Thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện

Đề tài “ thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng kết hợp động cơ nhiệt và động cơ điện ” đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất một kiểu ô tô mang nhãn hiệu Việt Nam phù hợp với điều

Lời nói đầu 1

Đặt vấn đề 2

Chương 1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường và giới thiệu ô tô Hybrid 5

1.1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường 5

1.1.1 Ô nhiễm môi trường từ góc độ giao thông 5 1.1.2 Giải pháp giảm ô nhiễm môi trường do giao thông cơ giới 7 1.2 Giới thiệu chung về ô tô Hybrid 9

1.2.1 Xu thế phát triển của ô tô sạch 9 1.2.2 Giới thiệu chung và lịch sử ra đời của ô tô Hybrid 11

1.2.2.1 Ô tô Hybrid là gì 11

1.2.2.2 Lịch sử phát triển của ô tô Hybrid 11

1.2.2.3 Giới thiệu một số mẫu xe Hybrid 14

1.2.2.4 Ưu nhược điểm của ô tô Hybrid 17

Chương 2 Thiết kế chung ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi 19

2.1 Yêu cầu thiết kế 19

2.1.1 Yêu cầu chung 19 2.1.2 Cơ sở thiết kế ô tô 19

2.1.2.1 Cơ sở khoa học của thiết kế 19

2.1.2.2 Cơ sở kỹ thuật của thiết kế 19

2.1.2.3 Cơ sở kinh tế của thiết kế 19

2.1.2.4 Cơ sở thẩm mỹ của thiết kế 20

2.1.2.5 Cơ sở nhân trắc của thiết kế 20

2.1.3 Các yêu cầu kinh tế kĩ thuật cơ bản đối với kết cấu ô tô 21 2.2 Thiết kế tổng thể 22

2.3 Tính toán ổn định ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi 24

2.3.1.Xác định tọa độ trọng tâm 24

2.3.3 Tính ổn định dọc tĩnh khi ô tô xuống dốc 26

2.3.4 Tính toán ổn định ngang 27

2.3.5 Tính ổn định của ô tô khi quay vòng 28

2.4 Tính toán, lựa chọn các hệ thống phanh, lái, treo 29 2.4.1 Tính toán, lựa chọn các hệ thống phanh 29

2.4.1.2 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu phanh 31 2.4.2 Hệ thống treo 33

2.4.2.1 Chọn loại hệ thống treo 33 2.4.2.2 Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước và sau 33 2.4.3 Hệ thống lái 35

2.4.3.1 Xác định các thông số cơ bản 35 2.4.3.2 Xác định mômen cản quay vòng M cq 36 Chương 3 Thiết kế tính toán hệ thống truyền lực kết hợp động cơ điện và động cơ nhiệt 39 3.1 Các phương án bố trí và truyền động trên ô tô Hybrid 39 3.1.1 Các phương án bố trí các hệ thống trên ô tô hybrid 39

3.1.1.2 Kiểu bố trí song song 40 3.1.1.3 Kiểu bố trí hỗn hợp 41 3.1.2 Các phương án truyền động trên ô tô hybrid 42

3.1.2.1 Bộ truyền kết hợp công suất kiểu nối cứng tốc độ (2 1 i 21 ) 44 3.1.2.2 Bộ truyền kết hợp công suất kiểu biến đổi mômen 46 3.1.2.3 Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai 51 3.2 Tính toán, lựa chọn công suất động cơ điện và nhiệt 55 3.2.1 Tính toán, lựa chọn công suất động cơ nhiệt 55

3.2.2 Phân chia tỷ lệ công suất 57

3.2.3 Lựa chọn động cơ : 57

3.2.4 Tính toán, lựa chọn công suất động cơ điện 58

3.2.5 Xác định các thông số cho pin ( ắc quy chính ) dùng chạy động cơ điện.62 3.3 Hệ thông điều khiển trên ô tô Hybrid 65

3.3.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trên ô tô Hybrid 65

3.3.2 Điều khiển động cơ điện 1 chiều 66

3.3.2.1 Phương án điều khiển động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 66 3.3.2.2 Bộ băm điện áp 68 3.3.2.3 Mạch đảo chiều của hệ thống Tyristo – động cơ 72 3.3.2.4 Mạch điện điển hình để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 73 3.3.2.5 : Sơ đồ mạch điện điều khiển chung 78 3.4 Các bộ phận chính trong hệ thống truyền động kết hợp 80 3.4.1 Bộ điều khiển trung tâm HV ECU (Hybrid Vehicle Electronic Control Unit) 80

3.4.2 Động cơ đốt trong 80

3.4.3 Bộ kết hợp công suất 80

3.4.4 Động cơ điện 81

3.4.5 Bộ phận chuyển đổi 82

3.4.6 Pin nhiên liệu 82

3.4.7 Cáp nguồn 83

3.4.8 Hộp số vô cấp 83

3.5 Nguyên lý hoạt động của ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng kết hợp động cơ nhiệt và động cơ điện 84 3.5.1 Chế độ đứng yên 84

3.5.2 Chế độ khởi động xe 85

3.5.3 Chế độ khởi động động cơ đốt trong khi xe đang chạy 86

3.5.4 Tăng tốc nhẹ với động cơ 87

3.5.6 Tăng tốc 89

3.2 7 Tốc độ cao ổn định 90

3.5.8 Tốc độ tối đa 91

3.6 Xác định các thông số cơ bản của bộ truyền kết hợp kiểu vi sai 93 3.6.1 Số răng của các bánh răng của bộ vi sai 93

3.6.2 Các kích thước cơ bản của bộ vi sai 93

Chương 4 Xây dựng đường đặc tính ô tô Hybrid 97 4.1 Xây dựng đặc tính động cơ đốt trong 97 4.2 Xây dựng đặc tính Moto 99 4.3 Xây dựng đặc tính kéo cho ôtô HYBRID 101 4.3.1 Tính tỷ số truyền chính io 101

4.3.2 Các công thức tính lực kéo 102

Chương 5 Quy trình kiểm tra chất lượng xuất xưởng 106 5.1 Kiểm tra tổng thể: 106 5.1.1 Số khung, số động cơ: 106

5.1.2 Khung,thân vỏ 106

5.1.3 Gương chiếu hậu phía ngoài: 106

5.1.4 Hệ thống đèn chiếu sáng và tín hiệu 107

5.1.5 Động cơ và các bộ phận liên quan 107

5.1.6 Bánh xe và moay ơ: 107

5.2 Kiểm tra gầm xe 108 5.2.1 Hệ thống phanh 108

5.2.2 Li hợp 108

5.2.3 Cơ cấu lái và các đòn dẫn động lái 108

5.3.3 Các khớp cầu, khớp chuyển hướng 109

5.3.4 Ngõng quay lái: 109

5.3.5 Lò xo, ụ hạn chế hành trình 109

5.3.6 Giảm chấn: 109

5.3.7 Các đăng: 110

5.3.8 Cầu xe: 110

5.3 Kiểm tra buồng lái và khoang hành khách 110 5.3.1 Kính chắn gió: 110

5.3.2 Gương chiếu hậu: 111

5.3.3 Gạt nước và phun nước rửa kính: 111

5.3.4 Ghế người lái: 111

5.3.5 Đai an toàn ghế của người lái: 111

5.3.6 Vô lăng lái: 112

5.3.7 Cần số, phanh tay 112

5.3.8 Các pêđan li hợp, phanh, ga 112

5.3.9 Các đồng hồ tốc độ, áp suất khí nén, báo số vòng quay động cơ, mức nhiên liệu…, các đèn chỉ báo 112

5.3.10 Kính cửa sổ: 113

5.3.11 Sàn xe, trần xe và các thành bên: 113

5.3.12 Đèn chiếu sáng trong xe, đèn bậc cửa lên xuống, điều hòa, quạt thông gió 113

Kết luận 114

Lời nói đầu.

Ngày nay, vấn đề môi trường là một vấn đề ” đặc biệt” luôn được quan tâmkhông chỉ trong phạm vi một quốc gia mà lan rộng ra trên toàn thế giới Ô nhiễm do xe

cơ giới đang là vấn nạn của các quốc gia, nhất là những quốc gia đang phát triển nhưViệt Nam Nó ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khoẻ con người

Với mục đích cải thiện về trang thiết bị, máy móc, sức lao động con người Nhằm nângcao chất lượng vệ sinh,giảm thải ô nhiểm môi trường, đảm bảo quá trình đô thị hoá củathành phố , trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em chọn nhiệm vụ " Thiết kế ô tôHybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt và điện.”

Đồ án tốt nghiệp là điều kiện tất yếu mà mọi sinh viên phải hoàn thành, để hiểubiết một cách chặt chẽ và nắm vững sâu thêm về kiến thức ôtô Qua đó sẽ cũng cố thêmkiến thức đã học, thể hiện sự am hiểu về kiến thức cơ bản và cũng là sự vận dụng lýthưyết sao cho hợp lý, nghĩa là lúc này sinh viên đã được làm việc của một cán bộ kỹthuật

Trong quá trình hoàn thành đề tài, mặc dù đã rất cố gắng, nhung do kiến thức cóhạn, tài liệu tham khảo về xe hybrid còn thiếu, chưa có nhiều thực tế ngoài đời sốngnên đề tài không thể tránh khỏi thiếu xót Em rất mong được sự chỉ dẫn quý báu củathầy cô để em hoàn thiện tốt hơn Em chân thành gửi lời cảm ơn thầy giáo hướng dẫn

TS Lê Văn Tụy, thầy hướng dẫn Th.s Phạm Quốc Thái, các thầy cô trong khoa và cácbạn sinh viên đã giúp đỡ hết sức tậm tình để em hoàn thành đồ án và khóa học

Đà nẵng, ngày 30 tháng 05 năm 2011

Sinh viên thực hiện:

Lê Đắc Dũng.

ĐẶT VẤN ĐỀ.

Phương tiện giao thông là nguồn phát thải ô nhiễm không khí quan trọng nhất hiệnnay Phương tiện giao thông không gây ô nhiễm (zero emission) từ lâu đã là mục tiêunghiên cứu của các nhà khoa học Nhiều giải pháp đã được đưa ra cả về mặt hoàn thiệnkết cấu động cơ lẫn tìm kiếm các nguồn nhiên liệu thay thế xăng dầu truyền thống đểgiảm mức độ phát thải ô nhiễm Các nghiên cứu này trở nên bức thiết khi nguồn dầulửa ngày càng cạn kiệt, giá dầu thô thay đổi thất thường và dường như không còn đượckiểm soát bằng những giải pháp truyền thống mà thế giới đã dùng trong hơn thế kỷqua

là tháng thứ năm liên tiếp, các chuyên gia phân tích tăng mức giá dầu dự báo (tăng6,33$/thùng so với dự báo trước) Giá dầu thô Mỹ Trung bình Quý 2/2011sẽ là99,8$/thùng Giá dầu Brent trung bình năm nay cũng được dự báo tăng 13,4$/thùng so

với báo cáo trước, lên mức 104,57$/thùng Giá dầu Brent trung bình Quý 2/2011sẽ là107,9$/thùng Mức chênh lệch giá giữa dầu Brent và WTI sẽ ở ngưỡng trung bình7,84$/thùng trong suốt năm 2011, giá dầu WTI vẫn thấp hơn Brent.

Hình 1-2: Giá dầu thô thế giới và dự báo giá dầu thô năm 2011 (theo Reuters).Trong những năm qua, Nhà Nước phải dùng ngân sách để bù lỗ cho xăng dầu đểđảm bảo ổ định giá mặt hàng thiết yếu này nhằm ổn định giá cả của các mặt hàng khác.Tuy nhiên hiện nay giá dầu thô trên thế giới đã vượt ngưỡng 100USD/thùng, NhàNước không còn khả năng bù lỗ, giá xăng dầu đã tăng và trong tương lai, mức độ tănggiá xăng dầu sẽ ngày càng mạnh mẽ hơn do nguồn dữ trữ dầu thô đã cạn kiệt Theo

thống kê của Exxon Mobil, 2002 lượng xăng dầu và khí gas được tìm thấy đến bây giờ

chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ

Lượng khí tìm thấy

Lượng khí tiêu thụ

Lượng dầu tiêu thụ

Mặt khác, điều kiện của nước ta năng lượng điện năng tuy chưa có sản lượng lớnnhưng tiềm năng là không thể bỏ qua Hiện tại điện năng nước ta chủ yếu được sảnxuất bằng thủy điện (năng lượng tái sinh) Một số nhà máy thủy điện lớn như : nhà máythuỷ điện Sơn La (tỉnh Sơn La), Hoà Bình ( tỉnh Hòa Bình), Ialy ( Gia Lai- Kon Tum),Trị An ( Đồng Nai), Sông Hinh ( Phú Yên), Thác Mơ ( Bình Phước), Đa Nhim (NinhThuận) Ngoài ra còn phải kể đến nhiệt điện Phả Lại ( Hải Dương ), Uông Bí ( QuảngNinh) Xu hướng nước ta sẽ xây thêm nhiều nhà máy thủy và nhiệt điện và nhất là sẽxây dựng nhà máy điên hạt nhân Do đó từ nay đến 2020, ô tô hybrid chạy kết hợpđộng cơ nhiệt và động cơ điên và nạp điện bổ sung bằng là phù hợp nhất Trong xu thếhòa nhập kinh tế khu vực (AFTA) và thế giới (WTO), thị trường nội địa của nước tachắc chắn sẽ là mảnh đất màu mỡ đối với các nhà sản xuất ô tô thế giới Mặt khác việchoà nhập kinh tế với thế giới sẽ nẩy sinh vấn đề về tiêu chuẩn chất thải của xe cho phùhợp với những quy định của thế giới Nếu chúng ta cứ nhập xe từ nước khác xẽ làmmất thị phần đối với một sản phẩm công nghiệp quan trọng của đất nước Vì vậy, việcnghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất một chủng loại ô tô phù hợp với điều kiện sử dụngtrong nước có ý nghĩa rất thiết thực, cấp bách và mang tính chiến lược đối với nước ta

Đề tài “ thiết kế ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng kết hợp động cơ nhiệt và động cơ điện ” đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất một kiểu ô tô mang nhãn hiệu

Việt Nam phù hợp với điều kiện giao thông trong nước, giá thành vừa phải, có hiệusuất sử dụng năng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp, góp phần thực hiện nhiệm

vụ cấp bách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.Mục tiêu chính hướng tới của đề tài là :

- Nâng cao điều kiện sống của người dân

- Nâng cao chất lượng vệ sinh đảm bảo quá trình đô thị hoá của thành phố

- 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

Chương 1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường và giới thiệu ô tô Hybrid.

1.1 Tổng quan về ô nhiễm môi trường.

1.1.1 Ô nhiễm môi trường từ góc độ giao thông.

Trái đất nóng lên đang là thách thức của nhân loại mọi quốc gia trên thế giới,nhiều biện pháp giảm thiểu tình trạng này được đưa ra Nhưng hàng ngày, vẫn có mộtnghịch lý diễn ra, chúng ta vẫn mặc nhiên “đóng góp” thêm cho sự nóng lên bằngchính phương tiện giao thông cơ giới: tai nạn, ùn tắc, lãng phí, rối loạn từ giao thông Không những thế phương tiện giao thông cơ giới ngày càng tăng nhanh

Hình 1-4: Số lượng ô tô và xe máy hoạt động hàng năm của Việt Nam

(Nguồn: Cục Đăng kiểm Việt Nam và Vụ KHCN&MT, Bộ GTVT, 2009)

Mới đây, Cục Đăng kiểm Việt Nam công bố kết quả khảo sát nghiên cứu về môitrường đô thị: Hầu hết các loại khí độc hại như HC, CO, C02, S02, NOx trong môitrường không khí tại các đô thị Việt Nam đều vượt tiêu chuẩn cho phép Có những nơimật độ giao thông cao, tình trạng tắc nghẽn giao thông thường xuyên thì mức độ ônhiễm và các chất độc hại nêu trên tăng gấp hơn hai lần so với tiêu chuẩn cho phép.Khí thải xe gây hại sức khỏe cộng đồng Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường khôngkhí xuất phát từ hoạt động xây dựng, sản xuất công nghiệp… nhưng nguyên nhânchính được các cơ quan chức năng xác định là do lượng khí thải phát ra từ xe môtô, xegắn máy không kiểm soát được Môi trường không khí bị ô nhiễm đã và đang gây hạiđến sức khỏe con người, làm ảnh hưởng trực tiếp đến hệ hô hấp và nhiều cơ quan nộitạng khác Các nhà nghiên cứu đã tính toán và đưa ra con số về mức độ thiệt hại kinh tế

do ô nhiễm không khí, chủ yếu là do khí thải xe máy, ở TP.HCM là hơn 50 triệu

USD/năm; còn ở Hà Nội là hơn 20 triệu USD/năm, chiếm từ 0,3 đến 0,6% GDP củathành phố

Dưới đây là biểu đồ về lượng ô nhiễm của một số chất gây ô nhiễm như : NO2,

CO, CO2 do Các trạm QT&PTMT vùng (Đất liền 1, 2, 3) – Mạng lưới QT&PTMTquốc gia, 2010 và Chi cục BVMT TP Hồ Chí Minh, Cục BVMT, 2007 cung cấp

Biểu đồ 3.

Hình 1-7: Diễn biến nồng độ CO tại các tuyến đường phố của một số đô thị 2002-2006

( nguồn : Chi cục BVMT TP Hồ Chí Minh, Cục BVMT, 2007)

1.1.2 Giải pháp giảm ô nhiễm môi trường do giao thông cơ giới.

Trước thực trạng đó nhà nước cần phải có những phương án cụ thể :

- Cải tạo quy hoạch hệ thống giao thông đô thị sao cho đáp ứng các chỉ tiêu: Tỷ lệdiện tích giao thông động đạt 15-20% tổng diện tích xây dựng đô thị, tỷ lệ diệntích giao thông tĩnh đạt 3-6%, mật độ đường đạt khoảng 6km/1km2;

- Phát triển giao thông công cộng (đạt trên 40%), giao thông đi bộ và đi xe đạptrong thành phố;

- Thắt chặt các tiêu chuẩn môi trường có liên quan (tiêu chuẩn xăng dầu, tiêuchuẩn khí thải của các phương tiện giao thông cơ giới);

- Tiến hành kiểm soát nguồn thải của các loại xe và cấm vận hành đối với các xekhông đạt tiêu chuẩn EURO2 về khí thải

- Khuyến khích xe cộ sử dụng nhiên liệu sạch hơn (xe chạy bằng khí hóa lỏng(LPG), khí tự nhiên nén (CNG), ethanol, dầu sinh học) và xe điện

- Cấm hoặc giảm lượng xe cá nhân chạy ở khu vực trung tâm thành phố, chỉ dànhcho người đi bộ và xe công cộng

- Truyền thông nâng cao nhận thức và xây dựng văn hóa, đạo đức môi trường chomọi người dân đô thị, đặc biệt là đối với những người lái xe ô tô, xe máy và chủcác cơ sở sản xuất

Giới thiệu tiêu chuẩn EURO áp dụng ở Việt Nam cho các loại động cơ đốt trong.

a Phương tiện loại nhẹ.

1 Euro2 Euro3 Euro4 Euro 5(2008)

1.2 Giới thiệu chung về ô tô Hybrid.

1.2.1 Xu thế phát triển của ô tô sạch.

Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, tập trung vào việchoàn thiện quá trình cháy động cơ Diesel, sử dụng các loại nhiên liệu không truyềnthống cho ô tô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, ethanol, biodiesel, điện, pin nhiênliệu, năng lượng mặt trời, ô tô lai (hybrid) Xu hướng phát triển ô tô sạch có thể tổnghợp như sau:

+ 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

+ Ô tô chạy bằng các loại nhiên liệu lỏng thay thế:

Các loại nhiên liệu lỏng thay thế quan tâm hiện nay là cồn, colza, có nguồn từthực vật Do thành phần C trong nhiên liệu thấp nên quá trình cháy sinh ra ít chất ônhiễm có gốc carbon, đặc biệt là giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính Ngày nayviệc ứng dụng các loại nhiên liệu lỏng thay thế trên phương tiện vận tải nói chung vàtrên xe buýt nói riêng vẫn còn rất hạn chế do giá thành của nhiên liệu còn cao Tuynhiên giải pháp này có lợi ở những nơi mà nguồn nhiên liệu này dồi dào hoặc các loạinhiên liệu trên được chiết xuất từ các chất thải của quá trình sản xuất công nghiệp

Một loại nhiên liệu lỏng thay thế khác mới đây được công bố là Dimethyl ether(DME) được chế tạo từ khí thiên nhiên Đây là loại nhiên liệu thay thế cực sạch có thểdùng cho động cơ diesel giống như LPG Thử nghiệm trên ô tô cho thấy, ô tô dùngDME có mức độ phát ô nhiễm thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn ô tô phát ô nhiễm cựcthấp California ULEV Nếu việc sản xuất DME trên qui mô công nghiệp thành hiệnthực thì trong tương lai nó sẽ là nhiên liệu lỏng lý tưởng nhất vì khí thiên nhiên phân

bố đều khắp trên trái đất và có trữ lượng tương đương dầu mỏ

+ Ô tô chạy bằng khí thiên nhiên:

Sử dụng ô tô 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 trường trongthành phố Cho tới nay có hai giải pháp sử dụng khí thiên nhiên trên xe buýt, đó là khí

thiên nhiên dưới dạng khí và khí thiên nhiên dưới dạng lỏng Một trong những khókhăn khiến cho nguồn năng lượng này chưa được áp dụng rộng rãi trên phương tiệnvận tải là vấn đề lưu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) trên ô tô Ngày nayviệc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đã được cải thiện nhiều cả về công nghệ lẫn vậtliệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cố bằng sợi carbon

+ Ô tô chạy bằng khí dầu mỏ hóa lỏng LPG:

Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày càng trở nên là loại nhiên liệu ưa chuộng đểchạy ô tô 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 ô tô chạy bằngnhiên liệu lỏng sang dùng LPG có thể được thực hiện theo ba hướng: sử dụng duy nhấtnhiên liệu LPG, sử dụng hoặc xăng hoặc LPG, sử dụng đồng thời diesel và LPG (dualfuel) Việc tạo hỗn hợp LPG không khí có thể thực hiện bằng bộ chế hoà khí kiểuVenturie thông thường hay phun LPG trên đường nạp Những hệ thống phun mới đangđược nghiên cứu phát triển là phun LPG dạng lỏng trong buồng cháy để tăng tính năngcông tác của loại động cơ này Cũng như các loại nhiên liệu khí khác, việc lưu trữ LPGtrên ô tô là vấn đề gây nhiều khó khăn nhất mặc dù áp suất hóa lỏng của LPG thấp hơnrất nhiều so với khí thiên nhiên hay các loại khí khác Các loại bình chứa nhiên liệuLPG cũng được cải tiến nhiều nhờ vật liệu và công nghệ mới

+ Ô tô chạy bằng điện:

Ô tô chạy điện về nguyên tắc là ô tô sạch tuyệt đối (zero emission) đối với môitrường không khí trong thành phố Nguồn điện dùng để chạy ô tô được nạp vào accu do

đó quãng đường hoạt động độc lập của ô tô phụ thuộc vào khả năng tích điện của accu.Nếu nguồn điện được sản xuất từ các nguồn năng lượng tái sinh (thủy điện, pin mặttrời ) thì ô tô dùng điện là loại phương tiện lý tưởng nhất về mặt ô nhiễm môi trường.Tuy nhiên nếu nguồn điện được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch thì ưu điểm này bị hạnchế nếu xét về mức độ phát ô nhiễm tổng thể Ngày nay ô tô chạy bằng accu đã đạtđược những tính năng vận hành cần thiết giống như ô tô sử dụng nhiên liệu lỏng truyềnthống

+ Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu:

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

giai đoạn thương mại hóa để cung cấp năng lượng cho ô tô Do không có quá trìnhcháy xảy ra nên sản phẩm hoạt động của pin nhiên liệu là điện, nhiệt và hơi nước Vìvậy có thể nói ô tô hoạt động bằng pin nhiên liệu là ô tô sạch tuyệt đối theo nghĩa phátthải chất ô nhiễm trong khí xả Ô tô chạy bằng pin nhiên liệu không nạp điện mà chỉnạp nhiên liệu hydrogen Khó khăn vì vậy liên quan đến lưu trữ hydro dưới áp suất caohoặc trong vật liệu hấp thụ trên phương tiện vận tải

1.2.2 Giới thiệu chung và lịch sử ra đời của ô tô Hybrid.

1.2.2.1 Ô tô Hybrid là gì.

Hybrid nghĩa là lai, ôtô hybrid (Hybrid Electric Vehiclé-HEVs) là dòng ôtô sửdụng động cơ tổ hợp Thật ra, ý tưởng“Hybrid”đã có từ rất lâu đời Theo Bách KhoaToàn Thư mở Wikipedia thì Hybrid Vehicle, tạm dịch là Phương Tiện Giao ThôngGhép, là một phương tiện giao thông mà được động lực bằng hai nguồn năng lượng trởlên Ví dụ như sự kết hợp giữa: Hệ thống Chứa Năng Lượng Nạp Lại Được(Rechargeable Energy Storage System hay RESS, hoặc cụ thể hơn là Pin nạp lại được)

và Nguồn  Năng Lượng Nhiên Liệu (Xăng, dầu diesel v.v ) Xe đạp bằng sức ngườivới sự trợ giúp của động cơ điện ví dụ như xe đạp điện chẳng hạng Tàu buồm kết hợpvới mô-tơ điện.Động cơ hybrid là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong thông thường vớimột động cơ điện dùng năng lượng ắc quy Bộ điều khiển điện tử sẽ quyết định khi nàothì dùng động cơ điện, khi nào thì dùng động cơ đốt trong, khi nào dùng vận hành đồng

bộ và khi nào nạp điện vào ắc quy để sử dụng về sau

Trong thực tế hiện nay, thuật ngữ này (Hybrid Vehicle) thường dùng để nói đếnPhương Tiện Giao Thông Ghép kết hợp năng lượng từ điện và xăng (PetroleumElectric Hybrid Vehicle) hay viết tắt trong tiếng anh là PEHV, và cũng có thể được viếttắt là HEV (Hybrid Electric Vehicle) Theo ngôn ngữ phổ thông tiếng Việt thườngdùng ta có thể gọi là “Xe điện xăng”, hay tiếng Anh là Hybrid Car

1.2.2.2 Lịch sử phát triển của ô tô Hybrid.

Những chiếc xe lai đầu tiên được triển lãm ở Paris Salon năm 1899 Nó đượcchế tạo bởi Pieper, Liège của Bỉ và công ty truyền tải điện Vendovelli và Priestly củaPháp Xe Pieper là một kiểu xe lai song song với một động cơ xăng nhỏ làm mát bằnggió được hỗ trợ thêm một động cơ điện và các ắc quy chì Ắc quy sẽ được nạp khi xeđang chạy đều trên đường cao tốc hoặc khi xe hoạt động tại chỗ Khi công suất dẫn

động yêu cầu cao hơn công suất định mức của động cơ, motor điện sẽ cung cấp thêmcông suất cho động cơ Nó là một trong hai chiếc xe hybrid đầu tiên và là chiếc xe laisong song đầu tiên và không nghi ngờ rằng nó cũng là chiếc xe khởi động điện đầutiên.

Một chiếc hybrid khác được giới thiệu tại Paris Salon, 1899 là chiếc xe lai kiểunối tiếp đầu tiên và nó thừa kế từ xe điện thương mại của công ty Vendovelli vàPriestly Pháp Chiếc xe điện này có 3 bánh với 2 bánh sau được dẫn động bởi hai motorđộc lập Thêm vào đó là một động cơ xăng 3/4 hp và một máy phát 1,1 kW được đặt ởthanh dằng và được kéo bởi xe để làm tăng tầm hoạt động của xe bằng cách nạp lại cho

ắc quy Trong trường thiết kế của người Pháp này, thiết kế lai được dùng để tăng thêmphạm vi hoạt động cho một xe điện và không cung cấp thêm năng lượng cho một động

cơ đốt trong yếu

Một người Pháp tên là Camille Jenatzy đã giới thiệu một chiếc xe lai song songtại Paris Slon vào năm 1903 Chiếc xe này kết hợp một động cơ xăng 6 hp và một động

cơ điện 14 hp, nó có thể nạp lại cho ắc quy từ động cơ hoặc có thể hỗ trợ động cơ Mộtngười Pháp khác tên là H.Krieger chế tạo một chiếc xe lai kiểu nối tiếp thứ hai vàonăm 1902 Thiết kế của ông dùng hai motor DC dẫn động hai bánh trước, chúng lấynăng lượng từ 44 ngăn ắc quy chì, chúng được nạp lại bằng một máy phát điện mộtchiều dẫn động bởi động cơ sử dụng cồn đánh lửa cưỡng bức

TS Victor Wouk được biết đến như là một nhà nghiên cứu trong trào lưu xe laiđiện13 Năm 1975, ông cùng với các đồng nghiệp đã xây dựng một phiên bản xehybird kiểu song song của chiếc Buick Skylark.13 Động cơ được sử dụng là động cơquay của Mazda kết hợp với hộp số thường Nó được hỗ trợ bởi động cơ điện DC riêngbiệt 15 hp được đặt phía trước hộp số 8 ắc quy 12 V được sử dụng để dự trữ nănglượng Tốc độ tối đa xe đạt được là 80 mph (129 km/h), khả năng tăng tốc từ 0 đến 60mph trong 16s Thiết kế xe lai nối tiếp được hồi sinh bởi giáo sư Dr Ernest H.Wakefield năm 1976, khi đang làm việc cho Linear Alpha Inc Một động cơ - máy phát

AC nhỏ với công suất đầu ra 3 kW được sử dụng để nạp bộ ắc quy Tuy nhiên nhữngthí nghiệm này nhanh chóng dừng lại bởi vì vấn đề kỹ thuật Những tiếp cận khác đượcnghiên cứu trong thập niên 70 và những năm đầu thập niên 80 nhằm mở rộng dải hoạtđộng của xe lai, dựa trên thiết kế của Venlovelly và Priestly năm 1899 Nhưng nhữngnghiên cứu này không thể tiếp cận thị trường Các mẫu xe lai khác được chế tạo bởi tập

kiểu bố trí song song Khái niệm xe lai điện thật sự trở nên hấp dẫn vào thập niên 90khi một điều trở nên chắc chắn rằng xe điện không bao giờ đạt đến mục tiêu tiết kiệmnăng lượng Tập đoàn Ford Motor khởi động chương trình “Thách thức xe lai điệnFord” thu hút những nỗ lực từ các trường đại học nhằm phát triển phiên bản xe lai cho

sản xuất ô tô

Các nhà sản xuất xe hơi trên thế giới đã xây dựng nhiều mẫu động cơ lai đạt đếntính tiết kiệm nhiên liệu thật tuyệt vời so với các phiên bản động cơ đốt trong trướcđây Tại Mỹ, Dodge đã xây dựng mẫu xe Intrepid ESX 1, 2, và 3 ESX1 là xe lai điện

bố trí nối tiếp, công suất được cung cấp bởi động cơ diesel tăng áp nhỏ 3 xylanh và bộnguồn ắc quy, 2 động cơ điện công suất 100 hp được đặt ở hai bánh sau Chính phủ Mỹlập ra “Hiệp hội cho một thế hệ xe mới” (Partnership for a New Generation of Vehicles

- PNGV) và đặt ra chỉ tiêu đối với dòng xe sedan trung bình phải đạt đến 80 mpg FordProdigy và GM Precept là kết quả của nỗ lực này, cả hai chiếc này đều là xe lai điện bốtrí song song, nguồn công suất sử dụng động cơ diesel tăng áp kích thước nhỏ kết hợpvới ly hợp khô và hộp số thường Cả hai đều đạt được yêu cầu chỉ tiêu đề ra nhưng việcsản xuất này không được thực hiện

Nỗ lực của người châu Âu được thể hiện qua chiếc French Renault Next, làchiếc xe lai điện cỡ nhỏ sử dụng động cơ đốt cháy cưỡng bức 750 cc và 2 motor điện

Nó có thể đạt tốc độ tối đa là 29.4 km/l (70 mpg) và đặc tính tăng tốc tương đương vớikiểu xe truyền thống Volkswagen cũng cho ra mẫu Chico, về cơ bản nó là một chiếc

xe điện, với bộ ắc qui nickel–metal hydride và một động cơ kích từ ba pha Một động

cơ xăng nhỏ hai xy lanh dùng để nạp lại cho ắc quy và cung cấp thêm công suất khihoạt động tốc độ cao

Sự nỗ lực đáng kể nhất trong sự phát triển và thương mại hóa xe lai điện đượctạo ra bởi các nhà sản xuất người Nhật Năm 1997 Toyota đã cho ra mắt dòng sedanPrius ở Nhật, Honda cũng cho ra dòng xe Civic và Civic Hybrid Những chiếc xe trênhiện đang lưu thông trên toàn thế giới Chúng có thể đạt đến tính năng tiêu thụ nhiênliệu tuyệt hảoToyota Prius và các dòng xe Honda có một giá trị lịch sử vì chúng lànhững chiếc xe lai đầu tiên đi vào thương mại hóa trong kỷ nguyên hiện đại để đáp ứngvấn đề tiêu thụ nhiên liệu trên xe

1.2.2.3 Giới thiệu một số mẫu xe Hybrid.

Có rất nhiều mẫu xe của các hang sản xuất trên thế giới sử dụng công nghệ laiHybrid như Toyota Prius, Camry Hybrid, Honda Civic hybrid, Honda Insigh, HuyndaiSotana Hybrid, Nissan Altima Hybrid, Ford Escape Hybrid, Saturn Vue Green Line…Dưới đây giới thiệu một số mẫu xe Hybrid tiết kiệm nhiên liệu và ăn khách nhất thếgiới

+ Toyota Prius.

Toyota vừa tuyên bố doanh số mẫu Prius trên thị trường toàn cầu đã vượt mốc 2triệu chiếc Đây là một trong những dòng xe bán chạy nhất của Toyota tại 70 quốc gia

trên thế giới, đặc biệt là ở Nhật Bản và Bắc Mỹ Tính đến thời điểm cuối tháng 9/2010,

tổng số xe Prius tiêu thụ được đã đạt mức 2.012.000 chiếc Toyota bắt đầu phân phốiPrius tại Nhật Bản vào năm 1997, tiếp đến là châu Âu, Bắc Mỹ và hơn 200 quốc giakhác Thế hệ Prius thứ 2 trình làng vào năm 2003, đến năm 2009, Toyota giới thiệuPrius thế hệ thứ 3

Hình 1-8: Toyota Prius

Ngoài ra theo Cơ quan bảo vệ môi trường và Bộ Năng lượng Mỹ, công bố bảngxếp hạng tiêu thụ nhiên liệu (Fuel Economy Guide) của các xe phiên bản 2011 Theo

đó, tại Mỹ, Toyota Prius 2011 vẫn đứng đầu bảng về độ tiết kiệm nhiên liệu, với mức

tiêu thụ 4,6 lít/100km đường thành phố và 4,9 lít/100km đường cao tốc Cơ quan bảo

vệ môi trường Mỹ (EPA) là được coi là đơn bị đánh giá mức tiêu thụ nhiên liệu của ô

tô đáng tin cậy nhất, có giá trị tham khảo rất cao đối với người mua xe không chỉ tại

Công suất cực đại ( Hp/rpm) 134hp (36hp từ mô-tơ điện)/ 5200

Mômen xoắn cực đại ( Nm/ rpm) 142 / 4000 (động cơ xăng)

Tiêu thụ nhiên liệu (city, L/ 100Km) 4.6

Tiêu thụ nhiên liệu (highway, L/ 100Km) 4.9

Tiêu thụ nhiên liệu (combined, L/

Phanh, lốp.

Lốp trước/sau P195/65R15 89S/ P215/45R17 89S

Hệ thống phanh trước/sau Đĩa tản nhiệt với caliper trượt pit-tôngđơn 10.0-inch/10.2inch , có ABS

+ Honda Civic Hybrid.

Honda Civic Hybrid là một mẫu xe Hybrid có hình dáng đẹp và tiết kiệm nhiênliệu và bán chạy chỉ đứng sau Toyota Prius Với động cơ xăng dung tích 1,3 lít I4, côngsuất 95 mã lực và mô-tơ điện 20 mã lực, Civic hybrid có mức tiêu hao nhiên liệu theođánh giá của cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ EPA là 4,8 lít cho 100 km trong thành phố

và 4,6 lít trên đường trường Tuy nhiên, giá trị này rất ít khi đạt được Các số liệu phổbiến của Civic hybrid là 5,9 lít và 5,2 lít, nhỉnh hơn một chút so với Prius Giá củaCivic hybrid tại Mỹ vào khoảng 23.000 USD Tuy nhiên quá trình hoạt động củaHonda Civic lại khác hẳn với Toyota Prius

Hình 1-9: Honda Civic Hybrid

Về tổng thể, Civic hybrid và Toyota Prius cùng kết hợp giữa hai động cơ xăng

và động cơ điện Tuy nhiên, nếu Prius có thể ngừng động cơ xăng và chỉ vận hành bằng

động cơ điện thì Civic hybrid lại không làm được điều này Nếu không có phương pháp xử lý, rõ ràng công nghệ hybrid trên Civic trở thành vô nghĩa Bởi nếu cả

động cơ xăng và điện luôn luôn phải làm việc cùng nhau thì xe vẫn "ăn" xăng nhưthường Honda đã nhờ cậy công nghệ điều khiển van biến thiên i-VTEC và đây thực sự

là giải pháp không thể tốt hơn Khi cần thiết, i-VTEC đóng toàn bộ các van, ngănkhông cho nhiên liệu vào xi-lanh Do đó, động cơ xăng của Civic vẫn chạy, trục khuỷu

và piston vận hành lên-xuống bình thường nhưng không hề tốn một giọt nhiên liệu nào

Quá trình đóng van được Honda chương trình hóa, dựa trên các thông số về tốc

độ và tải trọng Chẳng hạn ở tốc độ 30-40 km/h trên mặt đường phẳng, động cơ xăng bị

"vô hiệu hóa" và một mô-tơ điện sẽ đóng vai trò cung cấp động năng cho xe Khi giảmtốc, i-VTEC cũng có những tác động tương tự

Dưới đây là Quá trình vận hành của hệ thống Hybrid ở các chế độ:

 Khi xe trong chế độ nghỉ: Động cơ tắt và mức tiêu hao nhiên liệu là

không

 Khởi động và tăng tốc : Động cơ hoạt động ở chế độ đóng mở vanvòng tua thấp, có mô tơ trợ giúp

 Khi xe tăng tốc nhanh : Động cơ hoạt động, van điều chỉnh tốc độ

cao, có mô tơ trợ giúp

 Khi xe vận hành với tốc độ thấp: Van của cả 4 xi lanh trong động cơ

sẽ được đóng lại, quá trình đốt cháy tạm dừng Lúc này mô tơ điệnđảm nhiêm vai trò vận hành chính

 Khi xe tăng tốc nhẹ nhàng và chạy với tốc độ cao: Xe được vận hành

nhờ động cơ hoạt động trong điều kiện van điều chỉnh ở tốc độ thấp

 Giảm tốc: Van của cả 4 xi lanh trong động cơ bị đóng kín, quá trình

cháy tạm ngưng Mô tơ thu hồi tối đa năng lượng giải phóng nhờ quátrình giảm tốc để nạp điện cho ác quy

1.2.2.4 Ưu nhược điểm của ô tô Hybrid.

- Tận dụng năng lượng khi phanh: khi cần phanh hoặc khi xe giảm tốc độ, động

cơ điện có tác dụng như máy phát điện, năng lượng phanh được tận dụng để tạo

ra dòng điện nạp cho ắc-quy

- Động cơ điện được dùng trong các chế độ gia tốc hoặc tải lớn nên động cơ đốttrong chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ nên động cơ đốt trong có kích thướcnhỏ gọn

- Có thể sử dụng vật liệu nhẹ để giảm khối lượng tổng thể của ôtô

- Có thể chạy xa và mạnh mẽ được giống như những ô tô chạy xăng bình thường

- Ô tô Hybrid vẫn dùng xăng làm nhiên liệu nên người vận hành không phải loviệc nạp điện, thông thường tốn rất nhiều thời gian

- Nhà nước có nhiều ưu đãi khi sử dụng ô tô Hybrid về thuế nhập khẩu, chỗ đỗ,đậu xe…

+ Nhược điểm.

- Do chi phí sản xuất, thêm động cơ điện và các phụ kiện liên quan nên ô tôHybrid thường đắt hơn ô tô bình thường

- Lai xe ô tô là tương đối nặng, vì nặng của pin được cài đặt bên trong xe

- Một vấn đề về các loại xe lai là nó rất nguy hiểm trong tai nạn vì khi đó rất nguyhiểm cho hành khách do điện áp của nó rất cao

Tổng kết :

Tập đoàn ô tô Toyota (TMC) vừa công bố doanh số bán các mẫu xe Hybrid(mẫu xe chạy bằng xăng - điện thân thiện với môi trường) cộng dồn của Toyota trêntoàn cầu đã đạt hơn 3,03 triệu xe bán ra tính đến 28-2-2011 Hiện tại, TMC đang cungcấp 16 mẫu xe hybrid tại gần 80 quốc gia và vùng lãnh thổ trên toàn thế giới, trong đóbao gồm cả 3 dòng xe thương mại đang có mặt tại thị trường Nhật Bản

Với tất cả những công nghệ tiên tiến, khả năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm khí thải củamình, xe hybrid được xem là những chiếc xe của tương lai Chắn chắn, với nhữngmodel hybrid mới xuất hiện và những model đang được phát triển, công nghệ này sẽ làđóng vai trò chính trong bức tranh của ngành ô tô những năm sắp tới hoặc ít nhất là chođến khí con người tìm hiểu công nghệ pin nhiên liệu hoặc một vài giải pháp để tăng giáxăng dầu, tiêu thụ hết nguồn nguyên liệu hóa thạch và tích đầy khí thải gây ô nhiễm

Chương 2 Thiết kế chung ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi

2.1 Yêu cầu thiết kế.

2.1.1 Yêu cầu chung.

 Ô tô thiết kế phù hợp với tiêu chuẩn ngành 22TCN 307-06, “ phương tiện giao thông cơ giới đương bộ ô tô, yêu cầu an toàn chung ” ban hành theo quyết

định số 24/2006/QĐ-BGTVT ngày 10/05/2006 của Bộ Giao Thông Vận Tải vàcác tiêu chuẩn liên quan

 Ô tô có kết cấu phù hợp với điều kiện sử dụng thực tế ở Việt Nam

 Kết cấu phải phù hợp với điều kiện công nghệ và hợp lý về giá thành

 Việc chuẩn hóa trong thiết kế cần được đặc biệt quan tâm tạo điều kiện để sảnxuất hàng loạt

2.1.2 Cơ sở thiết kế ô tô.

2.1.2.1 Cơ sở khoa học của thiết kế.

Công tác thiết kế ô tô là một công việc kỹ thuật phức tạp cần phải có phươngpháp tư duy khoa học để tạo ra các sản phẩm hoàn thiện Thông qua các phương phápphân tích và tổng quát hóa cùng với kinh nghiệm có được có thể hiểu được nhiệm vụcho trước, xác định con đường thiết kế, các giải pháp tối ưu mà tiêu tốn thời gian ítnhất Việc sử dụng các phương pháp khoa học tạo điều kiện cho việc xác định chấtlượng và đặc tính của kết cấu cũng như dự kiến các giải pháp tối ưu tương thích vớiđỉnh cao của sự phát triển của thế giới

2.1.2.2 Cơ sở kỹ thuật của thiết kế.

Khi thiết kế phải sử dụng những phương pháp thiết kế tiên tiến nhất, tận dụngtối đa các tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các hiểu biết trong lĩnh vực phát triển kết cấu

ô tô ( cấu trúc, sơ đồ hệ thống, nguyên lý làm việc, các đặc tính của quá trình làm việc,thông số kết cấu…) Quan trọng nhất là sử dụng các tiêu chuẩn hiện hành, các vật liệumới nhằm đảm bảo khả năng áp dụng của sản phẩm vào thực tế

2.1.2.3 Cơ sở kinh tế của thiết kế.

Chất lượng sản phẩm liên quan mật thiết với chỉ tiêu đánh giá kinh tế trong sảnxuất chế tạo và sử dụng Các giải pháp kết cấu khác nhau luôn phải được đánh giá vềphương diện kinh tế

Trên cơ sở phân tích tình hình kinh tế xã hội trong mối tương quan của nền kinh

tế, xác định kiểu ô tô cơ sở, hệ thống truyền lực… Sau đó xác định và lựa chọn cácmẫu tiếp theo sao cho phủ hết yêu cầu kinh tế Các thông số kết cấu, kích thước và kiểu

xe được thiết lập sao cho phù hợp với mục đích kinh tế, chức năng sử dụng mà không

bị chồng chéo

Tính kinh tế cũng cần đặt ra trong trường hợp có những tiến bộ kỹ thuật, nhữnghoàn thiện tiên tiến, nâng cao chất lượng của sản phẩm

2.1.2.4 Cơ sở thẩm mỹ của thiết kế.

Phải đáp ứng được yêu càu thẩm mỹ trong thiết kế Nhiệm vụ của thiết kế thẩm

mỹ kỹ thuật phải được đặt ra ngay từ đầu sao cho phù hợp với tiêu chuẩn

2.1.2.5 Cơ sở nhân trắc của thiết kế.

Khi thiết kế cần dẫn ra các yêu cầu về nhân trắc sử dụng trong phương tiện đó.Đặc điểm về kích thước, chức năng phải phù hợp với nhân trắc vật lý của con người

Các yêu cầu cụ thể về nhân trắc là phải đảm bảo tối ưu về :

 Khả năng điều khiển của người lái với cơ cấu điều khiển

 Sự phù hợp của con người với khả năng quan sát, chiếu sang trên xe

2.1.3 Các yêu cầu kinh tế kĩ thuật cơ bản đối với kết cấu ô tô.

Trong quá trình thiết kế tổng thể ô tô, cần tìm các giải pháp tổng hợp tối ưu đểthực hiện tổ hợp bố trí chung và thỏa mãn những yêu cầu trái ngược nhau

Hình 2-1: Các yêu cầu kinh tế kĩ thuật cơ bản đối với kết câu ô tô

Trong quá trình sản xuất ô tô nước ta gặp nhiều khó khăn :

 Chịu sức ép các tiêu chuẩn quốc tế

 Chịu sự cạnh tranh về uy tín, công nghệ, giá cả thị trường

 Thiếu vốn, công nghệ sản xuất,kinh nghiệm…

Tuy nghiên cũng có nhiều thuận lợi :

 Thừa kế công nghệ tiên tiến

Mức độ độnghọc cao

An toànkết cấu

Luậtmôi trường

LuậtQuốc gia

Mức độ tiêntiến công nghệChi phí sản

xuất thấp

Tính công nghệkết cấu

Tính côngnghệ, kết cấu

LuậtQuốc gia

LuậtQuôc tế

Trình địQuốc tế

CÁC YÊU CẦU KINH TẾ KỸ THUẬT

 Nhanh chóng xác định được mục tiêu sản xuất cho phù hợp với điềukiện của mình, nhanh chóng hòa nhập thị trường quốc tế.

 Thị trường hay các yêu cầu kỹ thuật cụ thể đáp ứng ngay trên tìnhhình cụ thể của mình

2.2 Thiết kế tổng thể.

Bảng 2-2: Thông số tổng thể ô tô hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt - điên

Hình 2-3: Hình chiếu đứng ô tô hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt - điên

466 0 285 0

Hình 24: Hình chiếu cạnh mặt trước ô tô hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt

-điên

Hình 2-5: Hình chiếu cạnh mặt sau ô tô hybrid 9 chỗ ngồi sử dụng động cơ nhiệt - điên

1500 1770

1500

174

2.3 Tính toán ổn định ô tô Hybrid 9 chỗ ngồi.

2.3.1.Xác định tọa độ trọng tâm.

Sơ đồ tải trọng tác dụng lên ô tô khi đầy tải được biểu diễn như hình vẽ

Hì

nh 2-6: Tọa độ trọng tâm ô tô

( a, b, hg ): Tọa độ trọng tâm của ô tô

G : Tải trọng của ô tô ( khi đầy tải ) G = 2130 [ Kg ]

L = 2750 [mm]: Chiều dài cơ sở của ô tô

Zo, Z12 : Lực tác dụng lên bánh xe

Pw : Lực cản của gió Coi Pw = 0

Lấy mômen tại điểm O2 :

Pw

O 1

Z1 Z0

O 2

 b = 1375 [m m ]

Tìm hg:

h0g: chiều cao tọa độ trọng tâm khi không tải Tọa độ này được xác định tươngđối Thông thường tọa độ này nằm trên mặt ghế so với mặt đất, cho nên lấy tương đốih0g = 720 [mm]

Khi có hành khách , tọa độ trọng tâm của hành khách là : hhk = 1000 [mm].khi đó :

(G0×h0g+ Gt× hhk)/G

hg = (1500×720+ 630× 1000)/2130

hg = 803 [mm]

Tọa độ trọng tâm của ô tô (a,b,hg ): ( 1375, 1375, 803) [mm]

2.3.2 Tính ổn định dọc tĩnh khi ô tô lên dốc.

Hình 2-7: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi đứng quay đầu lên dốc

α1 : góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu lên dốc

Z0 : Phản lực đặt tại bánh xe trước

Z1 : Phản lực đặt tại bánh xe sau

O1, O2 : giao điểm của đường và trục thảng đứng tâm bánh xe trước và sau

Khi xe quay đầu lên dốc, góc α1 tăng dần cho đến khi bánh xe bị nhấc khỏi mặtđường lúc đó Z0 = 0 Và xe sẽ bị lật quanh điểm O2 Để xác định góc giới hạn mà xe bịlật khi quay đầu lên dốc ta lập phương trình mô men của tất cả các lực quanh điêm O2

rồi rút gọn với Z0 = 0 ta được:

G.b.cosα1 – G.hg.sin α1 = 0

tg(α1) = b/hg = 1375/ 803 = 1,712

α1 = 59,70

2.3.3 Tính ổn định dọc tĩnh khi ô tô xuống dốc.

Hình 2-8: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi đứng quay đầu lên dốc

α2: góc giới hạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc.

Tương tự lập luận như xe đứng quay đầu lên dốc, khi xe xuống dốc, góc giớihạn mà xe bị lật khi đứng quay đầu xuống dốc α2 tăng dần đến khi Z1 = 0 và xe sẽ bịlật quanh điểm O1 Để xác định góc giới hạn mà xe bị lật khi quay đầu xuống dốc talập phương trình mô men của tất cả các lực quanh điêm O1 rồi rút gọn với Z1= 0 tađược:

Hình 2-9: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động trên đường ngang.

 G : trọng lượng của ô tô, được chia thành 2 thành phần theo góc nghiêng β

 Mjn : Mô men các lực quán tính tiếp tuyến tác dụng trong mặt phnagr ngangkhi xe chuyển động không ổn định

 Zo, Z1: các phản lực thẳng góc đặt tại bánh xe trái và phải

 β : Góc nghiêng ngang của đường

 C : Chiều rộng cơ sở của ô tô C = 1500 [mm]

Dưới tác dụng của các lực và mô men góc β tăng dần và xe có xu hướng bị lậtquanh bánh xe bên trái Khi đó Z1 = 0

Giả sử trị số mô men quán tính của các chi tiết quay của động cơ và hệ thống truyềnlực sinh ra không đáng kể, nên :

tg β = C/2hg = 1500/2 803

suy ra β = 430

2.3.5 Tính ổn định của ô tô khi quay vòng.

Hình 2-10: Sơ đồ quay vòng của ôtô Theo sơ đồ ta có:

Rmin = L/tgαTrong đó:

α: Góc quay trung bình của các bánh xe dẫn hướng, α=300

L : Chiều dài cơ sở của ô tô, L=2850 (mm)

 Rmin=2850/tg30o = 4936 (mm)

Vn : Vận tốc giới hạn khi quay vòng [m/s]

Khi ô tô chuyển động trên mặt nằm nghiêng, vận tốc giới hạn của ô tô được tính theocông thức:

Vn=

Vn=

Vn = 9,27 [m/s] = 33,37 [km/h]

Vậy: Bán kinh quay vòng là : 4,936 [m]

Vận tốc giới hạn khi quay vòng Vn= 33,37 [Km/h]

Rmin

Các thông số ổn định của ô tô:

2.4 Tính toán, lựa chọn các hệ thống phanh, lái, treo.

2.4.1 Tính toán, lựa chọn các hệ thống phanh

Cơ câú phanh bánh của ô tô du lịch cần đạt hiệu quả cao, thời gian chậm tácdụng bé và cần có độ nhạy lớn do đó để đảm bảo tính ổn định của xe khi phanh ở tốc

độ cao ta chọn cơ cấu phanh đĩa cho cơ cấu phanh bánh trước và sau Ngoài ra trong hệthống phanh có sử dụng ABS (Anti-lock Braking System)

2.4.1.1 Tính mô men phanh sinh ra ở bánh xe.

Hình 2-11: Sơ đồ phân bố lực phanh trên ô tô.

Từ hình 2-15 ta viết được phương trình cân bằng mô men như sau:

+ Đối với cầu trước: Z1.L– G.a + Pj.hg = 0 (2.1)

+ Đối với cầu sau: Z0.L – G.b - Pj.hg = 0 (2.2)

G: là trọng lượng toàn bộ của xe; Z0 là phản lực pháp tuyến ở cầu trước

khi xe đứng yên; còn L là chiều dài cơ sở của xe

Trọng lượng bám ở mỗi bánh xe Gbx chính bằng phản lực pháp tuyến Zi tạibánh xe khi phanh Khi ôtô được phanh khẩn cấp với tốc độ bất kỳ cho đến khi dừnghẳn (v = 0) thì gia tốc phanh cực đại có thể được xác định từ lực quán tính lớn nhất khiphanh Pj Sau khi biến đổi ta có trọng lượng bám ở mỗi bánh xe trước/sau

Pf2Pf1

V

Pj

2.4.1.2 Tính toán các thông số cơ bản của cơ cấu phanh

+ Mô-men phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu.

Sau khi đã chọn được kiểu và loại cơ cấu phanh hợp lý, chúng ta có thể bắt tay tính toán để xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh

Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh bao gồm mô-men phanh do cơ cấu phanhtạo ra, lực ép của cơ cấu phanh Cách tính mô-men phanh và do đó công thức tính lực

ép yêu cầu của cơ cấu ép phụ thuộc vào kiểu và loại cơ cấu phanh cụ thể như đã chọn ởtrên Kiểu cơ cấu phanh ở cầu trước cũng như cầu sau thường là kiểu đĩa có xẻ rảnhbên trong để thông gió làm mát cho đĩa khi phanh; có cơ cấu ép bởi hai xy lanh đơn bốtrí ở hai phía khác nhau

Phanh đĩa thường có cơ cấu ép có tính đối xứng hoàn toàn về phương diện kếtcấu qua mặt phẳng chứa đĩa phanh Vì vậy mô-men ma sát của đĩa được tạo ra bởi hai

má phanh có giá trị hoàn toàn giống nhau vì đĩa được ép bởi hai piston bằng nhau bố tríđối xứng qua đĩa có cùng áp lực dầu

Hình 2-12: Cơ cấu phanh kiểu đĩa có rãnh làm mát.

13-Đĩa ma sát; 14-Giá kẹp xy lanh; 15-Rãnh làm mát

Đường kính ngoài của đĩa phanh:

D2 = 0,8.Rbx = 0,8 x 0.35 = 0,28 [m]

 R2 = 0,14 [m]

Bán kính vòng trong của đĩa ma sát được xác định :

Dối với xe du lich ta chọn R1=0.65R2=0.65 x 0.14=0.091 [m]

Bán kính ma sát trung bình của đĩa :

 Zms : Số lượng bề mặt ma sát, chỉ dùng một đĩa nên Zms =2

Pct : Lực ép cần thiết tác dụng lên đĩa ma sát cơ cấu phanh trước

Rtb : bán kính ma sát trung bình

Vậy lực ép cần thiết tác dụng lên đĩa phanh của cơ cấu phanh trước :

[N] (2.13)Lực ép cần thiết tác dụng lên đĩa phanh của cơ cấu phanh sau :

- Bộ phận đàn hồi: gồm các loại là: lò xo, thanh xoắn, phần tử đàn hồi thuỷ khí,

phần tử đàn hồi khí nén, bằng cao su

+ Hệ thống treo trước: chọn bộ phận đàn hồi loại lò xo trụ, đòn kép và thanh cânbằng, có các ưu điểm: kết cấu, chế tạo đơn giản, kích thước nhỏ gọn Tuy nhiên, nócũng có nhược điểm: chỉ tiếp nhận lực thẳng đứng, cần có bộ phận hướng riêng

+ Hệ thống treo sau: Liên kết 4 điểm, lò xo cuộn và tay đòn bên

+ Chọn bộ phận đàn hồi phụ của cả hai hệ thống treo là ụ hạn chế bằng cao su

có độ bền cao, không cần bôi trơn, bảo dưỡng, trọng lượng bé và có đường đặc tínhphù hợp, có nhược điểm là xuất hiện biến dạng thừa dưới tác dụng của tải trọng kéodài và tải trọng thay đổi, cao su bị hoá cứng khi nhiệt độ thấp

- Bộ phận giảm chấn: Theo cách lắp đặt và 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 tảicho cả hệ thống treo trước và sau

- Bộ phận hướng

Là hệ thống treo độc lập nên bộ phận hướng gồm các loại là: loại một đòn, loạihai 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 cóchiều dài khác nhau cho hệ thống treo trước

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

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

- Xác định Ztt:

Tải trọng tác dụng ôtô đầy tải: G = Gat- Gkt [Kg] (2.15)Trong đó:

Gat: trọng lượng toàn bộ phân bố lên cầu trước [Kg],

Gkt: trọng lượng phần không được treo ở cầu trước [Kg]

Trong đó: kđ là hệ số tải trọng động, kđ=1,75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.Vậy:

Zđt = kđ.Ztt =1,75x471 = 824,25 (Kg)

- Xác định fđt: Biến dạng thêm của hệ thống treo dưới tác dụng của tải trọng động

fđ phải đủ lớn để thùng xe không va đập liên tục vào ụ hạn chế, nhưng fđ không quá lớn

vì ôtô sẽ giảm tính ổn định, phức tạp truyền động lái, tăng yêu cầu với bộ phận hướng,thay đổi khoảng sáng gầm xe đối với hệ thống treo độc lập

Theo kinh nghiệm thì xe du lịch có: fđ = 0,5.ft (2.20)Vậy: fđt = 0,5.200 = 100 (mm)

Sử dụng ụ cao su hạn chế hành trình fđ, cao su có đặc tính đàn hồi gần tuyếntính Bộ phận đàn hồi chạm vào ụ cao su khi Z = Zmax