STT Thông số kỹ thuật Đơn vị đo
lƣờng Giá trị
1 Khối lƣợng không tải kg 300
2 Khối lƣợng toàn tải kg 450
3 Số chỗ ngồi
(01 ghế tài xế và 01 ghế cho khách kế bên) chỗ 02
4 Vận tốc tối đa đạt đƣợc km/h 40
5 Thời gian ô tô hoạt động phút 120
6 Chiều dài tổng thể mm 3160
7 Chiều dài cơ sở, khoảng cách giữa 02 cầu xe mm 1740
8 Chiều rộng xe ô tô mm 1140
9 Chiều rộng cơ sở 02 bánh phía trƣớc mm 1070
10 Chiều rộng cơ sở 02 bánh phía sau mm 1070
11 Chiều cao xe ô tô mm 1160
12 Chiều cao xe có tải mm 1130
14 Phần nhơ ra phía sau tính từ tâm bánh xe sau mm 660 15 Khoảng cách từ mặt đất đến sàn xe ô tô mm 150
16 Góc tiến độ 150
17 Góc phần nhơ ra phía sau độ 250
4.2 Lựa chọn phƣơng pháp thiết kế xe ơ tơ điện
Để có thể thiết kế và nghiên cứu chế tạo ơ tơ điện 04 bánh có 02 chỗ ngồi theo hình thức phát triển đề tài ô tô điện dựa trên việc mua các linh kiện có sẵn trên thị trƣờng để láp ráp và điều chỉnh kết cấu. Sử dụng phần mềm Solidworks 3D để thiết kế xe ô tô điện, cũng nhƣ phát triển mơ hình xe theo quan điểm các nhân để tạo nên một sản phẩm có hình dạng đẹp mắt và các chức năng mới.
4.3 Tính tốn thiết kế xe ơ tơ điện phần cơ khí
4.3.1 Mô tả xe ô tô điện cần thiết kế
Xe ô tô điện đƣợc thiết kế dựa trên nền tảng của sự phát triển của các dòng xe đẹp, thịnh hành ngày nay. Với kết cấu là một xe ơ tơ điện 04 bánh (bố trí 02 bánh trƣớc và 02 bánh sau), hai bánh sau chủ động (4x2) và đƣợc vận hành bằng nguồn năng lƣợng điện từ ắc quy (nguồn năng lƣợng tái tạo và rất thân thiện với môi trƣờng). Việc chọn nguồn năng lƣợng sạch để sử dụng cho xe ô tô cũng là điều dễ hiểu, bởi đây không chỉ là xu hƣớng sắp tới của các nhà sản xuất ơ tơ mà cịn là sự phát triển của một tƣơng lai tƣơi mới.
Với hình dáng độc đáo, mới lạ và thậm chí là có một khơng hai trên thị trƣờng trong lĩnh vực xe ơ tơ điện, nó có thể sẽ rất hữu dụng ở hầu hết các lĩnh vực trong xã hội ngày nay, nhƣ trong giao thông vận tải, di chuyển nội bộ trong các khu nghỉ dƣỡng resort, di chuyển ở các sân golf, ở các địa điểm tham quan nổi tiếng, dịch vụ cho thuê xe theo giờ để tham quan trong các khu giải trí,…
Xe ơ tơ điện đƣợc thiết kế có 02 chỗ ngồi (01 ghế của tài xế và 01 ghế ngồi cho hành khách kế bên), cùng với sự bố trí nhƣ thế sẽ làm cho hành khách có sự thoải mái nhất. Bên cạnh đó làm tăng diện tích của khoang hành lý, có thể chuyên
chở với khối lƣợng lên đến 150 kg (bao gồm hành khách và hành lý). Với khối lƣợng toàn tải của xe lên đến 450 kg, đi kèm theo đó là kích thƣớc tổng thể của xe có thể dao động ở khoảng nhƣ sau: DxRxC=3000x1140x1160 (mm) để cho ra một chiếc xe ô tô điện đậm chất thể thao, nhỏ gọn, bắt mắt và ổn định khi chạy ở nhiều cung đƣờng khác nhau, phù hợp với điều kiện giao thông ngày nay ở Việt Nam ta.
Là một trong những loại xe chú trọng sự sang trọng về ngoại hình nên khơng đề cao về tốc độ, nên vận tốc tối đa xe ô tô điện có thể đạt đƣợc là 40 km/h, vận tốc trung bình của xe dao động trong khoảng 35 40 km/h. Đặc biệt hơn cả xe đƣợc
thiết kế với khoảng sáng gầm xe vừa phải 150 (mm), nên khi xe chạy khơng chỉ có tính ổn định cao bởi khả năng lƣớt gió trên những cung đƣờng với tốc độ thấp mà cịn duy trì sự thoải mái cho ngƣời ngồi trên xe.
4.3.2 Tính tốn thiết kế khung chịu tải của xe ô tô điện
Công dụng của khung chịu tải của xe ô tơ điện
Khung chịu tải (cịn đƣợc gọi là khung gầm xe hay phần sƣờn xe) có nhiệm vụ rất đặc biệt trong việc đỡ và bắt chặt các chi tiết, hệ thống, cũng nhƣ cố định động cơ, hệ thống lái, các hệ thống truyền lực của xe, bên cạnh đó nó cịn là nơi chịu tồn bộ tải trọng của xe.
Khung gầm xe có một vai trị quan trọng trong việc liên kết các cụm hệ thống truyền động lại với nhau, đồng thời phải đảm bảo đƣợc những yêu cầu khắc khe về độ bền, độ cứng vững, chịu va đập tốt, có tính thẩm mỹ, cũng nhƣ là các yêu cầu về khí động học,…
Tính tốn thiết kế khung chịu tải của xe ô tô điện
Dựa vào thơng số của bảng 4.1 ta có thể chia ra đƣợc trọng lƣợng của một số thành phần liên quan đến khung gầm xe ô tô nhƣ sau:
Sƣờn xe ô tô: 80 kg; Bánh xe (04 bánh): 18 kg; Khung bao của xe: 16 kg; Động cơ điện: 45 kg; Cầu xe trƣớc: 15 kg;
Cầu xe sau: 20 kg;
Các chi tiết của hệ thống lái: 15 kg; Ắc quy: 36 kg;
Các chi tiết liên quan khác: 55 kg.
Suy ra ta có thể tính tốn thiết kế khung chịu tải: Ta có trọng lƣợng của xe ơ tơ điện: G = Ga + Gt
Với: G: Trọng lƣợng toàn tải của xe điện (N) Ga: Trọng lƣợng bản thân xe điện (N)
Gt: Trọng lƣợng chuyên chở của xe điện (N) G = m 9,81 = 450 9,81 = 4414,5 (N) (#) Ga = ma 9,81 = 300 9,81 = 2943 (N) Gt = mt 9,81 = 150 9,81 = 1471,5 (N)
Dựa vào dữ liệu đã đƣợc tính tốn ở (#), ta có thể thơng qua đây để lựa chọn loại thép cho phù hợp với xe ô tô điện. Thép CT3 là loại thép phổ biến trên thị trƣờng bên cạnh đó nó cịn mang một số ƣu điểm nổi bật nhƣ sau: Giá cả phải chăng, có tính thẩm mỹ, cơ tính tốt, có độ cứng tƣơng đối cao và có khả năng định hình tốt khi thi cơng,…
Để có thể thiết kế ra đƣợc một hình dáng thích hợp cho phần khung chịu tải, nhóm em khơng những vận dụng kiến thức trên lớp mà còn ứng dụng cả phần mềm thiết kế cơ khí Solidworks 3D để có thể mơ phỏng cũng nhƣ thể hiện rõ hình ảnh của khung chịu tải xe ơ tơ điện.
Để tính tốn và thiết kế đƣợc khung chịu tải của xe ô tô điện 02 chỗ ngồi, nhóm em làm theo những trình tự sau đây:
Bƣớc 1: Phát thảo kích thƣớc của khung chịu tải của xe ô tô điện. Chiều dài tổng thể: 3000 (mm)
Chiều rộng tổng thể: 1115 (mm) Chiều cao tổng thể: 400 (mm)
Bƣớc 2: Dùng phần mềm thiết kế cơ khí 3D Solidworks dựa trên kích thƣớc phát thảo của khung chịu tải của xe ơ tơ điện.
Hình 4.1: Thiết kế khung chịu tải (khung sƣờn xe) của xe ô tô điện bằng phần mềm
thiết kế Solidworks 3D
Bƣớc 3: Điều chỉnh, giống kích thƣớc, xuất và in bản vẽ ra file PDF.
Hình 4.4: Hình chiếu cạnh của khung chịu tải đƣợc thiết kế
Việc chọn thép CT3 đƣợc dùng để làm khung chịu tải (sƣờn xe) đƣợc thể hiện cụ thể thơng qua hình 4.5 và bảng 4.2 sau đây:
Hình 4.5: Hình dáng của khung chịu tải của xe ơ tô điện đƣợc thể hiện cụ thể
1 – Thanh chịu lực dọc chính 2 – Thanh chịu lực ngang chính 3 – Thanh chịu lực + chịu lực của hệ thống treo sau
Bảng 4.2: Liệt kê thông số cần thiết của thép CT3 đƣợc dùng trong khung chịu tải
của xe ô tô điện 02 chỗ ngồi
STT Tên chi tiết Vật liệu Thông số kỹ
thuật Đơn vị (kg/m) 1 Thanh chịu lực dọc chính Thép hộp CT3 80 40 1,4 (mm) 2 2 Thanh chịu lực ngang chính Thép hộp CT3 80 40 1,4 (mm) 40 40 1,4 (mm) 2 1,4 3 Thanh chịu lực + chịu lực của hệ thống treo sau Thép hộp CT3 80 40 1,4 (mm) 2 4 Thanh chịu lực + chịu lực của hệ thống treo trƣớc Thép vuông CT3 40 40 1,4 (mm) 1,4
4.3.3 Tính tốn, thiết kế và lựa chọn hệ thống treo trên xe ô tô điện
Một số yêu cầu cần thiết đƣợc đặt ra cho hệ thống treo nhƣ sau:
Yêu cầu thứ 1 (ƣu tiên sự trải nghiệm, thoải mái dành cho ngƣời lái xe và hành khách): Xe phải có khả năng bám đƣờng tốt, xe hoạt động ổn định, êm dịu khi vận hành trên những cung đƣờng, đồng thời xe phải có khả năng kiểm sốt xe tốt trên đƣờng, khơng có tiếng ồn và rung lắc khi chạy. Nhằm mục đích chính trong việc tạo nên sự thoải mái nhất dành cho ngƣời lái và hành khách;
Yêu cầu thứ 2 (dựa trên cơ sở thiết kế của xe ô tô điện): Xe phải đảm bảo sự thơng thống ở vị trí hành khách và ghế tài xế, đồng thời phải tăng không gian chứa đồ cho hành khách;
Yêu cầu thứ 3 (về tính thẩm mỹ): Xe phải đƣợc thiết kế theo một phong cách đơn giản nhƣng lại mang đến sự thu hút dành cho ngƣời xem, bên cạnh đó xe cịn mang tính thể thao với những đƣờng gân sắc nét để góp phần tạo nên sự bắt mắt cho ngƣời xem;
Yêu cầu thứ 4 (về trọng lƣợng): Xe phải đảm bảo việc bố trí lắp đặt các cụm hệ thống trên ô tô điện một cách gọn gàng và nhẹ;
Yêu cầu thứ 5 (về chi phí sản xuất): Giá thành phải hợp lý, càng thấp càng tốt nhƣng phải đảm bảo là xe ln có chất lƣợng cao, độ tin cậy cao. Với giá cả thấp, đây sẽ là một trong những điều tiên quyết để mọi ngƣời có thể lựa chọn một chiếc xe.
4.3.3.1 Nghiên cứu, thiết kế và lựa chọn cho hệ thống treo phía sau của xe ơ tơ điện
Nghiên cứu, thiết kế và lựa chọn cho hệ thống treo phía sau:
Dựa vào một số yêu cầu trên và thơng qua việc tính trọng lƣợng tồn tải của xe ô tô điện ở mục (#). Ta có thể lấy đây để làm cơ sở tham khảo cho các phụ tùng của hệ thống treo đang đƣợc bán rộng rãi trên thị trƣờng Việt Nam ngày nay.
Nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn, thiết kế ngƣợc các chi tiết của hệ thống treo phía sau, cũng nhƣ sử dụng các chi tiết có sẵn trên thị trƣờng (nhƣ sử dụng lò xo giảm chấn sau, phuộc giảm chấn và đòn treo sau).
Cấu tạo của hệ thống treo phía sau của xe điện:
1 – Cầu xe 2 – Mâm xe
3 – Lốp xe 4 – Lò xo giảm chấn
5 – Phuộc giảm chấn 6 – Đòn treo sau
Cầu xe: Chức năng là truyền mô - men của động cơ tới trục bánh xe. Là nơi giảm tốc cuối cùng trƣớc khi truyền mô - men xoắn tới trục của bánh xe. Thay đổi tốc độ của các bánh xe chủ động khi vào cua để không gây ra hiện tƣợng trƣợt của bánh xe. Đặc biệt hơn cả là cầu xe đóng một vai trị vơ cùng quan trọng vì nó sẽ chịu hồn tồn tải trọng ở phía sau của xe.
Mâm xe: Mâm xe đa phần đƣợc làm từ hợp kim nhơm (nhẹ, bền). Chúng có rãnh gờ cho mâm có thể ơm sát đƣợc vành xe, giữ cho lốp xe cố định tại một vị trí khi đã bơm hơi. Thơng thƣờng thì mâm xe đƣợc thiết kế rất đa dạng và phong phú nhằm đảm bảo tính thẩm mỹ cho xe khi vận hành trên đƣờng. Lốp xe: Là bộ phận có chức năng đỡ toàn bộ khối lƣợng xe và hàng hóa
trên xe. Lốp xe ơ tơ là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với mặt đƣờng vì vậy nó điều khiển khi khởi hành, khi tăng tốc, khi giảm tốc, khi dừng, khi dẫn hƣớng. Ngồi ra lốp xe cịn có khả năng hấp thụ rung động do mặt đƣờng không bằng phẳng tác dụng lên lốp.
Lị xo giảm chấn: Có nhiệm vụ chính trong việc làm giảm rung lắc cho các hệ thống đƣợc lắp đặt trên ô tô, bên cạnh đó lị xo giảm chấn nhƣ một tấm đệm giảm xóc cho ơ tơ rất hiệu quả.
Phuộc giảm chấn: Cũng giống nhƣ phuộc của xe máy, có vai trị quan trọng trong việc giúp cho xe giảm xóc, giảm chấn, giảm rung khi xe vận hành. Bên cạnh đó nó cịn mang tính đàn hồi cao, tạo sự êm dịu khi xe chạy qua những cung đƣờng xấu.
Đòn treo sau: Là chi tiết đƣợc thiết kế một cách cứng vững và có nhiệm vụ chính trong việc cố định khoảng cách giữa cầu xe và khung sƣờn xe (khung gầm xe) một cách hiệu quả.
Lò xo giảm chấn đƣợc thiết kế cứng nhƣng vẫn đảm bảo tính năng đàn hồi cao.
Hình 4.7: Vẽ lị xo giảm chấn sau của hệ thống treo đƣợc thiết kế hoàn chỉnh
Phuộc giảm chấn sau đƣợc thiết kế để đảm bảo giảm sự rung lắc, giảm xóc cho xe khi chạy trên đƣờng.
Hình 4.9: Vẽ phuộc giảm chấn sau của hệ thống treo đƣợc thiết kế hoàn chỉnh
Hình 4.11: Hình chiếu bằng của phuộc giảm chấn sau của xe
Đòn treo sau đƣợc thiết kế một cách cứng vững, chắc chắn, dùng để cố định cầu xe với khung sƣờn xe.
Hình 4.13: Vẽ địn treo sau của hệ thống treo đƣợc thiết kế hồn chỉnh
Hình 4.14: Hình chiếu đứng của địn treo sau của xe đƣợc thiết kế
Hình 4.16: Hình chiếu bằng của địn treo sau của xe đƣợc thiết kế
Hình 4.17: Hình chiếu cạnh của địn treo sau của xe đƣợc thiết kế
4.3.3.2 Nghiên cứu, thiết kế và lựa chọn hệ thống treo phía trước của xe ơ tơ điện
Nghiên cứu, thiết kế và lựa chọn cho hệ thống treo phía trƣớc:
Đối với hệ thống treo phía trƣớc của xe ơ tơ điện cũng nhƣ hệ thống treo phía sau, bởi chúng có cùng một mục đích là giúp cho xe chạy êm dịu trên mọi mặt đƣờng. Đặc biệt hơn cả hệ thống treo phía trƣớc cịn đóng vai trị quan trọng trong việc chuyển hƣớng của bánh xe nhờ sự tác động của hệ thống lái.
Qua tìm hiểu từ những kênh thơng tin khác nhau, cũng nhƣ trong sách vở thì nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn, cũng nhƣ thiết kế ngƣợc một số chi tiết của hệ thống treo phía trƣớc, nhƣ sử dụng bộ càng chữ A, phuộc xe trƣớc, cam quay.
Cấu tạo của hệ thống treo phía trƣớc của xe ơ tơ điện:
Hình 4.18: Cấu tạo của hệ thống treo phía trƣớc của xe ơ tơ điện
1 – Mâm xe 2 – Lốp xe
3 – Càng chữ A dƣới 4 – Càng chữ A trên
5 – Phuộc xe trƣớc 6 – Cam quay
Mâm xe: Mâm xe đa phần đƣợc làm từ hợp kim nhôm (nhẹ, bền). Chúng có rãnh gờ cho mâm có thể ơm sát đƣợc vành xe, giữ cho lốp xe cố định tại một vị trí khi đã bơm hơi.
Lốp xe: Là bộ phận có chức năng đỡ tồn bộ khối lƣợng xe và hàng hóa trên xe. Lốp xe ô tô là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với mặt đƣờng vì vậy nó điều khiển khi khởi hành, khi tăng tốc, khi giảm tốc, khi dừng, khi dẫn hƣớng. Ngoài ra lốp xe cịn có khả năng hấp thụ sự rung động do mặt đƣờng không bằng phẳng tác dụng lên lốp xe.
Bộ càng chữ A (càng chữ A trên và càng chữ A dƣới): Là bộ phận nằm phía dƣới gầm xe với chức năng chống rung lắc, duy trì đƣợc các góc nghiêng, góc chụm, tiết kiệm khơng gian gầm xe phía trƣớc, đảm bảo sự hoạt động ổn định của xe khi di chuyển ở mọi cung đƣờng.
Phuộc xe trƣớc: Là một bộ phận của hệ thống giảm chấn, khi qua ổ gà hay