Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid

Đề tài tập trung nghiên cứu cải tiến xe gắn máy chạy bằng động cơ xăng đơn thuần sang sử dụng kết hợp hai nguồn năng lượng là động cơ đốt trong và động cơ điện Mục đích chính là giảm thiểu thời gian hoạt động cho động cơ đốt trong nhằm góp phần tiết kiệm nhiên liệu Bên cạnh đó việc sử dụng đồng thời động cơ đốt trong và động cơ điện cũng sẽ giúp giảm lượng phát thải các chất ô nhiễm ra môi trường nâng cao tính kinh tế cho phương tiện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG THIẾT KẾ CẢI TẠO XE CUB 50 THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID Sinh viên thực hiện: VÕ NGỌC LAM HUỲNH VĂN LỊCH PHAN THANH HƯNG NGUYỄN NGỌC HÙNG Đà Nẵng – Năm 2018 Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ XE GẮN MÁY HYBRID 1.1 Mục đích ý nghĩa đề tài 1.2 Tổng quan ô nhiễm môi trường nhiên liệu .2 1.2.1 Ơ nhiễm mơi trường, gia tăng nhiệt độ khí quyển, biến đổi khí hậu 1.2.2 Hậu gia tăng nhiệt độ khí .6 1.2.3 Viễn cảnh nhiên liệu hóa thạch 1.3 Nguồn lượng tương lai 1.3.1 Năng lượng gió 1.3.2 Biomass - nhiên liệu sinh khối 1.3.3 Thủy điện .10 1.3.4 Năng lượng đại dương 11 1.3.5 Năng lượng hạt nhân 12 1.3.6 Pin nhiên liệu 13 1.3.7 Phản vật chất 14 1.3.8 Năng lượng mặt trời 15 1.4 Ơ tơ hybrid 16 1.4.1 Khái niệm chung 16 1.4.2 Xu hướng phát triển ôtô hybrid 16 1.4.3 Phân loại ôtô hybrid 17 1.4.3.1 Theo thời điểm phối hợp công suất 17 1.4.3.2 Theo cách phối hợp công suất động nhiệt động điện 18 1.5 Xe gắn máy hybrid .21 Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẢI TẠO XE GẮN MÁY CUB 50 THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID 23 2.1 Thiết kế cải tạo xe gắn máy có sẵn thành xe gắn máy hybrid 23 2.1.1 Phân tích lựa chọn loại xe gắn máy để cải tạo 23 2.1.2 Phân tích phương án lắp đặt động nhiệt động điện .23 Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid 2.1.3 Thiết kế bố trí lắp đặt động điện phía trước 26 2.1.4 Thiết kế bố trí hệ thống bổ sung 28 2.1.4.1 Cải tạo để lắp trục bánh xe điện 28 2.1.4.2 Bố trí lắp đặt ắc-quy cho động điện .30 2.1.5 Tính tốn, kiểm tra sức bền toàn hệ thống khung sau cải tạo 31 2.1.5.1 Các thông số đầu vào 31 2.1.5.2 Kết tính tốn 32 2.2 Thiết kế bố trí hệ thống truyền động điện cho xe gắn máy hybrid 34 2.2.1 Phân tích, lựa chọn phương án phối hợp công suất 34 2.2.1.1 Kiểu nối tiếp 34 2.2.1.2 Kiểu song song 34 2.2.1.3 Kiểu hỗn hợp 35 2.2.1.4 Kết luận 36 2.2.2 Thiết kế bố trí động điện 36 2.2.3 Tính tốn động học xe gắn máy hybrid 37 2.2.3.1 Xác định động điện 37 2.2.3.2 Xác định động nhiệt 38 2.2.3.3 Tính chọn ắc-quy cho động điện 39 2.2.4 Tính tốn tính xe gắn máy chạy điện 41 2.2.4.1 Đặc tính tốc độ động điện .41 2.2.4.2 Tốc độ tối đa động điện đạt 42 2.2.4.3 Đặc tính nhân tố động lực xe máy điện .43 2.2.4.4 Đặc tính tăng tốc xe máy điện 43 2.2.4.5 Kết luận 45 2.3 Phối hợp sử dụng nguồn động lực xăng-điện xe gắn máy hybrid 46 2.3.1 Phân tích đặc tính làm việc động xe gắn máy 46 2.3.1.1 Các chế độ làm việc động xe gắn máy 46 2.3.1.2 Các đường đăc tính động xe gắn máy 49 2.3.2 Phân tích đặc tính làm việc động điện BLDC 56 Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid 2.3.2.1 Momen điện từ 56 2.3.2.2 Đặc tính đặc tính làm việc động BLDC 57 2.3.2.3 Sức phản điện động .57 2.3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển xe gắn máy hybrid .58 2.3.3.1 Sơ đồ điều khiển chế độ xe máy Hybrid .58 2.3.3.2 Nguyên lý hoạt động sơ đồ điều khiển 59 2.4 Nâng cao công suất hiệu suất xe gắn máy hybrid 60 2.4.1 Mục đích, yêu cầu 60 2.4.2 Các giải pháp nâng cao hiệu sử dụng lượng xe gắn máy hybrid 60 2.4.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động điện BLDC 60 2.4.2.2 Thiết kế sạc điện từ lượng phanh xe xuống dốc 62 2.4.3 Nghiên cứu thiết kế ly hợp cắt truyền động từ bánh xe đến động nhiệt chạy điện 64 2.4.3.1 Ly hợp điện từ 64 2.4.3.2 Ly hợp chiều (líp) 65 2.4.3.3 Ly hợp siêu việt 66 Chương 3: QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM CẢI TẠO XE GẮN MÁY THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID 67 3.1 Quy trình thực nghiệm .67 3.1.1 Cải tạo chắn ba lắp động điện vào bánh trước .67 3.1.2 Cải tạo ly hợp chiều 68 3.1.3 Thiết kế đồ gá bình điện 69 3.1.4 Cải tạo lại hệ thống điện .70 3.1.5 Trang trí làm đẹp khung sườn 70 3.2 Kết chạy thực nghiệm 71 KẾT LUẬN 72 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid MỞ ĐẦU Cùng với phát triển kinh tế, cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đời sống người dân giới nói chung nước ta nói riêng cải thiện rõ rệt Đi với điểm tích cực phát triển kinh tế, xã hội làm tăng nhu cầu sử dụng máy móc, phương tiện lại qua tăng mức độ phát thải nhiễm cho môi trường Đặc biệt năm gần tốc độ tăng trưởng nhanh kinh tế dân số khiến cho tình trạng nhiễm mơi trường trở nên trầm trọng, sức ép nguồn nguyên-nhiên liệu ngày tăng Trong bối cảnh đó, hạn chế ô nhiễm môi trường sử dụng hiệu nguồn tài nguyên thiên nhiên mục tiêu quan trọng có ý nghĩa sống cịn nhân loại, thực tất lĩnh vực có giao thơng vận tải Song song với việc sử dụng nguồn nhiên liệu không gây ô nhiễm, cải tiến động đốt nhằm nâng cao hiệu suất giảm ô nhiễm sử dụng cơng nghệ Hybrid biện pháp khả thi nhiều hãng xe lớn nghiên cứu áp dụng Đề tài nhóm chúng em Thiết kế cải tạo xe gắn máy Cub 50 thành xe gắn máy Hybrid Đây đề tài khơng giới cịn mẻ Việt Nam Trong thời gian thực đồ án, nhóm chúng em cố gắng vận dụng kiến thức công nghệ Hybrid để áp dụng vào thiết kế xe gắn máy, nhiên nhiều hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận thông cảm bảo, góp ý từ thầy bạn bè đề tài hoàn thiện Xe gắn máy Hybrid nhóm thiết kế cịn nhiều khuyết điểm chúng em hy vọng sở phục vụ cho việc nghiên cứu, cải tiến nhằm xây dựng nên xe máy Hybrid hoàn thiện tương lai Cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Bùi Văn Ga thầy khoa Cơ khí giao thơng tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ để chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp Đà Nẵng, ngày 27 tháng năm 2018 SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga Chương 1: TỔNG QUAN VỀ XE GẮN MÁY HYBRID 1.1 Mục đích ý nghĩa đề tài Lượng xe gắn máy nước ta năm gần gia tăng nhanh chóng, vượt xa so với dự báo quan quản lý nhà nước Do tính động cao giá phù hợp với khả kinh tế phần lớn người dân nên thời gian tới, loại phương tiện giữ vai trò thiết yếu trình di chuyển người Ngoài ra, đa số phương tiện vận chuyển giao thơng giới có sử dụng động nhiệt nguồn phát thải gây nhiễm bầu khí Vì vậy, việc làm giảm mức độ phát thải ô nhiễm chúng đối tượng ý nghiên cứu nhà sản xuất ô tơ, xe gắn máy Trên sở đó, có nhiều giải pháp đưa giải pháp áp dụng công nghệ giải pháp đánh giá cao Điều minh chứng ôtô có động thông minh tiết kiệm nhiên liệu hãng xe lớn Toyota, Honda, … Cũng nhờ mà hãng xe trì hoạt động sản xuất kinh doanh dịng xe kinh tế cạnh tranh cao Chính trên, đề tài tập trung nghiên cứu cải tiến xe gắn máy chạy động xăng đơn sang sử dụng kết hợp hai nguồn lượng động đốt động điện Mục đích giảm thiểu thời gian hoạt động cho động đốt nhằm góp phần tiết kiệm nhiên liệu Bên cạnh việc sử dụng đồng thời động đốt động điện giúp giảm lượng phát thải chất ô nhiễm môi trường, nâng cao tính kinh tế cho phương tiện 1.2 Tổng quan ô nhiễm môi trường nhiên liệu 1.2.1 Ơ nhiễm mơi trường, gia tăng nhiệt độ khí quyển, biến đổi khí hậu Trong vịng 400000 năm trở lại đây, nhiệt độ khí gần mặt đất trải qua chu kỳ băng hà Trước thay đổi nhiệt độ bầu khí khứ phụ thuộc vào tượng tự nhiên Tuy nhiên, từ bắt đầu thời kì cơng nghiệp, hoạt động người nguyên nhân gây gia tăng nhiệt độ bầu khí Điều khẳng định mơ hình tính tốn tăng nhiệt độ xem xét yếu tố ảnh hưởng khác Trên sở phân tích cân nồng độ cacbon khí quyển, dự báo gia tăng nhiệt độ cực đại khí gần mặt đất tương lai từ 4o đến 8o Nếu khơng có giải pháp rút giảm nồng độ CO2 khí SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga thời kì nóng lên trái đất kéo dài nhiều so với giai đoạn đất nóng lên q khứ Sự bùng nổ khí hậu khiến nhiệt độ trái đất gia tăng nhanh chóng trước đạt giá trị cực đại diễn (nồng độ C02 khí đạt giá trị cao nhất), tức thời điểm nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt Cân cacbon khí có ý nghĩa định đến giá trị cực đoan hệ thống khí hậu Hạn chế gia tăng C02 làm giảm tốc độ gia tăng nhiệt độ khí để thiên nhiên người có thời gian thích nghi Các giải pháp thu hồi lưu giữ C02 khả thi tương lai cho phép rút ngắn thời kì nóng lên Trái Đất giúp người khống chế nhiệt độ tối ưu hành tinh xanh Nhiệt độ mặt đất diễn theo chu kì, có khác biệt nhiều thời gian biên độ Mỗi chu kì bắt đầu thời kì tăng đột ngột nhiệt độ làm đất nóng lên kéo dài khoản 10000 đến 20000 năm (gọi thời kì băng hà), sau đất lạnh dần tạo thành thời kì băng hà Cuối thời kì băng hà, đất lại nóng lên chu kì lại bắt đầu Biến thiên nhiệt độ -3 -6 100 150 200 250 300 350 400 Nghìn năm trước 450 Hình 1.1 Biến thiên nhiệt độ khí gần mặt đất qua thời kì băng hà Nhiệt độ khí khứ tái nhờ phân tích đồng vị oxygen lưu giữ băng hà Các mẫu khoan băng hà bắc cực độ sau 3500m cho phép tái lại nhiệt độ khí 800000 năm trước Mặt khác, phân tích bọt khí lưu lại mẫu băng hà cho phép ta tìm thành phần chất khơng khí, từ xây dựng mối quan hệ nhiệt độ khí nồng độ chất gây hiệu ứng nhà kính khứ.Trong chu kì băng hà thứ tư, nhiệt độ khơng khí gần mặt đất thay đổi với biên độ lên đến 10o Tuy nhiên, nhiệt độ cực đại thời kì khơng q 4o so với nhiệt độ trung bình mặt đất SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga Những nghiên cứu nhiệt độ mặt đất chy kì xa trước cho thấy, có giai đoạn nhiệt độ trung bình mặt đất lên đến 22o, nghĩa cao nhiệt độ trung bình 8o Trong giai đoạn nóng kéo dài đến hàng chục triệu năm đó, băng cực tan hoàn toàn Theo kết tái diễn biến nhiệt độ khí sống thời kì có nhiệt độ cao thiên niên kỉ qua Sự ấm lên khí diễn hai giai đoạn, giai đoạn đầu từ năm 1910 đến năm 1945 giai đoạn sau từ năm 1976 đến Sự gia tăng nhiệt độ khí khoảng 1906 đến 2005 ước chừng 0,74o ± 0,18o Trong khoảng từ năm 1956 đến năm 2006, nhiệt độ tăng 0,65o Nhiệt độ trung bình mặt đất giai đoạn 2001 - 2007 14,44o, nghĩa tăng thêm 0,21o so với giai đoạn 1991 - 2000 Tốc độ gia tăng nhiệt độ trung bình khoảng 2,5o 100 năm Hình 1.2 Biến thiên nhiệt độ khí so với nhiệt độ trung bình 1961-1990 Nhiệt độ trung bình mặt đất từ năm 1856 đến 2005 biểu diễn hình 1.2 Ngồi ra, ta theo dõi mười năm có nhiệt độ chênh lệch cao từ năm 1998 đến 2008 bảng thống kê bên dưới: Bảng 1.1 Mười năm gần có chênh lệch nhiệt độ cao so với nhiệt độ trung bình giai đoạn 1961-1990 (oC) Năm 1998 2005 2003 2002 2004 2006 2001 2007 1997 2008 Δθ 0,55 0,48 0,47 0,46 0,45 0,42 0,41 0,4 0,35 0,32 SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga Sự gia tăng nhiệt độ khứ gây trình tự nhiên ngày nhiệt độ gia tăng chủ yếu hoạt động người Cân nhiệt đất đảm bảo hệ thống khơng tích lũy lượng thặng dư từ Mặt Trời Ban ngày xạ mặt trời hấp thụ khí quyển, đại dương đại lục, ban đêm thành phần truyền ngược xạ không gian vùng hồng ngoại Các tia xạ hồng ngoại đến lượt bị hấp thụ mây số chất khí có mặt khí Các chất khí gây hiệu ứng nhà kính phản xạ lại phần xạ mặt đất làm nóng lớp khí Đó hiệu ứng nhà kính Khơng có hiệu ứng này, nhiệt độ trung bình mặt đất -18o thay +15o Hiệu ứng nhà kính tượng thiếu hành tinh xanh Tuy nhiên, tác động vượt q mức cho phép gây hậu nghiêm trọng mơi trường Hình 1.3 Biến thiên nhiệt độ trung bình khí gần mặt đất nồng độ CO2 tương ứng Trong số chất khí gây nên hiệu ứng nhà kính C𝑂2 chiếm tỷ trọng cao Từ bắt đầu thời kỳ công nghiệp đến (khoảng 200 năm), phát thải C𝑂2 vào bầu khí khơng ngừng gia tăng Nồng độ C𝑂2 tăng 35% so vời thời kỳ tiền công nghiệp, vượt xa nồng độ chúng 600000 năm trước (hình 1.3) Nồng độ C𝑂2 tăng từ 280 ppm thời kỳ tiền công nghiệp đến 379 ppm vào năm 2005 Mức tăng trung bình C𝑂2 +1,5 ppm/năm khoảng 1970 đến 2000 +2,1 ppm/năm khoảng 2000 đến 2007 Các hoạt động người sử dụng nhiên liệu hóa thạch, phá rừng… sản sinh năm tỉ cacbon Tính tốn diễn biến nồng độ C𝑂2 khí theo kịch khác cho thấy, nồng độ đạt cân ổn định khoảng 500ppm trường hợp từ bây SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 2.3.3.2 Nguyên lý hoạt động sơ đồ điều khiển Theo sơ đồ trên, xe máy Hybrid hoạt động chế độ theo sơ đồ hình 2.33 : - Xe hybrid chạy động điện Xe hybrid chạy động nhiệt Xe hybrid chạy động xăng kéo máy phát sạc lại ắc quy - Xe hybrid chạy động xăng-điện Chú ý: - Dây chìa khóa xe điện nối với dương ắc quy động điện bật - Dây chìa khóa xe máy nối với mass xe máy bị tắt a) Xe hybrid chạy động điện Khi ta chuyển cụm công tắc điều khiển xe sang chế độ : Dây chìa khóa xe máy nối với mass làm cho xe máy tắt ,dây chìa khóa xe điện nối với dương ắc quy bật chế độ chạy xe điện Dòng điện từ ắc quy qua điều tốc, từ điều tốc nhận tín hiệu từ tay ga tín hiệu từ cảm biến vị trí roto cung cấp dòng cho cuộn dây đặt stato theo dúng thứ tự làm cho roto quay Tồn cơng suất động điện sử dụng để tạo sức kéo cho xe b) Xe hybrid chạy động nhiệt Khi ta chuyển cụm công tắc điều khiển xe sang chế độ : Dây chìa khóa xe điện bị ngắt khỏi cực dương ắc quy làm cho động điện bị ngắt Dây chìa khóa xe máy ngắt khỏi mass nên bật cho động nhiệt hoạt động Xe chạy động nhiệt, toàn công suất động nhiệt sử dụng để tạo sức kéo cho xe c) Xe hybrid chạy động xăng kéo máy phát sạc lại ắc quy Khi ta chuyển cụm công tắc điều khiển xe sang chế độ : Tương tự động điện bị ngắt, động nhiệt bật, đầu boot tăng áp dc/dc nối với ắc quy nên bật chế độ sạc Khi động điện chuyển sang chế độ máy phát, kéo theo động nhiệt sinh dòng điện ba pha đầu ra, sau qua cầu chỉnh lưu ba pha nén thành dòng điện chiều, dòng điện chiều đầu có điện áp khơng ổn định tốc độ máy phát không ổn định, nên sử dụng mạch tăng áp dc/dc (bộ tăng áp điều chỉnh điện áp đầu ổn định 55 (V) dòng điện sạc ổn định) để sạc cho ắc quy d) Xe hybrid chạy động xăng-điện SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 59 Khi ta chuyển cụm công tắc điều khiển xe sang chế độ ngắt công tắc kết hợp công suất Ở chế độ này, đầu dây chìa khóa xe điện kết nối với dương ắc quy dây chìa khóa xe máy ngắt khỏi mass động điện động nhiệt bật, từ ta có thề kết hợp cơng suất hai động 2.4 Nâng cao công suất hiệu suất xe gắn máy hybrid 2.4.1 Mục đích, yêu cầu Việc bố trí đặt phận xe máy hybrid sở cải tạo, lắp ráp sản phẩm, cụm chi tiết, phận có sẵn thị trường để giảm giá thành chế tạo xe giữ phần lớn thiết kế ban đầu xe mà xe hoạt động dễ dàng chế độ thiết kế nhằm nâng cao công suất hiệu suất cho xe bao gồm: Chế độ chạy động đốt trong: Sử dụng chủ yếu chạy đường trường Lúc động điện không hoạt động, có động đốt kéo bánh sau hoạt động qua truyền xích xe gắn máy thơng thường Lúc này, ta tận dụng lượng động điện sinh để nạp cho ắc quy Chế độ chạy động điện: Sử dụng chủ yếu chạy thành phố Lúc động đốt khơng hoạt động, có động điện bánh trước quay kéo xe chạy Chế độ kết hợp: Sử dụng động điện động đốt để tăng khả vượt dốc cho xe Với yêu cầu trên, nhóm thiết kế chúng tơi tận dụng tối đa không gian xe máy nguyên kết hợp với việc thay đổi số phận để bố trí chi tiết xe máy hybrid 2.4.2 Các giải pháp nâng cao hiệu sử dụng lượng xe gắn máy hybrid Bên cạnh việc giữ nguyên sạc điện xe honda cub 50 với bình điện 12V-5Ah Và sạc điện điện lưới xe điện vào bình ắc quy mắc nối tiếp 48(V) Ta thiết kế cải tạo thêm hệ thống nạp điện vào ắc quy 48(V) tận dụng lượng xe xuống dốc hay phanh 2.4.2.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động động điện BLDC Cấu tạo động điện chiều khơng chổi than kích từ nam châm vĩnh cửu SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 60 Từ hình 29 ta thấy động chiều khơng chổi than kết hợp động xoay chiều đồng kích thích vĩnh cửu biến đổi điện tử chuyển mạch theo vị trí rotor Hình 2.33 Sơ đồ khối động điện BLDC Việc xác định vị trí rotor thực thơng qua cảm biến vị trí, hầu hết cảm biến vị trí rotor phần tử Hall, nhiên có số động sử dụng cảm biến quang học • Stator động chiều không chổi than chứa dây quấn phần ứng Dây quấn phần ứng ba pha có hai sơ đồ nối dây, nối theo hình Y hình tam giác Stator động BLDC cấu tạo từ thép kỹ thuật điện với cuộn dây đặt khe cắt xung quanh chu vi phía stator • Rotor gắn vào trục động bề mặt rotor có dán nam châm vĩnh cửu Số lượng đôi cực dao động từ đến với cực Nam (S) Bắc (N) xếp xen kẽ Nguyên lý hoạt động động BLDC Để động BLDC hoạt động cần biết vị trí xác roto để điều khiển q trình đóng ngắt khóa bán dẫn, cấp nguồn cho cuộn dây stato theo trình tự hợp lí Mỗi trạng thái chuyển mạch có cuộn dây (như pha A) cấp điện dương (dòng vào cuộn dây pha A), cuộn dây thứ (pha B) cấp điện âm (dòng từ cuộn dây pha B) cuộn thứ (pha C) không cấp điện Momen sinh tương tác từ trường tạo cuộn dây stato với nam châm vĩnh cửu Một cách lí tưởng, mơ men lớn xảy từ trường lệch 900 giảm xuống chúng di chuyển Để giữ động quay, từ trường tạo cuộn dây stato phải quay đồng với từ trường rotor góc α SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 61 Hình 2.34 Sơ đồ cấp điện cho dây stato 2.4.2.2 Thiết kế sạc điện từ lượng phanh xe xuống dốc Qua nguyên lý cấu tạo động BLDC ta nhận thấy động không làm việc tác động lực để quay hoạt động máy phát điện xoay chiều kích từ nam châm vĩnh cửu Và thực tế nhóm thử nghiệm chứng minh quay bánh trước động điện phát dòng điện biến đổi theo tốc độ vòng quay Tuy nhiên dòng điện phát dòng điện xoay chiều pha biến đổi theo tốc độ vịng quay Để sạc vào acquy 48V ta cần dòng điện chiều ổn định với điện áp ổn định 55(V) Vì thế, chúng tơi thiết kế cầu chỉnh lưu pha để biến đổi thành dòng chiều tăng áp ổn định điện áp đầu luôn 55(V) để nạp Qua q trình nghiên cứu tìm hiểu thị trường có bán mạch tăng áp ổn định điện áp cường độ dòng điện đầu Với điện áp đầu vào biến thiên thay đổi từ 6-60(V) tăng lên 8-83(V) điều chỉnh ổn định điện áp dịng điện SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 62 Ta thiết kế sơ đồ mạch điện nạp điện sau: Trong trường hợp động nhiệt hoạt động hay xe xuống dốc động điện chuyển sang chế độ máy phát điện, thông qua mạch điện để nạp điện cho ắc-quy Hình 2.35 Cầu chỉnh lưu pha, tăng áp ổn định điện áp DC-DC 1- Cầu chỉnh lưu pha ; 2- Bộ tăng áp ổn định điện áp DC-DC Nguyên lý hoạt động mạch sau: Khi ta bật K1 sang vị trí: - Vị trí số 1: Dây chìa khóa xe điện nối với dương ắc quy, bật chế độ chạy xe điện Dòng điện từ ắc quy qua điều tốc, điều tốc nhận tín hiệu từ tay ga tín hiệu từ cảm biến vị trí roto cung cấp dịng cho cuộn dây đặt stato theo dúng thứ tự làm cho roto quay Tồn cơng suất động điện sử dụng để tạo sức kéo cho xe - Vị trí số 2: Động điện bị ngắt, chế độ sạc bị ngắt Xe chạy động nhiệt, tồn cơng suất động nhiệt sử dụng để tạo sức kéo cho xe - Vị trí số 3: Động điện chuyển sang chế độ máy phát, kéo theo động nhiệt sinh dòng điện ba pha đầu ra, sau qua cầu chỉnh lưu ba pha nén thành dòng điện chiều, dịng điện chiều đầu có điện áp khơng ổn định SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 63 tốc độ máy phát không ổn định, nên sử dụng mạch tăng áp dc/dc (bộ tăng áp điều chỉnh điện áp đầu ln ổn định 55(V) dịng điện sạc ổn định) để sạc cho ắc quy - Khi xe xuống dốc, lượng nạp vào ắc-quy cung cấp lực phanh định cho xe Tất nhiên, việc đạp phanh khí cần thiết lực phanh điện không đủ để đảm bảo tốc độ xuống dốc mong muốn Như hệ thống cho phép tận dụng lượng phanh để biến thành lượng có ích, giúp cải thiện hiệu sử dụng lượng xe gắn máy Hình 2.36 Sơ đồ hệ thống tự nạp điện xe gắn máy hybrid 2.4.3 Nghiên cứu thiết kế ly hợp cắt truyền động từ bánh xe đến động nhiệt chạy điện Do xe chạy hai chế độ động điện động đốt độc lập bánh sau dẫn động xích nên phải đảm bảo xe chạy chế độ động điện động đốt khơng bị kéo quay với bánh sau nhằm nâng cao hiệu suất xe Do đó, phải chế tạo thêm ly hợp để cắt truyền động từ bánh xe sau truyền ngược đến động nhiệt chạy động điện Các phương án đưa thực được: 2.4.3.1 Ly hợp điện từ Có ưu điểm : - Dễ tự động hóa q trình điều khiển SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 64 - Các bề mặt làm việc bị ăn mịn - Có khả điều chỉnh vơ cấp mơ men xoắn Tuy nhiên có nhược điểm lớn mà q trình cải tạo dùng đến : - Giá thành đắt so với mục tiêu đặt cải thiện xe gắn máy hybrid điện – xăng - Kết cấu lớn khó tích hợp vào xe máy 2.4.3.2 Ly hợp chiều (líp) Có ưu điểm: - Kết cấu gọn nhẹ hoạt động đơn giản - Giá thành rẽ dễ mua thị trường - Dễ dàng cải tạo lắp đặt lên xe nghiên cứu Tuy nhiên có nhược điểm lớn : - Khơng chịu mô men lớn - Độ bền không đáng tin cậy Nguyên lý hoạt động ly hợp chiều: Khi động nhiệt hoạt động mômen truyền từ động nhiệt thơng qua xích đến đĩa sau làm đĩa sau quay theo chiều chiều kim đồng hồ, nhờ có lị xo ép cóc ăn khớp vào đĩa, kéo theo bánh xe sau chuyển động chiều với đĩa Khi động điện hoạt động, bánh trước kéo theo bánh sau chạy (cùng chiều kim đồng hồ) cóc xi theo lưng đĩa quay lồng không Khi đó, bánh sau quay lồng khơng ngắt truyền động với xích khơng truyền ngược mơmen động nhiệt Hình 2.37 Kết cấu đĩa xích ly hợp chiều SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 65 1.Con cóc 2.Lị xo 3.Đĩa xích 2.4.3.3 Ly hợp siêu việt Hình 2.38 Kết cấu ly hợp siêu việt Nguyên lý hoạt động sau: Khi vành quay chiều kim đồng hồ, lị xo có xu hướng đẩy lên ép bi vào khe hẹp làm cho vành nối với trục quay theo chiều với vành Khi vành quay ngược chiều kim đồng hồ, có xu hướng ép lị xo lại, tạo khoảng trống bi trịn quay theo lúc vành nối với trục đứng yên Có ưu điểm đáp ứng nhược điểm loại như: - Kết cấu gọn nhẹ dễ dàng tính hợp lên xe cải tạo - Chịu mômen lớn, nên hoạt động tin cậy Tuy nhiên, lý khơng sản xuất đại trà thị trường nên phải gia cơng chế tạo, địi hỏi độ xác trình độ gia cơng cao Sau so sánh cân nhắc nhiều hạn chế kinh nghiệm khả chế tạo nên nhóm đồ án chúng tơi chọn phương án dùng ly hợp chiều (líp) để đảm bảo đơn giản dễ cải tạo SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 66 Chương 3: QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM CẢI TẠO XE GẮN MÁY THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID 3.1 Quy trình thực nghiệm 3.1.1 Cải tạo chắn ba lắp động điện vào bánh trước Hình 3.1 Cải tạo trước để lắp cụm động điện-bánh xe Cải tạo xe gắn máy lắp đặt động thực theo nguyên tắc giảm tối đa thay đổi kết cấu, kiểu dáng xe gắn máy chạy xăng nguyên thủy Vì đề tài chọn cách lắp đặt động sau: Lắp đặt động nhiệt: Động nhiệt, hệ thống truyền động hệ thống điều khiển động nhiệt giữ nguyên xe gắn máy trước cải tạo Công suất động nhiệt truyền qua bánh sau, thơng qua cấu xích Điều giúp đơn giản hóa tối đa cơng nghệ chuyển đổi giá thành xe sau chuyển đổi thành xe hybrid Lắp đặt động điện: Động điện dẫn động bánh xe trước xe gắn máy hybrid Cụm động điện, bánh xe, cấu giảm xóc, hệ thống phanh, hệ thống điều khiển chắn bùn lấy nguyên vẹn từ xe gắn máy điện Để lắp đặt cụm động điện lên xe gắn máy, trước xe cải tạo, cắt bỏ cấu lắp đặt bánh xe cũ hàn vào cấu lắp đặt cụm động điện-bánh xe Do bánh xe có khích thước nhỏ bánh xe cũ nên chiều dài trước điều chỉnh để đảm SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 67 bảo chiều cao xe không thay đổi sau cải tạo Hình 3.1 giới thiệu cải tạo trước để lắp cụm động điện-bánh xe Hình 3.2 giới thiệu kiểu dáng bên xe gắn máy hybrid sau cải tạo Hình 3.2 Kiểu dáng bên xe gắn máy hybrid sau cải tạo 3.1.2 Cải tạo ly hợp chiều Bước 1: Cắt bỏ phần ren líp xe đạp Bước 2: Hàn vành ngồi líp với vịng đĩa xích Bước 3: Cắt bỏ phần nắp moay sau Bước 4: Tiện, cắt mặt bích hàn để ống trục để lắp đĩa tích hợp ly hợp chiều Hình 3.3 Lắp đặt ly hợp khí vào bánh sau xe gắn máy hybrid SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 68 3.1.3 Thiết kế đồ gá bình điện Bảng 3.1 Bình điện dùng cho động điện có thơng số kích thước sau: STT Thông Số Giá Trị Chiều cao [mm] 106 Chiều rộng [mm] 99 Chiều dài [mm] 151 Khối lượng [kg] Dung lượng [Ah] 12 Hộp chứa bình ắc-quy, với hai ắc-quy hộp Hình 3.4 Hộp chứa bình ắc-quy SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 69 Gá đặt hộp chứa ắc-quy lên xe Cub 50, vị trí đặt phần sau xe: Hình 3.5 Vị trí đặt bình chứa ắc-quy 3.1.4 Cải tạo lại hệ thống điện Bước 1: Thiết kế lắp đặt cầu chỉnh lưu pha tăng áp, ổn định điện áp Bước 2: Đi lại giàn điện xe với mạch thiết kế lại Bước 3: Kiểm tra chế độ hoạt động, điều chỉnh điện áp, dòng điện ổn định để nạp vào ắc quy Hình 3.6 Boot DC vi điều khiển xe điện 3.1.5 Trang trí làm đẹp khung sườn Bước 1: Làm đồng hàn gia cố lại khung sườn Bước 2: Vệ sinh làm toàn manh xe Bước 3: Sơn màu lên cho xe SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 70 Hình 3.7 Hình ảnh xe sau sơn lại 3.2 Kết chạy thực nghiệm Xe gắn máy hybrid sau hoàn thiện chạy thử đường thực Kết thử nghiệm tóm tắt sau: - - Khi chạy điện, xe đạt tốc độ tối đa 40km/h đường phẳng Khi chạy xăng không nạp điện, xe đạt tốc độ tối đa 55km/h đường phẳng Khi phối hợp công suất động xăng động điện, xe đạt tốc độ 65km/h (không đo tốc độ cực đại đường xe chạy hết công suất) Khi nạp đầy ắc-quy điện lưới xe chạy 70 km Về tính kinh tế, chạy điện chi phí km giảm mạnh so với xe chạy xăng (như xe máy điện); chạy xăng tiêu hao nhiên liệu trước cải tạo Hình 3.8 Thử nghiệm xe gắn máy hybrid đường thực SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 71 KẾT LUẬN Kết nghiên cứu đề tài cho phép rút kết luận sau: - Có thể cải tạo xe gắn máy cub 50cc thành xe gắn máy hybrid điện-nhiệt sử dụng cụm phận xe máy điện có thị trường Điều cho phép đơn giản hóa qui trình giảm giá thành cải tạo xe - Giữ nguyên vị trí lắp đặt động nhiệt hệ thống truyền động bánh sau, động điện dẫn động bánh trước giải pháp tối ưu bố trí hệ thống động lực xe gắn máy hybrid - Bổ sung ly hợp khí vào bánh sau xe để cắt truyền động xích xe chạy điện góp phần cải thiện hiệu suất khí xe gắn máy hybrid - Hệ thống tự nạp điện cho ắc-quy xe chạy động nhiệt cho phép xe phối hợp sử dụng linh hoạt nguồn động lực xe tình vận hành khác - Tính kỹ thuật xe gắn máy hybrid phù hợp với việc sử dụng xe thành phố đường trường Xe hybrid sau cải tạo có cơng suất tổng cao chạy xăng để leo dốc tận dụng lượng phanh xuống dốc HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hiện phịng thí nghiệm chưa trang bị hệ thống đo cơng suất xe gắn máy nên phần thực nghiệm tiến hành đường thực Khi có hệ thống thử nghiệm xe gắn máy, việc đo đạt thông số vận hành xe giúp ích nhiều cho việc thiết kế cải tạo xe gắn máy chạy xăng thành xe gắn máy hybrid SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bui Van ga, Nguyen Quan, “Ơ tơ hybrid (lai) Việt Nam Khoa học Phát triển” (số 109+110-2005, pp 28-32) [2] Bui Van ga, Nguyen Quan, ” Nghiên cứu hệ thống động lực cho ô tơ hybrid (lai) Việt Nam” (Tạp chí Giao Thơng Vận Tải, số 3-2005, pp 58-60) [3] Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Hồ Sĩ Xuân Diệu, Nguyễn Quân, “Thiết kế hệ thống động lực cho ô tô hybrid điện-nhiệt hai chỗ ngồi”( Tuyển tập Hội Nghị Cơ học toàn quốc lần thứ VIII, Hà Nội, 7-8/12/2007) [4] GS.TSKH Bùi Văn Ga, Th.S Nguyễn Quân, ”Xe gắn máy hybrid điện-gas” (Tạp chí Giao thơng Vận tải số 1+2/2008, pp 49-51 68) [5] Bùi Văn Ga, Nguyễn Quân, Nguyễn Hương, Nguyễn Việt Hải, “Giải pháp phối hợp công suất cho xe gắn máy hybrid” ( Tuyển tập Hội Nghị Cơ Học Thuỷ Khí tồn quốc 2009, pp 157-164, Đà Nẵng 22-25/7/2009 ) [6] Bùi Văn Ga, Nguyễn Quân, Nguyễn Hương, “Thiết kế xe gắn máy hybrid”( Tạp chí Khoa học-Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, số 4(33), 2009, pp 20-27) [7] Bùi Văn Ga, Nguyễn Quân, Nguyễn Việt Hải, Nguyễn Hương, “Thiết kế xe gắn máy hybrid”, ( Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 11, Trường Đại học Bách Khoa-Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Phân ban Kỹ thuật Ơ tơ-Động nhiệt, pp 88-94, HCMC, 21-23/10/2009) [8] Bùi Văn Ga, Trần Thanh Hải Tùng, Hồ Sĩ Xuân Diệu, “Hệ thống động lực ô tô hybrid chỗ ngồi sử dụng điện khí dầu mỏ hóa lỏng LPG”,( Tạp chí Nghiên cứu Phát triển-Sở Khoa học Công nghệ Thừa Thiên-Huế, số 6(77)/2009, pp 57-65) [9] Bùi Văn Ga (Chủ biên), Trần Văn Nam, “Ơ tơ khơng truyền thống Nhà Xuất Bản Giáo dục Việt Nam”,( 2010) [10] Https://en.wikipedia.org/wiki/Honda_Super_Cub [11] Nguyễn Hữu Cần, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng , “Lý thuyết ô tô máy kéo”, (2013) SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 73 ... 18 1.5 Xe gắn máy hybrid .21 Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẢI TẠO XE GẮN MÁY CUB 50 THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID 23 2.1 Thiết kế cải tạo xe gắn máy có sẵn thành xe gắn máy hybrid. .. SVTH: Nhóm Hybrid GVHD: GS.TSKH.Bùi Văn Ga 22 Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ CẢI TẠO XE GẮN MÁY CUB 50 THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID 2.1 Thiết kế cải tạo xe gắn máy có sẵn thành xe gắn máy hybrid 2.1.1... tích lựa chọn loại xe gắn máy để cải tạo 23 2.1.2 Phân tích phương án lắp đặt động nhiệt động điện .23 Thiết kế cải tạo xe gắn máy cub 50 thành xe gắn máy hybrid 2.1.3 Thiết kế bố trí lắp đặt