MỤC LỤC
MỤC LỤC... 1
LỜI NÓI ĐẦU.. 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI…5
1.1 Mục đích ý nghĩa của đề tài 5
1.2 Tổng quan về xe điện. 6
1.2.1 Xu hướng phát triển xe điện. 6
1.2.2 Các nghiên cứu và ứng dụng của ô tô điện trên thế giới và ở Việt Nam. 8
1.3 Mục tiêu nghiên cứu. 11
1.3.1 Mục tiêu chung. 11
1.3.2 Mục tiêu cụ thể. 11
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.... 11
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu.... 11
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu.. 12
1.5 Nội dung ngiên cứu và phương pháp tiếp cận... 12
1.5.1 Nội dung ngiên cứu..... 12
1.5.2 Phương pháp tiếp cận. 12
1.6 Phương pháp nghiên cứu. 13
1.7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. 13
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TỔNG THỂ Ô TÔ ĐIỆN 5 CHỖ.... 14
2.1 Lựa chọn phương án thiết kế xe điện. 14
2.1.1 Lựa chọn dạng xe điện thiết kế. 14
2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế mẫu xe điện. 14
2.1.3 Thiết kế bố trí chung. 15
2.2 Phân bố trọng lượng ô tô. 17
2.2.1 Cơ sở lý thuyết. 17
2.2.2 Trường hợp không tải. 18
2.2.3 Trường hợp đầy tải. 20
2.3 Lựa chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực. 21
2.3.1 Phương án 1. 21
2.3.2 Phương án 2. 21
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC HỌC..... 25
3.1 Xác định thông số động cơ điện. 25
3.2 Xác định thông số ắc quy. 30
3.3 Tổng hợp các thông số của động cơ điện và ắc quy. 31
3.3.1 Động cơ điện. 31
3.3.2 Ắc quy. 31
3.4 Tính toán các thông số động học của ô tô điện. 33
3.4.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực. 33
3.4.2 Khả năng leo dốc của ô tô, độ dốc cực đại. 34
3.4.3 Vận tốc cực đại của ô tô. 34
3.4.4 Đồ thị cân bằng lực kéo. 35
3.5 Thiết kế hệ thống truyền lực. 36
3.5.1 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực. 37
3.5.2 Tính bền then. 37
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ NGUỒN CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG...... 40
4.1 Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ. 40
4.1.1 Nguyên lý điều khiển. 40
4.1.2 Lựa chọn phương pháp điều khiển. 44
4.1.3 Bộ điều khiển tốc độ động cơ. 48
4.2 Lựa chọn phương pháp nạp. 51
KẾT LUẬN.. 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO 55
LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô hiện đại luôn phải đối mặt với hai vấn đề lớn là sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu truyền thống và ô nhiễm môi trường. Một trong những phương pháp để giải quyết hai vấn đề này là chúng ta phải chế tạo được những mẫu xe sử dụng nguồn nhiên liệu sạch.
Trong vài năm gần đây, nền kinh tế Việt Nam có những bước phát triển vượt bậc, đời sống người dân được nâng cao, cùng với việc chính phủ đang đầu tư rất nhiều vào quy hoạch và xây dựng hệ thống giao thông vận tải, đã khiến ô tô trở thành phương tiện đi lại tiện nghi và phổ biến, được nhiều người quan tâm. Không như các nước phát triển, với Việt Nam thì ôtô vẫn là chủ đề mới mẻ, đặc biệt là những ứng dụng công nghệ tiên tiến trên các loại xe. Vì thế việc nghiên cứu, thiết kế ô tô chạy năng lượng điện là rất cần thiết, nó là cơ sở để các nhà nhập khẩu cũng như các nhà sản xuất trong nước đưa ô tô điện phổ biến đến người tiêu dùng và sử dụng xe có hiệu quả kinh tế cao.
Khi xe chuyển động trên đường sẽ thải ra bầu khí quyển hỗn hợp khí thải gây nguy hại tới môi trường và sức khỏe con người. Với yêu cầu ngày càng cao về các tiêu chuẩn khí thải cùng với sự thân thiện với môi trường thì đòi hỏi phải chế tạo ra những loại ô tô chạy nguồn năng lượng sạch. Và một trong những đề tài nhằm đáp ứng những yêu cầu trên đó là đề tài: “Thiết kế ô tô chạy năng lượng điện’’.
Nội dung thuyết minh đồ án gồm các phần sau:
1. Lời nói đầu
2. Chương 1: Tổng quan về đề tài
3. Chương 2: Thiết kế tổng thể ô tô điện 5 chỗ
4. Chương 3: Thiết kế hệ thống động lực ô tô điện 5 chỗ
5. Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ và cung cấp năng lượng
6. Kết luận
Được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn: ThS…………. và các thầy trong Khoa Ô tô, tôi đã hoàn thành nội dung đồ án tốt nghiệp của mình. Xong do trình độ chuyên môn của tôi còn hạn chế nên trong quá trình thực hiện còn gặp nhiều thiếu sót, tôi rất mong các thầy và các bạn đóng góp ý kiến để đồ án của tôi được hoàn thiện tốt hơn nữa.
Tôi xin chân thành cám ơn!
TP.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…
Học viên thực hiện
……………
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Mục đích, ý nghĩa của đề tài
Ở các nước phát triển cuộc chạy đua tìm nguồn năng lượng sạch cho ô tô nói chung đã từ lâu. Theo xu thế chung, đứng đầu danh sách là ô tô chạy điện tiếp theo là ô tô lai, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu là ứng viên thứ ba của cuộc chạy đua. Về mặt nhiên liệu cho động cơ nhiệt, chất lượng của các loại nhiên liệu lỏng truyền thống sẽ được nâng cao, các loại nhiên liệu khí (LPG, khí thiên nhiên) sẽ được áp dụng rộng rãi trên ô tô, các loại nhiên liệu sinh học (như ethanol, colza) có lợi thế so sánh thấp về mặt môi trường và giá thành nhiên liệu này còn cao nên hạn chế về mặt sử dụng..
Đề tài ‘‘Thiết kế ôtô điện năm chỗ ngồi ’’ là một đề tài nhằm mục đích khảo sát thiết kế ô tô chạy hoàn toàn bằng năng lượng điện, đặt nền tảng cho việc thiết kế và sản xuất một kiểu ô tô mang nhãn hiệu Việt Nam phù hợp với điều kiện giao thông trong nước, giá thành vừa phải, có hiệu suất sử dụng năng lượng cao và mức độ phát ô nhiễm thấp gần như bằng không, góp phần thực hiện nhiệm vụ cấp bách nói trên nhằm đẩy nhanh tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Nói tóm lại, đề tài này có ý nghĩa trong công cuộc đổi mới và sáng tạo để thiết kế hoàn chỉnh và chế tạo một ô tô sinh thái tại Việt Nam với mục tiêu hướng tới là:
- Nâng cao điều kiện sống của người dân.
- Tiết kiệm năng lượng và giảm ô nhiễm môi trường trong giao thông vận tải.
- Tạo ra mặt hàng công nghiệp đặc thù mang lợi thế cạnh tranh lớn.
- Phát triển ngành công nghiệp sản xuất ô tô ở Việt Nam.
- Tạo ra một nét mới để khẳng định nguồn nhân lực của con người Việt Nam.
1.2 Tổng quan về xe điện
1.2.1 Xu hướng phát triển xe điện
Ngay từ những năm 60 của thế kỷ trước, nước Mỹ đã quan tâm đến vấn đề ô nhiễm môi trường do ô tô gây ra, châu Âu bắt đầu quan tâm đến vấn đề này từ những năm 80. Hiện nay, cả Mỹ và Liên minh châu Âu (EU) đều đã ban hành, áp dụng tiêu chuẩn chất độc hại chứa trong chất thải của khí xả từ ô tô. Về cơ bản, tiêu chuẩn này của Mỹ và châu Âu không khác nhau.
Thành phần chính gây ô nhiễm môi trường từ khí xả của ô tô là: ôxit cacbon (CO), khí cacbonic (CO2), hydro cacbon (HC) và ôxit nitơ (NOx).
- Tạo ra ít chất thải độc hại (vì hiện nay trên xe điện thường sử dụng ắc quy axit chì mà loại ắc quy này có thể tái chế 90%)
- Hiệt suất cao (Động cơ điện đạt hiệu suất khoảng 90%, ắc quy đạt từ 75 đến 80%)
- Chi phí cho một km xe chạy thấp. (xe RAV4 nếu chạy điện mất 0,04 USD cho một dặm, nếu chạy xăng mất 0,16 USD cho một dặm)
1.2.2 Các ngiên cứu và ứng dụng của ô tô điện trên thế giới và ở Việt Nam
A. Trên thế giới
Hiện nay các nhà sản xuất ô tô trên thế giới đã nghiên cứu và sản xuất xe điện phục vụ vào rất nhiều mục đích khác nhau như :
a. Xe ô tô điện sử dụng làm phương tiện di chuyển cá nhân.
Xe điện sử dụng nguồn điện ắc quy. Các loại xe này được ứng dụng trên cả ô tô cá nhân, ô tô tải, ô tô tải phục vụ công cộng.
b. Xe ô tô điện sử dụng làm phương tiện công cộng
+ Tàu điện : Tàu điện được ứng dụng từ rất lâu là loại phương tiện dùng chở khách trong thành phố và khá phổ biến ở các nước trên thế giới cũng như nước ta.
+ Mê trô: Là loại phương tiện vận chuyển hành khách trong thành phố cũng như đường dài, như các tuyến mêtro trong các thành phố lớn ở châu Âu, và tuyến Mêtro đường dài từ Paris đến London.
B. Tại việt nam
Trong những năm gần đây phong trào nghiên cứu chế tạo và sản xuất xe điện ở Việt Nam phát triển mạnh. Việc nghiên cứu thiết kế xe điện chỉ có một ít cá nhân thực hiện và trong các trường đại học vì vậy số lượng xe điện rất ít và chủ yếu mang tính chất thử nghiệm là chính vì vậy hiện nay ở Việt Nam chủ yếu là nhập xe điện ở các nước khác về.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
1.3.1 Mục tiêu chung
Nghiên cứu thiết kế mẫu xe điện phục vụ trong các khu du lịch với điều kiện về nhu cầu vận chuyển và thiết kế của các khu du lịch nhằm giảm ô nhiễm và tạo cảm giác thân thiện với du khách.
1.3.2 Mục tiêu cụ thể
Đề tài có các mục đích chính, đó là:
- Nghiên cứu nhu cầu sử vận chuyển hành khách trong các khu du lịch
- Nghiên cứu các phương án sử dụng điện cho các nhu cầu/
1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1 Đối tượng nghiên cứu
- Sơ đồ mặt bằng bố trí các địa điểm trong các khu du lịch
- Xe điện phục vụ trong các khu du lịch
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
Do thời gian thực hiện đề tài không nhiều, khả năng của phần mềm và người làm hạn chế nên đề tài này sẽ được thực hiện trong phạm vi sau:
- Đánh giá, đề xuất các phương án sử dụng xe điện phục vục trong các khu du lịch
- Chỉ nghiên cứu động học, động lực học của xe điện phục vụ vận chuyển hành khách giữa các địa điểm trong khu du lịch.
1.6 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp bao gồm:
- Nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng các lý thuyết thiết kế xe truyền thống và xe điện vào trong nghiên cứu.
- Nghiên cứu tính toán: Phân tích, đánh giá chất lượng chuyển động của xe với sự hỗ trợ của máy tính.
1.7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Nâng cao năng lực vận chuyển hành khách trong các khu du lịch nhằm nâng cao hiệu quả kinh doanh.
- Việc nghiên cứu cho các mẫu xe điện phục vụ cho các mục đích khác như: phục vụ trong các nhà ga, bến xe, sân bay, bệnh viện,... nhằm mục đích giảm ô nhiễm môi trường ở Việt Nam.
Tóm tắt chương I: Chương I đã khái quát được những vấn đề chung nhất của đề tài, tóm tắt được xu hướng phát triển của xe điện cũng như các ứng dụng rộng rãi của xe điện trên nhiều lĩnh vực của đời sống cả trong và ngoài nước. Đồng thời đã xác định được mục tiêu, đối tượng nghiên cứu cụ thể là “Thiết kế ô tô điện năm chỗ ngồi” làm cơ sở để xác định nội dung, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học của đề tài để tìm ra hướng phát triển đề tài.
Chương 2
THIẾT KẾ TỔNG THỂ Ô TÔ ĐIỆN 5 CHỖ
2. Lựa chọn phương án thiết kế xe điện
2.1.1 Lựa chọn dạng xe điện thiết kế
Nhu cầu vận chuyển hành khách trong các khu du lịch chủ yếu là để vận chuyển hành khách từ địa điểm du lịch này tới địa điểm du lịch khác và phụ thuộc rất nhiều vào nhu cầu lưu lượng hành khách ở từng địa điểm du lịch. Dựa trên các nhu cầu trên có các phương án thiết kế xe điện phục vụ khác nhau.
2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế mẫu xe điện
Để xe điện vận chuyển hành khách trong các khu du lịch một các thuận tiện và nhanh chóng thì mẫu xe điện phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Kích thước nhỏ, gọn
- Có nguồn năng lượng (ắc quy) đủ cung cấp cho quá trình hoạt động.
Các phương án thiết kế xe điện:
a. Phương án 1: Mua xe điện có kích cỡ phù hợp từ nước ngoài.
Phương án này có nhiều hạn chế.
- Một là không kích thích phát triển nền công nghiệp ô tô Việt Nam.
- Hai là việc bảo trì bảo dưỡng gặp nhiều khó khăn, do công nghệ ô tô trong nước chưa theo kịp với công nghiệp ô tô ở nước ngoài.
c. Phương án 3: Đóng mới vỏ xe, thiết kế mới và nhập khẩu các cụm, hệ thống để lắp ráp.
Phương án này có nhiều thuận lợi do.
- Hiện nay công nghệ đóng mới vỏ xe và một số cụm chi tiết ở nước đang phát triển mạnh mẽ nên có thể chế tạo mới.
- Việc nhập khẩu một số cụm chi tiết sẽ giúp giảm giá thành sản xuất do không bị đánh thuế nhập khẩu nguyên chiếc.
* Kết luận: Từ những phân tích ưu khuyết điểm của các phương án thiết kế trên, để tối ưu ta lựa chọn thiết kế xe điện theo phương án 3.
Thiết kế bố trí chung.
Thông số kỹ thuật của ô tô thiết kế như bảng 2,1,
2.2. Phân bố trọng lượng ô tô
Sự phân bố trọng lượng lên các trục của ô tô thiết kế khi không tải và khi có tải được xác định trên cơ sở giá trị các thành phần trọng lượng và vị trí tác dụng của chúng lên các trục của ô tô.
a. Tọa độ trọng tâm của ô tô thiết kế theo chiều dọc :
a: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trước.
b: khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau.
b. Tọa độ trọng tâm của ô tô theo chiều cao hg:
2.1.1 Trường hợp không tải:
Phân bố trọng lượng ô tô khi không tải như bảng 2.2.
Suy ra:
a = 1045 (mm);
b = 795 (mm);
hg = 497 (mm);
Z1 = 2658 (N);
Z2 = 3492 (N).
2.1.2 Trường hợp đầy tải:
Các thành phần trọng lượng gồm:
G : trọng lượng xe khi không tải;
Gnt: trọng lượng 2 người khoang lái;
Gns: trọng lượng 3 người sau;
Ghl: trọng lượng hành lý;
Suy ra:
a = 941 (mm);
b = 899 (mm);
hg = 659 (mm).
Z1 = 4690 (N);
Z2 = 4910(N).
2.3 Lựa chọn phương án bố trí hệ thống truyền lực
2.3.1 Phương án 1
Thiết kế lại truyền lực chính với tỉ số truyền theo yêu cầu. Các phương án lắp đặt :
* Dùng trục các-đăng:
Đặc điểm: Động cơ bố trí cố định trên khung xe. Phải thiết kế bộ truyền bánh răng nón với tỉ số truyền lớn và vỏ cầu mới. Nên tăng khối lượng, cồng kềnh và giảm khoảng sáng gầm xe.
* Không dùng trục các-đăng:
Đặc điểm : Động cơ đặt trên cầu sau. Thiết kế bộ truyền bánh răng trụ và vỏ cầu mới. Bố trí hệ dẫn động thành một cụm nên gọn nhẹ, dể lắp đặt.
2.3.2 Phương án 2
Dùng lại truyền lực chính của xe Suzuki. Các phương án lắp đặt :
* Dùng trục các-đăng :
Đặc điểm : Động cơ bố trí trên khung xe, tận dụng được truyền lực chính của xe Suzuki. Có thể bố trí cặp bánh răng cố định với động cơ.
* Không dùng trục cac-đăng:
Đặc điểm : Động cơ được bố trí ngay trên cầu sau. Chiều dài bán trục không thay đổi.
Tóm tắt chương II: Từ những cơ sở đã lựa chọn ở chương I, chương II tập trung vào lựa chọn phương án thiết kế xe điện phù hợp với mục đích sử dụng trong các khu du lịch, nghiên cứu, phân tích ưu, khuyết điểm của các phương án thiết kế từ đó đưa ra phương án thiết kế phù hợp với khả năng trình độ của nền công nghiệp ô tô trong nước.
Chương 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC HỌC
3.1 Xác định thông số động cơ điện
Công suất cần thiết của động cơ điện có thể tạo ra lực kéo Pk dùng để thắng lực cản lăn của mặt đường Pf , lực cản lên dốc Pi , lực cản gió Pw và lực quán tính khi tăng tốc Pj.
Phương trình cân bằng lực như sau:
Pk = Pf + Pi + Pw + Pj (3.1)
* Lực cản lăn được tính:
Pf = f.G (3.2)
Suy ra: Pf = 9600.0,025 = 240 (N).
* Lực cản lên dốc được tính:
Pi = G.sinα (3.3)
Trong đó:
α : là góc dốc của mặt đường, chọn α = 180 (tương ứng với độ dốc 33%);
Suy ra: Pi = 9600.0,33 = 3168 (N).
* Lực cản gió được tính:
Pw = k.S.v2 ; (3.4)
Suy ra: Pw = 0,4.1,86.11,112 = 92 (N).
* Lực quán tính:
Pj = M.a (3.5)
Trong đó:
M : là khối lượng toàn bộ, M = 960 (kg);
a : là gia tốc của xe. Chọn gia tốc a = 1(m/s2);
Suy ra: Pj = 960.1 = 960 (N).
Từ những tính toán trên, thay các giá trị vừa tính được vào công thức (3.1) ta được:
Pk = 240 +3168+ 92 + 960 = 4460 (N).
Tuy nhiên, để hạn chế công suất cho động cơ điện ta không cho phép xe hoạt động ở chế độ có cả 4 lực cản xảy ra cùng lúc. Chẳng hạn, khi xe lên dốc ta chỉ cho phép xe chạy đều và vận tốc nhỏ nên bỏ qua lực quán tính và lực cản gió, hoặc khi xe đang chạy ở tốc độ tối đa thì xem như không tồn tại lực cản lên dốc và lực quán tính. Như vậy, lực cần thiết của động cơ điện ở hai trường hợp này được tính lại là:
Pk1 = Pf + Pi = 240 + 3168 = 3408 (N)
Pk2 = Pf + Pw = 240 + 91,42 = 331,7(N).
Động cơ được sử dụng ở điện áp 72V. Như đã dự kiến trong phần thiết kế tổng thể ta dùng 6 ắc quy loại 12 V mắc nối tiếp nhau.
Dựa trên đường đặc tính của động cơ ta thấy tại công suất khoảng 3,88 kW (tương đương 4,47HP) tốc độ động cơ đạt 2100 v/p và dòng điện là 90Ampe, đây là chế độ hoạt động khi xe đạt tốc độ lớn nhất 40 km/h.
3.2 Xác định thông số ắc quy
Loại ắc quy được chọn để lắp đặt cho xe là ắc quy axít chì vì nó thông dụng và giá thành tương đối thấp. Dung lượng của ắc quy phụ thuộc vào số giờ mà xe chạy hết bình và tỷ lệ khối lượng của hệ thống truyền động điện so với tổng khối lượng xe theo tỷ lệ tối ưu là không quá 30%.
Vì vậy ta tính được thời gian hoạt động của xe như sau :
t = Ah / IM (giờ) (3.7)
Thời gian hoạt động tối đa của xe được tính cho trường hợp công suất nhỏ 3,88kW và dòng điện phóng là 90Ampe. Suy ra :
t = 200 / 90 = 2,22 (giờ) = 133 (phút).
Thời gian hoạt động tối thiểu của xe được tính cho trường hợp công suất lớn và dòng điện phóng yêu cầu đạt 380Ampe. Suy ra :
t = 200 / 380 = 0,53 (giờ) = 32 (phút).
3.3 Tổng hợp các thông số của động cơ điện và ắc quy
3.3.1 Động cơ điện
- Tên gọi WarP13 72V.
- Công suất tối đa 21kW.
- Số vòng quay định mức 2100 v/p.
- Momen cực đại 190 Nm.
- Khối lượng 45 kg.
3.3.2 Ắc quy
- Tên gọi Pinaco N200, 12V 200Ah.
- Kích thước 518 x 275 x 214.
- Khối lượng 35kg.
3.4 Tính toán các thông số động học của ô tô điện
3.4.1 Xác định tỷ số truyền của hệ thống truyền lực
Kiểm tra tỉ số truyền theo điều kiện lực kéo lớn nhất tại bánh xe :
Momen cản lớn nhất tại bánh xe : MCbxx = Pk1.rbx = 3408.0,26 = 875 (Nm)
Momen kéo lớn nhất tại bánh xe : MKbx = MM . iH . h = 190. 5,125.0,95 = 925 (Nm)
Ta thấy MKbx > MCbx . Vậy chỉ cần một tỉ số truyền duy nhất xe có thể hoạt động ở mọi chế độ khi chạy ở vận tốc cực đại và cả khi vượt dốc.
Nên tỷ số truyền chung của hệ thống truyền lực là iH = 5,125.
3.4.2 Khả năng leo dốc của ô tô, độ dốc cực đại
Độ dốc cực đại được xác định theo hai trường hợp là lực cản cân bằng với lực bám và lực cản cân bằng với lực kéo cực đại của động cơ điện (ứng với mô men kéo cực đại). Sau đó so sánh và chọn giá trị nhỏ hơn trong hai giá trị tìm được. Theo điều kiện lực bám ta có:
G . j . cosa = G . f . cosa + G . sina (3.10)
Giải ra được a 210 hay độ dốc 38%. Như vậy độ dốc cực đại mà xe có thể leo được là 38% (a = 210).
3.4.4 Đồ thị cân bằng lực kéo :
PΣc = Pf + Pw (N). (3.16)
Kết quả tính toán sức kéo như bảng 3.1.
3.4 Thiết kế hệ thống truyền lực
Như đã giới thiệu ở trên, hệ thống truyền lực của ô tô thiết kế sử dụng truyền lực chính của xe Suzuki, động cơ được nối với truyền lực chính thông qua trục cac-đăng. Do đó khi thiết kế hệ thống truyền lực ta chỉ cần tính toán thiết kế cơ cấu nối trục.
3.4.1 Sơ đồ bố trí hệ thống truyền lực
3.4.2 Tính bền then
Để truyền momen xoắn và truyền động từ trục đến bánh răng và ngược lại thì ta dùng then. Then là chi tiết ghép được tiêu chuẩn hóa. Ta chọn then theo TCVN 150-64. Vật liệu then là thép 45 và là loại then bằng.
Đối với trục : Ở tiết diện C ta có đường kính trục: dm-m = 35 mm.
Theo bảng 7-23 ta có:
b = 10 mm h = 8 mm
t1 = 4,5 mm k = 3,6 mm
t2 = 4,2 mm
Nhận xét:
Trong ba công thức trên có: k < t < b
Mà [s]»[t].
Vậy ta chọn công thức (1) để kiểm tra, nếu thoả đk (1) tức là thoả mãn cả ba điều kiện trên .
Chọn chiều dài cho vị trí lắp với mayơ trên trục: l = 0,8.lmayơ = 0,8.40 = 32mm
Ta có:
MxI = 190000 (Nmm)
dI = 35 (mm)
k = 3,6 (mm)
* Kết luận: Từ kết quả tính toán kiểm nghiệm sức bền của then ta kết luận then đủ bền.
Tóm tắt chương III: Để một chiếc xe có thể hoạt động tốt thì cần thiết phải có một hệ thống động lực phù hợp. Chính vì vậy chương III đã đi sâu vào việc lựa chọn động cơ và nguồn ắc quy đáp ứng yêu cầu chế tạo, tính toán xác định các thông số động lực học cơ bản của xe điện thiết kế.
Chương 4
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ NGUỒN CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG
4.1 Thiết kế hệ thống điều khiển động cơ
Điều khiển động cơ điện là một phần quan trọng trong hệ thống điện. Bộ điều khiển tốc độ động cơ điện phải đạt được các yêu cầu sau:
- Độ tin cậy cao
- Phát huy được hết công suất của động cơ
- Giá thành thấp nhất.
4.1.1 Nguyên lý điều khiển
a. Khởi động động cơ điện
Từ phương trình cân bằng áp của động cơ:
Uư = E + Iư . Rư (3-1)
Do Rư có giá trị rất nhỏ nên dòng khởi động ban đầu sẽ rất lớn, thường vào khoảng 20 - 25 lần dòng định mức. Với giá trị dòng khởi động lớn như vậy sẽ gây hư hỏng cho các linh kiện điện tử, động cơ điện và nguồn điện
Để giảm dòng khởi động ta có hai biện pháp:
- Biện pháp thứ nhất là tăng điện trở mạch phần ứng.
- Biện pháp thứ hai là giảm điện áp cung cấp cho động cơ.
b. Quá trình hãm và động năng hãm
* Quá trình hãm ngược:
Quá trình hãm ngược thường được sử dụng trong trường hợp giảm tốc độ động cơ. Quá trình hãm ngược được thực hiện bằng hai cách:
- Hãm ngược bằng cách đưa điện trở Rf lớn vào động cơ. Đặc tính cơ khi hãm chính là đặc tính biến trở.Tại điểm b mô men do động cơ sinh ra nhỏ hơn mô men cản nên động cơ giảm tốc độ nhưng động cơ vẫn quay theo chiều ban đầu. Và tốc độ động cơ sẽ giảm dần đến điểm c, khi đó tốc độ động cơ bằng 0.
- Hãm ngược bằng cách đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng
* Quá trình hãm động năng:
Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc như một máy phát mà năng lượng cơ học của động cơ đã tích lũy được trong quá trình làm việc trước đó biến thành năng lượng tiêu tán trong mạch hãm.
Tại thời điểm ban đầu, tốc độ động cơ vẫn có giá trị ωhđ nên
Ehđ = K.Ф. ωhđ (3-5)
Tương ứng có mô men hãm ban đầu:
Mhđ = K. Ф. Ihđ < 0 (3-7)
Biểu thức (3.6) và (3.7) chứng tỏ dòng hãm Ihđ và Mhđ ngược chiều với tốc độ ban đầu của động cơ khi hãm động năng nên tốc độ động cơ sẽ giảm dần về 0.
* Kết luận:
- Qua phân tích ta thấy để giảm tốc độ động cơ nên dùng hãm động cơ bằng phương pháp hãm động năng vì sẽ giúp giảm tốc động cơ mà sử dụng năng lượng của nguồn cung cấp ít.
- Quá trình hãm động năng kích từ độc lập dùng trong trường hợp dừng khẩn cấp và quá trình hãm động năng tự kích được dùng trong trường hợp giảm tốc độ động cơ.
4.1.2 Lựa chọn phương pháp điều khiển
Hiện nay để điều khiển động cơ điện áp dụng trên xe điện thường có ba phương pháp chủ yếu là: Thay đổi điện trở phụ, phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng và thay đổi điện áp bằng xung áp.
* Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở phụ:
Từ sơ đồ nguyên lý hình 3.7, ta có:
Uư = Eư + Iư . (Rư + Rf) = K.Ф.ω + Iư.Rư (3-9)
* Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh điện áp phần ứng:
Từ sơ đồ nguyên lý hình 3.9, ta có:
Uư = Eư + Iư . Rư = K.Ф.ω + Iư.Rư (3-15)
Ф = C.Iư
Mặt khác ta có
Ф = C.Iư (3-16)
M = K. Ф.Iư (3-17)
Với phương pháp này ta thấy:
- Có thể điều khiển tốc độ động cơ dễ dàng, không làm tổn hao công suất.
- Hiệu suất và mô men của động cơ nhỏ khi hoạt động ở vùng tốc độ thấp.
* Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng xung áp:
Để khắc phục các nhược điểm của phương pháp điều khiển tốc độ bằng cách điều chỉnh điện áp hiện nay trên xe điện thường sử dụng phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng xung áp.
Với phương pháp này điện áp cung cấp cho động cơ trong một thời gian tmở sau đó ngưng cung cấp điện áp cho động cơ trong thời gian tngắt (hình 3.10).
* Kết luận: So sánh các phương pháp trên đây, ta thấy phương pháp điều khiển tốc độ động cơ bằng phương pháp điều khiển động cơ bằng cách thay đổi độ rộng xung áp là thích hợp nhất.
4.1.3 Bộ điều khiển tốc độ động cơ
Dựa vào các thông số của động cơ và phương pháp điều khiển đã chọn ta chọn bộ điều khiển đa chế độ để điều khiển động cơ điện.
Bộ điều khiển đa chế độ 1205X dùng điều khiển tốc độ động cơ được thiết kế để sử dụng điều khiển tốc độ ô tô điện. Mạch lập trình điều khiển cài đặt đơn giản, hiệu quả, và giá thành thấp.
Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển 1205X:
- Tần số hoạt động: 15 kHz
- Dòng điện hoạt động: nhỏ hơn 20 mA
4.2 Lựa chọn phương pháp nạp
4.2.1. Phương pháp nạp ắc quy với dòng điện không đổi.
Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mọi loại ắc quy, bảo đảm cho ắc quy được no. Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc quy hoặc nạp sửa chữa cho các ắc quy bị Sunfat hoá.
4.2.2. Phương pháp nạp với điện áp không đổi.
Phương pháp này yêu cầu các ắc quy được mắc song song với nguồn nạp. Hiệu điện thế của nguồn nạp không đổi. Phương pháp nạp với điện áp không đổi và được tính bằng (2,3V ÷ 2,5V) cho một ngăn đơn. Phương pháp nạp với điện áp không đổi có thời gian nạp ngắn, dòng nạp tự động giảm theo thời gian.
4.2.3. Phương pháp nạp dòng áp.
Đây là phương pháp tổng hợp của hai phương pháp trên. Nó tận dụng được những ưu điểm của mỗi phương pháp.
Đối với yêu cầu của đề tài là nạp ắc quy tự động tức là trong quá trình nạp mọi quá trình biến đổi và chuyển hóa được diễn ra theo một trình tự đã đặt sẵn thì ta chọn phương pháp nạp ắc quy là phương pháp nạp dòng áp.
* Kết luận: Từ các phương pháp nạp trên ta thấy phương pháp nạp dòng áp là tốt nhất bảo đảm kéo dài được tuổi thọ của ắc quy, nạp được dung lượng đầy. Vì vậy phương pháp này thích hợp để nạp cho ắc quy dùng trên xe điện.
Vì ắc quy là tải có tính chất dung kháng kèm theo suất phản điện động cho nên khi ắc quy đói mà ta nạp theo phương pháp điện áp thì dòng điện trong ắc quy sẽ tự động dâng lên không kiểm soát được sẽ làm sôi ắc quy dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng. Vì vậy trong vùng nạp chính ta phải tìm cách ổn định dòng nạp trong ắc quy.
Tóm tắt chương IV: Điều khiển động cơ điện luôn là một phần quan trọng không thể thiếu trong việc điều khiển động cơ hoạt động theo ý định của người điều khiển phương tiện cũng như ngăn ngừa các hiện tượng bất thường của động cơ trong quá trình xử dụng.
KẾT LUẬN
Đề tài đã đưa ra phương án lựa chọn thiết mẫu xe kết quả sau:
- Kích thước bố trí chung nhỏ gọn
- Sử dụng động cơ và nguồn điện 1 chiều.
- Sử dụng phương pháp điều khiển động cơ điện và phương pháp nạp ắc dễ dàng, an toàn và hiệu quả cao
Tuy nhiên, đề tài còn tồn tại những hạn chế sau:
- Do hạn chế về thời gian và tài chính nên chưa chế tạo được xe vì vậy chưa kiểm nghiệm được các kết quả đã nghiên cứu.
- Đề tài vẫn chưa đề cập đến việc chọn và tối ưu hệ thống lái, phanh cho xe điện
Qua quá trình học tập nghiên cứu tôi đã được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của thầy giáo Trần Thăng Long cùng các thầy trong Khoa Ô tô và các bạn trong lớp, tôi đã hoàn thành kịp tiến độ đồ án tốt nghiệp: “Thiết kế ô tô chạy năng lượng điện”.
Sau một quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và làm đồ án, bản thân tôi cũng được hiểu và biết thêm nhiều kiến thức quan trọng cần thiết giúp cho công việc thực tế sau này. Do thời gian làm đồ án cũng như lượng kiến thức của tôi còn hạn chế nên trong nội dung đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Tôi rất mong được sự chỉ bảo của các thầy và các ý kiến đóng góp của các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn thầy: ThS………….. cùng các thầy giáo trong Khoa Ô tô đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn, cảm ơn các bạn đã giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. TÀI LIỆU SÁCH GIÁO KHOA, GIÁO TRÌNH
1. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, 2009. Truyền động điện. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
2. Dương Việt Dũng (2008), Các nguồn năng lượng thay thế, NXB Đại học Bách khoa Đà nẵng.
3. Đỗ Văn Dũng (2007), Trang bị điện & điện tử trên ô tô hiện đại, NXB Đại học Sư phạm kỹ thuật TPHCM.
4. Đặng Quý (2011), Tính toán thiết kế ô tô, NXB Đại học Sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
B. TÀI LIỆU NƯỚC NGOÀI
5. James Larminie (2003), Electric and Vehicle Technology Explained.
6. Mehrdad Ehsani, Ymin Gao, Ali emadi (2010), Modern electric, hybrid electric and fuel cell vehicles.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"