TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
- Có rất nhiều hãng xe lớn trên thế giới đang tập trung vào các dòng xe hybrid như hãng Toyota, Honda, Kia, BMW,
Năm 2015, Toyota đã đặt ra 6 thách thức về môi trường nhằm hướng tới năm 2050, với mục tiêu phát triển các loại xe có mức phát thải CO2 bằng 0% Để đạt được mục tiêu này, Toyota đang tích cực phát triển các dòng xe điện hóa, bao gồm xe Hybrid không sạc ngoài (HEV), xe Hybrid có sạc ngoài (PHEV), xe thuần điện (BEV) và xe chạy bằng khí Hydro (FCEV).
Vào năm 2019, tại Hà Nội, Công ty Honda Việt Nam đã hợp tác với Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải để nghiên cứu khả năng sử dụng xe máy điện tại Việt Nam Trong khuôn khổ nghiên cứu, Honda Việt Nam đã cho mượn 180 xe mô tô điện Honda PCX nhằm đánh giá ưu nhược điểm và khả năng sử dụng của xe điện hai bánh trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.
Các trường đại học hiện nay đang chú trọng đào tạo sinh viên trong lĩnh vực cơ khí động học, đặc biệt là nghiên cứu về xe hybrid Điển hình, vào năm 2018, một nhóm sinh viên gồm 4 người tại Đại Học Đà Nẵng đã thực hiện dự án nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của GS TSKH Bùi Văn.
Ga đã thực hiện thành công đề tài cải tạo xe Cub 50 thành xe gắn máy hybrid.
Đề tài của nhóm mặc dù không mới trên thế giới nhưng vẫn còn khá mới mẻ ở Việt Nam Hiện tại, nước ta đã nghiên cứu và áp dụng các phương tiện giao thông hoàn toàn bằng điện, tuy nhiên, việc sử dụng xe máy hybrid vẫn chưa phổ biến.
Nhóm nghiên cứu đề xuất kết hợp động cơ xăng và điện trên xe có dung tích xy-lanh nhỏ, nhằm tối ưu hóa công suất và tiết kiệm nhiên liệu Giải pháp này không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn phù hợp với nhu cầu di chuyển trong đô thị.
Mục đích và ý nghĩa của đề tài
Lượng xe gắn máy tại Việt Nam đã gia tăng nhanh chóng, vượt dự báo của các cơ quan quản lý nhà nước, do tính cơ động và giá cả phù hợp với người dân Loại phương tiện này sẽ tiếp tục giữ vai trò thiết yếu trong di chuyển Tuy nhiên, các phương tiện giao thông sử dụng động cơ nhiệt là nguồn phát thải ô nhiễm chính, do đó việc giảm mức độ phát thải luôn được các nhà sản xuất ô tô, xe gắn máy chú trọng nghiên cứu Nhiều giải pháp đã được đưa ra, trong đó áp dụng công nghệ hiện đại, như ôtô có động cơ tiết kiệm nhiên liệu của Toyota, Honda, được đánh giá cao.
Các hãng xe có thể duy trì sản xuất trong môi trường cạnh tranh nhờ cải tiến công nghệ Đề tài nghiên cứu chuyển đổi xe gắn máy từ động cơ xăng đơn thuần sang sử dụng kết hợp động cơ đốt trong và động cơ điện Mục tiêu chính là giảm thời gian hoạt động của động cơ đốt trong để tiết kiệm nhiên liệu Việc sử dụng đồng thời hai loại động cơ cũng giúp giảm khí thải ô nhiễm, nâng cao hiệu quả kinh tế cho phương tiện.
TỔNG QUAN VỀ XE GẮN MÁY HYBRID
Xe gắn máy hybrid
Trong những năm gần đây, số lượng xe gắn máy tại Việt Nam đã tăng nhanh chóng, vượt xa dự báo của các cơ quan quản lý nhà nước Xe gắn máy hiện đang và sẽ tiếp tục giữ vai trò quan trọng trong việc di chuyển của người dân nhờ vào tính cơ động cao và giá cả phù hợp với túi tiền của đại đa số người lao động.
Công nghệ hybrid đã được nghiên cứu và áp dụng trên mô tô từ những năm đầu thế kỷ 21 Vào tháng 3 năm 2005, Honda ra mắt mẫu xe hybrid Scooter, nổi bật với khả năng giảm ô nhiễm môi trường và tiết kiệm nhiên liệu.
Xe hybrid này kết hợp động cơ đốt trong 50cc với động cơ điện kiểu xoay chiều, mang lại hiệu suất cao Hệ thống sử dụng bình ắc quy để lưu trữ năng lượng, cho phép xe hoạt động hiệu quả trên đường bằng phẳng trong thành phố chỉ với động cơ điện.
Khi xe di chuyển với tốc độ 30 km/h, động cơ đốt trong kết hợp với động cơ điện thông qua bộ truyền động đai vô cấp để tăng cường công suất kéo, đặc biệt khi cần lực phát động lớn như trong trường hợp tăng tốc hoặc lên dốc Ngoài ra, khi xe giảm tốc hoặc xuống dốc, động cơ điện hoạt động như một máy phát điện, giúp nạp điện vào ắc-quy, tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng.
Xe máy hybrid hiện nay kết hợp động cơ đốt trong sử dụng xăng và động cơ điện chạy bằng acquy, mang lại hiệu suất kinh tế vượt trội Nhờ vào việc tối ưu hóa công suất, mức tiêu hao nhiên liệu được giảm đáng kể, đồng thời khí thải độc hại cũng được giảm thiểu, bảo vệ môi trường Xe vận hành mạnh mẽ và êm ái, tạo cảm giác phấn khích cho người lái khi di chuyển trên đường.
Ưu điễm nổi bật của xe gắn máy hybrid
Ngoài tính kinh tế nhiên liệu cao và lượng phát thải thấp, xe hybrid còn có đặc điểm là sức mạnh và sự yên tĩnh.
Hình 1: Ưu điểm của xe hybrid
- Công nghệ hybrid có tính kinh tế nhiên liệu cao đồng thời cũng góp phần giảm lượng khí thải CO2.
- Một lợi ích khác của xe hybrid là cực kỳ yên tĩnh, bởi không cần phải sử dụng động cơ mọi lúc để vận hành.
- Xe hybrid sử dụng cả động cơ xăng và mô tơ điện trong quá trình tăng tốc góp phần tăng tốc mượt mà, nhẹ nhàng và liền mạch.
Xu hướng phát triển của xe mô tô hybrid
Sự phát triển phương tiện giao thông trên thế giới không đồng đều, với mỗi quốc gia áp dụng quy định khí thải riêng Xu hướng hiện tại và tương lai là cải tiến và chế tạo xe có mức ô nhiễm thấp nhất, đồng thời giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu Điều này trở nên cấp thiết khi môi trường ngày càng ô nhiễm và nguồn tài nguyên dầu mỏ cạn kiệt, dẫn đến giá xăng dầu tăng cao trong khi thu nhập của người dân chỉ tăng không đáng kể.
Ngày nay, xe mô tô hybrid đang trở thành mục tiêu nghiên cứu và phát triển của nhiều nhà sản xuất, không chỉ riêng ô tô Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, dự báo rằng trong tương lai, xe điện và xe lai sẽ dần thay thế các loại xe sử dụng động cơ đốt trong Tại khu vực Đông Nam Á, Thái Lan là một trong những quốc gia nhận được sự hỗ trợ từ Chính phủ để khuyến khích người dân sử dụng xe hybrid Trong buổi họp báo trước thềm Bangkok Motor Show 2017, bà Hirunya Suchinai đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc chuyển đổi sang các phương tiện giao thông thân thiện với môi trường.
Chủ tịch Ủy ban Đầu tư Thái Lan thông báo rằng cơ quan này đã phê duyệt các ưu đãi thuế nhằm khuyến khích sản xuất ba loại xe điện tại Thái Lan.
Thái Lan sẽ triển khai chính sách phát triển sản xuất xe hybrid và xe hybrid chạy điện (plug-in hybrid) ngay trong năm nay, trong khi đó, xe chạy điện hoàn toàn sẽ được phát triển bắt đầu từ năm 2018.
Xe hybrid tại Việt Nam hiện vẫn chưa phổ biến và ít người biết đến, nhưng với nhiều công nghệ tiên tiến, đặc biệt là khả năng tiết kiệm nhiên liệu và bảo vệ môi trường, dòng xe này hứa hẹn sẽ tạo nên cơn sốt trong tương lai.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẢI TẠO XE GẮN MÁY THÀNH XE GẮN MÁY HYBRID
Thiết kế cải tạo xe gắn máy có sẵn thành xe gắn máy hybrid
STT Tên sản phẩm ĐV Số Đơn giá Thành tiền lượng VNĐ VNĐ
2 Xe máy tay ga 50cc Chiếc 1 23.699.000 23.699.000
Bảng 1: Bảng dự trù kinh phí cho đề tài
3.1.1 Phân tích lựa chọn loại xe cần cải tạo
Với việc kết hợp động cơ điện và động cơ nhiệt, xe gắn máy không cần động cơ công suất lớn, phù hợp với điều kiện kinh tế hạn chế và yêu cầu về kích thước nhỏ gọn Do đó, nhóm chúng em quyết định cải tạo xe máy tay ga thành xe gắn máy hybrid Chúng em lựa chọn động cơ 50cc, với công suất tối đa 3,5 kW ở tốc độ 7500 vòng/phút, để đảm bảo hiệu suất và tính khả thi.
Hình 2: xe máy tay ga 50CC
3.1.2 Phân tích các phương án lắp đặt động cơ nhiệt và động cơ điện
Cải tạo xe gắn máy và lắp đặt động cơ cần tuân thủ nguyên tắc tối ưu hóa cấu trúc, nhằm duy trì độ cứng vững của khung xe Điều này không chỉ giúp bảo đảm tính an toàn mà còn giảm thiểu chi phí trong quá trình cải tạo.
Lắp đặt động cơ nhiệt cho xe gắn máy được thực hiện mà không thay đổi động cơ và hệ thống điều khiển, giữ nguyên cấu trúc ban đầu Phần dẫn động ra lốp sau và khung gầm cũng được bảo tồn, đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của xe.
Phân tích Lắp động cơ điện:
Lắp động cơ điện phía sau dẫn động lốp sau
- Ưu điểm: Giữ được cảm giác lái và tính ổn định ban đầu của xe.
Động cơ điện được đặt phía sau gây khó khăn trong việc bố trí và lắp đặt cơ cấu truyền động, dẫn đến việc kết hợp công suất giữa động cơ điện và động cơ nhiệt trở nên khó khăn.
Lắp động cơ điện ở giữa dẫn động lốp sau
- Ưu điểm: giữ được trạng thái cân bằng.
- Nhược điểm: chiếm phần lớn diện tích người lái khó khăn trong việc bố trí và lắp cơ cấu truyền động.
Lắp động cơ điện phía trước dẫn động lốp trước
Động cơ hybrid mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng kết hợp công suất của hai động cơ một cách dễ dàng và tách biệt chế độ làm việc của từng động cơ, đồng thời nạp điện cho ắc quy Điều này không chỉ tăng tính cơ động cho xe gắn máy hybrid mà còn giúp giảm thiểu sự thay đổi kết cấu khung xe, giữ vững độ bền ban đầu và giảm chi phí trong quá trình cải tạo.
Nhược điểm của xe điện là có thể gây mất tính ổn định khi lái Sự khác biệt về kích thước giữa bánh xe trước và bánh xe sau làm giảm sự cân đối ban đầu của phương tiện.
Nhóm chúng em đã phân tích và nhận thấy rằng việc lắp đặt một động cơ điện phía trước đáp ứng hầu hết các yêu cầu đề ra Phương án này cho phép kết hợp công suất của hai động cơ, đồng thời giữ nguyên cấu trúc và hình dáng của xe, giúp tiết kiệm chi phí phát sinh Việc lắp đặt và bố trí hệ thống điện cũng trở nên dễ dàng hơn, không làm phức tạp hệ thống dẫn động Do đó, nhóm quyết định lựa chọn phương án này để tiến hành thiết kế và cải tạo xe gắn máy hybrid.
3.1.3 Thiết kế bố trí động cơ điện
Sử dụng 1 động cơ điện và bố trí ở bánh trước vì:
- Dễ dàng lắp đặt và bố trí hệ thống điện, không gây phức tạp hệ thống dẫn động.
Việc cải tạo ở bánh sau giúp giảm thiểu tối đa ảnh hưởng đến động cơ điện trong quá trình thay đổi dẫn động của xe hybrid.
- Giữ nguyên được kết cấu và hình dáng.
- Tăng khả năng cơ động cho xe Nguyên lí hoạt động :
Trong chế độ sử dụng động cơ nhiệt, động cơ dẫn động bánh sau giúp xe hoạt động ổn định, cho phép di chuyển trên quãng đường dài với nhiên liệu xăng.
Khi xe hoạt động bằng động cơ điện, động cơ điện phía trước sẽ kéo toàn bộ xe, trong khi động cơ nhiệt không hoạt động Để ngăn chặn sự mất mát công suất do lực dẫn động ngược từ bánh sau vào động cơ, ly hợp sẽ cắt truyền động giữa bánh sau và động cơ nhiệt.
- Phối hợp sử dụng cả 2 động cơ khi lên dốc: Hai động cơ sẽ hoạt động song song nhau.
Hình 3: Sơ đồ bố trí trên xe
- Trong đó: 1: Vị trí động cơ điện; 2: Vị trí động cơ nhiệt; 3: Vị trí bố trí bình acquy
Thiết kế bố trí hệ thống truyền động điện cho xe gắn máy hybrid
3.2.1 Phân tích, lựa chọn phương án phối hợp công suất
+ Hệ thống truyền lực hoạt động như hệ thống truyền lực điện.
+ Có thể sử dụng không cần hộp số.
+ Động cơ đốt trong có thể chọn chế độ hoạt động tối ưu.
+ Năng lượng từ động cơ bị biến đổi hai lần làm giảm công suất.
+ Khối lượng xe tăng: máy phát, pin, động cơ điện.
+ Động cơ đốt trong luôn làm việc ở chế độ nặng nhọc Kiểu song song
+ Công suất của xe có thể sử dụng riêng lẻ (dùng động cơ nhiệt hay động cơ điện phù thuộc vào chủ xe).
+ Trọng lượng bản thân xe mạnh hơn so với kiểu nối tiếp.
+ Bộ phận điều khiển có kết cấu mạch điện phức tạp hơn.
+ Sử dụng nhiều nguồn ắc-quy (ắc-quy của động cơ nhiệt và động cơ điện).+ Giá thành sản phẩm có khả năng cạnh tranh Kết luận
Sau khi phân tích hai phương pháp phối hợp công suất dựa trên các tiêu chí kỹ thuật như công suất đạt yêu cầu và tính gọn nhẹ, cùng với khả năng thực hiện về mặt kinh tế, phương pháp phối hợp công suất theo kiểu song song được đánh giá là hợp lý nhất.
Dự án cải tạo xe máy sử dụng động cơ nhiệt được thực hiện với mục tiêu giữ nguyên cấu trúc và hình dáng tổng thể của xe, giúp giảm thiểu chi phí thiết kế Việc này không chỉ đảm bảo tính khả thi mà còn mang lại hiệu quả kinh tế trong quá trình cải tạo.
Có thể tận dụng hầu hết các xe động cơ nhiệt, giúp giảm chi phí và duy trì công suất ban đầu của động cơ, đồng thời có kết cấu đơn giản.
- Có thể khắc phục và nghiên cứu thêm về hệ thống điều khiển để giảm bớt độ phức tạp của xe trong lúc hoạt động.
Thiết kế bố trí lắp đặt các hệ thống bổ sung
Động cơ điện được bố trí phía trước trên xe máy tay ga 50cc tương tự như lốp xe điện, do đó không cần thay đổi nhiều Đặc điểm nổi bật là động cơ điện được tích hợp trực tiếp vào bánh xe và gắn chặt với trục bánh xe, khác với bánh xe thông thường có trục riêng biệt Vì vậy, không thể lắp trục qua lỗ phuộc như cách thông thường, do trục đã được kết nối cứng với bánh xe điện.
Phương pháp lắp đặt hai phuộc vào hai đầu trục bánh xe điện giúp duy trì độ bền và cứng vững của phuộc Tuy nhiên, nhược điểm lớn của cách lắp này là gây khó khăn trong việc bảo trì và sửa chữa bánh xe điện, vì cần tháo toàn bộ phần đầu trước của xe hybrid để có thể lấy bánh xe điện ra.
Cải tạo phuộc trước để lắp bánh xe điện có thể thực hiện mà không cần phương pháp phức tạp Đầu tiên, xẻ rãnh với độ rộng tương đương đường kính lỗ lắp trục trên phuộc, giúp dễ dàng lắp trục bánh xe điện từ phía dưới lên.
Phuộc trước khi cải tạo Phuộc sau khi cải tạo
Bố trí lắp đặt ắc-quy cho động cơ điện
Để lắp đặt một động cơ điện có công suất lớn, cần sử dụng bộ ắc-quy có dung lượng tương ứng Động cơ điện hoạt động với điện áp 24V, do đó cần hai bình ắc-quy 12V, 14A/h Kích thước mỗi bình ắc-quy là 150mm chiều dài, 98mm chiều rộng, 95mm chiều cao và nặng 7kg Việc bố trí ắc-quy cho động cơ điện sẽ dựa trên các tiêu chí cụ thể để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định.
- Tận dụng được các khoảng không gian trống trải của xe để lắp đặt.
- Không gây vướng víu cho người lái và người ngồi sau
- Có tính thẩm mĩ cao.
- Khi đi dưới trời mưa hộp chưa ắc-quy phải đảm bảo không đọng nước.
Qua các tiêu chí trên, phương án bố trí ắc-quy trên xe gắn máy hybrid của nhóm em đó là tiến hành bỏ trong cốp xe.
Vì thể tích trong cốp xe khá rộng đủ chỗ để đặt được 2 bình acquy loại này.
Hình 7: Acquy được bố trí trên xe
Tính toán, kiểm tra sức bền toàn hệ thống khung sau khi cải tạo
Xe sau khi đã được cải thiện động cơ điện được gắn thẳng và lốp xe và bình acquy được gắn vào trong cốp xe.
Ta có các thông số đầu vào:
Bảng: Các thông số đầu vào tính toán bền khung xe
STT Tên gọi Thông số
1 Khối lượng đặt lên yên trước 60kg
2 Khối lượng đặt lên yên sau 60kg
3 Khối lượng của bộ ắc-quy 14kg/2 bình
4 Khối lượng của khối động cơ 25kg
5 Ứng suất uốn cho phép 160.10 4 [N/m 2 ]
Hình 8: Sơ đồ lực tác dụng lên khung
P 1 : tập trung của người lái tác dụng lên yên trước
P 2 : Lực tâp trung của người ngồi sau và bộ ắc-quy tác dụng lên yên sau P 2 = m.g = 60.9,81 = 588,6 [N]
P 3 : Lực tập trung của khối động cơ tác dụng lên khung P 3 = m.g = 25.9,81 = 245.25 [N]
Dựa vào phương trình cân bằng lực và momen, xác định các phản lực liên kết tại A và F, ta có:
Bằng cách áp dụng phương pháp mặt cắt, chúng ta có thể xác định các thành phần nội lực trên các đoạn từ A đến F, từ đó vẽ được biểu đồ momen uốn cho khung.
Hình 9: Biểu đồ momen uốn lên khung xe
Dựa vào biểu đồ momen ta xác định được momen cực đại tác dụng lên khung
Khung được chế tạo từ thép ống có mặt cắt ngang hình vành khăn cho phép xác định momen kháng uốn hiệu quả Ứng suất uốn cực đại của khung được tính bằng công thức: σ umax = M max.
Khung xe được chế tạo từ thép dập CT3 có : [ σ u ¿ = 160.10 4 [N/m2] > σ umax
Như vậy, khung xe đảm bảo điều kiện bền.
Phân tích tính toán động cơ điện và đánh giá hiệu năng của xe
3.6.1 Xác định động cơ điện.
Chúng ta sẽ tính toán thiết kế xe gắn máy hybrid có khối lượng tổng cộng là
220 kg (chở 2 người) chạy với vận tốc là 50km/h Và riêng xe chạy sử dụng mỗi động cơ điện là 20 km/h.
Động cơ điện cần có công suất đủ lớn để tạo ra lực kéo FM, nhằm vượt qua các lực cản như lực cản lăn của mặt đường FL, lực cản khi lên dốc FD, lực cản do gió FG và lực cản khi tăng tốc FQ.
Phương trình cân bằng lực như sau:
Lực cản lăn được tính theo công thức F f = f.G, trong đó f là hệ số cản lăn và G = 2200 N là trọng lượng tải của xe, bao gồm trọng lượng xe, bình acquy, người ngồi, động cơ và bộ truyền động Với hệ số cản lăn f = 0,02, ta có F f = 0,02 x 2200 N.
Lực cản lên dốc được tính: F i = G sinα với sinα là độ dốc mặt đường, với độ dốc là 20% thì sinα = 0,2, ta có F i = 2200.0,2 = 440N.
Lực cản gió được tính theo công thức F_w = k.S.v², trong đó k là hệ số cản không khí, S là diện tích cản chính diện và v là vận tốc của xe Đối với xe gắn máy, hệ số cản không khí k dao động từ 0,4 đến 0,5 Ns²/m⁴, và diện tích cản S từ 0,5 đến 0,7 m² Nếu chọn k = 0,4 Ns²/m⁴ và vận tốc xe v = 20 km/h (tương đương 5,56 m/s), ta có lực cản gió F_G = 0,4 * 0,5 * (5,56)² = 6,18 N.
Lực quán tính Fj = M.a, với M là khối lượng toàn bộ và a là gia tốc của xe. Chọn gia tốc a = 1 m/s 2 ta có: F j = 220.1= 220N.
Để hạn chế công suất động cơ điện, xe không được hoạt động với cả 4 lực cản cùng lúc Khi xe lên dốc, chỉ cho phép xe chạy đều với vận tốc nhỏ, do đó bỏ qua lực quán tính và lực cản gió Ngược lại, khi xe đạt tốc độ tối đa, lực cản lên dốc và lực quán tính sẽ không được tính đến.
Như vậy, lực cần thiết của động cơ điện ở 2 trường hợp này được tính lại là:
Cả 2 trường hợp này đều có lực cản chung nhỏ hơn trường hợp tổng quát và phù hợp với chế độ hoạt động thực tế của xe Trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa được xem là xe sử dụng hết công suất động cơ điện, trường hợp xe leo dốc tuy trương hợp này lực cản có lớn hơn nhưng lúc này ta chạy với vận tốc rất bé thì công suất phụ tải cũng sẽ lớn hơn trường hợp xe chạy ở tốc độ tối đa Ta chọn trường hợp xe chạy tối đa khi sử dụng mỗi động cơ điện để xác đinh cân bằng công suất động cơ, khi đó FM=FM2 = 50.18N và vận tốc của xe là 5.56 m/s Ta có công suất cản của xe lúc này là:
Công suất cản của xe khi sử dụng mỗi động cơ điện được tính bằng công thức PM = FM.v, với các giá trị 50, 18.5 và 56, cho ra kết quả 279 W Đây là công suất cần thiết để động cơ điện có thể cân bằng với công cản của xe trong trường hợp này.
P k = PM/ η, với η là hiệu suất hệ thống truyền lực, chọn sơ bộ η = 0,95, ta được:
Chọn động cơ điện 300W => chọn hiệu điện thế 24V- 13Ah là thích hợp Ta có xe chạy theo 2 chế độ.:
- Sử dụng mỗi động cơ điện chạy với tốc độ lớn nhất v km/h = 5,56 m/s
- Momen kéo tại bánh xe do động cơ điện sinh ra Mm = Pm/w
+ Trong đó: w là vận tốc góc của bánh xe(rad/s); w=v/r từ thông số của lốp là 100/90-10 => bán kính bánh xe r = 0.17m vậy w = 5.56/0,17 = 32.7 (rad/s)
- Momen kéo của xe trong trường hợp này M k = P k /w = 293/32,7 = 8.96N/m
Trong trường hợp này, khi Mm lớn hơn M, động cơ xăng không cần hoạt động theo lý thuyết, dẫn đến việc không có sự tiêu hao nhiên liệu.
Xe sử dụng chế độ hibrid với tốc độ lớn nhất v = 50km/h = 13.8 m/ s Khi đó w 1 = v/r 8/0.17 = 81,17 rad/s
Trong khi đó công suất cản của xe lúc này PM = FM.v = 50,18*13,8 692,484W
P k = PM/ η, với η là hiệu suất hệ thống truyền lực
Momen kéo cần thiết tại bánh xe để thắng được lực cản trong trường hợp này là: Mk = Pk/w1 = 728,93/81,17 = 8,96N/m
Như vậy nếu momen kéo của động cơ điện là 3,7N/m thì momen kéo của động cơ xăng chỉ cần M x = M k - M m = 8,96 - 3,7 = 5,26N/m.
Xe lai có khả năng tiết kiệm tới 58,7% mô-men xoắn cho động cơ xăng, cho thấy tính kinh tế vượt trội của nó so với xe thông thường sử dụng xăng.
3.6.2 Tính toán động cơ nhiệt Để đơn giản trong quá trình tính toán ta xét lúc xe chuyển động ổn định trên đường bằng, có nghĩa là góc nghiêng của đường lúc này α=0 và lực quán tính chuyển động của xe là bằng 0 tức là Pj = 0 (N).
Vậy lúc này ta có phương trình cân bằng lực tác dụng lên ô tô có dạng là:
Fc : Lực cản lớn nhất ở bánh xe chủ động [N]
G : Tổng trọng lượng của xe [N]
K : Hệ số dạng khí động của xe [N.s 2 /m 4 ] F : Diện tích cản chính diện của xe [m 2 ] v : Vận tốc của xe [m/s] f : Hệ số cản lăn f = 32+ v
Với các số liệu đã có: G = 220 [KG] = 220.9,81 !58,2 [N]; vmax = 20 [km/h] = 5,56 [m/s]; và đối với xe du lịch theo tài liệu thì các thông số khác được chọn như sau:
Hệ số dạng khí động của xe K = (0,4 ÷ 0,5) chọn K= 0,4 [N.s 2 / m 4 ] Diện tích cản chính diện của xe F = 0,6 [m 2 ]
Vậy công suất cản ở bánh xe :
Cống suất ra của động cơ ứng với tốc độ vmax.
Ndc : Công suất động cơ [kW]
Nc : Công suất cản ở bánh xe [kW] η t : Hiệu suất của hệ thống truyền lưc Theo tài liệu đối với xe du lịch ta chọn η t = 0,95
Từ công thức suy ra công suất ra của động cơ ứng với vận tốc vmax là:
Vậy ta chọn được động cơ như sau:
Chọn động cơ nhiệt của xe 50cc có thông số hoạt động như sau:
STT Đặc Điểm Giá Trị Đơn Vị:
1 Loại Đông cơ xăng 4 kỳ,1 xylanh
6 Công suất tối đa 5HP/7000 rpm
Thiết kế mạch điện điều khiển cho xe mới cải tạo
Hình 10: Sơ đồ khối điều khiển
Hình 11: Lưu đồ thuật toán điều khiển Arduino
Hình 12: Sơ đồ mạch điện tổng quát sau khi cải tạo
Hình 13: Sơ đồ mạch điều khiển của xe sau khi cải tạo
* Theo sơ đồ trên, xe máy Hybrid sẽ hoạt động ở 3 chế độ theo sơ đồ hình
- Xe hybrid hoạt động bằng động cơ điện.
- Xe hybrid hoạt động bằng động cơ nhiệt.
- Xe hybrid hoạt động bằng động cơ nhiệt-điện.
Chế độ hoạt động bằng động cơ nhiệt cho phép động cơ cung cấp moment kéo cho xe, với vị trí khóa K1 ở mức cao nhất, mạch điều khiển sẽ không hoạt động Để khởi động động cơ, người dùng chỉ cần nhấn giữ công tắc Start, và xe sẽ vận hành bình thường như chưa qua cải tạo.
Chế độ hoạt động bằng động cơ điện cho phép xe sử dụng năng lượng từ accu để vận hành, trong khi động cơ nhiệt không hoạt động Khi chỉnh khóa K1 ở vị trí trung bình, nguồn Vcc và dây chia của bộ điều tốc 24V sẽ kết nối với nhau, giúp điều khiển động cơ điện thông qua bộ điều tốc 24V.
Chế độ hoạt động kết hợp động cơ nhiệt-điện cho phép xe phối hợp moment kéo từ cả hai động cơ ở các dãy tốc độ khác nhau Khi tốc độ dưới 20km/h, động cơ điện hoạt động để tăng tốc nhanh chóng với moment kéo lớn, trong khi khi tốc độ vượt quá 20km/h, động cơ nhiệt bắt đầu cung cấp moment kéo để đạt vận tốc cao hơn Arduino nhận tín hiệu từ các cảm biến để điều khiển các rơ-le RL2, RL7, bật tắt động cơ điện hoặc động cơ nhiệt nhằm tối ưu hóa công suất giữa hai động cơ Để đảm bảo quá trình tăng tốc mượt mà giữa hai động cơ, động cơ nhiệt cần được vận hành trước để đáp ứng vận tốc tại điểm chuyển tiếp.
Thiết kế mạch sạc cho xe cải tạo
Hình 14: Sơ đồ mạch nạp cho acquy
Khi xe hoạt động ở chế độ động cơ nhiệt hoặc phối hợp nhiệt-điện, Arduino sẽ theo dõi điện áp của acquy Nếu điện áp giảm xuống dưới 20%, Arduino sẽ kích hoạt rơ-le RL6 để khởi động mạch sạc, giúp nạp lại điện cho acquy.
