MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.. 1
Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF. 2
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011. 2
1.2. CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF. 4
1.2.1. Động cơ ô tô điện Nissan Leaf 2011. 4
1.2.2. Hệ thống truyền lực. 7
1.2.3. Hệ thống phanh. 8
1.2.4. Hệ thống lái 9
1.2.5. Hệ thống treo. 10
1.2.6. Hệ thống làm mát 11
1.2.7. Hệ thống điện. 12
1.2.8. Hệ thống chuyển đổi dòng điện và điều khiển tốc độ động cơ. 14
1.2.9. Các hệ thống khác. 17
1.3. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011 18
Chương 2. PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG ĐỘNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011. 20
2.1. HỆ THỐNG ĐỘNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 20
2.1.1. Công dụng. 20
2.1.2. Bố trí hệ thống truyền lực. 20
2.2. KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011. 21
2.3. KẾT CẤU HỘP GIẢM TỐC Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011. 23
2.3.1. Công dụng, yêu cầu. 23
2.3.3. Nguyên lý làm việc của hộp giảm tốc ô tô điện Nissan Leaf 2011. 27
2.4. KẾT CẤU CẦU CHỦ ĐỘNG VÀ TRUYỀN LỰC CHÍNH Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011. 28
2.4.1. Cầu chủ động. 28
2.4.2. Truyền lực chính. 29
2.5. KẾT CẤU CÁC ĐĂNG Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011. 33
Chương 3. KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 35
3.1. NHIỆM VỤ XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG.. 35
3.1.1. Khái quát chung. 35
3.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG.. 38
3.2.1. Xây dựng mô hình động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf 38
3.2.2. Xây dựng mô hình mô phỏng. 46
3.2.2.1. Mô hình động cơ. 46
3.2.2.2. Mô hình khối hộp giảm tốc. 48
3.2.4. Mô hình tín hiệu điều khiển và bộ điều khiển xe (Vehicle Control Unit – VCM) 49
3.2.2. 3. Mô hình khối bộ chuyển đổi DC-DC.. 50
3.3. KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 53
3.3.1. Thông số ban đầu. 53
3.3.2. Kết quả khảo sát 54
3.3.2.1. Khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf trong trường hợp trên đường nằm ngang. 54
3.3.2.2. Khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf trong trường hợp lên dốc – xuống dốc. 58
Chương 4. HƯỚNG DẪN KHAI KHÁC HỆ THỐNG ĐỘNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011. 62
4.1. NHỮNG LƯU Ý KHI KHAI KHÁC XE. 62
4.1.1. Khi xe hoạt động trên đường lầy, đường băng tuyết 62
4.1.2. Khi xe hoạt động ở vùng núi 62
4.2. ĐỘNG CƠ NISSAN LEAF 2011. 62
4.3. Hộp giảm tốc ô tô điện Nissan Leaf 2011. 63
4.3.1. Những lưu ý khi sử dụng hộp giảm tốc ô tô điện Nissan Leaf 2011. 63
4.3.2. Nội dung bảo dưỡng hộp giảm tốc. 64
4.3.3. Những hư hỏng chính của hộp giảm tốc, nguyên nhân và cách khắc phục. 64
4.4. CÁC NỘI DUNG CHÍNH TRONG KHAI THÁC TRỤC CÁCCác nội dung chính trong khai thác trục các đăng. 66
4.4.1. Bảo dưỡng trục các đăng. 66
4.4.2. Những hư hỏng thường gặp của trục các đăng và cách khắc phục. 67
4.4.1. Bảo dưỡng kỹ thuật. 68
4.4.2. Những hư hỏng thường gặp. 69
KẾT LUẬN.. 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 72
MỞ ĐẦU
Hiện nay, trên thế giới cùng với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ khác như vô tuyến điện tử, chế tạo máy với các bộ phận điều khiển tinh vi, các robot công nghiệp thế hệ thông minh, ngành tin học, ngành chế tạo ô tô đang có những bước tiến lớn với sự ứng dụng công nghệ tin học, điều khiển, khoa học mô phỏng, vật liệu mới. Các hãng xe trên thế giới đang tập trung nghiên cứu và đưa ra thị trường các mẫu xe mới đó là các loại xe lai, xe điện thân thiện với môi trường.
Một trong vấn đề cần nghiên cứu và phát triển trên xe là nghiên cứu khảo sát động lực học chuyển động thẳng của ô tô. Xuất phát từ những yêu cầu và đặc điểm đó, em đã được giao thực hiện nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp với đề tài: "Khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf”. Nội dung chính của thuyết minh đồ án bao gồm:
+ Mở đầu.
+ Chương 1. Giới thiệu chung về ô tô điện Nissan Leaf.
+ Chương 2. Phân tích kết cấu hệ thống động truyền lực ô tô điện Nissan Leaf.
+ Chương 3. Khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf.
+ Chương 4: Hướng dẫn khai thác hệ thống động truyền lực ô tô điện Nissan Leaf.
+ Kết luận.
Với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy: TS……………. đã giúp em thực hiện đồ án này. Trong quá trình làm đồ án, mặc dù có cố gắng nhưng không khỏi có nhiều chỗ còn thiếu sót, em rất mong được sự đóng góp chỉ bảo của thầy hướng dẫn cũng như các thầy trong bộ môn để đồ án này hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011
Ô tô Nissan Leaf là loại xe điện được sản xuất tại Nhật Bản vào năm 2010 và nhanh chóng được thị trường châu Âu, Mỹ và Nhật Bản tiếp nhận. Đây là mẫu xe điện của Nissan có số lượng bán trên các thị trường nói trên lớn nhất thế giới với số lượng 380.000 chiếc năm 2018 trong khi đó hãng xe Tesla của Mỹ chỉ bán được 263.500 chiếc trên toàn cầu với mẫu Tesla Model S.
1.2. CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRÊN Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF
1.2.1. Động cơ ô tô điện Nissan Leaf 2011
Ô tô điện Nissan Leaf 2011 là loại xe chạy hoàn toàn bằng điện do đó các loại động cơ đốt trong đã được thay thế bằng động cơ điện. Đây là loại động cơ do hãng Nissan nghiên cứu và phát triển cho riêng hãng. Động cơ điện trên xe Nissan Leaf 2011 là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permannent Magnet.
Động cơ điện đồng bộ thường có cuộn dây quấn phần ứng và cuộn dây quấn kích thích từ ở motor được cấp dòng một chiều đi qua chổi than và vành trượt,... Điều đó gây tổn hao và thường xuyên phải bảo dưỡng chổi than, làm giảm thọ của máy. Do đó cần phải phát triển động cơ PMSM nhằm khắc phục những nhược điểm của động cơ điện đồng bộ thông thường.
Cấu tạo: Về cơ bản cấu tạo của PMSM giống như động cơ đồng bộ thông thường bao gồm:
+ Stator đều sử dụng dựng các lá thép kỹ thuật ghép lại với nhau, bên trong có xẻ rãnh để đặt dây quấn. Động cơ PMSM có 3 cuộn dây quấn phân tán trên chu vi stator. Ba cuộn dây được cấp 3 điện áp xoay chiều. Dạng dòng điện trong cuộn dây là hình sin hoặc gần hình sin.
+ Rotor trong PMSM là một nam châm vĩnh cửu được cấu trúc sao cho sự phân bố tự cảm (hoặc mật độ từ thông) là hình sin. Các thanh nam châm được làm bằng đất hiếm ví dụ như Samarium Cobalt (SmCo), Neodymium IronBoride (NdFeB).
* Thông số cơ bản của động cơ điện trên xe:
- Model: EM61.
- Công suất cực đại: 80 kW/10390 vòng/phút.
- Mô men xoắn cực đại: 280 N.m /10390 vòng/phút.
- Khối lượng động cơ: 58 kg.
1.2.2. Hệ thống truyền lực
Hệ thống truyền lực trên xe Nissan Leaf 2011 bao gồm: hộp giảm tốc, cầu xe, truyền động các đăng. Hộp giảm tốc của ô tô điện Nissan Leaf 2011 là hộp giảm tốc RE1F61A nối giữa động cơ điện và truyền lực chính cầu xe. Trong đó hộp giảm tốc và truyền lực chính cầu xe được tích hợp liền và đặt trong một khối.
Trục các đăng nối giữa cầu chủ động và bánh xe chủ động. Công thức bánh xe là 4x2 dẫn động cầu trước.
1.2.3. Hệ thống phanh
Hệ thống phanh trên xe Nissan Leaf 2011 gồm có hệ thống phanh công tác (phanh chân), hệ thống phanh dừng (phanh tay) và hệ thống phanh tái sinh (Regenerative Braking System).
- Hệ thống phanh công tác (phanh chân): dùng để giảm vận tốc chuyển động của ô tô đến khi dừng hẳn hoàn toàn. Hệ thống phanh công tác trên xe Nissan Leaf có hiệu quả nhất và nó thường được sử dụng để phanh thường xuyên và cấp tốc.
- Hệ thống phanh dừng (phanh tay) : dùng để giữ xe cố định tại chỗ khi ô tô không chuyển động. Nó được bố trí ở bánh xe cầu sau, cơ cấu phanh guốc, dẫn động bằng cáp kéo.
- Hệ thống phanh tái sinh (Regenerative Braking System): đây là hệ thống phanh mới nó biến đổi động năng của quá trình phanh sinh ra điện để sử dụng lại.
1.2.4. Hệ thống lái
Hệ thống lái của ô tô điện Nissan Leaf bao gồm cơ cấu lái, dẫn động lái và trợ lực lái.
- Cơ cấu lái là cơ cấu thanh răng – bánh răng .
- Dẫn động lái gồm có: Vành tay lái, vỏ trục lái, truyền động các đăng, thanh lái ngang, cam quay và các khớp nối.
1.2.5. Hệ thống treo
Là hệ thống kết nối giữa khung xe với bánh xe. Hệ thống treo trước và treo sau của xe Nissan Leaf 2011 đều sử dụng hệ thống treo độc lập kiểu MacPherson.
1.2.6. Hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát ô tô điện Nissan Leaf 2011 có công dụng làm mát cho các thiết bị điện như bộ chuyển đổi DC-DC, động cơ kéo, bộ biến tần và các thiết bị khác giúp cho các bộ phận làm việc trong vùng nhiệt độ ổn định.
1.2.7. Hệ thống điện
1.2.7.1. Hệ thống điện thấp áp
Hệ thống điện thấp áp trên ô tô điện Nissan Leaf có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho các thiết bị sử dụng điện có điện áp thấp và hệ thống tín hiệu, hệ thống điều khiển trên xe. Hệ thống điện thấp áp được cung cấp năng lượng bởi ắc quy axit – chì trên xe có điện áp là 12V và có dung lượng là 65Ah.
- Hệ thống đèn chiếu sáng và đèn báo hiệu bao gồm: Đèn pha, đèn xi nhan, đèn phanh, đèn sương mù, đèn soi biển số, đèn trần trong xe, đèn báo nạp ắc quy, ...
- Hệ thống thông gió, sưởi ấm, điều hoà nhiệt độ, bộ gạt nước, rửa kính…
- Hệ thống âm thanh gồm có dàn CD và các loa. Ôtô Nissan Leaf 2011 mang lại sự thư giãn qua âm nhạc trên đường xa.
1.2.7.2. Hệ thống điện cao áp
- Hệ thống lưu trữ năng lượng: Pin Lithium- ion do hãng Panasonic chế tạo bao gồm 48 mô đun pin. Trong mỗi mô đun pin lại có 4 cell pin tổng thể có tất cả 192 cell pin. Trong đó 24 mô đun phía trước được bố trí theo chiều ngang và 24 mô đun phía sau bố trí theo phương thẳng đứng.
1.2.8. Hệ thống chuyển đổi dòng điện và điều khiển tốc độ động cơ
a. Bộ sạc pin
- Sạc thường: Có hai phương pháp sạc đó là sạc thông thường và sạc chậm. Cả hai phương pháp sạc dưới đây đều sử dụng dây sạc điện thông thường kết nối với cổng sạc nhỏ của bộ sạc trên xe.
+ Sạc thông thường: sử dụng thiết bị sạc kết nối với nguồn điện gia đình dùng nguồn điện 220-240 V. Thời gian để sạc đầy pin từ 8-10 giờ kể từ lúc bắt đầu sạc.
- Sạc nhanh: Đây là phương pháp sạc yêu cầu thiết bị chuyên dụng với thời gian sạc rất nhanh chỉ kéo dài 30 phút sạc. Với chế độ sạc như vậy không cho phép sạc 100% pin mà chỉ cho phép sạc đến mức 80% pin.
b. Bộ chuyển đổi DC-DC
- Chuyển đổi điện áp một chiều của bộ lưu trữ năng lượng có điện áp cao là Pin Lithium- ion thành điện áp một chiều có điện áp thấp hơn để sạc vào bình ắc quy và cung cấp cho các thiết bị sử dụng điện áp thấp khi xe hoạt động.
- Chuyển đổi điện áp của Pin Lithium- ion có điện áp một chiều nên tới 403V thành điện áp một chiều 360V để đưa vào bộ biến tần (Inverter) để cung cấp điện áp động cơ kéo hoạt động.
1.2.9. Các hệ thống khác
Các thiết bị đo đạc hiển thị như: đồng hồ pin, đồng hồ nhiệt độ nước làm mát, đồng hồ tốc độ, đồng hồ công tơ mét...
Trong xe có chỗ để tàn thuốc lá và để đồ uống, hộp đựng găng tay.
1.3. THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011
Một số thông số kỹ thuật của ô tô điện Nissan Leaf 2011 thể hiện như bảng 1.1.
Chương 2
PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG ĐỘNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011
2.1. HỆ THỐNG ĐỘNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF
2.1.1. Công dụng
Hệ thống động truyền lực trên xe là tổ hợp các cụm, các cơ cấu được liên kết với nhau có nhiệm vụ:
+ Sản sinh ra nguồn động lực cần thiết theo yêu cầu của người điều khiển xe.
+ Truyền các mô men xoắn từ động cơ tới các bánh xe chủ động.
2.1.2. Bố trí hệ thống truyền lực
Mô men sinh ra bởi động cơ điện được truyền theo sơ đồ:
Động cơ -> hộp giảm tốc -> cầu xe -> bán trục -> bánh xe chủ động.
Hệ thống truyền lực của ô tô điện Nissan Leaf 2011 là hệ thống truyền lực cơ khí bao gồm: động cơ điện, hộp giảm tốc, cầu xe, truyền động các đăng, 2 bán trục được bố trí ở cầu trước của xe.
2.2. KẾT CẤU ĐỘNG CƠ ĐIỆN Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011
- Động cơ ô tô điện Nissan Leaf 2011 là loại động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực ẩn (IBMSM) sử dụng dòng điện 3 pha có điện áp là 360V được điều khiển bởi biến tần. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được điều khiển theo nguyên lý vector không gian (FOC).
* Cấu tạo:
Động cơ điện EM61 được dử dụng trên ô tô điện Nissan Leaf 2011có cấu hai mặt vỏ động cơ được lắp vơi thân động cơ thông qua bu lông. Thân động cơ được đúc bằng hợp kim nhôm có biên dạng là hình trụ bên trong có áo nước để đưa nước vào làm mát động cơ.
2.3. KẾT CẤU HỘP GIẢM TỐC Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011
2.3.1. Công dụng, yêu cầu
a. Công dụng
- Hộp giảm tốc dùng để thay đổi lực kéo tác dụng lên bánh xe bằng cách thay đổi tỷ số truyền động giữa bánh xe chủ động với động cơ.
- Thay đổi chiều chuyển động của xe (chiều tiến hoặc chiều lùi) bằng cách thay đổi chiều quay của động cơ điện.
b. Yêu cầu
- Có tỷ số truyền hợp lý, đảm bảo tính động lực học.
- Không sinh ra lực va đập lên hệ thống truyền lực.
a. Kết cấu vỏ hộp giảm tốc
Vỏ hộp giảm tốc RE1F61A là giá đỡ để lắp ráp các chi tiết của hộp giảm tốc như bánh răng, trục, ổ. Loại vỏ hộp giảm tốc RE1F61A được đúc bằng hợp kim nhôm.
b. Kết cấu trục và bánh răng
* Trục và bánh răng sơ cấp:
Trục sơ cấp hộp giảm tốc được chế tạo rời với bánh răng. Là trục chủ động của hộp giảm tốc. Đầu trục được chế tạo rỗng có các răng then hoa để bắt với trục của động cơ điện. Trên trục sơ cấp có các ổ bi lăn 1 dãy có nhiệm vụ đỡ trục, chịu tải trọng và là vị trí ghép nối giữa vỏ hộp giảm tốc và trục.
* Trục thứ cấp hộp giảm tốc:
Trục thứ cấp của hộp giảm tốc RE1F61A là loại trục được lắp cố định trên vỏ của hộp giảm tốc, được quay trên ổ bi đỡ chặn lắp ở hai đầu lắp lên vỏ của hộp số. Các bánh răng được chế tạo rời và được lắp với trục bằng ăn khớp then bán nguyệt, trục không chịu xoắn vị vậy kích thước sẽ nhỏ. Khi hỏng hóc có thể thay thế rất dễ dàng.
c. Ổ đỡ hộp số.
Ổ đỡ được chọn theo hệ số khả năng làm việc, ổ đỡ được chọn là loại ổ bi đỡ chặn hướng kính một dãy vì loại này nhận lực hướng kính và lực dọc trục tốt.
2.3.3. Nguyên lý làm việc của hộp giảm tốc ô tô điện Nissan Leaf 2011
Trên xe ô tô điện Nissan Leaf 2011 chỉ thực hiện 2 chuyển động đó là chiều tiến và chiều lùi.
* Thực hiện chuyển động tiến:
Người lái xe gạt cần số về số D (Driver). Lúc đó động cơ điện được điều khiển bởi bộ điều khiển động cơ (VCM) thực hiện biến đổi tần số và dòng điện làm quay động cơ.
* Thực hiện chuyển động lùi:
Khi xe muốn thực hiện chuyển động lùi yêu cầu xe phải dừng hoàn toàn trước khi người lái xe gạt cần số về số R (Reverse). Lúc đó động cơ điện được điều khiển bởi bộ điều khiển động cơ (VCM) thực hiện biến đổi tần số và dòng điện làm quay động cơ theo chiều ngược lại với chiều tiến.
* Thực hiện chế độ trung gian N (Neutral) :
Người lái xe gạt cần số về N lúc đó bộ điều khiển VCM sẽ không cung cấp điện cho động cơ và xe dừng tại chỗ. Lúc đó hệ thống phanh tái tạo không hoạt động tuy nhiên phanh xe vẫn làm nhiệm vụ dừng xe.
2.4. KẾT CẤU CẦU CHỦ ĐỘNG VÀ TRUYỀN LỰC CHÍNH Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011
Cầu chủ động của ô tô điện Nissan Leaf 2011 bao gồm 2 thành phần chính là truyền lực chính và vi sai chúng được bố trí tích hợp trong hộp giảm tốc RE1F61A.
2.4.1. Cầu chủ động
a. Công dụng
- Truyền công suất từ trục chủ động đến các bánh xe sau.
- Thay đổi hướng quay của trục chủ động một góc 900 để quay trục bánh xe.
b. Yêu cầu của cầu chủ động
- Đảm bảo truyền lực đều, có tỷ số phù hợp.
- Hiệu suất truyền động cao làm việc êm.
2.4.2. Truyền lực chính
Dùng để tăng mô men xoắn, truyền mô men xoắn và đổi phương truyền lực dưới một góc 900 từ hộp giảm tốc đến bán trục. Trên xe sử dụng loại truyền lực chính 1 cấp bánh răng trụ răng nghiêng.
a. Công dụng:
+ Truyền mô men từ hộp giảm tốc đến bộ vi sai.
+Giảm tốc và tăng mô men truyền đến các bánh xe chủ động đảm bảo tỷ số truyền chung.
c. Đặc điểm kết cấu:
- Trên xe sử dụng loại truyền lực chính 1 cấp bánh răng trụ răng nghiêng.
- Bánh răng chủ động của cầu xe là bánh răng trụ răng nghiêng lắp trên trục trung gian của hộp giảm tốc.
* Truyền lực chính và vi sai:
Truyền lực chính và vi sai được cố định trên hộp giảm tốc nhờ hai ổ bi côn. Bánh răng trụ răng nghiêng của truyền lực chính là loại bánh răng nghiêng có kích thươc lớn được chế tạo rời được ghép với trục thông qua bộ vi sai.
2.4.2.1. Vi sai
a. Công dụng
- Khi xe quay vòng, hoặc di chuyển trên đường không bằng phẳng, lực cản hai bên bánh khác nhau cho nên trong cùng một thời gian nhưng các bánh xe đi được những quãng đường khác nhau, chịu các mô men cản khác nhau.
b. Yêu cầu.
- Bảo đảm phân phối mô men xoắn cho các bánh xe trong một cầu xe theo tỷ lệ cho trước phù hợp với mô men bám.
- Bảo đảm được số vòng quay khác nhau giữa các bánh xe chủ động trong quá trình quay vòng, chuyển hướng hoặc chuyển động trên đường không bằng phẳng (lực bám hai bên bánh xe khác nhau).
c. Đặc điểm kết cấu.
Trên xe sử dụng vi sai bánh răng côn đối xứng, có ưu điểm là kết cấu đơn giản, dễ chế tạo tuy nhiên khả năng vượt lầy kém và tính cơ động không cao.
d. Nguyên lý hoạt động
Khi xe chạy thẳng trên đường bằng phẳng nền cứng, quãng đường lăn của các bánh xe ở hai bên bằng nhau nên lực cản lên hai bánh xe như nhau, làm cho phản lực tại hai vị trí ăn khớp hai bên của bánh răng hành tinh với hai bánh răng bán trục hai bên bằng nhau.
2.5. KẾT CẤU CÁC ĐĂNG Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011
Các đăng ô tô điện Nissan Leaf 2011 sử dụng các đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa và các đăng đồng tốc kiểu Tripod.
- Khớp nối các - đăng đồng tốc bi kiểu Rzeppa cùng làm việc theo nguyên lý tiếp xúc thông qua các viên bi truyền lực.
- Trục chủ động nối 1 đầu với bánh răng bán trục và đầu kia lắp then hoa với một phần quả cầu.
* Nguyên lý làm việc của khớp nối Rzeppa
Điểm giao nhau các đường tâm của các trục chủ động và bị động luôn luôn nằm ở trên đường nối tâm của các viên bi thép. Do đó, tốc độ góc (tốc độ quay theo một góc) của bán trục luôn luôn bằng tốc độ của trục bị động.
* Các đăng đồng tốc kiểu Tripod.
Cấu tạo gồm: 1 thân bao hình trụ, trên đó xẻ 3 rãnh dọc theo đường sinh.
Thân bao hình trụ nối trục bị động bằng các then hoa. Trục chủ động được lắp then hoa với chạc 3 bố trí các con lăn với hình bao con lăn dạng cầu.
Chương 3
KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF
Chất lượng động lực học của ô tô là một trong các nhóm thông số kỹ thuật có ảnh hưởng nhất định đến hiệu quả sử dụng xe trong điều kiện cụ thể. Đối với ô tô vận tải nói chung và ô tô chở khách nói riêng thì chất lượng động lực học là các nhóm thông số khai thác chủ yếu đánh giá khả năng và mức độ hoàn thành nhiệm vụ trong quá trình vận hành.
3.1. Nhiệm vụ xây dựng mô hình hệ thống
3.1.1. Khái quát chung.
Đầu tiên khi thực hiện khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf là phải xây dựng được mô hình toán học của hệ thống. Các mối quan hệ toán học trong mô hình toán học được xây dựng sẽ mô tả trạng thái hoạt động của hệ thống truyền lực, chúng được biểu dưới dạng các đẳng thức, phương trình, bất phương trình.
Mô hình toán của hệ thống động khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf được xây dựng dựa trên các cơ sở sau:
- Yêu cầu nhiệm vụ bài toán.
- Mô hình vật lý của hệ thống.
- Tính chất của tín hiệu đầu vào, tín hiệu trạng thái và tín hiệu đầu ra.
- Các giả thiết được sử dụng trong tính toán.
- Phương pháp biểu diễn và tính toán khảo sát động lực học chuyển động thẳng.
- Khả năng của người thực hiện.
3.1.2. Khái quát chung về mô phỏng , phần mềm Malab-Simulink và mô đun SimDriveline
a. Khái quát chung về mô phỏng
Trong kỹ thuật có thể hiểu mô phỏng là sự nghiên cứu hệ thống thực thông qua mô hình trạng thái, đảm bảo tính tương tự giữa kết quả trên mô hình và kết quả của hệ thống thực trong cùng một điều kiện khảo sát với một sai số có thể chấp nhận được.
b. Khái quát về phần mềm Matlab-Simulink và mô đun SimDriveline
Simulink là một Toolbox của MATLAB dung để mô hình hóa, mô phỏng và phân tích một hệ thống động. Thông thường Simulink được dùng để thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống thông tin và các ứng dụng mô phỏng khác. Simulink cho phép mô tả hệ thông phi tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô hình trong miền thời gian liên tục và gián đoạn.
3.2. Xây dựng mô hình hệ thống
3.2.1. Xây dựng mô hình động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf
* Sơ đồ tổng quát của ô tô khi chuyển động thẳng:
- Khi khảo sát chuyển động thẳng của ô tô, thừa nhận các giả thiết sau đây:
+ Xe có tất cả các cầu là chủ động.
+ Bài toán được giải ở dạng hình phẳng, do vậy sơ đồ khảo sát là hình chiếu đứng của ô tô, bánh xe trái, phải của một cầu được coi là một.
* Sơ đồ khảo sát được đặt trong hệ trục tọa độ XOZ . Trục OX nằm song song với mặt đường, trục OZ vuông góc với mặt đường cà đi qua trọng tâm xe.
Theo sơ đồ này các ngoại lực tác dụng lện ô tô bao gồm:
+ G - trọng lượng ô tô;
+ Pmk - lực cản kéo móc;
+ Pw - lực cản không khí;
+ Pi - lực cản lên dốc;
+ Pf - lực cản lăn;
+ Mf1, Mf2 - mô men cản lăn;
+ Pj - lực quán tính;
* Các ngoại lực và mô men ngoại lực tác dụng lên ô tô khi chuyển động thẳng.
1) Trọng lượng ô tô (G)
Trọng lượng ô tô đặt tại trọng tâm của nó. Khi tính toán, trọng lượng ô tô được xác định theo công thức sau;
G = Ga + Gt
Trong đó:
+ Ga - trọng lượng bản thân ô tô :
Ga = G0 + Gnv +Gnl +Gtb
+ G0 - trọng lượng cơ bản của ô tô;
+ Gnv - trọng lượng người lái xe;
+ Gnl - trọng lượng nhiên liệu, dầu bôi trơn;
+ Gtb - trọng lượng các trang bị chuyên dùng của xe;
+ Gt - trọng lượng hàng chuyên chở.
2) Lực cản lên dốc (Pi )
Khi xe chuyển động lên dốc, trọng lượng của xe được phân ra hai thành phần:
+ Song song với mặt đường: G.sinα.
+ Vuông góc với mặt đường:G.cosα.
Thành phần song song với mặt đường, hướng ngược chiều chuyển động tạo thành lực cản lên dốc:
Pi = G.sinα
4) Lực cản lăn (Pf )
Lực cản lăn của ô tô bằng tổng lực cản lăn của các bánh xe:
Pf = Pf1 + Pf2 = f1.G1.cosα + f2. G2. Cosα
Trong đó:
+ Pf - lực cản lăn của ô tô.
+ Pf1, Pf2 - lực cản lăn ở các bánh xe cầu trước, cầu sau;
+ f1, f2 - hệ số cản lăn của bánh xe cầu trước, cầu sau;
+ G1, G2 - trọng lượng của ô tô phân bố lên cầu trước, cầu sau.
Nếu coi:f1 = f2 = f sẽ có : Pf = f.(G1 + G2). cosα = f.G.cosα
Trị số của lực cản lăn f và độ dốc i đặc trưng tổn hợp cho chất lượng đường xá.
- Lực cản tổng cộng của đường Pψ
Pψ = Pf + Pi = G.(f.cosα + sinα) = G.ψ
5) Mô men cản lăn ( Mf )
Mô men cản lăn của ô tô được xác định theo công thức sau:
Mf = Mf1 +Mf2 = rd.f1.G1.cosα = rd.f2.G2.cosα = rd.f.G.cosα
7) Lực quán tính ( Pj )
Khi ô tô chuyển động có gia tốc, lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và khối lượng chuyển động quay xuất hiện.
Lực quán tính sẽ trở thành lực cản khi xe chuyển động nhanh dần (tăng tốc) và trở thành lực đẩy khi xe chuyển động chậm dần (giảm tốc).
* Xây dựng mô hình động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf
Dựa trên lý thuyết chuyển động thẳng của ô tô và phương trình cân bằng lực kéo của ô tô ta xây dựng như sau:
- Mô hình thu gọn động lực học chuyển động ô tô điện Nissan Leaf
- Mô hình động lực học chuyển động ô tô điện Nissan Leaf
Trong mô hình khối động lưc học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf bao gồm các khối sau:
+ Khối Braking Torque (Mô men phanh).
+ Khối Gravitational and Rolling fordces (Trọng lực và bánh xe).
+ Khối Aerodynamic drag (Khí động lực học).
* Các thông số của mô hình khối động lực học thân xe:
- Tín hiệu bàn đạp chân ga
- Tin hiệu bàn đạp chân phanh
- Tín hiệu tốc độ gió.
3.2.2. Xây dựng mô hình mô phỏng
3.2.2.1. Mô hình động cơ
Trong phạm vi nghiên cứu của đồ án, khối động cơ được xây dựng dựa trên khối SimPowerSystems trong thư viện sẵn có của mô đun SimDiveline. Khối này được tùy chỉnh cho phù hợp với mô phỏng mô hình này có dạng như hình 3.6.
* Các thông số chính của mô hìnhđộng cơ:
+ Tham số hóa động cơ điện.
+ Mô men xoắn lớn nhất động cơ điện Nissan Leaf là 280 N.m/10390 (vòng/phút).
+ Công suất lớn nhất động cơ đạt được là 80 k.W/10390 (vòng/phút).
* Khối động cơ điện trên được mô hình hóa như sau:
- Tín hiệu đầu vào là mô men động cơ đạt được với các mức khi chạy thử với các chu trình chạy thử xe.
- Tín hiệu đầu ra là thông số tốc độ góc, gia tốc góc, số vòng quay của động cơ khi chạy.
3.2.2.2. Mô hình khối hộp giảm tốc
- Hộp giảm tốc xe ô tô điện Nissan Leaf 2011 là hộp giảm tốc một cấp có tỷ số truyền 1,82.
3.2.2.3. Mô hình khối bộ chuyển đổi DC-DC
- Bộ chuyển đổi DC-DC là một mạch điện tử hoặc thiết bị cơ điện chuyển đổi nguồn điện một chiều (DC) từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác. Nó là một loại bộ chuyển đổi năng lượng điện. Mức năng lượng từ rất thấp (pin nhỏ) đến rất cao (truyền tải điện cao áp). Ngoài ra nó còn có công dụng điều chỉnh điện áp ra của nguồn điện .
- Bộ chuyển đổi DC-DC được lắp sau nguồn điện cụ thể ở đây là sau Pin Lithium-ion.
3.2.2.4. Mô hình khối Pin Lithium-ion
- Khối Pin Lithium-ion là nguồn cung cấp năng lượng cho cả xe.
- Khối pin Lithium- ion trên xe Nissan Leaf 2011 được xây dựng bằng cách ghép nhiều các cell pin lại với nhau có tất cả 48 cell pin ghép.
Trong mô hình mô phỏng khối Pin, sử dụng mô hình Battery trong thư viện SimDriverline.
3.3. Khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf
3.3.1. Thông số ban đầu
Thông số khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf thể hiện như bảng 3.1.
Trong quá trình khảo sát và phân tích tính năng ô tô điện Nissan Leaf dưới đây là một số thông số tính năng động lực học chính của xe do nhà sản xuất cung cấp:
- Thời gian tăng tốc từ 0- 50 km/h: 3,4 giây.
- Thời gian tăng tốc từ 0- 100 km/h:10,5 giây.
- Gia tốc lớn nhất : 4,45 (m/s2).
- Độ dốc lớn nhất có thể vượt: 180
3.4. Kết quả khảo sát
3.4.1. Khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf trong trường hợp trên đường nằm ngang.
Trong trường hợp khảo sát trên đường nằm ngang có độ dốc α=0, các thông số được nhập vào mô hình ở bẳng 3.1.
* Nhận xét:
- Trong trường hợp khảo sát tính năng tăng tốc của ô tô khi chạy trên đường bằng với tín hiệu bàn đạp chân ga từ 0-1 tương ứng với vận tốc bằng vận tốc lớn nhất ta có nhận xét sau:
+ Thời gian tăng tốc từ 0-50 (km/h) là 3, 27 (giây).
+ Thời gian tăng tốc từ 0-100 (km/h) là 10,5 (giây).
+ Vận tốc lớn nhất mà xe đạt được là 154 (km/h) tại thời gian 24,4 (giây).
+Gia tốc lớn nhất mà xe đạt được là 4,32 (m/s2) khi tăng tốc đột ngột.
+ Quãng đường tăng tốc từ 0- vmax là 945 (m).
3.4.2. Khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf trong trường hợp lên dốc – xuống dốc.
Trong trường hợp khảo sát trên đường lên dốc- xuống dốc có độ dốc α thay đổi, các thông số được nhập vào mô hình ở bẳng 3.1.
* Nhận xét:
* Trong giai đoạn đầu của quá trình khảo sát xe đang di chuyển trên đường bằng trong giai đoạn 0 đến 30 giây với tín hiệu chân ga là 0,25 và tín hiệu chân phanh bằng 0 giống với trường hợp khi người lái xe đang bắt đầu tăng tốc và di chuyển trên đường bằng. Tốc độ xe tăng lên tới 38 km/h trong khoảng thời gian 1,5 giây.
* Trong giai đoạn thứ hai từ 30 đến 60 giây ta bắt đầu cho xe đi lên dốc với độ dốc α= 22o ta thấy vận tốc của xe giảm đột ngột xe bắt đầu chuyển động chậm dần với gia tốc thay đổi từ 0 đến – 3,2 m/s2 trong khoảng thời gian rất ngắn sau đó vận tốc của xe tăng dần gia tốc cũng thay đổi theo chiều dương của trục tọa độ. Với sự thay đổi gia tốc đột ngột và khả năng tăng tốc của xe trong giai đoạn này xe ô tô điện có khả năng tăng tốc tốt.
* Kết luận:
Khi khảo sát động lực chuyển động thẳng của ô tô điện Nissan Leaf trong hai trường hợp trên ta có kết luận sau: khả năng tăng tốc của xe đạt yêu cầu, xe chuyển động trên đường có khả năng tăng tốc tốt. Các thông số đánh giá khi khảo sát phù hợp thực tế. Trong quá trình khảo sát đã lược bỏ các yếu tố ảnh hưởng gây tổn hao công suất của động cơ nên các thông số từ khảo sát đều cao hơn so với thực tế một chút.
Chương 4
HƯỚNG DẪN KHAI KHÁC HỆ THỐNG ĐỘNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ ĐIỆN NISSAN LEAF 2011
4.1. NHỮNG LƯU Ý KHI KHAI KHÁC XE
Ô tô điện Nissan Leaf 2011 được bán và sử dụng chủ yếu ở các nước châu Âu, Bắc Mỹ và Nhật Bản các nước trên đều là những nước nằm trong vùng khí hậu ôn đới hoặc hàn đới
4.1.1. Khi xe hoạt động trên đường lầy, đường băng tuyết
Đường lầy, băng tuyết nên các chi tiết của hệ thống truyền lực sẽ tiếp xúc với bùn đất, ngâm trong nước nên dễ bị han rỉ, hao mòn nhanh chóng dẫn đến nước và bẩn có thể lọt vào vùng chắn mỡ làm hư hỏng các ổ, các bề mặt lắp ghép.
- Bảo dưỡng định kỳ sớm hơn từ 2 ÷ 3 lần.
- Thường xuyên kiểm tra sự bao kín của các chi tiết.
4.1.2. Khi xe hoạt động ở vùng núi
Do địa hình phức tạp, lắm dốc nhiều đèo, đường xá khó khăn nên hệ thống truyền lực phải làm việc nặng nhọc. Do vậy cần phải thực hiện:
- Kiểm tra xiết chặt các mối ghép của hệ thống.
- Kiểm tra nhiệt độ làm việc của các cụm.
4.2. Động cơ điện Nissan Leaf 2011
Động cơ ô tô điện Nissan Leaf 2011 có thể làm việc kém hiệu quả trong các trường hợp sau:
+ Trường hợp: Động cơ quá nóng do hệ thống làm mát bị quá nhiệt lúc đó VCM sẽ điều khiển động cơ làm việc chậm lại không theo ý muốn của người lái xe.
+ Trường hợp : Bộ biến tần động cơ quá nóng. Có thể do nước làm mát không đủ hoặc biến tần động cơ hoạt động không ổn định. Bộ điều khiển động cơ VCM sẽ điều khiển động cơ hoạt động chậm lại không theo ý muốn của người lái xe. Lúc đó nên dừng xe lại kiểm tra hệ thống làm mát.
+ Trường hợp : Hệ thống làm mát bị quá nhiệt. Nguyên nhân có thể do thiếu nước làm mát, xảy ra sự cố của quạt làm mát, hệ thống bị dò rỉ. Lúc đó nó sẽ không thể làm mát cho động cơ điện, bộ biến tần, bộ chuyển đổi DC-DC làm các thiết bị đó có thể bị quá nhiệt.
4.3. Hộp giảm tốc ô tô điện Nissan Leaf 2011
4.3.1. Những lưu ý khi sử dụng hộp giảm tốc ô tô điện Nissan Leaf 2011
+ Khi dừng hoặc đổ xe phải cho về số P và kéo phanh tay.
+ Kiểm tra dầu hộp giảm tốc.
+ Khi sang số cần đạp bàn đạp phanh cho xe dừng hẳn rồi về số P và kéo phanh tay.
4.3.2. Nội dung bảo dưỡng hộp giảm tốc
a. Bảo dưỡng hàng ngày
Hằng ngày phải kiểm tra sự vận hành bình thường của hộp giảm tốc.
b. Bảo dưỡng cấp I
Kiểm tra hộp giảm tốc và xiết chặt lại các bulông nếu cần thiết, kiểm tra mức dầu, nếu cần thiết châm thêm dầu tới mức quy định, kiểm tra sự làm việc của hộp giảm tốc sau khi bảo dưỡng xong.
c. Bảo dưỡng cấp II
Xem xét kỹ hộp giảm tốc, kiểm tra và nếu cần thiết thì xiết chặt hộp giảm tốc với cate, nắp hộp giảm tốc, kiểm tra và xiết chặt các nắp vòng bi của trục thứ cấp và trục thứ cấp.
4.3.3. Những hư hỏng chính của hộp giảm tốc, nguyên nhân và cách khắc phục.
Hộp giảm tốc khi bị trục trặc hoặc hỏng hóc bên trong sẽ hoạt động không bình thường, thể hiện qua một số hiện tượng như khó chuyển số, hộp giảm tốc kêu trong quá trình hoạt động hoặc không truyền động được.
Hiện tượng hư hỏng, nguyên nhân và cách khắc phục của hộp giảm tốc thê rhieenj như bảng 4.1.
4.4. Các nội dung chính trong khai thác trục các đăng
4.4.1. Bảo dưỡng trục các đăng.
Theo định kỳ phải bơm mỡ vào các khớp các đăng và mối nối then trượt.
Khi mòn hoặc hư hỏng các phớt của ổ bi kim cần thay thế mới, bởi vì các cổ trục của chạc chữ thập và các ổ bi sẽ bị mòn rất nhanh do bẩn và chảy mỡ bôi trơn.
Yêu cầu kỹ thuật sau bảo dưỡng:
- Các đăng làm việc không bị lắc đảo.
- Các ốc bắt chắc chắn, không có tiếng kêu trong quá trình làm việc.
4.4.2. Những hư hỏng thường gặp của trục các đăng và cách khắc phục.
Hư hỏng, nguyên nhân và cách khắc phục của trục các đăng thê rhieenj như bảng 4.2.
4.4. Các nội dung chính trong khai thác cầu xe.
4.4.1. Bảo dưỡng kỹ thuật.
Bao gồm việc thương xuyên kiểm tra mức dầu trong vỏ cầu, kiểm tra độ kín, kiểm tra độ rơ dọc trục của các bánh răng truyền lực chính, định kỳ làm sạch van an toàn, kiểm tra xiết chặt các ốc, làm sạch các mạt kim loại khi thay dầu.
4.4.2. Những hư hỏng thường gặp
Hiện tượng hư hỏng, nguyên nhân, cách khắc phục cầu xe thể hiện như bảng 4.3.
KẾT LUẬN
Trong phạm vi một đồ án tốt nghiệp đại học, trong thời gian không nhiều với những kiến thức đã được học tại Học Viện và được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy giá: TS……………., các thầy trong bộ môn xe quân sự, các thầy trong khoa động lực và các bạn đồng nghiệp tôi đã hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp: “Khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf’’ đã hoàn thành.
Qua các nội dung đã được tìm hiểu về hệ thống truyền lực trên xe ô tô điện Nissan Leaf 2011 và khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf nhận thấy nó có ưu điểm chính như làm việc ổn định và tin cậy, phù hợp với điều kiện hoạt động trong môi trường đô thị do dự trữ hành trình của xe khá ngắn 200 km.
Qua quá trình tìm hiểu và khảo sát động lực học chuyển động thẳng ô tô điện Nissan Leaf, bản thân cũng mở mang thêm nhiều kiến thức bổ ích giúp cho công việc thực tế sau này. Vì thời gian nghiên cứu không nhiều, kiến thức bản thân còn hạn chế nên trong nội dung đồ án không thể tránh những thiếu sót nhất định. Kính mong được sự chỉ bảo và các ý kiến đóng góp để đồ án được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng là lời cảm ơn trân thành nhất đến các thầy giáo trong Bộ môn Ô tô Quân Sự - Khoa Động Lực đã tận tình giúp đỡ để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Hà Nội, ngày …. tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
………………
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Vũ Đức Lập - Ứng dụng máy tính trong tính toán xe quân sự.
2. Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự - Lý thuyết ô tô quân sự.
3. Vũ Đức Lập - sổ tay tính năng kỹ thuật ô tô.
4. Phạm Đình Vi, Vũ Đức Lập, Cấu tạo ô tô quân sự Tập I, II Học Viện kỹ thuật quân sự, Hà Nội, 1996.
5. Vũ Đức Lập, Cấu tạo ô tô - Tập I, Nhà xuất bản quân đội nhân dân, Hà Nội, 2011.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"