MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Lịch sử phát triển 2
1.3 Cấu trúc của đề tài 3
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG XE LAI 4
2.1 Khái niệm xe Lai 4
2.2 Hoạt động của hệ thống xe Lai 5
2.2.1 Chế độ sẵn sàng khởi hành 5
2.2.2 Chế độ chạy xe bình thường 7
2.2.3 Chế độ tăng tốc tối đa 8
2.2.4 Chế độ giảm tốc và dừng xe 8
2.3Cấu trúc của xe Lai 9
2.3.1 Khung xe 11
2.3.2 Động cơ điện 14
2.3.3 Động cơ xăng 15
2.3.4 Bộ sạc 16
2.4 Bộ điều khiển 16
2.4.1 Bộ điều khiển trung tâm 16
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 17
3.1 Lựa chọn phương án thiết kế 17
3.2 Thiết kế chi tiết khung xe 17
3.2.1 Định nghĩa 17
3.2.2 Chọn vật liệu thi công khung 18
3.3 Hệ thống treo 19
3.3.1 Chọn loại hệ thống treo 19
3.3.2Các bộ phận của hệ thống treo như sau: 20
3.3.3Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước 21
3.3.4Lựa chọn ống giảm chấn cho hệ thống treo 22
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 : Động cơ mắc kiểu nối tiếp 4
Hình 2.2 : Động cơ mắc kiểu song song 5
Hình 2.3 : Động cơ mắc kiểu hỗn hợp 5
Hình 2.4 : Chế độ khởi động 6
Hình 2.5 : Chế độ khởi hành 6
Hình 2.6 : Chế độ chạy bình thường 7
Hình 2.7 : Chế độ tăng tốc tối đa 8
Hình 2.8 : Chế độ hãm tái sinh năng lượng 8
Hình 2.9 : Máy phát điện 9
Hình 2.10 : Bình ắc quy dung lượng cao 9
Hình 2.11 : Bộ phận chuyển đổi 10
Hình 2.12 : Kết hợp động cơ xăng và động cơ điện 10
Hình 2.13 : Khung gầm hình chiếc thang[2] 11
Hình 2.14 : Khung gầm hình chiếc thang được sử dụng trên xe AC COBRA[10] 12
Hình 2.15 : Bộ khung gầm hình ống rỗng cấu trúc rất phức tạp[10] 12
Hình 2.16 : Một loại khung gầm liền khối 13
Hình 2.17 : Một chiếc xe có loại khung gầm liền khối 14
Hình 2.18 : Động cơ xe Lai 15
Hình 3.1 : Hình ảnh bản vẽ thiết kế khung xe 18
Hình 3.2 : Hình ảnh khung xe đang thi công 19
Hình 3.3 : Hình ảnh khung xe sau khi thi công 19
Hình 3.4 : Hình ảnh hệ thống treo độc lập 20
Hình 3.5 : Hình ảnh ống giảm chấn cho hệ thống treo. 22
Hình 3.6 : Biểu đồ dao động của ống giảm chấn 23
Hình 3.32 : Hình sơ đồ tổng quát hệ thống điều khiển trên xe Lai 46
Hình 3.33 : Hình ảnh sơ đồ khối hệ truyền động điện 47
Hình 3.34 : Hình ảnh sơ đồ khối hệ truyền động bằng động cơ xăng 47
Hình 3.35 : Hình ảnh sơ đồ khối của hệ thống 47 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 : Kết quả phân tích trọng lượng của từng loại vật liệu lên biên dạng khung xe. 24
Bảng 3.2 : Bảng thông số các chi tiết của hệ thống lái 28
Bảng 4.1 : Quá trình chạy thử nghiệm 49
1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay khi nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt việc sử dụng
năng lượng một cách hiệu quả là một trong những nghiên cứu cần thiết [7]. Bên
cạnh đó việc nghiên cứu phương tiện giao thông có khả năng giảm thiểu lượng khí
thải và bảo vệ môi trường là đề tài cấp bách của xã hội.
Nghiên cứu và sử dụng sự kết hợp giữa nguồn năng lượng điện và xăng đang
được các nhà khoa học quan tâm, khoảng 300 năm trước nhà phát minh người Pháp
Nicolas - Joseph Cugnot đã là người đầu tiên đặt nền tảng cho hệ thống này. Xe ô tô
ngày nay đã trở thành một phương tiện không thể thiếu trong xã hội chúng ta. Chính
vì thế tình trạng ô nhiễm do khí thải do động cơ xe gây ra đang là một vấn đề rất
nhức nhối của nhiều quốc gia hiện nay. Bên cạnh là cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm
1973 đã đẩy giá đầu thô lên đến 97,17 USD/thùng (năm 2012) các nước xuất khẩu
dầu mỏ đã sử dụng hết công suất khai thác nhưng cũng rất khó khăn để giảm được
cấp thêm công suất cho động cơ xăng hoặc ngược lại.
Đến năm 1903 Camille Jenatzy người Pháp đã giới thiệu một chiếc xe Lai
động cơ mắc kiểu song song tại Paris Slon[1]. Chiếc xe này kết hợp một động cơ
xăng 6 hp và một động cơ điện 14 hp, nó có thể nạp điện lại cho ắc quy từ động cơ.
Một người Pháp khác là H.Krieger chế tạo một chiếc xe Lai động cơ mắc kiểu nối
tiếp vào năm 1902. Thiết kế của ông dùng hai động cơ một chiều dẫn động hai bánh
trước, chúng lấy năng lượng từ 44 bình ắc quy chì, ắc quy này được nạp lại bằng
một máy phát điện một chiều dẫn động bởi động cơ sử dụng cồn đánh lửa cưỡng
bức.
Những chiếc xe Lai khác, cả nối tiếp và song song đã được chế tạo trong suốt
khoảng thời gian từ 1899 đến 1914. Trong thời gian này phanh điện đã được sử
dụng trong các mẫu thiết kế nhưng nó không đề cập đến phanh phục hồi năng
lượng. Hầu hết các xe trên đều sử dụng phanh điện bằng cách nối ngắn mạch hoặc
mắc điện trở trên phần ứng của động cơ điện.
Những xe Lai thế hệ đầu được chế tạo để hỗ trợ thêm cho các động cơ
xănghoặc mở rộng tầm hoạt động của xe điện. Chúng ứng dụng những công nghệ
điện cơ bản có sẵn. Mặc dù có nhiều sáng tạo trong thiết kế, nhưng những chiếc xe
3
Lai này không thể cạnh tranh nổi với xe có động cơ xăng được cải tiến đáng kể sau
Chiến tranh Thế Giới I. Động cơ xăng được cải thiện tốt về mặt công suất, các động
cơ trở nên nhỏ hơn hệu quả hơn và không cần sự hỗ trợ của các động cơ điện trong
thời gian dài. Sự tăng giá do thêm động cơ điện và sự độc hại từ ắc quy chì đã làm
cho thị trường sản xuất xe Lai chìm xuống sau Chiến tranh Thế Giới I.
Trải qua hai cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 và năm 1977 bên cạnh đó
vấn đề môi trường ngày càng được quan tâm hơn, xe Lai đã bắt đầu xuất hiện trên
thị trường. Các nhà nghiên cứu bị thu hút bởi xe Lai, vì vậy đã có nhiều mẫu xe
được chế tạo trong thập niên 80. Xe Lai được sự hấp dẫn trong thời kỳ này nhưng
do thiếu sự phát triển của điện tử công suất ứng dụng, động cơ điện hiện đại và công
Hình 2.1 : Động cơ mắc kiểu nối tiếp[10]
Động cơ mắc kiểu song song: Sử dụng cả động cơ xăng và động cơ điện để
cung cấp lực kéo khi xe di chuyển với tộc độ cao. Ở tốc độ thấp, động cơ xăng được
tắt đi và chỉ có động cơ điện được sử dụng để cung cấp lực kéo.
5 Hình 2.2 : Động cơ mắc kiểu song song [10]
Động cơ mắc kiểu hỗn hợp: Bộ phận động cơ điện vừa có thể kéo xe vừa có
thể nạp điện lại cho ắc quy và động cơ xăng có thể tách rời khỏi hệ thống để thay
thế bằng một động cơ điện khi cần thiết bằng một bộ chuyển đổi nguồn lực. Hình 2.3 : Động cơ mắc kiểu hỗn hợp [10]
2.2 Hoạt động của hệ thống xe Lai
2.2.1 Chế độ sẵn sàng khởi hành
Ở chế độ này đèn báo sẽ sáng lên để thông báo với người lái xe rằng xe đã sẵn
sàng hoạt động.
6
Để khởi động xe người lái bật chìa khóa khởi động sang vị trí ON trong khi đó
cần số vẫn giữ nguyên ở vị trí 0 và đạp chân vào bàn đạp phanh. Sau khi khởi động,
động cơ chính của xe sẽ tự động quay hay ngừng quay phụ thuộc vào nhiệt độ của
động cơ và tình trạng của ắc quy cao áp, mục đích là để tăng cường tiết kiệm nhiên
liệu.
Hình 2.4 : Chế độ khởi động
Hình 2.7 : Chế độ tăng tốc tối đa
2.2.4 Chế độ giảm tốc và dừng xe
Hình 2.8 : Chế độ hãm tái sinh năng lượng
9
Trong quá trình giảm tốc, động cơ điện hoạt động như một máy phát điện
được dẫn động nhờ động năng từ bánh xe chủ động. Người ta gọi chế độ này là chế
độ “hãm tái sinh năng lượng” khi mà động năng được chuyển hóa thành điện năng
thông qua bộ chuyển đổi để nạp lại cho ắc quy cao áp của xe.
2.3 Cấu trúc của xe Lai
Cấu trúc chủ yếu của xe Lai gồm có những đặc điểm sau:
Máy phát điện có khả năng cung cấp một điện lượng lớn cho bình ắc quy ngay
cả khi động cơ xăng có tốc độ quay rất thấp. Hình 2.9 : Máy phát điện[5]
Bình ắc quy có khả năng tích trữ nhanh một điện tích đủ lớn để có thể cung
cấp cho một động cơ điện khi cần thiết nhằm thay thế hay phụ trợ cho động cơ xăng
trong quá trình vận hành xe.
Hình 2.10 : Bình ắc quy dung lượng cao[3]
10
Bộ phận chuyển đổi từ chạy bằng động cơ xăng sang động cơ điện khi bình ắc
quy đủ mạnh và ngược lại khi lượng điện tích trữ của bình ắc quy xuống thấp đến
một mức giá trị nào đó.
còn dùng khung gầm hình chiếc thang.
Đặc điểm của loại khung gầm này là: Vật liệu chế tạo là thép hai thanh dọc là
thành phần chịu lực chính, chúng có khả năng chịu tải và các lực tác động theo
chiều dọc xuất hiện khi tăng tốc hoặc phanh. Mặt khác, các thanh giằng chéo và hai
bên có tác dụng chống đỡ các lực tác dụng bên đồng thời tăng độ cứng xoắn cho
khung.
Hình 2.13 : Khung gầm hình chiếc thang[2]
12
Ngày nay, khung gầm hình chiếc thang không sở hữu nhiều ưu điểm ngoài giá
thành rẻ và dễ lắp ráp bằng tay. Tuy nhiên, vì có cấu trúc 2 chiều nên độ cứng xoắn
thấp hơn hẳn so với các loại khung gầm khác, đặc biệt khi chịu tác động của trọng
tải đứng hoặc xóc nảy lên.
Các loại xe sử dụng khung gầm hình chiếc thang: dòng xe SUV, xe cổ,
Lincoln Town, Ford Crown Victoria…[10]
Hình 2.14 : Khung gầm hình chiếc thang được sử dụng trên xe AC COBRA[10]
b. Khung gầm hình ống rỗng
Đặc điểm khung gầm hình ống rỗng là sử dụng nhiều các ống thép cắt hình
tròn hàn gắn kết với nhau. Các ống được đặt theo nhiều hướng khác nhau nhằm tạo
ra lực cơ học chống lại các lực tác động từ khắp mọi hướng đến khung xe. Chúng
được hàn lại với nhau và tạo thành một cấu trúc rất phức tạp và định hình. Có một
số loại xe sử dụng khung gầm hình ống rỗng để có thể tăng tỷ số độ cứng trên trọng
lượng.
Hình 2.15 : Bộ khung gầm hình ống rỗng cấu trúc rất phức tạp[10]
13
các dây chuyền sản xuất qui mô nhỏ. Ngoài ra, chi phí lắp đặt công cụ như máy đập
và khuôn rất cao. Tỷ số độ cứng trên trọng lượng của khung gầm liền khối thuộc
hạng thấp nhất so với các loại tương đương khác trừ khung gầm hình chiếc thang và
hình ống rỗng.
Các loại xe ứng dụng khung gầm liền khối: gần như toàn bộ các mẫu xe sản
xuất hàng loạt và tất cả thành viên của gia đình Porsche.
Hình 2.17 : Một chiếc xe có loại khung gầm liền khối [10]
2.3.2 Động cơ điện
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại động cơ điện. Nhưng đối với động
cơ điện của xe Lai thì được chia làm hai loại chính đó là loại động cơ có chổi than
và loại không có chổi than. Ở xe Lai này nhóm tác giả đã chọn động cơ điện một
chiều không chổi than làm động cơ điện chính cho xe.
Động cơ điện một chiều có đặc điểm tối ưu nổi trội là moment khởi động rất
lớn, đặc biệt là với động cơ không chổi than còn có ưu điểm là không gây tia lửa khi
15
làm việc nên có thể làm việc tại mọi điều kiện của môi trường nên rất thích hợp
trong điều kiện sử dụng chung với động cơ xăng.
Động cơ điện trong xe Lai có chức năng giống như một động cơ xăng, nó có
thể hoạt động để vận hành xe một cách độc lập ở chế độđiệnhay hoạt động ở chế độ
phụ trợ thêm công suất cho động cơ xăng trong từng điều kiện hiện hành của xe.
2.3.3 Động cơ xăng
Cấu tạo động cơ xăng của xe Lai theo hướng chỉ cung cấp đủ sức cho nó chạy
trên địa hình bằng phẳng ở công suất trung bình, chứ không cần đáp ứng yêu cầu
vận hành tối đa. Do đó sẽ tiết kệm nhiên liệu và hiệu quả vận hành cao.
Khi xe cần tăng tốc đột ngột hoặc chạy trên địa hình đồi núi, vượt vật cản, lúc
này động cơ xăng cần sự hỗ trợ công suất, chính động cơ điện và bình ắc quy dung
lượng cáo sẽ đảm nhận nhiệm vụ này.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
3.1 Lựa chọn phương án thiết kế
Thiết kế mới một số hệ thống và chọn các vật liệu có sẵn với phương án này,
ta sẽ thiết kế bố trí hệ thống cung cấp năng lượng điện, biên dạng vỏxe, hệ thống
dẫn động, khung gầm và các hệ thống khác như lái, hệ thống treo, phanh theo các
quy định an toàn khi lưu thông trên đường. Chọn các vật liệu có sẵn dựa trên các
thông số tính toán, kiểm nghiệm lại sau đó tiến hành lắp ráp.
Ưu điểm:
Phù hợp với điều kiện kỹ thuật ở nước ta.
Đảm bảo các quy định của nhà nước về an toàn giao thông.
Giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành xe.
Thời gian để đưa sản phẩm vào thực tế được rút ngắn.
Giá thành sẽ ít hơn so với chế tạo mới.
Đảm bảo được an toàn, sự tiện nghi khi sử dụng.
Có thể có nhiều phương án bố trí thích hợp.
Nhược điểm: Vẫn còn phụ thuộc vào đặc tính của một số phụ kiện có sẵn.
Kết luận: Dựa vào những phân tích ở trên ta thấy phương án đảm bảo được tất
cả các chỉ tiêu đã đưa ra và đảm bảo với trình độ kỹ thuật và có thể sản xuất được.
3.2 Thiết kế chi tiết khung xe
3.2.1 Định nghĩa
Khung là phần chịu lực quan trọng của xe, nó được thiết kế để chịu tải bao
gồm tải trọng bản thân xe, tải trọng các vật liệu xe chở theo, chịu lực quán tính khi
xe chuyển động và khi dừng đột ngột. Bên cạnh đó nó cũng sẽ quyết định hình
dáng, kích thước, độ bền và khả năng cơ động của xe. Chính vì những lí do trên nên
trong quá trình chế tạo khung xe vấn đề về vật liệu làm khung luôn được quan tâm
hàng đầu.
18
3.2.2 Chọn vật liệu thi công khung
treo độc lập và hệ thống treo phụ thuộc, theo đặc của điểm của xe ta chọn hệ thống
treo độc lập đối với hệ thống treo trước.
Copyright: Tài liệu đại học ©