TT Tên gọi Quy cách Vật liệu Chiều dài SL Đơn vị Khối lượng 1 Thang ngang 1 20x20x1 Thép 1300 5 Thanh 3,6
2 Thanh ngang 2 20x40x1 Thép 690 2 Thanh 1,2 3 Thanh ngang 3 20x20x1 Thép 690 1 Thanh 0,4 4 Thanh ngang 4 20x40x1 Thép 795 1 Thanh 0,7 5 Thang ngang 5 20x20x1 Thép 800 1 Thanh 0,5 6 Thanh ngang 6 20x40x1 Thép 794 1 Thanh 0,7 7 Thanh dọc A 20x40x1 Thép 788 2 Thanh 1,4 8 Thanh dọc B 20x40x1 Thép 374 2 Thanh 0,6 9 Thanh dọc chính 40x80x2 Thép 2266 2 Thanh 16,4 10 Thanh đỡ mái 20x20x1 Thép 1556 4 Cái 3,5
11 Tấm lát sàn Tấm 10
TỔNG KHỐI LƯỢNG 40
Tổng khối lượng bao gồm khung, sàn xe và vỏ xe là: 40+10= 50 kg
b. Tính bền khung xe
Để kiểm nghiệm bền khung xe ta sử dụng phương pháp Ossatures trong phần mềm RDM. Phương pháp này cho phép ta nghiên cứu các bài toán tĩnh và động với kết cấu khung dàn theo phương pháp phần tử hữu hạn với các giả thiết khi nghiên cứu:
+ Các khung được tạo thành bởi các thanh thẳng. + Chuyển vị bé và vật liệu là đẳng hướng.
+ Quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là tuyến tính. + Trọng tâm và tâm cắt tiết diện trùng nhau.
Sau quá trình tính toán ta có kết quả tình bền khung như sau: - Khung xe ở chế độ tải trọng tĩnh và đầy tải:
Hình 2.3: Biến dạng của khung xương khi ở chế độ tải trọng tĩnh và đầy tải tải
Hình 2.4: Biểu đồ ứng suất ở chế độ tải trọng tĩnh và đầy tải.
Ứng suất lớn nhất trên khung là 49,93 N/mm2< [u] = 170,04 ÷ 222,36 (N/mm2).
- Khung xe ở chế độ phanh gấp:
Hình 2.5: Biến dạng của khung xương khi ở chế độ phanh gấp.
Hình 2.6: Biểu đồ ứng suất ở chế độ phanh gấp.
Ứng suất lớn nhất trên khung là 67,96 N/mm2< [u] = 170,04 ÷ 222,36 (N/mm2).
- Khung xe ở chế độ quay vòng
Hình 2.7: Biến dạng của khung xương khi ở chế độ quay vòng.
Hình 2.8: Biểu đồ ứng suất ở chế độ quay vòng.
Ứng suất lớn nhất trên khung là 69,61 N/mm2< [u] = 170,04 ÷ 222,36 (N/mm2).
Vậy khung xương thiết kế đủ bền khi ô tô quay vòng.
Tấm pin năng lượng mặt trời
Loại pin năng lượng mặt trời được lựa chọn để lắp trên xe là loại monocrystaline 100W của hãng Shenzhen Sungold Solar Co.,Lt với những thông số kỹ thuật như sau:
Hình 2.9: Pin năng lượng mặt trời Sungold monocrystalline 100W. Bảng 2. 2. Bảng thông số tấm pin monocrystaline 100W Bảng 2. 2. Bảng thông số tấm pin monocrystaline 100W
TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị
1 Công suất W 100
2 Kích thước Mm 670x975x30
3 Khối lượng Kg 10,4
4 Điện áp tối ưu V 30,6
5 Dòng tối ưu A 8,49
6 Hiệu suất % 20,41
Dựa vào diện tích mái thiết kế, ta chọn lắp đặt 4 tấm pin Sungold monocrystalline 100W.
Trên nóc xe được bố trí thêm bộ điều khiển định hướng tấm pin để tận dụng tối đa cường độ bức xạ mặt trời.
Tổng khối lượng của các tấm pin và hệ thống tự động điều chỉnh: 10,4*4+ 10,4= 52 Kg
Ắc quy
Sau quá trình tính toán đối với xe thiết kế ta chọn bình ắc quy có dung lượng 100 (Ah). Hiện nay có các loại: ắc quy axít chì, ắc quy NiMH, ắc quy Li- ion, ắc quy Li- Polyme. Đối với một chiếc xe chạy năng lượng mặt trời thì yếu tố trọng lượng rất quan trọng. Do đó, mặc dù giá thành cao so với các loại khác nhưng trọng lượng của ắc quy Li- Polyme nhỏ hơn so với các loại khác có cùng
dung lượng. Dựa vào các yếu tố nêu trên ta chọn 4 ắc quy loại Howell HW- 12V 100Ah với những thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 2. 3. Bảng thông số của ắc quy Howell HW-12V 100Ah
TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị
1 Dung lượng Ah 100
2 Điện áp danh nghĩa V 12
3 Khối lượng Kg 13,5
4 Kích thước (dài x rộng x cao) mm 215 x 165 x 305
5 Xuất xứ Howell Energy Co.,Ltd
Hình 2.10: Ắc quy Howell HW-12V 100Ah.
Bộ điều khiển sạc pin năng lượng mặt trời
Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho ắc-quy, bảo vệ cho ắc- quy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy, và giúp hệ thống pin mặt trời sử dụng hiệu quả và lâu dài .
Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của Panel mặt trời vào ắc- quy giúp cho người sử dụng kiểm soát được các phụ tải.
Bộ điều khiển còn thực hiện việc bảo vệ nạp quá điện thế (>13,8V) hoặc điện thế thấp.
Hình 2.11: Bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Suoer - ST-C1230 Bảng 2. 4. Bảng thông số bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Suoer Bảng 2. 4. Bảng thông số bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời Suoer
TT Thông số kỹ thuật Đơn vị Giá trị 1 Điện áp sạc tối đa A 10 / 20 / 30
2 Điện áp thích ứng V 12 / 24
3 Đầu ra USB 5V 2.1A
4 Kích thước (dài x rộng x cao) mm 180 x 120 x 50
5 Xuất xứ SUOER ELECTRONIC
INDUSTRY CO.,LTD
Các hệ thống khác trên xe Kích thước ghế ngồi:
- Chiều rộng: 450 mm và chiều cao: 200 mm - Khoảng cách vành tay lái đến đệm ngồi: 200 mm - Góc nghiêng đệm ngồi: 50-70
- Góc nghiêng đệm tựa: 95 – 1000
- Chiều cao đệm tựa không lớn hơn 530 mm
Vì xe ô tô điện sử dụng năng mặt trời thiết kế sử dụng các hệ thống, các tổng thành tương tự như ô tô con nên về mặt khối lượng ta có thể lấy theo khối lượng các hệ thống tổng thành của ô tô con.
Trong đó:
- Khối lượng của ghế: 5 kg
- Khối lượng của cầu trước và bánh xe: 40 kg - Khối lượng của cầu sau và bánh xe: 60 kg - Khối lượng của hệ thống lái: 7 kg
Động cơ.
Với các thông số về kích thước và khối lượng của các hệ thống đã được chọn, tiến hành tính toán công suất cần thiết của động cơ:
Chọn sơ bộ khối lượng động cơ là 20 kg, như vậy ta có khối lượng toàn bộ xe là 438 kg.
Phương trình cân bằng lực kéo như sau: Pk = Pf + Pi + Pω + Pj (2.1) + Lực cản lăn được tính:
Pf = f.(Z1 + Z2) = f.Gtb.cosα=0,015.4296,8.cos6o = 64 (N) Gtb=438.9,81= 4296,8 N là tổng trọng tải của xe + Lực cản lên dốc: Pi = Gtb.sinα= 4296,8.0,1 = 429,68 (N) + Lực cản không khí: Pω = k.F.v2= 0,3.2,7.11,112= 100(N)
+ Lực quán tính: Pj = Gtb.a với a là gia tốc của xe. Chọn gia tốc a = 1(m/s2) Pj = 438.1 = 438 (N).
Từ những tính toán trên, thay các giá trị tính được vào biểu thức (2.1) ta có:
Pk = 64 + 429,68 + 100 + 438 = 1032 (N)
Trong thực tế 4 lực cản này thường không xảy ra cùng lúc, lực cần thiết của động cơ ở hai trường hợp này được tính lại là:
P
fi = Pf + Pi = 64 + 429,68 = 493,68(N) Pfω = Pf + Pω = 64 + 100 = 164 (N)
Ta có thể chọn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa để xác định cân bằng công suất cho động cơ, khi đó Pfω=164(N) và vận tốc của xe v = 11,11(m/s). Ta có công suất cản của xe lúc này là:
Neω= Pfω. v = 164. 11,11 = 1822,04 (W) Công suất cực đại yêu cầu của động cơ:
Nect = Neω/ η= 1822,04/0,95 = 1917,9 (W)
Chọn động cơ lắp trên xe ứng với công suất cực đại yêu cầu Ne max: Ne max = (1,1-1,25). Ne ct = 2109,7- 2397,3 (W)
Vì vậy để đảm bảo xe đạt được các thông số thiết kế, chúng ta chọn động cơ điện có công suất 2200W.
Động cơ được chọn là loại động cơ điện một chiều có chổi than DC-48 2.2 Series (kích từ nối tiếp) của Trung Quốc được thiết kế dành riêng cho xe điện với những thông số kỹ thuật như sau:
Bảng 2. 5. Thông số kỹ thuật động cơ DC- 48 2.2 Series
TT Thông số Đơn vị Giá trị
1 Kích thước mm 145x 211 2 Khối lượng kg 20 3 Số vòng quay định mức Vòng/phút 2000 4 Công suất định mức KW 2,2 5 Momen xoắn định mức N.m 10,8 6 Điện áp sử dụng V 48 Lựa chọn các hệ thống khác cho xe Hệ thống treo
Để chọn được hệ thống treo phù hợp cho xe thiết kế ta phân tích ưu - nhược điểm của các loại hệ thống treo:
- Hệ thống treo phụ thuộc được sử dụng phổ biến trên tất cả các loại ôtô. Nó có ưu điểm là: Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ trong khi vẫn đảm bảo được các yêu cầu cần thiết, nhất là đối với những xe có tốc độ chuyển động không lớn. Tuy nhiên nó có nhược điểm là ảnh hưởng đến tính ổn định ngang, dẫn đến hiện tượng trượt và sinh ra mômen con quay lớn ( Mcq).
- Hệ thống treo độc lập được sử dụng chủ yếu ở cầu trước các ôtô du lịch. Nó có ưu điểm là: Cho phép tăng độ võng tĩnh và động của hệ thống treo, nhờ đó tăng được độ êm dịu chuyển động, giảm được hiện tượng dao động các bánh xe dẫn hướng do hiệu ứng mômen con quay, tăng được khả năng bám đường, do đó tăng được tính điều khiển và ổn định của xe. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là phức tạp và đắt tiền khi sử dụng ở các cầu chủ động. Vì thế các ôtô du lịch hiện đại thường dùng hệ thống treo phụ thuộc ở cầu sau. Hệ thống treo độc lập ở các cầu chủ động chỉ sử dụng trên các ôtô có tính cơ động cao.
Kết luận: Với cơ sở phân tích như trên, cùng với đặc điểm, mục đích sử dụng của xe thiết kế ta chọn hệ thống treo phụ thuộc bộ phận đàn hồi nhíp lá cho cả treo trước và treo sau.
Hình 2.13: Sơ đồ bố trí hệ thống treo ô tô điện có sử dụng năng lượng mặt trời. trời.
1. Treo trước; 2. Cầu trước; 3. Khung xe; 4. Treo sau; 5. Cầu sau; 6. Nhíp 7. Giảm chấn; 8. Gối đỡ sau; 9. Gối đỡ trước.
Hệ thống phanh
- Cơ cấu phanh: chọn cơ cấu phanh đĩa cho phanh trước và cơ cấu phanh tang trống cho phanh sau.
- Dẫn động phanh: chọn dẫn động thủy lực cho hệ thống phanh chính và dẫn động cơ khí cho phanh tay.
- Phương án điều khiển phanh bằng bàn đạp. Đây là phương án thông dụng nhất, việc điều khiển vừa thuận tiện, vừa tạo được lực bàn đạp lớn, đồng thời hành trình bàn đạp cho phép cũng lớn. 2 7 7 8 5 3 2 3 4 5 6
Hình 2.14: Bố trí hệ thống phanh trên xe thiết kế.
1. Cơ cấu phanh trước; 2. Bàn đạp phanh; 3. Xylanh phanh chính; 4. Van chia 5. Đường ống dầu; 6. Cáp dẫn phanh tay; 7. Tay kéo; 8. Đòn nối; 9. Ốc điều chỉnh;
10. Cơ cấu phanh sau.
Hình 2.15: Sơ đồ hệ thống phanh chính của xe thiết kế.
1.Bàn đạp phanh; 2. Xilanh chính; 3. Cơ cấu phanh trước; 4. Đường ống dẫn dầu phanh; 5. Van chia; 6. Cơ cấu phanh sau.
1 2 3 6 4 5 7 8 9 10 3 4 5 2 1 6
Hệ thống lái
Trên cơ sở phân tích đặc điểm chính của một số loại cơ cấu lái, dẫn động lái thường dùng cho ô tô du lịch cỡ nhỏ cùng với yêu cầu của hệ thống lái trên xe thiết kế phải đơn giản nhỏ gọn, dễ bố trí, ta chọn hệ thống lái cho ô tô điện có sử dụng năng lượng mặt trời như sau:
Hình 2.16: Hệ thống lái ô tô điện có sử dụng năng lượng mặt trời.
130 4 7 5 10 1 2 3 6 9 11 5 6 2 7 3 8 1
1. Bánh xe dẫn hướng; 2. Trụ đứng ; 3. Đòn dẫn động ; 4 .Chi tiết càng cua ; 5. Thanh đỡ đòn ngang ; 6. Đòn kéo ngang; 7. Đòn bên ; 8. Trục lái ; 9. Vô lăng ; 10. Chốt; 11. Khớp cầu.
Hệ thống điện thân xe
Hệ thống điện năng lượng mặt trời
Hình 2.17: Sơ đồ hệ thống điện năng lượng mặt trời.
Cách ghép nối của tấm pin năng lượng và ắc quy
Ta ghép các tấm pin song song với nhau khi đó điện áp và cường độ dòng điện của chúng bằng nhau: I1 = I2 = I3 = I4, V1 = V2 = V3 = V4. Nếu cường độ chiếu sáng là đồng đều trên các tấm thì đối với hệ nối tiếp ta có:
Cường độ dòng của hệ: I = I1 + I2 + I3 + I4. Điện áp của hệ: V= V1 = V2 = V3 = V4.
Hình 2.18: Hệ pin mặt trời gồm 4 tấm nối tiếp.
Công suất điện do mỗi tấm cấp cho tải bằng nhau và tải nhận được tổng công suất của các tấm: P = P1 + P2 + P3 + P4
Ghép song song các bình acquy
Các bình acquy được ghép nối tiếp theo sơ đồ sau:
Hình 2.19: Hệ 4 acquy đấu nối tiếp
Hệ thống đèn chiếu sáng tín hiệu. Tổng quan
Đèn sử dụng trên xe được phân loại theo các mục đích: chiếu sáng, tín hiệu và thông báo. Ví dụ các đèn đầu được dùng để chiếu sáng khi đi vào ban
đêm, các đèn xin nhan để báo cho các xe khác cũng như người đi bộ và các đèn hậu ở đuôi xe để thông báo vị trí của xe.
Hệ thống đèn hậu
Khi công tắc điều khiển chuyển sang vị trí “TAIL”, thì dòng điện đi vào phía cuộn dây của relay đèn hậu. Relay đèn hậu bật lên và đèn sáng.
Hệ thống đèn trước
Hình 2.21: Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống đèn trước.
Hệ thống đèn xin nhan
Mạch điều khiển động cơ
Hình 2.23: Sơ đồ mạch điều khiển động cơ.
Mạch điện tổng hợp + Đ1, Đ2: đèn phía trước + Đ3, Đ4: đèn phía sau + Đ5, Đ6: đèn xin nhan trái + Đ7, Đ8: đèn xin nhan phải + C1: Còi
Quy trình nạp, xả điện năng.
Quy trình nạp của tấm pin năng lượng mặt trời.
Ta có thể tự mình ước tính xem liệu tấm pin có thể sản xuất ra bao nhiêu điện năng dựa trên các thông số tấm pin năng lượng mặt trời in trên nhãn của nhà sản xuất. Để có thể tính toán sản lượng đầu ra của tấm pin mặt trời dùng công thức sau:
Pt = P x t x 75%.
Sản lượng điện mặt trời đầu ra của một tấm pin sẽ bằng công suất định mức của tấm pin nhân với hiệu suất tấm pin nhân với số giờ nắng cao điểm trong một ngày 75% (trừ 25% bởi tác động của các yếu tố tự nhiên).
Trừ hao 25% là ở trường hợp xấu nhất, vị trí không được “đẹp” thường có nhiều mây, mưa, bóng râm,….
Tấm pin có công suất định mức P là 1000W, bốn tấm pin năng lượng
giống nhau ghép song song nhau nên P = P1 + P2 + P3 +P4 = 100 x 4 = 400. Lấy số giờ nắng cao điểm tại các khu du lịch là 5,5 giờ nên ta được:
Pt = 100 x 4 x 5,5 x 75% = 1.650 W
Cường độ dòng của hệ: I = I1 + I2 + I3 + I4 =33.96 (A).
Điện áp của hệ: V= V1 = V2 = V3 = V4 = 30,6 (V) .
Quy trình nạp, xả của acquy Li-ion.
Quá trình điều tiết sạc/xả một hệ pin Li-ion hoàn chỉnh, bao gồm nhiều tế bào pin lắp nối tiếp, tương đối khác biệt.
Đối với một hệ pin Li-ion hoàn chỉnh, cần 3 giai đoạn 1 – Chế độ ổn dòng: constant current.
2 – Cân bằng.
3 – Chế độ ổn áp: constant voltage.
Hình ảnh mô tả 2 giai đoạn sạc ắc quy Lithium-ion tiêu chuẩn gồm: Sạc ổn dòng, sạc ổn áp. Trong quá trình sạc ổn dòng, dòng điện được giữ không
đổi. Dòng điện sạc càng lớn, quá trình sạc ổn dòng càng ngắn nhưng quá trình sạc ổn áp sẽ càng dài; tuy vậy, tổng thời gian sạc cả 2 giai đoạn thường không quá 3h. Đồng thời, dòng điện lớn sẽ làm tăng nhiệt độ ắc quy.
Hình 2.25: Quy trình sạc ắc quy Li-ion