép cắt hình tròn Các ống thép này được đặt theo nhiều hướng khác nhau nhằm tạo ra lực cơ học chống lại các ngoại lực tác động từ khắp mọi hướng Chúng được hàn lại với nhau bằng phương pháp hàn điện và tạo thành một khối có cấu trúc định hình và vững chắc

Ưu điểm của khung gầm dạng này là rắn chắc từ mọi phía so với khung gầm hình chiếc thang và khung gầm liền thân với trọng lượng tương đương, nhưng lại rất phức tạp, tốn kém và mất nhiều thời gian để chế tạo

Hình 3.2 : Hình ảnh khung xe đang thi công

Hình 3.3 : Hình ảnh khung xe sau khi thi công

3.3 Hệ thống treo

3.3.1 Chọn loại hệ thống treo

Hệ thống treo được phân loại theo bộ phận hướng gồm có hai loại là hệ thống treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc, theo đặc của điểm của xe ta chọn hệ thống treo độc lập đối với hệ thống treo trước

Hệ thống treo độc lập bao gồm các đòn treo trên và dưới đỡ các bánh xe và cam lái nối với các đòn treo này Các đòn treo chịu các lực theo phương dọc và ngang, các lò xo chịu lực theo phương thẳng đứng Mặc dù kết cấu này phức tạp do

nó có nhiều chi tiết, nhưng nó chắc chắn và có độ cứng cao để đỡ các bánh xe Loại hệ thống treo này có thể hấp thụhiệu quả độ nhấp nhô của mặt đường xấu

và mang lại tính êm dịu khi xe chuyển động ở tốc độ cao do từng bánh xe chuyển động lên xuống độc lập so với các bánh xe khác

bộ phận hướng riêng

Bộ phận giảm chấn:

Theo cách lắp đặt với yêu cầu êm dịu của xe thiết kế, ta chọn bộ phận giảm chấn thuỷ lực dạng ống lồng, tác dụng hai chiều và có van giảm tải cho cả hệ thống treo trước

Bộ phận hướng

Hệ thống treo trước:đây là hệ thống treo độc lập nên bộ phận hướng gồm loại

một đòn, loại hai đòn chiều dài bằng nhau, loại hai đòn chiều dài khác nhau, loại đòn ống (Macphenxon), loại nến Theo yêu cầu của xe ta chọn bộ phận hướng loại hai đòn có chiều dài khác nhau cho hệ thống treo trước

3.3.3 Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước

Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước

Xác định ftt: Biến dạng tĩnh của hệ thống treo đo tại trục bánh xe ftt được xác

Trong đó: kđ là hệ số tải trọng động, kđ=1.75 đến 2.5 ; Đối với xe du lịch thì kđ nằm

ở giới hạn nhỏ, còn đối với xe tải thì kđ nằm ở giới hạn lớn, ta chọn kđ=1.75

Xác định biến dạng của hệ thống treo dưới tác dụng của tải trọng để từ đây ta lựa chọn ống nhún phù hợp cho hệ thống treo đảm bảo tính an toàn và độ êm dịu cho xe

3.3.4 Lựa chọn ống giảm chấn cho hệ thống treo

Thông qua hệ thống treo độc lập, lực giảm chấn dao động của thân xe tác động đến ống giảm chấn phải được dập tắt nhanh trong mọi trường hợp Lực giảm chấn này thay đổi theo tốc độ của pittông Hơn nữa bộ giảm chấn không những cải thiện

độ chạy êm của xe mà còn giúp cho lốp xe bám đường tốt hơn và điều khiển xe ổn định hơn

Theo tính toán ở trên mục 3.3.3 và vì lực giảm chấn tỷ lệ thuận với tốc độ

pittông nên chọn loại ống giảm chấn thủy lực kết hợp lò xo nhãn hiệu YSS có thông

số chịu tải là 80kg ở góc nghiêng 30o

Hình 3.5 : Hình ảnh ống giảm chấn cho hệ thống treo [10]

Từ kết quả kiểm nghiệm thực tế cho thấy được tác dụng của ống giảm chấn theo biểu đồ sau

Hình 3.6 : Biểu đồ dao động của ống giảm chấn [10]

3.4 Tổng quan về biên dạng thân xe

Biên dạng thân xe là phần chắn gió, che mưa và che nắng nó được thiết kế dựa trên những nguyên tắc của khí động học nhằm giảm tối đa ma sát có thể gây ra và cản trở đến vận tốc của xe, biên dạng xe thường chiếm thể tích lớn, trọng lượng cao chính vì vậy việc chọn vật liệu để làm biên dạng thân xe là điều cần thiết

Chính từ những lí do nêu trên nhóm tác giả đã phân tích vật liệu làm biên dạng thân xe để có thể đáp ứng được tối ưu nhất về độ cứng, trọng lượng nhẹ, đảm bảo được tính thẩm mỹ, tính kinh tế cao mà không ảnh hưởng đến tốc độ cũng như tiêu hao năng lượng của toàn xe

3.4.1 Tính toán và lựa chọn vật liệu làm biên dạng thân xe

Hình 3.7 :Bản vẽ biên dạng thân xe

Từ biên dạng thân xe được tính toán và thiết kế dựa trên phần mền pro engineer ta tính được thểtích của biên dạng thân xe là: 11.520.000mm3 và trọng lượng của biên dạng thân xe được tính như sau:

Trọng lượng = Khối lượng riêng × thể tích biên dạng thân xe

Khối lượng của thép

Khối lượng của Composite

Bảng 3.1 : Kết quả phân tích trọng lượng của từng loại vật liệu lên biên dạng khung

xe

Hình 3.8 : Biểu đồ trọng lượng biên dạng thân xe [4]

Biểu Đồ Trọng Lượng Của Biên Dạng Thân Xe