Về mặt đặc tính động lực học của xe: Ở chế độ khởi hành, xe chỉ dùng động cơ điện. Đặc tính mơmen cơ của động cơ điện như hình 2.10 cho ta thấy tại số vịng quay nhỏ mơmen của động cơ cao, do đó sử dụng động cơ điện để khởi hành rất thích hợp. Cịn khi số vịng quay vượt q số vịng quay định mức thì khi tiếp tục tăng, đường mômen là đường hyperbol bậc 2 (số vịng quay tăng thì mơmen giảm) đường này cũng phù hợp với đặc tính động lực học của xe.
Hình 2.10: Đặc tính momen động cơ điện [1]
Về tính tiết kiệm nhiên liệu và giảm ơ nhiễm: Dựa trên đặc tính của động cơ đốt trong, ta thấy được dải hoạt động của mômen xoắn chưa tối ưu. Ở tốc độ vịng quay động cơ thấp, mơmen nhỏ khơng đáp ứng được điều kiện cản, do đó xe ơ tơ thơng thường cần phải có hộp số. Hơn nữa, đặc tính mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ cho thấy chỉ có một vùng động cơ hoạt động tối ưu với mômen lớn và mức tiêu thụ nhiên liệu nhỏ. Xe hybrid giải quyết được vấn đề này, bộ điều khiển sẽ quyết định trạng thái hoạt động của động cơ để điều chỉnh dải làm việc của động cơ trong vùng tối ưu của nó.
Hình 2.11 là đặc tính kinh tế nhiên liệu của động cơ CR12DE thuộc xe ô tô Nissan Cube. Đặc tính thể hiện được đường cơng suất ngồi và đường mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơthu được qua băng thử. Từ cơng suất ngồi và mức tiêu thụ nhiên liệu của động cơ, ta xác định được đường kinh tế nhiên liệu của xe (đường nét gạch trên Hình 2.11). Trên đường này ta có cơng suất của động cơ lớn và mức tiêu thụ nhiên liệu nhỏ, khi động cơ hoạt động trong vùng này sẽ tiết kiệm được nhiên liệu và có lượng phát thải độc hại ít.
Hình 2.11: Đặc tính của động cơ đốt trong [1] 2.8 Những giải pháp khác
2.8.1 Khí CNG
Khí CNG (Compressed Natural Gas) là một khí nén tự nhiên. Về cơ bản, nó là khí tự nhiên xảy ra dưới một áp suất rất cao mà tại đó khí tự nhiên vẫn tồn tại ở trạng thái khí. Vì khí tự nhiên chủ yếu chứa metan là thành phần chính, CNG cũng chứa metan. Chúng ta có thể sử dụng nhiên liệu này thay vì xăng, dầu. Và nhiên liệu này tạo ra ít khí độc hại hơn trong q trình đốt cháy khí so với xăng, dầu.
Ưu điểm của CNG:
- Thải khí ơ nhiễm ra mơi trường ít hơn xăng, dầu; - chi phí bảo trì thấp cho xe sử dụng CNG;
- Thiệt hại nhiên liệu thông qua sự cố tràn hoặc bay hơi là tối thiểu; - Trộn dễ dàng và đồng đều với khơng khí;
- An tồn khi sử dụng do sản xuất ít khí độc hại và ít ơ nhiễm; - Tính hiệu quả cao.
Nhược điểm:
- Phương tiện cần không gian rộng để lưu trữ nhiên liệu; - Lượng khí CNG mà phương tiện tiêu thụ tương đối cao.
Hình 2.12: Bình chứa khí CNG [21] 2.8.2 Khí LPG
LPG (Liquefied Petroleum Gas) là khí hóa lỏng. Ở trạng thái lỏng và hữu ích cho việc sử dụng nhiên liệu. Thành phần chính gồm có propan và butan thu được từ dầu mỏ. Và được sử dụng rộng rãi cho các phương tiện ngày nay vì ít ơ nhiễm môi trường hơn là xăng và dầu.
Ưu điểm của LPG:
- Khí LPG an tồn hơn nhờ bình chứa nhiên liệu dày và chắc chắn; - LPG rẻ hơn một nửa so với xăng;
- Khí LPG cháy hồn tồn và sạch trơn nên chi phí bảo dưỡng và tu sửa sẽ ít hơn xe sử dụng nhiên liệu xăng.
Nhược điểm:
- Nhược điểm lớn nhất của phương tiện sử dụng khí LPG là xe ít khoảng trống hơn xe sử dụng động cơ xăng vì bình chứa nhiên liệu lớn;
- Chi phí mua bình chứa nhiên liệu đắt;
CHƯƠNG 3: Phương án thiết kế 3.1 Ý tưởng thiết kế hoán cải
Xe nhiên liệu kép dự tính được thiết kế với đầy đủ tính năng giống như một xe hai bánh sử dụng động cơ đốt trong tiêu chuẩn đang có mặt ở thị trường Việt Nam hiện nay nhưng cải tiến trở thành một sản phẩm giúp tiết kiệm nhiên liệu với việc sử dụng song song 2 động cơ truyền động. Quá trình thiết kế gồm các bộ phận cấu thành xe nhiên liệu kép sau.
Thiết kế chi tiết: - Lắp bánh điện; - Pát định vị;
- Hộp chứa ắc-quy (nguồn); - Pát gá lắp thắng, ống dây thắng; - Mạch điều khiển;
- Bình dự trữ điện.
3.2 Phương án lắp bánh điện
Sử dụng bánh điện Xmen 1000W lắp vào bánh trước của xe, kích thước của bánh điện bằng với kích thước của mâm bánh xe phía trước là 12 inch, và kích thước của lốp bánh trước của xe SCR có thơng số là 90/90-12.
Sơ lược bánh xe điện 1000W:
- Động Cơ Xmen Vành 12, bao gồm phanh tang trống; - Lắp cho các loại xe điện dùng lốp 99/90÷12;
- Điện áp: 48÷60÷72 Volt;
- Cơng xuất: 800÷1000W, sử dụng ic 800÷1000W, 12 sị; - Loại: 3 pha khơng chổi than.
Hình 3.1: Bánh xe điện lắp phía trước
Vỏ hợp kim cao cấp không sỉ, khả năng chịu lực tốt. Với lớp sơn cao cấp giúp bảo vệ động cơ bị oxy hóa do các tác nhân thời tiết và mơi trường.
Cụm dây động cơ gồm tổng cộng 8 đầu dây:
- 3 Đầu dây to màu xanh dương, xanh lá, vàng là dây pha;
- 5 đầu dây con gồm dây đỏ và đen cấp nguồn cho mắt động cơ; - 3 dây nhỏ xanh lá, xanh dương, vàng là dây tín hiệu hall động cơ.
Tương thích với tất cả các loại ic điều tốc từ 500W 9 sò và 500W 12 sò, các dòng ic đa năng, ic thường và đặc biệt phù hợp với ic Humi để triệt tiêu tiếng động cơ, kích hoạt chế độ siêu tiết kiệm điện, tăng quãng đường đi được từ 15%÷20%.
3.3 Phương án lắp IC điều khiển bánh điện
- Bộ điều khiển xe đạp điện xe máy điện hoặc xe 3 bánh điện 48/60V÷1000W÷40A, bo mạch có thể dùng chung xe máy điện hoặc xe 3 bánh điện công suất lớn.
- Bo sử dụng động cơ 3 pha không chổi than, điều tốc đa năng.
- Có thể sử dụng cảm biến hoặc khơng sử dụng cảm biến. có dây reset tới hoặc lùi. bo có chức năng lùi sau (tốc độ chậm).
- IC điều khiển bánh điện được đặt vào trong cốp xe.
Hình 3.2: IC điều khiển bánh điện
Hình 3.4: Ký hiệu bản đồ kỹ thuật bánh điện [20] 3.4 Phương án bố trí nguồn điện ắc quy
3.4.1 Ý tưởng sử dụng hộp chuyên dụng
Đa phần các dự án chế tạo xe hybrid các nhà thiết kế họ thường đặt trong xe một hộp chuyên dụng để chứa bình ắc-quy. Nhưng không thể bỏ qua việc các sản phẩm hộp chuyên dụng chỉ dùng cho các mẫu xe tiêu chuẩn do nhà sản xuất chế tạo với thiết kế không gian lắp đặt một cách phù hợp. Cho nên khi sử dụng vào xe nhiên liệu kép thiên về hoán cải thì phải tác động làm thay đổi, cải tạo lại sao cho phù hợp với khơng gian trên xe, chính điều này có thể giảm độ bền, tính thẩm mỹ ban đầu của sản phẩm. Từ đó, nhóm quyết định sử dụng phương án chế tạo nguồn nguyên liệu sẵn có.
Hình 3.5: Hộp chứa ắc quy chun dùng 3.4.2 Sử dụng gỗ thông chế tạo hộp đựng ắc quy
Thông qua ý tưởng sử dụng hộp ắc quy chuyên dụng, vì tình hình dịch bệnh, bị hạn chế di chuyển, nên nhóm quyết định sử dụng vật liệu là gỗ thơng thay vì vật liệu cao su có tình cách điện cao.
- Bền, đảm bảo tính thẩm mỹ;
- Có khả năng cố định chắc chắn vào cốp xe mà không gây ra bất cứ rung lắc nào trong suốt quá trình duy chuyển;- Đảm bảo chống sốc cho ắc quy;
- Dễ gia cơng, tháo lắp.
Hình 3.6: Gỗ thơng dùng chế tạo hộp chứa ắc quy
Với kích thước ắc quy hiện tại thì việc thi cơng một hộp chứa khơng chỉ đảm bảo hoạt động ổn định của ắc quy trong q trình di chuyển mà cịn là sản phẩm chế tạo dễ dàng gá lắp cố định vào không gian cốp một cách tối ưu nhất.
3.5 Phương án thay thế hệ thống phanh trước 3.5.1 Phanh bánh trước trên xe nguyên thủy 3.5.1 Phanh bánh trước trên xe nguyên thủy
Trên xe cơ sở được trang bị phanh dẫn động thủy lực với cơ cấu phanh đĩa, phanh có cấu tạo tương đối phức tạp, bao gồm bộ phận với những chức năng, vai trò riêng, đảm bảo sự vận hành ổn định cho toàn bộ hệ thống.
Về cơ cấu phanh đĩa bao gồm:
- Phanh đĩa: Gắn với trục bánh xe. Chúng được đục thêm các lỗ, rãnh có tác dụng tản nhiệt trong quá trình sử dụng, giảm thiểu sự mài mòn, hư phỏng phanh;
- Hai má phanh: Là một khối thống nhất từ hợp kim, gốm, kevlar, được kẹp ở hai bên đĩa phanh;
- Trục bánh xe máy; Về dẫn động phanh:
- Tay phanh, ống dầu, khay đựng dầu phanh;
Hình 3.7: Hệ thống phanh đĩa trên xe cơ sở
Các bộ phận này được tháo rời để thay thế bánh điện và phanh tang trống để phù hợp với ý tưởng thiết kế ban đầu.
3.5.2 Phanh bánh trước sau hoán cải
Phanh trước sau hốn cải là phanh dẫn động cơ khí, có cấu phanh là loại phanh guốc
Hình 3.8: Cấu tạo của phanh tang trống của xe máy [13]
- Guốc phanh gián tiếp đẩy má phanh; - Má phanh bề mặt tiếp xúc tạo ra ma sát;
- Trục xoay;
- Trục đẩy má phanh trực tiếp đẩy guốc phanh và má phanh vào bề mặt tác dụng; - Cầu phanh bộ phận kết nối giữa đũa phanh và trục đẩy;
- Đũa phanh được nối với dây cáp;
- Lò xo hồi vị có tác dụng ép piston trở về vị trí ban đầu khi áp suất dầu giảm.
Nguyên lý làm việc của phanh tang trống:
Khi người lái bóp phanh được bố trí ở tay lái bên trái thì dây cáp tác dụng lên đũa phanh kéo cần làm trục đẩy má phanh có đầu tác dụng như một địn bầy đẩy guốc phanh ép vào bề mặt tang trống ở trên dùm bánh xe tạo ra ma sát và làm giảm tốc độ quay của bánh xe và khi ta bng thì lị xo sẽ kéo guốc phanh về lại vị trí ban đầu.
- Ưu điểm và nhược điểm của phanh tang trống: Ưu điểm
+ Rẻ tiền và lúc phanh không sợ bị sốc;
+ Chi phí sửa chữa thấp, ít hư hỏng hơn phanh đĩa do được bọc bởi trống phanh. Nhược điểm
+ Hiệu quả phanh kém hơn phanh đĩa;
+ Do được bọc trong trống phanh nên khó làm mát vì vậy mà làm ảnh hưởng đến các chi tiết bên trong;
+ Trọng lượng lớn hơn phanh đĩa.
3.6 Ý tưởng sơ bộ
3.6.1 Xe trước hoán cải
Trước khi thực hiện phương pháp thay đổi chế độ điều khiển thì xe cơ sở hoạt động bằng động cơ xăng, các thông số bao gồm:
- Động cơ bốn kỳ, một xylanh; - Dung tích xylanh 108cc; - Tỷ số nén 11:1
- Công suất tối đa 6.4 kW/7,500 rpm - Momen cực đại 9.2 Nm/6,000 rpm
3.6.2 Xe sau hoán cải
- Lắp phanh tang trống vào bánh trước của xe;
Hình 3.9: Phanh tang trống được lắp đặt
- Thay thế bánh cũ của xe cơ sở thành bánh xe điện công suất 1000W;
- Lắp IC điều khiển bánh điện vào cốp xe;
Hình 3.11: Nối dây IC vào nguồn ắc quy
3.7 Các chế độ điều khiển 3.7.1 Khởi động 3.7.1 Khởi động
Cấp nguồn 12V từ ắc quy, sau đó khởi động màn hình LCD hiển thị chữ OFF. Đồng thời bật các chức năng nằm chờ của vi điều khiển stm-32. Trong trường hợp người dùng bấm nút Down chọn chế độ kế bên tay ga, thì màn hình LCD sẽ hiển thị chế độ cho người dùng, nhưng chương trình sẽ khơng chạy. Khi người dùng bấm nút set thì LCD sẽ chuyển từ OFF sang ON thì chế độ được chọn sẽ chạy chương trình tương ứng.
3.7.2 Chế độ chạy điện
Chế độ hiển thị chạy điện được đặt là Mode 0 trên màn hình LCD. Ở mode 0 người dùng bấm nút set thì mạch điện sẽ kích rơ le cắt khóa của xe máy khơng cho xe máy hoạt động, và đóng khóa xe điện. Kết thúc Cấp nguồn Kích rơ le Đóng khóa ĐCĐT tắt Đ ĐCĐ hoạt động Bắt đầu Đ KT KT Nút nhấn set Chế độ chạy điện Đ KT
3.7.3 Chế độ chạy xăng
Ở chế độ chạy xăng được đặt là Mode 1 trên màn hình LCD. Ở mode 1 nếu người dùng đã bấm nút set rồi thì khơng cần bấm lại chỉ cần bấm nút Down để chuyển chế độ từ mode 0 qua mode 1 thì mạch điện sẽ nhận được tín hiệu thay đổi, sau đó sẽ kích rơ le cắt khóa của bánh điện không cho xe điện hoạt động và đóng tay ga xe máy.
Hình 3.14: Lưu đồ thuật toán chế độ chạy xăng
Kết thúc Cấp nguồn Kích rơ le Đóng khóa ĐCĐT hoạt động Đ ĐCĐ tắt Bắt đầu Đ KT KT Nút nhấn set Chế độ chạy xăng Đ KT
3.7.4 Chế độ chạy kết hợp xăng và điện Cấp nguồn Cấp nguồn Vận tốc Vận tốc > 30km Tay ga < 10% S Giữ nguyên trạng thái ĐCĐ hoạt động Đ Kích rơ le Ngắt ĐCĐ ĐCĐT hoạt động Kết thúc KT Đ Kiểm tra vận tốc S Nút nhấn set Chế độ chạy xăng và điện Đ KT Bắt đầu
Cuối cùng là chế độ chạy kết hợp giữa xăng và điện được đặt là Mode 2 trên màn hình hiển thị. Ở mode 2 người Việc bấm nút set cũng tương tự như mode 1. Khi chuyển sang mode 2 thì mạch đóng khóa xe điện, cắt khóa xe máy, cho chạy xe điện đồng thời kiểm tra tốc độ của bánh xe. Nếu vận tốc đạt trên 30km và giữ im tay ga. Mạch điều khiển chờ tay ga trả về giá trị dưới 10%, lúc này mạch điều khiển thực hiện thao tác cắt khóa xe điện, đóng khóa xe máy và kích đề xe, sau khi kích đề xe xong, mạch điều khiển quay về kiểm tra lại tốc tộc và tay ga. Trong trường hợp chở quá tải, hoặc khi lên dốc, trả về dưới 10% thì mạch điều khiển sẽ kích bánh điện, lúc này thì trợ lực sẽ đẩy hai bánh cùng chạy.
CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ
4.1 Kết quả của việc thiết kế, chế tạo cơ khí các bộ phận cấu thành xe 2 bánh sử dụng động cơ PHEV động cơ PHEV
4.1.1 Thiết kế kết hợp tay ga cơ - điện
Tay ga điện và tay ga cơ khác nhau về phương pháp điều khiển nhưng dựa vào cấu trúc tương đồng về mặt kỹ thuật nên việc thiết kế một tay ga tích hợp khơng những đơn giản hóa sản phẩm đáp ứng được đầy đủ chức năng, nhiệm vụ mà cịn đảm bảo được tính thẩm mỹ của sản phẩm.
4.1.2 Tay ga cơ
Tay ga cơ hoạt động với cơ cấu sử dụng lực kéo tác động lên tay vặn, thông qua dây ga tác động trực tiếp lên bướm ga để điều chỉnh độ mở phù hợp với khoảng tốc độ mong muốn. Tay ga cơ gồm các bộ phận:
- Cùm ga; - Cuộn dây ga; - Tay vặn.
- Cuộn dây ga cơ có góc quay 900 điều khiển độ mở cánh bướm ga từ mức thấp tới mức cao.
4.1.3 Tay ga điện
Nguyên lý làm việc
Hoạt động của tay ga dựa trên hiệu ứng Hall, dùng cảm biến Hall để đo độ lớn từ trường