3.9.1 Thiết kế hệ truyền động kết hợp
Để có thể truyền hai nguồn công suất cùng lúc, nhất thiết phải có bộ truyền động kết hợp, qua đó bộ truyền có thể nhận cả hai nguồn động lực hoặc chỉ nhận riêng lẻ một trong hai nguồn động lực thông qua hệ thống nhông xích đơn hướng trước khi truyền đến bánh chủ động của xe Lai.
3.9.1.1 Nhông đơn hướng
Cơ cấu hoạt động như sau: Trong lúc xe vận hành ở những chế độ hoạt động khác nhau (chế độ xăng độc lập, chế độ điện hay cả xăng và điện), động cơ hoạt động ở chế độ cầm chừng hoặc tốc độ thấp thì lúc này trụ lăn trong nhông đơn hướng (động cơ hoạt động cầm chừng hoặc tốc độ thấp) sẽ tự động mở ra khiến cho trục truyền động kết hợp chỉ chuyển động theo động cơ hoạt động hiện hành (hay động cơ có tốc độ cao hơn nếu hai động cơ hoạt động cùng lúc). Điều này giúp cho hệ thống truyền động kết hợp hoạt động trơn tru mà không hề bị cản trở về công suất giữa hai nguồn động cơ khác nhau cùng hoạt động trên một bộ truyền động chung.
40
Hình 3.23 : Hình ảnh thực tế của nhông đơn hướng [10]
3.9.1.2 Bộ truyền kết hợp
Sơ đồ bố trí tổng thể hai nguồn động cơ xăng và động cơ điện cùng với bộ truyền kết hợp được thể hiện trên hình sau:
Hình 3.24 : Hình ảnh sơ đồ hệ thống truyền động kết hợp
Theo sơ đồ hình trên, động cơ xăng truyền công suất đến bộ truyền kết hợp thông qua tỷ số truyền lực là 1.38. Còn động cơ điện truyền công suất đến bộ truyền
41
kết hợp thông qua tỷ số truyền 2.77. Cả hai loại động cơ đều truyền công suất đến bộ truyền kết hợp thông qua hệ thống nhông xích đơn hướng.
Nhưng theo thông số kỹ thuật thì động cơ điện có tốc độ cao hơn động cơ xăng mặc dù công suất có thể bằng hoặc khác nhau. Vì vậy nên tỷ số truyền của hai loại động cơ đến chung một trục cũng khác nhau.
3.9.1.3 Tỷ số truyền của động cơ điện với hệ thống truyền động kết hợp.
Hình 3.25 : Hình ảnh bản vẽ sơ đồ tỷ số truyền động của động cơ điện đến truyền động kết hợp
Tỷ số truyền động của động cơ điện bằng tổng số răng của bánh răng bị động chia cho tổng số răng của bánh răng chủ động.
Tổng số răng của bánh răng bị động là 36 răng. Tổng số răng của bánh răng chủ động là 13 răng. Vậy tỷ số truyền là:
= =36
42
3.9.1.4 Tỷ số truyền của động cơ xăng với hệ thống truyền động kết hợp.
Hình 3.26 : Hình ảnh sơ đồ tỷ số truyền động của động cơ xăng đến truyền động kết hợp
Tỷ số truyền động của động cơ điện bằng tổng số răng của bánh răng bị động chia cho tổng số răng của bánh răng chủ động.
Tổng số răng của bánh răng bị động là 36 răng. Tổng số răng của bánh răng chủ động là 13 răng. Vậy tỷ số truyền là:
= = 36
26 = 1.384
Nguyên lý hoạt động chung của các cơ cấu này như sau:
Ở hệ thống lai thì cả động cơ xăng và động cơ điện đều dẫn động song song đến trục truyền kết hợp qua cơ cấu nhông xích đơn hướng và đến bánh xe chủ động, công suất dẫn động từ hai nguồn này có thể được sử dụng tuỳ theo các điều kiện hiện hành của xe.
43
3.9.2 Nguyên lý hoạt động của xe Lai
Hình 3.27 : Hình ảnh sơ đồ hệ thống nguyên lý làm việc của xe Lai xăng – điện
a. Trường hợp động cơ xăng hoạt động độc lập
Ở chế độ bình thường, bộ điều khiển trung tâm điều khiển hoạt động của động cơ xăng thông qua các cảm biến đặt tại chân ga. Nó sẽ kéo xe chuyển động qua bộ truyền động kết hợp trung gian với nhông đơn hướng và tỷ số truyền. Khi đó động cơ điện đứng yên, nó không chịu ảnh hưởng từ động cơ xăng (vì có nhông xích đơn hướng). Trong trường hợp này động cơ điện chỉ hoạt động hỗ trợ khi xe tăng tốc, khởi động và bổ sung công suất để xe hoạt động ở vận tốc tối ưu nhất.
b. Trường hợp động cơ điện hoạt động độc lập
Ở chế độ bình thường, ắc quy nạp năng lượng cho động cơ điện hoạt động thông qua bộ điều khiển bằng chân ga, kéo bánh xe chủ động quay làm xe chuyển động thông qua bộ truyền động kết hợp trung gian với xích đơn hướng và tỷ số truyền là 2.77. Lúc này động cơ xăng không hoạt động (vì có nhông xích đơn
44
hướng). Ta có thể vận hành động cơ xăng ở chế độ cầm chừng để nạp thêmđiện cho ắc quy.
Hình 3.28 : Sơ đồ điều khiển động cơ điện
45
c. Trường hợp động cơ điện và động cơ xăng hoạt động kết hợp
Ở chế độ này, hệ thống kết hợp máy điện và xăng cùng truyền lực đến bộ truyền động kết hợp trung gian thông qua tỷ số truyền từng cơ cấu và hệ thống nhông xích đơn hướng, nhằm tăng công có ích của cả hai động cơ (dùng hệ nhông xích đơn hướng để tránh hiện tượng cản trở công suất lẫn nhau của hai nguồn động cơ) để đạt được hiệu suất cao nhất khi vận hành xe. Tuy nhiên, sự kết hợp này thường chỉ xảy ra khi xe đã đạt vận tốc trung bình. Kết quả của quá trình kết hợp này đạt khá cao.
3.9.3 Tính toán , bố trí hệ thống ắc quy, năng lượng.
Việc bố trí hệ thống nhiên liệu trên xe phải đảm bảo an toàn, chống cháy nổ, không có sự rò rỉ trong mọi chế độ làm việc của xe. Ngoài ra, phải đảm bảo sự chắc chắn tránh gãy vỡ, thuận tiện cho việc bảo dưỡng, kiểm tra và nạp nhiên liệu.
Dung lượng ắc quy được xác định như sau:
= × = ×
_ + _
+ _ + _
12V-15Ah 12V-15Ah 12V-15Ah 12V-15Ah
48V
Hình 3.30 : Sơ đồ kết nối bình ắc quy trên xe
46 Số giờ xe chạy hết bình :
= × × . = × × . = 0.767 (h)
Tính thời gian nạp đầy bình : thời gian nạp bằng dung lượng ắc quy trên dòng nạp :
= = 5 (ℎ)
3.9.4 Bộ điều khiển
Sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trên xe Lai
Hình 3.32 : Hình sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trên xe Lai
3.9.4.1 Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển
Khi xe Lai bắt đầu khởi động, bộ điều khiển trung tâm sẽ nhận các tín hiệu từ các bộ phận của xe (ví dụ như dung lượng ắc quy, tình hình nhiên liệu ….), sau đó người lái sẽ điều khiển các bộ phận chấp hành như bộ điều khiển động cơ xăng, bộ điều khiển động cơ điện … để xe hoạt động ở các chế độ và điều kiện khác nhau.
a. Khi vận hành độc lập ở chế độ điện
Khi xe được vận hành ở chế độ điện thì lúc này thông qua bộ điều khiển trung tâm năng lượng được dẫn từ ắc quy qua bộ điều khiển đến cung cấp cho động cơ
47
điện, khi đó công suất điện sẽ được truyền đến bộ truyền động trung gian và đến bánh xe chủ động.
Hình 3.33 : Hình ảnh sơ đồ khối hệ truyền động điện
b. Khi vận hành độc lập ở chế độ xăng
Khi xe được vận hành độc lập ở chế độ xăng thì lúc này thông qua bộ điều khiển trung tâm, động cơ xăng sẽ được vận hành, lực được truyền đến bộ truyền động kết hợp và đến bánh xe.
Hình 3.34: Hình ảnh sơ đồ khối hệ truyền động bằng động cơ xăng
c. Sơ đồ khối của hệ thống sạc
Thông qua đồng hồ đo dung lượng ắc quy tại táp lô, cho thấy được rằng khi nào thì hệ máy phát sẽ được khởi động để nạp điện cho ắc quy chính cung cấp năng lượng cho động cơ điện hoạt động.
48
3.9.5 Ưu điểm của xe Lai xăng-điện
Phục hồi và sử dụng lại năng lượng: Trong quá trình xe chạy hay trong lúc giảm tốc năng lượng mà bình thường có thể bỏ phí được phục hồi lại dưới dạng năng lượng điện, mà sau đó được dùng lại để cung cấp điện cho ắc quy.
Động cơ điện kết hợp với động cơ xăng khi tăng tốc và ngược lại.
Kiểm soát hoạt động hiệu suất cao qua quá trình vận hành thêm máy phát. Giảm lượng tiêu thụ nhiên liệu (động cơ lai tiêu thụ lượng nhiên liệu ít hơn nhiều so với động cơ xăng thông thường)
Động cơ điện được dùng trong các chế độ gia tốc hoặc tải lớn nên động cơ xăng chỉ cần cung cấp công suất vừa đủ.
Có thể sử dụng vật liệu nhẹ để giảm khối lượng tổng thể của xe.
Có thể chạy xa và mạnh mẽ được giống như những xe chạy xăng bình thường. Xe Lai vẫn dùng xăng làm nhiên liệu nên người vận hành không phải lo việc nạp điện, thông thường tốn rất nhiều thời gian.
Xe Lai ít gây ô nhiễm môi trường hơn xe chạy xăng bình thường bởi vì động cơ điện có thể hoạt động ở hiệu xuất cao như động cơ xăng.
49
CHƯƠNG 4
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận
Qua kết quả thực nghiệm đã cho thấy xe vận hành ổn định trên đường với chế độ xăng và điện. Khi xe vận hành độc lập ở chế độ xăng với vận tốc từ 30 đến 40Km/h thì mức tiêu hao nhiên liệu 55km/l, khi xe vận hành độc lập ở chế độ điện đạt 20km/lần sạc, khi xe vận hành kết hợp cả xăng và điện thì đạt mức tiêu hao nhiên liệu 80km/l. Như vậy so với xe xăng bình thường thì xe Lai xăng-điện đã tiết kiệm nhiên liệu hơn.
Xe được thiết kế và thi công hoàn thiện với vỏ bằng vật liệu Composite, khung sườn được làm bằng thép ống có khả năng chịu lực va đập cao.
Bảng 4.1 : Quá trình chạy thử nghiệm
Chếđộ chạy Tổng khối lượng xe ( kg) Gia tốc (m/s2) Lực cản lăn mặt đường FL(N) Lực cản lên dốc FD (N) Lực cản gió FG (N) Lực quán tính FQ(N) Vận tốc V(Km/h) Mức tiêu hao năng lượng Xăng 200 1 40 200 20.07 200 40 55Km/l Điện 200 1 40 200 20.07 200 30 20Km/ lần sạc Xăng+Điện 200 1 40 200 20.07 200 40 80Km/l
Phương hướng phát triển
Với phương hướng tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu khí thải. Nhóm chúng em mong muốn rằng sớm đưa xe Lai vào thực tế sử dụng trong các khu công nghệ cao, khu du lịch sinh thái và dần đưa vào thị trường xe ba bánh của Việt Nam.
Sử dụng công nghệ tiên tiến trong quá trình thi công khung xe, vỏ xe cũng như áp dụng công nghệ điện tử công suất mới cho hệ thống điều khiển.
50
Nghiên cứu và phát triển hệ thống phanh từ thu hồi năng lượng, để hồi tiếp điện trong quá trình giảm tốc độ nạp lại cho ắc quy.
51
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt
[1] Bùi Văn Ga, Trương Lê Bích Trâm, Trương Hoàng Thiện, Lê Minh Tiến : Hệ thống cung cấp khí biogas cho động cơ cỡ nhỏ. Tuyển tập Hội Nghị Cơ học Thủy khí toàn quốc, Huế, 26-28/7/2007, pp. 159-168.
[2] 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.
[3] GS.TSKH. Bùi Văn Ga, Th.S. Nguyễn Quân : Xe gắn máy hybrid điện-gas. Tạp chí Giao thông Vận tải số 1+2/2008, pp. 49-51 và 68.
[4] Nguyễn Thị Hằng (2009), “Đánh giá độ bền của vật liệu Composite trên cơ sở nhựa Polyester không no gia cường bằng sợi thủy tinh trong môi trường nước biển”, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, tr. 38-40.
Tài liệu nước ngoài
[5] MEHRDAD EHSANI, YIMIN GAO, SEBASTIEN E.GAY, ALI EMADI. Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles-Fundamentals, Theory, and Design. CRC Press LLC, Washington, 2005.
Tài liệu web
[6]http://vietbao.vn/O-to-xe-may/Honda-gioi-thieu-xe-than-thien-voi-moi-truong/ 10899459/350/.htm [7] http://tainguyenso.vnu.edu.vn/jspui/handle/123456789/38642.htm [8] http://gafin.vn/20111204022640206p39c49/nhung-cuoc-khung-hoang-dau-lua- toi-te-nhat-trong-lich-su.htm [9] http://dantri.com.vn/c111/s111-632940/xe-canam-cua-nguoi-viet.htm. [10] www. Oto-hui.com.
52
PHỤ LỤC
Bảng thông số kỹ thuật xe
STT Tên hệ thống Chi tiết Đơn vị Thông số
1 Kích thước và trọng lượng tổng thể Kích thước tổng thể (dài× rộng×cao) mm 2700 × 1350× 1450
Chiều dài cơ sở mm 2700
Khoảng sáng gầm mm 260
Trọng lượng không tải kg 100
Trọng lượng toàn tải kg 200
2 Thân (áo) xe Vật liệu thi công Composite
Kích thước tổng thể mm3 11.520.000
3 Động
cơ
Xăng
Dung tích xi lanh cc 110
Công suất tối đa 6 Kw/7500 rpm
Mô men cực đại 8,67 N.m/5.500
Điện
Thể tích thùng nhiên liệu Lít 3.7
Công suất W 700
Mô men cực đại
4 Hệ thống treo
Treo trước Thanh đỡ và ống
giảm chấn
Treo sau Hệ thống gắp và
ống giảm chấn
5 Hệ thống
phanh
Hệ thống phanh trước Đĩa
Hệ thống phanh sau Tang trống
Hệ thống điều khiển phanh trước/sau Thủy lực/cơ 6 Hệ thống đèn Đèn trước Có Đèn sau Có Đèn xi nhan Có 7 Kích thước lốp Lốp trước 100/80/16 Lốp sau 130/90/15 8 Hộp số Số lui Có Số tay Có, 4 số Bánh truyền động chính Bánh sau Tỷ số truyền động chính 1.27
Tỷ số truyền của động cơ xăng
2.77 Tỷ số truyền của động cơ
điện
1.38
Số bánh xe Cái 2 trước, 1 sau
9 Ghế Số lượng ghế Cái 2 ghế
Vật liệu Nỉ
53
Trợ lực Có
11 Vận tốc Vận tốc max Km/h 40