2.2.1 Chức năng tổng thể
Hình 2. 1.Chức năng tổng thể của xe đạp điện - Chú thích:
Đường tín hiệu:
Đường năng lượng:
Đường người và vật liệu:
26
27 Hình 2. 2.Sơ đồ cấu trúc chức năng tổng thể của xe đạp điện
2.2.2 Chức năng con chức năng sạc điện
Hình 2. 3.chức năng sạc điện Chức năng lưu trữ và cấp nguồn điện
Hình 2. 4.Chức năng lưu trữ và cấp nguồn điện Chức năng chuyển đổi nguồn điện và bảo vệ hệ thống điện
28 Hình 2. 5.Chức năng chuyển đổi nguồn điện và bảo vệ hệ thống điện
Chức năng chuyển đổi điện - cơ
Hình 2. 6.Chức năng chuyển đổi điện - cơ Chức năng xử lí và điều khiển
Hình 2. 7.Chức năng xử lí và điều khiển Chức năng chuyển đổi chế độ xe
29 Hình 2. 8.Chức năng chuyển đổi chế độ xe
Chức năng điều tốc
Hình 2. 9.Chức năng điều tốc Chức năng điều hướng
Hình 2. 10.Chức năng điều hướng Chức năng đạp trợ lực
30 Hình 2. 11.Chức năng đạp trợ lực
Chức năng báo tín hiệu xe
Hình 2. 12.Chức năng báo tín hiệu xe Chức năng chống trộm
31 Hình 2. 13.Chức năng chống trộm
32 Chức năng dự báo thời tiết
Hình 2. 14.Chức năng dự báo thời tiết
Chức năng kiểm soát hành trình
Hình 2. 15.Chức năng kiểm soát hành trình 2.3. Nguyên lí làm việc
2.3.1 Phát triển cấu trúc làm việc
33 STT
Giải pháp Chức năng con
1 2 3
1 Sạc điện
Lấy điện 3 chân 2 chân dẹt 2 chân tròn
2 Chuyển đồi
AC-DC
Nguồn tuyến
tính Nguồn xung
3 Nối điện Cắm Hàn Mạch
4 Lưu trữ điện Công nghệ pin
litium Công nghệ pin liti-ion- polyme
Công nghệ ác-quy
5 Biến đổi điện năng IC ổn áp
Nguyên lý
nhấn Nguyên lý cảm ứng
6
Chống ngắn mạch
Nguyên lý cầu trì
Điện trở
Mạch buck convert- or
34 7 Bảo vệ hệ
thống điện
Ngắt khi quá tải
Nguyen lý rơle
nhiệt Nguyên lý
cầu trì Nguyên lý atomat
8 Tự động ngắt Cầu trì Nguyên lý
relay
Mạch bảo vệ rời
9 Xử lý và điều
khiển Xử lý PIC STM32 ESP32
10
Cấp tín hiệu Cáp tín hiệu Mạch in
11 Đèn
Công nghệ đèn
dây tóc Đèn LED Đèn
halogen
12 Màn hình LCD LED Tinh thể
lỏng
13 Khởi động xe Khóa cơ Khóa điện tử Khóa từ
14 Điều chỉnh hướng Ghi đông thẳng Ghi đông U Ghi đông V
35 15
Bộ điều hướng
Giới hạn góc quay
Cảm biến góc quay
Cảm biến momen xoắn
16
Chịu tải trọng
Chịu lực Khung cacbon Khung thép Khung titan
17 Giảm sóc Lò xo Phuộc nhún
Phuộc giảm xóc hơi
18 Nâng đỡ xe Lốp không xăm Lốp có xăm
19 Bộ truyền động Xích Đai
Trục các đăng
20 Hệ thống hồi năng Bánh đà Lò xo Điện từ+
bánh đà
21 Phanh Phanh đĩa Phanh ABS Phanh cơ
36 22
Cảm biến
Dự báo thời tiết Đo nhiệt độ môi trường
Dự báo nắng
mưa Đo độ ẩm
23
Định vị GPS Định vị bắc
đẩu Glonass
24 Cảm biến rung Cảm Biến Rung
CC-R39
Cảm biến rung SW42
Cảm biến rung 801S
25 Cảm biến tốc độ
xe
Cảm biến quang học
Cảm biến tốc độ
MRE
Cảm biến xe loại điện từ
26 Cảm biến lực Cảm biến áp suất Cảm biến tải
Cảm biến màng
chảy
27 Cốp xe Cốp rộng Cốp và giỏ
xe
28 Yên xe 1 yên 2 yên
37
29 Động cơ Động cơ chổi
than 500w
Động cơ không
chổi than 500w
30 Kiểu dáng Cổ điển Hiện đại Thanh lịch
31 Vỏ xe Hợp kim nhôm Nhựa ABS Sợi
cacbon
32 Làm mát động cơ Nước Không khí
33 Còi Chuông Còi điện12v
105dB
Còi điện 6v 80dB
38 Hình 2. 16.Cây mục tiêu của thiết kế xe đạp điện
2.3.2 Kết hợp các nguyên tắc làm việc
Các nguyên tắc làm việc được kết hợp thành các biến thể được biểu diễn như trong bảng bảng trên Cụ thể nhưng nguyên tắc được ký hiệu sẽ tạo thành một biến thể. Theo bảng trên ta có thể thấy có ba biến thể khác nhau được chọn ra tương ứng biến thể 1, biến thể 2, biến thể 3. Từ đây ta xét tới tính khả thi của các biến thể vừa được tạo ra.
2.3.3 Lựa chọn biến thể phù hợp
Sau khi kết hợp các nguyên tắc làm việc (biểu diễn bảng 2.1), ta được 3 biến thể tiểu biểu:
Biến thể 1: 1.3-2.2-3.2-4.2-5.3-6.1-7.3-8.1-9.1-10.2-11.1-12.1-13.3-14.2- 15.2-16.1-17.3-18.2-19.1-20.1-21.3-22.3-23.3-24.3-25.1-26.3-27.2-28.2-29.2- 30.1-31.3-32.1-33.1
Biến thể 2: 1.2-2.2-3.1-4.1-5.1-5.2-7.1-8.2-9.2-10.1-11.3-12.3-13.2-14.1- 15.1-16.3-17.2-18.1-19.2-20.2-21.2-22.223.1-24.1-25.2-26.2-27.1-28.1-29.1- 30.2-31.1-32.2-33.2
39 Biến thể 3: 1.1-2.1-3.3-4.3-5.2-6.3-7.2-8.3-9.3-10.2-11.2-12.2-13.1-14.3- 15.1-16.2-17.1-18.1-19.3-20.3-21.1-22.3-23.2-24.2-25.3-26.1-27.1-28.2-29.1- 30.3-31.2-32.2-33.3
Để lựa chọn ra được biến thể phù hợp nhất, ta tiến hành xây dựng các tiểu chí để đánh giá và so sánh các biến thể. Tuy nhiên độ phức tạp và quan trọng của các tiểu chí để đánh giá là khác nhau, vì thế có thể bao quát và thấy được mức độ quan trọng của các tiểu trí, ta xây dựng một cây mục tiểu. Trong cây mục tiêu bao gồm những tiểu chí đặt ra cho biến thể. Trong các tiểu chí lớn có những tiểu chí nhỏ hơn được đặt ra. Số điểm bên trải (W) là độ quan trọng của tiêu chí đó với tiểu chí lớn hơn, số bên phải (Wt) là độ quan trọng của tiểu chí đó với tổng thể hệ thống hình
2.3.4 Tổng hợp và đánh giá các biến thể
STT Tiêu chí Điểm
tiêu chí
Điểm đánh giá Biến thể
1
Biến thể 2
Biến thể 3
1
Hệ thống điện ổn định, an
toàn
Sạc điện Lấy điện 0.009 0.004 0.003 0.002
2 Chuyển
đổi AC- DC
0.027 0.008 0.008 0.011
3 Nối điện 0.009 0.003 0.002 0.040
4 Bảo vệ
hệ thống điện
Chống ngắn mạch
0.0135 0.009 0.0025 0.002
5 Tự động
ngắt
0.018 0.009 0.004 0.005
6 Ngắt khi
quá tải
0.0135 0.0015 0.01 0.002
7 đèn 0.015 0.005 0.003 0.007
8 Xử lý và
điều khiển
Xử lý 0.0525 0.021 0.021 0.0105
9 Cấp tín
hiệu 0.0225 0.01 0.0125 0.01
10 còi 0.015 0.002 0.008 0.005
11 Lưu trữ điện 0.075 0.03 0.025 0.02
12 Biến đổi điện năng 0.03 0.01 0.015 0.005
13 Bộ điều
hướng
Điều chỉnh hướng
0.063 0.02 0.033 0.01
14 Giới hạn
góc quay
0.027 0.017 0.017 0.01
40
15 Hoạt
động an toàn
Cảm biến
Dự báo thời tiết
0.018 0.004 0.008 0.006
16 Định vị 0.012 0.05 0.04 0.03
17 Cảm
biến rung
0.024 0.004 0.01 0.01
18 Cảm
biến tốc độ
0.03 0.005 0.015 0.01
19 Cảm
biến lực
0.036 0.01 0.016 0.01
20 Điều tốc phanh 0.054 0.012 0.022 0.02
21 Hệ thống
hồi năng
0.036 0.01 0.016 0.01 22
Cơ cấu cơ khí ổn định, mượt mà
Chịu tải
trọng Chịu lực 0.0375 0.0175 0.0125 0.0075
23 Giảm sóc 0.0225 0.012 0.01 0.0005
24 Nâng đỡ
xe 0.015 0.005 0.01 0.01
25 Bộ truyền động 0.09 0.0135 0.0495 0.027
26 Hệ thống
chuyển đổi điện cơ
Động cơ 0.0735 0.0115 0.0441 0.0441
27 Làm mát 0.0315 0.0115 0.0115 0.02
28 Khởi động xe 0.03 0.012 0.015 0.003
29 Giai diện
tối ưu Cốp xe 0.01 0.05 0.05 0.05
30 Yên xe 0.015 0.005 0.01 0.005
31 Kiểu dáng 0.025 0.005 0.015 0.005
32 Vỏ xe 0.02 0.01 0.006 0.004
33 Màn hình 0.03 0.0105 0.0135 0.006
Tổng 1 0.408 0.5381 0.4176
Qua quá trình đánh giá ta thấy biến thể số 2 có số điểm đánh giá cao nhất và xếp hạng tổng thể tốt nhất. Điều đó cơ bản chứng tỏ biến thể 2 được tối ưu tốt nhất đối với các tiêu chí đề ra. Biến thể 2 do đó đại diện cho một giải pháp nguyên tắc tốt để bắt đầu giai đoạn thiết kế cụ thể.
41
Nội Dung 3. Thiết kế cụ thể 3.1. Thiết kế sơ bộ
3.1.1 .Tạo sơ đồ hệ thống
Hình 3. 1.Sơ đồ bố trí hình học
42 3.1.2 .Nhóm chức năng
Hình 3. 2.Nhóm chức năng
43 3.1.3 .Bố trí hình học
Hình 3. 3.Bố trí hình học Chú thích:
44 3.1.4 .Xác lập các layout thô-xác định các bộ thực hiện chức năng chính Đây là một bước quan trọng trong việc thiết kế lớp sản phẩm. Từ các khối chức năng tổng hợp được, nhóm thiết kế sẽ tiến hành bố trí hình học cho sản phẩm xe đạp điện bằng việc xây dựng một bản phác thảo biểu thị rõ vị trí hình học tương đối giữa các khối trong sản phẩm sao cho sản phẩm có thể hoạt động một cách thuận tiện nhất có thể. Sau khi định hình layout vị cho các bộ phận, ta tiến hành ghép nhóm cho một số các các cụm bộ phận có chung thiết kế để bố trí trí hình học và có được bố trí hình học tương quan giữa các layout như sau:
Hình 3. 4.Sơ đồ bố trí nhóm thiết kế
45
STT Tên nhóm Bộ phận
1 Nhóm an toàn cơ Tay phanh
phanh ABS
2 Nhóm kết cấu Khung xe
giảm sóc
3 Nhóm năng lượng Pin litium
Sạc Bộ chuyển đổi
4 Nhóm an toàn điện Rơle
Cầu trì aptomat
5 Nhóm điều khiển và di chuyển ghi đông
nút nhấn Động cơ Bánh xe
Xích Bàn đạp
6 Nhóm chống trộm Khóa điện từ
Vi điều khiển Định vị GPS
Cốp xe
7 Nhóm thông báo Đèn
Còi Xi nhan
8 Nhóm hiển thị Màn hình LED
Việc thiết kế và định hình sản phẩm đòi hỏi qua nhiều khâu và các quy trình khác nhau từ đó đưa râ sản phẩm hoàn thiện đáp ứng nhu cầu thị trường và mục tiêu thiết kế ban đầu. Quy trình mô tả quá trình này được thực hiện theo sơ đồ tống quát sau.
46 3.2. Thiết kế chi tiết
3.2.1 .Bản vẽ lắp kết cấu cơ khí xe đạp điện
Hình 3. 5.Xe đạp điện 3.2.2 .Vỏ xe đạp điện
Vỏ xe đạp điện là phần bao bọc bên ngoài của bánh xe, bao gồm lớp cao su và cấu trúc tạo hình, nhằm cung cấp độ bám và bảo vệ cho bánh xe. Vỏ xe đạp điện có vai trò quan trọng trong việc cung cấp độ ma sát, chống trượt và hỗ trợ truyền động lực từ bánh xe đến mặt đường. Nhóm sử dụng vỏ ABS vì nó nhẹ, dễ gia công và có tính thẩm mỹ.
47 Hình 3. 6.Vỏ xe đạp điện
Khung sườn xe đạp điện, đóng vai trò quan trọng trong việc chịu tải trọng và duy trì cấu trúc của xe. Nó được hình thành từ các ống kim loại được hàn hoặc liên kết với nhau để tạo thành một khung hình học. Khung sườn xe đạp không chỉ cung cấp nền tảng cho các bộ phận khác của xe đạp như bánh xe, hệ thống truyền động và hệ thống lái, mà còn ảnh hưởng đến cảm giác lái, độ cứng, khả năng kiểm soát và hiệu suất tổng thể của xe. Ở đây nhóm chọn khung titan vì có độ nhẹ và cứng cao, ngoài ra khung titan còn hấp thụ lực tốt.
Hình 3. 7.Khung chính
48 3.2.3 .Khung đuôi xe đạp
Khung đuôi xe đạp, hay còn được gọi là khung sau, là phần của khung sườn nằm phía sau cùng của xe đạp. Nó thường được kết nối với khung chính bằng các ống kim loại và các điểm hàn. Nhóm sử dụng khung đuôi bằng titan cho độ bền và khả năng chịu tải tối ưu.
Hình 3. 8.Khung đuôi 3.2.4 .Ghi-đông
Ghi đông xe đạp, còn được gọi là bộ điều khiển hoặc tay lái, là phần của xe đạp mà người lái sử dụng để kiểm soát hướng đi và cung cấp điều khiển cho xe. Ghi đông bao gồm hai thanh dọc nằm ngang trên phần trước của xe đạp, nơi người lái đặt tay lên và sử dụng để điều khiển hướng và thao tác phanh. ở đây nhóm chọn sử dụng ghi-đông thẳng vì nó cung cấp khả năng kiểm soát xe đạp tốt hơn.
49 Hình 3. 9.Ghi- đông
3.2.5 .Phuộc trước
Phuộc trước xe đạp, còn được gọi là bộ phận treo trước, là một thành phần quan trọng của hệ thống treo trên xe đạp. Nhiệm vụ chính của phuộc trước là hấp thụ và giảm chấn các va đập và rung động từ đường bumpy (gồ ghề) khi đi xe, nhằm cung cấp sự êm ái và kiểm soát tốt hơn cho người lái.
50 Hình 3. 10.Phuộc trước
3.2.6 .Giảm sóc sau
Giảm xóc sau, còn được gọi là hệ thống treo sau, là một phần của xe đạp dùng để hấp thụ và giảm chấn các va đập và rung động từ phía sau xe. Nhiệm vụ chính của giảm xóc sau là cung cấp sự ổn định, kiểm soát và thoải mái cho người lái trong khi điều hướng trên địa hình khó khăn.
Hình 3. 11.Giảm xóc sau
3.2.7 .Vành xe
Vành xe là thành phần quan trọng của xe đạp, được sử dụng để giữ và định vị bánh xe. Vành thường có hình dạng tròn và được làm bằng các vật liệu như nhôm, hợp kim nhôm, carbon, hoặc thép. Nhóm chọn vành bằng hợp kim nhôm vì độ nhẹ của nó.
Vành bánh trước
51 Hình 3. 12.Vành bánh trước
Vành bánh sau và động cơ
Hình 3. 13.Vành bánh sau
52 3.2.8 .Lốp xe
Lốp xe đạp là một phần quan trọng của hệ thống bánh xe. Nó giúp tạo ra tiếp xúc với mặt đường, cung cấp ma sát và độ bám tốt để xe di chuyển. Nhóm chọn lốp không săm vì cỏ khả năng chống đâm thủng.
Hình 3. 14.Lốp xe 3.2.9 .Đùi xe đạp
Đùi hay còn gọi là đùi đĩa xe đạp là bộ phận có kích thước lớn nhất trong hệ thống truyền lực của xe.
53 Hình 3. 15.Đùi xe đạp
3.2.10 .Trục bàn đạp
Là nơi kết nối giữa đùi đĩa và xích
Hình 3. 16.Trục bàn đạp 3.2.11 .Bảng điều khiển
Là nơi chứa vi điều khiển và các thiết bị liên quan
54 Hình 3. 17.Bảng điều khiển
3.2.12 .Pedal
Pedal (bàn đạp) là một bộ phận của xe đạp, có cấu tạo gồm một trục chính vặn vào phần cuối của tay quay và một thân chính gắn với bàn đạp chân.
Hình 3. 18.pedal 3.2.13 .Yên xe
Yên xe đạp là phần ngồi trên xe đạp, nơi người lái ngồi khi điều khiển xe.
Yên xe đạp có vai trò quan trọng trong việc cung cấp sự thoải mái và hỗ trợ khi người lái điều khiển xe trên đường. Ở đây nhóm sử dụng yên đơn vì tính đơn giản của nó.
55 Hình 3. 19.Yên xe
3.2.14 .Đèn
Đèn xe đạp là một phụ kiện quan trọng để đảm bảo an toàn khi đi xe đạp trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc khi di chuyển vào ban đêm. Đèn xe đạp được lắp trên phần trước và/hoặc phần sau của xe để tăng khả năng nhìn thấy và được nhìn thấy bởi các phương tiện khác trên đường. Nhóm chọn đèn LED vì hiệu suất cao và giá thành rẻ.
Hình 3. 20.đèn 3.2.15 .Pin
Pin xe đạp dùng để cung cấp năng lượng cho động cơ.
Nhóm sử dụng pin Lithium 48V30Ah dùng cho xe đạp điện, 9,5kg, tháo rời mang đi, sạc nhanh 2,5 giờ đầy, chạy 135km 1 lần sạc.
Đây là dòng Pin xe điện lithium 48V30Ah chuyên xe điện. Với thiết kế cực đẹp gọn nhỏ và nhẹ, chuyên dùng cho các dòng xe đạp điện, xe tay ga điện và xe máy điện, an toàn tiết kiệm đặc biệt là sạc rất nhanh đầy điện.
56 Hình 3. 21.pin
3.2.16 Bu lông và đai ốc Giúp cố định các bộ phận và chi tiết
Hình 3. 22.Đai ốc
57 Hình 3. 23.Bu lông
3.2.17 .Sạc
Nguồn là bộ phận biến đổi điện áp từ điện dân dụng 220 xuống nguồn điện mình cần
dùng.
Nhóm dùng adapter 220- 48v có chế độ tự ngắt khi dây điện giúp bảo vệ pin .
Hình 3. 24.Sạc điện
58 3.2.18 .Động cơ
Động cơ xe đạp điện có công dụng chính là cung cấp sức mạnh và hỗ trợ cho người lái trong quá trình di chuyển. Nhóm sử dụng động cơ không chổi than 3 pha, 500w vì có trọng lượng nhẹ hiệu suất cao và khả năng điều khiển tốt.
Hình 3. 25.Động cơ 3.2.19 .Vi điều khiển
Dùng để điều khiển toàn bộ hoạt động của xe đạp. nhóm sử dụng vi điều khiển STM32 vì hiệu suất cao của nó
Hình 3. 26.Vi điều khiển STM32
59 3.2.20 .Hệ thống phanh
Giúp người lái xe điều khiển tốc độ của xe đạp. nhóm chọn phanh ABS vì khả năng chống bó cứng của nó.
Hình 3. 27.Phanh ABS