Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống an toàn trên xe điện cá nhân 4 bánh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN PHƢỚC PHÚ NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG AN TOÀN TRÊN XE ĐIỆN CÁ NHÂN BÁNH Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 80.20.116 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng- Năm 2018 Cơng trình đƣợc hồn thành TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Phạm Quốc Thái Phản biện 1: Tiến sĩ Nguyễn Văn Đông Phản biện 2: Tiến sĩ Nguyễn Văn Phụng Luận văn đƣợc bảo vệ trƣớc Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật khí động lực họp trƣờng Đại học Bách khoa vào ngày 20 tháng 10 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng trƣờng Đại học Bách khoa - Thƣ viện Khoa Cơ khí giao thơng, Trƣờng Đại học Bách khoa ĐHĐN MỞ DẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Sự phát triển phƣơng tiện giao thông khu vực giới nói chung khơng giống nhau, nƣớc có quy định riêng khí thải xe, nhƣng có xu hƣớng bƣớc cải tiến nhƣ chế tạo loại ôtô mà mức ô nhiễm thấp giảm tối thiểu tiêu hao nhiên liệu Điều cấp thiết mà nguồn tài nguyên dầu mỏ ngày cạn kiệt, dẫn đến giá dầu tăng cao mà nguồn thu nhập ngƣời dân lại tăng không đáng kể Các xe chạy nhiên liệu diesel, xăng nhiên liệu khác tràn ngập thị trƣờng, gây ô nhiễm mơi trƣờng, làm cho bầu khí ngày xấu đi, hệ sinh thái thay đổi Vì việc tìm phƣơng án để giảm thiểu lƣợng khí gây ô nhiễm môi trƣờng vấn đề cần đƣợc quan tâm ngành ơtơ nói riêng ngƣời nói chung Ơtơ khơng gây nhiễm (zero emission) mục tiêu hƣớng tới nhà nghiên cứu chế tạo ơtơ ngày Có nhiều giải pháp đƣợc công bố năm gần nhƣ: hồn thiện q trình cháy động đốt trong; sử dụng loại nhiên liệu không truyền thống cho ơtơ nhƣ LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel; ôtô điện, ôtô dùng pin nhiên liệu, ôtô dùng lƣợng mặt trời, ơtơ lai (hybrid) Ngồi ra, số khu vực hạn chế không gian, nơi đỗ xe sử dụng ô tô truyền thống để chạy nhƣ: khuôn viên khu nghỉ dƣỡng, bệnh viện, trƣờng học Chính vậy, việc tìm phƣơng án chế tạo xe điện cá nhân vận hành khu vực ngƣời để đảm bảo tiện lợi, an tồn, giảm nhiễm mơi trƣờng, tiết kiệm nhiên liệu dần xóa bỏ lệ thuộc ngƣời vào nguồn nhiên liệu từ dầu mỏ vấn đề thiết thực đƣợc quan tâm nhƣng năm gần ngƣời dân nhƣ nhà khoa học, kĩ sƣ, tập đoàn sản xuất ô tô, xe điện giới Xe điện dùng khu vực nhiều quốc gia, có Việt Nam, mẻ, chí đƣợc hiểu mơ hồ Trong năm gần đây, phƣơng tiện giao thông cá nhân ngày đƣợc quan tâm phát triển số nơi giới nhƣ xe bánh, xe bánh tự cân Tuy nhiên, phƣơng tiện giao thơng cá nhân khơng đảm bảo an tồn q trình vận hành gây nên khơng thoải mái cho ngƣời xung quanh Xuất phát từ lý trên, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống an toàn xe điện cá nhân bánh ” làm đề tài nghiên cứu với mong muốn đƣợc phát triển hệ thống an tồn, thiết kế, tính tốn lắp ráp hoàn thiện sản phẩm xe điện cá nhân MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục đích nghiên cứu đề tài nghiên cứu tổng quan xe điện nội dung nghiên cứu hệ thống an toàn xe điện cá nhân bánh ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tƣợng nghiên cứu đề tài hệ thống an toàn xe điện cá nhân - Phạm vi nghiên cứu luận văn giới hạn nội dung sau: + Nghiên cứu tổng quan xe điện cá nhân; + Tính tốn thiết kế hệ thống truyền động; + Nghiên cứu hệ thống điều khiển an toàn; + Nghiên cứu sở thiết kế, chế tạo, lắp ráp hệ thống điều khiển an toàn xe điện cá nhân PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4.1 Phƣơng pháp thu thập thông tin 4.2 Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết 4.3 Phƣơng pháp phân tích đánh giá 4.4 Tham khảo ý kiến giảng viên hƣớng dẫn Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống an toàn xe điện cá nhân bánh” có ý nghĩa khoa học thực tiễn nhƣ sau: - Xe điện cá nhân vận hành đơn giản, tiết kiệm lƣợng, không gây ô nhiễm môi trƣờng - Xe điện cá nhân vận hành an toàn, tiện lợi khu vực cơng cộng nơi có diện tích hạn chế CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống an toàn xe điện cá nhân bánh” đƣợc trình bày chƣơng với cấu trúc nhƣ sau: Chƣơng TỔNG QUAN Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chƣơng PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG AN TOÀN CHO XE ĐIỆN CÁ NHÂN BÁNH Chƣơng KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 XU HƢỚNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SẠCH CHO PHƢƠNG TIỆN GIAO THÔNG Các phƣơng tiện giao thơng khu vực giới có phát triển nói chung khơng giống nhau, nƣớc có quy định riêng khí thải xe, nhƣng có xu hƣớng bƣớc cải tiến nhƣ chế tạo loại ôtô mà mức ô nhiễm thấp giảm tối thiểu tiêu hao nhiên liệu Vì thế, ơtơ khơng gây nhiễm (zero emission) mục tiêu hƣớng tới nhà nghiên cứu chế tạo ơtơ ngày Có nhiều giải pháp đƣợc công bố năm gần đây, tập trung hồn thiện q trình cháy động Diesel, sử dụng loại nhiên liệu không truyền thống cho ơtơ nhƣ LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pile nhiên liệu, lƣợng mặt trời, ôtô lai (hybrid) Xu hƣớng phát triển ơtơ tổng hợp nhƣ sau: 1.1.1 Hoàn thiện động diesel Các kỹ thuật để hoàn thiện động diesel cho phép nâng cao rõ rệt tính bao gồm áp dụng hệ thống phun ray chung (common rail) điều khiển điện tử, lọc bồ hóng xử lý khí đƣờng xả xúc tác ba chức năng, nâng cao chất lƣợng nhiên liệu, sử dụng nhiên liệu diesel có hàm lƣợng lƣu huỳnh cực thấp Việc dùng động diesel sử dụng đồng thời nhiên liệu khí nhiên liệu lỏng (dual fuel) giải pháp nâng cao tính động diesel 1.1.2 Ơtơ chạy loại nhiên liệu lỏng thay Các loại nhiên liệu lỏng thay quan tâm cồn, colza … có nguồn gốc từ thực vật Do thành phần C nhiên liệu thấp nên trình cháy sinh chất nhiễm có gốc carbon, đặc biệt giảm CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính Tuy nhiên giải pháp có lợi nơi mà nguồn nhiên liệu dồi loại nhiên liệu đƣợc chiết xuất từ chất thải q trình sản xuất cơng nghiệp Một loại nhiên liệu lỏng thay khác đƣợc công bố Dimethyl ether (DME) đƣợc chế tạo từ khí thiên nhiên Thử nghiệm ôtô cho thấy, ôtô dùng DME có mức độ phát nhiễm thấp nhiều so với tiêu chuẩn ôtô phát ô nhiễm cực thấp California ULEV 1.1.3 Ơtơ chạy khí thiên nhiên Sử dụng ôtô chạy khí thiên nhiên sách hữu ích lƣợng thay tƣơng lai, đặc biệt phƣơng diện giảm ô nhiễm môi trƣờng thành phố Một khó khăn khiến cho nguồn lƣợng chƣa đƣợc áp dụng rộng rãi phƣơng tiện vận tải vấn đề lƣu trữ khí thiên nhiên (dạng khí hay dạng lỏng) ơtơ Ngày việc chế tạo bình chứa khí thiên nhiên đƣợc cải thiện nhiều công nghệ lẫn vật liệu, chẳng hạn sử dụng bình chứa composite gia cố sợi carbon 1.1.4 Ơtơ chạy khí dầu mỏ hóa lỏng LPG Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG ngày trở nên loại nhiên liệu ƣa chuộng để chạy ơtơ Ngồi đặc điểm bật giảm nhiễm mơi trƣờng có lợi thuận tiện chuyển đổi hệ thống nhiên liệu Việc chuyển đổi ôtô chạy nhiên liệu lỏng sang dùng LPG đƣợc thực theo ba hƣớng: Sử dụng nhiên liệu LPG, sử dụng xăng LPG, sử dụng đồng thời diesel LPG (dual fuel) Việc tạo hỗn hợp LPG khơng khí thực chế hòa khí kiểu Venturie thơng thƣờng hay phun LPG đƣờng nạp Những hệ thống phun đƣợc nghiên cứu phát triển phun LPG dạng lỏng buồng cháy để tăng tính cơng tác loại động 1.1.5 Ơtơ chạy điện Nếu nhƣ thâm nhập ôtô chạy điện vào sống nhân loại thay loại ôtô chạy động nhiệt loại động nhiệt đƣợc xử lý ô nhiễm triệt để với thành tựu công nghệ đại, dĩ nhiên bị biến mức độ có lợi mặt nhiễm dùng động điện khơng đáng kể, chắn có lợi thay tơ cũ tơ dùng động nhiệt hồn thiện triệt để mặt ô nhiễm Về mặt xã hội ô tô chạy điện giai đoạn đầu có ảnh hƣởng quan trọng đến vấn đề tâm lý xã hội Sự hạn chế tính kỹ thuật nhƣ bán kính hoạt động ôtô, trở ngại vấn đề nạp điện, khả sử dụng dịch vụ tự phục vụ góp phần làm thay đổi thói quen ngƣời dùng làm thay đổi cách sống Mặt khác chuyển ôtô chạy nhiên liệu truyền thống sang ơtơ chạy điện hồn tồn gây trở ngại mặt bố trí trạm nạp điện cho ăcquy Ơ tơ chạy điện chắn lựa chọn số nhân loại vào năm tới kỷ 21 mà phát triển theo cải tiến, hoàn thiện hay phát minh quan trọng công nghệ nhƣng phát triển ô tô không cho phép giải cách nhanh chóng vấn đề nhiễm mơi trƣờng thị khơng thể xây dựng tồn cấu hạ tầng sở phục vụ thời gian ngắn 1.1.6 Ơ tơ chạy pile nhiên liệu Một giải pháp nguồn lƣợng cung cấp cho ôtô tƣơng lai pile nhiên liệu Pile nhiên liệu hệ thống điện hóa biến đổi trực tiếp hóa nhiên liệu thành điện Pile nhiên liệu trƣớc đƣợc nghiên cứu để cung cấp điện cho tàu không gian nhƣng ngày pile nhiên liệu bƣớc vào giai đoạn thƣơng mại hóa để cung cấp lƣợng cho ơtơ Do khơng có q trình cháy xảy nên sản phẩm hoạt động pile nhiên liệu điện, nhiệt nƣớc Vì vậy, nói ơtơ hoạt động pile nhiên liệu ôtô tuyệt đối theo nghĩa phát thải chất nhiễm khí xả Ơtơ chạy pile nhiên liệu không nạp điện mà nạp nhiên liệu hydrogen Khó khăn liên quan đến lƣu trữ hydro dƣới áp suất cao Nhiều nghiên cứu đề nghị điều chế hydro xe để sử dụng cho pile nhiên liệu nhƣng hệ thống nhƣ cồng kềnh phức tạp Ngày ngƣời ta thấy sử dụng pile nhiên liệu để chạy ơtơ giá thành đắt chạy diesel khoảng 30% 1.1.7 Ơtơ hybrid Xuất từ đầu năm 1990 nay, ôtô hybrid đƣợc nghiên cứu phát triển nhƣ giải pháp hiệu tính kinh tế mơi trƣờng Trong thời gian gần đây, nhà sản xuất ô tô hàng đầu giới nhƣ Toyota, Honda… tung thị trƣờng hệ ô tô có hiệu suất cao giảm đáng kể lƣợng chất thải gây ô nhiểm môi trƣờng đƣợc gọi “ô tô lai” (Hybrid - Car) 1.2 TỔNG QUAN VỀ XE ĐIỆN CÁ NHÂN 1.2.1 Giới thiệu chung Xe điện sử dụng động điện cho lực kéo: acquy, pin nhiên liệu cung cấp nguồn lƣợng tƣơng ứng cho động điện Xe điện có nhiều ƣu điểm loại phƣơng tiện sử dụng động đốt trong, chẳng hạn nhƣ khơng phát thải khí nhiễm, hiệu suất cao, độc lập với nguồn lƣợng từ dầu mỏ, yên tĩnh, không gây ồn Các nguyên tắt hoạt động xe điện phƣơng tiện sử dụng động đốt tƣơng tự Tuy nhiên, số khác biệt phƣơng tiện sử dụng động đốt xe điện, chẳng hạn nhƣ sử dụng bồn chứa xăng so với nguồn pin, động đốt so với động điện, khác yêu cầu truyền dẫn, hệ thống xe nhƣ hệ thống lái, hệ thống dẫn động, hệ thống treo 10 thống điện, Acquy điều khiển Một xe đạp điện hành cấu tạp từ phận sau : Động xe đạp điện : Động xe đạp điện gồm có loại, động có chổi than (DC) động khơng có chổi than (BLDC) Hệ thống điều khiển : Tay ga điều khiển đƣợc thiết kế giống nhƣ tay cầm nhƣ dòng xe gắn máy thông thƣờng Và hệ thống bo mạch điều khiển giúp chuyển đổi từ điều khiển ngƣời lái thành tín hiểu điện tạo dòng điện phù hợp đƣa tới động cơ, nhờ ta tùy chỉnh tốc độ nhanh chậm cho xe, điều khiển phanh bật tắt tín hiệu đèn báo xe Acquy pin : Pin hoăc Acquy nguồn cung cấp điện cho xe hoạt động Pin lithium – ion loại phổ biến đƣợc sử dụng rộng rãi tính ƣu việt, loại pin thiết kế theo cơng nghệ Nhật Bản đƣợc quảng đƣờng dài 70 km đến 100 km Đối với xe sử dụng acquy, dòng xe có thiết kế số lƣợng acquy khác tùy thuộc vào điện áp động mà xe sử dụng Quãng đƣờng đƣợc đạt tới 80 km đến 100 km cho lần sạc Cấu tạo chung loại xe gồm phận sau: Bộ cảm biến bánh xe (đông điện BLDC đặt bên bánh xe): Bên bánh xe xe điện nơi đặt động điện, đƣợc tích hợp số cảm biến độ nghiêng tốc độ Điều giúp ngƣời sử dụng điều khiển đƣợc tốc độ xe Con quay hồi chuyển bo mạch kiểm soát: Con quay hồi chuyển bo mạch kiểm soát xe chịu trách nhiệm kiểm sốt 11 nhận xử lý thơng số tốc độ độ nghiêng từ cảm biển bánh xe sau chuyển bo mạch Bo mạch xử lý số liệu gửi từ truy đƣợc trạng thái cân xe Pin: Pin phận cung cấp điện cho xe, giúp cho xe vận hành Hiện loại xe điện cá nhân đƣợc nghiên cứu phát triển mạnh mẽ với cải tiến với nhƣng tính ƣu việt nhƣ thân thiện với mơi trƣờng, nhỏ gọn thuận tiện, ổn định an toàn, phù hợp với lứa tuổi, xe điện cho ngƣời tàn tật Đã có loại xe với mẫu mã đẹp, xe vận hành ổn định an toàn nhƣ Honda U3-X, Segway (USA), Toyota Winglet, Toyota i – ROAD, … 1.3 NHU CẦU SỬ DỤNG PHƢƠNG TIỆN GIAO THÔNG CÁ NHÂN: Xe điện loại phƣơng tiện giao thông có từ lâu kỷ trƣớc, đƣợc sử dụng rộng rãi toàn giới nhiều loại phƣơng tiện Đặt biệt ngày nay, xe điện không đơn xe điện cơng cộng tàu điện nhƣ kỷ trƣớc Ngày nay, việc đối diện với ô nhiễm môi trƣờng nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày cạn kiệt xe điện đƣợc ứng dụng nhiều loại phƣơng tiện, phƣơng tiện dùng động điện để dần thay phƣơng tiện sử dụng động đốt ( ICE) Có thể liệt kê số loại xe điện theo lĩnh vực theo cách sử dụng chúng nhƣ sau: 1.3.1 Phƣơng tiện cá nhân 12  Xe ô tô điện : xe điện sử dụng nguồn điện acqui, pin, dùng lƣợng mặt trời Các loại xe đƣợc ứng dụng ô tô cá nhân, ô tô tải  Xe máy điện xe đạp điện: phƣơng tiện đƣợc nhiều ngƣời ƣa thích, đƣợc phát triển mạnh mẽ thơi gian gần 1.3.2 Các phƣơng tiện công cộng  Tàu điện cao tốc : tàu điện đƣợc ứng dụng từ lâu loại phƣơng tiện dùng chở khách thành phố phổ biến nƣớc phát triển giới  Xe buýt điện: loại xe phổ biến thành phố lớn giới 1.3.3 Các phƣơng tiện dùng lĩnh vực vui chơi giải trí, thể thao du lịch  Xe điện dùng công viên, khu vui chơi giải trí loại xe điện dùng chuyên chở hành khách Các loại tàu điện cao tốc, cảm giác mạnh công viên  Loại xe điện dùng thể thao: phục vụ mục đích khác nhau, nhƣ lĩnh vực Golf… 1.3.4 Các loại phƣơng tiện phục vụ y tế Xe điện đƣợc sử dụng bệnh viên vận chuyển nhanh chóng bệnh nhân nhƣ y bác sĩ để kịp thời cứu chữa bệnh nhân, hƣớng đề tài Tuy nhiên để áp dụng hợp lí có hiệu cần nghiên cứu thay đổi kết cấu, bố trí lại trang thiết bị để phù hợp với điều kiện sử dụng y tế CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC XE ĐIỆN CÁ NHÂN: Sự phân bố trọng lƣợng lên trục xe thiết kế khơng tải có tải đƣợc xác định sở giá trị thành phần trọng lƣợng vị trí tác dụng chúng lên trục xe điện 2.1.1  Cơ sở lý thuyết Tọa độ trọng tâm xe điện thiết kế theo chiều dọc : a: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trƣớc b: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau  Tọa độ trọng tâm xe theo chiều cao hg : Căn vào giá trị thành phần trọng lƣợng tọa độ trọng tâm chúng, ta xác định tọa độ trọng tâm xe theo công thức [1]: m a  (G l ) i 1 m i i G i 1 (mm) (2.1) i b=L–a (mm) (2.2) m h  (G h ) i i i 1 (mm) m G i 1 (2.3) i Trong : li: Khoảng cách từ tâm vết tiếp xúc bánh trƣớc đến toạ độ trọng tâm thành phần khối lƣợng hi: Chiều cao trọng tâm thành phần khối lƣợng G: Trọng lƣợng thân xe 14 Các thành phần khối lƣợng bao gồm : Gk : Trọng lƣợng khung xƣơng Gct: Trọng lƣợng trục trƣớc bánh xe Gcs: Trọng lƣợng bánh xe sau Gm: Trọng lƣợng động Gat: Trọng lƣợng acquy trƣớc Gas: trọng lƣợng acquy sau; Gl : trọng lƣợng tay lái Bỏ qua trọng lƣợng khối mạch điều khiển  Phân bố trọng lƣợng lên cầu: G.b (N) L (2.4) Z2=G–Z1 (N) (2.5) Z1  2.1.1 Trường hợp không tải 2.1.2 Trường hợp đầy tải 2.2 LÝ THUYẾT VỀ KHÔNG GIAN RIÊNG Vấn đề quan trọng việc điều khiển hệ thống an toàn xe việc xác định đƣợc vùng không gian cá nhân, để biết xe tiến vào vùng không gian hay chƣa phải xác định đƣợc khoảng cách từ xe đến ngƣời phía trƣớc Khoảng cách đƣợc tính tốn nhờ cảm biến siêu âm dựa nguyên lí TOF 2.2.1 Khái niệm không gian cá nhân Không gian cá nhân khu vực xung quanh cá nhân coi cách vơ thức Hầu hết ngƣời đánh giá cao 15 không gian cá nhân cảm thấy khơng thoải mái, tức giận lo lắng không gian cá nhân họ bị xâm lấn Về tâm lý học, ngƣời cảm thấy sợ hãi khó chịu khơng gian cá nhân họ bị xâm chiếm Do cần phải xem xét tác động tâm lý xe điện cá nhân gây di chuyển khu vực có ngƣời Từ thiết kế hệ thống an tồn cảnh báo giúp xe nhanh khỏi vùng khơng gian cá nhân 2.2.2 Ngun lí TOF sở việc đo khoảng cách cảm biến siêu âm 2.2.2.1 Nguyên lí TOF Nguyên lí TOF (time of flight) nguyên lí đo khoảng cách thời gian truyền sóng Phƣơng pháp đƣợc đặc biệt sử dụng với thiết bị sử dụng sóng siêu âm vận tốc di chuyển sóng khơng khí vật liệu khác tƣơng đối chậm ngƣời ta đo đƣợc khoảng cách với sai số nhỏ 2.2.2.2 Cơ sở lý thuyết Sóng siêu âm đƣợc truyền khơng khí với vận tốc khoảng 343[m/s] Nếu cảm biến phát sóng siêu âm thu sóng phản xạ đồng thời, đo đƣợc khoảng thời gian từ lúc phát tới thu về, ta tính tốn đƣợc qng đƣờng mà sóng di chuyển khơng gian Qng đƣờng di chuyển sóng lần khoảng cách từ cảm biến tới chƣớng ngại vật, theo hƣớng phát sóng siêu âm Hay khoảng cách từ cảm biến tới chƣớng ngại vật đƣợc tính theo nguyên lý TOF: 16 d  v t (2.1) Khoảng cách từ thiết bị phát đến chƣớng ngại vật đƣợc tính vận tốc sóng mơi trƣờng tƣơng ứng nhân với nửa thời gian truyền sóng 2.3 MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG AN TỒN CHO XE ĐIỆN CÁ NHÂN DỰA VÀO KHƠNG GIAN RIÊNG: 2.3.1 Hệ thống hỗ trợ xe điện cá nhân Hệ thống hỗ trợ an toàn xe điện cá nhân đƣợc mơ tả nhƣ hình 2.8 Hệ thống hỗ trợ dò diện ngƣời xung quanh tính tốn khơng gian riêng xe điện ngƣời dựa vào tín hiệu nhƣ: khoảng cách tốc độ Khi xe điện vào vùng không gian riêng ngƣời bộ, hệ thống báo cho ngƣời điều khiển xe điện biết chiếm chỗ Ngƣời lái xe nhận biết giảm tốc tránh ngƣời (semi-active assistance system) xe điện tự động giảm tốc tránh ngƣời (active assistance system) 2.3.2 Phân tích hành vi xe điện cá nhân vận hành khu vực ngƣời Mơ hình hành vi xe điện đƣợc xây dựng dựa khái niệm không gian riêng Để hiểu rõ hiệu hệ thống hỗ trợ xe điện cá nhân, tác giả phân tích mơ hình xe điện vận hành khu vực ngƣời bộ, trƣờng hợp có khơng có hệ thống hỗ trợ an tồn 17 2.3.2.1 Phân tích hành vi xe điện khơng có hệ thống hỗ trợ Mơ hình hành vi xe điện khơng có hệ thống hỗ trợ dựa vào không gian riêng xe điện Ban đầu xe điện di chuyển phía dòng ngƣời bộ, ngƣời đi vào trƣờng quan sát ngƣời điều khiển xe, ngƣời điều khiển đánh giá ngƣời có vào khơng gian riêng xe hay không Nếu ngƣời vào không gian riêng xe, trình tránh đƣợc tiến hành Ngƣợc lại, xe tiếp tục thẳng Trong suốt trình tránh, góc hƣớng tránh xe phụ thuộc vào khoảng cách vị trí xe ngƣời 2.3.2.2 Phân tích hành vi xe điện có hệ thống hỗ trợ Để giảm mức độ khơng thoải mái ngƣời bộ, hệ thống hỗ trợ xe điện dựa vào không gian riêng Khi ngƣời đi vào không gia riêng xe điện xe điện chiếm không gian riêng ngƣời bộ, hệ thống hỗ trợ báo cho ngƣời lái xe, ngƣời lái xe điều khiển giảm tốc độ xe tránh ngƣời 2.3.3 Điều kiện mô Mô đƣợc thực điều kiện xe điện vận hành khu vực ngƣời với mật độ 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 0.5 ngƣời/m2, điều kiện bề rộng đƣờng thay đổi Ảnh hƣởng hệ thống hỗ trợ an toàn đƣợc phân tích Ngồi ra, mơ này, giả thuyết không xét đến thời gian trễ, nghĩa xe điện đƣợc trang bị hệ thống hỗ trợ giảm tốc độ tránh ngƣời nhận tín hiệu bị chiếm chỗ 18 2.3.4 Chỉ tiêu đánh giá Để đánh giá ảnh hƣởng xe điện ngƣời bộ, tỷ lệ chiếm chỗ thời gian băng qua đƣợc sử dụng [32], [55] Tỷ lệ chiếm chỗ số vật lý mức độ mà không gian riêng ngƣời bị xâm chiếm 2.3.5 Kết bàn luận 2.3.5.1 Xe điện người Kết mô cho thấy xe điện trang bị hệ thống hỗ trợ có tỷ lệ chiếm chỗ thấp so với trƣờng hợp khơng có hệ thống hỗ trợ, tỷ lệ chiếm chỗ cực đại tƣơng ứng 60% 90% tƣơng ứng Ngƣợc lại, số thời gian băng qua xe điện đƣợc trang bị hệ thống hỗ trợ lớn so với trƣờng hợp không đƣợc trang bị hệ thống hỗ trợ, xe điện trang bị hệ thống hỗ trợ giảm tốc tránh ngƣời Điều làm cho ngƣời cảm thấy thoải mái tham gia giao thông xe điện 2.3.5.2 Xe điện dòng người Kết mô cho thấy tỷ lệ chiếm chỗ thời gian băng qua tăng mật độ ngƣời tăng, điều xe điện tìm thấy khó khăn tránh ngƣời mật độ cao Ngoài ra, xe điện đƣợc trang bị hệ thống hỗ trợ, có tỷ lệ chiếm chỗ trung bình thấp so với trƣờng hợp khơng có hệ thống hỗ trợ Sự khác biệt ngày giảm mật độ tăng Kết mô cho thấy trƣờng hợp xe đƣợc trang bị hệ thống hỗ trợ thời gian băng qua dài so với trƣờng hợp xe khơng có hệ thống hỗ trợ Điều xe giảm tốc tránh ngƣời 19 Kết luận chƣơng Chƣơng phân tích mơ hình mơ xe điện khu vực ngƣời phân tích ảnh hƣởng xe điện phía ngƣời sử dụng khơng gian riêng Ngoài ra, hệ thống hỗ trợ an toàn cho xe điện đƣợc đề xuất hiệu hệ thống hỗ trợ đƣợc phân tích đánh giá điều kiện khác mật độ ngƣời độ rộng đƣờng Kết mô cho thấy, tỷ lệ chiếm chỗ tăng mật độ ngƣời tăng độ rộng đƣờng tăng làm giảm tỷ lệ chiếm chỗ thời gian băng qua Ngoài ra, hiệu hệ thống hỗ trợ đƣợc xác nhận rõ mô Khi đƣợc trang bị hệ thống hỗ trợ, tỷ lệ chiếm chỗ thời gian băng qua thấp sơ với trƣờng hợp khơng có hệ thống hỗ trợ Điều giúp cho ngƣời cảm thấy thoải mái an tồn có diện xe điện cá nhân Kết khuyến khích việc phát triển phƣơng tiện giao thông cá nhân thân thiện với ngƣời Trong chƣơng sau, tiếp tục trình bày phần phát triển hệ thống an tồn cho xe điện cá nhân CHƢƠNG PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG AN TOÀN CHO XE ĐIỆN CÁ NHÂN BÁNH 3.1 CẤU TRÚC HỆ THỐNG AN TOÀN XE ĐIỆN CÁ NHÂN 3.1.1 Sơ đồ khối hệ thống an toàn 3.1.2 Chiến thuật điều khiển hệ thống an toàn Để cho ngƣời điều khiển cảm nhận đƣợc mức độ nguy hiểm tiến sâu vào vùng không gian cá nhân Ta tính tốn điều 20 khiển tần số cảnh báo thiết bị theo vùng không gian chiếm chỗ xe với vùng không gian cá nhân 3.1.3 Thiết kế mạch điều khiển hệ thống an toàn Để xác định đƣợc khoảng cách xe vật cản, hai cảm biến siêu âm đƣợc sử dụng 3.2 CẢM BIẾN 3.2.1 Cảm biến góc lái a Cấu tạo thông số kĩ thuật cảm biến sử dụng Cảm biến góc lái để xác định đƣợc góc quay tay lái từ điều khiển trung tâm phát lệnh điều khiển góc quay bánh xe tƣơng ứng tỉ lệ với góc quay mà cảm biến gửi Cảm biến đƣợc sử dụng để đọc góc lái đƣợc sử dụng mơ hình chiết áp b Nguyên lí hoạt động Chiết áp tƣơng tự nhƣ biến trở nhƣng có thêm cần chỉnh để ngƣời sử dụng điều chỉnh Chiết áp nghĩa chiết phần điện áp từ đầu vào tùy theo mức độ điều chỉnh 3.2.2 Cảm biến tay ga Để thay đổi tốc độ xe tác giả phân tích sử dụng cảm biến tay ga, tay ga sử dụng cảm biến Hall để xác định vị trí a) Hiệu ứng Hall Hiệu ứng Hall hiệu ứng vật lý đƣợc thực áp dụng từ trƣờng vng góc lên làm kim loại hay chất bán dẫn hay chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) có dòng điện chạy 21 qua Lúc ngƣời ta nhận đƣợc hiệu điện (hiệu Hall) sinh hai mặt đối diện Hall b) Nguyên lí hoạt động Khi vặn tay ga vị trí tƣơng đối nam châm Hall thay đổi dẫn đến hƣớng từ trƣờng tác dụng lên điện tích thay đổi, hiệu điện Hall sinh thay đổi theo 3.2.3 Cảm biến tốc độ (Encoder) Cảm biến bao gồm nguồn phát quang, cảm biến quang đĩa có chia rãnh Cảm biến biến có kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B kênh I Cứ lần mơ tơ quay đƣợc vòng, lỗ nhỏ xuất vị trí cặp phát thu, hồng ngoại từ nguồn phát xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, tín hiệu xuất cảm biến 3.2.4 Cảm biến siêu âm 3.3 Cơ cấu chấp hành Công suất cần thiết động điện tạo lực kéo Fk dùng để thắng lực cản lăn mặt đƣờng Ff, lực cản lên dộc Fi, lực cản gió Fw lực quán tính tăng tốc Fj Hiện thị trƣờng có nhiều loại động phù hợp yêu cầu vận hành xe điện Gồm có loại động điện DC điện áp 12V, 24V với công suất 100W, 120W, 150W, loại động BLDC liền bánh xe với thông số 36V – 350W Động BLDC đƣợc tích chung với bánh xe nên cho thiết kế gọn dễ bố trí thiết kế, nhƣng giá thành cao, thống số điện áp 22 không phù hợp với điều khiển thiết kế Để đơn giản cho việc thiết kế hệ thống điều khiển ta chọn động DC – MY6812 với thống số phù hợp với tính tốn 3.4 Bộ điều khiển trung tâm Bộ điều khiển sử dụng Board mạch vi điều khiển, xây dựng dựa Atmega 2560 Trang bị timer cổng interrupt khiến board mạch Mega hồn tồn giải đƣợc nhiều toán, điều khiển nhiều loại động xử lý song song nhiều luồng liệu, chứa thứ cần thiết hỗ trợ cho ngƣời lập trình vi điều khiển, đơn giản việc kết nối với máy tính cable USB Với ƣu điểm Arduino Mega 2560 đƣợc chọn để làm xử lí trung tâm xe 3.5 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN Các tín hiệu tay ga(sp), góc lái(), cảm biến tốc độ liên tục đƣợc đƣa vào điều khiển trung tâm Bộ điều khiển tính tốn xử lí để đƣa lệnh tƣơng ứng cho cấu chấp hành 3.6 CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 3.6.1 Chƣơng trình nhận tín hiệu từ cảm biến khoảng cách Về nguyên lí hoạt động cảm biến siêu âm đƣợc nêu lên phần trƣớc, mục đƣợc thực thuật tốn Phía chƣơng trình đƣợc viết để nhận tín hiệu từ cảm biến siêu âm đƣa khoảng cách mà cảm biến siêu âm đo đƣợc lên hình, đồng thời điều khiển bật tắt LED để cảnh báo phía trƣớc có vật cản 3.6.2 Chƣơng trình nhận tín hiệu từ cảm biến góc lái 23 Bằng cách biến tín hiệu thay đổi điện áp thành tín hiệu số, ta xác định đƣợc góc quay trục tay lái, thơng qua góc quay cảm biến 3.6.3 Chƣơng trình nhận tín hiệu từ tay ga Bằng cách đọc giá trị thay đổi từ chân tín hiệu tay ga, ta chủ động điều khiển đƣợc tốc độ động thơng qua tín hiệu đặt 3.6.4 Chƣơng trình nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ Hai động đƣợc cấp nguồn điện, hãng sản suất, thông số, nhƣng tốc độ chúng lệch nhau, thêm vào di chuyển đƣờng lực cản bánh khác dẫn đên tốc độ bánh bị chênh lệch, làm cho xe quay vòng, ổn định thẳng Để điều khiển đƣợc tốc độ động theo ý muốn, nhƣ biết đƣợc tốc độ bánh xe trái phải để điều chỉnh cho phù hợp, ta phải đọc tín hiệu từ cảm biến tốc độ gửi CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ Kết Qua trình thiết kế, chế tạo, tham khảo số tài liệu xe điện cá nhân với hƣớng dẫn tận tình Ts Phạm Quốc Thái thời gian làm luận văn tốt nghiệp đề tài “Nghiên cứu chế tạo hệ thống an toàn xe điện cá nhân bánh” đến tác giả hoàn thành đề tài Với mục tiêu đề tài thiết kế hệ thống an toàn, tác giả nghiên cứu thiết kế chế tạo thành cơng xe điện cá nhân 24 vận hành an toàn ổn định, di chuyển linh hoạt địa hình phẳng nhƣ sân bay, nhà xƣởng, khuôn viên trƣờng đại học Tuy nhiên, hạn chế đề tài: chƣa có hệ thống treo, hệ thống chiếu sáng, kiểu dáng xe chƣa đẹp, Hƣớng phát triển đề tài Tối ƣu kích thƣớc xe, kiểu dáng xe điện, để đẹp có tính thƣơng mại Tiếp tục cải tiến hệ thống treo để xe hoạt động tốt khu vực khác Ngoài bổ sung thêm hệ thống chiếu sáng để xe di chuyển đƣợc ban đêm Phát triển thêm hệ thống điều khiển xe tự hành, hệ thống định vị, giao tiếp qua smart phone ... toán thiết kế hệ thống truyền động; + Nghiên cứu hệ thống điều khiển an toàn; + Nghiên cứu sở thiết kế, chế tạo, lắp ráp hệ thống điều khiển an toàn xe điện cá nhân PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4. 1... chế tạo hệ thống an toàn xe điện cá nhân bánh đến tác giả hoàn thành đề tài Với mục tiêu đề tài thiết kế hệ thống an toàn, tác giả nghiên cứu thiết kế chế tạo thành công xe điện cá nhân 24 vận... thiết kế, tính tốn lắp ráp hoàn thiện sản phẩm xe điện cá nhân MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Mục đích nghiên cứu đề tài nghiên cứu tổng quan xe điện nội dung nghiên cứu hệ thống an tồn xe điện cá nhân bánh