ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

VŨ TRƯỜNG THỊNH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN XE ĐIỆN CÁ NHÂN 4 BÁNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 60.52.01.16

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng- Năm 2018


Công trình được hoàn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Người hướng dẫn khoa học: TS. Phạm Quốc Thái

Phản biện 1: TS Hồ Sĩ Xuân Diệu
Phản biện 2: TS Lê Minh Tiến
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm
Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật cơ khí động lực họp tại trường
Đại học Bách khoa vào ngày 20 tháng 10 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm học liệu, Đại học Đà Nẵng tại trường Đại học Bách khoa
- Thư viện Khoa Cơ khí giao thông, Trường Đại học Bách khoa ĐHĐN



thành tương đương với việc cải thiện động cơ diesel để đạt cùng mức
độ hiệu quả. Để đạt được cùng tính năng kinh tế và mức độ phát ô


2
nhiễm đối với động cơ sử dụng LPG thì trong thập niên 2010, giá
nhiên liệu hydro phải giảm đi 50% và giá thành pin nhiên liệu phải
giảm đi 30% so với giá cả hiện nay. Vì vậy trong vòng 2 thập niên
tới, ô tô chạy bằng pin nhiên liệu vẫn chưa có lợi thế cạnh tranh so
với các loại nhiên liệu thay thế.
Vì vậy trong điều kiện của nước ta từ nay đến 2020, ô tô lai
chạy bằng điện kết hợp với việc nạp điện bổ sung bằng động cơ nhiệt
là phù hợp nhất. Năng lượng điện năng của chúng ta được sản xuất
chủ yếu bằng thủy điện (năng lượng tái sinh) như nhà máy thuỷ điện
Hoà Bình, nhà máy thuỷ điện Ialy, nhà máy thuỷ điện Sơn La và chủ
động nguồn cung cấp khí dầu mỏ. Hiện nay chúng ta có nhà máy sản
xuất ga Dinh Cố và trong tương lai gần nhà máy lọc dầu đầu tiên của
Việt Nam ở Dung Quốc đi vào hoạt động, sản lượng khí đồng hành
của nhà máy là nguồn cung cấp nhiên liệu LPG. Nhu cầu sử dụng ô
tô trong tương lai là xu thế tất yếu của xã hội phát triển. Nước ta có
thị trường nội địa lớn với hơn 90 triệu dân. Cho tới nay, thị trường
này hầu như vẫn còn nguyên vẹn. Trong xu thế hòa nhập kinh tế khu
vực (AFTA) và thế giới (WTO), thị trường nội địa của nước ta chắc
chắn sẽ là mảnh đất màu mỡ đối với các nhà sản xuất ô tô thế giới.
Mặt khác việc hoà nhập kinh tế với thế giới sẽ nảy sinh vấn đề về
tiêu chuẩn khi thải của xe cho phù hợp với những quy định của thế
giới. Nếu chúng ta cứ nhập xe từ nước khác xẽ làm mất thị phần đối
với một sản phẩm công nghiệp quan trọng của đất nước. Vì vậy, việc
nghiên cứu thiết kế tiến tới sản xuất một phương tiện giao thông phù
hợp với điều kiện sử dụng trong nước có ý nghĩa rất thiết thực và cấp

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu: xe điện cá nhân
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Xe điện thiết kế chạy ở sân bay, khu công nghiệp.
+ Xe điện chạy với vận tốc tối đa khoảng 8 [km/h].
+ Tính toán lựa chọn động cơ điện, ắc quy, nguồn sạc cho xe
điện.
+ Tính toán, thiết kế khung vỏ, bộ truyền động cho xe điện.
+ Thiết kế hệ thống điều khiển trên xe điện.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU


4
5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Nghiên cứu của đề tài khi thành công, sẽ tạo điều kiện phát
triển xe điện cá nhân vận hành đơn giãn, tiết kiệm năng lượng, an
toàn, tiện lợi, không gây ô nhiễm môi trường
6. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và danh mục các tài
liệu tham khảo nội dung củaluận văn gồm 4 chương:
Chương 1. Tổng quan.
Chương 2. Cơ sở lý thuyết.
Chương 3. Thiết kế hệ thống điều khiển xe điện cá nhân
Chương 4. Kết quả và đánh giá
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. XU HƯỚNG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU SẠCH CHO PHƯƠNG
TIỆN GIAO THÔNG
Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên
thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định
riêng về khí thải của xe, nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiến

Xe điện có nhiều ưu điểm hơn các loại phương tiện sử dụng động cơ
đốt trong, chẳng hạn như không phát thải khí ô nhiễm, hiệu suất cao,
độc lập với nguồn năng lượng từ dầu mỏ, yên tĩnh, không gây ồn.
Các nguyên tắt hoạt động cơ bản giữa xe điện và phương tiện sử
dụng động cơ đốt trong tương tự nhau. Tuy nhiên, một số khác biệt
giữa phương tiện sử dụng động cơ đốt trong và xe điện, chẳng hạn
như sử dụng một bồn chứa xăng so với nguồn pin, động cơ đốt trong
so với động cơ điện, và khác nhau về yêu cầu truyền dẫn, các hệ
thống trên xe như hệ thống lái, hệ thống dẫn động, hệ thống treo.


6
1.2.2. Cấu hình của một số loại xe điện cá nhân
1.2.2.1.Cấu hình của ô tô điện

Truyền động
cơ khí

Động
cơ điện

Nguồn năng
lượng

Hình 1. 1. Ô tô điện cổ điển


7
Bộ chuyển
đổi điện

lái

Điều hòa
không khí

Hình 1. 2 Ô tô hiện đại
1.2.2.2.Cấu hình một số xe điện cỡ nhỏ
Xe đạp điện, xe máy điện: Xe đạp điện được thiết kế dựa
trên cấu tạo của một chiếc xe đạp thông thường, có gắng thêm hệ
thống điện, Acquy và bộ điều khiển. Một xe đạp điện hiện hành cấu
tạp từ 4 bộ phận chính sau :
Động cơ xe đạp điện : Động cơ xe đạp điện gồm có 2 loại, đó là động
cơ có chổi than (DC) và động cơ không có chổi than (BLDC).
Hệ thống điều khiển : Tay ga điều khiển được thiết kế giống
như tay cầm như các dòng xe gắn máy thông thường. Và hệ thống


8
các bo mạch điều khiển giúp chuyển đổi từ điều khiển của người lái
thành các tín hiểu điện và tạo dòng điện phù hợp đưa tới động cơ,
nhờ đó ta có thể tùy chỉnh tốc độ nhanh chậm cho xe, điều khiển
phanh và bật tắt các tín hiệu đèn báo trên xe.
Acquy hoặc pin : Pin hoăc Acquy là nguồn cung cấp điện
cho xe hoạt động. Pin lithium – ion là loại phổ biến nhất và được sử
dụng rộng rãi vì tính năng ưu việt, loại pin này thiết kế theo công
nghệ Nhật Bản có thể đi được quảng đường dài ừ 70 km đến 100 km.
Đối với xe sử dụng acquy, thì mỗi dòng xe có thiết kế số lượng
acquy khác nhau tùy thuộc vào điện áp của động cơ mà xe sử dụng.
Quãng đường đi được có thể đạt tới 80 km đến 100 km cho một lần
sạc.

xử lý số liệu gửi về từ đó duy truy được trạng thái cân bằng của xe.
Pin: Pin là bộ phận cung cấp điện cho xe, giúp cho xe có thể
vận hành.
Hiện nay loại xe điện cá nhân đang được nghiên cứu phát
triển mạnh mẽ với những cải tiến mới với nhưng tính năng ưu việt
hơn như thân thiện với môi trường, nhỏ gọn thuận tiện, ổn định an
toàn, phù hợp với mọi lứa tuổi, xe điện cho người tàn tật. Đã có rất
loại xe với mẫu mã đẹp, xe vận hành ổn định và an toàn như Honda
U3-X, Segway (USA), Toyota Winglet, Toyota i – ROAD, …
1.3 Nhu cầu sử dụng xe điện cá nhân
Xe điện là loại phương tiện giao thông đã có từ rất lâu của
thế kỷ trước, và được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong nhiều


10

Honda U3-X

Segway i2 SE

Toyota Winglet

Hình 1. 4 Một số xe điện cá nhân hiện nay
loại phương tiện. Đặt biệt ngày nay, xe điện không còn đơn
thuần là xe điện công cộng và tàu điện như thế kỷ trước nữa. Ngày
nay, việc đối diện với ô nhiễm môi trường và nguồn nhiên liệu hóa
thạch ngay cang can kiệt thì xe điện đã được ứng dụng trên nhiều
loại phương tiện, các phương tiện này dùng động cơ điện để dần thay
thế phương tiện sử dụng động cơ đốt trong ( ICE). Có thể liệt kê một
số loại xe điện theo lĩnh vực và theo cách sử dụng của chúng như


Loại xe điện dùng trong thể thao: phục vụ các mục đích
khác nhau, như trong lĩnh vực Golf…
1.3.4 Các loại phương tiện phục vụ trong y tế


12
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG XE
ĐIỆN CÁ NHÂN
2.1.1. Tính toán thiết kế hệ thống truyền động cơ khí
2.1.1.1. Phương án thiết kế xe điện tự cân bằng

1

2

3
Hình 2. 1 . Phương án thiết kế xe tự cân bằng hai bánh
1 – Cần tựa điều khiển; 2 – Thân xe (Khung + Bộ điều khiển +
Acquy) ; 3 – Động cơ điện BLDC liền bánh xe


13

1
2

4


Hình 2.3 Phương án thiết kế xe điện cá nhân 4 bánh, 3 bánh
a) Phương án thiết kế xe bốn bánh ; b) Phương án thiêt kế xe ba bánh
1 – Tay cầm; 2 – Bánh xe chủ động; 3 – Thân xe; 4 – Bánh xe sau (bị động)
2.1.1.3.Chọn phương án thiết kế
Qua việc phân tích các phương án thiết kế ở trên với những ưu điểm
vượt trội ấy ta quyết định chọn phương án thiết kế xe điện cá nhân
bốn bánh sử dụng bánh bị động phía sau là bánh xe đa hướng.


15


16

6
Hình 2.4 Các hình chiếu của xe điện cá nhân
1 – Tay cầm; 2 – Vị trí đặt cảm biến lái; 3 – Mạch công
suất động cơ ; 4 – Acquy ; 5 – Bộ xử lý trung tâm
(Arduino) ; 6 – Bánh xe sau (bị động) ; 7 – Động cơ
DC ; 8 – Bánh xe trước (chủ động).
Bảng 2. 1 Thông số kỹ thuật của xe điện thiết kế
STT

Thông số

Đơn vị

Giá trị

1


Công suất động cơ điện

W

150 (x2)

6
7

Tốc độ tối đa
Toàn tải

Km/h
Kg

8
150


17
2.1.1.4 Tính toán các thông số động học của xe điện
a)
b)
c)
d)
e)

Xác định tỷ số truyền
Chọn phương án truyền động


19

0.12

19.12

100

0.40

9.55

35.52

222

19

0.24

19.24

150

0.60

6.37

23.68


14.21

89

19

0.60

19.60

300

1.19

3.18

11.84

74

19

0.72

19.72

350

1.39


1.79

2.12

7.89

49

19

1.07

20.07

500

1.99

1.91

7.10

44

19

1.19

20.19


Đơn vị

1

Điện áp

U

24

V

2

Công suất

N

100

W

3

Mô men

M

1,36


a

 (G l )
i 1
m

i i

G
i 1

(2.1)
i

b=L–a

(2.2)

m

h

 (G h )
i i

i 1

(2.3)


G.b
L

Z2=G–Z1
2.2.2. Trường hợp không tải
Sơ đồ phân bố trọng lượng của xe điện như sau:

(2.4)
(2.5)


20

G

l

G
G

G

at

as

ct

G



m

G

cs

k

Hình 2. 12 Sơ đồ phân bố tải trọng khi xe điện không tải
Ta có bảng số liệu sau :
Bảng 2. 4 Phân bố trong lượng xe điện khi không tải
Trọng lượng

S
T

Tên gọi

T

KH

(Kg)

Li

Hi

(mm)


0

135

0

675

3

Bánh xe sau

Gcs

1

520

60

520

60

4

Động cơ

Gm


Gas

3

275

150

825

450


22
7

Tay lái
Tổng

Gl

5

Σ

30

-200


li(mm)
KH

hi(mm)

Gi.li

Gi.hi

(Kg)

1

Trọng lượng khi xe không tải

Gk

30

150

220

4500

6600

2

Trong lượng người điều

động học khi xe quay vòng.